Spatial exploration induces a persistent reversal of long-term potentiation in rat hippocampus

Experience-dependent long-lasting increases in excitatory synaptic transmission in the hippocampus are believed to underlie certain types of memory(1-3). Whereas stimulation of hippocampal pathways in freely moving rats can readily elicit a long-term potentiation (LTP) of transmission that may last for weeks, previous studies have failed to detect persistent increases in synaptic efficacy after hippocampus-mediated learning(4-6). As changes in synaptic efficacy are contingent on the history of plasticity at the synapses(7), we have examined the effect of experience-dependent hippocampal activation on transmission after the induction of LTP, We show that exploration of a new, non-stressful environment rapidly induces a complete and persistent reversal of the expression of high-frequency stimulation-induced early-phase LTP in the CA1 area of the hippocampus, without affecting baseline transmission in a control pathway. LTP expression is not affected by exploration of familiar environments. We found that spatial exploration affected LTP within a defined time window because neither the induction of LTP nor the maintenance of long-established LTP was blocked. The discovery of a novelty-induced reversal of LTP expression provides strong evidence that extensive long-lasting decreases in synaptic efficacy may act in tandem with enhancements at selected synapses to allow the detection and storage of new information by the hippocampus.

Effects of unconditioned and conditioned aversive stimuli in an intense fear conditioning paradigm on synaptic plasticity in the hippocampal CA1 area in vivo

Repeated vivid recalls or flashbacks of traumatic memories and memory deficits are the cardinal features of post-traumatic stress disorder (PTSD). The underlying mechanisms are not fully understood yet. Here, we examined the effects of very strong fear conditioning (20 pairings of a light with a 1.5-mA, 0.5-s foot shock) and subsequent reexposure to the conditioning context (chamber A), a similar context (chamber B), and/or to the fear conditioned stimulus (CS) (a light) on synaptic plasticity in the hippocampal CA1 area in anesthetized Sprague-Dawley rats. The conditioning procedure resulted in very strong conditioned fear, as reflected by high levels of persistent freezing, to both the contexts and to the CS, 24 h after fear conditioning. The induction of long-term potentiation ON was blocked immediately after fear conditioning. It was still markedly impaired 24 h after fear conditioning; reexposure to the conditioning chamber A (CA) or to a similar chamber 13 (CB) did not affect the impairment. However, presentation of the CS in the CA exacerbated the impairment of LTP, whereas the CS presentation in a CB ameliorated the impairment so that LTP induction did not differ from that of control groups. The induction of long-term depression (LTD) was facilitated immediately, but not 24 h, after fear conditioning. Only reexposure to the CS in the CA, but not reexposure to either chamber A or B alone, or the CS in chamber B, 24 h after conditioning, reinstated the facilitation of LTD induction. These data demonstrate that unconditioned and conditioned aversive stimuli in an intense fear conditioning paradigm can have profound effects on hippocampal synaptic plasticity, which may aid to understand the mechanisms underlying impairments of hippocampus-dependent memory by stress or in PTSD. (c) 2005 Wiley-Liss, Inc.

Sexual Behavior Modulates Contextual Fear Memory Through Dopamine D1/D5 Receptors

Traumatic events always lead to aversive emotional memory, i.e., fear memory. In contrast, positive events in daily life such as sex experiences seem to reduce aversive memory after aversive events. Thus, we hypothesized that post-traumatic pleasurable ex

Chronic Morphine Treatment Impaired Hippocampal Long-Term Potentiation and Spatial Memory via Accumulation of Extracellular Adenosine Acting on Adenosine A(1) Receptors

Chronic exposure to opiates impairs hippocampal long-term potentiation (LTP) and spatial memory, but the underlying mechanisms remain to be elucidated. Given the well known effects of adenosine, an important neuromodulator, on hippocampal neuronal excitability and synaptic plasticity, we investigated the potential effect of changes in adenosine concentrations on chronic morphine treatment-induced impairment of hippocampal CA1 LTP and spatial memory. We found that chronic treatment in mice with either increasing doses (20-100 mg/kg) of morphine for 7 d or equal daily dose (20 mg/kg) of morphine for 12 d led to a significant increase of hippocampal extracellular adenosine concentrations. Importantly, we found that accumulated adenosine contributed to the inhibition of the hippocampal CA1 LTP and impairment of spatial memory retrieval measured in the Morris water maze. Adenosine A(1) receptor antagonist 8-cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine significantly reversed chronic morphine-induced impairment of hippocampal CA1 LTP and spatial memory. Likewise, adenosine deaminase, which converts adenosine into the inactive metabolite inosine, restored impaired hippocampal CA1 LTP. We further found that adenosine accumulation was attributable to the alteration of adenosine uptake but not adenosine metabolisms. Bidirectional nucleoside transporters (ENT2) appeared to play a key role in the reduction of adenosine uptake. Changes in PKC-alpha/beta activity were correlated with the attenuation of the ENT2 function in the short-term (2 h) but not in the long-term (7 d) period after the termination of morphine treatment. This study reveals a potential mechanism by which chronic exposure to morphine leads to impairment of both hippocampal LTP and spatial memory.

