孕期高脂饮食易化子代大鼠心血管异常研究进展

房志琴，彭 伟

(河北北方学院，河北 张家口 075000)



孕期高脂饮食易化子代大鼠心血管异常研究进展

房志琴，彭 伟

(河北北方学院，河北 张家口 075000)

肥胖与高血压密切相关，是高血压的独立危险因素之一。肥胖发生率在各年龄、性别及种族人群中均逐渐升高，同时肥胖也困扰着将近1/3的孕期妇女。孕期胎儿营养环境直接影响子代的发育和成长，孕期肥胖和高脂饮食可提高子代心血管疾病的发病率。最新研究表明，孕期高脂饮食可诱发子代交感神经系统活性增加,促使其发展为高血压。外周脂肪组织研究发现,肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)和炎症因子表达异常参与了子代高血压的发生，然而参与子代高血压形成的中枢位点及机制还不清楚。室旁核(PVN)和穹窿下器(SFO)为脑内重要心血管核团。大量研究证实PVN参与充血性心衰与高血压的调节。穹窿下器(SFO)是一个缺乏血脑屏障的室周器官，和血脑屏障内参与心血管调节核团如室旁核和视上核(PVN/SON)有直接的纤维联系。该文综述了母亲肥胖或营养过剩诱发子代高血压的中枢机制研究进展。

孕期肥胖；心血管疾病；肾素-血管紧张素-醛固酮系统；炎症因子；中枢心血管核团

肥胖是诱发冠心病和脑卒中的主要原因，这些疾病的产生可归因于与肥胖有关的高血压、高血脂和糖尿病[1-2]。据WHO统计，截至2008年，世界肥胖人口已是1980年的两倍(男2亿，女3亿)，1/10以上的世界人口达到肥胖标准;2010年中国15岁以上男、女性肥胖发病率分别是4.1%和3.6%[3]。国内一项涉及22万人为期15年的前瞻性研究中，调查单纯体重指数(BMI)和心血管疾病死亡的关系，BMI与全因死亡率之间的关系呈U形,发现每升高5 kg/m2体重指数关联5(农村地区)～7 mmHg(城市)的收缩压升高，可增加约50%心血管病致死率[4]。由于亚洲人在较低的BMI下就易患2型糖尿病、高血压和其他代谢性疾病，所以界定超重和肥胖的体重指数也相应下调。在中国，BMI超过24即定义为超重，而超过28即定义为肥胖[5]。与此同时，肥胖也困扰着将近1/3的孕期妇女，Barker等研究发现，孕期营养不良严重影响子代的发育和成长，从而提出了“发育源性的成人健康和疾病”假说。随着肥胖率增加，这一研究逐渐转为孕期肥胖和过度营养对胎儿发育的影响[6]。最近一个具有里程碑意义的研究显示，孕期肥胖能增加子代各种原因的死亡率，特别是心血管意外的死亡率[7]。Gademan等研究了3 074例孕妇BMI和她们的孩子在5～6岁时血压的关系，也发现孕期肥胖与她们的后代超重成正相关，这些后代同时伴有心血管异常，表现为收缩压和舒张压升高[8]。孕期妈妈过度营养使其后代易患肥胖、胰岛素拮抗、高血压和心血管疾病的现象也被称为“胎儿期预调(fetal programming)”[9]。由于孕期肥胖和高脂饮食常态化快速增长，从而导致其后代易患心血管疾病的几率大大增加，因此孕期肥胖导致后代健康恶化的现象正引起高度重视并成为研究热点，同时提前防控孕期肥胖诱发的胎儿期预调也变得非常迫切。

