叶酸是人体必需的膳食维生素之一，缺乏叶酸可能会诱发神经管缺陷、心血管疾病以及其他先天性疾病。人体无法自主合成叶酸，只能从食物中获取。良好的天然膳食叶酸来源包括新鲜的绿色蔬菜、动物内脏以及禽蛋蛋黄。利用基因工程技术对植物的合成代谢途径进行调控和作物改良已成为解决叶酸缺乏所导致健康问题的一种常见方法。近年来，脂多糖（LPS）诱导的神经管缺陷模型已被应用于神经管缺陷的研究。农业农村部蛋品加工重点实验室、华中农业大学食品科学技术学院的李小萌、王玉林、蔡朝霞*等旨在探究天然蛋源叶酸和化学合成叶酸在LPS诱导孕鼠氧化应激的健康效应及胎鼠神经管缺陷的保护作用，揭示不同来源叶酸的生物学特性及其在预防神经管缺陷中的作用机制差异，以期为寻找有效的预防和治疗策略提供理论依据。![]()
孕鼠的健康状况直接影响胎鼠的发育环境。FH组中孕鼠的体质量整体趋势高于MG组（表2），说明蛋源叶酸的摄入有利于减少LPS引起的体质量下降。MG组孕鼠产仔平均只数最少（5 只（43/8）），并且伴随早产现象。CG组和叶酸干预组中并没有出现早产现象。值得注意的是，MG组中流产率高达67.65%，而这一现象在FH组中得到了显著的改善（P＜0.05），流产率下降了29.19%（表3）。FA组和FL组的流产率分别为63.64%和60.00%，均低于MG组。FH组中孕鼠无早产现象并且每只孕鼠的平均胎鼠数为8 只（61/8），高于MG组的5 只（43/8）。同时，可以观察到MG组中胎鼠伴随着脑部显著畸形的现象（图2）。CG组和实验组胎鼠脑部外观并未出现明显的膨出和畸变，其中FL组和FH组胎鼠外观与CG组接近。王龙同样发现叶酸可以减少全反式维甲酸诱导的胎鼠的脑部畸形。FH组中胎鼠的体质量高于CG组和MG组（表3），说明蛋源叶酸可以有效预防LPS导致的胎鼠神经管畸形并降低流产率，其中高剂量的蛋源叶酸效果最好，合成叶酸和低剂量的蛋源叶酸也有一定的改善效果。![]()
孕鼠血清中的5-MTHF以及相关酶在叶酸代谢途径中起着重要作用，它们的水平影响叶酸的生物利用率，进而影响神经管的发育。图3A中MG组孕鼠血清中5-MTHF质量浓度为23.51 ng/mL，显著低于CG组（48.89 ng/mL）（P＜0.05）。与MG组相比，FH组中5-MTHF的质量浓度显著提升至39.22 ng/mL，FA组和FL组也有不同程度提升（P＜0.05）。MTHFR能够调节叶酸的合成、修复DNA功能等生物学过程。DHFR是将二氢叶酸还原为四氢叶酸的关键酶。由图3B、C可知，与CG组相比，MG组中DHFR和MTHFR含量均显著降低（P＜0.05）。FH组中DHFR和MTHFR含量均显著高于MG组（P＜0.05）。高水平的DHFR说明孕鼠对叶酸的代谢能力较强。MG组中肠道MTR含量显著低于CG组（P＜0.05）（图3D）。这是由于LPS的干预降低了孕鼠体内正常的叶酸代谢。FH组中3 种叶酸相关酶的水平均显著高于MG组（P＜0.05）。抗氧化能力是评估细胞抵御氧化应激能力的重要指标。在胚胎发育过程中，神经管的发育对于细胞外环境的氧化状态非常敏感。T-AOC能够衡量生物体内抗氧化能力。T-SOD活性可以反映细胞对超氧自由基的清除能力。GSH-PX在机体内起着清除氢过氧化物等有害物质的作用。Hcy是氧化应激和炎症的标志物之一，其水平的升高通常与氧化应激、炎症和心血管疾病等病理状态相关。MDA含量可以反映生物体内脂质过氧化的程度，也是氧化应激水平的一个重要指标。MG组中T-AOC、GSH-PX、T-SOD水平显著低于CG组，而Hcy、MDA水平显著高于CG组（P＜0.05）（图4）。MG组中高水平的Hcy说明孕鼠体内氧化应激水平处于较高状态，蛋氨酸的代谢效率低下，导致Hcy的堆积。而MDA的增加说明脂质过氧化的严重程度增加，细胞膜受损加剧。合成叶酸和蛋源叶酸饲喂后的孕鼠血清中的T-AOC、GSH-PX和T-SOD水平的升高说明在孕期补充叶酸均有助于恢复孕鼠的抗氧化能力。此外，FA组、FL组和FH组孕鼠血清中Hcy和MDA的水平均显著低于MG组（P＜0.05），这说明叶酸能够通过调节孕鼠体内Hcy的代谢状态，减少氧化应激相关的病理过程。其中，高剂量的蛋源叶酸在恢复孕鼠抗氧化能力和减轻氧化应激方面具有更好的潜力。胎盘连接孕鼠和胎鼠，其健康状态能够同时反映两者的健康状况。CG组的孕鼠胎盘结构正常，绒毛细胞排列紧密，血管自然零星分散，呈现健康状态（图5）。MG组孕鼠胎盘出现了明显异常和病理性损伤，具体表现为中间绒毛细胞间隙塌陷，排列疏松，绒毛血管增生并且出现血管壁病变现象。这是由于LPS刺激导致了孕鼠胎盘损伤。FA组的绒毛细胞塌陷程度减轻，排列较为疏松。这表明合成叶酸能够修复胎盘结构异常，减轻绒毛细胞塌陷程度，但仍然存在坏死的情况。FL组和FH组的绒毛细胞排列紧密，中间塌陷情况消失，能对胎盘结构起到更好的保护效果。整体而言，蛋源叶酸能够保护胎盘结构并减少LPS引起的胎盘结构病理性损伤。![]()
