早期营养过剩所致母鼠肥胖对子代小鼠代谢特征的影响

肥胖及肥胖相关疾病发病率的急剧上升是一个世界范围内的公共卫生问题[l]。随着成人肥胖率的升高,育龄期女性肥胖率也在不断上升。同时,儿童肥胖也成为国际范围内流行病学领域关注的问题[2,3]。生活方式导致能量过剩是引起超重和肥胖很重要的原因,遗传因素的影响也不容忽视[4]。母鼠肥胖对子代在子宫内的生长环境、出生后肥胖及代谢性疾病的发生有何作用,目前尚缺乏明确结论。本研究通过构建肥胖母鼠模型,观察母鼠肥胖对子代肥胖及代谢特征的影响,以及后天环境中饮食结构对代谢系统的影响。

1材料与方法

1.1动物选用5月龄的ICR小鼠(Jackson Laboratories,北京维通利华),饲养于叩F级动物房,每天光照12h。冬季温度γ℃~25℃,相对湿度60%;夏季温度20℃~25℃,相对湿度6O%。房问压差40kPa,定期消毒,更换饲养笼。

1,2方法

1.2.1肥胖母鼠模型的建立将小鼠随机分为早期营养过剩(CP0)组和对照(CTR)组。采用早期营养过剩方法建立肥胖母鼠模型。CPO组:小鼠出生后第3天,将同一窝仔鼠减少为5只,第5天进一步将仔鼠数量调整为3只,直至第21天哺乳结束,数量保持3只不变;CTR组:小鼠出生后第3天,将同一窝仔鼠减少为12只,第5天进一步调整为10只,直到第21天哺乳结束,数量仍保持10只。动物喂养至8周时,分别从两组中随机选出6~8只小鼠作为母代,与健康同龄雄性ICR小鼠合笼交配。

1.2,2子代小鼠处理选用雄性子代小鼠,在哺乳结束后(21d)采用不同饲料(上海斯莱克实验动物有限责任公司)喂养至5月龄。根据使用饲料不同,两组子代随机分为高脂饲料组(CTR-H组和CPO¨H组)和标准饲料组(CTR-S组和CPOS组)。高脂饲料蛋白质含量以%,碳水化合物41%,脂肪舛%,供能比例分别为⒛%、35%和45%;标准饲料蛋白质含量19.2%,碳水化合物67.3%,脂肪4.3%,供能比例分别为⒛%、70%和10%。

1.2.3母鼠体质量、肝/体质量及腹部脂肪/体质量测定每月测定母鼠体质量;待子鼠出生后,哺乳结束(21d)处死母鼠,测定肝/体质量和腹部脂肪/体质量。

1.2.4子代小鼠生长监测每周测定子代小鼠体质量,处死后测定肝/体质量及腹部脂肪/体质量。

1.2.5子代小鼠脂肪组织形态观察麻醉子代小鼠(10%水合氯醛0.2mL腹腔注射),待完全麻醉后跨心灌流,先采用0.01mo1/L磷酸缓冲液(PBS)冫中洗,再以4%多聚甲醛内固定;迅速取出腹部脂肪,放人4%多聚甲醛中固定48~72h,脱水,石蜡包埋切片,苏木精-伊红(HE)染色后在显微镜下观察脂肪组织细胞形态。

1.2.6子代小鼠葡萄糖耐量试验(g1ucose∞1erance把哎,GTT)哺乳结束后,对四组子代小鼠采用不同饲料喂养10周,进行GTT。试验前禁食I6h,禁食期间保证每笼1只小鼠,可自由饮水⊙禁食后采用利多卡因行尾部局部麻醉,剪尾尖取血,采用血糖仪(强生公司稳步血糖仪)测小鼠空腹血糖;然后按2酽kg体质量的剂量腹腔注射⒛%葡萄糖,分别于15、30、6o、1⒛mh测小鼠血糖。

1.2.7子代小鼠空腹血糖及血清胰岛素测定禁食16h,麻醉小鼠(10%水合氯醛0.2mL腹腔注射),心脏采血,离心分离血清。采用强生公司稳步血糖仪测空腹血糖;采用ELISA试剂盒(武汉华美研究所)测小鼠血清胰岛素水平。计算胰岛素抵抗指数(IRI),IRI〓空腹血糖×空腹胰岛素刀2.5。

1.3统计学分析应用叩SS17.0统计软件进行统计学分析。数据用死±s表示,两组间比较采用J检验,多组间比较采用方差分析,P(0.O~s表示差异具有统计学意义。

2结果

2.1母鼠代谢特征CPO组母鼠体质量、肝/体质量及腹部脂肪/体质量均显著高于CTR组,差异有统计学意义(P(0.05)(图1)。

2.2子代小鼠代谢特征¨CTR-H组和CPO-H组小鼠体质量分别显著高于CTR-s组和耳CP0-S组(P<0.05),该现象刁笠CPO组子代更为显著;CTR-H组和CPO-H组小鼠肝/体质量分别显著高于CTR-S组和CPO-S组(P<0,05);CTR-H组和CPO-H组小鼠腹部脂肪/体质量分别显著高于CTR-S组和CPO-s组(P<0.∞)(图2)。