1 孕期和/或哺乳期高脂饮食对子代心血管的影响

高血压对子代心血管结构与功能的不利影响在生命早期就已开始,研究发现妊娠期和哺乳期都是非常关键的时期[10-14]。Khan等给大鼠妊娠期和哺乳期喂养高脂饮食，研究发现后代血压变化具有性别差异，6个月大小的雌性后代展示出血压升高，但雄性后代血压无增高。同时发现，高脂饮食大鼠的后代正常饮食喂养(OHF/C)和正常饮食大鼠的后代高脂饮食喂养(OC/HF)都表现出血压升高，可见不论孕期高脂饮食还是哺乳期高脂饮食都可单独诱发心血管异常。他们还发现肠系膜小动脉的舒张异常在正常饮食大鼠的后代高脂饮食喂养(OC/HF)组更严重，而不是高脂饮食大鼠的后代正常饮食喂养(OHF/C)组，这一结果表明母亲哺乳期高脂饮食对其子代成人期心血管疾病发病起更关键的诱发作用[15-16]。但这些研究的局限性在于仅在孕期和哺乳期给高脂饮食。在人类，新生的下一代可能继续高脂饮食，这一继续的高脂饮食可能对孕期高脂饮食诱发的一系列疾病有叠加作用。Elahi等采用了一个更符合现代社会生活模式的模型，即在小鼠断奶后立即给予高脂饮食，直至孕期和哺乳期，结果发现，这些小鼠的后代不管雌性和雄性，在36周都出现血压升高，且这一血压升高并不能被小鼠出生后的正常饮食逆转，结果提示母亲在孕前、孕期和哺乳期的高脂饮食是诱发子代易患心血管疾病的重要原因[17-18]。胎儿期的营养环境直接影响心血管器官的发育，进而影响胎儿心血管功能。孕期肥胖和过度营养可诱发胎儿激素分泌、应激反应、肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)和炎症因子等表现异常，提示瘦蛋白(leptin)、胰岛素(insulin)、RAAS成分、白介素6(IL-6)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)等在其中起重要作用[19-20]。然而，目前的研究主要集中在外周脂肪组织和外周心血管器官，上述因素是否作用于中枢神经系统而参与孕期高脂饮食易化子代心血管异常的机制还不完全清楚。

2 相关影响因素及调节机制

2.1 调节心血管的中枢位点

外周循环中大量分子成分能够把体液和能量状态传递给中枢神经系统，如渗透压、血中钠钙浓度、血管紧张素II、内皮素和血管加压素等激素水平均可把体液平衡状态的信号传递给中枢内调节心血管的核团。同样，中枢调节机体能量平衡也需接收到外周循环有关信息，如葡萄糖水平、与摄食有关的leptin水平。但是，这些外周循环中的信号分子大部分不能通过血脑屏障直接进入相应的调节核团[21]。穹窿下器(SFO)是一个缺乏血脑屏障的室周器官，是中枢神经系统结构中直接感知循环各种信号分子的界面。电生理研究发现血管紧张素II和leptin都可兴奋和抑制SFO的神经元，表明SFO是调节心血管活动、体液和能量平衡的重要整合结构。更重要的是SFO和血脑屏障内参与心血管和能量调节核团如室旁核和视上核(PVN/SON)有直接的纤维联系，因此能把其感知的外周关于心血管、体液和能量状态的信号传递给这些调节核团，从而维持机体正常机能[22-23]。室旁核(PVN)是下丘脑的一个关键核团，由两部分组成，一是可合成和分泌血管加压素和催产素的大细胞区，另一是发出纤维直接投射到脑干和脊髓调节交感活动的小细胞区。研究证实PVN参与充血性心衰、高血压和代谢综合征的调节，如，在血管紧张素II诱发的高血压中，血管紧张素II首先作用于SFO，激活SFO的神经元，然后通过SFO到PVN的直接投射促使PVN释放血管加压素和激活交感节前神经元，进而升高血压[24-25]。研究表明，除了ARC外，PVN与SFO也参与高脂饮食动物血压及能量平衡的调节及炎症反应[26]。Robert B发现SFO直接微量注射TNF-α(25 ng)或IL-1β(25 ng)，与全身用药引起效应一样，平均动脉压、心率及肾交感神经活性明显增加，TNF-α与p55 TNF-α受体、IL-1β 与IL-1R受体、ACE和ATR1等mRNA表达增加，如果SFO预先微量注射氯沙坦(1 μg)(ATR1阻滞剂)或是卡托普利(1 μg)(ACEI)这些效应减弱。表明促炎因子与SFO相互作用，上调炎症及兴奋性递质表达，增加交感神经活性[27]。这个研究组还发现在SFO-sham组大鼠中，颈内动脉注入TNF-α(200 ng)或IL-1β(200 ng)，平均动脉压、心率及肾交感神经活性显著增加，免疫荧光印记显示p55 TNF-α与IL-1受体辅助蛋白在SFO密集分布。相反，在SFO-lesioned的大鼠颈内动脉注入上述药物，兴奋性应答显著减弱。这些数据表明SFO在循环促炎因子调节自主及心血管功能应答中发挥重要作用，SFO是循环促炎因子作用于脑引起心血管及交感应答的一个主要区域[28]。

