心理应激对大鼠工作记忆影响及酪氨酸干预作用
【摘要】 目的 探讨心理应激对工作记忆(workingmemory)的影响及中枢递质多巴胺(dopamine,DA)的前体酪氨酸(tyrosine)的干预作用。方法 先用八臂放射状迷宫训练大鼠(1次/d、6d/周、连续10周)至学习记忆形成,再以CommunicationBox模型对大鼠进行连续14d、30min/d的心理应激,并从0d起经饲料给予250,500和1000mg/kg3个剂量的酪氨酸干预,观察第1,4, 7, 10, 13天的工作记忆错误(workingmemoryerror)及参考记忆错误(referencememoryerror)。结果 与对照组相比,心理应激组在第1,7,10,13天的工作记忆错误及所有时间测定的参考记忆错误皆高于对照组。与心理应激组相比,酪氨酸1000mg/kg组在第7天及第13天出现工作记忆错误降低,在第4天及第10天出现参考记忆错误降低,酪氨酸500mg/kg组在第10天时也出现了工作记忆错误、参考记忆错误的降低,酪氨酸250mg/kg组均未出现具有显著性统计学意义的变化。结论 急性和反复的心理应激能够损害大鼠的工作
记忆,高剂量酪氨酸能在较早期降低心理应激对工作记忆的损害, 500mg/kg酪氨酸干预对降低较长期的心理应激造成的工作记忆损害也有一定的作用。
【关键词】 心理应激; 工作记忆; 酪氨酸
1974年,Baddeley等在分析短时记忆的基础 上首次提出了工作记忆(workingmemory)是一种对信息进行暂时性的加工和储存的能量有限的记忆系统这一概念。在随后多年的研究中发现,工作记忆对于语言理解、学习、推理、思维等复杂认知任务的完成起关键作用。目前,多数研究者认为前额(正中)皮层(mesoprefrontal cortex, mPFC)参与工作记忆的执行加工过程,控制并协调工作记忆的信息加工过程。mPFC区主要由中脑腹侧被盖区(ventraltegmental area,VTA)的多巴胺(dopamine, DA)神经元投射,极易被心理应激所激动,导致DA耗竭,对
工作记忆产生损害。本文的目的是探讨心理应激对工作记忆的作用以及中枢递质DA的前体物质酪氨酸(tyrosine)干预的影响。
材料与方法
一、材料
1. 动物:纯种Sprague2Dawley (SD) 雄性大鼠40只,体重180～220g,海军医学研究所实验动物中心提供。
2. 器材:八臂迷宫:光滑塑料板制成,置于距地面75cm高,中心平台直径51. 5cm,八臂的每臂
长60cm,宽11cm,臂侧板高10cm,透明。每臂距远端3cm处,设1cm深、直径2cm的饵食坑; Com2municationBox心理应激模型。
3. 试剂:酪氨酸,相对分子量181. 19,由上海联合食品添加剂公司提供,纯度>98. 0%。
二、方法
1. 动物处理:单一笼饲养于隔音室,光/暗周期为12h/12 h(倒转实验鼠昼夜节律,光照时间为
18∶00～06∶00, 06∶00～18∶00为暗周期,使用40W白炽灯照明,使迷宫训练及测定在暗周期进行)。温度为(23±2)℃。实验前自由进食普通饲料,适应1周。限制进食量,控制动物体重使下降到约85%并维持,然后开始进行迷宫训练及实验。在训练及实验期间,每天于18∶00(训练和测试完成后)喂食,以保证第2天训练和测试时处于食物剥夺状态。2. 迷宫训练:开始3d,大鼠放在迷宫中央平台,允许自由探寻和吃散在迷宫的饵食以适应。(饵食配方为:奶粉6mg,乳糖23mg,低取代羟基纤维素2. 5mg,硬脂酸镁0. 5mg,滑石粉1mg,糖粉17mg。经制粒后,压片机压成50mg/片)。以后,每只大鼠每天训练1次,每周训练6d。训练时,只用4臂做食物臂,保持同只大鼠喂食的方式直到实验结束,但每个大鼠4个方向不同以减少气味的线索。每只大鼠训练完用酒精擦去其排泄物。大鼠吃完4个食物臂或做过14次选择,或者到了10min,
