母体高胰岛素血症宫内暴露对雄性后代葡萄糖稳态的短暂影响

《Journal of Developmental Origins of Health and Disease》：In-utero exposure to maternal hyperinsulinemia impacts glucose homeostasis in male offspring transiently

　　

宫内暴露于母体高胰岛素血症对雄性后代葡萄糖稳态具有短暂影响。已知胎儿期宫内暴露可影响后代的长期代谢健康。胰岛素是治疗妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus, GDM）母亲血糖的主要手段。然而，不良后代结局仍然存在，例如巨大儿及后代早期肥胖风险增加，并可能在成年期产生代谢后果。研究人员开发了两种新型小鼠模型，以探究母体胰岛素对后代健康的影响。在第一种模型中，RIP-βAkt母鼠表现为高胰岛素血症、血糖正常、胰岛素抵抗且不伴肥胖，其野生型后代被称为βAkt-HIP。第二种模型为RIP-Cre; βTSC2母鼠，表现为高胰岛素血症和低血糖，但无胰岛素抵抗或肥胖，其野生型后代被称为βTSC2KO-HIP。雄性βAkt-HIP后代在妊娠期暴露于高胰岛素血症（伴随血糖正常和胰岛素抵抗），在正常饲料（normal chow diet, NCD）下体重增加，但在高脂饮食（high-fat diet, HFD）挑战下体重增加有限。雌性βAkt-HIP或βTSC2KO-HIP后代以及雄性βTSC2KO-HIP后代在两种饮食下与同龄对照组相比，体重均无显著变化。雄性βAkt-HIP和βTSC2KO-HIP后代在6-8周龄时均表现出短暂的葡萄糖不耐受，与同龄对照组相比。两种模型的雌性后代在NCD和HFD下，葡萄糖稳态与对照组相比均未受影响。不伴肥胖的母体高胰岛素血症，无论是否存在低血糖，均不会显著损害后代的葡萄糖稳态。然而，当高胰岛素血症伴有胰岛素抵抗时，会导致雄性后代体重增加，这是2型糖尿病的已知危险因素。

论文解读

**研究背景与科学问题**

女性育龄期肥胖患病率的不断上升，增加了妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus, GDM）的发生风险。GDM若未得到有效控制，会对母亲和子代造成不良后果。已知宫内环境的早期暴露可对胎儿产生程序化影响，增加后代在成年期发生肥胖、心血管疾病及2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus, T2DM）的易感性。GDM以妊娠中期出现的葡萄糖不耐受为诊断特征，常伴随血脂异常、高血糖和高胰岛素血症。Pedersen假说指出，母体高血糖通过激活胎儿胰岛素高分泌，是导致巨大儿及后代长期代谢功能障碍的主要因素。临床上，GDM患者若经饮食干预后仍存在高血糖，通常推荐使用胰岛素治疗以达到血糖正常。然而，即使母亲血糖控制理想，胎盘和后代的不良结局仍然持续存在。母体胰岛素能否独立于高血糖和肥胖，对后代的长期代谢健康产生影响，目前尚不清楚。已有研究主要关注高血糖的危害，而对母体单纯高胰岛素血症对后代代谢的影响知之甚少。此外，外源性胰岛素治疗可能意外导致母体高胰岛素血症和胰岛素抵抗，但这一因素在GDM或1型糖尿病（type 1 diabetes mellitus, T1DM）妊娠中的长期效应研究有限。由于母体胰岛素不能通过胎盘屏障，其可能通过作用于胎盘上的胰岛素受体（insulin receptor, InsR）和胰岛素样生长因子-1受体（insulin-like growth factor-1 receptor, IGF1R）来调节营养转运，从而间接影响胎儿发育。因此，研究人员假设母体高胰岛素血症独立影响后代葡萄糖稳态，并利用两种母体高胰岛素血症小鼠模型，在高血糖和肥胖缺如的条件下，探究其对后代成年期葡萄糖稳态的独立效应。

**研究设计与技术方法**

研究人员建立了两种母体高胰岛素血症小鼠模型。第一种为RIP-Cre; βTSC2_flox/flox小鼠，通过胰腺β细胞特异性敲除TSC2导致mTORC1过度激活，母鼠表现为高胰岛素血症和低血糖，但无胰岛素抵抗和肥胖，其后代为βTSC2KO-HIP。第二种为RIP-βAkt转基因小鼠，其β细胞中组成性激活Akt1，母鼠表现为高胰岛素血症、血糖正常（仅禁食时低血糖）、胰岛素抵抗及体重增加（主要为瘦体重增加），无肥胖，其后代为βAkt-HIP。各模型均以野生型或对照母鼠交配产生CTRL后代。所有动物饲养于明尼苏达大学双城分校动物设施，光照周期为14:10小时，可自由获取正常饲料（normal chow diet, NCD）。子代在21天断奶后，前12周喂食NCD，随后部分子代转移至高脂饮食（high-fat diet, HFD, D12492，含60% kcal脂肪）继续喂养12周。研究人员在NCD喂养期间于6、8、12周龄，以及HFD喂养后4、10、16周进行腹腔内葡萄糖耐量试验（intraperitoneal glucose tolerance test, IpGTT）；在NCD下10周龄及HFD后8和12周进行胰岛素耐量试验（insulin tolerance test, ITT）。体重在NCD期间于1、3、6、8、10、12周龄测量，HFD期间每周测量至12周。采用ALPCO超灵敏小鼠胰岛素ELISA试剂盒测定血清胰岛素浓度。体成分通过核磁共振成像在雌性WT和RIP-βAkt小鼠85日龄时测定。统计分析使用Graphpad Prism和SAS软件，包括Student's t检验、重复测量方差分析和混合模型等。

