Table 1.
The effect of an environmental challenge on placental phenotype and fetal growth.
| Manipulation | Species | Treated from | Fetal weight | Placenta | References | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Weight | Structural phenotype | Functional phenotype | |||||
| TOTAL CALORIE RESTRICTION | |||||||
| 20%UN | Mouse | D3-D19 | D16 ↔ D19 ↓13% |
D16 ↓6% D19 ↓9% |
D16 ↔Lz but ↓Jz and GlyT D19 ↓Lz (↓MBS vol, FC vol and SA) but ↔BT |
D16 ↓Slc2a1 D19 ↑system A transport, Slc2a1, Slc38a2, Slc38a4 |
Coan et al., 2010 |
| 50%UN | Mouse | D2-12 | D12 ND D19 ↔ |
D12 ↓15% D19 ↔ |
D12 ↓Jz ↑Lz/Jz ↓fetal blood space area ↓GlyT D19 ↔ |
D12 ↓Prl8a8 | Schlitt and Schulz, 2012; Schulz et al., 2012; Harper et al., 2015 |
| 50%UN* | Mouse | D10-D19 | D19 ↓48% | D19 ↓37% | D19 ↓glucose and system L amino transport ↑system A transport ↓GLUT3, LAT2, ↑GLUT1, Slc38a1, Slc38a2, FABP4, FABP5, apolipoproteins ↓pregnancy-specific glycoproteins |
Ganguly et al., 2012; Chen et al., 2013 | |
| 30%UN | Rat | D1-21 | D21 ↓29% | D21 ↓25% | D21 altered expression of appetite regulating peptides in placenta | Caminos et al., 2008; Mayeur et al., 2012 | |
| 35%UN | Rat | D15-20 | D20 ↓18% | D20 ↔ | D20 ↓antioxidant enzymes | Richter et al., 2009 | |
| 50%UN | Rat | D5-20/21 | D20/21 ↓15% | D20/21 ↓13% | D20/21 ↓placental system A uptake ↓utero-placental blood flow |
Ahokas et al., 1981, 1983 | |
| 50%UN | Rat | D10-20 | D20 ↓25% | D20 ↓25% | D20 ↓Lz and Jz weights ↑apoptosis in both Lz and Jz |
D20 ↓GLUT3, SNAT1, SNAT2 ↑SNAT4, GLUT1 ↓11bhsd2, ↑11bhsd1 |
Belkacemi et al., 2011a,b |
| 50%UN | Rat | D14-20/21 | D20/21 ↓11% | D20/21 ↓11% | D20/21 ↓utero-placental blood flow ↓GLUT3, ↔GLUT1 ↓11bhsd2 |
Ahokas et al., 1981, 1983; Lesage et al., 2001, 2002a | |
| 15%UN | Guinea pig | -D151-D61 | D61 ↓26% | D61 ↓20% | D61 ↓FC and MBS | D61 ↓P-gp protein | Soo et al., 2012 |
| 10-30%UN | Guinea pig | -D28-D60 | D35 ↓29% D60 ↓35% | D35 ↓20% D60 ↓30% | D35 ↓Jz ↔Lz, but ↓MBS, SA, ↑BT D60 ↔Jz ↓Lz, MBS, FC, SA, ↑BT |
Sohlstrom et al., 1998a,b; Roberts et al., 2001 | |
| LOW-PROTEIN DIET | |||||||
| 16% vs. 20% protein | Mouse | D3-19 | D16 ↔ D19 ↔ |
D16 ↑5% D19 ↑5% |
D16 ↓Lz/Jz ratio D19 ↓Lz/Jz ratio |
D16 ↑glucose transport, ↔system A transport, ↑Slc2a1 D19 ↔glucose transport, ↓system A transport, Slc38a4 |
Coan et al., 2011 |
| 8% vs. 20% protein | Mouse | D1-19 | D15 ↓16% D19 ↓13% |
D15 ↑10% D19 ↓27% |
D15 ↔ D19 ↓MBS and FC length |
Rutland et al., 2007 | |
| 8% vs. 20% protein | Mouse | D3-19 | D16 ↔ D19 ↓9% |
D16 ↔ D19 ↑4% |
