镁离子对小鼠学习记忆影响

1、镁离子对鼠学习及记忆能力的影响理解围产期脑损伤的发病机制代表了今天的围产期医学最大挑战之一。近些年许多关于脑损伤致病源的假设都被驳倒。在过去，脑瘫（CP）几乎完全归因于围产期缺氧。但实际上，脑瘫个体中窒息可能最多只占百分之二十的原因。目前围产期感染，特别是胎儿/羊膜感染，一直涉及不同神经发育类疾病的发病机制，包括CP精神分裂症自闭症，和一大类广泛的行为和认知缺陷疾病。最近，流行病学研究表明，常见的孕产妇感染，包括尿，路和牙周感染，都与胎儿脑损伤有关，虽然具体的机制在很大程度上是未知的。动物研究表明，用脂多糖（LPS）模拟产妇感染/炎症能唤起胎儿系统性羊膜和胎盘炎症的反应，最重要的是，可以增加促

2、炎的表达细胞因子白细胞介素-6和与压力相关的肽促肾上腺皮质激素释放因子在胎儿中的表达。而胎儿的细胞因子表达的增加又与长期的脑损伤相关。因此这些发现表明产妇感染/炎症就可能引起胎儿脑损伤。直到最近还没有围产期可使用药物来预防脑损伤。一些抗炎代理已经提出，但没有关于他们受益的确凿证据。在过去的十年里，几个颇具前瞻性研究以怀孕的患者为对象，发现硫酸镁（MG） 在预防白质在早产儿脑损伤中起到神经保护作用。在他们近期的研究里，对怀孕的老鼠在受孕初期18天里通过腹腔注射LPS，再利用核磁共振成像技术检测它们分娩出来的幼鼠。结果证明，注射过LPS后生下的小鼠患有不同程度的大脑白质及灰质损伤。而损伤的区域（包

3、括背侧纹状体，内侧隔核嗅皮质和齿状回分子）我们已知是与学习和记忆能力相关的。根据这些研究结果及对新生儿脑损伤治疗的日益迫切，他们团队寻求LPS诱导脑损伤后表现出的动物行为学特征，并且进一步研究镁离子中和或者消除这种异常行为的能力。材料与方法动物来源及处理Sprague-Dawley怀孕的老鼠（总24只，每组6只）（哈伦斯普拉格Dawley公司，芝加哥，IL）已受孕11天。并允许开始实验前有7天的适应阶段。动物保持在控制温度（37 ）和控制光（早上6点，开灯；下午6点，关灯）。而控制设施提供食物和水在整个研究中是随意的。生理盐水和镁离子由皮下注射，而LPS则腹腔注射给药。LPS （大肠杆菌血清型

4、0111：B4）利用生理盐水配制，注射量按照出生体重在500毫克/公斤。在妊娠18天，对24只老鼠（每组6只）进行注射。LPS（500毫克/公斤）或同等体积的生理盐水在时间为0。Dam被随机分配为皮下注射正常治疗生理盐水（NS）或镁离子（700毫克/公斤注射后，27毫克/公斤每20分钟）2小时前和MG或盐水2小时后。LPS（共10剂量的27毫克/公斤）注入的毫克270毫克/公斤2小时。LPS或生理盐水后注入。最后产生给药不同的四个小组： （控制：NS-NS-NS；LPS：NS-LPS-NS；MG：MG-NS-MG；LPS-MG：MG-LPSMG）。双向闪避测验研究大鼠学习和记忆能力，我们使用一

5、个双向穿梭闪避盒子。双向穿梭回避盒，放置在一个昏暗的，通风，衰减噪声的柜子里，是一个矩形室（60，26，28厘米）但用不透明的板子分隔为小区 （10，8厘米）连接2并排，同等大小的方形隔间。两个隔间的金属网格层重量敏感；微型传送信息老鼠的位置传输和自动数据收集，包括条件刺激（CS）声音由位于远端墙的隔间的喇叭发出，和无条件刺激（US）电击刺激，以及记录老鼠的反应。过程每只老鼠完成一整套测试包括70个小的行为学痕迹条件作用测试。每套测试分为三个部分：条件刺激（CS），无条件刺激（US）和刺激间隔（ITI）。首先是10秒的CS声音刺激；CS停止后立刻是US，0.8mA的电刺激最多10秒；而后是IT

6、I大约30±6秒。ITI是在两个痕迹条件测试的中间。这个时间并不确定，但要保证不能使老鼠预测到下一个测试到来的时间。老鼠相应产生三个回应：（1）回避，老鼠在得到CS声音测试后会躲进相邻的隔间，直到CS结束和ITI开始后，这样能避免电击；（2）逃跑，在电击开始后才躲进相邻的隔间，直到电击开始，结束和ITI开始；（3）无回应，包括无法跑进相邻的隔间，直到10秒电击结束后ITI的开始。因此老鼠便经历了整个电击过程。躲避/逃跑比例尺是指每个组每次测试的躲避/逃跑的老鼠平均数。实验初级结果即可衡量老鼠的学习和记忆能力。结果即躲避/逃跑老鼠的数量比总实验鼠的数量在每10个小测试里。在模型中，一个

