A perikoncepcionális anyai alkoholfogyasztás és a posztnatális magas zsírtartalmú étrend hatása a hím és nőstény patkány utódok elhízására és májbetegségére

Orvostudományi Kar, Queensland Egyetem, St. Lucia, Queensland, Ausztrália

Kémiai és Molekuláris Biotudományi Iskola, Queenslandi Egyetem, St. Lucia, Queensland, Ausztrália

Orvostudományi Kar, Queensland Egyetem, St. Lucia, Queensland, Ausztrália

Mater Kutatóintézet, Queenslandi Egyetem, St. Lucia, Queensland, Ausztrália

Élettani Tanszék, Melbourne-i Egyetem, Parkville, Victoria, Ausztrália

Állatorvos-tudományi Iskola, Queenslandi Egyetem, St. Lucia, Queensland, Ausztrália

Orvostudományi Kar, Queensland Egyetem, St. Lucia, Queensland, Ausztrália

Gyermekegészségügyi Kutatóközpont, Queensland Egyetem, St. Lucia, Queensland, Ausztrália

Az újranyomtatási kérelmek és egyéb levelezés címe: K. M. Moritz, Orvosbiológiai Tudományok Iskola, Queenslandi Egyetem, St. Lucia, QLD 4072, Ausztrália (e-mail: [email protected]).

Absztrakt

Az anyai alkoholfogyasztás a fogantatás idején az utódokra nagyrészt ismeretlen és emberi populációban nehezen meghatározható. Ez a tanulmány rágcsáló modellt használt annak megvizsgálására, hogy a perikoncepcionális alkohol (PC: EtOH) fogyasztás önmagában vagy posztnatális magas zsírtartalmú étrenddel (HFD) kombinálva eredményezett-e elhízást és májműködési zavart. A Sprague-Dawley patkányokat kontroll vagy etanoltartalmú [12,5% (térfogat/térfogat) etanol] folyékony táplálékkal etettük a párzást megelőző 4 naptól a vemhesség 4 napjáig (n = 12/csoport). Az utódok egy részének 3 és 8 hónapos korú HFD-t adtak. Férfiaknál a PC: EtOH és HFD növelte a test teljes zsírtömegét (PPC: EtOH

1. táblázat: Testtömeg és plazma paraméterek a posztnatális 30. napon

Az értékek átlag ± SE.

* P −1 · 24 h −1 kontroll hímeknél, kontroll nőknél, PC: EtOH-nak kitett hímek és PC: EtOH-nak kitett nők.

6 hónapos korban a PC: EtOH nem befolyásolta az élelmiszerfogyasztást egyik nemnél sem, bár a HFD-vel táplált utódok kevesebbet fogyasztottak, mint a rendszeres chow-étrendet tápláló állatok, nemtől függetlenül (hím U: C, PHFD –1 · 24 h -1, U: HFD, PC: EtOH: C, és PC: EtOH: HFD, illetve 0,045 ± 0,003, 0,031 ± 0,004, 0,047 ± 0,003 és 0,034 ± 0,002 g · test testtömeg -1,44 h -1 nő esetében U: C, U: HFD, PC: EtOH: C, illetve PC: EtOH: HFD.

Az utódok testtömege és összetétele.

A HFD-vel táplált utódok 7 hónaposnál nagyobb súlyúak voltak, mint mindkét nem kontroll-táplált utódai (PHFD

1. ábra.A perikoncepcionális alkohol (PC: EtOH) expozíció (fekete sávok) és/vagy a magas zsírtartalmú étrend (HFD) hatása a testtömegre és a testösszetételre, kettős energiájú röntgenabszorpciós geometriai felvétel alapján 7 hónapon keresztül elemezve a kezeletlen utódokkal (fehér oszlopok) táplálták a kontroll étrendet. A és B: PC: Az EtOH egyik nemben sem befolyásolta a testsúlyt, de a HFD-vel táplált utódok többet nyomtak, mint a kontroll étrendet fogyasztók. C, E, és G: a zsírmentes tömeg százalékos aránya alacsonyabb volt, az összes testzsír-tömeg és a hasi zsírtömeg nagyobb volt a PC: EtOH-nak kitett hím utódokban és/vagy posztnatális HFD-t követően, mint kezeletlen kontroll hímeknél. D, F, és H: csak azoknál a nőknél, akik a HFD-t fogyasztották, a PC: EtOH-expozíciótól függetlenül, alacsonyabb a zsírmentes tömeg százalékos aránya, és az összes testzsír-tömeg és a hasi zsír tömegének százalékos aránya magasabb volt, mint a kezeletlen kontroll nőknél. Az értékek átlag ± SE; n = 10–11 csoportonként. Az adatokat kétutas ANOVA-val elemeztük. NS, nem jelentős.

