L'exercice sur tapis roulant empêche le déclin de l'apprentissage spatial et de la mémoire chez les souris 3 × Tg-AD grâce à l'amélioration de la plasticité synaptique structurelle de l'hippocampe et du cortex préfrontal, partie 4

Les épines sont classées comme champignons si le diamètre de la tête est supérieur au diamètre du cou [47]. Les épines des champignons sont les plus stables et persistent pendant des mois.

Ces dernières années, les changements environnementaux répétés et la pression croissante de la vie ont fait que de plus en plus de personnes se sentent perdues, fatiguées, voire épuisées. Dans cette situation, beaucoup de gens ne peuvent s'empêcher de soupirer : combien de temps pouvons-nous survivre dans un tel état de vie ?

Cependant, après de nombreuses études, il a été démontré qu’il n’existe pas de corrélation directe entre survivre quelques mois et la mémoire. En d’autres termes, les épreuves que nous avons vécues n’entraîneront pas le déclin de notre mémoire. Au contraire, une bonne façon de penser et une attitude positive peuvent non seulement renforcer notre mémoire, mais aussi nous permettre de mieux affronter les défis futurs.

Tout d’abord, une attitude positive est la pierre angulaire pour conserver une mémoire saine. Lorsque nous avons un état d’esprit positif, notre cerveau est également plein d’énergie. Nous serons plus concentrés et plus créatifs. Plusieurs études ont montré que les émotions et les états d’esprit positifs peuvent même améliorer les problèmes de vision sous les écrans d’ordinateur. Si nous pouvons nous consacrer à la vie et avancer positivement, nous ne serons naturellement pas loin du succès.

Ensuite, un exercice modéré peut également nous aider à conserver une bonne mémoire. L'activité physique peut améliorer la santé du corps et du cerveau. L’exercice physique peut favoriser le métabolisme et consommer un excès d’énergie négative. Pendant l’activité physique, notre cerveau recevra plus d’oxygène, ce qui est utile pour notre cerveau et peut également améliorer notre mémoire.

De plus, apprendre de nouvelles choses et maintenir la curiosité peut également nous aider à améliorer la santé de notre mémoire. L'apprentissage et l'exploration maintiennent nos cellules cérébrales actives et actives. Lorsque nous explorons de nouveaux domaines, notre cerveau sera mis à rude épreuve et la vitalité de notre mémoire sera renforcée.

Bref, l’environnement et les difficultés dans lesquels nous nous trouvons ne blesseront pas notre mémoire. Au contraire, maintenir une attitude positive, faire de l’exercice modéré et apprendre de nouvelles choses peut nous aider à renforcer notre mémoire. Si nous avons une attitude positive et restons curieux, je crois que nous pouvons survivre plus longtemps dans ce monde difficile. On voit que nous devons améliorer notre mémoire. Le Cistanche peut améliorer considérablement la mémoire car le Cistanche peut également réguler l'équilibre des neurotransmetteurs, comme l'augmentation des niveaux d'acétylcholine et des facteurs de croissance, qui sont très importants pour la mémoire et l'apprentissage. En outre, Cistanche peut également améliorer la circulation sanguine et favoriser l'apport d'oxygène, ce qui peut garantir que le cerveau reçoive suffisamment de nutrition et d'énergie, améliorant ainsi sa vitalité et son endurance.

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Ils peuvent être déplacés des fines épines par potentialisation à long terme (LTP) [56,58]. ANOVA bidirectionnelle a indiqué que le génotype et l'exercice sur tapis roulant n'avaient aucun effet significatif sur les épines des champignons de l'hippocampe (génotype : F1,31=6.2, p=0.019 ; exercice sur tapis roulant : F1,{{10} }.4, p=0.245 ; interaction génotype × exercice sur tapis roulant : F1, 23=0.06, p=0.803 ;

Pour le cortex préfrontal, l'ANOVA bidirectionnelle a indiqué que le génotype et l'exercice sur tapis roulant avaient des effets principaux significatifs sur le nombre d'épines de champignon (génotype : F1,31=23.3,p < 0.001 exercice sur tapis roulant : F1,31=24.4, p < 0,001 Figure 6G), mais il n'y avait pas d'interaction significative entre le génotype et l'exercice sur tapis roulant sur le nombre d'épines de champignon (interaction génotype × exercice sur tapis roulant : F1,{{13). }}.1, p= 0.723;

Les tests posthoc de Tukey ont indiqué que le nombre d'épines de champignon était significativement réduit dans le cortex préfrontal dans le groupe témoin 3 × Tg-AD par rapport au groupe témoin non Tg (p=0. 001 ; Figure 6G ), et l'exercice sur tapis roulant a augmenté le nombre d'épines de champignon dans le cortex préfrontal (p < 0,001 ; Figure 6G) chez les souris 3 × Tg-AD.

