Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Chương trình chuyển hóa tiết kiệm ở chuột được kích thích bởi cả tình trạng mẹ thiếu dinh dưỡng và điều trị leptin sau sinh, nhưng bị che mờ khi cả hai cùng tồn tại: những hệ quả cho các mô hình lập trình phát triển
Tóm tắt
Thiếu dinh dưỡng ở mẹ dẫn đến nguy cơ cao hơn về các rối loạn chuyển hóa ở con cái bao gồm béo phì và kháng insulin, được cho là do một kiểu hình tiết kiệm đã được lập trình, không phù hợp với môi trường dinh dưỡng phong phú sau này. Trong một mô hình chuột, cả con trai và con gái của những bà mẹ bị thiếu dinh dưỡng đều được lập trình để trở nên béo phì, tuy nhiên, điều trị leptin sau sinh mang lại kết quả không đồng nhất giữa con trai và con gái. Điều trị leptin có khả năng cứu vãn những tác động lập trình bất lợi ở con gái của mẹ thiếu dinh dưỡng, nhưng không phải ở con trai của họ. Thêm vào đó, trong những con chuột này, điều trị leptin sau sinh ở con cái của những bà mẹ được nuôi dưỡng bình thường lập trình cho con trai của chúng phát triển béo phì trong giai đoạn sau của cuộc sống, trong khi không có hiệu ứng tương tự ở con gái của chúng. Chúng tôi đã chỉ ra qua phân tích vi mạch của bộ gen gan ở con gái rằng cả tình trạng thiếu dinh dưỡng ở mẹ và điều trị leptin sau sinh độc lập kích thích một chương trình phiên mã tiết kiệm tương tự ảnh hưởng đến chuyển hóa carbohydrate, chuyển hóa axit amin và các gen căng thẳng oxy hóa. Tuy nhiên, một cách nghịch lý, sự kết hợp của cả hai kích thích phục hồi một môi trường phiên mã bình thường hơn. Điều này chứng minh rằng "đảo ngược leptin" là một hiện tượng toàn cầu ảnh hưởng đến tất cả các gen liên quan đến lập trình thai nhi do thiếu dinh dưỡng ở mẹ và điều trị leptin. Chương trình phiên mã tiết kiệm này liên quan đến các dấu hiệu viêm và sự điều hòa giảm của các yếu tố miễn dịch thích ứng, đặc biệt là các gen lớp I MHC, cho thấy một sự thiếu hụt trong khả năng trình diện kháng nguyên ở những con cái này. Chúng tôi đề xuất một mô hình lập trình phát triển được sửa đổi hòa giải các quan sát ở con trai và con gái, trong đó có hai chương trình cạnh tranh cùng thúc đẩy phiên mã gan. Yếu tố đầu tiên là kiểu hình chuyển hóa tiết kiệm do hạn chế tăng trưởng trong những năm đầu đời, không phụ thuộc vào mức leptin. Yếu tố thứ hai là một điểm cân bằng nội môi được hiệu chỉnh phản ứng với sự gia tăng leptin sau sinh, có khả năng vượt qua chương trình chuyển hóa. Mô hình “hiệu chỉnh” cho sự gia tăng leptin sau sinh, nếu áp dụng cho con người, có thể có những tác động đến việc hiểu biết về phản ứng đối với sự tăng trưởng đột ngột ở trẻ sơ sinh. Thêm vào đó, việc xác định một sự thiếu hụt trình diện kháng nguyên liên quan đến sự tiết kiệm chuyển hóa có thể liên quan đến một mối tương quan đã được quan sát trước đó giữa mùa sinh (một chỉ số cho tình trạng thiếu dinh dưỡng thai kỳ) và tỷ lệ tử vong do bệnh truyền nhiễm ở các cộng đồng quê nghèo ở châu Phi.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Gluckman P, Hanson M: The developmental origins of health and disease and overview. Developmental Origins of Health and Disease. Edited by: Gluckman P, Hanson M. 2006, Cambridge: Cambridge University Press, 1-5.
Gluckman PD, Hanson MA, Bateson P, Beedle AS, Law CM, Bhutta ZA, Anokhin KV, Bougnères P, Chandak GR, Dasgupta P, Smith GD, Ellison PT, Forrester TE, Gilbert SF, Jablonka E, Kaplan H, Prentice AM, Simpson SJ, Uauy R, West-Eberhard MJ: Towards a new developmental synthesis: adaptive developmental plasticity and human disease. Lancet. 2009, 373: 1654-1657. 10.1016/S0140-6736(09)60234-8.