2. táblázat: Test- és szervmérések szövetgyűjtéskor, valamint a testösszetétel kettős röntgenabszorpciós geometriai vizsgálata során 7-8 hónapos hím és nőstény utódoknál

Az értékek átlag ± SE.

3. táblázat: 8 hónapos hím és nőstény utódok éhomi plazma profilja

Az értékek (átlag ± SE) mmol/l.

* P † P

2. ábra.Az éhomi plazma adipokinek keringő szintje PC-ben: EtOH-nak kitett (fekete oszlopok) és kezeletlen (fehér oszlopok) utódok táplálták a kontrollt vagy a magas zsírtartalmú étrendet (HFD) 8 hónapon keresztül. A és C: a plazma leptinszintje megemelkedett a PC-ben: EtOH-nak kitett és kezeletlen hím utódok táplálták a HFD-t, de a különböző kezelési csoportok hímjei között nem voltak különbségek az adiponektin-szintekben. B és D: a leptinszint magasabb volt a PC: EtOH-val kezelt és a HFD-vel táplált nőstény utódokban, de a hímekhez hasonlóan az adiponektinszint sem különbözött a különböző kezelési csoportok nőstényei között. Az értékek átlag ± SE; n = Csoportonként 8–10. Az adatokat kétutas ANOVA-val elemeztük

Zsír- és májgén expresszió.

Az adipocitákról ma már úgy gondolják, hogy jelentős endokrin szerepet játszanak, szekretálják az adipokinokat és a gyulladásos citokineket, amelyek közül sok szerepet játszik az inzulinrezisztencia és az elhízás kialakulásában (15, 22). Mint ilyen, a legfontosabb gyulladásos gének expresszióját a zsír- és májszövetben mértük. PC: Az EtOH szignifikánsan növelte a mRNS szintjét Tnf-α, Il-6, és Lep 8 hónapos hím utód hasi zsírszövetében (PPC: EtOH

3. ábra.A PC hatása: EtOH-expozíció (fekete oszlopok) és/vagy a magas zsírtartalmú étrend (HFD) a zsigeri hasi zsírszövet génexpressziójára 8 hónapon keresztül, összehasonlítva a kezeletlen (fehér oszlopok) utódokkal, akik a kontroll étrendet táplálták. A és B: relatív gén expressziója Tnf-α nőtt az EtOH hím és nőstény utódokban. C és D: gén expressziója Il-6 nőtt a PC-ben: EtOH-nak kitett hím, de nem nőstény utód. E és F: PC: Az EtOH expozíció szintén növelte a leptint (Lep) génexpresszió hím és nőstény utódokban. A HFD nem befolyásolta a Tnf-a, Il-6, vagy Lep. Az értékek átlag ± SE; n = 7–8 csoportonként. Az adatokat kétutas ANOVA-val elemeztük.

miRNS expresszió elemzése hasi zsírszövetben.

A génexpresszió fent leírt változásai alapján a miRNS-eket, amelyek előrejelzésük szerint szabályozzák expressziójukat, zsírszövetben mértük. PC: Az EtOH expozíció csökkentette a miR-26a expresszióját a hasi zsírszövetben (PPC: EtOH

4. ábra.A PC hatása: EtOH (fekete oszlopok) a miRNS expressziójára a zsigeri hasi zsírszövetben 8 hónapon keresztül, összehasonlítva a kezeletlen (fehér oszlopok) utódokkal. A: a relatív miR-26a utódokban csökkent a PC: EtOH expozíciót követően. B: miR-29b expresszió csak a hím utódokban nőtt. C: PC: Az EtOH nem volt hatással a miR-335 expressziójára, amely magasabb volt a nősténynél, mint a hím utódnál. Az értékek átlag ± SE; n = 7–8 csoportonként. Az adatokat kétutas ANOVA-val elemeztük. *P

A NAFLD értékelése.

