（运动人体科学专业论文）游泳运动对去卵巢大鼠学习记忆能力和海马app、nr1+mrna的影响.pdf

中文摘要学习与记忆是脑的高级活动之一。海马在空间学习和记忆过程中起重要作用，损伤海马将会影响空间学习与记忆的能力。研究表明，核心亚基n r l 是n m d a 受体行使功能的基本单位n r l n r 2 复合体的必需部分，n r l 在新事物探悉实验和空间学习记忆过程中有重要的作用。雌激素的缺失将会导致空间认知学习记忆能力的下降，并伴随n r l 表达的减少。在更年期妇女中，雌激素的缺失是引发神经退行性病变的重要原因之一，而临床观察或回顾性研究发现，雌激素的缺失会引起p 淀粉样蛋白的沉淀，后者成为形成阿尔茨海默病( a d ) 病的主要原因。近年来，生长的机体研究表明，适宜的自主运动对学习记忆能力的提高有良好的促进作用，有助于大脑相关脑区神经元的增殖、存活和分化，以及相关蛋白的表达，并与减少神经退行性病变发生的相对危险性相联系。有研究发现，运动与雌激素在脑的有关区域发生相互作用( c r o s st a l k i n g ) 。本研究对成年去卵巢雌性s d 大鼠进行8 周无负重自主游泳运动后，进行新异物体探测测试和y 迷宫行为学学习记忆能力测试，并对海马内a p p 和n r lm r n a 等相关分子生物学指标进行检测。实验筛选出3 8 只大鼠随机分为假手术对照组( s h c t ，n - 9 ) ，假手术运动组( s h e x ，n - - 9 ) ，去卵巢对照组( o v x c t ，n = 1 0 ) 和去卵巢运动组( o v x e x n = 1 0 ) 。s h e x 组和o v x e x 组进行8 周无负重游泳运动，s h c t 组和o v x c t组每次给与水的刺激，在运动的第六周进行新异物体探测测试，在运动的第7周测试y 迷宫学习情况，运动的第8 周测试记忆情况。最后一次运动完2 4 小时后，取左右海马样本组织，用r t - p c r 方法检测a p p 、n r l m r n a 的表达水平。结果如下：1 游泳运动或雌激素的缺失没有对新异物体探测产生显著性差异c p o 0 5 ) ，对y 迷宫的测试，雌激素的缺失将导致学习和记忆能力的下降，而游泳运动会在一定程度上弥补这种认知障碍。2 雌激素的缺失导致对海马内a p p 和n r lm r n a 的表达下降，而游泳运动对海马内a p p 和n r lm r n a 的表达有所上调。结论：正常生理浓度的雌激素对空间认知功能有重要的作用，雌激素的缺失会导致大鼠对空间学习记忆能力的下降，同时伴有海马n r l 、a p p m r n a 表达的下降，而游泳运动作为一种外在的刺激手段，会在一定程度上弥补因雌激素的缺失导致的认知障碍。关键词：游泳运动；海马；学习记忆；雌激素；a p p ；n r la b s t r a c tl e a r n i n ga n dm e m o r ya r et h ea d v a n c e da c t i v i t i e so fb r a i n h i p p o c a m p u sp l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei ns p a t i a ll e a r n i n ga n dm e m o r i z i n g t h ei n j u r yo fh i p p o c a m p u sw i l li n f l u e n c et h ea b i l i t yo fs p a t i a ll e a r n i n ga n dm e m o r i z i n g s t u d i e ss h o wt h a tc o r es u b u n i tn r li st h en e c e s s a r yp a r to fn r l n r 2c o m p l e xw h i c hi st h eb a s i cu n i tf o rn m d af u n c t i o n n r lp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h en o v e lo b j e c tr e c o g n i t i o nt a s ka n dt h es p a t i a ll e a r n i n ga n dm e m o r i z i n g l a c ko fe s t r o g e nw e a k e n st h ea b i l i t yo fs p a t i a ll e a r n i n ga n dm e m o r i z i n ga n dd e c r e a s e dn r1e x p r e s s i o n l a c ko fe s t r o g e ni st h ei m p o r t a n tr e a s o nc a u s e sd e g e n e r a t i v ed i s e a s ei nm e n o p a u s ew o m e n c l