Перинатальне харчування програмує нейроімунну функцію довгострокові механізми та наслідки
Анотація
Харчове середовище на початку життя може впливати на кілька аспектів фізіології, включаючи схильність до ожиріння. Зараз є докази, що перинатальна дієта може також самостійно впливати на розвиток нашої вродженої імунної системи. Цей огляд стосуватиметься трьох необов’язково виключних механізмів, за допомогою яких перинатальне харчування може довгостроково програмувати нейроімунні функції: шляхом схильності людини до ожиріння, шляхом зміни мікробіоти кишечника та індукції епігенетичних модифікацій, які змінюють транскрипцію генів протягом усього життя.
Вплив перинатальної дієти на розвиток імунної системи
Імунна система новонародженої тварини відносно наївна, і вплив зовнішнього середовища необхідний, щоб вона могла набути повноцінної роботи. Ранній вплив патогенних мікроорганізмів виробляє адаптивний (Флажник та Касахара, 2010) та вроджений (Galic та ін., 2009; Спенсер та ін., 2011) імунітет, який полегшить відповідні реакції на додаткові патогени протягом усього життя. Однак зараз є докази того, що дієта раннього віку життя також має вирішальне значення при програмуванні довгострокової імунної функції.
Конкретні поживні речовини в перинатальній дієті впливають на розвиток імунної системи
Перинатальна дієта впливає на розвиток імунної системи через мікробіоти кишечника
Одним із механізмів, за допомогою якого певні поживні речовини в ранній дієті можуть впливати на імунну систему дорослих, є вплив на розвиток, різноманітність та функцію мікробіоти кишечника. У людей в шлунково-кишковому тракті мешкає понад 100 трильйонів бактерій, що складаються з понад 1000 видів (Qin et al., 2010). Він також містить численні віруси, археї, паразити та гриби, які разом складають мікробіоти кишечника (Ashida et al., 2012). Ця мікробіота існує у симбіотичному взаємозв’язку з господарями людини і може впливати на бар’єрну функцію, трофічні ефекти, метаболізм та розвиток адаптаційної та вродженої імунної системи (Matamoros et al., 2013).
На мікробіом кишечника дорослої людини можуть впливати довгострокові зміни факторів навколишнього середовища. Хільдебрандт та його колеги показали, що годування з високим вмістом жиру (HFD) може впливати на зміну складу мікробіоти кишечника у бік збільшення кількості Firmicutes та протеобактерій та зменшення кількості Bacteroidetes phyla у самок мишей (Hildebrandt et al., 2009). Хоча ці зміни не залежали від ожиріння, інші групи продемонстрували, що дієта з високим вмістом жиру і високим вмістом цукру спонукає до збільшення ожиріння, і цей фенотип може передаватися спочатку нежирним (нормальним раціоном) тваринам шляхом трансплантації мікробіоти (Turnbaugh et al., 2008). Більшість доказів, однак, свідчать про те, що флора кишечника дорослої людини є дуже стабільною, і короткочасний вплив навколишнього середовища в зрілому віці має обмежений ефект (Wu et al., 2011). Немовля, навпаки, не народжується з усталеним мікробіомом кишечника. Швидше за все, кишечник колонізується з бактерій у навколишньому середовищі в перші години до днів життя, і мікробіом набуває різноманітності і стає стабільним і схожим на дорослих приблизно до 3-річного віку (Mackie et al., 1999; Palmer et al., 2007). Зокрема, дієта людини під час ранньої фази колонізації може бути надзвичайно важливою для визначення подальшого складу мікробіоти кишечника.
