diætindtagelse og plasmaniveauer af cholin og betain hos børn med autismespektrumforstyrrelser

abstrakt

abnormiteter i folatafhængig kulstofmetabolisme er rapporteret hos mange børn med autisme. Fordi utilstrækkelig cholin og betain kan påvirke folatmetabolismen negativt og igen nedstrøms methylering og antioksidant kapacitet, vi forsøgte at afgøre, om diætindtagelse af cholin og betain hos børn med autisme var tilstrækkelig til at imødekomme ernæringsbehov baseret på nationale anbefalinger. Tre-dages madoptegnelser blev analyseret for 288 børn med autisme (ASDs), der deltog i National Autism Intervention Research netværk for Fysisk sundhed (AIR-P) undersøgelse af kost og ernæring hos børn med autisme. Plasmakoncentrationer af cholin og betain blev målt i en undergruppe på 35 børn med ASDs og 32 aldersmatchede kontrolbørn. Resultaterne viste, at 60-93% af børn med ASDs indtog mindre end det anbefalede tilstrækkelige indtag (AI) for cholin. Der blev fundet stærke positive korrelationer mellem diætindtagelse og plasmakoncentrationer af cholin og betain hos autistiske børn såvel som lavere plasmakoncentrationer sammenlignet med kontrolgruppen. Vi konkluderer, at cholin-og betainindtag er utilstrækkeligt i en signifikant undergruppe af børn med ASDs og afspejles i lavere plasmaniveauer. Utilstrækkelig indtagelse af cholin og betain kan bidrage til de metaboliske abnormiteter observeret hos mange børn med autisme og berettiger opmærksomhed i ernæringsrådgivning.

1. Introduktion

autisme er en kompleks, adfærdsmæssigt defineret neuroudviklingsforstyrrelse, der er kendetegnet ved betydelige svækkelser i social interaktion, verbal og ikke-verbal kommunikation og ved restriktive, gentagne og stereotype adfærdsmønstre. Centers for Disease Control vurderer, at den nuværende forekomst af autismespektrumforstyrrelser (ASD) i USA er 1 ud af 110 børn . Ernæringsmæssig screening og vurdering af børn med ASDs er en vigtig klinisk overvejelse af flere grunde. For det første udviser disse børn ofte ernæringsrelaterede medicinske problemer, herunder gastrointestinalt ubehag, tarmbetændelse, diarre, forstoppelse og syre refluks . Unormal sensorisk behandling kan påvirke smag og teksturopfattelse, der fører til madundgåelse og begrænset fødeindtagelse hos mange børn med ASD. “Insistering på ensartethed” og tvangsmæssig gentagen adfærd styrker stive diætpræferencer og fører til et begrænset madrepertoire . Endelig indikerer akkumulerende forskning, at næringsstofmetabolisme og krav kan ændres hos nogle børn med ASDs sammenlignet med typisk udviklende børn . Således har børn med ASD ‘ er flere risikofaktorer, der kan øge forekomsten af næringsstofmangel i denne population.

metaboliske abnormiteter rapporteret hos børn med ASDs har primært involveret folatafhængig kulstofmetabolisme. Pa Larus et al. rapporteret hyperhomocysteinæmi og unormale methioninmetabolitniveauer hos børn med AD og PDD-NOS . De bemærkede også en øget forekomst af C677T MTHFR-polymorfisme hos børn med AD. Polymorfier i denne vej begrænser folattilgængeligheden og øger behovet for andre indbyrdes afhængige metabolitter, herunder cholin og betain . Derudover James et al. fandt, at børn med ASDs havde signifikant lavere plasmakoncentrationer af methionin, S-adenosylmethionin (SAM), cystathionin, cystein og total glutathion (GSH) og signifikant højere koncentrationer af S-adenosylhomocystein (SAH), adenosin og iltet glutathion (GSSG) sammenlignet med aldersmatchede kontrolbørn . Disse metaboliske abnormiteter kan føre til kompromitteret methylering (SAM/SAH) og antioksidant/afgiftningskapacitet (GSH/GSSG). I en undersøgelse var lav plasma SAM/SAH forbundet med DNA-hypomethylering, og lav plasma GSH/GSSG var forbundet med biomarkører for proteinoksidativ skade (3-nitrotyrosin, 3-chlortyrosin) og DNA-oksidativ skade (8-oksodoksidanin) . Rose et al. fundet et lignende fald i GSH / GSSG og iltning skader i postmortem hjerneprøver fra personer med autisme tyder på, at iltning stress og skader kan være et systemisk problem i nogle børn med autisme .

