高纤维饮食对高脂子代大鼠学习和记忆能力的影响

冯 慧，郑瑞霞

（菏泽市妇幼保健院，山东 菏泽 274000）

随着我国经济的快速发展，人民的生活水平不断提高，饮食结构也随之发生了改变，高脂饮食（high-fat diet，HF）所占比例逐步增加。多项研究显示[1-3]，高脂饮食可增加肥胖症、心脏病的患病率以及癌症的死亡率等，极大影响了人们的身体健康。另有研究发现高脂高糖饮食可导致大鼠的学习记忆能力和突触可塑性降低，长期高脂饮食有发生抑郁情绪障碍的趋势[4]。

大量证据表明孕妇的健康及心理状况影响到胎儿神经发育以后的轨迹，并有极大可能增加成年后发生疾病的风险[5-6]。以往研究在临床发现肥胖母亲的新生儿出生体重降低，头围减少，神经行为评分降低[7]。

在目前我国“二胎政策”广泛开展时期，大龄产妇逐年增多，由于对年龄及身体状态的担忧，这种不良情绪不可避免会影响到其后代的生长发育。另外，在我国经济发展的同时，与世界各地饮食文化也交互影响，目前以摄入红肉、糖和饱和脂肪为特色的西方饮食也将极大影响了我国孕妇的饮食方式。有多项研究表明高纤维饮食(HD)可明显改善神经发育的作用，并且具有改善认知障碍的作用[8-9]。本研究以HF 饮食子代大鼠为研究对象，探讨HD 饮食能否改善高脂导致子代大鼠的认知障碍。

1 材料与方法

1.1 动物 所有大鼠均饲养在温度24℃、湿度60%、12 h :12 h（8:00～20:00 时）光-暗循环的动物房中，自由饮水饮食。实验所有措施均符合动物伦理学规范。将雌性大鼠230～250 g 和雄性大鼠280～350 g 按照3:1 比例于20:30 时进行合笼，次日上午8:30 时前对雌性大鼠阴道进行涂片检查。若精子阳性定为妊娠第0 天，然后将受孕大鼠单笼饲养。

1.2 动物分组 将孕鼠按照性别不同随机分为对照（CON）组、高脂（HF）组和高纤维（HD）组。HD 组和HF 组孕后0～14 d 均给以高脂饮食，HD组14 d 后更换为高纤维饮食。对照组给以普通饮食。

子鼠于生后21 d 断奶并雌雄分笼喂养，且随母鼠自动入组。仅将每窝子鼠8～13 只，且雌雄性子鼠均不少于3 只的纳入本研究。子鼠生后2 个月，从每窝仅取1 只雌鼠或（和）雄鼠用于行为学实验。CON、HD 和HF 组各选取10 只，其中雌雄各5 只。出生后连续分别测量21 d 身长（cm）和体重（g）。

1.3 Morris 水迷宫（MWM）实验 MWM 实验分为定位航行及空间探索两部分。将一深度约30 cm水的圆形水池分为西南（SW）、东南（SE）、东北（NE）及西北（NW）四个象限。一个隐藏的平台（直径：12 cm）被放在水面以下1.5 cm 的SW 象限中心。为了防止大鼠看到平台影响追踪，在水中添加了食品级黑色素。

定位航行实验用于训练并检测子鼠的空间学习能力。大鼠连续5 d 进行定位航行训练，每天训练3 次，测量大鼠找到平台的潜伏期。

空间探索实验用于测量大鼠学会寻找隐藏平台后，对其空间位置记忆的能力。第6 d 撤除平台，在NW 象限将大鼠面向池壁放入水中。记录大鼠120 s 内在原平台所在SW 象限停留时间及跨过原平台相应位置的次数。

2 结果

2.1 高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠身长的影响雌性子代大鼠身长变化趋势与雄性子代大鼠基本一致，雌雄子代各组大鼠之间比较差异无统计学意义（F（2，12）=3.63，P=0.059，见图1A），雌性子代身长也出现类似结果（F（2，12）=0.556，P=0.588，见图1B）。

图1B 高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠身长增长率的影响

图1A 高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠身长的影响

2.2 高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠体重的影响雄性HF 子代体重与对照组相比，明显升高（F（2，12）=25.396，P0.01；HF vs CON，n=5），体重增长曲线明显右移（图2 A）。而HD 组体重与HF 组相比，体重明显降低，体重增长曲线明显左移。雌性子代大鼠体重变化趋势与雄性子代大鼠基本一致（F（2，12）=120.417，P0.01；HF vs CON，P0.01；HD vs HF，n=5；见图2B）。

图2B 高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠体重增长率的影响（＊P0.01 vs CON；#P0.01 vs HF）

