簡(jiǎn)介：2型糖尿病（T2D）是一種代謝紊亂，主要通過(guò)降低胰島素敏感性和高血糖水平（即高血糖癥）來(lái)識別。 它是全世界死亡的重要原因之一。慢性血糖升高是T2D的主要生化診斷指標。它的發(fā)生是由于胰島素的分泌或功能喪失，胰島素是一種促進(jìn)葡萄糖從血液轉運到細胞的激素。 如今，血糖水平的升高（即高血糖癥）也會(huì )影響高度復雜的大腦活動(dòng)，例如個(gè)人的學(xué)習和記憶。長(cháng)期以來(lái)，斑馬魚(yú)一直是發(fā)育生物學(xué)研究的首選物種之一。近來(lái)，斑馬魚(yú)的使用在神經(jīng)行為研究中呈指數級增長(cháng)。由于其體積?。ǔ赡觌A段長(cháng)4厘米）、繁殖力高、多產(chǎn)（每雌產(chǎn)卵200枚）、成本低、易于維護、發(fā)育迅速、胚胎期透明等優(yōu)點(diǎn)，已成為一種重要的模式生物。此外，這種簡(jiǎn)單脊椎動(dòng)物的神經(jīng)化學(xué)特性和大腦的基本布局幾乎與包括哺乳動(dòng)物在內的高等脊椎動(dòng)物相似。

　　盡管在學(xué)習和記憶領(lǐng)域已有多年的成功研究，但在哺乳動(dòng)物的不同神經(jīng)行為和其他疾病中，如此復雜的腦機制仍有待進(jìn)一步研究。為此，斑馬魚(yú)由于其潛在的轉化相關(guān)性（即與哺乳動(dòng)物基因相似的高核苷酸序列同源性和功能相似性）而成為了很好的模型。已經(jīng)對斑馬魚(yú)的正常學(xué)習和行為記憶做了大量的研究。然而，高血糖對斑馬魚(yú)學(xué)習記憶能力的影響尚未見(jiàn)文獻報道。因此，在本研究中，我們試圖通過(guò)在T-plus迷宮測試和空間學(xué)習測試中手動(dòng)記錄行為，來(lái)量化成年斑馬魚(yú)高血糖模型的學(xué)習和記憶表現。T-plus迷宮試驗和空間學(xué)習試驗已經(jīng)被用于嚙齒動(dòng)物的學(xué)習和記憶研究。這些測試利用斑馬魚(yú)的非空間聯(lián)想和空間學(xué)習能力，分別將視覺(jué)線(xiàn)索與食物獎勵、迷宮內或迷宮外線(xiàn)索聯(lián)系起來(lái)?？臻g學(xué)習可以定義為生物體通過(guò)獲取外部環(huán)境中空間線(xiàn)索之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系來(lái)建立空間地圖的過(guò)程。先前的一些研究已經(jīng)證明了正常成年斑馬魚(yú)的簡(jiǎn)單非空間學(xué)習和空間學(xué)習，并通過(guò)分析在目標臂或區域內的時(shí)間、目標臂或區域訪(fǎng)問(wèn)的頻率和手臂訪(fǎng)問(wèn)的總次數來(lái)表征學(xué)習和記憶性能。在這項研究中，我們根據簡(jiǎn)單的聯(lián)想學(xué)習任務(wù)和空間學(xué)習任務(wù)訓練高血糖斑馬魚(yú)，以測試高血糖引起的斑馬魚(yú)的學(xué)習和記憶性能。

　　動(dòng)物：實(shí)驗使用了兩個(gè)性別的野生型成年斑馬魚(yú)品系（6-10月齡）。魚(yú)在過(guò)濾后的水中飼喂，室溫和水溫均保持在約28°C。在12-12小時(shí)的明暗循環(huán)中，由天花板和壁掛式管燈（直接放置在水箱上方）提供照明。每天兩次給魚(yú)喂食四片薄片狀食物。

　　誘發(fā)高血糖：

　　通過(guò)存活研究確定，將15只成年動(dòng)物的組置于28℃的5升水容器中，每個(gè)容器包含不同的蔗糖溶液，即27.75mM，55.50mM和83.25mM。在接下來(lái)的14天里，這些魚(yú)保持在相同的條件下。在實(shí)驗過(guò)程中，為了防止溶液中蔗糖濃度的進(jìn)一步變化，魚(yú)沒(méi)有被喂食。. 對照組動(dòng)物也在5升的容器中飼喂，與蔗糖處理組的時(shí)間和條件相同。根據上述研究，選擇了83.25mM蔗糖溶液，因為其血糖水平與誘導穩定高血糖的水平相近，然后將每組10只成年動(dòng)物放在83.25mM蔗糖溶液的7升水槽中，并在室溫下飼養14天，以誘導穩定的高血糖。

