环境丰富化缓解慢性不可预测应激诱导的雄性大鼠认知功能障碍，且与 BDNF/TrkB 信号通路的改变相关

《Brain Research》：Environmental enrichment alleviates chronic unpredictable stress-induced cognitive dysfunction in male rats and is associated with alterations in BDNF/TrkB signaling

　　

摘要慢性不可预测温和应激（CUMS）已知会对海马依赖的记忆表现产生负面影响。环境丰富化（EE）可改善记忆和神经架构。本研究旨在确定 EE 对 CUMS 处理大鼠的记忆表现和神经炎症的影响。32 只 3 个月大的雄性 Wistar 阿尔比诺大鼠被随机分为四组（n = 8）：对照组、CUMS 组、CUMS + EE 组和 EE 组。CUMS 程序在标准笼具中使用随机应激源进行，而 EE 程序在符合文献标准的笼具中进行 21 天。动物接受新物体识别（NOR）和莫里斯水迷宫（MWM）测试以评估其记忆表现。实验结束时，分离海马和前额叶皮层（PFC）组织，并进行 ELISA 和生化研究。检测了海马和 PFC 组织中 BDNF（脑源性神经营养因子）、TrkB（肌动蛋白受体激酶-B）、IL-1β（白细胞介素 -1β）、IL-6（白细胞介素 -6）、NF-κB（核因子 -κB）和 TNF-α（肿瘤坏死因子 -α）的水平，以及血浆皮质酮水平和脑组织中 MDA（丙二醛）和 GSH（还原型谷胱甘肽）的水平。通过新物体识别测试评估的识别记忆受到 CUMS 的损害，并因环境丰富化而改善。暴露于 CUMS 与皮质酮、海马 IL-1β和 IL-6 水平升高、BDNF 和 TrkB 水平降低以及识别记忆受损有关。环境丰富化减弱了这些改变并改善了识别记忆。这些发现表明，环境丰富化可能保护免受应激引起的认知功能障碍，并与氧化应激、选定炎症标志物和 BDNF/TrkB 信号通路的调节有关。

引言应激是影响当今现代社会最严重的健康问题之一（Kudielka 和 Wüst, 2010）。它影响身体的所有系统，主要是中枢神经系统、心血管系统和内分泌系统（Valenti 等，2012, Arun 等，2016）。当身体遇到应激时，它试图通过分泌各种激素激活自主神经系统来对抗它，以维持平衡（Yousaf 等，2015）。慢性应激被定义为长期或持续的应激状态，会对身体和心理功能产生严重的负面影响。慢性应激也被认为是抑郁、焦虑障碍、学习问题和记忆问题等认知和心理障碍发展的重要风险因素（Pehlivan 和 Dellal, 2014, Noushad 等，2021, Johnson 等，2022）。研究人员经常使用开发的动物模型来检查慢性应激引起的行为。慢性不可预测温和应激（CUMS）模型是分析应激影响的常用方法之一（Mukherjee 和 Manahan-Vaughon, 2013, Qiao 等，2016）。在重复施加应激的模型中，动物通常会随着时间的推移适应这种情况。创建 CUMS 模型是为了解决对应激适应的问题，并创建一个更接近自然人类抑郁的模型。基本方法涉及在为期三周的期间内，以实验动物无法预测的顺序施加多个应激因素，如运动限制、电击、暴露于寒冷和昼夜周期逆转，同时注意不连续施加相同的应激源。研究表明，暴露于不同应激源三周会降低大鼠在旷场测试中的运动反应。这伴随着皮质类固醇水平的升高和糖水消耗量的减少（Katz 等，1981, Katz, 1982, Willner, 1997）。

作为对应激的反应，与 HPA 轴激活一起分泌的儿茶酚胺和糖皮质激素也会影响学习和记忆。对认知功能的影响因应激源的持续时间和数量以及年龄和性别而异。在短期应激中，糖皮质激素暴露较低，对学习和记忆表现有积极影响。然而，在慢性应激中，过量的糖皮质激素伴随着海马活动降低和杏仁核活动增加，导致各种学习和记忆障碍（Erickson 等，2003, Lupien 等，2009）。

多年来进行的研究表明，慢性应激会增加血浆皮质醇和 IL-6 并减少 BDNF 等学习标志物。防止糖皮质激素增加可增强神经保护作用并防止学习和记忆障碍（Song 等，2006）。慢性不可预测应激已被证明可以激活炎症通路，从而引发人们对炎症在 CUMS 引起的行为变化中贡献的日益关注。尽管生理性糖皮质激素（GC）分泌通常抑制促炎细胞因子的释放并促进抗炎介质，但压力激素的长期升高可能会矛盾地增强炎症活动（Dandi 等，2023）。

细胞因子是由大脑中的小胶质细胞和星形胶质细胞产生的肽和糖肽分子，是细胞内信号传导所必需的。通过神经内分泌代谢和 HPA 轴，它们引起突触可塑性和海马神经发生的变化。它们使糖皮质激素受体脱敏，并阻止 HPA 轴的负反馈回路，从而维持轴的活动。在抑郁等应激相关障碍中，小胶质细胞激活增加并触发炎症过程，导致小胶质细胞释放 IL-6 和 TNF-α等促炎细胞因子，这对海马神经发生产生负面影响（Dinan, 2009, Miller 等，2009, Raedler, 2011, Capuron 和 Miller, 2011）。

