房國梁 趙杰修 張漓 李鵬飛 李良 楊星雅 于濤

國家體育總局體育科學(xué)研究所（北京 100061）

有氧運(yùn)動對大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Wnt/β-Catenin信號通路的影響

房國梁 趙杰修 張漓 李鵬飛 李良 楊星雅 于濤

國家體育總局體育科學(xué)研究所（北京 100061）

目的：探討有氧運(yùn)動對大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Wnt/β-Catenin信號通路的影響，為揭示有氧運(yùn)動改善神經(jīng)系統(tǒng)功能提供一定的理論基礎(chǔ)。方法：雄性6周齡SD大鼠（n=40）隨機(jī)分為安靜對照組（CG組，n=20）和運(yùn)動組（EG組，n=20）。EG組大鼠進(jìn)行為期8周的跑臺訓(xùn)練。最后一次訓(xùn)練結(jié)束后48小時，分離所有大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織。通過熒光定量PCR和Western blot檢測各組大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Wnt、β-Catenin、LRP5、LRP6、Axin1、CK1以及GSK3β mRNA和蛋白含量及其磷酸化水平。結(jié)果：經(jīng)過8周跑臺訓(xùn)練后，EG組大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Wnt1和Wnt3兩種亞型mRNA和蛋白含量均顯著高于CG組；β-Catenin mRNA水平雖未發(fā)生顯著變化，但其蛋白含量卻顯著高于CG組，同時其Ser33/Ser37和Thr41/Ser45位點(diǎn)的磷酸化水平顯著低于CG組。EG組LRP5和LRP6 mRNA和蛋白含量均顯著高于CG組；而Axin1和CK1 mRNA和蛋白含量均顯著低于CG組。EG組GSK3β mRNA和蛋白含量并未發(fā)生顯著改變，但其Ser9位點(diǎn)的磷酸化水平顯著高于CG組。結(jié)論：有氧運(yùn)動能夠提高大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Wnt和Wnt受體蛋白LRP5及LRP6的含量；降低Axin1和CK1的含量；抑制GSK3β的活性；從而降低了β-Catenin的磷酸化水平，提高其穩(wěn)定性。因此，有氧運(yùn)動能夠增強(qiáng)大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Wnt/β-Catenin通路信號活性，激活下游基因的轉(zhuǎn)錄。

有氧運(yùn)動；大腦皮質(zhì)；海馬組織；Wnt；β-Catenin

1 前言

Wnt/β-Catenin信號通路在細(xì)胞分化、胚胎發(fā)育和體內(nèi)穩(wěn)態(tài)等多個生物學(xué)過程中具有關(guān)鍵調(diào)控作用[1，2]。典型的Wnt/β-Catenin信號通路主要由Wnt家族分泌蛋白、β-連環(huán)蛋白（β-Catenin）、卷曲蛋白（Frizzled，F(xiàn)z）、低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白（low-density lipoprotein receptor-related proteins，LRP5/6）、軸蛋白（Axin）、腺瘤性結(jié)腸息肉病蛋白（adenomatous polyposis coli，APC）、酪蛋白激酶1（casein kinase 1，CK1）、糖原合酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）及T細(xì)胞因子/淋巴增強(qiáng)因子（T-cell factor/Lymphoid enhancing factor ，TCF／LEF）等組成[3，4]。

該通路對β-Catenin濃度的調(diào)控處于中心地位。當(dāng)無Wnt蛋白時，細(xì)胞質(zhì)中的Axin-APC-GSK3β-CK1復(fù)合體處于穩(wěn)定狀態(tài)。Axin結(jié)合β-Catenin，促使β-Catenin被CK1和GSK3β磷酸化[5]。CK1可以磷酸化β-Catenin第45位絲氨酸，該位點(diǎn)磷酸化將導(dǎo)致β-Catenin能夠隨后被GSK3β磷酸化[6]。GSK3β通過磷酸化β-Catenin第33、37位絲氨酸和第41位蘇氨酸[7]，使其被E3泛素連接酶β-TrCP識別，泛素化后被蛋白酶體降解，從而降低了細(xì)胞質(zhì)中β-Catenin的濃度[5]。而細(xì)胞外的Wnt蛋白與細(xì)胞膜上的受體蛋白Fz和LRP5/6結(jié)合后，引起LRP5/6多個位點(diǎn)的磷酸化和Wnt-Fz-LRP5/6復(fù)合體的形成。磷酸化的LRP5/6可以與Axin結(jié)合，導(dǎo)致Axin-APC-GSK3β-CK1復(fù)合體的解聚，從而增強(qiáng)細(xì)胞質(zhì)中β-Catenin的穩(wěn)定[8]。隨后β-Catenin進(jìn)入細(xì)胞核與TCF／LEF結(jié)合從而激活下游基因的轉(zhuǎn)錄[2]。

