Novel adipocytokines in the perinatal period

This thesis consists of two parts, the general and the specific. The general part includes the following: I. Fetal growth. In this part, the three phases of fetal growth are briefly described. Determination of gestational age and the customized fetal growth charts are also documented. II. Abnormal fetal growth. In this chapter, for IUGR and LGA neonates, we separately discuss the following: The definition and epidemiology of IUGR and the two distinct types, symmetric and asymmetric, highlighting the importance of distinguishing it from the small for gestational age – SGA neonate, as well as the LGA neonate. In addition, we discuss the etiology, diagnosis and clinical assessment of neonates with IUGR and LGA neonates. Finally, postnatal treatment, short- and long-term morbidity and complications associated with abnormal fetal growth are also documented. III. Developmental Origins of Adult Health and Disease. In this section, observational studies that have demonstrared the association of LGA/ IUGR with obesity and long-term cardiometabolic consequences later in life are documented. Then, mechanistic studies utilizing experimental models of IUGR/ LGA highlight the role of fetal reprogramming of adipose tissue in the development of these long term adverse metabolic outcomes. IV.Adipose tissue.This part refers to embryology, anatomy, physiology and distribution of adipose tissue in the developing embryo, as well as the process of adipogenesis. V. Adipocytokines. The last chapter of the general part analyzes the production and function of lipocalin-2, Preadipocyte factor-1 (Pref-1) και Fatty Acid-binding Protein 4 (FABP4). The specific part includes the following:ΙΙ-ΙΙΙ. Hypothesis and Aim.The study was based on the hypothesis that the adipocytokines LCN2, Pref-1 και FABP4 might be involved in both fetal and infant growth. Therefore, fetal concentrations in the umbilical cord blood, as well as their concentrations in breast milk, may differ between AGA fetuses and pregnancies with intrauterine growth disorders. Therefore, we aimed to determine circulating concentrations of the aforementioned adipocytokines in the cord blood of AGA, IUGR and LGA neonates at birth, in maternal serum (in the 1st stage of labor or before the administration of anesthesia in case of cesarean section) and breast milk on postpartum day 3-4. IV-V. Subjects and Methods. Eighty parturients giving birth to 40 AGA, 20 IUGR and 20 LGA singleton infants were included in the study. Blood was collected from the umbilical cord at birth, reflecting the fetal state, the maternal serum during the 1st stage of labor or before the administration of anesthesia in case of cesarean section and breast milk on postpartum day 3-4. Circulating concentrations of adipocytokines were determined by ELISA, followed by statistical analysis of the results. VII. Results. Lipocalin 2, (LCN2). Cord blood LCN-2 concentrations were significantly higher compared to maternal serum and breast milk concentrations. Umbilical cord serum LCN-2 