Perinatal västerländsk kostförbrukning leder till djup plasticitet och GABAergic fenotypförändringar inom hypotalamus och belöningsbanan från födsel till sexuell mognad i råtta (2017)

. 2017; 8: 216.

Publicerad online 2017 Aug 29. doi:  10.3389 / fendo.2017.00216

PMCID: PMC5581815

Abstrakt

Perinatal moderförbrukning av energität mat ökar risken för fetma hos barn. Detta är förknippat med en överförbrukning av smakrik mat som konsumeras för dess hedoniska egendom. Den underliggande mekanismen som kopplar perinatal maternär diet och avkommorens preferens för fett är fortfarande dåligt förstått. I den här studien syftar vi till att studera påverkan av matande mat med hög fetthalt / högsocker (västerlig diet (WD)) under graviditet och amning på belöningsvägarna som kontrollerar utfodring hos råtta från födelse till sexuell mognad. Vi utförde en longitudinell uppföljning av WD- och Control-avkomma under tre kritiska tidsperioder (barndom, tonår och vuxen ålder) och fokuserade på att undersöka påverkan av perinatal exponering för smakrik diet på (i) fettpreferens, (ii) genuttrycksprofil och (iii) neuroanatomiska / arkitektoniska förändringar av de mesolimbiska dopaminerge nätverken. Vi visade att WD-utfodring begränsad till perinatalperiod har en tydlig långvarig påverkan på organiseringen av homeostatiska och hedoniska hjärnkretsar men inte på fettpreferenser. Vi demonstrerade en periodspecifik utveckling av preferensen för fett som vi korrelerade med specifika hjärnmolekylära signaturer. Hos avkommor från WD-matade dammar observerade vi under barndomen förekomsten av fettpreferens associerat med ett högre uttryck av nyckelgen involverad i dopaminsystemet (DA); vid tonåren minskade en fettriktad preferens för båda grupperna gradvis under 3-dagstestet för WD-gruppen och associerades med ett reducerat uttryck av nyckelgen involverad i DA-systemen för WD-gruppen som skulle kunna föreslå en kompensationsmekanism för att skydda dem från ytterligare exponering med hög fetthalt; och slutligen i vuxen ålder, en preferens för fett som var identiskt med kontrollråttor men förknippad med djup modifiering i nyckelgener involverade i y-aminobutyrinsyranätverket, serotoninreceptorer och polysialsyra-NCAM-beroende ombyggnad av hypothalamus. Sammantaget avslöjar dessa data att moders WD, begränsat till perinatalperiod, inte har någon långvarig inverkan på energihomeostas och fettpreferens senare i livet även om en stark ombyggnad av den hypotalamiska homeostatiska och belöningsvägen involverad i ätbeteende inträffade. Ytterligare funktionella experiment skulle behövas för att förstå relevansen av dessa kretsombyggnader.

Nyckelord: belöning, DOHaD, matpreferenser, näring, γ-aminobutyric acid, TaqMan matris med låg densitet

Beskrivning

Miljö och händelser i tidigt liv är nu välkända för att bidra till hälsa och sjukdomstillägg senare i livet (-). Begreppet metabolisk prägling har föreslagits för att beskriva hur förändringar i närings- och hormonmiljön under perinatal period kan predisponera avkomman till fetma och dess tillhörande patologier senare. En viktig fråga om vårt tillfälliga livsstil är överföring som en konsekvens av förbrukningen av energität mat. Individer som utsätts för moderintag av denna typ av mat riskerar faktiskt att utveckla fetma och metaboliskt syndrom (, ). Många studier har visat att mödrar med hög fetthalt (HFD) genom dräktighet och ammande har en långvarig effekt på avkommans metabolism (-). Förutom vägar som är inblandade i metabolisk reglering, spelar hjärnans belöningssystem också en viktig roll i matningsbeteendet (, ). Mesolimbisk dopamin (DA) neurotransmission, intensivt studerad i samband med belöning och beroende, förändras i dietinducerad fetma hos båda människor (-) och djur (-). DA-projektioner utvecklar till stor del postnatally (), och därför kan deras utveckling påverkas av tidig diet. Under de senaste åren visade experiment med gnagare att moderens HFD-intag förbättrar hedonisk utfodring hos avkommor (, ). Även om denna observation involverade vissa förändringar i DA-systemfunktionen (-), finns begränsade data tillgängliga om ontogeni och ombyggnad av belöningsvägar under tidigt liv (). Huruvida och hur den icke-DA-signaliserande delen av belöningssystemet såsom GABA-systemet (y-aminobutyric acid) kan påverkas av den perinatal näringsstressen är inte dokumenterad. GABA-neuroner verkar faktiskt spela en nyckelroll i belöning och motvilja. GABA-neuroner i Ventral tegmental area (VTA) får ett liknande inmatningsmönster från olika hjärnområden (), och nyligen optogenetiska baserade beteendestudier belyser VTA GABA: s huvudsakliga roll i konditionerad platsaversion () och i belöning fulländat beteende (). Nucleus accumbens (NAc) utgörs huvudsakligen av projektionen av GABAergic medium spiny neuroner och fungerar som ett limbiskt-motoriskt gränssnitt som integrerar signaler som härrör från det limbiska systemet och gör dem till handling via utgång till ventral pallidum (VP) och andra motoreffektorer (). Och slutligen, hypotalamus som består av många GABA-anslutningar i LH () och bågformig kärna, integrerar signaler om hunger och mättnad ().

