Interaction between maternal iron intake and GSTM1/GSTT1 polymorphisms on neonatal birth weight

Abstract

Increased iron consumption during pregnancy is generally recommended to fulfill the augmented iron requirement of both mother and fetus. Excessive intake of iron, however, can increase oxidative stress in maternal body, which may eventually generate adverse pregnancy outcomes. Glutathione S-transferases (GSTs) are a family of detoxifying enzymes, which contribute to diminish xenobiotic compounds and oxidative stress. The aims of this study were as follows: first and foremost, to investigate the relationship of neonatal birth weight with GSTM1 and GSTT1 genotypes and maternal iron intake during pregnancy, and second, to substantiate gene-nutrient interaction and its effects on birth weight of newborns. Study participants were 1087 Korean pregnant women and their newborns in the Mothers and Children’s Environmental Health (MOCEH) study recruited from 2006 to 2010. A one-day 24-hour dietary recall interview was conducted to estimate iron intakes, and genotype for deletion polymorphisms in GSTM1 and GSTT1 was analyzed by polymerase chain reaction. There was no association either between iron intakes from various sources and birth weight of newborns or between maternal GSTM1 and GSTT1 genotypes and birth weight. In this study population, the prevalence of a homozygous gene deletion in GSTM1 and GSTT1 was each 57.0% and 53.0%. In this study, dietary iron consumption during pregnancy was positively associated with newborns’ birth weight in pregnant women who were GSTM1 present after adjustment for maternal age, prepregnancy BMI, mother's education level, logarithmically transformed urinary cotinine level, infantile sex, gestational age at term, and log scale of energy intake as covariates (P=0.0263). In particular, this pattern became more apparent in women with double present GSTM1 and GSTT1 genotypes (P=0.0326). There existed a significant gene-nutrient interaction between GSTM1 genotype and iron intake from animal food (P=0.0199), diet (P=0.0395), and diet with supplementation (P=0.0165). Of mothers with GSTM1 present genotype, newborns from mothers whose iron intake was above the median value had much higher birth weight than neonates whose mothers had iron intake below the median value. This relationship went by contraries in the case of maternal subjects having nonfunctional GSTM1 genotype; subjects whose iron intake was below the median value delivered newborns with rather higher birth weight than neonates from mothers having iron intake levels above the median value. These findings indicate that such pregnancy outcomes could be improved if the amount of recommended iron intakes through diet or supplementation is differed by individual genotypes of prepregnant and pregnant women.;본 연구는 산모의 임신 중 철분 섭취와 GSTM1/GSTT1 유전자 다형성의 상호작용이 영아의 출생체중에 미치는 영향을 알아보고자 수행되었다. 이 연구는 전향적 코호트 연구로서 2006년 8월부터 2010년 12월까지 모집된 임신 12-28주의 임신부 1087명을 대상으로 이루어졌다. 임신부의 임신 중 식이 섭취는 24시간 회상법 (24-hour dietary recall method)을 이용하여 조사하였으며 CAN-Pro 3.0으로 분석하였다. 특히, 산모의 철분 섭취는 그 급원에 따라 각각 식물성 또는 동물성 식품 급원으로부터의 철분, 총 식이로부터의 철분, 그리고 보충제와 식이를 더한 총 철분의 섭취로 구분하여 분석하였다. 임신부의 GSTM1/GSTT1 유전자형은 multiplex polymerase chain reaction (PCR)을 통해 분석하였고, 영아의 출생체중은 산부인과 기록을 통해 수집하였다. 본 연구에서 GSTM1/GSTT1 유전자의 결손 다형성 빈도는 각각 57.0%와 53.0%인 것으로 드러났다. 모체의 나이, 임신 전 body mass index (BMI), 교육수준, 뇨중 코티닌 농도, 아기의 성별, 출산 시 임신주수, 그리고 에너지 섭취량을 보정한 다중회귀분석 결과, GSTM1 활성유전자형을 가진 산모에게서 식이를 통한 철분 섭취와 영아의 출생체중이 양의 관련성을 보였다 (β=149.9, P=0.0263). 위의 관련성은 산모가 GSTM1과 GSTT1의 활성유전자형을 동시에 보유하고 있을 경우에 더욱 두드러졌다 (β=212.5, P=0.0326). GSTM1/GSTT1의 유전자 다형성과 산모의 임신 중 철분 섭취 간의 상호작용을 분석한 결과, GSTM1 유전자 다형성과 동물성 식품을 통한 철분 (P=0.0199), 식이로부터의 철분 (P=0.0395), 그리고 보충제와 식이를 더한 총 철분 (P=0.0165) 섭취량 사이에 유의한 상호작용이 존재함을 확인하였다. GSTM1 유전자 다형성과 임신 중 철분 섭취가 상호작용을 통해 출생체중에 미치는 영향을 산모의 철분 섭취 수준 (중위값)에 따라 살펴본 결과, GSTM1 활성유전자형을 지닌 산모에게서는 임신 중 철분 섭취가 중위값보다 높을 때에 영아의 출생체중 또한 높게 나타났다. 이와 반대로 GSTM1 결손유전자형을 지닌 산모에게서는 모체의 철분 섭취가 중위값보다 높을 때에 오히려 영아의 출생체중이 낮은 것으로 드러났다. 하지만 GSTT1 유전자 다형성과 산모의 철분 섭취 간의 상호작용 및 영아의 출생체중과의 관련성은 나타나지 않았다. 결론적으로 임신부의 철분 섭취와 GSTM1 유전자 다형성은 상호작용을 통해 영아의 출생체중에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 지나친 철분 섭취는 모체와 태아의 산화적 스트레스를 증가시켜 태아의 성장 및 발달을 방해할 수 있으며, GSTM1/GSTT1의 유전자 다형성은 이러한 산화물을 대사할 수 있는 효소의 대사능에 영향을 미친다. 따라서 가임기 여성 및 임신부에게 식이 또는 보충제를 통한 철분의 섭취를 권고할 때에는 개인의 유전자형에 따라 이를 고려한 적정량의 철분 섭취가 권고되어야 하겠다.