達能營(yíng)養中心第八屆學(xué)術(shù)研討會(huì )論文集
早期營(yíng)養影響后續肥胖的國內外研究現狀及我們的工作
張曉宏 孫長(cháng)顥 中哈爾濱醫學(xué)科大學(xué)公共衛生學(xué)院
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作者簡(jiǎn)介 張曉宏,女,1972年12月出生,助理研究員。1995年畢業(yè)于哈爾濱醫科大學(xué),1998年獲哈醫大環(huán)境衛生專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位。2002年在哈醫大營(yíng)養與食品衛生學(xué)專(zhuān)業(yè)攻讀博士學(xué)位,博士論文題目是斷乳后不同飼料構成對高脂膳食誘導大鼠肥胖的影響及機制研究。2005年獲博士學(xué)位。參加課題研究4項(國家級1項),主持市級課題1項,在國家級雜志發(fā)表論文5篇,在早期營(yíng)養對后續肥胖影響方面發(fā)表的論文主要有: 營(yíng)養對代謝的程序化影響與肥胖發(fā)生的關(guān)系,中國公共衛生,2004,20(8):994-995 斷乳后不同飼料構成對高脂膳食大鼠肥胖發(fā)生的影響,衛生研究,2005,34(4):439-441
作者簡(jiǎn)介 孫長(cháng)顥,男,1964年出生,哈爾濱醫科大學(xué)公共衛生學(xué)院院長(cháng),營(yíng)養與食品衛生學(xué)教研室副主任,教授,博士生導師。多年來(lái)一直從事肥胖的分子機制研究,公開(kāi)發(fā)表論文50余篇,主編和參與編寫(xiě)著(zhù)作5篇,主持省部級以上科研課題10余項,其中國家自然基金5項。2001年3月至2001年6月到美國德克薩斯大學(xué)訪(fǎng)問(wèn)。主要學(xué)術(shù)兼職有:中國營(yíng)養學(xué)會(huì )理事、中華預防醫學(xué)會(huì )公共衛生教育分會(huì )副主任委員、中國營(yíng)養學(xué)會(huì )青年委員會(huì )委員、中華醫學(xué)會(huì )衛生學(xué)分會(huì )常務(wù)委員、黑龍江省營(yíng)養學(xué)會(huì )常務(wù)理事、《中華預防醫學(xué)雜志》、《中華新醫學(xué)雜志》、《中國公共衛生學(xué)雜志》、《國外醫學(xué)衛生學(xué)分冊》編委、中國政策科學(xué)研究會(huì )鉛防治問(wèn)題研究組、中國國情調查研究中心鉛防委學(xué)術(shù)顧問(wèn)。
一、早期營(yíng)養影響后續肥胖的國內外研究現狀 在人類(lèi)探尋早期營(yíng)養對后續健康影響的過(guò)程中,英國有兩位學(xué)者的貢獻十分突出,分別是McCance和Alan Lucas。可以說(shuō)McCance是開(kāi)展早期營(yíng)養影響后續健康研究的先行者,他于1962年首開(kāi)先河,調整每窩新生仔鼠的數量形成大窩和小窩喂哺,持續干預21天后,兩組動(dòng)物均斷乳正常進(jìn)食。結果發(fā)現小窩組體重一直高于大窩組,提示3周的飲食干預對動(dòng)物的生長(cháng)產(chǎn)生了持續終生的影響。文章發(fā)表以后,引起學(xué)者們的普遍關(guān)注。