布氏田鼠母体环境应激诱导后代能量代谢表型可塑性变化的神经内分泌机制

As gestation is a critical period for many aspects of development plasticity, manipulations to this environment may disrupt normal patterning and variate long-term metabolic plasticity, that is, the same genotype may result in diverse phenotype. Thus, maternal environment is recognized to be more and more of importance for offspring metabolic performance not only in biology but also in medicine. Despite evidence demonstrating that maternal nutritional stress may be associated with offspring metabolic disorders, very few studies have attempted to understand underlying mechanisms for metabolic plasticity. Based on the project supported by the Young Natural Science Foundation, we will use multidisciplinary approaches to investigate neuroendocrinological regulation of offspring metabolic performance by maternal environmental stress in Brandt’s voles under natural and laboratory conditions. Our results will be of great value for understanding the animal’s adaptive strategies and evolutional significance for survival under seasonal environments, and recognizing the long-term physiological and ecological effects on animal and human populations imposed by extreme climates. These results will also bring some enlightenment for understanding and preventing from human metabolic disorders such as obesity.

哺乳动物的怀孕期是发育可塑性的关键时期，在此阶段母体受到不良环境的暴露会扰乱后代发育模式并改变成年期代谢表型，即同一基因型在不同环境下可产生不同表型，因此母体环境对后代能量代谢表型发育的重要性越来越引起生物界和医学界的重视。但是到目前为止，有关母体环境应激诱导后代成年期代谢表型可塑性变化的神经内分泌机制仍然不清楚。本项研究是在青年科学基金项目的基础上，以分布在内蒙古草原的布氏田鼠为研究对象，结合野外研究和室内控制实验，运用神经生物学，分子生物学和生理生态学的实验方法，研究母体环境应激对后代成年期代谢表型以及对下丘脑和脑干摄食调节神经环路的影响，并进一步研究母体瘦素在调节环境应激引起的后代摄食中枢环路可塑性变化中的作用。研究结果不仅能够阐述野生小哺乳动物对变化环境的适应策略和进化意义，认识极端气候变化对动物和人类带来的长期生理和生态效应；而且对于人类认识并提早预防肥胖等代谢疾病具有一定启示。

已按原计划完成规定的内容。取得的主要成果如下：（1）系统研究了布氏田鼠母体高蛋白食物对后代能量代谢表型及肥胖易感性的效应，发现母体高蛋白食物明显加快雄性后代体重增长，显著提高雌性后代葡萄糖耐受性。表明母体高蛋白营养促进雄性后代的生长和繁殖发育，提高后代适合度。（2）研究了母体低纤维饮食对后代能量代谢表型及肥胖易感性的效应，发现母体低纤维食物显著促进雄性后代的体重增长，促进雌性后代葡萄糖耐受性，并且明显降低饲喂高脂肪食物后的体重增量。表明对于食草类啮齿动物在哺乳期适当降低食物中的纤维含量，会明显促进后代的体重增长并能提高葡萄糖耐受性，提高动物的适合度。（3）研究了亲本体重对后代生长发育和成年期代谢表型的效应，发现高体重双亲可产生较多的胎仔数，其后代具有较低的能量摄入和静止代谢率，但雄性后代的性腺较大。表明双亲体重可影响出生胎仔数，并长期影响后代的生存和繁殖策略。（4）研究了母体高温经历对后代生长发育及神经发育可塑性的影响，发现哺乳期高温经历的布氏田鼠体重较低，在下丘脑外侧区、背内侧区和腹内侧区、杏仁核和海马DG区具有较多存活的神经细胞，表明哺乳期高温经历会长久影响布氏田鼠的生长发育模式，并促进与能量代谢调节和社会行为有关核团的新生神经细胞的存活。（5）验证哺乳期母体高瘦素浓度能够保护后代免受高脂食物诱导的肥胖和胰岛素抵抗的假说，我们发现母体补充瘦素并不影响后代的体重、能量摄入、能量消耗、身体成分、葡萄糖耐受性、血清瘦素和胰岛素水平。表明哺乳期母体高瘦素浓度并不能使后代抵抗高脂食物诱导的肥胖和葡萄糖不耐受性。通过上述研究结果，系统阐述了布氏田鼠母体所经历的环境会长期改变后代的能量代谢表型和神经发育可塑性，有助于我们进一步理解野生小型哺乳动物对变化环境的适应策略和进化意义，对人类认识并提早预防肥胖等代谢疾病也具有一定启示。在本领域主流期刊已发表论文8篇，其中SCI论文4篇，培养研究生5名。