早期暴露于高脂環(huán)境對生長發(fā)育影響的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展

程盼貴，張知新

（中日友好醫(yī)院 兒科，北京 100029）

目前，肥胖已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)廣泛關(guān)注的公共衛(wèi)生問題之一，其中兒童肥胖的發(fā)病率呈逐年上升的趨勢。體重超過同性別、同身高參照人群均值10%～19%者為超重；超過20%者為肥胖。Mercedes de Onis等[1]對世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）全球144個(gè)國家中具有全國代表性的450份兒童成長和營養(yǎng)不良數(shù)據(jù)進(jìn)行橫斷面調(diào)查發(fā)現(xiàn)，兒童超重及肥胖的發(fā)生率從1990年的4.2%增長到2010年的6.7%，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到9.1%；美國在2009～2010年進(jìn)行的全國健康和營養(yǎng)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，兒童和青少年的肥胖發(fā)病率為16.9%[2]。肥胖患者中95%～97%為單純性肥胖[3]，能量攝入過多是引起肥胖的重要原因，其中脂肪等高熱量飲食對肥胖的影響尤其明顯。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也表明，高脂飲食喂養(yǎng)的大鼠表現(xiàn)出明顯的肥胖[4]。早期暴露于高脂環(huán)境，直接或間接影響胎兒或嬰幼兒生長發(fā)育。妊娠前和妊娠期超重或肥胖容易引起胎兒出生后高體重[5]，在兒童期[6～8]和青春期[9]時(shí)更容易肥胖，并且在青春期前出現(xiàn)生長加速和青春期提前[10]等問題。因此，本文著重就早期（胚胎期及哺乳期）暴露于高脂環(huán)境下對生長發(fā)育影響的實(shí)驗(yàn)研究做如下綜述。

1 早期高脂飲食對體重的影響

體重是最直觀反映兒童營養(yǎng)和健康狀況的指標(biāo)之一。研究發(fā)現(xiàn)，妊娠前和妊娠期超重或肥胖容易引起胎兒出生高體重[5]，且母親身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）與胎兒出生體重成正比[6]，超重及肥胖母親所生兒童在兒童期[6～8]和青春期[9]時(shí)更容易肥胖。究其原因，一方面可能是胎兒遺傳了母體的易感基因。另一方面母體的代謝、生活習(xí)慣、飲食會影響到胎盤的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和相關(guān)生長因子的表達(dá)。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，早期暴露于高脂環(huán)境對仔鼠的體重有重要影響。Sloboda等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在交配前、妊娠期及哺乳期高脂飲食，尤其是孕期和哺乳期高脂飲食的大鼠，其仔鼠出生時(shí)體重更低。但高脂飲食所產(chǎn)仔鼠在哺乳期后期，體重開始趕超對照組，并在斷乳后顯著增加。Connor等[13]發(fā)現(xiàn)，高脂喂養(yǎng)的母鼠所產(chǎn)仔鼠的低體重僅出現(xiàn)在哺乳期前期，仔鼠均表現(xiàn)為出生10d以前體重低于對照組，但出生19d后高脂喂養(yǎng)組體重上升且明顯超過對照組。Kavanagh等[14]認(rèn)為這種出生后的生長追趕，是由于血清中增高的胰島素樣生長因子 （insulin-like growth factor-I，IGF-I）引起的。Sun等[15]研究甚至發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)后第10d，仔鼠高脂飲食組較普通飲食組更加肥胖，尤以內(nèi)臟和皮下脂肪為主。出生21d，高脂組繼續(xù)肥胖，總脂肪和皮下脂肪明顯高于對照組，而內(nèi)臟脂肪以雌鼠表現(xiàn)突出。Davenport等[11]發(fā)現(xiàn)，母鼠普通飲食生產(chǎn)的仔鼠，在成年后體重較持續(xù)高脂飲食的大鼠低。而在斷乳后開始高脂飲食的仔鼠，其成年后體重較持續(xù)普通飲食的大鼠高。高脂飲食喂養(yǎng)的大鼠，其仔鼠出生時(shí)體重較低，出生后在高脂飲食的持續(xù)刺激下體重增長較快，并在成年后表現(xiàn)出肥胖[16]。Ashino等[17]研究發(fā)現(xiàn)，斷乳后，肝臟甘油三酯含量增加，繼續(xù)高脂喂養(yǎng)到14周時(shí)，發(fā)現(xiàn)雄性大鼠表現(xiàn)出脂肪組織增加，脂肪在肝臟的堆積，激活c-Jun氨基端激酶，進(jìn)而促進(jìn)非酒精性脂肪肝的發(fā)展。高脂飲食對體重的影響可能是通過瘦素、脂連素[18]、胰島素、炎癥因子、下丘腦相關(guān)蛋白因素等起作用。

