妊娠期低蛋白饮食通过诱导雄性后代免疫反应损害线粒体功能和骨骼肌发育

本研究探讨了妊娠期低蛋白饮食对雄性后代骨骼肌发育的影响。研究人员通过建立小鼠模型，结合RNA-Seq、组织学分析和蛋白质印迹等技术，发现孕期蛋白限制会上调后代肌肉中适应性免疫相关基因，引发炎症反应、氧化应激和线粒体功能障碍，最终导致肌纤维数量减少和肌肉发育受损。该研究揭示了母体营养通过免疫机制编程后代肌肉健康的新途径，对理解生命早期营养与成年期肌肉代谢疾病风险具有重要意义。

　　

在生命科学领域，有一个日益受到关注的概念——“健康与疾病的发育起源”（Developmental Origins of Health and Disease, DOHaD），它指出生命早期（包括胎儿期）的环境因素，特别是营养状况，会对个体成年后的健康产生深远影响。母体营养作为最重要的早期环境因素之一，与后代未来发生代谢综合征、心血管疾病和肌肉减少症（sarcopenia）的风险密切相关。在全球范围内，母体蛋白质缺乏（Maternal Protein Deficiency, MPD）仍然是一个重大的公共卫生问题，尤其在资源有限地区。骨骼肌是人体最大的代谢器官，其正常发育对于维持运动功能和新陈代谢平衡至关重要。然而，目前科学界对于妊娠期蛋白质摄入不足如何具体影响后代骨骼肌的发育、炎症反应及相关分子通路，仍知之甚少。这就像是一个隐藏在生命起点处的谜题：母亲怀孕期间的饮食，是如何在孩子的肌肉上留下“记忆”，并影响其未来数十年健康轨迹的？

为了解开这个谜题，由Atilla Emre Altinpinar、Aphrodite Vasilaki等来自英国利物浦大学的研究团队在《Redox Biology》上发表了一项深入研究。他们想知道，如果小鼠妈妈在怀孕期间吃低蛋白食物，即使孩子出生后恢复正常饮食，其骨骼肌的发育是否会受到不可逆的损害？这种损害背后的分子机制又是什么？是炎症在作祟，还是线粒体（细胞的能量工厂）功能出了问题？

研究人员设计了一个精巧的实验方案。他们让母鼠在怀孕前两周及整个孕期分别进食正常蛋白饮食（Normal-Protein Diet, NPD, 20%蛋白质）或等热量的低蛋白饮食（Low-Protein Diet, LPD, 8%蛋白质）。新生雄性幼鼠在出生后24小时内进行交叉抚养，即低蛋白组幼鼠（LN）由正常蛋白饮食的母鼠哺乳，并在断奶后（第21天）持续饲喂正常蛋白饮食，形成低蛋白-正常-正常组（LNN）。对照组（NNN）则全程处于正常蛋白饮食环境。研究团队分别在幼鼠21日龄（断奶期）和3月龄（青年期）这两个关键时间点进行采样分析，系统地评估了骨骼肌在形态、基因表达、蛋白质水平和功能上的变化。

本研究综合运用了多种关键技术方法。研究核心是建立了妊娠期低蛋白饮食的小鼠模型，并通过交叉抚养控制哺乳期营养，以精确评估孕期营养的独立效应。对骨骼肌样本进行了全面的组织形态学分析，包括使用免疫荧光染色（检测肌球蛋白重链MYH、CD68等）和H&E染色评估肌纤维数量、横截面积（CSA）和纤维类型组成以及巨噬细胞浸润情况。在分子层面，对21日龄后代腓肠肌进行了RNA测序（RNA-Seq）和生物信息学分析（如GO富集分析、STRING蛋白互作网络分析），以揭示全基因组转录变化。同时，通过实时定量PCR（RT-qPCR）和蛋白质印迹法（Western Blotting）分别在mRNA和蛋白水平上验证了关键基因和蛋白的表达，涉及免疫、氧化应激（如SOD2, HO-1, 蛋白羰基化）、线粒体功能（如PGC-1α, 柠檬酸合酶）、能量代谢（AMPK/p-AMPK）、自噬（p62, LC3B）和凋亡（Caspase-3）等相关指标。

较低的身体和骨骼肌重量在21日龄小鼠中，但在3月龄雄性后代小鼠中出现了补偿性生长

研究首先观察到，在21日龄时，经历妊娠期低蛋白饮食的LN组小鼠，其体重和比目鱼肌（Soleus, SOL）重量与体重之比均显著低于对照组。然而，到了3月龄，LNN组小鼠的体重略有增加，甚至略微超过了对照组（尽管无统计学显著性），出现了“追赶生长”（catch-up growth）现象，但比目鱼肌与体重的比值仍略低。这表明，尽管后期营养改善，但生命早期蛋白质缺乏造成的肌肉发育缺陷可能并未完全弥补。