Denna studie syftar till att identifiera inflytandet av materns western diet (WD) -intag hos råttfäderna från födelse till sexuell mognad (i) på fettpreferens (ii) på genuttrycksprofilen för DA-systemet, det GABAergiska systemet och plasticiteten hos hypothalamus och (iii) om de neuroanatomiska / arkitektoniska förändringarna av de mesolimbiska dopaminergiska nätverk under samma period. Vi bedömde därför, på en longitudinell studie (från avvänjning, P25, till sexuell mognad, P45 och vuxen ålder, P95), effekten av moder WD på kroppsviktstillväxt och utvecklingen av fettvävnad hos avkommor som hålls under regelbunden chow efter avvänjning. Samtidigt utförde vi ett fettpreferenttest följt av en särskild transkriptomisk analys och efterföljande principkomponentanalys (PCA) av ett urval av markörer för livsmedelsintag, val och motivationsregleringssystem. Våra resultat berikade avsevärt de senaste resultaten med fokus på näringsprogrammering av DA-systemet.

Material och metoder

Etikförklaring

Alla experiment genomfördes i enlighet med riktlinjerna från den lokala djurskyddskommittén, EU (direktiv 2010 / 63 / EU), Institut National de la Recherche Agronomique (Paris, Frankrike) och den franska veterinäravdelningen (A44276). Experimentprotokollet godkändes av den institutionella etiska kommittén och registrerades under referens APAFIS 8666. Varje försiktighetsåtgärd togs för att minimera stress och antalet djur som användes i varje experimentserie.

Djur och dieter

Djuret hölls i en 12 h / 12 h ljus / mörk cykel i en 22 ± 2 ° C med mat och vatten AD libitum. Trettiotvå kvinnliga Sprague-Dawley-råttor (kroppsvikt: 240 – 290 g) vid graviditetsdagen 1 (G1) köptes direkt från Janvier (Le Genest Saint Isle, Frankrike). De hölls individuellt och matades antingen en kontrolldiet (CD) (5% nötköttfett och 0% sackaros) för 16 av dem eller en WD (21% nötköttfett och 30% sackaros) för 16 av dem under graviditets- och amningstiderna (se bordet Table1: 1: dietkomposition i procent kcal från ABdiet Woerden, Nederländerna). Vid födelsen anpassades kullstorleken till åtta valpar per kull med ett 1: 1 förhållande mellan man och kvinna. Vi höll 12 från 16-dammar med en kull bestående av 4-hanar och 4-kvinnor för varje grupp. Vid avvänjning (P21) hölls avkommorna födda till CD- och WD-dammar på standardchow till slutet av experimentet (figurer (Figures1A, B) .1A, B). Pup kroppsvikt registrerades vid födseln och därefter varje dag vid 10: 00 am tills P21 (avvänjning). Efter avvänjning och fram till slutet av experimentet vägdes råttorna var 3 dagar. Vi presenterar endast data om manliga avkommor. Honråttor användes för en annan studie (figur (Figure11).

Tabell 1 

Kostkomposition i procent kcal från varje komponent i maternens dieter som administreras under graviditet och amning och standarddiet för avkommor.
Figur 1 

Experimentell design. (A) Schematiskt diagram över studiens design. Trettiotvå kvinnliga SPD-råttor vid graviditetsdagen 1 (G1) matades antingen en kontrolldiett för 16 av dem eller en västerländsk kost för de andra under graviditet och amning. Vid avvänjningen, avkomman .

Beteende (två-flaskans valstest)

Tre kritiska utvecklingsperioder studerades (P21 till P25: ungdom, P41 till P45: tonåren och P91 till P95: ung vuxen). 24 hanvalpar (n = 12 per grupp) valdes slumpmässigt och placerades i en enskild bur för att utföra ett valfritt test med två flaskor (figurer (Figures1A, B) 1A, B) (-). Detta test användes för att specifikt studera attraktionskraften mot fet smak genom att separera den från den söta smaken och så mycket som möjligt från den metaboliska effekten av kaloriintag. I själva verket är 1% konsumtion av majsoljelösning associerat med ett intag av endast 0.09 kcal / ml. Efter en dags vana vid närvaro av två flaskor utfördes testet under 2 dagar vid P25 och under 4 dagar vid P41 och P91 (figur (Figure1A) .1A). Närmare detaljer, vid avvänjning (P21), hölls 24-valpar individuellt under 2 dagar (figur (Figure1A): 1A): dag 1, tillväxtfas, dag 2, råttor gavs ett tvåflaskigt fritt val mellan en emulsion av 1% majsolja i 0.3% xantangummi (Sigma Aldrich, St. Quentin Fallavier, Frankrike) och xantangummilösning ( 0.3%). Vid P41 och P91 användes 24 valpar och fritt val av två flaskor föreslogs i tre på varandra följande dagar. Konsumtionen av xantangummilösning och smaklösning (majsolja 1%) registrerades dagligen vid 11: 00 am under 3 dagar (P45 och P95). Positionen för de två flaskorna inverterades dagligen för att förhindra företrädesvis position. Fettpreferensvärden beräknades som förhållandet mellan "fettlösningsvolym" konsumerad och den totala volymen som konsumeras i 24 h. Alla råttor hölls under standard chow-diet under hela beteendestestet.

Vävnadssamling och blodprovtagning

Dagen efter den sista dagen i det tvåflaskans fria valstestet, hälften av råttorna (n = 6 per grupp) avlivades snabbt mellan 09:00 och 12:00 av CO2 inandning. Blod uppsamlades i rör med EDTA (Laboratoires Léo SA, St Quentin en Yvelines, Frankrike) och centrifugerades vid 2,500 g under 15 min vid 4 ° C. Plasma frystes vid −20 ° C. Organ och individuellt retroperitoneal fettdepå dissekerades och vägdes. Hjärnan avlägsnades snabbt och placerades i en hjärnmatris (WPI, Sarasota, FL, USA råtta 300 – 600 g). Först dissekerades hypotalamus [enligt Paxinos atlas-koordinater: −1.0 till −4.5 mm från Bregma ()], sedan, för varje råtta, erhölls två koronala skivor med tjocklek 2 mm vid nivån av NAc och en annan på nivån av VTA. Prover av höger och vänster NAc och höger och vänster VTA (fyra prover totalt per djur) erhölls snabbt med användning av två olika biopsi-stansar (Stiefel Laboratories, Nanterre, Frankrike) (diameter 4 mm för NAc och 3 mm för den ventrala mellanhjärnan). Proverna knäpptes frusna i flytande kväve och lagrades vid -80 ° C för efterföljande bestämning av genuttryck med TaqMan lågdensitetsuppsättning (TLDA).

