文摘

lipotoxic胎盘环境是公认的孕产妇肥胖,增加炎症和氧化应激。这些变化可能会改变线粒体功能,与过量的活性氧的生产,在一个恶性循环导致胎盘功能障碍和不良妊娠结局。在这里,我们假设母亲孕前的体重指数(BMI)和血糖水平可以改变胎盘线粒体。我们测量的线粒体DNA (mtDNA、实时PCR)和形态(电镜)在47个单例妊娠胎盘选择性剖腹产。37女性normoglycemic: 21个正常体重的女性,NW,和十六个肥胖妇女,OB / GDM (−)。十个肥胖妇女妊娠期糖尿病,OB / GDM (+)。OB / GDM(−)提出mtDNA水平较高与NW,建议增加了线粒体生物起源normoglycemic肥胖组。这些线粒体显示相似的形态学西北。相反,在OB / GDM (+), mtDNA并不显著增加和西北。然而,线粒体形态异常,指示功能受损。 The metabolic response of the placenta to impairment in obese pregnancies can possibly vary depending on several parameters, resulting in opposite strains acting when insulin resistance of GDM occurs in the obese environment, characterized by inflammation and oxidative stress. Therefore, mitochondrial alterations represent a feature of obese pregnancies with changes in placental energetics that possibly can affect pregnancy outcomes.

1。介绍

胎盘是一个新陈代谢活跃的器官与多个功能连接成功的母亲和胎儿的妊娠(1]。

线粒体氧化磷酸化和底物氧化代表胎盘功能的主要能量来源(2]。因此,线粒体功能或功能障碍中扮演一个重要的角色在代谢健康和细胞命运3]。在人类和啮齿动物胎盘营养和低氧压力可以改变线粒体功能4- - - - - -10),线粒体生物起源的变化,功能,形态导致胎盘功能障碍。胎盘的改变会影响胎儿的新陈代谢和发展可能导致更高的患病的风险在未来成人(11]。

在过去的十年中,肥胖已经成为一个全球性的问题(12]。母亲肥胖(MO)是扩大全球指数几乎流行比例,与一个额外的5 - 10%的孕妇糖尿病,代表一个重要的危险因素的不良妊娠结局(13- - - - - -17)直接和长期后果(11,18- - - - - -22]。然而,分子机制底层编程效果只有部分确认。受损的胎盘转移和能量代谢基质孕产妇肥胖和/或糖尿病已报告(23,24]。lipotoxic胎盘环境确实是公认的孕产妇肥胖、改变代谢物轮廓,炎症和氧化应激反应,增加和减少血管生成的监管机构25- - - - - -28]。这可能改变线粒体功能,导致过多的活性氧的生产和氧化应激,恶性循环导致胎盘功能障碍和不良妊娠结局。

在这项研究中,我们提出假设母亲孕前的体重指数(BMI)和血糖水平可以改变胎盘线粒体,线粒体通过测量内容和术语胎盘形态学的采样以选择性剖腹产。

2。材料和方法

孕妇参加的单位路易吉的妇产科医院的焦点在于米兰。

研究当地的机构审查委员会批准的协议(Luigi医院伦理委员会)的焦点在于,和所有参与者把他们的知情同意。

2.1。人口

只有白人女性独立自发怀孕和交付在术语选择性剖腹产被纳入本研究。剖腹产之前劳动进行臀先露,重复剖腹产,或母亲的请求。排除标准是由母胎感染或自身免疫性疾病,孕妇吸烟和毒品饮酒虐待、胎儿畸形、染色体疾病,子痫前期,宫内生长受限。

研究47个孕妇都有资格。

37了正常血糖值基于口服葡萄糖耐量试验(ogtt - 75 g) (29日]。其中,21岁是在正常体重(西北;18.5≤BMI < 25公斤/米2)和16个肥胖(OB / GDM (−);BMI≥30公斤/米2)根据其孕前的体重指数(30.]。

