kostintag och plasmanivåer av kolin och betain hos barn med autismspektrumstörningar

Abstrakt

avvikelser i folatberoende enkolmetabolism har rapporterats hos många barn med autism. Eftersom otillräcklig kolin och Betain kan påverka folatmetabolismen negativt och i sin tur nedströms metylering och antioxidantkapacitet, försökte vi avgöra om kostintaget av kolin och betain hos barn med autism var tillräckligt för att möta näringsbehov baserat på nationella rekommendationer. Tre dagars matrekord analyserades för 288 barn med autism (ASDs) som deltog i national Autism Intervention Research Network for Physical Health (AIR-P) studie om kost och näring hos barn med autism. Plasmakoncentrationer av kolin och betain mättes i en undergrupp av 35 barn med ASD och 32 åldersmatchade kontrollbarn. Resultaten indikerade att 60-93% av barnen med ASD konsumerade mindre än det rekommenderade adekvata intaget (AI) för kolin. Starka positiva korrelationer hittades mellan kostintag och plasmakoncentrationer av kolin och betain hos autistiska barn samt lägre plasmakoncentrationer jämfört med kontrollgruppen. Vi drar slutsatsen att kolin-och betainintag är otillräckligt i en betydande undergrupp av barn med ASD och återspeglas i lägre plasmanivåer. Otillräckligt intag av kolin och Betain kan bidra till de metaboliska abnormiteter som observerats hos många barn med autism och garanterar uppmärksamhet vid näringsrådgivning.

1. Introduktion

Autism är en komplex, beteendedefinierad neuroutvecklingsstörning som kännetecknas av betydande försämringar i social interaktion, verbal och icke-verbal kommunikation och av restriktiva, repetitiva och stereotypa beteendemönster. Centers for Disease Control uppskattar att den nuvarande förekomsten av autismspektrumstörningar (ASD) i USA är 1 av 110 barn . Näringsundersökning och bedömning av barn med ASD är ett viktigt kliniskt övervägande av flera skäl. För det första uppvisar dessa barn ofta näringsrelaterade medicinska problem inklusive gastrointestinalt obehag, tarminflammation, diarre, förstoppning och surt återflöde . Onormal sensorisk bearbetning kan påverka smak och texturuppfattning som leder till matundvikande och begränsat matintag hos många barn med ASD. ”Insisterande på likhet” och tvångsmässigt repetitivt beteende förstärker styva kostpreferenser och leder till en begränsad matrepertoar . Slutligen indikerar ackumulerande forskning att näringsämnesmetabolism och krav kan förändras hos vissa barn med ASD jämfört med vanligtvis utvecklande barn . Således har barn med ASDs flera riskfaktorer som kan öka förekomsten av näringsbrister i denna population.

metaboliska abnormiteter rapporterade hos barn med ASDs har främst involverat folatberoende en-kolmetabolism. Pa exporca et al. rapporterade hyperhomocysteinemi och onormala metioninmetabolit nivåer hos barn med AD och PDD-NOS . De noterade också en ökad prevalens av C677T MTHFR polymorfism hos barn med AD. Polymorfismer i denna väg begränsar folattillgängligheten och ökar behovet av andra beroende metaboliter inklusive kolin och betain . Dessutom James et al. fann att barn med ASDs hade signifikant lägre plasmakoncentrationer av metionin, S-adenosylmetionin (SAM), cystathionin, cystein och total glutation (GSH) och signifikant högre koncentrationer av S-adenosylhomocystein (SAH), adenosin och oxiderad glutation (GSSG) jämfört med åldersmatchade kontrollbarn . Dessa metaboliska abnormiteter kan leda till komprometterad metylering (SAM/SAH) och antioxidant/avgiftningskapacitet (GSH/GSSG). I en studie associerades låg plasma SAM/SAH med DNA-hypometylering och låg plasma GSH/GSSG associerades med biomarkörer för proteinoxidativ skada (3-nitrotyrosin, 3-klorotyrosin) och DNA-oxidativ skada (8-oxodeoxyguanin) . Rose et al. hittade en liknande minskning av GSH / GSSG och oxidativ skada i postmortem hjärnprover från individer med autism vilket tyder på att oxidativ stress och skada kan vara ett systemiskt problem hos vissa barn med autism .

