呂卉卉 屠仁軍

LV Hui－h(huán)uiTU Ren－jun

（東南大學(xué)生命科學(xué)研究院，江蘇 南京 210096）

（Institute of Life Sciences，Southeast University，Nanjing，Jiangsu 210096，China）

學(xué)習(xí)記憶是動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)的高級(jí)功能，一直都是神經(jīng)科學(xué)研究的焦點(diǎn)之一。對(duì)果蠅嗅覺(jué)聯(lián)想式學(xué)習(xí)記憶的深入研究，為了解大腦是如何行使學(xué)習(xí)記憶功能做出了很大貢獻(xiàn)。一種經(jīng)典的嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶方式是將一種氣味和一種懲罰或者獎(jiǎng)勵(lì)措施偶聯(lián)在一起，形成一種氣味偶聯(lián)式嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶，其中氣味分子作為一種條件刺激（conditioned stimulus，CS），懲罰性的（電擊）或獎(jiǎng)賞性的（蔗糖獎(jiǎng)勵(lì)）刺激做為一種非條件刺激（unconditioned stimulus，US）。這需要果蠅的大腦中特定的分子、神經(jīng)元、神經(jīng)環(huán)路，才能夠?qū)⑦@兩種信息整合在一起。

對(duì)果蠅學(xué)習(xí)記憶研究，一方面不斷獲取新的突變體種類(lèi)，發(fā)現(xiàn)與果蠅學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的新的基因及其產(chǎn)物；另一方面，對(duì)己經(jīng)分離出來(lái)的突變體果蠅，進(jìn)一步分析其分子生物學(xué)以及細(xì)胞生物學(xué)等方面的功能。學(xué)習(xí)記憶突變體果蠅可以分為腦結(jié)構(gòu)突變體和生化突變體。對(duì)前者的研究［1］發(fā)現(xiàn)了果蠅的蘑菇體結(jié)構(gòu)以及中央復(fù)合體結(jié)構(gòu)在果蠅學(xué)習(xí)記憶中具有重要的中樞作用，對(duì)后者的研究［2，3］發(fā)現(xiàn)了眾多與果蠅學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的分子信號(hào)通路和神經(jīng)元環(huán)路。

1 學(xué)習(xí)記憶模式劃分

結(jié)合行為學(xué)分析手段、藥物學(xué)方法和各種單基因突變體果蠅，人們提出了果蠅在嗅覺(jué)聯(lián)想式學(xué)習(xí)記憶過(guò)程中的多時(shí)程模型：短暫記憶（short－lived memory），即麻醉敏感記憶（anesthesia－sensitive memory，ASM），包 括 短 時(shí) 程 記 憶（short－term memory，STM）和 中 時(shí) 程 記 憶 （medial－term memory，MTM）；長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間記憶（long－lasting memory），包括抗麻醉記憶（anesthesia－resistant memory，ARM）和長(zhǎng)時(shí)程記憶（long－term memory，LTM）［4］。持續(xù)時(shí)間不同的學(xué)習(xí)記憶，它們各自所形成的機(jī)制也是不相同的。單次訓(xùn)練后產(chǎn)生的是不穩(wěn)定的記憶ASM，這種記憶可以被冷麻醉處理所阻斷，同時(shí)這些早期的記憶形式根據(jù)其分子機(jī)制的不同，又可以進(jìn)一步區(qū)分成STM和 MTM。這些記憶將會(huì)在數(shù)小時(shí)內(nèi)消退，而留下的ARM可以維持到1 d。假如多次間隔訓(xùn)練，則可以產(chǎn)生一種相對(duì)更穩(wěn)定的晚期記憶——LTM，這種記憶依賴(lài)于蛋白質(zhì)合成，能夠維持超過(guò)1個(gè)星期。

在過(guò)去30年的研究中，有報(bào)道［5］揭示了果蠅中的一些介導(dǎo)短時(shí)記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶的遺傳分子機(jī)制。在分子生物學(xué)水平上，通過(guò)單個(gè)基因突變引起單個(gè)記憶階段的缺失，提示人們形成記憶的通路是按照一定的順序產(chǎn)生的。到目前為止，對(duì)突變體果蠅的研究表明，當(dāng)阻斷短時(shí)程記憶，往往跟隨著影響了后階段記憶的形成。例如，果蠅rutabaga（adenylyl cyclase），dunce（c AMPphosphodiesterase），以及 NF1基因的突變產(chǎn)生短時(shí)程記憶的缺陷，從而隨后造成長(zhǎng)時(shí)程記憶的缺陷［6，7］。