为探讨不同来源叶酸是否能够通过维持母体内环境稳定影响胎鼠的健康，研究了胎鼠大脑的氧化还原内稳态。SOD和CAT是细胞内重要的抗氧化酶，主要负责清除氧化应激产生的超氧离子和过氧化氢等活性氧自由基，保护细胞免受氧化损伤。CG组胎鼠大脑皮层中SOD活性、CAT活性、GSH含量均处于较高水平，说明CG组的胎鼠具有良好的抗氧化能力，整体处于较低的氧化应激水平（图6）。MG组小鼠大脑的SOD活性、CAT活性、GSH含量均显著低于CG组，说明胎鼠抗氧化能力严重受损，氧化还原内稳态失衡。合成叶酸和蛋源叶酸组中SOD活性、CAT活性、GSH含量均显著高于MG组（P＜0.05），说明孕鼠服用两种来源的叶酸均能恢复胎鼠大脑皮层的抗氧化能力，减少氧化应激引起的抗氧化酶活性和GSH含量的下降。其中FH组的恢复效果更好，这可能是因为该剂量下蛋源叶酸中的5-MTHF充足且能够被孕鼠直接利用，对抗氧化能力的恢复有直接的促进作用，这与孕鼠体内氧化还原稳态的研究结果一致。综上，LPS刺激会同时导致孕鼠和胎鼠氧化应激，而在孕期增加叶酸的摄入可以保护机体免受氧化损伤。其中，蛋源叶酸对抗氧化能力的恢复有更好的效果。通过组织病理学分析可以观察胎鼠脑部神经组织的整体结构，有助于研究神经系统的发育和病理变化。从图7A可以看出，CG组的胎鼠第一脑室和第二脑室呈对称生长，神经元和星形胶质细胞排列紧密。这表明胎鼠脑部结构正常，发育良好。与之相反，MG组胎鼠第二脑室出现明显的畸形和膨出现象，第三脑室中有弥浸性出血，组织空洞，排列疏松（图7B、C）。这表明LPS的干预导致胎鼠脑部结构出现严重的异常，这可能是由于炎症反应和氧化应激导致的脑部损伤。提前饲喂叶酸防止了LPS刺激所导致的胎鼠脑部畸形和膨出现象的发生，并且胎鼠的左右脑室呈健康的对称生长。FH组中胎鼠脑部的神经元和星形胶质细胞排列紧密，与CG组接近，说明蛋源叶酸对脑部结构的保护作用可能更强。这为蛋源叶酸在保护胎儿脑部发育中的应用提供了潜在的理论依据。![]()
针对与神经管发育和功能相关的蛋白质进行标记和检测，可以了解其在缺陷部位的表达水平和分布情况，有助于进一步研究叶酸对神经管缺陷的影响。BAX通常与促凋亡有关，在没有外界刺激的情况下，CG组胎鼠脑部BAX蛋白的表达水平较低。LPS的刺激导致MG组胎鼠脑部BAX蛋白表达显著增加（P＜0.05）（图8A、D）。叶酸能够调节神经管细胞增殖与凋亡，FH组中BAX蛋白的表达低于FA组，这可能是由于蛋源叶酸能够被孕鼠高效地消化吸收并且减轻机体的氧化应激，使胎鼠处于接近健康状态的内环境，更有利于神经管细胞的存活和增殖。Bcl-2蛋白是细胞存活促进因子，在孕期补充叶酸后，胎鼠脑部Bcl-2蛋白表达均显著增加（P＜0.05），尤其是饲喂蛋源叶酸的胎鼠中促神经管细胞增殖的蛋白表达水平更高（图8B、E）。PCNA是参与DNA合成和细胞增殖的蛋白质，通常被用作细胞增殖的标志物。在LPS的刺激下，细胞会降低增殖和生长活动以应对炎症环境。MG组胎鼠脑部细胞PCNA表达下调（图8C、F），因为炎症环境下细胞增殖被抑制，并且存在细胞损伤和死亡的现象。两个蛋源叶酸组中胎鼠脑部PCNA表达较高，表明脑部组织正在经历修复过程。蛋源叶酸作为VB9的来源，是DNA合成和细胞增殖的重要营养素。孕鼠长期灌胃蛋源叶酸削弱了LPS的刺激对胎鼠神经管的损伤，促进了脑部细胞的增殖，减少细胞凋亡，进而促进Bcl-2和PCNA表达的增加。NCAM1在神经系统发育和功能中发挥关键作用。它可以提供关于神经发育、神经管闭合和细胞间相互作用等方面的信息。MG组中NCAM1蛋白表达的减少（图9）说明LPS注射后，胎鼠脑部神经元发育和突触形成受到了影响，导致神经元之间的黏附和连接受损。在饲喂叶酸组中，NCAM1蛋白的表达均显著增加（P＜0.05），这表明叶酸干预有助于促进神经元的正常发育和连接。FH组中NCAM1蛋白的表达接近CG组小鼠，这为蛋源叶酸在促进神经发育和保护方面的应用提供了理论基础。![]()