Pendant ce temps, l'exercice sur tapis roulant a augmenté les épines en forme de champignon (p=0,003 ; figure 6G) du cortex préfrontal chez les souris non-Tg. Les épines sont considérées comme tronquées si la longueur et la largeur sont égales (47).

Les épines trapues sont considérées comme un type immature qui prévaut au début du développement postnatal et présente une relative rareté dans le cerveau mature (59). Les épines trapues pourraient participer à la régulation homéostatique du calcium et au contrôle de l'excitabilité neuronale [60].

L'ANOVA bidirectionnelle a indiqué que le génotype et l'exercice sur tapis roulant n'avaient aucun effet significatif sur les épines trapues de l'hippocampe (génotype : F1,31=5,8, p=0,023 ; exercice sur tapis roulant : F1,{{7} }.6, p=0.430 ; interaction génotype × exercice sur tapis roulant : F1,31=0.01,p=0.810 ;

Cependant, l'ANOVA bidirectionnelle a indiqué que le génotype et l'exercice sur tapis roulant avaient des effets principaux significatifs sur le nombre d'épines tronquées (génotype : F1,31=31.1,p < 0.001 ; exercice sur tapis roulant : F1,{ {7}}.4, p=0.001 ; Figure 6I), et il n'y avait pas d'interaction significative entre le génotype et l'exercice sur tapis roulant sur le nombre d'épines tronquées (interaction génotype × exercice sur tapis roulant : F1,{{13} }.4, p=0.522 ; Figure 6I) dans le cortex préfrontal.

Les tests post-hoc de Tukey ont indiqué que les épines trapues du cortex préfrontal étaient significativement réduites dans le groupe témoin 3 × Tg-AD par rapport au groupe témoin non Tg (p < 0,001 ; Figure 6I).

L'exercice sur tapis roulant a augmenté le nombre d'épines trapues dans le cortex préfrontal (p=0,005 ; Figure 6I) chez les souris 3 × Tg-AD. Pendant ce temps, l'exercice sur tapis roulant a augmenté le nombre d'épines trapues (p=0,042 ; Figure 6I) du cortex préfrontal chez les souris non-Tg.

4. Discussion

Ici, nous avons démontré que des souris 3 × Tg-AD âgées de six mois présentaient une mémoire de travail spatiale altérée et que le prétraitement à l'exercice sur tapis roulant empêchait le déclin de la mémoire de travail spatiale chez les souris 3 × Tg-AD.

Le prétraitement à l'exercice sur tapis roulant a entraîné une augmentation du nombre d'insynapses, des paramètres structurels synaptiques, de l'expression de Syn, de la longueur des axones, de la complexité dendritique, du nombre d'épines dendritiques et de la restauration de la plasticité synaptique structurelle de l'hippocampe et du cortex préfrontal chez les souris 3 × Tg-AD. Parallèlement, le prétraitement à l'exercice sur tapis roulant a amélioré la plasticité synaptique en augmentant le nombre de synapses, la longueur des axones, la complexité dendritique et le nombre d'épines dendritiques dans l'hippocampe et/ou le cortex préfrontal des souris non Tg.

Nos résultats suggèrent que l'exercice peut constituer une intervention efficace à un stade précoce pour retarder la progression de la MA. Nous avons constaté que le pourcentage d'erreurs de mémoire de travail était significativement augmenté dans le groupe témoin 3 × Tg-AD par rapport au groupe témoin non Tg. mais aucun effet significatif sur le pourcentage d'erreurs de mémoire de référence.

La mémoire à court terme et la perte de la fonction synaptique sont les signes initiaux et les plus courants de troubles de la mémoire et de déclin cognitif [35]. À mesure que la maladie progresse, les personnes subissent progressivement une perte de mémoire à long terme, entraînant des problèmes de multitâche et de pensée abstraite. Ainsi, ce résultat suggère que les souris 3 × Tg-AD âgées de six mois sont encore aux premiers stades de progression de la MA.

