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学习和记忆是重要的脑高级功能之一,而突触传递效应长时程增强(long-term potentiation,LTP)是公认的学习和记忆功能的重要神经生理学基础。海马作为哺乳类动物完成学习记忆的关键性结构,其LTP在各种海马依赖性学习记忆中起着至关重要的作用。在海马各区不但高频电刺激可诱导出LTP,学习记忆行为同样也可诱发出LTP样反应,这种反应称之为习得性LTP(learning-dependent LTP,LD-LTP)。结构上海马主要分为CA1,CA3和齿状回区(dentate gyrus,DG)三个亚区,其中,DG区作为海马接受外部信息的主要入口,在信息的编码、加工及学习记忆过程中起关键作用。广泛认为海马,尤其在CA1和DG内产生LTP的典型机制是突触前膜释放谷氨酸(glutamate,Glu)激活突触后膜的NMDA受体,导致突触后膜内Ca2+浓度显著增加,进而触发一系列与Ca2+相关的生理生化反应。海马LTP在产生和维持过程中还接受其他上行传入系统的调节,如来自蓝斑核(locus coeruleus,LC)的去甲肾上腺素(norepinephrine,NE)能纤维,而海马各亚区中DG区内NE能纤维的投射最多。有报道称海马内NE对学习记忆和LTP均有明显的调节作用,但其报道不一。因此,本研究首先在清醒、自由活动大鼠的主动回避学习记忆过程中,利用脑部微量透析法和高效液相色谱法测定DG区细胞外液中的NE含量及突触传递效应的变化,并利用相应受体阻断剂和激动剂探讨DG内NE受体在大鼠主动回避学习及其LD-LTP中的作用。慢性应激是现代生活中普遍存在的一种现象,研究表明它可以影响海马的学习和记忆功能,但慢性应激如何影响学习记忆过程中的海马DG区突触可塑性目前尚不完全清楚。研究表明,应激时LC-NE系统被广泛激活,而NE及其受体在海马DG区有明显的表达。因此,为了探讨海马DG区NE在慢性应激过程中如何影响海马学习记忆及LD-LTP,本实验第二部分研究利用慢性束缚应激模型大鼠观察空间学习记忆过程中的DG区NE含量和突触可塑性的变化,并进一步观察了 NE下游信号中与学习记忆相关的cAMP反应原件结合蛋白(cyclic AMP-response element binding protein,CREB)的活化和脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)蛋白的表达。本实验具体研究内容如下:1.第一部分:(1)利用免疫组织化学染色法观察肾上腺素能α1,α2和β受体在海马DG区的表达情况。(2)利用脑部微量透析法、高效液相色谱法、在体生物电记录法、观察大鼠主动回避学习过程中,海马DG区NE含量和突触传递效应(以场兴奋性突触后电位幅值做为指标)的变化。(3)利用微量注射法向海马DG区微量注射α1受体阻断剂或激动剂,观察其对学习记忆能力和DG区场兴奋性突触后电位幅值(field excitatory postsynaptic potential,fEPSP)的影响。(4)利用微量注射法向海马DG区微量注射β受体阻断剂或激动剂,观察其对大鼠学习记忆能力、海马DG区Glu含量和fEPSP幅值的影响。2.第二部分:(1)应用慢性束缚法制备大鼠的慢性应激模型,通过Elisa实验方法测定血清皮质酮(corticosterone,CORT)和肾上腺素(epinephrine,EPI)两种应激激素的含量。(2)利用脑部微量透析法和高效液相色谱法测定慢性应激大鼠海马DG区NE含量。(3)利用脑部微量透析法、高效液相色谱法、在体生物电记录法、观察慢性应激大鼠空间学习记忆过程中,海马DG区NE含量和fEPSP幅值的变化。(4)利用Western blot方法测定慢性应激大鼠海马DG区的p-CREB、CREB和BDNF蛋白的表达。本实验的实验结果如下:1.第一部分(1)在海马DG区,α1受体主要在多形细胞层有明显的表达,α2受体表达不明显,β受体在颗粒细胞层和多形细胞层均有明显表达。(2)在主动回避学习训练过程中,海马DG区细胞外液中NE水平和fEPSP幅值在条件反射建立期间明显增加,而在条件反射消退期间逐渐回到训练前水平,在此过程中NE含量和fEPSP幅值变化与行为正确反应率变化基本一致。(3)每天训练前向DG区微量注射α1受体阻断剂Prazosin时,大鼠的学习记忆功能表现出明显提高,相反,DG区注射α1受体激动Phenylephrine时,大鼠的学习记忆功能表现出明显损害,而且这些过程中DG区FEPSP幅值变化与行为学变化基本一致。(4)每天训练前向海马DG区微量注射β受体阻断剂Propranolol时,大鼠的学习记忆功能表现出明显损害,而且DG区细胞外液中Glu含量及fEPSP幅值在训练过程中并未出现明显变化。(5)每天训练前向海马DG区微量注射β受体激动剂Isoproterenol时,大鼠的学习记忆功能表现出明提高,而且DG区细胞外液中Glu含量及fEPSP幅值在训练过程中出现与行为学变化相一致的变化。2.第二部分(1)与对照组相比,慢性束缚应激大鼠血清中的CORT和EPI水平明显提高,而且海马DG区细胞外液中NE的基础含量也明显高于对照组。(2)在Morris水迷宫训练中,慢性束缚应激大鼠的空间学习记忆能力明显提高,而且在训练过程中的海马DG区NE水平和fEPSP幅值变化也明显大于对照组。(3)与对照组相比,慢性束缚应激大鼠海马DG区p-CREB和BDNF蛋白表达量明显高于对照组,而两组间CREB蛋白表达无明显差异。通过以上实验结果得到如下结论:1.海马DG区的NE对大鼠的主动回避学习及其LD-LTP具有双向性的调节作用。2.激活海马DG内α1肾上腺素能受体可通过调节DG区突触传递效率来抑制大鼠的主动回避学习过程。3.激活海马DG内β肾上腺素能受体可通过增加DG局部Glu水平和突触传递效应来促进大鼠的主动回避学习过程。4.慢性束缚应激可提高大鼠的空间学习记忆能力,这与增加海马DG区NE水平及其下游蛋白CREB的活化和BDNF的表达,进而提高突触传递效率有关。