cholin, betain og folat er udskiftelige kilder til en-carbon enheder. Som vist i Figur 1 krydser metabolismen af cholin med folatafhængig kulstofmetabolisme som en alternativ vej til methioninsyntese, især når folattilgængeligheden er begrænset. Cholin er forløberen for betain-og methylgrupper afledt af betain, som anvendes til SAM-afhængige methyleringsreaktioner, herunder syntesen af membranphosphatidylcholin (PC). På denne måde tjener cholin indirekte som en forløber for syntesen af membranphospholipider, der er essentielle for normal membranfluiditet, signaltransduktion, membrantransport og integritet . Cholin er også en forløber for syntesen af acetylcholin (ACh), en vigtig neurotransmitter i både det centrale og det autonome nervesystem. I centralnervesystemet er ACh en vigtig neuromodulator af sensoriske opfattelser og inducer af REM-søvn og er vigtig for at opretholde opmærksomheden . Endelig, som en methyldonor til SAM-syntese, har cholinmangel vist sig i dyremodeller at bidrage til global DNA-hypomethylering og epigenetiske abnormiteter . Lave Sam-niveauer i plasma og DNA-hypomethylering har også vist sig at være til stede hos børn med autisme .

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 blev anerkendt af Institute of Medicine (iom) som et essentielt næringsstof i 1998 . Gode diætkilder til cholin inkluderer æg, lever, oksekød, kylling, fisk, mælk, korsblomstrede grøntsager, bønner og jordnødder, mens betain primært opnås fra hvedeklid, hvedekimog spinat . Især har betainindtag været negativt forbundet med den vestlige diæt med højt indhold af kød, sukker og fedt . Seisel observerede følgende symptomer, når raske personer indtog en kolinmangel diæt: (1) leversteatose, (2) muskelskade, (3) DNA-skade og (4) ændringer i lymfocytgenekspression. Derudover har lave plasmakolinniveauer været forbundet med øget angst .

selvom cholin og dets metabolitter er vigtige bidragydere til normal folatafhængig kulstofmetabolisme, er diætindtagelse og plasmaniveauer af disse næringsstoffer ikke undersøgt i ASD-populationen. Derfor var formålet med undersøgelsen at afgøre, om aldersspecifik diætindtagelse af disse næringsstoffer var inden for det tilstrækkelige interval efter nationale standarder, og om diætindtagelse var korreleret med plasmaniveauer i en delmængde af disse børn.

2. Emner og metoder

2.1. Undersøgelsesdeltagere

ernæringsdata om cholin og betainindtagelse fra mad blev opnået fra 288 børn med ASD ‘ er, der deltog i Autism Intervention Research netværk for Fysisk sundhed (AIR-P) undersøgelse af kost og ernæring hos børn med autisme, og de blev rekrutteret fra fire nationale steder, herunder Pittsburg, Pennsylvania, Little Rock, Arkansas, Rochester, NY Yorkog Denver, Colorado. En undergruppe på 35 af de 288 ASD-deltagere og 32 kontroldeltagere, hvis forældre gav samtykke til en blodtrækning, deltog i en supplerende undersøgelse, hvor plasmakolinmetabolitter blev målt og sammenlignet mellem grupper. Inklusionskriterier for ASD-gruppen omfattede børn 2-11 år med kliniske diagnoser af en ASD baseret på diagnostisk og Statistisk Manual IV kriterier og Autism Diagnostic Observation Schedule (ADOS). Kontroldeltagere var 3-10 år og havde ingen medicinsk historie med adfærdsmæssige eller neurologiske abnormiteter, som bestemt af forældrerapporten, og var kontroldeltagere i en igangværende NICHD-sponsoreret undersøgelse af børn med autisme (SJJ: R011HD051873). Kontrolbørn var alder og køn-matchet med sagen børn til plasmaanalysen og var begrænset til forældre, der blev enige om at få deres barns blod trukket. Undersøgelsesprotokollerne og informerede samtykke blev godkendt af de institutionelle Gennemgangsudvalg på hvert sted, hvor data blev indsamlet.

