高剂量产前欧米伽-3鱼油会导致大鼠后代出现类似自闭症的社会缺陷以及海马区胶质细胞的变化

《Food and Chemical Toxicology》：High-dose prenatal omega-3 fish oil induces autism-like social deficits and hippocampal glial changes in rat offspring

本研究发现，孕期高剂量鱼油补充可导致雄性后代出现自闭症相关社会行为缺陷，表现为显著的社会互动减少、海马CA1神经元改变及IGF-1水平升高，而雌性后代未出现明显异常。该结果提示需重新评估孕期鱼油摄入的安全阈值。

　　

Mümin Alper Erdo?an | Oytun Erba?

土耳其伊兹密尔Katip ?elebi大学医学院生理学系

摘要

目的

确定非常高剂量的母体欧米伽-3鱼油补充是否会在大鼠后代中诱导与自闭症相关的性别依赖性行为和神经生物学变化。

方法

妊娠期间的Sprague–Dawley大鼠分别接受自来水或鱼油（60% EPA，40% DHA；每天5000毫克/千克）。出生时对幼崽进行标准化处理，并在P21天断奶。在P50天时，评估其社交能力（三室测试）和运动能力（开放场地测试）。测量大脑IGF-1、血浆生化标志物和血清睾酮水平。分析海马区CA1/CA3神经元的GFAP免疫反应性。

结果

暴露于欧米伽-3的雄性大鼠表现出明显的社交能力缺陷（15.4 ± 4.8% vs 78.3 ± 6.1%；p < 0.001），而雌性大鼠未受影响。运动能力没有变化。两种性别的IGF-1水平均升高，其中雄性的升高幅度更大。产前欧米伽-3摄入增加了两种性别的甘油三酯、尿酸和ALT水平，并选择性增加了雄性的胆固醇和睾酮水平。组织学检查显示，暴露组雄性大鼠的海马CA1神经元发生改变，并伴有明显的星形胶质细胞增生。

结论

非常高剂量的产前欧米伽-3摄入会产生一种男性特异性的自闭症样表型，这与IGF-1上调、海马区胶质细胞激活和代谢变化有关，这强调了在妊娠期间确定欧米伽-3摄入安全上限的重要性。

引言

自闭症谱系障碍（ASD）是一种常见的、异质性的神经发育障碍，其特征是持续的社会交流差异和受限的重复性行为。美国疾病控制与预防中心（CDC）的监测数据显示，2020年8岁儿童的患病率约为1/36，这凸显了该疾病的重大公共卫生负担以及明确早期发育过程中可改变的风险因素的重要性。 ASD是由遗传因素和环境因素之间的复杂相互作用引起的。大规模人群研究和双胞胎研究显示，该疾病具有显著的遗传性，同时也有非遗传因素的贡献。当考虑到识别偏差后，男性患病率约为3:1。这些流行病学特征激发了关于性别相关易感性和可能影响神经发育轨迹的产前暴露因素的机制研究。 长链欧米伽-3多不饱和脂肪酸（LC-PUFAs），尤其是二十二碳六烯酸（DHA），是发育中的大脑中丰富的结构和信号脂质。母体的饮食供应决定了胎儿DHA的积累，而欧米伽-3摄入不足会改变动物模型中的神经元膜组成、神经传递以及视觉/认知结果。除了膜功能外，欧米伽-3衍生的介质还调节突触可塑性和神经免疫信号传导。 尽管在生物学上具有合理性，但关于产前DHA的随机试验结果并不一致。DOMInO试验发现，妊娠晚期的DHA补充并未改善幼儿的认知或语言能力，也未对母亲产后抑郁产生影响，一些次要指标也未转化为学龄期的广泛益处。相比之下，其他大型试验显示了围产期的产科优势（例如，减少早产），而非神经认知方面的收益，这突显了效应的领域特异性和结果特异性。 将母亲PUFA摄入与ASD风险或自闭症特征联系起来的观察性研究结果也不一致。一些报告表明，母亲欧米伽-3摄入不足或PUFA模式不佳可能会增加ASD的风险，而其他前瞻性分析未能复制这些关联，或受到残余混杂因素和回忆偏差的限制。总体而言，目前的流行病学数据既不支持欧米伽-3具有统一的保护作用，也不支持其有害作用，而是指出需要通过实验来明确其依赖于具体情境的关系。 临床前数据表明，在敏感时期欧米伽-3摄入不足或过量都可能有害，这提示可能存在非线性（例如U形）的剂量-反应模式。在啮齿动物中，围产期欧米伽-3失衡会改变早期行为，经典研究表明，n-3摄入不足或过量都会损害幼崽的神经传递。新兴的人类影像学研究和营养流行病学也报告了母亲欧米伽-3状态与后代大脑结构或神经行为特征之间的非线性关联（包括倒U形趋势）。这些观察结果表明，剂量和时机与营养素类型同样重要。 神经炎症和星形胶质细胞反应性是ASD神经病理学中的显著现象。尸检研究表明，包括小脑和皮质在内的多个区域存在小胶质细胞激活和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）升高，表明胶质细胞调节持续失调。鉴于DHA及其衍生物可以调节小胶质细胞/星形胶质细胞的表型和细胞因子程序，产前欧米伽-3暴露可能会改变神经免疫系统的设定点，从而产生持久的行为后果。 胰岛素样生长因子-1（IGF-1）是另一个将早期营养、突触成熟和行为联系起来的关键因素。IGF-1调节神经元生长和可塑性；一些患有ASD的幼儿表现出IGF-1水平降低，而在Rett综合征模型和早期临床研究中，IGF-1或相关肽部分恢复了相关表型。因此，海马区和皮质回路中IGF-1信号传导的改变为产前饮食干预提供了生物学上的合理依据。 最后，性别差异的易感性在ASD生物学中仍然是一个核心问题。除了男性患病率较高外，关于产前雄激素暴露的假设得到了支持和反对的证据；尽管如此，性类固醇和性别相关的分子途径可能与营养和免疫途径相互作用，从而影响风险。因此，在测试生物活性脂质的发育效应时，按性别分层设计临床前实验是必要的。 基于此背景，我们研究了妊娠期间持续高剂量鱼油暴露是否会在大鼠后代中诱导与自闭症相关的行为和神经标志物，特别关注海马细胞结构、星形胶质细胞激活（GFAP）、代谢指标和IGF-1，并按性别进行分层分析。这种实验方法旨在验证极端的产前欧米伽-3暴露是否会导致性别依赖性的ASD相关行为和神经生物学变化，为后续的剂量范围研究提供基础。