Opioid Withdrawal for 4 Days Prevents Synaptic Depression Induced by Low Dose of Morphine or Naloxone in Rat Hippocampal CA1 Area In Vivo

The formation of memory is believed to depend on experience- or activity-dependent synaptic plasticity, which is exquisitely sensitive to psychological stress since inescapable stress impairs long-term potentiation (LTP) but facilitates long-term depression (LTD). Our recent studies demonstrated that 4 days of opioid withdrawal enables maximal extents of both hippocampal LTP and drug-reinforced behavior; while elevated-platform stress enables these phenomena at 18 h of opioid withdrawal. Here, we examined the effects of low dose of morphine (0.5 mg kg(-1), i.p.) or the opioid receptor antagonist naloxone (1 mg kg(-1), i.p.) on synaptic efficacy in the hippocampal CA1 region of anesthetized rats. A form of synaptic depression was induced by low dose of morphine or naloxone in rats after 18 h but not 4 days of opioid withdrawal. This synaptic depression was dependent on both N-methyl-D-aspartate receptor and synaptic activity, similar to the hippocampal long-term depression induced by low frequency stimulation. Elevated-platform stress given 2 h before experiment prevented the synaptic depression at 18 h of opioid withdrawal; in contrast, the glucocorticoid receptor (GR) antagonist RU38486 treatment (20 mg kg(-1), s.c., twice per day for first 3 days of withdrawal), or a high dose of morphine reexposure (15 mg kg(-1), s.c., 12 h before experiment), enabled the synaptic depression on 4 days of opioid withdrawal. This temporal shift of synaptic depression by stress or GR blockade supplements our previous findings of potentially correlated temporal shifts of LTP induction and drug-reinforced behavior during opioid withdrawal. Our results therefore support the idea that stress experience during opioid withdrawal may modify hippocampal synaptic plasticity and play important roles in drug-associated memory. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

新的白光LED灯用不同光色发射荧光体的研究

凡是与某种发光二极管（LED）匹配能够产生白光发射的荧光体均可称作白光LED荧光体，通过这种匹配构筑起来的白光发射体系（或器件），简称作白光LED。白光LED是一种新的固态光源，具有环保、节能等诸多优点。目前已实用化的白光LED只有蓝光LED＋YAG:Ce荧光粉，但其显色性差，不能满足通常的照明要求。因此，寻找并研究可以与UVLED、蓝光LED匹配的、能产生高效的各种光色发射的新的荧光体具有重要的理论和现实意义。 本工作利用高温固相法合成了四个白光LED灯用多光色发射荧光新体系。研究成果如下： 1. 合成出一种新的白光LED灯用荧光体－黄橙光发射的Eu2+掺杂的高温相氯硅酸钙荧光体，HTP-Ca3SiO4Cl2:Eu2+。该荧光体与近紫外LED匹配产生暖白光发射。晶体结构解析表明，HTP-Ca3SiO4Cl2属单斜晶系。 2. 研究发现Eu2+离子掺杂的低温相氯硅酸钙荧光体可用作白光LED灯用绿色荧光体，LTP-Ca3SiO4Cl2:Eu2+。实验结果证明与已报道的硫化物、氮化物LED灯用绿色荧光体相比，该荧光体具有合成条件相对温和、简便、无污染等优点。 3. 合成出一种新的白光LED灯用蓝绿光发射荧光体－Eu2+掺杂的硅酸锂钙，Li2CaSiO4:Eu2+。该荧光体的激发光谱从紫外延伸到可见区，和已报道的氯磷酸盐、铝酸盐LED灯用蓝光发射荧光体相比，具有更广泛的应用性。 4. 找到了一种可明显改善CaMoO4:Eu3+发光特性途径，通过碱金属离子和空穴进行电荷补偿可以使CaMoO4:Eu3+的红光发射强度提高3倍左右，使其有可能应用作白光LED红光发射组分。

