Uno studio inglese del 1989, pubblicato su “The Lancet”, ha riportato per la prima volta una relazione inversa tra peso alla nascita e aumento della mortalità per malattie cardiovascolari.58
Da quel momento numerosi studi epidemiologici retrospettivi hanno indagato e confermato l'associazione tra basso peso alla nascita e aumentato rischio di patologie cardiovascolari in età adulta. Studi più recenti hanno scoperto che alla base di questa associazione potrebbero esserci diversi meccanismi epigenetici, tra cui i microRNA. Lo stato nutrizionale della madre in gravidanza potrebbe regolare in modo permanente l’espressione di alcuni microRNA del feto che sarebbero in grado di aumentare il rischio di sviluppare malattie metaboliche in età adulta. La malnutrizione, in difetto o in eccesso, durante la gravidanza influenza la composizione corporea della prole la suscettibilità allo sviluppo, in età adulta, di fattori di rischio cardiometabolici come la compromessa tolleranza al glucosio, l'ipertensione, il diabete di tipo 2, la dislipidemia e l'obesità.59
L'ambiente intrauterino influenza fortemente la crescita e lo sviluppo fetale, oltre allo stato di salute del bambino molto tempo dopo la nascita. La placenta svolge un ruolo fondamentale producendo un'ampia varietà di ormoni, fattori di crescita e citochine, e permetto il passaggio di molecole biologicamente attive, tra cui i microRNA dalla madre al feto. Inoltre, durante lo sviluppo fetale, il tratto gastrointestinale è caratterizzato da una maggiore permeabilità e può consentire un assorbimento ottimale di queste biomolecole.60
La sottonutrizione materna al momento del concepimento è associata a un aumento del rischio di resistenza all'insulina nella prole in età adulta. La dimostrazione arriva da uno studio fatto sulle pecore.61
Gli animali sono stati casualmente assegnati a due regimi di alimentazione: nel gruppo di controllo, le pecore hanno ricevuto il 100% del loro fabbisogno
nutrizionale da circa 60 giorni prima fino al sesto giorno dopo il concepimento mentre le pecore del gruppo sottonutrito hanno ricevuto, per lo stesso periodo di tempo, il 70% del loro fabbisogno. Dal settimo giorno dopo il concepimento, tutte le pecore sono state nutrite al 100% del loro fabbisogno nutrizionale. Nella prole del gruppo sottonutrito c’è stato un cambiamento nell'espressione di 11 microRNA: una maggiore espressione di miR-199b-3p e una minore espressione di altri 10 microRNA. Gli obiettivi di questi microRNA sono tutti implicati nella via di segnalazione dell'insulina: miR-27b-3p regola l’espressione del gene per il recettore dell’insulina INSR, miR-126-5p regola l’espressione del gene per il substrato del recettore dell’insulina IRS1, let-7i-5p, miR-125a-5p e miR-27b-3p regolano l’espressione di entrambi. L’alterazione post-trascrizionale di INSR porta ad una mancata produzione del recettore per l’insulina che non viene più espresso sulla membrana delle cellule e causa resistenza all’insulina nei tessuti. IRS1 invece si attiva in seguito al legame dell’insulina con il suo recettore ed è responsabile dell’amplificazione e della trasmissione del segnale fino alle proteine bersaglio dell’insulina come il trasportatore del glucosio GLUT (Figura 24). La ridotta sensibilità all’insulina e la minore espressione di IRS1 stesso provocano una mancata captazione del glucosio nelle cellule con innalzamento della glicemia e relative conseguenze. Coerentemente con questi meccanismi le pecore da madri sottonutrite oltre a mostrare il profilo di microRNA alterato hanno anche manifestato, in età adulta, resistenza all'insulina, intolleranza al glucosio e diabete di tipo 2.61
Un altro studio, sui topi, ha valutato l'effetto di una dieta carente in proteine durante la gestazione riscontrando ancora un’alterata regolazione dell’insulina nella prole in età adulta.59
Nel gruppo di topi sottonutrito solo l’8% del fabbisogno era costituito da proteine mentre nel gruppo di controllo le proteine rappresentavano il 20% del fabbisogno. Nel pancreas dei feti delle madri alimentate con una dieta carente in proteine sono stati rilevati alti livelli di miR-375 la cui espressione è rimasta elevata anche in età adulta. La presenza di miR-375 è abbondante nelle cellule β degli isolotti pancreatici e agisce come un importante regolatore dello sviluppo e della funzione di queste cellule essenziali per lo sviluppo del pancreas e per la secrezione di insulina.59
L'inibizione di miR-375 porta ad una maggiore secrezione di insulina, mentre l’aumento dell’espressione di miR-375 attenua il rilascio di insulina prendendo di mira la miotrofina, una proteina coinvolta nella fusione dei granuli di insulina necessaria per la secrezione dell’ormone.62