i n i c a lo b s e r v a t i o na n dr e s t r o s p e c t i v es t u d yf i n d l a c ko fe s t r o g e nc a u s ep - a m y l o i dd e n a t u r a t i o nw h i c hi st h em a i nr e a s o no fa dd i s e a s e r e c e n t l y , s t u d i e sa b o u td e v e l o p i n gb o d ys h o wm o d e r a t ev o l u n t a r ya c t i v i t ym a yp r o m o t et h ea b i l i t yo fs p a t i a ll e a m i n ga n dm e m o r i z i n ga n da r eh e l p f u lf o rb r a i nn e u r o np r o l i f e r a t i o n ，s u r v i v a la n dd i f f e r e n t i a t i o na sw e l la sr e l a t e dp r o t e i ne x p r e s s i o nw h i c ha r ea s s o c i a t e dw i t ht h ed e c r e a s e dr i s ko fd e g e n e r a t i v ed i s e a s e s s t u d i e ss h o wt h a tt h e r ei sc r o s st a l kb e t w e e ne x e r c i s ea n de s t r o g e ni nb r a i nd o m a i n t h ec u r r e n ts t u d yd e s i g n e dt op r o b et h ee f f e c t so f8w e e k sw e i g h t l e s ss w i m m i n gt r a i n i n go nt h ea b i l i t yi nn o v e lo b j e c tr e c o g n i t i o nt a s ka n dym a z el e a r n i n ga sw e l la st h eg e n ee x p r e s s i o no fa p pa n dn r1i nh i p p o c a m p u sf o rb i l a t e r a lo v a r i o t o m yr a t s 3 8f e m a l er a t sw e r ei n c l u d e di nt h i ss t u d ya n dw e r ed i v i d e di n t o4g r o u p s ，w h i c hi n c l u d e ds h a m - o p e r a t i o ng r o u p ( s h c t ，1 1 = 9 ) ，s h a m o p e r a t i o na n de x e r c i s eg r o u p( s h e x ，n 2 9 ) ，o v a r i o t o m yg r o u p ( o v x - c t , n = lo ) a n do v a r i t o m ya n de x e r c i s eg r o u p( o v x - e x ，n 2 1o ) s h e xa n do v x - e xg r o u p sd i d8w e e k sw e i g h t l e s ss w i m m i n gw h i l es h c ta n do v x c tw e r ee x p o s e dt ow a t e rs t i m u l a t i o n st h es a m et i m e s i nt h es i x t hw e e k ，a l lt h er a t sd i dt h en o v e lo b j e c tr e c o g n i t i o nt a s ka n di nt h es e v e n t ha n de i g h t hw e e kym a z el e a r n i n gt e s ta n dm e m o r yt e s tr e s p e c t i v e l y 2 4h o u r sa f t e rt h el a s tt i m ee x e r c i s e ，a l lr a t sw e r ek i l l e da n dh i p p o c a m p u sw e r es a v e df o rt e s t i n ga p pa n dn r1m r n ae x p r e s s i o nt h r o u g hr t - p c rm e t h o