研究背景:生命早期暴露于环境镉（Cd）导致胎儿生长受限。然而,妊娠期环境镉暴露对子代认知功能的影响和机制尚不清楚。课题组前期研究发现,镉极难透过胎盘屏障且大量在胎盘蓄积。雌激素对神经发育起至关重要的作用,而在妊娠中晚期胎盘取代卵巢成为母体与胎儿雌激素的主要来源。研究目的:探讨胎盘源雌激素在妊娠期环境镉暴露损害胎脑和成年子代认知功能中的作用及其机制。研究方法:本研究通过整体动物和体外细胞实验探讨胎盘源雌激素在妊娠期环境镉暴露损害胎脑和成年子代认知功能中的作用及其机制。体内实验由4个实验组成。实验1:为了探讨妊娠期镉暴露对子代认知功能的影响,CD-1孕鼠从孕第8天（GD8）经饮水暴露Cd Cl2（0,50,150 ppm）至GD18。在GD18麻醉剖杀部分孕鼠,留取相应样品。剩余孕鼠自然分娩,出生后第4天（PND4）窝间性别调整。在PND140对子代进行Morris水迷宫实验测试。测试结束后麻醉剖杀,留取相应样品。实验2:为了探讨妊娠期补充NAC能否缓解妊娠期镉暴露引起的子代认知功能障碍,CD-1孕鼠随机分为对照组（Ctrl组）、N-乙酰半胱氨酸组（NAC组）、高剂量镉组（HCd组）和高剂量镉+NAC组（NAC+HCd组）,HCd组和NAC+HCd组孕鼠从GD8饮用含Cd Cl2（150 ppm）的RO水至GD18。NAC组和NAC+HCd组孕鼠从GD8经灌胃给予500 mg/kg NAC至GD17。在GD18麻醉剖杀部分孕鼠,留取相应样品。剩余孕鼠自然分娩,出生后第4天（PND4）窝间调整,性别均衡。在PND140对子代进行Morris水迷宫实验测试。测试结束后麻醉剖杀,留取相应样品。实验3:为了验证妊娠期补充雌激素能否缓解镉通过降低胎盘雌激素合成损害胎脑发育,CD-1孕鼠随机分为对照组（Ctrl组）、雌二醇干预组（E2组）、高剂量镉组（HCd组）和高剂量镉+E2组（E2+HCd组）,HCd组和E2+HCd组孕鼠从GD8饮用含Cd Cl2（150 ppm）的RO水至GD18。E2组和E2+HCd组孕鼠从GD8经腹腔注射给予E2（15μg/kg）至GD17。在GD18麻醉剖杀孕鼠,留取相应样品。实验4:为了验证镉是否通过抑制胎盘雌激素合成损害胎脑发育,CD-1孕鼠随机分为假手术（Sham）组、卵巢去除术（OVX）组、假手术镉暴露组（Sham+HCd组）和卵巢去除术镉暴露组（OVX+HCd组）,Sham+HCd组和OVX+HCd组孕鼠从GD8饮用含Cd Cl2（150 ppm）的RO水至GD18。OVX组及OVX+HCd组孕鼠于GD7行卵巢切除术。在GD18麻醉剖杀孕鼠,留取相应样品。体外实验由2个独立细胞实验组成。实验1:为了探讨镉抑制人胎盘滋养层JEG-3细胞雌激素合成的时间效应,JEG-3细胞经Cd Cl2（20μM）处理0、2、6,12和24小时后,留取细胞样品及培养基上清。实验2:为了验证GCN2信号在镉抑制胎盘雌激素合成中的作用,用GCN2活性抑制剂（GCN2i B,5μM）预处理人胎盘滋养层JEG-3细胞2 h后,给予Cd Cl2（20μM）处理12 h。留取细胞样品及培养基上清。结果:通过Morris水迷宫实验发现高剂量镉暴露组（150 ppm）的成年雄性仔鼠第七天平台逃脱潜伏期显著高于对照组（P＜0.05）,该结果提示妊娠期镉暴露能够损害成年雄性子代记忆能力。进一步研究发现妊娠期镉暴露显著降低胎脑雌激素水平以及雌激素受体α、脑源性神经营养因子（BDNF）和突触相关蛋白（PSD95和Synapsin-1）的蛋白表达。而妊娠期补充E2明显逆转镉下调胎脑BDNF、PSD95、Synapsin-1的表达,这表明妊娠期镉暴露通过降低胎脑E2水平损害胎脑突触可塑性。通过细胞实验和动物实验,我们证实妊娠期镉暴露降低胎盘雌激素水平以及雌激素合成酶（CYP19、CYP17A1）的蛋白表达。我们在GD7对孕鼠行卵巢切除术后,结果发现高剂量镉暴露组与卵巢切除+高剂量镉暴露组的胎脑E2水平无显著差异,这表明妊娠期镉暴露通过抑制胎盘源雌激素合成降低胎脑E2水平。进一步使用GCN2活性抑制剂（GCN2i B）对人胎盘滋养层JEG-3细胞进行干预,结果发现镉抑制雌激素合成酶表达得到逆转,这进一步证实镉通过激活胎盘GCN2信号抑制雌激素合成。随后发现妊娠期补充NAC能够抑制胎盘GCN2信号的激活并且逆转镉诱导胎脑PSD95、Synapsin-1和BDNF的蛋白表达降低,进而缓解成年子代小鼠认知功能障碍。这一结果更加证实妊娠期镉暴露通过激活GCN2信号抑制胎盘源性雌激素合成,从而导致成年子代小鼠认知功能障碍。结论:妊娠期环境镉暴露通过激活GCN2信号通路抑制胎盘雌激素合成,损害胎脑发育,从而导致成年子代小鼠认知功能障碍。