Prednizon w ciąży a rozwój kostny – przełomowe odkrycie roli mikrobioty jelitowej

Jakie nowe spojrzenie na wpływ prednizonu na rozwój kości?

Najnowsze badania rzucają światło na mechanizm, przez który prednizon przyjmowany podczas ciąży wpływa na rozwój układu kostnego u potomstwa płci żeńskiej. Naukowcy odkryli zaskakujący związek między mikrobiotą jelitową matki, metabolitami bakteryjnymi a ryzykiem osteoporozy u córek kobiet leczonych prednizonem.

Teoria “Rozwojowego Pochodzenia Zdrowia i Chorób” (DOHaD) podkreśla, że wczesne doświadczenia życiowe, w tym ekspozycja na leki w okresie prenatalnym, mogą programować zdrowie potomstwa na całe życie. Mikrobiota jelitowa, często określana jako “drugi największy genom ludzki”, odgrywa kluczową rolę w absorpcji składników odżywczych, regulacji układu odpornościowego i utrzymaniu homeostazy wewnętrznej. Rosnąca liczba dowodów sugeruje, że mikrobiota jelitowa matki podczas ciąży wpływa na rozwój wielu układów narządów u potomstwa, w tym układu kostnego.

“Nasze badania pokazują, że mikrobiota jelitowa matki może bezpośrednio wpływać na szczytową masę kostną potomstwa, co ma kluczowe znaczenie dla ryzyka osteoporozy w późniejszym życiu” – piszą autorzy badania.

Czy prednizon w ciąży zaburza równowagę metaboliczną i rozwój kostny?

Prednizon, powszechnie stosowany syntetyczny glikokortykosteroid, jest często podawany podczas ciąży w celu leczenia chorób reumatycznych, takich jak toczeń rumieniowaty układowy, a także w celu poprawy implantacji zarodka i zapobiegania poronieniom. W większości przypadków klinicznych podkreśla się znaczenie stosowania najniższej skutecznej dawki prednizonu podczas ciąży. Właściwe stosowanie prednizonu jest niezbędne do kontrolowania aktywności choroby u ciężarnych pacjentek reumatycznych, przy jednoczesnym utrzymaniu optymalnego środowiska matczynego dla rozwoju płodu.

Wcześniejsze badania wykazały, że prenatalna ekspozycja na substancje egzogenne, w tym kofeinę, nikotynę, etanol i deksametazon, prowadzi do niskiej szczytowej masy kostnej (PBM) i zwiększonej podatności na osteoporozę (OP) w wieku dorosłym. Istnieje również silny związek między mikrobiotą jelitową matki a masą kostną. Co ciekawe, gdy ciężarnym myszom C57BL/6 pozbawionym drobnoustrojów (szczep o niskiej masie kostnej) przeszczepiono mikrobiotę jelitową od ciężarnych myszy C3H/HeN (szczep o wysokiej masie kostnej), ich potomstwo rozwinęło fenotyp o wysokiej masie kostnej, i odwrotnie.

W badaniu przeprowadzono retrospektywną analizę przypadków obejmującą 223 pary matka-noworodek. Wyniki ujawniły 28 przedwczesnych porodów w grupie kobiet przyjmujących prednizon w porównaniu do zaledwie jednego w grupie kontrolnej. Po wykluczeniu porodów przedwczesnych, masa urodzeniowa zarówno żeńskich, jak i męskich noworodków w grupie leczonej prednizonem była niższa niż w grupie kontrolnej. Analiza wyników badań ultrasonograficznych z późnej ciąży wykazała znacznie obniżone wartości Z-score dla długości kości udowej (FL-Z) oraz stosunku długości kości udowej (FL) do średnicy dwuciemieniowej (BPD) u płodów płci żeńskiej w grupie prednizonowej, podczas gdy u płodów płci męskiej nie zaobserwowano istotnych zmian.

