Diet and Probiotics during Pregnancy - Endorsing developmental Programming

Abstract

Maternal obesity has been shown to increase the risk for adverse reproductive health outcomes such as gestational diabetes, hypertension, and preeclampsia. Moreover, several studies have indicated that overnutrition and maternal obesity adversely program the development of offspring by predisposing them to obesity and other chronic diseases later in life. The exact molecular mechanisms leading to developmental programming are not known, but it has recently been suggested that obesity-related low-grade inflammation, gut microbiota and epigenetic gene regulation (in particularly DNA methylation) participate in the developmental programming phenomenon. The aim of this thesis was to evaluate the effect of diet, dietary counseling and probiotic intervention during pregnancy in endorsing favorable developmental programming.

The study population consisted of 256 mother-child pairs participating in a prospective, double-blinded dietary counselling and probiotic intervention (Lactobacillus rhamnosus GG and Bifidobacterium lactis Bb12) NAMI (Nutrition, Allergy, Mucosal immunology and Intestinal microbiota) study. Further overweight women were recruited from maternal welfare clinics in the area of Southwest Finland and from the prenatal outpatient clinic at Turku University Hospital. Dietary counseling was aimed to modify women’s dietary intake to comply with the recommended intake for pregnant women. Specifically, counseling aimed to affect the type of fat consumed and to increase the amount of fiber in the women’s diets. Leptin concentration was used as a marker for obesity-related low-grade inflammation, antioxidant vitamin status as an efficiency marker for dietary counselling and epigenetic DNA methylation of obesity related genes as a marker for probiotics influence.

Results revealed that dietary intake may modify obesity-associated low-grade inflammation as measured by serum leptin concentration. Specifically, dietary fiber intake may lower leptin concentration in women, whereas the intakes of saturated fatty acids and sucrose have an opposite effect. Neither dietary counselling nor probiotic intervention modified leptin concentration in women, but probiotics tended to increase children’s leptin concentration. Dietary counseling was an efficient tool for improving antioxidant vitamin intake in women, which was reflected in the breast milk vitamin concentration. Probiotic intervention affected DNA methylation of dozens of obesity and weight gain related genes both in women and their children. Altogether these results indicate that dietary components, dietary counseling and probiotic supplementation during pregnancy may modify the intrauterine environment towards favorable developmental programming.

Ravitsemus ja probiootit raskauden aikana – tukemassa sikiökautista ohjelmoitumista

Raskaudenaikainen ylipaino ja lihavuus lisäävät muun muassa raskausdiabeteksen ja kohonneen verenpaineen riskiä. Lisäksi useat tutkimukset ovat osoittaneet, että äidin raskaudenaikainen lihavuus lisää syntymässä olevan lapsen riskiä ylipainoon ja muihin kroonisiin sairauksiin hänen omassa aikuisuudessaan. Tähän niin sanottuun sikiökautiseen ohjelmoitumiseen johtavat molekyylitason yksityiskohtaiset mekanismit eivät ole selvillä, mutta viime aikoina useissa tutkimuksissa on esitetty, että lihavuuteen liittyvä matala-asteinen tulehdus, suoliston mikrobisto sekä epigeneettinen geenien säätely (erityisesti DNA-metylaatio) osallistuisivat sikiökautiseen ohjelmoitumiseen molekyylitasolla. Tämän väitöskirjatyön päätarkoituksena oli arvioida raskaudenaikaisen ruokavalion, ravitsemusohjauksen ja probiootti-intervention kykyä tukea terveellistä sikiökautista ohjelmoitumista.

Väitöskirjan aineisto koostui 256 äiti-lapsiparista, jotka osallistuivat NAMI-tutkimusryhmän prospektiiviseen, kaksoissokkoutettuun ravitsemusohjaus-probiootti-interventiotutkimukseen (Lactobacillus rhamnosus GG ja Bifidobacterium lactis Bb12), ja lisäksi ylipainoisista äideistä, jotka oli rekrytoitu mukaan tutkimukseen suoraan Lounais-Suomen alueen äitiysneuvoloista tai Turun yliopistollisen keskussairaalan poliklinikalta. Ravitsemusohjauksella tavoiteltiin suositusten mukaista ruokavaliota. Erityisesti äitejä neuvottiin kiinnittämään huomiota käytetyn rasvan laatuun sekä kuidun määrän kasvattamiseen. Työssä äitien ja lasten seerumin leptiinipitoisuutta analysoitiin lihavuuteen liittyvän tulehduksen mittarina. Äitien ja lasten antioksidanttivitamiinitilaa puolestaan seurattiin ravitsemusohjauksen tehokkuuden mittarina. Lihavuuteen tai painonnousuun liittyvien geenien DNA:n metylaation muutosta seurattiin probioottien vaikutuksen mittarina.

Tutkimuksen tulokset osoittivat, että raskaudenaikaisella ruokavaliolla voidaan vaikuttaa lihavuuteen liittyvään matala-asteiseen tulehdukseen, kun tulehduksen mittarina käytetään leptiinipitoisuutta. Erityisesti runsas kuidunsaanti voi laskea leptiinin pitoisuutta kun taas runsas tyydyttyneiden rasvojen ja sokerin saanti voivat kasvattaa äidin leptiinin pitoisuutta. Ravitsemusohjaus ja probiootti-interventio eivät vaikuttaneet äitien leptiinipitoisuuteen mutta probiooteilla oli taipumusta kasvattaa lasten leptiinipitoisuutta. Ravitsemusohjaus puolestaan osoittautui tehokkaaksi tavaksi parantaa antioksidanttivitamiinien saantia naisilla, ja tämä heijastui edelleen rintamaidon antioksidanttipitoisuuksiin. Probiootti-interventio vaikutti DNA-metylaatioon kymmenissä lihavuuteen tai painonnousuun liittyvissä geeneissä sekä naisilla että lapsilla. Yhteenvetona nämä tulokset osoittavat, että raskaudenaikaisella ruokavalion laadulla, ravitsemusohjauksella sekä probioottien käytöllä voidaan tukea lapsen myöhemmän terveyden ohjelmoitumista.