Дієтичні втручання для обмеження росту плода - терапевтичний потенціал дієтичних добавок нітратів під час вагітності

Елізабет Коттрелл

1 Школа медичних наук, факультет біології, медицини та охорони здоров'я, Університет Манчестера, лікарня Сент-Мері, M13 9WL, Великобританія,

Тереза ​​Тропея

1 Школа медичних наук, факультет біології, медицини та охорони здоров'я, Університет Манчестера, лікарня Сент-Мері, M13 9WL, Великобританія,

Лора Ормешер

1 Школа медичних наук, факультет біології, медицини та охорони здоров'я, Університет Манчестера, лікарня Сент-Мері, M13 9WL, Великобританія,

Сьюзен Грінвуд

1 Школа медичних наук, факультет біології, медицини та охорони здоров'я, Університет Манчестера, лікарня Сент-Мері, M13 9WL, Великобританія,

Марк Уерінг

1 Школа медичних наук, факультет біології, медицини та охорони здоров'я, Університет Манчестера, лікарня Сент-Мері, M13 9WL, Великобританія,

Едвард Джонстон

1 Школа медичних наук, факультет біології, медицини та охорони здоров'я, Університет Манчестера, лікарня Сент-Мері, M13 9WL, Великобританія,

Дженні Майерс

1 Школа медичних наук, факультет біології, медицини та охорони здоров'я, Університет Манчестера, лікарня Сент-Мері, M13 9WL, Великобританія,

Колін Сіблі

1 Школа медичних наук, факультет біології, медицини та охорони здоров'я, Університет Манчестера, лікарня Сент-Мері, M13 9WL, Великобританія,

Анотація

дієтичні

Скорочення

Вступ

Обмеження росту плода (FGR), неспроможність плода досягти свого генетичного потенціалу росту, зачіпає близько 5% вагітностей (Bamfo & Odibo, 2011) і несе значні ризики як з точки зору короткочасного виживання, так і довготривалого потомства здоров'я. Частота мертвонародження зростає в 4 рази при вагітності FGR (Gardosi et al. 2013), а також збільшується рівень новонародженої смертності та захворюваності (McIntire et al. 1999). Крім того, існують значні ризики протягом життя, пов’язані з народженням маленьких; у цих немовлят частіше розвиваються метаболічні захворювання та порушення поведінки у дорослому житті порівняно з немовлятами в межах нормальної ваги при народженні (Barker, 2006). Незважаючи на ці ризики, в даний час лікування ФГР не існує, і передчасні пологи залишаються єдиним варіантом. Фармацевтична промисловість не інвестувала у розробку методів лікування ускладнень вагітності, принаймні частково через потенційні ризики токсичності для плода (Fisk & Atun, 2008). Таким чином, існує чітка потреба у визначенні терапевтичних підходів, які можуть посилити ріст плоду безпечним та ефективним способом.

Значення материнської дієти для росту плода

Окрім дефіциту мікроелементів, дієти матері з високим вмістом рафінованих або оброблених продуктів харчування пов'язані з поганими результатами вагітності (Brantsaeter et al. 2009). Механістична основа цих асоціацій в даний час недостатньо вивчена. Однак моделі на тваринах, що використовують матеріальні маніпуляції з дітьми, щоб викликати FGR та інші ускладнення вагітності, включаючи годування з високим вмістом жиру та цукру (Sferruzzi-Perri et al. 2013), обмеження калорій (Lederman & Rosso, 1980) та дефіцит макро- або мікроелементів (Cottrell та ін., 2012; Liu та ін., 2013), внесли значний внесок у наше розуміння шляхів, за допомогою яких погана дієта матері може впливати на здоров’я матері, розвиток плаценти та ріст плоду. І навпаки, дієти з високим вмістом овочів та фруктів (Brantsaeter et al. 2009) та пробіотичні продукти (Brantsaeter et al. 2011) були пов’язані зі зниженням ризику FGR та інших ускладнень вагітності, які, можливо, частково пов’язані із забезпеченням мікроелементами але також потенційно через інші біоактивні сполуки, про що більш детально обговорюється нижче.

Порушення функції матко-плацентарних судин при ФГР

Незважаючи на те, що механізми, що лежать в основі ФГР, до кінця не зрозумілі, постійно виявляється, що порушені функції матково-плацентарної судини та кровотік (Kingdom et al. 1997; Shibata et al. 2008; Ghosh & Gudmundsson, 2009). Кілька рядків доказів свідчать про те, що ці порушення можуть виникнути через зменшену інвазію трофобластів та погану плацентацію на ранніх термінах вагітності, що призводить до збільшення судинного опору та зменшення кровотоку через плаценту (Chaddha et al. 2004). В результаті виникає пошкодження плаценти, спричинене ішемією – реперфузією та/або збільшенням продуктивності активних форм кисню (АФК), і здатність плаценти до обміну поживними речовинами та газами зменшується.

