تأثیر هشت هفته تمرین هوازی بر برخی عوامل درگیر در متابولیسم کلسترول در هیپوکمپ و نقش آن در بهبود عملکرد شناختی رت‌های نر ویستار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
زهرا سرلک 1
مهتاب معظمی 2
سیدرضا عطارزاده حسینی 3
رضا قراخانلو 4
1 دانشجوی دکترای فیزیولوژی ورزشی، دانشگاه فردوسی مشهد
2 دانشیار فیزیولوژی ورزشی، دانشگاه فردوسی مشهد
3 استاد فیزیولوژی ورزشی، دانشگاه فردوسی مشهد
4 استاد فیزیولوژی ورزشی، دانشگاه تربیت مدرس
10.22089/spj.2018.5319.1705
چکیده
در مطالعات به‌طور گسترده به متابولیسم لیپیدهای گردش خون توجه شده است، اما در سال‌های اخیر به متابولیسم لیپید در مغز به‌دلیل ارتباط با برخی اختلال‌های عصبی توجه بیشتری شده است. مطالعات اخیر نشان داده‌اند که برخی عوامل خطرزای شروع زودرس آلزایمر با متابولیسم کلسترول در ارتباط هستند؛ بنابراین، هدف از انجام پژوهش حاضر، تاثیر هشت هفته تمرین هوازی بر برخی عوامل درگیر در متابولیسم کلسترول در هیپوکمپ و نقش آن در بهبود عملکرد شناختی رت­های نر ویستار بود. آزمودنی­های پژوهش حاضر 26 سر رت­ نر بالغ نژاد ویستار هشت‌هفته‌ای با میانگین وزنی 20 ± 195 گرم بودند که در ابتدا با روش تصادفی ساده به دو گروه تقسیم ­شدند: گروه تمرین (تمرین روی تریدمیل، پنج روز در هفته به‌مدت هشت هفته) (13 رت) و گروه استراحت (13 رت). پس از هشت هفته رت­های هر گروه با روش تصادفی ساده به دو زیرگروه دیگر تقسیم شدند که از یک گروه آزمون رفتاری (هفت رت) گرفته شد و گروه دیگر (شش رت) برای بررسی متغیرهای مطالعه‌شده در پژوهش تشریح شدند. نتایج آزمون تحلیل واریانس یک‌راهة ماز آبی موریس بهبود معناداری را در یادگیری (P < 0.05) و حافظة (P < 0.05) رت‌های گروه تجربی نسبت به گروه کنترل نشان داد. همچنین، نتایج آزمون تحلیل واریانس یک‌راهه افزایش معناداری را در بیان ژن هایAPOE  (P < 0.05) و ABCA1 (P < 0.05) و نـبود تـفاوت معـنادار در سـطح Aβ1-42 مـحلـول (P > 0.05) در هیپوکمپ رت‌های گروه تجربی نسبت به گروه کنترل نشان داد؛ بنابراین، تمرین هوازی با افزایش معناداری در بیان ژن‌هایAPOE  و ABCA1 که از عوامل اصلی متابولیسم کلسترول در مغز هستند و در پاتولوژی بیماری آلزایمر نیز درگیرند، می‌تواند هم‌راستا با بهبود عملکرد شناختی شیوه‌ای مؤثر در پیشگیری از بیماری آلزایمر باشد.
کلیدواژه‌ها
تمرین هوازی
عملکرد شناختی
ABCA1
APOE
Aβ1-42محلول

موضوعات

  1. Dietschy JM, Turley SD. Cholesterol metabolism in the brain. Curr Opin Lipidol. 2001;12(2):105-12.
  2. Kimj J, Yoon H, Horie T, Burchett JM, Restivo JL, Rotllan N, et ail. MicroRNA-33 regulates ApoE lipidation and Amyloid-β metabolism in the brain. J Neurosci. 2015;35(44):14717–26.
  3. Hottman DA, Chernick D, Cheng S, Wang Z, Li L. HDL and cognition in neurodegenerative disorders. Neurobiol Dis. 2014; 72 Pt A: 22.
  4. Kim J, Basak JM, Holtzman DM. The role of apolipoprotein E in Alzheimer’s disease. Neuron. 2009;63:287–303.
  5. Maulik M, Westaway D, Jhamandas JH, Kar S. Role of cholesterol in APP metabolism and its significance in Alzheimer’s disease pathogenesis. Mol Neurobiol. 2013;47:        37–63.
  6. Mawuenyega KG, Sigurdson W, Ovod V, Munsell L, Kasten T, Morris JC, et al. Decreased clearance of CNS beta-amyloid in Alzheimer’s disease. Science. 2010;330:1774-83.
