基于代谢组学研究n--3多不饱和脂肪酸对妊娠期糖尿病母鼠的子代成年后的影响及机制

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妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)严重威胁母婴健康,并增加子代各种患病风险。然而,GDM对子代长期的影响及机制,仍不十分清楚。n-3多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFA)具有多种生理功能,在预防一些疾病风险等方面起重要作用,但n-3PUFA对GDM孕妇的子代的影响不是十分清楚。GDM子代的长期糖尿病发生风险和机制,以及n-3PUFA对其是否有改善作用,值得研究。此外,GDM能否对子代脑组织造成长期影响,以及n-3PUFA对其作用及机制,也需阐明。代谢组学可发现代谢物与生理病理变化的关系,在了解疾病发展、临床早期诊断、改善预后等起重要作用。目前,利用代谢组学大多是对GDM孕妇的研究,对子代研究较少,对子代的长期代谢研究更少。利用代谢组学研究GD M子代远期成年后的代谢变化,阐述子代潜在疾病风险及机制,探究n-3PUFA干预后的作用,具有实际意义。
  目的:(一)研究GDM母鼠的子代成长过程中,特别是成长至远期成年后糖尿病的发生风险和机制,以及n-3PUFA对GDM子代干预后的效果;(二)研究GDM能否对子代脑组织造成长期影响,以及n-3PUFA的干预对GDM子代脑组织的作用及机制;(三)研究GDM母鼠的子代远期成年后代表机体总体情况的血液代谢组学变化,揭示子代年老时的身体状态和相关的疾病风险,以及n-3PUFA对GDM子代血清代谢的调节作用。
  方法:Wis ta r雌鼠孕第5天注射链脲佐菌素造GD M模型,正常母鼠注射柠檬酸缓冲液。正常子代断奶后,喂标准饲料(7%豆油)至11月龄。GDM子代断奶后分三组,喂相应饲料至11月龄,分别为GDM子代组(7%豆油)、n-3PUFA干预的GDM子代组(3%豆油+4%鱼油)、n-3PUFA缺乏的GDM子代组(7%红花油)。各组子代在11月龄处死。
  结果:(一)GDM子代出生体重降低,并表现出终生生长受限,n-3PUFA的干预改善了其生长受限。GD M子代糖尿病发生风险随月龄增长而增加,断奶时无明显风险,远期成年后11月龄表现出明显糖尿病风险。n-3PUFA通过改善GD M子代胰腺脂肪浸润、降低肝脏甘油三酯和胆固醇水平、改善肝脏和胰腺氧化应激和炎症状态,降低了其糖尿病的风险。n-3PUFA也延缓了GDM子代肝脏和胰腺端粒的缩短。GDM子代11月龄肝脏和胰腺代谢发生改变。肝脏中73个代谢物发生变化,很多代谢物和代谢通路与糖尿病发生风险密切相关,如神经酰胺、棕榈酸、草酰乙酸、皮质醇、α-亚麻酸、尼克酰胺和生育三烯酚等。n-3PUFA干预后调节了27个代谢物,而n-3PUFA缺乏组中,仅7个代谢物回调,21个代谢物变化趋势却加重。GDM子代胰腺中有68个代谢物改变,n-3PUFA调节了30个代谢物,而n-3PUFA缺乏组中却有35个代谢物变化趋势加重。
  (二)GDM对子代脑组织造成了长期影响。首先,GDM子代11月龄海马体和大脑皮层表现出氧化应激。n-3PUFA通过提高海马体SO D和C AT活性、降低脑皮层中MDA水平、提高GSH水平和SOD、CAT活性改善了其氧化应激。其次,GDM子代11月龄脑组织呈现炎症状态。n-3PUFA通过降低海马体中IL-1β和IL-6的水平、提高IL-10的水平、降低脑皮层中IL-1β、IL-6和TNF-α的水平改善了其炎症状态,而n-3PUFA缺乏组则表现出最高炎症状态。此外,GDM子代断奶时海马体端粒长度变短,11月龄时更短,并且11月龄脑皮层端粒也缩短。n-3PUFA延缓了其海马体和脑皮层端粒缩短,而n-3PUFA缺乏组海马体端粒长度最短。最后,GDM子代11月龄脑组织代谢明显改变。很多改变的代谢物与脑功能、神经递质传递、认知功能以及神经系统疾病等密切相关,如磷脂酰丝氨酸、神经酰胺、神经鞘氨醇、谷氨酸、吲哚、组胺、皮质醇、半乳糖脑苷脂等。海马体中52个代谢物发生变化,n-3PUFA干预后调节了30个代谢物,而n-3PUFA缺乏组中却有21个代谢物变化趋势加重。脑皮层中有40个代谢物改变,n-3PUFA调节了22个代谢物,而n-3PUFA缺乏组中有21个代谢物变化趋势加重。
  (三)GDM子代11月龄时代表机体总体情况的血液中有40个代谢物发生变化。这些改变的代谢物及其代谢通路提示G DM子代远期成年后机体氧化应激增强、炎症状态、易衰老、糖尿病风险、心血管疾病等代谢疾病风险、肝功能降低、认知功能下降、肠道菌群代谢异常、生育功能降低等风险增加。n-3PUFA干预后调节了血清中21个代谢物,而n-3PUFA缺乏组中仅4个代谢物回调,却有23种代谢物变化趋势继续加重。
  结论:(一)GDM子代鼠的糖尿病风险随月龄增长而增加,到远期成年后表现出明显糖尿病风险,n-3PUFA的干预降低了其糖尿病风险;(二)GDM能对子代脑组织造成长期影响,这增加了子代年老后患脑及神经系统疾病的风险,n-3PUFA对GDM子代脑组织有保护作用。本结果也有力地证明,成年后脑及神经系统疾病的发生风险与生命早期经历不良宫内环境有关。(三)n-3PUFA对GDM子代血清代谢有一定调节作用。利用代谢组学寻找标记物,在预测GDM子代成长中相关疾病风险、观测营养干预和治疗效果等方面,具有可行性。
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