增加饮食中的叶酸含量会降低果蝇（Drosophila melanogaster）的存活率，并改变其在缺氧后24小时内的攀爬行为

《Behavioural Brain Research》：Increased dietary levels of folic acid reduce survival and alters climbing behaviors 24 hours after hypoxia in male and female Drosophila melanogaster

叶酸过量摄入对果蝇缺氧模型的影响研究。采用w1118品系果蝇，在补充100μM叶酸（FAD）或对照组（CD）条件下，观察幼虫逃避行为及成虫攀爬和生存能力。结果显示FAD组果蝇缺氧后急性死亡率显著升高，且运动能力受损，但脑组织凋亡无差异。证实过量叶酸摄入可能加剧缺氧相关健康问题。

　　

Siddarth Gunnala|Alisha Harrison|Amber Juba|Paula Ashcraft|Meher Garg|Teodoro Bottiglieri|Lori M Buhlman|Nafisa M. Jadavji

美国亚利桑那州格伦代尔市中西部大学研究生院生物医学科学项目

摘要

缺氧是缺血性中风的主要成分之一。随着全球人口老龄化以及肥胖等风险因素的增加，缺血性中风的发病率预计将会上升。营养是可改变的缺血性中风风险因素。在美国和其他国家，人们摄入的叶酸（FA）量越来越多，甚至超过了推荐每日摄入量，这已成为一个日益严重的问题。目前尚不清楚过量摄入叶酸对缺氧的影响。本研究旨在利用黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）作为模型，探讨增加膳食中叶酸含量对缺氧结果的影响。将成年雌性和雄性w^{1118黑腹果蝇分别置于对照组（CD）和含有100 μM叶酸的饮食组中。在5至6天大时，这些果蝇后代被置于缺氧环境中两小时，随后恢复到正常氧合条件。我们观察到缺氧状态下果蝇的逃逸行为，证实了它们确实暴露在缺氧环境中。通过液相色谱-串联质谱分析发现，叶酸组果蝇体内的叶酸水平高于对照组。研究结果显示，叶酸组果蝇在急性缺氧条件下的死亡率更高；此外，缺氧后的叶酸组果蝇缺乏攀爬的动机。在正常氧合条件下，叶酸组果蝇在攀爬过程中的下降速度更快。有趣的是，叶酸并未对缺氧后脑组织中的细胞凋亡产生影响。}

引言

叶酸（FA）在妊娠期间起着重要作用，因为此时对叶酸的需求显著增加。妊娠期间叶酸摄入不足会导致婴儿神经管缺陷（NTD）[1]。1998年，美国和加拿大政府开始在食品中添加叶酸以降低NTD的发病率。此外，通过合理饮食和补充剂来优化健康的理念逐渐流行，尤其是在神经系统疾病方面[2]。后续的研究主要集中在叶酸缺乏的不良反应和风险上[3]。然而，叶酸摄入量增加对其他健康结果的影响尚不明确。

有研究表明，过量摄入叶酸可能对健康有害[4]、[5]、[6]，包括促进肿瘤发生[4]、[5]、在B12水平降低时产生负面相互作用[6]，以及母亲在妊娠期间摄入过多叶酸会对后代产生不良影响[7]。美国疾病控制与预防中心建议成年人每日摄入400 μg叶酸[8]。过量补充定义为每日摄入超过1000 μg叶酸[9]。一项美国的研究显示，样本人群中（不包括孕妇和哺乳期妇女）有54.9%的人每天摄入的叶酸量达到或超过400 μg[10]。 在未强制要求食品添加叶酸的地区，对于中风高风险人群来说，补充叶酸具有积极作用[11]、[12]。一项体外研究表明，在人类单核细胞THP-1细胞中，预先补充4 μg/mL叶酸可抑制炎症反应，表现为白细胞介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）蛋白水平的下调[13]。同一研究还发现，叶酸和缺氧处理可剂量依赖性地降低血管内皮生长因子（VEGF）mRNA水平。此外，叶酸预处理会减弱核缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）信号，这可能导致由于血管生成减少而使慢性缺氧管理更加困难[13]。其他体外研究显示，叶酸通过抑制活性氧种类来减轻缺氧后的炎症反应[14]并提高细胞存活率[15]。在小鼠实验中，B族维生素和胆碱的联合使用改善了缺氧引起的记忆缺陷[16]。然而，叶酸过量补充在体内的影响仍需进一步研究。本研究的目的是利用黑腹果蝇模型，探讨增加膳食中叶酸摄入量对生存率、幼虫行为及攀爬行为的影响。

实验时间线和黑腹果蝇模型

我们的实验操作总结见图1。实验中，将成年w1118黑腹果蝇（来自美国印第安纳州布卢明顿的布卢明顿果蝇保种中心）分别置于添加叶酸的饮食组（FAD）或对照组饮食组中，持续十天。这一时期大约是幼虫发育完成并从蛹壳中羽化为成年果蝇所需的时间[17]。羽化后约5-6天，成年果蝇被……

缺氧状态下幼虫从食物中的逃逸行为

在缺氧条件下，幼虫会从食物中逃逸[19]、[20]。我们利用幼虫的逃逸行为确认了果蝇确实暴露在缺氧环境中。图2A展示了正常氧合和缺氧条件下幼虫的对比图像。与正常氧合条件下的幼虫相比（图2B），叶酸组幼虫在缺氧条件下更倾向于从食物中爬出（F(_1,57) = 187.88，p < 0.001）。饮食对幼虫的逃逸行为没有影响。

讨论

缺氧是缺血性中风的主要成分之一。营养是可改变的缺血性中风风险因素。在强制要求食品添加叶酸的国家，人们过量补充叶酸的情况有所增加。目前尚不清楚过量摄入叶酸对缺氧（缺血性中风的一个组成部分）的影响。本研究中选择的叶酸浓度为100 μM。先前的实验表明，使用50 μM或100 μM叶酸联合缺氧处理会导致果蝇死亡率升高

结论

为了在衰老过程中及受伤后促进大脑健康，需要保持维生素、营养素[44]和电解质的平衡[45]。随着基础科学领域和公共卫生领域越来越多的人群出现营养过量补充的情况，我们的研究有望为未来研究提供方向，以更好地了解长期膳食中叶酸过量摄入对体内神经系统疾病的影响。

伦理声明

不适用

资金来源

无

CRediT作者贡献声明

Nafisa Jadavji：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、监督、资源协调、项目管理、方法设计、实验设计、资金获取、数据分析、概念构思。Teodoro Bottiglieri：撰写 – 审稿与编辑、数据验证、数据分析。Lori M Buhlman：撰写 – 审稿与编辑、方法设计、实验设计、数据分析。Siddarth Gunnala：撰写 – 审稿与编辑

致谢

无