高脂饮食诱导肥胖雌性Swiss小鼠发生高胰岛素血症和卵巢脂质重塑但无显著卵巢炎症

《The Journal of Nutritional Physiology》：High-Fat Diet–Induced Obesity Is Associated with Hyperinsulinemia and Ovarian Lipid Remodeling without Overt Inflammation

　　

肥胖以慢性低度促炎状态为特征，该状态促成多种共病发生，包括2型糖尿病、血脂异常、非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD）和哮喘。然而，这种炎症环境对多内分泌代谢性卵巢综合征（polyendocrine metabolic ovarian syndrome, PCOS）病理生理学的贡献仍不明确。在此，研究人员探讨高脂（high-fat, HF）饮食是否在肥胖易感小鼠模型中诱导PCOS样特征。雌性Swiss小鼠接受HF饮食16周，并与接受标准饮食的瘦对照（lean controls, CT）比较。采用实时定量逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）、蛋白质印迹法（Western blotting）、质谱法（mass spectrometry）和组织学分析评估代谢参数、动情周期以及卵巢分子和组织学特征。与CT动物相比，HF喂养增加食物摄入、体重和性腺周围脂肪组织（perigonadal adipose tissue）。肥胖雌鼠维持正常葡萄糖水平和胰岛素敏感性，并伴有代偿性高胰岛素血症（hyperinsulinemia）。卵巢卵泡总数未改变，尽管HF喂养小鼠动情周期紊乱。高分辨率质谱法揭示卵巢脂肪酸谱细微但一致的变化，其中C17:1、C18:0、C20:1和C20:2种类水平增加。尽管存在这些脂质组学改变，炎症基因和蛋白以及炎症小体（inflammasome）相关成分的表达仍未改变。总之，这些发现表明，在肥胖易感Swiss小鼠中，HF饮食诱导的生殖功能障碍主要与高胰岛素血症驱动的代谢失调相关，而非与卵巢低度炎症相关。

研究背景与问题：多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome, PCOS）最近被提议更名为多内分泌代谢性卵巢综合征（polyendocrine metabolic ovarian syndrome, PMOS），是育龄女性最常见的内分泌疾病，表现为临床、内分泌、代谢和分子功能障碍。诊断依据Rotterdam标准（2023），需要以下三项中的两项：高雄激素血症（hyperandrogenism）、稀发/无排卵或卵巢多囊形态。全球患病率为5%至20%，但70%病例仍未诊断。PCOS病因涉及遗传、环境和生活方式因素，肥胖起中心作用。肥胖相关慢性低度炎症驱动代谢和免疫功能障碍，促进脂毒性和胰岛素抵抗。临床和实验研究显示，肥胖时系统性促炎标志物升高，包括肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNFα）、白细胞介素（interleukin, IL）6、IL1β、干扰素-γ（interferon-γ, IFNγ）、单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1, MCP1），脂联素（adiponectin）降低，并可见NOD样受体家族含pyrin结构域3（NOD-like receptor family, pyrin domain containing 3, NLRP3）激活。然而，肥胖相关卵巢功能障碍中炎症的激活可能因组织类型、暴露时长和生物学背景而异。肥胖诱导的系统性炎症通过扰乱下丘脑-垂体-卵巢（hypothalamic-pituitary-ovarian, HPO）轴损害女性生殖健康。胰岛素调节卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone, FSH）和黄体生成素（luteinizing hormone, LH）通路；高胰岛素血症增强LH活性并抑制性激素结合球蛋白（sex hormone-binding globulin, SHBG）产生，导致游离雌激素升高，改变LH/FSH比例并加剧高雄激素血症。游离脂肪酸（free fatty acids, FFAs）可影响LH分泌，HF饮食可消除排卵前LH/FSH峰，导致动情期延长和黄体形成减少。基于此，研究人员旨在探讨饮食诱导肥胖对小鼠卵巢形态、动情周期和营养敏感分子通路的影响。

