Программирование развития жировой ткани и риска ожирения у потомства

International Journal of Obesity (2021) 45:1170–1192

doi.org

Developmental programming of offspring adipose tissue biology and obesity risk

Amanda Rodgers, Amanda N., Sferruzzi-Perri

Всемирная организация здравоохранения классифицирует ожирение как глобальную эпидемию: по оценкам, в 2017 году 13% взрослых страдали ожирением. Хотя еще недавно ожирение наблюдалось только в странах с высоким уровнем дохода, в настоящее время во многих странах со средним и низким уровнем дохода распространенность этоого патологического состояния растет. Рост заболеваемости ожирением представляет собой серьезную проблему для здоровья, поскольку повышается риск развития других неинфекционных заболеваний, включая диабет 2-го типа, жировую болезнь печени, сердечно-сосудистые и онкологические заболевания. В Великобритании расходы национальной службы здравоохранения на борьбу с ожирением составили 6,1 млрд фунтов стерлингов в 2015 году, а более широкий экономический эффект составил 27 млрд фунтов стерлингов.

Развитию ожирения способствуют многие факторы. К ним относятся социально-экономические обстоятельства и маркетинг продуктов питания, которые способствуют популяционному риску, а также генетические факторы и факторы образа жизни, которые влияют на индивидуальный риск. Тем не менее, факторы окружающей среды в раннем возрасте имеют способность программировать структуру и функцию органов в организме, включая жировую ткань. Понимание того, как условия окружающей среды в раннем возрасте влияют на жировую ткань и последующее развитие ожирения, имеет абсолютное значение.

Исследование «Происхождение здоровья и болезней в процессе развития» (DOHaD) охватывает область исследований, которая связывает отдаленные последствия для здоровья и болезней с условиями жизни в раннем возрасте. Развитие этого направления было начато после обнаружения связи между недостаточным питанием плода и развитием метаболических заболеваний, таких как инсулинорезистентность и ожирение во взрослом возрасте. Продолжение этой работы с использованием данных человеческой популяции и экспериментальных животных показало, что воздействие разнообразных неоптимальных факторов условий жизни матери, включая несбалансированное питание, недостаток кислорода и высокий индекс массы тела (ИМТ) во время беременности, повышают риск развития ожирения у потомства. Целью данного обзора является представление результатов этих исследований. В частности, влияние плохой гестационной среды на развитие и функцию жировой ткани и программирование ожирения. Сначала в нем будет представлена информация о биологии жировой ткани, в том числе о различиях и сходствах между людьми и экспериментальными видами животных, используемыми в DOHaD, а также описан половой диморфизм, существующий в жировой ткани внутри биологических видов. Эта справочная информация редко рассматривается и имеет ключевое значение при сравнении результатов для понимания причин развития ожирения.

Изменения во внутриутробной среде в результате неоптимальных условий жизни матери во время беременности связаны с запрограммированными изменениями в развитии, структуре и функции жировой ткани у потомства. Было доказано, что различные манипуляции с питанием и различные метаболические среды, такие как низкое содержание белка, ограничение калориности/питательных веществ, диеты, приводящие к ожирению, влияют на жировую структуру и функцию жировой ткани у потомства. Также было показано, что изменения, не связанные с питанием, такие как гипоксия и воздействие гормонов и загрязняющих веществ/синтетических химических веществ, также влияют на жировую ткань у потомства. Результаты этих манипуляций различаются и зависят от самой манипуляции, то есть от ее времени, продолжительности и серьезности. У различных видов млекопитающих воздействие определенных манипуляций, таких как диета с низким содержанием белка, остается относительно постоянным, что повышает надежность этих данных.

Однако, в целом, в то время как большинство доступных исследований изучали запрограммированные изменения в метаболизме всего организма, жировая ткань была изучена в очень ограниченном объеме. В большинстве исследований также анализируется только одно жировое депо, и, как уже говорилось, они могут сильно различаться и зависят от органа, с которым связаны. Кроме того, некоторые жировые отложения, особенно подкожно-жировая клетчатка, варьируются в зависимости от пола потомства.

