有氧運動對腦卒中后抑郁海馬蛋白的影響及相關蛋白組學研究進展

劉曉敏 張雅素 李新民 龍俊字 谷卓巖

(河南中醫藥大學康復醫學院，河南 鄭州 450046)

腦卒中后抑郁(PSD)是腦卒中后常見精神疾病并發癥，患者主要表現為興趣減退、易疲勞、焦慮、睡眠紊亂、悲觀絕望、甚至產生自殺行為〔1〕。研究發現腦卒中后急性期抑郁患病率約為30%，患有PSD的患者3年后再患PSD的風險增加5倍〔2〕，嚴重阻礙腦卒中后運動和認知功能障礙的恢復，并顯著增加復發性神經血管事件的風險〔3〕，給家庭帶來精神壓力的同時還需承擔巨大經濟負擔。目前針對PSD主要為藥物治療，但其副作用多且起效時間慢。因此，尋找安全有效的康復治療方法尤為重要。

有氧運動作為具有康復特色的物理治療方法可有效改善PSD〔4〕，但其作用機制仍未闡明。研究發現，海馬是調節情緒的關鍵腦區，其海馬神經元可塑性與PSD密切相關。有氧運動通過上調可增強海馬突觸可塑相關蛋白表達、調節海馬炎癥、凋亡及神經營養因子相關蛋白的表達，有助于增強海馬神經元可塑性，緩解PSD，此外，有氧運動還可影響血漿及下丘腦蛋白組〔5～7〕，由此可知，有氧運動與蛋白組緊密聯系。因此，探討關于有氧運動改善PSD蛋白組相關研究進展，可為進一步闡明PSD的發病機制提供參考，為PSD的運動康復治療提供理論依據。

1 有氧運動可緩解PSD

研究證實，運動可通過調節神經遞質水平、重塑下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)負反饋調節機制，抑制對海馬的損傷、增加腦源性神經營養因子(BDNF)、抑制神經毒性，促進神經再生等緩解PSD〔8～10〕，其中單胺類遞質水平的異常變化被認為是PSD的重要發病原因〔11〕，目前主要的抗PSD藥物是通過調節患者機體單胺類神經遞質水平及受體功能發揮作用〔12〕，此外，海馬神經可塑性障礙也是PSD的重要發病機制，其合成的BDNF和神經生長因子(NGF)在神經元保護、突觸再生及神經損傷后功能重建等方面起重要作用〔13〕。

1.1有氧運動可改善PSD行為 有氧運動可有效預防及改善PSD行為，Kerr等〔14〕通過根據腦卒中患者病情程度制定個性化腳踏自行車訓練方案，結果顯示腦卒中患者生活質量得到顯著改善，特別是抑郁癥狀的改善。李曉薈等〔15〕采用24式太極拳對PSD患者進行為期12 w的干預訓練，顯示PSD患者漢密爾頓(Hamilton)抑郁量表-24評分較治療前顯著降低。因此，說明有氧運動可調節PSD情緒。

1.2有氧運動可調節神經遞質水平 有氧運動可通過調節機體神經遞質水平緩解抑郁情緒。臨床研究發現，PSD患者血漿5-羥色胺(HT)及多巴胺(DA)水平存在異常變化〔16〕。作為中醫傳統功法的八段錦有氧運動可對機體生理及心理進行雙重調節，其中可調節單胺類神經遞質合成及釋放，促進抑郁情緒改善〔17〕。He等〔18〕通過對抑郁模型大鼠進行為期10 w的游泳訓練，結果發現接受游泳運動訓練的大鼠海馬5-HT、DA及去甲腎上腺素水平較對照組顯著上調。

1.3有氧運動可調節海馬結構與功能 有氧運動可通過調節海馬結構與功能減輕抑郁情緒。研究發現，PSD患者存在明顯海馬容積異?？s小〔19〕，而體育鍛煉可有效降低海馬細胞凋亡率，抑制海馬萎縮〔20〕，其中太極拳與八段錦可通過增加海馬灰質體積，緩解抑郁癥狀〔21〕。屈紅林等〔22〕研究發現有氧運動可顯著降低抑郁小鼠海馬Toll樣受體4表達，拮抗海馬組織炎癥而促進損傷的海馬組織修復，改善海馬功能緩解抑郁情緒。崔冬雪等〔23〕發現游泳訓練可調節抑郁大鼠HPA軸負反饋及降低海馬皮質酮水平，防止海馬受損，維持海馬功能達到抗抑郁效果。