　　T-迷宮測試：

　　所使用的測試設備由四臂，T形透明玻璃迷宮組成，與之前的其他實(shí)驗相同。迷宮的四個(gè)臂（長(cháng)35厘米，寬11厘米，高20厘米）通過(guò)一個(gè)正方形（11厘米×11厘米）相互連接，在這個(gè)正方形里可以放下一個(gè)啟動(dòng)盒，通過(guò)抬起啟動(dòng)盒就可以進(jìn)入。T-plus迷宮被放置在一個(gè)大的透明玻璃水箱（長(cháng)86厘米，寬86厘米，高20厘米）中，里面裝滿(mǎn)水，溫度由四個(gè)對稱(chēng)定位的水族箱恒溫器控制，從而幫助我們保持迷宮中恒定的水溫。整個(gè)裝置被放置在一個(gè)旋轉的圓形平臺上，這樣我們就可以很容易地按照試驗的要求定位迷宮。

　　空間學(xué)習測驗：

　　所用的試驗裝置由一個(gè)透明的方形開(kāi)放式玻璃罐（長(cháng)80cm，寬80cm，高20cm）和四個(gè)透明的刺激罐（長(cháng)26cm，寬15cm，高10cm）組成，罐的每一側都與角落等距。方形起始箱（長(cháng)10厘米，寬10厘米，高10厘米）也放置在水箱的中心，用于將魚(yú)轉移到行為水箱中。刺激池和試驗池的水位相等，溫度由四個(gè)對稱(chēng)放置的水族館恒溫器保持在28攝氏度，從而幫助我們保持儀器中的恒定水溫。整個(gè)測試分四個(gè)階段進(jìn)行：習慣，訓練，探究和行為量化。

　　結果：誘發(fā)高血糖

　　我們的研究結果表明，與對照組動(dòng)物相比，在試驗的第14天之前，將斑馬魚(yú)飼喂在4％以下的不同蔗糖溶液中會(huì )引起血糖水平的升高。因此，我們選擇了3種不同的蔗糖濃度（低于4%的蔗糖溶液），即27.75mM、55.50mM和83.25mM，并在14天內以不同的固定間隔檢查血糖水平。為了驗證不同蔗糖濃度處理對斑馬魚(yú)血糖的影響，我們對數據進(jìn)行了單因素方差分析和雙向方差分析，發(fā)現83.25mM的蔗糖濃度是誘導斑馬魚(yú)穩定高血糖的具有統計學(xué)意義的濃度。此外，蔗糖濃度和天數對血糖水平的影響也非常顯著(zhù)。這些數據表明在斑馬魚(yú)中可以誘導和維持高血糖。

　　T迷宮試驗：

　　首先，我們在簡(jiǎn)單聯(lián)想學(xué)習任務(wù)的訓練階段（第一次和最后一次試驗）和探索試驗（提示卡和無(wú)提示卡）中，我們檢查了高血糖魚(yú)在含有食物獎勵的目標手臂上所花的時(shí)間百分比。觀(guān)察到對照魚(yú)和高血糖魚(yú)對目標臂均表現出一定的偏愛(ài)。 其背后的原因可能是因為目標臂是唯一的食物存放地點(diǎn)，因此斑馬魚(yú)可能實(shí)際上在這里花費了更多的時(shí)間來(lái)食用食物。。 此外，我們發(fā)現，與對照魚(yú)相比，高血糖魚(yú)在訓練和探究試驗期間在目標手臂上花費的時(shí)間更少。另外，重要的是，發(fā)現與第一次訓練試驗和帶提示卡的探究試驗相比，隨著(zhù)試驗次數的增加，即在最后一次訓練試驗和沒(méi)有提示卡的探究試驗中，高血糖魚(yú)花費的時(shí)間減少了。

　　空間學(xué)習測驗：通過(guò)本實(shí)驗，我們首先測試了正常斑馬魚(yú)和高血糖斑馬魚(yú)在訓練中的表現。這里我們報告第一次和最后一次（第20次）試驗的結果。配對和不配對訓練組中的魚(yú)都更喜歡留在目標區域，而目標區域包含刺激魚(yú)。在第一次試驗中，配對組和未配對組在靶區的單位面積上花費的時(shí)間百分比沒(méi)有顯著(zhù)差異。然而，在第20次試驗中，配對組和未配對組在靶區的時(shí)間百分比有顯著(zhù)差異。這些結果表明，在整個(gè)訓練過(guò)程中，所有魚(yú)類(lèi)都始終保持與刺激魚(yú)類(lèi)保持密切聯(lián)系的動(dòng)機，這一發(fā)現與先前報道的斑馬魚(yú)強烈的淺灘化趨勢相符。

　　結論：總的來(lái)說(shuō)T2D可導致認知障礙，例如學(xué)習和記憶能力下降，實(shí)驗結果證實(shí)了高糖陌生環(huán)境誘導高血糖斑馬魚(yú)并影響了斑馬魚(yú)的認知能力，并且高血糖與認知能力之間存在一定的關(guān)系。高血糖斑馬魚(yú)的學(xué)習記憶能力與T2D顯著(zhù)相關(guān)。有了這些信息，可以進(jìn)一步闡明參與神經(jīng)退行性變的基因、蛋白因子和通路，從而解釋或發(fā)現其在T2D中的作用機制，從而對T2D有一定的新的認識，也為今后T2D患者的治療提供了新的思路。