研究發(fā)現(xiàn)Wnt/β-Catenin信號通路對于神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，包括皮質(zhì)模式建立、突觸形成等至關(guān)重要[9]。而大量研究表明體育運(yùn)動能夠?qū)ι窠?jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生多方面的積極影響。長期的體育運(yùn)動尤其是有氧運(yùn)動可以顯著改善突觸可塑性[10]，加快神經(jīng)沖動傳遞速度[11]，增強(qiáng)神經(jīng)元的存活[12]，促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)執(zhí)行和認(rèn)知功能[13]等。那么有氧運(yùn)動對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的積極影響是否是通過Wnt/β-Catenin信號通路發(fā)揮作用的？本研究通過觀察8周有氧運(yùn)動后大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Wnt/β-Catenin信號通路各因子的變化情況，闡明有氧運(yùn)動對Wnt/β-Catenin信號通路的影響，為揭示有氧運(yùn)動對神經(jīng)系統(tǒng)的積極影響提供一定的理論基礎(chǔ)。

2 材料與方法

2.1 動物飼養(yǎng)及分組

實(shí)驗(yàn)選用6周齡健康雄性SD大鼠40只，體重270.2±20.2 g，隨機(jī)分為安靜對照組（CG組，n=20）和運(yùn)動組（EG組，n=20）。常規(guī)分籠飼養(yǎng)，自由進(jìn)食飲水，光照比為12 h∶12 h，溫度20±2℃，相對濕度40%～60%。

2.2 訓(xùn)練方案

適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，所有大鼠先進(jìn)行1周的適應(yīng)性跑臺訓(xùn)練，速度為10 m/min，每天訓(xùn)練10min，連續(xù)訓(xùn)練5天。EG組大鼠在隨后8周時間內(nèi)進(jìn)行跑臺訓(xùn)練，速度從15 m/min增至28 m/min，訓(xùn)練時間從30min增至60min，跑臺坡度為0o。依據(jù)Bedford[14]等的研究，采用中等強(qiáng)度跑臺訓(xùn)練，相當(dāng)于50%VO2max負(fù)荷強(qiáng)度。每周一至周五訓(xùn)練，休息2天。CG組大鼠則一直處于安靜狀態(tài)，其他生活條件與EG組相同。

2.3 樣品制備

在最后一輪訓(xùn)練結(jié)束后48 h，所有大鼠用10%水合氯醛溶液腹腔麻醉，斷頭取腦。先剪開大鼠頭皮，然后用直鑷將大鼠頭蓋骨撥開，用直鑷小心將大腦皮質(zhì)撥開，切取右側(cè)大腦皮質(zhì)。海馬組織位于大腦皮質(zhì)底部，兩側(cè)大腦皮質(zhì)撥開后，暴露出兩側(cè)海馬組織，將海馬組織與大腦皮質(zhì)及周圍腦組織分開，小心取出。以上操作均在冰上進(jìn)行。將取出的大腦皮質(zhì)和海馬組織迅速放入液氮冷凍，然后將樣品轉(zhuǎn)入-80℃冰箱中保存待測。

2.4 熒光定量PCR實(shí)驗(yàn)

分別取兩組大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織各50 mg，放入冰預(yù)冷的玻璃勻漿器中，然后加入1 mL Trizol裂解液，充分勻漿，使組織細(xì)胞裂解，采用氯仿異丙醇法提取海馬組織總RNA，利用逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄得到cDNA。然后利用各目的基因序列設(shè)計特異性引物，進(jìn)行熒光定量PCR實(shí)驗(yàn)。引物序列見表1，所有引物由華大基因合成。最后根據(jù)各反應(yīng)孔的ct值，計算各組目的基因的相對表達(dá)量。

