氨中毒对小鼠认知行为和海马神经元突触的影响

doi:10.12307/2026.044

中国组织工程研究 ›› 2026, Vol. 30 ›› Issue (5): 1122-1128.doi: 10.12307/2026.044

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氨中毒对小鼠认知行为和海马神经元突触的影响

张久轩1，2，张晋楠1，眭肖凡1，裴霞霞2，魏建宏2，苏强1，2，李甜1

1山西医科大学基础医学院生理学系，细胞生理学教育部重点实验室，细胞生理学山西省重点实验室，山西省太原市 030001；2山西医科大学汾阳学院基础医学系，山西省汾阳市 032200

收稿日期:2024-11-23 接受日期:2025-02-06 出版日期:2026-02-18 发布日期:2025-06-23
通讯作者: 李甜，讲师，山西医科大学基础医学院生理学系，细胞生理学教育部重点实验室，细胞生理学山西省重点实验室，山西省太原市 030001 通讯作者：魏建宏，教授，山西医科大学汾阳学院基础医学系，山西省汾阳市 032200
作者简介:张久轩，男，1996年生，山西省太原市人，汉族，在读硕士，主要从事阿尔茨海默病的防治研究。
基金资助:
国家自然科学基金委员会青年科学基金项目(82301631)，项目负责人：李甜；山西省高等高等教育“百亿工程”科技引导专项项目(BYJL060)，项目负责人：李甜；山西医科大学校级博士启动基金项目(XD2017)，项目负责人：李甜

Effects of ammonia poisoning on cognitive behavior and hippocampal synaptic damage in mice

Zhang Jiuxuan1, 2, Zhang Jinnan1, Sui Xiaofan1, Pei Xiaxia2, Wei Jianhong2, Su Qiang1, 2, Li Tian1#br#

1Department of Physiology, School of Basic Medicine; Key Laboratory of Cellular Physiology, Ministry of Education; Shanxi Key Laboratory of Cell Physiology, Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, Shanxi Province, China; 2Department of Basic Medicine, Fenyang College of Shanxi Medical University, Fenyang 032200, Shanxi Province, China

Received:2024-11-23 Accepted:2025-02-06 Online:2026-02-18 Published:2025-06-23
Contact: Li Tian, Lecturer, Department of Physiology, School of Basic Medicine; Key Laboratory of Cellular Physiology, Ministry of Education; Shanxi Key Laboratory of Cell Physiology, Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, Shanxi Province, China Co-corresponding author: Wei Jianhong, Professor, Department of Basic Medicine, Fenyang College of Shanxi Medical University, Fenyang 032200, Shanxi Province, China
About author:Zhang Jiuxuan, Master candidate, Department of Physiology, School of Basic Medicine; Key Laboratory of Cellular Physiology, Ministry of Education; Shanxi Key Laboratory of Cell Physiology, Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, Shanxi Province, China; Department of Basic Medicine, Fenyang College of Shanxi Medical University, Fenyang 032200, Shanxi Province, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China (Youth Science Foundation), No. 82301631 (to LT); Shanxi Province Higher Education “Billion Project” Science and Technology Guidance Project, No. BYJL060 (to LT); the Science Research Start-up Fund for Doctor of Shanxi Medical University, No. XD2017 (to LT)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
氨中毒：是一种正常代谢产物氨在体内过量聚集导致的一系列病理反应状态。血氨可以通过血脑屏障，具有神经毒性，目前氨中毒学说被认为是肝性脑病发病机制的主要假说。
海马突触损害：海马区域的突触结构或功能障碍通常与神经退行性疾病、脑损伤、缺血缺氧状态或精神障碍等病理过程相关。海马是大脑中与学习、记忆及情绪调节密切相关的结构，海马突触健康状态对于认知功能至关重要。

背景：氨中毒被认为是肝性脑病发病机制的主要假说，可以导致精神和认知行为障碍，但具体病理分子机制尚不清楚。
目的：探讨氨中毒对小鼠认知行为和海马神经元突触的影响。
方法：采用随机数字表法将32只C57BL/6J小鼠随机分为对照组和氯化铵组，每组16只。对照组腹腔注射生理盐水，氯化铵组腹腔注射氯化铵(10 mmol/kg)构建氨中毒模型，每天1次，连续注射7 d。注射完成后，心脏取血检测血氨浓度，通过旷场实验、新物体识别和自发交替Y迷宫测试评估小鼠精神与认知行为变化，免疫印迹法检测海马神经元突触素和突触后致密物95蛋白表达。
结果与结论：①与对照组比较，氯化铵组小鼠血氨浓度升高(P < 0.05)，出现焦虑样行为与脱抑制现象，识别记忆与工作记忆能力显著下降；免疫印迹法检测结果显示，氯化铵组小鼠海马神经元突触素和突触后致密物95蛋白表达均低于对照组(P < 0.05)；②结果表明，氨中毒可能诱导海马神经元突触损伤，导致小鼠精神和认知行为异常。
https://orcid.org/0009-0005-7158-7982 (张久轩)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

