Int J Biol Sci. 2015; 11 (10): 1150-1159.
Online gepubliceerd op 1 augustus 2015. doi: 10.7150/ijbs.12044
PMCID: PMC4551751
Jin Young Kim,1 Jong-Ho Lee,1,✉ Doyun Kim,1,2 Soung-Min Kim,1 JaeHyung Koo,2 en Jeong Won Jahng1,✉
Abstract
Deze studie onderzocht de effecten van zeer smakelijk voedsel tijdens de adolescentie op de psycho-emotionele en neurologische stoornissen die worden veroorzaakt door stressvolle ervaringen in de vroege levensfase bij vrouwelijke ratten. Vrouwelijke Sprague-Dawley-pups werden gedurende de eerste twee weken na de geboorte dagelijks 3 uur van hun moeder gescheiden (MS) of ongestoord gelaten (NH). De helft van de MS-vrouwtjes kreeg vanaf dag 28 na de geboorte naast onbeperkt voer ook onbeperkt toegang tot chocoladekoekjes. De pups werden tijdens hun jonge volwassenheid onderworpen aan gedragstesten. De plasmacorticosteronrespons op acute stress, ΔFosB en de niveaus van brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in de hersengebieden werden geanalyseerd. De totale calorie-inname en de gewichtstoename gedurende de gehele experimentele periode verschilden niet tussen de experimentele groepen. Toegang tot koekjes tijdens de adolescentie en jeugd verbeterde angst- en depressieachtige gedragingen die werden veroorzaakt door MS-ervaringen. De expressie van ΔFosB was verlaagd, terwijl de BDNF-expressie was verhoogd in de nucleus accumbens van MS-patiënten. Na toegang tot koekjes normaliseerde de ΔFosB-expressie en nam de BDNF-expressie verder toe. De corticosteronrespons op acute stress werd afgevlakt door MS en toegang tot koekjes verbeterde deze respons niet. De resultaten suggereren dat toegang tot koekjes tijdens de adolescentie de psycho-emotionele stoornissen bij MS-patiënten verbetert, en dat de expressie van ΔFosB en/of BDNF in de nucleus accumbens een rol kan spelen in de onderliggende neurale mechanismen.
Introductie
Er is steeds meer bewijs dat identieke voedingsmanipulaties uiteenlopende reacties tussen de geslachten kunnen hebben. Op moleculair niveau is aangetoond dat er sprake is van seksueel dimorfe reacties van het hippocampale transcriptoom tussen mannelijke en vrouwelijke ratten blootgesteld aan hetzelfde dieet 1. Op het metabole / neuro-endocriene niveau vertonen vrouwelijke ratten verschillende hypothalamische neuropeptide-reacties op een langdurig vetrijk dieet 2 en een hogere capaciteit dan mannen om een hoge lipide-instroom te compenseren 3. Op de korte termijn volwassen vrouwen met een hoog vetgehalte hebben een verlaagd glucocorticoïde receptor mRNA-gehalte in de hippocampus en hun hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA) -as reageert anders dan mannen op een volgende stress 4, 5. Op gedragsniveau vermindert kortdurende blootstelling van volwassen ratten aan vetweefsel de angst en vergroot het de exploratie bij mannen, terwijl het bij vrouwen het tegenovergestelde effect heeft 6. De puberteit is een cruciale ontwikkelingsperiode die wordt gekenmerkt door verhoogde endocriene plasticiteit en veranderingen in stressresponsiviteit 7. Studies hebben gesuggereerd dat een vetrijk dieet na het spenen de basale activiteit van de HPA-as en de endocriene reacties op een acute stress kan wijzigen door zowel stress als metabolische bemiddelaars op een seksueel dimorfe manier te beïnvloeden 8, 9. We hebben eerder geconstateerd dat langdurig gebruik van zeer smakelijk voedsel tijdens de adolescentie angst- en depressieachtig gedrag bij mannelijke ratten verhoogt, maar niet bij vrouwelijke rattens 10. Langdurige consumptie van cafetariadieet met veel vet (32% vetgehalte) verbeterde gedragsproblemen zowel bij mannelijke als vrouwelijke ratten die werden onderworpen aan een vergelijkbaar moederlijk separatie (MS) protocol dat in dit onderzoek werd gebruikt, met grotere gunstige effecten bij mannen 11. De gedrags- en neuro-endocriene tegenslagen waargenomen bij onze vrouwelijke MS-ratten 12 bleek te verschillen van die in mannelijke MS-ratten 13, 14.