2 PSD的蛋白組學研究

目前已有研究證據顯示，PSD可促使血漿及腦組織蛋白組發生變化，促使與神經發生、細胞骨架重塑及信號傳導等相關蛋白失調。因此，蛋白組學研究可得到與疾病相關的特異性蛋白質，差異蛋白的發現有助于探索疾病發病機制，可為疾病診斷及治療提供證據支持。

2.1PSD的血漿蛋白組學研究 PSD可使腦卒中患者血漿蛋白組學發生變化。Zhan等〔24〕基于放射性核素標記相對和絕對定量(iTRAQ)技術檢測PSD、腦卒中患者與健康人中的血漿蛋白表達，分析發現PSD患者存在顯著觸珠蛋白水平下調、載脂蛋白A-Ⅳ和凝溶膠蛋白水平上調，提示PSD存在脂質代謝和免疫調節異常。耿磊鈺等〔25〕采用血漿細胞因子抗體芯片對PSD患者血漿中120種細胞因子蛋白表達進行測定，發現PSD患者血漿中參與炎癥反應的巨噬細胞炎癥蛋白-3β、血管內皮生長因子(VEGF)、胎盤生長因子(PIGF)及胰島素樣生長因子Ⅰ受體(IGF-Ⅰ SR)下調，其中VEGF作為有效的促血管新生因子在增強海馬突觸及神經元可塑性中發揮著重要作用，其水平與抑郁癥病情程度呈負相關。其中，PIGF被認為是VEGF家族一員，在神經可塑性中發揮重要作用。BDNF和IGF-I協同在神經再生及抑郁治療中具有更明顯效果〔26〕，因此3種生長因子水平異常提示PSD可能存在突觸可塑及神經再生障礙。

2.2PSD的腦組織蛋白組學研究 PSD可影響腦卒中患者腦組織蛋白組學，相關研究顯示通過采用比較蛋白質組學技術研究中藥干預PSD大鼠前后腦組織蛋白質譜的變化，結果發現中藥干預后的大鼠腦組織差異蛋白主要富集在神經遞質、神經營養因子及信號轉導的代謝通路上，主要包括谷氨酸能突觸、γ-氨基丁酸能突觸、神經營養因子、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)及環磷酸腺苷(cAMP)等信號通路，中藥可能通過上述通路發揮抗PSD效應〔27〕。Pan等〔28〕采用蛋白質組學技術對PSD、腦卒中的同側海馬蛋白表達變化進行檢測，共鑒定出22種差異蛋白，且主要集中在神經發生、細胞骨架重塑、氧化應激及能量代謝方面，為PSD的病理變化提供新的認識。

3 有氧運動的海馬蛋白組學研究

目前,蛋白質組學技術已應用于生命科學各個領域，已有研究發現,在運動醫學領域中，有氧運動可影響海馬蛋白質組，調節與神經元可塑、神經元凋亡相關蛋白水平，緩解PSD。探討有氧運動在神經元發生、凋亡等相關蛋白組學變化可為運動醫學在PSD康復應用提供新的理論和技術支持。

3.1有氧運動可影響海馬蛋白組，調節神經元可塑相關蛋白的變化 Frey等〔29〕通過對雄性小鼠進行為期3 w的轉輪跑步運動，采用質譜技術檢測輪轉運動后小鼠海馬蛋白組變化，結果顯示70種蛋白質受到調節，其中19種與神經發生、生長或凋亡過程有關。在變化的蛋白質中參與肌動蛋白應力纖維形成的RAS同源基因家族成員A上調，且重組人肌動蛋白結合蛋白2也被上調，上調的兩種蛋白參與機動蛋白細胞骨架的重塑，其是神經元突觸可塑的重要細胞內過程。此外，Liu等〔30〕采用蛋白組學技術對進行跑臺運動的大鼠海馬羰基化蛋白組進行檢測，與未運動組發現的56個羥基化蛋白相比，運動組僅發現16個羥基化蛋白，結果顯示通過激活鈣調蛋白低賴性蛋白激酶(CAMK)-腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)-肌球蛋白樣Bcl2結合蛋白(Beclin1)信號通路，定期進行有氧運動誘導的自噬，可能會通過緩解蛋白羰基化減輕海馬神經變性及病理變化。

