dietní příjem a plazmatické hladiny cholinu a betainu u dětí s poruchami autistického spektra

Abstrakt

u mnoha dětí s autismem byly hlášeny abnormality metabolismu jednoho uhlíku závislého na folátu. Protože nedostatečný cholin a betain mohou negativně ovlivnit metabolismus folátů a následně methylaci a antioxidační kapacitu, snažili jsme se zjistit, zda dietní příjem cholinu a betainu u dětí s autismem byl dostatečný k uspokojení nutričních potřeb na základě národních doporučení. Třídenní záznamy o potravinách byly analyzovány u 288 dětí s autismem (ASD), které se účastnily studie national Autism Intervention Research Network for Physical Health (AIR-P) O stravě a výživě u dětí s autismem. Plazmatické koncentrace cholinu a betainu byly měřeny v podskupině 35 dětí s ASD a 32 kontrolních dětí odpovídajících věku. Výsledky ukázaly, že 60-93% dětí s ASD konzumovalo méně, než je doporučený adekvátní příjem (AI) pro cholin. Byly zjištěny silné pozitivní korelace mezi dietním příjmem a plazmatickými koncentracemi cholinu a betainu u autistických dětí a nižšími plazmatickými koncentracemi ve srovnání s kontrolní skupinou. Došli jsme k závěru, že příjem cholinu a betainu je nedostatečný u významné podskupiny dětí s ASD a odráží se v nižších plazmatických hladinách. Nedostatečný příjem cholinu a betainu může přispět k metabolickým abnormalitám pozorovaným u mnoha dětí s autismem a vyžaduje pozornost v nutričním poradenství.

1. Úvod

autismus je komplexní behaviorálně definovaná neurodevelopmentální porucha charakterizovaná významnými poruchami v sociální interakci, verbální a neverbální komunikaci a restriktivními, opakujícími se a stereotypními vzorci chování. Centra pro kontrolu nemocí odhaduje, že současná prevalence poruch autistického spektra (ASD) ve Spojených státech je 1 ze 110 dětí . Nutriční screening a hodnocení dětí s ASD je důležitým klinickým hlediskem z několika důvodů. Za prvé, tyto děti často vykazují zdravotní problémy související s výživou, včetně gastrointestinálního nepohodlí, zánět střev, průjem, zácpa, a kyselý reflux . Abnormální smyslové zpracování může ovlivnit vnímání chuti a textury, což vede k vyhýbání se jídlu a omezenému příjmu potravy u mnoha dětí s ASD. „Naléhání na stejnost“ a nutkavé opakující se chování posilují rigidní dietní preference a vedou k omezenému repertoáru potravin . A konečně, akumulační výzkum naznačuje, že metabolismus živin a požadavky mohou být změněny u některých dětí s ASD ve srovnání s typicky se vyvíjejícími dětmi . Děti s ASD mají tedy několik rizikových faktorů, které mohou zvýšit prevalenci nedostatků živin v této populaci.

metabolické abnormality hlášené u dětí s ASD se primárně týkaly metabolismu jednoho uhlíku závislého na folátu. Paşca a kol. hlášená hyperhomocysteinémie a abnormální hladiny metabolitů methioninu u dětí s AD a PDD-NOS . Zaznamenali také zvýšenou prevalenci polymorfismu C677T MTHFR u dětí s AD. Polymorfismy v této cestě omezují dostupnost folátu a zvyšují potřebu dalších vzájemně závislých metabolitů, včetně cholinu a betainu . Kromě toho James et al. bylo zjištěno, že děti s ASD měly významně nižší plazmatické koncentrace methioninu, s-adenosylmethioninu (SAM), cystathioninu, cysteinu a celkového glutathionu (GSH) a významně vyšší koncentrace S-adenosylhomocysteinu (SAH), adenosinu a oxidovaného glutathionu (GSSG) ve srovnání s kontrolními dětmi odpovídajícími věku . Tyto metabolické abnormality mohou vést ke zhoršené methylaci (SAM / SAH) a antioxidační/detoxikační kapacitě (GSH/GSSG). V jedné studii byla nízká plazmatická SAM / SAH spojena s HYPOMETHYLACÍ DNA a nízká plazmatická GSH/GSSG byla spojena s biomarkery oxidačního poškození proteinů (3-nitrotyrosin, 3-chlorotyrosin) a oxidačního poškození DNA (8-oxodeoxyguanin). Rose a kol. bylo zjištěno podobné snížení GSH / GSSG a oxidační poškození v posmrtných vzorcích mozku od jedinců s autismem, což naznačuje, že oxidační stres a poškození mohou být systémovým problémem u některých dětí s autismem .