实时PCR可以提供高灵敏度和高特异性的定量信息，从而深入了解神经管缺陷和炎症状态之间的关系。IL-6、IL-1β、MCP-1、iNOS和TNF-α是典型的炎症介质，它们在免疫细胞激活和炎症细胞浸润的过程中发挥着关键作用。MG组中炎症因子mRNA的相对表达量的显著升高表明LPS触发了免疫细胞的活化和炎症细胞的浸润（图10）。同时，MG组中抗炎因子IL-10 mRNA相对表达量的减少加剧了机体炎症的程度，因为IL-10通常起到负反馈调节炎症反应的作用。合成叶酸和蛋源叶酸组中IL-6、IL-1β、MCP-1、iNOS和TNF-α mRNA相对表达量显著降低（P＜0.05），表明叶酸干预能够有效抑制炎症因子的产生，减轻炎症反应的程度。补充叶酸后胎鼠脑部IL-10 mRNA相对表达量增加，这有助于维持细胞因子的平衡从而发挥抗炎作用。蛋源叶酸干预可以通过抑制炎症因子的产生、增加抗炎因子的水平，减轻炎症反应对神经管细胞的损伤。这些发现为叶酸在调节炎症过程中的作用提供了重要的证据，再次表明其在神经管发育和保护中的潜在应用价值。在受孕期间摄入叶酸显著改善了LPS诱导的孕鼠氧化应激、胎鼠的神经管缺陷和炎症反应。合成叶酸在改善机体氧化应激以及减轻炎症反应的效果上优于蛋源低剂量叶酸，但是在减少神经管缺陷的发生、保护胎盘以及维持胎鼠正常发育方面的效果不如低剂量的蛋源叶酸。并且蛋源高剂量叶酸（8 mg/kg）能够提高胎鼠氧化还原能力、维护细胞因子平衡并保护胎鼠神经管发育。这说明蛋源叶酸可以通过提高叶酸相关酶的活性促进叶酸活性成分的消化吸收，从而平衡孕鼠和胎鼠的氧化还原内稳态。同时，蛋源叶酸能够降低孕鼠胎盘损伤来保证胎鼠在子宫中良好发育，降低胎鼠神经管缺陷发生概率，维护胎鼠炎症因子平衡，调节神经管细胞增殖和生长。本研究为蛋源叶酸保护神经管缺陷提供了理论依据。![]()
蔡朝霞，华中农业大学教授，博士生导师，电子邮箱为caizhaoxia@mail.hzau.edu.cn。研究领域为禽蛋蛋白质功能性修饰与改性。湖北省杰出青年基金获得者，江苏省“双创计划”领军人才、山东省发改委重点扶持区域引进急需紧缺人才、中国蛋品加工业“十大杰出人物”；现任亚洲蛋品协会常务理事、湖北洪山实验室固定成员、中国畜产品加工专业委员会委员、湖北省科技特派员。获得湖北省科技进步二等奖1 项，湖北省科技进步一等奖2 项，美国家禽协会PSA年度研究奖。制订农业部/商务部行业标准5 项、主持国家自然科学基金2 项、科技部重大星火项目、农业部公益性行业专项、湖北省杰出青年基金、湖北省科技厅农业农村领域科技计划项目重点研发专项、山东省科技型中小企业创新能力提升工程项目等20余项。以第一作者和通信作者在国内外发表相关研究学术论文70余篇，其中SCI 50余篇、EI收录6 篇；授权发明专利8 项、主持成果鉴定1 项，参与完成鉴定成果4 项。
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李小萌，2022级博士研究生，导师为蔡朝霞教授，研究方向为蛋品肉品科学。已经以第一作者身份在Food Chemistry、Food Bioscience、 Food Science of Animal Products等杂志发表SCI 5 篇。
本文《蛋源叶酸对脂多糖诱导孕鼠氧化应激健康效应及胎鼠神经管缺陷的保护作用》来源于《食品科学》2023年45卷第21期48-57页，作者：李小萌，王玉林，孙浩洋，徐李根，黄 茜，盛 龙，蔡朝霞*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240514-107。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
实习编辑：天津商业大学 梁雯菁，责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。
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