哺乳期母体碘过量对后代碘营养、甲状腺功能和脑发育的影响及机制探讨

摘要

目的:碘作为一种重要的微量元素是人体合成甲状腺激素的必需原料，碘缺乏导致的克汀病、甲状腺功能减退、甲状腺肿大严重影响公共健康。中国既往曾是碘缺乏病流行国家。1996年，中国开始全面实行“普遍食盐加碘”(Universal Salt Iodisation，USI)政策，在消除碘缺乏病工作方面取得了成功。2005年Andersson等人对全球碘营养状况的评估中，将中国归类为“碘营养超足量”国家，易感人群存在甲状腺疾病风险。滕卫平教授随后发现，在碘超足量和过量地区亚临床甲减和自身免疫性甲状腺炎发病率显著升高。碘过量问题开始引起国内外学者的关注。碘营养状态与甲状腺疾病的发病率呈U型关系，碘缺乏和碘过量都会影响甲状腺功能。妊娠期和哺乳期妇女这一特殊人群，由于后代生长发育对碘营养的需求而需要补充额外的碘。WHO/UNICEF/ICCIDD在指南中推荐妊娠和哺乳期妇女应该每日补充碘250μg/d。胎儿和婴幼儿时期由于自身下丘脑-垂体-甲状腺轴未发育成熟，脑发育处于生长发育关键期，碘缺乏或碘过量导致的甲状腺激素水平的变化，都会损害后代脑发育。碘缺乏引起甲减，损害后代脑发育，表现为智力低下（克汀病）。西班牙INMA研究首次报道了在碘充足地区碘过量妊娠妇女后代在1岁时的精神运动评分更低，研究者认为母体碘过量可能是婴幼儿神经心理发育的潜在危险因素。本研究组李晨嫣教授在流行病学调查中也发现，妊娠期碘过量后代精神运动发育指数降低。但关于哺乳期母体碘过量如何影响后代甲状腺功能、脑发育的研究比较少。妊娠和哺乳期妇女的碘营养维持在合适的范围对后代的生长发育意义重大。目前关于妊娠和哺乳期妇女碘营养的上限未达到共识，欧盟委员会/欧盟食品科学委员会认为每日碘摄入量上限为600μg，美国医学研究所认为妊娠和哺乳妇女可以耐受高达1100μg/d的碘摄入量。但这些上限的安全性都缺乏充足的证据来支持。本实验拟通过建立哺乳期母体碘过量动物模型，研究不同浓度母体碘过量对后代碘营养、甲状腺功能和脑发育的影响，并对可能的机制进行研究。
　　方法:6-8周龄Wistar雌鼠随机分为四组(N=6):正常碘对照组(NI组)，3倍碘浓度组（3HI组），6倍碘浓度组（6HI组），10倍碘浓度组（10HI组）。按大鼠每日进食20g、饮水30mL标准计算每天碘摄入量。大鼠正常碘摄入量为5μg/d左右。特殊碘饲料中碘含量为0.29μg/g，沈阳地区自来水中碘含量为5μg/L，每天大鼠摄入碘5.95μg。适应性喂养1周后与雄鼠合笼交配。在雌鼠分娩当日记为P0天，给3HI组、6HI组、10HI组饮水中添加不同浓度碘酸钾(KIO3)，至出生后第20天（P20天）子鼠断乳，建造哺乳期碘过量大鼠模型。子鼠断乳后予特殊碘含量饲料，饮用水中不添加碘酸钾。第一部分，检测哺乳期母体碘过量对后代碘营养和甲功的影响。在P20天将母鼠放入代谢笼收集24小时尿。P21天处死母鼠。子鼠分别在出生后第10天、第20天、第50天处死。电感耦合等离子质谱(ICP-MS)法检测母鼠和子鼠体内碘浓度。固相化学发光酶免疫(ICMA)法测母鼠甲功，ELISA法检测子鼠甲功。甲状腺组织HE染色观察母鼠和P20天子鼠甲状腺组织形态学变化。采取real-time PCR测定P20天子鼠甲状腺NIS、Pendrin、IYD、Dio1、Dio2、Tshr mRNA表达的变化。第二部分对子鼠进行行为学实验，观察碘过量对后代脑发育有何影响。采用空中翻正实验检测小脑发育水平，平衡木实验评估精细运动协调功能，转棒实验评估粗大运动协调功能，Morris水迷宫评估海马空间学习记忆功能，高架十字迷宫评估焦虑状态。第三部分探讨哺乳期母体碘过量导致后代脑发育受损的可能机制。P20天子鼠离体脑片长时程增强检测海马的突触可塑性，海马和皮层甲状腺激素反应蛋白和神经营养因子mRNA的表达情况。海马SGZ区BrdU免疫荧光染色观察有无新生神经细胞。
