ll periodo periconcezionale, riproduzione e salute a lungo termine della prole: l’importanza del metabolismo del ciclo del’1-Carbonio.

I problemi di ridotta salute riproduttiva tra le popolazioni umane sono in gran parte attribuibili alla riproduzione in età avanzata, ma sono anche dovute in parte a cambiamenti nell’alimentazione e nello stile di vita e a predisposizioni genetiche.
Circa il 15% delle coppie che pianificano una gravidanza sperimentano la subfertilità durante il primo anno di rapporti non protetti. Inoltre, molte coppie sperimentano fallimenti riproduttivi che comprendono fallimento dell’impianto (30%), interruzione precoce della gravidanza (30%), aborto spontaneo clinico (10%), malformazioni congenite nei neonati (5%) e complicanze placentari, come limitazione della crescita fetale (10%); tutti questi eventi hanno origine durante il periodo periconcezionale La malnutrizione disturba diverse vie metaboliche. In particolare tra queste le vie metaboliche a un carbonio (1-C) . Questi percorsi forniscono gruppi metilici tramite i cicli collegati folato-metionina per l’uso in processi critici come sintesi del DNA e biosintesi di fosfolipidi e proteine.
Purtroppo, la consapevolezza di questi problemi tra il gruppo target delle donne, ma anche tra gli operatori sanitari, è ancora scarsa. La prevalenza e la gravità delle menomazioni di questi percorsi sono in gran parte determinati da complesse interazioni tra sottili variazioni genetiche e nutrizione e stile di vita dei genitori .

In questo contesto generale si colloca la necessità di sviluppare una maggiore comprensione dei meccanismi per cui i disordini nel metabolismo 1-C prima e immediatamente dopo il concepimento influiscono sui processi di sviluppo.

Periodo perinatale e salute a lungo termine.
La concentrazione plasmatica di omocisteina (Hcy) è un marker sensibile di un metabolismo 1-C materno alterato. E’ importante il ruolo del folato nella patogenesi e prevenzione del tubo neurale difetti .
Si evidenziano sempre più prove di associazioni tra omocisteina materna elevata e prole nata piccola per l’età gestazionale e con cardiopatia congenita. Poiché l’omocisteina è anche correlata al rischio di malattie cardiovascolari, si è anche evidenziata una maggiore prevalenza di malattie cardiovascolari nei nonni di famiglie con bambini che mostrano la cardiopatia congenita; molti studi  associano lo stato di folati materni con malformazioni congenite nella prole e nelle complicanze placentari, come  preeclampsia e restrizione della crescita fetale.

Alimentazione, stile di vita, trattamento della fertilità, che disturbano il metabolismo dell’1-C durante il periodo periconcezionale possono avere quindi implicazioni sulla fertilità femminile e maschile e anche  sugli effetti a lungo termine, tra cui processi di sviluppo  alterati associati all’instaurazione della gravidanza e salute della prole.
Il periodo periconcezionale umano è stata una fase piuttosto trascurata e poco studiata del primo sviluppo umano, ma ha attirato maggiore attenzione negli ultimi anni riconoscendo l’importanza dello studio della fisiologia della riproduzione in chiave molecolare, comprese le modifiche epigenetiche al DNA che si verificano nell’ovocita durante il lungo periodo di sviluppo follicolare ovarico e quando i follicoli primordiali lasciano il loro stato di riposo e nella fase più attiva dello sviluppo follicolare ovarico, circa 14 settimane prima del concepimento, seguito dalla fase post-concepimento che dura fino a 10 settimane dopo.. Questo può rendere il gamete femminile sensibile alle influenze esterne come l’alimentazione materna e lo stile di vita.
E’ importante comunicare agli operatori sanitari e alle coppie che pianificano una gravidanza che questo periodo della riproduzione umana, così definito, è particolarmente sensibile all’ambiente e all’alimentazione dei genitori.
Inoltre le carenze dietetiche nei substrati e nei cofattori 1-C sono tamponati dalle riserve del corpo a vari livelli modo che nella pratica clinica la sequenza di fisiopatologia possono richiedere cambiamenti che si manifestano, a seguito della privazione di micronutrienti,  dopo diverse settimane o addirittura mesi .