Godfrey KM, Gluckman PD, Hanson MA: Developmental origins of metabolic disease: life course and intergenerational perspectives. Trends Endocrinol Metab. 2010, 21: 199-205. 10.1016/j.tem.2009.12.008.
Fernandez-Twinn DS, Ozanne SE: Early life nutrition and metabolic programming. Ann N Y Acad Sci. 2010, 1212: 78-96. 10.1111/j.1749-6632.2010.05798.x.
Li M, Sloboda DM, Vickers MH: Maternal obesity and developmental programming of metabolic disorders in offspring: evidence from animal models. Exp Diabetes Res. 2011, 2011: 592408-
Patti ME: Intergenerational programming of metabolic disease: evidence from human populations and experimental animal models. Cell Mol Life Sci. 2013, 70: 1597-1608. 10.1007/s00018-013-1298-0.
Ozanne SE: Metabolic programming in animals. Br Med Bull. 2001, 60: 143-152. 10.1093/bmb/60.1.143.
Ozanne SE, Lewis R, Jennings BJ, Hales CN: Early programming of weight gain in mice prevents the induction of obesity by a highly palatable diet. Clin Sci (Lond). 2004, 106: 141-145. 10.1042/CS20030278.
Gluckman PD, Hanson MA, Beedle AS, Spencer HG: Predictive adaptive responses in perspective. Trends Endocrinol Metab. 2008, 19: 109-110. 10.1016/j.tem.2008.02.002.
Vaag AA, Grunnet LG, Arora GP, Brøns C: The thrifty phenotype hypothesis revisited. Diabetologia. 2012, 55: 2085-2088. 10.1007/s00125-012-2589-y.
Hales CN, Barker DJ: The thrifty phenotype hypothesis. Br Med Bull. 2001, 60: 5-20. 10.1093/bmb/60.1.5.
Brewster DR, Greenwood BM: Seasonal variation of paediatric diseases in The Gambia, West Africa. Ann Trop Paediatr. 1993, 13: 133-146.
Moore SE, Cole TJ, Poskitt EM, Sonko BJ, Whitehead RG, McGregor IA, Prentice AM: Season of birth predicts mortality in rural Gambia. Nature. 1997, 388: 434-10.1038/41245.
Moore SE, Cole TJ, Collinson AC, Poskitt EM, McGregor IA, Prentice AM: Prenatal or early postnatal events predict infectious deaths in young adulthood in rural Africa. Int J Epidemiol. 1999, 28: 1088-1095. 10.1093/ije/28.6.1088.
Moore SE, Fulford AJ, Streatfield PK, Persson LA, Prentice AM: Comparative analysis of patterns of survival by season of birth in rural Bangladeshi and Gambian populations. Int J Epidemiol. 2004, 33: 137-143. 10.1093/ije/dyh007.
Simondon KB, Elguero E, Marra A, Diallo A, Aaby P, Simondon F: Season of birth is not associated with risk of early adult death in rural Senegal. Int J Epidemiol. 2004, 33: 130-136. 10.1093/ije/dyg279.
Vickers MH, Gluckman PD, Coveny AH, Hofman PL, Cutfield WS, Gertler A, Breier BH, Harris M: Neonatal leptin treatment reverses developmental programming. Endocrinology. 2005, 146: 4211-4216. 10.1210/en.2005-0581.
Vickers MH, Gluckman PD, Coveny AH, Hofman PL, Cutfield WS, Gertler A, Breier BH, Harris M: The effect of neonatal leptin treatment on postnatal weight gain in male rats is dependent on maternal nutritional status during pregnancy. Endocrinology. 2008, 149: 1906-1913. 10.1210/en.2007-0981.
Gluckman PD, Lillycrop KA, Vickers MH, Pleasants AB, Phillips ES, Beedle AS, Burdge GC, Hanson MA: Metabolic plasticity during mammalian development is directionally dependent on early nutritional status. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007, 104: 12796-12800. 10.1073/pnas.0705667104.
Huang DW, Sherman BT, Lempicki RA: Bioinformatics enrichment tools: paths toward the comprehensive functional analysis of large gene lists. Nucleic Acids Res. 2009, 37: 1-13. 10.1093/nar/gkn923.
Howie GJ, Sloboda DM, Kamal T, Vickers MH: Maternal nutritional history predicts obesity in adult offspring independent of postnatal diet. J Physiol. 2009, 587: 905-915. 10.1113/jphysiol.2008.163477.