2.2. Diætdata

tre-dages madoptegnelser blev indsamlet fra plejere af deltagerne i ASD-gruppen (). Uddannet personale brugte en standardiseret metode til at instruere plejepersonale om registrering af alle fødevarer, drikkevarer og kosttilskud, der blev konsumeret af deltagerne i tre på hinanden følgende dage, inklusive en helgendag. Udfyldte poster blev returneret til hvert sted til gennemgang, og plejepersonale blev kontaktet, hvis oplysninger manglede eller uklare. Optegnelser fra hvert sted blev sendt til Rochester, NY York til analyse ved hjælp af Nutrition Data System For Research (NDSR) versioner 2009 og 2010, Udviklet af Nutrition Coordinating Center (University of Minnesota, Minneapolis, MN). Individuelle fødeindtagsresultater var baseret på det gennemsnitlige indtag fra alle tre dages dataindsamling.

2.3. Plasmadata

plasmakoncentrationer af cholin og betain blev opnået fra 67 deltagere (35 med ASD og 32 kontroller), hvis forældre gav samtykke til blodtrækningen. Deltagerne blev bedt om at faste 12 timer før blodtrækningen. Det maksimale udtrukne blod var 25 mL pr. Blodprøven blev opnået inden for to uger efter afslutningen af 3-dages fødevarejournal. Efter at prøver blev opnået og deidentificeret, blev de sendt til Autismebehandlingsnetværket/intellektuel & udviklingshæmmede Forskningscenter (ATN/IDDRC) Biorespository i Denver, Colorado til opbevaring. En 250 uL alikvot blev sendt til Autism Genomics Laboratory i Little Rock, Arkansas til analyse. Cholin – og betainkoncentrationer blev målt ved hjælp af et Dioneks højtydende væskekromatografi-Ultraviolet System koblet til et elektrosprayioniseringsmassespektrometer (ESI) ved hjælp af Termofinnagen. Prøver af 30 liter blev deproteniseret med tre volumener acetonitril og yderligere analyseret under anvendelse af normal fasekromatografi på silicagelkolonne. Det blev ækvilibreret med en blanding af 15 mmol/L ammoniumformiat og acetonitril i et forhold på 25 : 75 i volumen. Det blev elueret med en lineær gradient af stigende andele af ammoniumformiat, som beskrevet mere detaljeret i Holm et al. .

2.4. Statistisk analyse

statistiske analyser blev udført ved hjælp af SPSS (version 21.0) og Microsoft Office 2007. Beskrivende statistik blev brugt til at beskrive undersøgelsesdeltagernes demografiske egenskaber. Midler, standardafvigelser og intervaller blev brugt til at beskrive ASD-gruppens diætindtag. Pearsons korrelationskoefficienter for produktmoment blev brugt til at teste forholdet mellem diætindtag og plasmaniveauer af cholin og betain i ASD-gruppen. Student ‘ s-tests blev brugt til at bestemme, om der eksisterede forskelle i plasmakoncentrationer mellem grupper. Statistisk signifikans blev sat til 0,0.

