母体妊娠期营养限制对胎儿小肠发育及微生物多样性的性别特异性影响研究

《Journal of Animal Science》：57?Trainee Award: Nutrient restriction during gestation influences fetal small intestine weight, histomorphology, and microbial diversity

本刊推荐：为探究母体妊娠期营养限制对胎儿小肠发育及肠道微生物的影响，研究人员开展了以绵羊为模型的营养干预研究。结果表明，营养限制会以性别特异性方式降低雄性胎儿小肠绒毛高度和微生物α-多样性（Shannon Index），并改变β-多样性（Bray-Curtis分析），揭示了母体营养对后代早期肠道健康编程的关键作用。

　　

在生命早期发育阶段，母体子宫内的环境对后代器官系统的形成和长期健康具有深远影响，这一概念被称为“健康与疾病的发育起源”（Developmental Origins of Health and Disease, DOHaD）。其中，消化系统，特别是小肠，作为营养物质吸收和免疫防御的关键部位，其早期发育至关重要。然而，全球范围内仍存在多种导致妊娠期母体营养不良的因素，如食物短缺、特定营养素缺乏或疾病状态，这些都可能干扰胎儿的正常发育程序。一个尤为引人关注的问题是，这种营养应激对后代的影响是否因性别而异？现有的研究往往对此关注不足。为了深入探索这一科学问题，由Nicole M. Tillquist领导的研究团队在《Journal of Animal Science》上发表了一项重要研究，利用绵羊模型揭示了母体妊娠期营养限制对胎儿小肠形态和初始微生物群落建立的性别特异性影响。

为了回答上述问题，研究人员设计了一项严谨的动物实验。他们选取怀孕并怀有双胎的经产多塞特（Dorset）母羊作为研究对象，从妊娠第30天到第130天（绵羊妊娠期约为145-150天，d 130相当于妊娠晚期）进行饮食干预。母羊被随机分为两组：对照组（CON）饲喂100%营养需求的日粮（n=8只母羊），营养限制组（RES）饲喂60%营养需求的日粮（n=7只母羊）。在妊娠第130天，对母羊实施安乐死并收集胎儿样本。根据母羊的饮食，胎儿被相应分为CON组（雌性n=8，雄性n=8）和RES组（雌性n=9，雄性n=5）。研究团队系统测量了胎儿的体重和小肠重量，并采集了空肠黏膜样本。关键实验技术包括小肠组织的组织形态学分析（用于测量绒毛高度Villi Height, VH等指标）和基于16S rRNA基因V4区的高通量测序技术（用于分析附着在空肠黏膜上的微生物群落的α多样性和β多样性）。数据分析采用了适当的统计学方法，包括用于比较组间差异的检验以及用于β多样性分析的非参数多变量统计（Bray-Curtis距离）。

研究结果

胎儿小肠重量： 分析显示，营养限制对胎儿小肠重量的影响存在性别差异。当将小肠重量相对于胎儿体重进行标准化（g/kg BW）后，RES组的雌性胎儿其小肠重量比CON组的雌性胎儿显著减轻了11.5%（P=0.04）。而在雄性胎儿中，未观察到这种显著的组间差异。这表明雌性胎儿的小肠生长对母体营养不足更为敏感，或者采取了不同的能量分配策略。

小肠形态学（绒毛高度）： 研究人员分别检测了十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度（VH），发现了复杂的相互作用。

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  在十二指肠中，RES组的雄性胎儿其VH相较于CON组的雄性胎儿显著缩短了20.2%，同时相较于RES组的雌性胎儿也显著缩短了21.6%（P≤0.04）。这提示在十二指肠部位，雄性胎儿的绒毛发育更容易受到母体营养限制的负面影响。
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  在空肠中，RES组雄性胎儿的VH比CON组雌性胎儿短7.9%，比RES组雌性胎儿短10.6%（P≤0.03）。这进一步支持了雄性胎儿空肠形态对营养应激的脆弱性。
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  在回肠中，观察到了一个有趣的对比：CON组的雄性胎儿其VH比CON组的雌性胎儿短11.5%（P=0.005）。这表明即使在营养充足的情况下，雌雄胎儿在回肠发育上也可能存在固有的生物学差异。

微生物多样性：

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  α多样性：使用香农指数（Shannon Index）评估样本内部的微生物多样性。结果显示，RES组的雄性胎儿其微生物多样性显著低于CON组的雌性胎儿（P=0.013）。这表明营养限制可能特别不利于雄性胎儿早期肠道微生物群落的丰富度和均匀度。
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  β多样性：通过布雷-柯蒂斯（Bray-Curtis）分析评估样本间的微生物群落组成差异。结果表明，母羊的饮食处理（即CON vs. RES）对胎儿空肠微生物的整体群落结构有显著的主效应（P=0.04）。这意味着营养限制改变了胎儿小肠内微生物的物种构成。

结论与讨论

本研究得出结论：母体在妊娠期间经历营养限制，会显著影响后代胎儿的小肠发育和初始微生物环境，并且这些影响呈现出明显的性别特异性。

综合研究结果，可以归纳出以下主要结论：首先，母体营养不足对胎儿小肠生长和结构的影响因胎儿性别和肠道部位而异，雌性胎儿表现为小肠相对重量的降低，而雄性胎儿则更突出地表现为关键吸收部位（十二指肠和空肠）绒毛高度的缩短。其次，营养限制同样以性别特异性方式扰乱了胎儿期便已开始定植的小肠微生物群落，主要表现为降低了雄性胎儿的微生物α多样性并改变了整体的微生物群落结构（β多样性）。

这项研究的意义重大。它首次在大型动物模型中系统揭示了母体营养、胎儿性别、小肠形态和早期微生物组之间的复杂关联。研究结果强调，在评估孕期营养干预的效果时，必须将后代性别作为一个关键变量加以考虑。雄性后代可能在某些方面（如绒毛发育和微生物多样性）对母体营养应激更为敏感，这为了解不同性别个体在后天生命中对营养相关疾病（如生长迟缓、肠道炎症、代谢综合征）的易感性差异提供了早期发育视角的线索。该研究为“健康与疾病的发育起源”学说提供了新的实验证据，强调了优化母体妊娠期营养对于保障后代长期肠道健康乃至整体健康的重要性。未来研究可进一步探讨这些早期改变如何影响出生后动物的营养吸收效率、免疫系统发育和长期健康结局，以及潜在的干预策略。