De andra råttorna (n = 6 per grupp) bedövades djupt med pentobarbital (150 mg / kg ip) och perfunderades med en transkardial fysiologisk saltlösning följt av iskall 4% paraformaldehyd i fosfatbuffert (PB), pH 7.4. Hjärnorna avlägsnades snabbt, nedsänktes i samma fixeringsmedel under 1 timme vid 4 ° C och lagrades slutligen i 25% PB-sackaros under 24-48 timmar. Hjärnorna frystes sedan i isopentan vid -60 ° C och lagrades slutligen vid -80 ° C tills de användes. NAc, hypotalamus och VTA skars i 20 pm seriella koronalsnitt med en kryostat (Microm, Microtech, Francheville, Frankrike). Två eller tre serier med tio glasskivor innehållande 10-4 sektioner utfördes för varje hjärnområde. För varje glasskiva är de seriella sektionerna åtskilda av 6 µm (figur (Figure66).

Figur 6 

Kvantifiering av TH / NeuN-positiva neuroner i ventral tegmental area (VTA) och TH-densitetsfibrer i nucleus accumbens (NAc) från avvänjning till vuxen ålder hos avkommor från western diet (WD) eller kontrolldiet (CD) matade dammar. (A) Schema från Paxinos och Watsons .

Biokemiska plasmanalyser

EDTA-plasma uppsamlat på P25, P45 och P95 råttor användes för att mäta plasmaglukos, NEFA (icke-förestrade fettsyror), insulin och leptin. Glukos och NEFA mättes med användning av kolorimetriska enzymatiska reaktioner med specifika kit (glukos- och NEFA PAP 150-satser, BioMérieux, Marcy-l'Etoile, Frankrike). Hormoner analyserades med specifika ELISA-satser enligt tillverkarens instruktioner för insulin och leptin (ELISA-kit från råtta / mus, ELISA-kit för råtta, Linco Research, St. Charles, MO, USA).

immunohistokemi

Glasskivor innehållande seriella VTA- och NAc-sektioner blockerades först för 3 – 4 h och inkuberades sedan över natten vid 4 ° C med en blandning av följande antikroppar: mus anti-NeuN (1: 500; IgM; Millipore Bioscience Research Reagents, Merk, USA) och kanin anti-TH (1: 1,000; Millipore Bioscience Research Reagents, Merk, USA). Efter inkubering med primära antikroppar och efterföljande tvättning med PB inkuberades sektioner i en blandning av sekundära antikroppar: Alexa 488 konjugerad åsna anti-mus IgM och Alexa 568-konjugerad åsna anti-kanin IgG (1: 500; Invitrogen, ThermoFisher Scientific, Waltham , MA, USA) för 2 h. Sektioner monterades i superfrost plus guldglas (ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, USA), lufttorkade och täckte med ProLong ™ Gold antifade reagens (Invitrogen, ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, USA).

TH Neuroner räknar i VTA

För varje råtta räknades TH-positiva celler som tidigare beskrivits () vid tre olika rostrocaudala nivåer av VTA: vid nivån för utgången från den tredje nerven (avstånd i förhållande till Bregma: −5.3 mm), 200 um rostral och 200 um caudal till denna nivå (figurer (Figures6A) .6A). För vänster och höger sida erhölls en digitaliserad bild innefattande hela VTA från tillbehörets terminalkanal medialt till sidokanten av mesencephalon med användning av X XUMUM förstoring av en NanoZoomer-XR Digital glidskanner C12000 (Hamamatsu, Japan). En linje ritades runt omkretsen av VTA för varje sektion. Gränserna valdes genom att undersöka formen på cellerna och hänvisa till Paxinos och Watson atlas. En dopaminerg neuron definierades som en NeuN (+) / TH (+) immunoreaktiv cellkropp med tydligt synlig kärna. Med användning av NIH Image J-programvaran (cell counter plugin) räknades NeuN (+) / TH (+) -cellerna av två olika personer utan kunskap om djurgrupperna. Räkningsfel med uppdelade celler korrigerades med användning av formeln för Abercrombie (), var N = n[t/(t + d)] (N = totalt antal celler; n = antal celler som räknats; t = sektionstjocklek; och d = celldiameter) och denna korrigeringsfaktor var 0.65. Data uttrycks som medelvärde [NeuN (+) / TH (+) i vänster och höger VTA] ± SEM.

TH Fibertäthet i NAc

TH-proteininnehållet i de dopaminerge nervterminalerna i NAc uppskattades genom anatomisk densitometrisk analys av TH-immunmärkta sektioner. TH-fibertätheten kvantifierades vid tre godtyckliga nivåer längs NAc-rostrocaudala axeln (Bregma 2.20, 1.70 och 1.20 mm) (figur (Figure6B) .6B). I korthet digitaliserad bild innefattande hela striatum och NAc erhållen med användning av X XUMUM förstoring av en NanoZoomer-XR Digital glidskanner C12000 (Hamamatsu, Japan) erhölls. För en given NAc drogs en linje runt hela kärnan för att definiera området för optisk densitetsmätning (OD) (Figure6B) .6B). Det erhållna värdet normaliserades med OD-värdet mätt från en cirkulär zon ritad på corpus callosum (ett område som inte är färgat för TH-immunokemi) i samma sektion med användning av NIH Image J-programvaran. Data uttrycks som ett medelvärde för OD-förhållandet (OD-värde i NAc / OD-värde i corpus callosum i de tre sektionerna) ± SEM.