Ⅰ、KMBZ-009 改善心理应激所致认知障碍和抑郁样行为的研究 Ⅱ、银杏叶提取物及复方制剂改善老年鼠空间学习记忆的突触可塑性机理

1、KMBZ-009 改善高台应激所致认知障碍和应激相关的抑郁样行为及其相关机理 研究。 虽然适当的应激会提高动物的学习记忆功能，但过量的应激特别是无法逃避 的应激，往往导致依赖海马或前额叶的学习记忆功能受损，这与应激改变脑内应 激激素（皮质酮，皮质醇等）和神经递质的释放，影响突触传递和可塑性（包括 长时程增强和长时程抑制，LTP 和LTD）有关。一些疾病的发生、发展和恶化， 比如抑郁症（Depression）、创伤后应激障碍（PTSD），往往也和应激相关联，其 神经化学基础被证实与内分泌系统和单胺类（如五羟色，去甲肾上腺素，多巴胺） 神经递质系统的功能密切相关。遗憾的是，到目前为止还没有发现能治疗应激的 药物。本实验室过去的研究证实：KMBZ-009(申报新药时的名称为芬克罗酮，英 文名Phenchlobenpyrrone)——一种新的取代吡咯烷酮类化合物，通过调节细胞 内钙，改变脑内神经递质的释放，从而影响脑高级功能。KMBZ-009 对神经递质 释放影响是否能减轻应激导致的认知障碍及应激相关疾病的发生还没有进行研 究。本研究采用Morris 水迷宫、行为操作箱、绝望游泳、膜片钳和活体电生理 技术研究了KMBZ-009 对高台应激所致认知障碍和应激相关的抑郁样行为的影响 及其相关机理。 研究结果发现，高台应激或皮质酮注射造成大鼠空间记忆提取障碍，这与其 导致的海马CA1 区突触可塑性改变有关，而KMBZ-009 能成剂量依赖性地逆转应 激对空间记忆提取的损伤作用，这与它阻断应激或皮质酮异化的LTD 和恢复应激 或皮质酮损伤的LTP 密切相关。KMBZ-009 能部分地降低因应激而升高的血清皮 质酮含量，此外，KMBZ-009 对大鼠海马CA1 区锥体神经元的兴奋和抑制电流的 影响可能也参与了其对应激的调节作用。KMBZ-009 能显著增加海马CA1 区锥体 神经元上AMPA 受体介导的兴奋性突触后电流（EPSC）的幅度，但不影响其动力 学特性。NMDA 受体介导的EPSC 不受KMBZ-009 的影响；GABA 受体介导的抑制突 触后电流（IPSC）的幅度几乎不受KMBZ-009 的影响，而其受体动力学特性明显 被KMBZ-009 改变，表现为IPSC 恢复的时间显著延长。KMBZ-009 对CA1 区兴奋 抑制电流的调节作用，使大鼠海马细胞具有更强的维持细胞稳态的能力，从而避免应激导致神经元功能的损害。KMBZ-009 对抗应激对认知得损伤作用提示其可 能会减少动物的抑郁样行为，本实验结果发现，KMBZ-009 确实能明显减少小鼠 在强迫游泳（FST）中的不动时间，增加大鼠在72 秒低频差式强化（DRL-72s） 模型中的强化率，并降低其反应率。其机制是KMBZ-009 增加正常动物中枢神经 系统胞外NE 水平，激活alpha 和beta 肾上腺素受体，从而使得实验动物的抑郁 样行为明显减少。 2、KMBZ-009 减轻氧化应激对细胞活力、线粒体电位及海马LTP 的损伤作用。 前人的研究表明，氧自由基过多是导致老年痴呆患者和老年人神经细胞凋亡 与认知障碍的因素之一。KMBZ-009 和阿尼西坦是吡咯烷酮类化合物，研究显示 均具有促智作用。有报道指出阿尼西坦能减少神经胶质细胞在缺血缺氧时氧自由 基的生成，从而避免细胞受到氧应激损伤。本研究采用神经元原代培养和离体电 生理学方法，观察了KMBZ-009 和阿尼西坦对氧应激神经元的保护作用。结果发 现，KMBZ-009 和阿尼西坦均能保护氧应激神经元的线粒体的功能，对抗氧自由 基对神经元细胞活力的损伤，从而有效逆转了氧化应激对海马脑片CA1 区LTP 的 损伤作用。KMBZ-009 的作用效果比阿尼西坦的效果强10 倍。 3、银杏叶提取物及复方制剂改善老年大鼠空间学习记忆的突触可塑性机理。 有研究表明，银杏叶和三七叶提取物能调节神经系统的功能。本研究采用 Morris 水迷宫和活体电生理技术研究了银杏三七复方制剂及银杏叶提取物（以 标准银杏叶提取物——金纳多作为阳性对照药）改善老年大鼠空间学习记忆障碍 的突触可塑性机理研究。结果发现：老年大鼠空间学习记忆能力较差，高频诱导 不能在其海马CA1 区引发LTP，当长期服用金纳多或复方制剂一个月后，老年动 物的空间学习记忆功能得到明显改善，这可能与药物增强海马LTP 有密切关系。 复方制剂的作用效果与金纳多的效果相当。 4、悬尾应激损伤避暗作业学习行为的多巴胺D1 受体机制。 近年来的研究表明，DA 系统对应激非常敏感，应激改变PFC 内DA 的含量， 从而导致依赖于PFC 的工作记忆受损。但目前尚不知道应激对DA 系统的影响是 否涉及依赖杏仁核和海马的情绪学习记忆功能。因此，我们采用被动回避作业和 行为药理学的方法，初步探讨了此问题。结果发现：和对照组动物相比，随着悬 尾应激持续时间的增加（5min、10min、20min），动物在避暗作业作业重测试中的步入潜伏期明显缩短，当动物被悬尾应激后回到鼠笼中休息20min，其步入潜 伏期无明显变化；腹腔注射DA D1 受体拮抗剂SCH23390 呈剂量依赖性地缩短动 物的步入潜伏期，但SCH23390 腹腔注射和悬尾应激共同处理实验动物时，此种 D1 受体拮抗剂能有效逆转应激对步入潜伏期的影响；进一步的研究发现，应激 或D1 受体拮抗剂对痛觉感受的影响不是其改变动物步入潜伏期的主要因素。本 研究结果表明悬尾应激导致脑内多巴胺释放过度增加，杏仁核（可能还有海马及 相关神经回路）内的D1 受体被过度激活，从而导致小鼠在操作被动回避任务时 的记忆获得障碍。