d r e s u l t s ：1 n e i t h e rs w i m m i n gt r a i n i n gn o rl a c ko fe s t r o g e nl e a d e dt os i g n i f i c a n tc h a n g ei nt h en o v e lo b j e c tr e c o g n i t i o nt a s k ( p 0 0 5 ) l a c ko fe s t r o g e nw e a k e n e dt h ea b i l i t yt ol e a r na n dm e m o r i z ea n ds w i m m i n gt r a i n i n gp r e v e n tt h ec o g n i t i v ed i s o r d e rt os o m ee x t e n t 2 l a c ko fe s t r o g e nd e c r e a s e dt h em r n ae x p r e s s i o no fa p pa n dn r1 ，b u ts w i m m i n gt r a i n i n gi n c r e a s e dt h e m c o n c l u s i o n ：n o r m a ll e v e lo fe s t r o g e nw a sv e r yi m p o r t a n tf o rs p a t i a ll e a r n i n ga n dm e m o r i z i n gw h i c hw e r ea s s o c i a t e dw i t hn r1a n da p pm r n ae x p r e s s i o nd e c r e a s e h o w e v e r ,e x e r c i s e ，a sak i n do fe x o g e n o u ss t i m u l a t i o nt ot h eb o d y , c a np r e v e n tt h ec o g n i t i v ed i s o r d e rc a u s e db yl a c ko fe s t r o g e n k e yw o r d s ：s w i m m i n gt r a i n i n g , h i p p o c a m p u s ，l e a r n i n ga n dm e m o r i z i n g ，e s t r o g e n ，a p p , n r l学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：种学位论文使用授权声明本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文储张痹幸咖吼血0 日期：趸理左! 【郝导师躲1 微( 哆吼c t 硎- , y ) - 7第一部分文献综述1 、学习记忆的研究进展1 1 学习和记忆( 1 e a r n i n ga n dm e m o r y ) 的概述及分类学习和记忆是脑的高级功能之一。依据目前的研究资料，神经科学认为学习是指人和动物获得外界知识的神经过程；记忆是指将获得的知识储存和读出的神经过程【l 】。学习和记忆是两个紧密相关却又互相区别的概念。学习是由于经验所引起的行为改变；记忆是储存和回忆学习过的经验的能力【2 1 。学习和记忆过程都使我们的大脑发生了变化。学习和记忆把刺激转换为电流信号，再以生物学变化来接受信号，并形成新的神经网络。学习和记忆过程改变了脑神经元突触连接的强度。而外部世界在脑内表象的形成和更新涉及到神经网络结构的改变。1 1 1 学习的分类根据刺激和反应间的关系将学习分为联合型学习( a s s o c i a t i v el e a r n i n g ) 和非联合型学习( n o n a s s o c i a t i v el e a r n i n g ) 两种。如表1 所示：表l 学习的分类表t a b l e lt h ec l a s s i f i c a t i o ns c h e m e so fl e a r n i n g联合型学习是指由两个或两个以上事件在时间上很接近地重复发生，最后在脑内逐渐形成联系，如经典的条件反射( c l a s s i c a lc o n d i t i o n i n gr e f l e x ) 和操作式条件反射( o p e r a t e dc o n d i t i o n e dr e f l e x ) 【l 】。经典条件反射是由巴甫洛夫创立的条件反射。而操作式条件反射是条件刺激出现后，动物必须采取某种行动才能获得非条件刺激( 食物、电击) 的强化，经过一段时间训练后，条件刺激引起某种行为或操作反应。操作式条件反射是受意识控制的高级反射活动，可以分为以下几种类型：( 1 ) 回避性条件反射( a d v i d a n c ec o n d i t i o n e dr e f l e x ) ；( 2 ) 辨别性学习( d i s c r i m i n a t i o nl e a r n i n g ) ，指动物学习辨别时间、空间或图形的能力。