侯莉娟，成佳俐，王曉昕，張 颯，劉曉莉，喬德才

HOU Li-juan1，CHENG Jia-li1，WANG Xiao-xin1，ZHANG Sa2，LIU Xiao-li1，QIAO De-cai1

運動疲勞引起紋狀體突觸超微結(jié)構(gòu)變化及D2DR介導(dǎo)的行為學(xué)干預(yù)研究

侯莉娟1，成佳俐1，王曉昕1，張 颯2，劉曉莉1，喬德才1

HOU Li-juan1，CHENG Jia-li1，WANG Xiao-xin1，ZHANG Sa2，LIU Xiao-li1，QIAO De-cai1

運動疲勞是體育運動中普遍存在的生理現(xiàn)象，也是影響運動員成績水平的關(guān)鍵因素。1891年，Mosso教授最先開始“疲勞”的研究，提出“肌肉疲勞是獨立于神經(jīng)系統(tǒng)的外周現(xiàn)象”、“代謝產(chǎn)物二氧化碳和乳酸是降低肌肉收縮能力的主要因素”、“疲勞是機體自我保護的警覺信號”等假說［14］。1982年，第5屆國際運動生物化學(xué)會議將其定義為“機體生理過程不能持續(xù)其機能在一特定水平或不能維持預(yù)定的運動強度”。近年來，隨著神經(jīng)科學(xué)理論和神經(jīng)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，實驗證實，中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）在運動疲勞產(chǎn)生中起到重要的調(diào)節(jié)作用，如運動疲勞后神經(jīng)傳導(dǎo)速度降低，中樞五羥色胺（5-hydroxy tryptamine，5-HT）神經(jīng)遞質(zhì)濃度增加，大腦皮層神經(jīng)元興奮性降低［11，23，36］等，并提出“運動疲勞是大腦保護性抑制的結(jié)果”、“運動疲勞導(dǎo)致肌肉收縮能力的下降是CNS不能發(fā)放有效驅(qū)動的結(jié)果”，推測運動疲勞產(chǎn)生機制與大腦皮層及基底神經(jīng)節(jié)等神經(jīng)元電活動改變有關(guān)［35，42］。

基底神經(jīng)節(jié)是大腦皮層下神經(jīng)核團的總稱，主要包括紋狀體、蒼白球、黑質(zhì)和丘腦底核等［2］，通過直接通路、間接通路和超直接通路實現(xiàn)運動功能調(diào)控。其中，紋狀體是基底神經(jīng)節(jié)運動信息的主要輸入核團［9］，在運動調(diào)控中扮演重要角色。紋狀體根據(jù)功能及神經(jīng)元投射關(guān)系分為背側(cè)部和腹側(cè)部，背側(cè)紋狀體又分為背內(nèi)側(cè)部（dorsomedial striatum，DMS）與背外側(cè)部（dorsolateral striatum，DLS）［38，41，44］。DMS對目的性行為的獲得與執(zhí)行至關(guān)重要［45］，而接受前額皮層感覺運動區(qū)投射的DLS，對學(xué)習(xí)行為和習(xí)慣性行為調(diào)控至關(guān)重要。DLS損毀后主體具有目的性行為能力，但習(xí)慣性行為反應(yīng)受到阻礙［17］。DLS接受黑質(zhì)致密部（substantia nigra pars compacta，SNc）DA（dopamine，DA）能纖維投射，構(gòu)成黑質(zhì)-紋狀體DA能通路，對直接通路/間接通路的興奮/抑制起調(diào)節(jié)作用［40］。

當(dāng)有運動疲勞發(fā)生時，機體不僅出現(xiàn)運動能力的下降，同時也伴隨技術(shù)動作的失誤，以及協(xié)調(diào)性、靈活性及精確性等降低［13，20］。提示，運動疲勞發(fā)生時，黑質(zhì)-紋狀體DA神經(jīng)系統(tǒng)對直接通路和間接通路的調(diào)節(jié)平衡被打破，機體運動控制功能受到影響。本實驗室前期實驗觀察到運動疲勞后大鼠紋狀體外側(cè)深部區(qū)域神經(jīng)元自發(fā)放電頻率增加，興奮性增強［5］，即刻早期基因c-jun蛋白表達增強［1］，且紋狀體5-HT和DA含量顯著增高，D2DR表達量顯著增加［1］。提示，DA可能與D2DR結(jié)合后激活間接通路，直接/間接通路平衡被打破。因此，本研究從紋狀體背外側(cè)部的超微結(jié)構(gòu)入手，探討運動疲勞后黑質(zhì)-紋狀體DA神經(jīng)系統(tǒng)在運動疲勞中樞機制中的調(diào)節(jié)作用。