cholin, betain a folát jsou zaměnitelné zdroje jednouhlíkových jednotek. Jak je znázorněno na obrázku 1, metabolismus cholinu se protíná s jednouhlíkovým metabolismem závislým na folátu jako alternativní cestou syntézy methioninu, zejména pokud je dostupnost folátu omezená. Cholin je prekurzorem betainových a methylových skupin odvozených od betainu, které se používají pro Sam-dependentní methylační reakce včetně syntézy membránového fosfatidylcholinu (PC). Tímto způsobem cholin nepřímo slouží jako prekurzor pro syntézu membránových fosfolipidů, které jsou nezbytné pro normální tekutost membrány, přenos signálu, přenos membrány a integritu . Cholin je také prekurzorem pro syntézu acetylcholinu (ACh), důležitého neurotransmiteru v centrálním i autonomním nervovém systému. V centrálním nervovém systému je ACh důležitým neuromodulátorem smyslového vnímání a induktorem REM spánku a je důležitý pro udržení pozornosti . Konečně, jako donor methyl pro syntézu SAM, nedostatek cholinu byl prokázán na zvířecích modelech, které přispívají ke globální HYPOMETHYLACI DNA a epigenetickým abnormalitám . Bylo také prokázáno, že nízké plazmatické hladiny SAM a HYPOMETHYLACE DNA jsou přítomny u dětí s autismem .

Figure 1

Interrelated and interdependent pathways of (1) folate- and betaine-dependent methionine resynthesis from homocysteine utilizing folate-dependent methionine synthase (MS) and betaine-dependent betaine : homocysteine methyltransferase (BHMT); (2) choline-dependent betaine synthesis; (3) phosphtidylethanoloamine methyltransferasse (PEMT) conversion of phosphatidylethanolamine (PE) to phosphatidylcholine (PC); and (4) choline-dependent synthesis of PC and acetylcholine.

cholin byl uznán lékařským ústavem (IOM) jako základní živina v roce 1998 . Mezi dobré dietní zdroje cholinu patří vejce, játra, hovězí maso, kuřecí maso, ryby, mléko, křupavá zelenina, fazole a arašídy, zatímco betain se získává především z pšeničných otrub, pšeničných klíčků a špenátu . Zejména příjem betainu byl negativně spojen se západní stravou s vysokým obsahem masa, cukru a tuku . Zeisel pozoroval následující příznaky, když zdraví jedinci konzumovali dietu s nedostatkem cholinu: (1) steatóza jater, (2) poškození svalů, (3) poškození DNA a (4) změny exprese genu lymfocytů. Kromě toho byly nízké hladiny cholinu v plazmě spojeny se zvýšenou úzkostí .

přestože cholin a jeho metabolity významně přispívají k normálnímu metabolismu jednoho uhlíku závislému na folátu, příjem potravy a plazmatické hladiny těchto živin nebyly v populaci ASD zkoumány. Účelem studie proto bylo zjistit, zda věkově specifický dietní příjem těchto živin byl v odpovídajícím rozmezí podle národních standardů a zda dietní příjem koreloval s plazmatickými hladinami u podskupiny těchto dětí.