迷宫学习是一种空间辨别性学习，如y 型迷宫；( 3 ) 延缓反应( d e l a y e dr e s p o n s e ) 。非联合型学习不需要两种刺激建立联系，一种刺激即可产生，包括习惯化( h a b i t u a t i o n ) 和敏感化( s e n s i t i z a t i o n ) ，是一种比较简单的学习形式【1 1 。习惯化是指当一种不产生伤害性效应的刺激重复出现，则对该刺激的反射性行为反应逐渐减弱的过程。敏感化是指一个新异的、强烈的伤害性刺激可引起对另一个弱刺激发生增强反应，由于习惯化而减弱的反应也可以增强。1 1 2 记忆的过程和分类通过感觉器官对外界事物认知以后，即使该事物不再作用于感官，事物在脑中的印象可以保持相当长的时间，并在某种条件下这种印象再现出来，这就是记忆【l j 。大致分为三( 四) 个阶段：获得( a c q u i s i t i o n ) ，通过学习在大脑留下记忆痕迹的过程。储存和巩固( s t o r a g ea n dc o n s o l i d a t i o n ) ( 目前国外已将这两步分开) ，记忆痕迹由短时不稳定状念逐渐转化为长期牢固并储存下来的过程。再现( r e t r i e r a l ) ，储存在脑内的记忆痕迹回忆( r e c a l l ) 出来的过程。从信息论观点看，上述的过程可以可看作为信息的接受、储存、编码和提取。1 1 2 1 根据信息编码方式及记忆保持时间长短分类可将记忆分为感觉记忆、短时记忆和长时记忆，在短时记忆和长时记忆之间还可分出中间记忆。当外界刺激出现后，一定数量的信息从感官进入相应系统内储存起来称为感觉记忆( s e n s o r ym e m o r y ) ，又称瞬时记忆( i m m e d i a t em e m o r y ) 。短时记忆( s h o r t t e r mm e m o r y ) 指持续几秒或几分钟的记忆，是正在活动的神经元将信息储存下来，在分子水平上仅需要进行蛋白质的共价修饰，其信息储存容量有限。而长时记忆( 1 0 n g t e r mm e m o r y ) 指保持几天、几周，甚至终身的记忆，与脑内某些长期性的功能和结构有关，在分子水平上需要新的m r n a 和蛋白质的形成，在脑中可储存数年甚至终生，其容量几乎没有限度【3 】。1 1 2 2 根据信息储存和回忆方式分类可将记忆分为陈述性记忆( d e c l a r a t i v em e m o r y ) 和非陈述性记忆( n o n d e c l a r a t i v em e m o r y ) 。陈述性记忆是指与时间、地点有关的事实、情节和资料的记忆，又称外显记忆( e x p l i c i tm e m o r y ) 。它可以用语言陈述或作为一种非语言的映像形式保持在记忆中，这种记忆上升到意识能被清楚地回忆，并进行推理。陈述记忆中尚可分为情节记忆( e p i s o d i cm e m o r y ) 和语义记忆两个系统。情节记忆指与时间、地点相联系的个人经验的记忆；语义记忆指对各种有组织的知识的2记忆。而非陈述性记忆是需要反复从事某种技能的操作、某项课题的学习( 如物体的识别) ，经过长期的经验积累才能缓慢地保存下来的记忆，又称内隐记忆( i m p l i c i t m a n o r y ) 、反射性记忆( r e f l e x i v e m e m o r y ) 或程序性记忆( p r o c e d u r a lm e m o r y ) 。表2 记忆的分类方式和别称t a b l e2t h ec l a s s i f i c a t i o n o f m a n o r y1 2 影响学习记忆的脑功能区域目前已知与记忆功能有密切关系的脑内结构有大脑皮层联络区、海马及其邻近结构、杏仁核、丘脑、纹状体和脑干网状结构等”。l2 l 内侧颞叶系统内侧颞叶系统由海马及相邻有关皮层组成，包括内嗅皮层、外嗅皮层和海马旁回等。研究发现，海马是内侧颞叶系统中与学习记忆最密切相关的结构，因此内侧颢叶记忆系统又称海马记忆系统【”。海马，位于侧脑室的下底部，在额状切面上呈c 型，与齿状回相连，共同形成s 型结构( 如圈1 所示) 。海马的细胞形图l 海马生理解剖图f i 9 1t h e p h y s i o l o g i c a lo f h i p p o c a m p u sa n a t o m y态有一定的差异性，依据细胞形态、不同皮质区发育的差异以及纤维排列不同可将海马划分为4 个沿其长轴分布的不同区域c a l 、c a 2 、c a 3 和c a 4 区( 如图1 所示) 。海马主要参与信息的获得，而不是记忆痕迹长时储存的场所。在信息的传递中，海马接受联合皮质、嗅皮层、屏状核、杏仁、隔核、丘脑和下丘脑的传入纤维，又通过传出纤维投射到联合皮质、乳状头、丘脑前核、外侧隔核和下丘脑等，这种广泛的纤维联系提示海马的功能是将传入的感觉整合成有条理的、连贯的信息返回皮质，形成情节记忆。研究认为，海马神经元网络的复杂联络和结构的复杂变化与学习记忆密切相关【5 】。