A nyál epigenetikus biomarkerei mint a gyermekkori elhízás előrejelzői

Absztrakt

Háttér

Az epigenetika elősegítheti a gyermekkori elhízás megjelenése terén mutatkozó különbségek jobb megértését. Míg a vér az emberi epigenetikai vizsgálatok során gyakran használt szövet, a nyál ígéretes szövet. Korábbi eredményeink nem elhízott, óvodás korú spanyol gyermekeknél 17 CpG dinukleotidot azonosítottak, amelyeknél a kiinduláskor a nyál differenciális metilációja az anyai elhízás státuszával volt összefüggésben. A jelenlegi tanulmány azt vizsgálta, hogy a nyálmintákban a kiindulási DNS-metiláció mennyiben jósolta meg a gyermekkori elhízás előfordulását egy 3 éves prospektív kohorszban.

Mód

Vizsgáltunk egy almintát (n = 92) a Growing Right On Wellness (GROW) vizsgálat résztvevői közül, akiket véletlenszerűen választottak ki a kiinduláskor, a randomizálás előtt, az anyai fenotípus (elhízott vagy nem elhízott) alapján. A kiindulási nyálmintákat az Oragene DNS nyálkészletével gyűjtöttük. Objektív adatokat gyűjtöttek a gyermek magasságáról és súlyáról a kiinduláskor és 36 hónappal később. A metilezési tömböket standard protokoll alkalmazásával dolgoztuk fel. A 36 hónapos gyermekkori elhízás és a kiindulási nyálmetiláció közötti összefüggéseket a korábban azonosított 17 CpG dinukleotidnál multivariábilis logisztikai regressziós modellek alkalmazásával értékeltük.

Eredmények

Között n = 75 elemzésre alkalmas gyermek, a Cg1307483 kiindulási metilációja (NRF1) szignifikánsan összefüggésben állt a kialakuló gyermekkori elhízással a 36 hónapos követés során (OR = 2,98, o = 0,04), a gyermek életkorának, nemének, a gyermek kiinduló BMI-Z és a felnőtt kiindulási BMI-nek a kiigazítása után. Ez azt jelenti, hogy a modell szerint a gyermek elhízás esélye 48% a 36 hónapos utánkövetésnél, a gyermek 75. percentilisénél. NRF1 a kiindulási metiláció, szemben az elhízás 30% -os esélyével egy hasonló gyermeknél a 25. percentilisnél. Más tanulmányokkal összhangban az óvodai időszakban a magasabb kiinduló gyermek BMI-Z 3 évvel későbbi elhízás kialakulásához kapcsolódott, de a NRF1 későbbi elhízással társult, még a gyermek BMI-Z kiindulási értékének kiigazítása után is.

Következtetések

A nyál a DNS-gyűjtés és az epigenetikai elemzés nem invazív módját kínálja. Elvi tanulmányunk bizonyítékai szilárd empirikus bizonyítékokkal szolgálnak a nyálszövet DNS-metilációjának alátámasztására, amely a spanyol gyermekek későbbi gyermekkori elhízásának potenciális előrejelzője. NFR1 célpontja lehet az elhízás további feltárásának ebben a populációban.

Háttér

A gyermekkori elhízás előfordulása riasztó mértékben növekszik az elmúlt negyven évben [1, 2]. Noha a gyermekkori elhízás prevalenciája globális kérdés, az Egyesült Államokban a gyermekkori elhízás járványszintjei vannak [3, 4]. A Betegségmegelőzési és Megelőzési Központ jelzi, hogy a 2–19 éves gyermekek körében az elhízás prevalenciája a 2000. évi 13,9% -ról 2016-ra 18,5% -ra nőtt [5]. Egyes etnikai csoportoknál azonban még nagyobb az elhízás prevalenciája [1, 6]. Például a 2015–2016-os Nemzeti Egészségügyi és Táplálkozási Vizsgálatok (NHANES) szerint a 2–19 éves spanyol 25,8% -uk elhízott, míg nem spanyol fehér társaik 14,1% -a elhízott [7]. Az elhízással kapcsolatos egészségügyi különbségek sikeres csökkentése szempontjából kritikus fontosságú annak meghatározása, hogy mi befolyásolja a különböző populációkat.