1 材料和方法

1.1 實驗動物及分組

雄性Wistar 大鼠（ 230～270 g），由北京華阜康生物科技股份有限公司提供［SCXK（京）2012-0001］。大鼠分籠飼養(yǎng)，自由飲食，自然光照，室內(nèi)溫度20℃～25℃，濕度45%～50%。大鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)3 d后，按照采樣時間點隨機分為6個組，對照組（control group，CG），一次性力竭運動組（1-day fatigue group，1FG），3 d重復(fù)力竭組（3-day fatigue group，3FG），7 d力竭運動即刻組（7-day fatigue group，7FG），7 d力竭運動24 h恢復(fù)組（24-hour recovery，24RG）和48 h恢復(fù)組（48-hour recovery group，48RG）。各組內(nèi)分別進行透射電鏡實驗（n=18）、免疫組化實驗（n=18）及行為學(xué)實驗（n=18），共54只大鼠。

圖1 測試實驗流程Figure1. Experimental Protocol

1.2 實驗動物模型的建立

大鼠進行1周適應(yīng)性訓(xùn)練后，建立7 d力竭跑臺（DSPT-202）運動疲勞模型。模型建立采用本實驗室改良的Bedford遞增負荷運動方案，負荷分為3級：一級運動速度8.2 m/min，運動時間15 min；二級速度15 m/min，運動時間15 min；三級速度為20 m/min，運動至力竭；連續(xù)進行7 d。CG組大鼠置于跑臺中自然安靜狀態(tài)。大鼠力竭標(biāo)準(zhǔn)為動物不能維持預(yù)定跑速，滯留于跑道后擋板不動，使用光、電、聲刺激驅(qū)趕仍無效，并伴有呼吸急促，俯臥跑臺，垂頭不起等行為表現(xiàn)。

1.3 紋狀體背外側(cè)部突觸超微結(jié)構(gòu)的電鏡實驗

各采樣時間點用10%水合氯醛溶液腹腔注射麻醉，37℃生理鹽水和4℃的4%多聚甲醛左心室-升主動脈灌注固定，參照鼠腦圖譜切取右側(cè)紋狀體背外側(cè)部，將其修整為1 mm3的組織塊并置于4%戊二醛溶液中固定后浸洗、脫水、浸透、包埋、聚合、切片與染色后在透射電子顯微鏡（Hitachi H-7650）下觀察［16］，每組選取20個視野在60 000×和20 000×鏡下拍照編號。ImageJ測量突觸活性區(qū)長度、突觸后致密物（postsynaptic density，PSD）厚度、突觸間隙寬度等指標(biāo)［18，30］。突觸活性區(qū)長度和突觸后膜致密物質(zhì)厚度參照Guldner方法［18，26］，突觸間隙寬度用多點平均法測量（圖2）。

圖2 突觸參數(shù)測量Figure2. Parameter Measurement of Synaptic

1.4 PSD-95蛋白表達檢測的免疫組織化學(xué)實驗

各采樣時間點麻醉灌流后快速取出腦組織塊4%多聚甲醛中固定24 h后脫水、包埋、修塊、切片、貼片、抗原修復(fù)、免疫組織染色、顯色及透明［19］，奧林巴斯BX51型顯微鏡進行圖像采集，Image-Pro Plus 6.0軟件統(tǒng)計分析免疫陽性細胞平均光密度（average opticaldensity，AOD）值。

1.5 大鼠自主活動能力評價及參數(shù)評估

大鼠自主活動能力采用曠場實驗（open fi eld test，OFT）評價［10］。實驗裝置長×寬×高為100 cm×100 cm×40 cm，四壁白底部黑，放置于光強度20 Lux無背景噪音室內(nèi)，數(shù)碼攝像機固定于裝置正上方80 cm，Smart 3.0軟件記錄大鼠曠場行為活動60 min。干預(yù)選取D2DR拮抗劑Sulpiride（Sigma，40 mg/kg）和D2DR激動劑Quinpirole（Sigma，0.03 mg/kg）進行［28］，時間為每次力竭運動前30 min經(jīng)腹腔注射［33］。實驗設(shè)計采用雙盲法，同時對每次重復(fù)力竭運動的時間進行記錄。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析，結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±SD）表示。超微結(jié)構(gòu)和行為學(xué)組間均數(shù)的比較采用方差分析（One-Way ANOVA），選擇LSD/ Tamhane′s T2檢驗對組間均值差異進行比較，顯著性水平為P＜0.05。免疫組化結(jié)果比較采用獨立樣本t檢驗（independent-Samples T test），以P＜0.05表示差異具有顯著性意義。