表1 引物合成序列

2.5 Western blot實(shí)驗(yàn)

分別取兩組大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織各80 mg，在液氮中研磨后，迅速加入含有蛋白酶抑制劑和磷酸酶抑制劑的RIPA蛋白裂解液1 mL進(jìn)行細(xì)胞組織的充分裂解。4℃，12000 ×g離心15min，取400 μL上清液然后加入100 μL 5×蛋白上樣緩沖液，放入100℃水浴鍋中進(jìn)行蛋白變性，持續(xù)10min。然后進(jìn)行SDSPAGE電泳，電泳后將蛋白轉(zhuǎn)至硝酸纖維素膜上，用5%脫脂奶粉室溫封閉膜1 h，然后將膜與稀釋好的一抗4℃孵育過夜（實(shí)驗(yàn)中用到的一抗Wnt1、Wnt3和CK1抗體購自Abcam公司；LRP5、LRP6和Axin1抗體購自Cell Signaling Technology公司；Phospho-β Catenin Ser33/Ser37和Phospho-β Catenin Thr41/Ser45抗體購自 Invitrogen公司；GSK3β、Phospho-GSK3β Ser9、β-Catenin和β-actin抗體購自碧云天公司。次日用TBST洗膜3次，每次5min，洗去殘留一抗，然后將膜與稀釋好的二抗室溫孵育1 h（實(shí)驗(yàn)中用到的二抗HRP標(biāo)記山羊抗兔 IgG和HRP標(biāo)記山羊抗小鼠 IgG購自Beyotime公司），然后用TBST洗膜4次，每次5min，以洗去殘留的二抗。最后使用ECL化學(xué)發(fā)光試劑和X光片檢測蛋白信號。

2.6 灰度分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計

使用ImageJ軟件進(jìn)行Western blot條帶的灰度分析，應(yīng)用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，文中所有統(tǒng)計數(shù)據(jù)為3次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，顯著性檢驗(yàn)選擇雙尾t檢驗(yàn)，P＜0.05示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

3 結(jié)果

3.1 有氧運(yùn)動提高大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Wnt蛋白含量

經(jīng)過8周跑臺訓(xùn)練后，EG組大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Wnt1和Wnt3兩種亞型mRNA水平均顯著高于CG組（圖1A，B），其中Wnt1 mRNA水平分別為CG組水平的 1.76倍和 2.01倍（圖1A，P＜0.01），而 Wnt3 mRNA水平分別為CG組水平的1.69倍和1.81倍（圖1B，P＜0.01）。EG組大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Wnt1和Wnt3蛋白水平同樣高于CG組（圖1C），其中Wnt1蛋白水平分別為CG組水平的1.56倍和1.59倍（圖1D，P＜0.01），而Wnt3蛋白水平分別為CG組水平的1.52倍和1.65倍（圖1E，P＜0.01）。上述結(jié)果說明8周有氧運(yùn)動后大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Wnt轉(zhuǎn)錄和翻譯水平顯著提高，從而提高了Wnt蛋白的含量。

3.2 有氧運(yùn)動增強(qiáng)大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織 β-Catenin的穩(wěn)定性

經(jīng)過8周的跑臺訓(xùn)練后，EG組大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織β-Catenin mRNA水平與CG組相比并無顯著性差異（圖2A）。EG組大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中β-Catenin總蛋白水平均顯著高于CG組（圖2B），分別約是CG組水平的1.59倍和1.46倍（圖2C，P＜0.01）。但EG組β-Catenin Ser33/Ser37和Thr41/Ser45位點(diǎn)的磷酸化水平卻顯著低于CG組（圖2B），其中Ser33/Ser37位點(diǎn)的磷酸化水平分別約為CG組水平的44.74%（P＜0.01）和52.46%（P＜0.05）（圖2D），而Thr41/Ser45位點(diǎn)的磷酸化水平分別約為CG組水平的40.53%和48.46%（圖2E，P＜0.01）。上述結(jié)果說明8周有氧運(yùn)動能夠顯著降低大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中β-Catenin的磷酸化水平，從而抑制了β-Catenin被蛋白酶體降解。

圖1 有氧運(yùn)動對大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Wnt的影響

3.3 有氧運(yùn)動提高大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Wnt受體蛋白LRP 5/ 6的含量