Az epigenetikai minták szövetfüggőek. Míg a vér az emberi epigenetikai változások tanulmányozásakor használt gyakori szövet, a nyál is ígéretes szövet. A nyál különösen értékes lehet a gyermekpopulációk tanulmányozásában, tekintettel a szövetekhez való könnyű hozzáférhetőségre, a költséghatékonyságra és arra, hogy több helyen gyűjtsön [19, 20]. Abraham és munkatársai szemléltették, hogy a DNS-fragmentáció, a minőség és a genotípus egyezésének összehasonlításakor a nyál összehasonlítható a vérmintákkal [21]. A metilációs minták vizsgálatakor mind a nyál, mind a vér megbízhatóan értékeli az epigenetikai módosításokat [22]. A vér- és nyálminták gyűjtésének összehasonlításakor a nyálgyűjtés alacsonyabb fertőzési arányhoz, alacsonyabb költségekhez, a betegek nagyobb elfogadásához és a résztvevők magasabb megfeleléséhez kapcsolódik [23]. A nyálnak az az előnye is, hogy betekintést nyújt a gyomor-bél traktusba, ami hasznos lehet az elhízás vizsgálatakor. A nyálgyűjtés egyszerűsége és a DNS-hűség párosíthatja a gyermekek számára a DNS-gyűjtés praktikusabb forrását. Tekintettel arra, hogy a nyálszövetet ritkábban használják epigenetikai vizsgálatokhoz, ez a megközelítés újszerű.

Nemrégiben Oelsner és mtsai. 92 nyálmintát vizsgált 3–5 éves spanyol gyermekektől, akiknek fennállt az elhízás veszélye, de még nem voltak elhízottak, és 936 korábban elhízással járó gént elemeztek [24]. A keresztmetszeti vizsgálat 17 CpG dinukleotidot azonosított, amelyek összefüggést mutattak ki a kiindulási differenciális gyermek DNS-metiláció és az anyai BMI (elhízott és nem elhízott) között. Míg ezt az elemzést a kiindulási nyálmintákon végezték, ezek a gyerekek ezt követően részt vettek egy hároméves longitudinális vizsgálatban, ahol a gyermekek több mint egyharmada elhízott. A jelenlegi tanulmány azt vizsgálja, hogy a kiinduló gyermeki nyál DNS-metilációs mintázatai milyen mértékben kapcsolódtak a gyermekkori elhízás megjelenő incidenciájához ebben a 3 éves leendő fiatal spanyol gyermekek kohorszában [25].

Mód

Tájékozott beleegyezés

Képzett, kétnyelvű tanulmányi személyzet írásbeli hozzájárulást adott az érdeklődő gyermek szülőjéhez vagy törvényes gyámjához az általa választott nyelven (angol vagy spanyol). A szülő vagy a törvényes gondviselő hozzájárult mind saját, mind gyermekeihez. Mivel ez alacsony egészségügyi műveltségű népesség volt, a beleegyező folyamat speciális intézkedéseket alkalmazott a résztvevők megértésének biztosítására, ideértve a „visszacsatolás” módszert és a protokoll vizuális segédeszközeit [26]. A tanulmányt a Vanderbilt University Review Board (IRB 120643) jóváhagyta.

Minta populációs vizsgálati alanyok

Vizsgáltunk egy almintát (n = 92) a Growing Right Onto Wellness (GROW) próba résztvevői közül [24]. Őket véletlenszerűen választották ki a kiindulási alapon, a randomizálás előtt, az anyai fenotípus alapján. A gyermekek egyik csoportjának elhízott anyái voltak (BMI ≥30 és derékbőség kb. 100 cm), a másiknak nem elhízott anyái (BMI 2) voltak a kiinduláskor és 36 hónapon keresztül. A képzett kutatószemélyzet szokásos antropometriai eljárásokkal gyűjtötte össze a résztvevők súlyát és magasságát, és a résztvevők csak könnyű ruhát viseltek, cipő nélkül. A magasságot stadiométerrel (Perspective Enterprise, Portage, MI) 0,1 cm pontossággal mértük, és a súlyt 0,1 kg pontossággal mértük kalibrált skála segítségével. A BMI méréseket a vizsgálati protokoll alkalmazásával gyűjtöttük [27]. A BMI-Z-t az egyes gyermekek BMI-je, neme és életkora alapján számították ki, és a BMI-kategóriákat a CDC irányelvek alapján határozták meg: normál testsúly (

