有氧运动对脑卒中后抑郁海马蛋白的影响及相关蛋白组学研究进展

刘晓敏 张雅素 李新民 龙俊字 谷卓岩

(河南中医药大学康复医学院，河南 郑州 450046)

脑卒中后抑郁(PSD)是脑卒中后常见精神疾病并发症，患者主要表现为兴趣减退、易疲劳、焦虑、睡眠紊乱、悲观绝望、甚至产生自杀行为〔1〕。研究发现脑卒中后急性期抑郁患病率约为30%，患有PSD的患者3年后再患PSD的风险增加5倍〔2〕，严重阻碍脑卒中后运动和认知功能障碍的恢复，并显著增加复发性神经血管事件的风险〔3〕，给家庭带来精神压力的同时还需承担巨大经济负担。目前针对PSD主要为药物治疗，但其副作用多且起效时间慢。因此，寻找安全有效的康复治疗方法尤为重要。

有氧运动作为具有康复特色的物理治疗方法可有效改善PSD〔4〕，但其作用机制仍未阐明。研究发现，海马是调节情绪的关键脑区，其海马神经元可塑性与PSD密切相关。有氧运动通过上调可增强海马突触可塑相关蛋白表达、调节海马炎症、凋亡及神经营养因子相关蛋白的表达，有助于增强海马神经元可塑性，缓解PSD，此外，有氧运动还可影响血浆及下丘脑蛋白组〔5～7〕，由此可知，有氧运动与蛋白组紧密联系。因此，探讨关于有氧运动改善PSD蛋白组相关研究进展，可为进一步阐明PSD的发病机制提供参考，为PSD的运动康复治疗提供理论依据。

1 有氧运动可缓解PSD

研究证实，运动可通过调节神经递质水平、重塑下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)负反馈调节机制，抑制对海马的损伤、增加脑源性神经营养因子(BDNF)、抑制神经毒性，促进神经再生等缓解PSD〔8～10〕，其中单胺类递质水平的异常变化被认为是PSD的重要发病原因〔11〕，目前主要的抗PSD药物是通过调节患者机体单胺类神经递质水平及受体功能发挥作用〔12〕，此外，海马神经可塑性障碍也是PSD的重要发病机制，其合成的BDNF和神经生长因子(NGF)在神经元保护、突触再生及神经损伤后功能重建等方面起重要作用〔13〕。

1.1有氧运动可改善PSD行为 有氧运动可有效预防及改善PSD行为，Kerr等〔14〕通过根据脑卒中患者病情程度制定个性化脚踏自行车训练方案，结果显示脑卒中患者生活质量得到显著改善，特别是抑郁症状的改善。李晓荟等〔15〕采用24式太极拳对PSD患者进行为期12 w的干预训练，显示PSD患者汉密尔顿(Hamilton)抑郁量表-24评分较治疗前显著降低。因此，说明有氧运动可调节PSD情绪。

1.2有氧运动可调节神经递质水平 有氧运动可通过调节机体神经递质水平缓解抑郁情绪。临床研究发现，PSD患者血浆5-羟色胺(HT)及多巴胺(DA)水平存在异常变化〔16〕。作为中医传统功法的八段锦有氧运动可对机体生理及心理进行双重调节，其中可调节单胺类神经递质合成及释放，促进抑郁情绪改善〔17〕。He等〔18〕通过对抑郁模型大鼠进行为期10 w的游泳训练，结果发现接受游泳运动训练的大鼠海马5-HT、DA及去甲肾上腺素水平较对照组显著上调。

1.3有氧运动可调节海马结构与功能 有氧运动可通过调节海马结构与功能减轻抑郁情绪。研究发现，PSD患者存在明显海马容积异常缩小〔19〕，而体育锻炼可有效降低海马细胞凋亡率，抑制海马萎缩〔20〕，其中太极拳与八段锦可通过增加海马灰质体积，缓解抑郁症状〔21〕。屈红林等〔22〕研究发现有氧运动可显著降低抑郁小鼠海马Toll样受体4表达，拮抗海马组织炎症而促进损伤的海马组织修复，改善海马功能缓解抑郁情绪。崔冬雪等〔23〕发现游泳训练可调节抑郁大鼠HPA轴负反馈及降低海马皮质酮水平，防止海马受损，维持海马功能达到抗抑郁效果。