Оксид азоту (NO) вирішально бере участь у підтримці маточно-плацентарної судинної системи із низьким опором/високим потоком у здорових вагітностях (Poston et al. 1995; Kublickiene et al. 1997), а зниження біодоступності NO пов'язано з FGR у людей (Casanello & Sobrevia, 2002; Schiessl et al. 2006; Krause et al. 2013). Ендогенно NO отримується в результаті окислення амінокислоти l-аргініну ферментами оксиду азоту синтази (NOS), з яких існує три ізоформи (нейронна, індукована та ендотеліальна; nNOS, iNOS та eNOS відповідно). Під час вагітності спостерігається помітна регуляція вироблення NO у матері як через nNOS, так і через eNOS у судинних тканинах (Xu et al. 1996). У фетоплацентарних тканинах NO, що походить від eNOS, відіграє вирішальну роль протягом усієї вагітності, беручи участь в імплантації, плацентарному ангіогенезі та регуляції тонусу судин фетоплаценти (Krause et al. 2011). На моделях на тваринах було показано, що експериментальне пригнічення ендогенного синтезу NO (шляхом фармакологічних або генетичних маніпуляцій) призводить до зменшення маточно-плацентарного кровотоку та спричинює FGR (Molnar et al. 1994; Salas et al. 1995; Kulandavelu et al. 2006, 2012, 2013). З огляду на цю центральну роль NO під час вагітності, протягом останніх 20 років було зроблено значні зусилля, спрямовані на посилення вироблення NO та/або передачу сигналів в акушерських дослідженнях.

Підходи до цільового шляху NO

Оксид азоту (утворюється з ендогенних шляхів NOS або за рахунок відновлення дієтичної нітрату) пов'язує групу протеза гема на sGC для активації ферменту, що призводить до синтезу другого cGMP-месенджера. Підвищений внутрішньоклітинний цГМФ в кінцевому підсумку призводить до гіперполяризації та розширення судин гладком’язових клітин. Діяльність за цим шляхом послаблюється діями PDE ‐ 5, що погіршує цГМФ. Такі агенти, як силденафіл цитрат, який інгібує фермент PDE ‐ 5, можуть посилювати сигналізацію NO – cGMP, продовжуючи підвищення рівня внутрішньоклітинного cGMP.

  •  

Альтернативне виробництво NO за допомогою шляху нітрат – нітрит – NO

На додаток до вироблення NO за допомогою ферментів NOS, як описано вище, зараз є безліч доказів того, що NO може утворюватися за допомогою альтернативного, незалежного від NOS шляху (див. Абстрактний малюнок). Неорганічні аніони нітратів (NO3 -) та нітритів (NO2 -), що отримуються або в результаті окислення одержуваного ендогенно NO, або з дієтичних джерел, можуть бути перероблені in vivo для утворення NO та інших важливих біоактивних оксидів азоту. Важливість цих аніонів приділяється дедалі більшій увазі, особливо, оскільки дослідження добавок з використанням дієтичного нітрату показали значну перспективу в серцево-судинній медицині (Lundberg et al. 2008).

Біоактивація дієтичної нітрату (її багато в зелених листових овочах та буряках; Lidder & Webb, 2013) передбачає, по-перше, її відновлення до нітриту, переважно за допомогою бактеріальних ферментів нітратредуктази в ротовій порожнині. Потім нітрит потрапляє в системний кровообіг, де додатково відновлюється до NO за допомогою тканинних нітритредуктаз. На сьогоднішній день виявлено низку ферментів, що володіють активністю нітритредуктази, включаючи гемоглобін, міоглобін та ксантиноксидоредуктазу (Lundberg et al. 2008). Важливо, що зниження нітриту до NO посилюється в гіпоксичних умовах, коли вироблення NO із залежності від кисню активності NOS буде обмеженим. Таким чином, цей «альтернативний шлях NO» може бути особливо важливим для хворих або пошкоджених органів, де перфузія порушена і оксигенація тканин знижена.

У дорослих, які не вагітні, прийом дієтичної нітрату у вигляді бурякового соку значно знижує кров’яний тиск та покращує функцію судин (Webb et al. 2008; Kapil et al. 2010). Сприятливі ефекти дієтичних добавок нітратів також були показані з точки зору підвищення ефективності фізичних вправ і кровотоку як у людей, так і у тваринних моделей (Ferguson et al. 2013; Jones, 2014), а також зменшення пошкодження міокарда, спричиненого гострою ішемічно-реперфузійною травмою. (Webb et al. 2004; Salloum et al. 2015).

Дієтичний підхід для спрямування шляху нітрат-нітрит-NO під час вагітності

Враховуючи корисні ефекти дієтичних добавок нітратів у невагітних людей та тварин, ми висунули гіпотезу, що цей підхід можна використовувати для підвищення біодоступності NO та поліпшення функції судин при ускладненій вагітності. Більш того, цілком ймовірно, що дієтичне втручання, таке як добавка бурякового соку, може бути більш привабливим для вагітних жінок і потенційно матиме менше нецільових ефектів у порівнянні з фармакологічними підходами, а отже, може стимулювати дотримання.

