目的胚胎期可卡因暴露(prenatal cocaine exposure,PCE)可能会改变子代的奖赏特性和动机,如成瘾易感性的改变。以往的动物实验表明:在胚胎中晚期接触可卡因可能降低或不影响子代形成可卡因诱导条件位置偏好(conditioned place preference,CPP)的能力,但其机制还没有被阐明;药物成瘾被认为是一种异常的学习过程,Morris水迷宫或Barnes迷宫实验结果显示,出生前接触可卡因的子代大鼠空间学习和记忆能力被破坏,放射臂迷宫实验也表明了出生前接触可卡因可削弱子代的工作记忆能力。由此我们推测PCE引起子代动物空间记忆及空间定位导航能力受损,导致PCE子代动物在CPP实验过程中不能正确建立起给予可卡因的条件与对应空间位置之间的联系,这可能是PCE降低子代形成可卡因诱导的CPP能力的机制。海马体被普遍认为是学习和记忆的重要神经结构基础,尤其是背侧海马与空间记忆和工作记忆密切相关。我们推测,出生前接触可卡因导致子代空间和学习记忆能力降低可能是缘于背侧海马功能的破坏,且背侧海马的功能变化将导致其神经元电活动的改变。此外,腹侧海马也与中间前额叶皮质(medial prefrontal cortex,mPFC)表现出紧密的双向联系,而mPFC是奖赏环路的重要组成部分,药物成瘾形成的对药物渴求增加往往会使奖赏环路中的神经元表现出兴奋性的增高。且既往有实验证明,PCE可使mPFC锥体神经元的兴奋性增强从而易化mPFC锥体神经元长时程增强(long-term potentiation,LTP)的产生。因此,我们推断PCE导致的mPFC的兴奋性变化将影响到腹侧海马神经元兴奋性,从而导致CPP实验中PCE子代动物经可卡因诱导训练后整体活跃程度增高的表现,这种活跃程度的增高也反映出动物对可卡因渴求度的增高。以往实验均证明PCE可导致子代动物空间学习和记忆能力受损,而突触可塑性(synaptic plasticity)被认为是动物及人类形成学习记忆的神经生物学基础。另外,神经元兴奋性变化的一个重要表现是神经元突触后电活动的改变,而突触后电活动的变化往往反映突触连接本身功能和/或结构的改变,其基础很大程度上也依赖于突触可塑性的变化。因此,我们将揭示PCE影响子代动物空间学习记忆能力及CPP实验中PCE子代动物表现的活跃程度增强的神经生物学机制聚焦到突触可塑性的变化上,并具体研究其突触可塑性功能及形态上可能发生的变化。为验证以上推测,本研究拟从PCE引起的背侧和腹侧海马CA1区锥体神经元突触后电活动及突触可塑性的变化角度,阐明PCE引起的空间学习记忆损害的机制以及突触可塑性变化的具体分子机制。通过这些发现将为揭示PCE引起的子代动物神经发育及认知功能改变的细胞机制提供新的见解和依据。方法1.首先采用整体行为学方法,通过条件位置偏好实验验证胚胎期可卡因暴露对子代大鼠形成可卡因诱导CPP的能力所产生的影响,以确定PCE引起的CPP变化是否与空间学习记忆能力的损害存在联系,并分析CPP实验中PCE子代动物在给予可卡因诱导训练前后整体活跃程度的变化。2.然后采用神经电生理实验方式记录PCE组子代大鼠及生理盐水对照组背侧海马和腹侧海马CA1锥体神经元兴奋性突触后电流(mini excitatory postsynaptic current,mEPSC),以及急性给予可卡因暴露后PCE组及对照组子代大鼠背侧和腹侧海马CA1锥体神经元mEPSC的变化,以急性可卡因暴露模拟CPP实验中可卡因诱导训练过程,研究训练后动物行为学表现与海马神经元兴奋性之间的联系。