关键词: 氨中毒, 氯化铵, 肝性脑病, 认知行为, 海马神经元, 突触, 工程化组织构建

Abstract: BACKGROUND: Ammonia poisoning is considered to be the main hypothesis for the pathogenesis of hepatic encephalopathy. Ammonia can lead to psychiatric and cognitive behavioral disorders, although the specific pathological molecular mechanisms remain unclear.
OBJECTIVE: To investigate the effects of ammonia poisoning on cognitive behavior and hippocampal neuronal synapses in mice.
METHODS: Thirty-two C57BL/6J mice were randomly divided into a normal control group and an ammonium chloride group, with 16 mice in each group. Normal saline was injected intraperitoneally in the control group, and ammonium chloride (10 mmol/kg) was injected intraperitoneally in the ammonium chloride group to construct a model of ammonia poisoning, once a day. After 7 days of ammonium chloride intervention, blood samples were collected from the hearts of six mice in each group for blood ammonia concentration detection. Behavioral experiments, including the open field test, novel object recognition test, and Y-maze test, were performed to assess mental and cognitive-behavioral changes in mice. Finally, hippocampal tissues were extracted for western blot analysis to detect the expression levels of synaptophysin and postsynaptic density protein-95 in hippocampal neurons.
RESULTS AND CONCLUSION: The blood ammonia concentration was significantly elevated in the ammonium chloride group compared with the control group (P < 0.05). Mice in the ammonium chloride group showed anxiety-like behavior and disinhibition phenomenon, and a significant decrease in recognition memory and working memory ability. Western blot results revealed that the expression of synaptophysin and postsynaptic density protein-95 protein in hippocampal neurons in the ammonium chloride group was lower than that in the control group (P < 0.05). To conclude, ammonia poisoning can induce hippocampal neuronal synaptic damage, leading to psychiatric and cognitive behavioral abnormalities in mice.

Key words: ammonia poisoning, ammonium chloride, hepatic encephalopathy, cognitive behavior, hippocampal neurons, synapses, engineered tissue construction

中图分类号:

张久轩, 张晋楠, 眭肖凡, 裴霞霞, 魏建宏, 苏强, 李甜. 氨中毒对小鼠认知行为和海马神经元突触的影响[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1122-1128.

Zhang Jiuxuan, Zhang Jinnan, Sui Xiaofan, Pei Xiaxia, Wei Jianhong, Su Qiang, Li Tian. Effects of ammonia poisoning on cognitive behavior and hippocampal synaptic damage in mice[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(5): 1122-1128.

图/表（结果） 3

2.1 实验动物数量分析 32只小鼠全部进入结果分析。
2.2 验证氯化铵诱导氨中毒小鼠模型成功如图1所示，氯化铵组小鼠血氨浓度高于对照组2倍以上(P < 0.01)，表明氨中毒小鼠模型构建成功[16]。
2.3 氨中毒模型小鼠出现焦虑样行为和行为脱抑制旷场实验结果显示，与对照组相比，氯化铵组小鼠总运动距离、在旷场中央区域时间百分比均增加(P < 0.01，P < 0.05)，见图2A，B。图2C展示两组小鼠在旷场中的运动轨迹图。上述结果提示氯化铵组小鼠出现焦虑样行为，同时也表现出行为脱抑制。
2.4 氨中毒模型小鼠识别记忆能力下降行为脱抑制是痴呆症的重要临床表现[17]，上述结果提示氨中毒小鼠模型可能表现出记忆能力缺失。为此，此次研究进行了新物体识别实验(如图3A)，熟悉期时，两组小鼠对相同物体的探索时间无显著差异(P >
0.05)，见图3B；测试期时，氯化铵组小鼠新物体识别指数显著低于对照组(P < 0.05)，见图3C，结果表明氯化铵干预后小鼠出现识别记忆损害，短期记忆能力下降。
2.5 氨中毒模型小鼠工作记忆能力减弱图4A表示自发交替实验示意图。两组小鼠总进臂次数无显著差异(P > 0.05)，见图4B，排除两组小鼠运动能力的差异；但与对照组相比，氯化铵组小鼠自发交替正确率显著降低(P < 0.01)，见图4C。上述结果均表明氯化铵组小鼠工作记忆能力受到了损害。
2.6 氨中毒模型小鼠海马突触素和突触后致密物95蛋白下调突触素是突触小泡是最为丰富的蛋白之一，对维持神经递质传递至关重要，突触素的缺失可导致突触前递质释放受阻、神经递质传传递受损[18-19]；突触后致密物95蛋白棕榈酰化保持在突触处，可控制突触传递和可塑性，突触后致密物95蛋白减少可产生突触抑制[20-21]。如图5所示，与对照组小鼠相比，氯化铵组小鼠海马神经元突触素和突触后致密物95蛋白表达显著降低(P < 0.01)，表明氯化铵组小鼠海马神经元突触结构和功能可能受损，为上述氨中毒小鼠模型发生精神和记忆行为异常提供了可能的分子机制，同时也进一步为氨的神经毒性提供了支持。

