Резюме

ОБЕКТИВЕН-Ниското тегло при раждане (LBW) е свързано с повишен риск от затлъстяване, диабет и сърдечно-съдови заболявания по време на възрастен живот. Освен това този програмиран риск от заболяване може да прогресира към следващите поколения. По-рано описахме миши модел на LBW, произведен от майчино калорично недохранване (ООН) по време на късна бременност. Потомците от LBW (поколение F1-UN) развиват прогресивно затлъстяване и нарушен глюкозен толеранс (IGT) с остаряването. Целяхме да определим дали такива метаболитни фенотипове могат да бъдат предадени на следващите поколения в експериментален модел, дори при липса на променено хранене по време на втората бременност.

вътреутробно

ПРОЕКТИРАНЕ И МЕТОДИ НА ИЗСЛЕДВАНИЯ -Ние сме кръстосали женски и мъжки F1 възрастен контрол (C) и ООН мишки и характеризираме метаболитни фенотипове в F2 потомство.

РЕЗУЛТАТИ—Демонстрираме, че 1) намаленото тегло при раждане прогресира до потомство F2 по бащина линия (C♀-C♂ = 1,64 g; C♀-UN♂ = 1,57 g, P методи), докато метилирането на диференциално метилирани области в локуса Pref1 е оценено чрез Ютър блотинг (28).

Състав на тялото.

Съставът на тялото се анализира чрез рентгенова абсорбциометрия с двойна енергия (Hologic, Waltham, MA) (29).

Анализ на серума.

Кръвни проби от възрастни мишки бяха събрани от опашната вена, докато кръвта от ствола беше събрана от фетуси ED16.5 след обезглавяване. Кръвната глюкоза се измерва с Glucometer Elite (Bayer, Elkhart, IN). Инсулин, лептин (ензимно-свързан имуносорбентен анализ; Crystal Chem), триглицериди, глицерол (GTO-Trinder триглицеридни анализи; Sigma) и нестерифицирани мастни киселини (полумикро тест; Roche) бяха измерени на 2- до 5-μl серумни проби.

Статистически анализ.

Данните са изразени като средни стойности ± SE. Статистическият анализ беше извършен с помощта на двустранен t тест или ANOVA (Statview). P ≤ 0,05 се счита за значимо.

РЕЗУЛТАТИ

Унаследяване на телесно тегло между поколенията.

Както беше описано по-рано, 50% глобално ограничаване на калориите на F0 язовирите през последната гестационна седмица притъпява фето-майчин растеж и води до 15% намаляване на теглото при раждане на потомството (F1-UN) (25). При бременности на F1 мишки, както приемът на храна от майката, така и наддаването на фето-майчина тегло (допълнителна таблица 2) са сходни сред четирите експериментални групи. Въпреки това, теглото при раждане е било умерено, но значително намалено при потомството C♀-UN♂ и UN♀-UN♂ в сравнение с C♀-C♂ (фиг. 1В); Мишките UN♀-C♂ са имали нормално тегло при раждане в сравнение с контролите. Размерът и продължителността на бременността са еднакви във всички групи (допълнителна таблица 2). След раждането и четирите групи F2 са имали сходни тегла до 40 седмици (фиг. 1С).

Тъй като фето-майчиният хранителен статус по време на бременност може да отчете наблюдаваните разлики в теглото при раждане, ние определихме както серумните концентрации на майката, така и на плода на основните макронутриенти, допринасящи за растежа на плода. При жените от F0-UN ограничението на калориите води до 34% намаление на серумната глюкоза и 80% намаляване на триглицеридите до 16.5 ден от бременността (P + канал, съставен от субединици Sur1/Kir6.2. Оценихме функционалната способност на този комплекс, използвайки предизвикателство in vivo със сулфонилурейния толбутамид (1 mg/kg ip) .Толбутамид индуцира 15% увеличение на серумния инсулин след 30 минути при C♀-C♂ мишки (P 50%, P = 0,1) (допълнителна фигура 2В). Интересното е, че реакцията на островите UN♀-C♂ беше почти нормална, но диазоксидът имаше само минимален ефект в островите C♀-UN♂ и UN♀-UN♂ (намаление с 5–10%) (допълнителна фигура 2Б). данните предполагат, че дисфункционалната активност на калиевите канали може да допринесе за нарушена секреция на инсулин при F2 мишки.

Кой механизъм (механизми) е отговорен за намалената експресия на Sur1 както в островите F1, така и в F2? Тъй като намалената експресия на Sur1 гена прогресира до потомство F2 по бащина линия, ние предположихме, че намаляването на експресията на Sur1 ще бъде медиирано, отчасти, чрез променено метилиране на ДНК; обаче не наблюдавахме разлики в метилирането на Sur1 проксималния промоторен регион (допълнителна фигура 2). Потенциално ограничение на нашия подход е, че ние използвахме ДНК от островчета (смес от β-, α-, δ- и PP клетки), потенциално маскиращи специфични за β-клетките разлики. Алтернативно, намалената експресия на Sur1 в островчета от мишки F1 и F2 може също да се дължи на 1) променено метилиране на друга геномна област (и), 2) променена модификация на хистон или 3) промени в свързването/експресията на други транскрипционни фактори, регулиращи Sur1 . Бъдещите експерименти ще се фокусират върху потенциални механизми, медииращи намалената експресия на Sur1.

