早期产后母体环境对雄性小鼠前脉冲抑制（PPI）及脑一碳代谢物的影响：交叉抚育研究

《Physiology & Behavior》：The early postnatal maternal environment influences prepulse inhibition and brain one-carbon metabolites in male mice

　　

发育起源健康与疾病（developmental origins of health and disease, DOHaD）假说认为，关键发育期的环境因素可对终生生理和疾病易感性产生长期影响。产前营养不良与子代精神分裂症风险增加相关；产后母体环境的作用仍不充分。一碳代谢通过生成S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine, SAM）等甲基供体参与DNA甲基化，是神经发育调控的候选机制。研究人员在C57BL/6N（B6）和C3H/HeN（C3）雄性小鼠间进行交互交叉抚育，检测母鼠乳汁一碳相关代谢物、子代皮质一碳代谢物以及包括前脉冲抑制（prepulse inhibition, PPI）在内的行为表型。交叉抚育改变雄性小鼠PPI；来自B6和C3母鼠的乳汁在出生后第7天（P₇）显示不同的一碳相关代谢物谱；交叉抚育改变皮质甲硫氨酸（methionine）和同型半胱氨酸（homocysteine）水平。早期产后母体环境可能影响神经发育编程。

论文解读

研究背景与问题。发育起源健康与疾病（developmental origins of health and disease, DOHaD）假说提出，关键发育期的环境因素可对终生生理和疾病易感性产生长期影响。该假说最初用于解释低出生体重与后期心血管和代谢疾病的关系，后扩展至神经发育和精神疾病。荷兰饥饿冬天和中国饥荒等流行病学研究提示，产前营养不良与子代精神分裂症风险增加相关。因此，早期营养环境可能影响脑发育和精神疾病易感性。表观遗传编程被认为是潜在机制之一。一碳代谢通过生成S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine, SAM）等甲基供体，在DNA甲基化中发挥核心作用；甲硫氨酸、叶酸、维生素B₁₂和胆碱等是该代谢的关键调节因子。既往研究多关注产前营养环境，而产后母体环境的贡献尚不明确。早期产后阶段，母体乳汁不仅提供能量底物，还提供可能影响脑成熟的生物活性代谢物；乳汁中一碳代谢相关代谢物可能参与子代表观遗传调控和神经发育。然而，产后母体环境包括乳汁组成的自然差异是否影响感觉运动门控相关表型尚未充分研究。前脉冲抑制（prepulse inhibition, PPI）是感觉运动门控的常用指标，在精神分裂症患者中一致受损，但也见于其他神经精神疾病，因此是跨诊断指标。近交系小鼠中C57BL/6（B6）PPI较高，C3H/He（C3）较低，为研究遗传和环境贡献提供了模型。因此，研究人员使用B6与C3小鼠交互交叉抚育，探讨早期产后母体环境对子代行为表型和脑一碳相关代谢物的影响。

关键技术方法。研究人员使用C57BL/6NCrlCrlj（B6）与C3H/HeNCrlCrj（C3）雄性小鼠，动物来源为Charles River Laboratories Japan。于P₂至P₂₁进行同品系或异品系交叉抚育，形成B6-B6、C3-C3、C3-B6和B6-C3组。行为学检测PPI、Y迷宫和强迫游泳；乳汁于P₇、P₁₅、P₂₁采集，皮质于P₇、P₁₅采集。甲硫氨酸、SAM和S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosylhomocysteine, SAH）用液相色谱-质谱联用（liquid chromatography–mass spectrometry, LC–MS）检测，同型半胱氨酸用高效液相色谱（high-performance liquid chromatography, HPLC）检测；其他乳汁代谢物由SRL Inc.检测。统计采用GraphPad Prism，使用方差分析（analysis of variance, ANOVA）、Mann–Whitney U检验等。

研究结果。3.1 早期产后交叉抚育改变前脉冲抑制。研究人员将雄性后代从P₂交叉抚育至P₂₁。体重随年龄增加，未受交叉抚育显著影响。6周龄时，三因素重复测量ANOVA显示寄养母鼠品系与子代品系存在显著交互；事后比较显示，C3子代由B6母鼠抚育（B6-C3）在75/115和80/115 dB前脉冲强度下PPI显著高于C3-C3；B6子代由C3母鼠抚育（C3-B6）与B6-B6无显著差异。提示B6来源母体因素部分改善C3子代感觉运动门控。18周龄时，未检测到寄养母鼠品系与子代品系显著交互，B6-C3与C3-C3事后无显著差异，6周龄效应未维持。6周和18周基线声惊幅度仅见子代品系主效应，寄养母鼠品系及交互不显著，说明PPI交叉抚育效应不能由基线声惊反应解释。Y迷宫和强迫游泳中，交叉抚育未显著改变表现，Y迷宫有子代品系主效应；行为效应主要选择性于PPI。