Definizione del periodo periconcezionale  che descrive le cinque fasi dello sviluppo riproduttivo                                                                       

I processi consecutivi di spermatogenesi e spermiogenesi negli uomini durano in genere circa 10 settimane con finale maturazione degli spermatozoi nell’epididimo.

Nelle donne, i follicoli ovarici primordiali lasciano il loro stato di riposo circa 26 settimane prima del termine maturazione e ovulazione del follicolo antrale, ma una crescita follicolare estesa inizia a partire da circa 14 settimane prima dell’ovulazione. Dopo la fecondazione, le blastocisti espanse si attaccano all’epitelio endometriale intorno al giorno 6 e alla formazione del sinciziotrofoblasto che dal polo embrionale si osserva dal giorno 7 in poi. L’impianto della blastocisti viene completato durante la seconda settimana di sviluppo embrionale, sebbene il processo di placentazione continui per diverse settimane. La gastrulazione inizia durante la terza settimana, dando origine ai tre strati germinali, e porta al periodo organogenetico tra le settimane 4 e 10.

All’inizio di questo periodo si forma il tubo neurale seguito dallo sviluppo di tutti i principali sistemi di organi, culminando nella chiusura del palato secondario dell’embrione entro la decima settimana .
Il periodo periconcezionale nell’uomo presenta cinque fasi temporali dello sviluppo riproduttivo
I processi consecutivi di spermatogenesi e spermiogenesi negli uomini durano in genere circa 10 settimane con finale maturazione degli spermatozoi nell’epididimo. Immagine su ppt mia

La biochimica alla base del metabolismo 1-C

il 5,10-metilentetraidrofolato reduttasi (MTHFR) è un enzima cruciale nella via metabolica dei folati con un ruolo chiave nella generazione di gruppi metilici

