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肥胖是21世纪较为严重的健康相关问题,按其病因分为原发性肥胖和继发性肥胖,它不仅与心血管及代谢性疾病等密切相关,还明显影响认知功能。在日常生活中主要以与高能量饮食和久坐的生活方式等有关的原发性肥胖为主,尤其是饮食诱发的肥胖,即食源性肥胖（diet-induced obesity,DIO）逐年增多,其对认知功能的影响也得到关注。学习和记忆是认知功能的基础,而海马是哺乳类动物完成学习和记忆的关键结构。研究表明,肥胖可影响海马的学习和记忆功能。海马在组织学上主要分为CA1～3区和齿状回（dentate gyrus,DG）区,其中DG区是神经发生的关键部位,也是新信息进入海马的传入点,在海马的空间学习和记忆过程中起重要作用。突触效应的长时程增强（long-term potentiation,LTP）作为中枢神经系统中突触可塑性的主要表现形式,是海马完成学习记忆功能的主要神经生理学机制之一,而海马CA1和DG区的LTP依赖于谷氨酸（glutamate,Glu）能NMDA受体。虽然文献报道肥胖通过改变DG区神经元结构、神经发生、突触可塑性等影响其学习和记忆功能,但肥胖影响DG区学习和记忆功能的神经化学机制尚不清楚。多巴胺（dopamine,DA）属于单胺类神经递质,也是中枢神经系统中参与学习和记忆调节的重要神经调质。课题组前期研究发现,海马DG区的DA可通过其I型受体（D1受体）影响DG局部的Glu水平,进而促进正常大鼠的空间学习记忆及相关LTP,而且DG的DA-D1受体系统异常也与血管性痴呆或慢性应激模型大鼠的空间学习记忆的损伤有关。不仅如此,课题组前期实验结果还发现,长期饲喂高脂饲料的DIO模型大鼠出现空间学习记忆的损伤,而这与海马DG区Glu-NMDA受体系统异常激活有关。虽然这些结果提出海马DG区的D1受体参与肥胖相关学习记忆损伤的可能性,但其在肥胖大鼠的空间学习和记忆功能中的具体作用及其机制尚不清楚。因此,本研究在前期工作的基础上,用Morris水迷宫测试、脑部微量透析、高效液相色谱、在体生物电记录、蛋白免疫印迹、脑部微量注射等实验方法,探讨海马DG区D1受体在DIO模型大鼠的空间学习和记忆中的作用及其机制。本研究的主要实验内容及方法如下:（1）通过高脂饲料（45%脂肪）喂养12周的方法制备DIO大鼠模型,造模期间定时测定大鼠的体重和摄食量。DIO大鼠模型制备完成后,用全自动生化分析仪检测血脂和血糖浓度,采用酶联免疫吸附实验法检测血清中胰岛素和瘦素的水平。（2）应用Morris水迷宫观察大鼠的空间学习和记忆功能,并在此过程中,利用脑部微量透析和高效液相色谱法测定大鼠海马DG区DA或Glu的含量,同时选用在体生物电记录法记录DG区的场兴奋性突触后电位（field excitatory postsynaptic potential,f EPSP）。（3）采用蛋白免疫印迹法和免疫组织化学染色法观察大鼠海马DG区D1受体的表达。（4）应用脑部微量注射法于每天Morris水迷宫测试前,向海马DG区注射1μl的D1受体阻断剂（SCH23390,1μg/μl）或激动剂（SKF38393,1μg/μl）,观察其对DIO大鼠的空间学习和记忆能力、海马DG区Glu水平和f EPSP幅值的影响。（5）采用蛋白免疫印迹法观察大鼠海马DG区NMDA受体2B亚基（NR2B）的表达,以及D1受体下游学习记忆相关信号蛋白的表达,包括蛋白激酶（protein kinase A,PKA）、细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases,ERK）、环磷腺苷效应元件结合蛋白（c AMP-response element binding protein,CREB）和脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor,BDNF）。