人們進(jìn)行了大量的研究以探尋早期營(yíng)養對后續健康的影響,但是關(guān)于這兩者之間到底是怎樣的一種關(guān)系,一直沒(méi)有形成一個(gè)明確的認識,正是在這種情況下,Alan Lucas于1991年提出,這是一種類(lèi)似計算機編程樣的程序化作用,即生命早期是機體生長(cháng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期,機體可對不利的營(yíng)養環(huán)境條件做出適應,這種早期適應可被永久性編程,并持續影響機體的生理和代謝,影響成年疾病的發(fā)生。 目前為止,關(guān)于早期營(yíng)養影響后續肥胖的資料大多來(lái)自國外;我國這方面的研究則剛剛起步。我們將目前已有的研究資料進(jìn)行歸納總結,發(fā)現主要集中在以下三個(gè)方面:一,研究早期營(yíng)養不良與后續肥胖,二,研究早期營(yíng)養過(guò)剩與后續肥胖;三,研究母乳喂養與后續肥胖的關(guān)系。
(一)早期營(yíng)養不良與后續肥胖 在早期營(yíng)養不良影響后續肥胖方面,研究者發(fā)現低出生體重與后續向心性肥胖有關(guān)。1996年Curhan的研究發(fā)現,與出生體重正常者相比,低出生體重者成年時(shí)發(fā)生肥胖的危險增高。Gale等出生體重與成年體脂肪含量和瘦體質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行研究,在調整了成年身高和體重后,發(fā)現出生體重與體脂總量呈負相關(guān)。Schroeder等研究報道,出生時(shí)瘦小的新生兒成年時(shí)腹部脂肪含量顯著(zhù)增加。Ravelli等的一系列研究進(jìn)一步證實(shí),低出生體重與向心性肥胖有關(guān)。 進(jìn)一步研究發(fā)現,胚胎發(fā)育不同階段發(fā)生的營(yíng)養不良對后續肥胖的影響不同。1999年Ravelli等的一項回顧性研究(受試對象出生前后時(shí)期正值1944–1945年的荷蘭饑荒)發(fā)現,與同時(shí)期非饑荒地區出生的人相比,在妊娠前三分之一期暴露于饑荒者超重發(fā)生率顯著(zhù)增高達80%(P<00005);而在后三分之一期間或出生后最初5個(gè)月暴露于饑荒者超重發(fā)生率則明顯降低達40%(P<0005)。Stein對居住于阿姆斯特丹的50歲左右男性和女性的回顧性流行病學(xué)研究發(fā)現,母親在妊娠最初3個(gè)月暴露于饑荒與其女性后代成年肥胖的危險增加有關(guān)。Barker研究報道,妊娠中后期低營(yíng)養特異性地與向心性肥胖有關(guān)。動(dòng)物實(shí)驗研究也證實(shí)了早期營(yíng)養不良與后續肥胖相關(guān):如Pond報道,母鼠在妊娠頭23期能量限制之后自由進(jìn)食,其所產(chǎn)仔鼠的體重和體脂肪含量較對照組高10%?20%。Desai等研究發(fā)現,母鼠妊娠期間攝入低蛋白飼料,所產(chǎn)仔鼠體脂肪含量高于正常蛋白質(zhì)組。 (二)早期營(yíng)養過(guò)剩與后續肥胖 出生前營(yíng)養過(guò)剩增加后續肥胖危險。Curhan等對美國護士健康調查Ⅱ(1989年對116,686名25~42歲注冊女護士進(jìn)行的健康調查)的資料進(jìn)行分析,發(fā)現高出生體重與成年時(shí)BMI增高有關(guān)。Fall等對297名平均年齡64歲英國婦女的研究也發(fā)現,出生體重與BMI呈J型相關(guān),與出生體重正常者比較,出生體重高者成年時(shí)BMI顯著(zhù)增高。Seidman等研究報道,出生體重高者成年時(shí)BMI明顯增高。發(fā)達國家的研究資料普遍支持高出生體重(尤其是高于10磅者)與成年期肥胖危險增加有關(guān)。 出生后營(yíng)養過(guò)剩也與后續肥胖有關(guān)。