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目前多项研究表明:衰老过程中与海马相关的空间学习与记忆损害与突触结构的改变有密切关系，而与神经元数量的减少无关。衰老过程中记忆和认知能力的下降往往伴随着更细微的解剖结构的变化，例如树突棘数量和形态的变化。研究发现衰老过程中海马CA1区神经元树突棘密度的下降和长度的减少能引起动物认知缺陷，表现为Morris水迷宫中学习和记忆功能的下降。由于树突棘是产生绝大多数兴奋性突触的部位，因此提出如下假设:年龄依赖性记忆损伤过程中会伴有突触结构的变化。本文观察了青年组、成年组、中年组和老龄组Wistar大鼠的Morris水迷宫实验中的学习和记忆功能。并采用透射电镜对不同年龄组大鼠海马CA1区突触的超微结构进行了检测。并进一步结合氧化应激理论探讨了引起突触结构改变的机制。 本研究发现，与成年鼠相比，大鼠认知能力的降低不是起始于中年，而是表现为老龄鼠认知功能显著降低，同时伴有海马CA1区辐射层突触密度和总突触数量降低，突触后致密区面积的下降和线粒体不同程度的损害。α钙调蛋白激酶Ⅱ286位点上苏氨酸磷酸化水平上调和抗氧化酶活性的降低都表现出年龄依赖性。但不同年龄组大鼠线粒体中静息态活性氧和胞内钙水平无显著差异。综上所述:大鼠突触结构的改变和线粒体的结构损伤在一定程度上引起了年龄依赖性的学习与记忆损害。脑组织氧化物水平升高和抗氧化酶活性的降低介导了衰老过程中突触结构的改变，并引起认知功能的下降。衰老过程中α钙调蛋白激酶Ⅱ286位点上苏氨酸的磷酸化水平上调，可能是衰老过程中出现记忆损害后，老龄动物机体内调节学习和记忆功能的自我补偿机制。其有望成为药物干预的潜在靶点，治疗衰老过程中产生的学习与记忆损害。 本文主要从以下几方面进行论述： 第一部分 年龄对大鼠空间学习记忆的影响 目的:衰老会引起进行性的认知功能，特别是空间记忆的损伤。而与海马相关的学习和记忆在衰老过程中的损伤尤为显著。既往研究认为中年大鼠的学习记忆行为也表现出与人类相似的下降，且不伴有运动和感觉障碍，可作为很好的动物模型用于行为学观察。因此，本实验选用Wistar大鼠作为研究对象，观察年龄对海马相关的空间学习记忆的影响。 方法:采用Morris水迷宫行为学实验，对四个年龄组Wistar大鼠分别进行(1)定位航行测试考察大鼠找到水下平台所需时间，即逃逸潜伏期(escape latency，EL);(2)空间探索测试记录60 S内大鼠在四个象限停留的时间和四个水域所游的总距离，以及经过原水下平台相应位置次数(Crossing platform times，CPT)。 结果:(1)定位航行实验中，与成年组大鼠找到水平台的逃逸潜伏期(EL)相比，老龄组大鼠EL显著延长，中年组大鼠EL则没有差别。(2)空间探索实验中，成年组和中年组与老龄组大鼠相比，在平台所在象限停留的时间较长，但各年龄组间差异并无统计学意义;老龄组和青年组经过原水下平台相应位置次数要明显少于成年组和中年组大鼠。 结论:Wistar大鼠海马相关的空间学习和记忆的损害有年龄相关性，但该损害的发生并不是起始于中年。 第二部分 年龄对大鼠海马CA1区辐射层突触超微结构的影响 目的:近年来多项研究令人们惊奇的发现认知能力的下降是由于树突结构的萎缩引起，而不伴有神经元数量的显著减少。衰老过程中记忆和认知能力的下降往往伴随着更细微的解剖结构的变化，例如树突棘数量和形态的变化，衰老过程中海马CA1区神经元树突棘密度的下降和长度的减少能引起Morris水迷宫中行为学的缺陷。由于树突棘是产生绝大多数兴奋性突触的部位，因此提出如下假设:年龄依赖性记忆损伤过程中会伴有突触结构的改变。本文通过电镜观察了不同年龄组大鼠海马CA1区辐射层突触数目和超微结构的改变。 