TRPV1 受体调控海马突触可塑性的机制及其功能意义

全世界有四分之一人口的日常饮食中包含辣椒及其相关食品，辣椒素是辣椒 里使人产生辛辣和呛感觉的主要成分。辣椒素受体最初是在感觉神经元克隆到 的，后来被命名为TRPV1，是因为发现它属于TRP（Transient receptor potential，瞬时受体势）离子通道家族。辣椒素及其受体在疼痛学领域已有广 泛的研究，但它们如何调节脑功能却知之甚少。很多报道显示辣椒素受体在脑内 广泛表达。在啮齿类动物的海马内，辣椒素受体从齿状回到CA3-CA1区均有表达。 在亚细胞层次，辣椒素受体在神经元胞体，树突棘和突触部位均有表达。近年来 辣椒素受体的内源性配体也被发现，包括花生四烯酸乙醇胺（anandamide, AEA）、 氮磷脂-多巴胺(N-arachidonoyl-dopamine, NADA)、 精胺等。辣椒素在很多脑 区（包括海马），可通过其受体调节神经元兴奋性和神经递质释放。 海马双向突触可塑性，长时程增强(LTP)和抑制现象(LTD)被认为是学习与记 忆的细胞机制。而LTP/LTD的诱导阈值是由 NMDA受体的激活程度及其引起的突 触后胞内钙水平决定的。因此调节NMDA受体和胞内钙信号被认为是调节LTP/LTD 诱导阈值最直接有效的方式。考虑到辣椒素受体的突触分布及其对钙离子的高通 透性，我们认为辣椒素受体的激活可能参与调节LTP/LTD的诱导阈值 本研究采用离体脑片场电位记录方式，发现辣椒素易化LTP的诱导而损伤了 LTD的诱导，并且降低了LTP/LTD的诱导阈值。在给予辣椒素受体的拮抗剂以后， 或者是在TRPV1基因敲除小鼠的脑片上，辣椒素对LTP/LTD的诱导均没有影响。 我们发现的辣椒素对LTP/LTD的影响与行为学应激对LTP/LTD的影响，两者效应恰恰相反，应激是易化LTD的诱导而损伤LTP的诱导。如期所料，辣椒素使应激 损伤的LTP恢复，同时阻断了应激易化的LTD。除了对LTP/LTD有重要的调节作 用以外，我们的结果也显示应激严重损伤了动物对空间记忆的提取。所以我们进 一步研究辣椒素能否对抗应激对动物空间记忆的损伤。我们发现海马内埋置导管 给予辣椒素可以使应激损伤的空间记忆得到恢复，同样，灌胃给予辣椒素也可以 对抗应激对动物空间记忆的损伤，进一步提示日常饮食中的辣椒会对应激相关的 精神障碍有潜在的正面影响。 从动物实验到临床实验都有广泛的证据表明应激对认知功能，焦虑，创伤后 应激综合症等有着深刻的影响。综上所述，我们第一次报道了辣椒素通过激活 TRPV1受体可以对抗应激引起的空间记忆损伤，该效应可能是通过调节LTP/LTD 的诱导阈值来实现的。我们工作的意义在于揭示了辣椒素受体在应激相关的精神 疾病中的潜在作用，为寻找治疗应激相关的精神心理障碍提供了新的靶点，也为 辣椒偏好的饮食习惯与精神卫生之间的关系研究提供了新的思路。

大鼠海马CA1区神经元高级可塑性（Metaplasticity）的研究

经验（experience）或突触活动依赖的突触信息传递效能的增强（LTP）或抑制（LTD）被称为突触可塑性（synaPticplasticity），是公认的学习和记忆的细胞分子学基础。突触可塑性的方向是突触信息传递效能的增强或降低；突触可塑性的程度是突触信息传递的效能增加量或降低量。突触活动历史可影响随后突触可塑性的方向或程度。这种突触可塑性的可塑性被称为高级可塑性（MetaP1asticity）。最明显的高级可塑性现象是发生在突触效能没有改变的情况下。经验或者突触活动可以同时诱导出突触可塑性和高级可塑性。除非知道突触活动的历史，否则很难预测突触可塑性的大小和方向。高级可塑性简单地讲就是过去的神经信息留下痕迹会对神经信息的加工处理产生持续性影响。目前高级可塑性的机理并不完全清楚。采用全细胞电压钳记录方法，在3周龄wistar大鼠海马脑片中，同时记录schaffer侧枝纤维一以1处兴奋性突触后膜电流（evokedEPsC）和自发性微小兴奋性突触后膜"电流（mEPSC）。结果显示，mEPSC和低频刺激诱导的长时程抑制（Long一TermDePre55ion，LTD）之间呈负相关，mEPsc的频率或幅值越小，诱导出的LTD幅度越大；应激和低钙溶液处理在降低记PsC的频率和幅值的同时并没有明显改变随后LTD的诱导幅，但是这两者负相关性依然存。相关系数在应激条件下有增加，在低钙溶液中有降低。以上结果提示，mPEsc的频率或幅值可能指示了过去的突触活动或经验产牛的高幼可朔件＿田、冲稀恻了喃层的，：。、云导的幅度。C鹉子妙触可黔和高级可黔中起着关键作。作为一种非选择性阳离子通道，van11101drec即tortyPel（VR1或TRPVI）在脑区中广泛表达，尤其在海马高表达。内源性配体可以激活该受体通道。但目前并不清楚vRI在海马突触可塑性当中的作用。我们发现VRI激动剂辣椒素不影响脑片中海马以1区基础突触传递，但是它阻断低频诱导（LFS，3Hz）的LTD，增强高频诱导（HFs，20OHz）的长时程增强（Long一TerlnPotetiantion，LTP）。也就是vRI激活改变了突触可塑性的方向，是一种经典的高级可塑性现象。正常情况下50Hz不能诱导出LTP，而加入辣椒素后易化了LTP的诱导。因此LTP诱导的闽值降低。辣椒素激动剂对突触可塑性或高级可塑性的效应不依赖协。A受体而依赖于H型钙调蛋白激酶（CaMKII）的调控。因为场。A受体电流和它的电流一电压曲线不受此激动剂影响，但CaMKII抑制剂KN-93或者VRI拮抗剂capsazepine却阻断了辣椒素的这种效应。这些发现，显示VRI可以调控海马以1区的高级突触可塑性，可能参与某些类型的学习和记忆。

