早期生活逆境对新生儿发育期间急性代谢结局的影响

《Neurobiology of Stress》：Effects of early life adversity on acute metabolic outcomes during neonatal development

　　

早期生活逆境对神经内分泌功能具有持久影响，并增加精神病理学和代谢疾病的风险。应激与代谢密切相关，早期生活应激的关键期与代谢编程的关键期重叠。在啮齿动物中，早期生活逆境模型可能通过多种途径影响发育，包括营养、亲代行为和直接的身体应激。在本研究中，研究人员探讨了限垫料和筑巢材料（LBN）产后环境如何影响母鼠的行为、乳汁成分以及大鼠后代的急性代谢结局。研究人员检查了LBN暴露在两个产后窗口期（早期：P_0-6和/或晚期：P_6-13）的影响，以及早期经历的关键元素（母性行为和营养）对急性代谢结局的作用，同时评估了幼崽中的性别特异性效应。LBN改变了母鼠的行为表型，增加了母鼠乳汁中的皮质酮（corticosterone）和甘油三酯（triglyceride）浓度，影响了幼崽的血清代谢激素和垂体激素，并增加了幼崽估计的每日能量消耗。肝脏和下丘脑弓状核（arcuate nucleus）的差异基因表达分析显示LBN具有时机和性别特异性效应。LBN预测了与氨基酸生物合成、蛋白质组装和发育转变相关的基因表达。这些效应与个体乳汁成分、幼崽性别和幼崽体重相关。总的来说，这些发现表明，早期生活逆境通过多条相互作用的途径改变急性代谢结局，这些途径可能增加后期内分泌和代谢功能障碍的脆弱性。

早期生活逆境（early life adversity）对神经内分泌和代谢系统具有长期影响，应激与代谢之间存在双向交互作用，且关键发育期重叠。现有研究表明，限垫料和筑巢材料（LBN）模型可模拟早期逆境，通过改变母性行为、乳汁成分等多途径影响后代发育，但LBN对急性代谢结局的时机特异性、关键介导因素及性别差异尚不明确。为此，研究人员利用LBN模型，在大鼠产后早期（P_0-6）和/或晚期（P_6-13）暴露，系统评估了母性行为、乳汁成分、幼崽能量消耗、血清代谢和垂体激素、肝脏及下丘脑弓状核（arcuate nucleus）转录组的变化。研究发现，LBN暴露改变了母性行为表型，增加了P6时乳汁中皮质酮（corticosterone）和甘油三酯（triglyceride）浓度，促进了幼崽急性能量消耗，降低了早期LBN暴露后的血清C肽、肽YY、脑源性神经营养因子（BDNF）和胰高血糖素样肽-1（GLP-1）水平。肝脏转录组分析显示，LBN-LBN组与对照组相比有大量差异表达基因（DEGs），且多数重叠，但时机特异性明显；加权基因共表达网络分析（WGCNA）识别出多个基因模块，其中粉色模块受晚期LBN直接调控，涉及氨基酸代谢，而紫色模块效应通过母性行为介导。弓状核转录组中，DEGs重叠较少，候选基因分析显示神经肽信号（如Ntsr1、Sst）和轴突生长相关基因（Tenm3）受LBN影响，且WGCNA模块（如tan、grey60、greenyellow）受母性行为碎片化、晚期LBN及乳汁皮质酮的预测，性别差异显著。这些发现表明，早期逆境通过母性行为和乳汁成分两条路径，对肝脏和弓状核产生时机和性别特异性的急性代谢影响，增加后期代谢功能障碍风险，为理解应激与代谢编程提供了多维证据。论文发表在《Neurobiology of Stress》。

**关键技术方法概述**（不超过250字）：本研究使用Long-Evans大鼠（来自Charles River Labs），共两批30只雌性和15只雄性成年大鼠繁殖。主要方法包括：LBN模型（50g垫料 vs 225g对照）在产后早期（P_0-6）和/或晚期（P_6-13）暴露；通过AMBER自动评分系统分析24小时母性行为录像；ELISA检测乳汁中乳糖、甘油三酯、总蛋白、皮质酮和瘦素（leptin）浓度；CO₂排放测量估计幼崽每日能量消耗；Milliplex面板检测血清代谢和垂体激素（胰岛素、C肽、瘦素等）；肝脏和弓状核组织RNA提取后进行Tag-sequencing转录组测序；数据分析包括主成分分析（PCA）、线性混合模型、加权基因共表达网络分析（WGCNA）和路径分析（structural equation modeling）。