In ons eerdere onderzoek verbeterde langdurige toegang tot zeer smakelijk voedsel, een matig vetrijk dieet (~21% vet) 6 , 15 , tijdens de adolescentie en jeugd enkele angstgerelateerde symptomen en de HPA-asdisfunctie bij mannelijke MS-ratten 14. Studies hebben gesuggereerd dat modulatie van de stress-asfunctie een rol speelt bij het positieve emotionele gedrag van een zeer smakelijk dieet. Zo werd gesuggereerd dat blootstelling aan een zeer gewild dieet met een hoog vetgehalte de stressgevoeligheid zou verminderen 16 ; individuen die zeer smakelijk voedsel kregen aangeboden, ervoeren meer aangename emoties zoals tevredenheid, genot en verlangen 17; en de consumptie van smakelijk voedsel verminderde de sympathische reacties na psychologische en immunologische stress 18 , de stresshormoonspiegels na fixatie 19 en angstachtig gedrag tijdens de elevated plus maze-test bij ratten 20. In deze studie verbeterde het matig vetrijke dieet (~21% vet) tijdens de adolescentie en jeugd echter de HPA-asdisfunctie van vrouwelijke MS-ratten niet, hoewel het niet alleen angst-, maar ook depressieachtig gedrag verbeterde.
Om de neurale mechanismen te onderzoeken die ten grondslag liggen aan het psycho-emotionele effect van zeer smakelijke toegang tot voeding bij onze MS-vrouwen, hebben we hersenafgeleide neurotrofe factor (BDNF) en ΔFosB-niveaus onderzocht in de nucleus accumbens (NAc). Het NAc, een basale voorhersenenstructuur die een mesolimbische dopaminerge route vormt, speelt een rol bij beloning, motivatie en versterking 21. Ontwikkeling van anhedonie, een kernsymptoom van depressieve stoornis, is toegeschreven aan disfunctie van de beloningsroute, waarbij het NAc een centrale rol speelt 22, 23. De NAc-neuronen worden geactiveerd in reactie op gedragsstressparadigma 24, 25en zijn betrokken bij angststoornissen 26, 27. De mesolimbische dopaminerge activiteit en de stress-geïnduceerde activering van de NAc-neuronen waren afgestompt in onze mannelijke MS-ratten die angsten en depressiesachtig gedrag vertoonden 13, 28. Van BDNF werd gesuggereerd dat het betrokken was bij hedonische voeding via modulatie van het mesolimbische dopaminesysteem 29, 30en blootstelling aan een smakelijk dieet verhoogde de BDNF- en ΔFosB-spiegels en dopamine-receptor D1-binding in het NAc 16, 31, 32.
Materialen en methoden
Dieren
Sprague-Dawley-ratten werden aangeschaft (Samtako Bio, Osan, Korea) en gehouden in een kiemvrije, barrièreomgeving met constante temperatuurregeling (22 ±1℃), luchtvochtigheid (55%) en een 12/12-uurs licht/donkercyclus (licht aan om 07:00 uur). Standaard laboratoriumvoer (Purina Rodent Chow, Purina Co., Seoul, Korea) en gezuiverd water (membraanfilter) waren ad libitum beschikbaar . De dieren werden verzorgd volgens de Richtlijn voor Dierproeven, 2000, opgesteld door de Koreaanse Academie voor Medische Wetenschappen, die overeenkomt met de NIH-richtlijnen voor de Verzorging en het Gebruik van Proefdieren, herzien in 1996. Alle dierproeven werden goedgekeurd door de Commissie voor de Verzorging en het Gebruik van Proefdieren van de Seoul National University.
experimenteel protocol
Voor de fok in het laboratorium van de dierenfaciliteit werden nullipare vrouwtjes en bewezen fokmannetjes gebruikt. De pups werden op een gecontroleerde manier grootgebracht om ongewenste omgevingsprikkels uit de baarmoeder te minimaliseren en te standaardiseren . Twaalf uur na de geboorte [postnatale dag (PND) 1] werden de pups behandeld zoals we eerder hebben beschreven 13 , 14 , 33-35 . Elk nest werd ingedeeld in de groep met moederscheiding (MS) of in de groep zonder behandeling (NH). De MS-pups werden tussen 9.00 en 12.00 uur uit hun kooi en dicht bij elkaar geplaatst in een nieuwe kooi met houtsnippers (Aspen-schaafsel, Animal JS Bedding, Cheongyang, Korea). Daarna werden ze teruggeplaatst in hun kooi en bij hun moeder. Er werd geen extra behandeling gegeven om de pups warm te houden tijdens de scheidingsperiode. De MS-groep werd dagelijks uitgevoerd van dag 1 tot en met dag 14 na de geboorte (PND 1 tot en met PND 14). Daarna werden de pups ongestoord bij hun moeder gelaten tot het spenen op PND 22. De NH-groep bleef ongestoord tot het spenen, met uitzondering van de routinematige kooireiniging die tweemaal per week werd uitgevoerd. Op de speendag werden willekeurig 2 vrouwelijke pups uit de NH-groep en 4 vrouwelijke pups uit de MS-groep geselecteerd uit respectievelijk elk nest (NH- of MS-groep) en werden 2 NH- of 2 MS-pups samen in elke kooi geplaatst. Twee vrouwelijke MS-pups die