Diskussion
Diese Arbeit zeigt, dass weibliche Nachkommen von Müttern mit schwerer Hyperglykämie während der Trächtigkeit und Laktation ein niedriges Geburtsgewicht und ein geringes Gewicht bei der Entwöhnung haben, abgesehen von Veränderungen in der Struktur der Bauchspeicheldrüse als Erwachsene. Zum ersten Mal zeigen wir, dass die mütterliche Einnahme von Leinsamenöl bei den weiblichen Nachkommen von diabetischen Müttern vorteilhafte Auswirkungen hat, wie die Vermeidung von Hypertrophie und die Verbesserung der β-Zell-Expression der Pankreasinseln.
Eine sehr häufige Schädigung bei schwerer mütterlicher Hyperglykämie ist ein niedriges Geburtsgewicht (Holemans et al. 2003; Fetita et al. 2006; Song et al. 2012), was mit unseren Ergebnissen übereinstimmt, bei denen die weiblichen Nachkommen von HG-diabetischen Müttern leichter waren als CG und auch FOG. Das niedrige Geburtsgewicht kann dadurch erklärt werden, dass der Fötus während der Schwangerschaft der diabetischen Mütter mit einer schweren intrauterinen Hyperglykämie konfrontiert wird, die eine fetale Inselhypertrophie und β-Zell-Hyperaktivität induziert, ein Phänomen, das zu einer frühen Hyperinsulinämie führen kann. Diese Überstimulation der fötalen β-Zellen schränkt ihre Anpassung ein, so dass sie keine Insulinkörnchen mehr haben und kein Insulin mehr sezernieren können. Die Erschöpfung der β-Zellen führt zu einer fötalen Hypoinsulinämie. Hypoinsulinämie und eine verringerte Anzahl von Insulinrezeptoren in den Zielzellen führen zu einer Verringerung der fetalen Glukoseaufnahme. Das Wachstum der fetalen Proteinmasse wird unterdrückt, und die fetale Proteinsynthese ist durchgängig erniedrigt, was zu einer fetalen Mikrosomie führt. Die postnatale Entwicklung ist verzögert, und die Kinder bleiben auch im Erwachsenenalter klein (Holemans et al. 2003; Yessoufou & Moutairou 2011).
Epidemiologische und experimentelle Studien haben berichtet, dass eine Supplementierung mit Fischöl, einer Quelle von n-3 PUFA, während der Schwangerschaft das Geburtsgewicht erhöhen und damit das Risiko der Entwicklung chronischer Krankheiten im Erwachsenenalter verringern kann (McGregor et al. 2001; Olafsdottir et al. 2005). Es wird angenommen, dass die gefäßerweiternde Wirkung von DHA den intrauterinen Plazentadurchfluss erhöht (Rogers et al. 2004) und somit die Nährstoff- und Sauerstoffversorgung des Fötus verbessert, was zu einer Erhöhung des Geburtsgewichts führt. Die Effizienz der Umwandlung von ALA in ihre langkettigen Derivate ist nach wie vor umstritten und bedarf weiterer umfassender wissenschaftlicher Untersuchungen. Einige Studien am Menschen, bei denen stabile Isotope verwendet wurden, deuten darauf hin, dass der größte Teil der ALA aus der Nahrung leicht β-oxidiert und als Energiesubstrat verwendet wird, wobei die enzymatische Umwandlung in EPA (0,2 a 8 %) und DHA (<0,05 a 4 %) begrenzt ist (Burdge 2006; Plourde & Cunnane 2007). Im Gegensatz zu Fischöl, das DHA bereits in seiner Zusammensetzung enthält, muss das n-3 aus Leinsamenöl in EPA und DHA umgewandelt werden, weshalb die erwartete Gewichtszunahme in der FOG-Gruppe nicht eintrat, da die Versorgung mit DHA in dieser Gruppe geringer war.
