Anyai táplálkozás és magzati fejlődés

Guoyao Wu, Fuller W. Bazer, Timothy A. Cudd, Cynthia J. Meininger, Thomas E. Spencer, Anyai táplálkozás és magzati fejlődés, The Journal of Nutrition, 134. évfolyam, 9. kiadás, 2004. szeptember, 2169–2172. Oldal, https: //doi.org/10.1093/jn/134.9.2169

magzati

Absztrakt

Az anyai táplálkozás kritikus szerepet játszik a magzat növekedésében és fejlődésében. Bár az elmúlt 30 évben jelentős erőfeszítéseket tettek az állatok táplálkozási szükségleteinek meghatározására, a vemhesség alatti optimális táplálkozás továbbra is jelentős problémát jelent sok állatfaj (pl. Szarvasmarha, sertés és juh) számára világszerte (1). Az anyák és a magzatok fejlett terhesgondozása ellenére az Egyesült Államokban született emberi csecsemők ~ 5% -a intrauterin növekedési retardációban szenvednek (IUGR) 4 (2). Az elmúlt évtizedben kényszerítő epidemiológiai vizsgálatok kapcsolták az IUGR-t felnőtt emberek és állatok számos krónikus betegségének etiológiájával (1. táblázat) (3). Ezek az érdekes eredmények széles körű állatkísérleteket indítottak a magzati fejlődés táplálkozási programozásának biokémiai alapjainak és annak hosszú távú egészségügyi következményeinek azonosítására [például (4–8)]. Ez a cikk áttekinti a legújabb fejleményeket ebben a feltörekvő kutatási területen.

Hormonális egyensúlyhiány, anyagcsere-rendellenességek és betegségek felnőtt állatokban és emberekben, az intrauterin növekedés korlátozásának előzetes tapasztalataival

Hormonális egyensúlyhiány
A glükokortikoidok és a renin plazmaszintjének emelkedése; csökkent inzulin, növekedési hormon, inzulinszerű növekedési faktor-I és pajzsmirigyhormon plazmaszintje
Anyagcserezavarok
Inzulinrezisztencia, β-sejtek diszfunkciója, diszlipidémia, glükóz intolerancia, csökkent energia-homeosztázis, elhízás, II-es típusú cukorbetegség, oxidatív stressz, mitokondriális diszfunkció és öregedés
Szervi diszfunkció és rendellenes fejlődés
Herék, petefészkek, agy, szív, vázizom, máj, csecsemőmirigy, vékonybél, gyapjú tüszők és emlőmirigy
Szív- és érrendszeri rendellenességek
A szívkoszorúér-betegség, a magas vérnyomás, agyvérzés, az érelmeszesedés
Hormonális egyensúlyhiány
A glükokortikoidok és a renin plazmaszintjének emelkedése; csökkent inzulin, növekedési hormon, inzulinszerű növekedési faktor-I és pajzsmirigyhormon plazmaszintje
Anyagcserezavarok
Inzulinrezisztencia, β-sejtek diszfunkciója, diszlipidémia, glükóz intolerancia, csökkent energia-homeosztázis, elhízás, II-es típusú cukorbetegség, oxidatív stressz, mitokondriális diszfunkció és öregedés
Szervi diszfunkció és rendellenes fejlődés
Herék, petefészkek, agy, szív, vázizom, máj, csecsemőmirigy, vékonybél, gyapjú tüszők és emlőmirigy
Szív- és érrendszeri rendellenességek
A szívkoszorúér-betegség, a magas vérnyomás, agyvérzés, az érelmeszesedés

Hormonális egyensúlyhiány, anyagcsere-rendellenességek és betegségek felnőtt állatokban és emberekben, az intrauterin növekedés korlátozásának előzetes tapasztalataival

Hormonális egyensúlyhiány
A glükokortikoidok és a renin plazmaszintjének emelkedése; csökkent inzulin, növekedési hormon, inzulinszerű növekedési faktor-I és pajzsmirigyhormon plazmaszintje
Anyagcserezavarok
Inzulinrezisztencia, β-sejtek diszfunkciója, diszlipidémia, glükóz intolerancia, csökkent energia-homeosztázis, elhízás, II-es típusú cukorbetegség, oxidatív stressz, mitokondriális diszfunkció és öregedés
Szervi diszfunkció és rendellenes fejlődés
Herék, petefészkek, agy, szív, vázizom, máj, csecsemőmirigy, vékonybél, gyapjú tüszők és emlőmirigy
Szív- és érrendszeri rendellenességek
A szívkoszorúér-betegség, a magas vérnyomás, agyvérzés, az érelmeszesedés
Hormonális egyensúlyhiány
A glükokortikoidok és a renin plazmaszintjének emelkedése; csökkent inzulin, növekedési hormon, inzulinszerű növekedési faktor-I és pajzsmirigyhormon plazmaszintje
Anyagcserezavarok
Inzulinrezisztencia, β-sejtek diszfunkciója, diszlipidémia, glükóz intolerancia, csökkent energia-homeosztázis, elhízás, II-es típusú cukorbetegség, oxidatív stressz, mitokondriális diszfunkció és öregedés
Szervi diszfunkció és rendellenes fejlődés
Herék, petefészkek, agy, szív, vázizom, máj, csecsemőmirigy, vékonybél, gyapjú tüszők és emlőmirigy
Szív- és érrendszeri rendellenességek
A szívkoszorúér-betegség, a magas vérnyomás, agyvérzés, az érelmeszesedés

Az intrauterin környezet mint az IUGR-t elősegítő fő tényező.