2 結(jié)果

2.1 運動疲勞對大鼠紋狀體背外側(cè)部突觸超微結(jié)構(gòu)的影響

紋狀體背外側(cè)部能夠觀察到對稱性突觸和不對稱性突觸，紋狀體背外側(cè)部主要接受中腦黑質(zhì)致密部DA能神經(jīng)元投射，形成黑質(zhì)-紋狀體 DA 能通路，同時，紋狀體背外側(cè)部還接受感覺運動皮層谷氨酸（glutamate，Glu）能投射，構(gòu)成皮層-紋狀體Glu能通路，兩條通路共同參與隨意運動和身體姿勢的控制［7，24，44］，且這兩者都形成興奮性突觸，即不對稱性突觸。因此，本研究選取不對稱性突觸進行統(tǒng)計、測量與分析。

圖 3 各組大鼠DLS區(qū)突觸超微結(jié)構(gòu) （60 000×）Figure3. Synaptic Ultrastructure in Rats’ DLS（60 000×）

透射電子顯微鏡結(jié)果顯示（圖3、表1），3FG、7FG、24RG和48RG組與1FG組比較，突觸間隙顯著增大（P＜0.01）；3FG和7FG組與CG和1FG組相比致密物厚度顯著降低（P＜0.05）；而各組大鼠DLS區(qū)活性區(qū)長度未見顯著性差異（P＞0.05）。

表1 各組大鼠DLS區(qū)突觸界面結(jié)構(gòu)參數(shù)Table1 Synaptic Structure Parameters in Rats’ DLS （nm）

2.2 運動疲勞對大鼠紋狀體背外側(cè)部PSD-95的影響

免疫組織化學(xué)結(jié)果陽性細胞呈現(xiàn)棕黃色（圖4），表2可以看出，24RG組紋狀體PSD-95蛋白表達與 CG、1FG組相比明顯增加，且差異顯著（P＜0.05）。Person相關(guān)性檢驗顯示，各組大鼠狀體背外側(cè)部PSD厚度變化與PSD-95蛋白表達量未顯示顯著差異（P＞0.05）。

圖4 各組大鼠DLS區(qū)PSD-95蛋白表達 （400×）Figure4. Expression of PSD-95 in DLS （400×）

表2 各組大鼠紋狀體背外側(cè)PSD-95蛋白表達水平比較Table2 Comparison of PSD-95 Expression Levels in DLS

2.3 重復(fù)力竭運動對大鼠自主活動能力的影響

行為學(xué)數(shù)據(jù)顯示（表3），隨著運動強度增加，各組大鼠運動總距離越來越短，但在恢復(fù)期又逐漸恢復(fù)到安靜水平。與1FG組大鼠相比，7FG組大鼠運動最大速度顯著升高（P＜0.05）；與CG組相比，各組大鼠運動平均速度顯著降低（P＜0.05）；與1FG組大鼠相比，7FG和24RG組大鼠平均速度顯著降低（P＜0.05）；與7FG組大鼠相比，48RG組大鼠平均速度顯著升高（P＜0.05）。

2.4 D2DR拮抗劑和激動劑干預(yù)對運動疲勞大鼠自主活動能力的影響

注射D2DR拮抗劑后，大鼠力竭運動時間（103±4.14 min）較對照組（147.33±5.63 min）顯著降低（P＜0.01），而D2DR激動劑干預(yù)后力竭運動時間（189.33±6.23 min）則顯著增加（P＜0.01）。大鼠在曠場中的活動區(qū)域集中在角落和邊緣，60 min正常大鼠運動距離約為159 m，D2DR拮抗劑干預(yù)后大鼠活動減少，CG組運動距離降低52.3%（P＜0.01），1FG和48RG組運動距離降低50.34%（P＜0.05）和20.72%（P＜0.05；圖5）。

表3 力竭運動對大鼠自主活動能力的影響Table3 Effect of Exercise on Locomotor Behavior in Rats

圖5 D2DR拮抗劑干預(yù)對各組大鼠運動距離的影響Figure5. Effect of D2DR Antagonist of Exercise Distance in Rats

行為學(xué)數(shù)據(jù)顯示（表4），7FG組大鼠D2DR拮抗劑干預(yù)后運動最大速度顯著降低（P＜0.05），而激動劑干預(yù)后最大速度升高，但差異不具有顯著性（P＞0.05）。

表4 D2DR拮抗劑和激動劑干預(yù)對各組大鼠最大速度影響Table4 D2DR Intervention Role of Max Speed in Rats

3 討論

3.1 運動對紋狀體突觸超微結(jié)構(gòu)及相關(guān)蛋白表達的影響

紋狀體是基底神經(jīng)節(jié)中接受傳入信息的主要核團，參與隨意運動的程序編制與執(zhí)行，在調(diào)節(jié)運動方向、順序、速度和幅度、運動可塑性，如習(xí)慣形成和條件行為等方面發(fā)揮作用［40］。當(dāng)有運動疲勞發(fā)生時，機體運動能力下降，伴隨技術(shù)動作失誤，協(xié)調(diào)性、靈活性及精確性受到影響［13，20］，