7、老鼠如果能躲避电击表明它有更高的学习和记忆能力。结果与分析所有组中一个月大的老鼠在经过7整个实验后学习能力得到明显提高。结果还证明LPS很明显能够使3个月大的老鼠的学习能力下降，但是在注射LPS后加入镁离子却能够完全消除这种下降程度。令人惊奇的是，在实验最后LPS-MG组的学习能力是最强的。之前核磁共振实验结果表明，对怀孕十八天的老鼠注射LPS可以诱导25天大的幼鼠产生大脑白质和灰质的损伤。众所周知，这些损伤的部位都对学习和记忆过程有着关键作用。近期的研究中，有人证明了大脑损伤与临床可能也有关系，如该LPS组中，三个月大的老鼠的学习能力被严重减弱。最近还有研究表明，产前压力对幼儿有着长期影响，

8、不仅是对哺乳动物下丘脑-垂体-肾上腺有着重要影响，还对其行为/荷尔蒙的发展有影响。流行病学和临床学都有证据表明怀孕期间受到感染会影响幼儿未来的免疫系统，甚至导致精神分裂症状或者情感障碍缺陷。最新最大的人类数据表明，提高母亲在怀孕期间的C反应蛋白量，会使婴儿患上精神疾病的风险增大。围产期产生的压力会降低雄性成年鼠的学习和记忆能力。雄性成年鼠在胎儿时期发生过炎症，其海马神经元就在局部的炎症微环境中被损害。本研究中，利用双向穿梭闪避测试来检测行为学结果与孕妇炎症之间的关系，以及Mg的神经保护功效。结果证实LPS可导致学习能力的明显下降而且镁离子可以能够恢复这种学习能力的缺失。因此，能够提出一个有趣的

9、问题：三个月大时，LPS-MG组的平均学习能力超过了所有其他组，甚至是生理盐水对照组和单独MG组。这种出乎意料的结果仍然无法找到原因。由对照组任意三个的实验结果的数据看，镁离子的神经保护作用仅仅限制在头两年。最近一项PREMA试验的长期后续研究（在出生前注射硫酸镁来保护大脑的实验）发表了。他们检测了未成熟小孩（7-14岁）的神经保护结果。尽管大部分该实验数据并没有统计学上的意义，但是能表现出很明显的倾向。这些MG组孩子的动作，感知，和行为学上的损伤以及死亡率都低于其他。而MG组的孩子也更不容易得脑瘫或者动作障碍的疾病。组间最明显的差异出现在学生时期。儿童中复读的比例，镁离子组明显低于安慰剂组。

10、研究结果也证实了镁离子不仅仅能够保护大脑白质，也能能够保护大脑灰质和后代的感知能力。经过镁离子的具体工作机理仍然未知。但很可能与天冬氨酸受体（NMDA-R）有关。NMDA-R对学习和记忆过程是至关重要的。Manning等人证明了老鼠寡树突胶质细胞介导的寡树突胶质细胞兴奋性毒素损伤及细胞凋亡都与NMDA受体的活性有关。相似的，镁离子能够很明显的降低NMDA受体在鼠大脑中的结合能力。Burd等人则利用LPS诱导小鼠早产模型来研究镁离子的短期效应。他们并没有发现在促炎因子，细胞凋亡标志，星型胶质细胞发育之间的区别。然而，他们却发现了怀孕母鼠如果曾注射LPS那么其后代的脑发育将有不同。但这种脑部的损害

11、用镁离子可以补偿。所有这些研究可以总结出，镁离子的确能够作用于脑部，关注一些信号转导通路或许能够帮助找到这种发生机制。再认真注意这两组年龄：未成年（一个月大）和成年（三个月大）。发育中和成熟后大脑之间的学习能力为何不同仍需要进一步解释。在一个月大，鼠脑仍在进化中。三十天后，鼠脑的髓鞘急速发育停止而胆碱能系统的成熟开始，并持续到第六十天。另外，在第三十五天，多巴胺系统开始进化。另外，下面两点应用让我们及时地发现学习能力随着时间的变化。Enayati等人在母鼠怀孕晚期注射LPS，并在小鼠出生后的40天，80天测试它们的焦虑和低落行为状况。这个研究揭示了随着后代年龄增长，它们行为上的缺陷也会更严重。

12、本文支持此结论，并发现了组间差异最大的时期便是成年期，这也反过来证明母体怀孕对后代的严重损害及长期影响。根据以上实验和临床研究，镁离子不仅仅是对儿童早期有作用，而且对成年后的影响更大。本文实验的局限性如下：（1）本实验排除了雄性个体；（2）动物模型虽然被认为是对人类有极相似的结果，但仍需要重复人体实验来验证镁离子可以修复大脑损伤的结果。更多样本数能完善本实验。本实验的优点在于第一次证明了母鼠妊娠时受到的伤害会降低其后代雄性小鼠的学习及记忆能力。但同时镁离子可以恢复这种记忆能力的伤害。同时，镁离子在过去一直被认为只与白质损伤有关，但本文发现灰质损伤同样关系到大脑伤害。本文证明灰质伤害的修复与镁离子有关。总之，我们证明LPS在母体怀孕期间严重危害了后代的学习和记忆能力。但同时这种危害可用镁离子的补充来挽救。综合之前的实验，不难看出镁离子极可能在母体受损的时期起到保护大脑灰质和白质的重要作用。参考文献1.Lamhot, V.B., et al., Magnesium sulfate prevents maternal inflammation-induced impairment of learning ability and memory in rat offspring. Am J Obstet Gynecol, 2015. 213(6): p. 851 e1-8.2.T