Badanie próbek kału matek podczas drugiego i trzeciego trymestru ciąży za pomocą sekwencjonowania 16S rRNA wykazało, że w porównaniu z grupą kontrolną, grupa przyjmująca prednizon wykazywała zmniejszoną różnorodność alfa i zmienioną różnorodność beta mikrobioty jelitowej. Na poziomie typów bakterii zaobserwowano zmniejszenie względnej liczebności korzystnych bakterii, takich jak Lactobacillales i Akkemansia. Analiza korelacji kanonicznej (CCA) wykazała, że prednizon był najważniejszym czynnikiem przyczyniającym się do obserwowanych zmian mikrobioty (32,8%).

Jak model zwierzęcy potwierdza ryzyko osteoporozy u potomstwa?

Aby lepiej zrozumieć długoterminowe skutki tych zmian, naukowcy przeprowadzili badania na modelu zwierzęcym, podając ciężarnym szczurom prednizon w dawce klinicznej (0,25 mg/kg dziennie) przez cały okres ciąży. Model ten potwierdził wyniki kliniczne i pozwolił na zbadanie długoterminowych skutków dla szczytowej masy kostnej (PBM) u dorosłego potomstwa.

Chociaż nie zaobserwowano znaczących zmian w różnorodności alfa mikrobioty jelitowej w grupie eksponowanej na prednizon u szczurów, różnorodność beta była znacząco zmieniona. Zaobserwowano również zmniejszenie względnej liczebności korzystnych bakterii, takich jak Lactobacillus intestinalis i Clostridium butyricum.

U samic potomstwa z grupy eksponowanej na prednizon zaobserwowano znaczne zmniejszenie długości kości udowej, długości pierwotnego centrum kostnienia, obwodu beleczek kostnych i obszaru mineralizacji, bez zmiany aktywności osteoklastycznej. Zmiany te utrzymywały się w życiu dorosłym, prowadząc do zmniejszenia PBM zarówno w 12, jak i 28 tygodniu po urodzeniu. Dalsze analizy wykazały, że samice potomstwa w grupie eksponowanej na prednizon wykazywały znacznie obniżoną ekspresję mRNA genów markerowych osteogenezy (Runx2, Alp, Col1a1, Ocn) i zmniejszoną ekspresję białka RUNX2 w tkance kostnej, zarówno przed, jak i po urodzeniu.

Co ciekawe, rozwój kości i PBM u męskiego potomstwa nie wykazywały istotnych zmian. Te wyniki wskazują, że zmiany w składzie mikrobioty jelitowej matki wywołane prednizonem hamują różnicowanie osteoblastów, upośledzają rozwój kości długich i zmniejszają PBM u żeńskiego potomstwa, nie wpływając na potomstwo męskie.

Czy mikrobiota i jej metabolity mogą odwrócić negatywne skutki prednizonu?

Aby zbadać związek między zmianami w składzie mikrobioty jelitowej matki a zmniejszoną funkcją osteogenną i PBM u żeńskiego potomstwa, przeprowadzono eksperyment z przeszczepieniem mikrobioty kałowej matki (FMT). Grupa FMT-PPE wykazywała rzadsze, cieńsze i bardziej rozproszone beleczki kostne, wraz ze zmniejszonym stosunkiem objętości kości do objętości tkanki (BV/TV), grubością beleczek (Tb. Th) i liczbą beleczek (Tb. N) oraz zwiększoną separacją beleczek (Tb. Sp) w porównaniu z grupą FMT-CON. Dodatkowo, poziomy ekspresji genów markerowych osteogenezy (Runx2, Alp, Col1a1, Ocn) i ekspresja białka RUNX2 były znacząco zmniejszone. Wyniki te sugerują, że zmiany w składzie mikrobioty jelitowej matki przyczyniają się do zahamowania różnicowania osteoblastów, dysplazji kości długich i zmniejszenia PBM u żeńskiego potomstwa szczurów eksponowanych na prednizon.