Наші доклінічні висновки на сьогоднішній день показали, що доповнення материнської дієти нітратами (з використанням соку буряка) підвищує концентрацію нітратів і нітритів як у матері, так і у плода та покращує судинну функцію маткових артерій ex vivo на мишачій моделі FGR, пов’язаній із вираженою судинною дисфункцією, еназ миша (Cottrell et al. 2015). Постійні дослідження, що використовують цей підхід, мають на меті зрозуміти, як в цій моделі надається сприятливий вплив добавок нітратів, та встановити механізми біоактивації нітратів/нітритів у матково-плацентарних тканинах вагітних тварин.

Враховуючи наші багатообіцяючі попередні докази на моделях тварин, що добавки материнських дієт нітратами під час вагітності добре переносяться і пов’язані з поліпшенням функції матко-плацентарних судин (як обговорювалося вище), нещодавно ми розпочали техніко-економічне обґрунтування з використанням цього дієтичного підходу у вагітних. Спираючись на дані серцево-судинної медицини, ми в даний час націлені на жінок з гіпертонією (які мають підвищений ризик народження немовлят з РГЗ) для участі у короткостроковому (1 тиждень) дослідженні, що включає дієтичні добавки нітратів у вигляді бурякового соку. Це подвійне сліпе плацебо-контрольоване дослідження, яке має на меті дослідити вплив цього втручання на серцево-судинну функцію матері та матково-плацентарний судинний опір, а також визначити, чи є такий підхід до дієтичного прийому прийнятним для вагітних. Наразі триває це випробування (ClinicalTrials.gov,> NCT02520687), і ми очікуємо, що результати будуть повідомлені у 2017 році. Якщо він ефективний, цей підхід може бути розширений у майбутніх дослідженнях, щоб втрутитися у ряд ускладнень вагітності, пов’язаних із порушенням функції судин та обмежена біодоступність NO, включаючи FGR та прееклампсію.

Висновки та майбутні наукові завдання

Пошук ефективних та прийнятних методів лікування ускладнень вагітності залишається важливою проблемою в акушерстві. Існує значний простір для розробки дієтичних втручань під час вагітності для зменшення ризику та/або тяжкості захворювання. Подальші дослідження у цій галузі вимагають кращого розуміння механізмів, за допомогою яких конкретні дієтичні компоненти впливають на материнську фізіологію та фетоплацентарний розвиток. Для прогресу знадобляться епідеміологічні набори даних, а також доклінічні експериментальні моделі, щоб зрозуміти біологію, яка лежить в основі досліджень асоціацій на основі популяції, і перевести ці результати у нові терапевтичні стратегії.

Додаткова інформація

Конкуруючі інтереси

Автори заявляють, що не існує конкуруючих інтересів.

Внески автора

E.C., T.T., L.O., S.G., M.W., E.J., J.M. та C.S. сприяли написанню рукопису. Усі автори затвердили остаточну версію рукопису та погоджуються нести відповідальність за всі аспекти роботи. Всі особи, визначені авторами, претендують на авторство, і перераховані всі, хто претендує на авторство.

Фінансування

Доклінічна робота, про яку йдеться в цьому огляді, підтримується грантом Британського фонду серця для Е.С. (FS/15/31/31418); клінічне випробування доцільності підтримується грантом Tommy's Maternal and Fetal Health Research Center.

Перекладне значення

Багато ускладнень вагітності, включаючи обмеження росту плода, пов’язані з порушеннями функції судин матері та матко-плацентарного судин. Втручання, спрямовані на спрямування шляху оксиду азоту (NO), залишаються ключовою сферою інтересу в акушерських дослідженнях, хоча в даний час немає терапевтичних засобів для лікування ускладнень вагітності. Багато доказів, отриманих у невагітних осіб, визначили важливість альтернативного шляху NO, завдяки якому дієтична нітрат (отримана з продуктів харчування, таких як зелені листові овочі та буряк) перетворюється в організмі на NO та інші біоактивні оксиди азоту, надаючи корисні вплив на функцію судин. Прийом дієтичної нітрату є потенційною стратегією підвищення NO при ускладненій вагітності, з додатковими перевагами того, що їх легко та недорого вводити, а також потенційно більш привабливим для вагітних у порівнянні з фармакологічними підходами.

Біографія

Елізабет Коттрелл є фізіологом, чиї основні наукові інтереси зосереджені на ролі здоров'я матері під час вагітності та програмуванні розвитку захворювань дорослих. Вона отримала ступінь доктора філософії в Університеті Кембриджа, Великобританія, у 2009 році, а в 2013 році переїхала до Центру досліджень здоров’я матері та плода в Манчестері, Великобританія, щоб приєднатися до багатопрофільної дослідницької групи вчених та вчених-клініцистів, яка зосереджена на пошуку рішень широкий спектр ускладнень вагітності. В даний час вона є проміжним науковим співробітником Британського фонду серця, головним чином зацікавленим у дієтичних підходах для попередження або лікування ускладнень вагітності.

Примітки

Цей огляд був представлений на симпозіумі «Стрес під час вагітності: Фізіологічні наслідки для внутрішньоутробного розвитку», який відбувся у Physiology 2016, Дублін, Ірландія, 29–31 липня 2016 р.

Це стаття редактора за вибором від 1 серпня 2017 року.