母体二甲双胍治疗肥胖妊娠母鼠可改善新生子代感觉-运动反射的正常化

《Molecular and Cellular Pediatrics》：Maternal metformin treatment in obese pregnant dams normalizes neonatal sensory-motor reflexes

摘要专业翻译 背景： 母体超重和肥胖在近几十年来已达到流行病的比例，对子代的代谢和神经发育产生不利影响。二甲双胍（metformin）常用于治疗2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）和妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus, GDM），因其具有促进减重、降血糖和改善胰岛素敏感性的作用，目前正被研究用于母体肥胖的治疗。二甲双胍可能改善母体代谢状态并支持子代早期感觉-运动发育。 方法： 三周龄雌性C57BL/6NCrl小鼠从离乳起至交配、妊娠和哺乳期间，分别饲喂标准饮食（standard diet, SD，9 kJ%脂肪，低蔗糖含量；CO组）或Western-style饮食（Western-style diet, WSD，45 kJ%脂肪，高蔗糖含量；OB组）。一部分妊娠WSD饲喂小鼠在妊娠期间通过饮水给予盐酸二甲双胍（目标剂量380 mg/kg/d；OB+M组）。在妊娠中期，对一小部分妊娠母鼠进行代谢特征评估。分娩后，在出生后第2天（postnatal day, P）将每窝幼崽削减至六只，并评估翻正反射（righting reflex）、负向地性反射（negative geotactic reflex）和悬崖回避反射（cliff-avoidance reflex）等反射发育过程直至P9，作为早期神经发育的指标。 结果： 饲喂WSD导致OB组母鼠在交配时体重约增加20%。二甲双胍给药使妊娠期体重增加约56%，而OB组体重增加约64%。在妊娠中期，OB+M母鼠的血浆瘦素（leptin）水平、性腺周围白色脂肪组织（perigonadal white adipose tissue, pgWAT）、空腹血糖和糖化血红蛋白（HbA1c）在数值上介于OB组和CO组之间，但未达到统计学显著性，而葡萄糖耐量仍与OB母鼠受损程度相似。与CO组相比，二甲双胍降低了雌性胎儿的胎盘重量，并增加了胎儿-胎盘重量比。二甲双胍对新生鼠存活率无影响，但与OB新生鼠相比，二甲双胍加速了雌雄两性的出生后体重增长，并改善了感觉-运动反射的成熟，其中在地性反射（两性）和悬崖回避反射（雌性）中表现最为一致。 结论： 尽管多项标志物在数值上呈现中间表型，二甲双胍并未在妊娠中期恢复母体代谢参数，但显著减弱了妊娠期体重增加。虽然新生鼠存活率未得到改善，但妊娠期二甲双胍与子代出生后体重增长加速和感觉-运动反射成熟改善相关，尽管效应因反射类型而异。出生后体重增长加速需谨慎解读并进行长期随访，因为这是儿童期肥胖和后期代谢性疾病的风险因素。

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一、研究背景与意义

母体超重和肥胖的患病率在近几十年间呈全球性上升趋势，已成为重大公共卫生问题。据近期荟萃分析显示，全球近半数妊娠涉及母体超重，约六分之一的妊娠合并母体肥胖。母体肥胖及相关并发症（如妊娠期糖尿病、高血压）是影响新生儿健康的关键因素，可导致巨大儿、新生儿重症监护入院和宫内死亡等不良结局风险升高。超越围产期本身，不利的宫内环境还与子代远期不良效应相关，包括后期代谢性和心血管疾病风险增加。

“健康与疾病的发育起源”（Developmental Origins of Health and Disease, DOHaD）学说解释了早期发育关键期的不利影响如何永久性地改变后期疾病风险。该学说最初描述于低出生体重成年人群中，现已扩展至涵盖包括中枢神经系统（central nervous system, CNS）发育和功能紊乱在内的广泛慢性疾病。近期研究已将母体肥胖与儿童和青少年认知表现、情绪调节和行为结局的损害联系起来。根据DOHaD假说，胎盘作为关键中介，将母体代谢应激转化为胎儿大脑编程的改变。

在新生期评估感觉-运动反射可提供CNS成熟的早期敏感指标。在人类和啮齿类动物中，翻正、抓握和姿势反应等原始反射获得延迟与不利的产前条件和后期神经发育障碍风险增加相关。在鼠类CNS发育中，皮层神经发生始于妊娠中期，对母体炎症和代谢扰动高度敏感。小脑和前庭回路在妊娠中期同步建立，这些回路是新生期感觉-运动反射的基础。在实验模型中，母体高脂饮食（high-fat diet, HFD）持续延迟子代身体发育并损害反射发育过程，提示感觉-运动整合破坏或CNS成熟延迟。

鉴于母体肥胖对子代代谢和神经发育健康的深远影响，亟需制定减轻不利宫内编程的策略。二甲双胍是一种口服双胍类药物，用于治疗T2DM和GDM，因其减重、降糖和胰岛素增敏作用而被研究用于母体肥胖的治疗。值得注意的是，二甲双胍可穿过胎盘，胎儿浓度可达母体水平，这引发了对其子代发育编程效应的关注。尽管母体获益已有充分记录且未发现致畸或先天性胎儿结局的关联，但其对胎儿和新生儿CNS发育的长期影响仍不清楚。本研究正是在这一背景下，探讨肥胖母鼠妊娠期二甲双胍治疗是否能改善母体代谢结局并保护子代神经发育。

