COMMUNICATIONS BIOLOGY | 母体饮食中ω-6和ω-3脂肪酸失衡会促进后代肥胖

2020.10.09

麦特绘谱生物科技(上海)有限公司

过去几十年，各国依然没有找到降低肥胖发病率的解决方式，肥胖诱发因素中高热量饮食是一个重要因素。有研究报道，饮食中n-6/n-3多不饱和脂肪酸的比例与肥胖发生率有关。来自日本福岛医科大学的团队发现孕期母亲食用高omega-6（n-6）和低omega-3（n-3）饮食，后代大脑中n-6/n-3比值上升并导致多巴胺水平升高，进而促进后代的高热量饮食增加并诱导肥胖，相关成果发表在《COMMUNICATIONS BIOLOGY》。

膳食中多不饱和脂肪酸（PUFAs）对生长和脑脂质的影响

为阐明高n-6 PUFA 和低n-3 PUFA（n-6^high/ n-3^low）饮食对产前、产后的影响，在雌性小鼠交配前两周开始喂对照饮食或n-6^high/ n-3^low饮食；并在整个怀孕和哺乳期继续这种饮食，后代3周龄断奶后，继续摄入相同饮食。两种饮食之间的组成成分、热量含量和总脂肪酸相似，而两种饮食中n-6和n-3 PUFA的组成有所不同，尤其是亚油酸（18：2n-6）和α-亚麻酸（18：3n-3），如图1a所示。对照组和n-6^high/ n-3^low饮食的n-6 / n-3比分别为7.4±0.5和121.4±1.9。此外，在整个实验中，两种饮食中过氧化物的含量都很低。两个饮食组的母亲（怀孕和哺乳期间）和后代（从3周龄开始）的体重、食物摄入量相似（图1b，c），说明摄入n-6^high/ n-3^low的饮食本身不会影响生长或诱发肥胖。与对照组相比，n-6^high/ n-3^low组的成年后代大脑中n-6升高，n-3 PUFA降低（图1d）。值得注意的是，n-6^high/ n-3^low组大脑n-6/n-3比率为1.81±0.03（图1e），而饱和或单不饱和脂肪酸水平无差异。因此，与之前报道一致，n-6^high/ n-3^low的饮食摄入会增加后代大脑中n-6/n-3比例。此外，两组之间的出生率、产仔数和断奶率相似。因此，进食n-6^high/ n-3^low饮食不影响妊娠或哺乳期结局。

图1 摄入n-6^high/ n-3^low饮食会增加后代大脑中n-6 / n-3的比例，而不会引起肥胖

PUFAs饮食失衡促进享乐性饮食消耗

鉴于目前全球快餐比以往任何时候都更容易获得，本研究通过测量缺水12小时后代对水和含蔗糖溶液的摄入量，探讨n-6^high/ n-3^low饮食是否会导致享乐性饮食消耗增加。研究发现，与对照组相比，尽管n-6^high/ n-3^low组的小鼠消耗的水和1%的蔗糖溶液相同，但n-6^high/ n-3^low组的小鼠消耗了更多的3%、10%和30%的蔗糖溶液（图2a）；当溶液可以随意饮用时，也得到了类似的结果（图2b）。当1%或10%蔗糖溶液与水同时提供时，n-6^high/ n-3^low组小鼠对含蔗糖溶液的消耗量有所增加，即使两组消耗的水量相似（图2c，d）。这些数据表明，与对照饮食小鼠相比，n-6^high/ n-3^low饮食小鼠对含蔗糖溶液的偏好性更强。

接下来，采用渐进比率（PR）分析后代获得10%蔗糖溶液的相关动机。结果表明，在以固定比率强化为基础的训练课程中，两组之间无差异（图2e），这表明n-6^high/ n-3^low组的小鼠具有完整的联想学习能力且身体能够按压杠杆能力。进行PR分析时，与对照组相比，n-6^high/ n-3^low组小鼠在任务中完成的杠杆按压次数(即断点)显著增加(图2f)；而在按下不活动的杠杆或呈现奖励和获取奖励之间的延迟方面没有差异。这些结果表明， n-6^high/ n-3^low饮食小鼠获得含蔗糖溶液的动机驱动性增强。