L’aumento di miR-375 nella prole di madri sottonutrite causa un minore rilascio di insulina, che nell’età adulta può favorire iperglicemia e diabete di tipo 2.59
Non solo la sottonutrizione ma anche una dieta ipercalorica predispone la prole ad un’alterata omeostasi del glucosio e all’obesità.63
Nello studio i topi, durante la gestazione, sono stati alimentati con una dieta controllo ( 11,4 % di grassi kcal, 62,8 % da carboidrati, 25,8 % da proteine) o con una dieta ipercalorica (58 % kcal da grassi; 25,6 % da carboidrati, 16,4 % da proteine). Nel fegato della prole adulta di madri con dieta ipercalorica l’espressione di miR-615-5p, miR-3079-5p, miR-124 e miR-101b era diminuita, mentre quella di miR-143 era aumentata. I geni bersaglio di questi microRNA codificano per proteine coinvolte nelle vie infiammatorie. Sono state misurate due importanti citochine infiammatorie, IL-6 (interleuchina-6) e TNF-α (fattore di necrosi tumorale α), nel siero dalla prole di entrambi i gruppi di topi; negli adulti di madri alimentate con dieta ipercalorica i livelli di IL-6 e TNF-α erano molto più alti rispetto alla prole delle madri controllo.
Un altro modulatore delle vie infiammatorie rilevato in quantità elevate è la protein chinasi attivata dai mitogeni 1 (MAPK1), una proteina in grado di attivare la cascata infiammatoria. TNF-α e MAPK1 sono due geni bersaglio di miR-101b, uno dei microRNA alterati nella prole di madri sottonutrite. L’infiammazione cronica di basso grado, come visto precedentemente, è associata allo sviluppo di disturbi metabolici come l’obesità, l’insulino-resistenza e il diabete mellito di tipo 2. Una dieta materna ipercalorica induce uno stato infiammatorio cronico nella prole che predispone, in età adulta ad un peso corporeo più elevato, ad una tolleranza al glucosio compromessa e ad una resistenza all'insulina in tutti i tessuti.63
Una dieta ricca di grassi durante la gravidanza è strettamente correlata all'accumulo lipidico epatico nella prole in età adulta.64
I topi in studio sono sati divisi in due gruppi: il gruppo di controllo e il gruppo alimentato con una dieta ad elevato contenuto di grassi (circa il 45% del fabbisogno giornaliero). La dieta è stata iniziata due settimane prima del concepimento e mantenuta per tutta la gravidanza. Rispetto alla prole del gruppo controllo, i topi di madri con dieta ad altro contenuto di grassi pesavano di più, avevano una massa adiposa maggiore, presentavano livelli plasmatici di colesterolo più alti e trigliceridi epatici aumentati. Livelli elevati del microRNA miR-370 sono stati riscontrati nella prole adulta di madri con dieta ricca di grassi e non nei topi di madri controllo.64
Il miR-370 regola l'espressione del gene che codifica per la carnitina palmitoiltransferasi 1α, CPT1α, una proteina, nota anche come carnitina aciltransferasi, che controlla il passaggio limitante la velocità nella β-ossidazione degli acidi grassi. Gli acidi grassi sono componenti fondamentali dei lipidi introdotti con la dieta e possono essere immagazzinati sottoforma di trigliceridi oppure utilizzati per produrre energia attraverso la β ossidazione. Dopo essere stati assorbiti dalle cellule, gli acidi grassi, devono essere attivati ad acil-coenzima A (acil-CoA); il coenzima A (CoA), è un attivatore generale di acidi carbossilici. La β ossidazione avviene all’interno dei mitocondri ma né gli acidi grassi, né acil-CoA riescono ad
attraversare la membrana mitocondriale interna. L’acido grasso viene perciò trasferito dal CoA su una molecola trasportatrice, la carnitina, in una reazione reversibile catalizzata dall’enzima CPT1α. L’acil-carnitina così formata passa attraverso la membrana mitocondriale interna, dove esiste uno specifico trasportatore per questa molecola, che la scambia con una carnitina libera. Dentro i mitocondri, l’acido grasso è trasferito nuovamente su una molecola di CoA intramitocondriale rigenerando acil-CoA e carnitina (Figura 25). La β ossidazione consiste in un ciclo di reazioni che ogni volta accorcia di due atomi di carbonio l’acil- CoA producendo coenzimi trasportatori di elettroni che saranno utilizzati per la produzione di energia. Il ciclo di reazioni si ripete più volte fino alla completa demolizione dell’acido grasso di partenza.65
Figura 25. Attivazione degli acidi grassi e loro trasporto entro i mitocondri. (Stefani-Taddei65, 2011)
In assenza di CPT1α, gli acidi grassi non riescono ad entrare nel mitocondrio e si accumulano nelle cellule danneggiando fegato, cuore e cervello. L’aumento di miR- 370 riduce l’espressione di CPT1α contribuendo all'induzione del danno metabolico associato alla deposizione di acidi grassi epatici nella prole di madri obese.
