吉林农业大学杨连玉教授团队--膳食铜对大鼠青春期起始的影响:可能机制 | MDPI Nutrients

青春期发育延迟或异常已成为全球性公共卫生问题，全球约5%-10%青少年受其影响，我国沿海女性性早熟发生率逐渐提高，这类异常不仅增加多囊卵巢综合征、不孕等生殖疾病风险，还易引发焦虑、抑郁等心理问题。青春期启动由下丘脑 - 垂体 - 卵巢轴 (HPOA) 激活驱动，下丘脑促性腺激素释放激素 (GnRH) 调控垂体分泌促卵泡素 (FSH)、促黄体素 (LH)，进而促进性腺激素合成与性成熟，其启动时机由遗传、环境、营养共同调控，营养更是感知生殖准备状态的关键代谢信号，微量营养素缺乏易致青春期延迟，充足营养则利于 HPOA 轴及时激活。

铜是参与神经内分泌调节、类固醇合成和抗氧化防御的必需微量元素，其稳态紊乱与青春期发育异常相关：铜过量引发的肝豆状核变性伴性早熟，铜缺乏导致的门克斯病易致青春期延迟，但现有研究多宏观描述铜的生殖效应，针对青春期的铜添加方案及作用机制尚未明确。

吉林农业大学杨连玉教授团队在Nutrients 期刊发表研究，利用雌性SD大鼠模型揭示了适宜剂量的日粮铜通过激活下丘脑PKC通路，协同调控KISS-1/GPR54肽信号系统与GABA能神经递质通路，进而促进大鼠青春期启动和HPOA轴激活的分子机制。

如图1所示，基于苏木精染色阴道涂片的大鼠不同发情周期细胞特征，为保证试验一致性，所有样品均在第二次发情前期采集。研究发现随着日粮铜添加量增加，D 组初情期年龄最早，显著低于对照组 A 组及 E 组，但与 B 组、C 组无显著差异。

如表1所示，大鼠血清中 GnRH、FSH、LH、E₂ 等生殖激素水平均随日粮铜添加量增加呈先升后降趋势，其中 D 组 GnRH 水平最高，C 组 FSH 水平最高，C、D 组 LH 和 E₂水平均显著升高，整体表现出适宜铜剂量可正向促进生殖激素分泌的剂量依赖性效应。

如图2所示，HPOA 轴生殖激素及其受体的 mRNA 表达均随日粮铜添加量呈先升高后降低趋势，D 组下丘脑 GnRH、垂体 GnRH-R 与 LH 的 mRNA 表达量最高，同时卵巢 LH-R、FSH-R、E₂及 E₂-R 的 mRNA 表达也显著升高，整体体现出适宜铜剂量对 HPOA 轴基因表达的正向调控效应。

如图3所示，铜处理显著改变大鼠下丘脑基因表达谱，差异基因富集于 GnRH、GABA 能突触等生殖调控通路；分子验证显示，铜可通过上调 KISS-1/GPR54 和 PKC 表达、抑制 GABA 能信号，激活下丘脑 GnRH 相关通路，为其调控青春期启动提供了分子依据。

如图4所示，对原代培养 7 d 的大鼠下丘脑混合神经元进行 NSE 免疫荧光鉴定，结果显示细胞纯度较高，表明本试验成功构建了稳定的下丘脑神经元培养体系。如图5所示，大鼠下丘脑混合神经元活性与培养液中 GnRH 含量均随铜离子浓度升高呈先上升后下降趋势，其中 46.8 μmol/L 为后续试验的最适处理浓度。

本研究首次证实了SD大鼠摄入45 mg/kg的铜可以促进青春期发育。在该动物模型中，潜在的机制涉及激活下丘脑PKC通路，介导铜诱导的神经内分泌系统级联调节。这一过程抑制GABA能神经传递和GABA受体表达，缓解其对生殖轴的抑制状态；同时激活KISS-1/GPR54-GnRH系统，促进LH和FSH分泌，有效调节HPOA轴活性，最终促进大鼠的初情期启动。