3. Resultater

3.1. Deltageregenskaber

blandt de 288 ASD-deltagere var 86,1% mænd, 25,7% (74) var i kategorien 1-3 år, 61,5% (177) var i kategorien 4-8 år og 12,8% (37) var i kategorien 9-11 år. Mere end 90% af deltagerne var kaukasiske. Inden for undergruppen af børn, der blev evalueret for plasma-og diætindtagelse af cholin og betain, var 11 af de 35 børn (32%) 1-3 år gamle, 19 børn (54%) var 4-8 år gamle, og 5 børn (14%) var 8-11 år gamle. Antropometriske data fra ASD-undergruppen () og kontrolgruppen () viste, at 27% af børnene i ASD-gruppen var i overvægtige og overvægtige kategorier sammenlignet med 23% i kontrolgruppen. Derudover blev færre børn i ASD-gruppen klassificeret som undervægtige sammenlignet med kontrolgruppen (6% mod 10%, hhv.).

3.2. Diætindtagelse af deltagere med ASD

Diætindtagsdata er baseret på tre-dages madoptegnelser over de 288 ASD-deltagere, der blev analyseret på tidspunktet for papirforberedelse. Som vist i tabel 1 var kolinindtaget under AI for mere end 69% i alle aldersgrupper. Andelen af børn med indtagelse under AI steg gradvist med alderen (interval 69-93%). Der er ikke fastlagt nogen diætreferenceindtagsniveauer for betain; imidlertid er det gennemsnitlige amerikanske voksne betainindtag estimeret til at være ~5 mg/kg / dag . Det gennemsnitlige betainindtag hos børn med autisme var ~4,6 mg/kg/dag på tværs af alle aldersgrupper. Procentdelen af børn, hvis indtagelse var mindre end 3,5 mg/Kg/dag, var imidlertid 30% i aldersgruppen 1-3 år, 23% i aldersgruppen 4-8 år og 18% i aldersgruppen 9-11 år.

3.3. Forholdet mellem diætindtagelse og plasmakoncentrationer af cholin og betain i ASD-gruppe

forholdet mellem diætindtagelse og plasmakoncentrationer af cholin og betain i ASD-kohorten () blev undersøgt ved hjælp af Pearsons korrelationskoefficienter for produktmoment. Der var en stærk, positiv sammenhæng mellem diætindtagelse og plasmakolinkoncentrationer: , , og , med lavt indtag forbundet med lave plasmakolinkoncentrationer (figur 2). Tilsvarende viste diætindtagelse og plasmabetainkoncentrationer en stærk, positiv korrelation: ,, og, med lavt diætindtag forbundet med lave plasmabetainkoncentrationer (figur 3).

figur 2

korrelation mellem diætindtagelse og plasmakolinkoncentrationer hos børn med ASD (). og ved hjælp af Pearsons korrelationskoefficient for produktmoment. ASD: autismespektrumforstyrrelse.

figur 3

korrelation mellem diætindtagelse og plasmabetainkoncentrationer hos børn med ASD (). og ved hjælp af Pearsons korrelationskoefficient for produktmoment. ASD: autismespektrumforstyrrelse.

3.4. Sammenligning af Plasmametabolitkoncentrationer i ASD og kontrolgrupper

der blev foretaget en sammenligning af plasmakoncentrationer af cholin og betain mellem ASD-kohorten () og kontrolgruppen () og er vist i figur 4. Student ‘ s-test viste, at deltagere i ASD-gruppen havde signifikant lavere plasmakoncentrationer af cholin og betain sammenlignet med kontrolgruppen () samt et signifikant fald i betain : cholin-forholdet.

figur 4

plasmaniveauer af cholin, betain og betain/cholin-forholdet hos børn med autisme sammenlignet med aldersmatchede kontroller.

