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AOP: 535
Title
Binding and activation of GPER leading to learning and memory impairments
Short name
Graphical Representation
Point of Contact
Contributors
- Zedong Ouyang
- Ruifang Fan
Coaches
OECD Information Table
| OECD Project # | OECD Status | Reviewer's Reports | Journal-format Article | OECD iLibrary Published Version |
|---|---|---|---|---|
This AOP was last modified on March 09, 2026 03:40
Revision dates for related pages
| Page | Revision Date/Time |
|---|---|
| protein-coupled estrogen receptor 1 (GPER) activation | July 18, 2022 05:03 |
| Increased, Intracellular Calcium overload | June 26, 2020 04:45 |
| Decreased, ERαβ heterodimers | June 19, 2024 04:19 |
| Increase, Oxidative Stress | February 11, 2026 07:05 |
| Apoptosis | May 31, 2025 08:50 |
| Aberrant, synaptic formation and plasticity | January 25, 2024 21:18 |
| Disruption, neurotransmitter release | July 21, 2023 16:35 |
| Neuroinflammation | July 15, 2022 09:54 |
| Impairment, Learning and memory | April 27, 2026 05:48 |
| GPER activation leads to Increased, Intracellular Calcium overload | June 19, 2024 04:21 |
| GPER activation leads to Decreased, ERαβ heterodimers | June 19, 2024 04:23 |
| Increased, Intracellular Calcium overload leads to Increase, Oxidative Stress | June 19, 2024 04:23 |
| Increase, Oxidative Stress leads to Apoptosis | June 19, 2024 04:24 |
| Apoptosis leads to Aberrant, synaptic formation and plasticity | June 19, 2024 04:24 |
| Apoptosis leads to Disruption, neurotransmitter release | June 19, 2024 04:24 |
| Increase, Oxidative Stress leads to Neuroinflammation | June 19, 2024 04:24 |
| Aberrant, synaptic formation and plasticity leads to Impairment, Learning and memory | June 19, 2024 04:25 |
| Disruption, neurotransmitter release leads to Impairment, Learning and memory | April 11, 2024 15:20 |
| Decreased, ERαβ heterodimers leads to Apoptosis | June 19, 2024 20:36 |
| Neuroinflammation leads to Impairment, Learning and memory | June 19, 2024 20:36 |
| Increased, Intracellular Calcium overload leads to Disruption, neurotransmitter release | June 19, 2024 20:44 |
| Apoptosis leads to Neuroinflammation | June 19, 2024 20:52 |
| Bisphenol A | December 29, 2019 18:38 |
Abstract
该AOP描述了BPA与膜受体GPER结合与GPER激活之间的关系,导致学习和记忆障碍。
作为一种跨膜蛋白,G蛋白偶联雌激素受体(GPER)被认为是雌激素在全身快速非基因组信号传导事件的主要介导者,这些事件在包括神经细胞在内的多种组织类型中表达。由于其在细胞膜上的丰度和表达量高,它更容易被内源性或外源性雌激素激活。双酚A(BPA)作为常见的内分泌干扰物,进入体内时可产生类似雌激素的作用。BPA对GPER的结合和激活可以作为分子起始事件(MIE)。GPER激活后,它促进细胞内Ca2+浓度作为关键事件1(KE1)的增加,减少ERαβ的异聚化,导致细胞凋亡/焦凋亡,并诱导细胞氧化应激。这进而影响神经元形态发生和神经递质稳态。因此,这些变化会引发神经系统的炎症反应,最终导致学习和记忆能力(AO)下降等不良后果。
