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研究目的:运动疲劳(exercise-induced fatigue,EF)在竞技运动中普遍存在,它不仅严重影响着运动员运动技能的执行,并且影响运动员的注意力和信息处理等认知功能。长期运动疲劳会对运动员的身心健康造成严重危害。如何增强运动能力、快速消除运动疲劳,始终是困扰广大教练员和运动员的难题。皮层-纹状体通路突触可塑性能够调控运动,被认为是随意运动和运动技巧性学习的细胞机制。皮层-纹状体通路突触可塑性受谷氨酸(glutamate,Glu)能系统和多巴胺(dopamine,DA)能系统的双重调控,主要有两种形式,分别为长时程增强(long-termpotentiation,LTP)和长时程抑制(long-term depression,LTD)。研究发现,许多运动功能障碍都伴随着皮层-纹状体通路突触可塑性的异常,例如帕金森氏症(Parkinson'sdisease,PD)和肌张力障碍(dystonia)等,都表现出皮层-纹状体通路的LTP和LTD受损。小鼠运动疲劳后也表现出动作迟缓僵硬、动作不协调、姿势失衡等症状,但是关于运动疲劳对小鼠皮层-纹状体通路突触可塑性影响的研究甚少。皮层-纹状体通路突触可塑性在运动疲劳中枢调控中的作用尚不清楚。本课题组前期利用场电位技术和全细胞膜片钳技术研究发现,并且于2018年首次报道,小鼠运动疲劳后皮层-纹状体通路的LTP和LTD受损,中等棘状神经元(medium spiny neurons,MSNs)的基本电生理特性不变,但突触前Glu释放的概率升高,NMDAR的功能降低。接下来本研究旨在进一步围绕Glu能系统和DA能系统,从分子生物学角度以Glu和DA神经递质的浓度、受体的表达入手,采用高效液相色谱分析技术和免疫印迹技术,检测小鼠运动疲劳后纹状体Glu能系统和DA能系统的功能变化,以期进一步揭示运动疲劳后小鼠皮层-纹状体通路突触可塑性受损的分子机制。研究方法:1)C57/BL6雄性成年小鼠,随机分为对照组(Control)和运动疲劳组(EF)。利用电动跑台,使小鼠进行连续7天的力竭跑台运动,创建运动疲劳的小鼠模型。对照组小鼠暴露在相同的实验环境中,但不进行跑台运动。2)运动疲劳组小鼠建模完成后,快速分离对照组小鼠和运动疲劳组小鼠的纹状体脑区,加入高氯酸研磨,提取匀浆液,采用高效液相色谱分析技术,柱前衍生荧光检测法检测两组小鼠纹状体Glu的浓度。3)采用高效液相色谱分析技术,电化学检测法检测运动疲劳组小鼠和对照组小鼠纹状体脑区DA的浓度。4)运动疲劳组小鼠建模完成后,快速分离运动疲劳组小鼠和对照组小鼠的纹状体脑区,利用膜蛋白提取试剂盒提取纹状体脑区的膜蛋白,BCA蛋白浓度测定试剂盒测定提取的膜蛋白浓度,采用免疫印迹技术,分别检测两组小鼠纹状体中代谢型谷氨酸受体(metabotropic glutatamate receptor 1,m GluR1)、多巴胺1型受体(dopamine 1 receptor,D1R)和多巴胺2型受体(dopamine 2 receptor,D2R)的表达含量。研究结果:1)高效液相色谱分析的实验结果显示,运动疲劳组小鼠纹状体Glu的浓度高于对照组小鼠(Control:8.86±1.57×10-6 mol/L,n=7;EF:14.23±1.33×10-6 mol/L,n=7;Student’st-test,P<0.05)。2)运动疲劳组小鼠纹状体DA的浓度低于对照组小鼠(Control:6.76±0.88×10-6 mol/L,n=5;EF:2.36±0.90×10-6 mol/L,n=5;Student’s t-test,P<0.01)。3)免疫印迹的实验结果显示,运动疲劳组小鼠纹状体m GluR1的表达低于对照组小鼠(Control:100.00±9.88%,n=6;EF:47.27±8.90%,n=7;Student’s t-test,P<0.01)。4)运动疲劳组小鼠纹状体D1R、D2R的表达含量均低于对照组小鼠(D1R,Control:100.00±2.44%,n=6;EF:60.46±5.85%,n=7;Student’st-test,P<0.001;D2R,Control:100.00±5.45%,n=6;EF:54.70±7.85%,n=7;Student’s t-test,P<0.001)。研究结论:我们前期研究已经证实,运动疲劳后小鼠皮层-纹状体通路的突触可塑性受损。本研究进一步探讨其中分子机制,发现小鼠运动疲劳后纹状体Glu能系统异常,具体表现为Glu的浓度升高,m Glu R1的表达下调。并且DA能系统也出现异常,表现为DA的浓度降低、D1R和D2R的表达下调。Glu能系统和DA能系统的双重异常可能是小鼠运动疲劳后皮层-纹状体通路突触可塑性受损的分子机制之一。本研究有助于完善运动疲劳机制研究的理论知识,并为延缓运动疲劳的药物研发提供新的启示。