4. Diskussion

resultaterne af AIR-P-undersøgelsen af diæt og ernæring hos børn med autisme viser for første gang, at størstedelen af børn med ASDs mellem 3 og 11 år forbruger utilstrækkelige mængder diætcholin. En stærk sammenhæng mellem indtagelse af cholin og betain i kosten og plasmaniveauer blev observeret i en delmængde af disse børn, hvilket antyder, at cholin-betain-homocysteinvejen for methioninsyntese kan være kompromitteret. Det signifikante fald i cholin : betainindtagsforhold præsenteret i figur 4 er i overensstemmelse med denne mulighed. Forskningsundersøgelser har vist, at utilstrækkelig folat i kosten øger behovet for cholin-og betainafledte methylgrupper, og omvendt øger cholin-og betainmangel kravet om folatafledte methylgrupper . Således kan diætunderskud i begge veje for methioninsyntese kompromitteres hos børn med ASDs og bidrager additivt til de lave methionin-og SAM-niveauer, der tidligere er rapporteret hos disse børn . Det er vigtigt, at reduceret syntese af SAM, den største intracellulære methyldonor, kan føre til DNA-hypomethylering og epigenetiske abnormiteter forbundet med unormal genekspression, genomisk imprinting og genomisk ustabilitet . Der er rapporteret signifikante fald i plasma methioinin og SAM forbundet med DNA-hypomethylering hos børn med ASDs i forhold til aldersmatchede kontrolbørn .

det vides ikke, om supplerende cholin eller betain ville øge methionin og SAM syntese hos børn med autisme. Imidlertid, værker af Atkinson et al. og Innis et al. støt de positive virkninger af cholin og betain i andre undersøgelser. Atkinson et al. gennemført en randomiseret crossover-undersøgelse hos raske mænd (), der målte betain-og homocysteinkoncentrationer efter indtagelse af måltider eller kosttilskud indeholdende cholin eller betain. De fandt ud af, at betain fra måltider og kosttilskud akut øgede plasmabetain. Derudover hjalp både betain og cholin med at lindre stigningen i homocysteinkoncentrationer efter en postmethioninbelastning. Innis et al. fandt, at et cholintilskud hos børn med cystisk fibrose resulterede i signifikant øget methionin, SAM, Sam/SAH-methyleringsforholdet og GSH/GSSG-redoksforholdet. Fordi den metaboliske profil hos børn med ASDs svarer til den, der observeres hos børn med cystisk fibrose, er det muligt, at cholintilskud på lignende måde kan forbedre methyleringsstatus hos børn med ASDs.

El-Ansary et al. fandt, at phosphatidylethanolamin, phosphatidylserin og phosphatidylcholin var signifikant lavere i en gruppe Saudiarabiske børn med ASDs () sammenlignet med en kontrolgruppe (). De foreslog, at de lavere niveauer af disse phospholipider kunne relateres til iltning stress og inflammation. Tilsvarende, James et al. fandt nedsat plasmaniveau af cystein, glutathion og forholdet mellem reduceret til oksidiseret glutathion (GSH/GSSG) hos børn med ASDs sammenlignet med en kontrolgruppe, hvilket indikerer, at nogle børn med ASDs har reduceret antioksidant kapacitet og tegn på oksidativ stress . Andre forskere har rapporteret højere homocysteinniveauer hos børn med ASDs, hvilket er vigtigt at overveje, da cholin og betain har vist sig at reducere disse niveauer, især når de gives ud over methionin. Ud over utilstrækkeligt indtag af cholin og betain rapporterede AIR-P-undersøgelsen af diæt og ernæring hos børn med autisme, at calcium, E-vitamin, D-vitamin og fiberindtag også er utilstrækkelige sammenlignet med NHANES normative data .

en endelig overvejelse er kolinmangelens rolle i hjernens udvikling, hukommelse og angst. I gnavermodeller har flere undersøgelser vist, at kolinmangel og tilskud påvirker neuroudvikling. Afkom af cholin-supplerede gravide gnavere har forbedret visuospatial og auditiv hukommelse og klarer sig bedre i adfærdstest, mens kolinmangel synes at have den modsatte virkning . Færre undersøgelser er blevet udført hos mennesker, selvom ældre og patienter med sygdom har reduceret niveauer af frit cholin og phosphatidylcholin i hjernen . En nylig stor populationsbaseret undersøgelse af 5.918 mænd og kvinder, der deltog i Hordaland Health Study, viste, at lave plasmakolinkoncentrationer var signifikant forbundet med højere angstniveauer. Adfærdsændringer forbundet med lave plasmakolinniveauer hos børn med ASDs berettiger yderligere forskningsovervejelse.

