倹約的な表現型

倹約表現型とは、新生児の低出生体重と、その後の人生で2型糖尿病や心血管疾患などのメタボリックシンドロームを発症するリスク増加との相関関係を指します。^[1]幼少期の栄養不足がこの仮説の重要な推進要因であると考えられていますが、身体活動不足など、他の環境要因が感受性に果たす役割が調査されてきました。遺伝子もこれらの疾患の感受性に役割を果たしている可能性があり、遺伝子は個人を疾患リスク増加につながる要因にかかりやすくする可能性があります。^[2]

倹約表現型という用語は、1992年に発表された研究でチャールズ・ニコラス・ヘイルズとデビッド・バーカーによって初めて造られました。 ^[3]この研究では、著者らはこれまでの文献をレビューし、2型糖尿病におけるさまざまな要因の役割に関する5つの中心的な疑問に取り組み、それに基づいて仮説を立てました。これらの疑問には以下が含まれます。

1. 2 型糖尿病におけるβ 細胞欠損の役割。
2. ベータ細胞の欠乏がインスリン不耐性に寄与する程度。
3. 胎児の成長における主要な栄養素の役割。
4. 成長制限のある新生児における異常なアミノ酸供給の役割。
5. 不可逆的な欠陥のあるベータ細胞の成長における栄養失調の役割。

既存の文献をレビューした結果、胎児期および新生児期の栄養状態が悪いと、膵島の構造的特徴に影響を及ぼし、膵臓ベータ細​​胞の発達と適切な機能が妨げられ、その結果、後年2型糖尿病を発症しやすくなる可能性があると研究者らは推測した。しかし、2型糖尿病の決定要因として、肥満、加齢、運動不足などの他の原因を排除しなかった。^[4]

その後の研究で、Barkerら^[5]は英国ハートフォードシャー州の生存患者データを分析し、低出生体重（2.95kg以下）の60代男性は、出生体重が4.31kg以上の同年齢の男性よりもシンドロームX（2型糖尿病、高血圧、高脂血症）を発症する可能性が10倍高いことを発見しました。この統計的相関は、妊娠期間や、現在の社会階級または出生時の社会階級、喫煙、飲酒などの他の考えられる交絡因子とは無関係でした。さらに、彼らは、生存患者のみをサンプリングできたこと、シンドロームXの症状がより重篤な患者はその年齢まで生存する可能性が低いことから、この関連性を過小評価している可能性が高いと主張しました。

1994年にフィリップスら^[6]は 、出生時のやせ（ポンデラル指数として測定）とインスリン抵抗性の間に統計的に有意な関連性があることを発見しました。この関連性は、妊娠期間の長さ、成人のBMI、当時の社会階級や出生時の社会階級などの交絡因子とは無関係でした。

2001年、ヘイルズとバーカー^[7]は、倹約的な表現型は進化的適応である可能性があると仮説を更新しました。倹約的な表現型は、胎児の栄養失調に反応して、体のより重要な臓器を選択的に保存し、資源が不足する 出生後の環境に胎児を準備します。

母親の栄養は、栄養不良の環境で胎児の発達に影響を与え、その環境で生き残るための準備をさせる。その結果、倹約的な表現型が生まれる（Hales & Barker, 1992 ^{[8] [9]} ）。これは、 1990年にこの理論を発表したサウサンプトン大学の研究者、デイビッド・JP・バーカー教授にちなんで、バーカー仮説と呼ばれることもある。 ^[10]

倹約的表現型仮説は、幼少期の代謝適応が環境の刺激に応じて適切な成長軌道を選択することで生物の生存に役立つというものです。この例としては、2 型糖尿病があります。Barker と Hales はレビューで、胎児の発育中の栄養失調によりベータ細胞が異常に発達し、後年インスリン異常を引き起こすという証拠について論じています。また、レビューでは、低出生体重だけでは必ずしも倹約的表現型の現れであるとは限らないことにも言及しています。低出生体重は母親の栄養失調だけが原因ではないため、他の要因が低出生体重と疾患の関係に影響を与える可能性があります。^[8]