即结束1次训练。当大鼠4次连续训练最多只有1次错误时,就视作达到工作记忆形成的标准。这时
它每周训练2次,待所有大鼠都达标准,即作为工作记忆形成动物进行心理应激实验。训练和试验时记录两种错误(统计累积次数):进入一个已吃过食物的臂为工作记忆错误(working
memoryerror),进入无食物臂为参考记忆错误(ref2erencememoryerror)。
3. 心理应激:采用CommunicationBox心理应激模型,被电击的大鼠(电击电流为1～2mA,周期
100s,间歇90s)惊叫、惊跳,实验大鼠不受电击,而是旁观其它大鼠遭受电击的过程,通过视觉、听觉等产生心理应激。
4. 实验分组: 40只工作记忆形成大鼠,按体重编序,遵循组间均衡的原则分为5组,分别为:空白对照组(不给予心理应激,喂食普通饲料100g/kg体重)、心理应激组(给予心理应激,喂食普通饲料100g/kg体重)、酪氨酸干预组(给予心理应激,并从应激暴露前一天即0d开始给予酪氨酸低、中、高3个剂量,即酪氨酸250, 500和1000mg/kg3个亚组,将酪氨酸混入普通饲料予以100 g/kg体重喂食)。普通饲料中酪氨酸含量测定根据GB/T18246- 2000(饲料中氨基酸的测定)规定的方法,用Hita2chi835- 50型氨基酸自动分析仪测定,酪氨酸含量
为0. 53%(5. 3mg/g)。
5. 实验过程:每次心理应激在08∶00～10∶00进行, 30min/ (组·次), 1次/d,连续14d。对照组为放入应激装置内不给予电刺激,以保持实验条件完全一致。各组分别在第1, 4, 7, 10, 13天应激结束后即刻测定工作记忆错误和参考记忆错误。
6. 数据统计:数据表示采用�x±s� x,统计分析用ANOVA法。
结 果
1. 迷宫训练:大鼠八臂迷宫训练的工作记忆错误、参考记忆错误见图1。从第1周工作记忆错误(1. 43±0. 28, n=40)、参考记忆错误(4. 33±0. 63,n=40)至第10周工作记忆错误(0. 05±0. 02, n=40)、参考记忆错误(0. 12±0. 04, n=40)达到一个相对稳定的规定水平,可以视为工作记忆形成。
2. 心理应激对工作记忆作用:结果如表1、2所示,与对照组相比,心理应激组在第1, 7, 10, 13天的工作记忆错误有明显升高,所有时间测定的参考记忆错误皆高于对照组,说明心理应激损害大鼠的空间工作记忆能力。
3. 酪氨酸干预对心理应激影响:同表1, 2所见,与心理应激组相比, 1000mg/kg及500mg/kg各组大鼠在不同应激天酪氨酸干预组均出现不同程度的工作记忆错误、参考记忆错误的降低。1000mg/kg组在第7天及第13天出现明显的工作记忆错误降低,在第4天
及第10天出现明显的参考记忆错误降低。酪氨酸500mg/kg组在第10天时工作记忆错误、参考记忆错误的降低也具有显著性统计学意义。酪氨酸250mg/kg组未出现具有显著性统计学意义的变化。由此提示: 高剂量酪氨酸能够较早的降低心理应激对工作记忆的损害, 500mg/kg的酪氨酸对降低较长期的心理应激造成的工作记忆损害也有一定的作用。
讨 论