samen in één kooi zaten, kregen onbeperkt toegang tot zeer smakelijk voer (HPF) (Oreo-koekje, Kraft Foods Global, Inc., East Hanover, NJ, VS), naast voer ad libitum vanaf PND 28 (MS+HPF-groep). De overige 2 vrouwelijke MS-pups in elk nest (MS-groep) en de NH-pups (NH-groep) kregen alleen standaardvoer. De voedingswaardeformules van standaardvoer en Oreo-koekje staan in Tabel 1.1 . De dagelijkse voedselinname en gewichtstoename werden geregistreerd vanaf dag 29 na de geboorte (PND 29). Voor de evaluatie van de voedselinname gedurende 24 uur werd een vooraf afgemeten hoeveelheid voer en koekjes verstrekt. De volgende dag werd de overgebleven hoeveelheid voer en koekjes gewogen en afgetrokken van de hoeveelheid die de vorige dag was verstrekt. Er werd speciale aandacht besteed aan het meerekenen van gemorst voer. De calorie-inname werd berekend aan de hand van de voedingswaardeformules van het voer en de koekjes. De totale hoeveelheid voer die door de pups in elke kooi werd geconsumeerd, werd gedeeld door het aantal pups in elke kooi en elke berekende waarde werd beschouwd als n=1. Water was onbeperkt beschikbaar voor alle experimentele groepen en de voedingsomstandigheden werden gedurende de gehele experimentele periode gehandhaafd. Het schematische diagram van het experimentele protocol is weergegeven in Figuur 11.
Ambulante activiteit
NH-, MS- en MS+HPF-vrouwtjes (n=8 uit 4 verschillende nesten in elke groep; in totaal 24 pups uit 8 verschillende nesten) werden op dag 54 na de geboorte onderworpen aan een looptest. Bij elke test werd de rat in het midden van de activiteitskamer geplaatst (43.2 cm lang, 42.2 cm breed en 30.5 cm hoog, MED Associates, VT, VS), een transparante acrylkamer uitgerust met twee horizontale vlakken van 16 infrarood fotocel-detectorparen in de x- en y -richting, met een tussenafstand van 2.5 cm. De loopactiviteit van de rat werd gedurende 30 minuten door een computergestuurd systeem geregistreerd. De lichtomstandigheden in de testruimte werden gelijk gehouden aan die in de dierenverblijven onder daglichtomstandigheden. De loopactiviteit werd gemeten als het totale aantal onderbrekingen van de lichtstraal in de horizontale sensor gedurende elke opeenvolgende sessie van 5 minuten. Ook de ontlastingsactiviteit, het gewicht van de ontlastingsbolletjes, tijdens de looptest van elke rat werd geregistreerd. De poetsactiviteit werd verder geanalyseerd; dat wil zeggen, het poetsen van de voorpoten en het hoofd werd beschouwd als rostrale poetsactiviteit, en het poetsen van het lichaam, de poten en de staart/geslachtsdelen als caudale poetsactiviteit 36. De activiteitskamer werd na elk gebruik gereinigd met 70% ethanol om eventuele geursporen van de eerder geteste rat te verwijderen.
Verhoogde plus doolhof
Twee dagen na de test voor de loopactiviteit (PND 56) werden de ratten onderworpen aan een gedragsbeoordeling in een verhoogd plusdoolhof, een plusvormig acryldoolhof met twee tegenover elkaar liggende open armen (50 cm lang en 10 cm breed) en twee tegenover elkaar liggende gesloten armen (50 cm lang, 10 cm breed en 31 cm hoog), die uitstaken vanaf een centraal platform (10 cm x 10 cm). Het gehele apparaat was 50 cm boven de vloer verhoogd. De testprocedure werd gevolgd zoals eerder beschreven 37. Elke rat werd in het midden van het doolhof geplaatst, met de kop naar een van de open armen gericht, en mocht vervolgens gedurende 5 minuten de open of gesloten armen van het doolhof verkennen. De tijd die in de verschillende armen werd doorgebracht, werd geregistreerd. Vier poten moesten zich binnen de ingangslijn van elke arm bevinden, wat het begin van de tijd in de betreffende arm aangaf. De eindtijd werd geregistreerd wanneer alle vier de poten zich weer buiten de lijn bevonden. Na elke test werd het doolhof gereinigd met 70% ethanol om invloeden van de eerder geteste rat te voorkomen.
Geforceerde duiktest
Drie dagen na de verhoogde plus-maze test (PND 59) werden de ratten onderworpen aan de geforceerde zwemtest, volgens de eerder beschreven methode 38. Elke rat mocht 5 minuten zwemmen in een glazen cilinder (54 cm hoog en 24 cm in diameter) gevuld met water van 40 cm diepte (23-25 ℃). De testsessies werden opgenomen met een videocamera vanaf de zijkant van de cilinder. De duur van de immobiliteit van de rat in het water werd met een stopwatch gemeten aan de hand van de videobeelden. Immobiliteit werd gedefinieerd als de toestand waarin de ratten alleen de bewegingen maakten die nodig waren om hun hoofd boven het wateroppervlak te houden.