应激对大鼠海马突触可塑性和学习记忆的影响

突触可塑性参与学习记忆，是学习记忆过程中必不可少的重要环节。应激能损伤或提高学习记忆、抑制长时程增强（Long一termPotentiation，LTP）、易化长时程抑制（Long一termdePressfon，LTD）。然而，应激经历依赖的长时程抑制（StressexperiencedePendentLTD，SLTD）在学习记忆中有什么意义还不清楚，这正是本文首先要探讨问题。其次，尽管我们在不同年龄时期的学习记忆能力不同，但是对所经历的重大应激事件仍然能产生牢固的记忆，这就有必要进一步通过阐明应激对突触可塑性的影响是否有年龄差异来解释SLTD的意义。再者，我们甚至不清楚为什么有的时候应激损伤学习记忆而有的时候又提高学习记忆。为了阐明这个问题，本文在最后一部分研究了哪些因素决定应激损伤还是提高学习记忆。为了探讨SLTD与学习记忆的关系，我们在第一部分实验中研究急性或亚急性的高台（ElevatedPlatform，EP）或足部电击（Footshock，Fs）对4周龄诚star大鼠海马CAI区LTD诱导的影响，以及这些应激条件对大鼠空间学习记忆的影响。结果显示：（l）急性EP易化LTD，亚急性EP不易化LTD；急性和亚急性FS都易化了LTD。（2）急性EP损伤空间记忆，亚急性EP对空间记忆没有影响；急性FS不影响空间记忆，亚急性FS却提高了空间记忆。这部分的实验结果表明：sLTD存在与否与应激对空间记忆的影响不是一一对应的关系，提示sLTD可能参与了应激记忆（对应激经历产生的记忆）。如果SLTD参与应激记忆，那么，研究应激对突触可塑性的影响是否有年龄依赖性将有助于解释不同年龄时期的学习记忆能力不同但是都能牢固记忆应激事件这一现象。为此，我们在第二部分实验中进一步研究EP对幼年、中年和老年动物（4，10和74周龄的Wistar大鼠）海马CAI区LTP／LTD诱导的影响。结果表明：（1）没有应激的情况下，LTP的大小随动物年龄的增加呈明显的倒U型关系，而低频刺激都不能诱导出LTD。（2）EP易化了这些年龄段大鼠的LTD，并完全阻断它们的LTP。值得注意的是，在三个年龄段大鼠中，EP易化的LTD大小一样。该部分实验结果提示：SLTD没有年龄依赖性，这与人和动物在不同年龄时期对所受到的重大应激事件都能产生牢固记忆这一现象相一致。所以，该部分结果进一步加强了第一部分结果的推测：SLTD参与应激记忆。应激有的时候提高动物的空间记忆能力，有的时候又损伤其空间记忆。为了阐明是什么因素决定应激损伤还是提高学习记忆，我们在第三部分实验中研究EP、FS和水迷宫游泳应激经历对六个年龄段动物（4，10，13，20，67，76周龄）在水迷宫任务中的影响。结果显示：（l）EP应激损伤无水迷宫游泳应激经历大鼠的空间记忆。（2）EP应激提高有游泳应激经历幼年大鼠的空间记忆；训练前外源性补充皮质酮或FS都抑制皮质酮或FS导致的空间记忆受损。（3）糖皮质激素受体的拮抗剂RU38486阻断上述的空间记忆成绩提高。所以，不同的应激经历和动物年龄两个因素共同决定了应激损伤还是提高学习记忆。