3.采用全细胞膜片钳记录PCE组及对照组子代大鼠背侧和腹侧海马CA1锥体神经元AMPA/NMDA突触后电流比率(AN比率)以分析PCE引起的子代大鼠海马CA1锥体神经元突触后可塑性变化,并记录急性可卡因暴露后PCE和对照组子代大鼠背侧和腹侧海马CA1锥体神经元AN比率的变化。4.记录PCE组及对照组子代大鼠背侧及腹侧海马CA1锥体神经元成对刺激比率(paired-pulse ratio,PPR)以分析PCE对子代动物海马CA1锥体神经元引起的突触前可塑性变化;记录并分析急性可卡因暴露后PCE组及对照组子代大鼠腹侧和背侧海马CA1锥体神经元PPR的变化。5.最后采用Golgi染色方法研究PCE对子代大鼠背侧及腹侧海马CA1锥体神经元树突棘密度的影响,并比较急性可卡因暴露后与未接受急性暴露的相同预处理动物之间背侧和腹侧海马CA1锥体神经元树突棘密度的变化。结果1.CPP实验结果显示:胚胎期可卡因的暴露明显延长了子代大鼠形成可卡因诱导CPP的时间,但不影响子代经可卡因诱导训练后总运动时间和距离的增加,并且减少了子代大鼠在pretest中的总运动时间及运动距离。2.mEPSC的结果显示:胚胎期可卡因暴露不影响子代海马CA1锥体神经元mEPSC,但PCE可抑制子代大鼠急性给予可卡因后背侧海马CA1锥体神经元mEPSC振幅的变化,且PCE对子代大鼠经急性可卡因暴露后腹侧海马CA1锥体神经元mEPSC的振幅及频率均不产生明显影响。3.AN比率的结果显示:胚胎期可卡因暴露不影响基础状态下子代大鼠背侧及腹侧海马CA1锥体神经元AN比率,但经可卡因急性复燃后PCE组较对照组子代大鼠背侧海马CA1区锥体神经元AN比率降低,且PCE抑制急性可卡因暴露引起的子代大鼠背侧海马CA1锥体神经元AN比率增高。4.PPR的结果显示:胚胎期可卡因暴露不影响基础状态下子代大鼠背侧和腹侧海马CA1锥体神经元PPR,经急性可卡因暴露后,不论PCE组还是对照naive组子代大鼠腹侧海马CA1锥体神经元PPR均增高,且增幅没有显著差异。5.树突棘密度结果显示:胚胎期可卡因暴露减少背侧海马CA1区锥体神经元树突棘密度,急性可卡因暴露使PCE组和naive组子代大鼠背侧海马CA1锥体神经元树突棘密度都降低,但PCE组降幅不及naive组;胚胎期可卡因暴露减少腹侧海马CA1区锥体神经元树突棘密度,但急性可卡因暴露后只有出生后4周的PCE子代大鼠腹侧海马CA1锥体神经元树突棘密度有显著变化,而naive组和出生后7周的PCE组子代大鼠较未接受急性可卡因暴露的相同预处理组均无明显变化。结论1.行为学实验证明了胚胎期可卡因暴露确实减弱了子代大鼠形成可卡因诱导CPP的能力,明显延长了CPP形成的时间。且PCE并不影响子代对可卡因的渴求程度。2.阐明了PCE引起的子代大鼠空间记忆受损是导致PCE降低子代大鼠形成可卡因诱导CPP能力的重要原因,PCE抑制子代大鼠经急性可卡因暴露后背侧海马CA1mEPSC振幅的增加,且减少背侧海马CA1树突棘密度。3.首次发现PCE对子代大鼠背侧海马CA1锥体神经元突触可塑性的影响主要发生在突触后膜上,对突触前膜没有明显影响。PCE影响子代大鼠背侧海马CA1锥体神经元AN比率,但对PPR无显著影响。4.发现经急性可卡因暴露2小时后即造成naive组和PCE组子代大鼠腹侧海马CA1锥体神经元PPR均显著增加,且增幅无差异。