图2A 高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠体重的影响

图3 高纤维饮食对高脂子代大鼠学习能力的影响

2.3 高纤维饮食对高脂子代大鼠空间学习的影响各组子代大鼠进行连续5 d 的寻找隐藏平台的学习训练。HF 组MWM 连续5 d 的潜伏期较CON 延长，而HD 组潜伏期时间与HF 组相比明显减少（F（2，12）=58.178，HF vs CON，P0.001；F（2，12）=101.253，HF vs HD，P=0.001，n=5，见图 3）。结果 表明高纤维饮食可改善高脂所致子代大鼠的学习能力障碍。

2.4 高纤维饮食对高脂子代大鼠空间记忆的影响HF 组子代大鼠所在SW 象限停留时间百分比与CON 组相比明显减少；而HD 可显著提高子代大鼠SW 象限停留时间（F（2，12）=7.876，HD vs CON，P0.001；F（2，12）=20.832，HF vs HD，P=0.001，n=5；见图4A）。同样，在穿过SW 象限次数结果中，发现类似结果。数据说明HD 同样可以逆转HF 所致的空间记忆障碍。HD 组成年子鼠在平台所在的SW 象限停留时间百分比和穿过SW 象限次数（F（2，12）=4.765，P=0.006；HD vs CON，P=0.008；F（2，12）=61.089，HF vs HD，P=0.039，n=5；见图4B）均显著高于CON组和HF 组。这些数据表明，HD 可逆转HF 引起的空间记忆提取障碍。

图4B SW 象限穿越次数（＊P0.05，＊＊P0.01，HDFvs CON；#P 0.05，HF vs HD）

图4A 高纤维对高脂子代大鼠记忆能力的影响SW 象限航行时间

3 讨论

据统计，在美国，大约27%的育龄妇女超重[25 kg/m2≤体重指数（BMI）＜30 kg/m2] ，37%为肥胖（BMI ≥30 kg/m2）[10-11]，而且近十年美国孕前肥胖率上升了70%。欧洲的发展趋势与美国相似。最新数据显示英国母亲肥胖率超过25%，另外五个欧洲国家肥胖率也超过全球20%的国家[12]。而且发展中国家的母亲超重和肥胖也在增加，尤其是生活在城市环境中的孕妇[13]。大量流行病学研究也发现，母亲肥胖与后代的不良神经发育密切相关，并且母亲肥胖的等级决定了后代发育不良、认知迟缓、多动症等的程度[14]。有研究发现孕期妇女所受到内外环境变化及精神心理因素等刺激，通过影响宫内坏境的改变而影响胎儿的发育，如会导致胎儿颅骨畸形，心肌结构受损等，对胎儿的生理系统产生长远影响[15-16]，并且母亲肥胖与后代神经发育障碍有一定关系[17]。Vishal Kothari等研究发现高脂饮食可导致小鼠产生胰岛素抵抗出现肥胖与认知障碍[18]。因此，寻找有效缓解肥胖妇女后代不良发育安全、有效的方法成为研究热点。

本次研究结果也进一步证实了高脂饮食可明显增加子代大鼠的体重，无论是雄性还是雌性表现出同样的结果，而且从体重增长率无明显不同，可以看出，此种影响是比较稳定的。然而在高纤维的作用下，高脂所致促进体重增加的作用明显受到抑制，削弱高脂饮食的促进体重增长的效应，体重增长率基本恢复正常水平，雌雄之间结果基本相同，结果表明高纤维饮食可有效干预高脂所致子代的肥胖。在对子代身长影响中发现，高脂饮食与对照组相比，结果无明显差异。说明高脂饮食只是影响到体重的增加，而对身长无明显差异。说明无论高脂饮食和高纤维饮食，只是对子代大鼠的体重有影响，而对体长的增长无明显作用。

高脂饮食是否会影响子代大鼠的学习记忆，我们采用公认的Morris 水迷宫实验作为研究学习记忆能力的方法，通过检测寻找逃生平台的潜伏期判断以及穿越平台和象限次数探究其空间学习记忆能力。在水迷宫试验中，结果发现高脂导致雌雄子代大鼠潜伏期时间均明显增加，表现出学习记忆能力的下降，证实高脂饮食可显著加剧雌雄子代大鼠的记忆能力障碍。而在高纤维饮食作用下，可明显缩短高脂所致的潜伏期增加，穿越平台和象限次数和高脂组相比，也明显增多。结果 初步验证高纤维饮食可有效改善高脂所致的认知障碍。

综上所述，研究结果发现高脂可导致子代大鼠出现体重增加，认知功能出现障碍，而高纤维可明显改善高脂所致的负性影响。其中具体作用机制，有待下一步继续研究探讨。