部分内容摘录

动物

所有实验程序均事先获得了Demiro?lu Bilim大学动物护理和伦理委员会的批准（批准编号：23220822）。成年Sprague–Dawley大鼠从该校的认证实验室动物设施中获取。所有方案均符合美国国立卫生研究院（NIH）关于实验室动物护理和使用的指南。

三室社交测试

分析显示，社交表现存在显著的组间差异（图2A，补充表S1）。双向方差分析（Two-way ANOVA）显示，处理因素（F1）= 20.62，p < 0.001）和性别×处理因素的交互作用（F1）= 27.30，p < 0.001）对社交指数有显著影响。 对照组雄性大鼠与陌生大鼠互动的时间最多（78.3 ± 6.1%），而暴露于欧米伽-3的雄性大鼠的社交能力显著下降。

讨论

本研究表明，妊娠期间持续高剂量的母体鱼油补充会在大鼠后代中产生一种明显的、性别特异性的自闭症样表型。在子宫内暴露于富含欧米伽-3鱼油的雄性后代在三室测试中表现出显著的社交能力丧失，同时没有运动能力的变化，海马区CA1区域的星形胶质细胞增生增加，神经元形态改变，以及大脑IGF-1和循环睾酮水平显著升高。

结论

总之，我们的研究结果表明，妊娠期间仅限使用的药理高剂量欧米伽-3鱼油补充可以在大鼠后代中产生一种强烈的、男性偏重的自闭症样表型，其特征是社交能力显著丧失、大脑IGF-1水平升高、CA1区域星形胶质细胞增生以及代谢和激素紊乱。相比之下，雌性大鼠的表现较为轻微，属于亚临床水平。结合现有的临床和实验数据，这些结果反对简单化的观点。

资助

本研究未获得任何公共、商业或非营利部门的资助。

数据和材料的可用性（数据透明度）

本研究生成和分析的所有数据均包含在文章及其补充材料中。

代码可用性

不适用。

伦理批准

所有涉及动物的程序均获得了Demiro?lu Bilim大学动物护理和伦理委员会的批准（批准编号：23220822）。

参与同意

不适用。

出版同意

不适用。

CRediT作者贡献声明

Oytun Erba?：撰写——原始草稿、方法学设计、研究实施、数据分析、概念构建。Mumin Alper Erdogan：撰写——原始草稿、研究实施、数据分析、概念构建

利益冲突

作者声明与本研究的发表无关任何利益冲突。

竞争利益声明

作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。