早期暴露于高脂环境对生长发育影响的实验研究进展

程盼贵，张知新

（中日友好医院 儿科，北京 100029）

目前，肥胖已经成为世界范围内广泛关注的公共卫生问题之一，其中儿童肥胖的发病率呈逐年上升的趋势。体重超过同性别、同身高参照人群均值10%～19%者为超重；超过20%者为肥胖。Mercedes de Onis等[1]对世界卫生组织（World Health Organization，WHO）全球144个国家中具有全国代表性的450份儿童成长和营养不良数据进行横断面调查发现，儿童超重及肥胖的发生率从1990年的4.2%增长到2010年的6.7%，预计到2020年将达到9.1%；美国在2009～2010年进行的全国健康和营养调查中发现，儿童和青少年的肥胖发病率为16.9%[2]。肥胖患者中95%～97%为单纯性肥胖[3]，能量摄入过多是引起肥胖的重要原因，其中脂肪等高热量饮食对肥胖的影响尤其明显。动物实验也表明，高脂饮食喂养的大鼠表现出明显的肥胖[4]。早期暴露于高脂环境，直接或间接影响胎儿或婴幼儿生长发育。妊娠前和妊娠期超重或肥胖容易引起胎儿出生后高体重[5]，在儿童期[6～8]和青春期[9]时更容易肥胖，并且在青春期前出现生长加速和青春期提前[10]等问题。因此，本文着重就早期（胚胎期及哺乳期）暴露于高脂环境下对生长发育影响的实验研究做如下综述。

1 早期高脂饮食对体重的影响

体重是最直观反映儿童营养和健康状况的指标之一。研究发现，妊娠前和妊娠期超重或肥胖容易引起胎儿出生高体重[5]，且母亲身体质量指数（body mass index，BMI）与胎儿出生体重成正比[6]，超重及肥胖母亲所生儿童在儿童期[6～8]和青春期[9]时更容易肥胖。究其原因，一方面可能是胎儿遗传了母体的易感基因。另一方面母体的代谢、生活习惯、饮食会影响到胎盘的物质转运和相关生长因子的表达。

动物实验表明，早期暴露于高脂环境对仔鼠的体重有重要影响。Sloboda等[12]研究发现，在交配前、妊娠期及哺乳期高脂饮食，尤其是孕期和哺乳期高脂饮食的大鼠，其仔鼠出生时体重更低。但高脂饮食所产仔鼠在哺乳期后期，体重开始赶超对照组，并在断乳后显著增加。Connor等[13]发现，高脂喂养的母鼠所产仔鼠的低体重仅出现在哺乳期前期，仔鼠均表现为出生10d以前体重低于对照组，但出生19d后高脂喂养组体重上升且明显超过对照组。Kavanagh等[14]认为这种出生后的生长追赶，是由于血清中增高的胰岛素样生长因子 （insulin-like growth factor-I，IGF-I）引起的。Sun等[15]研究甚至发现，在产后第10d，仔鼠高脂饮食组较普通饮食组更加肥胖，尤以内脏和皮下脂肪为主。出生21d，高脂组继续肥胖，总脂肪和皮下脂肪明显高于对照组，而内脏脂肪以雌鼠表现突出。Davenport等[11]发现，母鼠普通饮食生产的仔鼠，在成年后体重较持续高脂饮食的大鼠低。而在断乳后开始高脂饮食的仔鼠，其成年后体重较持续普通饮食的大鼠高。高脂饮食喂养的大鼠，其仔鼠出生时体重较低，出生后在高脂饮食的持续刺激下体重增长较快，并在成年后表现出肥胖[16]。Ashino等[17]研究发现，断乳后，肝脏甘油三酯含量增加，继续高脂喂养到14周时，发现雄性大鼠表现出脂肪组织增加，脂肪在肝脏的堆积，激活c-Jun氨基端激酶，进而促进非酒精性脂肪肝的发展。高脂饮食对体重的影响可能是通过瘦素、脂连素[18]、胰岛素、炎症因子、下丘脑相关蛋白因素等起作用。