Ratten werden voorafgaand aan elke test ten minste 2 h in de testruimte geplaatst om ongewenste stresseffecten te minimaliseren, en alle gedragsbeoordelingen werden uitgevoerd tussen 9: 00 AM en 12: 00 PM van de dag om de invloeden van circadiaanse varianties te vermijden. Gedragsscores werden gedaan met de waarnemer blind voor de behandeling van de ratten.
Plasma corticosteron-test
Een week na afloop van de gedragssessies werden de ratten gedurende 2 uur in een fixatiebox geplaatst. In deze box konden de ratten hun vier ledematen bewegen, maar niet van lichaamshouding veranderen. Bloed uit de staart werd afgenomen op de tijdstippen 0, 30, 60 en 120 minuten tijdens de fixatieperiode en gecentrifugeerd bij 2,000 tpm gedurende 20 minuten. De plasmamonsters werden ingevroren in vloeibare stikstof en bewaard bij –80 °C tot ze voor de analyse werden gebruikt. De plasmaconcentraties van corticosterone werden bepaald met behulp van een radio-immunoassay met de 125I -gelabelde Coat-A-Count kit (Siemens, CA, VS). De gevoeligheid van de test was 5.7 ng/ml. De intra-assay variatiecoëfficiënt bedroeg 4-12.2%.
Western blot-analyse
Ratten die nog niet waren blootgesteld aan de gedragstesten (n=6 uit 3 verschillende nesten in elke groep; in totaal 18 pups uit 6 verschillende nesten) werden op PND 62 geofferd voor de western blot-analyse van ΔFosB- en BDNF-niveaus in de hersengebieden. De retroperitoneale vetkussentjes werden verzameld op het moment van offeren en de hersenen werden direct na onthoofding verwijderd. Weefselmonsters van de nucleus accumbens (NAc) en de hippocampus werden snel op ijs gedissecteerd, ingevroren in vloeibare stikstof en bewaard bij –80 °C tot gebruik. De dissectie van het NAc-weefsel werd uitgevoerd met een fijn mesje volgens de methode die in onze eerdere studies is gebruikt 28 , 39 ; een mogelijke insluiting van het nabijgelegen ventromediale striatum kan echter niet worden uitgesloten. De weefsels werden gehomogeniseerd in een lysisbuffer met één detergent (50 mM Tris, pH 8.0; 150 mM NaCl; 1% Triton X-100; protease- en fosfataseremmercocktail 0.5%) en vervolgens gecentrifugeerd bij 13,000 g gedurende 20 minuten bij 4 ° C. De supernatanten werden overgebracht naar nieuwe buizen en het eiwitgehalte werd gemeten met behulp van een eiwitassaykit (Biorad DC, Biorad, Inc., Hercules, CA). Vervolgens werden aliquots van 80 μg/20 μl in lysisbuffer gemaakt en bewaard bij –80 °C, tenzij anders op dezelfde dag gebruikt. De monsters werden gemengd met laadbuffer (100 mM Tris, pH 6.8; 200 mM dithiothreitol; 4% SDS; 20% glycerol; 0.2% broomfenolblauw) in een verdunning van 1:1, 5 minuten gekookt, snel afgekoeld op ijs en vervolgens geëlektroforeerd op 12% SDS-polyacrylamide Tris-glycine gels. De eiwitten die op nitrocellulosemembranen (Hybond-C, Amersham, Bucks, VK) waren overgebracht, werden 's nachts bij 4 °C behandeld met 5% magere melkpoeder in 1X Tris-gebufferde zoutoplossing met Tween (10 mM C₄H₁₁NO₃ ; 0.145 M NaCl ; 0.2% SDS; 0.1% Tween 20). De membranen werden vervolgens 's nachts bij 4 ° C geïncubeerd met polyklonaal konijnenantilichaam tegen ∆FosB (verdunning 1:1000; Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX, VS) of tegen BDNF (verdunning 1:500; Millipore, Temecula, CA, VS). De gebonden antilichamen werden gedetecteerd met chemiluminescentie volgens de instructies van de fabrikant (Lumi-light western blotting substraat; Roche, Indianapolis, IN, VS) en gekwantificeerd met behulp van een digitaal beeldanalysesysteem (LAS-1000, Fujifilm, Tokio, Japan). De gedigitaliseerde waarden van elk monster werden genormaliseerd ten opzichte van de laadcontrole β-actine, waarna alle waarden werden omgerekend naar relatieve waarden ten opzichte van de gemiddelde waarde van de NH-groep.
statistische analyse
De gegevens werden geanalyseerd met een één- of tweewegsvariantieanalyse (ANOVA) [corticosterongegevens; behandeling (hantering of voedingsconditie, 2 niveaus elk) x tijd (4 niveaus)]. Waar nodig werden vooraf geplande vergelijkingen tussen groepen uitgevoerd met de post-hoc Fisher's PLSD-test, met behulp van StatView-software (Abacus, Berkeley, CA, VS). Gegevens over lichaamsgewicht en voedselinname werden verder geanalyseerd met een herhaalde metingenvariantieanalyse (ANOVA), gevolgd door een Bonferroni-correctie voor aanpassing van de p- waarde. Het significantieniveau werd ingesteld op P < 0.05 en alle waarden werden weergegeven als gemiddelde ± SEM.