Eredmények

A kiindulási alminta eredeti 92 résztvevője közül 75 megfelelt a minőség-ellenőrzési és alkalmassági követelményeknek, és elemzésbe bevonták őket. Az átlagos életkor 4,3 év volt (SD = 0,8), és az átlagos kiindulási BMI 16,7 (SD = 0,8). Az analitikai mintán belül a kiinduláskor 64,0% (n = 48) normál súlyúak voltak, és 36,0% (n = 27) túlsúlyosak voltak, és 73,3% (n = 55) spanyol-mexikói volt. A szülők körében 48,0% (n = 36) elhízottak voltak (az alminta tervrajz szerint rétegezve). A minta további kiindulási demográfiai leírása az 1. táblázatban található. A tanulmány végén 37% (n = 28) gyermek elhízott.

Összehasonlítva azokat a gyermekeket, akik nem voltak elhízottak a 36. hónapban (n = 47) azoknak, akik 36 hónaposan elhízottak (n = 28), a kiindulási gyermekjellemzőkben nem voltak statisztikailag szignifikáns különbségek, bár leíró jelleggel a kiindulási súlyhoz kapcsolódó jellemzők alacsonyabbnak tűntek azoknál a gyermekeknél, akik nem voltak elhízottak a követés során. A szülőknek nem voltak szignifikánsan eltérő alapjellemzői a két csoport között, bár az átlagos életkor leíró jelleggel kissé fiatalabb volt azoknál a szülőknél, akik elhízottak a 36 hónapos korban (33,0 vs. 30,4) (2. táblázat).

A 3. táblázat leírja az egyes CpG dinukleotidoknál a kiindulási metiláció folyamatos mértéke és a 36 hónapos gyermekkori elhízás közötti összefüggéseket a 75 gyermek után, követési adatokkal. A többváltozós logisztikai regressziós modellt a gyermek neméhez, a kiindulási életkorhoz, a kiinduló BMI-Z és a felnőtt kiindulási BMI-hez igazították. Ezeknek a kovariátoknak a számbavétele után a cg01307483 (NRF1) szignifikánsan társult a gyermekkori elhízás nagyobb valószínűségével 36 hónapnál (esélyhányados = 2,98, 95% CI = [1,06, 8,38], o = 0,04). PPARGC1B a metiláció potenciálisan csökkent elhízással társult a 36. hónapban, de statisztikailag nem volt szignifikáns. SORCS2 a metiláció statisztikailag nem volt szignifikáns a cg03218460 vagy a cg18431297 esetében [30, 31].

Az elemző logisztikai regressziós modellben NRF1 A dinukleotid, a gyermek neme, a gyermek kiinduló kora és a kiindulási szülő BMI nem volt szignifikáns előrejelzője a gyermekkori elhízásnak a 36. hónapban (4. táblázat). Ebben a modellben azonban a gyermek kiindulási BMI-Z és a kiindulási differenciális metiláció NRF1 volt a gyermekkori elhízás jelentős előrejelzője a 36. hónapban. Az 1. ábra bemutatja a modell által előre jelzett gyermek elhízás valószínűségét a 36 hónapos követés során a növekedés függvényében NRF1 metilezés. A gyermek kiindulási BMI-Z szignifikáns prediktora volt két kivételével a CpG dinukleotid modellekben (esélyhányados = 3,09–4,08, o 4. táblázat: A kiindulási differenciális DNS-metiláció a társulása elhízással a 36. hónapban, a ko-variánsokhoz igazítva

