高纤维饮食对高脂子代大鼠学习和记忆能力的影响.pdf

5第35卷 第2期2023年VOL.35NO.22023菏 泽 医 学 专 科 学 校 学 报JOURNALOFHEZEMEDICALCOLLEGEDOI:10.3969/j.issn.1008-4118.2023.02.002高纤维饮食对高脂子代大鼠学习和记忆能力的影响冯慧，郑瑞霞（菏泽市妇幼保健院，山东 菏泽 274000）摘要：目的 研究高纤维饮食（HD）改善高脂饮食（HF）所致子代大鼠学习记忆能力的影响。方法 建立高脂和高纤维不同饮食模型，将孕鼠按照性别不同随机分为对照（CON）组、高脂（HF）组和高纤维（HD）组。首先观察 HF 对不同子代大鼠身长、体重等生长发育指标的影响以及 HD 其中的作用，然后采用 Morris 水迷宫实验观察 HF 及 HD 作用下对不同子代大鼠学习记忆能力的影响。结果 雌雄 HF 组的体重明显高于对照组（P0.05），而 HD 组的体重与 HF 组比较，明显减少（P0.05）。在 Morris 水迷宫实验中发现，HF 子代大鼠的潜伏期时间延长，穿越平台和象限次数与对照组相比也都减少；HD 可明显减少 HF 所致的潜伏期时间变长，穿越平台和象限次数也显著增多。结论 HF 可促进雌雄正常子代大鼠体重增加，但对身长无明显影响。HD 可降低 HF 所致的体重增加，且可改善 HF 所致的学习记忆能力的降低。关键词：高纤维；高脂肪；饮食；子代；学习记忆中图分类号：R-33 文献标识码：A 文章编号：1008-4118（2023）02-0005-05Effect of high fiber diet on learning and memory abilities of offspring rats with high fat dietFENG Hui,ZHENG Ruixia(Heze Maternal and Child Health Care Hospital,Heze 274000,Shandong)Abstract:Objective Abstract:Objective To explore the effect of high fiber diet(HD)on improving the learning and memory abilities of offspring rats induced by high fat diet(HF).Methods Establishing different dietary models of high fat and high fiber,pregnant rats were randomly divided into control(CON)group,high fat(HF)group and high fiber(HD)group according to sex.Firstly,observing the effect of HF on growth and development indicators such as body length and weight of different offspring rats,as well as the role of HD.Then,using Morris water maze experiment to observe the effect of HF and HD on the learning and memory abilities of different offspring rats.Results The body weight(g)of both male and female in HF group was significantly higher than that of the control group(P0.05),while the body weight of the HD group decreased significantly compared to the HF group(P0.05).In the Morris water maze experiment,it found that the latency time of HF offspring rats was prolonged,and the number of crossing platforms and quadrants was also reduced compared to the control group;HD can significantly reduce the latency time caused by HF,and significantly increase the number of crossing platforms and quadrants.Conclusion HF can promote weight gain in male and female normal offspring rats,but has no significant effect on body length.HD can reduce weight gain caused by HF.Moreover,HD can improve the decrease in learning and memory abilities caused by HF.Key words:High fiber;High fat;Diet;Offspring;Learning and memory随着我国经济的快速发展，人民的生活水平不断提高，饮食结构也随之发生了改变，高脂饮食（high-fat diet，HF）所占比例逐步增加。