Resultaten
Voedselinname en toename van het lichaamsgewicht
MS-vrouwtjes leken lichter te zijn dan de qua leeftijd overeenkomende NH-vrouwtjes tot PND 39, waarna het gewichtsverschil niet meer werd waargenomen (Figuur 2A ). Statistisch significante verschillen ( P < 0.05) tussen NH- en MS-vrouwtjes werden waargenomen tussen PND 32 en 39, met uitzondering van PND 36 en 37. Toegang tot smakelijk voedsel verminderde het gewichtsverschil door MS-ervaring, en de statistische significantie tussen NH en MS+HPF verdween na PND 36. Een herhaalde metingen ANOVA toonde aan dat de gewichtstoename in de loop van de tijd verschilt tussen MS en MS+HPF [ F (1,780)=2.146; P =0.0008], maar niet tussen NH en MS. De dagelijkse voeropname van MS-vrouwtjes verschilde niet van die van de qua leeftijd overeenkomende NH-vrouwtjes (Figuur 2B ). Toegang tot koekjes onderdrukte de dagelijkse voeropname van MS-vrouwtjes, maar de dagelijkse calorie-inname neigde ertoe te stijgen door toegang tot koekjes, zonder statistische significantie. Analyse van de calorie-inname met herhaalde metingen ANOVA toonde geen effecten van moederlijke scheiding en voedingsomstandigheden aan. De totale calorie-inname gedurende de gehele experimentele periode (PND 28 – 62) verschilde niet tussen de experimentele groepen (Figuur 2C) . Ongeveer 40% van de totale calorieën die door MS+HPF-vrouwtjes werden geconsumeerd, was afkomstig van de koekjes (3259.921 ± 211.657 kcal uit het voer, 2184.641 ± 186.077 kcal uit de koekjes). Het retroperitoneale vetkussen van MS-vrouwtjes op PND 62 verschilde niet van dat van de qua leeftijd overeenkomende NH-vrouwtjes en vertoonde een tendens tot toename bij toegang tot koekjes, zonder statistische significantie ( P = 0.0833, MS versus MS+HPF) (Figuur 2D ).
Gedragsbeoordelingen
De loopactiviteit van NH-, MS- en MS+HPF-vrouwtjes werd gemeten in een computergestuurde activiteitskamer op PND 54. Het aantal lopen van MS-vrouwtjes tijdens de eerste (0-15 min) en de latere sessie (15-30 min) was significant lager dan dat van NH-vrouwtjes; een significante afname ( P < 0.05) ten opzichte van NH werd echter alleen waargenomen tijdens de latere sessie in de MS+HPF-groep (Figuur 3A ). De totale afgelegde afstand tijdens de eerste 15 minuten was significant lager bij MS ( P < 0.05), maar niet bij MS+HPF, vergeleken met NH (Figuur 3B ). Het verzorgingsgedrag en de ontlastingsactiviteit werden beoordeeld tijdens de test voor loopactiviteit (Figuur 3C & D). MS-ervaring verhoogde de rostrale verzorging significant ( P < 0.05, NH versus MS), terwijl toegang tot koekjes deze verminderde ( P < 0.05, MS versus MS+HPF) (Figuur 3C ). De ontlastingsactiviteit van MS-vrouwtjes vertoonde een tendens tot verhoogde activiteit ten opzichte van NH, zonder statistische significantie, en toegang tot koekjes verminderde deze significant ( P < 0.05, MS versus MS+HPF) (Figuur 3D ).
Om angstachtig gedrag verder te beoordelen, werden ratten 2 dagen na de test voor loopactiviteit (PND 56) onderworpen aan een verhoogde plus-maze test. De tijd doorgebracht in de open armen was significant verminderd bij MS-vrouwtjes ( P < 0.05), maar niet bij MS+HPF-vrouwtjes, vergeleken met NH (Figuur 4A) . Het percentage openarm-betreding verschilde niet tussen de experimentele groepen (Figuur 4B ). Om depressieachtig gedrag te beoordelen, werden ratten 3 dagen na de verhoogde plus-maze test (PND 59) onderworpen aan een geforceerde zwemtest. De immobiliteitsduur gedurende de 5 minuten van de geforceerde zwemtest was significant verhoogd bij MS-vrouwtjes ( P < 0.05) vergeleken met NH, en de immobiliteitsscore van MS+HPF-vrouwtjes verschilde niet van die van NH (Figuur 4C ).