A gyermek elhízásának valószínűsíthető modellje az NRF1-metiláció függvényében a 36 hónapos utánkövetés során. Az 1. ábra a logisztikus regressziós modell által előre jelzett gyermekkori elhízás valószínűségét mutatja a 36. hónapban a cg01307483 metilációs fokának függvényében (NRF1). A folytonos vonal jelzi a megjósolt valószínűséget, a szürke árnyékos rész pedig a 95% -os konfidencia intervallumot jelenti. Mivel a metiláció mértéke NRF1 nő, a gyermekkori elhízás valószínűsége 36 hónaposan jelentősen megnő

Vita

Tudomásunk szerint ez az első prospektív kohorszvizsgálat, amely a nyálmintákon keresztül gyűjtött DNS-metilációt vizsgálja a gyermekkorban jelentkező elhízás előrejelzőjeként 3-5 éves spanyol gyermekek körében. Bár más tanulmányok már elhízott gyermekek DNS-metilációs mintáit vizsgálták, prospektív tanulmányunk azt vizsgálta, hogyan lehet ezeket a mintákat felhasználni az elhízás jövőbeli megjelenésének előrejelzésére a nem elhízott óvodás korú gyermekek életkorán felül és túl, nem, a kiindulási BMI-Z és az anyjuk BMI-je. Ezeknek a kovariátoknak a kiigazítása után a Cg1307483 (NRF1) szignifikánsan társult a kialakuló gyermekkori elhízással a 36 hónapos utánkövetés során, szignifikáns pozitív esélyhányaddal (OR = 2,98, o = 0,04). Ennek az esélyarány-megállapításnak a kontextusba helyezéséhez és az értelmezés javításához a modell a gyermekek elhízásának 48% -os esélyét becsülte a gyermek 36 hónapos követése után a gyermek 75. percentilisénél. NRF1 metiláció, szemben az elhízás 30% -os esélyével egy hasonló gyermeknél a 25. percentilisnél.

Más tanulmányokkal összhangban az óvodai időszakban a magasabb kiinduló gyermek BMI-Z 3 évvel későbbi elhízás kialakulásához kapcsolódott, de a NRF1 későbbi elhízással társult, még a kiindulási BMI-Z korrekciója után is. NRFAz 1. ábra az adipocita gyulladást és a citokin expressziót, valamint a barna zsírszövet termogén adaptációját szabályozó veleszületett immunválaszhoz kapcsolódik. Az inzulinrezisztenciában is szerepet játszik [34,35,36]. A jelenlegi eredmények a meglévő szakirodalomra építenek, demonstrálva, hogy a kritikus CpG dinukleotid DNS metilezése NRF1 a 3–5 éves, nem elhízott gyermekek génje 3 évvel később az elhízás megjelenésével jár. Ez potenciális célpontot jelent a további vizsgálatokhoz, és arra utal, hogy az adipocita gyulladás már a hispán gyermekeknél a gyermekkori elhízás fenotípusos megjelenése előtt is befolyásolható lehet. Más tanulmányok azt mutatják, hogy a korai életen át tartó expozíció befolyásolhatja a későbbi egészségügyi és betegségkimeneteleket. A kialakuló fenotípusok életútbeli megértése hozzájárulhat az egészségügyi különbségekhez.

Fontos megjegyezni, hogy a korábbi tanulmányok is érintettek voltak NRF1 a meglévő elhízáshoz és fiatal spanyol gyermekekhez társul, vér- és vázizom mintákat is használva [36]. Comuzzie és munkatársai a spanyol gyerekek 7q-os kromoszómáját vizsgálták, és olyan egyedi lokuszokat találtak, amelyek hozzájárulnak a gyermekkori elhízáshoz [33]. Vizsgálatunkhoz hasonlóan az elhízással is jelentősen összefüggő gének erős gyulladásos hatásra utalnak. Bár tanulmányunk nem erősíti meg ezt a hipotézist, mégis kiegészítő adatokat szolgáltat ezen elmélet alátámasztására. Mivel NRF1 a metabolikus szabályozás egyik fő transzkripciós tényezője, és serkenti a PPARGC1B, ezek ígéretes céloknak tűnnek a további kutatások és beavatkozási megközelítések szempontjából. Bár a nyál és a vér közvetlen összehasonlítása a jelenlegi tanulmányban nem végezhető el, az a tény, hogy a nyálban ugyanazt az összefüggést tapasztaltuk, mint a vérben és a vázizomban, tovább erősíti a nyál hasznos szövetként történő felhasználását az epigenetikai vizsgálatok során.