二、研究设计与主要技术方法

研究人员采用饮食诱导肥胖（diet-induced obesity, DIO）小鼠模型，将三周龄雌性C57BL/6NCrl小鼠（购自Charles River Laboratories，德国苏尔茨费尔德）从离乳起分别饲喂标准饮食（SD，9 kJ%脂肪）或Western-style饮食（WSD，45 kJ%脂肪、高蔗糖含量），贯穿交配、妊娠和哺乳期。妊娠WSD饲喂母鼠的一个亚组在妊娠期间通过饮水给予盐酸二甲双胍（目标剂量380 mg/kg/d）。研究主要采用以下关键技术方法：母鼠妊娠前及妊娠期摄食和饮水量的监测；腹腔内葡萄糖耐量试验（intraperitoneal glucose tolerance test, ipGTT）评估母鼠糖耐量；多重酶联免疫吸附试验（Multiplex ELISA）检测血浆代谢生物标志物；液相色谱-质谱联用（LC-MS）法测定母体血浆和胎儿全组织裂解物中的二甲双胍浓度；聚合酶链反应（PCR）和琼脂糖凝胶电泳进行胎儿性别鉴定；新生鼠反射测试（neonatal reflex tests, NRT）系统评估翻正反射、地性反射和悬崖回避反射的发育过程。

三、研究结果

WSD饲喂稳健诱导肥胖并损害孕前小鼠的葡萄糖耐量。 通过从离乳至交配期间持续饲喂WSD，OB组小鼠在12周龄时体重较CO组约重20%。虽然OB组摄食量显著低于CO组，但两组代谢能摄入相当，表明体重增加并非由摄食过多导致。OB组空腹血糖升高，ipGTT显示葡萄糖耐量受损，曲线下面积（AUC）显著增大。

肥胖妊娠母鼠的二甲双胍治疗独立于葡萄糖耐量改善而降低妊娠期体重增加。 二甲双胍给药后约三天，OB+M母鼠体重即显著低于OB母鼠，且该差异持续至妊娠结束。OB+M组妊娠期体重增加百分比约为56%，低于OB组的约64%。然而，在G14.5进行的ipGTT显示，OB+M组葡萄糖耐量仍与OB组相似程度受损，AUC显著高于CO组，表明二甲双胍虽减少了过度妊娠期体重增加，但未改善糖耐量。

母体二甲双胍治疗降低肥胖相关特征但未改善新生鼠存活率。 在G13.5亚队列中，OB母鼠血浆瘦素水平、pgWAT重量和HbA1c水平均显著高于CO母鼠，而OB+M母鼠与任一组的差异均未达到统计学显著性。OB组新生鼠死亡率显著高于CO组，OB+M组死亡率同样升高，表明二甲双胍未能改善新生鼠存活。母体血浆二甲双胍平均浓度为3.0±0.39 μg/mL，胎儿全组织裂解物中平均浓度为5.0±1.8 μg/g，证实二甲双胍在妊娠中期已到达胎儿。

母体二甲双胍治疗降低雌性胎儿亚组的胎盘重量。 在G13.5，雄性胎儿的胎盘重量、胎儿体重和胎儿-胎盘重量比在三组间均无差异。雌性胎儿中，OB+M组胎盘重量显著低于CO组，胎儿-胎盘重量比显著升高，提示胎盘供应动力学可能发生改变。P2新生鼠的体长和体重在三组间无显著差异。

母体二甲双胍治疗与子代早期出生后体重增长加速和感觉-运动反射改善相关。 从P2至P9，OB新生鼠（两性）体重低于CO新生鼠，而OB+M新生鼠在几乎所有测量时间点均重于OB新生鼠。至P9，OB+M新生鼠（两性）体重甚至超过CO新生鼠，总体出生后体重增长百分比显著升高。在反射测试中，OB新生鼠在翻正反射和地性反射中表现出显著延迟的潜伏期，AUC升高；OB+M新生鼠的反射成熟显著改善，最一致地体现在两性的地性反射和雌性的悬崖回避反射中，其AUC值不再与CO组有显著差异。补充的成熟日分析进一步证实，OB子代达到标准潜伏期的日龄一致性地晚于CO子代，而OB+M子代达到标准的日龄与CO相同或更早。

四、讨论与结论

本研究表明，母体肥胖对子代早期神经发育产生不利影响，表现为反射获得延迟和反应潜伏期延长，这与既往母体HFD模型的研究结果一致。二甲双胍暴露的OB+M新生鼠在感觉-运动反射成熟方面相对于OB新生鼠有所改善，尤其在雌性新生鼠的地性反射和悬崖回避反射以及雄性新生鼠的地性反射中最为一致。值得注意的是，OB子代表现出的出生后体重降低和反射延迟与产前营养不良模型的发现相似，提示一种类似胎儿生长受限（fetal growth restriction, FGR）的表型，而该表型未被母体二甲双胍给药所挽救。OB+M雌性胎儿胎盘重量降低和胎儿-胎盘重量比升高可能提示胎盘效率的代偿性增加。

研究结论为：二甲双胍未能在妊娠中期恢复母体代谢参数，尽管多项标志物在数值上呈现中间表型，但显著减弱了妊娠期体重增加。虽然新生鼠存活率未获改善，但妊娠期二甲双胍与子代出生后体重增长加速和感觉-运动反射成熟改善相关，且效应因反射类型和性别而异。出生后体重增长加速需谨慎解读并进行长期随访，因为这是儿童期肥胖和后期代谢性疾病的风险因素。该研究为二甲双胍在肥胖妊娠中作为产前干预手段的临床使用争议提供了新的见解。