急性恐惧应激对大鼠激素水平、空间学习记忆行为的影响

【关键词】  恐惧应激；激素类；学习；记忆；大鼠

　　Effects  of acute fear stress on hormone levels, abilities of spatial learning  and  memory  of  rats

　　【Abstract】  AIM:  To  study  the effects of acute fear stress on the hormone levels, and the abilities of spatial learning and memory of rats. METHODS:  Thirtytwo adult male SD rats weighing 180-220 g were randomly divided  into control group (n=16) and stress group (n=16). Rats of stress group received 30min  acute stress including white noise, and foot shock, and then the spatial learning and memory performance was measured by Morris water maze. The hormone levels in plasma and brain were determined by spectrophotofluorometry and radioimmunoassay   kit. RESULTS:  In water maze task, the time taken for fearstressed rats to find the platform (latency) for spatial bias was prolonged(P<0.05), and the frequency of crossing over the platform location was decreased in the probe trail (P<0.01). The stress also resulted in significantly higher plasmic and cerebral noradrenaline, corticosteroid, 5hydroxytryptamine levels, and lower adrenomedulin level in comparison with the controls (P<0.01). CONCLUSION:  Acute fear stress leads to abnormalities of learning and memory of rats, and the alteration of hormone levels in this process may be a significant mechanism underlying the effect.
 
　　【Keywords】   fear stress;  hormones;   learning; memory;  rats

　　【摘要】  目的：观察急性应激对大鼠激素水平、空间学习记忆行为的影响，探讨恐惧应激对机体学习记忆能力的影响及其机制. 方法： 成年雄性SpragueDawley大鼠32只，体质量180～220 g. 随机分成对照组（n=16）和应激组（n=16）. 用足电击+白噪声刺激方式建立急性恐惧应激大鼠模型，并进行空间觅向能力测试，以判断动物记忆储存及提取再现能力. 放射免疫法及荧光分光光度法检测血浆和脑组织激素水平. 结果： 血浆及脑组织去甲肾上腺素、5羟色胺、皮质醇水平增高，而肾上腺髓质素水平降低（P<0.01）；水迷宫实验结果显示急性恐惧应激后大鼠训练潜伏期（LP）与对照组相比延长（P<0.05），在限定时间内穿过平台原位置的次数显著减少（P<0.01）. 结论： 急性恐惧应激可以显著影响大鼠的激素水平，对学习记忆能力造成损伤.
 
　　【关键词】  恐惧应激；激素类；学习；记忆；大鼠

　　0引言

　　研究发现，当人或动物处于强烈的急性应激或长期慢性应激的状况时，其学习记忆能力可受到明显的影响. 如今，应激对脑功能，尤其对学习记忆能力的影响引起了人们极大的关注，成为神经和心领域研究的热点问题. 为研究急性恐惧应激对机体学习记忆能力的影响，本实验在建立急性恐惧应激大鼠模型的基础上，分别观察应激后大鼠空间学习记忆行为和激素水平的变化，探讨恐惧应激对机体学习记忆能力的影响及其机制.

　　1材料和方法

　　1.1材料成年雄性SpragueDawley大鼠32只，体质量180～220 g，由第四军医大学实验动物中心提供. 首先将大鼠在动物饲养室中适应1 wk，室温23±1℃，光照，通风良好，自由进食水. 将动物随机分成对照组（n=16）和应激组（n=16）.
 
