Einfluss von Stress in der Schwangerschaft auf den Fettstoffwechsel weiblicher Folgegenerationen am Primatenmodell Weißbüschelaffe (Callithrix jacchus)

Wie für viele andere Zivilisationskrankheiten werden auch für Atherosklerose und dadurch verursachte Erkrankungen wie Herzinfarkt oder Schlaganfall die Weichen mitunter schon vor der Geburt gestellt. Pränatale oder fetale Programmierung heißt der Mechanismus, durch den negative Umweltbedingungen während der Schwangerschaft, allen voran der Einfluss von Stresshormonen, auf die Entwicklung des Fetus wirken und die Prädisposition für spätere Erkrankungen schaffen können (SCHWAB 2009, SECKL 2001). Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen von Stress während der Schwangerschaft auf den Fettstoffwechsel der Nachkommen unter besonderer Berücksichtigung bekannter Herz-Kreislauf-Risikofaktoren zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde 28 Weißbüschelaffen (F0) während der Trächtigkeit eine Woche lang täglich Dexamethason (DEX) – ein synthetisches Glucocorticoid (GC), welches die Plazentaschranke passieren kann (TEGETHOFF et al. 2009) – oral verabreicht (BEINDORFF et al. 2006, EINSPANIER et al. 2006c). Die drei weiblichen Folgegenerationen DEX F1 (n = 5), DEX F2 (n = 6) und DEX F3 (n = 3) dieser Tiere wurden untersucht, wobei sich die Medikamentengabe auf die F0-Generation beschränkte und alle weiteren Trächtigkeiten ungestört verliefen. Im Alter von 3,3 bis 5,6 Jahren (DEX F1) bzw. von Geburt an bis 1,5 Jahre (DEX F2, DEX F3) wurden die Tiere wöchentlich gewogen. In Blutproben wurden einerseits Fettsäuren (FS), andererseits Cholesterol (CHOL), Triglyceride (TG) und Lipoproteine gemessen, wobei zwei Methoden – enzymatische Analyse nach Ultrazentrifugation und direkter Assay – zum Einsatz kamen. Alle Resultate wurden denen gesunder Kontrolltiere ähnlichen Alters (n = 12) gegenübergestellt. Die Körpermasse unterschied sich zu keinem Zeitpunkt signifikant zwischen den Nachkommen der mit DEX behandelten Tiere und den Kontrollgruppen. Entweder gab es keinen programmierten Effekt auf das Gewicht oder er wurde durch individuelle Schwankungen, möglicherweise verstärkt durch erhöhte Stressempfindlichkeit oder Hyperaktivität der DEX-Nachkommen (FRENCH et al. 2004, SCHWAB 2009) und damit einhergehende Tendenz zur Gewichtsabnahme (KAPLAN und SHELMIDINE 2010) maskiert. Beide Methoden zur Untersuchung des Lipoproteinprofils erschienen für Weißbüschelaffen geeignet und können für zukünftige Untersuchungen empfohlen werden. Bei den Kontrollgruppen fiel auf, dass ältere Tiere u. a. signifikant mehr LDL- und VLDL-CHOL, aber signifikant weniger HDL-TG und n3-FS hatten als jüngere, was auf ein wie beim Menschen mit dem Alter steigendes Herz-Kreislauf-Risiko (CARLSSON et al. 2010) schließen lässt. Sowohl DEX F2 als auch DEX F3 wiesen signifikant höhere Konzentrationen von LDL-CHOL, signifikant niedrigere Werte von HDL-TG, mehr Gesamt-CHOL sowie einen höheren Quotienten CHOL : HDL-CHOL im Blutplasma auf als die Kontrolltiere. Diese Parameter gehören zu den in der humanmedizinischen Diagnostik genutzten Herz-Kreislauf-Risikofaktoren und die Veränderungen weisen auf eine erhöhte Auftrittswahrscheinlichkeit kardiovaskulärer Erkrankungen hin (KANNEL et al. 1994, LUSIS et al. 2004, NCEP 2002). Zusätzlich fielen bei DEX F1, DEX F2 und DEX F3 im Vergleich zu den Kontrollen signifikant erniedrigte Gehalte an n3-FS auf, die u. a. für ihre antiphlogistische und kardioprotektive Wirkung bekannt sind (ALONSO et al. 2003, CALDER 2004, KINSELLA et al. 1990). Pränatale GC-Behandlung rief demzufolge über Veränderungen im Fettstoffwechsel ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei ihren weiblichen Nachkommen F1 bis F3 hervor. Dies lässt auf epigenetische Effekte schließen, welche in weiterführenden Untersuchungen genauer erforscht werden