Am Tag 21 der Entwöhnung waren alle weiblichen Nachkommen von diabetischen Müttern immer noch leichter als CG. Guarda et al. (2014) boten gesunden Wistar-Ratten während der Laktation eine fettreiche Diät mit Leinsamenöl an und beobachteten ebenfalls ein geringeres Gewicht der männlichen und weiblichen Nachkommen bei der Entwöhnung im Vergleich zu den Nachkommen von Müttern, die eine Kontrolldiät erhielten. Die Verabreichung einer fettreichen Diät mit 19 % Leinsamenöl während der Laktation veränderte die Zusammensetzung der Milch mit einem geringeren Cholesterin- und Triacylglyceringehalt, woraus sie schlossen, dass das niedrige Gewicht beim Absetzen auf diesen Faktor zurückzuführen war. Da unsere Tiere während der Laktation ebenfalls eine fettreiche Ernährung mit Leinsamenöl erhielten, schließen wir, dass diese Veränderung auch in der Milch auftrat. Ein weiterer Grund ist, dass Streptozotocin, das zur Auslösung von Diabetes bei Ratten verwendet wird, zu einer verminderten Fähigkeit der Milchdrüse führt, Fettsäuren zu synthetisieren, was zu einer geringeren Menge in der Milch führt (Jackson et al. 1994; Blondeau et al. 2011). Aus diesem Grund könnten Veränderungen in der Milchzusammensetzung zu der Wachstumsverzögerung beigetragen haben, die nach der Geburt bei Nachkommen von Müttern mit Hyperglykämie beobachtet wurde.
Ein recht häufiges Phänomen, das in Fällen von intrauteriner Wachstumsrestriktion beobachtet wird, ist ein beschleunigtes postnatales Wachstum (Aufholen), um das niedrige Geburtsgewicht zu kompensieren. Dadurch werden die Tiere anfälliger für ein erhöhtes Risiko, im Erwachsenenalter Typ-2-Diabetes und das metabolische Syndrom zu entwickeln (Hales & Ozanne 2003). Die Weibchen der beiden Gruppen mit diabetischen Müttern, die bei der Entwöhnung leichter waren als die CG, konnten ihr Gewicht bis zum 70. Tag an das der CG angleichen und ihre Wachstumskurve wieder auf das Niveau der CG bringen, auch wenn sie die gleiche Menge an Nahrung zu sich nahmen, was auf ein mögliches Aufholen nach der Entwöhnung hindeutet.
In Bezug auf die Nahrungsaufnahme konnten wir beobachten, dass die Zugabe von Leinsamenöl zur fettreichen Ernährung die Nahrungsaufnahme der Nachkommen während des gesamten Lebens nicht beeinflusste. Bei diesen Nachkommen war langfristig eine erhöhte Nahrungsaufnahme zu erwarten, die zu Fettleibigkeit und Insulinresistenz führt. Fötale Hyperinsulinämie trägt zur Störung wichtiger/essentieller Bahnen für die normale Entwicklung der hypothalamischen neuronalen Netzwerke für den Energiehaushalt bei (Plagemann 2011). Obwohl keine signifikanten Unterschiede beobachtet wurden, nahmen die weiblichen HG-Nachkommen 14 % mehr Nahrung auf als die CG, was auf eine mögliche Zunahme der Expression orexigener Peptide und eine Abnahme der Expression anorexigener Peptide als Folge der durch fetale Hyperinsulinämie verursachten Veränderungen hinweist.
Tiermodelle haben überzeugend gezeigt, dass Diabetes durch intrauterine Exposition gegenüber mütterlicher Hyperglykämie übertragen werden kann. Eine mütterliche Hyperglykämie während kritischer Entwicklungsphasen wird mit einer verringerten Insulinsekretion als Reaktion auf die Verabreichung von Glukose in Verbindung gebracht (Fetita et al. 2006). In dieser Studie hatte jedoch eine schwere mütterliche Hyperglykämie keinen Einfluss auf die Glukosetoleranz der weiblichen Nachkommen, wenn sie 180 Tage nach der Geburt gemessen wurde. Das gleiche Ergebnis fand Zhao & Weiler 2010), bei dem die mütterliche Hyperglykämie die Glukosetoleranz der Nachkommen von Sprague-Dawley-Ratten im Alter von drei Monaten bei beiden Geschlechtern nicht beeinträchtigte. Ähnlich wie in unserer Studie beobachteten Song et al. (2012), dass die Nachkommen von diabetischen Müttern eine relativ normale Glukosetoleranz aufwiesen, ähnlich wie die Nachkommen von Müttern mit normalem Glukosegehalt, wenn sie mit Standardfutter ernährt wurden. Wie bei der OGTT fanden wir auch bei der IpITT, einer Methode zur Messung der peripheren Insulinresistenz, nach 180 Tagen keine Unterschiede zwischen den Gruppen. Blondeau et al. (2011) untersuchten den Glukosestoffwechsel der Nachkommen von Sprague Dawley mit Diabetes während der Trächtigkeit und Laktation nach 3, 6 und 12 Monaten und fanden eine Insulinresistenz durch den IpITT-Test nur bei diesen Tieren im Alter von 12 Monaten. Ähnlich wie bei unseren Ergebnissen wurden nach 6 Monaten keine Unterschiede in der IpITT-Fläche unter der Kurve zwischen den Gruppen festgestellt, aber wir stellten fest, dass HG eine um 8,9 % größere Fläche unter der Kurve hatte als CG. Wenn die Studie länger dauern würde, würden wir bei diesen Ratten vielleicht eine Insulinresistenz feststellen.