在神經(jīng)解剖學(xué)水平上，不同時(shí)程的記憶在大腦中的存儲(chǔ)區(qū)域在空間上是相互獨(dú)立的。蘑菇體是昆蟲(chóng)的高級(jí)活動(dòng)中樞，被稱(chēng)為昆蟲(chóng)的智能中心，是記憶形成的中樞。蘑菇體神經(jīng)元可以分成三類(lèi)：α／β，α’／β’，γ，每一個(gè)蘑菇體神經(jīng)元細(xì)胞，都把它們的軸突延伸至蘑菇體的神經(jīng)纖維區(qū)域，稱(chēng)之為葉（lobes）。α／β，α’／β’神經(jīng)元的軸突分成兩個(gè)分支，α和α’分支構(gòu)成蘑菇體的垂直葉（vertical lobes），同時(shí)β和β’分支形成蘑菇體的水平葉（horizontal lobes），γ神經(jīng)元只形成一個(gè)水平葉。蘑菇體的γ神經(jīng)元參與短時(shí)記憶，而α／β神經(jīng)元?jiǎng)t參與長(zhǎng)時(shí)程記憶［6，8］。記憶的形成也會(huì)在其他神經(jīng)解剖學(xué)組織中發(fā)生和形成，包括觸角葉（antennal lobe，AL）、橢圓體（ellipsoid body，EB）、扇型體（fanshap body，F(xiàn)B）和 DAL神經(jīng)元等［3，9］，這些證據(jù)表明不同時(shí)相記憶的神經(jīng)通路是相互獨(dú)立的。

Rugose（rg）基因在蘑菇體中調(diào)控獎(jiǎng)罰性短時(shí)程嗅覺(jué)記憶的形成［10］。到目前為止，只有rg基因突變的果蠅，表現(xiàn)出短時(shí)程記憶的缺陷，而抗麻醉記憶和需要蛋白質(zhì)合成參與的長(zhǎng)時(shí)程記憶卻都表現(xiàn)正常［11］。這提示，在分子和神經(jīng)解剖學(xué)水平上，短時(shí)程記憶和長(zhǎng)時(shí)程的記憶鞏固也存在分離。

2 嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶的形成需要多種分子參與

很多基因?qū)π嵊X(jué)學(xué)習(xí)記憶的生理基礎(chǔ)起著重要作用，這些基因突變后會(huì)影響到嗅覺(jué)記憶形成，文獻(xiàn)［12］介紹了關(guān)于這些基因及其主要的生理學(xué)功能。很多參與學(xué)習(xí)記憶的基因在蘑菇體神經(jīng)元中高表達(dá)，例如dunce（dnc），rutabaga（rut），DCo，PKA－RI，leonardo （leo），Volado （Vol），fasciclin II（fasII）和pumilio （pum）等，其它一些基因（cre，osk，eIF－5C）通過(guò)報(bào)告基因的表達(dá)而推測(cè)出在蘑菇體中高表達(dá)。

很多影響學(xué)習(xí)記憶的新基因及其表達(dá)產(chǎn)物也被逐漸鑒定出來(lái)，盡管更加精確的機(jī)制并不清楚。Zeng等［13］發(fā)現(xiàn)突觸粘附分子Neurexin參與到了果蠅幼蟲(chóng)的嗅覺(jué)聯(lián)想學(xué)習(xí)記憶，Neurexin突變體果蠅表現(xiàn)出嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶的缺陷。Neurexin是一類(lèi)神經(jīng)粘附分子，它們?cè)谕挥|的發(fā)生、維持以及功能中都扮演重要的角色［14］，在果蠅的大腦中廣泛表達(dá)，特別集中于蘑菇體。Knapek等［15］報(bào)道了一種廣泛表達(dá)的突觸前分子Bruchpilot（BRP），對(duì)抗麻醉記憶的形成是必須的。利用RNAi的方法降低BRP在蘑菇體中的表達(dá)，影響了果蠅的抗麻醉記憶的形成。BRP能夠促進(jìn)突觸前活性區(qū)的組裝，Ca2＋離子通道的募集以及突觸囊泡的釋放［16，17］。突觸前的Neurexin，BRP，Syd－1之間能夠形成一類(lèi)復(fù)合體，起到募集組裝突觸的功能［18］，這些證據(jù)表明這些分子在同一條通路中參與學(xué)習(xí)記憶的形成。CHICO是脊椎動(dòng)物胰島素受體在果蠅中的同源蛋白，它在果蠅的大腦中廣泛表達(dá)，包括蘑菇體，Naganos等［19］發(fā)現(xiàn)果蠅CHICO突變體也表現(xiàn)出嗅覺(jué)聯(lián)想學(xué)習(xí)記憶的缺陷，但是其機(jī)制并不清楚。隨著更多的學(xué)習(xí)記憶分子被鑒定出來(lái)，相信人們將能夠更深入的了解學(xué)習(xí)記憶的遺傳分子機(jī)制。

