青春期低浓度蔗糖摄入改变雄性ICR小鼠胆固醇代谢并升高循环睾酮水平

《Nutrients》：Low-Concentration Sucrose Intake During Puberty Alters Cholesterol Metabolism and Circulating Testosterone Levels in Male Mice

　　

背景：青春期蔗糖摄入是公共卫生问题，但其对胆固醇代谢和雄性生殖内分泌的影响仍知之甚少。该窗口期啮齿动物研究通常使用30%（w/v）蔗糖或20%（w/v）果糖溶液；饮料样浓度较少被考察。膳食糖对循环睾酮的报道效应不一致；研究人员假设发育阶段差异可能解释这一差异。方法：雄性ICR（Institute of Cancer Research）小鼠从4至8周龄自由获取10%（w/v）蔗糖溶液。研究人员评估肝脏和血浆脂质、睾丸胆固醇和睾酮、肝脏乙酰辅酶A羧化酶（ACC）和AMPK磷酸化，以及胆固醇代谢和类固醇生成相关基因表达。所有测量均在16 h禁食后进行，期间蔗糖溶液替换为水。结果：蔗糖选择性升高肝脏和血浆胆固醇而不改变甘油三酯，循环增加限于非高密度脂蛋白（non-HDL）组分。ACC1和ACC2磷酸化升高而AMPK磷酸化未变。尽管体重和能量摄入未变，睾丸周围脂肪重量增加。在睾丸中，胆固醇含量和若干类固醇生成转录本增加，而类固醇生成酶蛋白未变。血浆睾酮增加，而睾丸内睾酮未增加。结论：在雄性ICR小鼠中，青春期10%（w/v）蔗糖溶液提供约25%总能量摄入，并伴随固体饲料摄入的相当下降；其与胆固醇为主而非甘油三酯为主的脂质反应及较高循环睾酮相关。睾丸胆固醇含量和血浆睾酮均较高而类固醇生成酶蛋白未变，表明二者之间为关联而非类固醇生成能力改变。

青春期是下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴成熟和成年生殖能力建立的关键窗口，营养可影响该过程。添加糖尤其含糖饮料（SSB）在儿童和青少年中消费量高，但青春期习惯性糖摄入是否影响生殖激素产生轨迹尚不清楚。蔗糖水解为葡萄糖和果糖，果糖主要在肝脏代谢并促进从头脂肪生成（DNL）；成人较高果糖负荷常呈甘油三酯（TG）为主的脂质反应，而较低浓度未必复现。胆固醇（Chol）是类固醇生成的必需底物，青春期睾丸间质（Leydig）细胞类固醇生成活性和雄激素产生增加，Chol需求上升。既往糖摄入对循环睾酮的报道不一致：幼年-围青春期暴露多升高，延伸至成年暴露多抑制。研究人员据此假设暴露时机的发育阶段而非糖摄入本身解释差异，并假设青春期蔗糖摄入增加循环睾酮。为此，研究人员让雄性ICR小鼠在4—8周龄自由饮用10%（w/v）蔗糖溶液27天，评估肝脏和血浆脂质、睾丸Chol和睾酮、ACC/AMPK磷酸化及胆固醇代谢和类固醇生成相关基因表达。结果显示，10%蔗糖产生Chol为主而非TG为主的脂质反应并升高循环睾酮；循环Chol增加限于non-HDL，睾丸Chol和血浆睾酮较高而类固醇生成酶蛋白未变，提示二者关联而非类固醇生成能力改变。该研究提示饮料样低浓度蔗糖在青春期即可与胆固醇代谢及循环睾酮改变相关，强调发育暴露窗的重要性。

关键技术方法（不超过250字）：以3周龄雄性ICR（Slc:ICR）小鼠（Japan SLC, Inc., Shizuoka, Japan）为样本队列，适应1周后于4周龄随机分为对照（C，n=24）和蔗糖（S，n=24；1只排除后n=23），S组自由饮用10%（w/v）蔗糖溶液27天至8周龄；第27天起以水替代蔗糖并禁食16 h，第28天处死。检测体重、摄食饮水、器官重量、血糖和β-羟基丁酸（BHB）；测定血浆及肝/睾丸TG和Chol、血浆高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）及non-HDL-C、血浆和睾丸睾酮；qPCR检测肝和睾丸Chol代谢及类固醇生成相关基因；Western blot检测ACC1/ACC2、AMPKα及其磷酸化、CYP11A1、CYP17A1、HSD3B。

3.1 10%蔗糖溶液摄入对体重和器官重量的影响。通过27天摄食饮水记录和器官称重发现，S组每只摄入440 g蔗糖溶液，约44.0 g蔗糖或176 kcal，占总能量约25.0%；初始和终末体重及增重无显著差异；总食物摄入显著降低而总液体摄入显著升高，总能量摄入和能量效率无显著差异；肝、睾丸和附睾重量无显著差异；睾丸周围脂肪重量S组显著高于C组；血糖无差异，血BHB显著升高。因此，在该研究条件下，蔗糖摄入增加睾丸周围脂肪积累和血BHB，而不影响总体增重、能量摄入及肝和生殖器官重量。

