Hasannejad Malome P, Elmieh A, Fadaie Chafi M. The Effect of 6 Weeks of Combination Training on NeuN and NF200 Factors and the Number of Living Cells in the CA1 Region of the Hippocampus of Male Wistar Rats: An Experimental Study. JRUMS 2021; 20 (4) :415-434
URL:
http://journal.rums.ac.ir/article-1-5889-fa.html
حسن نژاد ملومه پیمان، علمیه علیرضا، فدائی چافی محمدرضا. 6 هفته تمرین ترکیبی بر فاکتورهای NeuN و NF200 و تعداد سلولهای زنده CA1 هیپوکمپ موشهای صحرایی نر نژاد ویستار: یک مطالعه تجربی. مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان. 1400; 20 (4) :415-434
URL: http://journal.rums.ac.ir/article-1-5889-fa.html
گروه تربیت بدنی و علوم ورزشی، دانشکده علوم انسانی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران
متن کامل [PDF 1188 kb]
(561 دریافت)
|
چکیده (HTML) (1103 مشاهده)
متن کامل: (678 مشاهده)
مقاله پژوهشی
مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان
دوره 20، تیر 1400، 434-415
اثر 6 هفته تمرین ترکیبی بر فاکتورهای NeuN و NF200 و تعداد سلولهای زنده CA1 هیپوکمپ موشهای صحرایی نر نژاد ویستار[j1] : یک مطالعه تجربی
پیمان حسن نژاد ملومه[1]، علیرضا علمیه[2]، محمدرضا فدائی چافی [3]
دریافت مقاله: 20/12/99 ارسال مقاله به نویسنده جهت اصلاح: 16/01/1400 دریافت اصلاحیه از نویسنده: 22/02/1400 پذیرش مقاله: 26/02/1400
چکیده
زمینه و هدف: ترکیب تمرین مقاومتی و استقامتی تأثیر متنوعی بر بافت مغز دارد. هدف از مطالعه حاضر تعیین تغییرات بافتی و فاکتورهای NeuN و NF200 در ناحیه CA1 هیپوکمپ متعاقب 6 هفته تمرین ترکیبی در موشهای صحرایی نر نژاد ویستار بود.
مواد و روشها: در این مطالعه تجربی، 30 موش صحرایی به 6 گروه کنترل و تمرین جوان (2 هفته)، کنترل و تمرین میانسال (8 هفته) و کنترل و تمرین پیر (24 ماهه) تقسیم شدند. گروههای تمرین ورزشی به مدت 6 هفته با برنامه ترکیبی، تمرین داده شدند. برای بررسی تغییرات بافتی هیپوکمپ از روش کریزل ویوله، بیان ژن NeuNو NF200 از روش Real time-PCR و همچنین پروتئین NF200 از روش ایمونوهیستوشیمی استفاده شد. برای تجزیه و تحلیل دادهها از آزمون t مستقل و آنالیز واریانس یکطرفه استفاده شد.
یافتهها: نسبت به گروههای کنترل، گروههای تمرین جوان (005/0=p) و میانسال (008/0=p) افزایش معنیدار سلولهای زنده عصبی و همچنین گروههای تمرین جوان (003/0=p)، میانسال (001/0>p) و پیر (021/0=p) افزایش معنیدار پروتئین NF200 بافت هیپوکمپ را نشان دادند. در بررسی بین گروههای تمرین، گروه جوان افزایش معنیدار پروتئین NF200 را نسبت به گروههای میانسال و پیر داشت (001/0p<). بین سه گروه تمرین در بیان ژن NeuN و NF200 اختلاف معنیداری مشاهده نشد (05/0<p).
نتیجهگیری: 6 هفته تمرین ترکیبی در سنین جوانی و میانسالی تأثیر بیشتری بر سلولهای زنده عصبی میگذارد. همچنین این تمرینات بهبود قابل توجه در پروتئین NF200 (بدون تغییر معنیدار در ژن) ایجاد کرد. به نظر میرسد این تفاوت تحت تأثیر مراحل اندازهگیری و منابع ترشح دیگر باشد.