concentrations were significantly higher in the IUGR compared with the LGA group. There was a trend towards increased LCN-2 concentrations in the IUGR group compared to the AGA which did not reach statistical significance. In the correlation analysis, a statistically significant moderate correlation between cord blood LCN-2 concentrations and maternal age was recorded, as well as a moderate negative correlation between cord blood LCN-2 concentrations and birth weight centile. Antepartum maternal serum LCN-2 concentrations were significantly higher in mothers who delivered AGA neonates compared to those delivering IUGR and LGA neonates.Breast milk LCN-2 concentrations were the lowest detected and did not differ between the three intrauterine growth groups. Preadipocyte factor-1, (Pref-1). Umbilical cord serum Pref-1 concentrations were significantly higher than maternal serum ones. Breast milk concentrations were the lowest. Breast milk and maternal serum Pref-1 concentrations did not differ between the three groups. (IUGR, AGA and LGA). Umbilical cord serum Pref-1 concentrations were significantly lower in the LGA group, compared to the AGA one. We found a weak positive correlation between maternal serum and breast milk Pref-1 concentrations. FABP4. Cord blood FABP4 concentrations were significantly higher in the IUGR and LGA groups, compared with the AGA one and significantly higher in early term, as compared to full term neonates. In correlation analysis, a significant negative correlation between cord blood FABP4 and gestational age in the whole study population was recorded. In multivariate logistic regression analysis, higher FABP4 levels remained significantly associated with IUGR status at birth after controlling for the following covariates: gestational age and parity. In quadratic regression analysis, we found a significant U-shaped association between FABP4 and birth weight. Conclusions. 1. Cord serum LCN-2 concentrations were higher compared to antepartum maternal ones, possibly implying its fetal origin and role in intrauterine growth. The negative correlation of cord blood LCN-2 concentrations with customized centiles might indicate reduced nephron endowment and subclinical impairment of kidney function in IUGR neonates. LCN-2 breast milk concentrations were extremely low which might suggest that the LCN-2 secretion from the maternal circulation to breast milk is not influenced by factors leading to intrauterine growth pathology. 2. The elevated cord serum Pref-1 concentrations, compared to maternal ones might indicate its fetal origin and role in intrauterine growth. Breast milk concentrations were extremely low, possibly contributing to the protective role of breast milk against metabolic disorders. Breast milk Pref-1 concentrations positively correlate with maternal serum ones, suggesting transfer of the substance to the breast. Umbilical cord Pref-1 concentrations were lower in LGA, as compared to AGA neonates. 