Stettler對5514名來(lái)自印度洋塞舌爾群島的45~174歲兒童少年的調查發(fā)現,一歲以?xún)鹊捏w重增加與后來(lái)發(fā)生超重和肥胖密切相關(guān)(患超重的危險度為146,95%可信限為 127~167,患肥胖的危險度為159,95%可信限為129~197)。Dorner報道,出生后三個(gè)月內的營(yíng)養過(guò)度與成年身高別體重呈高度正相關(guān),即出生后營(yíng)養過(guò)剩可增加成年肥胖危險。動(dòng)物實(shí)驗研究資料也證實(shí),出生后營(yíng)養過(guò)剩與后續肥胖相關(guān):Aubert研究發(fā)現,與正常喂哺的仔鼠相比,大窩喂哺的仔鼠體重降低10%~40%;而小窩喂哺仔鼠的體重和脂肪含量均增高,其中體重增加10%~40%。對實(shí)驗動(dòng)物成年時(shí)脂肪細胞進(jìn)行形態(tài)學(xué)研究發(fā)現,小窩喂哺仔鼠體重和脂肪含量的增加與脂肪細胞數目的增加有關(guān)。Plagemann報道,小窩喂哺大鼠出生后15天時(shí)體重顯著(zhù)高于正常喂哺和大窩喂哺組,并一直持續到成年,該組的胰島素水平也明顯高于其他兩組,提示胰島素參與了這種早期營(yíng)養過(guò)剩對肥胖的程序化。Lewis等對狒狒的研究發(fā)現,哺乳期間過(guò)度喂養可增加成年肥胖危險。實(shí)驗中給狒狒喂以不同能量的配方乳,形成了哺乳期的31%超營(yíng)養、40%低營(yíng)養。結果發(fā)現,哺乳期間營(yíng)養過(guò)度的雌性狒狒5歲時(shí)的體重較正常對照高40%;雄性狒狒的體重盡管未受影響,然而其體脂肪含量卻是對照組的3倍。 (三)母乳喂養與后續肥胖 目前已有的研究資料大多支持母乳喂養對后續肥胖的發(fā)生有保護作用,其中比較有代表性的有以下幾項。1999年Kries研究發(fā)現,母乳喂養持續時(shí)間與肥胖發(fā)生率呈顯著(zhù)的劑量-反應性負相關(guān)。母乳喂養2個(gè)月的兒童肥胖發(fā)生率為38%,3-5個(gè)月的為23%,6-12個(gè)月的為17%,大于12個(gè)月的為08%。對潛在的混雜因素進(jìn)行調整后,母乳喂養對肥胖的發(fā)生仍具有顯著(zhù)的預防作用。Gillman對15000名9-11歲兒童、青少年進(jìn)行隊列研究,對潛在的混雜因素如看電視、每周的體育活動(dòng)、膳食攝入、母親BMI等進(jìn)行調整后發(fā)現:出生后前6個(gè)月完全或主要母乳喂養兒童比完全或主要配方奶喂養兒童發(fā)生超重的危險性降低了22%(OR 078,95%CI 066-091)。William對美國第3次全國健康和營(yíng)養調查數據分析表明,與配方奶喂養相比,嬰兒期母乳喂養時(shí)間越長(cháng),學(xué)齡前期肥胖發(fā)生率越低。Kramer對639名兒科門(mén)診患者和533名剛入學(xué)的高中生的研究發(fā)現,非母乳喂養者肥胖發(fā)生的危險性是母乳喂養者的2~4倍,母乳喂養對肥胖的保護作用與母乳喂養的持續時(shí)間有關(guān)。Waterland1999年提出如下假說(shuō),即早期營(yíng)養可能從改變細胞數目、器官結構等幾個(gè)方面影響后續健康。但是關(guān)于早期營(yíng)養影響后續健康的機制到目前為止,尚無(wú)定論。 二、我們的工作 我們課題組在孫長(cháng)顥教授的領(lǐng)導下,多年來(lái)一直致力于肥胖的分子機制研究,2002年孫長(cháng)顥教授總結多年研究的經(jīng)驗,創(chuàng )造性地提出應當將研究重點(diǎn)向早期營(yíng)養轉移。