多项研究显示1-3，高脂饮食可增加肥胖症、心脏病的患病率以及癌症的死亡率等，极大影响了人们的身体健康。另有研究发现高脂高糖饮食可导致大鼠的学习记忆能力和突触可塑性降低，长期高脂饮食有发生抑郁情绪障碍的趋势4。6 第35卷 第2期2023年VOL.35NO.22023菏 泽 医 学 专 科 学 校 学 报JOURNALOFHEZEMEDICALCOLLEGE大量证据表明孕妇的健康及心理状况影响到胎儿神经发育以后的轨迹，并有极大可能增加成年后发生疾病的风险5-6。以往研究在临床发现肥胖母亲的新生儿出生体重降低，头围减少，神经行为评分降低7。在目前我国“二胎政策”广泛开展时期，大龄产妇逐年增多，由于对年龄及身体状态的担忧，这种不良情绪不可避免会影响到其后代的生长发育。另外，在我国经济发展的同时，与世界各地饮食文化也交互影响，目前以摄入红肉、糖和饱和脂肪为特色的西方饮食也将极大影响了我国孕妇的饮食方式。有多项研究表明高纤维饮食(HD)可明显改善神经发育的作用，并且具有改善认知障碍的作用8-9。本研究以 HF 饮食子代大鼠为研究对象，探讨 HD 饮食能否改善高脂导致子代大鼠的认知障碍。1材料与方法1.1 动物 所有大鼠均饲养在温度 24、湿度60%、12 h:12 h（8:0020:00 时）光-暗循环的动物房中，自由饮水饮食。实验所有措施均符合动物伦理学规范。将雌性大鼠 230250 g 和雄性大鼠280350 g 按照 3:1 比例于 20:30 时进行合笼，次日上午 8:30 时前对雌性大鼠阴道进行涂片检查。若精子阳性定为妊娠第 0 天，然后将受孕大鼠单笼饲养。1.2 动物分组 将孕鼠按照性别不同随机分为对照（CON）组、高脂（HF）组和高纤维（HD）组。HD 组和 HF 组孕后 014 d 均给以高脂饮食，HD组 14 d 后更换为高纤维饮食。对照组给以普通饮食。子鼠于生后 21 d 断奶并雌雄分笼喂养，且随母鼠自动入组。仅将每窝子鼠 813 只，且雌雄性子鼠均不少于3只的纳入本研究。子鼠生后2个月，从每窝仅取1只雌鼠或（和）雄鼠用于行为学实验。CON、HD 和 HF 组各选取 10 只，其中雌雄各 5 只。出生后连续分别测量 21 d 身长（cm）和体重（g）。1.3 Morris 水迷宫（MWM）实验 MWM 实验分为定位航行及空间探索两部分。将一深度约 30 cm水的圆形水池分为西南（SW）、东南（SE）、东北（NE）及西北（NW）四个象限。一个隐藏的平台（直径：12 cm）被放在水面以下 1.5 cm 的SW 象限中心。为了防止大鼠看到平台影响追踪，在水中添加了食品级黑色素。定位航行实验用于训练并检测子鼠的空间学习能力。大鼠连续 5 d 进行定位航行训练，每天训练 3 次，测量大鼠找到平台的潜伏期。空间探索实验用于测量大鼠学会寻找隐藏平台后，对其空间位置记忆的能力。第 6 d 撤除平台，在 NW 象限将大鼠面向池壁放入水中。记录大鼠120 s 内在原平台所在 SW 象限停留时间及跨过原平台相应位置的次数。1.4 统计学处理 所有数据用xs表示，采用SPSS20.0 进行单因素方差分析，以P0.05 表示差异具有统计学意义。2结果2.1 高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠身长的影响 雌性子代大鼠身长变化趋势与雄性子代大鼠基本一致，雌雄子代各组大鼠之间比较差异无统计学意义（F（2，12）=3.63，P=0.059，见图 1A），雌性子代身长也出现类似结果（F（2，12）=0.556，P=0.588，见图 1B）。2.2 高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠体重的影响 雄性 HF 子代体重与对照组相比，明显升高（F（2，12）=25.396，P0.01；HF vs CON，n=5），体重增长曲线明显右移（图 2 A）。而 HD 组体重与HF 组相比，体重明显降低，体重增长曲线明显左移。雌性子代大鼠体重变化趋势与雄性子代大鼠基本一致（F（2，12）=120.417，P0.01；HF vs CON，P0.01；HD vs HF，n=5；见图 2B）。2.3 高纤维饮食对高脂子代大鼠空间学习的影响 各组子代大鼠进行连续 5 d 的寻找隐藏平台的学习训练。HF组MWM连续5 d的潜伏期较CON延长，而 HD 组潜伏期时间与 HF 组相比明显减少（F（2，12）=58.178，HF vs CON，P0.001；F（2，12）=101.253，HF vs HD，P=0.001，n=5，见图 3）。结果表明高纤维饮食可改善高脂所致子代大鼠的学习能力障碍。2.4 高纤维饮食对高脂子代大鼠空间记忆的影响 7第35卷 第2期2023年VOL.35NO.22023菏 泽 医 学 专 科 学 校 学 报JOURNALOFHEZEMEDICALCOLLEGEHF 组子代大鼠所在 SW 象限停留时间百分比与CON 组相比明显减少；而 HD 可显著提高子代大鼠 SW 象限停留时间（F（2，12）=7.876，HD vs CON，P0.001；F（2，12）=20.832，HF vs HD，P=0.001，n=5；见图 4A）。同样，在穿过 SW 象限次数结果中，发现类似结果。