3 不同類(lèi)型神經(jīng)元在嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶中的作用

上級(jí)神經(jīng)元通過(guò)突觸前釋放的神經(jīng)遞質(zhì)作用于突觸后的遞質(zhì)受體，進(jìn)而傳遞信號(hào)到下級(jí)神經(jīng)元。果蠅大腦中神經(jīng)遞質(zhì)有谷氨酸（glutamate）、多巴胺（dopamine，DA）、章胺（octopamin，OA）、γ－氨基丁酸（GABA）、5－羥色胺（5－h(huán)ydroxy tryptamine，5－HT）等［20］，根據(jù)神經(jīng)遞質(zhì)以及遞質(zhì)受體的不同，神經(jīng)元可以分為不同類(lèi)型。多巴胺能神經(jīng)元（dopaminergic neurons）能夠傳遞懲罰性刺激信號(hào)，而章胺能神經(jīng)元（octopaminergic neurons）傳遞獎(jiǎng)賞性刺激信號(hào)到蘑菇體。來(lái)自GABA能神經(jīng)元的抑制性輸入作為控制嗅覺(jué)信號(hào)到蘑菇體的出入口，以此來(lái)控制果蠅學(xué)習(xí)某種氣味的能力。

3.1 多巴胺能神經(jīng)元

多巴胺是一種兒茶酚胺類(lèi)神經(jīng)遞質(zhì)，涉及到大腦的眾多功能，包括行為、認(rèn)知、學(xué)習(xí)和記憶等。在果蠅中，一般認(rèn)為多巴胺能神經(jīng)元傳遞懲罰性無(wú)條件刺激到蘑菇體［21］。多巴胺神經(jīng)元的軸突投射到蘑菇體的神經(jīng)纖維區(qū)，和臨近的蘑菇體神經(jīng)元形成突觸。根據(jù)在果蠅腦中的分布，多巴胺能神經(jīng)元可以分成13類(lèi)，其中有三類(lèi)（PAM，PPL1，PPL2ab）投射到蘑菇體的神經(jīng)纖維區(qū)［22］。電刺激果蠅的腹部，可以引起從多巴胺神經(jīng)元投射到蘑菇體lobes明顯的鈣信號(hào)［23］。這些證據(jù)表明多巴胺能神經(jīng)元能夠響應(yīng)電刺激，因此可以介導(dǎo)非條件刺激到蘑菇體中。15 min之前或者給出懲罰的條件刺激的同時(shí)阻斷多巴胺能神經(jīng)元的突觸傳遞，能夠阻斷刺激1 h之后的果蠅學(xué)習(xí)表現(xiàn)［24］。這表明條件刺激的同時(shí)多巴胺能神經(jīng)元突觸釋放對(duì)記憶的形成是必須的，這與這些神經(jīng)元在非條件信號(hào)呈現(xiàn)中所扮演的角色是一致的。dDA1和DAMB基因編碼蘑菇體神經(jīng)元中的D1樣DA受體，其中d DA1的突變體（dumb）表現(xiàn)出很少的或者幾乎缺失的嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶［25］。

但是多巴胺能神經(jīng)元并不是僅僅或者專(zhuān)一的在懲罰性嗅覺(jué)刺激的非條件刺激通路中起到作用。這些神經(jīng)元的激活對(duì)獎(jiǎng)賞性記憶形成也是需要的［26］。同時(shí)與學(xué)習(xí)記憶相反，多巴胺能神經(jīng)元還參與了遺忘的過(guò)程［27］。

3.2 章胺能神經(jīng)元

章胺做為節(jié)肢動(dòng)物中的神經(jīng)激素、神經(jīng)調(diào)質(zhì)以及神經(jīng)遞質(zhì)，是生命所必須的一種胺類(lèi)物質(zhì)。其中被鑒定出的一個(gè)章胺受體基因優(yōu)先在蘑菇體中表達(dá)，同時(shí)和腺苷環(huán)化酶相偶聯(lián)，這暗示章胺在調(diào)控行為可塑性中的重要作用。酪氨β羥化酶，一種合成章胺所必須的酶，其突變體果蠅獎(jiǎng)賞性學(xué)習(xí)記憶受到損傷，但是懲罰性條件刺激學(xué)習(xí)記憶正常。訓(xùn)練前在果蠅的食物中添加章胺能夠挽救這種突變體的獎(jiǎng)賞學(xué)習(xí)的缺陷［24］。阻斷章胺能神經(jīng)元的突觸傳遞，能夠損傷幼蟲(chóng)的嗅覺(jué)獎(jiǎng)賞學(xué)習(xí)［28］。這些結(jié)果暗示，章胺對(duì)獎(jiǎng)賞的加固是充分且必須的，這可能是通過(guò)激活章胺受體在蘑菇體神經(jīng)元中的表達(dá)起作用的。

