学习和记忆是大脑最重要的功能,而突触传递效应的长时程增强(long-term potentiation, LTP)是学习记忆功能的神经生理学基础之一。海马是机体完成学习记忆功能的关键结构,它主要分为CA1、CA3和齿状回(dentate gyrus, DG)区,其中DG区作为信息进入海马的传入点,在新信息的处理和编码以及学习记忆中起着至关重要的作用。在海马各亚区不仅高频电刺激可诱导出LTP,学习记忆行为也可以诱发出LTP样反应,后者称之为习得性LTP。目前较公认的海马LTP的产生机制是激活突触后膜的谷氨酸能NMDA受体,继而触发一系列与Ca2+有关的生理生化反应,包括一氧化氮(nitric oxide, NO)的产生,而在此过程中NO作为逆行信使作用于突触前膜,使后者的递质释放维持高水平,最终形成LTP。NO是中枢神经系统中非常重要的气体神经信使,它在海马LTP中的逆行信使作用多数是在海马脑片的离体实验上得到证实的,而以神经递质释放做为一个指标、在整体水平上探讨NO在海马习得性LTP中的作用机制的报道少见。此外,虽然研究报道DG区存在高密度的神经元型一氧化氮合酶(neuronal nitrec oxcied synthases, nNOS),但DG内的NO在习得性LTP中的作用及其机制尚不清楚。因此,本研究的第一部分,在清醒、自由活动大鼠的学习记忆过程中,观察DG区微量注射一氧化氮合酶(nitrec oxcied synthases, NOS)抑制剂或NO供体对DG区细胞外液中的谷氨酸含量及突触传递效应的影响。阿尔兹海默病(Alzheimer’s disease, AD)是老年痴呆症的主要类型,其主要临床表现为认知功能障碍,而病理学表现以脑内神经元淀粉样蛋白(amyloid β protein, Aβ)沉积与纤维纠结为主。文献报道AD的认知功能障碍与Glu及其促离子型受体(包括NMDA、AMPA受体),以及NO的异常相关。本课题组先前的研究表明,海马DG的NO可通过增加局部天冬氨酸(asparate, Asp)和谷氨酸(glutamate, Glu)的释放来参与习得性LTP的产生过程,且NMDA和AMPA受体也在DG区习得性LTP的产生中起重要作用,但是,DG内的NO以及Glu能系统在AD大鼠的学习记忆及相关突触可塑性中的作用尚不清楚。因此,本研究以前期工作和第一部分实验为基础,在第二部分探讨AD模型大鼠海马DG内的NO在学习记忆及相关突触可塑性中的作用。本实验的具体内容如下：1.第一部分：(1)利用脑部微量注射法往DG区给予NOS抑制剂(NG-methyl-l-arginine acetate salt, L-NMMA)或NO供体(sodium nitroprusside, SNP),观察其对DG区Glu含量与突触传递效应的影响；(2)利用同时观察清醒大鼠的学习行为、DG区突触传递效应(fild excitatory postsynaptic,fEPSP)和Glu含量的整体水平实验平台,观察DG区给予L-NMMA和SNP对上述三种指标的影响；2.第二部分(1)应用双侧卵巢摘除法(ovariectomy, OVX)结合腹腔注射D-半乳糖(D-galactose, D-gal)制备AD模型,利用脑部微量透析法和高效液相色谱法测定海马DG区细胞外液中的Asp、Glu和谷氨酰胺(glutamine,Gln,Glu合成的前体物质)的含量,应用免疫组织化学染色法观察DG区AD沉积情况以及NMDA和AMPA受体的表达；(2)利用Morris水迷宫测定AD大鼠的学习记忆行为,并在此过程中观察海马DG区的Asp、Glu和Gln含量的变化,以及DG区fEPSP幅度的变化；(3)观察DG区注射L-NMMA对AD大鼠的学习记忆行为、DG区突触传递效应和习得性LTP的影响；(4)观察DG注射NMDA受体阻断剂(dizocilpine,MK-801)或AMPA受体阻断剂(6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione, CNQX)对AD大鼠的学习记忆行为、DG区突触传递效应和习得性LTP的影响。本实验的结果如下：1.第一部分：(1)在非训练组,海马DG区微量注射L-NMMA降低DG区Glu含量及fEPSP幅值,而给予SNP却增加DG区Glu含量及fEPSP幅值(均为P<0.05),而且Glu含量的变化与fEPSP幅值变化是相平行的。(2)每天穿梭箱训练前往DG区注射改良Ringer’s液的对照组,海马DG区的Glu含量与fEPSP幅值在条件反射的建立期间明显增加(均为P<0.05),而在条件反射消退期间逐渐回到训练前水平；在此过程中,Glu含量与fEPSP幅值的变化相平行,且这些变化与行为正确反应率的变化是基本一致的；(3)每天训练前往DG区微量注射L-NMMA时,大鼠的学习记忆功能出现明显的损害,且DG区Glu含量及fEPSP幅值在训练过程中出现基本一致的降低并恢复的过程。(4)每天训练前往DG区微量注射SNP时,大鼠的学习记忆能力明显提高(P<0.05),而在训练过程中的DG区Glu含量与fEPSP幅值的变化与对照组相似,即在条件反射的建立期间明显增加(均为P<0.05),且在消退期间逐渐恢复。2.第二部分(1)AD模型大鼠海马DG区出现Aβ的沉积、细胞外液中的Glu和Asp含量明显增加而Gln含量明显减少、NMDA和AMPA受体的表达减少。(2在MWM训练中,AD大鼠找到站台的逃避潜伏期明显延长,穿越原平台区的次数明显减少(均为P<0.05),提示出现了空间学习记忆障碍。(3)对照组在MWM训练过程中出现海马DG区fEPSP幅值的明显增加(均为P<0.05),提示习得性LTP的形成,而在AD大鼠的海马DG区,习得性LTP被明显抑制。(4)在MWM训练过程中,对照组DG区Glu和Gln含量在训练第2、3天明显增加(均为P<0.05)其后回到训练前水平；在AD组,Glu含量在5天的训练过程中均明显增加,而Gln含量持续下降(均为P<0.05)。(5)在MWM训练过程中,对照组DG区Asp含量无明显变化,在AD组,Asp含量逐渐下降,在训练第2-5天明显低于训练前(均为P<0.05)。(6)往海马DG区注射L-NMMA和MK-801,而非CNQX,可增加AD大鼠DG区突触传递效应。(7)往海马DG区注射L-NMMA和MK-801,可改善AD大鼠的空间学习记忆能力,且使DG区的习得性LTP恢复到正常水平；而CNQX改善空间学习能而非空间记忆能力,且使DG区习得性LTP形成延后。通过以上实验结果,得到以下结论：1.海马DG内的NO可通过增加DG局部Glu水平和突触传递效应来促进学习记忆,并作为逆行信使参与习得性LTP的形成过程。2.AD大鼠的学习记忆损害与DG局部的Ap沉积、Glu和Asp的浓度增加、以及NMDA和AMPA受体的过度激活有关。3.AD大鼠海马DG区的NMDA和AMPA受体表达下调可能是针对Glu能系统过度激活的一种代偿机制。4.海马DG内的NO和NMDA受体,而非AMPA受体,可通过抑制DG区习得性LTP来损害AD大鼠的学习记忆。5.正常和AD大鼠中,海马DG的NO对学习记忆及习得性LTP的作用是相反的。