特异性干扰肽对海马突触可塑性的影响及其功能研究

在哺乳动物复杂的神经网络中，突触是信息传递的枢纽，其突触传递效能的持续性变化被称为突触可塑性（synaptic plasticity）。长时程增强（long-term potentiation，LTP）和长时程抑制（long-term depression，LTD）现象是两种经典的突触可塑性形式，被视作学习和记忆可能的物质基础，得到了广泛地关注。其中，海马CA1区谷氨酸能突触处的LTP和LTD目前研究得最为广泛。 α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid（AMPA）受体作为介导兴奋性谷氨酸能突触基础传递的主要受体，是海马CA1区LTP和LTD正常表达的必要条件。近期的研究表明，AMPA受体通过胞吞、胞吐及侧向移动等方式在细胞膜和细胞内进行着持续地循环。因此，通过调节AMPA受体的上、下膜，进而影响突触后膜上AMPA受体的数量，便能对LTP和LTD产生影响。在本研究中，我们利用生物信息学的手段，以AMPA受体为靶点，设计出了旨在特异阻断LTP或LTD的多肽。运用离体脑片全细胞记录方式，在海马CA1区证明了干扰肽Pep-A2能够特异地阻断LTP而不影响LTD，Pep-A3能够特异地阻断LTD而不影响LTP。并初步探究了其关键的作用位点，为进一步理解LTP和LTD具体的分子机理打下了基础。成瘾作为异常的学习记忆过程，势必涉及到突触可塑性的变化。而特异性地阻断LTP和LTD，对药物成瘾效果的影响却鲜有报道（Wang YT，2007）。在另一部分工作中，我们采用穿膜肽Tat-A2和Tat-A3，在吗啡条件化位置偏爱（morphine conditioned place preference，morphine CPP）模型小鼠的测试前进行系统给药，结果发现两种干扰肽均能阻断或损伤其CPP的表达过程。这一现象，提示我们LTP和LTD在条件化位置偏爱的表达过程中都是不可或缺的，同时也为人们更好地理解成瘾过程的机理，及开发专一有效的治疗药物提供了新的思路。

海马突触可塑性与异常记忆

5-羟色胺(5-HT)是中枢神经系统内非常重要的神经递质，广泛参与各种行为和生理过程。5-羟色胺功能低下可导致多种精神类疾病尤其是焦虑、抑郁和创伤后应激障碍等，而这些疾病都伴有学习和记忆的障碍；海马是参与学习记忆的重要脑区。海马接受5-HT神经元的直接投射且富含5-HT受体，因而海马也可以通过5-HT系统调控焦虑、抑郁及学习记忆。海马突触可塑性是学习记忆的细胞分子机制，是学习记忆的基础。我们条件性敲除转录因子Lmx1b得到中枢5-HT缺失小鼠，利用该小鼠进行中枢神经系统5-HT功能的研究。我们发现该小鼠的脑结构和运动能力正常；水迷宫空间学习能力正常，但空间记忆受损；焦虑水平降低，但是环境恐惧学习和记忆能力增强，增强的恐惧记忆能被外源给予的5-HT逆转；在中枢5-HT缺失小鼠中，应激对海马可塑性的作用即损伤LTP易化LTD消失，外源给予5-HT可以恢复应激的效果。这些结果提示应激导致海马LTP损伤可能是保护机制，缺乏这种保护机制可能导致恐惧记忆相关的创伤后应激障碍(PTSD)的易感。成瘾的核心特征是对药物的强迫性渴求和复吸。成瘾与学习记忆有很多共同的脑区和分子通路，它可能通过篡夺正常生理神经通路而产生比正常生理反应更强烈的可塑性，形成有害的异常记忆。以前的报道证实海马的兴奋性突触可塑性在成瘾过程中的适应性改变可能是成瘾的机制；但是成瘾涉及复杂的生物机制，因而不可能仅是兴奋性突触可塑性的贡献。我们研究了5-HT系统和抑制性系统（主要是GABA能系统）在成瘾中的贡献。利用中枢5-HT缺失小鼠，我们发现5-HT缺失小鼠的吗啡显著地易化了5-HT CKO的海马LTP，同时也导致成瘾行为持续不消退；5-HT和5-HT1a受体激动剂能逆转此现象。这提示毒品成瘾可能导致中枢5-HT缺失，进而增强海马LTP，使毒品相关记忆牢固不消退。GABA能系统是中枢神经系统最重要的抑制性系统，我们研究发现一次吗啡对内源性大麻受体（CB1R）依赖的抑制性突触的长时程抑制（Inhibitory long-term depression，I-LTD）没有影响，成瘾后I-LTD抑制，而吗啡成瘾后戒断导致了内源性大麻受体(CB1R)和L-型钙通道(LTCC)依赖的GABA能LTD (I-LTD)，使I-LTD增大了一倍，提示在吗啡成瘾阶段过程中，有组合突触可塑性发生，进而增强了突触可塑性的调控范围。 本论文是对中枢5-HT系统对海马兴奋性突触可塑性在焦虑、应激、成瘾等异常记忆中的调节作用以及海马抑制性系统在成瘾和戒断中的贡献进行研究，表明恐惧记忆和毒品成瘾记忆存在许多共同的细胞分子机理，对今后治疗焦虑、创伤后应激障碍和成瘾提供了新的思路。