L enzima MTHFR riduce il 5,10-metilenetetraidrofolato (5,10-metileneTHF) a 5-metilTHF, il principale donatore di carbonio per la produzione di metionina dall’omocisteina.
La vit B9 -acido folico è il substrato delle reazioni di metilazione (sintesi e regolazione DNA)
La Vit B12-cobalamina è un coenzima nelle reazioni di metilazione
La Vit B6 controlla i livelli di omocisteina e fa da enzima per la trasformazione dell’omocisteina in Glutatione
SAM, S-adenosilmetionina produce e rende disponibili i gruppi metilici -CH3 per la metilazione del DNA
Gli SNP dell’MTHFR (polimorfismo a singolo nucleotide della metilentetraidrofolato reduttasi) possono avere una capacità ridotta di fornire 5MTHF (5 metilenetetraidrofolato), necessario per rigenerare l’omocisteina
La metilazione del DNA è il meccanismo più studiato della regolazione epigenetica. Vi sono sempre più evidenze che la metilazione del DNA è labile in risposta alle influenze nutrizionali e ambientali.
Le alterazioni nei profili di metilazione del DNA possono portare a cambiamenti nell’espressione genica, con conseguenti fenotipi diversi e con un potenziale di aumento del rischio di malattia.
Per il processo di metilazione del DNA il principale donatore di metile è la S-adenosilmetionina (SAM), che si genera durante il processo cellulare ciclico chiamato metabolismo di 1-Carbonio. Tale ciclo è catalizzato da diversi enzimi, in presenza di micronutrienti dietetici, tra cui acido folico, colina, betaina e altre vitamine del gruppo B.
Fondamentalmente, il metabolismo 1-C fornisce frazioni essenziali per la sintesi di DNA, poliammine, fosfolipidi,creatina e proteine e metilazione del DNA e degli istoni tramiteS-adenosilmetionina (SAM). Nutrienti specifici, come la colina (betaina), metionina, acido folico, vitamina B12 (B12; cobalamina) e vitamina B6, agiscono come substrati o cofattori nella sintesi e metilazione di queste sostanze.
La principale forma circolante di folato nel sangue è il 5-metil-tetraidrofolato (5mTHF), che insieme alla Vitamina B12 è uno dei più importanti donatori di metili nel metabolismo 1-C per la formazione della metionina. La frazione 1-C di 5 mTHF è utilizzato dall’enzima cobalamina-dipendente metionina sintasi (MTR) e metionina sintasi reduttasi (MTRR) per rimetilare l’omocisteina in metionina.
Disordini periconcezionali nel metabolismo di un carbonio
il metabolismo dell’1-C è regolato da molti dei suoi substrati, cofattori e intermedi con lo scopo principale di mantenere condizioni di transmetilazione ottimali in modo tale che, ad esempio, quando i livelli di B12 intracellulare sono esauriti e quindi l’attività MTR/MTRR è ridotta, i folati rimangono intrappolati, ciò consiste in una carenza di vitamina B12 che non permette la trasformazione dei folati che rimanendo nella forma di 5-metilfolato non sono utilizzabili, portando così ad un calo dei folati intracellulari. Inadeguatezze dietetiche nelle vitamine del gruppo B sono un problema crescente sia nei soggetti dei paesi sviluppati che in quelli in via di sviluppo , portando ad un aumento dell’omocisteina plasmatica.
Rischio genetico cioè sottili variazioni genetiche, in particolare MTHFR 677, insieme a etnia, sesso, età e disfunzione epatica e renale sono considerati fattori costituzionali che sono anche associati da moderata a grave iperomocisteinemia
Iperomocisteinemia e fallimenti riproduttivi
E’ stata segnalata un’ampia gamma di associazioni tra folati, iperomocisteinemia e fallimenti riproduttivi, come subfertilità, sindrome dell’ovaio policistico (PCOS), aborti spontanei, malformazioni congenite, ritardo della crescita fetale, pre-eclampsia e malattie cardiovascolari più tardi nella vita.
Gli squilibri nel metabolismo 1-C durante il periodo periconcezionale possono anche portare a disturbi della gametogenesi, della fecondazione, dell’impianto, dell’embriogenesi e placentazione con conseguenze per la salute a lungo termine nel presente e nel futuro generazioni
Vi sono anche prove emergenti che alterazioni del metabolismo di 1-C,portando all’iperomocisteinemia, può disturbare lo sviluppo degli spermatozoi e degli ovociti, la fecondazione e lo sviluppo dell’embrione prima dell’impianto. I medici sono quindi incoraggiati ad affrontare i determinanti modificabili del metabolismo 1-C nella diagnosi di pazienti con insufficienza riproduttiva.
negli individui con varianti geniche legate ai geni coinvolti nel ciclo dell’1C il riscio genetico si associa a livelli a una serie di problemi riproduttivi tra cui PCOS, aborti ricorrenti, malformazioni e preeclampsia.
Donne con varianti chiave del gene MTHFR, come il genotipo CC di MTHFR A1298C, hanno meno probabilità di portare a termine una gravidanza in seguito a riproduzione assistita.
Vi è riscontro di una maggiore possibilità di gravidanza nelle coppie sottoposte a fecondazione in vitro o ICSI e che aderiscono ad una dieta preconcepimento di tipo mediterraneo, cioè una dieta ricca folati e B12 derivati da ortaggi, frutta e molluschi.
Nelle donne e nelle specie animali  livelli nel liquido follicolare dei metaboliti 1-C (in particolare l’omocisteina) correlano con una serie di disturbi riproduttivi e con gli esiti della gravidanza. Nell’ambito della riproduzione assistita, la risposta ovarica al trattamento con gonadotropine è sensibile a livelli di folato alimentare, B12 e altri substrati 1-C e cofattori. Di conseguenza, dovrebbe essere preso in considerazione lo stato delle coppie  rispetto alla fornitura di questi micronutrienti essenziali nella dieta.

