Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора (Baylor College of Medicine) нашли новый ответ на старый вопрос: как чрезмерное питание в младенческом возрасте может привести к длительным проблемам со здоровьем, таким как диабет? В исследовании, опубликованном в журнале Environmental Epigenetics, основное внимание уделяется островкам Лангерганса поджелудочной железы, которые вырабатывают инсулин и другие гормоны.
Актуальность проблемы
Диабет является серьезной и распространенной проблемой здравоохранения во всем мире. Согласно отчету Центров по контролю и профилактике заболеваний за 2017 год, 9,3% населения США – около 30 миллионов человек – страдают этим состоянием, что повышает риск серьезных осложнений со здоровьем, включая преждевременную смерть, потерю зрения, сердечно-сосудистые заболевания, инсульт, почечную недостаточность и ампутацию пальцев ног, ступней или всей ноги.
«Уже несколько десятилетий известно, что мыши, которые чрезмерно питаются в течение периода кормления грудным молоком, приобретают избыточный вес и подвержены болезням в течение всей своей жизни. В частности, у них существуют проблемы с регулированием уровня сахара в крови», – объясняет автор исследования Роберт Уотерланд (Robert Waterland).
Предыдущие исследования также показали, что у пациентов с диабетом типа 2 изменилось метилирование ДНК при добавлении метилхимических групп в их инсулин-продуцирующие островки Лангерганса поджелудочной железы. Эти изменения были связаны с «неисправностью» островков и возникновением диабета, но как происходит этот процесс, остается загадкой. Эпигенетика относится к молекулярным механизмам, которые определяют, какие гены будут включены или выключены в клетках разных типов. Эпигенетика работает путем добавления или удаления химических меток в генах, чтобы отметить те, которые должны быть использованы. Метилирование ДНК является одним из наиболее изученных признаков и играет важную роль в развитии.
Материалы и методы обследования
Ученые исследовали, может ли раннее послеродовое переедание изменить эпигенетическое развитие в островках поджелудочной железы. Исследователи работали с двумя группами мышей, одна из которых была истощена в младенчестве, а другая представляла контрольную группу без истощения.
«Регулировка размера помета в течение периода кормления грудным молоком обеспечивает естественным показателем для контроля за перееданием у детенышей мышей», – объясняет Роберт Уотерланд.
Ученые выбрали 10 новорождённых мышей с нормальным размером для контрольной группы. Исследователи применили профилирование метилирования ДНК в масштабе генома к островкам Лангерганса исследуемых и контрольных мышей как через 21 день (отлучение от грудного молока), так и через 180 дней после рождения (средний возраст мыши).
Результаты научной работы
Островки Лангерганса мышей, которые были истощены в течение первого 21 дня после рождения, имели тенденцию приобретать метки метилирования ДНК, химические модификации, которые изменяют экспрессию генов, в то время как мыши, которые не были истощены, демонстрировали аналогичные изменения, но намного позже в жизни.
Результаты показали, что островки Лангерганса контрольных мышей имеют тенденцию к метилированию ДНК с возрастом. Однако по сравнению с контрольной группой островки истощенных мышей показали увеличение метилирования ДНК сразу после прекращения грудного вскармливания. Неожиданно произошло существенное совпадение между профилем метилирования ДНК у контрольных мышей среднего возраста и у гораздо более молодых 21-дневных переедающих мышей.
«К возрасту истощенных мышей, которые прекратили прием грудного молока, в островках Лангерганса наблюдается эпигенетический профиль, напоминающий профиль гораздо более старых мышей», – объясняет Роберт Уотерланд.
«Наша интерпретация заключается в том, что послеродовое переедание вызывает ускоренное эпигенетическое старение в островках. Поскольку способность регулировать уровень сахара в крови снижается с возрастом, это преждевременное эпигенетическое старение может помочь объяснить, как чрезмерное питание в младенческом возрасте повышает риск развития диабета в более позднем возрасте», – добавляет Роберт Уотерланд.
«В эти дни растущего детского переедания и ожирения нам необходимо понять неблагоприятные последствия чрезмерного питания в младенческом возрасте. Я считаю, что оптимизация питания в эти критические периоды развития окажется эффективным методом для предотвращения болезней взрослых», – резюмирует Роберт Уотерланд.
Авторы другого исследования утверждают, что связь кишечника с мозгом помогает объяснить, как переедание приводит к ожирению.