2.2 交感神经活性(SNS)

孕期肥胖预调后代使其易患高血压，一个可能机制是这些后代调节心血管活动的自主神经平衡偏向了交感神经兴奋[29-30]，交感神经激活可能刺激心脏生长[31]。最近的研究显示，围产期母亲的肥胖和高脂饮食可改变子代中枢调节血压的神经通路[32]。研究发现，在孕期高脂饮食的家兔后代，血压和肾交感神经活动对空气射流的应激刺激或脑室内注射leptin表现出高反应性，这一结果提示在孕期高脂饮食时胎儿的中枢神经系统发育已发生了改变，表现为出生后对应激刺激的高反应性[33]。这一现象如果和人类常处于应激刺激的生活方式相吻合，那么就会大大增加人类患心血管疾病的危险性。然而，负责调节这些高反应性的明确机制迄今还未见报道。

2.3 RAAS成分

血管紧张素II是RAAS的主要活性成分，在中枢调控心血管机能、电解质和体液平衡中起重要作用，超重或肥胖高血压患者体内RAAS活性增高[34]。脑内血管紧张素II过量生成及其受体(AT1)过度激活均有助于诱发包括高血压和心衰在内的心血管疾病。已经证实，血管紧张素II通过增加中枢神经系统自由基和炎症因子的生成及激活它们介导的下游信号通路，而实现其在高血压和心衰发病和发展中的作用[35]。Guberman等发现，在大鼠孕期高脂饮食可诱发其后代在6个月时出现肥胖和血压增高。在刚出生后代和成年后代的脂肪组织，RAAS的成分如血管紧张素原(AGT)、血管紧张素转化酶(ACE)、AT1和AT2都表现出不同程度的基因和蛋白质表达改变。这些结果表明，孕期高脂饮食诱发的子代脂肪组织RAAS成分的改变参与他们成年发展为肥胖和高血压的过程[36]。然而，脂肪组织来源的AGT只占血浆中AGT的20%，表明其他组织和器官的RAAS变化也参与这一病理过程。人脂肪组织可表达盐皮质激素释放受体，脂肪组织能刺激醛固酮分泌，醛固酮与AngⅡ有协同作用[37-38]。此外，在迄今报道的孕期高脂饮食动物模型中，他们的子代大都在6个月时才出现血压升高，但孕期高脂饮食诱发的子代脂肪组织RAAS成分在他们成年发展为肥胖和高血压前已发生改变。由此可推断，这些基因的改变可能易化肥胖和高血压的发生。前期研究发现，给大鼠低剂量血管紧张素II预处理可加强随后高剂量血管紧张素诱发的高血压，其机制是低剂量血管紧张素II预处理上调了前脑心血管核团的RAAS成分表达[39]。

2.4 炎症因子

在高血压及心衰中，循环促炎因子在调节自主及心血管功能中发挥了重要作用[28]。愈来愈多的证据表明，肥胖可使机体处于低水平的炎症状态，进而引起全身代谢异常[40-43]。业已证实，肥胖和高血压都能各自独立地增加中枢神经系统的炎症因子水平、激活免疫细胞和RAAS[44-46]。在参与血压和能量平衡调节的中枢核团PVN和SFO，高脂饮食诱发明显的炎症反应，这一反应可被AT1敲除所逆转，表明在前脑的心血管调节核团，高脂饮食诱发的肥胖能导致炎症细胞增加，这一效应具有对血管紧张素II的依赖性[26]。SFO直接微量注射TNF-α或IL-1β，平均动脉压、心率及肾交感神经活性明显增加[27]。Marcin Ufnal研究发现脑室注射低剂量Angiotensin II引起预先注射IL-1β的鼠MAP明显增加，但盐水预处理的鼠并没有引起血压和心率改变。单独脑室注射IL-1β引起MAP短暂升高，这种增压效应能被氯沙坦拮抗。这个研究为IL-1β通过中枢作用增加Ang II的中枢增压效应提供证据[47]。