kolin, betain och folat är utbytbara källor till enkolsenheter. Som visas i Figur 1 Skär metabolismen av kolin med folatberoende enkolmetabolism som en alternativ väg för metioninsyntes, särskilt när folattillgängligheten är begränsad. Kolin är föregångaren till betain-och metylgrupper härledda från betain som används för SAM-beroende metyleringsreaktioner inklusive syntes av membranfosfatidylkolin (PC). På detta sätt tjänar Kolin indirekt som en föregångare för syntesen av membranfosfolipider som är väsentliga för normal membranfluiditet, signaltransduktion, membrantransport och integritet . Kolin är också en föregångare för syntesen av acetylkolin (ACh), en viktig neurotransmittor i både det centrala och autonoma nervsystemet. I centrala nervsystemet är ACh en viktig neuromodulator av sensoriska uppfattningar och inducerare av REM-sömn och är viktig för att upprätthålla uppmärksamhet . Slutligen, som en metyldonator för Sam-syntes, har kolinbrist visats i djurmodeller för att bidra till global DNA-hypometylering och epigenetiska avvikelser . Låga Sam-nivåer i plasma och DNA-hypometylering har också visat sig vara närvarande hos barn med autism .

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.

Kolin erkändes av Institute of Medicine (IOM) som ett viktigt näringsämne 1998 . Bra kostkällor för kolin inkluderar ägg, lever, nötkött, kyckling, fisk, mjölk, korsblommiga grönsaker, bönor och jordnötter, medan betain främst erhålls från vetekli, vetegroddar och spenat . I synnerhet har betainintag varit negativt associerat med den västerländska kosten som är hög i kött, socker och fett . Zeisel observerade följande symtom när friska individer konsumerade en kolin bristfällig diet: (1) leversteatos, (2) muskelskada, (3) DNA-skada och (4) förändringar i lymfocytgenuttryck. Dessutom har låga kolinnivåer i plasma associerats med ökad ångest .

även om kolin och dess metaboliter är viktiga bidragsgivare till normal folatberoende en-kolmetabolism, har kostintag och plasmanivåer av dessa näringsämnen inte undersökts i ASD-populationen. Därför var syftet med studien att avgöra om åldersspecifikt kostintag av dessa näringsämnen var inom det adekvata intervallet enligt nationella standarder och om kostintaget var korrelerat med plasmanivåer i en delmängd av dessa barn.

2. Ämnen och metoder

2.1. Studiedeltagare

näringsdata om kolin-och betainintag från mat erhölls från 288 barn med ASDs som deltog i Autism Intervention Research Network for Physical Health (AIR-P) studie om kost och näring hos barn med Autism och de rekryterades från fyra nationella platser inklusive Pittsburg, Pennsylvania, Little Rock, Arkansas, Rochester, New York och Denver, Colorado. En undergrupp av 35 av de 288 ASD-deltagarna och 32 kontrolldeltagare vars föräldrar samtyckte till bloddragning deltog i en tilläggsstudie där plasma-kolinmetaboliter mättes och jämfördes mellan grupper. Inklusionskriterier för ASD-gruppen inkluderade barn 2-11 år med kliniska diagnoser av ASD baserat på Diagnostic and Statistical Manual IV criteria och Autism Diagnostic Observation Schedule (ADOS). Kontrolldeltagarna var 3-10 år och hade ingen medicinsk historia av beteendemässiga eller neurologiska abnormiteter, som bestämdes av moderrapporten, och var kontrolldeltagare i en pågående NICHD-sponsrad studie av barn med autism (SJJ: R011HD051873). Kontrollbarn var ålder och könsmatchade till fallet barn för plasmaanalysen och var begränsade till föräldrar som gick med på att få sitt barns blod ritat. Studieprotokollen och informerade samtycken godkändes av institutionella Granskningsnämnder på varje plats där data samlades in.

2.2. Dietdata

tre dagars matrekord samlades in från vårdgivare av deltagarna i ASD-gruppen (). Utbildad personal använde en standardiserad metod för att instruera vårdgivare om att registrera alla livsmedel, drycker och kosttillskott som konsumeras av deltagarna i tre dagar i rad, inklusive en helgdag. Avslutade poster återlämnades till varje plats för granskning och vårdgivare kontaktades om information saknades eller oklar. Poster från varje webbplats skickades till Rochester, New York för analys med hjälp av programversionerna Nutrition Data System for Research (NDSR) 2009 och 2010, utvecklade av Nutrition Coordinating Center (University of Minnesota, Minneapolis, MN). Individuella matintagsresultat baserades på medelintaget från alla tre dagarna av datainsamlingen.