高脂飲食環(huán)境對大鼠的影響可以持續(xù)到下一代，且這種影響在兩代之間具有相似性，Dunn等[19]研究發(fā)現(xiàn)，出生后高脂喂養(yǎng)的小鼠，其仔鼠出生體重較普通飲食組高，從出生后7d一直持續(xù)到斷乳。斷乳后，持續(xù)喂養(yǎng)高脂飲食的小鼠表現(xiàn)為食欲旺盛，體重較普通飲食組穩(wěn)步上升。而出生前開始高脂喂養(yǎng)的小鼠，其所生仔鼠較出生后高脂喂養(yǎng)的小鼠會更加肥胖，血清瘦素水平高，糖耐量受損，血漿胰島素水平在45min、60min和120min時(shí)相顯著性增高，胰島素曲線下面積（area under the curve，AUC）明顯較高。其中雌性后代表現(xiàn)更為明顯。提示瘦素及胰島素在高脂飲食的仔鼠體重扮演重要的角色。但是，這種高脂飲食對體重的影響并非一直持續(xù)下去，而僅僅波及到第一代，第二代并未受影響。Dunn等[19]通過高脂母鼠生產(chǎn)第一代鼠，再應(yīng)用第一代鼠相互交配生產(chǎn)第二代仔鼠發(fā)現(xiàn)，高脂飲食引起的體重增加僅僅體現(xiàn)在第一代而并未出現(xiàn)在第二代。

同時(shí)，肥胖母鼠孕期子宮內(nèi)的炎癥因子也增加后代肥胖的易感性。Shankar等[20]發(fā)現(xiàn)，肥胖母鼠在孕期的子宮內(nèi)核因子-κB及c-Jun氨基端激酶表達(dá)上調(diào)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，子宮炎癥趨化因子CCL2、CCL5、CCL7、CxCL10及相關(guān)的調(diào)節(jié)因子TLR2、CD14，and Ccr1大量表達(dá)，而異位的脂肪堆積和脂肪代謝相關(guān)基因的表達(dá)促進(jìn)了炎癥因子的增加。

此外，高脂飲食還通過刺激下丘腦相關(guān)蛋白的異常表達(dá)來調(diào)節(jié)體重。Chang等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在高脂飲食刺激下，下丘腦控制飲食攝入和體重的蛋白表達(dá)異常，且這種異常表達(dá)即使在出生后也將持續(xù)存在。胚胎6d到出生后15d，促進(jìn)食欲的相關(guān)蛋白如室旁核甘丙肽、腦啡肽、強(qiáng)啡肽，以及穹窿周圍下丘腦外側(cè)的食欲肽、黑色素聚集激素增加。高脂飲食刺激胚胎下丘腦第三腦室神經(jīng)上皮及神經(jīng)元前體細(xì)胞增殖。同時(shí)也刺激神經(jīng)元增殖、分化并遷移到下丘腦區(qū)域，并最終形成表達(dá)刺激食欲的肽類聚集區(qū)。下丘腦的這些改變，在斷乳后會引起長期的行為和生理改變，包括食物攝入的增加，偏愛脂質(zhì)飲食。進(jìn)而引起體重增加，引發(fā)高脂血癥。