واژههای کلیدی: هیپوکمپ، تمرین ورزشی، موش صحرایی ویستار
مقدمه
اثرات محافظت عصبی ناشی از ورزش با مکانیسمهای مولکولی متنوع در مطالعات تشریح شده است [1]. بیشتر مطالعات به بررسی فاکتورهای نوروتروفیک از جمله فاکتور نوروتروفیک مشتق شده از مغز (Brain Derived Neurotrophic Factor; BDNF) پرداخته و تنظیم مثبت آن را با تمرین ورزشی در بافت مغزی و هیپوکمپ تأیید کردهاند [2]. با این وجود تمرین ورزشی در سنین مختلف میتواند مسیرهای مولکولی مختلف را تنظیم و تأثیرات تقویتی و درمانی نیز بر جای گذارد. آنتیژن هستهای عصبی (Neuronal Nuclei; NeuN) یک پروتئین هستهای ویژه در نورون مهرهداران است [3] که بیان آن در مغز انسان بالغ و در CNS موش در حال رشد مورد تأیید قرار گرفته است [3]. بیان شده که NeuN به عنوان یک مارکر خاص از سلولهای عصبی بالغ بوده و افزایش آن در محافظت عصبی میتواند مؤثر باشد [4]. Kim و همکاران نشان دادند ورزش تردمیل با افزایش بیان NeuN از اختلالات حافظه کوتاه مدت ناشی از التهاب مغزی پیشگیری میکند زیرا که NeuN بلوغ عصبی را تسهیل میکند [5]. با این وجود اطلاعات اندکی در رابطه با تغییرات NeuN در مدلهای مختلف تمرینی در سنین مختلف وجود دارد. مطالعات محدودی نیز نقش نوروفیلامنت 200 مغز را با تمرین ورزشی مورد بررسی قرار دادهاند [6]. نوروفیلامنتها دستهای از فیلامنتهای بینابینی هستند که در سلولهای عصبی یافت میشوند. آنها ساختار اسکلت سلولی را تشکیل و به خصوص در آکسونها بسیار زیاد یافت میشوند. نورونهای نخاعی پروتئینهای نوروفیلامنت با وزن مولکولی کم (68 کیلو دالتون)، متوسط (155 کیلو دالتون) و بالا (200 کیلو دالتون) را بیان میکنند [7]. نوروفیلامنت 200 (Neurofilament; NF200) به طور معمول به عنوان نشانگر ایمونوهیستوشیمیایی برای ساختار و عملکرد سلولهای عصبی در بافت مغز و نخاع استفاده می شود [7]. در مطالعات نشان داده شده که از دست دادن NF200 در قشر مغز با تخریب بیشتر در شرایط ایسکمیک همراه میباشد [8]. کاهش در NF ممکن است نشان دهنده تغییر مداوم در اسکلت سلولی باشد که با ویژگیهای مورفوپاتولوژیک در آکسون آسیب دیده همراه است [9]. NF200 عنصر اصلی رشتههای عصبی هستند و از دست دادن گسترده این پروتئین میتواند عملکرد نوروفیلامنت را در سلولهای عصبی به خطر بیاندازد [10]. لذا تغییرات تخریب این فاکتور میتواند آسیبهای بافت مغز را به همراه داشته باشد [10]. در رابطه با تأثیر تمرین ورزشی بر ساختار بافتی به ویژه بافت هیپوکمپ مطالعات زیادی انجام شده است [11]. محققان بر این باورند که ورزش میتواند فعالیت سیستم عصبی را افزایش داده و نورونزایی را در این بافت گسترش دهد [12]. همچنین نشان داده شده