Számos genetikai és környezeti tényező járul hozzá az IUGR-hez (1). Bár a magzati genom fontos szerepet játszik a méhen belüli növekedési potenciálban, egyre több bizonyíték arra utal, hogy az intrauterin környezet a magzat növekedésének fő meghatározója. Például az embrió-transzfer vizsgálatok azt mutatják, hogy a donor anya helyett a befogadó anya befolyásolja erősebben a magzat növekedését (9). Bizonyíték van arra is, hogy az egyes magzatok méhen belüli környezete nagyobb jelentőséggel bírhat a felnőttek krónikus betegségeinek etiológiájában, mint a magzat genetikája. Például ikerterhességekben a magzati növekedés retardációjú csecsemőnél nagyobb valószínűséggel alakul ki inzulinfüggő (II. Típusú) diabetes mellitus, mint normális magzati növekedéssel rendelkező testvérnél (10). Az intrauterin környezeti tényezők közül a táplálkozás játszik a legkritikusabb szerepet a placenta és a magzat növekedésének befolyásolásában (3).

Alultápláltság és IUGR.

Túl táplálkozás és IUGR.

Az állatok (különösen a társállatok) és a reproduktív korú nők jelentős egészségügyi problémái a túlsúlyosok vagy a túlevés miatt elhízottak is. A túl táplálkozás a megnövekedett energia- és/vagy fehérjebevitel következménye lehet. Kiterjedt vizsgálatok kimutatták, hogy az anyai túl táplálkozás visszatartja a placenta és a magzat növekedését, és növeli a magzati és újszülöttek mortalitását patkányokban, sertésekben és juhokban (14). A legújabb epidemiológiai vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy az Egyesült Államokban a felnőtt lakosság csaknem 65% -a túlsúlyos [testtömeg-index (BMI)> 25 kg/m 2], míg a felnőtt lakosság 31% -a elhízott (BMI> 30 kg/m 2 -ként definiálva) (15). Sok túlsúlyos és elhízott nő öntudatlanul terhességbe kezd és folytatja a túlevést a terhesség alatt (16). Ezek a nők általában nagyobb súlyt kapnak az első terhesség alatt, és a későbbi terhességek alatt több zsírt halmoznak fel. Az anyák elhízása vagy túlzott táplálkozása a terhesség előtt vagy alatt a magzat növekedésének korlátozását, valamint az újszülöttek halálozásának és morbiditásának fokozott kockázatát eredményezheti emberekben (16).

Az IUGR-hez kapcsolódó egészségügyi problémák.

Az IUGR biokémiai mechanizmusai.

Az IUGR mechanizmusaival kapcsolatos ismeretek hiánya megakadályozta a hatékony terápiás lehetőségek kidolgozását, így a növekedéskorlátozott csecsemők jelenlegi kezelése empirikus, és elsősorban a szülés biztonságos időpontjának kiválasztására irányul (2). Mivel a táplálkozási és fejlődési kutatások gyakran invazív szövetgyűjtéseket és műtéti eljárásokat tartalmaznak, nem etikus és nem praktikus ezeket a kísérleteket az emberi placentával és a magzattal végezni. Így az állatmodellek (például egerek, patkányok, sertések és juhok) fontosak az IUGR mechanizmusainak meghatározásában és a terápiás eszközök kifejlesztésében. A rendelkezésre álló bizonyítékok, amelyeket a következő szakaszokban tárgyalunk, azt sugallják, hogy az arginin [a magzat táplálkozás szempontjából nélkülözhetetlen aminosavja (19)] kulcsszerepet játszik a fogamzat kialakulásában (embrió/magzat, a hozzá kapcsolódó placenta membránok és a magzati folyadékok).

A NO és a poliaminok döntő szerepe a placenta és a magzat növekedésében.

Javasolt mechanizmusok a magzati növekedés korlátozására alultáplált és túltáplált gátaknál. Az anyai alultápláltság és a túlzott táplálkozás egyaránt károsíthatja a NO és a poliaminok placentaszintézisét, ezért a placenta fejlődését és a méh-placenta véráramlását. Ez csökkentheti a tápanyagok és az O2 transzferjét az anyától a magzatig, és ezáltal a magzat növekedésének korlátozását. mTOR, a rapamicin emlős célpontja. A „” szimbólum a csökkentést jelöli.