D16 ↔ D19 ↔ |
D16 ↑glucose transport, ↔system A transport, ↑Slc38a2 D19 ↔glucose and system A transport, ↓Slc38a1, Slc38a4 |
Coan et al., 2011 |
| 8% vs. 20% protein | Rat | D1-21 | D18/21 ↓12-20% |
D18/21 ↑113% |
D18 ↓Lz Vd, ↑Jz, ↑SA exchange, diffusing capacity |
D18 ↓uterine blood flow | Itoh et al., 2002; Doherty et al., 2003; Liu et al., 2014 |
| 5% vs. 19% protein | Rat | D1-19 | D19 ↔ | D19 ↔ | D19 ↓glyT, giT, Lz thickness | Rebelato et al., 2013 | |
| 6% vs. 20% protein | Rat | D1-21 | D14 ↓21.5 D18 ↓27 D21 ↓14% |
D14 ↓25% D18 ↓12% D21 ↔ |
D14 ↓Lz and Jz vol D18 ↓Lz vol, ↔Jz vol Altered trophoblast stem cell and lineage markers D21 ↔Lz, ↓Jz |
D14 ND D18 ↓Hsd17b2 D21 ↓Hsd17b2 |
Gao et al., 2012a,b, 2013 |
| 5% vs. 21% protein | Rat | D1-21 | D21 ↓28% | D21 ↓24% | D21 ↓system A transport | Varma and Ramakrishnan, 1991 | |
| 4% vs. 18% protein | Rat | D2-21 | D15-19 ↔ D21 ↓21% |
D15-19 ↔ D21 ↓12.5% |
D19 and D21 ↓system A, system L transport capacity, ↓LAT1, LAT2, SNAT2 D21 ↓SNAT1 All ages ↔glucose transport, SNAT4 |
Jansson et al., 2006; Rosario et al., 2011 | |
| 5% vs. 19% protein | Rat | D6-21 | D20/21 ↓25% | D20/21 ↓28% | D20/21 ↓system A, system X and system y+amino acid transport ↓glucose transport ↔ASC system amino acid transport ↓Slc1a1, Slc7a1 |
Malandro et al., 1996a; Rosso, 1977a,b | |
| HIGH-CALORIE DIETS | |||||||
| 3.5x fat | Mouse | D1-D19 | D19 ↔ | D19 ↔ | D19 ↑LPL protein and activity ↑CD36/FAT, VLDLr, FABP3, FABPpm |
Qiao et al., 2015 | |
| 2.9x fat | Mouse | -D98-D19 | D19 ↑9% | D19 ↑6% | D19 ↑vascularization | Li et al., 2013 | |
| 3.4x fat | Mouse | -D84-D18 | D13-D16 ↔ D18 ↑12% |
D13-D18 ↔ | D13-D18 ↓Abcb1a, P-gp ↑digoxin transfer, IL-1β and TNF-α |
Wang et al., 2015 | |
| 5.3x fat* | Mouse | -D84-D19 | D15 ↔ D19 ↓8% |
D15-D19 ↔ | D15 ↑Slc38a2 or ↑Slc38a4 D19 ↔ |
King et al., 2013 | |
| 5.5x fat | Mouse | -D56-D16 | D19 ↓23% | D19 ↓9% | D16 ↓11bhsd2 D19 ↓11bhsd1 |
Bellisario et al., 2015a,b | |
| 2.5x fat | Mouse | -D56-D18 | D16 ↔ D18 ↑18% |
D16 ↑12% D18 ↔ |
D16 and D18 ↓Lz and proliferation ↔Jz |
D16 and D18 altered cytokine expression | Kim et al., 2014 |
| 3x fat | Mouse | -D56-D19 | D19 ↑43% | D19 ↔ | D19 ↑glucose and system A amino acid transport, Slc2a1, Slc38a2 | Jones et al., 2008 | |
| 5.4x fat | Mouse | -D49-D21 | D21 ↑16% | D21 ↑10% | D21 ↑leptin, LPL | Mazzucco et al., 2013 | |
| 6x fat | Mouse | -D42-D18 | D18 ↑30% | D18 ↔ | D18 ↑LPL, VLDLr, FABP3, FABPpm | Qiao et al., 2012 | |
| 2.7x fat | Mouse | -D28-D19 | D19 ↑15% | D19 ND | D19 ↔FATP1, 4, GLUT1, LPL | Rebholz et al., 2011 | |
