《Nutrition》：Effect of postnatal prebiotic fiber intake on obesity risk and insulin resistance in rat offspring exposed to a maternal obesogenic diet and low-dose aspartame
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母体妊娠期与哺乳期饮食以及出生后早期饮食，在编程子代远期健康与疾病风险中发挥重要作用。致肥胖饮食与某些非营养性甜味剂可扰乱肠道菌群，而益生元纤维则具有保护作用。母体摄入含阿斯巴甜（aspartame, APM）的致肥胖饮食，可增加3周龄子代大鼠肝脏甘油三酯（t
母体妊娠期与哺乳期饮食以及出生后早期饮食，在编程子代远期健康与疾病风险中发挥重要作用。致肥胖饮食与某些非营养性甜味剂可扰乱肠道菌群，而益生元纤维则具有保护作用。母体摄入含阿斯巴甜（aspartame, APM）的致肥胖饮食，可增加3周龄子代大鼠肝脏甘油三酯（triglyceride, TG）含量并改变其肠道菌群。出生后补充益生元纤维，可显著降低12周龄子代大鼠体脂百分比（body fat percentage），且该效应不受母体饮食类型的影响。
论文解读
一、研究背景与问题
全球范围内，成人与儿童超重和肥胖的患病率自1975年以来急剧上升。肥胖，尤其是伴随腹部脂肪堆积、肝内及肌内甘油三酯含量增加的表型，是糖尿病前期和2型糖尿病（type 2 diabetes, T2DM）的主要风险因素，因其同时导致组织胰岛素敏感性下降与β细胞胰岛素分泌功能受损。肥胖与T2DM虽属复杂多因素疾病，但生命早期暴露，包括母体妊娠期与哺乳期饮食，对子代成年期代谢疾病的发生发展具有重要编程作用，这一现象被称为“健康与疾病发育起源”学说。母体营养过剩可导致胎儿体内游离脂肪酸水平升高、胎盘促炎细胞因子增加及表观遗传修饰改变，进而影响子代器官结构、细胞数量与代谢功能，促成远期代谢紊乱。
除营养过剩外，多种膳食因素亦被证实具有持久的发育影响。已有研究显示，非营养性甜味剂（包括阿斯巴甜）的摄入可改变小鼠肠道菌群，并可通过粪菌移植与葡萄糖不耐受相关联。进一步研究发现，母体在妊娠期与哺乳期摄入非营养性甜味剂（阿斯巴甜或甜菊糖）并联合致肥胖高脂/高蔗糖饮食，可改变从未直接摄入甜味剂的子代大鼠肠道菌群。间接暴露的子代在离乳时表现出更高的肥胖程度，其中雄性阿斯巴甜组子代在8周龄时还表现出葡萄糖耐量受损。鉴于肠道早期微生物定植对免疫、神经及代谢系统的编程至关重要，非营养性甜味剂可能干扰这一建立过程。因此，已知可改善微生物群落结构的其他膳食成分，如益生元纤维，若在离乳后给予子代，或许能够挽救早期肠道微生物扰动及代谢风险。
益生元是能被宿主微生物选择性利用并产生健康益处的底物，已被证明可降低体脂、改善食欲调节并增加人类和大鼠中与健康相关的双歧杆菌（Bifidobacterium）。益生元纤维在肠道内发酵产生包括短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）在内的代谢产物，对肠道健康与代谢发挥重要作用。在幼年大鼠中，益生元纤维与抗生素联合使用可减轻抗生素相关的肥胖与胰岛素抵抗，尤其在雄性中效果显著，提示益生元纤维对代谢风险具有支持性缓解作用。类似地，子代出生后摄入益生元纤维可减轻母体低蛋白饮食的部分不良代谢效应。基于此，本研究旨在探讨出生后益生元纤维摄入能否挽救母体在妊娠期与哺乳期摄入含阿斯巴甜的致肥胖饮食所导致的子代代谢健康损害。
二、研究设计与技术方法
本研究经卡尔加里大学动物护理委员会批准，并遵循ARRIVE指南及加拿大动物护理委员会实验动物护理指南。研究对象为84只6周龄雌性Sprague Dawley大鼠，经11周高脂/高蔗糖饮食诱导肥胖后，选取增重最多的42只随机分配至对照组（CTR，饮水）或阿斯巴甜组（APM，饮水中添加5-7 mg/kg阿斯巴甜），持续整个妊娠期与哺乳期。子代于3周龄离乳后，按母体饮食与子代饮食分为四组：CTR、CTR+Pre（子代饮食补充10%低聚果糖益生元纤维）、APM、APM+Pre，子代饮食干预持续至12周龄。