　　1.2方法将大鼠放入电击笼（40 cm×30 cm×20 cm）中，由电刺激发生装置（由第四军医大学物理学教研室提供）输出为48 V，持续1 s，间隔5 s，电流经笼底金属栅刺激大鼠足底，刺激时间为30 min. 同时由DF1681型噪声信号发生器经扬声器输出95 dB，20 Hz20 kHz的白噪声作用于大鼠. 对照组不受应激原影响. 大鼠空间学习记忆能力的观察，采用morris水迷宫法. 第1～4日为空间定向条件反射训练（spatial bias）. 4次/d，每次2 min，记录大鼠从不同象限入水至发现并爬上平台的时间为训练潜伏期，每3次的均值作为1个观察单位，比较所得的各观察单位训练潜伏期变化以分析动物获取空间信息的能力；第5日应激组大鼠首先接受30 min的足电击+噪声刺激，然后重复测试潜伏期（latency period），并进行空间觅向能力测试（probe trial），即先将平台移去，再将动物放入水中2 min，记录它穿过原平台位置的次数（以平台2倍直径），以判断动物记忆储存及提取再现能力. 应激后，8只大鼠分别于0 min和30 min两个时间点断头处死大鼠，取血，并迅速在冰上分离全脑组织，分别检测血浆中和脑组织中的激素水平：去甲肾上腺素（NE）和5羟色胺（5HT）水平检测采用荧光分光光度法［1］；样品测定：脑组织加10倍脑体积量冷酸性正丁醇在玻璃试管中，置于冰水浴中，内切式匀浆机匀浆，匀浆液用2000 r/min离心5 min，取上清液2.5 mL置于内含0.1 mol/L HCL 1.0 mL和正庚烷5.0 mL的具塞离心管中，充分振荡5 min，2500 r/min离心5 min，从下面水相中分别取0.5 mL和0.4 mL. 前者用于测定NA，后者用于测定5HT. NA测定：于0.5 mL上述水相提取液中，加入1/15 mol/L pH 7.2的磷酸盐缓冲液1.5 mL和EDTA试剂0.4 mL，混合；加入碱性亚硫酸钠溶液0.4 mL混合，3 min后，加入5 mol/L冰醋酸0.4 mL，混合，具塞避光置于80℃水浴5 min，取出迅速冷却后立即在380/490 nm波长进行NA荧光强度测定. 5HT测定：取水相提取液0.4 mL，加2.5 g/L半光氨酸0.1 mL. 混合后加0.01 g/L OPT和8 mol  HCL混合液3 mL，混合后置于沸水浴中10 min，取出后立即冷却，用360/480 nm波长进行5HT荧光强度测定. 同时作空白管测定，将各样品剩余之水相提取液混合，取其中0.4 mL，加8 mol/L HCL 3.0 mL置于沸水浴中10 min，加1 g/L OPT和8 mol HCL混合液30 μL和2.5 g/L半光氨酸0.1 mL，然后在360/480 nm波长下测定荧光强度. 肾上腺皮质醇（CORT）、肾上腺髓质素（ADM）水平的检测按照放射免疫分析试剂盒的说明进行.

 
　　统计学处理:  实验数据以x±s表示，使用SPSS 12.0软件进行处理，统计学分析方法为方差分析以及Dunnettt检验.

　　2结果

　　2.1行为学观察水迷宫实验结果显示急性恐惧应激后大鼠训练潜伏期（LP）与对照组相比延长（P<0.05），在限定时间内穿过平台原位置的次数显著减少（P<0.01,表1）.

　　表1急性恐惧应激对大鼠空间学习记忆能力的影响（略）

　　aP<0.05, bP<0.01 vs对照.

　　2.2激素水平改变大鼠应激后即刻与30 min时血浆NE、CORT水平均显著增高，5HT 即刻水平降低，30 min时升高，且显著高于对照组水平，ADM水平在两个时间点均显著降低（P<0.01,表2）. 脑组织中NE和5HT（仅30 min时，P<0.05）水平比对照组显著增高（P<0.01,表2）.
 
　　表2急性恐惧应激对大鼠激素水平的影响（略）

　　aP<0.05, bP<0.01 vs对照.

