孕期锌营养水平对儿童神经发育的影响及机制研究

Zinc deficiency is common in pregnant women. Whether zinc deficiency during the fetal stage affects the development of neural function in offspring is still lacking sufficient epidemiological evidence and the mechanism behind this effect is still unclear. Zinc deficiency can cause cognitive impairment by increasing DNA methylation of BDNF and reducing the expression of BDNF. This study hypothesized that such damage would affect the neurodevelopment of offspring through epigenetics, which was verified by combining population epidemiological investigation and animal experiments. First, the relationship between maternal serum zinc levels during pregnancy and neurodevelopment of child aged 2-3 years was researched based on the birth cohort. Then ELISA, ICP-MS, Western blot, qRT-PCR, qMS-PCR and Sequenom sequencing were used to detect the zinc levels of maternal and offspring rats and the expression of DNMT1, DNMT3a, MeCP2, BDNF, GADD45b mRNA and protein and DNA methylation pattern of exon IX of BDNF in offspring rats. To explore the mechanism of zinc levels during pregnancy affects the neural development of offspring by regulating the methylation of BDNF-related genes, and to provide theoretical basis for reasonable zinc supplementation during pregnancy.

孕期妇女普遍缺锌，子宫内缺锌是否影响子代神经功能发育尚缺乏充足的流行病学证据，以及这种效应背后的机制尚不清楚。现有的研究表明锌缺乏可通过增加脑源性神经营养因子(BDNF)甲基化，降低BDNF的表达，引起认知功能的损害。本研究假设这种损伤会通过表观遗传影响子代神经发育，结合人群流行病学调查和动物实验进行验证。首先基于出生队列评估母亲孕期血清锌浓度对2-3岁儿童神经发育的影响；其次采用 ELISA、ICP-MS、Western blot、qRT-PCR、qMS-PCR及 Sequenom 短序测序等方法检测：母鼠和子代大鼠的锌浓度及子代大鼠DNMT1、DNMT3a、MeCP2、BDNF、GADD45b mRNA 与蛋白表达以及BDNF外显子IX的DNA甲基化模式，探讨孕期锌干预通过调节BDNF相关基因甲基化水平影响子代神经发育的作用机制，为孕期锌合理补充提供理论依据。

本项目通过人群流行病学研究探讨孕期锌营养水平对儿童神经发育的影响，并同时检测分析了其他21种金属和类金属元素的水平与儿童神经发育的关系。首先采用前瞻性队列研究设计，在孕期收集母亲的流行病学信息和生物样本，在子代2-3岁时进行随访，采用格塞尔发育诊断量表进行幼儿神经发育评估并收集流行病学信息和生物样本。采用多重线性回归分析锌与幼儿神经发育评分的关系，经弹性网络回归筛选后，采用多元线性回归模型评估金属与幼儿神经发育之间的关系。通过贝叶斯回归模型(BKMR)来评估多种金属混合物与结果之间可能的联合效应。研究发现，孕期血清锌水平和与幼儿神经发育评分无显著相关关系，但是锌铜比与儿童的适应性行为、精细运动正相关。同时产前暴露于Al、Ba、Cd、钼(Mo)、铅(Pb)、锑(Sb)、锶(Sr)，产后暴露于钴(Co)、Cd、锡(Sn)、铁(Fe)、镍(Ni)、硒(Se)与婴儿神经发育有关。其中产前铝（Al）暴露与幼儿精细运动、适应性、语言和社交发育商呈负相关。产前镉(Cd)暴露与大运动发育商负相关，产后镉暴露与语言发育商负相关。分层分析表明，不同性别婴儿对金属接触的敏感性不同，在妊娠早期和中期金属暴露对神经行为发育的影响更为显著。BKMR分析显示，Al、Cd和硒(Se)对语言发育商有负联合效应;产后Cd暴露在这一关系中起主要作用。根据流行病的研究发现，采用动物实验研究孕期锌铜比对子代大鼠神经发育的影响及机制。采用9 周龄 SPF 级健康未孕雌性 SD 大鼠，将24只大鼠随机分为四组，每组6只，第一组 ：自由食用Zn/Cu=1.4的饲料；第二组：自由食用Zn/Cu=5.0的正常饲料;第三组：食用Zn/Cu=16.7的饲料；第四组则为配饲喂养组食用Zn/Cu=5.0的正常饲料, 但进食量限制为第一组大鼠前一日的进食量。Morris水迷宫测试结果显示，低锌铜比组具有更低的学习记忆能力和较低的游泳速度。Western blot检测结果显示，各组幼鼠BDNF水平差异不显著。综上，本项目通过职业人群流行病学、动物实验两方面的研究，表明孕期锌营养水平与儿童神经发育无显著关系，但是锌铜比过低会降低子代的学习记忆和运动能力。