Maternal and fetal metabolomic signatures in regard to birth outcome and gestational disease

Abstract

Specific birth outcomes and gestational diabetes were shown to be associated with maternal and fetal metabolic alterations. Results of the current studies showed a higher number of associations between birth outcomes/gestational disease and fetal metabolites. Thus, future studies with similar aims, should focus more on the so far neglected fetal metabolome.

Die Hypothese der "developmental origins of health and disease“ beschreibt, dass ungünstige Einflüsse und Umweltbedingen während kritischer Phasen der intrauterinen Entwicklung zu langanhaltenden und irreversiblen Veränderungen bei den Nachkommen führen können. Die auf diese Weise induzierten Anpassungen in Organstruktur und –funktion beeinflussen sowohl neonatale anthropometrische Parameter als auch das spätere Krankheitsrisiko im Erwachsenenalter. Allerdings sind die komplexen zugrunde liegenden biologischen Vorgänge und molekularen Mechanismen bisher nur ansatzweise verstanden. Die Anwendung moderner Methoden wie der Massenspektrometrie erlaubt die Identifizierung und Quantifizierung einer großen Anzahl von Biomolekülen. So könnten neue Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen intrauterinen Bedingungen, maternalen Krankheitheiten und neonatalem Outcome gewonnen werden. Ziel dieser Arbeit war es, maternale und fetale Metaboliten zum Zeitpunkt der Geburt zu bestimmen und nach Zusammenhängen mit den klinischen Parametern Geburtsgewicht und Frühgeburtlichkeit sowie Gestationsdiabetes zu suchen. Methoden: Mittels Massenspektrometrie wurden mütterliche Serumproben vom Zeitpunkt der Geburt und Nabelschnurblut analysiert und 163 Metaboliten quantifiziert. Um Assoziationen zwischen maternalem und fetalem Metabolom und klinischen Parametern zu finden, wurden entsprechend der vorhandenen Daten Untergruppen gebildet und verschiedene multiple Regressionsmodelle gerechnet. Eine Kontrolle für falsch positive Ergebnisse wurde mit dem Benjamini-Hochberg Verfahren durchgeführt. Ergebnisse: Frühgeburtlichkeit war unabhängig mit einer höheren Konzentration von Diacyl-phosphatidylcholin 38:6 im maternalen Serum assoziiert, während das Geburtsgewicht eine unabhängig positive Assoziation mit fetalem Lyso-phosphatidylcholin 14:0, 16:1, and 18:1 zeigte. Zwischen Geburtsgewicht bzw. Gestationsdiabetes und maternalen Metaboliten wurden keine signifikanten Zusammenhänge gefunden, jedoch war Gestationsdiabetes unabhängig mit fetalem Acyl-alkyl-phosphatidylcholin 32:1 und Prolin assoziiert. Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass Parameter des neonatalen Outcomes bzw. Gestationsdiabetes mit Veränderungen des fetalen und maternalen Metaboloms assoziiert sind. Interessanterweise wurden für fetale Metabolite besonders häufig Zusammenhänge gefunden. In weiteren Studien sollte daher besonders das bis dato schlecht charakterisierte fetale Metabolom im Fokus der Untersuchungen stehen.