2 早期高脂飲食對體長的影響

眾所周知，肥胖兒童在青春期前表現(xiàn)為較高的年增長速度，而這種加速的增長趨勢在進(jìn)入青春期后逐漸減慢，青春期第二生長高峰期生長減速，最終身高與正常體重人群并無差異。而關(guān)于母親超重或肥胖對后代身高的影響，并無確切研究。

實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食喂養(yǎng)的大鼠，其仔鼠出生體長較短，出生后在高熱量的持續(xù)刺激下發(fā)生生長追趕，成年后體長明顯超過正常對照組。Kavanagh等[14]通過給予小鼠高反式脂肪酸喂養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)其所生后代存在明顯的生長遲緩，并伴有空腹血糖升高。而隨著高脂喂養(yǎng)的繼續(xù)，血清中增高的IGF-I抵消了反式脂肪酸的副作用，進(jìn)而引起出生后的生長追趕。出生后的高瘦素血癥和高胰島素血癥也促進(jìn)了體長的快速增長。Sun等[15]研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食喂養(yǎng)的大鼠，生后的仔鼠表現(xiàn)出高瘦素血癥。而Bertoni等[22]認(rèn)為，瘦素可以刺激軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞的分化和增殖，加快骨骼的增長。高脂飲食引起的胰島素抵抗可以加速體長生長，Wu等[23]發(fā)現(xiàn)，胰島素可以直接作用于生長板軟骨細(xì)胞上的胰島素受體來調(diào)節(jié)骨骼生長。而出生后的矮小早在卵母細(xì)胞及胚胎早期階段已經(jīng)顯現(xiàn)。Jungheim等[24]發(fā)現(xiàn)，在卵母細(xì)胞及胚胎早期階段，母體的肥胖就會對其產(chǎn)生負(fù)面影響。且這種影響具有持續(xù)性。母體的糖代謝紊亂對孕前的卵母細(xì)胞和孕期的胚胎有持續(xù)性的負(fù)面影響。高脂飲食引起的肥胖小鼠卵巢濾泡凋亡更加明顯，成熟的卵泡少且小，胚胎的胰島素樣生長因子Ⅰ受體（insulin-like growth factor 1 receptor，IGF-IR）信號蛋白減少，胚胎的胰島素樣生長因子Ⅱ受體mRNA（insulin-like growth factorⅡreceptor，IGF-IIR）表達(dá)上升，進(jìn)而引起胚胎發(fā)育遲緩，出生幼崽體格小。

高脂飲食的這種促生長作用可以通過母系或父系影響到下一代。母代高脂飲食引起仔鼠成年后體長顯著性增高，不僅體現(xiàn)在第一代身上，第二代的體長增長更明顯。Dunn等[25]通過測量第一代和第二代仔鼠體長發(fā)現(xiàn)，第一代在胚胎期第17d的體長以及第一代和第二代幼鼠成年后的體長都比對照組更長。通過對比高脂環(huán)境下單純雌鼠、單純雄鼠以及雌雄雙系的后代亦發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雌鼠及雄鼠兩系都暴露在高脂環(huán)境中時(shí)，高脂飲食對體長的影響會更加明顯，其所生仔鼠體長更長。而高脂飲食的促生長作用在影響到第三代時(shí)，僅僅體現(xiàn)在雌性大鼠身上。支持了這種穩(wěn)定的種系間跨代遺傳模式，證實(shí)了印記基因可能在種系間的表觀遺傳中起到重要作用。雄性在生殖過程中，可以通過自身生殖細(xì)胞中比較穩(wěn)定的編碼程序鞏固和傳遞了他的表觀遺傳，彌補(bǔ)雌性后代在發(fā)育中的缺陷，確保后代遺傳信息的穩(wěn)定性。Dunn等[25]研究發(fā)現(xiàn)，第三代大鼠的體長僅有雌性大鼠較長，而且雌性鼠的高體長遺傳自第二代父系。高脂飲食通過改變生長激素（growth hormone，GH）軸來調(diào)節(jié)生長，Dunn等[19]發(fā)現(xiàn)，高脂環(huán)境下，仔鼠血清IGF-I濃度上升，生長激素促分泌素受體（growth hormone secretagogue receptor，GHSR）抑制因子AF5q31表達(dá)上升。而這種上升僅體現(xiàn)在雌性大鼠而非雄性。研究表明，身體長度及糖穩(wěn)態(tài)的遺傳受到母代的飲食影響。