关键方法：研究人员使用4周龄雌性Swiss albino小鼠，来自坎皮纳斯州立大学（UNICAMP）生物调查多学科中心（CEMIB），随机接受标准对照（CT）饮食或HF饮食16周。HF饮食为改良AIN-93G，脂肪含量35%，其中31%来自猪油、4%来自大豆油。关键技术包括：代谢监测（食物摄入、体重、脂肪组织重量、空腹血糖、ELISA检测胰岛素、葡萄糖耐量试验（glucose tolerance test, GTT）和胰岛素耐量试验（insulin tolerance test, ITT））；阴道细胞学评估动情周期；RT-qPCR和Western blotting检测卵巢炎症基因与蛋白；苏木精-伊红染色组织学和卵泡计数；气相色谱-质谱联用分析卵巢脂肪酸谱；采用Shapiro-Wilk、Bartlett、Student’s t或Mann-Whitney U检验进行统计。

研究结果：
HF喂养诱导雌性小鼠体重增加和生理改变。通过食物摄入、体重、体成分、血糖、GTT、ITT和血清胰岛素检测，研究人员发现HF组从第一周起摄入更多热量，并持续至几乎整个实验期；HF组从第一周起体重增加更明显，16周后腰围、性腺脂肪组织和卵巢周围脂肪组织显著增加，卵巢重量及相对胫骨/卵巢重量无差异。空腹血糖在第8周和第16周无差异，ITT、胰岛素耐量试验中葡萄糖衰减常数（kITT）和GTT也无差异；但HF组16周后血清胰岛素显著升高。结论是肥胖模型成功建立，并伴代偿性高胰岛素血症而维持正常血糖和胰岛素敏感性。
HF喂养可能诱导雌性小鼠动情周期改变。通过第8周和第16周阴道细胞学分析，各动情期在CT和HF组间无显著差异；但定性观察显示部分HF小鼠出现周期不规则，第16周更明显，部分小鼠停止正常周期并长期停留在动情后期/间情期。结论是这些变化虽未达统计学显著，可能提示周期动态改变的早期阶段。
HF喂养不影响卵巢形态学分析和卵泡计数。通过组织学切片和卵泡计数，研究人员评估初级卵泡、次级卵泡、窦卵泡、闭锁卵泡、黄体和卵巢囊肿，未发现组间显著差异。结论是16周HF饮食未引起明显卵巢形态和卵泡数量改变。
HF喂养不诱导卵巢炎症基因表达。通过RT-qPCR检测卵巢Tnfα、Ccl2、Nlrp3、Il1β、Il18、Casp1和Il10，HF组与CT组无显著差异。结论是HF饮食未在卵巢诱导这些经典炎症基因表达。
HF喂养不改变卵巢炎症蛋白含量也不促进炎症小体组装。通过Western blotting检测，TNFα、磷酸化JNK、磷酸化TAK1、NLRP3、ASC、Pro-caspase1、cleaved caspase-1、Pro-IL18和Pro-IL1β均未因HF饮食显著增加。结论是未观察到经典炎症小体组装和炎症蛋白激活。
实验动物卵巢脂肪酸谱。通过高分辨率质谱分析，总饱和、单不饱和和多不饱和脂肪酸无统计学差异；但分层后，饱和脂肪酸中硬脂酸C18:0增加，单不饱和脂肪酸中十七碳烯酸C17:1和二十碳烯酸C20:1增加，ω6多不饱和脂肪酸中二十碳二烯酸C20:2增加。结论是HF饮食引起细微但一致的卵巢脂质重塑。