Допълнителен фактор, който може да допринесе за нарушен глюкозен толеранс при UN♀-UN♂ мишки, е инсулиновата резистентност, наблюдавана на възраст 6 месеца (фигури 2В и 3В). Трябва да се отбележи, че инсулиновата резистентност възниква, когато и двамата родители са били ограничени в вътреутробния растеж, което предполага, че интерфейсът между тези две линии е необходим и достатъчен, за да предизвика инсулинова резистентност. Докато специфичните механизми, залегнали в основата на инсулиновата резистентност при UN♀-UN♂ мишки, продължават да бъдат разследвани, интересно е да се отбележи, че UN♀-UN♂ мишките също показват повишена висцерална мастна тъкан на възраст 4 месеца (Фиг. 5А). Следователно е изкушаващо да се спекулира, че инсулиновата резистентност може да се развие вторично при прогресивно натрупване на висцерална мазнина в UN in-UN♀.

Предаване на затлъстяване между поколенията.

Детското затлъстяване е свързано със затлъстяването на родителите (45). Въпреки че е трудно да се дисектира относителният принос на споделените фактори на околната среда към тези фенотипове при хората, метаболитната дисрегулация на майката по време на бременност може да бъде от ключово значение (46,47). По подобен начин демонстрираме, че фенотипите на затлъстяване прогресират до потомство F2 по майчина линия (фиг. 5А), което предполага фина метаболитна дисфункция на майката по време на бременност и/или епигенетични ефекти на майката. Важно е да се отбележи, че въпреки повишеното затлъстяване в тези групи, телесното тегло остава подобно на контролното (фиг. 1В). Следователно, потомството на жените от F1-UN няма явно затлъстяване, но има промяна в телесния състав (по-висока мастна маса с едновременно намалена чиста телесна маса) (26). От друга страна, въпреки че само предаването от баща не е достатъчно за стимулиране на затлъстяването при мишки C♀-UN♂, ефектите на бащата могат да допринесат за увеличеното натрупване на коремна мазнина при мишки UN in-UN♂ в сравнение с мишките UN♀-C♂.

След това оценихме потенциалните механизми, медииращи повишеното затлъстяване при UN♀-C♂ и UN♀-UN♂ мишки. Първо, приемът на храна е сходен във всички групи (не е показано). Второ, експресията на маркери за диференциация на адипоцитите, включително активиран от пероксизомен пролифератор рецептор γ, свързващ протеин CCAAT/енхансер α, свързващ протеин 4 с мастни киселини или Glut4, беше сходна във всички групи F1 и F2 (допълнителна таблица 3) (EI, JCJ C., M. Woo, AC, J. DeCoste, M. Vokes, M. Liu, S. Kasif, A.-M. Zavacki, R. Leshan, M. Myers, член на Европейския парламент, непубликувани данни). По същия начин не наблюдавахме значителни разлики в разпределението на размера на адипоцитите между F2 групите (не е показано). Ще бъдат необходими допълнителни проучвания, за да се определи дали промените в метаболитната функция на адипоцитите или в системната енергийна хомеостаза също допринасят за затлъстяването.

Тъй като затлъстяването при UN♀-UN♂ мишки предполага частична роля на епигенетичните фактори, много е интересно, че експресията на Pref1 е значително намалена при мишки F1-UN, C♀-UN♂ и UN♀-UN♂ (Фиг. 5C и Д). Патрилинейното наследяване на експресията на Pref1 може да се обясни с факта, че се експресира от наследената по бащина линия хромозома; промененият израз ще бъде наследен от мъже от F1-UN, но не и от F1-UN жени. Мишките, които нямат функционален Pref1, имат повишено затлъстяване (48); обратно, мишките, свръхекспресиращи Pref1, имат намалено съдържание на мазнини (49) (A.F.-S., непубликувани данни). По този начин намалената експресия на Pref1 може отчасти да допринесе за развитието на затлъстяване при мишки F1-UN, UN♀-C♂ и UN♀-UN♂. Докато нашите данни подкрепят потенциална роля на Pref1 за развитието на затлъстяване в нашия модел на мишка, трябва да се отбележи, че неговата експресия е определена в епидидимална мазнина, депо без пряк паралел при хората. По този начин, въпреки че много мастни гени са експресирани по подобен начин както при гризачи, така и при хора (50), екстраполирането на данните за експресия на гена Pref1 от нашия модел върху хората трябва да се предприема с повишено внимание.

Отпечатването на Pref1 е под сложен контрол както от бащините, така и от майчините алели (28). Не открихме промени в метилирането на диференциално метилираните региони, които регулират отпечатването в този локус в мазнини от 4-месечни мишки от поколения F1 или F2 (допълнителна фигура 4). Тези данни предполагат, че както при Sur1, променената експресия на Pref1 се дължи или на промени в експресията, или на функцията на фактор за транскрипция нагоре по веригата, модификация на хистон или друга все още неизвестна геномна област, която е епигенетично модифицирана. По този начин са необходими допълнителни проучвания, за да се определи потенциалната роля на епигенетиката в развитието на мастната тъкан в нашия модел.

В заключение, ние демонстрираме, че недохранването на майката по време на програмите за бременност намалява теглото при раждане, непоносимостта към глюкоза и затлъстяването при потомство от първо и второ поколение, независимо от ад либит храненето по време на втората бременност. Различните аспекти на тези фенотипове се предават по майчина линия (затлъстяване), по бащина линия (намалено тегло при раждане) или и двете (непоносимост към глюкоза). Половите различия в предаването на фенотипове включват сложни механизми: 1) матрилинеалното наследяване на заболяването е многофакторно и включва метаболитни, епигенетични и митохондриални механизми; и 2) патрилинейното наследяване се дължи предимно на епигенетичните механизми. Въпреки че все още не разбираме сложния набор от молекулярни механизми, свързани с феталното програмиране на заболяването, подобни проучвания ще бъдат от голямо значение за проектирането на бъдещи терапевтични интервенции, насочени към предотвратяване и/или модулиране на фенотипове на възрастни, не само при хора с LBW, но и в техните деца и внуци.