Spermatogenesi, spermiogenesi e fertilità maschile
Minori ricerche sono state effettuate sull’uomo per valutarne gli effetti sulla riproduzione maschile.
Un miglioramento del numero e della motilità degli spermatozoi e una diminuzione del numero di cellule rotonde dopo somministrazione giornaliera di folico acido negli uomini subfertili Le basse concentrazioni di folati nel plasma seminale sono associate ad aumento del danno al DNA spermatico negli uomini fertili.

L’enzima MTHFR ha una doppia funzione nella regolazione del flusso di unità 1-C in metionina e quindi nella biosintesi del DNA, favorisce il flusso di 5,10 mTHF riduce l’incorporazione errata dell’uracile DNA in presenza di adeguati livelli di folati. La variante polimorfica comune di MTHFR(es. C677T) funziona meno bene per cui varianti geniche, polimorfismi dell’MTHFR hanno importanti implicazioni per il metabolismo dell’1C coinvolto nei processi di metilazione del DNA ed è possibile che modifiche epigenetiche di metilazione al DNA possano verificarsi in geni importanti per lo sviluppo delle cellule germinali e somatiche all’interno del testicolo fetale e adulto.
Le carenze nello stato della vitamina B negli uomini portano a un basso numero di spermatozoi, in particolare in soggetti portatori di varianti dell’allele di rischio. Questo può essere parzialmente trattato con la dieta e l’integrazione con adeguate vitamine del gruppo B. Una bassa concentrazione spermatica e una scarsa vitalità degli spermatozoi si può presentare a causa di danni al DNA, le prove emergenti nei modelli animali indicano anche alterazioni epigenetiche alla metilazione del DNA, che può avere conseguenze sullo sviluppo a lungo termine .
L’insulina inibisce la trascrizione del gene CBS codificante l’enzima di transsolforazione  a seguito delle conseguenze della dieta materna sulla regolazione metabolica dello sviluppo eventi che si verificano nelle cellule germinali all’interno dell’ovaio e nell’embrione preimpianto ,le carenze dietetiche nei substrati e cofattori 1-C lo sono tamponate dalle riserve intracellulari immagazzinate in diversi tipi di tessuto , di conseguenza, la sequenza di cambiamenti fisiopatologici che si verificano in seguito alla privazione di micronutrienti potrebbero essere necessarie diverse settimane o mesi per manifestarsi.
Si può ipotizzare, quindi, che l’assunzione materna di folati e altri metaboliti 1-C nei giorni e nelle settimane precedenti al concepimento possono influenzare significativamente la riserva di questi nutrienti nell’ovocita e le cellule somatiche circostanti del follicolo periovulatorio.
L’embrione in fase di divisione dipende fortemente dalle riserve di folati ridotti
acquisiti durante il periodo di crescita degli ovociti, infatti nel preimpianto l’embrione dipende in gran parte dalle riserve ovocitarie di substrati 1-C e cofattori, questo enfatizzerebbe l’importanza dell’ assunzione di cibi, come verdura, frutta e noci, che sono ricchi di 1-C metaboliti alle future madri.
Carenze di vitamina B nelle donne, che portano a un aumento del liquido follicolare delle concentrazioni di omocisteina, alterando la qualità degli ovociti e riducendo il successo di procedure di riproduzione assistita come la fecondazione in vitro.
Impianto e valori di omocisteina alterati
Il fabbisogno di metionina durante la normale gravidanza umana è stato studiato e la cinetica del suo metabolismo, compreso il suo tasso di transmetilazione e transsolforazione; nelle donne durante i diversi stadi di gestazione vi è una richiesta relativamente elevata di metionina .
l’adattamento materno all’impianto inizia durante la fase proliferativa del ciclo mestruale ciclo, che inizia diversi giorni prima dell’ovulazione e della fecondazione, e continua durante la fase secretoria, durando circa 13 giorni, dove è importante l’adattamento ai processi di decidualizzazione dell’endometrio e un significativo grado di rimodellamento vascolare e di angiogenesi prima dell’impianto. l’invasione del trofoblasto umano inizia intorno al giorno 8 dopo la fecondazione, queste primissime fasi di adesione della blastocisti e successiva invasione dell’endometrio sono importantissimi per il proseguimento della gravidanza. Livelli fisiopatologici di di omocisteina inducono un processo di distacco cellulare e apoptosi nelle cellule trofoblastiche umane. Una lieve iperomocisteinemia nelle donne è associata a recidiva interruzione precoce della gravidanza e vascolarizzazione dei villi coriali difettosa.
I meccanismi attraverso i quali questi complessi effetti biologici insorgono comportano un eccessivo stress ossidativo. E ‘noto che le specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto, compreso il nitrico ossido, superossido e perossinitrito, partecipano all’invasione del trofoblasto e a determinare la successiva vasculogenesi durante lo sviluppo dell placenta. Solo quando lo stress ossidativo e nitrativo aumenta queste molecole portano a un’invasione di trofoblasti difettosa, caratteristica di una serie di condizioni patologiche inclusa la preeclampsia
L’omocisteina è nota promuovere la produzione di specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto per ridurre le attività di enzimi antiossidanti come superossido dismutasi, catalasi e GSH perossidasi nelle cellule endoteliali cardiache e aortiche e potrebbe farlo anche durante l’invasione dello stroma endometriale da parte del sinciziotrofoblasto.
Disturbi ipertensivi della gravidanza possono essere legati al metabolismo materno 1-C e altri micronutrienti correlati compresi gli acidi grassi polinsaturi omega-3 a catena lunga durante la fase iniziale della gestazione. L’iperomocisteinemia nelle donne è associata a recidiva interruzione precoce della gravidanza e complicazioni ipertensive compresa la preeclampsia. Un eccessivo stress ossidativo e apoptosi associata come meccanismi contributivi sottostanti si può tentare di controllarli con l’aggiunta di livelli fisiologici di acido folico e antiossidanti.
Programmazione epigenetica e sviluppo a lungo termine
Il concetto che l’alimentazione materna durante la gravidanza può interferire con il benessere a lungo termine della prole è nato da una coorte retrospettiva studi di Barker (1986) in esseri umani adulti. Numerosi studi sugli animali condotti da allora  sono stati istruttivi nel migliorare la comprensione dei meccanismi alla base di questo fenomeno.