十名女性被诊断为妊娠期糖尿病(GDM)根据OGTT - 28周的妊娠,和所有的肥胖(OB / GDM (+))。GDM的女性接受了每日检查血糖。

所有女性有营养和生活方式的建议,建议在怀孕期间体重增加国际移民组织指导方针后,根据孕前的体重指数(30.]。

肥胖患者定期特定检查在一个专用的产前诊所,他们收到特定的饮食表示支持妊娠期体重和血糖的控制水平。没有病人需要胰岛素治疗。

西北女人生理怀孕正常宫内生长和适合孕龄出生体重根据意大利人口(参考范围31日]。

2.2。数据收集

孕产妇医疗历史、人口、人体测量、产科和新生儿的数据记录在招聘和剖腹产后。

母体血红蛋白测定在34-36周。孕妇空腹血糖得到的第一个值OGTT 24至28周执行。

2.3。样品采集和处理

人类胎盘是选择性剖腹产后立即收集的,在缺乏劳动力。胎盘后被重丢弃膜和线盘,和生物测量进行了如前所述[18]。

删除母体蜕膜后,胎盘活检(~ 1厘米3从不同的子叶(大小)32)线之间的中途插入和胎盘边界。胎盘绒毛被洗在PBS(杜尔贝科的磷酸盐溶液;Euroclone、米兰、意大利),立即在液态氮冷冻储存在−80°C到mtDNA分析或者与2.5%戊二醛固定的电子显微镜。

2.3.1。胎盘mtDNA内容

冷冻胎盘片段(90毫克)切碎的试剂盒中的试剂(美国罗氏诊断,印第安纳波利斯)波特均质器。总DNA分离混合物的化学过程,遵循制造商的指示。DNA浓度是衡量NanoDrop ND1000分光光度计(NanoDrop技术;美国威尔明顿,德)。

线粒体DNA (mtDNA)内容进行实时PCR、规范化水平的线粒体(细胞色素的基因β中青文)的单份核基因(RNase-P) (2−ΔCq方法)。短暂,30毫微克的总DNA进行了分析与TaqMan化验一式三份(中青文:Hs02596867_s1和RNase-P: 4316844)在7500年快速实时PCR(应用生物系统公司,热费希尔科学;美国加利福尼亚州卡尔斯巴德);Cq值和标准偏差超过0.25被排除在外。

2.3.2。电子显微镜

细胞被固定为2.5%戊二醛在100 mM甲次砷酸盐缓冲液pH值7.4 1小时在室温下。在甲次砷酸盐缓冲几个洗后,细胞后缀与1%的四氧化锇和1.5%的亚铁氰化钾100毫米甲次砷酸盐缓冲pH值为7.4 1小时在冰上。在dH冲洗后2O,样本全体彩色一夜之间在0.5%醋酸双氧铀和脱水乙醇浓度增加,最后嵌入在环氧树脂。样本在60°C烤箱治愈48 h。Epon块分段使用徕卡EM UC7超微切片机(徕卡微系统公司、英国)。超薄部分(70海里)与2%醋酸双氧铀和佐藤的主要解决方案,观察狮子座912 ab蔡司透射电子显微镜(卡尔蔡司、从、德国)。数码显微图是用一个2 k×2 k海底慢扫ProScan相机(ProScan Lagerlechfeld,德国)控制的EsivisionPro 3.2软件(柔软的成像系统,德国明斯特)。

