Upowszechnienie programów redukcji częstości WCN w krajach o niedostatecznej podaży folianów poprzez suplementację kwasu foliowego i fortyfikowanie nim żywności spowodowało zmniejszenie występowania WCN o 72% w grupach małego ryzyka i o 68% w grupie kobiet, które urodziły już dziecko z tą wadą. Brak większej skuteczności suplementacji kwasu foliowego jest tłumaczony faktem występowania WCN niefolianozależnych. W kolejnych badaniach wykazano, że zwiększone stężenie Hcy w surowicy obserwuje się również w przypadku deficytu koenzymów metabolizmu folianów, tj. witamin B₂, B₆ i B₁₂. Homocysteina jest produktem wewnątrzkomórkowego metabolizmu aminokwasu metioniny z białek pokarmowych i uwalniana jest do osocza. Nie jest wykorzystywana ponownie do syntezy białka i w dużych stężeniach działa szkodliwie na integralność śródbłonków naczyń. Organizm wytworzył ewolucyjnie 2 mechanizmy obronne przed hiperhomocysteinemią. Pierwszy z nich to przekształcenie Hcy w procesie transsulfuracji do cysteiny. W tej reakcji witamina B₆ działa jako koenzym β-syntazy cystationiny. Drugi mechanizm to ponowna remetylacja Hcy do metioniny. Witamina B₁₂ działa w tym przypadku jako koenzym syntazy metioniny. Witamina B₂ jest z kolei niezbędna przy redukcji kwasu foliowego do jego aktywnej formy – tetrahydrofolianu. Ryboflawina jest w tej reakcji donorem równoważników redukujących. Na podstawie obszernego przeglądu piśmiennictwa stwierdzono, że dla optymalnego metabolizmu szlaków reszt jednowęglowych w okresie organogenezy i placentogenezy, a przez to dla minimalizacji uszkodzeń DNA i prawidłowej angiogenezy i funkcji naczyń łożyska, suplementacja kwasu foliowego powinna być połączona z należną podażą witamin B₆ i B₁₂. Hiperhomocysteinemia jest czynnikiem ryzyka poronień nawykowych, niewydolności łożyska i wewnątrzmacicznego opóźnienia (zahamowania) wzrastania płodu oraz WCN. Furness i wsp. w swoich badaniach w 2013 roku wykazali, że suplementacja kwasu foliowego w II trymestrze ciąży wraz z podażą witamin B₆ i B₁₂ redukuje stężenie Hcy w surowicy, a kobiety z hiperhomocysteinemią i małymi stężeniami folianów i witamin B₆ i B₁₂ rodziły dzieci z hipotrofią¹¹.

Opublikowane w 2010 roku wyniki Wieloośrodkowego Ogólnopolskiego Badania Stanu Zdrowia Ludności (WOBASZ) wykazały, że co trzecia kobieta w Polsce w wieku reprodukcyjnym ma niedobory witaminy B₆, u co drugiej stwierdzono deficyty witaminy B₁₂, a 90% Polek nie dostarcza zalecanej dawki folianów z diety i suplementów¹². Na podstawie metaanalizy przeprowadzonej w 2014 roku przez Wanga i wsp. stwierdzono, że niedobory witaminy B₁₂ zwiększają ryzyko WCN 2,4 razy niezależnie od podaży kwasu foliowego¹³. Natomiast w badaniu przeprowadzonym przez Molloy i wsp. w 2009 roku dowiedziono, że ryzyko urodzenia dziecka z WCN było 5-krotnie większe u pacjentek z niedoborem witaminy B₁₂ w porównaniu z kobietami z prawidłowym jej stężeniem¹⁴.

Kolejnym epigenetycznym efektem suplementacji kwasu foliowego jest jego korzystny wpływ na rozwój behawioralny dzieci. W badaniach przeprowadzonych z udziałem 85 176 dzieci w wieku 8-9 lat wykazano, że przyjmowanie przez kobiety kwasu foliowego minimum miesiąc przed koncepcją i podczas I trymestru ciąży było powiązane ze zmniejszeniem występowania u ich potomstwa nadpobudliwości ruchowej (częstej w przypadku zespołu nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi [ADHD – attention deficit hyperactivity disorder]) oraz z redukcją wystąpienia autyzmu o 39% w porównaniu z grupą kobiet, które nie stosowały dodatkowej suplementacji w krytycznym okresie organogenezy¹⁵. Kolejne badanie, do którego włączono 38 954 dzieci w wieku 3 lat, dowiodło, że przyjmowanie przez matkę kwasu foliowego w okresie od 4 tygodnia przed koncepcją do 8 tygodnia ciąży wiązało się z redukcją ryzyka wystąpienia zaburzeń mowy aż o 45%¹⁶.

