Silvia Pisaneschi, MD, PhD

Department of Reproductive Medicine and Child Development, University of Pisa

Institute of Life Sciences, Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa

Institute of Clinical Physiology, National Research Council, Pisa

Noxygen Science Transfer & Diagnostics, 79215 Elzach, Germany

None of the other authors have conflicts of interest

F.A.L. STRIGINI, M.D., A. M. SANCHEZ, Ph.D., A. RIPOLI, Ph.D., P. GHIRRI, M.D., A.

BOLDRINI, M.D., B. FINK, M.D., A. R. GENAZZANI, M.D., PhD., F. COCEANI, M.D.,

T. SIMONCINI, M.D., Ph.D.

FETO-PLACENTAL ENDOTHELIAL DYSFUNCTION DURING

FETAL GROWTH RESTRICTION AS PRENATAL DETERMINANT

OF CARDIOVASCULAR DISEASES LATER IN LIFE

‘Programming' o 'imprinting‘ metabolico

Introduzione

Le cellule endoteliali sono

primariamente coinvolte nella

regolazione del tono vascolare

…tale disfunzione della cellula endoteliale può essere correlata con:

un’alterazione genica nell’assetto dei sistemi vasoattivi

un’alterazione della secrezione dell’ossido nitrico

Ipotesi:

Un’alterata funzione della cellula

endoteliale dei vasi ombelicali può

essere responsabile dell’alterata

regolazione del flusso circolatorio

fetale alla base della ridotta crescita

intrauterina

risposta permanente ad un insulto, occorso

in un periodo vulnerabile di sviluppo.

Recentemente è stato suggerito che fattori riscontrati in utero possono determinare il pattern

di sviluppo e la suscettibilità individuale alle malattie cardiovascolari in età adulta.

Scopo 1 dello studio:

IDENTIFICARE I MECCANISMI PATOGENETICI DEL RITARDO DI CRESCITA

INTRAUTERINO

Diversi dati epidemiologici sembrano indicare la possibile associazione tra basso peso alla nascita ed un aumentato rischio di patologie cardiovascolari e metaboliche durante l’età adulta

È POSSIBILE CHE L’EVENTUALE ALTERAZIONE GENICA ALLA BASE

DELL’ALTERATA REGOLAZIONE DEL FLUSSO CIRCOLATORIO IN CASO DI

CRESCITA FETALE RIDOTTA INDUCA MANIFESTAZIONI REATTIVE

ADATTATIVE

TALI MANIFESTAZIONI POSSONO RAPPRESENTARE UN ELEMENTO DI

RISCHIO PER LE PATOLOGIE CARDIOVASCOLARI DELL’ETÀ ADULTA

Scopo 2 dello studio:

IDENTIFICARE FIN DALLA NASCITA I POSSIBILI MARCATORI DI

QUESTA ALTERAZIONE

Possibilità di correggere per tempo l’alterazione stessa

Previsione di possibili strumenti per la prevenzione delle manifestazioni cardiovascolari e metaboliche

Scopo finale dello studio:

PREVENIRE IL RITARDO NELLA CRESCITA FETALE IDENTIFICANDO PER

TEMPO LE ALTERAZIONI DELLA FUNZIONE VASCOLARE ED

EVENTUALMENTE INTRODURRE METODI CORRETTIVI

Protocollo 1 : Gruppi di studio

a) Neonati normali (>10th -75th centile of growth)

b) Neonati ristretti (3rd - <10th centile of growth)

ESPRESSIONE E ATTIVITA’ DI eNOS E RILASCIO DI NO

ESPRESSIONE DI GENI RILEVANTI PER LA FUNZIONE ENDOTELIALE

NO, S-NOHb e ADMA NEI VASI OMBELICALI

NO e S-NOHb SU SANGUE NEONATALE A 0, 24 E 72 ORE DALLA NASCITA

ANALISI DELL’EMODINAMICA FETO-PLACENTARE CON LA VELOCIMETRIA

DOPPLER

ESTRAZIONE DELLE CELLULE ENDOTELIALI DALLA VENA OMBELICALE (HUVEC):

Protocollo 2: Procedure

Materiali e Metodi

I nostri risultati dimostrano che esiste una specifica disfunzione endoteliale nella sintesi di NO in caso di FGR

S. Pisaneschi et al, PLoS One. 2012

0.0

BW

(centiles) 75th - 25th <25th - 10th <10th - 3rd < 3rd

eN

OS

activity

(pm

ol /

mg

/m

in)