2. Předměty a metody

2.1. Účastníci studie

nutriční údaje o příjmu cholinu a betainu z potravy byly získány od 288 dětí s ASD, které se účastnily studie Autism Intervention Research Network for Physical Health (AIR-P) O stravě a výživě u dětí s autismem a byli přijati ze čtyř Národních míst včetně Pittsburg, Pennsylvania, Little Rock, Arkansas, Rochester, New York a Denver, Colorado. Podskupina 35 z 288 účastníků ASD a 32 kontrolních účastníků, jejichž rodiče souhlasili s odběrem krve, se zúčastnila doplňkové studie, ve které byly měřeny a porovnávány metabolity cholinu v plazmě mezi skupinami. Kritéria pro zařazení do skupiny ASD zahrnovala děti ve věku 2-11 let s klinickými diagnózami ASD na základě diagnostického a statistického manuálu IV kritéria a plán diagnostického pozorování autismu (ADOS). Účastníci kontroly byli ve věku 3-10 let a neměli žádnou anamnézu behaviorálních nebo neurologických abnormalit, jak bylo stanoveno ve zprávě rodičů, a byli účastníky kontroly v probíhající studii sponzorované NICHD dětí s autismem (SJJ: R011HD051873). Kontrolní děti byly věkem a pohlavím přizpůsobeny případovým dětem pro analýzu plazmy a byly omezeny na rodiče, kteří souhlasili s odebráním krve jejich dítěte. Protokoly studie a informované souhlasy byly schváleny institucionálními kontrolními radami na každém místě, kde byly shromážděny údaje.

2.2. Dietní údaje

třídenní záznamy o jídle byly shromážděny od pečovatelů účastníků ve skupině ASD (). Vyškolený personál použil standardizovanou metodu k instruování pečovatelů o zaznamenávání všech potravin, nápojů a doplňků konzumovaných účastníky po dobu tří po sobě jdoucích dnů, včetně jednoho víkendového dne. Dokončené záznamy byly vráceny na každý web ke kontrole a byli kontaktováni pečovatelé, pokud informace chyběly nebo nebyly jasné. Záznamy z každého webu byly zaslány do Rochesteru v New Yorku k analýze pomocí softwaru Nutrition Data System for Research (NDSR) verze 2009 a 2010, vyvinutý koordinačním centrem výživy (University of Minnesota, Minneapolis, MN). Jednotlivé výsledky příjmu potravy byly založeny na průměrném příjmu ze všech tří dnů sběru dat.

2.3. Plazmatické údaje

plazmatické koncentrace cholinu a betainu byly získány od 67 účastníků (35 s ASD a 32 kontrol), jejichž rodiče souhlasili s odběrem krve. Účastníci byli instruováni, aby se postili 12 hodin před odběrem krve. Maximální odebraná krev byla 25 mL na účastníka. Vzorek krve byl získán do dvou týdnů od dokončení 3denního záznamu o jídle. Poté, co byly získány vzorky a deidentifikovány, byly odeslány do Autism Treatment Network / Intellectual & vývojové Disabilities Research Center (ATN/IDDRC) Biorespository v Denveru v Coloradu k uložení. Alikvot 250 uL byl poslán do laboratoře Autism Genomics v Little Rock v Arkansasu k analýze. Koncentrace cholinu a betainu byly měřeny pomocí vysoce výkonného systému kapalinové chromatografie-ultrafialového záření dionex spojeného s tandemovým hmotnostním spektrometrem s ionizací elektrospráku (ESI) za použití Termofinnagenu LCQ. Vzorky 30 µL byly deprotenizovány třemi objemy acetonitrilu a dále analyzovány pomocí normální fázové chromatografie na sloupci silikagelu. Byl vyrovnán směsí 15 mmol / l mravenčanu amonného a acetonitrilu v poměru 25 : 75 objemových. Byl eluován lineárním gradientem rostoucích podílů mravenčanu amonného, jak je podrobněji popsáno v Holm et al. .

2.4. Statistická analýza

statistické analýzy byly provedeny pomocí SPSS (verze 21.0) a softwaru Excel (Microsoft Office 2007; Microsoft Corp., Redmond, WA). Popisné statistiky byly použity k popisu demografických charakteristik účastníků studie. Prostředky, standardní odchylky a rozsahy byly použity k popisu dietního příjmu skupiny ASD. Pearsonovy korelační koeficienty součinu a momentu byly použity k testování vztahů mezi příjmem potravy a plazmatickými hladinami cholinu a betainu ve skupině ASD. Studentské testy byly použity k určení, zda existují rozdíly v plazmatických koncentracích mezi skupinami. Statistická významnost byla stanovena na 0,0.

