Cofeina, citricele și genetica: Ce au descoperit cercetătorii în laptele matern uman
Cercetătorii au examinat modul în care consumul de cafea, diferențele genetice moștenite și alți factori biologici și dietetici influențează variațiile moleculare din laptele matern uman.
Recent, un studiu publicat pe serverul preprint bioRxiv a investigat modul în care dieta maternă, genetica, caracteristicile clinice și expresia genelor din celulele laptelui sunt asociate cu variațiile din metabolomul laptelui uman.
Laptele matern furnizează nutrienți și compuși bioactivi care sprijină creșterea sugarului, dezvoltarea imunității și colonizarea microbiană în primele 1.000 de zile de viață. Studiul își propune să răspundă la întrebările legate de influența dietei materne asupra compoziției moleculare a laptelui și rolul diferențelor genetice moștenite.
Conținutul de lapte matern include numeroși metaboliti implicați în producția de energie, metabolismul lipidic și diverse procese celulare. Unele componente sunt sintetizate în glanda mamară, în timp ce altele provin din circulația maternă.
Cercetările anterioare au corelat caracteristicile materne cu compoziția laptelui, dar contribuțiile relative ale acestora rămân neclare. Este nevoie de studii suplimentare pentru a clarifica aceste relații în rândul populațiilor diverse și în diferite etape ale alăptării.
Studiul a analizat datele din cadrul studiului Mothers and Infants Linked for Healthy Growth (MILK), un studiu observațional care a implicat mame sănătoase și sugari la termen din Minnesota și Oklahoma, Statele Unite. Cohorta a inclus 349 de participanți, cu probe de lapte matern colectate la aproximativ o lună după naștere.
Participanții au avut intenția de a alăpta exclusiv și au fost înrolați în timpul sarcinilor considerate uncomplicated, deși 15% dintre ei au avut diabet gestational. Laptele a fost colectat la două ore după hrănirea sugarilor și a fost procesat și stocat la -80°C până la analiză.
Cercetătorii au analizat 458 de metaboliti utilizând trei platforme de spectrometrie de masă: cromatografie-gaze-spectrometrie de masă (GC-MS), cromatografie lichidă-spectrometrie de masă (LC-MS) și cromatografie lichidă–spectrometrie de masă în tandem (LC-MS/MS). De asemenea, au fost evaluate nivelurile de macronutrienți, hormoni și citokine din lapte.
Consumul alimentar matern a fost evaluat folosind Chestionarul de Istoric Dietetic (DHQ), având date disponibile pentru 344 de participanți. Secvențierea ARN-ului din celulele laptelui a oferit măsurători ale expresiei genelor pentru 299 de participanți, iar datele genetice de la 197 de participanți au sprijinit analizele de asociere la nivelul întregului genom.
Analizele statistice au inclus teste de corelație, regresia LASSO și abordări de învățare automată pentru a identifica relațiile dintre caracteristicile dietetice, expresia genelor, variantele genetice și abundența metabolitilor.
Cercetătorii au comparat, de asemenea, asocierile genetice ale metabolitilor din lapte cu rezultatele studiilor plasmatice. Modelele au evaluat contribuțiile relative ale caracteristicilor dietetice, clinice și genetice.
Studiul a identificat o variație extensivă în metabolitii din laptele uman, grupându-i în șapte module de compuși care co-ocură. Asocierile cu alte caracteristici ale laptelui au fost, în general, mai puternice decât cele cu caracteristicile materne.
Concentrațiile mai ridicate de acilcarnitine, un grup de esteri de acizi grași, au fost corelate cu niveluri crescute de interleukină-6 (IL-6) și cu o cantitate mai mică de glucoză în lapte. Acești compuși transportă acizii grași în mitocondrii pentru producția de energie.
Dieta maternă a arătat cea mai puternică relație cu metabolomul printre caracteristicile materne evaluate. Acilcarnitinele au fost o excepție, sugerând că acestea pot reflecta starea metabolică maternă, mai degrabă decât transferul dietetic direct.
Analizele dietetice au comparat 199 de caracteristici dietetice cu 458 de metaboliti și au identificat 1.038 de corelații semnificative între dietă și metaboliti. Dintre acestea, 920 (88%) au fost corelații pozitive.
Consumul de cafea și cofeină a fost puternic asociat cu acidul quinic și acidul 1,3-dimetiluric din laptele matern, iar caracteristicile dietetice au explicat 34% din variația acidului quinic. De asemenea, caracteristicile dietetice au explicat 12,5% din variația prolinei-betainei, un metabolit asociat cu consumul de citrice.
Consumul mai mare de alcool a fost asociat cu niveluri mai scăzute de sfingosină-1-fosfat (S1P) în laptele matern, un lipid de semnalizare care poate fi implicat în dezvoltarea intestinală și funcția imunitară. Calitatea generală a dietei, măsurată folosind Indicele de Alimentație Sănătoasă (HEI), a fost asociată pozitiv cu riboflavina și N-acetilornitină din laptele matern.
Analizele de expresie genică au identificat relații între metabolitele prezente în lapte și expresia genelor din celulele laptelui. O expresie mai mare a enzimei quinolinate phosphoribosyltransferase (QPRT) a fost asociată cu niveluri mai scăzute de acid quinolinic, ceea ce este în concordanță cu rolul enzimei în metabolizarea acestui compus.
O expresie mai mare a dipeptidazei 1 (DPEP1) a fost de asemenea asociată cu niveluri mai scăzute de cisteină-glicină în lapte. Analiza variabilelor instrumentale și colocalizarea genetică au susținut această relație, dar contribuția activității DPEP1 în alte țesuturi rămâne incertă.
Studiile de asociere la nivelul întregului genom (GWAS) au relevat nouă asocieri genetice semnificative între metaboliti și locusuri, respectând pragul stabilit de studiu. Două asocieri genetice notabile au implicat variantele din apropierea PDE6A, legate de metabolismul purinelor, și variantele din apropierea GNE, asociate cu acidul N-acetilneuraminic liber, o formă de acid sialic.
Asocierea cu GNE s-a colocalizat cu un locus de expresie cantitativă a trăsăturilor din lapte (eQTL), sugerând o relație potențial specifică glandei mamare lactogene. Varianta asociată nu a arătat o relație clară cu cele 19 oligozaharide din laptele matern măsurate în acest studiu. Comparațiile cu studiile plasmatice au identificat atât asocieri genetice comune, cât și potențial specifice laptelui.
În final, modelele care combină caracteristicile dietetice, clinice și genetice selectate de la 183 de participanți au explicat o medie de 13,2% din variația metabolitilor dintre cei 246 de metaboliti pentru care au fost selectați predictoare. Caracteristicile dietetice au contat pentru cea mai mare proporție a variației explicate în 168 de modele (68%).
Aceste rezultate sugerează că compoziția laptelui reflectă multiple influențe
