第一部分二甲双胍对焦虑样行为的影响及其机制目的:二甲双胍作为二型糖尿病治疗药物,有研究发现其对脑缺血模型伴随的焦虑样症状具有改善作用,本实验室前期工作初步揭示了二甲双胍抗焦虑作用,并从离体动物水平探讨了其可能的分子机制,但尚未在整体动物水平进行验证。且已有药代动力学研究主要集中在外周组织,缺乏直接证据表明该药是否有穿透血脑屏障,并作用于与焦虑样行为密切相关脑区,从而在中枢神经系统产生相应的功能。基于此,本部分从整体动物水平对二甲双胍抗焦虑作用机制进行验证,并结合药代动力学研究阐明其抗焦虑作用及可能的机制。方法:应用旷场实验和高架十字迷宫实验方法评价二甲双胍在不同品系动物中的抗焦虑作用;应用旷场实验方法结合阳性对照地西泮研究二甲双胍抗焦虑是否存在耐受现象;采用LC-MS/MS分析二甲双胍腹腔注射（100 mg/kg）后不同时间点血样、脑脊液以及海马脑区药代动力学变化;利用脑片膜片钳电生理和分子生物学技术研究二甲双胍对海马CA1脑区微小抑制性突触后电流（miniature inhibitory postsynaptic currents,mIPSCs）以及突触上γ-氨基丁酸A型受体（γ-aminobutyric acid type A receptors,GABA_ARs）亚基膜表达的影响。结果:（1）LC-MS/MS分析发现二甲双胍腹腔注射（100 mg/kg）可快速透过血脑屏障,其在海马脑区约15 min达到药物浓度峰值C_max为7.4±0.8μM,保留时间MRT为4.0±0.5 h。（2）电生理结果表明二甲双胍可显著增强大鼠海马CA1区抑制性神经突触传递,其预处理显著增加海马CA1区mIPFCs的频率（1.26±0.17 vs saline-treated:1.00±0.13）和幅度（1.21±0.03 vs saline-treated:1.00±0.12,p<0.05）。（3）二甲双胍增加海马CA1区突触上主要GABA_ARs亚基α1、α2的膜表达,而不影响总蛋白表达。（4）急性（1天）和慢性（21天）给予二甲双胍均产生抗焦虑作用,表现为:在旷场实验中央区时间（center duration）显著性增加（急性:2.29±0.45 vs saline-treated:1.00±0.15,p<0.01;慢性:2.03±0.37 vs saline-treated:1.00±0.15,p<0.05）;在高架十字迷宫实验中开放臂停留时间显著增加（急性:2.43±0.32 vs saline-treated:1.00±0.26,p<0.05;慢性:2.23±0.52 vs saline-treated:1.00±0.26,p<0.05）。而在旷场实验中,慢性给予地西泮的抗焦虑作用明显下降,表现为中央区时间显著性下降（1.44±0.45 vs acute diazepam-treated:2.57±0.21,p<0.05）。（5）二甲双胍不影响自发活动（急性:1.06±0.02;慢性:1.07±0.13 vs saline-treated:1.00±0.02）和空腹血糖（急性:5.33±0.11;慢性:5.54±0.30 vs saline-treated:5.03±0.13）。（6）小鼠腹腔注射二甲双胍（150 mg/kg）同样产生快速抗焦虑作用,表现为:旷场实验中中央区时间显著性增加（center time（sec）:45.29±4.67 vs saline-treated:28.87±4.16,p<0.05）和高架十字迷宫测试中开放臂时间显著性增加（open arm time（sec）:94.38±8.50 vs saline-treated:73.10±7.90,p<0.05）,同时对动物自发活动无影响（total distance:329.55±2.05 m vs saline-treated:31.46±2.59 m）。结论:二甲双胍（100 mg/kg）可快速透过血脑屏障发挥抗焦虑作用。与作用于GABA系统的苯二氮?类药物地西泮相比较,长期使用二甲双胍其抗焦虑作用不存在耐受现象。二甲双胍快速抗焦虑作用的机制是通过增加海马CA1区mIPSCs的频率和幅度,同时增加突触膜上GABA_ARsα1和α2亚基的膜表达。第二部分二甲双胍对情景型恐惧记忆的影响及机制研究目的:二甲双胍对认知和学习记忆的影响存在争议,有研究发现二甲双胍对认知和学习记忆具有改善作用;而又有研究报道二甲双胍对疾病伴随的学习记忆无效甚至有损伤作用。目前关于二甲双胍和学习记忆的影响的研究,绝大多数以伴随认知和记忆受损的疾病模型为对象,鲜少有研究直接探讨二甲双胍对正常学习记忆的作用。乙酰化酶1（sirtuin 1,SIRT1）和脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor,BDNF）在学习记忆和突触形态以及功能调节中具有关键作用。经证实二甲双胍可增加BDNF和SIRT1表达。基于此,我们开展了相关研究,期以阐明二甲双胍对情景型学习记忆的影响及机制。方法:以情景型条件恐惧记忆作为学习记忆模型;利用药理学手段检测二甲双胍对情景型恐惧记忆以及新事物认知能力的影响,利用western blotting实验方法检测二甲双胍对情景型恐惧记忆模型小鼠海马脑区SIRT1和BDNF以及Glu A1蛋白表达水平的调节;应用脑区注射带绿色荧光的GFP空病毒感染神经元研究二甲双胍对情景型恐惧训练小鼠海马脑区树突棘的影响;应用离体脑片场电位记录方法研究二甲双胍对情景型恐惧训练小鼠海马脑区Schaffer collateral-CA1通路LTP的影响。