Bezüglich der Nüchternglukose fanden Zeng et al. (2010) ebenfalls keine Unterschiede in den Nüchternglukosewerten zwischen der CG und den Nachkommen von Wistar-Ratten mit schwerer Hyperglykämie im Alter von sechs Monaten. Diese Beobachtungen stimmten mit denen von Blondeau et al. (2011) überein, die feststellten, dass die Nüchternglukose- und Insulinwerte bei den männlichen Nachkommen von diabetischen Ratten und gesunden Ratten im Alter von drei und sechs Monaten ähnlich waren. In einer anderen Studie, in der die Auswirkungen einer schweren Hyperglykämie auf den Nüchternglukose- und Insulinspiegel bei männlichen Ratten im Alter von sechs Monaten untersucht wurden, wurden keine Unterschiede zwischen den Gruppen mit diabetischen Müttern und Kontrollmüttern festgestellt (Song et al. 2012). Wir weisen darauf hin, dass in den meisten Studien nur männliche Nachkommen analysiert wurden, was einen Vergleich unserer Ergebnisse mit den männlichen Nachkommen diabetischer Ratten erschwert.
In der Literatur wurde beschrieben, dass eine Hyperplasie der Pankreasinseln aufgrund einer mütterlichen Hyperglykämie auftreten kann (Holemans et al. 2003; Fetita et al. 2006), und zwar durch eine mögliche Neogenese während der Perinatalperiode, die im Erwachsenenalter beobachtet werden kann. Bei der Analyse der Dichte der Pankreasinseln in den Versuchsgruppen stellten wir fest, dass sich die Gruppen untereinander nicht unterschieden; allerdings erhöhte die mütterliche Hyperglykämie die Anzahl der Pankreasinseln bei HG insofern, als die Weibchen dieser Gruppe 13,1 % mehr Pankreasinseln aufwiesen als die CG. Es ist bemerkenswert, dass die Verwendung von Leinsamenöl nicht zu einer erhöhten Anzahl von Inseln führte, da die weiblichen Nachkommen dieser Gruppe -17,6 % der Inseln im Vergleich zu HG hatten.
Nach Remacle et al. (2007) haben die Nachkommen diabetischer Mütter eine Hypertrophie der Pankreasinseln aufgrund der hyperglykämischen intrauterinen Umgebung, die zu einer Überstimulation dieser Inseln führt. Bei der Analyse des durchschnittlichen Durchmessers der Pankreasinseln stellten wir fest, dass dieser von der mütterlichen Hyperglykämie beeinflusst wird, wobei HG einen größeren Durchmesser als CG aufweist. Im Gegensatz dazu beobachteten Song et al. (2012), die männliche Nachkommen von Sprague-Dawley-Ratten mit schwerer Hyperglykämie während der Trächtigkeit und Laktation untersuchten, keine Unterschiede in der Größe der Pankreasinseln zwischen Gruppen, die von diabetischen Müttern abstammten, die nach der Entwöhnung ein Kontrollfutter erhielten, und Kontrollmüttern im Alter von sechs Monaten. Wir gehen davon aus, dass Leinsamenöl eine größere schützende Wirkung auf die Fähigkeit hat, eine Hypertrophie der Pankreasinseln zu verhindern, denn die Durchmesser der Inseln waren kleiner als die der HG und ähnelten denen der CG nach 180 Tagen. Es ist bekannt, dass n-3-PUFAs die Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptoren (PPAR) aktivieren und die Expression der Isoform PPAR γ in β-Zellen die Expression von Genen steuert, die am Glukosestoffwechsel beteiligt sind. Daher erwarten wir, dass n-3 die basale Überstimulation der β-Zellen der Bauchspeicheldrüse, die bei den Nachkommen von Müttern mit Diabetes während der Schwangerschaft auftritt, von der Geburt bis zum Erwachsenenalter reduziert (Plagemann 2011) und nicht zu einer Hypertrophie der Inseln führt.