将饮用水改为蔗糖或脂肪饮食，探讨n-6^high/ n-3^low组后代是否对蔗糖溶液具有特异性。与对照组小鼠相比，n-6^high/ n-3^low组小鼠明显摄入更多的高蔗糖食物(HSD;图2g)和高脂肪饮食(HFD;图2h），当小鼠被给予低蔗糖饮食(LSD)或低脂肪饮食(LFD)后，两组之间没有观察到差异(图2g, h)。因此，长期食用n-6^high/ n-3^low饮食会导致高糖和高脂肪食物的摄入量增加。

图2 摄入n-6^high/ n-3^low饮食会增加高度可口食品的消费量

PUFAs的饮食失衡诱导多巴胺（DA）释放增加

为了研究n-6^high/ n-3^low组享乐性饮食消耗的机制，本研究通过体内微透析法测量缺水12小时小鼠在接触水或10％蔗糖之前、期间和之后NAc内侧DA水平（图3a，e）。基线时，n-6^high/ n-3^low组透析液DA浓度明显高于对照组（图3b，f）。尽管在饮水期间和饮水之后两组的透析液DA相似（图3c，d），但在获得10％蔗糖期间和之后，n-6^high/ n-3^low组的DA浓度均显著升高（图3g，h）。这些结果表明，n-6^high/ n-3^low饮食小鼠NAc内侧DA水平的升高在享乐饮食行为中起关键作用。

向缺水小鼠的NAc内侧注入非选择性DA受体拮抗剂氟哌噻醇并测量其对水或10%蔗糖溶液的消耗量，分析抑制NAc内侧多巴胺能信号是否能减少n-6^high/ n-3^low组的高热量饮食（图3i）。如预期的一样，氟哌噻醇对两组的摄水量均无影响（图3j）；相反，注入0.3或1μg氟哌噻醇/半球可使n-6^high/ n-3^low组的蔗糖溶液摄入量降低到与对照组相同的水平（图3k），证实了NAc内侧多巴胺能信号在诱导n-6^high/ n-3^low组的高热量饮食中起关键作用的观点。

图3 摄入n-6^high/ n-3^low饮食会增加内侧NAc中的DA释放

PUFAs的饮食失衡诱导多巴胺能神经元增加

饮食中n-6和n-3 PUFAs可诱导大脑神经再生，这可以解释n-6^high/ n-3^low组中观察到的透析液DA浓度增加。为了测试这种可能性，对VTA七个亚区所有酪氨酸羟化酶(TH)阳性多巴胺能神经元的数量进行检测分析。与对照组相比，n-6^high/ n-3^low组副核(PN)和束间核(IF)中多巴胺能神经元明显增多(图4a, b)，这些区域多巴胺能神经元支配NAc的内侧壳。n-6^high/ n-3^low组臂旁色素沉着核(PBP)中多巴胺能神经元也较多。进一步检查了PBP中的多巴胺能亚群，在n-6^high/ n-3^low组侧向PBP（lPBP）中发现了更多的多巴胺能神经元（图4a，c），多巴胺能神经元从该多巴胺能神经元投射到 NAc的外侧壳和核并诱导出积极的偏好行为，但在内侧PBP（mPBP）中却没有（图4a，d），该区域多巴胺能神经元支配内侧前额叶皮层并引起厌恶行为。此外，两组之间在喙侧VTA亚区（不参与刺激的奖赏效应）和尾侧线状核（CLi）的多巴胺能神经元数量没有差异，在n-6^high/ n-3^low组中VTA和NAc之间的多巴胺能投射模式没有受到影响（图4e g），同时n-6^high/ n-3^low组的其他神经元不表达多巴胺β-羟化酶（DBH），证实TH阳性神经元不是去甲肾上腺素能神经元。这些结果表明，n-6^high/ n-3^low饮食会增加特定VTA亚区多巴胺能神经元的产生，从而增加内侧NAc中DA的释放。