有研究认为，内侧颞叶系统一个重要的作用就是参与陈述性记忆过程和巩固过程，并对建立环境的空间位置记忆有特殊作用【6 1 。最近，n e a lc o h e n 和h o w a r de i c h e n b a u m 认为海马和其他内侧颞叶结构共同参与密切联系记忆( r e l a t i o n a lm e m o r y ) ，而该记忆的基本特征是高度加工的感觉信息进入海马和邻近皮层，经过处理，与同时发生的其他事件一起被储存，而相互关联是陈述性记忆储存的一个主要特征。1 2 2 新皮层新皮层中的前额皮质和外侧顶下区都与工作记忆有关。前额皮质是情节记忆的另一重要脑区。功能神经影像研究发现情节记忆的编码和左侧前额皮质( 大约是布罗德曼1 0 ，4 5 ，4 6 和4 7 区) 的代谢活动增加有关，而记忆的再现却以右侧前额皮质( 9 ，l o ，4 6 区) 活动增加占优势。许多研究提示，前额叶与工作记忆之间存在密切联系【7 】【8 】，而前额叶背外侧区是短时工作记忆的重要脑区【9 】。后扣带皮质是前额皮质与海马纤维联系的驿站，在学习记忆过程中代谢活动也增加。1 2 3 丘脑丘脑、乳头体、乳头丘脑束损毁可以引起遗忘。丘脑参与短时陈述记忆。丘脑损伤仅干扰新近记忆的保持( 顺行性遗忘) ，对已经形成的长时记忆影响很小，表明丘脑不是长时记忆的储存部位。但是丘脑的某些部位损伤可引起逆行性遗忘，即患者不能回忆脑损伤之前的一段时间的经历。因此推测丘脑可帮助“寻找”记忆库而“读出”记忆的信息。目前认为参与陈述性记忆的丘脑核团有丘脑前核、丘脑背内侧核。1 2 4 纹状体脑纹状体是基底神经核的主要组成部分之一，是埋藏在端脑髓质内最大的神经核团，是皮质下高级的中枢之一。以往认为，纹状体是基底神经核中与运动功能有关的结构，随着神经解剖学和神经生理学研究的深入，已表明纹状4体不但纤维联系和内部结构十分复杂，而且还具有如调整躯体和内脏的传入信息、参与学习记忆神经环路的组成以及疼痛反应等多种功能1 0 】【l l 】。基底神经节的两个主要部分尾核和壳核共同形成了纹状体。纹状体位于运动环路的一个关键点，接受来自颞叶和顶叶皮层的输入信息，并将信息输出到丘脑及皮层运动区。啮齿类动物和人类的研究证据表明，纹状体在形成行为性习惯的程序性记忆中起关键作用。1 2 5 乳头体区乳头体及其邻近结构的破坏见于伴有严重遗忘症的k o r s a k o f f 综合征。在大鼠、猴，损毁乳头体区，包括乳头体核、乳头体上核、乳头体前核以及邻近的腹内侧被盖区则引起某些类型的空间记忆障碍。由于乳头体区与海马之间有密切纤维联系可以认为乳头体区是海马空间记忆环路中的一部分。1 2 6 杏仁核和小脑杏仁核主要指基底外侧核，是恐惧条件反射形成和储存的部位，也是建立以自主神经反应为主的经典条件反射的重要结构，但它不参与陈述记忆的形成。杏仁核可以通过两种方式影响长时记忆的储存：一是调制海马及有关环路的记忆过程。其次，与应激激素( 肾上腺素、肾上腺皮质激素) 一起增加与情绪有关的长时陈述记忆，这个过程也是通过海马等其他脑区完成的。杏仁核与应激激素可视为内源性记忆调制系统。有研究发现，海马联合损毁的猴学习记忆功能严重损害，结果提示海马、杏仁核两者同时参与了记忆过程【1 2 】通过大量研究在经典的瞬目反射中的运动学习，发现小脑在运动学习中起着重要的作用【13 1 。1 3 学习记忆神经生理机制的研究回顾1 9 世纪末，许多研究者就推测，记忆的产生是神经细胞之间相互作用的结果。c a j a l 、l u g a r o 和t a n z i 等都曾提出，学习过程中可能涉及神经元之间连接强度的变化。2 0 世纪3 0 年代术，h o d g k i n 和h u x l e y 等一批科学家利用枪乌贼的巨大神经纤维进行实验，提出神经冲动传导的“离子学说”。于是，有人将学习记忆过程归为神经冲动传导的“离子”过程。1 9 4 9 年，h e b b 在他的专著“t h eo r g a n i z a t i o no f b e h a v i o r 中指出，心理功能如记忆、情绪和思维等，都是由于以特定方式联结在一起的细胞装置的活动所致。认为当细胞活动时，它的突触联结就会变得更加有效。1 9 4 9 年，l l o y d 在脊髓阶段所做的单突触传递特征的研究为突触修饰理论提供了电生理的证据。他的研究发现，给肌肉纤维施加强直刺激后，脊髓内的单突触传递出现了传递效应的增强。这一现象被称为强直后增强( p o s t t e t a n i cp o t e n t i a t i o n , p t p ) 。强直后增强现象的发现表明突触传递效应可以通过使用而得到加强，这不仅为h e b b 的突触修饰理论增添了证据，而且为学习与记忆神经机制的探讨找到了一个可能的电生理指标。1 9 5 3 年，e c c l e s 等根据脊髓阶段突触反射的可塑性推想，在中枢神经系统的高级部位也可能存在着突触联接的可塑性，并相信这种特性可能是学习与记忆的神经基础。突触可塑性( s y n a p t i cp l a s t i c i t y ) ，是指神经元之间连结的突触在形态和功能上的改变，表现为突出结合的可塑性和突触传递的可塑性，前者指突触形态的改变，以及新的突触联系的形成和传递功能的建立，是一种持续时间较长的可塑性，在长期记忆中发挥作用【l 】。