La sezione del fegato dei topi adulti, figli di madri alimentate con una dieta ricca di grassi, ha rilevato la presenza di numerosi vacuoli contenenti lipidi all'interno degli epatociti, rispetto alla sezione dei topi controllo che aveva una struttura epatica normale.64
I risultati dello studio suggeriscono che il consumo materno di una dieta ad alto contenuto di grassi potrebbe influire sul metabolismo lipidico della prole, modulando, attraverso miR-370, l'espressione di geni epatici correlati alla β ossidazione che, nella vita adulta, potrebbe tradursi in maggiore adiposità, maggior peso corporeo, elevato contenuto di acidi grassi epatici e aumentato rischio di steatosi epatica.64
Il folato e la vitamina B12 sono vitamine molto importanti durante la gravidanza. Uno studio ha dimostrato che il loro squilibrio nell’alimentazione materna può alterare l’espressione dei microRNA e incidere sulla salute della prole in età adulta.66
Nello studio i topi sono stati nutriti, per quattro settimane prima e sei settimane dopo il concepimento, con 9 tipi di diete che contenevano 9 diverse combinazioni di folato e vitamina B12. L’espressione del microRNA miR-483 è risultata aumentata in tutte le condizioni. Lo studio dimostra che questo microRNA, attraverso la regolazione del fattore della crescita e differenziazione GDF3, è in grado di modulare la capacità degli adipociti di differenziarsi e immagazzinare lipidi (Figura 26).66
Figura 26. Adipocita maturo. (altervista.org)
Il tessuto adiposo è noto per svolgere un ruolo centrale nella regolazione dell'omeostasi metabolica attraverso la sintesi e la conservazione dei lipidi, e la secrezione di adipochine in grado di modulare il metabolismo in altri tessuti. Sia nei roditori che nell'uomo, la limitata capacità di immagazzinare lipidi nel tessuto
adiposo e la conseguente deposizione ectopica di questi in tessuti come fegato e muscolo scheletrico porta a resistenza all'insulina e a malattie metaboliche. La capacità di espandere il tessuto adiposo e la capacità di immagazzinare trigliceridi è essenziale per mantenere una salute ottimale.66
L’aumento di miR-483 riduce la presenza di GDF3 che, con un meccanismo ancora non chiaro, porta a un'inibizione della differenziazione e della maturazione degli adipociti. Gli autori suggeriscono che questo potrebbe limitare la capacità del tessuto adiposo di immagazzinare lipidi con conseguente deposizione di trigliceridi negli altri tessuti, lipotossicità, resistenza all'insulina e diabete di tipo 2.66
I risultati dello studio suggeriscono che un apporto dietetico alterato di folato e vitamina B12 in gravidanza potrebbe esporre la prole in età adulta ad un maggior rischio di diabete di tipo 2, attraverso la modulazione di miR-483, e che lo squilibrio nel rapporto tra le due vitamine potrebbe avere effetti più gravi rispetto alle singole carenze.66
Nelle tabelle LARN il fabbisogno di folato passa da 400 a 600µg in gravidanza mentre la vitamina B12 da 2,4 a 2,6µg.32
CONCLUSIONI
La scoperta dei microRNA ha fornito interessanti approfondimenti sulla modulazione dell’espressione genica e la loro deregolamentazione nello sviluppo di diverse patologie umane è attualmente riconosciuta dalla comunità scientifica.
Il ruolo dell'alimentazione nella modulazione dei profili di questi microRNA però rimane ancora un campo d’indagine. Diversi studi hanno rilevato legami potenziali tra dieta, microRNA e stato della malattia; tuttavia, le associazioni riportate non possono essere pienamente confermate senza ulteriori ricerche per identificare gli obiettivi precisi di diversi microRNA. In particolare c’è bisogno di maggiori studi su coorti umane in quanto, gran parte di quelli disponibili, sono stati condotti in vitro o su animali, i quali hanno una fisiologia diversa da quella dell’uomo.
Infine, la proposta che i microRNA vegetali possano raggiungere la circolazione umana, così come la modulazione da parte della dieta materna dei profili di microRNA dei figli in età adulta, introducono un'area aggiuntiva da prendere in considerazione.23
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