Genuttryck av TLDA och TaqMan

RNA isolerades från snäppfryst NAc, VTA-anrikade prover och hypotalamus med användning av NucleoSpin RNA / proteinsatsen (Macherey-Nagel, Hoerdt, Frankrike). Totalt RNA överlämnades till DNas-spjälkning enligt tillverkarens instruktioner, mängden uppskattades med 260 / 280 nm UV-absorbans, och kvaliteten bedömdes med användning av Agilent 2100 Bioanalyzer System, RNA-integritetsnumret (RIN) beräknades sedan. Prover med ett RIN under 8 kasserades. Ett mikrogram totalt RNA transkriberades omvänt till cDNA med användning av RT-kit med hög kapacitet (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA) i en total volym av 10 ul.

Som tidigare beskrivits (), TLDA är ett 384-brunns mikrofluidisk kort på vilket 384 samtidigt realtids-PCR kan utföras (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). Vi använde en specifikt utformad TLDA som gjordes för att täcka olika genfamiljer som är relevanta för plasticitet och reglering av matintag. Varje anpassat kort konfigurerades som 2 × 4-provbelastningslinjer innehållande 2 × 48-reaktionskamrar (referens: 96a). En 92-genuppsättning (tabell S1 i kompletterande material) och fyra hushållningsgener (18S, Gapdh, Polr2a och Ppia) studerades. PCR i realtid utfördes med Life Technologies TaqMan-reagens och kördes på ABI Prism 7900HT-sekvensdetekteringssystem (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). Rå fluorescensdata samlades in via PCR med användning av SDS 2.3-programvaran (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA), som ytterligare genererade tröskelcykler Ct med automatisk bestämning av både baslinjen och tröskeln. Efter filtrering med hjälp av ThermoFisher-molnapp (ThermoFisher, USA) för att diskriminera avvikande PCR-körningar, var analyserna per prov n = 6 (n = 5 för WD-grupp vid P25). Data analyserades sedan med ThermoFisher Cloud App (ThermoFisher, USA) för relativ kvantifiering. Relativ kvantifiering av genuttryck (RQ) baserades på den jämförande Ct-metoden med användning av ekvationen RQ = 2-ΔΔCt, där ΔΔCt för ett genmål var dess egen Ct-variation subtraherades från ett kalibratorprov och normaliserades med en endogen kontroll. Precis bestämde vi den mest stabila hushållningsgenen med hjälp av geNorm algoritm (ThermoFisher Cloud App RQ, ThermoFisher, USA). Bland de fyra hushållsgenerna definierades Gapdh som den endogena kontrollen för NAc och hypothalamus, och Ppia för VTA och detta var sant för alla prover från de tre analysperioderna. Grafisk representation av generuttryck utformades manuellt för att tilldela en färg för ett 10% -ökning av genuttryck relativt CD-gruppen. Betydande variation, med användning av icke-parametriskt Wilcoxon-signerat-rank-test, noterades med en asterisk.

Statistisk analys

Resultaten uttrycks som medelvärde ± SEM i tabeller och figurer. Mann-Whitney icke-parametriskt test användes för analys av kroppsvikt vid olika tidpunkter, fettpreferenser och OD-förhållande erhållet från immunohistokemi.

För att bedöma betydelsen av 3 dagars fettpreferenser utförde vi en kolumnstatistisk analys för varje dag. För varje grupp testades konsumtion av fettlösning och kontrolllösning med användning av det icke-parametriska Wilcoxons signerade rangtest. Vi jämförde preferensmedelvärdet med det hypotetiska värdet på 50% (prickad röd linje). Betydande variation noterades med en röd asterisk. Vi använde samma test för analysen av QPCR RQ-värdet; Vi jämförde det genomsnittliga RQ-värdet med det hypotetiska värdet för 1. Betydande variation noterades med en asterisk (figur (Figure44).

Figur 4 

Relativ genuttryck i nucleus accumbens (NAc), ventral tegmental area (VTA) och hypothalami från perinatal-western diet matade råttor och perinatal-control diet matade råttor under tre tidsperioder. Samtidig kvantifiering av uttrycket av gener i .

För plasmaprovanalysen utförde vi ett icke-parametriskt Mann- och Whitney-test. Antalet TH-positiva celler analyserades med en tvåvägs ANOVA och p värdet beräknades. På grund av mångfalden av de implementerade testerna, en Bonferroni post hoc korrigering tillämpades endast efter detta test. Statistisk analys utfördes med användning av Prism 6.0-mjukvara (GraphPad Software Inc., La Jolla, CA, USA).

En oövervakad PCA utfördes först på 130-parametrar (TLDA, beteende och plasmadata) vid olika tidpunkter för varje stämpel i hjärnbiopsi (VTA, NAc och hypothalamus) för att visualisera den allmänna strukturen för datamängden (dvs. tre globala PCA per tidpunkt). PCA kan definieras som den ortogonala projiceringen av data på ett nedre dimensionellt linjärt utrymme, så att variansen för den projicerade datan maximeras i underområdet. Vi filtrerade först ut gener som inte uttrycks eller uttrycks något (figur (Figure5) .5). Värden för avkommor från CD-matade dammar och från WD-matade dammar verkade i olika färger i enskilda PCA-tomter för att visualisera om dessa två experimentgrupper är väl separerade av de övervakade PCA-komponenterna. Denna analys skiljer grupperna av gener som uttrycks differentiellt mellan de två avkommorna. Därefter gjordes fokuserade PCA: er på olika kluster av mRNA-markörer: plastisitet (cellvidhäftning, cytoskelett, neurotrofisk faktor, synaptogenes och transkriptionsreglerande), DA-väg, GABAergisk väg, epigenetiska modulatorer (histondeacetylas och histonacetyltransferas). Dessa fokuserade PCA: er möjliggör att man samtidigt kan visualisera sambandet mellan moderdieter och vissa markörer och korrelationer mellan specifika familjegen. En kvalitativ skala användes för analys av PCA och fokuserad PCA: +++: mycket bra separering; ++: bra separering med en råtta på fel sida av PCA-separationen; +: ganska bra separering med två råttor (en av varje grupp) på fel sida, -: ingen klar separering.