参考文献

[1] LIANG Y, WU Y, LI J, et al. Effects of ammonia toxicity on the histopathology, detoxification, oxidative stress, and immune response of the cuttlefish Sepia pharaonis and the mitigation of gamma-aminobutyric acid. Ecotoxicol Environ Saf. 2022;232:113256.
[2] LI Y, PAN L, ZENG X, et al. Ammonia exposure causes the imbalance of the gut-brain axis by altering gene networks associated with oxidative metabolism, inflammation and apoptosis. Ecotoxicol Environ Saf. 2021;224:112668.
[3] CHEN JR, WANG BN, TSENG GF, et al. Morphological changes of cortical pyramidal neurons in hepatic encephalopathy. BMC Neurosci. 2014;15:15.
[4] VARGA V, PETERSEN P, ZUTSHI I, et al. Working memory features are embedded in hippocampal place fields. Cell Rep. 2024;43(3):113807.
[5] NADEL L. Some Memories of Stalking the Seahorse. Hippocampus. 2025;35(1):e23656.
[6] JIA X, WANG Q, JI J, et al. Mitochondrial transplantation ameliorates hippocampal damage following status epilepticus. Animal Model Exp Med. 2023;6(1):41-50.
[7] HUAN Y, QUAN H, JIA B, et al. High-altitude cerebral hypoxia promotes mitochondrial dysfunction and apoptosis of mouse neurons. Front Mol Neurosci. 2023;16:1216947.
[8] SHARMA K, AKRE S, CHAKOLE S, et al. Hepatic encephalopathy and treatment modalities: A review article. Cureus. 2022;14(8):e28016.
[9] KITANO T, MATSUMURA S, SEKI T, et al. Characterization of N-methyl-D-aspartate receptor subunits involved in acute ammonia toxicity. Neurochem Int. 2004;44(2):83-90.
[10] SORIA LR, ALLEGRI G, MELCK D, et al. Enhancement of hepatic autophagy increases ureagenesis and protects against hyperammonemia. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018;115(2):391-396.
[11] MOODY M, SCHMIDT TA, TRIVEDI R, et al. Administration of alendronate exacerbates ammonium chloride-induced acidosis in mice. PLoS One. 2023;18(9):e0291649.
[12] TORRES VE, COWLEY BD JR, BRANDEN MG, et al. Long-term ammonium chloride or sodium bicarbonate treatment in two models of polycystic kidney disease. Exp Nephrol. 2001;9(3):171-180.
[13] ANGELOVA PR, KERBERT AJC, HABTESION A, et al. Hyperammonaemia induces mitochondrial dysfunction and neuronal cell death. JHEP Rep. 2022;4(8):100510.
[14] SU Q, LI T, HE PF, et al. Trichostatin A ameliorates Alzheimer’s disease-related pathology and cognitive deficits by increasing albumin expression and Abeta clearance in APP/PS1 mice. Alzheimers Res Ther. 2021;13(1):7.
[15] KUDRYASHOV NV, VOLKOVA AV, SHIMSHIRT AA, et al. Specifics of experimental modeling 8-OH-DPAT-induced perseverative behavior in mice. Bull Exp Biol Med. 2023;175(1):41-44.
[16] BAI Y, WANG S, WU F, et al. The changes of mitochondria in substantia nigra and anterior cerebral cortex of hepatic encephalopathy induced by thioacetamide. Anat Rec (Hoboken). 2019;302(7):1169-1177.
[17] SU Q, REN YH, LIU GW, et al. Trichostatin A relieves anxiety-and depression-like symptoms in APP/PS1 mice. Front Pharmacol. 2024; 15:1333235.
[18] HARPER CB, BLUMRICH EM, COUSIN MA. Synaptophysin controls synaptobrevin-II retrieval via a cryptic C-terminal interaction site. J Biol Chem. 2021;296:100266.
[19] LI Y, WANG H, GAO Y, et al. Circ-Vps41 positively modulates Syp and its overexpression improves memory ability in aging mice. Front Mol Neurosci. 2022;15:1037912.