3.2 B6与C3母鼠乳汁一碳相关代谢物在出生后第7天不同。研究人员在P₇、P₁₅、P₂₁检测乳汁。P₇时，C3母鼠乳汁中吡哆胺（pyridoxamine）、吡哆醛（pyridoxal）、叶酸（folate）和甲硫氨酸（methionine）显著低于B6母鼠。P₁₅和P₂₁时，这些品系差异大体消失。吡哆胺在哺乳期多数样本中低于检测限，吡哆醛差异主要见于早期哺乳。维生素B₂、维生素B₁₂和吡哆醇未见明显品系差异。结果提示B6与C3母鼠乳汁一碳代谢相关代谢物谱在P₇不同，早期产后可能是母体乳汁来源代谢影响的敏感窗口。

3.3 交叉抚育改变产后发育期间皮质一碳相关代谢物。P₁₅时，两因素ANOVA显示子代品系与寄养母鼠品系对皮质甲硫氨酸存在显著交互，且两者主效应显著。C3-C3皮质甲硫氨酸低于B6-B6；B6-C3显著高于C3-C3；C3-B6与B6-B6无显著差异。P₁₅皮质同型半胱氨酸显示子代品系和寄养母鼠品系显著主效应，无显著交互；B6-B6高于C3-C3，两个交叉抚育组呈中间水平。P₇时，皮质甲硫氨酸或同型半胱氨酸均无显著交互；同型半胱氨酸有子代品系主效应，但事后交叉抚育与对照无显著差异。SAM在P₇和P₁₅均无显著子代品系、寄养母鼠品系或交互效应；SAH在两个年龄有子代品系主效应，寄养母鼠品系及交互不显著。结果提示产后母体环境以品系依赖方式部分修饰子代皮质一碳代谢。

讨论与结论。讨论部分指出，本研究通过交互交叉抚育证明早期产后母体环境改变子代感觉运动门控及脑一碳相关代谢物。使用B6与C3交叉抚育，研究人员发现产后母体环境改变PPI并调节皮质甲硫氨酸相关代谢物；B6与C3母鼠乳汁在早期哺乳期显示不同一碳相关代谢物谱。这些发现提示早期产后母体环境可能参与神经发育编程，乳汁代谢物差异可能是潜在机制之一。既往DOHaD研究主要关注产前营养环境，尤其孕期营养不良；产后母体营养环境贡献较少。乳汁提供必需营养和生物活性代谢物，其组成差异可能是影响神经发育的环境因素。本研究中甲硫氨酸、吡哆醛和叶酸相关代谢物在B6和C3乳汁中不同，尤其早期哺乳期；后期差异不明显，提示最早产后阶段可能是代谢和表观遗传编程敏感窗口。一碳代谢与甲基供体可用性和表观遗传调控相关，乳汁来源代谢物改变可能参与关键期神经发育。乳汁与皮质代谢物变化之间的时间滞后可能反映早期营养对脑代谢成熟的渐进影响。乳汁还含多种生物活性因子，因此不能排除其他因素贡献行为和代谢改变。交叉抚育改变皮质甲硫氨酸和同型半胱氨酸，部分交叉抚育动物呈中间代谢表型，提示产后母体环境部分调节脑一碳代谢。行为上，交叉抚育改变PPI；PPI是跨诊断感觉运动门控指标。由于皮质代谢物测自全皮质匀浆，而PPI由涉及皮质下区域和皮质调节的分布神经回路调控，皮质代谢物应解释为全局脑一碳代谢状态，而非直接对应PPI的区域特异性变化。交叉抚育效应在6周龄更明显，品系差异在18周龄更明显，提示产后母体环境影响可能在早期发育阶段更突出，遗传影响随年龄增加而显现。交叉抚育广泛用于发育研究和辅助繁殖，本研究提示产后母体环境可能通过代谢和潜在表观遗传机制影响子代神经发育表型。局限性包括：未建立单个乳汁代谢物与行为表型的直接因果关系；未评估母体微生物群、乳汁微生物成分或母体照料行为等其他母体因素；B6与C3遗传差异也可能贡献观察到的差异；以个体后代而非窝作为统计单位，窝效应不能完全排除；仅分析雄性后代，雌性是否出现类似效应尚不清楚；未证实代谢变化直接介导行为表型。未来需要操纵候选乳汁代谢物并纳入两性以阐明机制。

研究结论翻译：本研究提示，早期产后母体环境影响小鼠皮质一碳代谢和感觉运动门控相关表型。这些发现支持母体乳汁来源的代谢环境有助于产后脑成熟，并可能代表早期产后母体环境影响神经发育的一种机制。