Figur 5 

Principal component analysis (PCA). Betygspridning av PCA (A, B). (A) Global PCA från nucleus accumbens (NAc) -prover av P95-hanråttor. Svarta trianglar motsvarar avkommor från kontrolldiet (CD) matade dammar och röda trianglar motsvarar avkomman .

Resultat

Kroppsvikt och tillväxt

Mammalt WD-intag under graviditeten (från G1 till G21) påverkade inte valparnas kroppsvikt vid födseln (figur (Figure2) 2) (CD: 6.55 ± 0.07 g vs WD: 6.54 ± 0.05 g p = 0.9232) (figurer (Figures2A, B) .2A, B). Kroppsviktökning från födelse till avvänjning var 21% högre hos avkommor födda från WD-dammar än avkommor från CD-dammar med en kroppsvikt signifikant högre vid avvänjning hos avkommor födda från WD-dammar (36.19 ± 0.90 g vs 47.32 ± 1.48 g p <0.001) (Figur (Figure2C) .2C). Från avvänjning till slutet av experimentet (P95) matades råttorna med standard chow-diet och kroppsvikt förblev högre för avkomman från WD-dammar än från CD-dammar avkomma. I detaljer: under tonåren (P39) (figurer (Figures2A, D), 2A, D), CD: 176.8 ± 3.3 g vs WD: 192.2 ± 3.3 g p = 0.0016 och vid P93 (ung vuxen) (figurer (Figures2A, E) 2A, E) CD: 478 ± 9.9 g vs WD: 508.6 ± 10.3 g p = 0.0452.

Figur 2 

Utvecklingen av avkommans kroppsvikt från födelse till vuxen ålder. (A) Kroppsvikt dag 0 till dag 100. Amperperiod i röda och eftervinsningsperioder (c) barndom, (d) tonåren och (e) unga vuxna i grått. På tillväxtkurva, manliga avkommor från kontrolldiet .

Hormoner och metabola markörer vid olika tidsperioder

Plasmaleptin-, insulin-, glukos- och NEFA-koncentrationer mättes vid P25, P45 och P95. Vid alla åldrar skilde sig inte glukos-, NEFA- och leptinnivåer av WD-avkomma från statistik från CD-avkommor (tabell (Table2,2, n = 6 per grupp). Vi observerade en signifikant ökning av fettavsättningen (retroperitoneal fettmassa) på avkomma från WD-matade dammar endast vid P25 (p = 0.0327, Mann och Whitney test).

Tabell 2 

Retroperitonealt fettmasseförhållande och plasmadosering: glukos; insulin, NEFA och leptin.

Effekten av perinatal WD på fettpreferens från avvänjning till vuxen ålder

För att undersöka effekterna av WD på fettpreferenser, använde vi ett tvåflaskans valparadigm vid tre olika tidpunkter under tillväxt. Detta test användes för att studera specifikt preferensen för fettsmak genom att så mycket som möjligt undvika den metaboliska effekten av dess intag. Vi visade att skillnader i "extra" kaloriintag från flaskan (vid P25, P45 och P95) inte är statistiskt signifikanta mellan grupper (figurer S1A – C i kompletterande material). Skillnaden i konsumtion av 1% majsoljelösning resulterar dessutom i en kaloriförhöjning med 1% för WD-råttor vid P25 (WD: 4.9% mot CD: 3.9% av kalorier intagna) och 0.5% för CD-råttor vid P45 (WD: 2% vs CD: 2.5% kalorier som intas) (figurer S1D – F i kompletterande material). Vid P25 har valpar från CD-dammar ingen preferens för fett (44.87 ± 9.8%, p = 0.339); på motsatta WD-råttor har en preferens för fett (75.12 ± 8.04%, p = 0.039 efter Wilcoxon signerad rank-test, röd asterisk). Dessutom finns det en statistisk skillnad mellan de två grupperna med p = 0.0347 (Mann och Whitney-test, svart hash-tagg) (Figur (Figure33EN).

Figur 3 

Utvecklingsutveckling av fettpreferens från avvänjning till vuxen ålder. (A) Första dagens fettpreferens vid P25, P45 och P95. Olika uppsättningar av djur användes vid varje tidpunkt (n = 6 / grupp / tidpunkt). (B) Tre dagar i rad med fett .

Vid P45 och P95 har de två grupperna en betydande preferens för fett, dvs signifikant skiljer sig från det teoretiska värdet på 50% (vid P45, CD: 80.68 ± 2.2% p = 0.0005 och WD: 78.07 ± 3.25% p = 0.0005; vid P95, CD: 74.84 ± 8.4% p = 0.0425 och WD: 69.42 ± 8.9% p = 0.109 efter Wilcoxon signerad-rank test, röd asterisk) (Figur (Figure3A) .3A). Värdena för de två grupperna kunde inte skiljas efter en dag med smakpresentation (vid P45 p = 0.7857 och vid P95 p = 0.9171 Mann – Whitney test) (Figur (Figure33EN).