經(jīng)過8周跑臺訓(xùn)練后，EG組大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中LRP5和LRP6 mRNA水平均顯著高于CG組，其中LRP5 mNRA水平分別約為CG組水平的1.86倍和1.94倍（圖3A，P＜0.01），LRP6 mNRA水平分別約為CG組水平的2.35倍和2.54倍（圖3B，P＜0.01）。EG組大鼠其大腦皮質(zhì)和海馬組織中LRP5和LRP6的蛋白水平均顯著高于CG組（圖3C），LRP5蛋白水平分別約為CG組水平的1.74倍和1.79倍（圖3D，P＜0.01），LRP6蛋白水平分別為CG組水平的2.29倍和2.09倍（圖3E，P＜0.01）。上述結(jié)果說明8周有氧運(yùn)動能夠顯著提高大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Wnt受體蛋白LRP5和LRP6的含量，從而提高了Wnt/β-Catenin信號通路從細(xì)胞外向細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)的速率。

3.4 有氧運(yùn)動降低了Axin 1和CK 1的含量，抑制了GSK 3 β的活性

Axin-APC-GSK3β-CK1復(fù)合體對β-Catenin的泛素化降解十分重要，因此，我們檢測了有氧運(yùn)動對Axin1、CK1和GSK3β的影響。如圖4A，B所示，8周跑臺訓(xùn)練后EG組大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Axin1和CK1 mRNA水平顯著低于CG組，其中Axin1 mRNA水平分別為CG組水平的42.58%和47.48%（圖4A，P＜0.01），CK1 mRNA水平分別為CG組水平的43.26%和50.48%（圖4B，P＜0.01）。而GSK3β的mRNA水平與CG組相比并無顯著性差異（圖4C）。EG組大鼠其大腦皮質(zhì)和海馬組織中Axin1和CK1蛋白水平同樣低于CG組（圖4D）。其中EG組Axin1蛋白水平分別為CG組水平的47.12%和55.34%（圖4E，P＜0.01），而CK1蛋白水平分別為CG組水平的59.10%（P＜0.01）和65.01%（P＜0.05）（圖4F）。但GSK3β總蛋白水平并未發(fā)生顯著改變（圖4D，G）。而EG組大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織GSK3β Ser9位點(diǎn)的磷酸化水平顯著高于CG組（圖4D），分別約為CG組水平的1.89倍和1.71倍（圖4H）。上述結(jié)果說明8周有氧運(yùn)動能夠顯著降低大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Axin1和CK1的含量，提高GSK3β Ser9位點(diǎn)的磷酸化水平抑制其激酶活性，從而減少CK1和GSK3β對β-Catenin的磷酸化作用。

圖2 有氧運(yùn)動對大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織β-Catenin的影響

圖3 有氧運(yùn)動對大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Wnt受體蛋白LRP5/6的影響

圖4 有氧運(yùn)動對大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Axin1、CK1和GSK3β的影響

4 討論

研究發(fā)現(xiàn)，長期跑臺訓(xùn)練后大鼠海馬組織中Wnt蛋白拮抗劑Dkk-1的含量顯著下降，并且抑制了Axin1的活性，降低了β-Catenin的磷酸化水平，從而減少了β-Catenin的降解[15]。Okamoto等研究發(fā)現(xiàn)自主運(yùn)動能夠顯著增加小鼠DG區(qū)星型膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)Wnt3的表達(dá)[16]。另外在Wnt跨膜受體Frzb基因敲除小鼠中，自主運(yùn)動對其神經(jīng)發(fā)生的上調(diào)作用減弱[17]。因此，Wnt/β-Catenin信號通路在有氧運(yùn)動對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的積極影響中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。

哺乳動物Wnt蛋白具有19種亞型，其中Wnt1和Wnt3兩種亞型含量較為豐富[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，8周跑臺訓(xùn)練后大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Wnt1和Wnt3兩種亞型mRNA和蛋白水平均顯著升高，這反映出細(xì)胞外Wnt蛋白整體含量的上升。說明有氧運(yùn)動能夠提高大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Wnt蛋白含量，從而激活Wnt/β-Catenin信號通路。但有氧運(yùn)動后Wnt1和Wnt3在大腦皮質(zhì)和海馬組織中的提高幅度并不相同，海馬組織中Wnt1和Wnt3 mRNA與蛋白水平的提高幅度更大。