**研究结果**：

**3.1. 母性行为主成分分析及其与LBN暴露的关系**：通过主成分分析（PCA）对母性行为数据进行降维，得到早期照料衰减（PC1，占27.23%方差）和晚期照料衰减（PC2，占16.51%方差）两个主成分，分别反映P1/P3和P7/P9的母性行为总量，高值代表较少照料。LBN暴露显著降低这两个得分，表明LBN增加了母性行为总量。此外，PC4（Bout brevity，占10.36%方差）反映行为碎片化，但与LBN组无关。

**3.2. LBN对母鼠乳汁成分的影响**：ELISA检测显示，LBN母鼠在P6时乳汁甘油三酯和皮质酮浓度显著升高，但P12时无差异；乳糖、总蛋白和瘦素浓度在P6和P12均无显著变化。

**3.3. 幼崽能量消耗**：CO₂排放测量估算的每日能量消耗显示，P6时早期LBN暴露显著增加能量消耗；P12时早期LBN暴露降低而晚期LBN暴露增加能量消耗，且体重为正预测因子，性别无显著影响。

**3.4. 幼崽血清激素变异**：广义线性混合模型（GLMM）分析显示，早期LBN暴露降低血清C肽、肽YY、脑源性神经营养因子（BDNF）和胰高血糖素样肽-1（GLP-1）浓度；性别差异明显，多数激素（胰岛素、C肽、瘦素等）在雄性中更低，而生长激素（GH）更高。

**3.5. 肝脏转录组分析**：差异基因表达（DEG）分析显示，LBN-LBN组与对照组相比，雌性和雄性各有487和473个DEG（未校正p<0.05），其中346个重叠且方向一致，包括Atp9a、Nop9、Acsl4、Lamc2等。时机特异性分析表明，大部分DEG独特于各暴露条件，仅9-15%重叠。WGCNA识别出11个共表达模块，其中粉色模块受晚期LBN和晚期照料衰减预测，路径分析显示晚期LBN直接效应（不通过母性行为），涉及氨基酸代谢；紫色模块效应完全通过晚期照料衰减介导；其他模块（蓝、青、绿）受早期或晚期照料衰减预测，且性别分离。

**3.6. 弓状核转录组分析**：DEG分析显示，LBN-LBN组与对照组相比，雌性和雄性各有433和393个DEG，仅86个重叠（19.9%雌性，21.9%雄性），且仅雄性中Abcf1和Furin显著（eFDR<0.05）。时机特异性分析显示，大部分DEG独特，且雄性中另有Rwdd4和Pierce2显著。候选基因分析显示，雌性中晚期LBN预测Ntsr1、Nts、Calca、Gap43等；雄性中Bout brevity预测Slc32a1、Pdyn，早期LBN预测Ramp3、Tenm3、Glp1r等。WGCNA识别出17个模块，其中tan模块受Bout brevity预测（雄性），涉及线粒体过程；grey60模块受晚期LBN负向预测（雌性），且存在性别×晚期LBN交互；greenyellow模块受晚期LBN正向预测，涉及神经元分化和肽激素分泌；棕色模块受P6乳汁皮质酮正向预测（雄性），涉及纤毛相关基因；紫色和午夜蓝模块受P12乳汁皮质酮预测（雌性），涉及翻译和线粒体过程。

**总结讨论部分**：讨论指出，早期应激需要消耗大量能量以维持稳态，可能从发育关键期的重要生长过程中分流资源。LBN暴露后，能量消耗在急性期增加，随后可能因资源耗竭而降低，提示适应性重分配。肝脏转录组变化涉及氨基酸代谢、糖异生等基础功能，可能反映早期糖代谢紊乱，增加后期代谢综合征风险。弓状核转录组变化相对较小，但涉及神经发育成熟和神经肽信号，表明下丘脑发育对晚期LBN更敏感，尤其雌性。母性行为和乳汁成分作为关键早期经历元素，对代谢结局的影响各有侧重：母性行为与部分结果相关，但乳汁成分（尤其是皮质酮和甘油三酯）影响更广泛，且通过路径分析揭示了直接和间接机制。性别差异显著，雌性弓状核更易受母性行为影响，而雄性肝脏对早期照料更敏感。研究结论部分翻译如下：**研究结论**：本研究提供了证据，表明早期逆境对代谢功能、基因表达和代谢信号关键激素产生急性且时机特异性的效应。这些发现强调了环境与母子互动基础元素之间的复杂相互作用。数据表明，肝脏转录组在产后第一周和第二周均受早期应激经历塑造，而下丘脑弓状核（arcuate nucleus）主要受晚期经历影响（尤其雌性），这与各自组织的成熟期相对应。这些发现强调需要考虑发育敏感性的时间动态和性别特异性。未来研究应致力于解析母性照料、乳汁及其他LBN方面具体成分的贡献，并理解其对后代结局（包括代谢、应激反应和情绪性的长期影响）的协同效应。