目的：研究4周的有氧运动联合安寐丹对睡眠剥夺模型大鼠海马突触可塑性标志蛋白、突触超微结构的影响，探究其改善睡眠剥夺大鼠学习记忆的可能作用机制。方法：将50只SD大鼠随机分为空白对照组（C组）、睡眠剥夺组（M组）、有氧运动+睡眠剥夺组（MEX组）、安寐丹+睡眠剥夺组（MA组，18.18g·kg~(-1)·d~(-1)）及有氧运动+安寐丹+睡眠剥夺组（MEXA组，18.18g·kg~(-1)·d~(-1)）。MA组安寐丹灌胃4周、MEX组进行4周的有氧运动、MEXA组安寐丹灌胃联合有氧运动4周之后采用多平台水环境法进行连续72h睡眠剥夺。睡眠剥夺结束后采用Morris水迷宫评估各组大鼠学习记忆能力，苏木-伊红（HE）染色观察大鼠海马神经元形态改变，透射电镜观察大鼠海马突触超微结构，蛋白免疫印迹法(Western blot)检测大鼠海马脑源性神经营养因子(BDNF)、酪氨酸激酶受体B(TrkB)、cAMP反应元件结合蛋白(CREB)、突触后密度蛋白95(PSD-95)、突触素(SYN)表达水平，荧光定量聚合酶链式反应（Real-time PCR）检测大鼠海马BDNF、TrkB、CREB mRNA相对表达量。结果：与C组相比，M组大鼠上平台潜伏期和游泳总路程显著延长（P0.01），穿越平台次数和目标象限停留时间显著减少（P0.01），部分海马神经元损伤、数量减少且排列紊乱，突触间隙模糊，突触后致密物变薄，突触小泡密度不均，BDNF、TrkB、CREB蛋白表达水平及mRNA相对表达量显著下降（P0.01），PSD-95、SYN蛋白表达显著降低（P0.01）。与M组相比，MA组、MEX组、MEXA组大鼠上平台潜伏期和游泳总路程有所降低、穿越平台次数和目标象限停留时间有所增加（P0.05，P0.01），海马神经元损伤减轻，排列较整齐，突触结构较完整、突触后致密物增厚、突触小泡密度均匀，BDNF、TrkB、CREB蛋白表达水平及mRNA表达量升高（P0.05，P0.01），PSD-95、SYN蛋白表达上升（P0.05，P0.01）。结论：有氧运动联合安寐丹可以改善睡眠剥夺大鼠学习记忆，其作用机制可能与调控BDNF/TrkB/CERB信号通路、上调PSD-95、SYN的表达，改善突触结构损伤有关，且联合干预优于单一运动或药物。