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

150

125

100

75

0

50

25

eNOS activity

* *

* *

* *

NO

2

(nm

ol/

mil

lio

n c

ell

s)

eNOS

β-Actin

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

* **

* eN

OS

/β

-acti

n

rati

o

75th - 25th <25th - 10th <10th - 3rd < 3rd

IL1B IL8 KDR THBS1 ECGF1

10.0

7.5

5.0

2.5

12.5

0.0

Angiogenesis

***

* ** * ***

B

ACE1 ACE2 AGTR2 iNOS PTGS2 eNOS

12.5

0.0

15.0

10.0

7.5

5.0

2.5

Hemodynamic control

** *** **

**

** *

A

Un

it

(un

kn

ow

n /

kn

ow

n g

en

e r

ati

o)

D 15.0

12.5

10.0

7.5

2.5

17.5

0.0

5.0

* **

***

*

**

**

*

* *** *

ICAM3 VCAM1 ITGB1 TNSF10 FASLG BLR1 CDH5 ANXA5 SELL PECAM1

Inflammatory/Adhesion molecules

Un

it

(un

kn

ow

n /

kn

ow

n g

en

e r

ati

o)

Extracellular matrix

MMP1 MMP2 COL18A TIMP1 PF4

50

0

60

40

30

20

10

**

** *

*

**

C

Un

it

(un

kn

ow

n /

kn

ow

n g

en

e r

ati

o)

Un

it

(un

kn

ow

n /

kn

ow

n g

en

e

rati

o)

GENE EXPRESSION IN HUVECs

< 10th CENTILE vs 75th-25th CENTILE

Blood pressure-related

genes ↑ vasodilatation ↓ vasoconstriction

Angiogenesis-related

genes ↓ angiogenic factors ↑ anti-angiogenic factors

Extracellular matrix

molecules-related genes ↓metalloproteinases ↑inhibitorof metalloproteinases

Adhesion molecules-

related genes ↑ inflammatory/adhesion molecules

… che esiste uno specifico fenotipo endoteliale in relazione alla programmazione genica in caso di FGR

S. Pisaneschi et al, PLoS One. 2012

Cosa aggiungono questi dati a quanto già noto?

1. IL RUOLO DEL SISTEMA NO NELLE GRAVIDANZE COMPLICATE DA FGR È STATO

FINORA CONTROVERSO

2. ANALISI DETTAGLIATA DEL

SISTEMA NO E DELLA GENOMICA

APPLICATI AL FGR

6. VIENE SUGGERITO UN RE-PROGRAMMING DEL SISTEMA NO IN EPOCA POST-

NATALE

3. La risposta all’ischemia è maggiore :

NEL FLUSSO OMBELICALE VERSO IL

FETO (per un meccanismo di compenso) E

IN CASO DI ALTERAZIONI

EMODINAMICHE FETO-PLACENTARI

Il concetto principale è che l'ipossia fetale in caso di FGR (< 10° centile) possa essere dovuta ad una riduzione

dei livelli fetali di NO. È possibile che molteplici fattori eziopatogenetici inducano una risposta compensatoria all’

ipossia fetale

4. L’attivazione compensatoria del sistema NO

E’ MENO EFFICACE IN CASO DI GRAVE

FGR ASIMMETRICO

5. Anche in presenza di una parziale restrizione della crescita (25°-10° centile), gli elevati livelli di NO

nella vena ombelicale sembrano suggerire un’iniziale ischemia feto-placentare.

Cosa indicano questi dati ai clinici perinatologi ?

Durante le prime 24 ore, i neonati con FGR sono “iperattivi" nei mutamenti

adattativi del sistema NO. Questo è dimostrato dalle elevate concentrazioni di NO

dopo 24 ore, che suggeriscono un mantenimento della risposta adattativa

(upregulation) del sistema NO.

D’altra parte, i bassi livelli di NO, riscontrati a 72 ore dalla nascita in neonati con

FGR, suggeriscono una successiva down-regulation del sistema NO.

POSSIBILE IMPRINTING SFAVOREVOLE DELLA

FUNZIONE ENDOTELIALE IN EPOCA TARDIVA CON

CONSEGUENTE AUMENTO DEL RISCHIO

CARDIOVASCOLARE IN ETÀ ADULTA

*

0 24 72 Hr.

* *

Quali spunti danno questi dati alle prossime ricerche ?

Il sistema NO rappresenta una nuova area di ricerca in relazione alla

crescita intrauterina ed all’adattamento peri-natale del feto

In caso di FGR, la down-regulation del sistema NO evidente a 72 ore dalla nascita può essere

persistente

Follow up a 3 mesi e oltre

NUOVE STRATEGIE TERAPEUTICHE che possono migliorare l’adattamento perinatale POTENZIALI MISURE PREVENTIVE PER L’ETA’ ADULTA

Riduzione dei livelli fetali di NO è alla base dell'ipossia fetale in caso di FGR

POSSIBILITÀ DI PERSONALIZZARE TERAPIE SOSTITUTIVE

Free radical

scavenging

NEL PERIODO NEONATALE

Inhaled NO

therapy

L-arginine administration

BH4 supplementation

IN UTERO

Grazie per l’attenzione!