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第一部分水通道蛋白-4敲除对杏---核长时程增强和恐惧记忆的影响及机制目的：一般认为,星形胶质细胞的主要功能是对神经元起支撑和营养作用,但越来越多的证据表明星形胶质细胞在信息处理、信号传递和突触可塑性等方面也发挥重要作用。水通道蛋白-4(aquaporins-4, AQP4)主要存在于脑内,广泛地表达于星形胶质细胞,在调节脑内的水稳态、脑体积以及脑脊液的产生方面均起着重要作用。大量研究表明AQP4也参与调节胶质细胞的功能。而目前关于AQP4是否参与调节杏仁核突触可塑性这一问题鲜有报道。因此,本研究使用AQP4基因敲除(KO)鼠探讨了AQP4缺失对杏仁核长时程增强(long-term potentiation, LTP)和恐惧记忆的影响及机制。方法：使用RT-PCR和western blotting技术分别检测了WT鼠和KO鼠外侧杏仁核(lateral amygdala, LA) AQP4mRNA, AQP4蛋白和谷氨酸转运体-1(glutamate transporter-1, GLT-1)蛋白的表达；使用急性离体脑片胞外场电位记录和全细胞脑片钳记录方法分别记录了WT鼠和KO鼠丘脑-LA通路的场兴奋性突触后电位(field excitatory postsynaptic potentials fEPSP)和兴奋性突触后电流(excitatory postsynaptic currents, EPSC);使用条件性恐惧实验检测了WT鼠和KO鼠杏仁核依赖的恐惧记忆；使用旷场试验和高架十字迷宫分别测试了WT鼠和KO鼠的自发活动和焦虑相关的行为。电生理结果采用双因素方差分析(ANOVA)结合Student’s t检验分析。行为学实验结果和定量免疫印迹分析采用Student’s t检验或ANOVA结合Newman-Keuls post hoc检验分析。结果：AQP4mRNA, AQP4蛋白在WT鼠杏仁核LA区均有表达。AQP4敲除损伤小鼠丘脑-LA通路的LTP,但不影响其基础突触传递；AQP4KO鼠杏仁核依赖的恐惧记忆显著降低,但自发活动和焦虑相关的行为并未发生改变；AQP4敲除下调GLT-1的表达,并选择性地增加N-甲基-D-天门冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptor, NMDAR)依赖的EPSC;低浓度NMDAR抑制剂D-APV逆转AQP4敲除引起的LTP损伤；慢性给予头孢曲松(ceftriaxone, Cef)上调GLT-1的表达,并逆转了AQP4敲除所致的LTP和恐惧记忆损伤。结论：AQP4敲除通过下调GLT-1的表达损伤小鼠杏仁核LTP和恐惧记忆。第二部分非对称性二甲基精氨酸对海马长时程增强和学习记忆的影响及机制目的：一氧化氮(nitric oxide, NO)是一种气体信号分子,由L-精氨酸经一氧化氮合酶(nitric oxide synathase, NOS)催化而来。NO在调节血管功能、突触可塑性和记忆形成等方面发挥重要作用。NOS有三种亚型,分别为神经元型(neural NOS, nNOS),内皮型(endothelialNOS, eNOS)和诱导型(inducible NOS, iNOS).内源性NOS抑制物在调节NO合成中发挥重要作用。非对称性二甲精氨酸(asymmetric dimethylarginine, ADM A)是NOS的内源性抑制物,由精氨酸残基的甲基化蛋白水解而来。ADMA可与L-精氨酸竞争性抑制NOS的三种亚型,减少NO的合成。在脑缺血、阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD),衰老和糖尿病等疾病中都发现ADMA水平升高,而这些疾病患者的认知功能都有不同程度的下降,但ADMA与认知功能是否具有相关性目前尚不清楚。因此,本实验研究ADMA和NO供体对大鼠海马长时程增强(long term potentiation> LTP)和学习记忆的影响及机制。方法：使用急性离体脑片胞外场电位记录方法研究ADMA和两种NO供体——S-亚硝基-N-乙酰青霉胺(S-nitroso-N-acetylpenicillamine, SNAP)和硝普钠(sodium nitroprusside, SNP)对大鼠海马CA1区长时程增强的影响；使用条件性恐惧实验和抑制性回避实验观察ADMA和SNAP对大鼠学习记忆的影响。采用双因素方差分析(ANOVA)结合Student’s t检验分析电生理结果。采用Student’s t检验或ANOVA结合Newman-Keuls post hoc检验分析行为学实验结果。结果：高频刺激前30min给予50,100μM ADMA可浓度依赖性地损伤大鼠海马CA1区LTP,而10uM ADMA对LTP无影响；高频刺激后给予100μM ADMA对大鼠海马LTP无影响。100μM SNAP和300μM SNP增强正常大鼠海马脑片的LTP,并逆转100uM ADMA所致的LTP损伤。此外,训练前向大鼠海马内注射5μg和10μgADMA可剂量依赖性地损伤大鼠恐惧记忆的获取和巩固,10μg ADMA也损伤抑制性回避记忆,而1μg ADMA对恐惧记忆无影响；训练后给予10μg ADMA不影响恐惧记忆和抑制性回避记忆的巩固。10μg SNAP逆转10μg ADMA所致的恐惧记忆和抑制性回避记忆损伤。结论：ADMA通过抑制NO的合成损伤大鼠海马CA1区LTP和学习记忆。