  7. Reitz C. Dyslipidemia and dementia: Current epidemiology, genetic evidence, and mechanisms behind the associations. J Alzheimers Dis. 2012;2127-45.
  8. Gamba P, Testa G, Sottero B, Gargiulo S, Poli G, Leonarduzzi G. The link between altered cholesterol metabolism and Alzheimer's disease. Ann N Y Acad Sci. 2012;1259:54-64.
  9. Di Paolo G, Kim T W. Linking lipids to Alzheimer's disease: Cholesterol and beyond. Nat Rev Neurosci. 2011;12(5):284-96.
  10. Akram A, Schmeidler J, Katsel P, Hof PR, Haroutunian V. Increased expression of cholesterol transporter ABCA1 is highly correlated with severity of dementia in AD hippocampus. Brain Res. 2010;1318:167−77.
  11. Kim J, Yoon H, Ramirez CM, Lee SM, Hoe HS, Fernandez-Hernando C. MiR-106b impairs cholesterol efflux and increases Abeta levels by repressing ABCA1 expression. Exp Neurol. 2012;235:476−83.
  12. Pimplikar SW, Nixon RA, Robakis NK, Shen J, Tsai LH. Amyloid-independent mechanisms in Alzheimer’s disease pathogenesis. J Neurosci. 2010;30:14946−54.
  13. Qosa H, Abuznait AH, Hill RA, Kaddoumi A. Enhanced brain Amyloid-beta clearance by Rifampicin and Caffeine as a possible protective mechanism against Alzheimer’s disease. J Alzheimers Dis. 2012;30:1−15.
  14. Tai LM, Loughlin AJ, Male DK, Romero IA. P-glycoprotein and breast cancer resistance protein restrict apical-tobasolateral permeability of human brain endothelium to amyloid-beta. J Cereb Blood Flow Metab. 2009;29:1079−83.
  15. Kim WS, Rahmanto AS, Kamili A, Rye KA, Guillemin GJ, Gelissen IC, et al. Role of ABCG1 and ABCA1 in regulation of neuronal cholesterol efflux to apolipoprotein E discs and suppression of amyloid-beta peptide generation. J Biol Chem. 2007;282:2851−61.
  16. Jiang Q, Lee CY, Mandrekar S, Wilkinson B, Cramer P, Zelcer N, et al. ApoE promotes the proteolytic degradation of Abeta. Neuron. 2008;58:681–93.
  17. Lin MS, Chen LY, Wang SS, Chang Y, Chen WY. Examining the levels of ganglioside and cholesterol in cell membrane on attenuation the cytotoxicity of beta-amyloid peptide. Colloids Surf B Biointerfaces. 2008;65(2):172–7.
  18. Abramov AY, Ionov M, Pavlov E, Duchen MR. Membrane cholesterol content plays a key role in the neurotoxicity of beta-amyloid: Implications for Alzheimer's disease. Aging Cell. 2011;10(4):595–603.
  19. Dahlgren KN, Manelli AM, Stine WB Jr, Baker LK, Krafft GA, LaDu MJ. Oligomeric and fibrillar species of amyloid-beta peptides differentially affect neuronal viability. J Biol Chem. 2002;277(35):32046–53.
  20. Fan J, Donkin J, Wellington C. Greasing the wheels of Abeta clearance in Alzheimer’s disease: the role of lipids and apolipoprotein E. Biofactors. 2009;35:239−48.
  21. Holtzman DM, Herz J, Bu G. Apolipoprotein E and apolipoprotein E receptors: Normal biology and roles in Alzheimer disease. Cold Spring Harbor Perspect Med. 2012;2:a006312. doi: 10.1101/cshperspect.a006312
  22. Koldamova R, Fitz NF, Lefterov I. ATP-binding cassette transporter A1: From metabolism to neurodegeneration. Neurobiol Dis. 2014;72:13–21.
  23. O'Brien RJ, Wong PC. Amyloid precursor protein processing and Alzheimer's disease. Annu Rev Neurosci. 2011;34:185–204.
  24. Maulik M, Westaway D, Jhamandas JH, Kar S. Role of cholesterol in APP metabolism and its significance in Alzheimer’s disease pathogenesis. Mol Neurobiol. 2013;47:37–63.
  25. Bien-Ly N, Gillespie AK, Walker D, Yoon SY, Huang Y. Reducing human apolipoprotein Levels attenuates age-dependent A beta accumulation in mutant human amyloid precursor protein transgenic mice. J Neurosci. 2012;32:4803–11.