實驗證明，DA本身或其激動劑能延遲疲勞，中樞DA減少可能加速疲勞產(chǎn)生［22］，而耐力訓(xùn)練可通過增加D2DR和加強黑質(zhì)-紋狀體DA神經(jīng)傳導(dǎo)來提升運動能力［31］，提示，運動疲勞發(fā)生時，黑質(zhì)-紋狀體DA神經(jīng)系統(tǒng)在運動疲勞中樞機制中起著重要的調(diào)節(jié)作用。前期實驗觀察到，運動疲勞后大鼠紋狀體外側(cè)深部區(qū)域神經(jīng)元自發(fā)放電頻率增加，興奮性增強［5］，且這一區(qū)域神經(jīng)元即刻早期基因c-jun蛋白表達增強［1］，提示，紋狀體背外側(cè)區(qū)域在運動中發(fā)揮重要作用。

圖6 突觸傳遞效能影響因素示意圖Figure6. Effect Factors of Synaptic Transmission

本研究發(fā)現(xiàn)，運動疲勞后紋狀體背外側(cè)部PSD厚度變小，而突觸傳遞效能的改變與 PSD 的形態(tài)密切相關(guān)。PSD位于突觸后膜是影響突觸可塑性的重要細胞骨架結(jié)構(gòu)，它包含神經(jīng)遞質(zhì)受體、細胞粘附蛋白、銜接分子、信號酶和細胞骨架蛋白5類蛋白［12］，其中，PSD-95是膜結(jié)合鳥苷酸激酶家族的重要成員，也是細胞骨架蛋白的主要成分［3］。本研究發(fā)現(xiàn)，PSD-95在運動疲勞后的改變與PSD的變化沒有相關(guān)性，提示，PSD-95蛋白不是造成運動疲勞后PSD厚度變化的原因。

研究發(fā)現(xiàn)，D2DR基因敲除小鼠在各種環(huán)境中運動時間減少，活動量較低，D2DR造成其運動功能障礙［30］。也有研究表明，衰老動物喪失的快速發(fā)起運動能力（反應(yīng)時增加）與紋狀體D2DR密度減少相關(guān)［32］，提示，D2DR介導(dǎo)的PSD厚度改變可能是運動疲勞發(fā)生的靶點，黑質(zhì)-紋狀體通路可塑性參與了這一變化的調(diào)節(jié)。

3.2 D2DR在紋狀體-黑質(zhì)通路運動控制中的機制探討

紋狀體內(nèi)95%的神經(jīng)元是γ-氨基丁酸能中型多棘神經(jīng)元（medium spiny neuron，MSN），它們接受黑質(zhì)DA能神經(jīng)纖維投射。DA對參與直接通路的紋狀體傳出神經(jīng)元（主要含D1受體）具有興奮作用，使原本易化運動的直接通路產(chǎn)生興奮效應(yīng)；對參與間接通路的紋狀體傳出神經(jīng)元（主要含D2受體）具有抑制作用，使原本抑制運動的間接通路產(chǎn)生去抑制效應(yīng)，兩條通路的最終結(jié)果都是易化運動。研究發(fā)現(xiàn)，黑質(zhì)致密部 DA能神經(jīng)元漸進性丟失是引發(fā) PD患者或動物模型基底神經(jīng)節(jié)調(diào)節(jié)功能紊亂的主要原因之一［6，7，37］。越來越多的證據(jù)表明，紋狀體D2DR在調(diào)節(jié)運動控制、適應(yīng)和妥協(xié)行為的神經(jīng)通路中起到了重要作用［16］。

在實驗室的前期研究中，通過電刺激前腦內(nèi)側(cè)束，觀察了運動疲勞大鼠紋狀體神經(jīng)元誘發(fā)放電變化特征，結(jié)果表明，運動疲勞后紋狀體誘發(fā)放電的頻率達到最大值的刺激閾強度增加，黑質(zhì)致密區(qū)的DA能神經(jīng)系統(tǒng)主要通過D2DR的作用對紋狀體的電活動進行調(diào)節(jié)，提示，D2DR參與了運動疲勞后紋狀體放電活動的改變機制［4］。運動疲勞后，D1DR受體拮抗劑誘導(dǎo)紋狀體神經(jīng)元由單放電向爆發(fā)式放電轉(zhuǎn)變，而D2DR受體拮抗劑則對紋狀體神經(jīng)元活動的抑制性增強［1］，說明D2DR參與了運動疲勞中樞機制調(diào)節(jié)活動。