Kluczowym odkryciem było zidentyfikowanie daidzeiny (DAI) – metabolitu mikrobioty matczynej – jako potencjalnego celu interwencji. Niekierowane profilowanie metabolomiczne surowicy matki i płodu wykazało, że poziomy DAI były znacznie zmniejszone zarówno w surowicy matki, jak i płodu w grupie eksponowanej na prednizon, z podobnymi zmniejszeniami poziomów DAI obserwowanymi w tkance kości długich żeńskich płodów. DAI, wolny izoflawon, może przenikać przez łożysko i wpływać na rozwój płodu.

Dalsze analizy wykazały pozytywną korelację między względną liczebnością Lactobacillus w mikrobiocie jelitowej matki a poziomami DAI w tkance kostnej płodu. Prednizon zmieniał szlaki metaboliczne Lactobacillus/Bifidobacterium, a aktywność β-glukozydazy (β-GC) w mikrobiocie jelitowej matki była znacznie zmniejszona w grupie eksponowanej na prednizon, bez znaczących zmian w aktywności β-galaktozydazy (β-GAL). Wyniki te sugerują, że zmniejszenie poziomów DAI w surowicy matki/płodu i tkance po ekspozycji na prednizon może być związane ze zmniejszoną aktywnością β-GC w mikrobiocie jelitowej matki.

Co najważniejsze, suplementacja DAI u ciężarnych szczurów znacząco odwróciła zmniejszenie poziomów DAI, zahamowanie różnicowania osteoblastów i zmniejszenie PBM w tkance kostnej dorosłego żeńskiego potomstwa. Te wyniki potwierdzają hipotezę, że DAI, metabolit pochodzący z mikrobioty, jest potencjalnym celem interwencji w zapobieganiu zahamowaniu różnicowania osteoblastów, rozwoju kości długich i zmniejszeniu PBM u żeńskiego potomstwa wywołanego przez prednizon.

Jakie mechanizmy molekularne kryją się za zahamowaniem osteogenezy?

Badacze zidentyfikowali również Hoxd12, gen czynnika transkrypcyjnego homeobox zaangażowany w rozwój układu szkieletowego, jako jeden z najbardziej znacząco obniżonych genów w grupie eksponowanej na prednizon. Ekspresja Hoxd12 pozostawała trwale zmniejszona w tkance kostnej żeńskiego potomstwa eksponowanego na prednizon, zarówno przed, jak i po urodzeniu.

Nadekspresja Hoxd12 w tkance kostnej po urodzeniu znacząco odwracała zahamowanie różnicowania osteoblastów i zmniejszenie PBM u żeńskiego potomstwa. Suplementacja DAI u ciężarnych szczurów znacząco przywracała zmniejszoną ekspresję mRNA i białka Hoxd12 w tkance kostnej. Wyniki te sugerują, że Hoxd12 pośredniczy w efektach matczynego metabolitu mikrobiomowego DAI na różnicowanie osteoblastów i PBM.

Na podstawie fizjologicznego stężenia DAI we krwi, zbadano wpływ DAI na ekspresję Hoxd12 i różnicowanie osteoblastów w pierwotnych mezenchymalnych komórkach macierzystych szpiku kostnego (BMSCs) pochodzących z kości długich potomstwa zarówno w grupie kontrolnej, jak i eksponowanej na prednizon. W porównaniu z CON-BMSCs, PPE-BMSCs wykazywały zahamowane różnicowanie osteoblastów i zmniejszoną ekspresję Hoxd12. Suplementacja DAI znacząco odwracała te efekty w PPE-BMSCs. Ponadto, wyciszenie Hoxd12 w PPE-BMSCs przeciwdziałało zwiększonemu różnicowaniu osteoblastów wywołanemu przez suplementację DAI.

