Influence of maternal diet during pregnancy on hepatic lipogenesis and gluconeogenesis

Abstract

Fetal programming implies that maternal diet during pregnancy affect the long-term health outcome on offspring. The effect of maternal unbalanced diet during pregnancy on lipogenesis and gluconeogenesis in the liver of offspring are still unclear. This study therefore investigated whether maternal diet, such as food restriction or high fat diet, during pregnancy affects the lipid profiles, metabolites, lipid droplets and the expression of mRNA and protein of genes related to lipogenesis and gluconeogenesis in the male offspring at 3 months old. At 10 day of gestation, Sprague-Dawley (SD) pregnant rats were randomly divided into three groups; 1) AdLib/AdLib for control, given an ad libitum during pregnancy and lactation; 2) FR/AdLib, given a 50% food restriction diet during pregnancy and ad libitum during lactation; 3) HF/HF, given a 45% high fat diet during pregnancy and lactation. In the male offspring at 3 month, plasma lipid profiles and hepatic triglyceride were measured by enzymatic colorimetric method. Hepatic growth and lipid droplets were observed by staining with hematoxylin and eosin (H&E) and electron microscope. The expression of hepatocyte nuclear factor 4α (HNF4α), sterol regulatory element-binding protein 1 (SREBP1), fatty acid synthase (FASN), microsomal triglyceride transfer protein (MTTP), phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK) and glucose-6-phosphatase (G6Pase) in the liver were determined using real-time polymerase chain reaction (PCR) and western blot analysis. In the male offspring at 3 month, weight gain was significantly heavier in the FR/AdLib and HF/HF than control, while body weight was significantly increased in HF/HF only (p<0.05). The levels of plasma glucose were significantly increased in the both FR/AdLib and HF/HF (p<0.05). Several metabolites, particularly taurine and hypotaurine metabolism, were significantly altered in the FR/AdLib and HF/HF compared to control (p<0.05). The mRNA and protein expression of HNF4α was significantly decreased in the FR/AdLib and HF/HF compared to control (p<0.05). Furthermore, the methylation levels of HNF4α was significantly lower in the FR/AdLib and HF/HF than control (p<0.05). In the FR/AdLib and HF/HF, lipid droplets and hepatic triglyceride levels were significantly increased compared to control (p<0.05). In addition, the mRNA expression of SREBP1 and protein expression of phospho-SREBP1 was significantly increased in the FR/AdLib and HF/HF compared to control (p<0.05). While the mRNA expression of FASN did not differ among the three groups, the protein expression was significantly increased in the FR/AdLib and HF/HF compared to control (p<0.05). The mRNA expression of MTTP was significantly lower in the FR/AdLib and HF/HF than control (p<0.05). In the FR/AdLib and HF/HF, the mRNA and protein expression of PEPCK was significantly increased compared to control (p<0.05). The mRNA expression of G6Pase was significantly increased in the FR/AdLib and HF/HF while the protein expression was significantly increased in the HF/HF only (p<0.05). In addition, maternal food restriction during pregnancy suggest that although liver weight and plasma lipid profiles are not different, they lead dysfunction lipid and glucose metabolism in the liver and increasing body weight gain as much as high fat diet. Moreover, the dysfunctional of hepatic lipogenesis and gluconeogenesis during postnatal period predispose the offspring to non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) in the laver life. Therefore, a mother’s optimal nutrient intake during pregnancy needs to be emphasized.;본 연구는 임신 중 모체의 식이제한 또는 고지방 식이 노출에 따른 자손의 간에서의 지질 및 포도당 대사에 미치는 영향을 동물 실험을 통하여 알아보고자 하였다. 8주령 Sprague-Dawley(SD)종 임신 쥐를 무작위로 3군으로 나누었다. 임신 10일째부터 임신 기간과 수유 기간 모두 정상 식이를 한 대조군 (control), 임신 기간 동안 50% 제한 식이 후, 수유기간 이후에는 정상 식이를 한 실험 군 (FR/AdLib), 임신기간과 수유기간 모두 고지방 식이를 한 실험 군 (HF/HF)으로 나누었다. 각 모체 3군에서 태어난 재태 연령 3개월째의 수컷 자손 쥐의 혈액의 생화학적 농도는 (포도당, 트리글리세라이드, 콜레스테롤, HDL-c, LDL-c) 자동분석기로 측정하였으며 인슐린, 렙틴, 아디포넥틴의 농도와 간의 트리글리세라이드 농도는 면역측정법으로 측정하였다. 간에서의 지방방울의 수 및 크기를 전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 간에서의 지방 및 포도당 대사에 관여하는 유전자의 mRNA 및 단백질 변화를 정량적 PCR과 웨스턴 블랏을 이용하여 측정하였다. 실험 군의 생후 3개월 수컷 자손의 혈액에서 트리글리세라이드의 농도는 세 군간의 차이는 없었으나, 포도당의 농도는 대조 군에 비해 유의하게 증가하였다. 또한, 대조군에 비해 다른 두 군에서 유의하게 차이가 났으며 특히 타우린 대사가 두 군에서 대조군에 비해 유의하게 차이를 보였다. 간에서 타우린 농도가 대조 군에 비해 유의하게 감소하였다. 전사조절인자인 hepatocyte nuclear factor 4α의 mRNA, 및 단백질 발현 모두 대조 군에 비해 다른 두 군에서 감소하였으며 메틸화를 분석한 결과, 두 군 모두 대조 군에 비해 전체적으로 유의하게 메틸화가 증가하였다. 또한, 간 세포 및 지방방울의 크기가 대조 군에 비해 유의하게 증가하였으며 간의 트리글리세라이드 농도 역시 대조 군에 비해 유의하게 증가하였다. 지질대사 관련 유전자인 sterol regulatory element-binding 1 (SREBP1)의 mRNA 와 phospho-SREBP1 단백질 발현은 대조 군에 비해 두 군에서 모두 유의하게 증가하였다. Fatty acid synthase (FASN)의 단백질 발현 역시 FR/AdLIb, HF/HF군 모두에서 유의하게 증가하였다. 간에서 VLDL 분비에 관여하는 microsomal triglyceride transfer protein (MTTP)의 mRNA 발현은 대조 군에 비해 유의하게 감소하였다. 또한, 간에서 포도당 대사에 관여하는 유전자인 phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK)의 mRNA와 단백질 발현은 대조 군에 비해 유의하게 증가하였다. 또 다른 유전자인 glucose-6-phosphatase (G6Pase)의 mRNA의 발현은 대조 군에 비해 유의하게 증가하였으며 단백질 발현은 HF/HF군에서만 유의하게 증가하였다. 임신 중 불균형한 식이를 한 자손에서 따라잡기 성장이 이루어 졌으며, 비록 자손의 혈중 트리글리세라이드 농도와 간의 크기는 차이는 없지만 간의 지질 및 포도당 대사에 중요하게 작용하여 간에 트리글리세라이드를 축적시키는 것으로 보인다. 출생 후의 간 지질 및 포도당 대사의 장애는 비 알코올성 지방간 질환으로서의 가능성을 제시한다. 이에 자손의 정상적인 성장과 간의 발달을 위하여 임신 기간 동안의 모체의 적절한 영향 상태를 유지하는 것이 매우 중요하다