2010年，Jackson等人［25］注射D2DR激動劑使PD狨猴運動障礙明顯逆轉(zhuǎn)且自發(fā)活動增加，當(dāng)激動劑與L-dopa聯(lián)合使用時，明顯改善運動功能障礙且不抑制L-dopa的治療作用。PD模型動物紋狀體MSNs樹突棘形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常改變，且與運動功能障礙的出現(xiàn)具有一致性［29］；而一定強度跑臺或跑輪運動干預(yù)可顯著逆轉(zhuǎn)PD模型動物樹突棘數(shù)量和密度丟失，并改善其運動功能［43］。PD患者紋狀體組織尸檢結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紋狀體MSNs存在樹突棘丟失現(xiàn)象，樹突分枝數(shù)量、樹突長度及樹突棘密度均顯著降低［39］。Zhang Y等［46］研究證明，6-OHDA偏側(cè)損毀大鼠紋狀體MSNs胞體遠端和近端樹突上樹突棘約丟失40%。Caroline Fasano等［15］研究發(fā)現(xiàn)，在MSNs單細胞培養(yǎng)實驗中，用激動劑quinpirole激活D2DR可使MSNs主樹突上每50μm增加樹突棘54%并促進MSN樹突表達，提示，D2DR可以作為紋狀體MSNs樹突棘結(jié)構(gòu)重塑治療PD的潛在靶點之一。

有研究表明，藥物激活大鼠紋狀體 D2DR導(dǎo)致大鼠產(chǎn)生刻板行為綜合征（重復(fù)嗅探和啃咬行為，并伴隨有多動癥），阻斷紋狀體 D2DR使大鼠產(chǎn)生明顯肌肉僵硬［27］。前期研究觀察到，D2DR拮抗劑Spiperone對運動疲勞后紋狀體神經(jīng)元的抑制作用加強［21］，同時，運動疲勞后，紋狀體5-HT和DA含量顯著增高，D2DR受體表達量顯著增加［1］，提示，DA可能與D2DR結(jié)合后激活間接通路，打破直接/間接通路的平衡。本研究觀察到，注射D2DR拮抗劑大鼠力竭時間減少，而注射D2DR激動劑后大鼠力竭時間延長，且大鼠運動最大速度呈現(xiàn)與力竭時間相同的趨勢。這與前期研究結(jié)果相一致。本研究發(fā)現(xiàn)，運動疲勞后大鼠自主活動能力降低，早期動物迷宮實驗發(fā)現(xiàn)，背側(cè)紋狀體在對刺激反應(yīng)的執(zhí)行中極其重要［8］，本研究發(fā)現(xiàn)的運動疲勞后大鼠的自主活動能力降低可能與運動疲勞后背側(cè)紋狀體突觸傳遞效能降低有關(guān)。結(jié)合D2DR拮抗劑和激動劑干預(yù)造成的大鼠行為能力變化，說明D2DR的調(diào)節(jié)作用可能與黑質(zhì)-紋狀體DA能微環(huán)路的突觸可塑性有關(guān)，提示，D2DR可作為改善運動疲勞的重要靶點。

4 結(jié)論

運動疲勞后黑質(zhì)-紋狀體超微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，突觸傳遞效能降低。PSD厚度隨著運動疲勞程度的加深而逐漸減小，突觸間隙在一次力竭運動后顯著降低。運動疲勞后PSD-95蛋白表達發(fā)生改變。同時，運動疲勞使大鼠自主活動能力降低，D2DR拮抗劑干預(yù)加深這一作用，而D2DR激動劑干預(yù)可緩解這種能力的降低，提示，D2DR的調(diào)節(jié)作用與黑質(zhì)-紋狀體DA能微環(huán)路突觸可塑性有關(guān)，可作為改善運動疲勞的干預(yù)靶點。

［1］ 侯莉娟，劉曉莉，喬德才. DA受體對運動疲勞后紋狀體神經(jīng)元信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)作用的研究［J］. 西安體育學(xué)院學(xué)報，2011，28（1）：79-82.

［2］ 李國彰. 神經(jīng)生理學(xué)［M］. 北京：人民衛(wèi)生出版社，2007：282.

［3］ 廖家萬，周興海. 突觸后致密物與突觸可塑性［J］. 河南醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校學(xué)報，2007，19（3）：288-291.

［4］ 劉曉莉，吳迪，喬德才，等. 電刺激前腦內(nèi)側(cè)束對運動疲勞大鼠紋狀體神經(jīng)元誘發(fā)電活動的影響［J］. 西安體育學(xué)院學(xué)報，2012，29（1）：72-77.

［5］ 喬德才，侯莉娟，何德富，等. 運動疲勞對大鼠新紋狀體神經(jīng)元電活動的影響［J］. 中國運動醫(yī)學(xué)雜志，2005，24（6）：37-41.