3.3 GABA能神經(jīng)元

γ－氨基丁酸是調(diào)節(jié)神經(jīng)興奮的主要的抑制性遞質(zhì)［29］。在果蠅和哺乳動(dòng)物中，學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)環(huán)路都受GABA能神經(jīng)元的抑制性輸入高度調(diào)控。昆蟲(chóng)的蘑菇體受到GABA能中間神經(jīng)元的支配，利用Gad－Gal4（限制在GABA神經(jīng)元中表達(dá)）驅(qū)動(dòng)UAS－GFP的表達(dá)，顯示GFP全部在蘑菇體Calyx處聚集。由于GFP和突出前的標(biāo)記分子Synaptobrevin共表達(dá)，因此推測(cè)這些投射在蘑菇體的Calyx部位形成了功能性的突觸［30］。有人［31］發(fā)現(xiàn)蘑菇體的lobes區(qū)表達(dá)GABA 受體 RDL（resistance to dieldrin），這暗示 GABA能神經(jīng)元的投射可能在記憶的形成中扮演重要的角色。在蘑菇體中過(guò)表達(dá)RDL損害了嗅覺(jué)記憶的形成。另外，利用RNAi的方法降低RDL在蘑菇體中的表達(dá)增強(qiáng)了記憶的獲得，而不是記憶的穩(wěn)定，因此，蘑菇體中RDL的表達(dá)水平影響了記憶的獲取水平。

APL （anterior paired lateral）神經(jīng)元投射的 GABA能輸入到蘑菇體lobes區(qū)。APL的胞體定位于蘑菇體Calyx的側(cè)面，靠近側(cè)角（lateral horn，LH）［30］。通過(guò)特異性 RNAi方法阻斷APL神經(jīng)元中GABA的生物合成能夠增強(qiáng)嗅覺(jué)記憶的獲取。APL神經(jīng)元的功能成像分析顯示在接受氣味和電刺激時(shí)能夠增加細(xì)胞內(nèi)的鈣離子水平和遞質(zhì)的釋放。這些結(jié)果顯示APL神經(jīng)元通過(guò)釋放抑制性神經(jīng)遞質(zhì)GABA，抑制嗅覺(jué)學(xué)習(xí)，而GABA則是通過(guò)激活蘑菇體突觸后的RDL受體起作用的。這些都表明，GABA能神經(jīng)元的信息傳遞在學(xué)習(xí)和記憶中扮演著重要的角色。

4 腺苷酸環(huán)化酶

c AMP信號(hào)通路是了解最多的第二信使介導(dǎo)的信號(hào)途徑，在脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物的突觸可塑性以及學(xué)習(xí)和記憶中都起著重要的作用。在果蠅中，有一系列c AMP信號(hào)通路中的效應(yīng)分子都是學(xué)習(xí)記憶所必須的。

腺苷酸環(huán)化酶（adenylate cyclase，AC）能夠催化 ATP脫去一個(gè)焦磷酸生成c AMP，生成的c AMP作為第二信使通過(guò)激活PKA（c AMP依賴(lài)性蛋白激酶），使靶細(xì)胞蛋白磷酸化，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)。腺苷酸環(huán)化酶在蘑菇體神經(jīng)元中表達(dá)，參與嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶，由rut基因編碼。rut突變體表現(xiàn)出嗅覺(jué)學(xué)習(xí)的缺陷，在成蟲(chóng)蘑菇體中表達(dá)rut能夠恢復(fù)學(xué)習(xí)能力［32］。很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)這種形式的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)條件刺激與非條件刺激信號(hào)的整合至關(guān)重要。該酶對(duì)鈣和鈣調(diào)蛋白以及G蛋白的刺激很敏感［33］。因此，由于同時(shí)發(fā)生的電刺激和氣體分子的刺激，嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶可以引發(fā)兩種通路。刺激非條件刺激通路能夠激活多巴胺或者章胺受體相關(guān)聯(lián)的G蛋白，刺激條件刺激通路能夠通過(guò)電壓門(mén)控離子通道增加蘑菇體神經(jīng)元的鈣離子內(nèi)流。