结果:（1）二甲双胍增强大鼠情景型恐惧记忆（freezing:74.78±3.14%vs saline-treated:55.96±6.42%,p<0.05）,而不影响线索型的恐惧记忆（freezing:89.63±6.32%vs saline-treated:87.72±5.57%）。在小鼠中发现类似的现象,即二甲双胍增强情景型恐惧记忆（freezing:40.89±4.27%vs saline-treated:28.48±2.83%,p<0.05）而不影响线索型恐惧记忆（52.16±3.84%vs saline-treated:54.21±5.22%）。（2）训练前腹腔注射二甲双胍（150 mg/kg）易化小鼠情景型恐惧记忆的获得（trail 1:19.38±2.50%vs saline-treated:10.93±2.52%,p<0.05;trail 2:40.94±3.39%vs saline-treated:27.67±3.22%,p<0.01;trail 3:55.39±3.74%vs saline-treated:32.73±3.71%,p<0.0001;trail 4:58.35±3.52%vs saline-treated:42.78±4.90%,p<0.05）,在不影响短期记忆（50.72±4.41%vs saline-treated:46.37±4.06%）的情况下,增强长期记忆的保留（52.88±3.70%vs saline-treated:39.47±4.08%,p<0.05）。（3）情景型恐惧训练后立即给予二甲双胍,同样不影响短期记忆的表达（66.84±3.61%vs saline-treated:66.64±3.52%）,但轻微降低长期记忆的表达（57.97±3.16%vs saline-treated:69.21±3.73%,p<0.05）。（4）情景型恐惧消散训练前小鼠腹腔注射二甲双胍,在短时程连续消散训练（freezing day 2:46.84±4.03%vs saline-treated:35.45±4.03%,p<0.05;day 3:43.77±3.56%vs saline-treated:30.20±3.67%,p<0.05;day 4:42.37±3.81%vs saline-treated:26.95±3.00%,p<0.01）和单次长时程消散训练（68.46±4.86%vs saline-treated:51.34±4.66%,p<0.05）中均表现出损伤情景型恐惧记忆消散的作用。（5）二甲双胍增加小鼠新事物认知能力,表现为在3 h（0.76±0.02 vs saline-treated:0.64±0.04,p<0.05）和24 h（0.56±0.032 vs saline-treated:0.47±0.03,p<0.05）均显著增加小鼠对新物体的接触比率。（6）二甲双胍不影响小鼠动物自发活动（total distance:29.55±2.05 vs saline-treated:31.46±2.59）,并表现出快速抗焦虑作用（center time:45.29±4.67 vs saline-treated:28.87±4.16,p<0.05）。（7）二甲双胍不影响小鼠空腹血糖（6.91±0.21 vs saline-treated:6.62±0.39）以及疼痛阈值（jumping:0.99±0.07,vocalizing:0.87±0.09 vs saline-treated:jumping:1.00±0.07,vocalizing:1.00±0.09）。（7）二甲双胍增强情景型恐惧训练小鼠海马Schaffer collateral-CA1通路的LTP（1.26±0.10 vs saline-treated:1.00±0.004）。（8）二甲双胍增加情景型恐惧训练小鼠海马脑区Glu A1膜表达（1.32±0.09 vs saline-treated:1.00±0.07,p<0.05）。（9）二甲双胍增加情景型恐惧训练小鼠海马脑区蛋白pro-BDNF（1.27±0.09 vs saline-treated:1.00±0.034,p<0.05）、BDNF（1.18±0.04 vs saline-treated:1.00±0.02,p<0.01）以及SIRT1（1.22±0.06 vs saline-treated:1.00±0.04,p<0.05）的表达。（10）二甲双胍增加情景型恐惧训练小鼠海马脑区树突棘亚型细长型（long thin）和短粗型（stubby）的密度,但不影响总的树突棘密度。结论:二甲双胍促进小鼠情景型恐惧记忆的获得并增加其长期记忆的保留,增强动物新事物认知能力,且对自发活动、空腹血糖以及疼痛阈值均无影响。二甲双胍对情景型恐惧记忆的增强作用与海马Schaffer collateral-CA1通路LTP增强有关,其机制与SIRT1-BDNF通路的激活和Glu A1膜表达增加有关。此外,二甲双胍引起情景型恐惧训练小鼠海马树突棘结构的重塑。