2.4。统计分析

数据平均值±标准误差。

孕产妇、胎儿和分子数据比较中学习小组由单向方差分析(方差分析),在初步验证,没有严重的统计违法行为发生。图基HSD测试作为事后然后运行测试。

双向群体间的方差分析进行了探讨孕产妇BMI / GDM和胎儿的影响性(独立变量),作为单独或联合作用,胎盘mtDNA水平(因变量)。

卡方分析比较贫血组间的频率,使用耶茨连续性校正。

相关性描述之间的关系的强度和方向2参数评估使用皮尔逊积差相关。

所有统计测试是双向的, 值< 0.05被认为是具有统计学意义。统计分析了使用SPSS(24.00版本,IBM统计;美国纽约阿蒙克)。

3所示。结果

3.1。研究人口的特征

孕产妇、胎儿和胎盘报道在表的数据1。

表1
孕产妇、胎儿和胎盘人口特征研究。

根据入选标准,孕前的体重指数显著不同的组间( (46)= 78.52, ),被两个肥胖组NW相比更高。肥胖妇女在怀孕期间体重平均减少与正常体重相比,大部分剩余的国际移民组织推荐范围内妊娠孕期体重增加的肥胖女性(30.]。正如所料,母体空腹血糖显著不同的组间( (46)= 3.71, ),OB / GDM(+)显示高水平相比normoglycemic组(图基HSD测试, )。低血红蛋白水平在两个OB组NW相比,虽然不显著。然而,贫血(Hb < 11.0 g / dl) OB频率较高,导致OB / GDM高出两倍以上(−)(56%)和OB / GDM(+)(50%)比NW (25%)。

孕妇年龄、孕周、胎儿体重没有组间差异。

有一个统计上的显著差异在胎盘重量( (46)= 4.75, )。事后比较使用图基HSD测试表明,平均评分为OB / GDM(+)明显高于相比西北组( )。

胎盘效率(胎儿/胎盘重量比)显著不同的组间( (46)= 3.29, ),OB / GDM(+)显示减少胎盘效率相比NW ( )。

在我们的研究人群中,胎盘效率显著正相关,产妇Hb ( , ,图1与胎龄)和( , ),而这是与胎盘的厚度负相关( , )。产妇Hb还与孕龄呈正相关( , )和消极与胎盘重量( , )(数据未显示)。


图1
胎盘效率和母体血红蛋白之间的显著相关性( , )。西北:正常体重的女性;OB / GDM(−):肥胖女性没有GDM的诊断;OB / GDM(+):肥胖女性与GDM。

在分析怀孕,23岁男性胎儿(15 NW, 6 OB / GDM(−),和2 OB / GDM(+)的母亲)和24女婴(6 NW, 10 OB / GDM(−)和8 OB / GDM(+)的母亲)。

3.2。mtDNA胎盘组织中的内容

单向群体间的方差分析进行了探讨肥胖和GDM对线粒体DNA水平的影响。有一个统计上的显著差异mtDNA水平组间( (46)= 3.03, )。事后比较使用图基HSD测试表明,OB / GDM的平均评分(−)组相比明显高于NW ( ),而OB / GDM(+)不是(图2)。


图2
胎盘mtDNA水平。 与西北,图基HSD测试。西北:正常体重的女性;OB / GDM(−):肥胖女性没有GDM的诊断;OB / GDM(+):肥胖女性与GDM。

图3(一个)展示了mtDNA水平和孕前的体重指数之间的关系研究。有显著相关性的病人没有诊断GDM,表示回归线( , ),而没有明显的相关性被发现在OB GDM患者。mtDNA还与产妇Hb(负相关 , )(图3 (b))和脐静脉Hb ( , )(图3 (c))。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图3
(一)胎盘mtDNA和孕产妇孕前的体重指数之间的相关性。病人没有诊断的相关性是显著的GDM,表示回归线( , )。(b)。胎盘mtDNA之间的相关性和孕产妇血红蛋白( , )。(c),胎盘mtDNA之间的相关性和脐静脉血红蛋白( , )。西北:正常体重的女性;OB / GDM(−):肥胖女性没有GDM的诊断;OB / GDM(+):肥胖女性与GDM。

没有mtDNA水平取决于胎儿性别的差异。双向群体间的方差分析表明,胎儿性别之间的相互影响和孕产妇孕前的体重指数不是统计学意义( (46)= 0.61, )(数据未显示)。