通過(guò)果蠅大腦神經(jīng)元功能成像試驗(yàn)，Tomchik等［34］報(bào)道多巴胺、章胺或者乙酰膽堿（Ach）能夠提高蘑菇體中c AMP的濃度。把ACh添加到蘑菇體的Calyx能夠模擬氣味的信號(hào)，把多巴胺添加到蘑菇體的lobes能夠模擬電刺激信號(hào)，同時(shí)能夠增加c AMP的積累。重要的是，同時(shí)把乙酰膽堿添加到蘑菇體的Calyx，把多巴胺添加到蘑菇體的lobes能夠產(chǎn)生一個(gè)協(xié)同的增加c AMP的信號(hào)。這種協(xié)同作用增加的c AMP的濃度要比它們單獨(dú)作用增加的總和還要多得多。這種c AMP信號(hào)的協(xié)同作用依賴(lài)于腺苷酸環(huán)化酶，突變體則不能夠顯示這種協(xié)同效應(yīng)。報(bào)道［35］也證實(shí)腺苷酸環(huán)化酶激活c AMP的一個(gè)效應(yīng)分子PKA，做為條件刺激和非條件刺激信號(hào)同時(shí)發(fā)生的檢測(cè)器。

5 嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)環(huán)路

5.1 嗅覺(jué)信號(hào)、電刺激傳遞途徑

果蠅的嗅覺(jué)器官由天線（antennae）和下顎須（maxillary palps）組成，它們上面存在許多毛狀突起（sensilla），起到感知環(huán)境中氣味分子的作用。在果蠅的頭部，大約有1 300個(gè)嗅覺(jué)受體神經(jīng)元（olfactory receptor neurons，ORN），它們的樹(shù)突深入毛狀突起，其中嗅覺(jué)受體（olfactory receptor，OR）則分布在嗅覺(jué)受體神經(jīng)元中［36］。如圖1所示，嗅覺(jué)受體能夠識(shí)別環(huán)境中的氣味分子，從而引發(fā)嗅覺(jué)受體神經(jīng)元去極化，進(jìn)而傳導(dǎo)該信號(hào)。嗅覺(jué)受體神經(jīng)元的軸突投射至觸角葉區(qū)，它是昆蟲(chóng)大腦的嗅覺(jué)中心。嗅覺(jué)神經(jīng)元和投射神經(jīng)元（projection neurons，PN）在小球區(qū)（glomeruli）形成突觸。小球區(qū)是突觸密集、球形的神經(jīng)纖維結(jié)構(gòu)，起到翻譯來(lái)自嗅覺(jué)神經(jīng)元信號(hào)的作用。大約180個(gè)投射神經(jīng)元把它們的突觸伸展到蘑菇體的Calyx區(qū)域以及側(cè)角。蘑菇體神經(jīng)元也把它們的樹(shù)突投射到Calyx區(qū)域，和投射神經(jīng)元的軸突形成突觸。通常，科學(xué)家們用全細(xì)胞記錄或者鈣離子成像來(lái)研究嗅覺(jué)信號(hào)［37］。目前，人們還不明確果蠅接受電擊信號(hào)的神經(jīng)環(huán)路，但確切的是多巴胺能神經(jīng)元在傳遞懲罰性電擊信號(hào)中扮演著重要的角色。

圖1 果蠅嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)環(huán)路簡(jiǎn)圖Figure 1 Neuronal circuit of Drosophila learning ＆ memory

5.2 DAL神經(jīng)元

長(zhǎng)時(shí)程記憶依賴(lài)于蛋白質(zhì)的合成，Chen等［9］利用溫度敏感的毒素介導(dǎo)的核糖體失活抑制蛋白質(zhì)合成的方法，對(duì)果蠅中條件性嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶后蛋白質(zhì)合成進(jìn)行單個(gè)神經(jīng)元的篩選。令人意外的是，在一對(duì) DAL（dorsal－anterior－lateral）神經(jīng)元中抑制蛋白質(zhì)的合成破壞了長(zhǎng)時(shí)程記憶的形成，而不是在通常認(rèn)為學(xué)習(xí)記憶的中樞——蘑菇體。利用光轉(zhuǎn)變熒光蛋白KAEDE報(bào)告內(nèi)源性蛋白質(zhì)合成技術(shù)，在間斷性訓(xùn)練后，它們可以直接觀察到DAL神經(jīng)元中c AMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白 CREB依賴(lài)的 Ca MKII（calcium／calmodulin－dependent protein kinase II）和period 基因的轉(zhuǎn)錄激活。阻斷 DAL神經(jīng)元的輸出后，會(huì)破壞記憶的索取，而不是記憶的獲得和鞏固。這些發(fā)現(xiàn)提示一個(gè)蘑菇體之外的記憶環(huán)路：長(zhǎng)時(shí)程記憶的鞏固（從蘑菇體到DAL神經(jīng)元），記憶的存儲(chǔ)（DAL神經(jīng)元），記憶的索?。―AL神經(jīng)元到蘑菇體）。同時(shí)這些發(fā)現(xiàn)也表明了蘑菇體之外的CREB介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)在學(xué)習(xí)記憶中的重要作用。