  26. Lin TW. Different types of exercise induce differential effects on neuronal adaptations and memory performance. Neurobiol Learn Mem. 2012;97(1):140-7.
  27. Thomas A. The effects of physical activity on brain structure. Front Psychol. 2012;3:86-97.
  28. Cotman CW, Berchtold NC. Exercise: A behavioral intervention to enhance brain health and plasticity. Trends Neurosci.. 2002;25(6):295-301.
  29. Garcia PC. Different protocols of physical exercise produce different effects on synaptic and structural proteins in motor areas of the rat brain. Brain Res. 2012;1456(0):36-48.
  30. Rockwood K, Middleton L. Physical activity and the maintenance of cognitive function. Alzheimers Dement. 2007;3:38-44.
  31. Hirsch-Reinshagen V, Maia LF, Burgess BL, Blain JF, Naus KE, McIsaac SA, et al. The absence of ABCA1 decreases soluble ApoE levels but does not diminish amyloid deposition in two murine models of Alzheimer disease. J Biol Chem. 2005;280: 43243–56.
  32. Hirsch-Reinshagen V, Zhou S, Burgess BL, Bernier L, McIsaac SA, Chan JY, et al. Deficiency of ABCA1 impairs apolipoprotein E metabolism in brain. J Biol Chem. 2004;279:41197–207.
  33. Wahrle SE, Jiang H, Parsadanian M, Hartman RE, Bales KR, Paul SM, et al. Deletion of Abca1 increases Abeta deposition in the PDAPP transgenic mouse model of Alzheimer disease. J Biol Chem. 2005;280:43236–42.
  34. Wahrle SE, Jiang H, Parsadanian M, Legleiter J, Han X, Fryer JD, et al. ABCA1 is required for normal central nervous system ApoE levels and for lipidationof astrocyte-secreted apoE. J Biol Chem. 2004;279:40987–93
  35. Wahrle SE, Jiang H, Parsadanian M, Kim J, Li A, Knoten A, et al. Overexpression of ABCA1 reduces amyloid deposition in the PDAPP mouse model of Alzheimer disease. J Clin Invest. 2008;118:671–82.
  36. Corona AW, Kodoma N, Casali BT, Landreth GE. ABCA1 is necessary for bexarotene-mediated clearance of soluble amyloid beta from the hippocampus of APP/PS1 mice. J Neuroimmune Pharmacol. 2016;11(1):61-72.
  37. Terwel D, Steffensen KR, Verghese PB, Kummer MP, Gustafsson JA, Holtzman DM, et al. Critical role of astroglial apolipoprotein E and liver X receptor-alpha expression for microglial Abeta phagocytosis. J Neurosci. 2011;31:7049−59.
  38. Donkin JJ, Stukas S, Hirsch-Reinshagen V, Namjoshi D, Wilkinson A, May S, et al. ATP-binding cassette transporter A1 mediates the beneficial effects of the liver X receptor agonist GW3965 on object recognition memory and amyloid burden in amyloid precursor protein/presenilin 1 mice. J Biol Chem. 2010;285:34144–54.
  39. Hardy J, Selkoe DJ. The amyloid hypothesis of Alzheimer’s disease: progress and problems on the road to therapeutics. Science. 2002; 297:353−6.
  40. Cramer PE, Cirrito JR, Wesson DW, Lee CY, Karlo JC, Zinn AE, et al. ApoEdirected therapeutics rapidly clear b-amyloid and reverse deficits in AD mouse models. Science. 2012;335:1503–6.
  41. Zagaar M, Dao A, Levine A, Alhaider I, Alkadhi K. Regular exercise prevents sleep deprivation associated impairment of long-term memory and synaptic plasticity in the CA1 area of the hippocampus. Sleep. 2013;36(5):751-61.
  42. Zagaar M, Alhaider I, Dao A, Levine A, Alkarawi A, Alzubaidy M, Alkadhi K. The beneficial effects of regular exercise on cognition in REM sleep deprivation: behavioral, electrophysiological and molecular evidence. Neurobiol Dis. 2012;45(3):1153-62.
  43. Zeidabadi R, Arabameri E, Naghdi N, Boloori B. The effect of short- and long-term physical activity with very low intensity on learning and spatial memory in mice. Motor Behavior. 2014;15:155-72. (In Persian).
  44. Sandoval-Hernández AG, Buitrago L, Moreno H, Cardona-Gómez GP, Arboleda G. role of liver X receptor in AD pathophysiology. PLoS One. 2015;10(12):e0145467.