通過(guò)查閱文獻,我們發(fā)現當時(shí)國外的研究資料主要集中在早期能量攝入水平及母乳喂養與后續肥胖的關(guān)系上,其他方面尚屬空白,而國內幾乎沒(méi)有這方面的文獻報道。在這種情況下,我們適時(shí)地確定了將早期營(yíng)養對后續肥胖的影響作為研究重點(diǎn)。 總結文獻,我們發(fā)現,處于哺乳期間的小鼠胎仔,攝入的乳汁實(shí)際上是一種高脂肪、低碳水化合物構成的飲食,在這種情況下,動(dòng)物體內一些肥胖相關(guān)基因的表達情況表現為:參與體內脂肪合成代謝的脂肪合成酶(FAS)、乙酰CoA羧化酶(ACC)表達水平極低;CPT-1高表達;PEPCK表達,GK不表達的狀態(tài)。如果動(dòng)物斷乳后喂飼高碳水化合物、低脂肪構成飼料,則以上基因的表達情況就會(huì )發(fā)生截然不同的變化,表現為:FAS、ACC、GK表達明顯升高、CPT-1、PEPCK表達明顯降低;相反,如斷乳給予高脂肪、低碳水化合物構成飲食,這些基因的表達就不會(huì )發(fā)生改變。所以,我們認為,生命早期營(yíng)養對這些肥胖相關(guān)基因的表達起到了促進(jìn)、抑制、甚至啟動(dòng)的作用。 根據生命早期是機體生長(cháng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期,組織、器官處于極度活躍的分裂、分化之中,相應的基因被活化,從靜息狀態(tài)轉變?yōu)楸磉_狀態(tài),極易受到外界影響這樣一個(gè)前提,我們設想早期營(yíng)養可能通過(guò)持續影響基因的表達、影響機體的代謝,從而對肥胖的發(fā)生產(chǎn)生持續終生性的程序化作用。 我們于2004年申請了一項國家自然基金課題“飲食對生命早期肥胖相關(guān)基因表達的影響研究”,以系統研究早期不同膳食構成、不同礦物質(zhì)及維生素水平對后續肥胖的影響及機制,該項目已獲資助,目前正在進(jìn)行中,下面將向大家簡(jiǎn)要報告我們第一部分研究“斷乳后不同飼料構成對高脂膳食誘導大鼠肥胖的影響”的結果。 (一)研究方法與內容 在我們的實(shí)驗中,新生仔鼠于出生后24天斷乳,分別給予相同能量不同構成即高碳水化合物、高蛋白質(zhì)、高不飽和脂肪和高飽和脂肪構成的飲食,干預3周后,所有實(shí)驗動(dòng)物均喂飼基礎飼料,2周后,高碳水化合物組隨機分為兩組,一組繼續喂飼基礎飼料,另一組則與其他各組喂飼高脂飼料,6周后結束實(shí)驗。分別于實(shí)驗的第3、5、9周和第11周每組隨機選取8只動(dòng)物處死,取材,檢測指標進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀(guān)察。主要研究斷乳后不同飼料構成對大鼠體重、體脂含量、體內激素及肥胖相關(guān)基因表達的影響。 (二)一般檢測結果 對各組大鼠體重進(jìn)行比較分析發(fā)現,在實(shí)驗末期,與基礎組相比,高碳水化合物組體重明顯增加;而與高碳水化合物組相比,高蛋白質(zhì)組、高不飽和脂肪組和高飽和脂肪組的體重則明顯降低。 比較分析各組體脂肪含量、血脂和血糖水平,我們發(fā)現,與高碳水化合物組相比,高蛋白質(zhì)組和高不飽和脂肪組體脂肪含量明顯降低;與基礎組比,高碳水化合物組血清TG水平明顯升高,與高碳水化合物組比,高蛋白質(zhì)組血清TG水平明顯降低,高不飽和脂肪組TG、TC均明顯降低;與基礎組比,高碳水化合物組血糖水平明顯升高,而與高碳水化合物組比,高不飽和脂肪租血糖明顯降低;值得一提的是所有實(shí)驗組中高蛋白質(zhì)組血糖水平最高。 