［6］ 周明珠，劉振國，干靜，等. 帕金森病患者運動并發(fā)癥的調(diào)查分析［J］. 中華神經(jīng)科雜志，2008，41（11）：744-747.

［7］ BAMFORD N S，ROBINSON S，PALMITER R D，et al. Dopamine modulates release from corticostriatal terminals［J］. J Neurosci，2004，24（43）：9541-9552.

［8］ BELIN D，JONKMAN S，DICKINSON A，et al. Parallel and interactive learning processes within the basal ganglia：Relevance for the understanding of addiction［J］. Behav Brain Res，2009，199（1）：89-102.

［9］ BOLAM J P，HANLEY J J，BOOTH P A C，et al. Synaptic organisation of the basal ganglia［J］. J Anat，2000，196（4）：527-542.

［10］ BRUDEVOLD F，REDA A，AASENDEN R，et al. Activation of postsynaptic D2 dopamine receptors in the rat dorsolateral striatum prevents the amnestic effect of systemically administered neuroleptics［J］. Behav Brain Res，2015，281（10）：283-289.

［11］ CRABTREE D R，CHAMBERS E S，HARDWICK R M，et al. The effects of high-intensity exercise on neural responses to images of food［J］. Am J Clin Nutr，2014，99（2）：258-267.

［12］ DE B A，F(xiàn)IORE G. Postsynaptic density scaffolding proteins at excitatory synapse and disorders of synaptic plasticity：implications for human behavior pathologies［J］. Int Rev Neurobiol，2004，59：221-254.

［13］ DEVAN B D，HONG N S，MCDONALD R J. Parallel associative processing in the dorsal striatum：Segregation of stimulus–response and cognitive control subregions［J］. Neurobiol Learn Mem，2011，96（96）：95-120.

［14］ EDWARDS R H. Human muscle function and fatigue［J］. Ciba Found Symp，2008，82：1-18.

［15］ FASANO C，BOURQUE M J，LAPOINTE G，et al. Dopamine facilitates dendritic spine formation by cultured striatal medium spiny neurons through both D1 and D2 dopamine receptors［J］. Neuropharmacol，2013，67（3）：432-443.

［16］ GHAHREMANI D G，LEE B，ROBERTSON C L，et al. Striatal dopamine D2/D3receptors mediate response inhibition and related activity in frontostriatal neural circuitry in humans［J］. J Neurosci，2012，32（21）：7316-7324.

［17］ GRAYBIEL A M. Habits，rituals，and the evaluative Brain［J］. Annu Rev Neurosci，2008，31（31）：359-387.

［18］ GüLDNER F H，INGHAM C A. Increase in postsynaptic density material in optic target neurons of the rat suprachiasmatic nucleus after bilateral enucleation［J］. Neurosci Lett，1980，17（1-2）：27-31.

［19］ HAFNER A S，PENN A C，GRILLOBOSCH D，et al. Lengthening of the stargazin cytoplasmic tail increases synaptic transmission by promoting interaction to deeper domains of PSD-95［J］. Neuron，2015，86（2）：475-489.

［20］ HASSANLOUEI H，ARENDT-NIELSEN L，KERSTING U G，et al. Effect of exercise-induced fatigue on postural control of the knee［J］. J Electromyogr Kinesiol，2012，22（3）：342-347.

［21］ HATTORI S，LI Q，MATSUI N，et al. Treadmill running test for evaluating locomotor activity after 6-OHDA lesions and dopaminergic cell grafts in the rat［J］. Brain Res Bull，1993，31（3-4）：433-435.

［22］ HEYES M P，GAMETT E S，COATES G. Central dopaminergic activity influences rats ability to exercise［J］. Life Sci，1985，36（7）：671-677.

［23］ HIDEAKI I，YUSUKE N. Effect of lactate accumulation during exercise-induced muscle fatigue on the sensorimotor cortex［J］. J Phys Ther Sci，2013，25（12）：1637-1642.

［24］ HUANG Y X，LUO W F，LI D，et al. CSC counteracts l -DOPA-induced overactivity of the corticostriatal synaptic ultrastructure and function in 6-OHDA-lesioned rats［J］. Brain Res，2011，1376（3）：113-121.

［25］ JACKSON M J，ANDREE T H，HANSARD M，et al. The dopamine D2 receptor partial agonist aplindore improves motor def icits in MPTP-treated common marmosets alone and combined with L-dopa［J］. J Neural Transm，2010，117（1）：55-67.

［26］ JONES D G，CALVERLEY R K. Frequency of occurrence of perforated synapses in developing rat neocortex［J］. Neurosci Lett，1991，129（2）：189-192.

［27］ KAPUR S，ZIPURSKY R，JONES C，et al. Relationship between dopamine D2occupancy，clinical response，and side effects：A double-blind PET study of fi rst-episode schizophrenia［J］. Am J Psychiatry，2000，157（4）：514-520.