  45. Shweta MC, Karlo JC, Landreth GE. Mechanisms underlying the rapid peroxisome proliferator-activated receptor-mediated amyloid learance and reversal of cognitive deficitsina murine model of Alzheimer’s disease. J Neurosci. 2012;32(30):10117–28.
  46. Chawla A, Boisvert WA, Lee CH, Laffitte BA, Barak Y, Joseph SB, et al. PPAR gamma-LXR-ABCA1 pathway in macrophages is involved in cholesterol efflux and atherogenesis. Mol Cell. 2001;7:161–71.
  47. Seo JB, Moon HM, Kim WS, Lee YS, Jeong HW, Yoo EJ, et al. Activated liver X receptors stimulate adipocyte differentiation through induction of peroxisome proliferator-activated receptor gamma expression. Mol Cell Biol. 2004;24:3430–44.
  48. Yue L, Mazzone T. Peroxisome proliferator-activated receptor {gamma} stimulation of adipocyte ApoE gene transcription mediated by the liver receptor X pathway. J Biol Chem. 2009;284:10453–61.
  49. Tal AR. Cholesterol efflux pathways and other potential mechanisms involved in theathero-protective effect of highdensity lipoproteins. J Intern Med. 2008; 263:256–73.
  50. Rubic T, Lorenz RL. Downregulated CD36 and oxLDL uptake and stimulated ABCA1/G1 and cholesterol efflux as anti-atherosclerotic mechanisms of interleukin-10. Cardiovasc Res. 2006;69(2):527-35.
  51. Han X, Kitamoto S, Lian Q, Boisvert WA. Interleukin-10 facilitates both cholesterol uptake and efflux in macrophages. J Biol Chem. 2009;284(47):32950-8.
  52. Zhuang J, Zhang H, Zhou R, Chen L, Chen J, Shen X. Regulation of prostaglandin F2α against β amyloid clearance and its inflammation induction through LXR/RXR heterodimer antagonism in microglia. Prostaglandins Other Lipid Mediat. 2013;106:     45-52.
  53. Alexis MS, Bronwen M, Stuart M. Anti-inflammatory effects of physical activity in relationship to improved cognitive status in humans and mouse models of Alzheimer's disease. Curr Alzheimer Res. 2012;9(1):86–92.
  54. Nichol KE, Poon WW, Parachikova AI, Cribbs DH. Exercise alters the immune profile in Tg2576 Alzheimer mice toward a response coincident with improved cognitive performance and decreased amyloid. J Neuroinflammation. 2008; 5:13-24.
  55. Ghanbari-Niaki A, Khabazian BM, Hossaini-Kakhak SA, Rahbarizadeh F, Hedayati M. Treadmill exercise enhances ABCA1 expression in rat liver. Biochem Biophys Res Commun. 2007;361(4):841-6.
  56. Ghorbanian B, Ravassi A, Kordi MR, Hedayati M. The effects of rope training on lymphocyte ABCA1 expression, plasma ApoA-I and HDL-c in boy adolescents. Int J Endocrinol Metab. 2013;11(2):76-81.
  57. Khabazian BM, Ghanbari-Niaki A, Safarzadeh-Golpordesari Ar, Ebrahimi M, Rahbarizadeh F, Abednazari H. Endurance training enhances ABCA1 expression in rat small intestine. Eur J Appl Physiol. 2009;107(3):351-8.
  58.  Rashidlamir A , Ghanbari Niaki A,  Saadat-Nia A. The effect of eight weeks of wrestling and wrestling technique-based circuit training on lymphocyte ABCA1 gene expression and plasma apolipoprotein A-I. World J Sport Sci. 2011;4(2):144-50.
  59.  Ghanbari-Niaki A, Ghanbari-Abarghooi S, Rahbarizadeh F, Zare-Kookandeh N, Gholizadeh M, Roudbari F, et al. Heart ABCA1 and PPAR- α genes expression responses in male rats: Effects of high intensity treadmill running training and aqueous extraction of black crataegus-pentaegyna. Res Cardiovasc Med. 2013;2(4):153-9.
  60. Uysal N,  Tugyan K,  Kayatekin BM, Acikgoz O. The effects of regular aerobic exercise in adolescent period on hippocampal neuron density, apoptosis and spatial memory. Neurosci Lett. 2005;383(3):241-5.
فیزیولوژی ورزشی
دوره 12، شماره 45
بهار 1399
فروردین 1399
صفحه 61-78

  • تاریخ دریافت 14 دی 1396
  • تاریخ بازنگری 16 اردیبهشت 1397
  • تاریخ پذیرش 13 خرداد 1397