数据说明 HD 同样可以逆转 HF 所致的空间记忆障碍。HD 组成年子鼠在平台所在的 SW 象限停留时间百分比和穿过SW 象限次数（F（2，12）=4.765，P=0.006；HD vs CON，P=0.008；F（2，12）=61.089，HF vs HD，P=0.039，n=5；见图 4B）均显著高于 CON组和 HF 组。这些数据表明，HD 可逆转 HF 引起的空间记忆提取障碍。图 1A高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠身长的影响图 2A高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠体重的影响图 2B高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠体重增长率的影响 （*P0.01vsCON；#P0.01vsHF）图 3高纤维饮食对高脂子代大鼠学习能力的影响图 4A高纤维对高脂子代大鼠记忆能力的影响 SW 象限航行时间Escape latency(s)Time percentage in the platform(%)Time percentage in the SW quadrant(%)15010050054321050403020100D1 D2 D3 D4 D5Male FemaleProbe test-Day 6Probe test-Day 6Male FemaleABM-CONM-HFM-HDF-CONF-HFF-HDCONHFHDWeight(g)Weight(g)806040200D0 D7 D14 D21Days(d)Day 21Male FemaleABM-CONM-HFM-HDF-CONF-HFF-HDCONHFHD8040200图 4BSW象限穿越次数（*P0.05，*P0.01，HDFvsCON；#P0.05，HFvsHD）图 1B高纤维饮食对高脂饮食子代大鼠身长增长率的影响8 第35卷 第2期2023年VOL.35NO.22023菏 泽 医 学 专 科 学 校 学 报JOURNALOFHEZEMEDICALCOLLEGE3讨论据统计，在美国，大约27%的育龄妇女超重25 kg/m2体重指数（BMI）30 kg/m2，37%为肥胖（BMI 30 kg/m2）10-11，而且近十年美国孕前肥胖率上升了 70%。欧洲的发展趋势与美国相似。最新数据显示英国母亲肥胖率超过 25%，另外五个欧洲国家肥胖率也超过全球 20%的国家12。而且发展中国家的母亲超重和肥胖也在增加，尤其是生活在城市环境中的孕妇13。大量流行病学研究也发现，母亲肥胖与后代的不良神经发育密切相关，并且母亲肥胖的等级决定了后代发育不良、认知迟缓、多动症等的程度14。有研究发现孕期妇女所受到内外环境变化及精神心理因素等刺激，通过影响宫内坏境的改变而影响胎儿的发育，如会导致胎儿颅骨畸形，心肌结构受损等，对胎儿的生理系统产生长远影响15-16，并且母亲肥胖与后代神经发育障碍有一定关系17。Vishal Kothari等研究发现高脂饮食可导致小鼠产生胰岛素抵抗出现肥胖与认知障碍18。因此，寻找有效缓解肥胖妇女后代不良发育安全、有效的方法成为研究热点。本次研究结果也进一步证实了高脂饮食可明显增加子代大鼠的体重，无论是雄性还是雌性表现出同样的结果，而且从体重增长率无明显不同，可以看出，此种影响是比较稳定的。然而在高纤维的作用下，高脂所致促进体重增加的作用明显受到抑制，削弱高脂饮食的促进体重增长的效应，体重增长率基本恢复正常水平，雌雄之间结果基本相同，结果表明高纤维饮食可有效干预高脂所致子代的肥胖。在对子代身长影响中发现，高脂饮食与对照组相比，结果无明显差异。说明高脂饮食只是影响到体重的增加，而对身长无明显差异。说明无论高脂饮食和高纤维饮食，只是对子代大鼠的体重有影响，而对体长的增长无明显作用。高脂饮食是否会影响子代大鼠的学习记忆，我们采用公认的 Morris 水迷宫实验作为研究学习记忆能力的方法，通过检测寻找逃生平台的潜伏期判断以及穿越平台和象限次数探究其空间学习记忆能力。在水迷宫试验中，结果发现高脂导致雌雄子代大鼠潜伏期时间均明显增加，表现出学习记忆能力的下降，证实高脂饮食可显著加剧雌雄子代大鼠的记忆能力障碍。而在高纤维饮食作用下，可明显缩短高脂所致的潜伏期增加，穿越平台和象限次数和高脂组相比，也明显增多。结果初步验证高纤维饮食可有效改善高脂所致的认知障碍。综上所述，研究结果发现高脂可导致子代大鼠出现体重增加，认知功能出现障碍，而高纤维可明显改善高脂所致的负性影响。其中具体作用机制，有待下一步继续研究探讨。参考文献：1 Noto H,Goto A,Tsujimoto T,et al.Low-carbohydrate diets and all-cause mortality:a systematic review and meta-analysis of observational studiesJ.PLoS One,2013,8(1):e55030.2 E Kesse,F Clavel-Chapelon,M C Boutron-Ruault.Dietary patterns and risk of colorectal tumors：a cohort of French women of the National Education 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