Javasolt mechanizmusok a magzati növekedés korlátozására alultáplált és túltáplált gátaknál. Az anyák alultápláltsága és a túlzott táplálkozás egyaránt károsíthatja az NO és a poliaminok placentaszintézisét, ezért a placenta fejlődését és a méh-placenta véráramlását. Ez csökkentheti a tápanyagok és az O2 transzferjét az anyától a magzatig, és ezáltal a magzat növekedésének korlátozását. mTOR, a rapamicin emlős célpontja. A „” szimbólum a csökkentést jelöli.

Az arginin-család aminosavainak szokatlan bősége a Conceptusban.

Nemrégiben fedeztük fel, hogy az arginin a sertés allantois folyadékában (4-5 mmol/l) a terhesség 40. napján (időtartama = 114 d) különösen bőséges, összehasonlítva az anyai plazmaszintjével (0,13–0,14 mmol/l) (27) . Figyelemre méltó, hogy az arginin és prekurzor ornitin koncentrációja a sertés allantoiás folyadékában 23, illetve 18-szorosára nő a terhesség 30. és 40. napja között, nitrogénük pedig a teljes szabad α-aminosav nitrogén 50% -át teszi ki. allantois folyadék (27). Legutóbb azt tapasztaltuk, hogy a citrullin (az arginin közvetlen prekurzora) nagyon gazdag (10 mmol/l) juh allantoáns folyadékban a terhesség 60. napján (idő = 147 d) (28). A citrullin és prekurzor glutamin koncentrációja a juh allantois folyadékában a terhesség 30. és 60. napja között 34-szer, illetve 18-szorosára nő, nitrogénük pedig a juh-allantois folyadékban az összes α-aminosav-nitrogén ~ 60% -át teszi ki (28 ). Az arginin-családba tartozó aminosavak szokatlan mennyiségű magzati folyadékban a legmagasabb NO- és poliaminszintézis aránya társul a juh placentájában a terhesség első felében (29, 30), amikor növekedésük a leggyorsabb (1). Ezek az új eredmények alátámasztják az arginin-függő anyagcsere-utak javasolt döntő szerepét a fogalom fejlődésében (1. ábra).

Az IUGR és az NO és a poliaminok károsodott szintézisei a Conceptusban.

Az anyák alultápláltsága és a terhesség alatti hiperkoleszterinémia (elhízott személyeknél gyakran előfordul) mély hatást gyakorol a NO és a poliaminok szintézisére. Például a vemhes sertések alacsony fehérjetartalmú étrendjének etetése 21-25% -kal csökkenti az arginin koncentrációt a magzati plazmában, az allantois folyadékban és a placentában a terhesség 60. napján (31). Ezenkívül az arginin és az ornitin allantoic folyadékkoncentrációja ~ 45% -kal csökken a hiperkoleszterinémiás sertésekben, összehasonlítva a normokoleszterinémiás sertésekkel a terhesség 40. napján (31). Továbbá a placenta NOS és ODC aktivitása 40–45% -kal alacsonyabb a fehérjehiányos sertéseknél, mint a fehérjeadekvens sertéseknél (4). Hasonlóképpen a placenta NOS aktivitása 26% -kal csökken a hiperkoleszterinémiás sertésekben, összehasonlítva a normokoleszterinémiás sertésekkel (4). A szubsztrát elérhetőségének és az enzimaktivitás csökkenése hozzájárul a NO és a poliaminok placentaszintézisének károsodásához mind fehérjehiányos, mind hiperkoleszterinémiás sertésekben (4, 31).

A magzati programozás molekuláris mechanizmusai.

A terhesség kritikus periódusában bekövetkezett táplálkozási sértés az egész életen át állandó „emlékezetet” hagyhat, és egyes hatások (pl. Az inzulin szekréciója és hatása) nemspecifikusak lehetnek (5). Egyre több bizonyíték áll rendelkezésre arról, hogy az anya táplálkozási állapota megváltoztathatja a magzat genomjának epigenetikus állapotát és az impresszum génexpressziót. A korai embriók epigenetikai változásai (a génexpresszió stabil változásai a DNS és a mag hisztonjainak kovalens módosítása révén) átvihetők a következő fejlődési szakaszokba (6). Az epigenetikus hatásokat közvetítő két mechanizmus a DNS-metiláció (a citoszinmaradékok 5′-helyzetében fordul elő a CpG-dinukleotidokban az emlős genomjában) és a hiszton-módosítás (acetilezés és metilezés) (35). A CpG-metiláció a metilérzékeny DNS-kötő fehérjék kötődésének modulálásával szabályozhatja a génexpressziót, ezáltal befolyásolva a regionális kromatin konformációt. A hiszton acetilezése vagy metilezése megváltoztathatja a hiszton-DNS kölcsönhatások helyzetét és a hiszton DNS-hez való kötődésének affinitását, ezáltal befolyásolva a génexpressziót (35).

Záró megjegyzések és perspektívák.