3.2 10%蔗糖溶液摄入对血浆和肝脏脂质谱的影响。通过肝脏和血浆脂质测定发现，S组肝脏Chol含量显著升高，而肝脏TG含量无显著差异；血浆总Chol和non-HDL-C显著升高，血浆HDL-C和TG无显著差异。结果表明，10%蔗糖溶液选择性升高青春期雄性小鼠肝脏和血浆Chol，循环Chol增加限于non-HDL组分。

3.3 10%蔗糖溶液摄入对肝脏Chol代谢相关基因的影响。通过qPCR检测Srebf2、Hmgcr、Ldlr、Abca1、Abcg5和Scarb1发现，Srebf2、Ldlr、Abca1和Scarb1 mRNA水平无显著差异；Hmgcr mRNA约升高1.3倍，Abcg5 mRNA约升高1.7倍且为该组最大变化。原文指出，这是选择性转录反应，不能单独确立Chol合成、摄取或排泄的相应变化。

3.4 10%蔗糖溶液摄入对肝脏TG代谢的影响。通过qPCR和Western blot发现，Acaca、Fasn及Srebf1（SREBP-1c转录变体）显著升高；ACC1蛋白显著升高，pACC1/ACC1显著升高；ACC2蛋白无显著差异，而pACC2/ACC2显著升高；AMPKα蛋白无显著差异（p=0.069），pAMPKα（Thr¹⁷²）/AMPKα无显著差异。原文认为，脂生成基因和ACC1蛋白增加而ACC1磷酸化增加可能抑制ACC活性；ACC2磷酸化预期降低malonyl-CoA并缓解CPT1抑制，BHB升高与此一致但未测脂肪酸氧化；肝和血浆TG未变，且ACC磷酸化变化可能通过AMPK非依赖机制。

3.5 10%蔗糖溶液摄入对睾丸Chol代谢相关基因表达的影响。通过qPCR发现，Scarb1表达轻度但显著升高（约15%），Ldlr和Hmgcr无显著差异。原文强调，该幅度转录差异不应视为SR-BI介导Chol摄取的相应变化，因SR-BI主要受蛋白水平调控。

3.6 10%蔗糖溶液摄入对睾丸类固醇生成酶基因表达的影响。通过qPCR和Western blot发现，Star和Scp2无显著差异，Stard3显著升高；Cyp11a1无显著差异，Hsd3b1、Cyp17a1和Hsd17b3显著升高，Cyp19a1无显著差异；CYP11A1、CYP17A1和HSD3B蛋白无显著差异；Lhcgr无显著差异（C组1.00±0.0570，S组1.09±0.0673，p=0.304）。结果表明，蔗糖摄入与睾丸Chol转运及下游类固醇生成酶转录的选择性变化相关，但Cyp11a1、Cyp19a1转录及所检酶蛋白未变。

3.7 10%蔗糖溶液摄入对睾丸Chol含量及睾丸和血浆睾酮浓度的影响。通过脂质测定和ELISA发现，S组睾丸Chol含量高于C组，但该差异依赖排除被睾丸周围脂肪污染的提取物，保留全部提取物时不显著；睾丸睾酮无显著差异；血浆睾酮S组显著高于C组。结果表明，青春期10%蔗糖摄入与较高循环睾酮相关，而无相应睾丸内睾酮升高。