海马环路中的组合突触可塑性与大鼠情绪研究

海马在某些类型的学习和记忆中起着关键的作用，而突触可塑性（synaptic plasticity）为学习和记忆的模型提供了理论基础。在海马环路中，分布着各种类型的可塑性，包括突触特异的Hebbian形式的可塑性，如长时程增强（long-term potentiation，LTP）和长时程抑制（long-term depression，LTD）；稳态可塑性（homeostatic plasticity），如突触缩放（synaptic scaling）。稳态可塑性是一种整体的调控过程，它可以调节神经元甚至神经网络的平衡；而Hebbian可塑性则是突触特异的，即每个突触进行单独调控的过程。 越来越多的研究提示稳态可塑性和Hebbian可塑性之间存在着空间间隙（spatial gap），那么，如何使得神经元可以通过Hebbian可塑性的过程来维持细胞整体的兴奋性就变得尤为重要。一些报道揭示了LTP和LTD可以在同一突触通路中同时被激活，因此，我们提出组合突触可塑性的概念，即LTP和LTD的组合，它在赋予系统灵活性的同时又可以降低噪音维持系统的稳定性。基于此，本文将围绕这个问题而开展实验工作。 通过对海马CA1区锥体神经元的微小兴奋性突触后电流（miniature excitatory synaptic current, mEPSC）进行测定分析，我们发现mEPSC的幅度分布符合双峰正态分布（double-peak normal distribution）。Theta节律刺激（theta burst stimuli, TBS）诱导后，mEPSC的幅度分布发生改变，呈现右移趋势。随后，采用干扰肽Pep-A2特异地阻断LTP而不影响LTD，我们发现Pep-A2不影响基础状态下mEPSC的幅度分布。在干扰肽Pep-A2存在下，TBS诱导对基础状态下mEPSC的幅度分布也没有影响。结果为揭示LTP和LTD的组合可塑性提供了初步的证据，对进一步理解记忆的编码过程提供了一定的基础。社交隔离可以引起实验大鼠产生焦虑样和抑郁样的行为，而性经历可以改变动物的情绪状态，降低焦虑样和抑郁样的反应。然而，性经历后进行社交隔离对大鼠情绪的影响并没有报道。在这部分工作中，雄性大鼠经历一周的社交活动（male-male paired housing）或者性活动（male-female paired housing），随后进行一段时间的隔离（1天，2天或者7天）。我们发现，经历过性活动的大鼠，无论隔离与否都表现出相似的情绪反应，包括焦虑样和抑郁样行为以及超声波（ultrasonic vocalizations，USVs）发放；而未经历过性活动的大鼠，其情绪反应随着隔离时间的不同而不同。这一现象提示我们，先前的性经历可以对抗实验动物对环境应激事件，如社交隔离的反应。

吗啡戒断的应激和突触可塑性机理

突触可塑性（syanptic plasticity）是指在某种条件下突触传递效能的持 续性变化，是从细胞和分子水平上来阐述学习记忆的机制，是学习记忆的基础， 存在多种形式，主要包括长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）等。应激（stress） 就是指机体对各种内、外界刺激因素所作出的适应性反应的过程。应激会影响正 常的生理状态，并引发进一步的生化反应，进而影响到海马突触可塑性和学习记 忆。成瘾（addiction）是指对药物的使用失去控制，或者强迫性的寻求和使用 药物，而不顾由此带来的恶性后果，从某种角度来看，它也是一种记忆，通过篡 夺正常生理神经通路而产生比正常生理反应更强烈的可塑性，进而形成有害的异 常记忆，其最核心的特征就是对药物的强迫性渴求和复吸。成瘾一旦形成，可能 成为伴随一生的状态，即使经过长期的戒断，也会表现出强烈的渴求以及有复吸 的高度危险性。成瘾和学习记忆有很多神经通路甚至分子机制上的交叉，所以一 部分研究学习记忆的方法可以用来研究成瘾，反之，成瘾也是一种很好的研究学 习记忆的模型。 既然应激可以影响突触可塑性和学习记忆，而对于吸毒者来说，戒断本身就 是一种应激，那么探讨应激和戒断对突触可塑性和学习记忆的影响，对临床上的 戒毒工作将有着重要意义。基于此，本文将围绕这个问题而开展实验工作。 我们采用电生理、行为学及生化等研究方法对吗啡戒断过程中突触可塑性和 学习记忆,以及应激在其中的作用进行了一些研究。电生理的结果表明：在吗啡 戒断过程中,海马LTP 的大小呈现出倒－U 型曲线，其中戒断4 天时LTP 最大。 应激可以将最大的LTP 提前在戒断18 小时出现，而糖皮质激素受体拮抗剂米非司酮或者熄灭剂量的吗啡能够阻断最大的LTP 出现。同时，海马下托－伏隔核通 路的突触可塑性也出现类似的戒断时间依赖性的改变。行为学研究发现：戒断过 程中，大鼠的疼痛阈值降低，同时降低急性吗啡的镇痛效应，而这种变化能够被 应激或米非司酮所改变。另外，条件位置偏爱实验结果显示吗啡条件位置偏爱的 形成依赖于海马和伏隔核糖皮质激素受体。生化实验结果显示：戒断过程中，AMPA 受体亚型GluR1 和GluR2/3 及其调节分子CaMKⅡ会出现表达动态改变。 本实验对于应激和戒断对突触可塑性和学习记忆的影响进行了研究，进一步 揭开了应激在戒断中的部分作用机制，这将对于以后研究治疗毒品渴求和复吸有 一定的贡献