3. The increased cord serum FABP4 levels in IUGR and LGA neonates, as well as the U-shaped association between serum FABP4 levels and birth weight, might suggest a potential role for FABP4 as a biomarker for future adverse cardiometabolic outcomes in those infants.Η διατριβή αποτελείται από το ΓΕΝΙΚΟ και το ΕΙΔΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Το Γενικό μέρος αποτελείται από τα εξής κεφάλαια: I . Αύξηση του εμβρύου. Γίνεται σύντομη περιγραφή των τριών φάσεων της εμβρυϊκής αύξησης. Ακολουθεί περιγραφή του προσδιορισμού της ηλικίας κύησης και των καμπύλων εμβρυϊκής αύξησης. II. Διαταραχές της ενδομήτριας αύξησης. Στο συγκεκριμένο κεφάλαιο αναλύονται ξεχωριστά, αρχικά για τα νεογνά με ενδομήτρια υπολειπόμενη αύξηση (ΕΥΑ) και εν συνεχεία για τα μεγάλου βάρους γέννησης για την ηλικία κύησης (ΜΒΓ) νεογνά, τα ακόλουθα: Δίδονται ο ορισμός της ΕΥΑ [τονίζεται η διάκριση αυτής από το μικρό για την ηλικία κύησης νεογνό (small for gestational age - SGA) και η περιγραφή των δύο διακριτών τύπων ΕΥΑ (συμμετρικά και ασύμμετρου τύπου νεογνά)] και ο ορισμός των ΜΒΓ νεογνών και παρατίθενται επιδημιολογικά στοιχεία. Στη συνέχεια, αναλύεται εκτενώς η αιτιολογία των εν λόγω διαταραχών, καθώς και η διαγνωστική προσέγγιση αυτών με κλινικές και απεικονιστικές μεθόδους. Ακολουθεί σύντομη περιγραφή της κλινικής εικόνας και αντιμετώπισης, καθώς και των άμεσων και μακροπρόθεσμων επιπλοκών/ διαταραχών που σχετίζονται με τις διαταραχές της ενδομήτριας αύξησης. III. Η θεωρία της «Αναπτυξιακής Προέλευσης των Χρόνιων Παθήσεων». Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφονται αρχικά οι επιδημιολογικές μελέτες-μελέτες παρατήρησης που συσχετίζουν την ΕΥΑ, αλλά και τη μακροσωμία/ ΜΒΓ με εμφάνιση παχυσαρκίας και καρδιομεταβολικών επιπλοκών κατά τη μετέπειτα ζωή. Ακολουθούν οι μηχανιστικές μελέτες, οι οποίες αξιοποιώντας πειραματικά μοντέλα ΕΥΑ και ΜΒΓ/ μακροσωμικών νεογνών, καταδεικνύουν τον ρόλο του εμβρυικού προγραμματισμού του λιπώδους ιστού στην εμφάνιση δυσμενών επιπλοκών κατά τη μετέπειτα ζωή. IV. Λιπώδης ιστός. Στο συγκεκριμένο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην εμβρυολογική προέλευση, ανατομία και κατανομή του λιπώδους ιστού στο αναπτυσσόμενο έμβρυο. Επιπλέον, αναλύεται η διαδικασία της αδιπογένεσης και βασικά στοιχεία φυσιολογίας του λιπώδους ιστού. V. Λιποκυτταροκίνες. Στο τελευταίο κεφάλαιο του γενικού μέρους περιγράφονται οι λιποκυτταροκίνες Λιποκαλίνη-2, Preadipocyte factor-1 (Pref-1) και Fatty Acid-binding Protein 4 (FABP4). Το Ειδικό μέρος περιλαμβάνει τα ακόλουθα κεφάλαια: ΙΙ-ΙΙΙ. Υπόθεση-Σκοπός. Η μελέτη στηρίχτηκε στην υπόθεση ότι οι λιποκυτταροκίνες LCN2, Pref-1 και FABP4 πιθανώς να εμπλέκονται και να διαδραματίζουν ουσιώδη ρόλο τόσο στην εμβρυική αύξηση, όσο και στην αύξηση του βρέφους. Συνεπώς, οι εμβρυικές συγκεντρώσεις τους που κυκλοφορούν στο αίμα του ομφαλίου λώρου και ανιχνεύονται στον ορό/ πλάσμα, καθώς και οι συγκεντρώσεις τους στο μητρικό γάλα, ενδεχομένως να διαφοροποιούνται σε κυήσεις με διαταραχές της ενδομήτριας αύξησης. Για το σκοπό αυτό προσδιορίστηκαν οι συγκεντρώσεις των παραπάνω λιποκυτταροκινών, καθώς και οι μεταβολές στις κυκλοφορούσες συγκεντρώσεις τους