2.3. Plasmadata

plasmakoncentrationer av kolin och betain erhölls från 67 deltagare (35 med ASD och 32 kontroller) vars föräldrar samtyckte till bloddragningen. Deltagarna instruerades att fasta 12 timmar före bloddragningen. Det maximala blodet som drogs var 25 mL per deltagare. Blodprovet erhölls inom två veckor efter slutförandet av 3-dagars matrekord. Efter att prover erhölls och avidentifierades skickades de till Autism Treatment Network/Intellectual & Development Disabilities Research Center (ATN/IDDRC) Biorespository i Denver, Colorado för lagring. En 250 uL alikvot skickades till Autism Genomics Laboratory i Little Rock, Arkansas för analys. Kolin-och betainkoncentrationer mättes med användning av ett Dionex högpresterande vätskekromatografi-ultraviolett System kopplat till en elektrosprayjonisering (ESI) tandemmasspektrometer med användning av termo-Finnagen LCQ. Prover av 30 ubicl avproteniserades med tre volymer acetonitril och analyserades vidare med användning av normal fas kromatografi på kiselgelkolonn. Det jämvikts med en blandning av 15 mmol/L ammoniumformiat och acetonitril i ett förhållande av 25 : 75 i volym. Det eluerades med en linjär gradient av ökande proportioner av ammoniumformiat, såsom beskrivs mer detaljerat i Holm et al. .

2.4. Statistisk analys

statistiska analyser utfördes med hjälp av SPSS (version 21.0) och Excel-programvara (Microsoft Office 2007; Microsoft Corp., Redmond, WA). Beskrivande statistik användes för att beskriva studiedeltagarnas demografiska egenskaper. Medel, standardavvikelser och intervall användes för att beskriva ASD-gruppens dietintag. Pearsons korrelationskoefficienter för produktmoment användes för att testa förhållandena mellan kostintag och plasmanivåer av kolin och betain i ASD-gruppen. Studentens-tester användes för att avgöra om skillnader fanns i plasmakoncentrationer mellan grupper. Statistisk signifikans sattes till 0,0.

3. Resultat

3.1. Deltagaregenskaper

bland de 288 ASD-deltagarna var 86,1% män, 25,7% (74) var i 1-3-årskategorin, 61,5% (177) var i 4-8-årskategorin och 12,8% (37) var i 9-11-årskategorin. Mer än 90% av deltagarna var kaukasiska. Inom undergruppen av barn utvärderade för plasma och dietintag av kolin och betain var 11 av de 35 barnen (32%) 1-3 år, 19 barn (54%) var 4-8 år och 5 barn (14%) var 8-11 år. Antropometriska data från ASD-undergruppen () och kontrollgruppen () indikerade att 27% av barnen i ASD-gruppen var i överviktiga och feta kategorier jämfört med 23% i kontrollgruppen. Dessutom klassificerades färre barn i ASD-gruppen som undervikt jämfört med kontrollgruppen (6% mot 10%, resp.).

3.2. Dietary intag av deltagare med ASD

Dietary intagsdata baseras på tre dagars matrekord av de 288 ASD-deltagarna som analyserades vid tidpunkten för pappersberedning. Som framgår av Tabell 1 var kolinintaget under AI för mer än 69% i alla åldersgrupper. Andelen barn med intag under AI ökade gradvis med åldern (intervall 69-93%). Inga nivåer av referensintag i kosten har fastställts för betain; det genomsnittliga amerikanska betainintaget för vuxna har dock uppskattats till ~5 mg/kg / dag . Det genomsnittliga betainintaget hos barn med autism var ~4,6 mg/kg/dag i alla åldersgrupper. Andelen barn vars intag var mindre än 3,5 mg/Kg/dag var dock 30% i åldersgruppen 1-3 år, 23% i åldersgruppen 4-8 år och 18% i åldersgruppen 9-11 år.

3.3. Förhållanden mellan kostintag och plasmakoncentrationer av kolin och betain i ASD-gruppen

förhållanden mellan kostintag och plasmakoncentrationer av kolin och betain i ASD-kohorten () undersöktes med hjälp av Pearsons korrelationskoefficienter för produktmoment. Det fanns en stark, positiv korrelation mellan kostintag och plasmakolinkoncentrationer: , , och , med lågt intag associerat med låga plasmakolinkoncentrationer (Figur 2). På liknande sätt visade kostintag och plasmabetainkoncentrationer en stark, positiv korrelation: ,, och, med lågt dietintag associerat med låga plasmabetainkoncentrationer (Figur 3).

