神奇水迷宫证实：基因治疗辅助学习记忆

　　

生物通报道：斯坦福大学神经生物学家研制了一种基因疗法，能够增强处于压力下的动物的记忆和学习能力。研究结果刊登于11月8日《Neuroscience》杂志。

关节炎、哮喘等疾病患者需要服用类固醇（steroids）药物，但是类固醇对神经有严重副作用。研究人员说这种实验技术有朝一日会得到能够降低类固醇神经生物学副作用的新型基因疗法。“类固醇会使负责判断和认知的脑部陷入瘫痪，”研究合作者之一、神经生物学家Robert Sapolsky说：“严重一点会导致类固醇痴呆（steroid dementia）。在利用类固醇治疗的同时，它会在肌体任何部位发生作用。如果能够安全递送这种基因，就能保护患者免受这种破坏认知能力的副作用。”

Sapolsky是斯坦福大学生物科学John A. and Cynthia Fry Gunn教授、神经学教授。Sapolsky在多种条件下检测压力产生的破坏性生理学效应，研究成果颇丰，在1995年出书《Why Zebras Don't Get Ulcers》。

激素的作用

《Neuroscience》杂志的文章中，Sapolsky及其同事关注压力对于海马体（hippocampus，大脑中负责学习和记忆的区域）的影响。糖皮质激素（glucocorticoids）是大鼠在压力条件下肾上腺分泌的，海马体神经元携带大量糖皮质激素受体。当糖皮质激素与这些受体结合后，引发破坏性的生化级联发应，破坏海马体中的神经细胞，削弱学习和记忆功能。

但不是所有的激素都是有害的。雌激素增强记忆功能，中和糖皮质激素对认知能力的负作用。“雌激素能够保护压力条件下的记忆功能，”研究小组带头人Andrea Nicholas（前斯坦福博士后现为St. Mary副教授）说，“女性大脑中的雌激素发挥长时程保护作用，随着年龄增长，女性的认知能力越来越高于男性，部分原因就是雌激素的保护作用。”

Sapolsky及其合作者于2004年发现，基因治疗可以用来抑制压力对实验室大鼠的破坏性影响。基因治疗大致过程是通过向患者DNA中加入有益基因治愈疾病、修复损伤。实验过程中，Sapolsky等将大鼠谷氨酸受体基因和人类雌激素受体基因整合，然后将嵌合基因（chimeric gene）注入大鼠海马区，基因表达的受体蛋白迅速将压力诱导的糖皮质激素转化为雌激素。

“2004年的实验在分子水平上向我们展示了基因治疗，” Nicholas说，“因此我们希望知道是否嵌合基因能够切实改变应激激素（stress hormones）对大鼠行为的影响。”

水迷宫
Nicholas及其同事采用了Morris水迷宫（Morris water maze，MWM）实验。水迷宫实验是一种强迫实验动物（大鼠、小鼠）游泳，学习寻找隐藏在水中平台的一种实验，主要用于测试实验动物对空间位置觉和方向觉（空间定位）的学习记忆能力。当将一只未经训练的大鼠投入水迷宫后，大鼠环顾四周寻找出口，直到找到平台后才能上岸。

“第一次进入水迷宫的动物真的是很笨，” Nicholas说。“经常需要好几分钟才能找到平台，但是重复若干次后，便能很快地找到了。当它们弄清平台的位置后便直接向平台游去，整个过程在5－10秒钟内完成。我们移动平台的位置，观察大鼠的行为。”

水迷宫的一个作用是计算大鼠绕平台初始位点游动的次数。“这计算的是它们的坚持能力，” Nicholas解释，“等到它们了如指掌后，便会直接游向平台。”

应激测验

实验目的是观察在接受刺激之后进行水迷宫试验期间，接受基因治疗的大鼠和未接受基因治疗的大鼠表现是否有不同。研究人员将大鼠麻醉，用注射器向海马体中注射DNA中含有嵌合基因的病毒。病毒进入海马体神经元，递送嵌合体基因并在大鼠大脑中激活嵌合体基因。新基因将有害的糖皮质激素转化为有益的雌激素——这种过程据认为能够阻挡压力对动物行为的负面影响。

为了排除神经元雌激素的作用，实验只在雄性大鼠中进行，每只大鼠都接受寻找潜在平台的训练。为了提高血流中糖皮质激素水平，大鼠接受了一系列刺激（如恒温或低温），然后被投入迷宫中。研究人员对大鼠寻找平台的速度和次数进行计数。

应激测试分别在动物接受训练之前、刚接受完训练和接受训练24小时之后进行。“这与记忆和重复记忆的三个不同阶段、三个不同时间接近，” Sapolsky解释说。结果很明显：接受训练24小时后的应激实验中，接受嵌合基因感染的大鼠能够更快找到平台。

“这些结果很神奇，” Nicholas说，“这说明基因治疗不仅阻挡了谷氨酸的毒副作用，也增强了雌激素控制的空间记忆和学习能力，尽管有压力存在。看到这些强化效果很开心，是我们所能期待的最好情况。”

基因治疗

多发性硬化、关节炎等疾病患者需要服用大量的类固醇，但是类固醇对认知能力有很大的破坏作用，这些发现证明基因治疗的潜在优势。然而，这种基因治疗仍然不能用于临床治疗，直到研究人员找到将嵌合基因安全注入人类大大脑的途径。Sapolsky强调基因治疗是用于抵制药物对神经系统的破坏作用，不能用于增强短期记忆和学习能力。（生物通记者 子元）