《The Journal of Nutrition》：IN-UTERO PROTEIN DEFICIENCY LEADS TO IMPAIRED HEPATIC LIPID METABOLISM IN ADULT MALE RATS
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孕期低蛋白饮食导致子代肝脏脂代谢紊乱和线粒体动态失调，表现为脂滴面积增加55%，脂肪酸氧化相关基因表达下调，TCA循环中间产物减少，线粒体融合蛋白OPA1上调而分裂蛋白FIS1下调，提示长期胰岛素抵抗风险。
Vipin A. Vidyadharan | Chandrasekhar Yallampalli | Chellakkan S. Blesson
基础科学围产期研究实验室，贝勒医学院妇产科，休斯顿，77030，德克萨斯州，美国
摘要
背景
在子宫内暴露于低蛋白（LP）饮食是一种已确立的发育编程模型，与慢性代谢疾病（包括瘦型2型糖尿病（T2D）的风险增加有关。
目的
在这项研究中，我们调查了母体LP饮食对成年瘦型T2D雄性大鼠后代肝脏脂质代谢和线粒体动态的长期影响。
方法
妊娠期间的Wistar大鼠分别被喂食对照组（20%蛋白质）或等热量低蛋白（6%蛋白质）饮食，成年后对雄性后代进行了检测。通过综合组织学、代谢组学和分子方法分析了肝脏脂质积累、线粒体功能及相关信号通路。统计分析使用了学生t检验和双因素方差分析（ANOVA）。
结果
在LP编程的肝脏中，Oil Red O染色和透射电子显微镜（TEM）显示脂质积累增加，与对照组相比脂滴面积增加了55%。此外，肉碱和酰基肉碱的相对水平升高（肉碱增加66%，脱氧肉碱增加33%，谷氨酰肉碱增加37%，丙二酰肉碱增加44%，甲基谷氨酰肉碱增加83%；p ≤ 0.05），这与脂肪酸处理受损一致。在转录水平上，β-氧化基因（
Acadm、
Acads、
Cact）下调约2倍，而脂生成基因
Acaca上调约1.5倍（p ≤ 0.05），表明向脂质合成转变和线粒体脂肪酸氧化减少。TCA循环中间产物在LP组中降低（p ≤ 0.05），柠檬酸（约2.5倍）、琥珀酸（约1.5倍）和苹果酸（约1.2倍），表明氧化代谢受损。线粒体重塑明显，OPA1增加（115%）而FIS1减少（35%），同时线粒体自噬调节因子LC3B（45%）和BNIP3L（41%）也减少（所有p ≤ 0.05），表明线粒体质量控制受损。mtDNA拷贝数未改变，但多种PKC亚型增加（p ≤ 0.05），这与细胞内胰岛素信号传导改变一致。
结论
我们的发现共同表明，子宫内蛋白质限制会导致肝脏线粒体功能和脂质代谢的持续损伤，从而促进胰岛素抵抗和代谢功能障碍的发育起源。
引言
“健康与疾病的发育起源”模型认为，在早期发育的关键时期，特别是与营养相关的环境暴露，会对个体日后患慢性代谢疾病的风险产生持久影响。然而，这一模型背后的机制尚未完全阐明。全球代谢性疾病（如2型糖尿病（T2D）和代谢功能障碍相关性脂肪性肝病（MASLD）负担的增加，突显了阐明早期生活伤害与长期代谢功能障碍之间机制联系的重要性。妊娠期间母体低蛋白（LP）饮食是一种已确立的实验模型，可导致日后出现代谢障碍。我们之前的研究表明，暴露于产前蛋白质限制的后代在成年后会出现瘦型T2D表型，其特征是胰岛素敏感性受损和葡萄糖调节紊乱，但不会导致肥胖。这种表型通常伴随着脂质储存和代谢的异常，表明其与经典的肥胖驱动的代谢综合征有不同的病理生理轨迹。越来越多的证据表明，线粒体功能障碍是这种编程诱导的代谢紊乱的核心机制。线粒体是细胞能量代谢、脂肪酸氧化、营养感知和活性氧（ROS）稳态的关键调节器。在骨骼肌和肝脏这两种主要的胰岛素响应组织中，产前LP暴露已被证明会损害线粒体结构和功能。这些损伤不仅限于ATP产生的缺陷，还包括线粒体动态的显著紊乱，即线粒体分裂和融合之间的平衡。这种动态重塑对于维持线粒体质量、生物能量效率和适应代谢压力至关重要。在我们的Wistar大鼠模型中，妊娠期间给动物喂食等热量LP饮食，使我们能够直接研究子宫内蛋白质缺乏对胎儿发育的影响。通过将这些后代在标准化的产后条件下追踪到成年期，我们的模型将妊娠期蛋白质限制与成人瘦型T2D的关键代谢缺陷联系起来，这些缺陷与人类群体相关。肝脏作为系统脂质调节的中心器官，容易受到线粒体脂肪酸氧化紊乱的影响。脂肪酸氧化失调结合线粒体动态紊乱会导致脂质利用效率低下和异常脂质储存，最终导致肝细胞中甘油三酯的积累，这是胰岛素抵抗和MASLD的标志。本研究重点关注子宫内蛋白质限制如何改变成年瘦型T2D雄性后代的肝脏线粒体功能，特别是脂肪酸代谢及其相关的线粒体动态。
动物研究
所有动物实验均遵循德克萨斯州休斯顿贝勒医学院机构动物护理和使用委员会制定的指南进行。Wistar大鼠从Envigo Bioproducts Inc.（美国威斯康星州麦迪逊）获得，并在约23°C的控制条件下饲养，光照时间为10小时，黑暗时间为14小时。动物可以自由摄取食物和水。为了促进交配，将未交配的雌性大鼠与雄性大鼠共同饲养。
子宫内蛋白质限制会导致葡萄糖耐受性受损
腹腔注射葡萄糖后，LP组后代的血糖峰值显著高于对照组。两组血糖均迅速上升，但在15分钟（p<0.001）、30分钟（p<0.0001）和60分钟（p<0.05）时，LP组的血糖更高。到120-180分钟时，两组血糖水平趋于基线，表明主要差异在于LP组早期高血糖反应加剧和清除延迟。
讨论
我们的研究表明，产前蛋白质限制会严重扰乱后代的肝脏脂质代谢和线粒体稳态，揭示了肝脏代谢受损的发育起源机制。葡萄糖耐量试验（GTT）证实了我们模型中葡萄糖不耐受代谢表型的成功建立，这些发现与我们之前关于LP后代血糖峰值升高和葡萄糖AUC增加的研究结果一致。
作者贡献
V.A.V.、C.Y.和C.S.B.在数据的概念、设计、获取和解释方面做出了重要贡献。V.A.V.和C.S.B.参与了手稿的起草。V.A.V.负责动物实验和实验室工作。所有作者都阅读并同意了最终发表的手稿版本。
资助支持
本研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）对C.Y.和C.S.B.的DK114689和HD115894项目的资助。
数据可用性
手稿中描述的数据将按需提供。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备这项工作时，作者使用了ChatGPT和Grammarly软件进行语法检查。使用这些工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容负全责。
利益冲突声明
无
致谢
作者还要感谢贝勒医学院的代谢组学核心设施和动物设施，以及莱斯大学的电子显微镜核心设施提供的帮助。