妊娠期蛋白质限制改变了雄性后代小鼠的骨骼肌组成、大小和结构

对比目鱼肌的深入组织学分析揭示了更具体的变化。在21日龄时，LN组小鼠的肌纤维数量和横截面积有减少的趋势。到了3月龄，LNN组小鼠的肌纤维数量显著减少，同时肌纤维横截面积有增大的趋势，这意味着剩余的肌纤维发生了代偿性肥大，但总的肌纤维数量永久性地减少了。此外，肌肉纤维类型也发生了改变。在21日龄时，LN组小鼠的IIa型肌纤维比例显著降低，而IIb/x型纤维比例升高。到3月龄时，这种纤维类型的差异基本消失，表明纤维类型组成具有一定的可塑性，能够在一定程度上适应营养状况的改变。

妊娠期蛋白质限制上调了21日龄雄性后代骨骼肌中免疫相关基因

为了探究上述表型变化的分子基础，研究人员对21日龄小鼠的腓肠肌（Gastrocnemius, GAS）进行了RNA-Seq分析。结果非常显著：与对照组相比，LN组有156个基因上调，69个基因下调。基因本体（GO）生物学过程富集分析显示，上调的基因显著富集在适应性免疫反应、T细胞激活、B细胞受体信号通路等免疫相关通路。STRING蛋白互作网络分析进一步确认，这些上调基因形成了两个主要簇，其中一个包含68个免疫相关基因（如Cd3g, Cd79a, PRKCB, RUNX3）。RT-qPCR验证了PRKCB和RUNX3等关键免疫基因的上调。这表明，即使在断奶时，妊娠期蛋白质缺乏已在后代肌肉中诱导了持续的适应性免疫反应。

妊娠期低蛋白饮食增加了3月龄雄性后代的巨噬细胞浸润、氧化应激标志物和炎症

既然在21日龄时发现了免疫基因的激活，研究人员进一步探究了其在3月龄时的下游效应。免疫组织化学染色显示，LNN组比目鱼肌中CD68阳性的巨噬细胞（免疫细胞的一种）浸润有增加趋势。蛋白质印迹法也在腓肠肌中检测到CD68蛋白的表达。同时，H&E染色观察到LNN组肌肉中出现更多中央核（标志着肌纤维正在经历损伤/再生循环）。在分子水平上，LNN组肌肉表现出氧化应激和炎症状态的失衡：促炎核因子κB（NF-κB p65）蛋白水平显著升高；线粒体超氧化物歧化酶2（SOD2）蛋白和基因表达水平下降，而血红素氧合酶-1（HO-1）蛋白水平升高，表明抗氧化防御系统被激活以应对压力；蛋白质羰基化水平（氧化损伤的标志物）呈上升趋势。这些结果共同描绘了一幅3月龄LNN小鼠骨骼肌中存在低度慢性炎症和氧化应激的图景。

妊娠期蛋白质限制导致3月龄雄性后代的线粒体功能、自噬和凋亡信号受损

炎症和氧化应激常常会损害细胞能量工厂——线粒体的功能。果然，对线粒体生物发生关键调控因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1-α（PGC-1α）的分析显示，其在LNN组腓肠肌中的蛋白和mRNA水平均显著降低。同时，线粒体含量标志物柠檬酸合酶（Citrate Synthase）的蛋白水平也下降，表明线粒体功能受损。能量应激传感器AMP活化蛋白激酶（AMPK）的磷酸化（Thr172位点）与总AMPK的比值显著升高，提示细胞处于能量代谢压力状态。此外，自噬（细胞自我清理）标志物p62的蛋白水平升高，而LC3B-II/LC3B-I比值变化不显著，可能暗示自噬流受阻。凋亡（程序性细胞死亡）执行蛋白Caspase-3的水平也显著升高。这些发现表明，妊娠期低蛋白饮食引发的早期免疫激活，最终导致了青年期小鼠骨骼肌的线粒体功能障碍、自噬清理机制异常和凋亡信号增强。

综上所述，这项研究清晰地揭示了一条从母体营养到后代肌肉健康的因果链条：妊娠期低蛋白饮食会“编程”雄性后代的骨骼肌，在断奶期即引发适应性免疫基因的持续上调。这种早期的免疫激活为后续的病理变化埋下了种子，导致在青年期出现巨噬细胞浸润、慢性炎症、氧化应激和线粒体功能受损。尽管肌肉通过纤维类型转换和代偿性肥大进行了一定程度的适应，但最终的结局是肌纤维数量的永久性减少和肌肉质量的潜在缺陷。该研究的重大意义在于，首次系统地将妊娠期营养、 postnatal（产后早期）免疫反应与成年期骨骼肌的线粒体功能和结构完整性联系起来，为理解“健康与疾病的发育起源”学说在肌肉生物学领域的具体机制提供了新的视角。它提示我们，保障孕期妇女，特别是面临营养风险群体的充足蛋白质摄入，不仅关乎胎儿即时生长，更可能是预防子代未来发生肌肉衰减和代谢性疾病的重要干预窗口。未来的研究可以进一步探索这些免疫和代谢变化的长期后果，以及是否存在关键的干预时间点来逆转这种早期营养不良带来的不利影响。