σε κυήσεις με διαταραχές της εμβρυικής αύξησης, στο αίμα του ομφαλίου λώρου κατά τον τοκετό (εμβρυική κατάσταση), στο αίμα της μητέρας (στο 1ο στάδιο του τοκετού ή πριν τη χορήγηση αναισθησίας σε περίπτωση καισαρικής τομής), καθώς και στο μητρικό γάλα (ΜΓ) την 3η - 4η ημέρα μετά τον τοκετό. Επιπρόσθετα, στο πλαίσιο διερεύνησης του ρόλου του λιπώδους ιστού στην παθογένεση και την παθοφυσιολογία διαφόρων νοσημάτων, μελετήθηκε τόσο κλινικά όσο και σε πειραματικό μοντέλο η εμπλοκή των λιποκυτταροκινών στην πνευμονική αρτηριακή υπέρταση. IV-V. Υλικό και μέθοδος. Στη μελέτη συμπεριελήφθησαν συνολικά 80 τελειόμηνα νεογνά μονήρων κυήσεων, καθώς και οι μητέρες τους. Από τα 80 νεογνά, 40 είχαν κανονικό βάρος γέννησης για την ηλικία κύησης (ΚΒΓ), 20 παρουσίαζαν ενδομήτρια υπολειπόμενη αύξηση (ΕΥΑ) και 20 είχαν μεγάλο βάρος γέννησης για την ηλικία κύησης (ΜΒΓ). Για κάθε κύηση της μελέτης συλλέχθηκε αίμα από τον διπλά απολινωμένο ομφάλιο λώρο - που αντανακλά την εμβρυική κατάσταση- όσο και αίμα από τη μητέρα κατά το πρώτο στάδιο του τοκετού ή πριν τη χορήγηση αναισθησίας στις περιπτώσεις εκλεκτικής καισαρικής τομής. Επίσης, από κάθε υπό μελέτη κύηση ελήφθη γάλα από τη θηλάζουσα μητέρα την 3η ή 4η ημέρα μετά τον τοκετό. Ακολούθησε προσδιορισμός - με ενζυμική ανοσομετρική μέθοδο (ΕLISA) - των υπό μελέτη ουσιών και στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων. VII. Αποτελέσματα. Λιποκαλίνη 2, (LCN2). Οι συγκεντρώσεις της LCN2 στον ορό αίματος ομφάλιου λώρου βρέθηκαν στατιστικά σημαντικά υψηλότερες συγκριτικά με τις συγκεντρώσεις του ορού αίματος των μητέρων και με τις συγκεντρώσεις του μητρικού γάλακτος. Στατιστικά σημαντικές διαφορές εντοπίστηκαν μεταξύ των συγκεντρώσεων της LCN2 στον ορό αίματος ομφαλίου λώρου μεταξύ των τριών ομάδων. Πιο συγκεκριμένα, οι συγκεντρώσεις της LCN2 ήταν σημαντικά υψηλότερες στην ομάδα των ΕΥΑ σε σύγκριση με την ομάδα των ΜΒΓ. Παρατηρήθηκε τάση προς αυξημένες συγκεντρώσεις της LCN2 στην ομάδα των νεογνών με ΕΥΑ σε σύγκριση με την ομάδα των ΚΒΓ νεογνών, ωστόσο, αυτή δεν ήταν στατιστικά σημαντική. Παρατηρήθηκε θετική συσχέτιση μεταξύ των συγκεντρώσεων της LCN2 στο αίμα ομφαλίου λώρου και της ηλικία της μητέρας, καθώς και αρνητική συσχέτιση μεταξύ των συγκεντρώσεων της LCN2 και της εκατοστιαίας θέσης του βάρους γέννησης. Οι συγκεντρώσεις LCN2 του ορού αίματος μητέρων διέφεραν σημαντικά μεταξύ των τριών ομάδων. Συγκεκριμένα παρατηρήθηκαν υψηλότερες συγκεντρώσεις της LCN2 στις μητέρες που γέννησαν ΚΒΓ νεογνά, σε σύγκριση με εκείνες που γέννησαν ΕΥΑ και ΜΒΓ νεογνά. Οι συγκεντρώσεις της LCN2 του μητρικού γάλακτος δε διέφεραν μεταξύ των τριών ομάδων ενδομήτριας αύξησης. Preadipocyte factor-1, (Pref-1). Οι συγκεντρώσεις του Pref-1 στον ορό του αίματος ομφάλιου λώρου βρέθηκαν σημαντικά υψηλότερες, σε σύγκριση με τις συγκεντρώσεις του ορού αίματος των μητέρων, ενώ οι συγκεντρώσεις στο γάλα της μητέρας ήταν οι χαμηλότερες. Οι συγκεντρώσεις Pref-1 στον ορό αίματος της μητέρας και στο μητρικό γάλα δε διέφεραν μεταξύ των τριών ομάδων ενδομήτριας αύξησης (ΕΥΑ, ΚΒΓ, ΜΒΓ). Οι συγκεντρώσεις του Pref-1 στον