［28］ KEELER J F，PRETSELL D O，ROBBINS T W. Functional implications of dopamine D1 vs. D2 receptors：A ‘prepare and select’ model of the striatal direct vs. indirect pathways［J］. Neurosci，2014，282：156-175.

［29］ KIM W，IM M J，PARK C H，et al. Remodeling of the dendritic structure of the striatal medium spiny neurons accompanies behavioral recovery in a mouse model of Parkinson’s disease［J］. Neurosci Lett，2013，557：95-100.

［30］ KOBAYASHI A，PARKER R L，WRIGHT A P，et al. lynx1 supports neuronal health in mouse dorsal striatum during aging：an ultrastructural investigation［J］. J Mol Neurosci，2014，53（3）：525-536.

［31］ MACRAE P G，SPIRDUSO W W，WALTERS T J，et al. Endurance training effects on striatal D2 dopamine receptor binding and striatal dopamine metabolites in presenescent older rats［J］. Psychopharmacol，1987，92（2）：236-240.

［32］ MACRAE P G，SPIRDUSO W W，WILCOX R E. Reaction time and nigrostriatal dopamine function：the effects of age and practice［J］. Brain Res，1988，451（1-2）：139-146.

［33］ MIZUCHI A，KITAGAWA N，MIYACHI Y. Regional distribution of sultopride and sulpiride in rat brain measured by radioimmunoassay［J］. Psychopharmacol，1983，81（3）：195-198.

［34］ NAKAMURA T，SATO A，KITSUKAWA T，et al. Distinct motor impairments of dopamine D1 and D2 receptor knockout mice revealed by three types of motor behavior［J］. Front Integr Neurosci，2014，8：56.

［35］ NARDONE R，H?LLER Y，BRIGO F，et al. Fatigue-induced motor cortex excitability changes in subjects with spinal cord injury［J］. Brain Res Bull，2013，99（5）：9-12.

［36］ NYBO L，SECHER N H. Cerebral perturbations provoked by prolonged exercise［J］. Prog Neurobiol，2004，72（4）：223-261.

［37］ OGINSKY M F，RODGERS E W，CLARK M C，et al. D2 receptors receive paracrine neurotransmission and are consistently targeted to a subset of synaptic structures in an identif i ed neuron of the crustacean stomatogastric nervous system［J］. J Comp Neurol，2010，518（3）：255-276.

［38］ POLDRACK R A，PACKARD M G. Competition among multiple memory systems：Converging evidence from animal and human brain studies［J］. Neuropsychologia，2003，41（3）：245-251.

［39］ STEPHENS B，MUELLER A J，SHERING A F，et al. Evidence of a breakdown of corticostriatal connections in Parkinson’s disease［J］. Neuroscience，2005，132（3）：741-754.

［40］ SURMEIER D J，DING J，DAY M，et al. D1 and D2 dopamine-receptor modulation of striatal glutamatergic signaling in striatal medium spiny neurons［J］. Trends Neurosci，2007，30（5）：228-235.

［41］ TAKAKUSAKI K，SAITOH K，HARADA H，et al. Role of basal ganglia-brainstem pathways in the control of motor behaviors［J］. Neurosci Res，2004，50（2）：137-151.

［43］ TOY W A，PETZINGER G M，LEYSHON B J，et al. Treadmill exercise reverses dendritic spine loss in direct and indirect striatal medium spiny neurons in the 1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine （MPTP） mouse model of Parkinson’s disease［J］. Neurobiol Dis，2014，63：201-209.

［44］ YIN H H，KNOWLTON B J，BALLEINE B W. Inactivation of dorsolateral striatum enhances sensitivity to changes in the action–outcome contingency in instrumental conditioning［J］. Behav Brain Res，2006，166（2）：189-196.

［45］ YIN H H，KNOWLTON B J，BALLEINE B W. Lesions of dorsolateral striatum preserve outcome expectancy but disrupt habit formation in instrumental learning［J］. Eur J Neurosci，2004，19（1）：181-189.

［46］ ZHANG Y，MEREDITH G E，MENDOZA-ELIASN，et al.Aberrant restoration of Spines and their synapses in L-DOPA-induced dyskinesia：Involvement of corticostriatal but not thalamostriatal synapses ［J］.J Neurosci，2013，33（28）：11655-11667.