我们已识别出沿该不良结局路径的多个关键事件,并确认了这些关键事件之间的联系。基于此,我们开发了AOP以描述GPER的结合和激活,这会导致学习和记忆能力下降。
AOP Development Strategy
Context
BPA是塑料中常见添加剂,常在人体体液中检测到,包括血液、尿液和母乳。BPA可能通过影响芳香烃受体(AhR)或雌激素受体(ERs)在体内诱发芳香化合物的代谢和内分泌疾病(Shi 等,2024),表现出生殖毒性、代谢综合征和神经毒性。大量流行病学研究和毒理学研究表明,BPA可以穿越血脑屏障,低剂量的BPA暴露与多种神经退行性疾病和神经心理障碍相关(Hyun等,2022)。因此,有必要根据AOP框架评估BPA的健康风险。
Strategy
Summary of the AOP
Events:
Molecular Initiating Events (MIE)
Key Events (KE)
Adverse Outcomes (AO)
| Type | Event ID | Title | Short name |
|---|
| MIE | 2029 | protein-coupled estrogen receptor 1 (GPER) activation | GPER activation |
| KE | 389 | Increased, Intracellular Calcium overload | Increased, Intracellular Calcium overload |
| KE | 2233 | Decreased, ERαβ heterodimers | Decreased, ERαβ heterodimers |
| KE | 1392 | Increase, Oxidative Stress | Increase, Oxidative Stress |
| KE | 1262 | Apoptosis | Apoptosis |
| KE | 2208 | Aberrant, synaptic formation and plasticity | Aberrant, synaptic formation and plasticity |
| KE | 2151 | Disruption, neurotransmitter release | Disruption, neurotransmitter release |
| KE | 188 | Neuroinflammation | Neuroinflammation |
| AO | 341 | Impairment, Learning and memory | Impairment, Learning and memory |
Relationships Between Two Key Events (Including MIEs and AOs)
| Title | Adjacency | Evidence | Quantitative Understanding |
|---|
Network View
Prototypical Stressors
| Name |
|---|
| Bisphenol A |
Life Stage Applicability
| Life stage | Evidence |
|---|---|
| Nursing Child | Moderate |
Taxonomic Applicability
Sex Applicability
| Sex | Evidence |
|---|---|
| Mixed | Moderate |
Overall Assessment of the AOP
此前关于内分泌干扰物的研究,如双酚A(BPA),主要集中在雌激素受体α(ERα)和β(ERβ)上,而该不良结局通路(AOP)则关注BPA激活G蛋白雌激素受体(GPER),对此有大量证据支持。然而,低剂量BPA对神经发育的影响仍不确定。当BPA在环境中以低剂量存在时,首先结合并激活细胞膜上的跨膜蛋白受体GPER,介导快速的细胞调控,这可能是BPA即使在低剂量下仍可能对细胞造成毒性影响的原因。然而,还需要更多关于敲入、敲除和抑制剂的研究,以探讨剂量与毒性效应之间的相关性。
该AOP由GPER激活启动。BPA可以直接激活GPER,导致细胞内游离Ca2+浓度增加(L. Wang 等,2023),同时减少雌激素受体α和β的二聚化(Babiloni-Chust等,2022)。实验支持可从多种模型中获得,包括实验动物、小鼠和细胞系,其中敲入、敲除、拮抗和激活等证据可以证实MIE与KER 之间的联系。
Domain of Applicability
在胰岛细胞中,研究发现低剂量BPA可结合并激活GPER,抑制雌激素受体α和β的二聚/异二聚化,进而导致程序性细胞死亡(Babiloni-Chust等,2022)。同样的结果也在神经母细胞瘤细胞和原发海马神经元中观察到(Meng等,2023;C. C. Wang等,2022)。
在大鼠模型中,观察到暴露BPA会导致小鼠空间学习和记忆能力下降,且雄性大鼠的影响更为明显(Zhang 等,2019)。使用GPER抑制剂可以有效缓解此病(Meng等,2023)。
同时,结合流行病学调查和实验研究结果,怀孕和婴儿期是人体神经系统发育的最关键窗口期,且对污染物暴露相对敏感,尤其是在神经系统发育方面(Braun,2017;Shin 等,2024)。BPA对行为有显著影响,这一点在学龄男孩中已被观察到(Rodríguez-Carrillo 等,2019)。还有证据表明,产前暴露于BPA及其类似物可能影响儿童的神经发育,男孩相关性更高(Jiang等,2020)。
Essentiality of the Key Events
MIE:蛋白偶联雌激素受体1(GPER)激活:雌激素(如17β-雌二醇)结合GPER上的特定结合位点,激活GPER,GPER与细胞内G蛋白,特别是Gα亚基相互作用。这种相互作用会产生第二信使,并触发一系列细胞反应。