ορό αίματος ομφαλίου λώρου βρέθηκαν σημαντικά χαμηλότερες στην ομάδα των ΜΒΓ, συγκριτικά με την ομάδα των ΚΒΓ νεογνών. Τέλος, παρατηρήθηκε θετική συσχέτιση μεταξύ των συγκεντρώσεων Pref-1 του ορού αίματος μητέρων και του μητρικού γάλακτος και αρνητική συσχέτιση μεταξύ συγκεντρώσεων Pref-1 ορού αίματος μητέρων και ορού ομφάλιου λώρου. FABP4. Οι συγκεντρώσεις FABP4 στον ορό αίματος ομφαλίου λώρου βρέθηκαν σημαντικά υψηλότερες στις ομάδες ΕΥΑ και ΜΒΓ, σε σύγκριση με την ομάδα των ΚΒΓ νεογνών. Επιπλέον, η συγκέντρωση FABP4 ήταν σημαντικά υψηλότερη στα πρώιμα τελειόμηνα, σε σύγκριση με τα τελειόμηνα νεογνά. Παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική αρνητική συσχέτιση μεταξύ των συγκεντρώσεων FABP4 του ορού αίματος ομφάλιου λώρου και της ηλικίας κύησης σε όλο τον πληθυσμό της μελέτης. Στην ανάλυση πολυμεταβλητής λογιστικής παλινδρόμησης, παρέμεινε στατιστικά σημαντική η συσχέτιση των υψηλότερων συγκεντρώσεων FABP4 με την ΕΥΑ κατά τη γέννηση, μετά από προσαρμοσμένη ανάλυση για τον έλεγχο της επίδρασης της ηλικίας κύησης και του τόκου (πρωτοτόκος ή πολυτόκος). Στην ανάλυση τετραγωνικής παλινδρόμησης, παρατηρήθηκε σημαντική συσχέτιση (σχήματος U) μεταξύ των συγκεντρώσεων FABP4 και του βάρους γέννησης. Συνοψίζοντας τα αποτελέσματά μας συμπεραίνουμε ότι: 1. Οι αυξημένες συγκεντρώσεις LCN-2 στο αίμα ομφαλίου λώρου συγκριτικά με αυτή του ορού των μητέρων πιθανόν να αντανακλά την εμβρυική προέλευσή της LCN-2 και τον πιθανό ρόλο της στην ενδομήτρια αύξηση. Σχετικά με την αρνητική συσχέτιση μεταξύ των συγκεντρώσεων της LCN2 και της εκατοστιαίας θέσης του βάρους γέννησης, θα μπορούσαμε να υποθέσουμε ότι οφείλεται σε μικρότερο αριθμό νεφρώνων/υποκλινική διαταραχή νεφρικής λειτουργίας στα νεογνά με ΕΥΑ. Οι εξαιρετικά χαμηλές συγκεντρώσεις LCN-2 στο μητρικό γάλα υποδεικνύουν ότι η έκκριση της LCN-2 από την μητρική κυκλοφορία στο μητρικό γάλα, πιθανώς δεν επηρεάζονται από παράγοντες που σχετίζονται με διαταραχές της ενδομήτριας αύξησης. 2. H συγκέντρωση Pref-1 στο αίμα ομφαλίου λώρου βρέθηκε αυξημένη συγκριτικά με αυτή του ορού των μητέρων, γεγονός που πιθανώς υποδηλώνει την εμβρυική του προέλευση και τον πιθανό ρόλο του στην ενδομήτρια αύξηση. Η εξαιρετικά χαμηλή συγκέντρωση Pref-1 στο μητρικό γάλα πιθανώς να συμβάλλει στην προστατευτική επίδρασή του έναντι μεταβολικών επιπλοκών, ενώ παράλληλα η θετική συσχέτιση των συγκεντρώσεων αυτών με εκείνες του μητρικού ορού υποδηλώνουν την πιθανή μεταφορά του από την κυκλοφορία στο μαζικό αδένα. Τέλος, οι συγκεντρώσεις του Pref-1 στον ορό αίματος ομφαλίου λώρου βρέθηκαν σημαντικά χαμηλότερες στην ομάδα των ΜΒΓ, συγκριτικά με την ομάδα των ΚΒΓ νεογνών. 3. Οι αυξημένες συγκεντρώσεις FABP4 στα μακροσωμικά, αλλά και στα νεογνά με ΕΥΑ και η συσχέτιση (σχήματος U) μεταξύ των συγκεντρώσεων FABP4 και του βάρους γέννησης, πιθανώς να καθιστούν τα επίπεδα της FABP4 ως πιθανό βιοδείκτη με προγνωστική αξία για την εμφάνιση πιθανών καρδιαγγειακών νοσημάτων στην ενήλικο ζωή.Περαιτέρω μελέτες είναι αναγκαίες, προκειμένου να διερευνηθεί ο ρόλος των νεότερων λιποκυτταροκινών στην ενδομήτρια αύξηση