主要技术方法包括：采用双能X射线吸收法（dual-energy X-ray absorptiometry, DXA）测量子代3周龄与12周龄及母体离乳时的身体成分；通过胰岛素耐量试验（insulin tolerance test, ITT）和口服葡萄糖耐量试验（oral glucose tolerance test, OGTT）评估胰岛素敏感性与葡萄糖处理能力；采用Stanbio?甘油三酯试剂盒测定肝脏甘油三酯含量；运用实时荧光定量PCR检测肝脏脂质合成与炎症相关基因表达；采用Illumina MiSeq 16S rRNA基因测序平台（V3-V4区）分析母体妊娠期与哺乳期及子代3周龄与12周龄粪便样本的肠道菌群组成；利用R包phyloseq进行α多样性（Shannon、Chao1）、β多样性（Bray-Curtis相异度）及DESeq2差异丰度分析，并通过mediation包进行中介分析。
三、研究结果
母体及离乳子代代谢结局：母体体重、身体成分、盲肠与肝脏重量及肝脏甘油三酯含量在CTR与APM组间均无显著差异。子代离乳时，两组间体重、身体成分、瘦体重、盲肠重量及肝脏重量亦无差异，但APM组子代肝脏甘油三酯含量显著高于CTR组。胰岛素耐量试验中，APM组离乳子代整体血糖浓度及曲线下面积（area under the curve, AUC）显著高于CTR组。肝脏基因表达方面，未观察到饮食相关的显著差异，但APM组子代脂肪酸合酶（FAS）、白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子（TNF）的mRNA水平数值上高于CTR组，其中FAS呈趋势性升高。
子代生长与代谢结局：12周龄时，子代饮食对体重、身体成分及盲肠重量具有显著主效应，而母体饮食或母体与子代饮食的交互作用未驱动这些变化。出生后益生元纤维摄入显著降低了CTR与APM子代的体重和体脂百分比，并增加了瘦体重百分比与盲肠重量。雄性子代OGTT中，益生元组血糖浓度随时间显著降低，葡萄糖AUC显著低于未补充组；而ITT中未见组间差异。雌性子代在ITT与OGTT中均未观察到饮食相关的交互效应或组间AUC差异。
母体、离乳子代及成年子代肠道菌群：母体肠道菌群α多样性与β多样性在妊娠期与哺乳期均未因饮食而改变。离乳子代α多样性无组间差异，但β多样性显著不同，APM组子代链球菌属（Streptococcus）相对丰度较低，而Turicibacter属相对丰度较高。成年子代中，益生元组α多样性显著低于非补充组，β多样性显示益生元组与非补充组明显分离。益生元组富集双歧杆菌属、Blautia属及链球菌属，而非补充组富集粪球菌属（Coprococcus）、毛螺菌科NK4A136群、Romboutsia属及瘤胃球菌属（Ruminococcus）。Turicibacter在3周龄APM子代中较高，在12周龄APM+Pre组中较APM组降低。中介分析显示，雄性12周龄时粪球菌属丰度与体脂百分比直接及间接相关，Blautia属丰度与OGTT AUC直接相关；雌性12周龄时链球菌属与体重及体脂百分比直接和间接相关，Romboutsia属与体重间接相关。
四、讨论与结论
本研究表明，母体在妊娠期与哺乳期摄入含阿斯巴甜的致肥胖饮食，可增加3周龄子代肝脏甘油三酯含量并损害其胰岛素敏感性，但这些影响未延续至成年期。相比之下，无论母体饮食类型如何，出生后益生元纤维补充均可改变肠道菌群组成并改善雄性与雌性子代的身体成分，且在雄性中额外改善全身葡萄糖控制。母体阿斯巴甜摄入对子代肝脏甘油三酯及肠道菌群的影响是暂时的，而益生元纤维的代谢益处则持续存在。
益生元纤维改善身体成分的机制可能涉及SCFAs及肠道饱腹激素（PYY和GLP-1）的产生增加，但本研究未直接测量这些功能代谢物。益生元组α多样性降低可能反映纤维发酵菌群的增殖而非菌群失调，双歧杆菌属的富集与低聚果糖公认的双歧杆菌增殖效应一致。雄性益生元组OGTT改善而ITT无差异，提示其效应并非主要由胰岛素敏感性增加驱动，而可能反映肠道介导的葡萄糖动力学机制。雌性未观察到相同代谢效应，提示益生元纤维补充在此背景下具有性别特异性代谢效应，可能涉及肠道菌群的性别二态性、SCFAs及其受体（FFAR2/FFAR3）信号、性激素对菌群与胆汁酸代谢的影响等机制。
本研究的局限性包括：未测量SCFAs与肠内分泌激素，限制了对益生元作用机制的理解；菌群分析仅覆盖离乳至成年期间的部分时间点；所有母体均摄入高脂/高蔗糖饮食，缺乏瘦饮食母体对照组，无法评估HFS饮食本身的独立效应。总体而言，本研究为未来探究其他不良发育或母体暴露及出生后益生元纤维补充改善代谢结局的潜力提供了依据。