[20] DORE K, CARRICO Z, ALFONSO S, et al. PSD-95 protects synapses from beta-amyloid. Cell Rep. 2021;35(9):109194.
[21] TAXIER LR, PHILIPPI SM, YORK JM, et al. The detrimental effects of APOE4 on risk for Alzheimer’s disease may result from altered dendritic spine density, synaptic proteins, and estrogen receptor alpha. Neurobiol Aging. 2022;112:74-86.
[22] BOURGEOIS S, HOUILLIER P. State of knowledge on ammonia handling by the kidney. Pflugers Arch. 2024;476(4):517-531.
[23] JO D, KIM BC, CHO KA, et al. The cerebral effect of ammonia in brain aging: blood-brain barrier breakdown, mitochondrial dysfunction, and neuroinflammation. J Clin Med. 2021;10(13):2773.
[24] HAUSSINGER D, DHIMAN RK, FELIPO V, et al. Hepatic encephalopathy. Nat Rev Dis Primers. 2022;8(1):43.
[25] SHAWCROSS DL, THABUT D, AMODIO P. Ammonia - an enduring foe - What evaluating whole body ammonia metabolism can teach us about cirrhosis and therapies treating hepatic encephalopathy. J Hepatol. 2023;79(2):266-268.
[26] SORENSEN M, ANDERSEN JV, BJERRING PN, et al. Hepatic encephalopathy as a result of ammonia-induced increase in GABAergic tone with secondary reduced brain energy metabolism. Metab Brain Dis. 2024;40(1):19.
[27] KROUPINA K, BEMEUR C, ROSE CF. Amino acids, ammonia, and hepatic encephalopathy. Anal Biochem. 2022;649:114696.
[28] VIDAL-CEVALLOS P, CHAVEZ-TAPIA NC, URIBE M. Current approaches to hepatic encephalopathy. Ann Hepatol. 2022;27(6):100757.
[29] HAUSSINGER D, BUTZ M, SCHNITZLER A, et al. Pathomechanisms in hepatic encephalopathy. Biol Chem. 2021;402(9):1087-1102.
[30] LU K. Cellular pathogenesis of hepatic encephalopathy: An update. Biomolecules. 2023;13(2):396.
[31] WILKINSON DJ, SMEETON NJ, WATT PW. Ammonia metabolism, the brain and fatigue; revisiting the link. Prog Neurobiol. 2010;91(3):
200-219.
[32] OCHOA-SANCHEZ R, TAMNANLOO F, ROSE CF. Hepatic encephalopathy: From metabolic to neurodegenerative. Neurochem Res. 2021;46(10): 2612-2625.
[33] NEEDHAM E, WEBB G. Hepatic encephalopathy: a neurologist’s perspective. Pract Neurol. 2024;24(3):200-206.
[34] JU YH, BHALLA M, HYEON SJ, et al. Astrocytic urea cycle detoxifies Abeta-derived ammonia while impairing memory in Alzheimer’s disease. Cell Metab. 2022;34(8):1104-1120 e1108.
[35] MCALPIN BR, MAHALINGAM R, SINGH AK, et al. HDAC6 inhibition reverses long-term doxorubicin-induced cognitive dysfunction by restoring microglia homeostasis and synaptic integrity. Theranostics. 2022;12(2):603-619.
[36] AJOY R, LO YC, HO MH, et al. CCL5 promotion of bioenergy metabolism is crucial for hippocampal synapse complex and memory formation. Mol Psychiatry. 2021;26(11):6451-6468.
[37] WHITE DN, STOWELL MHB. Room for Two: The synaptophysin/synaptobrevin complex. Front Synaptic Neurosci. 2021;13:740318.
[38] ZHOU Y, LU H, LIU Y, et al. Cirbp-PSD95 axis protects against hypobaric hypoxia-induced aberrant morphology of hippocampal dendritic spines and cognitive deficits. Mol Brain. 2021;14(1):129.
[39] LIU XF, LU JJ, LI Y, et al. The interaction of ammonia and manganese in abnormal metabolism of minimal hepatic encephalopathy: A comparison metabolomics study. PLoS One. 2023;18(8):e0289688.