5.3 橢圓體R2／R4m神經(jīng)元

橢圓體位于蘑菇體的后方，是中央復(fù)合體比較靠前的結(jié)構(gòu)，它由四類(lèi)Large－field ring神經(jīng)元（R1－R4）構(gòu)成了典型的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。有人［38］報(bào)道了橢圓體中的NMDA受體對(duì)長(zhǎng)時(shí)程記憶的鞏固起到重要的作用。Zhang等［3］發(fā)現(xiàn)激活橢圓體中的R2／R4m神經(jīng)元并不影響果蠅的學(xué)習(xí)指數(shù)，而是特異的消除了麻醉敏感記憶。他們又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，其中約有2／3的R2／R4m是GABA能神經(jīng)元，起到抑制麻醉敏感記憶的作用。利用 GRASP （GFP reconstitution across synaptic partners）技術(shù)，他們又揭示了位于橢圓體神經(jīng)元突觸區(qū)域的橢圓體和蘑菇體之間潛在的突觸聯(lián)系，暗示了存在于這兩種重要的大腦結(jié)構(gòu)之間的雙向連接。他們的發(fā)現(xiàn)揭示了橢圓體和蘑菇體之間的直接連接，為對(duì)嗅覺(jué)學(xué)習(xí)記憶之間的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)提供了新的見(jiàn)解。

5.4 調(diào)節(jié)神經(jīng)元：APL和DPM

DPM（dorsal paired medial）神經(jīng)元能夠支配蘑菇體，同時(shí)它們主要投射到蘑菇體α’和β’lobes區(qū)域，懲罰性和獎(jiǎng)賞性的嗅覺(jué)記憶的形成均需要DPM神經(jīng)元的輸出［39］。神經(jīng)元細(xì)胞之間也會(huì)形成縫隙連接（gap junction），它們形成的連接能夠使得小分子穿梭于細(xì)胞之間，同時(shí)使得細(xì)胞之間的活性同步化，從而起到調(diào)節(jié)神經(jīng)元的代謝和穩(wěn)態(tài)的作用，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)縫隙連接和記憶的形成有一定的關(guān)系［40］。Wu等［41］發(fā)現(xiàn)APL和DPM神經(jīng)元，能夠和 MB之間形成異性的縫隙連接。利用RNA干擾技術(shù)，分別降低APL和DPM神經(jīng)元中in x 7和in x 6基因的表達(dá)水平，他們發(fā)現(xiàn)果蠅表現(xiàn)出正常的嗅覺(jué)學(xué)習(xí)能力和完整的抗麻醉記憶，但是不能夠形成麻醉敏感記憶。這些結(jié)果提示APL、DPM神經(jīng)元和蘑菇體之間形成的異嗜性縫隙連接是形成記憶的蘑菇體神經(jīng)環(huán)路中至關(guān)重要的組成部分，潛在的構(gòu)成穩(wěn)固麻醉敏感記憶的新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

6 結(jié)語(yǔ)和展望

從信息的加工處理角度來(lái)看，記憶需要被接收，編碼，存儲(chǔ)，保留以及索取等一系列過(guò)程［42］，最后才能形成一個(gè)完整的學(xué)習(xí)記憶回路，其中記憶的鞏固顯得尤為重要。在該過(guò)程中，每個(gè)涉及到的單個(gè)神經(jīng)元內(nèi)，都會(huì)發(fā)生很多的變化，比如配體與受體結(jié)合，神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，蛋白質(zhì)的磷酸化，新基因的合成等等。此外，也需要不同類(lèi)型的神經(jīng)元以及腦區(qū)組織之間信息交流、傳遞。目前，對(duì)此了解依然很有限，很多的科學(xué)問(wèn)題仍需探索解決。

