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双酚A暴露后,海马学习响应变弱

Environment & health (Washington, D.C.) · 2025-07-07

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Environment & Health · 研究前沿

双酚A暴露后,海马学习响应变弱

在发育期暴露雄鼠中,空间任务表现、海马输入读出与学习中的钙响应改变。增强 CA1 活动可改善表现,其他亚区的增强尝试则出现严重发作样反应。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

小鼠寻找一个记住的位置时,海马网络正在处理环境线索。环境化学物质双酚A暴露,会怎样改变这个过程?发表于 Environment & Health 的研究从行为、细胞分支、突触输入与实时活动几个层面,观察了发育期暴露后的雄鼠。研究发现,学习中的海马响应减弱,而不同亚区的细胞变化并不完全相同。

关键发现

双酚A暴露组空间任务表现较弱,海马多处突触事件频率降低,学习中的钙响应峰值较小、时序改变;提高 CA1 兴奋性细胞活动可改善相关行为表现。

阅读目录 · 6个部分

寻找记住的位置变得较慢

研究观察从断奶后至成年早期的持续暴露,行为测试在暴露结束后进行。水迷宫学习阶段,暴露组找到平台较慢;后续去掉平台的测试中,穿越原平台位置的次数和在目标象限停留的时间也较少。变化同时出现在学习过程及后续空间偏好读出中。

测试中的总运动路程没有显著组间差别。这让结果更集中于寻找位置的表现,而不是总路程减少。接下来,团队把注意力转向支持空间任务的海马网络:哪些输入、细胞结构与响应方式发生了变化?

原论文图 1空间学习及目标位置偏好
空间学习及目标位置偏好
原论文 Figure 1:暴露组学习时寻找平台较慢,后续原平台穿越次数及目标象限时间较低;总运动路程未显著改变。
来源:Bi N et al. · Environment & health (Washington, D.C.) · CC BY-NC-ND
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海马内外的输入读出降低

海马齿状回、CA3 与 CA1 之间存在兴奋性联系,内嗅皮层也向海马提供输入。跨突触示踪结果显示,暴露组的齿状回—CA3、CA3—CA1 输入比例较低;内嗅皮层通往齿状回及 CA1 的对应比例也下降。

这一读出比较的是上游标记细胞与起始标记细胞的比例,描述了网络输入的相对变化。它把行为差别与多个相连环节联系起来,也引出了细胞层面的问题:这些网络中的神经元,接收信号的结构与电响应是否仍然相同?

海马既有内部相连的环节,也接收皮层直接输入;这些联系的共同变化,使单一脑区之外的网络状态成为研究焦点。

原论文图 2海马内部的示踪输入比例
海马内部的示踪输入比例
原论文 Figure 2:暴露组 CA3 到 CA1、齿状回到 CA3 的跨突触示踪输入比例降低。
来源:Bi N et al. · Environment & health (Washington, D.C.) · CC BY-NC-ND
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分支变简,但兴奋性并非全都下降

三处海马亚区的兴奋性神经元分支复杂度均较低,提示接收输入的细胞结构发生变化。电活动观察则显示更细的分工:CA1 和 CA3 的内在兴奋性及静息电位没有明显改变,齿状回颗粒细胞的内在兴奋性却降低。

三处细胞接收到的微小兴奋性突触事件频率都降低,单次事件幅度却相近;静息电位也没有显著改变。突触前相关标记下降,所测突触后标记相近。与其把所有细胞看成同样“变弱”,这组结果更像不同环节以不同方式改变。

对 CA1 和 CA3 而言,细胞本身对直接刺激的响应相近,并不意味着它们在完整网络中得到的输入相同。这个差别成为理解后续实时活动的关键:细胞的内在状态,与它在任务中被网络调动的程度,是两种不同的观察。

原论文图 5海马细胞的内在与突触电活动
海马细胞的内在与突触电活动
原论文 Figure 5:三处海马亚区的微小兴奋性事件频率下降、幅度相近;CA1/CA3 内在兴奋性未显著改变,齿状回兴奋性降低,各区静息电位相近。
来源:Bi N et al. · Environment & health (Washington, D.C.) · CC BY-NC-ND
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峰值较低,响应时序改变

任务中的神经元钙活动提供了动态读出。寻找平台时,海马响应高于停留在平台上的阶段,响应强度还随学习进程改变。暴露组 CA1、CA3 和齿状回的响应峰值较低,峰值时序也发生变化。

CA1 与 CA3 的内在兴奋性没有明显下降,学习中的响应却减弱,这与输入事件频率降低相互呼应。静态细胞观察与真实任务活动放在一起,显示了网络层面的变化:细胞可以保有部分本身的电性质,却在行为中表现出不同响应。

原论文图 6学习事件附近的海马钙响应
学习事件附近的海马钙响应
原论文 Figure 6:暴露组 CA1、CA3 与齿状回在空间任务中的钙响应峰值较低,峰值时序改变。
来源:Bi N et al. · Environment & health (Washington, D.C.) · CC BY-NC-ND
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提高 CA1 活动后,表现改善

提高背侧海马 CA1 兴奋性神经元活动后,暴露组寻找平台的速度改善,后续原平台穿越次数及目标象限时间也增加,总运动路程仍相近。CA1 活动变化与这项空间行为改善之间,由此出现了干预证据。

其他亚区的尝试却不同:增强 CA3 或齿状回相关细胞时,出现严重发作样反应,甚至死亡,因而未完成同样的空间行为比较。神经网络中的不同节点,对增强活动的响应有明显差别。

原论文图 7CA1 活动增强后的空间表现
CA1 活动增强后的空间表现
原论文 Figure 7:提高 CA1 兴奋性神经元活动,改善暴露组的学习潜伏期、原平台穿越次数及目标象限时间,总运动路程未显著改变。
来源:Bi N et al. · Environment & health (Washington, D.C.) · CC BY-NC-ND
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学习响应由网络状态共同塑造

这项研究把行为变化与分支结构、输入事件和实时活动连接起来。空间表现较弱,并不对应每处神经元都失去同样的功能:有的细胞内在兴奋性改变,有的更多显示输入与任务响应改变,而改变 CA1 活动能够影响最终表现。

结果来自雄鼠的特定发育期暴露条件,并在暴露结束后观察。它展示了环境因素如何与多个神经层次的变化相连,也说明理解记忆需要同时看细胞自身与细胞之间的通信:学习中的响应,是整个网络参与的结果。

论文信息

Bi N, Huang C, Gu X, Wang R, Liu H, Zhou R, Zhang H, Chen XT, Wang HL.
Bisphenol A Impairs Spatial Memory by Inhibiting Hippocampal Excitatory Neuronal Response During Learning Events
Environment & health (Washington, D.C.) · 2025-07-07
DOI: 10.1021/envhealth.5c00110