引言

氨中毒是一种严重的病理状态，主要由于肝功能障碍导致氨在机体内大量积累，也是肝性脑病的重要病理特征[1]。氨中毒通常伴有呼吸困难、恶心呕吐、精神和认知行为异常等症状，严重者可能发生昏迷甚至死亡[2]。氨几乎存在于脊椎动物所有组织和器官中，可穿过血脑屏障损伤神经中枢，影响中枢神经系统功能，并造成神经元的损伤和死亡，被认为是最常见的一类内源性神经毒性化合物[3]。脑内海马组织是与精神和认知行为密切相关的重要结构[4-5]，海马神经元突触损伤可导致情绪障碍和记忆缺失、认知能力下降[6-7]。氨中毒及肝性脑病导致的精神和认知行为异常，是否与氨中毒造成的海马神经元突触损害有关仍不清楚。
血氨升高被认为是导致肝性脑病神经系统病理改变的主要因素，肝功能严重受损时会破坏机体氨代谢，导致血氨升高，氨通过血脑屏障进而影响中枢神经系统功能[8]。因此，给予铵盐成为目前模拟高血氨、氨中毒及肝性脑病等疾病的常用手段。急性大剂量腹腔注射氯化铵可诱导小鼠神经系统迅速恶化，出现类似肝性脑病神经系统病理改变的运动能力下降、嗜睡或肌阵挛、昏迷及抽搐等症状，最终可引发小鼠死亡[9]。慢性低剂量隔天腹腔注射氯化铵是目前模拟高氨血症且不致死的主要动物模
型[10]，然而，由于氯化铵的酸性属性，结合慢性处理时间长(8周)容易引发机体骨和肾功能损害[11-12]，进而影响动物的精神行为。ANGELOVA等[13]研究发现低浓度(1 μmol)氨短期干预也具有一定神经毒性，诱导海马神经元死亡。但是，小鼠低剂量腹腔注射氯化铵(10 mmol/kg)早期是否出现精神和认知行为异常、是否造成海马神经元突触损害仍不清楚。
此次研究拟通过小鼠腹腔注射氯化铵模拟氨中毒模型，探讨氨中毒对小鼠精神和记忆行为及海马神经元突触的影响，以期进一步揭示氨中毒诱导的神经毒性危害，为相关疾病的预防和治疗提供实验依据和理论支持。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验，独立样本比较使用t检验。
1.2 时间及地点实验于2024年3-10月在山西医科大学生理学系实验室完成。
1.3 材料
1.3.1 实验动物 32只雌性C57BL/6J小鼠，8周龄，SPF级，体质量18-20 g，由山西医科大学动物中心提供，生产许可证号：SCXK(晋)2019-0004。饲养于SPF级动物房中，温度(25±3)℃，湿度50%，12 h明暗交替，自由摄入饮食和水。动物实验均遵循山西医科大学汾阳学院伦理委员会制定的规则，审批号：2024-079号。
1.3.2 实验试剂 SDS-PAGE凝胶制备试剂盒、磷酸酶抑制剂、蛋白酶抑制剂、ECL化学发光检测试剂盒、BCA蛋白定量试剂盒、RIPA裂解液、SDS-PAGE蛋白上样缓冲液、山羊抗兔IgG、山羊抗鼠IgG和β-actin抗体均购自博士德生物工程(武汉)有限公司；突触素和突触后致密物95蛋白抗体购自圣克鲁兹生物技术(美国)有限公司；血氨检测试剂盒和氯化铵购自索莱宝公司(中国)。
1.3.3 实验仪器红外摄像头(SONY)；动物行为追踪分析系统(EthoVision XT，Noldus Information Technology)；旷场和Y迷宫宫体(瑞沃德)；酶标仪(Bio Tek，美国)；高速冷冻离心机(Eppendorf，德国)；凝胶成像系统(Azure Biosystems，美国)；电泳仪及转膜仪(BIO-RAD，美国)。
1.4 实验方法
1.4.1 实验分组与干预适应性喂养1周后，采用随机数字表法将32只C57BL/6J小鼠随机分为对照组和氯化铵组，每组16只。氯化铵组腹腔注射氯化铵10 mmol/kg[10]，对照组腹腔注射等体积的生理盐水，于每天下午5点开始，每天1次，连续注射7 d。