3.3。合胞体滋养层的电子显微分析

线粒体的概要文件的合胞体滋养层NW和OB / GDM(−)胎盘被拉长圆形或非常稠密矩阵和类似的嵴结构(数据4(一)和4 (b))。相比之下,合胞体滋养层线粒体OB / GDM(+)胎盘形态学显示异常,显示一个矩阵与非常低的密度和vesicle-like或中断嵴,形成一个不规则的模式(图4 (c))。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图4
电子显微镜胎盘绒毛的术语代表的部分从西北syncytiotrophobast细胞(a), OB / GDM (−) (b),和OB / GDM (+) (c)项胎盘。M:线粒体;呃:内质网;LD:脂滴。西北:正常体重的女性;OB / GDM(−):肥胖女性没有GDM的诊断;OB / GDM(+):肥胖女性与GDM。

4所示。讨论

最近,母亲肥胖与lipotoxic胎盘环境有关,与胎盘脂质增加,炎症,氧化应激,胎儿胎盘比效率较低和代谢物改变配置文件(18,23,25,27]。细胞压力描述这个母体的环境可能会影响胎盘的发育和功能可能改变胎儿的生长和发育。的确,氧化应激的特点对细胞内脂质过多的反应。高水平的游离脂肪酸影响线粒体膜结构(mt),导致释放活性氧(ROS),可以与大分子反应和损伤细胞内的膜和DNA (33]。这些改变可以反过来影响线粒体结构和功能,在线粒体异常和活性氧形成的恶性循环,可能代表一个胎盘功能障碍的一种疾病状态的关键机制。

密苏里州报告的几个动物模型太障碍在胰岛细胞,肝、骨骼肌的后代34,35]。然而,母亲的肥胖和糖尿病并不总是伴随着明显的胎儿窘迫,和胎盘适应可能解释它24]。

在这项研究中,我们提出假设胎盘可以改变线粒体在妊娠孕产妇BMI升高和/或代谢改变发生在妊娠期糖尿病。

我们研究胎盘在任期只有由选择性剖腹产,为了避免可能的改变线粒体的内容或功能由于劳动36]。孕期肥胖病人随访与特定的咨询包括营养和生活方式的建议。这导致降低妊娠期体重增加与正常体重的患者相比,国际移民组织推荐的指南(30.]。我们的研究人群也精心挑选了不包括妇女进一步条件可能影响线粒体的特征,如母亲吸烟或滥用毒品饮酒和产妇或胎儿病态。包括肥胖妇女与GDM,为了评估额外增加血糖胎盘线粒体功能的影响。

4.1。没有GDM mtDNA肥胖怀孕

mtDNA水平在很大程度上被认为是衡量线粒体含量(4,37,38]。我们发现高水平的mtDNA,占胎盘细胞线粒体含量的增加肥胖的女性孕前的体重指数没有GDM(图的诊断2)。线粒体的形态的合胞体滋养层OB / GDM(−)组整体类似于西北组,表明没有改变线粒体功能(数据4(一)和4 (b))。补偿增加线粒体生物起源可以解释为内分泌刺激由于高细胞内脂肪酸水平和氧化应激发生在肥胖的胎盘的lipotoxic环境(9,34]。事实上,改变mtDNA水平以及养分运输系统的损伤已报告在先前的研究不同妊娠的胎盘组织病理表现为氧化应激和炎症水平升高,如宫内生长受限和子痫前期(4,5,39- - - - - -43]。胎盘mtDNA之间的正相关和孕产妇BMI是观察到在这项研究支持了这一假说(图3(一个))。

不同于我们的研究中,减少mtDNA拷贝数之前已经报道过的胎盘肥胖而不是肥胖女性(9,44]。然而,不同的基因化验和不同人口标准在这些研究中使用。本研究的优势之一是谨慎选择很好没有孕期并发症的人口特征。我们排除了任何产妇或胎儿感染或自身免疫性疾病,母亲吸烟或滥用毒品饮酒,胎儿畸形,染色体疾病,子痫前期和宫内生长受限,影响线粒体生物起源和功能。此外,只选择了白人女性,因为不同的线粒体DNA haplogroups已经确定和建议可能有助于复杂疾病的遗传因素(45- - - - - -47]。最后,所有参与研究的女性与营养和生活方式的建议和忠告建议怀孕期间体重增加,和肥胖患者定期特定检查在一个专用的产前诊所与特定的饮食迹象。