3 早期高脂飲食對性發(fā)育的影響

肥胖與青春期密切相關(guān)，兒童期肥胖容易引起青春期提前，乳房發(fā)育早、陰毛早現(xiàn)、月經(jīng)初潮提前[26]。Terry等[27]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，嬰幼兒在出生后4～6個(gè)月的體重過度增加，與青春期提前密切相關(guān)。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，出生前及青春期前的營養(yǎng)狀況在性發(fā)育中扮演重要的作用。Sloboda等[12]研究發(fā)現(xiàn)，早期暴露于高脂飲食會引起仔鼠青春期早現(xiàn)。這種青春期的提前與出生前及哺乳期的飲食密切相關(guān)。高脂飲食對仔鼠的出生數(shù)量和出生性別比例并無影響[11]。母體或斷乳后的營養(yǎng)都可以改變仔鼠青春期前的體質(zhì)量及雌性后代在成年后的生殖功能，導(dǎo)致卵巢功能衰老和生育功能減退。Connor等[13]研究發(fā)現(xiàn)，高脂喂養(yǎng)所產(chǎn)仔鼠進(jìn)入青春期提前，斷乳后繼續(xù)高脂喂養(yǎng)會進(jìn)一步加速這種趨勢。同時(shí)，仔鼠發(fā)情期也受到影響，表現(xiàn)為發(fā)情期延長并持續(xù)，而斷乳后持續(xù)高脂飲食不僅發(fā)情期長且持續(xù)，更容易形成不規(guī)律的發(fā)情周期。

高脂飲食可能引起使生殖功能下降，并能將這種影響持續(xù)到下一代。高脂飼料誘導(dǎo)的雄性大鼠配子功能下降、生育能力低下，而這種生殖功能的低下具有遺傳性。Fullston等[28]通過將高脂飼料誘導(dǎo)的雄性大鼠與正常體重雌鼠交配，所產(chǎn)第一代仔鼠出生后普通飲食喂養(yǎng)，第一代仔鼠交配產(chǎn)生第二代仔鼠。經(jīng)證實(shí)，高脂飼料誘導(dǎo)的雄性大鼠配子功能下降、生育能力低下，而這種生殖功能的低下可以通過第一代的父系影響到第二代的，并通過與第一代母鼠交配，將影響傳遞給第二代雄性。

4 結(jié)語

早期暴露于高脂飲食直接或間接影響胎兒、嬰幼兒生長及青春期發(fā)育。高脂飲食喂養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物出生時(shí)短期表現(xiàn)為體重低，體長短小，但在哺乳后期，隨著高脂飲食的繼續(xù)，體重開始趕超，并在斷乳后顯著增加，體長也明顯增長，最終成年后表現(xiàn)出肥胖，體型較長，進(jìn)入發(fā)情期較早，且持續(xù)時(shí)間長。高脂飲食通過誘發(fā)炎癥因子、改變子宮內(nèi)環(huán)境，刺激下丘腦蛋白異常表達(dá)引起高胰島素血癥，高瘦素血癥等都對生長發(fā)育起到促進(jìn)和加速作用。而這種后天飲食因素對身體的影響會持續(xù)到下一代。

因此，研究早期暴露于高脂環(huán)境對生長發(fā)育影響的意義重大，其機(jī)制也有初步研究。但高脂母鼠所產(chǎn)仔鼠的出生低體重及低身長的機(jī)制尚未闡明，以及高脂飲食的不同脂肪比例、高脂造模的時(shí)間長短對生長發(fā)育的影響也需進(jìn)一步研究探索。

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