β-Catenin作為該信號通路中最重要的調(diào)控因子，其細(xì)胞質(zhì)中濃度變化是調(diào)控關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，8周跑臺訓(xùn)練后大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中β-Catenin mRNA水平并未發(fā)生顯著變化，但是其蛋白水平卻顯著升高；同時我們檢測到β-Catenin Ser33/Ser37和Thr41/Ser45位點(diǎn)的磷酸化水平顯著降低。這說明在轉(zhuǎn)錄水平有氧運(yùn)動對β-Catenin并沒有產(chǎn)生影響；但在蛋白質(zhì)水平，有氧運(yùn)動后β-Catenin特定位點(diǎn)的磷酸化水平降低，從而減少了被蛋白酶體的降解，提高了細(xì)胞質(zhì)中β-Catenin的含量，有利于β-Catenin進(jìn)入細(xì)胞核與TCF／LEF結(jié)合，從而激活下游基因的轉(zhuǎn)錄[2]。此外，有氧運(yùn)動后大腦皮質(zhì)中β-Catenin總蛋白水平略高于海馬組織，這與大腦皮質(zhì)中β-Catenin的磷酸化水平略低于海馬組織有關(guān)，從而減少了β-Catenin的降解。

本研究檢測了有氧運(yùn)動對Wnt/β-Catenin信號通路中LRP5、LRP6、Axin1、CK1和GSK3β的影響。LRP5和LRP6作為Wnt蛋白受體，屬于低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白家族，單次跨膜，其胞外域具有4個EGF和3個LDLR重復(fù)序列，胞內(nèi)域富含脯氨酸[19]。當(dāng)Wnt蛋白與LRP5和LRP6結(jié)合后，LRP5和LRP6胞內(nèi)域被磷酸化，磷酸化的LRP5和LRP6能夠與Axin結(jié)合，導(dǎo)致Axin-APC-GSK3β-CK1復(fù)合體的解聚，促進(jìn)了β-Catenin的穩(wěn)定[20]。實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，8周跑臺訓(xùn)練后大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中LRP5和LRP6 mRNA和蛋白含量均顯著上升，這說明長期有氧運(yùn)動后LRP5和LRP6含量上升，提高了Wnt/β-Catenin通路信號傳導(dǎo)速率，促進(jìn)了LRP5和LRP6與Axin的結(jié)合。其中，海馬組織中LRP5和LRP6含量提高的幅度更高。而有氧運(yùn)動后Axin1和CK1的mRNA和蛋白水平顯著下降，同時GSK3β的激酶活性受到抑制，這些結(jié)果都反映出Axin-APC-GSK3β-CK1復(fù)合體含量和活性的降低，降低了CK1和GSK3β對β-Catenin的磷酸化作用，從而減少β-Catenin被蛋白酶體的降解，進(jìn)而有利于胞質(zhì)中的β-Catenin進(jìn)入細(xì)胞核，激活下游靶基因。而大腦皮質(zhì)中Axin1和CK1含量以及GSK3β活性下降更為顯著，這也是大腦皮質(zhì)中β-Catenin磷酸化水平低于海馬組織的原因。

我們在取材時選取了大腦皮質(zhì)和海馬組織兩種具有不同結(jié)構(gòu)和功能的大腦組織進(jìn)行了檢測。大腦皮質(zhì)位于大腦的表層，是機(jī)體的最高級神經(jīng)中樞，控制著聽覺、視覺、觸覺、情感、抽象思維、語言、判斷和軀體運(yùn)動等多種高級功能[21]。而Wnt/β-Catenin信號通路對大腦皮質(zhì)模式建立、突觸形成具有重要調(diào)控作用[9]。因此，我們推測有氧運(yùn)動對人思維判斷、情感調(diào)節(jié)和軀體運(yùn)動等能力的提高可能是通過提高大腦皮質(zhì)中Wnt/β-Catenin通路活性而產(chǎn)生的。海馬組織位于大腦丘腦和內(nèi)側(cè)顳葉之間，負(fù)責(zé)信息存儲，控制著學(xué)習(xí)與記憶[22]。Wnt/β-Catenin信號通路功能紊亂會加速海馬組織中β-淀粉樣蛋白和神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成從而導(dǎo)致阿爾茨海默病的發(fā)生[23]。有研究表明有氧運(yùn)動能夠減緩大腦老化[24]，提高學(xué)習(xí)和記憶能力，對于防治阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病有積極作用[25]。因此，我們推測有氧運(yùn)動可能是通過提高海馬組織中Wnt/β-Catenin通路活性從而提高大腦學(xué)習(xí)與記憶能力，延緩阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病的發(fā)生。