Ad esempio, la prima dimostrazione che limitava la fornitura dietetica di substrati e cofattori 1-C intorno al momento del concepimento potrebbe portare a epigenetica alterata a livello del genoma con modifiche alla metilazione del DNA nella prole e conseguenti  implicazioni a lungo termine per la salute della prole. Prove emergenti dagli studi sull’uomo per indicare che squilibri nel metabolismo 1-C possono portare a epigenetica a lungo termine modifiche alla metilazione del DNA nei bambini, che possono estendersi oltre le alterazioni associate del peso alla nascita per influenzare a lungo termine il benessere.
La programmazione epigenetica periconcezionale coinvolge la salute a lungo termine, e questa considerazione dovrebbe essere presa in considerazione anche gli effetti della dieta dei genitori durante il concepimento .
Quindi danni nel metabolismo 1-C portando a modificazioni epigenetiche alla metilazione del DNA forniscono una spiegazione meccanicistica per  alcune associazioni tra insufficienza riproduttiva, malattie legate all’età e modificazioni indotte da fattori nutrizionali e stile di vita.

Per i clinici e per gli scienziati il periodo periconcezionale, quindi, rappresenta un lasso di tempo in sviluppo degno di ulteriore studio, in particolare rispetto al miglioramento delle cure preventive. Ciò comporterà una riduzione di morbilità e mortalità perinatali, miglioramento della salute a lungo termine e benessere, e sostanziali riduzioni dei costi sanitari.

Da Hum Repr Update, Vol.19, No.6- 2013