sollten.:Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 4 2.1 Fettstoffwechsel 4 2.2 Atherosklerose 7 2.3 Stress in der Schwangerschaft 9 2.4 Der Weißbüschelaffe (Callithrix jacchus) 15 3 Tiere, Material und Methoden 17 3.1 Tiere 17 3.1.1 Vorangegangener Versuch in Göttingen – Pränataler Stress 17 3.1.1.1 Material und Methoden 17 3.1.1.2 Ergebnisse 18 3.1.2 Versuchsgruppen 19 3.1.3 Haltung 20 3.1.4 Ernährung 21 3.1.5 Geburtenkontrolle 22 3.2 Datensammlung 23 3.2.1 Körpergewicht 23 3.2.2 Blutparameter des Fettstoffwechsels 23 3.2.2.1 Probengewinnung 24 3.2.2.2 Lipoproteinanalyse 25 3.2.2.3 Fettsäureanalyse 26 3.3 Statistische Auswertung 27 4 Ergebnisse 28 4.1 Körpergewicht 28 4.2 Blutparameter des Fettstoffwechsels 30 4.2.1 Vergleich der Methoden MU und MD 36 4.2.2 CONTROL YOUNG im Alter von 9 und 19 Monaten 36 4.2.3 Altersabhängigkeit der Parameter bei gesunden Kontrolltieren37 4.2.4 Einfluss pränataler DEX-Gabe auf die Nachkommen F1 bis F3 38 4.2.4.1 Lipoproteine 38 4.2.4.2 Fettsäuren 40 5 Diskussion 41 5.1 Versuchsaufbau 41 5.2 Ergebnisse: Körpergewicht 43 5.3 Ergebnisse: Blutparameter des Fettstoffwechsels 45 5.4 Fazit 47 6 Zusammenfassung 48 7 Summary 50 8 Literaturverzeichnis 52 9 Anhang I 9.1 Buchwald U, Teupser D, Kuehnel F, Grohmann J, Schmieder N, Beindorff N, Schlumbohm C, Fuhrmann H, Einspanier A. Prenatal stress programs lipid metabolism enhancing cardiovascular risk in the female F1, F2, and F3 generation in the primate model common marmoset (Callithrix jacchus). J Med Primatol. 2012;41:231-40. doi: 10.1111/j.1600-0684.2012.00551.x. [Zeitschriftenartikel] I 9.2 Buchwald U, Gassdorf F, Grohmann J, Teupser D, Habla C, Einspanier A. Prenatal dexamethasone application influences parameters of lipid metabolism in the female F2 and F3 generation of common marmoset monkeys (Callithrix jacchus). New Paradigms in Laboratory Animal Science. 2010;33. [Abstract zu einem Vortrag] XXIII 9.3 Buchwald U, Kühnel F, Grohmann J, Teupser D, Einspanier A. Intrauterine Stresshormone beeinflussen den Fettstoffwechsel weiblicher Nachkommen des Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus). Leipzig Research Festival for Life Sciences. 2010;220. ISBN 978-3-9810760-6-6. [Abstract zu einem Poster] XXV DanksagungAs for many other civilization diseases, the way for atherosclerosis and hence heart attack and stroke can be paved even before birth. The mechanism by which negative environmental circumstances, first of all the influence of stress hormones, can alter the development of the fetus and cause a predisposition for diseases later in life is called prenatal or fetal programming (SCHWAB 2009, SECKL 2001). The aim of the present study was to investigate the consequences of stress during pregnancy on lipid metabolism of the offspring with special regard to known cardiovascular risk factors. Therefore, 28 common marmosets (F0) were given dexamethasone (DEX) – a synthetic glucocorticoid (GC) with the ability to pass the placenta easily (TEGETHOFF et al. 2009) – orally, once daily for one week during gestation (BEINDORFF et al. 2006, EINSPANIER et al. 2006c). The three female filial generations DEX F1 (n = 5), DEX F2 (n = 6) and DEX F3 (n = 3) of those monkeys were investigated. Only the F0 generation was treated with DEX, while all of the following pregnancies remained undisturbed. At the age of 3.3 up to 5.6 years (DEX F1) and from birth until 1.5 years (DEX F2, DEX F3), respectively, the animals were weighed weekly. Blood samples were analyzed on the one hand for fatty acids (FA), on the other hand for cholesterol (CHOL), triglycerides (TG) and lipoproteins using two different methods – enzymatic analysis after ultracentrifugation and direct assay. All results were compared to those of healthy controls of similar age (n = 12). Body mass of the offspring of dams prenatally treated with DEX was not significantly