تأثیر مثبت فعالیت بدنی بر سلولهای مغزی و هیپوکمپ (به عنوان محلی برای حافظه و یادگیری) مربوط به بهبود شکلپذیری عصبی، نورونزایی و ترمیم نورونهای آسیب دیده است که به نوبه خود منجر به بهبود ساختاری و بافتی میشود [13]. معمولاً عملکرد حافظه در سنین مختلف متفاوت بوده و تقویت آن در هر رده سنی میتواند بر کیفیت زندگی آن دوره نیز مؤثر باشد. از جهتی نیز تقویت حافظه در سنین پایینتر و میانسالی میتواند به پیشگیری از بیماریهای زوال عقلی در سنین بالاتر کمک کند زیرا که نشان داده شده انجام منظم تمرین ورزشی در سنین مختلف میتواند در پیشگیری و به تأخیر انداختن بیماری آلزایمر نیز مؤثر باشد [14]. متغیرهای مختلفی از جمله نوع، شدت و فرکانس ورزش وجود دارد که ممکن است بر اثربخشی ورزش به عنوان یک روش محافظت از نورون در انسان تأثیر بگذارد [15]. استفاده از تمرینات ترکیبی مقاومتی و استقامتی تأثیرات متنوعی دارد. بیشتر مطالعات در بررسی تاثیر تمرین ورزشی بر هیپوکمپ فاکتورهای نوروتروفیک مشتق از مغز را ارزیابی کردهاند [16]. با این وجود مطالعات در رابطه با تغییرات NF200 و NeuN هیپوکمپ با تمرین ورزشی به ویژه تمرین ترکیبی محدود است [17]. لذا در این مطالعه هدف تعیین تأثیر 6 هفته تمرین ترکیبی بر تعداد سلولهای زنده هیپوکمپ، بیان ژن NeuN و همچنین بیان ژن و بیان پروتئین NF200 در ناحیه CA1 هیپوکمپ در موشهای صحرایی ویستار جوان، میانسال و پیر میباشد.
مواد و روشها
مطالعه حاضر از نوع تجربی بود که در زمستان 1399 در آزمایشگاه دانشگاه آزاد اسلامی رشت انجام شد. تعداد 30 سر موش صحرایی نر نژاد ویستار از انستیتو پاستور ایران در سه رده سنی تهیه شدند و پس از انتقال موشهای صحرایی به محیط آزمایشگاه، حیوانات در شرایط کنترل شده با 12 ساعت روشنایی و 12 ساعت تاریکی (شروع روشنایی 6 صبح و شروع خاموشی 6 عصر)، دما (3±22 سانتیگراد)، و رطوبت (حدود 45 درصد) نگهداری شدند. تعداد 5-3 موش صحرایی در قفسهایی از جنس پلکسی گلاس با درب توری و به ابعاد 25 در 27 در 43 سانتی متر به گونهای نگهداری شدند به طوری که آزادانه به آب و غذای استاندارد دسترسی داشته باشند. تمامی مراحل نگهداری و کشتار موشهای صحرایی بر اساس ضوابط کمیته اخلاقی حیوانات دانشگاه آزاد اسلامی، واحد رشت انجام شد (کد اخلاق IR.IAU.RASHT.REC.1399.024). حیوانات پس از یک هفته آشناسازی با محیط آزمایشگاه در سه گروه جوان (شروع از 2 و 3 هفتگی تا پایان 6 هفته تمرین)، میانسال (شروع از 8 هفتگی تا پایان 6 هفته تمرین) و پیر (شروع از 24 ماهگی تا پایان 6 هفته تمرین) تقسیم بندی شدند [18] که هر گروه شامل 5 سر موش صحرایی کنترل بدون ورزش و 5 سر موش صحرایی با تمرین ورزشی بود.