Figur 2

korrelation mellan kostintag och plasmakolinkoncentrationer hos barn med ASD (). och med Pearsons korrelationskoefficient för produktmoment. ASD: autismspektrumstörning.

Figur 3

korrelation mellan kostintag och plasmabetainkoncentrationer hos barn med ASD (). och med Pearsons korrelationskoefficient för produktmoment. ASD: autismspektrumstörning.

3.4. Jämförelse av plasmakoncentrationer av metaboliter i ASD och kontrollgrupper

en jämförelse av plasmakoncentrationer av kolin och betain gjordes mellan ASD-kohorten () och kontrollgruppen () och presenteras i Figur 4. Student ’ s-test visade att deltagare i ASD-gruppen hade signifikant lägre plasmakoncentrationer av kolin och betain jämfört med kontrollgruppen () samt en signifikant minskning av betain-kolinförhållandet.

Figur 4

plasmanivåer av kolin, betain och betain/kolinförhållandet hos barn med autism jämfört med åldersmatchade kontroller.

4. Diskussion

resultaten av AIR-P-studien av kost och näring hos barn med autism visar för första gången att majoriteten av barn med ASD mellan 3 och 11 år konsumerar otillräckliga mängder kolin i kosten. En stark korrelation mellan kolin och betain dietintag och plasmanivåer observerades i en delmängd av dessa barn vilket tyder på att kolin-betain-homocysteinvägen för metioninsyntes kan äventyras. Den signifikanta minskningen av kolin: betainintagsförhållandet som presenteras i Figur 4 överensstämmer med denna möjlighet. Forskningsstudier har visat att otillräckligt dietfolat ökar kravet på kolin-och betain-härledda metylgrupper och omvänt ökar kolin-och betainbrist kravet på folatderiverade metylgrupper . Således kan kostunderskott i båda vägarna för metioninsyntes äventyras hos barn med ASD och bidrar additivt till de låga metionin-och SAM-nivåerna som tidigare rapporterats hos dessa barn . Viktigt är att minskad syntes av SAM, den huvudsakliga intracellulära metyldonatorn, kan leda till DNA-hypometylering och epigenetiska abnormiteter associerade med onormalt genuttryck, genomisk imprinting och genomisk instabilitet . Signifikanta minskningar av plasmametioinin och SAM i samband med DNA-hypometylering har rapporterats hos barn med ASD i förhållande till åldersmatchade kontrollbarn .

det är inte känt om kompletterande kolin eller betain skulle öka metionin och SAM-syntes hos barn med autism. Men verk av Atkinson et al. och Innis et al. stödja de positiva effekterna av kolin och betain i andra studier. Atkinson et al. genomfört en randomiserad crossover-studie hos friska män () som mätte betain-och homocysteinkoncentrationer efter att ha konsumerat måltider eller kosttillskott innehållande kolin eller betain. De fann att betain från måltider och kosttillskott akut ökade plasma betain. Dessutom hjälpte både betain och kolin att lindra ökningen av homocysteinkoncentrationer efter en postmetioninbelastning. Innis et al. fann att ett kolintillskott hos barn med cystisk fibros resulterade i signifikant ökat metionin, SAM, Sam/SAH-metyleringsförhållandet och GSH/GSSG-redoxförhållandet. Eftersom den metaboliska profilen hos barn med ASD liknar den som observerats hos barn med cystisk fibros, är det möjligt att kolintillskott på liknande sätt kan förbättra metyleringsstatusen hos barn med ASD.

överensstämmer med låg kolinstatus, El-Ansary et al. fann att fosfatidyletanolamin, fosfatidylserin och fosfatidylkolin var signifikant lägre i en grupp saudiarabiska barn med ASDs () jämfört med en kontrollgrupp (). De föreslog att de lägre nivåerna av dessa fosfolipider kunde relateras till oxidativ stress och inflammation. Liknande, James et al. hittade minskade plasmanivåer av cystein, glutation och förhållandet reducerat till oxiderad glutation (GSH/GSSG) hos barn med ASD jämfört med en kontrollgrupp, vilket indikerar att vissa barn med ASD har minskad antioxidantkapacitet och bevis på oxidativ stress . Andra forskare har rapporterat högre homocysteinnivåer hos barn med ASD vilket är viktigt att tänka på eftersom kolin och betain har visat sig minska dessa nivåer, särskilt när de ges utöver metionin. Förutom otillräckligt intag av kolin och betain rapporterade AIR-P-studien av kost och näring hos barn med autism att kalcium, vitamin E, vitamin D och fiberintag också är otillräckliga jämfört med NHANES normativa data .

