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生命早期是指从怀孕的胎儿期到婴儿的2岁时间,大约1000天左右。在这段时间里的营养状况,将影响个体成长发育以及成年后的健康状态,因此被世界卫生组织定义为一个人生长发育的"机遇窗口期”,也就是说,人体如果在这段时间缺乏某种营养,很有可能导致成年后发生一系列疾病。
1989年,David Barker博士根据大量流行病学的研究提出了“健康与疾病的发育起源(Developmental Origins of Health and Disease, DOHaD)”的假说。当子宫环境不利时,如营养元素缺乏条件,胎儿在发育过程中则需要预测和适应性地调控基因表达以减少不利环境的影响。这种适应性基因调控的影响可能一直延续到出生后,最终导致成年后疾病的发生。
根据DOHaD假说,科学家们开始研究,寻求代谢与衰老的秘密。
西湖大学生命科学学院吴连锋团队近日发表在《Cell Reports》上的一项新研究表明,生命早期维生素B12 (简称B12)的缺乏会引起成年期肥胖或生殖缺陷,也就是不孕不育。
B12是生物体必需的一种微量营养素,人体无法自行合成,必须通过一些外源性的食物获取,例如肉类。在婴幼儿和青少年的发育活跃阶段,B12缺乏的现象较为常见。近期临床研究发现,母亲在妊娠期缺少B12会诱发孩子产生胰岛素抵抗、脂质代谢异常等代谢紊乱,这说明,生命早期B12的缺乏会导致成年后代谢性疾病的发生。
在吴连锋团队的研究中,他们以秀丽隐杆线虫(简称线虫)为模型,观察到生命早期B12的缺乏会导致成年线虫脂质水平升高和生殖能力显著下降。在母亲线虫摄入充足的B12之后,子代线虫哪怕不额外补充B12,其成年后的脂质含量和生殖能力也能恢复至正常水平。
同时,研究团队通过给不同发育阶段的线虫补充B12后发现,只有在生命早期发育阶段补充B12,线虫的脂肪水平和生殖能力才能恢复正常。
为什么B12 能决定线虫成年期脂质含量和生殖水平?
首先,B12是甲硫氨酸循环代谢途径中的关键辅因子。甲硫氨酸是人体的必需氨基酸之一,甲硫氨酸循环代谢途径为生命体生长提供了多种原料。研究团队证实甲硫氨酸循环-SBP-1/SREBP1信号通路参与了B12跨时空调控生命体代谢与生殖的过程,阻断甲硫氨酸循环会激活固醇调节元件结合蛋白SBP-1/SREBP1,引起线虫的脂质水平显著升高。
其次,生命早期B12缺乏使内源性长链多不饱和脂肪酸水平升高,造成机体毒性脂质过氧化物的累积,进而诱发了生殖细胞的铁死亡,导致了线虫的生殖缺陷。
知道生命早期B12调控成年期性状的分子机制后,能否利用这些作用通路来找到靶点,进而逆转生命早期维生素B12缺乏所导致的肥胖和不孕不育?
研究团队在实验中发现,在发育后期利用RNA干扰技术阻断SBP-1/SREBP1和脂质合成通路,或者向线虫补充铁死亡抑制剂,都可以部分挽救B12缺乏线虫的生殖缺陷,而这些结果提示了这些分子有望成为相关成年期代谢疾病的治疗靶标。
代谢性疾病的成因复杂,上述提及的生命早期维生素B12缺乏是成年肥胖和不孕不育的多种成因之一。吴连锋团队近期的发现为临床指导孕期和儿童时期的营养摄入提供了理论支持,也为肥胖、II型糖尿病、多囊性卵巢综合征等可能具有早期起源特征的代谢疾病的基础与临床研究提供了新的思路。