1. 本实验的工作记忆动物模型:在人类,目前心理行为学、神经心理学以及神经影像学在关于工作记忆的研究方面已积累了大量证据,发现至少存在两种类型的工作记忆系统,即词语工作记忆(ver2balworkingmemory)和空间工作记忆(spatial work2ingmemory),而动物工作记忆模型的建立则主要依靠空间工作记忆。Smith等认为空间工作记忆包括信息的储存和复述两个方面,由不同的脑区控制。空间复述包含对空间位置的选择性注意,本实验采用的八臂放射状迷宫利用整体空间环境,考察动物对空间的选择性注意和复述能力,工作记忆错误、参考记忆错误能比较准确地反映动物的搜寻能力及复述能力,是一个比较理想的空间工作记忆动物模型。Woodsom等最近指出,放射状迷宫仍然是研究学习记忆的最佳的动物模型之一。
2. 本实验的心理性应激源:在过去的大多数心理应激动物实验是依靠束缚、电击、寒冷、疲劳等手段来进行,存在着太多的躯体物理性刺激。目前来看,模拟较为纯粹的心理性应激方法有两种,一种是通过相等的物理量刺激,比较不同的先后刺激次序来研究心理性应激的作用;另一种是本实验的Com2municationBox模型,采用实验鼠旁观电击鼠惊恐、跳跃、尖叫,通过视觉、听觉产生心理应激,从很大程度上避免了对动物的躯体性刺激,可以认为是较为
纯粹的心理性应激。
3. 本实验观察到心理应激损害工作记忆(表1, 2),其机制可能是mPFC参与控制并协调工作记忆的信息加工过程。用灵长类或啮齿类动物模型研究发现,工作记忆缺陷产生于mPFC的损坏或去除,这个记忆缺陷也能由mPFC中DA的耗竭或DA受体的阻断而重现。这些研究表明mPFC的DA系统是工作记忆过程的关键,这个高级皮层功能依赖于mPFC。这一系统对几乎所有的应激均表现为活性增强,其DA的代谢和DA释放具有“优先活性”,即使不足以引起中枢去甲肾上腺素(NE)改变的极轻度应激,如低强度的足底电击,轻度的噪声刺激
,也可引起前额皮质DA的释放增多。这是由于mPFC的DA神经元与其它脑区的DA神经元比较,缺少突触前D2 受体。这一特点使只有前额皮质DA神经元才不受D2 自身受体的控制与调节,进而在即使非常轻度的应激状态下也可以迅速释放DA发挥效应,从而引起DA的耗竭。另外,由于mPFC的DA神经元来自VTA的投射,应激时VTA其他神经元递质的变化也可能对mPFC的功能产生影响。Kalivas等指出VTA的某些传入途径已经显示了在应激诱导中介的mPFCDA系统中的作用,许多神经递质在VTA的传入中能够影响mPFCDA细胞的功能,包括52HT、NE、Ach、GABA、鸦片肽、兴奋性氨基酸(如:谷氨酰胺)以及神经肽(如: P物质)等。在这些方面需要进行更加深入的探索和研究。
4. 酪氨酸干预作用:酪氨酸是中性芳香族氨基酸,饮食中能供给,也能由苯丙氨酸转化而来。美军研究表明150mg/kg酪氨酸口服能提高战士应激时的清晰思考能力,充足酪氨酸摄入能提高大脑的智力分析能力。本实验采用250, 500, 1000mg/kg3个剂量进行干预,相当于本实验饲料中所给予的酪氨酸量的0. 5, 1和2倍。结果证明酪氨酸干预对应激时工作记忆的损害有保护作用,虽然给予1000mg/kg酪氨酸不能马上降低应激对工作记忆的损害,但能在接受应激的较早期(第4天)降低应激对工作记忆的损害程度。500mg/kg酪氨酸干预也具有降低较长期的心理应激导致的工作记忆损害的作用。Lieberman等指出,海军人员的特殊工作性质决定了其面临着睡眠缺失及其他多种应激因素,容易导致操作效率的下降。对于具有复杂应激因素
的作业如航海作业,酪氨酸有可能提高作业人员的工作效率,减少操作失误,因此有着良好的应用前景。以后的工作重点应该在于进一步的人群干预研究,以期获取更多的证据。