Влияние пола на внутриутробное программирование жировой ткани изучено относительно слабо. В большинстве исследований изучалось потомство только мужского пола, а в тех исследованиях, которые включают потомство женского пола, сравнению полов уделялось крайне мало места. Исследования, где сравниваются половые показатели, часто выявляют различия в результатах потомства. Учитывая многочисленные различия в жировой ткани между мужчинами и женщинами, о которых говорилось ранее, это неудивительно. Однако механизмы, лежащие в основе этих различий в исходах при одинаковых внутриутробных условиях, остаются неисследованными. Высказывались предположения, что некоторые половые различия могут быть частично обусловлены специфичными для пола эпигенетическими модификациями, действующими на уровне плаценты в процессе развития. Плацента является функциональным связующим звеном между матерью и плодом и основным фактором, определяющим снабжение плода питательными веществами, кислородом и гормонами во время беременности. Следует отметить, что Gallou-Kabani et al. показали, что общий уровень метилирования плаценты различается у мальчиков и девочек, даже несмотря на то, что они подвергались одинаковому воздействию во время внутриутробного развития. Однако еще предстоит изучить, достаточно ли специфичных для плаценты манипуляции, чтобы запрограммировать изменения в жировой ткани потомства и ожирении, и сделать это таким образом, чтобы на это влиял пол плода. Действительно, предыдущая работа показала, что некоторые из рассмотренных здесь манипуляций с окружающей средой со стороны матери влияют на формирование и функцию плаценты в связи с изменениями роста плода и фенотипа потомства. Плацента, вероятно, играет важную роль в программировании изменений в развитии жировой ткани у потомства и ее функционировании, а, следовательно, предрасположенности к развитию ожирения.

Хотя многие исследователи изучают, существует ли связь между экологическими факторами, в которых живет мать, с ожирением или биологией адипоцитов у потомства, механизмы, лежащие в основе этих программирующих воздействий, остаются в значительной степени неизвестными. Как правило, проводимые молекулярные анализы являются целенаправленными и фокусируются либо на воспалении жировой ткани, либо на сигнальных путях инсулина, при этом лишь в немногих исследованиях проводится более широкий анализ, такой как секвенирование РНК, который позволяет лучше понять основные программирующие эффекты. Кроме того, механизмы, с помощью которых может быть запрограммировано ожирение от поколения к поколению в значительной степени не изучен. В некоторых исследованиях, где проводилось изучение наследования от поколения к поколению, были выявлены устойчивые изменения, свидетельствующие об изменении наследуемого эпигенома потомства. Например, у мышей в потомстве у самок, получавших диету с высоким содержанием жиров , в течение трех поколений наблюдалось ожирение и высокий уровень воспаления WAT в связи с гипометилированием определенных воспалительных генов. Кроме того, исследования голландской когорты, получавшей недостаточное количество питания, выявили признаки передачи ожирения из поколения в поколение у люди. Таким образом, возможно, наиболее важным направлением для будущего этой области является разработка исследований для дальнейшего выяснения клеточных и эпигенетических механизмов, лежащих в основе внутриутробного программирования и эффектов, передающихся из поколения в поколение. Это важно, поскольку жировая ткань играет фундаментальную роль в гомеостазе и метаболизме всего организма, а потенциальная наследственность ожирения от поколения к поколению может быть одним из факторов, способствующих его распространению среди многих групп населения по всему миру.

Учитывая нынешний эпидемический уровень метаболических заболеваний по всему миру, основное внимание в исследованиях в этой области должно быть сосредоточено на понимании механизмов внутриутробного программирования таким образом, чтобы создать оптимальную внутриутробную среду для предотвращения передачи заболевания. Это требует лучшего понимания влияния диеты и воздействия гормонов на развитие жировой ткани у человека, а также более глубокого понимания того, какое влияние они могут оказывать на критические события, такие как принятие решений о судьбе мезенхимальных стволовых клеток. Это также требует лучшего понимания пластичности жировой ткани на протяжении всей жизни, поскольку это поможет получить информацию о том, какие вмешательства могут быть полезны в борьбе с влиянием бедной внутриутробной среды на программирование развития риска ожирения у потомства.

Перевод на русский язык научной статьи осуществлен в соответствии с условиями открытой лицензии Creative Commons Attributions (CC BY) (Creative Commons — Attribution 4.0 International — CC BY 4.0)