PC: Az EtOH expozíció nem befolyásolta érdemben a máj morfológiáját (5. ábra). A makrovesicularis steatosis jelei nem voltak mindkét nem kontrolltáplált utódainál. A HFD mindkét nemnél növelte a makrovesicularis steatosis prevalenciáját, bár a hím utódokat ez jobban érintette, mint a nőstényeket. A macrovesicularis steatosis nagyobb valószínűséggel a központi véna (3. zóna) körül helyezkedett el a HFD-vel táplált kezeletlen hímeknél, míg a panacinar steatosis százalékos aránya nagyobb volt PC-ben: EtOH-nak kitett hímek táplálták a HFD-t, mint bármely más kezelési csoportban. A mikrovezikuláris steatosis jelei mind a PC: EtOH, mind a HFD után hím és nőstény utódok májában voltak jelen, míg a kontroll táplálékkal nem kezelt utódoknál ez nem volt látható (5. ábra). Az összes PC-nél lobularis gyulladást figyeltek meg: EtOH-nak kitett hímek táplálták a kontroll étrendet, míg a kezeletlen hímek 50% -a táplálta a kontroll étrendet. Bár lobularis gyulladást nem figyeltek meg minden HFD-vel táplált állatban, hím utódoknál ennek az állapotnak a súlyossága a perikoncepcionális kezeléstől függetlenül súlyosbodott. A mikrogranulomák minden csoportban jelen voltak, de gyakoribbak voltak a PC: EtOH és/vagy HFD nyomán. A májszakaszokban egyetlen kezelt csoportból sem voltak májfibrózis jelei.

5. ábra.HIRDETÉS: Hematoxilin-eozinnal festett májszakaszok reprezentatív képei a kontroll étrenddel kezelt kezeletlen (A) és PC: EtOH-nak kitett (B) hím utódok és HFD-vel táplált kezeletlenül (C) és PC: EtOH-nak kitett (D) hím utódok 8 hónappal (n = 8 csoportonként). Méretarány = 200 μm és 100 μm (betétek). E: a nem alkoholos zsírmáj betegség számszerűsítése a Kleiner pontozási rendszer szerint.

Számos tanulmány kimutatta, hogy a prenatális zavarok fokozott zsírlerakódást eredményezhetnek az utódokban (áttekintést lásd a 34. hivatkozásban). Bár a teljes zsírtömeg szorosan összefügg a morbiditással, és korrelál a koszorúér-betegséggel és a cukorbetegséggel, a zsigeri zsigeri eloszlás még erőteljesebben jósolja a káros egészségügyi eredményeket. Ez a jelenlegi tanulmány bebizonyítja, hogy az alkohol, ha csak a fogantatás körül fogyasztják, hajlamosítja a hím utódokat a zsigeri zsírosságra, amely a megváltozott plazmahormonokkal és a biokémiával társul, valamint a kulcsfontosságú citokinek megnövekedett mRNS expressziós szintje. PC: Az EtOH-nak kitett nőstények utólag megváltoztatták a plazma biokémiáját és fokozták a gyulladásos markerek génexpresszióját, annak ellenére, hogy a test összetétele nem változott. PC: Mindkét nem EtOH-nak kitett utódai nagyobb valószínűséggel mutatták a mikrovezikuláris steatosis jeleit. Korábbi eredményeinkkel együtt, amelyek igazolják, hogy a PC: Az EtOH idősebb korban glükóz-intoleranciát és inzulinrezisztenciát eredményezhet, eredményeink hangsúlyozzák, hogy az alkoholfogyasztás, még a beültetés előtt is, egész életen át káros következményekkel járhat az utódok anyagcsere-egészségi állapotában.

Megnövekedett testzsír a PC-nek kitett hím utódokban: Az EtOH összhangban áll a különböző perikoncepcionális stresszorokat alkalmazó vizsgálatok eredményeivel. A perikoncepciós szempontból alultáplált anyajuhokban és utódaikat 3-4 éves korban tanulmányozták, a hímek, de nem a nők, a hasonló testtömeg ellenére megnövekedett zsírtartalommal rendelkeztek (24). Hasonlóképpen, a vemhesség alatt alacsony fehérjetartalmú étrendet tápláló egerek 9 hónapos korukban nagyobb zsírtömegű és testszázalékos utódokat hoztak létre; az adipozitás fokozódott azoknál a férfiaknál, akik hiperkalórikus étrendet kaptak az elválasztástól, hasonlóan a tanulmányunkban szereplő HFD-vel táplált férfiakhoz (2 Humán vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a testzsír megnövekedett százaléka a méhen belüli növekedésben korlátozott férfiaknál (26). A testzsír növekedését a normál testtömeg-index (vagy ponderális index) ellenére „normális testsúlyú elhízásnak” nevezik, és emberben kardiometabolikus rendellenességgel és metabolikus szindrómával jár (41).