Epigenetyczna rola choliny

Cholina jest związkiem o dużym potencjale epigenetycznym. Jako prekursor fosfatydylocholiny jest niezbędna w dużych ilościach do: tworzenia błon komórkowych, mielinizacji aksonów komórek nerwowych, podziału komórek czy też do prawidłowego rozwoju łożyska. Jest także potrzebna do syntetyzowania acetylocholiny – jednego z głównych neurotransmiterów. Utlenowany w kłębuszkach nerkowych metabolit choliny, tj. betaina, służy jako donor reszt metylowych biorących udział w metylacji DNA, która moduluje epigenom płodu. Metabolizm choliny jest ściśle powiązany z metabolizmem folianów, witamin z grupy B oraz z metioniną. Wyniki obserwacyjnego badania potwierdziły, że mały udział choliny w diecie Amerykanek (<150 mg/24 h) jest niezależnym od podaży kwasu foliowego czynnikiem, który koreluje z podwyższonym ryzykiem wystąpienia WCN u potomstwa (4-krotny wzrost) i rozszczepu wargi/podniebienia (1,7-krotny wzrost)¹⁷. Podczas ciąży cholina z obu źródeł (produkcja endogenna oraz dieta) jest aktywnie przenoszona do płodu, jej stężenie jest 14-krotnie większe w tkankach płodu w porównaniu z jej stężeniem we krwi matki, stąd wynika zwiększone zapotrzebowanie na ten składnik diety w czasie ciąży. Co istotne, cholina usprawnia także aktywny transport kwasu dokozaheksaenowego (DHA) – ważnego składnika budulcowego mózgu oraz siatkówki oka – przez łożysko do płodu¹⁸. Niedawno ukazało się kilka prac, w których wykazano korzystny wpływ choliny na funkcję nabłonka naczyń krwionośnych łożyska. Wysokie dawki choliny (930 mg/ 24 h) przyjmowane przez kobiety w III trymestrze ciąży redukowały o 30% ilość rozpuszczalnej fms-podobnej kinazy tyrozynowej 1 (sFlt1 – soluble fms-like tyrosine kinase 1) hamującej korzystne działanie czynnika wzrostu nabłonka naczyniowego (VEGF – vascular endothelial growth factor), co łączyło się z poprawą przepływu krwi w łożysku¹⁹. Cholina wspiera łączenie się VEGF ze związaną z błoną naczyń krwionośnych kinazą tyrozynową (mFlt-1 – membrane fms-like tyrosine kinase 1), która uszczelnia naczynia i usprawnia przepływ krwi w łożysku. Zaburzenia naczyniowe w łożysku są jedną z głównych przyczyn występowania stanu przedrzucawkowego i hipotrofii płodu. Cholina ma także modulujący wpływ na aktywność osi podwzgórze–przysadka–nadnercze (HPA – hypothalamic–pituitary–adrenal axis) u rozwijającego się płodu. Podaż dużych dawek choliny redukuje aktywność przysadki mózgowej u dzieci w zakresie syntezy kortykotropiny (ACTH – adrenocorticotropic hormone), co skutkuje zmniejszeniem stężenia kortyzolu we krwi pępowinowej po urodzeniu o 33%. Zwiększona aktywność HPA prowadzi do wzrostu ryzyka rozwoju chorób wywoływanych stresem, tj. cukrzycy typu 2 i nadciśnienia²⁰.

Negatywne epigenetycznie czynniki żywieniowe

Zarówno niedożywienie, jak i otyłość są uznanymi negatywnymi czynnikami wpływającymi na epigenom u potomstwa. Niedostateczna podaż składników odżywczych w diecie kobiety w ciąży prowadzi do opóźnienia bądź zahamowania wewnątrzmacicznego wzrastania płodu.

