高膳食纤维对母代肥胖引起子代学习及社交能力障碍的营养干预研究

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当前我国育龄女性肥胖人数逐年攀升,母代肥胖引发的后代学习和社交功能损伤等神经发育障碍问题已日趋严重,然而潜在的分子机制和有效干预措施尚不明确。母代肥胖不仅造成自身肠道菌群的紊乱还引起后代菌群稳态失衡。肠道微生物在机体免疫、代谢和神经系统的发育和功能方面扮演着重要角色。研究发现膳食纤维可有效调节肠道微生物群。研究表明母代孕期补充膳食纤维通过调节母代菌群结构改善后代的免疫和代谢功能。但膳食纤维对母代肥胖引起的子代学习和社交功能损伤的相关作用机制的研究鲜有报道,因此,本研究将主要探究高膳食纤维饮食对母代肥胖引起的后代学习和社交功能损伤的干预作用及分子机制,主要研究结论如下:(1)研究膳食纤维对母代肥胖引起的子代小鼠学习和社交能力损伤的干预作用:首先以C57BL/6J雌性小鼠为研究对象,采用60%高脂饮食(High-fat diet,HFD)构建母代肥胖小鼠模型研究母代肥胖对后代学习和社交功能的影响。动物行为学结果显示,高脂饮食诱导的母代肥胖显著损伤了子代小鼠的工作记忆、长期记忆功能、社交偏好和社交新颖性偏好;进一步采用高脂饮食诱导母代肥胖小鼠模型,探究高膳食纤维饮食(High-fat/high-fiber diet,FFD)对母代肥胖引起的子代学习和社交功能损伤的干预作用。膳食纤维显著改善高脂饮食引起的母代小鼠的体重增加、产仔率下降和怀孕周期延长,并显著缓解母代肥胖引起的子代小鼠学习记忆能力下降和社交缺陷。(2)研究膳食纤维对母代肥胖引起的子代小鼠脑功能损伤的干预作用:以子代小鼠的脑部海马和皮层区为研究对象,分析膳食纤维对母代肥胖引起的子代小鼠脑功能损伤的干预作用。结果表明,膳食纤维可减轻母代肥胖引起的子代小鼠脑部神经元的形态异常,恢复突触后置密蛋白结构,提高突触可塑性关键蛋白PSD-95的水平,显著改善母代肥胖引起的子代小鼠脑部突触结构及可塑性损伤。此外,膳食纤维通过增加小胶质细胞成熟关键转录因子MAFB的表达,提高神经营养因子BDNF、NGF、趋化因子CX3CL1的水平,促进小胶质细胞成熟和小胶质细胞-神经元交流。(3)研究膳食纤维对母代肥胖引起的母子代小鼠肠道菌群紊乱的干预作用:利用16S r RNA sequencing技术分析了膳食纤维对母子代小鼠肠道稳态的调控作用,发现膳食纤维可显著改善母代肥胖诱导的自身肠道菌群结构的紊乱,增加S24-7和Adlercreutzia等微生物的相对丰度;同时,膳食纤维能够改善母代肥胖诱导的子代小鼠肠道菌群失调,显著增加S24-7和Adlercreutzia等微生物的相对丰度及微生物代谢产物短链脂肪酸(Short-chain fatty acids,SCFAs)乙酸和丙酸的含量,促进SCFAs受体在子代小鼠脑部的表达。并发现S24-7菌科特定微生物的相对丰度与学习及社交行为学结果的改善显著正相关。(4)研究肠道菌群/SCFAs在膳食纤维改善母代肥胖引起的子代小鼠学习和社交功能障碍中的介导作用:母代小鼠移植肥胖模型组的粪便微生物(r HFD组),或膳食纤维干预组的粪便微生物(r FFD组),结果显示,r HFD组的子代小鼠,而不是r FFD组的子代小鼠,表现出学习和社交功能损伤。r HFD的子代小鼠由r FFD抚育后,表现出改善的学习和社交功能,而r FFD的子代小鼠由r HFD抚育后,表现出行为损伤。肥胖母代的子代小鼠进行SCFAs干预发现,SCFAs显著改善了母代肥胖诱导的子代小鼠学习和社交功能障碍,缓解了突触结构和可塑性损伤,促进了小胶质细胞的成熟和小胶质细胞-神经元交流。综上所述,“肠道微生态-代谢物-脑”轴可能介导了高膳食纤维饮食干预母代孕期肥胖引起的子代学习和社会交流能力障碍,该研究为高膳食纤维饮食对生命早期神经发育的精准营养干预策略奠定了理论基础。
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