3.2有氧運動可影響海馬蛋白組變化，調節神經細胞凋亡相關蛋白的表達 Daniels等〔31〕從蛋白組學角度探究有氧運動對遭受母體分離應激大鼠的影響，通過對應激大鼠進行6 w的自愿輪轉運動，結果顯示，運動組大鼠海馬33個蛋白表達顯著改變，其中輪轉運動上調了可增加神經元生存的γ-烯醇酶的水平，并上調了可通過抑制關鍵凋亡蛋白半胱氨酸蛋白酶(caspase)-3來保護神經元免受凋亡的酸性核磷蛋白32家族成員A的水平。此外，應激大鼠體內熱休克蛋白水平下調，其可能表明神經元細胞死亡風險增高〔32〕，而運動可逆轉應激大鼠海馬內熱休克蛋白水平，因此，有氧運動可能保護神經元免受應激誘導的神經凋亡。

3.3有氧運動可通過調節海馬神經元可塑性相關蛋白，緩解PSD 有氧運動可通過增強突觸可塑性特異蛋白的表達，增強神經元可塑性，緩解抑郁。突觸可塑性作為神經元生長、修復及再生的生物學基礎，在神經可塑中具有重要作用。PSD-95、突觸素(SYN)和神經生長相關蛋白(GAP)-43是突觸可塑的重要標志物〔33〕。研究發現，游泳運動可通過上調海馬PSD-95 mRNA及其蛋白表達，增加海馬突觸數量，調控突觸結構及功能可塑，減輕抑郁癥狀。此外，游泳運動訓練還可上調腦卒中后海馬GAP-43和SYN的表達，調節神經元的生長和分化、增強神經可塑性，緩解PSD〔34,35〕。

有氧運動可通過影響BDNF及其下游通路蛋白表達，發揮對神經的營養作用。研究發現，運動訓練可有效增加海馬區(CA)3區錐體神經元樹突長度和密度〔36〕。此外，有氧運動可通過促使BDNF與酪氨酸激酶B受體結合，促使MAPK磷酸化，進而激活細胞外信號調節蛋白激酶(ERK)，其可促進海馬樹突結構形成，EPK的磷酸化可誘發細胞質、核內的核糖體S6蛋白激酶的蛋白激酶底物激活，促進重要轉錄因子cAMP反應元件結合蛋白(CREB)的磷酸化，進一步激活BDNF mRNA的表達轉錄，促進突觸形成、神經元增值分化及損傷修復，進而發揮抗抑郁效應〔37～39〕。

3.4有氧運動可調節海馬神經元凋亡相關蛋白的表達，緩解PSD 有氧運動通過調節海馬炎癥反應及凋亡蛋白表達保護海馬神經元，緩解抑郁。李叢琴等〔40〕研究發現對大鼠進行4 w的高強度間歇跑步可減少海馬齒狀回(DG)區磷酸酶及張力蛋白同源基因(PTEN)的表達、抑制核轉錄因子(NF)-κB、炎癥小體Nod樣受體蛋白(NLRP)3通路的激活，并降低caspase-3的表達，從而促進海馬神經元的修復緩解PSD。PTEN作為腫瘤抑癌基因，屬蛋白質酪氨酸磷酸酶家族，可通過谷氨酸門控離子通道N-甲基-D-天冬氨酸受體的介導致神經元死亡〔41〕。PTEN的過表達可上調NF-κB、NLRP3水平〔42,43〕，誘發海馬炎癥反應，而有氧運動可逆轉此現象。此外，有氧運動誘導的caspase-3蛋白表達的下降可減少海馬神經元死亡，促進神經細胞修復，改善海馬神經元可塑性，緩解PSD。

綜上，有氧運動作為安全有效的康復物理治療方式，可通過調節單胺類神經遞質水平及海馬結構與功能，緩解PSD。此外，PSD的發生可促使機體血漿及腦組織蛋白組發生變化，研究已證實有氧運動可影響腦組織蛋白組，調節與海馬神經元可塑、凋亡相關蛋白表達的正?；?。有氧運動可通過上調海馬突觸可塑蛋白表達、增強海馬突觸可塑性、抑制海馬炎癥通路的激活及凋亡相關蛋白表達，減少海馬神經元凋亡，有助于上調BDNF及其相關通路蛋白表達，促進神經元修復、增強海馬神經元可塑性、調節海馬結構與功能、緩解抑郁情緒。由此可知，有氧運動與PSD蛋白組密切相關，隨著組學技術的發展，未來可從結構蛋白組學、功能蛋白組學對有氧運動改善PSD的具體作用機制進行更全面和深入的研究，為臨床運動康復治療提供依據。