小鼠生命早期全氟辛酸暴露致成年后肥胖的机制及绿原酸干预研究

摘要

目的：全氟辛酸（PFOA）是一类人工合成的新型持久性有机污染物，在全世界范围内被广泛使用于工业和日常消费品，在人体和各类环境介质中被普遍检出。本研究旨在应用动物模型，探索在生命早期暴露于PFOA对成年后肥胖的影响及其可能的机制，同时评估绿原酸（CGA）对PFOA所致生理和病理改变的治疗作用。 方法：24只ICR孕鼠按体重随机分为三组，在孕晚期（孕14天至孕21天）按如下方案每天灌胃染毒：①CON组（玉米油）；②PFOA组（PFOA0.05mg/kg/天）；③PFOA+CGA组（PFOA0.05mg/kg/天+CGA100mg/kg/天）。小鼠出生后，停止染毒，正常饲养至断乳期（21日龄），然后CON组与PFOA组子代雄鼠每天灌胃生理盐水作为对照，PFOA+CGA组子代雄鼠每天灌胃CGA作为干预措施（CGA100mg/kg/天）。12周龄处死，采集血清、肝、脂肪、小肠等脏器与组织用于检测分析。采用全自动生化分析仪检测血生化参数；小动物高场磁共振成像仪测量身体脂肪含量；代谢笼监测代谢情况；透射电镜和光镜检查组织病理学改变；蛋白印迹、免疫荧光方法和免疫组化方法检测蛋白表达量；Illumina和PCR检测基因表达情况和肠道菌群的丰度；超高效液相色谱检测胆汁酸含量；高效液相串联检测PFOA残留。 结果：生命早期暴露于PFOA的小鼠体重显著高于对照组，给予CGA干预的小鼠体重与对照组比较则无显著差异。小动物高场磁共振成像结果显示，PFOA组小鼠体脂含量显著高于对照组，CGA干预显著降低小鼠体脂含量。代谢笼结果分析显示，PFOA组小鼠热量产生比率低于对照组，CGA干预后则与对照组无明显差别。PFOA组血清中谷丙转氨酶（ALT）、天冬氨酸转氨酶（AST）、碱性磷酸酶（ALP）等含量升高，甘油三脂(TG)含量升高，CGA干预可有效改善上述变化。PFOA组小鼠腹部脂肪细胞体积较对照组明显增大，而CGA干预组脂肪细胞体积与对照组相似。PFOA组的脂肪组织中炎症因子Il1β、Il6和Tnfα基因的表达量明显增加，与能量代谢与脂肪酸消耗有关的基因Tgr5、Pgc1α、Mmp9显著下调，CGA干预可部分缓解这种改变。小肠组织病理切片和免疫组化显示PFOA组小鼠小肠存在炎性细胞浸润，定量PCR显示炎性小体相关的蛋白NLRP3和caspase-1表达增加。免疫荧光和定量PCR显示小肠屏障蛋白ZO-1、Claudin-1、Connexin43、Claudin-5的蛋白和基因表达水平降低，这些基因表达在CGA干预组均有改善。PFOA组改变小鼠肠道菌群的组成，表现为毛螺菌科和瘤胃菌科等与短链脂肪酸生成有关的菌科下调，CGA干预组其肠道菌群组成与对照组相似。肝脏病理切片和电镜结果均显示PFOA组肝细胞结构损伤及炎性细胞浸润。PFOA组肝脏组织炎性小体相关的蛋白NLRP3和caspase-1表达增加，炎性因子Tnfα和Il-6的mRNA表达上调，LPS相关受体Cd14和Trl4的基因表达增加，CGA干预组各项指标接近对照组。肝脏mRNA-seq结果显示暴露于PFOA的小鼠在自噬、胰岛素抵抗、脂质代谢、胆汁酸分泌等相关通路的基因表达改变较对照组显著，而CGA干预组则接近对照组。PFOA组小鼠脂质生成相关基因表达增加，β-氧化相关基因表达降低，胆固醇生成相关基因表达增加；CGA干预降低脂质生成相关基因表达，增加β-氧化相关基因表达，减少胆固醇生成相关基因表达。PFOA组胆囊胆汁的胆汁酸疏水性增加，而在CGA干预组则与对照组无明显差别。 结论：小鼠在生命早期暴露于PFOA会使其成年后发生肥胖和脂质代谢紊乱。其主要机制与改变肠道菌群组成，影响肠道屏障功能，使肠道菌群产生的LPS等内毒素易于通过肝肠循环或淋巴系统侵袭循环系统导致肝脏和脂肪组织等代谢器官炎性反应，促进肥胖的产生。CGA干预可有效保护肠道屏障，预防全身性慢性炎症反应。CGA通过调节肠-肝-脂肪路径脂质代谢，对于肥胖发生具有一定的预防作用。

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