倹約表現型という用語が作られる以前から、バーカーは心血管疾患の現象に気づいていた。彼は講義論文で、閉塞性肺疾患（現在は慢性閉塞性肺疾患[COPD] として知られている）、虚血性心疾患、血圧における胎児発育中の栄養失調の役割について論じている。これらの疾患のそれぞれにおいて、社会階級と疾患の発症率との関連が認められた。これは、子宮内の臓器発達の重要な時期における栄養失調の問題によるものと判断された。^[11]

しかし、発達初期の環境変化により、選択された軌道が不適切になり、健康に悪影響を与える可能性があります。このパラドックスにより、倹約表現型が人間の子孫に適応的であるかどうかについて疑問が生じます。したがって、倹約表現型は、すべての子孫が初期の個体発生発達中に環境の合図に反応する能力として考えるべきでしょう。倹約表現型は、母親の影響、ニッチ構築、発達の可塑性という 3 つの異なる適応プロセスの結果であると示唆されており、これらはすべて脳の影響を受けます。発達の可塑性は子孫による適応を示していますが、ニッチ構築と親の影響は、子孫の適応度ではなく親の選択の結果です。したがって、倹約表現型は、母親の適応度に利益をもたらすために子孫の表現型を操作するものと言えます。初期の発達段階で子孫の表現型に入力される情報は、子孫の将来の環境を予測するのではなく、母親自身の発達経験と成熟中の環境の質を反映している^[12]。

このテーマに関する研究はすべて疾患について行われているわけではない。他の研究では、思春期と成人期の発達の違いの原因要因として倹約表現型仮説が検討されている。2013年までの文献レビューでは、膵臓細胞内の階層的組織保存だけでなく、より重要な臓器や骨の発達を保存するための四肢短縮に関する研究も議論されている。^[13]この現象の一例として、2018年に王立協会が発表した研究があり、異なる高度による低酸素ストレスが子孫の四肢の長さに影響を与えることがわかった。^[14]胎児の過栄養も発達に重要な役割を果たし、早期思春期や肥満の可能性を高める可能性がある。^[15]

成人期の多くのヒト疾患は幼少期の成長パターンに関連しており、幼少期の栄養がその根底にあるメカニズムを決定づけている。倹約的な表現型の人は「体が小さく、代謝率が低く、行動活動のレベルが低い…慢性的に食糧が不足している環境に適応している」 (Bateson & Martin, 1999 ^[16] )。倹約的な表現型を持ち、実際に豊かな環境で育った人は、肥満や2型糖尿病などの代謝障害にかかりやすい可能性があるが、母親から良い予測を受けた人は良好な環境に適応し、そのため豊富な食事にうまく対処できる。この考え (Barker, 1992 ^[17] ) は現在では広く (普遍的ではないにしても) 受け入れられており、栄養不足から栄養改善への移行期にある社会にとって懸念の種となっている (Robinson, 2001 ^[18] )。

倹約型のリスク要因としては、高齢出産や胎盤機能不全などが挙げられる。^[19]

エネルギーを節約し、獲得し、消費する能力は、突然変異に対して非常に保護された形でゲノムに埋め込まれた生来の古代の特性であると考えられています。^[20]これらの変化は、世代を超えて受け継がれる可能性もあると考えられています。^[20]レプチンは、これらの倹約的な特性を獲得するための可能性のある遺伝子として特定されています。^[20]

より大きな解剖学的スケールでは、分子メカニズムは、生殖管内の最適でない環境、または妊娠に対する母体の生理学的適応によって広く引き起こされます。^[19]

• 進化発達心理学
• 進化生理学
• 表現型の可塑性
• トリヴァース・ウィラード仮説
• 倹約遺伝子仮説
• 出生前の栄養と出生体重

• 英国医学雑誌トピックコレクション: バーカー仮説