高脂饮食环境对大鼠的影响可以持续到下一代，且这种影响在两代之间具有相似性，Dunn等[19]研究发现，出生后高脂喂养的小鼠，其仔鼠出生体重较普通饮食组高，从出生后7d一直持续到断乳。断乳后，持续喂养高脂饮食的小鼠表现为食欲旺盛，体重较普通饮食组稳步上升。而出生前开始高脂喂养的小鼠，其所生仔鼠较出生后高脂喂养的小鼠会更加肥胖，血清瘦素水平高，糖耐量受损，血浆胰岛素水平在45min、60min和120min时相显著性增高，胰岛素曲线下面积（area under the curve，AUC）明显较高。其中雌性后代表现更为明显。提示瘦素及胰岛素在高脂饮食的仔鼠体重扮演重要的角色。但是，这种高脂饮食对体重的影响并非一直持续下去，而仅仅波及到第一代，第二代并未受影响。Dunn等[19]通过高脂母鼠生产第一代鼠，再应用第一代鼠相互交配生产第二代仔鼠发现，高脂饮食引起的体重增加仅仅体现在第一代而并未出现在第二代。

同时，肥胖母鼠孕期子宫内的炎症因子也增加后代肥胖的易感性。Shankar等[20]发现，肥胖母鼠在孕期的子宫内核因子-κB及c-Jun氨基端激酶表达上调。同时也发现，子宫炎症趋化因子CCL2、CCL5、CCL7、CxCL10及相关的调节因子TLR2、CD14，and Ccr1大量表达，而异位的脂肪堆积和脂肪代谢相关基因的表达促进了炎症因子的增加。

此外，高脂饮食还通过刺激下丘脑相关蛋白的异常表达来调节体重。Chang等[21]研究发现，在高脂饮食刺激下，下丘脑控制饮食摄入和体重的蛋白表达异常，且这种异常表达即使在出生后也将持续存在。胚胎6d到出生后15d，促进食欲的相关蛋白如室旁核甘丙肽、脑啡肽、强啡肽，以及穹窿周围下丘脑外侧的食欲肽、黑色素聚集激素增加。高脂饮食刺激胚胎下丘脑第三脑室神经上皮及神经元前体细胞增殖。同时也刺激神经元增殖、分化并迁移到下丘脑区域，并最终形成表达刺激食欲的肽类聚集区。下丘脑的这些改变，在断乳后会引起长期的行为和生理改变，包括食物摄入的增加，偏爱脂质饮食。进而引起体重增加，引发高脂血症。

2 早期高脂饮食对体长的影响

众所周知，肥胖儿童在青春期前表现为较高的年增长速度，而这种加速的增长趋势在进入青春期后逐渐减慢，青春期第二生长高峰期生长减速，最终身高与正常体重人群并无差异。而关于母亲超重或肥胖对后代身高的影响，并无确切研究。

实验研究发现，高脂饮食喂养的大鼠，其仔鼠出生体长较短，出生后在高热量的持续刺激下发生生长追赶，成年后体长明显超过正常对照组。Kavanagh等[14]通过给予小鼠高反式脂肪酸喂养，发现其所生后代存在明显的生长迟缓，并伴有空腹血糖升高。而随着高脂喂养的继续，血清中增高的IGF-I抵消了反式脂肪酸的副作用，进而引起出生后的生长追赶。出生后的高瘦素血症和高胰岛素血症也促进了体长的快速增长。Sun等[15]研究发现，高脂饮食喂养的大鼠，生后的仔鼠表现出高瘦素血症。而Bertoni等[22]认为，瘦素可以刺激软骨细胞和成骨细胞的分化和增殖，加快骨骼的增长。高脂饮食引起的胰岛素抵抗可以加速体长生长，Wu等[23]发现，胰岛素可以直接作用于生长板软骨细胞上的胰岛素受体来调节骨骼生长。而出生后的矮小早在卵母细胞及胚胎早期阶段已经显现。Jungheim等[24]发现，在卵母细胞及胚胎早期阶段，母体的肥胖就会对其产生负面影响。且这种影响具有持续性。母体的糖代谢紊乱对孕前的卵母细胞和孕期的胚胎有持续性的负面影响。高脂饮食引起的肥胖小鼠卵巢滤泡凋亡更加明显，成熟的卵泡少且小，胚胎的胰岛素样生长因子Ⅰ受体（insulin-like growth factor 1 receptor，IGF-IR）信号蛋白减少，胚胎的胰岛素样生长因子Ⅱ受体mRNA（insulin-like growth factorⅡreceptor，IGF-IIR）表达上升，进而引起胚胎发育迟缓，出生幼崽体格小。