末次注射12 h后，每组取6只小鼠，心脏取血检测血氨浓度，如果两组血氨浓度存在显著差异说明造模成功。每组剩余小鼠进行精神与认知行为学实验，精神与认知行为学实验完成后腹腔注射0.3%戊巴比妥钠(40 mg/kg)麻醉小鼠并处死，分离海马并冻存于液氮中，储存于-80 ℃冰箱用于后续免疫印迹实验。

1.4.2 血氨浓度测定腹腔注射0.3%戊巴比妥钠(40 mg/kg)麻醉小鼠，使用1 mL注射器从体外刺入左心尖，抽取动脉血0.5 mL，常温静置1 h，在4 ℃下8 000 r/min离心10 min后取上清，根据血氨试剂盒说明书操作，检测血氨浓度。

1.4.3 旷场实验根据实验室前期方法[14]，在旷场实验箱中进行。实验开始前将小鼠放到安静环境中适应24 h，实验开始后将小鼠放到旷场实验箱中央区，记录小鼠10 min的自由探索行为。为了消除气味的影响，在每次实验完成后放入下一只小鼠前使用体积分数75%乙醇擦拭旷场。每只小鼠重复上述实验，记录总运动距离和在中央区域时间百分比。旷场实验目的在于排除小鼠运动障碍及检测小鼠自主活动和探索能力。
1.4.4 新物体识别实验使用新物体识别指数评价小鼠短期物体识别记忆能力，新物体识别指数=探索新物体时间/(探索新物体时间+探索旧物体时间)×100%[14]。新物体识别实验主要分为熟悉期和测试期。熟悉期：在旷场中放入2个大小、形状和材质都完全相同的物体，物体摆放好后将小鼠从非物体摆放区域面壁放入旷场中，自由活动10 min，记录小鼠探索物体的时间。测试期：于熟悉期结束后6 h开始，将旷场中的一个物体换成除材质相同外其他均不相同的新物体，并将小鼠从同一位置放入旷场中，自由活动10 min，记录小鼠探索新、旧物体的时间。
1.4.5 自发交替Y迷宫测试通常用于评估小鼠的短期空间记忆和决策能力[15]。将小鼠放入Y迷宫的中央区域，使小鼠自由探索10 min，记录运动轨迹。判断一次进臂的标准为小鼠四肢完全进臂；判断一次正确自发交替标准为从第3次开始，每次进入的臂与之前2次进入的臂均不相同，记录小鼠的总进臂次数。自发交替正确率=正确自发交替次数/(总进臂次数-2)×100%。每只实验结束后需清理小鼠粪便，并使用体积分数75%乙醇擦拭，以消除气味对实验的影响。
1.4.6 免疫印迹实验将小鼠海马组织剪碎并称质量，按组织∶裂解液=1 mg∶10 mL加入裂解液，随后超声破碎，冰上裂解30 min，14 000 r/min离心20 min后取上清液，使用BCA测定蛋白浓度；将上样浓度调齐，随后按比例加入蛋白上样缓冲液(5×)，制作蛋白样；根据目的蛋白分子质量配置适宜浓度凝胶，按照实验设计上样，电泳、转膜，使用5%脱脂奶粉常温封闭2 h；根据目的蛋白分子质量和Marker指示进行裁膜，放入突触素、突触后致密物95、β-actin一抗中(1∶1 000)于4 ℃过夜，第2天充分洗膜后孵育二抗，结束后再次充分洗膜，使用ECL化学发光液进行曝光显影。
1.5 主要观察指标两组小鼠血氨浓度、精神与认知行测试结果与海马神经元突触素和突触后致密物95蛋白表达。
1.6 统计学分析数据分析采用GraphPad Prism 8软件进行。所有数据以x±s表示，独立样本比较使用t检验，P < 0.05为具有统计学差异的判断标准。该文统计学方法已经山西医科大学汾阳学院生物统计学专家审核。