Ⅰ、新生期触觉刺激和短时间母婴分离经历对大鼠成年后学习记忆的影响 Ⅱ、银杏叶提取物对育亨宾所致大鼠空间工作记忆障碍的改善作用

本研究探讨了新生期的触觉刺激（tactile stimulation，TS）和母婴分离（maternal separation，MS）经历对大鼠成年后空间工作记忆和空间参考记忆的影响，以及对海马-前额叶神经通路的突触可塑性产生的效应。Wistar品系的母鼠分娩后，以split-litter方法对仔鼠进行分组：NTS组的仔鼠不接受触觉刺激和母婴分离；TS组的仔鼠在出生后第2-9天（postnatal day 2-9，PND2-9），或者PND10-17内，每天接受短暂（约30s）的人为抓握，并进行体表标记；TS/MS组的仔鼠在PND2-9，或者PND10-17内，接受TS组相同方式的抓握并在不同体表部位进行标记后，被单独地放入一个杯子中，杯中有取自鼠巢的垫料，每天与母鼠分离1h后返回鼠巢。按照常规方法饲养这些在新生期有不同经历的大鼠，待其成年后（3月龄），采用交互延缓作业（纠正错误法和不纠正错误法）、空间分辨作业及反转学习作业测试雄性大鼠的学习记忆功能，并观察多巴胺D1受体激动剂A77636对不同组成年雄鼠的工作记忆是否产生影响。采用活体电生理方法，高频刺激海马腹侧部在前额叶记录突触效能长时程增强（long-term potentiation，LTP），对PND2-9有不同经历的成年大鼠（雌雄兼用）的海马-前额叶LTP进行比较。 结果：（1）各组仔鼠间在PND30、PND60和PND90的体重都没有显著性差异，表明本研究中的新生期TS处理和MS处理不影响仔鼠的体重发育。 （2）在交互延缓作业-纠正错误法中，各组成年雄鼠在0s延缓期的达标天数没有显著性差异；0s延缓期达标后，再经过30天的训练，PND2-9TS组和PND10-17TS组的成年雄鼠达到的最长延缓期明显高于NTS组，而且在30s—50s延缓期内达标（正确率≥86.7%）的大鼠数量明显较多（与NTS组相比）。采用交互延缓作业-不纠正错误法，各组成年雄鼠在0s延缓期的训练成绩没有显著性差异，但是，PND2-9TS组和PND10-17TS组的成年雄鼠在40s延缓期的训练正确率明显高于NTS组，表明新生期的TS处理明显改善成年雄性大鼠成年后的空间工作记忆。 （3）各组成年雄鼠在空间分辨作业及反转学习作业中的成绩没有明显差异，表明新生期TS经历对雄鼠成年后空间学习记忆的影响是任务依赖性的：与前额叶有关的空间工作记忆功能比较容易受到新生期TS经历的影响，而空间参考记忆相对不容易受到新生期TS经历的影响。 （4）多巴胺D1受体激动剂A77636只有1个剂量（0.1mg/kg）对NTS组成年雄鼠的交互延缓作业成绩具有明显的改善效应。对PND2-9TS组成年雄鼠的交互延缓作业成绩，A77636的0.1mg/kg和1mg/kg剂量都具有明显改善效应。对PND10-17TS组成年雄鼠的交互延缓作业成绩，A77636的0.01mg/kg、0.1mg/kg和1mg/kg剂量都具有明显改善效应。与NTS组相比，A77636对这2个TS组成年雄性大鼠的有效改善剂量范围较宽，提示新生期TS处理经历对雄性大鼠成年后空间工作记忆的改善效应与其前额叶的多巴胺D1受体功能上调有关。 （5）与NTS组相比，PND2-9TS组雄性和雌性成年大鼠的海马-前额叶神经通路的LTP幅度都明显增加。由于海马-前额叶神经通路在空间工作记忆功能中起重要作用，新生期TS经历增强大鼠成年后的海马-前额叶神经通路的突触可塑性，为新生期TS经历增强大鼠成年后的空间工作记忆提供了电生理学的证据。TS成年大鼠海马-前额叶LTP增强可能与其前额叶的D1受体功能上调有关。 （6）本研究中，TS/MS组的新生期仔鼠在PND2-9或者PND10-17内，除了接受与TS组相同方式的抓握并在不同部位标记外，每天与母鼠分离1h，因此通过不同日龄段的TS/MS组与TS组的比较，拟对新生期MS处理的效应进行评估。结果发现，无论是对成年雄性大鼠的各项行为测试（空间分辨作业、交互延缓作业、A77636影响交互延缓作业的量效曲线），还是对成年雌性大鼠的行为测试（明/暗箱作业、一次性被动回避反应，论文Ⅱ），或者对海马-前额叶神经通路的LTP，新生期的MS处理对本研究中的所有测试指标在统计上都没有显著性的差异，说明新生期每天1h的母婴分离经历对大鼠成年后的学习记忆等行为及前额叶突触可塑性没有产生明显的影响，对前额叶D1受体功能也没有明显影响。 （7）对所有测试指标，本研究采用的2个仔鼠日龄段PND2-9和PND10-17之间的统计比较没有明显差异，提示PND2-9和PND10-17甚至整个泌乳期都是仔鼠神经系统对外界环境刺激比较敏感的发育关键期。 结论：新生期的触觉刺激经历改善雄性大鼠成年后的空间工作记忆，增强海马-前额叶神经通路的突触可塑性和前额叶D1受体功能；新生期短时间的母婴分离经历对大鼠成年后的空间工作记忆和前额叶突触可塑性等没有产生明显的影响，可能具有一定的生物学适应意义。