BDNF 是参与神经元生存、突触可塑性、学习和记忆的关键神经营养因子。其大部分生物学效应是通过激活 TrkB 受体介导的，该受体调节参与突触增强和长期增强的细胞内信号通路。BDNF/TrkB 信号的改变与认知功能受损和应激相关的神经可塑性变化有关（Miranda 等，2019）。

环境丰富化被定义为在同一环境中包含各种刺激和增加社交互动的众多活动。它常用于啮齿动物实验模型中，重新设计动物的居住空间使其更具新奇性和复杂性。创建比标准笼具更大且可容纳更多动物的居住空间以增加社交互动。这些宽敞的生活区域通过添加不同形状、大小和颜色的球、轮子、隧道和玩具进行丰富化（Johansson 和 Ohlsson, 1996, Van Loo 和 Baumans, 2004）。研究表明，在具有环境丰富化的环境中饲养和生活的啮齿动物表现出大脑的结构和功能变化，学习和记忆表现显著改善。此外，据报道，环境丰富化实践导致参与突触可塑性形成和学习过程的许多基因表达增加（Ramírez-Rodríguez 等，2022, Farhadi 等，2025）。随着 EE，总脑重和皮层重量、树突分支和突触数量增加（Ickes 等，2000, Kempermann 等，2002）。在行为测试中，饲养在丰富笼具中的大鼠的记忆表现也得到改善，产生更好的反应。研究报告称，在莫里斯水迷宫测试中，当平台被移除并测量动物在象限中花费的时间时，饲养在环境丰富化笼具中的动物在平台所在象限花费的时间更多，并且比饲养在标准笼具中的动物具有更好的记忆表现（Nilsson 等，1999）。此外，EE 应用也影响神经炎症机制。研究表明，它减少小胶质细胞激活并降低 NLRP3、IL-1β和 TNF-α等细胞因子的表达（Chen 等，2024）。

迄今为止的研究表明，EE 是对各种慢性应激程序（如束缚或社交失败应激）不良反应的保护模型（Bhagya 等，2017, Cordner 等，2021）。相比之下，只有少数研究调查 EE 与 CUMS 方案之间的相互作用。因此，本研究的主要目的是检查 EE 应用在预防暴露于 CUMS 的大鼠认知损伤和炎症增加方面的影响，并展示当前数据。通过检查与脑可塑性和促炎标志物相关的发现，证明了 EE 在调节应激动物 HPA 轴中的作用。

片段

动物在本研究中，使用 32 只 3 个月大的成年雄性 Wistar 阿尔比诺大鼠（200–250 g）以最小化由于激素变异引起的差异。所有动物均获得自宗古尔达克布伦特·埃切维特大学实验研究应用和研究中心。

动物饲养在标准实验室条件下，温度 22–25°C，湿度 50–60%，12 小时光照/12 小时黑暗。所有大鼠使用 750 ml 饮水瓶喂食新鲜自来水，并在放置在标准颗粒大鼠饲料。

体重水平每周体重变化在各组之间不同（表 1）。在实验过程中，对照组和 EE 组观察到体重逐渐增加，而在 CUMS 组，第二周后体重增加受到抑制。在 CUMS + EE 组中，与 CUMS 组相比，体重变化更稳定，并显示出与对照组相似的增加趋势。

这些发现表明，CUMS 抑制体重增加，而环境丰富化可能具有平衡作用

讨论本研究观察到，在慢性不可预测应激后，实验动物的学习表现下降，且这种下降与参与学习和记忆的大脑区域海马中氧化应激和 IL-6 水平增加以及 BDNF 及其受体 TrkB 水平降低有关。发现环境丰富化防止了这些应激引起的改变并改善了学习表现。

在整个过程中每周监测体重

研究局限性本研究提供了关于慢性不可预测温和应激程序和环境丰富化应用对认知和炎症参数影响的信息，同时包含一些局限性。

首先，应激强度和个体应激反应的差异可能影响了实验组并改变了结果。其次，仅纳入了雄性大鼠。鉴于应激反应、HPA 轴调节和认知功能中众所周知的性别差异，

结论根据本研究的发现，CUMS 与神经营养信号通路的改变、神经炎症和氧化应激增加以及学习和记忆受损有关。暴露于 CUMS 后观察到 BDNF 和 TrkB 水平降低、IL-1β和 IL-6 水平增加以及 MDA 水平升高。环境丰富化与氧化应激和神经炎症减少以及认知表现改善有关。在莫里斯水迷宫中，差异在于

CRediT 作者贡献声明Ece Durmu? Gündo?du：写作 – 初稿，可视化，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据整理。Hale Sayan ?za?mak：写作 – 审阅与编辑，监督，方法论，资金获取，概念化。

资助这项工作得到了宗古尔达克布伦特·埃切维特大学科学研究项目协调单位的支持（项目编号：2023–26259946-03）。

临床试验号不适用。

伦理批准本研究中描述的所有实验程序此前已获得宗古尔达克布伦特·埃切维特大学实验动物伦理委员会的批准（方案号：2023–09-04/05），并符合《实验动物护理和使用指南》（美国国家卫生研究院，1996 年修订）。

数据可用性声明当前研究期间生成的数据集可根据合理请求从通讯作者处获得。

利益冲突声明本手稿的作者没有相关的财务或非财务利益需要披露。

埃切·杜尔穆什·贡多杜 | 哈利·萨扬·欧扎奇马克

宗古尔达克布伦特·埃切维特大学，医学院，生理学系，Kozlu 67600，宗古尔达克，土耳其