基于果蠅強(qiáng)大的分子工具以及遺傳學(xué)操作，已經(jīng)了解了很多學(xué)習(xí)記憶的潛在機(jī)制。這幫助人們闡釋了關(guān)于學(xué)習(xí)的條件刺激和非條件刺激的神經(jīng)通路以及整合的調(diào)控分子、實(shí)時(shí)分子動(dòng)態(tài)。由于果蠅的大腦結(jié)構(gòu)比高等生物簡(jiǎn)單得多，人們能夠很容易地鑒定出參與形成學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)元、相關(guān)的神經(jīng)元環(huán)路，從而解析出學(xué)習(xí)記憶的遺傳與分子機(jī)制。至今，對(duì)果蠅學(xué)習(xí)記憶的研究已經(jīng)歷了一個(gè)從行為學(xué)到分子神經(jīng)生物學(xué)的過(guò)程。得益于新的生物學(xué)手段技術(shù)的改進(jìn)，人們能夠更加微觀地研究、揭示學(xué)習(xí)記憶的遺傳分子機(jī)制。除此之外，為了進(jìn)一步解析嗅覺(jué)信息的傳遞通路，人們目前最關(guān)心的是如何將果蠅中得到的研究成果推廣到高等動(dòng)物的研究中去。學(xué)習(xí)記憶是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，在神經(jīng)科學(xué)研究的漫漫長(zhǎng)路中我們還有很長(zhǎng)的路要走，其明確的機(jī)制將會(huì)對(duì)日后神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療，尤其是學(xué)習(xí)記憶相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的治療帶來(lái)巨大的飛躍。

1 Balling A，Technau G M，Heisenberg M.Are the structural changes in adult Drosophila mushroom bodies memory traces？Studies on biochemical learning mutants［J］.J.Neurogenet.，2007，21（4）：209～217.

2 Mayford M，Kandel E R.Genetic approaches to memory storage［J］.Trends Genet.，1999，15（11）：463～470.

3 Zhang Z，Li X，Guo J，et al.Two clusters of GABAergic ellipsoid body neurons modulate olfactory labile memory in Drosophila［J］.J.Neurosci.，2013，33（12）：5 175～5 181.

4 Margulies C，Tully T，Dubnau J.Deconstructing memory in Drosophila［J］.Curr Biol.，2005，15（17）：R700～713.

5 McGuire S E，Deshazer M，Davis R L.Thirty years of olfactory learning and memory research in Drosophila melanogaster［J］.Prog Neurobiol.，2005，76（5）：328～347.

6 Blum A L，Li W，Cressy M，et al.Short－and long－term memory in Drosophila require c AMP signaling in distinct neuron types［J］.Curr Biol.，2009，19（16）：1 341～1 350.

7 Ho I S，Hannan F，Guo H F，et al.Distinct functional domains of neurofibromatosis type 1 regulate immediate versus long－term memory formation［J］.J.Neurosci.，2007，27（25）：6 852～6 857.

8 Trannoy S，Redt－Clouet C，Dura J M，et al.Parallel processing of appetitive short－and long－term memories in Drosophila［J］.Curr Biol.，2011，21（19）：1 647～1 653.

9 Chen C C，Wu J K，Lin H W，et al.Visualizing long－term memory formation in two neurons of the Drosophila brain［J］.Science，2012，335（6 069）：678～685.

10 Volders K，Scholz S，Slabbaert J R，et al.Drosophila rugose is a functional homolog of mammalian Neurobeachin and affects synaptic architecture，brain morphology，and associative learning［J］.J.Neurosci.，2012，32（43）：15 193～15 204.

11 Zhao J，Lv Y，Zhao X，et al.Dissociation of rugose－dependent short－term memory component from memory consolidation in drosophila［J］.Genes Brain Behav.，2013，12（6）：626～632.

12 Dubnau J，Chiang A S，Grady L，et al.The staufen／pumilio pathway is involved in Drosophila long－term memory［J］.Curr Biol.，2003，13（4）：286～296.

13 Zeng X，Sun M，Liu L，et al.Neurexin－1 is required for synapse formation and larvae associative learning in Drosophila［J］.FEBS Lett，2007，581（13）：2 509～2 516.

14 Tian Y，Li T，Sun M，et al.Neurexin regulates visual function via mediating retinoid transport to promote rhodopsin maturation［J］.Neuron，2013，77（2）：311～322.

15 Knapek S，Sigrist S，Tanimoto H.Bruchpilot，a synaptic active zone protein for anesthesia－resistant memory［J］.J.Neurosci.，2011，31（9）：3 453～3 458.

16 Kittel R J，Wichmann C，Rasse T M，et al.Bruchpilot promotes active zone assembly，Ca2＋channel clustering，and vesicle release［J］.Science，2006，312（5 776）：1 051～1 054.

17 Fouquet W，Owald D，Wichmann C，et al.Maturation of active zone assembly by Drosophila Bruchpilot［J］.J.Cell Biol.，2009，186（1）：129～145.

18 Owald D，Khorramshahi O，Gupta VK，et al.Cooperation of Syd－1 with Neurexin synchronizes pre－with postsynaptic assembly［J］.Nat Neurosci，2012，15（9）：1 219～1 226.