　　结果:1、哺乳期母鼠碘过量模型建立:10HI组母鼠尿碘显著高于其他三组，P＜0.05。血清碘浓度随着碘摄入量增加而升高，3HI、6HI、10HI组显著高于NI组，P＜0.05。6HI组母鼠TSH较NI组降低，FT4较NI组升高，P＜0.05。甲状腺HE染色可见甲状腺滤泡腔面积随着碘浓度的升高而扩大。2、P10天、P20天子鼠血清碘浓度随着母鼠碘摄入量的增加而升高，6HI组、10HI组显著高于NI组，P＜0.05。断乳后P50天四组子鼠血清碘浓度无统计学差异。同其他三组相比，P10天、P20天6HI组血清TSH和FT4水平较低，P50天FT4水平较高，P＜0.05。子鼠甲状腺HE染色未观察到组织形态改变。3、P50天3HI组子鼠甲状腺IYD mRNA的表达显著低于NI组，P＜0.05。3HI组Dio1mRNA表达显著低于NI组，P＜0.05。四组子鼠NIS、Pendrin、Dio2、Tshr mRNA表达无统计学差异。4、空中翻正实验中，10HI组子鼠空中翻正反射通过率在所有测试时间点均低于其他3组，特别是第16天显著低于NI组和3HI组，P＜0.05，但其他时间点四组相比无显著统计学差异。5、平衡木实验中，前肢错误率四组比较无统计学差异。3HI组后肢和四肢错误率显著低于6HI组和10HI组，P均＜0.05。6HI组、10HI组错误率同NI组相比无显著统计学差异。6、转棒实验中，四组子鼠在旋转棒上的时间均随着实验次数增加逐渐延长，但组间比较并无统计学差异。7、Morris水迷宫实验:定位航行实验第3天，6HI和10HI组子鼠逃避潜伏期比NI组明显长，P＜0.05。空间探索实验中，各组子鼠穿越平台的次数无明显差别。8、高架十字迷宫实验中，三个碘过量组子鼠同NI组相比，进入开臂次数百分比、开臂停留时间百分比均小于NI组，进入闭臂次数百分比均大于NI组，但并无统计学差异(P＞0.05)。9、LTP结果:10HI组fEPSP振幅显著高于NI组和3HI组，P＜0.05。10HI组fEPSP斜率增加百分比大于NI组和3HI组，P均＜0.05。10、P20天10HI组子鼠海马Dio2mRNA的表达显著高于3HI组，P＜0.05。10HI组Dio3mRNA的表达低于其他三组，但并无统计学差异，P＞0.05。10HI组TrkA的表达比3HI组显著升高，差异具有统计学意义，P＜0.05。10HI组VEGF mRNA的表达显著高于3HI组和6HI组，差异具有统计学意义，P均＜0.05。11、P20天10HI组子鼠皮层RC3mRNA的表达低于NI组和3HI组，6HI组的表达低于NI组，P均＜0.05。12、子鼠海马BrdU免疫荧光染色，仅在NI组观察到BrdU阳性表达，三个碘过量组均未观察到BrdU阳性细胞。
　　结论:1、母鼠哺乳期碘过量可以导致子鼠碘过量。2、母鼠哺乳期碘过量干扰子鼠甲状腺功能，子鼠甲状腺对碘过量的自身调节机制在出生后第10天左右开始建立。3、哺乳期母鼠中度及以上碘过量可以暂时地影响子鼠小脑发育，但体内碘浓度正常后小脑功能未受损。4、哺乳期母鼠中度及以上碘过量可以暂时地影响子鼠海马空间学习记忆功能，经过训练后可得到改善。5、哺乳期碘过量的子鼠可能存在焦虑倾向。6、未发现轻度碘过量对子鼠小脑发育和功能存在不良影响。7、哺乳期碘过量子鼠海马的突触传递效能增强，改善海马的学习记忆功能。8、哺乳期10倍碘浓度组子鼠大脑皮层和海马两个部位神经细胞内脱碘酶的变化呈反向关系，但相关机制目前尚不清楚。9、神经营养因子NGF和VEGF参与碘过量受损海马功能的重塑过程。10、哺乳期碘过量可能并未影响后代海马神经发生。

目录

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摘要

英文缩略语

第一部分 哺乳期母体碘过量对后代碘营养和甲状腺功能的影响

1 前言

2．1 实验材料

2．2 实验器材与试剂

2．3 实验方法

3．1 各组母鼠和子鼠一般状况

3．2 母鼠碘营养指标

3．3 子鼠血清碘营养指标

3．4 甲状腺组织HE染色

3．5 real-time PCR测定P50天子鼠甲状腺碘代谢相关mRNA的表达

4 讨论

5 结论

第二部分 哺乳期母体碘过量对后代脑发育影响的动物研究

1 前言

2．1 实验动物

2．2 实验器材与试剂

2．3 实验方法

3．1 评估子鼠运动功能

3．2 Morris水迷宫实验结果

3．3 高架十字迷宫(Elevated plus maze，EPM)

4 讨论

5 结论

第三部分 哺乳期母体碘过量对后代脑发育影响机制的探讨

1 前言

2 材料与方法

2．1 实验动物

2．2 实验器材与试剂

2．3 实验方法

3．1 长时程增强

3．2 real-time PCR结果

3．3 子鼠海马免疫荧光染色

4 讨论

5 结论

本研究创新性的自我评价

参考文献

综述 碘与神经发生

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

个人简历