谷氨酸是中枢神经系统中分布最广泛的兴奋性神经递质之一,其受体有离子型和代谢型两种。N-甲基-D-门冬氨酸受体(NMDAR)是离子型谷氨酸受体的一种。NMDAR拮抗剂(如地佐环平(MK801)、氯胺酮及苯环己哌啶等)被发现有神经保护、镇痛麻醉、快速抗抑郁、致幻以及模拟精神分裂症(以下简称精分)样等药理作用。精分是一种多首发于青少年晚期或成年早期的精神疾病,其核心症状包括阳性症状、阴性症状和认知损伤等。精分的发病机制目前存在几个假说,包括多巴胺假说、5-羟色胺假说和谷氨酸假说等。近年来,以大脑发育期间NMDAR功能低下为核心的精分―谷氨酸假说‖受到了越来越多研究者的重视。NMDAR拮抗剂不仅影响脑内谷氨酸能系统的功能,对γ-氨基丁酸能、多巴胺能、5-羟色胺能以及乙酰胆碱能等神经递质系统也存在调控作用。NMDAR拮抗剂给药不仅会加剧临床精分患者的症状,还能在正常人类被试和动物中诱发类似于精分的各种症状或行为。NMDAR拮抗剂诱导的NMDAR功能低下是一种常用的模拟精分的动物模型,在该病的发病机制研究和药物研发中(如氟哌啶醇)起到了重要的作用。除模拟精分症状以外,一些NMDAR拮抗剂也是快速抗抑郁药(氯胺酮)或成瘾性物质(氯胺酮和苯环己哌啶),在青少年群体中的不规范临床使用或滥用现象日益突出。研究NMDAR拮抗剂对大脑(特别是青少年大脑)的影响无论对探讨精神分裂症的发病机制还是对其不规范使用/滥用的警示和预防都具有重要的意义。基于以上背景,本博士论文工作综合运用磁共振成像、活体质子磁共振波谱、原位微透析、免疫印迹及组织化学等技术手段,系统研究了具有高度受体专一性的NMDAR拮抗剂(+)-MK801对雄性大鼠大脑影响,探讨了其年龄、脑区和剂量依赖效应。具体工作如下:1)研究了精分造模剂量(0.5毫克/千克体重)下的(+)-MK801给药对青少年和成年大鼠内侧前额叶(mPFC)中谷氨酸释放及代谢的影响。发现(+)-MK801在青少年mPFC中引发谷氨酸释放的增加和代谢的异常、星型胶质细胞增生、氧化压力增加及中间神经元标志物小清蛋白(PV)表达的下降。而成年期给药未在mPFC中引发类似的效应。这些结果提示:相较于成年mPFC,青少年mPFC对(+)-MK801具有更高的敏感性。2)研究了青少年和成年大鼠脑对精分造模剂量下重复(+)-MK801给药响应的脑区依赖性。(+)-MK801给药在成年大鼠全脑未引发任何具有统计显著性的改变。(+)-MK801给药在以mPFC为代表的的一些脑区中,(+)-MK801的效应主要表现为PV表达的下降和氧化压力增加,但未见神经元细胞坏死及灰质萎缩;而在以初级体感/运动皮层和海马CA3亚区为代表的部分脑区中,(+)-MK801给药不仅造成PV表达下降和氧化压力增加,还导致了神经细胞的大量坏死和灰质体积的降低,提示(+)-MK801在这些脑区中产生了显著的兴奋性毒性。(+)-MK801在青少年鼠脑中所诱发的脑区依赖性改变可能与各脑区发育轨迹和长程连接的不同有关。3)研究了不同剂量下(0.1、0.5和1毫克/千克体重)(+)-MK801重复给药对成年大鼠mPFC作用的剂量依赖效应。结果显示:在所有剂量下均未见成年mPFC出现显著的兴奋性毒性;与星型胶质细胞功能相关蛋白的表达量随给药剂量的增加而增加,水通道蛋白AQP4和5-羟色胺受体蛋白的表达量随给药剂量的增加而降低。这些结果提示:成年mPFC在(+)-MK801冲击时能维持基本的兴奋-抑制平衡,而这其中胶质细胞和5-羟色胺能系统可能起到了重要的作用。4)研究了NADPH-氧化酶抑制剂夹竹桃麻素与精分造模剂量下(+)-MK801重复给药对青少年鼠脑作用的交互效应,探究了氧化压力在NMDAR拮抗剂对青少年大脑作用中的贡献。数据显示:夹竹桃麻素可抑制(+)-MK801在多个脑区中引发的氧化压力的增加及中间神经元标志物PV表达的下降;但夹竹桃麻素给药并不能缓解甚至加剧(+)-MK801诱发的胶质细胞增生和神经细胞死亡。这些结果提示:(+)-MK801在青少年鼠脑中引发的氧化压力增加是PV表达下降的充分条件,但与星形胶质细胞增生和神经细胞坏死之间没有必然的联系。总的来说,本博士论文工作发现重复注射0.5毫克/千克体重的(+)-MK801在青少年鼠脑中引发的影像学、代谢与神经生物学表型与精分高危人群和临床首发精分病人类似。这些结果为精分发病的―谷氨酸能假说‖提供了进一步的证据,说明大脑发育期间NMDAR功能低下可导致兴奋-抑制失衡、PV中间神经元表型异常以及区域性的兴奋性毒性。与青少年鼠脑不同,成熟鼠脑中存在某些神经调节机制,可在NMDAR功能低下的状态下维持或重建全脑兴奋-抑制平衡。本论文工作中发现的(+)-MK801对鼠脑作用的年龄、脑区及剂量依赖效应不仅对于理解精分的发病机制有一定的帮助,也对在临床前和临床应用中合理使用NMDAR拮抗剂类药物具有一定的指导作用。