För att veta hur råttorna reglerar deras fettförbrukning över tid upprepade vi fettpresentationen i tre dagar i följd vid P45 och P95 (figurer (Figures3B, C) .3FÖRE KRISTUS). Intressant vid P45 förlorade bara män från WD-dammar gradvis preferensen för fettlösning (figur (Figure3B) 3B) (tredje dag: 53.12 ± 8.36% p = 0.851 efter Wilcoxon signerad-rank test). Emellertid, vid P95 (vuxen ålder) föredrog alla djur fettet utan utveckling under 3 dagars test (Figur (Figure33C).

Sammanfattningsvis observerade vi i denna modell i ett tidigt skede (barndom) en preferens för fett hos råtta som matades av WD-dammar med en progressiv ointresse över tid under tonåren. Vi observerade ingen skillnad mellan de två grupperna av råttor i vuxen ålder.

Molekylär signatur av hjärnplastisitet och GABA-kretsar ombyggnad i hypotalamus och belöningsvägar

För att avgöra om materns WD-intag under graviditet och amning påverkar avkomman och belöningsvägarna för avkomman, mätte vi det relativa uttrycket för flera viktiga faktorer för hjärnplastisitet, hjärnmodellering och markörer av neuronala kretsar som är inblandade i matintag och epigenetisk regulatorer. Vi använde TLDA för att analysera deras överflöd i olika hjärnområden (dvs. hypothalamus, VTA och NAc) (tabell S1 i kompletterande material) under de tre tidsperioderna. Screening utfördes efter valet av två flaskor vid P25, P45 och P95 (figur (Figure1) 1) på sex män födda från WD-matade dammar och sex män födda från CD-matade dammar.

Vid P25 i hypothalamus uppvisade fem gener från tretton olika kategorier en signifikant lägre mRNA-expressionsnivå främst i plasticitetsmarkörer och GABA-markörer som sträckte sig mellan −20% (Gfap) och −40% (Gabra5) hos ungar från WD-matade dammar jämfört med råttor från CD-matade dammar. I belöningsvägsbiopsier (VTA och NAc) uppvisade två gener en statistisk högre mRNA-expressionsnivåer (D2R och Gabra1), dvs. DA-signalering och GABA-receptorer och en gen ett lägre uttryck (Hcrtr2) (dvs. orexin 2-receptor) i NAc medan fyra gener uppvisade en signifikant högre mRNA-expressionsnivå (Map2, Gabara1, Hcrtr1 och Hcrtr2) (dvs plastisitetsmarkörer, GABA-receptorer och serotoninerga receptorer) i VTA (figur (Figure44).

Vid P45 i hypothalamus visade fem gener från tretton olika kategorier en lägre mRNA-uttrycksnivå som sträckte sig mellan −20% (Fos) och −50% (FosB) hos valpar från WD-matade dammar jämfört med råttor från CD-matade dammar. Vid P45 i belöningsvägsbiopsier visade fyra gener en högre mRNA-expressionsnivå (Gfap, Dat, Cck2r och Kat5) och två gener ett lägre uttryck (Fos och FosB) i NAc medan tre gener visade en lägre mRNA-expressionsnivå (Arc, FosB och Th) och en gen en högre nivå (Gabrg2) i VTA.

Vid P95 i hypothalamus visade 20-gener från tretton olika kategorier en högre mRNA-expressionsnivå mellan + 20 och + 40% (Syt4 till Gjd2) och 3-gener visade ett lägre mRNA-uttryck (FosB, D1r och Gabarb1) i pup matade dammar jämfört med råttor från CD-matade dammar. Vid P95 i belöningsvägsbiopsier visade 12-gener en högre mRNA-expressionsnivå mellan + 20 och + 40% (Syn1 till Hcrt1) och 1-gen ett lägre uttryck (Th) i NAc, 6-gener visade en högre mRNA-expressionsnivå (Ncam1 , Gja1, Gjd2, Gabra5, Htr1a och Htr1b) och 6 gener visade en lägre mRNA-expressionsnivå (Cntf, Igf1, Fos, Socs3, Gabrb2 och Hdac3) i VTA.

Vi utförde sedan tre övervakade PCA motsvarande de tre hjärnbiopsierna med användning av alla kvantifierade parametrar (dvs plasmadosering, beteendata och mRNA-uttrycksvariationer). En tydlig separering av de två grupperna erhölls endast vid P95 för NAc och VTA (tabell (Table33).

Tabell 3 

Principal component analysis (PCA) syntes: kvalitativ analys av PCA-gruppseparation för global PCA och fokuserad PCA.

Enligt PCA-korrelationscirkeln och TLDA-data (som representerar majoriteten av variablerna inkluderade i denna PCA) definierade vi genfamiljerna som kan vara ansvariga för segregeringen och utförde en fokuserad PCA (figurer (Figures5A, B, 5A, B, till exempel). Den fokuserade PCA avslöjade att vid P25 DA-markörer i NAc och plasticitetsmarkörer i hypotalamus kunde skilja de två grupperna av avkommor (Tabell (Table33 för sammanfattning). Ingen sådan diskriminering erhölls då vid P45. Samma analys vid P95 avslöjade emellertid att de olika markörerna för GABA-systemet i NAc och hypothalamus, plus plasticitetsmarkörerna (i hypothalamus, NAc och VTA) och epigenetiska regulatorer (endast i NAc) bidrar till att separera de två grupperna av djur ( Figur (Figure5; 5; Tabell Table33).

Denna analys avslöjar det långvariga påverkan av perinatal diet på GABAergiska markörer såväl som plasticitet och epigenetiska markörer i både den homeostatiska och belöningsvägen som är inblandad i matningsbeteende.