Na poziomie molekularnym, DAI działa poprzez aktywację receptora estrogenowego β (ERβ), który przemieszcza się do jądra komórkowego i wiąże się z regionem promotora Hoxd12. DAI zwiększa ekspresję Kat6a poprzez aktywację ERβ, co prowadzi do zwiększenia poziomu acetylacji histonu H3K9 w rejonie promotora Hoxd12 i zwiększenia jego ekspresji.

Biorąc pod uwagę, że estrogen odgrywa rolę w rozwoju płodu wewnątrzmacicznego i ma działanie aktywujące na ERβ in vivo, w badaniu oceniono poziomy estrogenu w surowicy płodu i stwierdzono, że ekspozycja na prednizon nie miała znaczącego wpływu na poziomy estrogenu w surowicy żeńskich płodów szczurów. Eksperymenty in vitro wykazały ponadto, że ani prednizon, ani prednizolon nie miały znaczącego wpływu na ekspresję Hoxd12 w BMSCs. Obserwacje te wskazują, że zmniejszenie ekspresji Hoxd12 i PBM u żeńskiego potomstwa wywołane ekspozycją na prednizon nie jest związane z ekspozycją krwi płodu na estrogen, prednizon lub prednizolon.

Czy odkrycia badawcze zmienią podejście do terapii prednizonem?

Czy wyniki tego badania mogą zmienić podejście do leczenia prednizonem kobiet w ciąży? Autorzy sugerują, że dla kobiet ciężarnych z chorobami autoimmunologicznymi poddawanych leczeniu prednizonem, codzienne spożywanie pokarmów bogatych w izoflawony, takich jak produkty sojowe lub tofu, może pomóc zapobiec zaburzeniom homeostazy funkcji narządów u potomstwa.

Niedawny przegląd podkreślił, że ekspozycja na leki podczas ciąży może prowadzić do toksyczności rozwojowej u potomstwa, wpływając na wiele narządów i zwiększając podatność na różne choroby w wieku dorosłym. Różne narządy wykazują różną wrażliwość na ten sam lek. W obecnym badaniu ekspozycja na prednizon skutkowała zahamowaniem różnicowania osteoblastów i zmniejszeniem PBM u żeńskiego potomstwa, wraz ze zwiększoną syntezą lipidów w wątrobie, upośledzonym rozwojem neuronalnym hipokampa, zwiększoną syntezą steroidów w nadnerczach i dysplazją pęcherzyków jajnikowych. Wyniki te sugerują, że ekspozycja na prednizon zaburza homeostazę funkcjonalną wielu narządów, w tym kości długich, wątroby, hipokampa, nadnerczy i jajników u potomstwa.

Poziom DAI w surowicy żeńskich niemowląt pozytywnie koreluje z ich masą urodzeniową. Co więcej, suplementacja matczyna DAI odwracała wywołane prednizonem zmniejszenie PBM i zmiany funkcjonalne w wielu narządach, w tym syntezę lipidów w wątrobie, rozwój neuronalny hipokampa, syntezę steroidów w nadnerczach i rozwój pęcherzyków jajnikowych. Wyniki te wskazują, że suplementacja matczyna DAI skutecznie promuje rozwój płodu i zapobiega podatności na wiele chorób u potomstwa po urodzeniu.

Badanie to ustanawia związek między mikrobiotą a osią rozwoju kości, zapewniając nowy cel dla strategii zapobiegania osteoporozie. Innowacyjne badanie DAI jako kandydata terapeutycznego wykazało jego potencjał translacyjny w zapobieganiu osteoporozie pochodzenia płodowego.

Autorzy podkreślają jednak, że ponieważ DAI jest fitoestrogenem, istnieją uzasadnione obawy, że może działać jako dysruptor endokrynny i wpływać na homeostazę zdrowia potomstwa. Dlatego przy suplementacji matek DAI kluczowe jest ścisłe kontrolowanie dawki i dynamiczne monitorowanie poziomów DAI we krwi matki, aby uniknąć niekorzystnych skutków dla płodu spowodowanych nadmierną suplementacją.