有趣的是,在最近的一次检查在妊娠期线粒体功能障碍,荷兰和他的同事报道,线粒体内容被发现在同一妊娠病理增加或减少由不同研究[48]。这些明显的差异在同一病理可以解释不同的严重程度或时间的侮辱和由此产生的反应能力的组织。事实上,虽然在一些疾病,线粒体生物起源被认为发生在细胞的代偿机制困境(4,49- - - - - -52),另一方面,增加线粒体活性氧的产量可能会损害线粒体DNA和膜,从而抑制线粒体增加自适应。

因此,研究不同的包含/排除标准的人口,与不同的临床协议在营养和生活方式的建议,关于线粒体的反应会导致不同的结果。这是最近的研究报告还建议增加早发性但不晚发性子痫前期胎盘线粒体含量(41]。

4.2。mtDNA在肥胖与GDM孕妇

在分析胎盘与GDM的肥胖女性,我们并没有发现显著增加mtDNA水平(图2)。然而,胎盘OB / GDM(+)女性显示线粒体功能失调的合胞体滋养层,与形态学异常。特别是,电镜显示亏损矩阵密度和无序的内膜嵴(图4 (c))。有趣的是,还患糖尿病的动物模型显示线粒体数量减少,形态异常,相关的线粒体功能障碍(53]。值得注意的是,股票大脂滴,观察脂质作为能源存储化合物。在这种背景下,脂滴可能支持的线粒体功能通过提供对线粒体脂肪酸β氧化和保护线粒体免受lipotoxicity [54]。

因此,我们的研究结果表明,胎盘线粒体GDM的肥胖妇女,没有显示显著改变生物起源可是现在的形态学改变,表明其功能的一个障碍。

OB / GDM(+)组提出减少胎盘效率比西北。的确,GDM与显示胎盘发育受损有关绒毛不成熟或改变绒毛状分支,以及胎盘血管受损,绒毛血管、子宫胎盘灌注(55- - - - - -57]。氧化应激标记也被报道在GDM胎盘58),可能会影响胎盘血管的生理和线粒体形态。

胰岛素抵抗和代谢改变糖尿病条件的特点。胰岛素抵抗已经在几个相关的组织与线粒体功能和线粒体DNA拷贝数减少,线粒体融合的减少和增加他们的裂变和线粒体大小和密度的变化。表观遗传调控的可能作用正在为这些变化(59- - - - - -64年]。事实上,一些作者最近推测,胰岛素抵抗作用于蛋白质的表达参与核和线粒体DNA的甲基化机械,影响基因的表达参与mtDNA复制,从而导致减少线粒体生物起源(62年,65年,66年]。然而,其他研究报告没有障碍或补偿增加线粒体功能和胰岛素抵抗[氧化能力条件67年,68年]。因此,线粒体和胰岛素的行动之间的关系是高度复杂的,在这方面还有很多东西要学习(3]。

类似于我们的结果,减少水平的胎盘mtDNA最近发表在糖尿病妊娠(69年一起,降低线粒体呼吸链酶活性(9]。在我们的人口中,不同级别的胎盘肥胖有或没有GDM mtDNA可能的结果相反的压力。母体糖尿病与减少胎盘有关线粒体水平(9,69年),而与炎症和氧化应激相关的肥胖的环境往往会促进补偿线粒体生物起源。在最近的研究中,我们报告的比较结果母体血液的肥胖妇女有或没有GDM [52]。水平的mtDNA母体血液中可能确实结果产妇胎盘细胞碎片的释放的循环(70年]。