图4 摄入n-6^high/ n-3^low饮食会增加VTA中多巴胺能神经元的数量

关键饮食时期诱导享乐性饮食消耗

鉴于多巴胺能神经元是在胚胎发生过程中产生的，因此，我们研究了享乐行为是否在发育的特定阶段被诱导。让小鼠在三个不同时间点(妊娠期、出生至断奶、断奶后)摄入n-6^high/ n-3^low饮食(图5a)，并测量成年鼠的水摄入量、蔗糖摄入量和多巴胺能神经元(图5b g)。发现与始终摄入对照饮食的小鼠相比，妊娠期n-6^high/ n-3^low饮食的小鼠对10％蔗糖溶液的摄入量增加，但对水摄入量却没有增加（图5b）。相反，在妊娠期对照饮食，分娩后的任何时间再摄入n-6^high/ n-3^low饮食，对水或10％蔗糖溶液的摄入均没有影响（图5c，d）。与这些结果一致，仅在妊娠期摄入n-6^high/ n-3^low低饮食的后代中多巴胺能神经元的数量增加（图5e g）。这表明，成年小鼠中观察到的享乐性饮食消耗是在胚胎发育过程中被诱导的，以响应母体的n-6^high/ n-3^low饮食。

最后，我们探讨了VTA特定亚区中多巴胺能神经元增加的发育阶段。对标准饮食条件下发育中的小鼠多巴胺能神经发生的时空模式进行监测，在妊娠第10.5天（E10.5），E11.5，E12.5，E13.5或E14.5时，通过腹膜内注射5-乙炔基-20-脱氧尿苷（EdU）标记新生神经元，在出生后第7天（P7）测量后代中EdU标记的TH阳性多巴胺能神经元的数量，结果表明VTA中的神经再生在妊娠11.5天、12.5天达到峰值，并取决于所分析的亚区。在妊娠14.5天检测对照组和n-6^high/ n-3^low组中脑多巴胺能神经发生情况，发现这一阶段大部分多巴胺能神经分化完成。即使在这个早期的发育阶段，也观察到沿喙尾轴TH阳性区域的形态异质性（图6a c）。同时，发现与对照组相比，n-6^high/ n-3^low组的喙侧和中脑中间区域TH阳性多巴胺能神经元的数量更高（图6d）。在妊娠14.5天时，喙侧区多巴胺能神经元增多，而在成年喙侧VTA中未观察到这种现象，这可能是由于黑质致密部（SNc）多巴胺能神经元数量的增加所致；在n-6^high/ n-3^low组成年小鼠SNc中发现更多TH阳性多巴胺能神经元，证实了这一点。通过在妊娠11.5天或12.5天的孕妇腹腔注射EdU评估中脑区多巴胺能神经发生，结果表明在妊娠11.5天用EdU标记新生神经元，在妊娠14.5天n-6^high/ n-3^low组EdU标记的TH阳性多巴胺能神经元数量增加，而在妊娠12.5天标记无差异。对于出生后中脑的凋亡，发现两组中脑中间区域Caspase 3阳性活性细胞的数量没有差异。综上所述，在发育的特定时段，n-6^high/ n-3^low饮食会导致中脑多巴胺能神经元的产生增加。

图5 子宫内摄入n-6^high/ n-3^low饮食会增加VTA中多巴胺能神经元的数量，并诱发享乐消费

图6 摄入n-6^high/ n-3^low饮食会诱导中脑发育中的多巴胺能神经发生

小结

本研究揭示妊娠期小鼠摄入n-6^high/ n-3^low饮食会上调中脑多巴胺能系统，进而诱导后代的过量饮食。而且，神经发育分析显示，这种诱导行为是在胚胎发育过程中进行的，妊娠期摄入n-6^high/ n-3^low饮食时多巴胺能神经发生增加。该结果提示，母亲摄入多不饱和脂肪酸会促进后代高热量饮食习惯，控制母亲的n-6^high/ n-3^low饮食可能是预防后代肥胖风险的有效策略。

参考文献

Nobuyuki Sakayori , et al. Maternal dietary imbalance between omega-6 and omega-3 fatty acids triggers the offspring’s overeating in mice. 2020. COMMUNICATIONS BIOLOGY. https://doi.org/10.1038/s42003-020-01209-4.

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