讨论部分总结：讨论指出，全球肥胖增加是重大公共卫生问题，HF饮食模型广泛用于再现肥胖相关代谢紊乱并研究营养失衡、代谢应激和生殖改变之间的机制。本研究采用含35%脂肪的改良AIN-93G饮食，对照为商业标准饲料；作者承认基础配方不同，不能排除整体营养组成影响。HF饮食饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和ω6/ω3比例较高，多不饱和脂肪酸包括ω6和ω3较低。HF组体重增加更早且持续，与Skaznik-Wikiel et al. (2016)和Negrón and Radovick (2020)等研究一致。尽管长期HF饮食，GTT、ITT和空腹血糖无改变，但血清胰岛素显著升高，可能为维持正常血糖的代偿反应。男性小鼠研究常见糖耐量受损和胰岛素敏感性降低，雌性可能存在保护机制，如较高脂联素水平，尤其高分子量复合物，且睾酮可抑制脂联素产生。暴露时长是关键因素：10周HF饮食未见显著血糖改变，20周后出现明显损害；10周时仅实际肥胖动物出现血糖紊乱，32周时瘦和肥胖HF组均出现损害。动情周期平均各期无显著差异，但定性分析显示HF扰乱周期，部分动物周期停滞；与12周HF研究一致，而20周研究显示明显损害。卵巢形态和卵泡计数无差异，与Hohos et al. (2020)一致，但其他研究有不同结果。炎症方面，16周HF饮食未激活卵巢炎症信号；作者认为存在组织特异性、性别二态性、暴露时长和强度差异，代谢改变如高胰岛素血症可能先于明显炎症。Skibniewska et al. (2026)显示雌性性腺脂肪组织促炎基因不变而Adipoq表达增加，雄性相反；Gao et al. (2021)报道10周HF饮食增加卵巢IL6和TNFα但不通过JNK，而本研究磷酸化JNK无差异。讨论还指出，尽管未观察到经典炎症信号，但与初始假设相反，HF组cleaved caspase-1水平较对照增加，该孤立发现可能为早期或细微改变。NLRP3时间调节研究显示短期4周HF饮食增加卵巢NLRP3蛋白，长期16周或ob/ob表型降低，可能与卵巢瘦素抵抗相关。PCOS女性可见炎症小体成分增加，但本研究无经典炎症小体激活。IL1α或IL1β敲除、Nlrp3^?/?、Asc^?/?模型显示抑制炎症信号可延缓卵泡耗竭并延长生殖寿命。卵巢脂质组成总脂肪酸无变化，但C17:1和C18:0增加，可能为适应反应或受饮食脂肪酸组成影响。硬脂酸和棕榈酸可诱导人颗粒细胞凋亡；PCOS伴胰岛素抵抗女性卵泡液中C18:0、C17:1和C16:0增加，C18:0与C17:1正相关；卵泡液硬脂酸与胚胎卵裂球评分负相关；PCOS合并卵巢过度刺激综合征患者卵泡液棕榈酸较高，C17:1呈增加趋势。整体提示系统性代谢改变如高胰岛素血症、卵巢脂质重塑与缺乏明显炎症或结构改变之间存在分离，代谢和脂质紊乱可能先于经典炎症和形态特征。局限性包括：动情周期观察窗有限，未测生殖激素；炎症标志物选择有限，全卵巢匀浆可能掩盖细胞特异效应；脂质改变未建立因果；生殖激素测定灵敏度不足。

研究结论部分翻译：连续16周摄入富含饱和脂肪的饮食诱导HF动物出现高胰岛素血症，这一代谢改变通常与PCOS风险增加相关。尽管脂质组学分析未建立因果关系，卵巢组织评估显示饱和脂肪酸水平升高，尤其是硬脂酸和十七碳烯酸，它们与卵泡发育和卵母细胞质量受损相关。尽管未检测到动情周期或卵泡计数的统计学显著变化，一部分暴露于HF的动物表现出周期紊乱，包括周期停滞。卵巢炎症标志物或葡萄糖和胰岛素耐量试验未见显著差异。观察到的相对轻度或初始阶段表型可能与HF暴露持续时间和/或实验模型有关，因为饮食诱导PCOS方案通常需要更长干预。重要的是，本研究专门探讨HF饮食的直接作用，避免PCOS模型中常用的雄激素化（androgenization）混杂效应，这一点具有相关性，因为并非所有PCOS女性均表现高雄激素血症。总之，这些发现表明膳食脂肪质量调节卵巢脂质组成和代谢稳态，并支持进一步研究营养策略以保护生殖健康并降低PCOS风险。