讨论总结：原文指出，10%（w/v）蔗糖浓度为最接近研究所用浓度的三分之一，但提供约25%总能量；所有测量在16 h禁食且蔗糖换水后完成，反映撤除后禁食状态而非持续摄入状态。10%蔗糖水解为5.3%果糖和5.3%葡萄糖，27天每只44.0 g蔗糖约对应23 g果糖（0.86 g/天）；S组液体摄入约为对照1.7倍，肝果糖暴露高于溶液浓度提示；每次饮用可能超过肠道果糖代谢饱和能力。16 h禁食使肝进入糖异生和生酮阶段，BHB、ACC磷酸化和AMPKα均响应，组间差异也可能是对禁食反应差异而非稳态差异。肝脂生成程序转录激活但TG不积累；pACC1/ACC1和pACC2/ACC2升高，磷酸化失活ACC预期限制malonyl-CoA，未用于脂肪酸合成的乙酰CoA可转向异戊二烯（包括Chol）合成；Hmgcr表达和肝Chol增加；pACC2预期缓解CPT1抑制，BHB升高一致但未测脂肪酸氧化；AMPKα总量和pAMPKα（Thr¹⁷²）/AMPKα无差异，提示ACC磷酸化增加非AMPK激活增强。该解释暂定：ACC1总蛋白升高，不能仅由磷酸化比例推断活性ACC1绝对量，未测malonyl-CoA和通量；S组食物摄入低约25%，ACC磷酸化和BHB变化也可见于减少进食状态。肝Chol代谢基因反应选择性：Abcg5最大增加，原文更易解释为肝Chol积累诱导的补偿反应（LXR调控，介导中性固醇排入胆汁）；Srebf2转录不变而Hmgcr上调不意外，因SREBP-2活性受前体蛋白水解和成熟形式核转位调控。循环Chol池扩大，睾丸Chol较高但分析依赖；仅Scarb1轻度上调，Ldlr和Hmgcr不变；不能指定Chol到达睾丸的途径，HDL-C不变而非HDL-C增加、Ldlr未增，故解释为一致性观察而非特定摄取途径证据。类固醇生成通路亦选择性：Stard3升高而Star、Scp2不变；STARD3/MLN64为晚内体固醇结合蛋白，介导内体Chol向线粒体输出，过表达提高线粒体Chol；StAR调控急性限速Chol向内线粒体膜输送，受急性/转录后调控；原文不据此推断转运，且全睾丸裂解转录不能分辨Leydig细胞。酶方面Hsd3b1、Cyp17a1、Hsd17b3升高而Cyp11a1、Cyp19a1不变，CYP11A1、CYP17A1、HSD3B蛋白无差异，呈转录-蛋白分离；无酶蛋白增加伴睾丸Chol增加，更适当解释为Chol可利用性与睾酮浓度关联而非类固醇生成能力增加。血浆睾酮升而睾丸内不升，基础不明；原文称局部稳态可能但属推测，未测LH或睾酮产生，循环浓度高也可来自清除、结合或分泌改变；数据确立循环Chol池扩大、睾丸Chol较高和血浆睾酮较高在同一动物中的关联，不确立通量关系，不能直接证明睾丸产生增强。方向上，与幼年-围青春期暴露升高、成年期暴露抑制的既往大鼠研究一致；De León-Ramírez et al.给Wistar大鼠断奶起30%蔗糖至51日龄，血清睾酮升高；Adekunbi et al.给Sprague-Dawley大鼠8周龄起6周同浓度蔗糖，睾酮降低；二者糖、途径、浓度匹配，差异主要在暴露时间。另20%果糖从PND30至60升高，65%高果糖固体饲料从6周龄21周降低；方向与评估发育阶段关系更密切。雄性大鼠青春期约P42—P55，血浆睾酮P40—P60上升、P90稳定；雄性小鼠约P30上升、P40峰值、P60平台（C57BL/6和CD-1，CD-1源于ICR）。本暴露4—8周（P28—P55）在上升前开始、跨上升和峰值、平台前结束，评估在成年之前，故更接近De León-Ramírez et al.和20%果糖研究而非成年暴露研究；但单实验不能确定大鼠顺序是否延伸至小鼠，一致性只提示可能而非证实。糖量上，本研究浓度为30%研究的三分之一，果糖当量约为20%果糖研究的四分之一；与65%固体饲料研究不可比。青春期Leydig细胞活跃分化并扩大类固醇生成能力，底物可利用性增加可能更易转化为输出，而成年慢性糖摄入的代谢后果可能抵消；青少年SSB消费高，习惯性摄入需进一步研究。局限包括：S组固体饲料摄入降低约25%，总能量不变但蛋白、脂肪、微量营养素和纤维摄入降低，不能分离蔗糖单独效应，需等热量等营养对照或至少等热量葡萄糖；未确立因果，睾丸Chol差异小且分析依赖，未追踪Chol通量、无干预；多数终点为转录水平，转录-蛋白分离警示不能仅由表达推断功能，未测SR-BI蛋白、酶活性、肝malonyl-CoA、SREBP-2蛋白，ACC磷酸化作用暂定；未评估HPG轴其他成分（LH、FSH、性激素结合球蛋白），无生殖功能测量；未测胰岛素、胰岛素抵抗、氧化应激和炎症标志物。外推限制：单一雄性远交系Slc:ICR和单一蔗糖浓度，远交群体等位基因频率未定义且群体/设施间不同，不应视为人类群体遗传结构定义模型；青春期雄激素上升时间株系依赖，暴露窗参照C57BL/6和CD-1；啮齿类类固醇生成Chol供应更依赖HDL/SR-BI，人类外推需谨慎。

研究结论翻译：在雄性Slc:ICR小鼠中，4至8周龄自由饮用10%（w/v）蔗糖溶液产生胆固醇为主而非甘油三酯为主的脂质反应。尽管肝脂生成程序转录激活，甘油三酯未积累，肝脏和循环胆固醇升高，且增加限于non-HDL组分。蔗糖组血浆睾酮较高，在报告分析下睾丸Chol含量也较高，而类固醇生成酶蛋白水平未变；这些观察相互关联，但本研究数据未确立较高循环睾酮源于类固醇生成增加而非清除、结合或分泌改变。所有测量均在16 h禁食且蔗糖溶液替换为水后进行，因此描述的是撤除后状态。暴露提供约25%总能量摄入，并伴随固体食物摄入的相当下降；因此，本研究聚焦于以饮料形式摄入蔗糖并联合该代偿性减少，而非单独蔗糖效应。这些变化无体重、增重、总能量摄入、能量效率或血糖差异；但蔗糖组睾丸周围脂肪量和血BHB均较高，胰岛素、胰岛素抵抗、氧化应激和炎症标志物未评估。这些发现限于所述条件下雄性Slc:ICR小鼠，不外推至其他株系、雌性或人类。