綜合評價(jià)斷乳后不同飼料構成對高脂膳食大鼠體重、體脂含量、血脂和血糖的影響,我們發(fā)現斷乳后進(jìn)食高不飽和脂肪構成飼料可以明顯降低高脂膳食大鼠的體重、體脂肪含量,抑制肥胖形成、改善血脂和血糖水平異常。 (三)激素檢測結果 為了明確其中的潛在機制,我們對胰島素等激素進(jìn)行檢測。通過(guò)檢測胰島素水平,計算胰島素敏感指數,我們發(fā)現,與基礎組比,高碳水化合物組胰島素敏感指數明顯降低;與高碳水化合物組比,高不飽和脂肪、高蛋白質(zhì)、高飽和脂肪組胰島素敏感指數明顯升高。已知胰島素在體內的主要作用是減低血糖,同時(shí)還可增加脂肪的合成和貯存;研究發(fā)現肥胖者的胰島素敏感性往往降低,使機體維持血糖正常代償性地分泌大量胰島素,結果高水平的胰島素又會(huì )進(jìn)一步增加體內的脂肪含量,形成一個(gè)惡性循環(huán)。高不飽和脂肪、高蛋白質(zhì)、高飽和脂肪組胰島素敏感指數明顯升高,不僅有利于減低血糖水平還有利于減低體脂肪含量。 檢測各組瘦素水平,計算并分析各組體重調整瘦素水平發(fā)現,與基礎組比,高碳水化合物組調整瘦素水平明顯升高;與高碳水化合物組比,高不飽和脂肪組調整瘦素水平明顯降低。目前已知瘦素是與肥胖密切相關(guān)的激素,外周血瘦素一方面通過(guò)抑制脂肪酸合成酶類(lèi)的表達,降低脂肪酸合成;另一方面通過(guò)血腦屏障,作用于下丘腦,抑制食欲增加能耗,從而降低體重和體脂含量。而肥胖者瘦素敏感性低,不能有效地抑制脂肪合成,瘦素水平呈現代償性升高。本研究中,高不飽和脂肪組瘦素水平降低、敏感性升高,有利于降低體脂肪含量。 比較各組胰高血糖素水平發(fā)現,與基礎組比,高碳水化合物組胰高血糖素明顯降低;與高碳水化合物組比,高不飽和脂肪、高蛋白質(zhì)、高飽和脂肪組胰高血糖素明顯升高;實(shí)驗進(jìn)程中,高蛋白質(zhì)組胰高血糖素持續增高。已知胰高血糖素有升高血糖和促進(jìn)脂肪組織脂肪水解兩方面的作用。本研究中,高不飽和脂肪、高蛋白質(zhì)、高飽和脂肪組胰高血糖素明顯升高,有利于降低體脂肪含量,但是高蛋白質(zhì)組胰高血糖素水平持續增高,則出現了升高血糖的負作用。 通過(guò)比較各組甲狀腺激素水平,我們發(fā)現與基礎組比,高碳水化合物組FT4明顯降低;與高碳水化合物比,高不飽和脂肪、高蛋白質(zhì)組FT4明顯升高;而甲狀腺素有增加能量消耗的作用,所以高不飽和脂肪、高蛋白質(zhì)組FT4水平升高,有利于降低體重。 可見(jiàn),由于高脂膳食的攝入,高碳水化合物組所表現的高體重和高體脂肪含量及血脂和血糖異常與其胰島素和瘦素敏感性降低、甲狀腺素、胰高血糖素分泌不足有關(guān);高蛋白質(zhì)組所表現出的高血糖與其胰高血糖素水平持續升高有關(guān);高飽和脂肪組低瘦素敏感性和甲狀腺素分泌不足與其高體脂肪含量有關(guān);而高不飽和脂肪酸組可能通過(guò)顯著(zhù)升高FT4、胰高血糖素水平、增加瘦素和胰島素敏感性,降低高脂膳食大鼠體重、體脂含量,緩解血脂和血糖異常,抑制肥胖形成。 (四)基因檢測結果 為了進(jìn)一步明確這種早期營(yíng)養所產(chǎn)生影響的分子機制,我們對脂肪代謝相關(guān)基因肉堿酰基轉移酶-1(CPT-1)、脂肪酸合成酶(FAS)、激素敏感性脂肪酶(HSL)、能量代謝相關(guān)基因解偶聯(lián)蛋白(UCP2、UCP3)、糖代謝相關(guān)基因磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)、葡萄糖運載體4(GLUT4)在mRNA和蛋白水平的表達進(jìn)行了動(dòng)態(tài)檢測。