孕妇维生素D缺乏会损害后代的空间学习能力和记忆力：CaMKK2/AMPK/FoxO3a通路的作用机制研究

《The Journal of Nutritional Biochemistry》：Maternal vitamin D deficiency during pregnancy impaired offspring’s spatial learning and memory ability: Insights into the role of the CaMKK2/AMPK/FoxO3a pathway

本研究探讨孕鼠维生素D缺乏（VDD）饮食对子代空间学习与记忆能力的影响，发现VDD导致子代神经损伤、神经营养因子表达下降及CaMKK2/AMPK/FoxO3a信号通路过度激活，通过蛋白质组学验证其机制，并证实孕早期补充维生素D可有效改善上述问题。

　　

孙晓霞|乔宇|韩宇|侯玉菲|王炯楠|卢尚云|王佳|邱福斌

中国山西省太原市山西医科大学公共卫生学院营养与食品卫生系营养与食品科学研究所，030001

摘要

维生素D缺乏（VDD）是一个全球性的健康问题，孕妇被认定为VDD的高风险群体。我们之前的研究表明，母亲在孕期缺乏维生素D会影响胎盘的发育。本研究旨在探讨孕期母亲缺乏维生素D对后代空间学习和记忆能力的影响。结果表明，母亲缺乏维生素D会导致母体和后代的维生素D水平下降，后代的身体长度和体重减少，神经反射行为延迟，并在Y迷宫和Morris水迷宫测试中表现出空间学习和记忆能力受损。此外，母亲缺乏维生素D还会导致后代神经元损伤和丢失，以及神经营养因子的表达减少。而孕期补充维生素D可以对上述指标产生积极改善作用，尤其是在妊娠前三个月补充效果最为显著。为了探索其分子机制，我们对后代的海马组织进行了蛋白质组学分析。结果显示，母亲缺乏维生素D会过度激活CaMKK2/AMPK/FoxO3a信号通路；CaMKK2抑制剂STO-609在体外实验中能够减轻VDD引起的神经元凋亡和坏死。同样，孕期补充维生素D也能抑制CaMKK2/AMPK/FoxO3a通路的过度激活。综上所述，本研究为母亲缺乏维生素D对后代空间学习和记忆能力的影响提供了新的见解。

引言

尽管维生素D因其在钙吸收和骨骼代谢中的经典作用而广为人知，但最近的研究强调了其非经典功能的重要性，尤其是对神经认知功能的调节[1]。研究证实，人类和其他动物物种的多个脑区（包括颞叶、扣带回皮层、眶皮层、丘脑、伏隔核等）都存在维生素D受体（VDRs）和维生素D代谢酶，这些结构对认知功能的发育至关重要[2]。因此，维生素D缺乏（VDD）会阻碍大脑发育，从而导致一系列神经精神疾病，如痴呆、情绪障碍和精神疾病[1,2]。

神经系统在胚胎早期就开始发育[3]。多项研究表明，孕期多种不良因素（如营养摄入不足[4]、不良的生活环境[5]和心理健康问题[6,7]）会导致胎儿大脑结构和功能的改变，包括海马体和小脑体积减小、大脑皮层沟回加深、脑代谢物减少以及功能连接紊乱。此外，孕妇被认定为VDD的高风险群体，其患病率在26%到98%之间[8]。孕期维生素D水平较低与不良健康结局的发生率增加有关，如先兆子痫、新生儿低钙血症、出生后生长不良和自身免疫疾病[8]。多项基于人群的研究表明，孕期维生素D水平低与后代神经发育障碍的风险增加有关[9]。因此，了解VDD对妊娠、胎儿发育和新生儿健康的病理机制非常重要。

虽然已有大量证据表明母亲缺乏维生素D会导致后代认知能力受损，但其确切的分子机制仍不清楚。因此，本研究通过以下方法探讨了孕期母亲缺乏维生素D对后代空间学习和记忆能力的影响：(a) 分析母亲缺乏维生素D饮食对母体和后代维生素D水平的影响；(b) 研究母亲缺乏维生素D饮食对后代空间学习和记忆能力的影响；(c) 对后代海马组织进行蛋白质组学分析，以探索其影响机制；(d) 探索妊娠不同阶段补充维生素D对后代空间学习和记忆能力、神经元损伤及突触功能的影响。

动物与处理方法

动物与处理

实验所用Sprague-Dawley（SD）雌性大鼠体重在90-130克之间，购自中国北京的SPF Biotechnology有限公司（SCXK 2019-0010）。大鼠在山西医科大学的动物中心饲养，环境控制条件为温度22 ± 2°C，光照周期12小时：12小时黑暗，湿度40% - 50%，并可自由饮水。所有实验操作均按照《实验动物护理和使用指南》第八版进行。

母亲缺乏维生素D饮食对后代维生素D水平的影响

如图1B所示，与对照组相比，母亲缺乏维生素D饮食8周后，其血清25(OH)D水平显著降低（P < 0.01）。同样，母亲缺乏维生素D组后代的血清25(OH)D水平也显著降低（P < 0.01）（图1C）。此外，我们还分析了后代肝脏组织中的25(OH)D水平和肾脏组织中的1,25(OH)₂D水平，发现这两种代谢物的水平均显著下降（P < 0.01）。

讨论

已有研究表明，女性生殖组织和胎盘组织中存在维生素D受体（VDRs）和参与维生素D代谢的酶，这突显了维生素D在妊娠和生育中的关键作用[19]。刘及其同事详细分析了孕期补充维生素D对新生儿健康的潜在影响，发现孕期补充维生素D可以改善新生儿的维生素D充足状况。

作者贡献声明

孙晓霞：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、资源准备、方法设计、数据整理。乔宇：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、方法设计。韩宇：数据验证、软件使用、资源准备。侯玉菲：数据验证、软件使用、数据分析。王炯楠：数据可视化、实验监督、方法设计。卢尚云：数据整理、概念构思。王佳：撰写——审稿与编辑、方法设计。邱福斌：撰写——审稿与

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

致谢

本研究得到了中国山西省奖学金委员会（2022-114）和山西省应用基础研究计划（202203021211227）的支持。