2.5 其 他

星型胶质细胞和小胶质细胞是中枢神经系统内固有的免疫细胞，可感受外界各种刺激引起脑内环境变化并产生反应，也参与了肥胖和血管紧张素II诱发的炎症反应。研究发现，高脂饮食可诱发PVN和SFO内小胶质细胞激活，被激活的PVN内小胶质细胞参与并维持了血管紧张素II诱发的高血压[46]。肥胖还伴随着血中高水平脂肪因子(adipokine)包括leptin、脂联素及炎症因子IL-1β和TNF-α等，这些因子在葡萄糖和脂类代谢中起重要作用；同时中枢leptin增高还可上调SFO中AT1和ACE1的表达[48]。最近的研究显示，孕期肥胖也促使以上这些炎症因子和脂肪因子增高，特别是TNF-α和leptin，它们在孕期肥胖诱发子代代谢异常的过程中起关键作用[11]。在一项探讨孕期高脂饮食小鼠的后代是否表现高血压、胰岛素拮抗和高血糖，并且这些症状是否伴随脂肪细胞因子的表观遗传学变化(epigenetics)的研究中，Masuyama等发现，孕期高脂饮食小鼠的后代在14周表现体质量明显增加，在24周血压升高和葡萄糖耐受降低，在12周血中leptin水平和脂肪中leptin表达增加，而脂联素水平表达则降低；同时脂肪组织中脂联素基因的启动子乙酰化减弱而甲基化加强，而leptin基因的启动子甲基化加强。这些结果表明，脂肪因子的表观遗传学变化参与了孕期高脂饮食诱发的子代代谢综合征和心血管疾病。最近，这个研究组进一步发现，在哺乳期无论高脂还是正常饮食母亲的后代，这些表观遗传学指标未见区别，表明孕期高脂饮食诱发了表观遗传学指标的变化[49-50]。

3 展 望

目前，人们已注意到孕期高脂饮食对后代的影响。现有的数据促使我们提出一个重要问题，即为了防止其后代易患心血管疾病，对已经肥胖或高脂饮食的母亲是否可以给予药物干预，如降血脂药和抗氧化剂等。然而，在临床上，由于这些药物可能引起胎儿发育异常而成为用药禁忌。因此，临床研究只能是一种观察性研究，有许多掺杂因素并且不易进行机制研究和建立起因果关系。而用动物特别是啮齿类模拟人类的高脂饮食，建立孕前和孕期肥胖模型，可消除人类种族和社会因素的影响，并且可以消除用药禁忌和控制条件研究不同关键发育期的生理、细胞和分子机制。最近，Elahi等给断奶后即开始高脂饮食直至孕期和哺乳期的小鼠喂食抑制素(statin，降低血中胆固醇)，他们发现长期喂食母鼠抑制素不但保护母鼠的心血管免受高脂饮食的影响，而且能抑制高脂饮食诱发的其子代心血管疾病和代谢综合征的发病[51]。Sen等的数据显示在孕期、胎儿期和围产期食用高脂饮食大鼠的后代明显出现肥胖、葡萄糖耐受受损、炎症因子和氧化应激加强，其脂肪组织中促进脂肪生成因子的基因表达也增强；给予食用高脂食物的怀孕大鼠服用抗氧化剂可显著逆转这些变化。这些数据提示，对孕期肥胖和高脂饮食的动物给予药物干预可防止高脂饮食造成的对下一代的危害[52]。借鉴相似的实验方法，我们设想短期给予断奶后子代大鼠RAAS成分或炎症因子抑制剂，或采用病毒携带的siRNA敲除心血管核团的AT1、NADPH氧化酶亚单位NOX2和NOX4、炎症因子生成酶(p44/42 MAPK)，观察子代大鼠心血管核团基因表达和对血管紧张素II的反应性变化，可以进一步揭示孕期肥胖和高脂饮食诱发子代易患心血管疾病的中枢机制，并且探讨避开孕期和哺乳期的药物干预，是否可防止孕期肥胖和高脂饮食诱发的子代患心血管疾病的可能性。

[1]Khot U N,Khot M B,Bajzer C T,et al.Prevalence of conventional risk factors in patients with coronary heart disease[J].J Am Med Associ，2003，290(7):898-904.