ett slutligt övervägande är kolinbristens roll i hjärnans utveckling, minne och ångest. I gnagarmodeller har flera studier visat att kolinbrist och tillskott påverkar neuroutveckling. Avkomman till kolin-kompletterade gravida gnagare har förbättrat visuospatialt och auditivt minne och presterar bättre i beteendetester, medan kolinbrist verkar ha motsatt effekt . Färre studier har gjorts på människor, även om äldre och patienter med Alzheimers sjukdom har minskat nivåerna av fri kolin och fosfatidylkolin i hjärnan . En nyligen stor befolkningsbaserad studie av 5 918 män och kvinnor som deltog i Hordaland Health Study, fann att låga plasmakolinkoncentrationer var signifikant associerade med högre ångestnivåer. Beteendeförändringar associerade med låga plasmakolinnivåer hos barn med ASDs motiverar ytterligare forskningsöverväganden.

den aktuella studien hade flera möjliga begränsningar. För det första är det möjligt att föräldrar som samtyckte till att delta kan ha varit mer bekymrade över närings-och utfodringsbeteenden hos sina barn så att deras dietmönster kan skilja sig från den allmänna befolkningen hos barn med ASD. Vi kunde inte göra jämförelser angående dieterna hos de opåverkade kontrollbarnen eftersom matregister endast samlades in för barn med ASD. Det är också oklart om skillnaderna i plasmakoncentrationer mellan fall-och kontrollgrupper återspeglar deras kostintag eller onormal metabolism eller båda. Medan tillräckligheten för kolinintag bestämdes med hjälp av standard AI-nivåer, en del av dietreferensintagen som är avsedd för friska individer, är det osäkert om dessa standarder kan tillämpas på barn med ASD, särskilt eftersom avvikelser i näringsmetabolism har hittats hos dessa barn.

5. Slutsatser

Sammanfattningsvis spelar kolin en viktig roll som metylgruppsdonator i syntesen av membranfosfolipidkomponenterna i cellmembran samt i syntesen av neurotransmittorn acetylkolin. Uppgifterna i AIR-P diet and nutrition study indikerar att 69 till 93% av barn med ASD konsumerade dieter som var otillräckliga i Kolin. Det är viktigt att lågt kolin-och betainintag associerades med låga plasmanivåer av dessa näringsämnen vilket tyder på att det kan finnas funktionella konsekvenser relaterade till folat-och fosfolipidmetabolism. Framtida forskning bör överväga om dessa metaboliska obalanser kan korrigeras med kostrådgivning eller tilläggsinterventioner och om metabolisk förbättring är förknippad med förbättring av vissa beteendemässiga symtom.

förkortningar

intressekonflikt

författarna förklarar att de inte har någon intressekonflikt.

författarnas bidrag

författarnas ansvar var följande: Joanna C. Hamlin analyserade data, utförde statistisk analys och bidrog till pappersskrivning; Margaret Pauly är certifierad dietist som samlade in dietdata; Stepan Melnyk är en laboratoriedirektör som utvecklade metaboliska analyser; Oleksandra Pavliv genomförde metaboliska analyser; William Starrett genomförde metaboliska analyser; Tina A. Crook analyserade data, utförde statistisk analys och bidrog till pappersskrivning; S. Jill James (huvudutredare) genomförde studien, analyserade data, utförde statistisk analys, tolkade data, bidrog till pappersskrivning och hade huvudansvaret för det slutliga innehållet.

bekräftelser

författarna vill erkänna mödrarna till barn med autism utan vilka denna studie inte skulle ha varit möjlig. Denna forskning genomfördes som en del av Autism Speaks Autism Treatment Network. Ytterligare stöd kom från samarbetsavtal (UA3 MC 11054) från USA. Institutionen för hälsa och mänskliga tjänster, Health Resources and Services Administration, Maternal and Child Health Research Program, till Massachusetts General Hospital. De åsikter som uttrycks i detta dokument återspeglar inte nödvändigtvis synpunkterna på Autism Speaks, Inc. Det stöddes också av HRSA: Autism Intervention for Physical Health (AIR-P); NICHD: R011HD051873 (SJJ); CTSI: Rochester University.