食欲素对恐惧记忆与空间学习记忆调节作用研究进展☆

李晓凤朱敏侠

食欲素（orexin）是主要由下丘脑外侧及其周围神经元分泌的兴奋性神经肽类递质[1]。食欲素神经元广泛投射到中枢神经系统的不同区域，支配基底前脑胆碱能神经元、蓝斑-去甲肾上腺素能神经元及海马等多个对学习记忆有重要影响的脑区[1-2]。脑脊液中食欲素水平的改变与学习记忆能力密切相关[3]。恐惧记忆可以帮助机体预测威胁并及时做出防御，过度恐惧又会引起焦虑、睡眠障碍等；而空间学习记忆保存环境信息，对位置导航等具有重要作用。近年来食欲素在学习记忆方面的作用备受关注，但关于食欲素对恐惧与空间学习记忆调节作用，既往报道较少。本文就食欲素在恐惧记忆、空间学习记忆方面的影响做一综述。

1 食欲素及其受体的结构和分布

食欲素分为食欲素A（orexin A,OXA）和食欲素B（orexin B,OXB）两种亚型，可激活食欲素受体1（orexin 1 receptor,Orx1R）和食欲素受体2（orexin 2 receptor,Orx2R）两种G蛋白偶联受体[4]。其中Orx1R的mRNA在海马、中缝背核以及蓝斑等处的表达水平较高，Orx1R主要参与调节睡眠-觉醒、记忆等；Orx2R的mRNA则主要存在于大脑皮质、丘脑等处，Orx2R参与调节摄食、维持觉醒等功能[5]。食欲素系统除参与上述功能活动外，其神经元还投射至肠粘膜内分泌细胞、肠系膜丛的初级传入神经元等处，通过肠-脑轴、下丘脑-垂体-肾上腺轴、下丘脑-垂体-性腺轴等参与营养代谢、生长发育及多种生理活动[6-7]。

2 食欲素与恐惧记忆

恐惧记忆的形成是种适应性现象，有助于预测危险并及时制定应对策略[8]。人们在经历强烈厌恶性刺激后，形成恐惧记忆，同时常伴有焦虑、抑郁等情绪出现，可能进而诱发一系列疾病，例如创伤后应激障碍（post-traumatic stress disorder,PTSD）及恐怖性焦虑障碍等。个体接受恐惧刺激时，信息经中脑网状结构和腹侧被盖区处理，投射到海马等处调节恐惧记忆的形成、巩固等过程[9]。而食欲素与受体结合可以增强海马长时程增强作用，促进海马神经元和突触形成，调节机体的学习记忆过程[3]。因此，食欲素系统可能通过作用于海马、杏仁核等部位参与恐惧记忆的调节。

2.1 食欲素促进恐惧记忆获取 杏仁核是介导恐惧学习的中央处理结构。在PTSD模型大鼠中，食欲素结合Orx1R可以增加大鼠的恐惧记忆获取，增强恐惧表达[7]。敲除食欲素受体基因小鼠与正常小鼠相比，在电击实验习得条件性恐惧过程中，冻结反应与恐惧行为减少[10]。过度激活大鼠的食欲素神经元，会加剧大鼠的恐惧发作[11]。临床研究也表明，恐惧性焦虑障碍患者血浆中OXA浓度升高，而发作性睡病患者由于长期缺乏食欲素，在厌恶条件反射过程中杏仁核未激活时，无法获得恐惧记忆[12-13]。因此，食欲素可以促使恐惧记忆形成，加剧恐惧情绪，增加恐惧行为表达。其机制或许与食欲素使蓝斑神经元去极化，通过作用于外侧杏仁核的β-肾上腺素能受体驱动去甲肾上腺素，增强恐惧记忆的形成有关[7,14]。

2.2 食欲素抑制恐惧记忆消退 杏仁核不仅参与恐惧记忆的形成，还参与恐惧记忆的消退。在巴普洛夫恐惧条件反射形成后，长时间或多次进行条件刺激而不进行非条件刺激会削弱条件性恐惧反应，这种现象称为恐惧记忆消退[15]。恐惧记忆消退策略从认知层面缓解恐惧情绪，成为当今治疗恐惧记忆相关精神疾病的重要手段[16]。FLORES等[13]研究发现，诱导敲除Orx1R基因的小鼠形成恐惧记忆后，经侧脑室注射OXA可以抑制小鼠恐惧记忆的消退，而经腹腔注射食欲素受体拮抗剂SB334867阻断Orx1R，则促进小鼠的恐惧记忆消退。SALEHABADI等[7]、CLARK等[17]和FLORES等[18]同样研究发现，在PTSD大鼠的杏仁核中注入SB334867等食欲素受体拮抗剂，可促进大鼠的恐惧记忆消退。综上所述，虽然各研究所用实验模型不同，但不论是直接注射OXA还是采用拮抗剂反向验证，这些研究都证实了食欲素抑制恐惧记忆消退这一观点（表1）。

表1 食欲素对恐惧记忆消退的调节作用文献汇总

激活OXA系统抑制恐惧记忆消退，其机制或许与食欲素系统过度激活后，大鼠杏仁核区内源性大麻素及其受体过度表达，导致恐惧记忆消退不良有关[19]。PTSD患者常表现出恐惧记忆消退不良，临床研究发现该类患者血浆中的OXA浓度、内源性大麻素浓度均高于健康受试者[20]。但目前相关报道较少，仍有待进一步研究。