Exercise-induced Fatigue Inf l uenced Striatal Neuron’s Synaptic Ultrastructure and D2DR Intervention Role in Rat

目的：觀察運動疲勞后大鼠紋狀體背外側(cè)部（DLS）突觸超微結(jié)構(gòu)變化及D2DR干預(yù)對大鼠自主活動能力的影響，探討黑質(zhì)-紋狀體通路在運動疲勞中樞調(diào)控中的作用。方法：Wistar大鼠建立運動疲勞模型，分為對照組（CG）、一次性力竭運動組（1FG）、3 d重復(fù)力竭組（3FG）、7 d力竭運動即刻組（7FG）、7 d力竭運動24 h恢復(fù)組（24RG）和7 d力竭運動48 h恢復(fù)組（48RG）。采用透射電子顯微鏡觀察DLS突觸超微結(jié)構(gòu)變化，免疫組化檢測PSD-95蛋白表達情況，并對其與超微結(jié)構(gòu)相關(guān)性進行分析；采用D2DR拮抗劑、激動劑干預(yù)大鼠自主運動能力，對其曠場行為進行分析。結(jié)果：1）與CG組相比，1FG組DLS突觸間隙顯著減?。≒＜0.01），3FG和7FG組較CG和1FG組致密物厚度顯著減?。≒＜0.05）；2） 24RG組PSD-95蛋白表達較CG和1FG組顯著增加 （P＜0.05）；3）各組大鼠運動總距離隨運動強度增加而減少，且可恢復(fù)至安靜水平。注射D2DR拮抗劑后力竭時間顯著縮短（P＜0.01），而激動劑干預(yù)后力竭時間顯著增加（P＜0.01）。結(jié)論：PSD厚度隨著運動疲勞程度加深逐漸減??；運動疲勞影響PSD-95蛋白表達，但其與運動疲勞程度沒有相關(guān)性；運動疲勞使大鼠自主活動能力降低，D2DR拮抗劑干預(yù)加深這一作用，而D2DR激動劑可緩解大鼠活動能力的降低，提示，D2DR的調(diào)節(jié)作用與黑質(zhì)-紋狀體DA能微環(huán)路突觸可塑性有關(guān)，D2DR可作為改善運動疲勞的靶點。

運動疲勞；紋狀體；突觸可塑性；受體干預(yù)；PSD-95蛋白

Objective：Through investigating dorsolateral striatum （DLS） synaptic ultrastructural change and D2DR antagonist/agonist effect on autonomic activity in exercise-induced fatigue rats，explore the central regulation role of substantia nigra striatum pathway. Methodology：Male Wistar rats were randomly divided into control group （CG），1-day fatigue group （1FG），3-day fatigue group （3FG），7-day fatigue group （7FG），24-hour recovery group （24RG） and 48-hour recovery group （48RG）. The synaptic ultrastructure was observed by transmission electron microscopy，the expression of PSD-95 protein was detected by immunohistochemistry and the correlation between ultrastructure and PSD-95 was analyzed. D2DR antagonist and agonist were used to interfere the autonomic exercise of rats with Open Field Test. Results：（1） The width of synaptic clefts of DLS decreased significantly in 1FG compared with CG（P＜0.01），and the density of 3FG and 7FG decreased signif i cantly（P＜0.05） compared with CG and 1FG；（2）Compared with CG and 1FG，expression of PSD-95 protein in 24RG was significantly increased（P＜0.05）；（3） The total exercise distance of each group decreased gradually with the increase of exercise intensity，and the rest returned to a quiet level. Rats exhaustion time was signif i cantly shortened after injection of D2DR antagonist（P＜0.01），while the agonist intervention signif i cantly increased the exhaustion time（P＜0.01）. Conclusions：PSD-95 has no correlation with the degree of exercise-induced fatigue，while exercise-induced fatigue reduced the ability of rats’ autonomic activity. D2DR antagonist intervention made the exercise-induced fatigue condition deeply while D2DR agonist has convers role. The regulation of D2DR may be related to synaptic plasticity of dopaminergic microcirculation in the substantia nigra striatum，it suggests that D2DR can be selected as an important target for regulation exercise-induced fatigue.

exercise-induced fatigue；striatum；synaptic plasticity；receptor intervention；PSD-95

G804.7

A

1000-677X（2017）06-0062-07

10. 16469/j. css. 201706006

2017-01-09；

2017-05-21

國家自然科學(xué)基金資助項目（31401018）。

侯莉娟，女，副教授，博士，主要研究方向為運動神經(jīng)調(diào)控，E-mail：houlj@bnu.edu.cn；成佳俐，女，在讀碩士研究生，主要研究方向為運動神經(jīng)調(diào)控，E-mail：201421070016@mail.bnu.edu.cn；喬德才，男，教授，博士，主要研究方向為運動神經(jīng)調(diào)控，E-mail：decaiq@bnu. edu.cn。

1.北京師范大學(xué) 體育與運動學(xué)院，北京 100875；2.國家生物醫(yī)學(xué)分析中心，北京 100850

1.Beijing Normal University，Beijing 100875，China；2.National Center of Biomedical Analysis，Beijing 100850，China.