2 0 世纪6 0 年代，k a n d e l 等人利用软体动物海兔的缩腮反射，对习惯化和敏感化这一简单的学习形式进行了详细深入的研究，揭示了这种简单的学习模式完成的分子机制，首次使学习和记忆的神经机理在分子水平上得到了阐明。1 9 7 3年b l i s s 等在家兔的海马上发现短暂高频刺激后，海马神经元兴奋性突触后电位( e p s p ) 增大并持续几小时甚至几天，故将这一现象命名为长时程增强现象( 1 0 n g t e r mp o t e n t i a t i o n ，l t p ) 。长时程增强( l t p ) 现象和长时程抑制( 1 0 n g t e r md e p r e s s i o n ，l t d ) 现象是突触的反复活动引致突触传递效能的增加( 易化) 或降低( 抑制) ，是突触传递可塑性的表现形式【l 】【1 3 2 1 。由于l t p 现象首先发现于哺乳动物的海马部位，而临床资料早已证明这一部位与某些记忆形式有着极为密切的关系，因而l t p 现象从一开始就受到神经科学家的高度重视，已被广泛作为信息贮存过程中突触效应增强的客观电生理指标【1 3 2 1 。现在一般认为，l 1 p 指的是对单突触重复刺激或两组突触以协同方式共同活化而产生的谷氨酸盐兴奋性突触后反应增耐1 5 】【1 6 】。现代生理学的研究表明，神经元的信息传递主要是化学传递，中枢神经系统内9 9 以上的突触间信息交流是以神经递质释放、与受体结合而引发生理效能的方式进行的；少量的电学传递方式存在于鸟类以前的较低等的动物【1 3 3 1 。基于这些研究和发现，以及理论的指导，随后人们从整体动物( 行为) 、脑片、细胞、分子、基因等不同水平以及电生理等不同角度对学习记忆的机制进行探索研究。62 、学习记忆的分子生物学机制研究进展2 0 世纪6 0 年代，k a n d a l 等人利用软体动物海兔的缩腮反射，对简单的学习形式习惯化和敏感化的研究时，最先发现5 - 羟色胺( 5 - h t ) 作为中间神经元所释放的递质，通过一系列的步骤使c a 2 + 内流增加而导致感觉神经元递质释放量的增加，最终造成行为上的敏感化m 】。这一发现，使得人们关于学习记忆的研究在分子水平上进行打开了探索之门。随后，大量的研究在分子水平上对学习记忆的机制进行探索，揭示学习记忆过程涉及突触问神经递质的释放和突触后膜离子通道和相关性受体通道的开放，蛋白檄酶的活化，神经营养因子的调节，胞内第二信使系统的调控，即早转录因子和转录基因的诱导和维持。逆行信使的调节修饰，以及蛋白的表达等直接参与的调控过程和外周调节机制( 如雌激素、胰岛素等)的间接调控等( 如图2 所示) 【1 8 1 0r r ，舟h 一图2 部分参与学习记忆过程的细胞分子信号转导通路示意图( 引自l i q i n z h a o )f i 9 2p a r t so f t h e m o l e c u l a rs i g n a l t r a n s d u c t i o n p a t h s i n v o l v e d i n t h e p r o c e s so fl e a r n i n g a n d m e q n o r y i nc e l l ( f r o mb y l i q i n z h a o ，2 0 0 5 )21c a 2 + 介导的信号转导系统学习记忆过程的信号转导和可塑性变化涉及神经递质的诱导。神经递质的释放依赖于动作电位的编码，而动作电位的编码依赖于质膜上的离子通道，包括钙通道和钙依赖性钾通道。许多研究证实，学习记忆信号传导过程依赖c a 2 + 信号系统所引起的生物学效应。有实验发现，突触前缓慢给予c a 2 + 鳌合剂e g t a 或b a p t a ，将减少递质的释放【1 3 4 】【1 3 5 1 。神经元c a 2 + 进入细胞存在多条途径，c a 2 +进入的方式是决定c a 2 + 信号空间形式和信号转导通路的重要因素。研究发现，c a 2 + 在中枢神经系统主要有两类钙离子通道：电压敏感性c a ：+ 通道( v s c c s ) 和递质门控性c a 2 + 通道，而这两者存在的部位、激活的信号转导通路以及产生的生物学效应方面有所差异。递质门控受体型离子通道中以n m d a 受体最为重要，另外还有烟碱型乙酰胆碱受体( n a c h r ) 、5 羟色胺受体第三种亚型( 5 h t r 3 ) 、a m p m 受体和海人藻酸受体。此外，神经元内质网上的钙池受到l ，4 ，5 三磷酸肌醇( i p 3 ) 和蓝尼啶( r y a ) 受体系统调控。进入胞质后有许多蛋白质介导其生化效应，其中最重要的是钙调蛋白( c a m ) 。c a 2 + 一c a m 复合物可调节许多酶活性，包括钙调蛋白依赖性激酶( c a m k ) 、蛋白磷酸酶和腺苷酸环化酶。这些酶改变已有的突触蛋白活性，或通过信号转导激活相应的基因表达，从而发挥神经生物学效应。神经系统中c a m 激酶i i ( c a 2 + c a l m o d u l i n d e p e n d e n tk i n a s ei i ) 特别丰富，是一种分子记忆物质 1 3 6 】。