different from that of the controls at any point of time. Either there was no programming effect on weight or it was masked by individual fluctuations, maybe potentiated by hyperactivity or a higher sensitivity to stress of the DEX offspring (FRENCH et al. 2004, SCHWAB 2009) and hence a tendency to loose weight (KAPLAN and SHELMIDINE 2010). Both methods for lipoprotein analysis seemed to be suitable for the common marmoset and can be recommended for future investigations. In the controls, older animals showed significantly more LDL and VLDL CHOL, but significantly less HDL TG and n3 FA than younger ones, which points out to a cardiovascular risk rising with age as in humans (CARLSSON et al. 2010). DEX F2 and DEX F3 had significantly higher concentrations of LDL CHOL, significantly lower levels of HDL TG, more total CHOL and a higher ratio of CHOL : HDL CHOL in blood plasma than the controls. Those parameters are well-known human medicine cardiovascular risk factors and the aberrations detected indicate a higher probability of developing cardiovascular diseases (KANNEL et al. 1994, LUSIS et al. 2004, NCEP 2002). Additionally, compared to the controls, all DEX generations F1 to F3 showed significantly lower levels of n3 FA, which are known for their antiinflammatory and cardioprotective effects amongst others (ALONSO et al. 2003, CALDER 2004, KINSELLA et al. 1990). Consequently, prenatal treatment with GC caused an increased risk for cardiovascular diseases in the female offspring F1 up to F3 via alteration of lipid metabolism. This points out to epigenetic effects, which require further investigation.:Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 4 2.1 Fettstoffwechsel 4 2.2 Atherosklerose 7 2.3 Stress in der Schwangerschaft 9 2.4 Der Weißbüschelaffe (Callithrix jacchus) 15 3 Tiere, Material und Methoden 17 3.1 Tiere 17 3.1.1 Vorangegangener Versuch in Göttingen – Pränataler Stress 17 3.1.1.1 Material und Methoden 17 3.1.1.2 Ergebnisse 18 3.1.2 Versuchsgruppen 19 3.1.3 Haltung 20 3.1.4 Ernährung 21 3.1.5 Geburtenkontrolle 22 3.2 Datensammlung 23 3.2.1 Körpergewicht 23 3.2.2 Blutparameter des Fettstoffwechsels 23 3.2.2.1 Probengewinnung 24 3.2.2.2 Lipoproteinanalyse 25 3.2.2.3 Fettsäureanalyse 26 3.3 Statistische Auswertung 27 4 Ergebnisse 28 4.1 Körpergewicht 28 4.2 Blutparameter des Fettstoffwechsels 30 4.2.1 Vergleich der Methoden MU und MD 36 4.2.2 CONTROL YOUNG im Alter von 9 und 19 Monaten 36 4.2.3 Altersabhängigkeit der Parameter bei gesunden Kontrolltieren37 4.2.4 Einfluss pränataler DEX-Gabe auf die Nachkommen F1 bis F3 38 4.2.4.1 Lipoproteine 38 4.2.4.2 Fettsäuren 40 5 Diskussion 41 5.1 Versuchsaufbau 41 5.2 Ergebnisse: Körpergewicht 43 5.3 Ergebnisse: Blutparameter des Fettstoffwechsels 45 5.4 Fazit 47 6 Zusammenfassung 48 7 Summary 50 8 Literaturverzeichnis 52 9 Anhang I 9.1 Buchwald U, Teupser D, Kuehnel F, Grohmann J, Schmieder N, Beindorff N, Schlumbohm C, Fuhrmann H, Einspanier A. Prenatal stress programs lipid metabolism enhancing cardiovascular risk in the female F1, F2, and F3 generation in the primate model common marmoset (Callithrix jacchus). J Med Primatol. 2012;41:231-40. doi: 10.1111/j.1600-0684.2012.00551.x. [Zeitschriftenartikel] I 9.2 Buchwald U, Gassdorf F, Grohmann J, Teupser D, Habla C, Einspanier A. Prenatal dexamethasone application influences parameters of lipid metabolism in the female F2 and F3 generation of common marmoset monkeys (Callithrix jacchus). New Paradigms in Laboratory Animal Science. 2010;33. [Abstract zu einem Vortrag] XXIII 9.3 Buchwald U, Kühnel F, Grohmann J, Teupser D, Einspanier A. Intrauterine Stresshormone beeinflussen den Fettstoffwechsel weiblicher Nachkommen des Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus). Leipzig Research Festival for Life Sciences. 2010;220. ISBN 978-3-9810760-6-6. [Abstract zu einem Poster] XXV Danksagun