　　3讨论

　　应激的主要非特异性反应之一是下丘脑垂体肾上腺(HPA)轴的激活，引起儿茶酚胺能神经元兴奋，去甲肾上腺素、肾上腺素、肾上腺糖皮质激素(GC)等分泌增多. 从而引起全身性代谢效应、生理变化(尤其是脑功能变化)乃至行为改变和疾病发生. 病理应激危害的主要原因之一，是由较高水平的激素作用造成的. 高浓度的激素不但危害机体的免疫系统和心血管系统等，而且可能对中枢神经系统也造成危害. 在心理应激状态下，CORT, NE的浓度呈上升趋势［2］，一方面可以帮助机体缓冲和适应应激刺激，但另一方面也是导致机体发生应激疾病的重要因素. 认知功能与糖皮质激素的关系呈倒U型，损伤效应与糖皮质激素的不足和过多有关［3］. 正常水平的糖皮质激素参与学习记忆的过程，低水平的糖皮质激素活化糖皮质激素受体（GR）不够，使得GR核转位的数量减少，GR与激素反应元件的结合数减少，影响GR基因组效应的发挥. 高水平的糖皮质激素过度活化GR损伤学习记忆过程［4-5］. 另外，应激时动物脑内可出现5HT更新加速的现象，同时5HT还被认为是参与应激性焦虑的重要递质. ADM在内分泌系统中有着明显的调节作用，可影响人和大鼠肾上腺皮质的分泌活性. 本实验结果表明，应激后，大鼠血浆CORT, NE水平在0 min和30 min时均显著增高；5HT即刻水平降低，而30 min时水平增高，且显著高于对照组水平；ADM水平在两个时间点均显著降低. 全脑组织中NE水平在0 min和30 min时均显著增高；而5HT水平在30 min时也比对照组显著增高. 上述结果提示急性恐惧应激可以显著影响机体神经内分泌系统，并可能进一步对大脑功能和情感行为产生影响.
 
　　突触传递的长时程增强(long term potentiation, LTP)是衡量神经突触可塑性和学习记忆能力的重要指标. 实验证实［6-7］，应激可以使LTP产生受到抑制，改变神经突触可塑性，从而造成学习记忆能力的下降. LTP的抑制与脑内过高的GC有一定的因果关系，激活糖皮质激素受体（GR）则抑制LTP. 应激或大量补充GC还可以增大谷氨酸（Glu）对海马的损伤程度. 过量的GC会同时抑制海马神经细胞和胶质细胞的能量代谢，使胞内ATP缺乏，同时导致大量Glu在胞外堆积，对神经元产生神经毒性. 另外，应激水平GC长期的作用下，海马神经细胞发生死亡的主要机制可能是凋亡. 本实验结果表明，急性恐惧应激可以造成大鼠血浆GC皮质酮, NE, 5HT水平的升高，同时Morris水迷宫实验结果表明大鼠学习记忆能力受损，不但妨碍学习过程（记忆的获得和巩固），而且影响记忆的重现. 上述结果提示高水平的激素可能对学习记忆能力造成损伤.

　　【】

　　［1］ 匡培根，周新富，徐波.  脑组织中单胺类神经介质的提取和荧光分光光度测定法［J］.  军医进修学院学报，1982,3(2):181-186.

　　［2］ Roman O, Seres J, Pometlova M, et al. Neuroendocrine or behavioral effects of acute or chronic emotional stress in Wistar Kyoto (WKY) and spontaneously hypertensive (SHR) rats［J］. Endocr Regul,  2004, 38(4):151-155.

　　［3］ Mcewen BS. The brain is an important target of adrenal steroid action. A comparison of synthetic and natural steroids［J］ . Ann NY Acad Sci, 1997,823:201-213.

　　［4］ Quervain D, Roozendaal B, Mcgaugh JL. Stress and glucocorticoids impair retrieval of longterm spatial memory［J］. Nature, 1998,394(6695):787-790.

　　［5］ Newcomer JW, Decreased memory performance in healthy humans induced by stresslevel cortisol treatment［J］. Arch Gen Psychiatry, 1999,56(6):527-533.

　　［6］ Sapolsky RM  Why  stress is bad for your brain ［J］.  Science,  1996,273:749-750.

　　［7］ Mizoguchi K,  Kunishca T,  Chui DH. Stress  induced  neural death  in  the  hippocampus  of  castrated  rat ［J］. Neurosci  Lett,   1992,138:157-160.