讨论

血氨是机体的一种正常代谢产物，主要来自机体组织如肠道、肌肉等。血氨在机体也可通过合成尿素、丙氨酸、谷氨酰胺等经肾脏、肺脏排出多余的氨，维持体内血氨含量的稳定[22]。肝功能异常时，肝合成尿素能力下降，肠道产氨增多经门体侧支循环直接进入体循环等促使血氨增高，血氨可以通过血脑屏障，具有神经毒性[23]，目前氨中毒学说被认为是肝性脑病发病机制的主要假说[24-25]。此次研究通过腹腔注射氯化铵模拟氨中毒小鼠模型，探究氨中毒是否对小鼠精神和认知行为及小鼠海马神经元突触产生影响，明确海马神经元突触损伤参与氨中毒导致的精神、认知行为异常，以期为肝性脑病等相关疾病的病理生理机制研究提供新的实验依据。
此次研究采用腹腔注射氯化铵构建氨中毒小鼠模型，尽管目前氨中毒及肝性脑病动物模型多种多样，但相对于其他模型致病因素复杂，腹腔注射氯化铵致病因素单一、造模便捷，结合机体内氨可以以铵离子(NH4+)、气态形式NH3的形式循环，很容易穿过血脑屏障[26]，因此，腹腔注射氯化铵为研究氨中毒诱导小鼠精神和认知行为异常以及氨的神经毒性机制研究提供了重要的动物模型。此次研究结果也有力支持了这一观点，在给予腹腔注射氯化铵1周后检测了小鼠血氨浓度，发现模型组小鼠血氨浓度明显升高，提示小鼠出现高血氨症病理，表明氨中毒模型构建成功，这为后续行为学和分子机制研究奠定了重要基础。
由于脑内不能将氨转化为尿素，而更容易被氨所损害，也是氨神经毒性的关键所在[27]。因此，临床上氨升高经常伴发许多神经功能障碍，如癫痫、认知障碍、昏迷甚至死亡[28]。为此，此次研究利用小鼠行为学检测了腹腔注射氯化铵后小鼠精神和认知行为改变，旷场实验结果提示氨中毒诱导小鼠发生焦虑样行为，并出现行为脱抑制现象，行为脱抑制是痴呆症的重要临床表现[17]，进一步提示氨中毒小鼠模型可能表现出记忆能力缺失。为了进一步验证氨中毒对小鼠记忆行为的影响，此次研究接着进行了小鼠新物体识别和自发交替实验，证实氯化氨处理小鼠识别记忆和工作记忆能力均呈现下降，这些行为学结果提示氯化氨处理小鼠与记忆、认知相关的脑区可能受到氨中毒影响发生病理改变。总之，上述行为学结果提示氨升高可诱导精神和认知行为改变。氨升高也是肝性脑病的重要病理特征，氨中毒学说也被认为是肝性脑病发病机制的主要假说[29]。在肝性脑病中，血毒素(如氨)的升高和含氮物质代谢紊乱可引起抑制性神经递质的积累，同时还可进入神经元和星形胶质细胞损害其结构和功能，造成精神行为异常等症状[30]。也有研究指出，剧烈运动或极度疲劳运动会造成高血氨症，使得脑氨浓度升高，将大脑暴露在氨的毒性影响之下导致患者的学习、记忆和运动控制能力缺失[31]。此次研究结果也支持了上述观点，即氨中毒诱导了精神和记忆功能障碍。
明确氨中毒导致精神、认知行为变化的机制是类似疾病防治的基石。脑内氨稳态受到严格的调节，主要与兴奋性和抑制性神经递质谷氨酸和γ-氨基丁酸的回收有关[32]。根据稳态的调节，人们发现氨毒性对星形胶质细胞的影响较大，导致无法解毒脑氨，谷氨酰胺的大量积累最终发挥神经毒性，这也被认为是肝性脑病的发病机制之一[33]；除星形胶质细胞外，氨毒性能够激活小胶质细胞释放促炎递质，使大脑发生氧化应激等炎症反应，从而损伤神经元[34]。上述结果提示氨毒性可影响小鼠的记忆和焦虑样行为，而大脑中影响记忆及情绪的关键部位就是海马[35]，因此氨的海马神经毒性成为关注的重点。脑内海马神经元突触传递是记忆形成的重要基础[36]，氨中毒是否对海马神经元突触传递产生损害目前还鲜有报道。为了验证这一设想，此次研究利用免疫印迹实验检测了海马神经元蛋白突触素和突触后致密物95蛋白的表达，发现氨中毒小鼠模型突触素和突触后致密物95蛋白表达均显著降低。突触素是一种在神经细胞突触小泡中表达的跨膜蛋白，属于小泡蛋白家族[37]，主要参与突触小泡的形成、储存和释放神经递质，是反映神经元突触前结构及突触传递的重要生物标志物，突触素下调提示氨毒性可能损伤小鼠海马神经元突触前结构及递质的释放，进而影响小鼠的精神和认知行为。突触后致密物95蛋白是一种重要的突触后膜蛋白，主要存在于中枢神经系统中的神经元突触后密度区域[38]，在神经信号传递中发挥关键作用，也是反映神经元突触后结构的重要生物标志物，突触后致密物95下调提示氨毒性可能诱导小鼠海马神经元突触后结构及突触传递损害。这些结果提示氨毒性可能诱导海马神经元突触功能障碍，进而造成认知和精神行为异常。
该研究也存在一定的局限性，氨毒性诱导的海马神经元突触功能障碍是通过直接作用还是像上述间接作用(通过脑内其他细胞，如星形胶质细胞、小胶质细胞等)产生影响仍不清楚，如有研究通过富集和通路分析表明，慢性高血氨症大鼠中谷氨酰胺合成酶活性升高，提示谷氨酰胺合成酶可能通过降低氨在脑中的积累从而改善氨中毒对小鼠精神和认知行为的影响[39]；此外，研究也未考虑剂量-反应关系，未观察氯化铵干预对长期认知行为的影响，后续研究可以利用小鼠海马长时程增强电生理实验进一步明确氨中毒诱导的海马神经元突触传递受损可能是导致小鼠精神异常和认知行为障碍的诱因，也应着重探讨氨中毒后的细胞信号通路变化及可能的干预措施，以期为防治氨诱导的神经毒性提供重要理论依据。
综上所述，此次研究探讨了氨中毒对小鼠精神和认知行为的影响，并剖析氨中毒导致的记忆、精神异常可能与其诱导的海马突触结构及传递损害有关，这些结果也为进一步研究氨中毒及相关疾病的防治提供了重要的实验基础。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