برنامه تمرینی به مدت 6 هفته به صورت ترکیب تمرین مقاومتی روی نردبان و هوازی روی نوارگردان حیوانی (تجهیز گستر ایرانیان، مدل 2016) انجام شد. تمرین مقاومتی شامل 3 جلسه تمرین در هفته (شنبه، دوشنبه، چهارشنبه) به مدت 6 هفته بود که هر جلسه 3 نوبت و هر نوبت شامل 4 بار بالا رفتن از نردبان مخصوص به ارتفاع 1 متر و 26 پله با فاصله 4 سانتیمتر پلهها از هم بود. بین هر نوبت 30 ثانیه استراحت برای حیوانات در نظر گرفته شده بود. پس از بستن وزنه به دم حیوانات، وادار به صعود از نردبان عمودی شدند. اصل اضافه بار با افزایش درصد وزن بدن به صورت هفتگی انجام میشد بدین صورت که در هفته اول میزان وزنه بسته شده به دم حیوان 30 درصد و به تدریج از هفته دوم 70 درصد، هفته سوم 100 درصد، هفته چهارم 120 درصد، هفته پنجم 140 درصد و هفته ششم 160 درصد وزن بدن آنها بود [19]. برای تمرین استقامتی نیز در ابتدا حیوانات به مدت 3 روز تحت برنامه آشنایی با نحوه فعالیت روی نوار گردان قرار گرفتند. تمرینات برای 3 جلسه در هفته (یکشنبه، سه شنبه و پنج شنبه) و در روز های متناوب با تمرینات مقاومتی و به مدت 6 هفته انجام شد. شدت تمرین در هفته اول معادل 50 درصد حداکثر سرعت بود. که به تدریج در هفته ششم به 80 درصد رسید. مدت زمان تمرین در هر جلسه تمرینی 30 دقیقه بود [19].
48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرینی، کلیه موشهای صحرایی با تزریق کتامین (70 میلیگرم/کیلوگرم) و زایلارین (10 میلیگرم/کیلوگرم) بیهوش شدند. سپس خون از قلب حیوان گرفته شد. پس از اطمینان از قربانی شدن حیوان با رعایت اصول اخلاقی بافت برداری انجام شد. برای برداشتن بافت مغز، جمجمه از ناحیه قدامی و خلفی باز شده و با کمک درز میانی، جمجمه شکافته شده و سپس بافت مغز با بالاترین حساسیت خارج شد. پس از خروج بافت مغز از ناحیه هیپوکمپ مغز به دو قسمت قدامی و خلفی تقسیم شد به گونهای که هیپوکمپ در دو بافت قرار داشت. سپس قسمت قدامی برای اندازه گیری های بافتی به فرمالین 10 درصد منتقل شده و قسمت خلفی نیز برای اندازه گیری بیان ژن، در نرمال سالین 9 درصد شست و شو و در میکروتیوب به دمای 80- درجه سانتیگراد منتقل شد [20].
در این مطالعه از رنگآمیزی Cresyl violet برای رنگ آمیزی اجسام نیسل در سیتوپلاسم نورونها استفاده شد که در این روش اجسام نیسل به رنگ بنفش - آبی دیده میشوند. پس از فیکس کردن، غالب گیری و برش توسط دستگاه میکروتوم (model kd-3390 Germany) به ضخامت 7 میکرون، نمونهها روی لام قرار داده شده و پس از شفاف سازی و آبدهی، نمونهها با Cresyl violet یک درصد رنگ آمیزی شدند. این رنگآمیزی معمولاً برای شناسایی نکروز در بافت مغز و طناب نخاعی استفاده میشود. سپس با استفاده از فتومیکروسکوپ نوری (64105, Zeiss, Germany) و بزرگنمایی 20، 100 و 200 بافت هیپوکمپ مورد بررسی قرار گرفت. به منظور شمارش سلولی در یک میلیمتر مربع هیپوکمپ، از نرمافزارImage J (version 1.51r; NIH, Maryland, USA) استفاده شد [21].