本研究的主要实验结果如下:（1）与对照组（Control,CON）比较,DIO组大鼠的体重、血脂（包括总胆固醇和低密度脂蛋白）含量,以及血清中的瘦素和胰岛素水平均明显增加（均为P＜0.05）,表示DIO模型建立成功。（2）Morris水迷宫的测试结果显示,与CON组比较,DIO组大鼠的逃避潜伏期显著延长（P＜0.05）,在目标象限停留时间百分比和穿越原平台区域次数均显著减少（均为P＜0.05）,表示DIO损伤大鼠的空间学习和记忆功能。（3）在Morris水迷宫测试过程中,CON组大鼠DG区f EPSP的幅值明显增加,在测试第3～4天与测试前相比有显著性差异（P＜0.05）;在DIO组大鼠,海马DG区f EPSP幅值仅在测试第3天明显增加（与测试前相比,P＜0.05）,与CON组比较,测试第4天的f EPSP幅值明显降低（P＜0.05）,提示DIO抑制大鼠DG区空间学习相关LTP的形成。（4）在Morris水迷宫测试过程中,CON组大鼠DG区的DA水平明显增加,在测试第2～4天与测试前相比有显著性差异（P＜0.05）;在DIO组大鼠,海马DG区DA水平在测试全过程中始终明显高于测试前水平（P＜0.05）,而且测试第2～4天的DA水平明显高于CON组（P＜0.05）,表示DIO增强大鼠DG区DA在空间学习过程中的反应。（5）与CON组比较,DIO组大鼠海马DG区的D1受体表达显著降低（P＜0.05）。（6）为了观察DG区D1受体在DIO大鼠空间学习和记忆中的作用,每天Morris水迷宫测试前,向DIO大鼠海马DG区注射SCH23390（DIO+SCH组）或SKF38393（DIO+SKF组）。实验结果显示,与DIO+Vehicle组比较,DIO+SCH组大鼠的测试第3～4天的逃避潜伏期显著延长（P＜0.05）,目标象限停留时间百分比和穿越原平台区域次数均显著减少（均为P＜0.05）;相反,DIO+SKF组大鼠的测试第2～3天的逃避潜伏期显著缩短（P＜0.05）,目标象限停留时间百分比和穿越原平台区域次数均显著增多（均为P＜0.05）。这些结果提示,激活海马DG区D1受体可改善DIO大鼠的空间学习记忆的损伤。（7）每天Morris水迷宫测试前,向DIO大鼠DG区微量注射SCH23390可增大、而注射SKF38393却翻转DIO对海马DG区空间学习相关LTP的抑制作用。（8）在Morris水迷宫测试过程中,CON+Vehicle组大鼠海马DG区Glu水平出现明显的增加（测试第2～4天与测试前相比,P＜0.05）,而DIO+Vehicle组大鼠DG内Glu水平在测试全过程中始终明显高于测试前水平（P＜0.05）,且在测试第4～5天明显高于CON+Vehicle组大鼠（P＜0.05）;每天测试前往DIO大鼠DG区注射SCH23390可加重DG区Glu在水迷宫测试过程中的异常反应,而DG区注射SKF38393可使DIO大鼠DG区Glu在水迷宫测试过程中的反应恢复正常。（9）与CON+Vehicle组比较,DIO+Vehicle组和DIO+SCH组大鼠海马DG区的NR2B表达显著增加（P＜0.05）;与DIO+Vehicle组比较,DIO+SCH组海马DG的NR2B表达显著增加（P＜0.05）,而DIO+SKF组DG区的NR2B表达却显著降低（P＜0.05）。（10）与CON+Vehicle组比较,DIO+Vehicle组和DIO+SCH组的大鼠海马DG区磷酸化的PKA、ERK和CREB,以及BDNF的表达均显著降低（P＜0.05）;与DIO+Vehicle组比较,DIO+SCH组大鼠DG区上述蛋白的表达明显降低（P＜0.05）,而DIO+SKF组大鼠DG区的上述蛋白表达却显著增加（P＜0.05）。通过本研究的实验结果得到以下结论:（1）DIO通过增强海马DG区DA在学习过程中的反应并抑制其D1受体,阻碍DG区学习相关LTP的形成,进而损伤大鼠的空间学习和记忆功能。（2）海马DG区D1受体参与DIO大鼠的空间学习和记忆损伤,与扰乱学习过程中的DG区Glu反应及增加NR2B表达有关。（3）DIO损伤大鼠的空间学习和记忆功能与抑制海马DG区D1受体下游的PKA、ERK和CREB的活化,以及BDNF的表达有关。