3. Výsledky

3.1. Charakteristiky účastníků

mezi 288 účastníky ASD bylo 86,1% mužů, 25,7% (74) bylo ve věkové kategorii 1-3 let, 61,5% (177) bylo ve věkové kategorii 4-8 let a 12,8% (37) bylo ve věkové kategorii 9-11 let. Více než 90% účastníků bylo bělochů. V podskupině dětí hodnocených na plazmatický a dietní příjem cholinu a betainu bylo 11 z 35 dětí (32%) ve věku 1-3 let, 19 dětí (54%) ve věku 4-8 let a 5 dětí (14%) ve věku 8-11 let. Antropometrické údaje z podskupiny ASD () a kontrolní skupiny () ukázaly, že 27% dětí ve skupině ASD bylo v kategoriích s nadváhou a obezitou ve srovnání s 23% v kontrolní skupině. Kromě toho bylo méně dětí ve skupině s ASD klasifikováno jako podváha ve srovnání s kontrolní skupinou (6% oproti 10%, resp.).

3.2. Dietní příjem účastníků s ASD

údaje o dietním příjmu jsou založeny na třídenních potravinových záznamech 288 účastníků ASD analyzovaných v době přípravy papíru. Jak je uvedeno v tabulce 1, příjem cholinu byl pod AI více než 69% ve všech věkových kategoriích. Podíl dětí s příjmem pod AI se s věkem postupně zvyšoval (rozmezí 69-93%). Pro betain nebyly stanoveny žádné referenční hladiny příjmu v potravě; průměrný příjem betainu pro dospělé v USA se však odhaduje na ~5 mg / kg / den . Průměrný příjem betainu u dětí s autismem byl ~4, 6 mg/kg/den ve všech věkových skupinách. Procento dětí, jejichž příjem byl nižší než 3, 5 mg/Kg/den, však bylo 30% ve věkové skupině 1-3 roky, 23% ve věkové skupině 4-8 let a 18% ve věkové skupině 9-11 let.

3.3. Vztahy mezi dietním příjmem a plazmatickými koncentracemi cholinu a betainu ve skupině ASD

vztahy mezi dietním příjmem a plazmatickými koncentracemi cholinu a betainu v kohortě ASD () byly zkoumány pomocí Pearsonových korelačních koeficientů součin-moment. Mezi dietním příjmem a plazmatickými koncentracemi cholinu byla silná pozitivní korelace:,, a s nízkým příjmem spojeným s nízkými plazmatickými koncentracemi cholinu (Obrázek 2). Podobně, dietní příjem a plazmatické koncentrace betainu vykazovaly silnou, pozitivní korelace: ,, a s nízkým dietním příjmem spojeným s nízkými plazmatickými koncentracemi betainu (obrázek 3).

Obrázek 2

korelace mezi dietním příjmem a plazmatickými koncentracemi cholinu u dětí s ASD (). a pomocí Pearsonova součinového korelačního koeficientu. ASD: porucha autistického spektra.

obrázek 3

korelace mezi dietním příjmem a plazmatickými koncentracemi betainu u dětí s ASD (). a pomocí Pearsonova součinového korelačního koeficientu. ASD: porucha autistického spektra.

3.4. Srovnání plazmatických koncentrací metabolitů v ASD a kontrolních skupinách

bylo provedeno srovnání plazmatických koncentrací cholinu a betainu mezi kohortou ASD () a kontrolní skupinou () a je znázorněno na obrázku 4. Studentův test prokázal, že účastníci ve skupině ASD měli významně nižší plazmatické koncentrace cholinu a betainu ve srovnání s kontrolní skupinou () a také významné snížení poměru betain: cholin.

obrázek 4

plazmatické hladiny cholinu, betainu a poměru betain / cholin u dětí s autismem ve srovnání s kontrolami odpovídajícími věku.

