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为探究早期生活应激(ELS)影响,研究人员对青春期小鼠展开研究,发现其对雌鼠影响更显著,意义重大。
在生命的早期阶段,大脑就像一张白纸,外界的经历如同画笔,在上面留下或深或浅的痕迹。早期生活应激(Early Life Stress,ELS)便是其中一种特殊的 “笔触”,它被视为众多精神疾病的潜在风险因素,还可能让个体在日后更容易出现认知和执行功能障碍。比如,小时候经历过长期家庭动荡的孩子,长大后在学习和工作中可能会面临注意力不集中、记忆力下降等问题。
大脑中的内侧前额叶皮质(medial portion of the prefrontal cortex,mPFC),在短期和工作记忆、决策以及情绪调节方面发挥着关键作用。然而,与其他脑区相比,mPFC 发育较晚,且富含糖皮质激素受体,这使得它在面对 ELS 时显得格外脆弱。以往研究虽已表明 ELS 会损害与 PFC 相关的记忆任务表现,但对于其背后的分子机制,科学家们还知之甚少。而且,之前多数关于 ELS 的研究聚焦于成年动物,对于青春期动物在 ELS 影响下的变化,尤其是分子和行为表型的改变,研究相对不足。
为了填补这些研究空白,来自美国科罗拉多大学安舒茨医学校区精神病学系、巴西里约热内卢州天主教大学医学院等机构的研究人员,以青春期雄性和雌性 BALB/cJ 小鼠为研究对象,开展了一系列实验,并将研究成果发表在《Molecular Neurobiology》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先,建立了 ELS 小鼠模型,让小鼠从出生后第 2 天(postnatal day 2,PND 2)到 PND 15,每天经历 3 小时的母婴分离(maternal separation,MS),同时生活在有限垫料(limited bedding,LB)的环境中,模拟早期生活的多重不良经历,对照组小鼠则正常生活。其次,运用 RNA 测序(RNA-seq)技术,对小鼠 mPFC 的转录组进行分析,探究基因表达的变化。此外,通过 Y 迷宫实验评估小鼠的工作记忆,利用物体原位任务(object in place task,OIP)测试其短期识别记忆。
研究结果如下:
- 体重变化:在 PND 2 时,实验组和对照组小鼠体重无明显差异。到 PND 16,即 ELS 结束后一天,实验组小鼠体重有下降趋势,但未达到显著水平。在 PND 45,雌性小鼠体重明显低于雄性小鼠,且与饲养条件无关。
- 母性行为改变:在母婴分离前,两组小鼠的母性行为频率没有显著差异。但母婴分离后,经历 ELS 的母鼠照顾幼崽的频率显著增加,不过这种照顾呈现碎片化模式,表现为母鼠进出巢穴的频率在分离前后都明显增多。
- 记忆功能受损:在 Y 迷宫实验中,研究发现存在显著的交互作用。与对照组相比,经历 ELS 的雌性小鼠工作记忆指数降低,而雄性小鼠未出现这种情况。在 OIP 任务中,无论雌雄,经历 ELS 的小鼠与对照组相比,与位置改变物体的互动显著减少,这表明 ELS 损害了小鼠的短期识别记忆。同时,在 OIP 任务的习惯化阶段,两组小鼠的运动活性没有差异。
- 转录组变化:通过 RNA-seq 分析发现,雄性小鼠中有 4 个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),雌性小鼠中有 13 个 DEGs。对这些差异表达基因进行基因本体(Gene Ontology,GO)分析后发现,在雌性小鼠中,富集的通路与伴侣介导的蛋白质折叠过程相关;而在雄性小鼠中,富集的通路与对压力和外部刺激的反应有关。此外,研究人员还通过实时定量聚合酶链反应(real-time quantitative polymerase chain reaction,qPCR)对部分基因进行了验证,结果与 RNA-seq 分析基本一致。
综合研究结果和讨论,此次研究表明 ELS 会导致青春期小鼠与 PFC 相关的记忆功能受损,且对雌性小鼠的影响更为明显。这些表型改变可能与早期发育过程中母性照顾不足有关。RNA-seq 分析显示,雌性小鼠在 ELS 暴露后变化更大,尤其是在伴侣介导的蛋白质折叠过程方面。而雄性小鼠暴露于 ELS 后,虽在记忆任务中受影响较小,但关键调节因子 Fkbp5 发生改变,这意味着它们仍易受到某些与下丘脑 - 垂体 - 肾上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)轴相关的表型改变影响。这项研究为深入理解 ELS 对青春期大脑发育的影响提供了重要依据,有助于进一步探索相关精神疾病的发病机制和潜在治疗靶点。