母體妊娠期應激對后代出生前后下丘腦-垂體-腎上腺軸的影響及其機制

李留安 吳展望 趙茹茜*

（1.南京農業(yè)大學農業(yè)部動物生理生化重點開放實驗室,南京 210095;2.天津農學院動物科學系,天津 300384）

應激反應是機體受到強烈刺激或有害刺激以后產生的非特異性適應反應,其主要特征為機體下丘腦-垂體-腎上腺（hypothalamus-pituitary-ad renocortical,HPA）軸及交感腎上腺髓質系統(tǒng)活動增強[1]。糖皮質激素既可以負反饋調節(jié)HPA軸,又能作用于大腦以改變機體的行為和學習能力。糖皮質激素的反饋作用是通過中樞糖皮質激素受體（glucocorticoid receptor,GR）和鹽皮質激素受體（m ineralocorticoid recep tor,MR）實現(xiàn)的。妊娠期母體受到應激會使母體血液及胎盤內皮質醇水平升高,從而影響胎兒正常發(fā)育的激素環(huán)境,使胎兒出生后的內分泌和行為發(fā)生變化,尤其是使HPA軸功能和皮質醇分泌能力發(fā)生改變[2]。另外,飼糧蛋白質限制也是一種應激,會對母體的內分泌及胎兒的正常發(fā)育造成影響[3]。本文就飼糧蛋白質限制等應激因素對妊娠期母體及后代出生前后HPA軸的影響等作一綜述。

1 妊娠期母體應激對后代出生前HPA軸的影響

母體受到外源性糖皮質激素處理或營養(yǎng)限制等應激時都會導致母體血液及胎盤內糖皮質激素水平升高。對于大鼠,母體受到應激導致血漿皮質酮水平升高的同時,胎兒的血漿皮質酮水平也會顯著升高[4]。對于豚鼠,自然狀態(tài)下母體血漿皮質醇水平是胎兒的10倍,母鼠應激時其自身及胎兒血漿皮質醇水平都顯著增加[5]。有研究表明,母體糖皮質激素通過胎盤屏障進入雌性胎兒的量比進入雄性胎兒的量更大[6]。而高水平的糖皮質激素是程序化影響胎兒HPA軸的主要激素之一,提示了母體應激對雌性后代HPA軸的影響比雄性后代更大。

妊娠期胎兒暴露于高糖皮質激素中,會抑制胎兒的發(fā)育,使其出生重減小。胎兒的HPA軸也會因糖皮質激素作用而受到影響。發(fā)育中的HPA軸對母體的程序化作用非常敏感,尤其在腦部發(fā)育的關鍵期,會影響海馬體中GR的表達,對于大鼠,會因降低海馬體中GR的表達而減弱糖皮質激素對HPA軸的負反饋作用[7]。妊娠期應激和母體注射糖皮質激素都能增加胎兒的血漿皮質醇水平,導致HPA軸功能和應激相關行為的永久性增強。妊娠期的營養(yǎng)限制會導致宮內發(fā)育遲緩,從而間接地增強胎兒HPA軸活性[8]。

2 母體妊娠期應激對后代出生后HPA軸的程序化影響

母體妊娠期應激會增加胎兒的糖皮質激素水平,使后代HPA軸對于應激的反應性升高,增加出生后的基礎皮質醇（酮）和促腎上腺皮質激素（adrenocorticotropic horm one,ACTH）水平。母鼠在妊娠的最后一周受到應激會改變后代出生后垂體-腎上腺皮質活動的節(jié)律,增強垂體-腎上腺皮質對應激的敏感性,增強后代的焦慮情緒,提高后代基礎狀態(tài)下血漿ACTH和皮質酮濃度,在急性應激之后會發(fā)生長期較高濃度的皮質酮釋放反應[9]。在妊娠的最后六周,每周給母豬注射ACTH模擬應激以增加母體皮質醇的分泌,會導致1日齡后代腎上腺皮質中黑皮素受體-2（m elanocortin type 2 receptor,MC2R）m RNA表達的增加,以及出生后腎上腺皮質與髓質比率的提高,這可能是其具有較高腎上腺皮質反應的物質基礎。這些仔豬在出生后的60日齡,垂體重量顯著增加,并且垂體中阿片黑皮質素原（p ro-opiom elanocrtin,POMC）m RNA表達也增高。較高的腎上腺皮質與髓質的比率也由出生時一直持續(xù)到60日齡,在應激狀態(tài)下這些仔豬會產生較高的血漿皮質醇反應,另外,母豬在妊娠中期受到蛋白質限制對后代HPA軸也有增強作用,導致仔豬受到斷奶或并圈等應激時HPA軸活性更高[10]。