Jedną z pierwszych grup badawczych były kobiety, które na różnych etapach ciąży doświadczyły skrajnego ograniczenia składników odżywczych – kohorta dzieci urodzonych w czasie panującego głodu w Holandii (od listopada 1944 roku do maja 1945 roku). Okres obserwacji trwał do końca 1996 roku. Niedożywienie matki (dzienne spożycie energetyczne w przedziale 400-700 kcal) w początkowym okresie ciąży przyczyniło się do wystąpienia problemu podwyższonego ciśnienia u jej dorosłego dziecka oraz do większej predyspozycji do otyłości²¹. Z kolei niedobory żywieniowe podczas II i III trymestru skutkowały zwiększoną częstością występowania cukrzycy typu 2, niekorzystnego profilu lipidowego, choroby niedokrwiennej serca, a także schizofrenii. Autorzy jednej z prac badali próbki krwi pobrane od 422 osób urodzonych podczas głodu w Holandii i wykazali, że niedożywienie matki na wczesnym etapie ciąży (do 10 tygodnia) skutkowało trwałymi zmianami w schemacie metylacji DNA u badanych 59-latków²². Na podstawie analiz wykazano zwiększoną metylację wysp CpG odpowiedzialnych za kodowanie genów związanych ze wzrostem, z rozwojem i metabolizmem.

Dane dotyczące kilku pokoleń żyjących w XIX wieku w szwedzkiej społeczności parafii Överkalix dostarczyły niezwykłych dowodów na to, jak tryb życia dziadków może wpływać na zdrowie ich wnucząt. Czasy niedoboru żywności ze względu na słabe zbiory były przeplatane latami obfitymi w pożywienie. Drastyczne zmiany w dostępności pożywienia, długie okresy głodu na przemian z okresami hiperalimentacji, wpływały – jak się okazało – negatywnie na długość życia dzieci oraz wnuków. Jeśli babka ze strony ojca przed osiągnięciem dojrzałości przeżyła rok, w którym nastąpiła drastyczna zmiana w ilości pożywienia, to jej wnuczki były narażone na 2-krotnie większe ryzyko zgonu związanego z chorobami kardiologicznymi²³.

Otyłość matek, szczególnie młodych kobiet w ciąży, jest obecnie globalną epidemią. World Health Organization (WHO) szacuje, że ponad 1,4 mld ludzi na całym świecie, tj. około 33% populacji, cierpi na otyłość (dane z 2013 roku). Przewiduje się, że w 2030 roku aż 3,3 mld ludzi, czyli blisko 58% dorosłej populacji, będzie miało nadwagę lub chorowało na otyłość²⁴. Szeroko zakrojone badania epidemiologiczne wykazały, że bogatokaloryczna dieta wysokotłuszczowa i węglowodanowa oraz brak aktywności fizycznej prowadzą do nadpodaży energetycznej i nadmiernej kumulacji tkanki tłuszczowej. Wyniki tych badań wskazują, że otyłość matczyna predysponuje potomstwo do niekorzystnych następstw kardiometabolicznych i neurorozwojowych, lecz mechanizmy występowania tych zmian są wciąż niejasne. Zaproponowano teorię imprintingu metabolicznego (czyli swoistego piętna rodzicielskiego), której twórcy próbują wyjaśnić obserwowane zjawisko, że potomstwo otyłych rodziców jest znacznie bardziej narażone na wystąpienie otyłości już w dzieciństwie, nadciśnienia tętniczego, a także cukrzycy typu 2 i zespołu metabolicznego²⁵. Warto przy tym podkreślić, że wskaźnik masy ciała (BMI – body mass index) matki wykazuje silniejszą korelację statystyczną z występowaniem wyżej wymienionych zaburzeń niż BMI ojca dziecka, ale – jak się wydaje – otyłość ojcowska poprzez nałożony imprinting (wzorzec metylacyjny epigenomu) gamet również może przyczyniać się do szkodliwego programowania płodu. Otyłość matczyna silnie koreluje także z zaburzeniami ośrodkowego układu nerwowego u dziecka, skutkując osłabieniem zdolności poznawczych, zwiększoną częstością występowania zaburzeń ze spektrum autyzmu²⁶, ADHD²⁷ i mózgowego porażenia dziecięcego²⁸. Co istotne, dzięki posłużeniu się wysublimowanymi metodami biologii molekularnej, w tym profilowania posttranskrypcyjnego (analiza transkryptomiczna – analiza mikromacierzy całego genomu, wykonywana w celu zbadania globalnego profilu ekspresji RNA, może dostarczyć w czasie rzeczywistym informacji na temat chorób płodu, fizjologii i rozwoju jego tkanek), stwierdzono, że płyn owodniowy otyłych kobiet w II trymestrze ciąży ma proestrogenny i prozapalny profil z podwyższoną aktywnością genów antyapoptotycznych i genów związanych z odpowiedzią na stres oksydacyjny w porównaniu z płynem owodniowym ciężarnych o prawidłowej masie ciała²⁴. Na podstawie badań krwi pępowinowej u noworodków wykazano u dzieci otyłych matek wyższe stężenie leptyny i cytokin prozapalnych, a ich fenotyp wykazywał wyższy procent tkanki tłuszczowej i insulinooporność w porównaniu z dziećmi urodzonymi przez szczupłe kobiety²⁹.