結果發(fā)現在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中,高不飽和脂肪、高蛋白質(zhì)、高飽和脂肪組肝臟CPT-Ⅰ表達持續升高,其中高不飽和脂肪組最為明顯。CPT-1是體內脂肪酸分解代謝的限速酶,其表達水平持續升高有利于脂肪酸的氧化分解,降低體脂肪含量。 通過(guò)動(dòng)態(tài)觀(guān)察各組肝臟FASmRNA水平,發(fā)現高不飽和脂肪、高蛋白質(zhì)、高飽和脂肪組FAS水平持續降低,已知后者是體內脂肪合成代謝的關(guān)鍵酶,其表達水平的下降有利于減低體內脂肪含量。 在實(shí)驗進(jìn)程中,高不飽和脂肪組HSL表達持續升高,而HSL是體內脂肪組織脂肪水解的關(guān)鍵酶,其表達水平升高有利于增加脂肪水解,降低體脂肪含量。同時(shí),高不飽和脂肪組白色脂肪組織UCP2表達也持續升高,已知UCP可以使體內的氧化與磷酸化解偶聯(lián)。許多研究報道,肥胖與體內UCP2表達降低有關(guān)。高不飽和脂肪組UCP2表達持續升高,有利于增加能耗、降低體重。 比較各組骨骼肌UCP3水平發(fā)現,在實(shí)驗進(jìn)程中高不飽和脂肪、高飽和脂肪組UCP3表達持續升高。本研究中檢測的是大鼠股四頭肌UCP3表達情況,研究報道股四頭肌屬快縮型肌肉,其UCP3表達水平與葡萄糖氧化磷酸化有關(guān)。高不飽和脂肪、高飽和脂肪組大鼠股四頭肌UCP3表達增加,有利于增加葡萄糖的氧化磷酸化,改善血糖異常,增加能量消耗。 動(dòng)態(tài)檢測各組肝臟PEPCK水平,發(fā)現在實(shí)驗進(jìn)程中,高蛋白質(zhì)組PEPCK表達水平持續升高,后者作為體內生糖代謝的關(guān)鍵酶,其表達水平與血糖水平密切相關(guān)。在本研究中,高蛋白質(zhì)組PEPCK表達持續升高,葡萄糖內源性合成明顯增加,使得血糖異常并未改善,反而有加重的趨勢。 在實(shí)驗進(jìn)程中,高不飽和脂肪、高飽和脂肪組骨骼肌GLUT4蛋白含量持續升高,已知后者是骨骼肌跨膜轉運葡萄糖和攝取、利用葡萄糖的重要載體,其表達水平升高,有利于降低血糖。高不飽和脂肪、高飽和脂肪組骨骼肌GLUT4蛋白含量持續升高有利于改善血糖異常,促進(jìn)葡萄糖從血中進(jìn)入骨骼肌、氧化供能。 以上研究結果提示,斷乳后進(jìn)食高碳水化合物構成飼料,可能通過(guò)持續升高FAS基因表達水平、持續降低CPT-Ⅰ、HSL、UCP2、UCP3mRNA水平,使體重、體脂含量明顯增加;血脂和血糖水平異常升高;進(jìn)食高蛋白質(zhì)飼料可能持續升高PEPCK基因表達升高血糖水平;進(jìn)食高飽和脂肪飼料可能持續降低HSL基因表達水平升高體脂肪含量;而進(jìn)食高不飽和脂肪飼料則可能通過(guò)持續降低FAS基因表達水平、持續升高CPT-Ⅰ、HSL、UCP2、UCP3基因表達水平,緩解肥胖形成,改善血脂和血糖異常。 (五)結論 綜上所述,我們得出以下結論,即斷乳后進(jìn)食高不飽和脂肪構成飲食有助于肥胖的早期預防;早期營(yíng)養可能從改變激素水平和持續影響基因表達兩個(gè)方面影響后續肥胖的發(fā)生。 以上是我們的初步研究結果,未來(lái)我們將從不同的角度繼續深入研究早期營(yíng)養狀況對后續肥胖的影響,探討其中的潛在機制。以使我國的代謝程序化研究走在世界前沿,推動(dòng)我國營(yíng)養程序化的研究步伐。
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作者簡(jiǎn)介:張曉宏,孫長(cháng)顥 |