Plasma corticosteron niveaus
Een week na de zwemtest werden ratten blootgesteld aan fixatiestress. Bloed uit de staart werd afgenomen op de tijdstippen 0, 30, 60 en 120 minuten gedurende een fixatiesessie van 2 uur en gebruikt voor de bepaling van het plasmacorticosterongehalte (Figuur 5 ). De basale corticosteronspiegels (tijdstip 0) verschilden niet tussen de groepen; de door stress geïnduceerde stijgingen van het corticosterongehalte waren echter lager bij MS-vrouwtjes dan bij NH-vrouwtjes op de tijdstippen 30 en 60 minuten na aanvang van de stress ( P < 0.05, NH versus MS op elk tijdstip). De plasmacorticosteronspiegels van MS+HPF verschilden niet van die van NH 30 minuten na aanvang van de stress, maar waren lager dan die van NH op het tijdstip 60 minuten ( P < 0.05; 394.29 ± 38.35 ng/ml bij NH versus 247.48 ± 24.57 ng/ml bij MS+HPF). Analyse van de stressgeïnduceerde corticosteronspiegels met een tweeweg-ANOVA onthulde hoofdeffecten van moederlijke scheiding [ F (1,56)=8.814, P =0.0045] en tijd [ F (3,56)=9.335, P <0.0001], en geen effect van de voedingsconditie. Er werden geen significante interacties gevonden tussen moederlijke scheiding en tijd of tussen voedingsconditie en tijd.
ΔFosB en BDNF Western-blots
De ΔFosB- en BDNF-niveaus in de NAc werden onderzocht met behulp van western blot-analyse (Figuur 6 ). ΔFosB was significant verlaagd, terwijl BDNF verhoogd was in de NAc van MS-vrouwen ( P < 0.05) vergeleken met NH (Figuur 6A & B). Het ΔFosB-niveau in de NAc van MS-vrouwen werd genormaliseerd door toegang tot cookies; er was dus geen verschil tussen NH en MS+HPF, en het BDNF-niveau was verder verhoogd ( P < 0.05, MS versus MS+HPF). De BDNF-niveaus in de hippocampus van MS-vrouwen waren aanzienlijk verlaagd ten opzichte van NH ( P < 0.05) en werden niet hersteld door toegang tot cookies (Figuur 6C ).
Discussie
Betrouwbare toegang tot voedsel verbeterde het psycho-emotionele gedrag van MS-vrouwen
In deze studie zijn de gedragsscores die angst en depressie representeren, zoals ambulante activiteit, rostrale verzorging en defecatie-activiteit tijdens de activiteitstest; open armen blijven tijdens verhoogde plus doolhoftest; immobiliteit tijdens de gedwongen zwemtest, werden verbeterd bij MS-vrouwen met gratis toegang tot Oreo-koekjes tijdens de adolescentie en jeugd. De respons van corticosteron op acute stress was afgezwakt bij MS-vrouwen, zoals gemeld bij MS-mannen 14. De afgestompte corticosteronrespons lijkt een gevolg te zijn van MS-ervaring; dwz ervaring met herhaalde stress, omdat de HPA-asresponsen op acute stress-uitdaging blunt bleken na ervaringen met chronische herhaalde stress 40, 41. Studies suggereerden dat blootstelling aan voeding met een hoge vetinname de basale activiteit van de HPA-as en de endocriene reacties op acute stress kan wijzigen. 9, verbeter stressreacties 17, 19 en verminderen angstachtig gedrag 18, 20. Ook de vrije toegang tot Oreo-koekjes (~ 21% vetgehalte, een matig vetdieet) tijdens de adolescentie en jeugd normaliseerde de stompte HPA-asfunctie en verbeterde angstgevoelige gedragingen bij mannelijke MS-ratten 14. Dat wil zeggen dat het waarschijnlijk is dat toegang tot de cookiekarakteristiek de botte HPA-asfunctie verbetert door MS-ervaring, herhaalde stress in het vroege leven en de gedragsproblemen verbetert. In dit onderzoek verbeterde de cookietoegang tijdens adolescentie en jeugd echter de HPA-asactiviteit niet, wat reageerde op acute stress bij vrouwelijke MS-ratten. Er wordt gesuggereerd dat de anxiolytische en / of antidepressieve werkzaamheid van adolescentie-cookietoegang bij vrouwelijke MS-ratten mogelijk niet gerelateerd is aan de HPA-asfunctie, hoewel deze in mannelijke MS-ratten was. Mannelijke en vrouwelijke ratten verschillen in tal van neuro-endocriene en gedragsparameters, en kwetsbaarheid voor stress is afhankelijk van het geslacht 42, 43. Eerdere studie meldde dat een 7-dag matig vetdieet protocol leidt tot een mannelijk-selectieve overdreven corticosteron-afgifte na een acute stress 6.