2 PSD的蛋白组学研究

目前已有研究证据显示，PSD可促使血浆及脑组织蛋白组发生变化，促使与神经发生、细胞骨架重塑及信号传导等相关蛋白失调。因此，蛋白组学研究可得到与疾病相关的特异性蛋白质，差异蛋白的发现有助于探索疾病发病机制，可为疾病诊断及治疗提供证据支持。

2.1PSD的血浆蛋白组学研究 PSD可使脑卒中患者血浆蛋白组学发生变化。Zhan等〔24〕基于放射性核素标记相对和绝对定量(iTRAQ)技术检测PSD、脑卒中患者与健康人中的血浆蛋白表达，分析发现PSD患者存在显著触珠蛋白水平下调、载脂蛋白A-Ⅳ和凝溶胶蛋白水平上调，提示PSD存在脂质代谢和免疫调节异常。耿磊钰等〔25〕采用血浆细胞因子抗体芯片对PSD患者血浆中120种细胞因子蛋白表达进行测定，发现PSD患者血浆中参与炎症反应的巨噬细胞炎症蛋白-3β、血管内皮生长因子(VEGF)、胎盘生长因子(PIGF)及胰岛素样生长因子Ⅰ受体(IGF-Ⅰ SR)下调，其中VEGF作为有效的促血管新生因子在增强海马突触及神经元可塑性中发挥着重要作用，其水平与抑郁症病情程度呈负相关。其中，PIGF被认为是VEGF家族一员，在神经可塑性中发挥重要作用。BDNF和IGF-I协同在神经再生及抑郁治疗中具有更明显效果〔26〕，因此3种生长因子水平异常提示PSD可能存在突触可塑及神经再生障碍。

2.2PSD的脑组织蛋白组学研究 PSD可影响脑卒中患者脑组织蛋白组学，相关研究显示通过采用比较蛋白质组学技术研究中药干预PSD大鼠前后脑组织蛋白质谱的变化，结果发现中药干预后的大鼠脑组织差异蛋白主要富集在神经递质、神经营养因子及信号转导的代谢通路上，主要包括谷氨酸能突触、γ-氨基丁酸能突触、神经营养因子、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)及环磷酸腺苷(cAMP)等信号通路，中药可能通过上述通路发挥抗PSD效应〔27〕。Pan等〔28〕采用蛋白质组学技术对PSD、脑卒中的同侧海马蛋白表达变化进行检测，共鉴定出22种差异蛋白，且主要集中在神经发生、细胞骨架重塑、氧化应激及能量代谢方面，为PSD的病理变化提供新的认识。

3 有氧运动的海马蛋白组学研究

目前,蛋白质组学技术已应用于生命科学各个领域，已有研究发现,在运动医学领域中，有氧运动可影响海马蛋白质组，调节与神经元可塑、神经元凋亡相关蛋白水平，缓解PSD。探讨有氧运动在神经元发生、凋亡等相关蛋白组学变化可为运动医学在PSD康复应用提供新的理论和技术支持。

3.1有氧运动可影响海马蛋白组，调节神经元可塑相关蛋白的变化 Frey等〔29〕通过对雄性小鼠进行为期3 w的转轮跑步运动，采用质谱技术检测轮转运动后小鼠海马蛋白组变化，结果显示70种蛋白质受到调节，其中19种与神经发生、生长或凋亡过程有关。在变化的蛋白质中参与肌动蛋白应力纤维形成的RAS同源基因家族成员A上调，且重组人肌动蛋白结合蛋白2也被上调，上调的两种蛋白参与机动蛋白细胞骨架的重塑，其是神经元突触可塑的重要细胞内过程。此外，Liu等〔30〕采用蛋白组学技术对进行跑台运动的大鼠海马羰基化蛋白组进行检测，与未运动组发现的56个羟基化蛋白相比，运动组仅发现16个羟基化蛋白，结果显示通过激活钙调蛋白低赖性蛋白激酶(CAMK)-腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)-肌球蛋白样Bcl2结合蛋白(Beclin1)信号通路，定期进行有氧运动诱导的自噬，可能会通过缓解蛋白羰基化减轻海马神经变性及病理变化。