综上，针对可能接受重大灾难性刺激的职业人群（如消防员、武警战士等），开展食欲素阻断剂研究，对预防恐惧记忆形成及促进恐惧记忆消退或将具有重要意义。

3 食欲素与空间学习记忆能力

海马、杏仁核等区域不仅在恐惧记忆的形成、消退中发挥重要作用，而且在空间记忆的学习与检索中也起着重要作用。觉醒是学习的前提，是形成空间记忆的重要基础。基于过往研究，食欲素在睡眠-觉醒中的作用已得到证实[21-22]。此外，食欲素参与日光强度对啮齿动物空间学习记忆的调节过程[23]。因此推测，食欲素或许可以通过调节生物的觉醒状态影响其空间记忆。但是目前研究中，食欲素对空间记忆的作用依然存在争议。

AOU等[24]研究向Wistar大鼠侧脑室分别注射1 nmol和10 nmol的OXA，通过Morris水迷宫实验发现OXA会延长大鼠游泳路径，引起大鼠的空间记忆障碍。睡眠剥夺模型小鼠的脑脊液中食欲素含量增加，下丘脑区食欲素免疫阳性细胞增多，空间学习记忆能力明显下降，采用安寐丹治疗后小鼠脑脊液中食欲素含量及下丘脑食欲素免疫阳性细胞数量均下降，同时空间记忆能力得到改善[25]。

与之相反的是，在PTSD大鼠的空间记忆受损时，下丘脑中OXA表达下降，但是经侧脑室注射OXA可以改善大鼠的空间学习记忆[26]。ZHU等[27]在慢性间歇性低氧模型小鼠的右侧脑室注射OXA 3 nmol/2 μL，发现OXA可以缩短小鼠找到平台时间，减轻海马区细胞凋亡和氧化应激，改善因脑缺氧所致的空间记忆障碍。SHAHSAVARI等[28]研究表明向牙髓炎模型大鼠延髓腹内侧区注射OXA，可减少其游泳距离和逃避潜伏期，即改善空间记忆能力。在反向验证实验中，AKBARI等[5]基于Morris水迷宫实验，在小鼠的海马CA1区和齿状回区分别注入食欲素受体拮抗剂SB334867，发现小鼠空间记忆的形成和巩固过程受损。敲除Orexin基因的小鼠与野生小鼠相比，在T迷宫和物体探索任务中表现出一定程度的空间学习障碍，这同样也支持了OXA可以改善空间记忆障碍的观点[29]。

以上研究所得结果不同，推测可能是实验方法不同所致。分析各研究结果发现，HAN等[26]、ZHU等[27]在慢性间歇性低氧、PTSD等模型小鼠脑内注射外源性OXA，与正常小鼠相比，模型鼠脑内OXA免疫阳性细胞显著减少，内源性OXA含量降低，推测外源性OXA或许起到弥补OXA不足的作用；而AOU等[24]、徐波等[25]通过在正常大鼠脑内直接注射OXA，破坏体内OXA平衡或剥夺睡眠等方法，用酶联免疫吸附法测定检测脑内OXA含量，发现模型大鼠脑内OXA水平高于正常大鼠，且大鼠的空间学习记忆能力受损。提示食欲素含量过高，或许会引起大脑皮质过度觉醒，损害神经元，导致空间学习记忆障碍[30]。

综上研究，虽然部分研究认为OXA可能引起空间记忆障碍，但目前多数研究观点更倾向于支持OXA可改善空间学习记忆障碍（表2）。因此食欲素相关药物的开发，或许可以成为阿尔茨海默病、器质性遗忘综合征等伴有空间学习记忆障碍疾病的潜在药物靶点。

表2 食欲素对空间学习记忆的调节情况文献汇总

4 食欲素分泌的影响因素

食欲素及其系统的调节受年龄、运动强度等多种因素的影响。食欲素神经元的丢失与年龄呈现一定相关性。研究显示，从婴儿期到成年期，食欲素神经元不仅形态改变、数量减少23%，而且食欲素受体表达也随着年龄的增长而减少[31]。在CALVA等[32]的研究中，经鼻腔注射OXA可以促进老年大鼠基底前脑胆碱能神经元的激活，改善因胆碱能系统损伤引起的注意缺陷。因此，食欲素治疗可能会成为改善老年神经传导障碍的一个可行思路。

适当强度的运动训练促进OXA表达，有利于提高学习和记忆能力。在定位航行实验中，长期中等负荷的游泳训练可以提高大鼠OXA的mRNA和蛋白表达，而长期过度负荷运动则会抑制OXA的表达[33]。临床研究也发现适当运动可以调节食欲素水平，这或许与激活交感神经有关[34-35]。因此，制定合理的运动计划，倡导适当强度的运动训练，对提高学习能力，预防因年龄引起的认知功能衰退具有重要价值。

5 总结

食欲素系统具有调节内分泌、自主神经和行为反应等较为复杂的生物学功能，其功能缺陷会导致认知和行为障碍[36]。适度激活食欲素系统有利于恐惧记忆和空间记忆的形成，改善空间学习记忆障碍；而食欲素水平过高则会损伤大脑皮质，抑制恐惧记忆消退，以及降低学习能力。在阿尔茨海默病等神经退行性疾病中可见到食欲素神经元的缺失，除与疾病相关外，食欲素的作用还表现出年龄相关性、受运动训练调节等特征。这提示外源性食欲素或将成为治疗阿尔茨海默病等疾病的潜在药物靶点，而食欲素抑制剂的研究将为PTSD、恐怖性焦虑障碍等治疗提供新的思路。