De plus, 12 semaines de prétraitement d'exercices sur tapis roulant ont conduit à une diminution significative du pourcentage d'erreurs de mémoire de travail aux jours 5 et 6 de la séance d'acquisition dans le cadre du test du labyrinthe radial à huit bras.

Le labyrinthe radial à huit bras est l'un des paradigmes les plus courants pour évaluer la mémoire de travail spatiale et la mémoire de référence spatiale (61). La mémoire de travail spatiale est souvent utilisée comme synonyme de mémoire à court terme, mais la mémoire de travail permet la manipulation des informations stockées, alors que la mémoire à court terme fait uniquement référence au stockage à court terme des informations [62].

La mémoire de référence spatiale fait référence aux mémoires à long terme nécessaires à la mémorisation d'informations [63]. De plus, des études antérieures ont démontré que la course sur tapis roulant inverse le déclin cognitif chez les souris 3 × TgAD dans la tâche du labyrinthe aquatique de Morris, qui teste l'apprentissage dépendant de l'hippocampe, y compris l'acquisition de la mémoire spatiale et de la mémoire spatiale à long terme (64-66).

Dans l'ensemble, les souris 3 × Tg-AD âgées de six mois ont présenté une mémoire de travail spatiale diminuée, et la forte diminution des erreurs de mémoire de travail dans le cadre du test du labyrinthe radial à huit bras indique que les prétraitements d'exercices sur tapis roulant empêchent un déclin de l'apprentissage spatial et de la mémoire dans les premiers stades de la vie. 3 × souris Tg-AD.

Nous avons examiné les mécanismes potentiels qui pourraient sous-tendre la diminution des erreurs de mémoire de travail induite par l'exercice sur tapis roulant chez des souris 3 × Tg-AD âgées de six mois. La plasticité structurale synaptique se manifeste par des changements dans le nombre et la taille des synapses, la longueur de la zone active synaptique, la largeur de la fente synaptique, la courbure synaptique et l'épaisseur de la densité post-synaptique (67).

On pense que la plasticité synaptique structurelle au sein de l’hippocampe et du cortex préfrontal constitue la base cellulaire de l’apprentissage et de la mémoire, qui dépend de différents mécanismes neuronaux pré- et post-synaptiques [5,6]. Nous avons constaté que les prétraitements d'exercices sur tapis roulant entraînaient une augmentation du nombre de synapses à la fois dans l'hippocampe et dans le cortex préfrontal de souris 3×Tg-AD âgées de six mois.

Pendant ce temps, les prétraitements d'exercices sur tapis roulant ont augmenté le nombre de synapses à la fois dans l'hippocampe et dans le cortex préfrontal chez les souris non-Tg. La longueur de la zone active synaptique reflète les mécanismes neuronaux présynaptiques de la plasticité synaptique structurelle, tandis que la courbure synaptique et l'épaisseur de la densité post-synaptique reflètent les mécanismes neuronaux post-synaptiques de la plasticité synaptique structurelle [68,69].

La fente synaptique est la structure responsable de la transmission des neurotransmetteurs entre les neurones présynaptiques et post-synaptiques, et un raccourcissement optimal de la fente synaptique peut avoir une fonction adaptative d'optimisation de la force synaptique (37, 38).

En effet, nous avons constaté que les prétraitements d'exercices sur tapis roulant augmentaient remarquablement la longueur de la zone active synaptique, la courbure synaptique et l'épaisseur de la densité postsynaptique, raccourcissant ainsi la largeur de la fente synaptique dans l'hippocampe et le cortex préfrontal d'un enfant de six mois. Souris Tg-AD. Syn est une protéine marqueur des vésicules présynaptiques des cellules nerveuses [70], tandis que le PSD95 est une protéine d'échafaudage postsynaptique essentielle qui module la réponse postsynaptique à la libération présynaptique de glutamate en régulant l'ancrage des récepteurs du glutamate au PSD [71].

Des études antérieures ont montré que Syn et PSD95 étaient régulés négativement dans le cortex cérébral de souris 3 × Tg-AD âgées de sept mois et étaient récupérés après six mois de traitement par exercice volontaire (72).