KE1:细胞内钙含量增加:储存在内质网中的钙离子接收来自上方的信号,释放Ca2+进入细胞质,调控细胞凋亡和代谢调控等多种细胞功能。
KE2:减少的ERα/β异源体:ERα和ERβ的二聚体在细胞中扮演多种关键角色,包括细胞周期的转录调控、细胞分化和细胞代谢。此外,ERα和ERβ二聚体还与其他细胞信号通路相互作用。ERα和ERβ的二聚体形式还通过影响细胞凋亡相关基因的表达或调控抗凋亡因子的活性,从而维持细胞存活能力,从而与细胞存活和凋亡过程相关。在神经系统中,ERβ的激活被认为能保护神经元免受氧化应激和炎症损伤,这可能涉及ERβ二聚体的调控机制。
KE3:氧化应激:氧化应激是指细胞或生物体内氧化还原(氧化还原)平衡被破坏,导致氧化分子(如氧自由基)产生,超过抗氧化防御系统的清除能力。
KE4:细胞凋亡增多,凋亡是一个高度有组织和受控的细胞死亡过程,受内在和外在信号调控,允许有序地消灭不必要的或受损细胞而不引发炎症反应。这一过程在生物体发育、免疫调节和组织稳态中起着关键作用。凋亡细胞表现出典型的形态变化,包括膜剥蚀、细胞萎缩、染色质缩合和核分裂。最终,细胞被降解成称为凋亡体的小片段,随后被邻近的巨噬细胞或其他吞噬细胞吞噬并降解。
KE5:异常、突触形成与可塑性:突触形成和可塑性异常涉及神经系统内突触的结构和功能变化,影响神经元间信息的传递和处理。突触形成异常可能指突触形态的不规则变化,如突触数量、形状或大小异常。例如,突触形成过多或稀疏会影响神经网络的正常连接性和功能。
突触可塑性是神经系统中的关键特征,使神经连接的强度和效率能够调节。异常可塑性可能表现为突触前和突触后神经元之间信号传递调控不当,导致神经网络功能受损或破坏。
KE6:神经递质的紊乱,神经递质释放:神经递质释放功能障碍涉及神经元在突触之间传递信息的过程中出现异常,包括神经递质的释放、传递和接收。
KE7:神经炎症:神经炎症是发生在中枢神经系统的一种免疫反应,涉及神经细胞(如神经元)和免疫细胞(如小胶质细胞)的激活,导致局部炎症。在神经炎症期间,炎症介质会释放,如IL-1β、TNF-α和活性氧,这些物质会进一步放大炎症反应并加重炎症。
Evidence Assessment
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KE的必要性 |
定义性问题 |
高(强) |
中等 |
低(弱) |
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如果上游的动能被阻断,下游的KE和/或AO会被阻止吗? |
来自专门设计的实验研究的直接证据,表明至少有一种重要的KE是必需的 |
间接证据表明,预期调制因子的足够修饰会削弱或增强动能 |
没有或有相反的实验证据证明任何KE的必要性。 |
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KE1 细胞内钙含量升高 |
高 |
细胞外信号分子结合GPER,激活G蛋白,进而激活磷脂酶C,催化PIP2水解,生成第二信使IP3和DAG。IP3在细胞内扩散,结合并打开内质网膜上的Ca2+通道,导致细胞内游离Ca2+浓度增加。 |
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KE2 ERαβ异二聚体减少 |
高 |
BPA和G1诱导的GPER激活干扰ERα和ERβ之间的串扰。 |
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KE3 氧化应激 |
高 |
细胞内游离钙离子浓度升高会导致内质网应激,而线粒体钙过载则可能增加ROS的产生。 |
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KE4 加重,凋亡 |
高 |
细胞内活性氧(ROS)的生成与清除平衡被打破,导致氧化剂水平升高。ROS会触发线粒体释放细胞色素c并激活半胱天冬酶-3,导致细胞凋亡。 |
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KE5 异常、突触形成与可塑性 |
中等 |
神经元凋亡可能影响突触的数量和功能,从而影响突触中神经递质的释放和传递。凋亡可能导致突触丧失或重塑,可能改变特定突触处神经递质释放的效率。 |
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|
KE6 破坏,神经递质释放 |
中等 |
神经元凋亡会影响突触的数量和功能,从而影响突触间神经递质的释放和传递。凋亡导致突触丧失或重塑,可能降低或增加特定突触神经递质释放的效率。 |
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KE7 神经炎症 |
高 |
氧化应激引起的炎症反应可通过激活如NF-κB通路和释放促炎细胞因子如TNF-α和IL-6,导致神经元细胞损伤和炎症。凋亡还可以通过释放炎症介质并激活炎症信号通路,间接促进神经炎症的发生和进展。 |
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AO 障碍、学习与记忆 |
高 |
神经炎症引起的生物体学习和记忆能力障碍通常与神经系统的结构和功能异常相关,直接影响与学习和记忆相关的神经回路和信号传递通路。 |
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Known Modulating Factors
| 调制因子 (MF) | 影响或结果 | 涉及的 KER |
|---|---|---|
Quantitative Understanding
Considerations for Potential Applications of the AOP (optional)
References
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