**主要研究结果**

*母体高胰岛素血症伴隐匿性低血糖对雄性后代体重影响减弱*

在RIP-Cre; βTSC2模型中发现，与对照组相比，RIP-Cre; βTSC2_flox/flox母鼠在孕前体重无差异，但血糖显著降低，非禁食和禁食状态下胰岛素浓度均升高，葡萄糖耐量因高胰岛素血症和高β细胞质量而改善，胰岛素敏感性正常。母鼠产仔数无变化。雄性βTSC2KO-HIP后代在NCD下体重与CTRL相当，但在6-8周龄时表现出短暂的葡萄糖不耐受，胰岛素敏感性未改变。HFD喂养后，雄性βTSC2KO-HIP后代的体重和葡萄糖稳态与CTRL无差异。雌性βTSC2KO-HIP后代在NCD和HFD下体重及血糖调节均无变化。

*高胰岛素血症的RIP-βAkt母鼠表现为胰岛素抵抗和体重增加*

RIP-βAkt母鼠在非禁食和禁食状态下胰岛素均升高，仅在禁食时低血糖，体重高于野生型（wildtype, WT）母鼠，体成分分析显示增加的是瘦体重而非脂肪量。RIP-βAkt母鼠葡萄糖耐量改善，但表现出轻度胰岛素抵抗，其产仔数少于WT母鼠。肝重无变化。

*母体高胰岛素血症导致雄性后代体重增加*

将WT雄鼠与RIP-βAkt母鼠交配产生βAkt-HIP后代。雌性βAkt-HIP后代在NCD下体重与CTRL无差异。雄性βAkt-HIP后代自8周龄起体重显著增加，持续至12周龄。6周龄时，雄性βAkt-HIP在葡萄糖注射后30分钟血糖升高，提示短暂葡萄糖不耐受，但至8周龄该差异消失。雌性后代葡萄糖耐量正常。胰岛素耐量试验显示βAkt-HIP后代（两性）与CTRL胰岛素敏感性相当。空腹胰岛素浓度在6周和8周龄时无差异。

*母体高胰岛素血症的后代在HFD下维持正常血糖调节*

将12周龄NCD喂养后的CTRL和βAkt-HIP后代转为HFD喂养12周。先前在NCD下雄性βAkt-HIP与CTRL的体重差异在HFD下消失。雄性βAkt-HIP后代在HFD期间体重增长有限，与CTRL趋于一致。雌性βAkt-HIP后代体重轨迹与CTRL相同。两性后代在整个HFD期间血糖无差异，HFD后8周ITT和10周IPGTT均显示βAkt-HIP后代与CTRL相比未出现胰岛素敏感性或葡萄糖处理能力的恶化。

**讨论与结论**

本研究通过两种母体高胰岛素血症小鼠模型，排除了高血糖和肥胖等混杂因素，揭示了母体胰岛素对后代代谢的独立影响。结果表明，不伴肥胖的母体高胰岛素血症，无论是否伴有低血糖，均不会显著损害后代葡萄糖稳态。但若高胰岛素血症与胰岛素抵抗并存（如RIP-βAkt模型），则雄性后代体重增加，提示胰岛素抵抗可能是驱动体重表型的关键因素。雄性后代在NCD下出现的体重增加和短暂葡萄糖不耐受，在HFD下消失，这可能与HFD的“天花板效应”掩盖了基线表型，或后代对过量膳食脂肪产生了适应性改变有关。βTSC2KO-HIP雄性后代体重未增加，可能与母鼠存在隐匿性低血糖有关，低血糖环境可能限制了胎儿生长，抵消了高胰岛素的作用。研究还观察到性别二态性，雄性后代对母体高胰岛素血症更敏感，与文献中男性后代代谢风险更高的报道一致。研究局限性包括：模型母鼠在妊娠前即存在高胰岛素血症，可能改变孕前母体环境；未能完全模拟人类GDM或T1DM的复杂病理生理；未进行完整生化谱分析；未评估胎盘变化及母体免疫系统影响。结论认为，母体胰岛素暴露对雄性后代葡萄糖稳态具有轻微且短暂的影响，并在无隐匿性低血糖时增加NCD下的体重。未来需进一步探究母体高胰岛素血症对后代的独立效应及其性别二态性机制。