Conformément à cette étude (72), nous avons constaté que l'exercice sur tapis roulant facilitait l'expression de Syn dans l'hippocampe et le cortex préfrontal de souris 3 × Tg-AD âgées de six mois.

La perturbation de la fonction synaptique induite par A et tau se manifeste également par une altération de l'induction LTP/LTD et des oscillations du réseau (37, 73, 74). Pendant ce temps, l'exercice sur tapis roulant diminue la charge APP, BACE -1 et A dans l'hippocampe et le cortex chez les souris modèles AD [24,27].

Il est donc probable que l'augmentation du nombre de synapses, de la structure synaptique et du niveau de Syn induite par l'exercice conduise à une efficacité accrue de la libération des neurotransmetteurs et à la prévention du déclin de la mémoire de travail spatiale des souris trois × Tg-AD.

Les axones, les dendrites et les épines dendritiques constituent la base structurelle de la plasticité synaptique. L'axone est fonctionnellement spécialisé pour transmettre des signaux, tandis que les dendrites sont spécialisées pour recevoir des signaux (75, 76). In vivo, l’imagerie a indiqué des anomalies axonales et des cassures dendritiques autour des plaques amyloïdes dans un modèle murin double transgénique APP/PS1 âgé de 4 à 12- mois de souris AD et 3 × Tg-AD [73,74].

Des études in vitro utilisant A 1–42 et A oligomère ont révélé qu'un traitement de 60 h par A entraînait la dégénérescence des axones, des somates neuronaux et de la dynamique du réseau neuronal (77, 78). Des études antérieures ont montré que la course sur tapis roulant atténuait les dépôts d'A et le niveau de tau dans l'hippocampe et le cortex cérébral chez des souris 3 × Tg-AD et des rats nourris avec un régime riche en graisses [66, 67, 79].

Nous avons constaté que la longueur des axones et la complexité dendritique de l'hippocampe et du cortex préfrontal étaient significativement réduites dans le groupe témoin 3 × Tg-AD par rapport au groupe non témoin Tg.

Le prétraitement à l'exercice sur tapis roulant a augmenté la longueur des axones et la complexité dendritique dans l'hippocampe et le cortex préfrontal chez les souris 3 × Tg-AD. Le prétraitement à l'exercice sur tapis roulant maintient probablement la longueur des axones et la complexité dendritique dans l'hippocampe et le cortex préfrontal chez les souris 3 × Tg-AD. Pendant ce temps, le prétraitement par l'exercice sur tapis roulant a augmenté la longueur des axones et la complexité dendritique dans l'hippocampe et le cortex préfrontal chez les souris non-Tg, indiquant que l'exercice induit une augmentation de la surface pour faciliter les interactions avec d'autres neurones et conduit à une plasticité synaptique structurelle améliorée chez les souris non-Tg. la surface pour d’éventuelles connexions synaptiques.

On pense que les changements dans la forme, la taille et le nombre d'épines synaptiques sont à l'origine de la formation de la mémoire et sont observés dans diverses maladies neurodégénératives, notamment la MA et la maladie de Parkinson [80–82]. Des études in vitro ont montré que 48-h de traitement avec 0,5–1,0 µM A 1–42 réduisait la densité des épines dendritiques/synapses dans les cultures d'hippocampe jusqu'à un maximum d'environ 40 % (83).

Ici, nous avons montré que le nombre total d'épines dendritiques de l'hippocampe et du cortex préfrontal était significativement diminué dans le groupe témoin 3 × Tg-AD par rapport au groupe témoin non Tg. Le prétraitement à l'exercice sur tapis roulant a bloqué la diminution du nombre d'épines dans l'hippocampe et le cortex préfrontal chez les souris 3 × Tg-AD.

Cependant, le nombre d'épines de l'hippocampe et du cortex préfrontal était significativement diminué dans le groupe d'exercice 3 × Tg-AD par rapport au groupe témoin non Tg, ce qui suggère que 12 semaines de prétraitement par exercice sur tapis roulant ont partiellement restauré la perte d'épines dendritiques au cours des six mois. vieilles souris 3×Tg-AD. D’un autre côté, l’exercice sur tapis roulant a augmenté le nombre d’épines de l’hippocampe et du cortex préfrontal chez les souris non-Tg. Des études antérieures ont montré que la dynamique des épines dendritiques est associée à l'apprentissage et à la mémoire, et que les épines fines, en forme de champignon et trapues jouent des rôles différents dans l'apprentissage et la mémoire (56).