3.2有氧运动可影响海马蛋白组变化，调节神经细胞凋亡相关蛋白的表达 Daniels等〔31〕从蛋白组学角度探究有氧运动对遭受母体分离应激大鼠的影响，通过对应激大鼠进行6 w的自愿轮转运动，结果显示，运动组大鼠海马33个蛋白表达显著改变，其中轮转运动上调了可增加神经元生存的γ-烯醇酶的水平，并上调了可通过抑制关键凋亡蛋白半胱氨酸蛋白酶(caspase)-3来保护神经元免受凋亡的酸性核磷蛋白32家族成员A的水平。此外，应激大鼠体内热休克蛋白水平下调，其可能表明神经元细胞死亡风险增高〔32〕，而运动可逆转应激大鼠海马内热休克蛋白水平，因此，有氧运动可能保护神经元免受应激诱导的神经凋亡。

3.3有氧运动可通过调节海马神经元可塑性相关蛋白，缓解PSD 有氧运动可通过增强突触可塑性特异蛋白的表达，增强神经元可塑性，缓解抑郁。突触可塑性作为神经元生长、修复及再生的生物学基础，在神经可塑中具有重要作用。PSD-95、突触素(SYN)和神经生长相关蛋白(GAP)-43是突触可塑的重要标志物〔33〕。研究发现，游泳运动可通过上调海马PSD-95 mRNA及其蛋白表达，增加海马突触数量，调控突触结构及功能可塑，减轻抑郁症状。此外，游泳运动训练还可上调脑卒中后海马GAP-43和SYN的表达，调节神经元的生长和分化、增强神经可塑性，缓解PSD〔34,35〕。

有氧运动可通过影响BDNF及其下游通路蛋白表达，发挥对神经的营养作用。研究发现，运动训练可有效增加海马区(CA)3区锥体神经元树突长度和密度〔36〕。此外，有氧运动可通过促使BDNF与酪氨酸激酶B受体结合，促使MAPK磷酸化，进而激活细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)，其可促进海马树突结构形成，EPK的磷酸化可诱发细胞质、核内的核糖体S6蛋白激酶的蛋白激酶底物激活，促进重要转录因子cAMP反应元件结合蛋白(CREB)的磷酸化，进一步激活BDNF mRNA的表达转录，促进突触形成、神经元增值分化及损伤修复，进而发挥抗抑郁效应〔37～39〕。

3.4有氧运动可调节海马神经元凋亡相关蛋白的表达，缓解PSD 有氧运动通过调节海马炎症反应及凋亡蛋白表达保护海马神经元，缓解抑郁。李丛琴等〔40〕研究发现对大鼠进行4 w的高强度间歇跑步可减少海马齿状回(DG)区磷酸酶及张力蛋白同源基因(PTEN)的表达、抑制核转录因子(NF)-κB、炎症小体Nod样受体蛋白(NLRP)3通路的激活，并降低caspase-3的表达，从而促进海马神经元的修复缓解PSD。PTEN作为肿瘤抑癌基因，属蛋白质酪氨酸磷酸酶家族，可通过谷氨酸门控离子通道N-甲基-D-天冬氨酸受体的介导致神经元死亡〔41〕。PTEN的过表达可上调NF-κB、NLRP3水平〔42,43〕，诱发海马炎症反应，而有氧运动可逆转此现象。此外，有氧运动诱导的caspase-3蛋白表达的下降可减少海马神经元死亡，促进神经细胞修复，改善海马神经元可塑性，缓解PSD。

综上，有氧运动作为安全有效的康复物理治疗方式，可通过调节单胺类神经递质水平及海马结构与功能，缓解PSD。此外，PSD的发生可促使机体血浆及脑组织蛋白组发生变化，研究已证实有氧运动可影响脑组织蛋白组，调节与海马神经元可塑、凋亡相关蛋白表达的正常化。有氧运动可通过上调海马突触可塑蛋白表达、增强海马突触可塑性、抑制海马炎症通路的激活及凋亡相关蛋白表达，减少海马神经元凋亡，有助于上调BDNF及其相关通路蛋白表达，促进神经元修复、增强海马神经元可塑性、调节海马结构与功能、缓解抑郁情绪。由此可知，有氧运动与PSD蛋白组密切相关，随着组学技术的发展，未来可从结构蛋白组学、功能蛋白组学对有氧运动改善PSD的具体作用机制进行更全面和深入的研究，为临床运动康复治疗提供依据。