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一、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(happocampaldependent 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1,2,5nMFC(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(ALLp＞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2nMFC(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5nMFC(10μl)同时显著降低PFC和HIP的EEG功率(ALLp＜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。
二、星形胶质细胞存在L-型钙通道的新证据
本研究以培养的纯化的小鼠星形胶质细胞(Astrocyte，AS)为实验材料，采用激光共聚焦钙成像和荧光技术，探讨钙激动剂Bay k8644和钙拮抗剂nimodipine对星形胶质细胞胞内钙的影响，拟提供星形胶质细胞膜上存在L-型钙通道的新证据。结果表明， Bay k8644在0.0001mM、0.001mM、0.01mM浓度下显著增加星形胶质细胞的细胞内钙水平，而nimodipine在0.001mM、0.01mM、0.1mM浓度下显著降低星形胶质细胞胞内钙水平，并阻止KC1引起的内钙升高。本结果表明星形胶质细胞对L-型钙通道激动剂和拮抗剂的反应与神经元的相似，提示星形胶质细胞胞膜上也存在L-型钙通道。
三、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
芬克罗酮是由昆明植物研究所郝小江组合成的取代吡咯烷酮-2类化合物。本室已发现，芬克罗酮可以改善老年猴和东莨菪碱、育亨宾所致的多种学习记忆障碍，并保护短暂性脑缺血大鼠的海马神经元，从而使其学习记忆能力免受损伤；其机理与芬克罗酮通过调节神经细胞内钙，改变神经递质的释放量有关。已知老年大鼠的突触可塑性和学习记忆功能较差，这与老年鼠大脑内神经元胞内游离钙超载等原因造成的神经元凋亡和脑内神经递质减少有密切关系。那么，芬克罗酮能否改善老年动物的海马突触可塑性，提高老年动物的学习记忆能力?本研究以老年大鼠作为实验动物，动物每天口服芬克罗酮，连续45天后，采用行为学和电生理学研究手段对此进行了探讨。
结果发现，芬克罗酮可明显改善老年大鼠海马突触可塑性。采用200Hz高频刺激诱导后，在对照组老年大鼠的海马诱导出的fEPSP的幅值为基线幅值的112.1±5.7％，与基线相比无显著性增高。而长期口服芬克罗酮5、10和20mg/kg的动物经高频诱导后，其fEPSP的幅值分别为基线幅值的126.5±8.2％，147.7±4.0％和151.4±4.0％，有统计意义，并呈量效关系。表明芬克罗酮能显著提高老年大鼠突触传递效能，易化LTP的诱导。在Morris水迷宫定位航行实验中，对照组经过四天的训练才能达到30秒钟以内找到平台的标准，而口服10、20mg/kg芬克罗酮的动物，经过两天的学习训练就达到训练标准，显著短于对照组(P＜0.05，P＜0.01)。表明芬克罗酮明显改善老年大鼠的学习能力。定位航行实验结束后24小时，拆除平台进行重测试，发现口服20mg/kg芬克罗酮的动物在目标象限停留的时间显著长于对照组动物在目标象限停留的时间(P＜0.05)，表明药物改善老年大鼠对信息的保持能力。在转换平台的学习训练任务中，对照组老年大鼠找到平台的潜伏期较长，表明转换学习能力较差，而3个给药组动物找到平台的潜伏期明显较对照组动物的短(P＜0.05，P＜0.01，P＜0.001)，表明给药组老年大鼠前额叶的功能得到明显改善。在可视平台任务中，各组动物找到平台的潜伏期无显著差异，说明长期服用芬克罗酮不影响老年大鼠的视觉和运动功能。表明，老年大鼠长期服用芬克罗酮后，完成Morris水迷宫各项作业的成绩优于对照组，是由于芬克罗酮改善了老年大鼠的学习记忆能力所致。本研究结果揭示了长期服用芬克罗酮改善老年大鼠学习记忆的机制与其改善突触可塑性有关，为突触可塑性变化是学习记忆变化的基础提供了又一证据。目前该化合物己作为老年痴呆症治疗药进入Ⅰ期临床试验。