[2]Magnus P,Beaglehole R.The real contribution of the major risk factors to the coronary epidemics:Time to end the“only-50%”myth[J].Arch Inter Med，2001，161(22):2657-2660.

[3]Nyamdorj R，Qiao Q，Lam T H，et al.BMI compared with central obesity indicators in relation to diabetes and hypertension in Asians[J].Obesity(Silver Spring)，2008，16(7):1622-1635.

[4]Chen Z,Yang G,Offer A,et al.Body mass index and mortality in China:A 15-year prospective study of 220 000 men[J].Int J Epidemiol，2012，41(2):472-481.

[5]Zhou B.Predictive values of body mass index and waist circumference to risk factors of related diseases in Chinese adult population[J].Zhong hua Liu Xing Bing Xue Za Zhi，2002，23(1):5-10.

[6]Barker D J.The fetal and infant origins of adult disease[J].BMJ，1990，301:1111.

[7]Reynolds R M,Allan K M,Raja E A,et al.Maternal obesity during pregnancy and premature mortality from cardiovascular event in adult offspring:Follow-up of 1 323 275 person years[J].BMJ，2013，347:f4539.

[8]Gademan M G,van Eijsden M,Roseboom T J,et al.Maternal prepregnancy body mass index and their children’s blood pressure and resting cardiac autonomic balance at age 5 to 6 years[J].Hypertension，2013，62(3):641-647

[9]Bouanane S,Merzouk H,Benkalfat N B,et al.Hepatic and very low-density lipoprotein fatty acids in obese offspring of overfed dams[J].Metabolism，2010，59:1701-1709.

[10]Shear C L,Burke G L,Freedman D S,et al.Value of childhood blood pressure measurements and family history in predicting future blood pressure status:Results from 8 years of follow-up in the Bogalusa Heart Study[J].Pediatrics，1986，77(6):862-869.

[11]Ingelfinger J R.Pediatric antecedents of adult cardiovascular disease-awareness and intervention[J].N Engl J Med，2004，350(21):2123-2126.

[12]Daniels S D,Meyer R A,Loggie J M H.Determinants of cardiac involvement in children and adolescents with essential hypertension[J].Circulation，1990，82(4):1243-1248.

[13]Hanevold C,Waller J,Daniels S,et al.The effects of obesity,gender and ethnic group on left ventricular hypertrophy and geometry in hypertensive children:A collaborative study of the international pediatric hypertension association[J].Pediatrics，2004，113(2):328-333.

[14]Whincup P H,Cook D G,Adshead F,et al.Cardiovascular risk factors in British children from towns with widely differing adult cardiovascular mortality[J].BMJ，1996，313(7049):79-84.

[15]Khan I Y,Dekou V,Douglas G,et al.A high-fat diet during rat pregnancy or suckling induces cardiovascular dysfunction in adult offspring[J].Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2005，288(1):R127-133.

[16]Khan I Y,Taylor P D,Dekou V,et al.Gender-linked hypertension in offspring of lard-fed pregnant rats[J].Hypertension，2003，41(1):168-175.

[17]Elahi M M,Cagampang F R,Mukhtar D,et al.Long-term maternal high-fat feeding from weaning through pregnancy and lactation predisposes offspring to hypertension,raised plasma lipids and fatty liver in mice[J].Br J Nutr，2009，102(4):514-519.

[18]Flynn E R,Alexander B T,Lee J,et al.High-fat/fructose feeding during prenatal and postnatal development in female rats increases susceptibility to renal and metabolic injury later in life[J].Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2013，304(4):R278-285.

[19]Dong M,Zheng Q,Ford S P,et al.Maternal obesity,lipotoxicity and cardiovascular diseases in offspring[J].J Mol Cell Cardiol，2013，55:111-116.

