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空间学习记忆是检测空间定向、反应时间,视知觉和结构应用等能力,从而评价其认识水平的一种行为模式。成年海马是形成某种特定类型记忆的关键脑区,主要包括情景记忆和空间记忆。在成年海马的齿状回(DG),神经前体细胞不断增殖分化形成新生神经元。DG区能够直接接收内嗅皮层输出的神经信号并投射至CA3区,这是海马接收外界信息的主要途径。这些新生的神经元被整合进入海马神经环路参与形成新记忆。DG区的新生细胞具有高度兴奋性和可塑性,因此被认为具有调控记忆以及模式分离的重要作用。端粒能够维持干细胞不断分裂增殖。在真核细胞中,端粒的合成与维持是通过端粒酶进行调节的。端粒酶是一种特殊的核糖核蛋白复合物,具有逆转录酶活性。端粒酶主要包括两个组分:能够合成端粒DNA的自带模板RNA(TERC)和逆转录催化亚基(TERT)。研究发现,在发育大脑及成熟大脑中,神经干细胞中具有较高端粒酶活性。而端粒酶功能小鼠小鼠则表现出神经干细胞增殖、分化及发育能力的降低。最近,我们研究发现通过海马立体定位注射一种TERT全长基因的过表达腺病毒(Ad-mTERT-GFP)过表达端粒酶能够上调神经元再生。因此,我们认为海马端粒酶可能参与调控神经元再生以及空间学习记忆。针对这些问题,我们进行了三方面的研究:一.海马端粒酶是空间学习记忆的必需因子为了研究海马端粒酶与空间学习之间的关系,我们引进端粒酶催化亚基TERT基因敲除(TERT-/-)小鼠,通过Morris水迷宫、新奇物体识别、T迷宫实验发现,TERT-/-小鼠空间学习记忆能力明显降低,而空间工作记忆未见损伤;接着,我们将LV-TERT/RNAi-GFP(2μl,每侧)注射至正常小鼠海马用以沉默成年海马TERT表达,30天后检测发现其空间学习记忆能力损伤,但是干扰后7天未见效果;为了验证TERT干预学习记忆能力是否与其催化活性相关,我们向正常小鼠海马DG区立体定位注射端粒酶活性抑制剂AZT(0.7μmol,单次),给药后30天其空间学习记忆能力下降。由此研究证明,海马端粒酶功能异常损伤空间学习记忆。二.过表达海马端粒酶提高空间认知能力在第一部分中,我们证实海马端粒酶与空间学习记忆关系密切。为了进一步阐明二者之间的关系,我们构建了一种腺病毒包装的TERT全长基因的过表达病毒AD-mTERT-GFP。在生理情况下,我们将Ad-mTERT-GFP(2μl,每侧)立体定位注射到海马DG区过表达TERT,30天后检测发现空间学习记忆能力明显提高而7天没有明显效果。接着,我们将Ad-mTERT-GFP(2μ1,每侧)注射到TERT-/-小鼠海马DG区30天后,能够显著改善其空间认知能力的损伤。最后,我们向正常小鼠海马注射Ad-mTERT-GFP后,采用慢性温和应激作为应激模型对小鼠进行造模,并在造模后30天检测其空间认知能力,结果显示,过表达海马端粒酶则能逆转慢性温和应激导致的空间学习记忆损伤。由此我们证明,过表达海马端粒酶提高空间认知能力。三.海马端粒酶调控空间学习记忆机制研究我们体外培养胚胎神经干细胞,结果显示:TERT-/-小鼠胚胎神经干细胞增殖能力显著下降,神经元分化能力降低,这可能是因为端粒酶缺失影响了经典的Wnt/β-catenin信号通路功能;端粒酶在新生神经元中依旧表达,并能促进新生细胞的树突发育及可塑性,但是随着分化时间的延长,端粒酶表达逐渐降低,最终失去调控作用;另外,我们用X射线杀死海马新生神经元,再次过表达端粒酶,并不能逆转X射线导致的空间认知能力的降低,由此证明端粒酶调控空间学习记忆是依赖于海马新生细胞而发挥作用的。