Pico C, Jilkova ZM, Kus V, Palou A, Kopecky J: Perinatal programming of body weight control by leptin: putative roles of AMP kinase and muscle thermogenesis. Am J Clin Nutr. 2011, 94: 1830S-1837S. 10.3945/ajcn.110.000752.
Prentice AM, Moore SE, Collinson AC, O’Connell MA: Leptin and undernutrition. Nutr Rev. 2002, 60: S56-S67. 10.1301/002966402320634940. discussion S68-84, 85-87
Frederich RC, Löllmann B, Hamann A, Napolitano-Rosen A, Kahn BB, Lowell BB, Flier JS: Expression of ob mRNA and its encoded protein in rodents: impact of nutrition and obesity. J Clin Invest. 1995, 96: 1658-1663. 10.1172/JCI118206.
Ahima RS, Prabakaran D, Flier JS: Postnatal leptin surge and regulation of circadian rhythm of leptin by feeding: implications for energy homeostasis and neuroendocrine function. J Clin Invest. 1998, 101: 1020-1027. 10.1172/JCI1176.
Collinson A, Moore S, O’Connell M, Charalambos C, Prentice A: Developmental changes in leptin as a measure of energy status in human infants in a natural ecologic setting. Am J Clin Nutr. 2005, 81: 488-494.
Bautist CJ, Boeck L, Larrea F, Nathanielsz PW, Zambrano E: Effects of a maternal low protein isocaloric diet on milk leptin and progeny serum leptin concentration and appetitive behavior in the first 21 days of neonatal life in the rat. Pediatr Res. 2008, 63: 358-363. 10.1203/01.pdr.0000304938.78998.21.
Delahaye F, Breton C, Risold PY, Enache M, Dutriez-Casteloot I, Laborie C, Lesage J, Vieau D: Maternal perinatal undernutrition drastically reduces postnatal leptin surge and affects the development of arcuate nucleus proopiomelanocortin neurons in neonatal male rat pups. Endocrinology. 2008, 149: 470-475. 10.1210/en.2007-1263.
Stein K, Vasquez-Garibay E, Kratzsch J, Romero-Velarde E, Jahreis G: Influence of nutritional recovery on the leptin axis in severely malnourished children. J Clin Endocrinol Metab. 2006, 91: 1021-1026. 10.1210/jc.2005-1394.
Hales CN, Ozanne SE: The dangerous road of catch-up growth. J Physiol. 2003, 547: 5-10. 10.1113/jphysiol.2002.024406.
Ong KK, Ahmed ML, Emmett PM, Preece MA, Dunger DB: Association between postnatal catch-up growth and obesity in childhood: prospective cohort study. BMJ. 2000, 320: 967-971. 10.1136/bmj.320.7240.967.
Coupé B, Grit I, Darmaun D, Parnet P: The timing of “catch-up growth” affects metabolism and appetite regulation in male rats born with intrauterine growth restriction. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2009, 297 (3): R813-R824. 10.1152/ajpregu.00201.2009.
Coupé B, Amarger V, Grit I, Benani A, Parnet P: Nutritional programming affects hypothalamic organization and early response to leptin. Endocrinology. 2010, 151 (2): 702-713. 10.1210/en.2009-0893.
Gregor MF, Hotamisligil GS: Inflammatory mechanisms in obesity. Annu Rev Immunol. 2011, 29: 415-445. 10.1146/annurev-immunol-031210-101322.
Li Z, Soloski MJ, Diehl AM: Dietary factors alter hepatic innate immune system in mice with nonalcoholic fatty liver disease. Hepatology. 2005, 42: 880-885. 10.1002/hep.20826.
Shaikh SR, Mitchell D, Carroll E, Li M, Schneck J, Edidin M: Differential effects of a saturated and a monounsaturated fatty acid on MHC class I antigen presentation. Scand J Immunol. 2008, 68: 30-42. 10.1111/j.1365-3083.2008.02113.x.
Hua J, Ma X, Webb T, Potter JJ, Oelke M, Li Z: Dietary fatty acids modulate antigen presentation to hepatic NKT cells in nonalcoholic fatty liver disease. J Lipid Res. 2010, 51: 1696-1703. 10.1194/jlr.M003004.
Zhou B, Wong WH: A bootstrap-based non-parametric ANOVA method with applications to factorial microarray data. Stat Sin. 2011, 21: 495-514. 10.5705/ss.2011.023a.