Immunohistokemi av TH-celler bekräftade transkriptanalys

Eftersom vi observerade en viss variation i TH mRNA i NAc och VTA under de olika utvecklingsperioderna, siktade vi på att korrelera dessa resultat med TH-immunfärgning. Antalet TH / NeuN-positiva celler analyserades i VTA där dopaminerga cellkroppar är belägna och OD för TH immunolabeling kvantifierades i nervändarna lokaliserade i NAc. TH (+) -celler var mindre rikligt i VTA för WD jämfört med CD-råttor endast vid P45 (figurer (Figures6A, C, E; 6ESS; Figur S2A i kompletterande material). Det fanns ingen signifikant interaktion mellan sektionsnivå och TH / NeuN-kvantifiering under de tre perioderna (P25 p = 0.9991, P45 p = 0.9026 och P95 p = 0.9170). Endast vid P45 erhölls en statistisk skillnad mellan de två avkommagrupperna (p = 0.0002) (Figur (Figure6E) .6E). Dessutom observerade vi ingen skillnad i OD för TH-immunfärgning i NAc vid P25 och P45 mellan de två grupperna (OD-förhållande värden vid P25: 1.314 ± 0.022 i CD vs 1.351 ± 0.026 i WD, p = 0.2681; OD-förhållandevärden vid P45: 1.589 ± 0.033 i CD jämfört med 1.651 ± 0.027 i WD, p = 0.1542). Emellertid hittades en signifikant minskning av OD för TH-nervändar i NAc från WD-grupp vid P95 (OD-förhållandevärden vid p95: 1.752 ± 0.041 i CD vs 1.550 ± 0.046 i WD, p = 0.0037) (figurer (Figures6B, D, F; 6B, D, F; Figur S2B i kompletterande material).

Diskussion

I denna studie har vi antagit att maternär perinatal överutrition kommer att påverka utvecklingsprogrammet för belöningsvägar som är involverade i energihomeostas, val av mat och matintag av avkomman. Vi undersökte omfattande effekterna av moders WD-intag från födelse till avvänjning på GABA, serotonin och DA-vägar av specifika hjärnområden (VTA, NAc och hypothalamus) i avkomman, från barndom till vuxen ålder. Våra resultat antyder att användningen av en diet, rik på fett och söt, strikt begränsad till perinatalperiod, påverkar tidigt fettpreferens (barndom) hos avkomman korrelerade med förändring i genuttrycksprofil och neuroanatomiska / arkitektoniska förändringar av mesolimbic dopaminergiska nätverk. Men när avkomman hölls under chow-diet, observerade vi hos ungdomar WD-matade råttor en progressiv förlust av attraktivitet gentemot fett som var korrelerad med ett minskat uttryck av gener i DA-systemet och en liten minskning av TH-positiva neuroner i VTA . Senare i livet var fettpreferensen inte annorlunda mellan grupper trots att en viktig plastisitet i GABAergic-nätverket och energihomeostasnätverket i hypotalamus identifierades i råtta från WD-matade dammar (figur (Figure77).

Figur 7 

Grafiskt abstrakt. NAc, nucleus accumbens; VTA, ventral tegmental område.

Den första effekten av perinatal-WD-intag som vi observerade i denna studie är en ökad kroppsvikt hos avkomman vid avvänjning men ingen skillnad vid födseln. I själva verket får djur från WD-gruppen 21% mer vikt än CD vid slutet av sugande perioden. Tidigare studier har gett motstridiga resultat angående förändring i födelsevikt för avkommor från WD-matade dammar: högre kroppsvikt (, ), en lägre kroppsvikt (, , ) eller ingen skillnad (, ). Våra data är i linje med en nyligen meta-regressionsanalys () som genomfördes på 171 experimentella publikationer som drog slutsatsen att HFD-exponering för mödrar inte påverkade avkommans födelsevikt men inducerade en ökad kroppsvikt vid slutet av ammningsperioden. WD-avkommans högre kroppsvikt återspeglar förmodligen en förändring i mjölkkomposition och / eller mjölkproduktion som har illustrerats i tidigare publikationer (, ). I enlighet med deras högre kroppsvikt var det retroperitoneala fettförhållandet för avkomman från WD betydligt högre än CD-avkommorna i slutet av ammperioden (P25, tabell Table2), 2), vilket också överensstämmer med tidigare studier (, ). Den högre fettnivån varade dock inte vid P45 och P95, och andra metaboliska parametrar som insulin, NEFA och glukosplasma skilde sig inte mellan grupperna. Våra resultat visade att utan en tydlig fetmaövervikt under graviditet och amning är dieten i sig inte tillräcklig för att inducera varaktiga metaboliska effekter hos avkomman (, , ).

Det har rapporterats att perinatal HFD-intag korrelerar positivt med avkomens preferens för smaklig mat (). I vår studie utförde vi en longitudinell studie som syftade till att testa fettpreferens hos avkommor som är avvunna på vanlig chow.

Påverkan av perinatal WD på barndomen (efter avvänjning)

Gnagare valpar äter fast mat 19 – 20 dagar efter födseln () när deras cerebrala belöningsvägar ännu inte är mogna (). Det var därför mycket intressant att studera deras mycket tidiga preferens för fett och korrelera denna tidiga preferens med hjärntranskriptanalys. Strax efter avvänjning observerade vi en preferens för fett hos WD-avkommor som inte visades i CD-råttor. Detta är i linje med andra rapporter som visar en koppling mellan perinatal undernäring och smaklig matpreferens och låg preferens för fett vid tidig ålder för kontrollråttor ().

Den globala PCA tillät inte att diskriminera gruppen valpar med avseende på materns diet i den åldern. Men när en riktad PCA, begränsad till DA-markörer, utfördes, erhöll vi en bra segregering av grupperna. Det finns faktiskt en markant ökning av uttrycket av D2-receptor-mRNA i NAc i WD-valpar. Detta postsynaptiska D2-överuttryck i NAc kan delvis vara involverat i en högre motivation för fett (). Få andra transkript modifieras i WD-valpar jämfört med CD-valpar, såsom en ökning av alfa 1 GABAA-underenhet i NAc och VTA och en minskning av alfa 5 GABAA-underenhet i hypotalamus som antyder en omorganisation av GABAA-receptorer i dessa kärnor.