c a 2 + 信号也向胞核传播，通过激活或抑制各种转录因子的功能以调节基因表达。b e r r i d g e 等( 2 0 0 3 ) 1 9 1 指明细胞内c e + 的浓度控制一系列的生物学功能，包括分泌作用、基因表达和兴奋性细胞和非兴奋性细胞的突触可塑性等。2 2 神经递质及受体神经递质主要在神经元中合成，而后储存于突触前囊泡内，在信息传递过程中由突触前膜释放到突触间隙，作用于下_ 级神经元的突触后膜，从而产生生理效应【i 】。从性质上，神经递质可分为胆碱类、单胺类、氨基酸类、多肽类以及其他等五大类；从发挥功能的角度，神经递质分为兴奋性和抑制性两大类。它们在学习记忆过程中发挥着不同的神经生理功能和作用。2 2 15 h t 及其受体5 - h t 是在学习记忆过程中最先被确认的神经递质。5 h t 作为一种单胺类的神经递质和血管活性物质，广泛分布于中枢神经系统和周围组织中，在学习记忆、痛觉调制、感觉运动、心血管功能以及呼吸、睡眠、食欲等多方面发挥重要作用。脑内5 一h t 神经元胞体主要集中在低位脑干中线附近的中缝核群( r a p h en u c l e i ) ，通过中缝核群发出的纤维下行支配脊髓，上行支配前脑和脑干的广大区域，同时还可通过脑脊液到达其他脑区发挥广泛作用【2 0 1 。5 h t 通过7 大类1 4 种受体亚型发挥作用，其中除5 h t 3 受体属配体门控离子通道外，其余均属g 蛋白偶联受体超家族【2 1 1 。研究资料表明，与g 蛋白偶联受体在腺苷酸环化酶( a c ) 系统和磷脂酰肌醇系统有着不同的生理作用：在a c 系统，5 - t h l 受体各亚型激活时，通过g i o蛋白抑制a c 活性，使c a m p 产生减少；5 t h 4 受体、5 t h 6 受体、5 - t h 7 受体激活时，通过g s 蛋白增强a c 活性，使c a m p 产生增加，再经c a m p 依赖的蛋白激酶a产生作用；在磷脂酰肌醇系统，5 t h 2 受体各亚型激活时，经g q te 蛋白介导，使磷脂酶c ( p l c ) 活化，后者使磷脂酰肌醇水解，生成三磷酸肌醇( i p 3 ) 和二脂酰甘油( d a g ) ，生成的i p 3 结合到内质网膜_ j 2 1 幂j i p 3 - 门控c a 2 + 释放通道引起释放c a 2 + ，生成的d a g 与c a 2 + 协同激活p k c 。有研究发现，5 h t 涉及不同形式的突触可塑性【2 2 1 ，其中最主要的功能是调节学习记忆【2 3 1 。有研究表明，在训练前，在整体上或在海马内部注入5 h t l a 选择性的激动剂( 8 o h d p a t ) ，会损伤2 4 d , 时以后的记忆提取，在很多实验中，包括被动逃避实验，已经证实这一点【2 4 】【2 5 i t 2 6 1 。应用高选择性的5 t h l a 拮抗剂，w a y l 0 0 6 3 5 ，不仅能阻止由5 t h l a 激活导致的认知缺陷，而且能预防阻断胆碱能的或阻断n m d a 受体导致的认知缺陷。在大鼠的海马，w a y l 0 0 6 3 5 引起c a 2 + 钙依赖性蛋白激酶i i ( c a m k i i ) 磷酸化、c a ”非依赖性c a m k i i 和蛋白激酶a ( p k a ) 活性的迅速增加【27 1 。2 2 2 谷氨酸及其受体19 51 年o k a t o m a 和h a y a s h i 发现，谷氨酸( g l u ) 和天冬氨酸对大脑皮质细胞有普遍的而强烈的兴奋作用【l 】。1 9 7 0 年，w o f s e y 等在大鼠脑和脊髓的突触体内，发现了谷氨酸和天冬氨酸的高亲和力摄取系统，为这两种氨基酸在递质的研究取得了重大的进展。目前已探明，谷氨酸和天冬氨酸是哺乳动物c n s 的兴奋性神经递质，此外还有兴奋作用极强的n 甲基d 天冬氨酸( n m d a ) 、使君子酸( q a ) 、海人藻酸( k a ) 和0 【一氨基3 羟基一5 甲基4 一异恶唑丙酸( a m p a ) 等。谷氨酸是兴奋性神经元突触信息传递的主要递质，在学习和记忆神经元可塑性方面均起重要作用，但谷氨酸又能引起神经毒性，其释放激增可对神经元造成毒性损害。g l u 的释放依赖于细胞内c a 2 + 的浓度，c a 2 + 的流入会激活电压门控性c a 2 + 通道，使突触囊泡解离束缚发生胞吐，释放g l u 。目前研究发现脑内至少有5 种兴奋性氨基酸受体来调节谷氨酸的突触后效应，关注较多的受体是：n 一甲基d 天冬氨酸型9( n m d a r ) ，a 氨基3 羟基一5 甲基- 4 一异恶唑丙酸型( j 蝴p a r ) 和海人藻氨酸型( 恨) 。n m d a 受体，a m p a 受体和k a 受体都与离子通道相关联，故称离子型受体，另外还有代谢型谷氨酸受体( m g l u r ) 。n m d a 受体是离子型谷氨酸受体的一种亚型，在中枢神经系统的突触传递和突触可塑性调节中起着重要作用。尽管在基础信号条件下，快速兴奋性传递主要是通过a mp a 受体介导的，但n m d a 受体介导的c a 2 + 内流则激活信号转导级联反应，进而调节突触的形成、修饰和删除等各种各样的功能【2 8 】【2 9 1 。