جهت بررسیهای مولکولی در سطح بیان ژن، ابتدا استخراج RNA از بافت در همه گروههای مورد بررسی، طبق پروتکل شرکت سازنده (کیاژن، آلمان) انجام گرفت. برای این کار، میزان 200 لاندا کیازول به نمونهها اضافه شد و به مدت 24 ساعت در دمای 80- درجه سانتیگراد انکوبه (INC246، MEMMERT، Germany) شد. پلاک موجود در کرایوتیوب در حالت نیمه انجماد خرد شد و به منظور لیز نمونهها میزان 100 لاندا کلروفرم به مدت 1 دقیقه به آنها اضافه شد. محلول حاصل، با دور 12000 به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ (EBA200، HETTICH، Germany) گردید. مایع شفاف قسمت بالایی لوله که حاوی RNA بود به آرامی برداشته و در یک میکروتیوب DEPC شده قرار داده شد. 1 میلیلیتر ایزوپروپانول بر رویRNA شفاف ریخته شد و به مدت 1 دقیقه با دست به هم زده شد. نمونهها در سانتریفیوژ با دور 12000 به مدت 10 دقیقه قرار داده شد. سپس مایع رویی دور ریخته شد و روی رسوب آن 1 میلیلیتر الکل 70 درصد اضافه گردید. پس از Vortex کردن، مخلوط در سانتریفیوژ به مدت 10 دقیقه با دور 7500 قرار گرفت. مایع رویی تخلیه گردید و پلاک در داخل میکروتیوب خشک شد. میزان 20 لاندا آب مقطر 60 درجه بر روی پلاک ریخته شد و به مدت 5 دقیقه بر روی صفحهی 60 درجه قرار داده شد. پس از استخراج RNA با خلوص و غلظت بالا از تمامی نمونه های مورد مطالعه، مراحل سنتز cDNA طبق پروتکل شرکت سازنده (Fermentas, USA) انجام گرفت و سپس cDNA سنتز شده جهت انجام واکنش رونویسی معکوس مورد استفاده قرار گرفت. اندازهگیری سطوح بیان NeuN وNF200 از روش کمیReal time-PCR انجام شد. طراحی پرایمرها بر اساس اطلاعات ژن های NeuN و NF200 در بانک ژنی NCBI و توسط شرکت ماکروژن انجام شد. از ژن گلیسرآلدهید-3-فسفات دهیدروژناز(GAPDH) به عنوان ژن کنترل استفاده گردید و میزان بیان ژن مورد نظر با فرمول -ΔΔCT 2 به روش زیر محاسبه شد.
به این صورت که ابتدا سیکل آستانه ژن مورد نظر هر نمونه را از سیکل آستانه ژن خانه گردان همان نمونه کم شد
(∆Ct= Ct Target-Ct Housekeeping)
در مرحله بعد، Ct ∆ هر نمونه را از نمونهای که نسبت به آن نیاز بود مقایسه شود کم کرده، منفی عدد به دست آمده را به توان دو رسانده و بیان نسبی ژن NLRP1را به دست میآوریم [20].
(∆∆Ct=∆Ct Target-∆Ct Reference) ∆∆Ct- E= 2
توالی پرایمرهای مورد استفاده در جدول 1 زیر گزارش شده است.