氨中毒对小鼠认知行为和海马神经元突触的影响

Effects of ammonia poisoning on cognitive behavior and hippocampal synaptic damage in mice

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[1]	张迪, 赵君, 马广悦, 孙晖, 蒋蓉. 基于高通量测序技术分析慢性社会挫败应激小鼠抑郁样行为的作用机制[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1139-1146.
[2]	李郝静, 王新, 宋成林, 张胜男, 陈云昕. 上斜方肌处体外冲击波与运动控制训练治疗慢性非特异性颈痛[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1162-1170.
[3]	刘煜, 雷森林, 周锦涛, 刘辉, 李先辉. 有氧和抗阻运动改善肥胖相关认知障碍的作用机制[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1171-1183.
[4]	王正业, 刘万林, 赵振群. miRNA在激素诱导股骨头坏死机制中的研究进展[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1207-1214.
[5]	部洋洋, 宁新丽, 赵琛. 关节腔注射治疗颞下颌关节骨关节炎：不同药物与多种联合治疗方案[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1215-1224.
[6]	文凡, 向阳, 朱欢, 庹艳芳, 李锋. 运动干预改善2型糖尿病患者的微血管功能[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1225-1235.
[7]	刘新月, 李春年, 李一卓, 徐世芳. 口腔牙槽骨缺损的再生修复[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1247-1259.
[8]	冷晓轩, 赵玉欣, 刘西花. 不同神经调控刺激方式改善帕金森病患者非运动症状的网状Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1282-1293.
[9]	温小龙, 翁锡全, 冯瑶, 曹文燕, 刘玉倩, 王海涛, . 炎症对2型糖尿病患者血清抗菌多肽及铁代谢相关参数影响的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1294-1301.
[10]	杨泽雨, 支亮, 王佳, 张婧欹, 张清芳, 王玉龙, 龙建军. 高频重复经颅磁刺激研究热点宏观角度的可视化分析[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1320-1330.
[11]	杨志杰, 赵瑞, 杨昊霖, 李小韵, 李扬博, 黄佳纯, 林燕平, 万雷, 黄宏兴. 绝经后骨质疏松症：肌肉质量、握力、四肢骨骼肌质量指数的预测价值[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1073-1080.
[12]	阴勇成, 赵相瑞, 杨志杰, 李政, 李芳, 宁斌. 过氧化物还原酶1在脊髓损伤后小胶质细胞炎症反应中的作用及机制[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(5): 1106-1113.
[13]	陈伊娴, 陈晨, 卢立恒, 汤锦鹏, 于晓巍. 雷公藤甲素治疗骨关节炎的网络药理学分析与实验验证[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(4): 805-815.
[14]	鄢成波, 罗秋池, 樊佳兵, 顾叶婷, 邓倩, 张军梅. 2型糖尿病对大鼠正畸牙移动与张力侧骨微结构参数的影响[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(4): 824-831.
[15]	李广政, 李威, 张博淳, 丁浩秦, 周忠起, 李刚, 梁学振. 绝经后女性肌肉减少症预测模型：中国健康与养老全国追踪调查数据库信息分析[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(4): 849-857.