抑制前额叶和海马的星形胶质细胞功能对大鼠工作记忆的影响，长期服用芬克罗酮改善老年大鼠学习记忆障碍的突触可塑性机制

长期以来，星形胶质细胞（astrocyte，AS）被认为具有细胞隔离、支持、保护和营养神经元的作用。近来，人们逐渐发现，AS还有许多其他重要的功能。例如，谷氨酸是中枢神经系统中重要的兴奋性神经递质，AS摄取和合成谷氨酸的作用可能影响学习、神经发育及发情周期等多种脑功能，并影响突触形成和突触传递效能。有研究发现，成年海马齿状回颗粒下层具有神经干细胞潜能的AS，可以分化成新生神经元。此外，海马成熟的AS还参与调节神经发生，决定神经干细胞的分化方向。大鼠海马新生神经元与海马依赖性记忆（happocampal- dependent memory）密切相关。提示，AS与学习记忆密切相关。但迄今为止，尚未见AS参与工作记忆的报道。本研究以特异性抑制AS细胞的化合物fluorocitrate（FC）作为工具药来探讨AS在大鼠工作记忆中的作用及作用机制。FC可抑制AS三羧酸循环中乌头酸酶（aconitase）的活性，从而抑制AS摄取谷氨酸的功能，其作用是可逆的，目前已经被广泛用于研究AS的功能。我们通过慢性导管在大鼠双侧前额叶（prefrontal cortex，PFC），双侧海马（hippocampus，HIP）和单侧侧脑室（lateral ventricle，LV）分别注射FC，记录注射后15-75min内自由活动大鼠的脑电图（EEG）功率变化，以判断FC对大鼠PFC和HIP神经元兴奋性的影响，并在注射后15-75min内完成T-迷宫空间交互延缓(spatial delayed alternation task)反应测试，分析动物的空间工作记忆功能。结果发现在双侧PFC和双侧HIP分别注射1，2，5nM FC （0.5μl），仅2，5nM显著增加HIP EEG的功率（ p < 0.05 vs. SAL），但对交互延缓反应成绩无明显影响，所有剂量对PFC的EEG功率没有显著影响，且不影响动物操作交互延缓反应作业的成绩（ALL p > 0.1 vs. SAL）。在单侧LV注射0.05，0.5nM FC （10μl）后，PFC的EEG功率没有明显变化，而HIP的EEG功率有增加。该剂量的FC对大鼠操作空间交互延缓作业的成绩无明显影响。在单侧LV注射2nM FC（10μl）同时显著增加PFC和HIP的EEG功率，并显著提高大鼠操作空间交互延缓反应作业中的正确率，改善大鼠的工作记忆（ p < 0.05 vs. SAL）。单侧LV注射5nM FC（10μl）同时显著降低PFC和HIP的EEG功率（ALL p < 0.05 vs. SAL）和大鼠操作作业的正确率，损伤大鼠的工作记忆（ p < 0.05 vs. SAL）。表明只有在PFC和HIP的EEG功率同时受到影响的时候，大鼠操作作业的正确率才会发生显著改变。已有研究指出，前额叶和海马均参与工作记忆调控。在LV给FC将同时作用于双侧PFC和双侧HIP。因此，我们认为，FC对大鼠空间交互延缓作业成绩的影响可能是通过抑制PFC和HIP的AS功能产生的。在单侧LV注射低浓度（0.05，0.5nM）的FC对大鼠空间交互延缓作业成绩和EEG功率水平均无明显影响，可能与脑内AS的功能尚可，谷氨酸水平升高不明显有关，而高浓度（5nM）FC可能较强地抑制AS摄取胞外谷氨酸的功能，胞外谷氨酸水平过度升高，损伤神经元的活性，使EEG功率降低，结果导致工作记忆受损。高浓度FC也可能直接损伤神经元的活性。本研究结果表明，FC短期抑制PFC和HIP的AS功能，将使PFC和HIP胞外谷氨酸水平升高，从而改变PFC和HIP神经元的兴奋性，使大鼠的空间工作记忆功能发生改变。揭示了工作记忆不仅依赖于PFC-HIP回路中神经元的正常功能，也与PFC-HIP回路中AS的功能正常与否密切相关。