此外,复杂的代谢轮廓的变化已经被证明在肥胖孕妇有或没有GDM [25,71年]。白等人最近表明,除了葡萄糖代谢失调,GDM肥胖女性相比non-GDM肥胖女性表现出夸张dyslipidemic概要GDM诊断前,在17周,胎座式仍然发生。这可能反映了增强胰岛素抵抗在GDM的外围组织妇女和顺向抑制脂类分解减少,影响脂质代谢通路。增加胰岛素抵抗和高水平的脂质和脂蛋白也被证明在中期和晚期妊娠妇女与GDM正常葡萄糖宽容的患者相比(72年]。

此外,GDM-obese女性显示代谢模式符合摄动能源途径(25,71年]。特别是肥胖妇女与GDM显示水平的提高乙酰乙酸盐(可能继发于不受监管的线粒体脂肪酸氧化)、柠檬酸(提前三羧酸循环的中间,发生在线粒体)。这些证据表明一个特定的代谢环境的GDM non-GDM肥胖的孕妇相比,它可以以不同的方式影响胎盘的线粒体功能。

4.3。mtDNA和母体/胎儿血红蛋白之间的关系

值得注意的,在我们的研究人群中,我们发现胎盘mtDNA之间显著负相关和孕产妇和胎儿血液中血红蛋白水平(数字3 (b)和3 (c))。孕产妇Hb与胎盘效率也显著相关。

产妇全身血红蛋白可能占孕产妇营养状况。肥胖女性在这个研究并没有呈现显著降低孕产妇Hb水平,可能是由于特定的和定期给他们在怀孕期间营养咨询。然而,在我们的人口贫血频率(Hb < 11.0 g / dl) OB子组NW相比较高。事实上,肥胖诱发慢性低度炎症与c反应蛋白的过度表达和hepcidin [26,52]这是负相关的孕产妇和脐带血铁状态(73年]。另一方面,低孕产妇Hb可能是一个指数改变血管氧化诱导线粒体生物起源,根据人口呈负相关,我们在研究中发现。

4.4。限制

两性异形被报道在几个胎盘应对不良环境(13,18,74年]。然而,在我们的研究人群中,我们没有发现任何之间的相互影响胎儿性别和母亲孕前的体重指数,这表明体重指数影响mtDNA水平和形态并不取决于胎儿性别。然而,数量有限的情况下在每个子群可能导致这些结果。因此,还需要进一步的调查来探讨可能影响胎儿性别的线粒体内容和功能的胎盘肥胖怀孕有或没有GDM。

尽管我们的结果在胎盘线粒体OB / GDM(+)怀孕遵守先前的调查结果,显示降低线粒体拷贝数相比,西北胎盘(9,69年),入选标准的人口分析这些研究是不同的我们,也包括1型和2型糖尿病,胎盘从阴道分娩和不同民族,从而保持开放的需要进一步研究调查胰岛素的行动的后果在GDM孕妇胎盘线粒体。

此外,是否改变mtDNA OB胎盘整个组织的内容将改变一个或多个胎盘细胞类型仍有待调查。

5。结论

胎盘营养和内分泌信号集成支持怀孕并安排其代谢表型。胎盘损伤的代谢反应取决于自然环境逆境的严重程度和持续时间(1),在肥胖的妊娠,这些可能取决于几个参数如产妇血糖或孕产妇营养状况和生活方式。然而,线粒体的改变是肥胖的一个清晰的特性妊娠胎盘能量的变化和消费的氧化底物,可能会影响胎儿的营养和O2在新生儿短期和长期的后果。

理解的差异胎盘代谢适应肥胖和胰岛素抵抗可能会打开新的视角对未来治疗进展(24]。

数据可用性

读者可能会访问数据的研究发现通过编写相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突,关于这篇文章的出版。

确认

这项工作从MIUR财务支持格兰特:普林斯顿2010 - 2011防。20102 chst5_005”Parto pre-termine:标记molecolari biochimici e biofisici戴尔'unita feto-placentare”(艾琳Cetin)。作者感谢基金会Ricerca唐娜e Feto onlus和ASM (Associazione工作室Malformazioni)无条件授予母胎转化研究实验室“乔治当然喽。”