Betrouwbare voedseltoegang en neuronale functie in het NAc van vrouwelijke ratten
De huidige studie toonde aan dat ΔFosB-expressie is afgenomen en BDNF is toegenomen in de NAc van vrouwelijke ratten door MS-ervaring. Er is gemeld dat ofwel psychologische of metabole stress de ΔFosB-expressie in het NAc verhoogt 44-46. Studies hebben gesuggereerd dat transcriptiefactor ΔFosB gerelateerd is aan BDNF-expressie in de NAc-neuronen 32, 47-49. Tezamen genomen wordt gesuggereerd dat verlaagd AFFB en verhoogde BDNF-expressie in het NAc een langdurig gevolg kunnen zijn van MS-stress in het vroege leven, mogelijk modulerend de NAc neuronale functie. Er werd gesuggereerd dat de NAc-neuronale functie gemoduleerd werd door gedragsstressparadigma 24, 25 en zijn disfunctie is betrokken bij depressie en angststoornissen 22, 23, 26, 27. Inderdaad, verhoogde BDNF-signalering in het NAc is gemeld in stress-geïnduceerde modellen van depressie 50-52en stress-geïnduceerde depressieve effecten waren afgestompt bij muizen die ΔFosB overmatig tot expressie brachten in striatum 53. Het is dus waarschijnlijk dat depressie- en / of angst-achtig gedrag van vrouwelijke MS-ratten gerelateerd kunnen zijn aan afgenomen ΔFosB en verhoogde BDNF-expressie in het NAc.
In deze studie leidde toegang tot koekjes tijdens de adolescentie tot een verhoogde expressie van ΔFosB en BDNF bij vrouwelijke MS-ratten. Dit resultaat komt overeen met eerdere rapporten die aantonen dat blootstelling aan een smakelijk dieet resulteert in verhoogde niveaus van ΔFosB in de NAc 31 , en dat een vetrijk dieet de BDNF-niveaus in de NAc van muizen met overexpressie van ΔFosB verhoogt 32. Gezien een eerder rapport dat aantoont dat een verhoogde ΔFosB-expressie in het striatum veerkracht biedt tegen stress-geïnduceerde depressieve effecten 53 , wordt geconcludeerd dat de verhoogde ΔFosB in de NAc van onze vrouwelijke MS-ratten met toegang tot koekjes, oftewel genormaliseerd tot het basale niveau, mogelijk heeft bijgedragen aan de antidepressieve en/of anxiolytische werking van toegang tot koekjes tijdens de adolescentie. Het is echter onduidelijk of een verhoogd BDNF-niveau in de NAc van MS-vrouwen met toegang tot cookies een rol speelt bij de antidepressieve en anxiolytische effecten ervan, aangezien een verhoogde BDNF-signalering in de NAc vooral werd gerapporteerd in depressiemodellen 50-52 , maar zelden in antidepressieve modellen. Nader onderzoek is nodig.
Effecten van MS en HPF op de BDNF-niveaus van de hippocampus
Er is een verlaagd BDNF-niveau in de hippocampus gerapporteerd bij zowel mannelijke als vrouwelijke ratten die werden blootgesteld aan een vergelijkbaar MS-protocol als dat in deze studie werd gebruikt 54 , 55. Tegelijkertijd was het BDNF-niveau in de hippocampus van onze vrouwelijke MS-ratten verlaagd ten opzichte van de NH-controlegroep in deze studie. Hippocampale neurogenese is in verband gebracht met symptomen van angst en depressie 56 , 57 , en het is bekend dat de hippocampus betrokken is bij de feedbackregulatie van de HPA-asactiviteit. Gezien het feit dat de HPA-activiteit bij onze vrouwelijke MS-ratten was afgevlakt, is het waarschijnlijk dat verlaagde BDNF-niveaus in de hippocampus een rol spelen bij angst- en/of depressieve stoornissen als gevolg van MS-ervaring, mogelijk in samenhang met de afgevlakte HPA-asactiviteit. De relatie tussen het BDNF-niveau in de hippocampus en de HPA-asactiviteit bij onze vrouwelijke MS-ratten werd verder ondersteund door het feit dat toegang tot cookies in deze studie geen verbetering teweegbracht voor beide. Uit eerder onderzoek is gebleken dat langdurige consumptie van een vetrijk dieet (32% vet) de BDNF-expressie in de hippocampus van mannelijke MS-ratten verhoogt, die onderworpen zijn aan een soortgelijk MS-protocol als dat in deze studie werd gebruikt 58. Het effect van toegang tot koekjes tijdens de adolescentie (~21% vet) op de BDNF-niveaus in de hippocampus van mannelijke MS-ratten wordt momenteel onderzocht.