| 4.5x fat* | Rat | -D21-D18 | D18 ↓11 | D18 ↓23% | D18 ↔Lz ↓Jz |
D18 ↑Lpl, Slc2a1, Slc2a4, Slc38a2, Cd36/FAT ↔Slc38a4 |
Reynolds et al., 2015 |
| 12x fat | Mouse | -D28-D19 | D19 ↓8% | D19 ↓22% | D19 ↓trophoblast ↑endothelial apoptosis, oxidative stress |
Liang et al., 2009a, 2010 | |
| 6x fat* | Mouse | D1-15 | D15 ↔ | D15 ↑7% | D15 ↔Lz or vascularity | D15 ↓Slc22a1 ↑Slc22a2 |
Gallou-Kabani et al., 2010; Gabory et al., 2012 |
| 2.8x fat | Rat | -D112-D15 | D15 ↓12% ↑fetal loss |
D15 ↔ | D15 ↑Lz vascularization but ↓smooth muscle actin ↑oxidative stress |
D15 ↓remodeling of maternal spiral arteries | Hayes et al., 2012, 2014 |
| 5-6x fat | Rat | -D49-D21 | D21 ↑7% | D21 ↔ | D21 ↑mTOR signaling | D21 ↔system A, system L transport and LPL activity ↓SNAT1, ↔SNAT2, 4, GLUT1, 3, 9, FATP4, 6 |
Gaccioli et al., 2013 |
| 2.5x fat | Rat | D1-D21 | D21 ↓5% | D21 ↔ | D21 ↓Jz | Mark et al., 2011 | |
| 3x fat 5x sugar diet | Mouse | D1-D19 | D16 ↓9% D19 ↔ |
D16 ↓11% D19 ↓8% |
D16 ↓Lz FC, ↑BT D19 ↓Lz, MBS, BT, SA and GlyT |
D16 ↑glucose and system A transport, Slc2a3, Slc38a2 D19 ↔glucose and system A amino acid transport, ↑FATP1 |
Sferruzzi-Perri et al., 2013 |
| 3.5x fat diet plus fiber | Rat | D1-D20 | D20 ↔ | D20 ↑17% | D20 ↑Slc38a2, Slc2a1 and Slc2a3 ↔Slc38a4 or Slc7a1 |
Lin et al., 2011 | |
| Excess of 20% fructose in drinking water* | Rat | D1-D10 | D21 ↔ | D21 ↓7% | D21 ↔Lz or Jz or ratio | Vickers et al., 2011 | |
| Excess of 10% fructose in drinking water* | Rat | D1-D21 | D21 ↔ | D21 ↓7% | D21 ↔Lz or Jz or ratio | D24 ↓Slc2a1, ↑Slc38a2 ↔Slc2a3 Uterine vascular responsiveness impaired |
Alzamendi et al., 2012; Lineker et al., 2015 |
| HYPOXIA | |||||||
| 13% hypoxia | Mouse | D11-16 | D16 ↔ | D16 ↔ | D16 ↑Lz, MBS, trophoblast vol, SA exchange | D16 ↔glucose or system A transport, Slc2a, Slc38a | Higgins et al., 2015 |
| 13% hypoxia | Mouse | D14-19 | D19 ↓5% | D19 ↔ | D19 ↑FC Vd ↓BT |
D19 ↑placental glucose transport ↔system A transport ↑Slc38a1 |
Higgins et al., 2015 |
| 12% hypoxia* | Mouse | D14-19 | D19 ↓6.5% | D19 ↔ | D19 ↓Lz blood space ↑tissue |
D19 ↓Slc2a1, 11bsd2 ↑Slc38a1 ↔Slc2a3 ↓angiotensinogen |
Cuffe et al., 2014a,b |
| 10.5% hypoxia | Mouse | D11-19 | D19 ↓36% | D19 ↔ | D18 altered uterine artery function | Rueda-Clausen et al., 2014 | |
| 10% hypoxia | Mouse | D14-19 | D19 ↓21% | D19 ↔ | D19 ↓Lz Vd, ↑Jz Vd ↓MBS vol and SA ↑trophoblast vol, BT |
D19 ↓system A transport ↔glucose transport Altered uterine artery vasoreactivity |
Higgins et al., 2015; Skeffington et al., 2015 |