Más gének is fontos szerepet játszhatnak mind a későbbi elhízás előrejelzésében, mind az elhízáshoz vezető utak megértésében. Például, PPARGC1B a metilezésnek potenciálisan erős összefüggése volt a csökkent elhízás a 36. hónapban, de nem volt statisztikailag szignifikáns. PPARGC1B összefügg a zsír oxidációjával, a nem oxidatív glükóz metabolizmussal és az energia szabályozásával [37, 38]. Hasonlóképpen, SORCS2 A metiláció, amely az éhomi inzulinszint és az inzulin szekréciójának szabályozására szolgál, potenciálisan összefüggésbe hozható megnövekedett elhízás a 36. hónapban, de ebben a viszonylag kis mintában nem volt statisztikailag szignifikáns [31, 39]. E munka nagyobb mintában történő megismétlése szükséges ezen és más epigenetikai hozzájárulások további megértéséhez az elhízás korai megjelenésében azoknál a populációknál, akiknél az elhízással összefüggő magasabb egészségügyi különbségek tapasztalhatók. Sőt, bár a kis analitikai minta nagysága kizárta a moderáció elemzését a jelenlegi tanulmányban, a jövőbeli kutatások szempontjából érdekes lenne megvizsgálni, hogy a metiláció és a későbbi elhízási állapot közötti potenciális összefüggések függenek-e a kezdeti BMI státustól vagy más érdekes potenciális moderátoroktól (pl. Nem, etnikum, jövedelem stb.).

A mai napig számos epigenetikai vizsgálat a molekuláris utak feltárására összpontosított. Bár egyelőre nem ismert, hogy ezek a DNS-metilációs minták felhasználhatók-e biomarkerként, tanulmányunk bizonyítékot szolgáltat arra, hogy bizonyítja, hogy még nem elhízott spanyol gyermekeknél is egyes differenciális metilációs minták kapcsolódnak az elhízás későbbi megjelenéséhez. Noha egyértelmű, hogy az elhízásra való hajlam az „obezogén” környezetben az egyének körében eltérő, nem világos, hogy miért. Ez az epigenetikai vizsgálat, amely a nyálat használja a gyermekgyógyászat számára hozzáférhető szövetként, ígéretet tesz arra, hogy további kutatást irányítson mind a gyermekkori elhízás megjelenése előtt, mind a megértés és beavatkozás előtt.

Habár NFR1 szignifikánsan összefüggött a gyermek elhízásával a 36 hónapos követés során, az ebben a vizsgálatban elemzett viszonylag kis mintaméret hozzájárulhatott a többi CpG dinukleotid fontos összefüggéseinek felderítéséhez. A jelenlegi elemzés kibővítése nagyobb mintaméretek bevonásával elősegítené a megállapítások megerősítését és érvényesítését. Míg szigorú gyűjtési protokoll volt érvényben a nyál gyűjtésére, szennyeződés és emberi gyűjtési hiba lehetséges a nyál DNS gyűjtésekor. Noha a korábbi szakirodalom szerint a nyálban a DNS metilációja és a vérminták hasonlóak, a jelenlegi tanulmány csak a nyál metilációs mintáit vizsgálta, és nem használható közvetlen összehasonlításra a vérrel. Továbbá, bár ez a minta bepillantást enged a spanyol 3–5 éves korosztályba, a DNS metilációs mintáit különféle életkorú és fajú/etnikumú gyermekeknél kell tanulmányozni.

Következtetések

A nyál a DNS-gyűjtés és az epigenetikai elemzés nem invazív módját kínálja. Az elvi tanulmány ezen bizonyítéka empirikus bizonyítékot szolgáltat arra az elképzelésre, amely szerint a nem elhízott gyermekeknél gyűjtött nyálszövet alapján értékelt DNS-metiláció 3 évvel később a gyermekkori elhízás fontos előrejelzőjeként használható. NFR1 célpontja lehet a spanyol gyermekek elhízásának további feltárásának.