在研究妊娠期應激對后代的影響時,大多數(shù)是在妊娠期不同時間給予應激處理,且有些試驗表明對后代的影響存在性別特異性。如豚鼠在妊娠后期的60～62胎齡受到應激,其雄性后代血漿皮質醇水平和HPA軸活性顯著提高,在50～52胎齡受到應激時,其雄性后代海馬體中GR表達顯著降低,垂體中POMC表達顯著增加,與基礎狀態(tài)下HPA軸活性的增加一致。伴隨著HPA軸活性的增加,無論是50多胎齡還是60多胎齡母體受到應激,雄性后代腎上腺皮質中的類固醇生成因子-1（steroidogenic factor-1,SF-1）和MC2R的表達均顯著增加[3]。母豬妊娠期受到應激時也會增強后代公豬的HPA軸功能,使其皮質醇水平增高[11]。妊娠大鼠遭受應激僅在雌性后代中表現(xiàn)出海馬體GR的顯著減少,海馬體GR表達量較低會影響海馬體的負反饋調節(jié)和HPA軸活性的終止,從而提高血漿皮質酮水平及其持續(xù)時間[12]。當大鼠在妊娠的最后一周每天連續(xù)受到限制性應激時,其雌性后代會表現(xiàn)出較高的基礎皮質醇水平和較低的海馬體GR表達[13]。這些研究表明妊娠期的母體應激對不同性別后代HPA軸的影響并不一致。

3 妊娠期母體應激對后代HPA軸程序化影響的機制

妊娠期蛋白質限制等應激會導致母體糖皮質激素分泌的增加,胎盤屏障可以阻止其中一部分糖皮質激素進入胎盤,但仍有部分會進入胎盤,并直接影響胎兒的發(fā)育及HPA軸功能。母體應激對胎兒還有一些間接影響,如應激所產生的兒茶酚胺可通過收縮胎盤中的血管而影響胎兒,導致胎兒缺氧,從而激活胎兒的HPA軸[14]。

目前認為妊娠期母體的蛋白質限制等應激主要通過高水平的糖皮質激素作用于胎兒HPA軸的上游（海馬體、下丘腦、垂體）而程序化影響后代HPA軸功能。當機體受到應激時HPA軸活性增強,并產生大量糖皮質激素,而糖皮質激素可以負反饋作用于下丘腦和垂體,這種負反饋主要通過糖皮質激素與海馬體、下丘腦和垂體中的GR或MR結合起作用。因此妊娠期母體應激對后代HPA軸的影響在很大程度上是通過改變后代腦中這幾個部位的GR和MR表達來實現(xiàn)的。

妊娠期母體應激對胎兒的程序化影響還決定于母體受到應激時的妊娠階段和持續(xù)時間。母豬妊娠后期受到限制性應激會迅速減少仔豬下丘腦中的GR表達,同時增加海馬體中的GR表達[14]。這種影響也發(fā)生在大鼠腦部的高速發(fā)育期,下丘腦中的GR表達能夠因母體的應激而持續(xù)于整個妊娠期。妊娠期用ACTH反復處理大鼠,會顯著增加胎兒下丘腦和海馬體中的5-羥色胺（5-hydroxytryptamine, 5-HT）水平。海馬體中5-HT的升高可以上調海馬體GR的表達,5-HT的這一作用受到其受體的調節(jié)并產生持久性作用,包括使GR啟動子甲基化[15]。人為地增加大鼠下丘腦5-HT水平可以提高海馬體的GR表達,增強糖皮質激素的負反饋調節(jié),從而減弱HPA軸活性。另外5-HT還能直接上調原代培養(yǎng)的胚胎海馬體細胞中GR m RNA的表達及GR與糖皮質激素的結合[16]。

新生兒受到應激會提高甲狀腺的活性,使甲狀腺激素分泌增加,甲狀腺激素可以使5-HT通過血腦屏障進入海馬體,從而增加海馬體中的GR表達,增強糖皮質激素對HPA軸的負反饋調節(jié)作用[17]。妊娠期營養(yǎng)限制應激也會使海馬體的CA1區(qū)域的GR m RNA表達下降,該區(qū)域在糖皮質激素對HPA軸活性的負反饋調節(jié)中起作用[18]。

4 小 結

總之,妊娠期母體的蛋白質限制等應激因素對后代HPA軸有顯著的程序化影響,尤其是對胎兒期HPA軸的影響更為明顯,因為胎兒期HPA軸正處于生長發(fā)育階段,所以更易受到應激的危害。腎上腺皮質作為HPA軸的重要組成部分,是機體合成糖皮質激素的主要部位,同時也是糖皮質激素對HPA軸負反饋的作用位點,因此腎上腺皮質也可能是HPA軸程序化的靶器官。以往的研究主要集中在HPA軸的上游,關于母體應激對后代腎上腺皮質功能程序化影響的研究鮮有報道,所以開展這方面的工作,對提高畜牧業(yè)生產效益及改善人類健康均有重大理論和實踐指導意義。

[1] 盧慶萍,張宏福.動物應激的研究進展[J].動物營養(yǎng)學報,2007,19（增刊）:465-468.