Gedragseffecten van vet / suikergehaltes in Oreo-koekje
In deze studie verbeterde vrije toegang tot Oreo-koekjes de psycho-emotionele problemen bij vrouwelijke ratten die in hun vroege leven stressvolle ervaringen hadden meegemaakt. Oreo-koekjes zijn chocoladekoekjes, die niet alleen veel vet bevatten, maar ook veel suiker, zoals weergegeven in Tabel 1.1 . In een onderzoek bij mensen verminderde het eten van chocolade de negatieve stemming in vergelijking met het drinken van water, terwijl er geen effecten werden gevonden op neutrale en positieve stemmingen 59. Het stemmingsverbeterende effect van chocolade was afhankelijk van de smakelijkheid van de chocolade (melkchocolade versus pure chocolade), wat suggereert dat het eten van zoet, smakelijk voedsel een experimenteel geïnduceerde negatieve stemming verbetert. Er werd gerapporteerd dat de behoefte aan sucrose toeneemt bij depressieve dieren met chronische milde stress en dat de behoefte aan smakelijke melkchocolade specifiek toeneemt bij proefpersonen met een depressieve stemming 60. Vrije keuze van sucrose en/of reuzel naast het standaardvoer moduleerde de reacties van de stressas op acute stress 61 . Bovendien leidde kortdurende blootstelling aan een dieet met een matig vetgehalte (20% maïsolie; vergelijkbaar vetgehalte als Oreo-koekjes) tot neuro-endocriene en gedragsveranderingen op een seksueel dimorfe manier 4-6 . Alles bij elkaar genomen, wordt geconcludeerd dat het suiker- en vetgehalte van Oreo-koekjes mogelijk heeft bijgedragen aan de verbetering van de neurologische en gedragsmatige problemen bij vrouwen met MS. Verder onderzoek is nodig om te bepalen of dezelfde hoeveelheid vet of suiker als in Oreo-koekjes vergelijkbare verbeteringen zou opleveren bij vrouwen met MS als in deze studie zijn waargenomen.
Ten slotte bleek in deze studie dat de retroperitoneale vetophoping bij MS-vrouwen door de toegang tot koekjes de neiging had toe te nemen. Naast het modulerende effect op de functie van de stressas, verhoogde de toegang tot smakelijk voedsel de circulerende leptine- en insulinespiegels aanzienlijk bij een toename van de vetophoping 15 , 61. Er wordt gesuggereerd dat zowel leptine als insuline een regulerende functie uitoefenen in het mesolimbische beloningssysteem, en met name insuline verhoogt de expressie van dopaminetransporters in het ventrale tegmentale gebied 62 , 63. Zoals hierboven beschreven, is het mesolimbische beloningssysteem sterk betrokken bij psycho-emotionele stoornissen in relatie tot de functie van de stressas 22-27 . Een mogelijke modulatie van het mesolimbische beloningssysteem door verhoogde leptine- en/of insulinespiegels bij een toename van de vetophoping zou daarom een rol kunnen spelen bij de stemmingsverbetering door de toegang tot smakelijk voedsel. Langdurige consumptie van een vetrijk dieet (32% vetgehalte) verminderde inderdaad angstachtig gedrag en verhoogde de plasma-leptine- en insulinespiegels met een aanzienlijk toegenomen vetdepot bij vrouwelijke ratten die werden onderworpen aan een vergelijkbaar MS-protocol als in deze studie 11. Het is echter nog niet duidelijk of de gedragsverbeteringen die werden waargenomen bij onze MS-vrouwtjes met toegang tot koekjes (een matig vetrijk dieet met ~21% vetgehalte) verband houden met een toegenomen vetdepot, omdat de toename van het retroperitoneale vetdepot door toegang tot koekjes geen statistische significantie bereikte en bovendien werden noch circulerend leptine noch insuline gemeten in de huidige studie.
Samenvattend lijken disfuncties in de HPA-as, de NAc-neuronen en de hippocampus een rol te spelen bij de psycho-emotionele problemen van jonge vrouwelijke MS-ratten als gevolg van de scheiding van de moeder gedurende de eerste twee weken na de geboorte. Vrije toegang tot zeer smakelijk voedsel en een matig vetrijk dieet tijdens de adolescentie en jeugd verbeterde angst- en depressieachtige gedragingen bij vrouwelijke MS-ratten zonder de gewichtstoename te beïnvloeden, en functionele modulatie in de NAc-neuronen speelt mogelijk een rol in de onderliggende neurale mechanismen.
Dankwoord
Auteurs dankten Dr. SB Yoo voor hulp bij statistische analyse en dr. JY Lee met experimentele technieken. Deze studie werd ondersteund door subsidies van de National Research Foundation (2013R1A1A3A04-006580) en via het Oromaxillofacial Dysfunction Research Center voor ouderen aan de Seoul National University (2014050477), gefinancierd door de Koreaanse overheid (ministerie van Wetenschap, ICT en Toekomstplanning).
Referenties