جدول 1- جدول توالی پرایمرها برای RT-Pcr
Oligo sequence 5ˈ-3ˈ |
Gene name |
F: 5' CTTGTTAAAATGCCAGTCCC 3'
3' R: 5' CTCAGCACCATAAAATCCATC |
NeuN |
F: 5' CTCCCAAAAATTCCCTCCAT 3'
R: 5' CTCCTCCCTCTTCTGCCTCT 3' |
NF200 |
F: 5' GTGCCGTTGAATTTGCCGTG 3'
R: 5' GGAGAGTGTTTCCTCGTCCC 3' |
GAPDH |
قسمتی از بافت مغز حیوانات بلافاصله استخراج و در فرمالین 10 درصد [j2] قرار داده شد. پس از تثبیت نمونهها، بافتهای قالبگیری شده در پارافین توسط دستگاه میکروتوم برشهایی با ضخامت 5 میکرومتر گرفته شد. برشهای بهدست آمده به منظور بازیابی آنتی ژنی، در بافر TBS1X (2/9=pH) به مدت 20 دقیقه در دمای 70 درجه سانتیگراد انکوبه شد. سپس تریتون 3/0 درصد به مدت 30 دقیقه به منظور نفوذپذیر کردن غشاء سلولها استفاده گردید پس از شست و شو با PBS، سرم بز 10 درصد برای مدت 30 دقیقه به منظور بلوک کردن واکنش آنتی بادی ثانویه به صورت رنگ اضافی زمینه اضافه شد. آنتی بادی اولیه رقیق شده ضد NF200 (1 به 100) با PBS به مدت یک شب به نمونه اضافه گردید و در دمای 2 تا 8 درجه سانتیگراد انکوبه شد. پس از شست و شو با PBS آنتی بادی ثانویه متصل شده با رنگ FITC اضافه شد و در دمای 37 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت در تاریکی انکوبه گردید. در نهایت به منظور رنگ آمیزی هسته، به نمونهها DAPI اضافه شد. در مرحله آخر نمونه توسط میکروسکوپ فلوروسنت (CX23، Olympus، Japan) و با لنز 400 برای تأیید مارکرها مشاهده شدند [22].
برای تجزیه و تحلیل دادهها از نـرمافـزار SPSS نسخه 23 استفاده شد. برای ترسیم نمودارها نیز از نرمافزار Graph Pad Prism نسخه 9 استفاده شد. از میانگین و انحراف استاندارد برای گزارش توصیفی دادهها استفاده شد. برای بررسی نرمال بودن توزیع دادهها از آزمون Shapiro-Wilkاستفاده و نتایج نشان داد که تمام دادهها از توزیع نرمال برخوردار بودند (05/0 <P). برای ارزیابی تغییرات متغیرها در دو گروه تمرین و کنترل در هر رده سنی از آزمون t مستقل، و همچنین برای ارزیابی متغیرها در گروههای تمرینی در سه رده سنی از آنالیز واریانس یکطرفه و آزمون تعقیبی Tukey استفاده شد.
نتایج
در مطالعه حاضر برای بررسی تغییرات بافتی و هیستوپاتولوژیک از روش کریزل ویوله استفاده شد (شکل 1 و 2). برای ارزیابی جمعیت سلولهای زنده در این تصاویر بین گروههای تمرین و کنترل در 3 رده سنی نیز از آزمون t مستقل استفاده شد. بر اساس این نتایج گروههای جوان (005/0 p= و 480/5 t=) و میانسال (008/0 p= و 902/4 t=) افزایش معنیدار جمعیت سلولهای عصبی زنده را نسبت به گروههای کنترل خود نشان دادند (شکل 1 الف و ب). این در حالی بود که تعداد سلولهای عصبی زنده گروه پیر افزایش معنیداری را نسبت به گروه کنترل خود نشان نداد و تغییرات آن معنیدار نبود (05/0 <P) (شکل 1 ج).
نتایج آزمون Levene نشان داد که واریانسهای دادههای گروه کنترل و تمرین در تحقیق همگن بود (گروه جوان: سلولهای زنده: 812/0 p= و 065/0 F=، ژن NeuN: 967/0 p= و 001/0 F=، ژن NF200: 748/0 p= و 119/0 F=، پروتئین NF200: 681/0 p= و 196/0 F=)، (گروه میانسال: سلولهای زنده: 823/0 p= و 057/0 F=، ژن NeuN: 812/0 p= و 064/0 F=، ژن NF200: 614/0 p= و 298/0 F=، پروتئین NF200: 587/0 p= و 348/0 F=)، (گروه پیر: سلولهای زنده: 643/0 p= و 250/0 F=، ژن NeuN: 073/0 p= و 854/5 F=، ژن NF200: 103/0 p= و 429/4 F=، پروتئین NF200: 082/0 p= و 316/5 F=). [j3] سطح معنیداری در آزمونها 05/0 در نظر گرفته شد.
الف)