菊粉改善母代肥胖诱导的子代认知功能和社交障碍机制研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinfan413
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随着全世界肥胖育龄女性人数的增加,母代肥胖诱导子代一系列发育相关功能障碍已经成为不可忽视的问题。流行病学和遗传学证据表明,母代肥胖可能会导致自身肠道菌群紊乱,进而肠道菌群在母子代纵向传递过程中诱导子代肠道菌群同步失衡。在子代生命早期“1000天”这个关键时期,肠道菌群的失衡通过其代谢产物的改变直接影响子代认知和社交功能正常。因此发掘营养因子和利用膳食模式干预母代肥胖诱导的子代神经发育障碍的营养学研究已成为食品科学领域内的研究热点。膳食纤维菊粉(Inulin)是一种在菊科,桔梗科等常见植物中含量较高、由果糖分子聚合而成的复杂碳水化合物,具有改善肠道菌群紊乱,降低胰岛素敏感性,降低结肠炎发病率等生物活性。然而关于其改善母代肥胖诱导的子代认知障碍的作用鲜有报道。本论文以膳食纤维菊粉为研究对象,分析其对母代肥胖诱导的子代肠道菌群紊乱及对认知功能和社交障碍的改善作用;并通过共笼干预等验证性试验研究其神经保护作用的相关机制。本论文主要研究内容与结果如下:(1)为研究膳食纤维菊粉对子代认知功能和社交障碍的影响,以C57BL/6J子代小鼠为研究对象,通过12周高脂饮食(60%能量来自脂肪)构建母代肥胖动物模型,父代喂养对照饲料,子代小鼠出生断奶后,饮食补充5周膳食纤维菊粉(37 g/1000 kcal)。通过Y迷宫、新物体识别试验发现,菊粉饮食能够显著提高子代小鼠的成功连续进入不同三个臂的比例系数,新物体识别系数显著升高,显著改善小鼠的工作和长期记忆能力。通过三室社会交流试验发行,菊粉饮食对小鼠的社交偏好和对陌生小鼠的社交新颖有显著改善作用。通过转录组测序和q RT-PCR技术分析菊粉对子代小鼠脑部海马区认知和社交基因相关通路的影响,结果表明相较于子代对照饮食组,子代菊粉饮食组564个基因下调,247个基因上调,并且子代雌雄之间基因表达无显著性差异,同时菊粉饮食显著提高认知相关基因PSD-95,社交相关基因RORA m RNA水平。与MHFD-FD组(即母代高脂饮食,子代膳食纤维菊粉饮食干预)小鼠相比,MHFD-CD组小鼠(即母代高脂饮食,子代对照饮食干预)显著差异基因主要富集在与基因转录、翻译、蛋白质质量控制和输出的KEGG通路上,与此一致的,涉及剪接体RNA加工的KEGG通路上相关基因表达显著性上调。此外,菊粉对母代肥胖诱导的子代小鼠脑部小胶质细胞状态以及炎症因子TNF-α的m RNA表达水平无显著性影响,但显著提高了抗炎因子相关基因IL-10基因的m RNA表达水平。以上结果表明子代膳食补充菊粉可显著改善母代肥胖诱导的子代认知功能和社交障碍。(2)为探究膳食纤维菊粉对母代高脂肥胖诱导的子代肠道功能紊乱的改善作用,利用气相色谱、16S r RNA和q RT-PCR技术进行分析。结果表明,菊粉显著改善母代肥胖诱导的子代肠道组织形态学性状改变,如肠道肌肉层厚度,隐窝长度和杯状细胞数量。此外,菊粉显著提高了结肠和空肠紧密连接蛋白基因ZO-1 m RNA水平,claudin-1蛋白表达量水平,同时对道炎症因子基因IL-1β,GPR43 m RNA水平也有一定的影响。进一步研究发现,菊粉显著提高子代小鼠粪便中乙酸,丙酸的浓度,同时对子代小鼠的肠道菌群结构产生了显著影响,如Bacteroides,S24-7菌群普遍存在于MHFD-FD组粪便样品,而Ruminococcus菌群普遍存在于MHFD-CD组粪便样品中。进一步将肠道菌群与短链脂肪酸结果、行为学试验结果进行相关性分析,发现属S24-7科的OTU相对丰度、Bacteroides属的OTU相对丰度与短链脂肪酸浓度、行为学试验结果数据呈正相关,而Ruminococcus属的OTU相对丰度与短链脂肪酸浓度、行为学试验结果数据成负相关。以上结果表明子代膳食补充菊粉可显著性改善母代肥胖诱导的子代肠道菌群紊乱以及肠道菌群与子代认知和社交行为存在一定相关性。(3)为进一步研究菊粉对肠道菌群介导的子代小鼠认知功能和社交障碍的影响,以子代小鼠为研究对象,通过10周高脂饮食,高脂菊粉饮食构建母代动物模型。利用为期5周的共笼干预,即MHFD-CD小鼠与MFFD-CD小鼠(母代高脂高膳食纤维饮食,子代对照饮食干预)以2:3比例共笼,探讨肠道菌群对母代肥胖介导的子代小鼠认知功能和社交障碍的干预作用及相关机制。结果显示,共笼处理显著提高了子代MHFD-CD小鼠成功连续进入不同三个臂的比例系数,以及新物体识别系数,显著改善子代小鼠的工作和长期记忆能力,并对小鼠的社交偏好和对陌生小鼠的社交新颖有显著改善。另外,通过对透射电镜图像分析,显著提高了后致密物蛋白长度、宽度、认知相关基因PSD-95,Fxr1,Fxr2 m RNA水平和社交相关基因sh Ank3 m RNA水平。以上结果表明菊粉介导的肠道菌群对子代小鼠认知功能和社交障碍有显著性影响。综上所述,菊粉能够通过改善子代肠道菌群紊乱,调节SCFAs分泌,限制基因转录、翻译、蛋白质质量控制和输出相关异常进程,以及剪接体RNA加工KEGG通路,从而改善母代肥胖诱导的子代认知功能和社交障碍,为母代肥胖的子代营养干预研究奠定了理论基础,同时也为以菊粉作为主要功能成分的健康功能食品开发提供新思路。
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