5 結(jié)論

長期有氧運(yùn)動提高了大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織中Wnt、LRP5和LRP6蛋白含量，降低Axin1和CK1的濃度，抑制GSK3β的活性，進(jìn)而提高了β-Catenin的穩(wěn)定性。因此，長期有氧運(yùn)動能夠提高大鼠大腦皮質(zhì)和海馬組織Wnt/β-Catenin通路信號活性，進(jìn)而激活下游靶基因。

[1]Logan CY，Nusse R.The Wnt signaling pathway in development and disease.Annu Rev Cell Dev Biol，2004，20：781-810.

[2]Clevers H，Nusse R.Wnt/beta-catenin signaling and disease.Cell，2012，149（6）：1192-1205.

[3]MacDonald BT，He X.Frizzled and LRP5/6 receptors for Wnt/beta-catenin signaling.Cold Spring Harb Perspect Biol，2012，4（12）

[4]He X，Semenov M，Tamai K，et al.LDL receptor-related proteins 5 and 6 in Wnt/beta-catenin signaling：arrows point the way.Development，2004，131（8）：1663-1677.

[5]Stamos JL，Weis WI.The beta-catenin destruction complex.Cold Spring Harb Perspect Biol，2013，5（1）：a007898.

[6]Amit S，Hatzubai A，Birman Y，et al.Axin-mediated CKI phosphorylation of beta-catenin at Ser 45：a molecular switch for the Wnt pathway.Genes Dev，2002，16（9）：1066-1076.

[7]Yost C，Torres M，Miller JR，et al.The axis-inducing activity，stability，and subcellular distribution of betacatenin isregulated in Xenopusembryosbyglycogen synthase kinase 3.Genes Dev，1996，10（12）：1443-1454.

[8]MacDonald BT，Yokota C，Tamai K，et al.Wnt signal amplification via activity，cooperativity，and regulation of multiple intracellular PPPSP motifs in the Wnt co-receptor LRP6.J Biol Chem，2008，283（23）：16115-16123.

[9]Nouri N，Patel MJ，Joksimovic M，et al.Excessive Wnt/beta-catenin signaling promotes midbrain floor plate neurogenesis，but results in vacillating dopamine progenitors.Mol Cell Neurosci，2015，68：131-142.

[10]Patten AR，Sickmann H，Hryciw BN，et al.Long-term exercise is needed to enhance synaptic plasticity in the hippocampus.Learn Mem，2013，20（11）：642-647.

[11]Ma Q.Beneficial effects of moderate voluntary physical exercise and its biological mechanisms on brain health.Neurosci Bull，2008，24（4）：265-270.

[12]Wu CW，Chang YT，Yu L，et al.Exercise enhances the proliferation of neural stem cells and neurite growth and survival of neuronal progenitor cells in dentate gyrus of middle-aged mice.J Appl Physiol（1985），2008，105（5）：1585-1594.

[13]Heyn P，Abreu BC，Ottenbacher KJ.The effects of exercise training on elderly persons with cognitive impairment and dementia：a meta-analysis.Arch Phys Med Rehabil，2004，85（10）：1694-1704.

[14]Bedford TG，Tipton CM，Wilson NC，et al.Maximum oxygen consumption of rats and its changes with various experimental procedures.J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol，1979，47（6）：1278-1283.

[15]Bayod S，Mennella I，Sanchez-Roige S，et al.Wnt pathway regulation by long-term moderate exercise in rat hippocampus.Brain Res，2014，1543：38-48.

[16]Okamoto M，Inoue K，Iwamura H，et al.Reduction in paracrine Wnt3 factors during aging causes impaired adult neurogenesis.FASEB J，2011，25（10）：3570-3582.