4. Diskuse

výsledky studie AIR-P o stravě a výživě u dětí s autismem poprvé ukazují, že většina dětí s ASD ve věku od 3 do 11 let konzumuje nedostatečné množství dietního cholinu. U podskupiny těchto dětí byla pozorována silná korelace mezi dietním příjmem cholinu a betainu a plazmatickými hladinami, což naznačuje, že cesta cholin-betain-homocystein pro syntézu methioninu může být ohrožena. Významné snížení poměru příjmu cholinu: betainu uvedené na obrázku 4 je v souladu s touto možností. Výzkumné studie ukázaly, že nedostatečný dietní folát zvyšuje požadavek na methylové skupiny odvozené od cholinu a betainu a naopak nedostatek cholinu a betainu zvyšuje požadavek na methylové skupiny odvozené od folátu . Deficity stravy v obou cestách syntézy methioninu tak mohou být ohroženy u dětí s ASD a aditivně přispívají k nízkým hladinám methioninu a SAM, které byly dříve hlášeny u těchto dětí . Důležité je, že snížená syntéza SAM, hlavního intracelulárního methylového dárce, může vést k HYPOMETHYLACI DNA a epigenetickým abnormalitám spojeným s abnormální expresí genu, genomickým potiskem a genomickou nestabilitou . U dětí s ASD bylo hlášeno významné snížení plazmatického methioininu a SAM spojené s HYPOMETHYLACÍ DNA ve srovnání s kontrolními dětmi odpovídajícími věku .

není známo, zda by doplňkový cholin nebo betain zvyšovaly syntézu methioninu a SAM u dětí s autismem. Nicméně, díla Atkinson et al. a Innis et al. Podporujte pozitivní účinky cholinu a betainu v jiných studiích. Atkinson a kol. provedla randomizovanou zkříženou studii u zdravých mužů (), která měřila koncentrace betainu a homocysteinu po konzumaci jídla nebo doplňků obsahujících cholin nebo betain. Zjistili, že betain z jídel a doplňků akutně zvýšil plazmatický betain. Navíc betain i cholin pomohly zmírnit nárůst koncentrací homocysteinu po postmethioninové zátěži. Innis a kol. bylo zjištěno, že doplněk cholinu u dětí s cystickou fibrózou vedl k významnému zvýšení methioninu, SAM, METHYLAČNÍHO poměru SAM/SAH a redoxního poměru GSH/GSSG. Protože metabolický profil dětí s ASD je podobný profilu pozorovanému u dětí s cystickou fibrózou, je možné, že suplementace cholinem může podobně zlepšit stav methylace u dětí s ASD.

v souladu s nízkým stavem cholinu, El-Ansary et al. bylo zjištěno, že fosfatidylethanolamin, fosfatidylserin a fosfatidylcholin byly významně nižší ve skupině saúdskoarabských dětí s ASD () ve srovnání s kontrolní skupinou (). Navrhli, že nižší hladiny těchto fosfolipidů mohou souviset s oxidačním stresem a zánětem. Podobně, James a kol. bylo zjištěno snížení plazmatických hladin cysteinu, glutathionu a poměru redukovaného na oxidovaný glutathion (GSH/GSSG) u dětí s ASD ve srovnání s kontrolní skupinou, což naznačuje, že některé děti s ASD mají sníženou antioxidační kapacitu a důkaz oxidačního stresu . Jiní vědci hlásili vyšší hladiny homocysteinu u dětí s ASD, což je důležité zvážit, protože bylo prokázáno, že cholin a betain tyto hladiny snižují, zejména pokud jsou podávány navíc k methioninu. Kromě nedostatečného příjmu cholinu a betainu studie AIR-P stravy a výživy u dětí s autismem uvedla, že příjem vápníku, vitamínu E, vitamínu D a vlákniny je také nedostatečný ve srovnání s normativními údaji NHANES .