Les épines fines sont plus dynamiques que les épines des champignons, répondent à l'activité synaptique et sont considérées comme des « épines d'apprentissage », responsables de la formation de nouveaux souvenirs au cours du processus de plasticité synaptique, accompagné d'un agrandissement de la tête [56,79]. Les épines des champignons forment de fortes connexions synaptiques, ont la durée de vie la plus longue et sont donc considérés comme des sites de stockage de mémoire à long terme [56,79].

Les épines trapues sont considérées comme un type immature qui est répandu au début du développement postnatal et présente une carence relative dans le cerveau mature (59). En effet, nous avons constaté que les épines fines (hippocampe et cortex préfrontal), les épines en forme de champignon (cortex préfrontal) et les épines tronquées (cortex préfrontal) étaient significativement diminuées dans le groupe témoin 3×Tg-AD par rapport au groupe non-Tgcontrôle.

Cette différence régionale peut être due à l'évolution temporelle du dépôt d'A, qui débute dans le néocortex et progresse vers l'hippocampe chez les souris 3 × Tg-AD [17].

Par conséquent, les épines dendritiques du néocortex sont plus gravement altérées. Le prétraitement par l'exercice sur tapis roulant a bloqué la diminution du nombre d'épines fines, d'épines de champignon et d'épines trapues à la fois dans l'hippocampe et le cortex préfrontal chez les souris 3 × Tg-AD, tandis que l'exercice sur tapis roulant a augmenté les épines fines de l'hippocampe et du cortex préfrontal, les épines de champignon du cortex préfrontal et épines trapues du cortex préfrontal chez les souris non Tg.

Une forte corrélation positive entre la densité de la colonne dendritique dans l'hippocampe et la mémoire a été démontrée à l'aide du paradigme de conditionnement de la peur, du labyrinthe aquatique de Morris et des évaluations comportementales du placement d'objets (84).

Le prétraitement à l’exercice sur tapis roulant potentialise probablement les connexions synaptiques via une augmentation des épines dendritiques. De tels mécanismes pourraient expliquer pourquoi le prétraitement à l'exercice sur tapis roulant empêche un déclin de la mémoire de travail spatial chez les souris 3 × Tg-AD. L'intervention par l'exercice est considérée comme un choix sûr et économique en tant que stratégie thérapeutique ou préventive contre plusieurs maladies. En tant que tel, l’exercice peut constituer une intervention préventive prometteuse pour modifier la progression de la MA.

Matériel supplémentaire : Les informations complémentaires suivantes peuvent être téléchargées sur https://www.mdpi.com/article/10.3390/cells11020244/s1, Figure S1 : Western blots complets des données d'expression Synand PSD95 présentées dans la figure 4.
Contributions des auteurs : Conceptualisation, LM, JC, Q.-SL et LZ ; méthodologie, LM, JC, BG,LY et CL ; logiciels, LM, JC, BG, LY et CL ; validation, LM, JC, BG, LY et CL ; analyse formelle, LM, JC, BG, LY et CL ; enquête, LM, JC, BG, LY et CL ; ressources, LM, JC et BG ; conservation des données, LM, JC et BG ; rédaction d'un projet original, LM, JC, Q.-SL et LZ ; rédaction-révision et révision, LM, JC, BG, LY, CL, Q.-SL et LZ ; visualisation, Q.-SL et LZ ; supervision, Q.-SL et LZ; administration de projet, Q.-SL etL.Z.; acquisition de financement, LZ Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.

Financement : Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (31571229) à LZ

Déclaration du comité d'examen institutionnel : L'entretien et l'utilisation des animaux étaient conformes à des protocoles approuvés par le comité institutionnel de protection et d'utilisation des animaux de l'université des sports de Pékin.

Déclaration de consentement éclairé : sans objet.

Déclaration de disponibilité des données : Les données présentées dans cette étude sont disponibles sur demande auprès de l'auteur correspondant.

Conflits d'intérêts : Les auteurs ne déclarent aucun conflit d'intérêts.

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