| 13% hypoxia* | Mouse | D1-D19 | D19 ↓12% | D19 ↑10% | D19 ↑maternal arterial and venous blood space | Matheson et al., 2015 | |
| 13% hypoxia | Rat | D6-D20 | D20 ↔ | D20 ↑5% | D20 ↔Lz, Jz vol or Vd ↑oxidative stress |
Richter et al., 2012 | |
| 11% hypoxia | Rat | D7-14 | D14 ND | D14 ↑25% total area |
D14 ↑Jz and Lz (greater expansion of Jz vs. Lz) | D14 ↑maternal uterine vascular remodeling ↑prolactin-like genes |
Ho-Chen et al., 2006; Rosario et al., 2008 |
| 12% hypoxia followed by 14% hypoxia | Guinea pig | D15-64 | D64 ↓24% | D64 ↓31% | D64 ↓diffusion capacity, SA exchange, ↑BT |
Bacon et al., 1984 | |
| 12% hypoxia | Guinea pig | D15-64 | D64 ↔ | D64 ↔ | D64 ↑diffusion capacity, vascular vol, ↔SA, ↓BT | Bacon et al., 1984 | |
| 12% hypoxia | Guinea pig | D18-63 | D63 ↓30% | D64 ↔ | D64 ↑diffusing capacity | Gilbert et al., 1979 | |
| IRON RESTRICTION | |||||||
| Iron restriction | Rat | -D21-D21 | D21 ↓11% | D21 ↓18% | Crowe et al., 1995 | ||
| Iron restriction | Rat | -D14-D21 | D21 ↓15% | D21 ↑8% | D21 ↑Lz vol, total SA ↓fetal capillary length and SA |
Lewis et al., 2001a | |
| Iron restriction | Rat | -D7-D21 | D21 ↓20% | D21 ↔ | D21 ↔Lz vol, total SA ↓fetal capillary length and SA |
Lewis et al., 2001a | |
| UTERINE SUBSTRATE SUPPLY | |||||||
| Uterine ligation | Rat | D14 | D19 ↓20% | D19 ↓19% | D19 ↑expression of apoptotic genes | D19 ↑expression of prolactin-like genes | Alexander et al., 2001; George et al., 2014 |
| Uterine ligation | Rat | D18 or 19 | D20/22 ↓15-25% |
D20/22 ↔ or ↓10-15% |
D20/22 ↓placental blood flow ↑placental diameter ↔Lz area or vol |
D20/22 ↓GLUT1 ↔GLUT3 | Gilbert and Leturque, 1982; Das et al., 1998; Reid et al., 1999; Wlodek et al., 2005 |
AA, amino acid; Abcb1a, multidrug resistance protein; 11bhsd, 11 beta-hydroxysteroid dehydrogenase; BT, barrier thickness; CD36/FAT, fatty acid translocase; D, day; FABP, fatty acid binding protein; FATP, fatty acid transport protein; FC, fetal capillaries; GiT, trophoblast giant cells; GLUT/Slc2a, glucose transporter; GlyT, trophoblast glycogen cells; Jz, junctional zone; LAT, L-type amino acid transporter; LPL, lipoprotein lipase; Lz, labyrinthine zone; MBS, maternal blood space; ND, not determined; P-gp, phosphoglycoprotein; SA, surface area; SNAT/Slc38a, Sodium-coupled neutral amino acid transporter; Vd, volume density; VLDLr, very low density lipoprotein receptor; vol, volume; y+ system.
*
Effects depend on conceptus sex.
Gestational age: mouse ~20 days, rats ~23 days, guinea pigs ~70 days.