Перинатальна дієта впливає на розвиток імунної системи шляхом епігенетичних модифікацій
Перинатальна дієта може впливати на негативні відгуки глюкокортикоїдів після імунної проблеми. (A) Такі патогени, як ліпополісахарид, діють на платоподібні рецептори (наприклад, TLR4) на імунні клітини, що призводить до фосфорилювання інгібуючого фактора (I) κ B, вивільняючи ядерний фактор (NF) κ B зі свого комплексу і дозволяючи йому перенестись у ядро . NKκ B відповідає за транскрипцію про- та протизапальних цитокінів, перші з яких стимулюють циклооксигеназну 2-опосередковану конверсію арацидонової кислоти в простагландини. Простагландини (наприклад, PGE2) діють на мозок, стимулюючи гарячку та хворобу та набираючи вісь HPA. Після вивільнення глюкокортикоїди (GC) негативно подають назад, щоб інгібувати подальшу NFκ B-опосередковану транскрипцію цитокінів. (B) Перинатальна дієта може впливати на негативний зворотний зв'язок з глюкокортикоїдами, змінюючи експресію глюкокортикоїдних рецепторів (GR) в гіпокампі та гіпоталамусі, що призводить до менш ефективного опосередкованого глюкокортикоїдами інгібування NFκ B та посилення імунної відповіді.
Вплив перинатального харчування на ожиріння — пов’язане з розвитком імунної системи
Дієтичні фактори в ранньому віці явно мають вирішальний вплив на розвиток імунної системи. Друга половина цього огляду буде зосереджена на тому, як ранній спосіб харчування може запрограмувати прозапальний базальний імунний профіль, попередньо схиляючи людину до фенотипу ожиріння.
Ожиріння стає величезною проблемою у всьому світі. У розвинених країнах, таких як Австралія та США, 70–74% дорослих чоловіків та 56–64% дорослих жінок зараз мають або надлишкову вагу, або ожиріння, причому 28% обох класифікуються як ожиріння (ІМТ> 30). До 25–32% австралійських та американських дітей класифікуються як люди з надмірною вагою або ожирінням (Cretikos et al., 2008; Nhanes, 2009-2010; AHS, 2011-2012).
Перинатальне харчування може запрограмувати вагу та метаболізм дорослих, що призводить до жирозалежних змін імунної функції
Само ожиріння, чи то через метаболічні зміни, запрограмовані в ранньому віці, чи через фактори дорослого населення, пов’язане зі змінами профілю запалення. В даний час визнано, що ожиріння асоціюється з хронічним низькоякісним системним та місцевим запаленням, яке може навіть спричинитися (Gregor and Hotamisligil, 2011). Це метаболічне запалення може сприяти резистентності до інсуліну та лептину на різних рівнях, включаючи гіпоталамус (Thaler and Schwartz, 2010).
Дієтичні фактори, такі як ПНЖК та глюкоза, а також зміни мікробіоти кишечника здатні викликати хронічний низькоякісний запальний профіль спочатку в білій жировій тканині (ВАТ). Ця зміна характеризується інфільтрацією макрофагів у ВАТ, апоптозом та некрозом адипоцитів та зниженням судинності (Shu et al., 2012). Ці зміни призводять до аномальної переваги макрофагів жирової тканини, і вони можуть становити майже 40% клітин ожиріної жирової тканини (Weisberg et al., 2003; Xu et al., 2003). Макрофаги жирової тканини та потенційно збільшення рецепторів розпізнавання образів на самих адипоцитах призводять до місцевого запалення з переважанням прозапальних над протизапальними цитокінами (Shu et al., 2012). Хотаміслігіл та його колеги на початку показали, що в деяких моделях ожиріння гризунів значно збільшується експресія фактора некрозу прозапальної цитокінової пухлини (TNF), і що нейтралізація TNFα може покращити чутливість до інсуліну у цих тварин (Hotamisligil et al., 1993, 1995; Уйсал та ін., 1997). Прозапальний профіль жирової тканини призводить до викиду в циркуляцію цитокінів, адипокінів та жирних кислот, які впливають на печінку, м’язи та мозок і, зрештою, сприяють резистентності до інсуліну (Shu et al., 2012).