[17]Lories RJ，Peeters J，Szlufcik K，et al.Deletion of frizzled-related protein reduces voluntary running exercise performance in mice.Osteoarthritis Cartilage，2009，17（3）：390-396.

[18]Toledo EM，Colombres M，Inestrosa NC.Wnt signaling in neuroprotection and stem cell differentiation.Prog Neurobiol，2008，86（3）：281-296.

[19]Brown SD，Twells RC，Hey PJ，et al.Isolation and characterization of LRP6，a novel member of the low density lipoprotein receptorgene family.Biochem BiophysRes Commun，1998，248（3）：879-888.

[20]Zeng X，Tamai K，Doble B，et al.A dual-kinase mechanism for Wnt co-receptor phosphorylation and activation.Nature，2005，438（7069）：873-877.

[21]Shipp S.Structure and function of the cerebral cortex.Curr Biol，2007，17（12）：R443-449.

[22]Opitz B.Memory function and the hippocampus.Front Neurol Neurosci，2014，34：51-59.

[23]De Ferrari GV，Avila ME，Medina MA，et al.Wnt/betacatenin signaling in Alzheimer's disease.CNS Neurol Disord Drug Targets，2014，13（5）：745-754.

[24]Fang G，Zhao J，Li P，et al.Long-term treadmill exercise inhibits neuronal cell apoptosis and reduces tau phosphorylation in the cerebral cortex and hippocampus of aged rats.Science Bulletin，2017，62（11）：755-757.

[25]Tanigawa T，Takechi H，Arai H，et al.Effect of physical activity on memory function in older adults with mild Alzheimer's disease and mild cognitive impairment.Geriatr Gerontol Int，2014，14（4）：758-762.

Effects of Aerobic Exercise on Wnt/β-Catenin Pathway in the Cerebral Cortex and Hippocampus of Rats

Fang Guoliang，Zhao Jiexiu，Zhang Li，Li Pengfei，Li Liang，Yang Xingya，Yu Tao
China Institute of Sport Science，Beijing 100061，China

Fang Guoliang，Email:fangguoliang@ciss.cn

ObjectiveTo explore the effect of aerobic exercise on Wnt/β-Catenin pathway in the cerebral cortex and hippocampus of rats，so as to provide theoretical basis for conforming that aerobic exercise can improve the function of the nervous system.MethodsSix-week-old Sprague-Dawley male rats were randomly assigned to a sedentary control group（CG）and an aerobic exercise group（EG）.The rats in the EG group underwent an 8-week treadmill training and their cerebral cortex and hippocampus were isolated at 48h after the last exercise.The mRNA levels of Wnt，β-Catenin，LRP5，LRP6，Axin1，CK1 and GSK3β were analyzed using quantitative PCR，while the protein and phosphorylation levels were assayed using Western blotting.ResultsAfter 8 weeks of treadmill exercise，the average mRNA and protein levels of Wnt1 and Wnt3 in the EG group were significantly higher than those in the CG group.Although there were no signi fi cant differences in β-Catenin mRNA levels between EG and CG groups，the protein levels of β-Catenin in the EG group were significantly higher than those in the CG group.Meanwhile，the phosphorylation levels of β-Catenin Ser33/Ser37 and Thr41/Ser45 were significantly lower than those in the CG group.In the EG group，the mRNA and protein levels of LRP5 and LRP6 were significantly higher than those in the CG group，while those of Axin1 and CK1 were significantly lower than the CG group.Moreover，no significant differences were observed in the mRNA and protein levels of GSK3β between the two groups，but the phosphorylation levels of GSK3β Ser9 in the EG group were significantly higher than the CG group.ConclusionAerobic exercises can increase the levels of Wnt and Wnt receptor，protein LRP5 and LRP6，decrease the levels of Axin1 and CK1，inhibit the activity of GSK3β，altogether lowering the phosphorylation of β-Catenin to promote the stableness of β-Catenin.Therefore，the aerobic exercise can increase Wnt/β-Catenin pathway activity and activate the downstream gene transcription in the cerebral cortex and hippocampus of rats.

aerobic exercise，cerebral cortex，hippocampus，Wnt，β-Catenin

2017.06.06

國家體育總局體育科學(xué)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目 (基本15-10和16-49)

房國梁，Email：fangguoliang@ciss.cn