n m d a 受体被认为是l t p 诱导过程中一系列分子事件中最关键的蛋白质之一。t s i e n 3 0 1 等( 1 9 9 6 ) 利用基因剔除技术研究发现，转基因小鼠海马c a l 区l t p 缺失，表明l t p的诱导需要n m d a 受体的激活。n m d a 受体通道依赖性的突触可塑性是学习记忆的分子基础 3 1 】。突触后代谢性谷氨酸受体( m g l u r s ) 与g 蛋白偶联，通过信号通路诱导激活蛋白激酶c ( p k c ) ，后者催化n m d a 受体蛋白亚基的磷酸化，增加细胞夕b c a 2 + 的内流，增强l t p 效能。n m d a 受体由n r l 和n r 2 亚单位组成。n r l 亚单位是由一个基因编码，但该基因有3 个选择性剪接盒，故该亚单位有8 个剪接变体，n r1 为n m d a 受体的必需组分。而n r2 由4 个基因编码，分别称为n r2 a 、n r 2 b 、n r2 c 、n r2 d ，当它们与n r1 亚单位形成异聚体受体复合物时，能修饰通道的特性。近来，又发现了n r 3 亚单位，它有2 个亚型，至于它的结构和功能还不很清楚。据原位杂交和免疫细胞化学分析，n r l 广泛分布于整个中枢神经系统的全部神经元，尤以海马、小脑皮质和嗅泡神经元密度最高。n r 2 亚基的不同亚型在脑内分布不同。n r l 和n r 2 各亚基的胞外n 末端含有潜在的糖基化位点，而胞内c 末端含有蛋白激酶磷酸化位点，后者为n r 磷酸化和去磷酸化提供了结构基础。开始时n r l 和n r 2 亚单位在粗面内质网( e r ) 装配形成有功能的通道p 2 1 。组装好的n m d a 受体能选择性地定位于兴奋性突触的突触后膜。在成熟神经元，在经验依赖性突触活化的数小时内，n m d a 受体便可运送到突触【3 3 ，并且随突触活性改变呈负相关调节【3 4 】。研究提示，n r l 和n r2 亚单位可以通过细胞内c 末端，调控n m d a 受体的突触定位和集簇【3 5 】【3 6 1 。p k c 磷酸化n r l 亚单位c l 剪接盒上的s e r 8 9 0 和s e r 8 9 6 ，因此p k c 可以通过对n r l n r 2 a 和n r l n r 2 b 受体复合物中的丝苏氨酸残基磷酸化，减弱m g2 + 对n m d a 受体通道的阻滞作用，使通道对c a 2 + 的通透l o性增加，从而导致l t p 的产生。此外，中枢胆碱能系统参与调节哺乳动物的神经元兴奋性、皮质可塑性以及学习记忆过程，与脑的认知功能密切相关【37 1 。乙酰胆碱( a c h ) 参与调节海马和新皮质的神经元活动，在调节突触可塑性方面起关键作用。老年性的记忆障碍以及情感异常与不同脑区胆碱能功能障碍以及胆碱能受体数目减少有关。2 3 第二信使、蛋白激酶和转录因子神经木梢释放的g l u 等信号分子与突触后质膜上相关受体结合后，激活受体下游信号分子通路，引发细胞内一系列信号级联反应。在这一过程中，信号分子与g s 蛋白结合，激活a c 的活性，诱发第二信使c a m p 的表达。c a m p 发挥的效能通过激活c a m p 依赖蛋白质激酶一蛋白激酶a ( p r o t e i n k i n a s e a ，p k a ) 来实现。p k a 是蛋白激酶家族中重要的一员，是一类丝苏氨酸蛋白激酶。3 5 环腺苷酸依赖的蛋白激酶信号转导途径是以靶细胞内a m p 浓度改变和激活蛋白激酶a 为主要特征，是激素调节物质代谢的主要途径，在细胞各种生命活动过程中扮演着重要角色。有研究发现，c a m p 能够引起短时程和长时程的突触易化【3 引，利用p k a 的抑制剂则能阻碍突触传递的短时程和长时程易化，揭示c a m p p k a 信号通路参与u 限信号通路，c a m p 并在蛋白质合成依赖型记忆即长时记忆中起介导作用【3 9 】。c a m p 途径可以调节和活化许多转录因子，包括c a m p 反应元件结合蛋白( c r e b ) 、c r e m 、n f r b 、核受体等【4 0 】，其中c r e b 是神经细胞核内启动基因表达的关键因子，在体内大多数组织存在，并对c a m p 反应呈组织特异性。c r e b的1 3 3 位丝氨酸残基对c r e b 的转录活性起着重要作用，可被p k a 、p k c 、c a 2 + c a m 依赖性激酶、r a s 信号通路、有丝分裂原激活的激酶( m a p k r s k ) 等磷酸化，磷酸化后c r e b 形成同源或异源二聚体后被活化，与c a m p 反应元件结合，调控靶基因( 如c 1 0 s 、脑啡肽、强啡肽等) 的转录【4 1 1 。有研究【4 2 】发现c r e b 的磷酸化在长时记忆的形成中起关键作用。长时记忆需要新的蛋白质的合成，而c r e b信号通路被认为在新的蛋白质的合成中起重要作用【4 3 1 。m a k o t o 4 4 t ( 2 0 0 2 ) 研究发现，p k a c r e b 信号途径在海马空间记忆的形成中有重要的作用。新的蛋白质的合成提供足够的信号增加突触数目和传递强