denne undersøgelse havde flere mulige begrænsninger. For det første er det muligt, at forældre, der har givet samtykke til at deltage, kan have været mere bekymrede over ernæring og fodringsadfærd hos deres børn, således at deres diætmønstre kan være forskellige fra den generelle befolkning af børn med ASD. Vi var ude af stand til at foretage sammenligninger vedrørende kost af de upåvirkede kontrol børn, da fødevarer optegnelser kun blev indsamlet for børn med ASDs. Det er også uklart, om forskellene observeret i plasmakoncentrationer mellem tilfælde og kontrolgrupper afspejler deres diætindtagelse eller unormal metabolisme eller begge dele. Mens tilstrækkeligheden af cholinindtag blev bestemt ved hjælp af standard AI-niveauer, en komponent i diætreferenceindtagene, der er beregnet til raske individer, er det usikkert, om disse standarder kan anvendes på børn med ASDs, især da der er fundet abnormiteter i næringsstofmetabolisme hos disse børn.

5. Konklusioner

sammenfattende spiller cholin en væsentlig rolle som en methylgruppedonor i syntesen af membranphospholipidkomponenterne i cellemembraner såvel som i syntesen af neurotransmitteren acetylcholin. Dataene i AIR-p diæt-og ernæringsundersøgelsen viser, at 69 til 93% af børn med ASDs indtog diæter, der var utilstrækkelige i cholin. Det er vigtigt, at lavt cholin-og betainindtag var forbundet med lave plasmaniveauer af disse næringsstoffer, hvilket tyder på, at der kunne være funktionelle konsekvenser relateret til folat-og phospholipidmetabolisme. Fremtidig forskning bør overveje, om disse metaboliske ubalancer kan korrigeres med kostrådgivning eller suppleringsinterventioner, og om metabolisk forbedring er forbundet med forbedring af nogle adfærdssymptomer.

forkortelser

interessekonflikt

forfatterne erklærer, at de ikke har nogen interessekonflikt.

forfatterens bidrag

forfatterens ansvar var som følger: Joanna C. Hamlin analyserede data, udførte statistisk analyse og bidrog til papirskrivning; Margaret Pauly er certificeret diætist, der indsamlede diætdata; Stepan Melnyk er laboratoriedirektør, der udviklede metaboliske analyser; Oleksandra Pavliv gennemførte metaboliske analyser; vil Starrett gennemførte metaboliske analyser; Tina A. Crook analyserede data, udførte statistisk analyse og bidrog til papirskrivning; S. Jill James (hovedforsker) gennemførte undersøgelsen, analyserede data, udførte statistisk analyse, fortolkede dataene, bidrog til papirskrivning og havde det primære ansvar for det endelige indhold.

anerkendelser

forfatterne vil gerne anerkende indsatsen og deltagelsen af mødre til børn med autisme, uden hvem denne undersøgelse ikke ville have været mulig. Denne forskning blev udført som en del af Autism Speaks Autism Treatment-netværket. Yderligere støtte kom fra samarbejdsaftale (UA3 MC 11054) fra USA. Institut for sundhed og menneskelige tjenester, sundhed ressourcer og tjenester Administration, Maternal og Child Health Research Program, til Massachusetts General Hospital. Synspunkterne i dette papir afspejler ikke nødvendigvis synspunkterne fra Autism Speaks, Inc. Det blev også støttet af HRSA: Autism Intervention for Physical Health (AIR-P); NICHD: R011HD051873 (SJJ); CTSI: Rochester University.