方法:(1)采用透射电镜技术检测海马突触的超微结构进行了检测，并考察各年龄组Wistar大鼠海马CA1区辐射层PSDs面积、突触密度和突触总数以及突触部位线粒体结构。(2)形态学分析法计算海马CA1区辐射层体积。 结果:与成年组相比，老龄组大鼠海马CA1区辐射层PSDs面积减少;突触密度和突触总数明显降低，且突触密度和突触总数的降低起始于中年;衰老过程中突触部位线粒体结构出现损伤，且该损伤起始于中年。 结论:衰老过程中，出现空间学习和记忆损害的老龄组大鼠伴有海马CA1区辐射层突触超微结构的改变。主要包括如下几方面的变化:与成年组相比，老龄组大鼠PSDs面积减少;突触部位线粒体结构出现损伤;突触密度和突触总数明显降低。且突触密度、突触总数的降低和线粒体结构损伤起始于中年，这些改变早于记忆损害的发生，可作为预测记忆损害的生理指标。 第三部分 氧化应激水平的升高介导了衰老过程中的突触结构改变与学习记忆损伤 §1.衰老过程中脑组织氧化物和抗氧化物水平的变化 目的:在伴有轻微的认知能力损伤和阿尔茨海默病的患者中都可观察到脂质过氧化产物的升高和抗氧化物的降低。体内清除ROS的酶基因突变后，会加速认知功能下降的速度，并加快轻微认知能力损伤转变为阿尔茨海默病的进程。体外实验中，氧化应激能减弱钙稳态调节和突触可塑性，从而导致突触变性和细胞死亡。那么，提出如下假设:正常衰老过程中的氧化应激水平升高介导了突触和突触部位线粒体损伤，并进一步引起学习和记忆损害。 方法:(1)采用流式细胞检测技术分析线粒体内ROS含量;(2)采用荧光分光光度法测定线粒体的静息[Ca2+]i;(3)采用生物化学方法检测四个年龄组大鼠大脑皮层和海马组织匀浆中氧化水平（MDA和Ca2+-ATP酶）和抗氧化物(SOD、GPX、GSH)水平;(4)采用免疫组织化学法测定海马CA1区辐射层MsrA的表达进行。 结果:(1)各年龄组线粒体内ROS含量无明显差别;(2)线粒体静息[Ca2+]i在各年龄组无明显差别;(3)老龄组大鼠脑组织中大脑皮层和海马组织MDA含量显著升高，SOD、GPX、Ca-ATPase和MsrA活性，GSH含量显著下降。 结论:脑组织中抗氧化物水平的降低引起衰老过程中突触结构改变和突触部位线粒体损伤，并进一步引起学习和记忆功能的损害。 §2.衰老过程中脑组织海马CA1区辐射层pThr286-αCaMKⅡ水平的变化 目的:钙离子/钙调节蛋白依赖的蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinaseⅡ，CaMKⅡ)是脑中钙离子/钙调节蛋白依赖的蛋白激酶中的的一种主要蛋白，介导了学习与记忆形成中的多种神经元活动。在CaMKⅡ286位点上的苏氨酸能产生自身磷酸化，其产物(pThr286-αCaMKⅡ)自身具有活性，而不是依赖于Ca2+/CaM。通过该机制，pThr286-αCaMKⅡ能延长海马突触短暂胞内钙离子浓度增加引起的生理反应。而且，氧化剂如H2O2对pThr286-α CaMKⅡ表达的调节具有年龄依赖性，并参与了神经突触可塑性的调节。因此检测自然衰老过程中pThr286-CaMKⅡ表达的变化对于探讨海马年龄相关性的学习记忆改变有着重要的意义。 方法:通过免疫组织化学法，观察衰老过程中海马CA1区辐射层pThr286-αCaMKⅡ表达的变化。 结果:与青年组相比，大鼠海马CA1区辐射层pThr286-αCaMKⅡ表达水平在成年后即开始有增加的趋势，且在已经出现年龄依赖性认知功能损伤的大鼠，其增加有统计学意义。 结论:老龄组大鼠海马CA1区辐射层pThr286-αCaMKⅡ表达水平的上调，可能是衰老过程中脑组织ROS生成增加，并造成突触可塑性损伤后，老龄动物机体调节学习和记忆功能的自我补偿机制。