Jakie wyzwania stoją przed przyszłymi badaniami klinicznymi?

Istnieje kilka ograniczeń w obecnym badaniu. Po pierwsze, wpływ terapii prednizonem na rozwój kości długich płodu został oceniony poprzez retrospektywne badanie kontroli przypadków, a wpływ terapii prednizonem na poporodową akumulację masy kostnej u potomstwa nie został zbadany ze względu na długą latencję chorób pochodzenia płodowego. Przyszłe badania będą wykorzystywać współpracę wielodyscyplinarną między położnictwem, żywieniem, pediatrią i ortopedią, w połączeniu z wieloośrodkowymi klinicznymi badaniami kohortowymi, aby zbadać związek między terapią prednizonem a poporodową akumulacją masy kostnej u potomstwa.

Po drugie, chociaż eksperymenty in vivo i in vitro sugerują, że suplementacja matczyna DAI jest skuteczną strategią zapobiegania zmianom homeostazy wielonarządowej u potomstwa, konieczne są dalsze badania kliniczne z większą liczbą pacjentów, aby potwierdzić bezpieczeństwo i skuteczność tego podejścia.

Badanie to dostarcza pierwszych dowodów na to, że ekspozycja na prednizon zmniejsza poziomy metabolitu mikrobioty matczynej DAI poprzez zmianę składu mikrobioty jelitowej matki (np. Lactobacillus) i hamowanie aktywności β-GC. Wynikające z tego zmniejszenie poziomów DAI we krwi płodu indukuje niskie programowanie funkcjonalne Hoxd12, prowadząc do zahamowania różnicowania osteoblastów, dysplazji kości długich i zmniejszenia PBM.

In vitro potwierdzono, że DAI wywiera swoje efekty poprzez aktywację ERβ, który zwiększa ekspresję KAT6A. To z kolei zwiększa poziomy acetylacji H3K9 i ekspresję Hoxd12, promując różnicowanie osteoblastów. Ponadto eksperymenty in vivo wykazały, że suplementacja matczyna DAI podczas ciąży nie tylko skutecznie zapobiegała zahamowaniu różnicowania osteoblastów, zmniejszeniu PBM i podatności na osteoporozę u żeńskiego potomstwa eksponowanego na prednizon, ale także łagodziła dysfunkcję innych narządów, w tym wątroby, hipokampa, nadnerczy i jajników.

Sugeruje się, że suplementacja metabolitów mikrobioty jelitowej podczas ciąży może służyć jako skuteczna strategia zapobiegania i łagodzenia zmian rozwojowych płodu wywołanych prenatalną ekspozycją na glikokortykosteroidy, aby podkreślić znaczenie optymalizacji mikrośrodowiska matczynego podczas ciąży.

Podsumowanie

Najnowsze badania pokazują istotny związek między przyjmowaniem prednizonu w czasie ciąży a rozwojem układu kostnego u potomstwa płci żeńskiej. Kluczowym odkryciem jest rola mikrobioty jelitowej matki i jej metabolitów, szczególnie daidzeiny (DAI). Prednizon zmienia skład mikrobioty jelitowej, co prowadzi do obniżenia poziomu DAI, zaburzając rozwój kostny u płodów żeńskich. Badania na modelach zwierzęcych wykazały, że suplementacja DAI może skutecznie przeciwdziałać negatywnym skutkom prednizonu, przywracając prawidłowy rozwój kostny poprzez aktywację szlaku ERβ-Hoxd12. Odkrycia te otwierają nowe możliwości terapeutyczne, sugerując, że odpowiednia dieta bogata w izoflawony może pomóc w zapobieganiu zaburzeniom rozwoju kostnego u potomstwa kobiet przyjmujących prednizon podczas ciąży.