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[背景]解剖学上,嗅球投射出的纤维可通过内嗅皮层投射到海马,有些嗅觉障碍患者同时伴有海马依赖性情节记忆障碍。双侧嗅球切除(Bilateral olfactory bulbectomy, OBX)的大鼠出现一系列海马相关的学习记忆障碍,是研究嗅觉功能受损与海马相关学习记忆障碍之间联系和内在机制的良好动物模型,被广泛应用于抑郁症和阿尔茨海默氏病(Alzheimer’s disease, AD)发病机制的研究。糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase-3, GSK-3)是一种丝/苏氨酸蛋白激酶,广泛参与包括AD和抑郁症在内的多种神经退行性疾病及精神类疾病的发的发生和发展,在突触可塑性中起重要作用,其激活与海马依赖性的学习记忆障碍密切相关。关于嗅球切除如何引发海马依赖的学习记忆障碍的具体分子机制仍不清楚。[目的]探讨嗅球切除引发海马依赖的学习记忆障碍的分子机制,为AD的发病机制提供新信息,为其早期诊断和药物研发提供分子靶标。[方法]本研究以双侧嗅球切除动物模型作为研究对象,将SD大鼠随机分为两个组,假手术(sham-operated rats, SO)组和双侧嗅球切除(OBX)组,在术后恢复2周后进行水迷宫、电跳台、避暗箱测试检测其学习记忆能力,行为学测试结束后处死动物用蛋白免疫印迹(Western blot)、免疫组织化学(Immunohistochemisty, IHC)和在体电生理记录的方法来检测其学习记忆能力和突触蛋白的表达。为了证实GSK-3β激活在OBX大鼠学习记忆障碍中所起的作用,又将嗅球切除后的大鼠分为生理盐水(OBX)组和SB216763 (OBX+SB)组,后者隔天尾静脉注射GSK-3p的特异性抑制剂SB216763 60 mg/kg,前者给予等体积生理盐水。术后恢复2周,行Morris水迷宫测试,电跳台及避暗箱测试(行为学测试过程中继续给药),测试结束后用在体电生理的研究方法对海马CA3区LTP诱导和维持的影响。LTP记录后处死大鼠,用Western blot和IHC的方法检测GSK-3β和Tau蛋白磷酸化水平。为进一步了解GSK-3p在影响突触功能的具体机制,我们用透射电镜和高尔基染色的方法来观察OBX大鼠海马CA3区突触结构上改变。[结果](1)嗅球切除大鼠学习记忆能力障碍和突触功能受损：我们发现OBX组水迷宫训练的潜伏期比SO组明显增加,穿越目标象限次数明显减少,电跳台和避暗箱犯错次数明显高于SO组。在行为学测试结束后,我们检测了多种与记忆相关的蛋白激酶,如GSK-3p,蛋白激酶A (protein kinase A, PKA),胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase, ERK), c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK),磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)和蛋白激酶B (protein kinase B, PKB,又名Akt),发现只有GSK-3β的活性增强与学习记忆障碍相关；同时,嗅球切除大鼠在Tau蛋白的一些AD特异性位点磷酸化程度明显增高,包括pT205,pT231,pS396等；突触相关蛋白Synapsin I,突触素(Synaptophysin), N-甲基-D-天门冬氨酸受体2A/B(NR2A/B),突触后致密蛋白95(PSD95)表达水平下降。(2)同时抑制GSK-3可改善嗅球切除大鼠的学习记忆障碍：OBX+SB组水迷宫训练的潜伏期比OBX组明显降低、其它学习记忆相关指标也得到改善,LTP受损明显缓解,突触蛋白的表达明显恢复,Tau蛋白的磷酸化水平降低。(3)抑制GSK-3可缓解嗅球切除造成的突触超微结构的破坏：电镜研究发现OBX组与SO组相比,突触后致密物厚度降低,突触后间隙增大,高尔基染色发现树突棘数目和蘑菇状树突棘所占比例减少,而给予SB抑制GSK-3的活性后,树突棘的数目和突触后致密物的厚度得到部分恢复。[结论]GSK-3的激活可能是嗅觉通路障碍引起海马依赖性学习记忆障碍的重要分子机制,抑制GSK-3的活性能缓解嗅球切除术造成的海马损伤。