konečným hlediskem je role nedostatku cholinu ve vývoji mozku, paměti a úzkosti. V modelech hlodavců několik studií ukázalo, že nedostatek a suplementace cholinu ovlivňují neurodevelopment. Potomci těhotných hlodavců doplněných cholinem zlepšili visuospatiální a sluchovou paměť a lépe vystupovali v behaviorálních testech, zatímco nedostatek cholinu má opačný účinek . Méně studií bylo provedeno u lidí, i když starší lidé a pacienti s Alzheimerovou chorobou mají snížené hladiny volného cholinu a fosfatidylcholinu v mozku . Nedávná studie založená na velké populaci 5,918 mužů a žen účastnících se studie Hordaland Health Study zjistila, že nízké plazmatické koncentrace cholinu byly významně spojeny s vyššími hladinami úzkosti. Změny chování spojené s nízkou hladinou cholinu v plazmě u dětí s ASD vyžadují další výzkum.

tato studie měla několik možných omezení. Za prvé, je možné, že rodiče, kteří souhlasili s účastí, mohli být více znepokojeni výživou a krmným chováním u svých dětí, takže jejich stravovací návyky se mohou lišit od běžné populace dětí s ASD. Nebyli jsme schopni provést srovnání týkající se stravy neovlivněných kontrolních dětí, protože záznamy o potravinách byly shromažďovány pouze pro děti s ASD. Rovněž není jasné, zda rozdíly pozorované v plazmatických koncentracích mezi případovými a kontrolními skupinami odrážejí jejich příjem potravy nebo abnormální metabolismus nebo obojí. Zatímco přiměřenost příjmu cholinu byla stanovena pomocí standardních hladin AI, což je složka referenčního příjmu potravy, která je určena zdravým jedincům,není jisté, zda lze tyto standardy aplikovat na děti s ASD, zejména proto, že u těchto dětí byly zjištěny abnormality v metabolismu živin.

5. Závěry

stručně řečeno, cholin hraje zásadní roli jako donor methylové skupiny při syntéze membránových fosfolipidových složek buněčných membrán, jakož i při syntéze neurotransmiteru acetylcholinu. Údaje ve studii AIR-P diet and nutrition ukazují, že 69 až 93% dětí s ASDs konzumovalo stravu, která byla v cholinu nedostatečná. Důležité je, že nízký příjem cholinu a betainu byl spojen s nízkými plazmatickými hladinami těchto živin, což naznačuje, že by mohly existovat funkční důsledky související s metabolismem folátů a fosfolipidů. Budoucí výzkum by měl zvážit, zda lze tyto metabolické nerovnováhy napravit dietním poradenstvím nebo doplňkovými intervencemi a zda je zlepšení metabolismu spojeno se zlepšením některých symptomů chování.

zkratky

střet zájmů

autoři prohlašují, že žádný střet zájmů nemají.

příspěvek autorů

odpovědnosti autorů byly následující: Joanna C. Hamlin analyzovala data, prováděla statistickou analýzu a přispěla k psaní papíru; Margaret Pauly je certifikovaná dietetička, která shromažďovala dietní data; Stepan Melnyk je ředitel laboratoře, který vyvinul metabolické testy; Oleksandra Pavliv provedla metabolické testy; William Starrett provedl metabolické testy; Tina a. Crook analyzovala data, prováděla statistickou analýzu a přispívala k psaní papíru; s. Jill James (hlavní řešitel) provedla studii, analyzovala data, provedla statistickou analýzu, interpretovala data, přispěla k psaní papíru a měla primární odpovědnost za konečný obsah.

poděkování

autoři by chtěli uznat úsilí a účast matek dětí s autismem, bez nichž by tato studie nebyla možná. Tento výzkum byl proveden jako součást Autism Speaks Autism Treatment Network. Další podpora pocházela z dohody o spolupráci (UA3 MC 11054) z USA. Ministerstvo zdravotnictví a sociálních služeb, Správa zdravotnických zdrojů a služeb, výzkumný Program zdraví matek a dětí, do Massachusetts General Hospital. Názory vyjádřené v tomto článku nemusí nutně odrážet názory Autism Speaks, Inc. To bylo také podporováno HRSA: Autism Intervention for Physical Health (AIR-P); NICHD: R011HD051873 (SJJ); CTSI: Rochester University.