Zadania ginekologa-położnika

Rolą lekarza ginekologa-położnika w opiece nad kobietą planującą ciążę i będącą w ciąży w aspekcie programowania płodowego jest przede wszystkim identyfikacja niekorzystnego wpływu czynników o negatywnym potencjale epigenetycznym i zalecanie – o ile to możliwe – unikania ich oddziaływania na organizm dziecka w okresie prenatalnym. Istnieje wiele czynników środowiskowych, na które kobiety mogą mieć wpływ, chociaż nie zawsze są w stanie całkowicie je wyeliminować. Dotyczy to np. źródła przewlekłego stresu, który jest przyczyną utrzymującej się hiperkortyzolemii, co również niekorzystnie wpływa na rozwój behawioralny dziecka. Ponadto staranne leczenie chorób przewlekłych, takich jak cukrzyca, oraz odpowiednia kontrola glikemii w cukrzycy ciążowej są ważnymi prognostykami dla programowania zdrowia płodu. Hiperglikemia u ciężarnych jest również uznanym czynnikiem wywołującym modyfikacje epigenetyczne – zwiększa ryzyko rozwoju makrosomii i nietolerancji glukozy u dziecka³⁰. Istotnym zadaniem ginekologa-położnika jest także promowanie zdrowego, aktywnego trybu życia w ciąży, jak również odpowiedniej, szeroko opisanej w niniejszym artykule suplementacji czynników o potencjale metylacyjnym.

Tabela 1. Dane zbierane podczas 4 przeprowadzonych telefonicznie i wspomaganych komputerowo wywiadów z kobietami w ciąży i matkami w ramach programu DNBC

Bardzo ciekawą inicjatywą w zakresie obserwacji wyników programowania płodowego jest Danish National Birth Cohort (DNBC)³¹. Badania rozpoczęto w 1999 roku, a więc obserwacje zdrowia populacji duńskich dzieci w odpowiedzi na potencjalne czynniki epigenetyczne działające na rodziców trwają już 23 lata i ciągle są uzupełniane o dane pozyskane z kolejnych roczników. Wywiady przeprowadzane są z matkami czterokrotnie, tj. w 12 i 30 tygodniu ciąży oraz w 6 i 18 miesiącu życia ich dzieci. Każdy wywiad zbierany jest telefonicznie (i wspomagany komputerowo) i trwa 10-15 min. Pozyskiwane informacje zostały przedstawione w tabeli 1. W tym systemie oprócz zbierania danych epidemiologicznych zwracana jest uwaga kobietom w ciąży i młodym matkom na zachowania prozdrowotne – wskazuje się na długoterminowy wpływ niekorzystnych czynników działających w ciąży i we wczesnym okresie życia dziecka na zdrowie jej potomstwa. Wyniki tych populacyjnych, kohortowych badań pozwolą w przyszłości na weryfikację hipotez dotyczących wpływu czynników środowiskowych na plastyczność zmian epigenetycznych.

Wszystko dziś wskazuje na to, że w haśle głoszonym przez DNBC „Dziewięć miesięcy na całe życie” prawdopodobnie ujęto zbyt wąski przedział czasowy. Obecnie dzięki badaniom epigenomu wiemy, że indukcja ekspresji genów może być długotrwała i przenoszona na następne pokolenia.