In der Literatur wurde berichtet, dass bei der Isolierung von Pankreasinseln aus gesunden Ratten der Anteil der kleinen Inseln höher ist als der Anteil der großen Inseln (MacGregor et al. 2006). Dies deckt sich mit den Ergebnissen unserer Studie, bei der alle Gruppen weiblicher Nachkommen einen höheren Anteil an kleinen Inseln aufwiesen. Beim Vergleich zwischen den Gruppen wurde festgestellt, dass HG nach 180 Tagen einen höheren Prozentsatz an großen Inseln und einen geringeren Prozentsatz an kleinen Inseln als CG aufwiesen. Der größte Anteil an großen Inseln bei HG ist auf die Überstimulation dieser Inseln während der Schwangerschaft zurückzuführen, wo sie mit einer schweren mütterlichen Hyperglykämie konfrontiert waren, die dazu führte, dass sie mehr Insulin produzieren mussten. Dieser Zustand führte zu einer Vermehrung ihrer Zellen und damit zu einer Vergrößerung der Inselchen, und diese Eigenschaft wurde bis zum Erwachsenenalter beibehalten (Fetita et al. 2006; Remacle et al. 2007). Noch einmal betonen wir die Wirkung der Verwendung von Leinsamenöl, denn seine Verwendung hat nicht zu dieser Situation geführt, da die FOG-Tiere eine ähnliche Verteilung in Bezug auf die Größe der Pankreasinseln aufwiesen wie die CG-Tiere.
Obwohl die HG-Tiere eine erhöhte numerische Dichte der Pankreasinseln und eine größere Größe der Inseln aufwiesen, war das absolute und relative Gewicht der Bauchspeicheldrüse geringer als in den anderen Gruppen. Holemans et al. (2003) berichteten, dass das Gewicht der fötalen Bauchspeicheldrüse bei Nachkommen diabetischer Mütter abnimmt, obwohl der Prozentsatz des endokrinen Gewebes erhöht ist, was unsere Ergebnisse bestätigt und auf einen geringeren Prozentsatz des exokrinen Gewebes zum Nachteil der Menge des endokrinen Gewebes hinweist. Ähnlich wie bei CG wiesen die FOG das gleiche absolute und relative Gewicht der Bauchspeicheldrüse auf, und alle Parameter in Bezug auf den endokrinen Teil entsprachen denen von CG.
Große Pankreasinseln, wie sie bei HG-Nachkommen gefunden wurden, sezernieren weniger Insulin, und eine Erklärung dafür könnte sein, dass diese eine geringere Betazell-Immunodensität pro Insel und weniger Insulin pro Zelle aufweisen (Fujita et al. 2011; Huang et al. 2011). Unsere Ergebnisse zur Insulin-Immunodensität bestätigen diese Idee, da die HG-Nachkommen im Vergleich zu den anderen Gruppen eine geringere Dichte der Immunfärbung sowie eine geringere Betazellmasse aufwiesen. Einmal mehr konnten wir beobachten, dass Leinsamenöl dieser Situation entgegenwirkt, denn die Dichte der Immunfärbung und die Betazellmasse waren größer als bei HG und ähnlich wie bei CG. N-3 LCPUFAs und ihre Metaboliten sind natürliche Liganden von PPAR γ (Edwards & O’Flaherty 2008; Calder 2012), und Studien haben gezeigt, dass sie direkte positive Auswirkungen auf die β-Zellen der Bauchspeicheldrüse haben, wie z.B. die Verbesserung der Insulinsekretionskapazität in Pankreasinseln, die aus β-Zellen von Wistar-Ratten und Hamstern isoliert wurden (Van Herpen & Schrauwen-Hinderling 2008). Daher glauben wir, dass die stärkere Expression von Insulin in FOG im Vergleich zu HG mit dieser Beziehung zwischen LCPUFA und PPAR γ verbunden ist.