[2] FETOUIH,GAROUIM,ZEGHAL N.Protein restriction in pregnant-and lac tating rats-induced oxidative stress and hypohom ocysteinaem ia in their offspring[J].Journal o f Anim al Physio logy and Anim al Nutrition,2009,93:263-270.

[3] KAPOOR A,LEEN J,MATTHEWSSG.Molecular regulation of the hypothalam ic-pituitary-ad renal axis in adultm ale guinea pigs after prenatal stress at different stages o f gestation[J].Journal of Physiology,2008,586:4317-4326.

[4] TAKAHASHI L K,TURNER JG,KALIN N H. Prolonged stress-induced elevation in p lasma corticosterone during pregnancy in the rat:implications for p renatal stress studies[J].Psychoneuroendocrino logy,1998,23:571-581.

[5] DAUPARAT P,MONIN G,DALLE M,etal.The e ffects o f psychosom atic stress at the end of pregnancy on maternal and fetal plasm a cortisol levels and liver glycogen in guinea-pigs[J].Reproduction Nutrition Development,1984,24:45-51.

[6] MONTANO M M,WANG M H,VOM SAAL F S. Sex differences in p lasm a corticosterone in mouse fetuses aremediated by differential placen tal transport from themother and elim inated bymaternal adrenalec tomy or stress[J].Journal of Reproduction Fertile,1993,99:283-290.

[7] SLOBODA D M,MOSS T J,GURRIN L C,et al. The effect of prenatal betamethasone adm inistration on postnatal ovine hypothalam ic-pituitary-adrenal function[J].Journal o f Endocrino logy,2002,172: 71-81.

[8] KAPOOR A,DUNN E,KOSTAK I A.Fetal p rogramm ing of hypothalamo-pituitary-adrenal function:prenatal stress and glucocorticoids[J].The Journal o f Physiology,2006,572:31-34.

[9] KOEH LM,DARNAUDERY M,DULLUC J.Prenatal stress alters circadian activity o f hypothalamopituitary-adrenalaxis and hippocampal corticosteroid recep tors in adult rats of both gender[J].Journal of Neurobiology,1999,40:302-315.

[10] ESTANISLA U C,MORATO S.Prenatal stress p roducesm ore behavioral alterations thanm aternalseparation in the elevated p lus-maze and in the elevated T-maze[J].Behavioural Brain Research,2006, 163:70-77.

[11] KANITZ E,OTTEN W,TUCHSCHERER M.Changes in endocrine and neurochem ical pro files in neonatal pigs prenatally exposed to increased maternal cortisol[J].Journal o f Endocrinology,2006,191: 207-220.

[12] HENRY C,KABBA JM,SIMON H,et al.Prenatal stress increases the hypothalamo-pituitary-adrenal axis response in young and adult rats[J].Journal of Neuroendocrinology,1994,6:341-345.

[13] SZURAN T F,PLISKA V,POKORNY J,et al. Prenatal stress in rats:effects on plasm a corticosterone,hippocampal glucocorticoid recep tors,and maze performance[J].Physiology Behavior,2000, 71:353-362.

[14] CHALLIS J R G,MATTHEWS SG,GIBB W,et al.Endocrine and paracrine regulation of birth at term and p reterm[J].Endocrine Reviews,2000, 21:514-550.

[15] M ITCHELL J B,INY L J,MEANEY M J.The role of serotonin in the development and environmental regulation of typeⅡcorticosteroid receptor binding in rat hippocampus[J].Deve lopmental Brain Research,1990,55:231-235.

[16] MEANEY M J,DIORIO J,FRANCISD,et al.Postnatalhandling increases the exp ression of cAM P-in-ducible transcrip tion factors in the rat hippocampus: the ef fects o f thy roid horm ones and serotonin[J]. Journal of Neuroscience,2000,20:3926-3935.

[17] EDWARDS L J,SIMONETTA G,OWENS JA.Restriction of placentaland fetal grow th in sheep alters fetal b lood pressure responses to angiotensinⅡand cap topril[J].Journal of Physiology,1999,515: 897-904.

[18] DE KLOET E R,VREUGDENH IL E,OITZL M S,et al.Brain corticosteroid receptor balance in health and disease[J].Endocrine Reviews,1998, 19:269-301.

*Correspond ing au thor,p rofessor,E-m ail:lapb@njau.edu.cn

（編輯 尚彬如）