2.3子代小鼠脂肪组织形态学分析CTR-H组和CPO-H组小鼠腹部脂肪细胞面积分别大于CTR-S组和CPO-S组,差异均有统计学意义(P<001);CPO-s组小鼠腹部脂肪细胞面积明显大于CTR-S组,CPO-H组大于CTR-H组,差异具有统计学意义(P<0,01)(图3、4)。

2.4子代小鼠糖耐量受损情况和胰岛素敏感性变化

2,4,1 GTT结果采用不同饲料喂养10周后,CPO组子代小鼠存在糖耐量受损情况,CP0-H组糖耐量损伤更严重(图5)。

2.4.2空腹血糖、血清胰岛素水平及IRI CPO-H组小鼠空腹血糖水平高于CTR-H组(P(001),CTR-H组和CPO-H组分别高于CTR-S组和CPO-S组(P<0.01)。CPO-H组血清胰岛素水平高于其他组(P<0.01)。CTR-H组不口CPO-H组IRI分另刂高于CTR-S组禾口CPO-s组(P<0,01),CPO-H组IRI高于CTR-H组(P<001)(图6)。

3讨论

随着生活水平的提高,肥胖的发生率也在逐渐升高。有研究[5]表明,全球有超过16亿的成年人超重(体质量指数>25kg/m2),其中4亿成年人达到肥胖标准(体质量指数>30kg/m2)。随着肥胖率的不断上升,孕龄期肥胖妇女也在不断增加,胎儿暴露于肥胖母体的宫内环境,导致能量摄入量和体质量显著增加[6],进而造成青少年期和成年后肥胖,发生相关的代谢疾病。有研究[7’:1证实:肥胖母鼠乳汁瘦素水平高于正常体质量母鼠;瘦素可通过母乳被新生儿吸收并参与能量代谢调节。有研究「9’l°]发现,宫内营养不良易引起胎儿低出生体质量以及成年后高血压、2型糖尿病和代谢性疾病。但另有研究["13]报道,在高营养和高能量的宫内环境下,易造成子代肥胖及代谢性疾病的发生,特别是母代肥胖易造成子代肥胖。另外,还有研究[141显示,早期营养过剩可以引起小鼠肥胖及代谢性疾病。本研究通过早期营养过剩诱导母鼠肥胖,再观察母鼠肥胖对子代肥胖及代谢特征的影响,以及在后天环境中饮食结构对代谢系统的影响。本研究结果显示,肥胖母鼠更容易导致子代发生代谢性疾病,其子代出生体质量显著高于正常小鼠子代,且随年龄增长,差距越来越大。后期膳食模式可加重这种早期过度营养导致的改变。本实验结果显示,子代哺乳结束后进食高脂饲料,体质量明显增加,同时伴有糖耐量受损、空腹血糖水平升高、胰岛素敏感性降低及脂肪细胞体积增大。这种现象在肥胖小鼠的子代饲喂高脂饮食后更为明显。这一现象提示早期营养与后期膳食结构对肥胖和代谢性疾病的发生均有影响,两种情况同时存在可能加重代谢异常程度。此外,本研究还发现肥胖小鼠子代在饲喂标准饲料后,体质量、糖耐量、空腹血糖及血清胰岛素水平较正常的高脂膳食小鼠有所改善,甚至恢复到正常水平。该结果提示通过调节后期膳食因素可降低早期营养过剩所致肥胖和代谢性疾病的发病炽1险。在本实验中,选用ICR雄性小鼠为实验动物,主要囚为雌性小鼠受雌性激素的保护作用和动情周期的影响,而雄性小鼠对早期营养过剩及后期膳食因素所致代谢异常比雌性小鼠更为敏感,但代谢异常的确切作用机制尚有待进一步研究。

4 参考文献

[1]Flegal KM,Carroll MD,Kit BK.Prevalence of obesity and trends in the distribution of body mass index among US adults[J].Journal of the American Medical Association,2012,(05):491-497.

[2]Morrison JA,Ford ES,Steinberger J.The pediatric metabolic syndrome[J].Minerva Medica,2008,(03):269-287.

[3]Steinberger J,Daniels SR,Eckel RH.Progress and challenges in metabolic syndrome in children and adolescents.a scientific statement from the American Heart Association Atherosclerosis,Hypertension,and Obesity in the Young Committee of the Council on Cardiovascular Disease in the Young;Council on Cardiovascular Nursing;and Council on Nutrition,Physical Activity,and Metabolism[J].Circulation,2009,(04):628-647.

[4]Mitchell GA.Genetics,physiology and perinatal influences in childhood obesity:view from the Chair[J].International Journal of Obesity,2009,(1 Suppl):S41-S47.

[5]罗金梅,肖毅.肥胖和睡眠呼吸疾病[J].中国医学科学院学报,2011,(03):235-238.