[20]Taylor P D,Samuelsson A M,Poston L.Maternal obesity and the developmental programming of hypertension:A role for leptin[J].Acta Physiol(Oxf)，2014，210(3):508-523.

[21]Mimee A,Smith P M,Ferguson A V.Circumventricular organs:Targets for integration of circulating fluid and energy balance signals[J].Physiol Behav,2013,121:96-102.

[22]Wei S G,Zhang Z H,Beltz T G,et al.Subfornical organ mediates sympathetic and hemodynamic responses to blood-borne proinflammatory cytokines[J].Hypertension,2013,62(1):118-125.

[23]Smith P M,Ferguson A V.Cardiovascular actions of leptin in the subfornical organ are abolished by diet-induced obesity[J].J Neuroendocrinol,2012,24(3):504-510.

[24]Gabor A,Leenen F H.Central neuromodulatory pathways regulating sympathetic activity in hypertension[J].J Appl Physiol(1985),2012,113(8):1294-1303.

[25]Braga V A,Medeiros I A,Ribeiro T P,et al.Angiotensin-II-induced reactive oxygen species along the SFO-PVN-RVLM pathway:Implications in neurogenic hypertension[J].Braz J Med Biol Res,2011,44(9):871-876.

[26]Kloet A D,Pioquinto D J,Nguyen D,et al.Obesity induces neuroinflammation mediated by altered expression of the renin-angiotensin system in mouse forebrain nuclei[J].Physiol Behav,2014,136:31-38.

[27]Wei S G,Yu Y,Zhang Z H,et al.Proinflammatory cytokines upregulate sympathoexcitatory mechanisms in the subfornical organ of the rat[J].Hypertension,2015,65:1126-1133.

[28]Wei S G,Zhang Z H,Terry G.et al.Subfornical organ mediates sympathetic and hemodynamic responses to blood-borne proinflammatory cytokines[J].Hypertension,2013,62:118-125.

Maternal High-fat Diet Predisposing Cardiovascular Anomalies of Offspring

FANG Zhi-qin,PENG Wei

(Hebei North University,Zhangjiakou,Hebei 075000,China)

Obesity,closely related to hypertension,is one of the independent risk factors for hypertension.Incidence of obesity is gradually increasing in populations of every age,gender and race.And meanwhile,obesity affects nearly a third of the pregnant women.Prenatal nutrition environment directly affects development and growth of children,and maternal obesity and high-fat diet(HFD)are associated with high prevalence of cardiovascular diseases in offspring.Recently,there is evidence that the sympathetic nervous system(SNS)may be activated in offspring of HFD-fed dams that develop hypertension.A few studies focusing on adipose tissue imply that the mechanisms,such as renin-angiotensin-aldosterone system(RAAS),and proinflammatory factors,are involved in this susceptibility to the cardiovascular diseases in adult offspring.But to date no study has shown direct evidence for the involved central sites and mechanisms underlying the transgenerational effects of maternal HFD on the prohypertensive actions in the offspring.Paraventricular nucleus of hypothalamus(PVN)and the subfornical organ(SFO)are two important cardiovascular brain nuclei.Lots of studies have shown that the PVN involves in the regulation of congestive heart failure and high blood pressure.Subfornical organ(SFO),a forebrain circumventricular organ that lacks a blood-brain barrier,has direct fiber link with cardiovascular regulation nuclei such as paraventricular nucleus and supraoptic nucleus of the hypothalamus(PVN/SON)in lood brain barrier.This paper reviews advancements in the central mechanism for offspring hypertension induced by mother obesity or overnutrition.

maternal obesity;cardiovascular disease;renin-angiotensin-aldosterone system;proinflammatory factors;central site

河北省2015年研究生创新资助项目(No.204)

房志琴(1989-)，女，河北张家口人，河北北方学院2014级研究生，研究方向：心血管内科。

彭伟(1959-)，男，河北石家庄人，教授，硕士生导师，研究方向：心血管内科及卫生事业管理。

R 544.1

C

10.3969/j.issn.1673-1492.2016.10.021

来稿日期：2016-04-12