Miután megállapította a plazma leptin változásait és a megváltozott expresszióját Tnf-α és Il-6 átiratok a PC: EtOH nyomán, megvizsgáltuk a kulcsfontosságú miRNS-ek expresszióját, amelyek várhatóan szabályozzák ezen tényezők expresszióját (35). A miR-26a expressziója csökkent a PC: EtOH-nak kitett utódok zsírszövetében. Ez összhangban áll egy nemrégiben tett megállapítással, miszerint a csökkent miR-26a megnövekedett Il-6 koncentrációt eredményez a sclerosis multiplex állatmodelljében (51). Az IL-6 szabályozásában játszott potenciális szerepe mellett korábban bebizonyosodott, hogy a miR-26 megakadályozza a TNF-a által indukált transzkripciót a legfontosabb szabályozó tényezők elhallgattatásával (5). Egy nemrégiben végzett tanulmány kimutatta, hogy közvetlen kapcsolat van a miR-29b és a Tnf-α transzkripció az emberi zsírsejtekben, hangsúlyozva, hogy az oxidatív stressz szabályozza Tnf-α miR-29b által szabályozott útvonalon keresztül (53). Ebben a tanulmányban megnövekedett miR-29b expressziót azonosítottunk hímivarú, de nem nőstény utódokban, akik PC: EtOH-nak voltak kitéve. Ezek az adatok együttesen arra utalnak, hogy a miRNS expressziójának változásai összefüggésbe hozhatók az ebben a modellben azonosított gén expresszió néhány változásával.

Végül megvizsgáltuk az alkoholnak kitett utódok máját a steatosis jelei szempontjából. A steatosis, vagy a TG hepatocitákban történő felhalmozódása a NAFLD „első találatának” számít, amely növeli a sejtkárosodás, a fibrózis és a gyulladás „második találatokra” való hajlamát (3). Az anyák elhízása köztudottan az utódokban okozza a NAFLD-t, annak ellenére, hogy a testtömegben és az adipozitásban nincsenek különbségek (1). Shen és mtsai. (44) a vemhesség második felében prenatálisan nagy dózisú alkoholnak kitett patkány nőstényeknél fokozott májsteatózist mutatott ki. Az ebben a vizsgálatban alkalmazott perikoncepcionális alkohol-expozíció nem befolyásolta súlyosan a máj szövettanát; azonban a PC: EtOH és a HFD kombinációja nagyobb valószínűséggel okozta a steatosis panacináris eloszlását, míg a HFD önmagában inkább a központi véna körüli steatózist okozta. A ballonos sérülés és a fibrózis kialakulásának nagyobb valószínűsége társul a panacináris steatosishoz, mint a központi és/vagy portális véna körüli steatosishoz, amely nem mutat összefüggést a fibrózis korai fokával (4). Ezért azt javasoljuk, hogy a PC: EtOH és a posztnatális HFD kombinációja mélyebben befolyásolja a NAFLD fejlődését.

Összegzésképpen elmondható, hogy a fogantatás idején a gát által történő alkoholfogyasztás 8 hónapos korban megnövekedett adipozitást eredményezett a hím utódokban, és ez a megnövekedett TG-szinttel társult. Ezt a fenotípust hím utódok mutatták ki PC-vel: Az EtOH összehasonlítható volt a kontroll állatokéval, akik a HFD-t a felnőtt élet nagy részében fogyasztották, és bizonyos mértékig a HFD tovább súlyosbította. Ezzel szemben a női utódok testösszetételét a posztnatális HFD jelentősen megváltoztatta, a PC: EtOH-val azonban nem, hangsúlyozva a betegség kialakulásában az egyértelmű szexuális dimorfizmust. A miRNS-ek expressziójának változásai, amelyekről ismert vagy várhatóan szabályozzák az adipociták által kiválasztott tényezőket, arra utalnak, hogy a fogamzás körüli alkohol-expozíció hosszú távú változásokat eredményez a génexpresszió epigenetikus szabályozásában, ami hozzájárulhat a fenotípusos eredményekhez. Az állatmodell ezen megállapításai kihatással vannak a sok nőre, akik a fogantatás idején alkoholt fogyasztanak.

Ezt a kutatást az ausztrál Nemzeti Egészségügyi és Orvosi Kutatási Tanács támogatta, az 1046137 támogatás.

A szerzők nem jelentenek be pénzügyi vagy egyéb összeférhetetlenséget.