19 Naganos S，Horiuchi J，Saitoe M.Mutations in the Drosophila insulin receptor substrate，CHICO，impair olfactory associative learning［J］.Neurosci Res，2012，73（1）：49～55.

20 Sehgal A，Mignot E.Genetics of sleep and sleep disorders［J］.Cell，2011，146（2）：194～207.

21 Davis R L.Traces of Drosophila memory［J］.Neuron，2011，70（1）：8～19.

22 Mao Z，Davis R L.Eight different types of dopaminergic neurons innervate the Drosophila mushroom body neuropil：anatomical and physiological heterogeneity［J］.Front Neural Circuits，2009，3：5.doi：10.3389／neuro.04.005.2009.

23 Riemensperger T，Voller T，Stock P，et al.Punishment prediction by dopaminergic neurons in Drosophila［J］.Curr Biol.，2005，15（21）：1 953～1 960.

24 Schwaerzel M，Monastirioti M，Scholz H，et al.Dopamine and octopamine differentiate between aversive and appetitive olfactory memories in Drosophila［J］.J.Neurosci，2003，23（33）：10 495～10 502.

25 Kim Y C，Lee H G，Han K A.D1 dopamine receptor dDA1 is required in the mushroom body neurons for aversive and appetitive learning in Drosophila［J］.J.Neurosci，2007，27（29）：7 640～7 647.

26 Krashes M J，DasGupta S，Vreede A，et al.A neural circuit mechanism integrating motivational state with memory expression in Drosophila［J］.Cell，2009，139（2）：416～427.

27 Berry J A，Cervantes－Sandoval I，Nicholas E P，et al.Dopamine is required for learning and forgetting in Drosophila［J］.Neuron，2012，74（3）：530～542.

28 Honjo K，F(xiàn)urukubo－Tokunaga K.Distinctive neuronal networks and biochemical pathways for appetitive and aversive memory in Drosophila larvae［J］.J.Neurosci，2009，29（3）：852～862.

29 Moult PR.Neuronal glutamate and GABAA receptor function in health and disease［J］.Biochem Soc Trans，2009，37（Pt 6）：1 317～1 322.

30 Leiss F，Groh C，Butcher N J，et al.Synaptic organization in the adult Drosophila mushroom body calyx［J］.J.Comp Neurol，2009，517（6）：808～824.

31 Liu X，Krause W C，Davis R L.GABAA receptor RDL inhibits Drosophila olfactory associative learning［J］.Neuron，2007，56（6）：1 090～1 102.

32 McGuire S E，Mao Z，Davis R L.Spatiotemporal gene expression targeting with the TARGET and gene－switch systems in Drosophila［J］.Sci.STKE，2004，2004（220）：pl6.

33 Levin L R，Han P L，Hwang P M，et al.The Drosophila learning and memory gene rutabaga encodes a Ca2＋／Calmodulin－responsive adenylyl cyclase［J］.Cell，1992，68（3）：479～489.

34 Tomchik S M，Davis R L.Dynamics of learning－related c AMP signaling and stimulus integration in the Drosophila olfactory pathway［J］.Neuron，2009，64（4）：510～521.

35 Gervasi N，Tchenio P，Preat T.PKA dynamics in a Drosophila learning center：coincidence detection by rutabaga adenylyl cyclase and spatial regulation by dunce phosphodiesterase［J］.Neuron，2010，65（4）：516～529.

36 Kaupp U B.Olfactory signalling in vertebrates and insects：differences and commonalities［J］.Nat Rev Neurosci，2010，11（3）：188～200.

37 Turner G C，Bazhenov M，Laurent G.Olfactory representations by Drosophila mushroom body neurons［J］.J.Neurophysiol，2008，99（2）：734～746.

38 Wu C L，Xia S，F(xiàn)u T F，et al.Specific requirement of NMDA receptors for long－term memory consolidation in Drosophila ellipsoid body［J］.Nat Neurosci，2007，10（12）：1 578～1 586.

39 Keene A C，Krashes M J，Leung B，et al.Drosophila dorsal paired medial neurons provide a general mechanism for memory consolidation［J］.Curr Biol.，2006，16（15）：1 524～1 530.

40 Kielian T.Glial connexins and gap junctions in CNS inflammation and disease［J］.J.Neurochem，2008，106（3）：1 000～1 016.

41 Wu C L，Shih M F，Lai J S，et al.Heterotypic gap junctions between two neurons in the drosophila brain are critical for memory［J］.Curr Biol.，2011，21（10）：848～854.

42 Dubnau J，Chiang A S.Systems memory consolidation in Drosophila［J］.Curr Opin Neurobiol，2013，23（1）：84～91.