高脂饮食的这种促生长作用可以通过母系或父系影响到下一代。母代高脂饮食引起仔鼠成年后体长显著性增高，不仅体现在第一代身上，第二代的体长增长更明显。Dunn等[25]通过测量第一代和第二代仔鼠体长发现，第一代在胚胎期第17d的体长以及第一代和第二代幼鼠成年后的体长都比对照组更长。通过对比高脂环境下单纯雌鼠、单纯雄鼠以及雌雄双系的后代亦发现，当雌鼠及雄鼠两系都暴露在高脂环境中时，高脂饮食对体长的影响会更加明显，其所生仔鼠体长更长。而高脂饮食的促生长作用在影响到第三代时，仅仅体现在雌性大鼠身上。支持了这种稳定的种系间跨代遗传模式，证实了印记基因可能在种系间的表观遗传中起到重要作用。雄性在生殖过程中，可以通过自身生殖细胞中比较稳定的编码程序巩固和传递了他的表观遗传，弥补雌性后代在发育中的缺陷，确保后代遗传信息的稳定性。Dunn等[25]研究发现，第三代大鼠的体长仅有雌性大鼠较长，而且雌性鼠的高体长遗传自第二代父系。高脂饮食通过改变生长激素（growth hormone，GH）轴来调节生长，Dunn等[19]发现，高脂环境下，仔鼠血清IGF-I浓度上升，生长激素促分泌素受体（growth hormone secretagogue receptor，GHSR）抑制因子AF5q31表达上升。而这种上升仅体现在雌性大鼠而非雄性。研究表明，身体长度及糖稳态的遗传受到母代的饮食影响。

3 早期高脂饮食对性发育的影响

肥胖与青春期密切相关，儿童期肥胖容易引起青春期提前，乳房发育早、阴毛早现、月经初潮提前[26]。Terry等[27]调查发现，婴幼儿在出生后4～6个月的体重过度增加，与青春期提前密切相关。

动物实验表明，出生前及青春期前的营养状况在性发育中扮演重要的作用。Sloboda等[12]研究发现，早期暴露于高脂饮食会引起仔鼠青春期早现。这种青春期的提前与出生前及哺乳期的饮食密切相关。高脂饮食对仔鼠的出生数量和出生性别比例并无影响[11]。母体或断乳后的营养都可以改变仔鼠青春期前的体质量及雌性后代在成年后的生殖功能，导致卵巢功能衰老和生育功能减退。Connor等[13]研究发现，高脂喂养所产仔鼠进入青春期提前，断乳后继续高脂喂养会进一步加速这种趋势。同时，仔鼠发情期也受到影响，表现为发情期延长并持续，而断乳后持续高脂饮食不仅发情期长且持续，更容易形成不规律的发情周期。

高脂饮食可能引起使生殖功能下降，并能将这种影响持续到下一代。高脂饲料诱导的雄性大鼠配子功能下降、生育能力低下，而这种生殖功能的低下具有遗传性。Fullston等[28]通过将高脂饲料诱导的雄性大鼠与正常体重雌鼠交配，所产第一代仔鼠出生后普通饮食喂养，第一代仔鼠交配产生第二代仔鼠。经证实，高脂饲料诱导的雄性大鼠配子功能下降、生育能力低下，而这种生殖功能的低下可以通过第一代的父系影响到第二代的，并通过与第一代母鼠交配，将影响传递给第二代雄性。

4 结语

早期暴露于高脂饮食直接或间接影响胎儿、婴幼儿生长及青春期发育。高脂饮食喂养的实验动物出生时短期表现为体重低，体长短小，但在哺乳后期，随着高脂饮食的继续，体重开始赶超，并在断乳后显著增加，体长也明显增长，最终成年后表现出肥胖，体型较长，进入发情期较早，且持续时间长。高脂饮食通过诱发炎症因子、改变子宫内环境，刺激下丘脑蛋白异常表达引起高胰岛素血症，高瘦素血症等都对生长发育起到促进和加速作用。而这种后天饮食因素对身体的影响会持续到下一代。

因此，研究早期暴露于高脂环境对生长发育影响的意义重大，其机制也有初步研究。但高脂母鼠所产仔鼠的出生低体重及低身长的机制尚未阐明，以及高脂饮食的不同脂肪比例、高脂造模的时间长短对生长发育的影响也需进一步研究探索。

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