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目的：观察褪黑素（Melatonin，MT）对缺血再灌注脑损伤小鼠行为学及海马CA3区神经元和胶质细胞的形态学变化，探讨MT对缺血再灌注脑损伤小鼠的神经保护作用。 方法：随机将60只健康小鼠分为假手术组，模型7d组和模型治疗7d组。模型组采用双侧颈总动脉夹闭法建立小鼠缺血再灌注脑损伤，模型治疗组分别于处死前3天腹腔注射MT（20mg/kg，3次/天），假手术组同时给予等量生理盐水。各组小鼠于处死前3天采用Y-型迷宫检测小鼠学习记忆能力，于行为检测完毕后行脑组织超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD)、一氧化氮（NO）、丙二醛(Maleic dialdehyde，MDA)及脑组织含水量检测；透射电镜下观察海马CA3区神经元和胶质细胞超微结构的变化。利用免疫组织化学和蛋白印迹技术，探讨各组小鼠海马CA3区神经元特异性烯醇化酶（Neuron specific enolase，NSE）、胶质原纤维酸性蛋白（Glial Fibrillary Acidic Portein，GFAP）、半胱氨酸蛋白水解酶-2、3（caspase-2、3）蛋白表达的变化。 结果：⑴与模型组相比，MT治疗组小鼠的学习记忆能力明显改善（P<0.05）；⑵MT治疗组SOD含量显著升高，NO、MDA含量明显下降；⑶电镜下，MT治疗组较非治疗组海马神经元的损伤明显改善。⑷免疫组化染色显示治疗型组小鼠海马CA3区NSE阳性细胞较模型组明显增多（P<0.05），阳性反应产物平均光密度增高（P<0.05），同时蛋白印迹结果显示经治疗MT后小鼠海马CA3区NSE蛋白含量增多（P<0.05）；⑸免疫组化染色显示治疗型组小鼠海马CA3区GFAP阳性细胞较模型组明显减少（P<0.05），阳性反应产物平均光密度降低（P<0.05），同时蛋白印迹结果显示MT治疗组小鼠海马CA3区GFAP蛋白含量降低（P<0.05）；⑹免疫组化染色显示治疗型组小鼠海马CA3区caspase-2、3阳性细胞较模型组明显减少（P<0.05），阳性反应产物平均光密度降低（P<0.05），同时蛋白印迹结果显示MT治疗组小鼠海马CA3区caspase-2、3蛋白含量降低（P<0.05）。 结论：褪黑素可以明显改善缺血再灌注脑损伤小鼠的学习记忆能力，使脑组织中NO、MDA含量降低、SOD含量升高，不同程度的减轻神经元的损害，抑制星形胶质细胞反应性增生，同时可能参与抑制神经细胞凋亡，初步证实其具有神经保护作用。