Inverkan av perinatal WD på ungdomar

Vid P45 observerade vi en liknande preferens med hög fetthalt för båda grupperna den första dagen för presentationen, men intressant nog förlorade WD-råttorna successivt sitt intresse för fett efter upprepad presentation. Tonåren är en kritisk period av neurobeteende omorganisation som är nödvändig för livslång kognitiv bearbetning () och olika studier visade en markant sårbarhet för skadlig kognitiv effekt av en fet diet (-). Detta resultat är i uppenbar motsägelse med tidigare arbete från gruppen av Muhlhausler (, ) där unga råttor (6 veckor) visade en tydlig preferens för skräpmat. I sina publikationer var emellertid det experimentella paradigmet annorlunda eftersom råttorna hade fri tillgång till både standard chow och skräpmat från avvänjning till offret (6 veckor).

Samtidigt mätte vi en ökning av Dat mRNA i NAc och en minskning av Th mRNA i VTA som bekräftades av immunohistokemi som visade ett reducerat TH (+) cellerantal i VTA för WD-råttor. Efter en förhöjd transkriptomisk aktivitet för DA-systemet vid avvänjning kan den reducerade aktiviteten vid P45 förklara det låga intresset för den smakliga maten som observerats i våra WD-råttor. Det bör också noteras att den systematiska minskningen av Fos- och FosB-mRNA-uttryck i de olika kärnorna som vi analyserade kan vara ett tecken på en minskad cerebral aktivitet efter maternär WD-exponering.

Unga WD-råttor visade en snabbare ointresse för fett som är motsatt till deras tidigare beteende. Användningen av en "normal" diet under barndomen verkar "skydda" dem mot en överdriven fettpreferens i tonåren. Tvärtom när råttor har fri tillgång till skräpmat efter avvänjning, som i Ref. (, ) visar de i tonåren en stark preferens för fett. Detta resultat tyder på att 3 veckors chow-diet efter avvänjning kunde ha omprogrammerat kretsarna och gjort de unga avkommorna mindre känsliga för en akut fettutmaning.

Effekten av perinatal WD på vuxna

Vuxna råttor visade inte längre skillnad i preferens för fett, även efter upprepad fettpresentation som redan beskrivits (, ). Samtidigt observerade vi en minskning av Th mRNA och protein i NAc, och en tendens till ett minskat uttryck av Dat mRNA i VTA. Naef och kollega () rapporterade redan om en låg aktivitet av DA-systemet hos vuxna råttor som matades under perinatal period med en HFD, med ett trubbigt DA-svar på amfetamin uppmätt med mikrodialys och en ökning av motivationen för fettbelöning (se tabell som sammanfattade senaste qPCR-data om denna modell, Tabell S2 i kompletterande material). En begränsning av TH-kvantifiering (mRNA och immunohistokemi) i NAc kommer från det faktum att NAc-celler också kunde uttrycka Th mRNA och protein och sedan kan förspänna DA-fibrernas kvantifiering (, ). Användningen av TH-immunföroreningar i NAc avslöjade emellertid huvudsakligen de täta axonterminalerna som kommer från DA-nervceller från mellanhålet (VTA och SNc). Vanligtvis kunde de TH-uttryckande neuronerna i striatum och NAc endast urskiljas hos djur med mycket DA-skada () och kan därför knappast detekteras i våra immunavsnitt. I denna studie observerade vi också en stark ökning av mu opioidreceptor i NAc när andra grupper, med olika modeller, visade en minskning av uttrycket i det ventrala striatum hos råtta som tidigt exponerats för HFD (under amning och dräktighet), ) eller ingen förändring (). Dessa modifieringar, mätt endast på mRNA-nivån, kunde återspegla en svag hypoaktivitet hos DA-kretsarna associerade med en högre opioidkänslighet () som antagligen inte är tillräckliga för att påverka det beteendestest som vi utförde. Dessa antaganden måste bekräftas med hjälp av funktionella metoder. I ett nyligen uppsats, med en liknande modell, kunde Romani-Perez et al. Inte observera en signifikant ökning av motivationen i operativa konditioneringslådor för HFD-avkommor, men observerade en kortare latens för att nå en målruta i ett banpartsparadigm (). Trots frånvaron av långvarig fettpreferens under våra experimentella förhållanden, fann vi att perinatal maternellt WD-intag har en långvarig effekt på andra cerebrala kretsar, främst medierade av GABA-ombyggnad i NAc och Hypothalamus. NAc betraktas som en "sensorisk sentinel" för fullbordande beteende (). Nyligen genomförda studier har visat att livsmedelsintaget dämpades genom hämning av GABA-frisläppande LH-neuroner (). O'Connor et al. visade att NAc D1R-neuroner (GABAergiska projiceringsneuroner) inhiberar selektivt LH VGAT-neuroner för att stoppa matintaget (). Dessa experiment avslöjar en GABA-krets (NAc / Hypothalamus) som kan vara ansvarig för att kontrollera beteendespons. Detta ventrala striatum – hypotalamiska system kompletterar en annan krets som involverar bäddkärnan stria terminalis GABA-frisläppande VGAT projicerar neuron till glutamatet som frisätter Vglut LH-neuroner och direkt hämning av LH vglut2 framkallar utfodring (). En annan viktig komponent i den aptitreglerande kretsen som involverar NAc-skalet är en GABA-frisläppande hämmande projektion till VP (). Dessa data belyser den avgörande rollen som GABA-signalering spelar i samspelet mellan hypothalamus och NAc för att främja utfodring. I vår studie kunde vi inte urskilja populationen av nervceller involverade i GABA-ombyggnaden och hur dessa modifieringar kunde förändra nätverken. Den centrala rollen för GABA-kretsar förtjänar emellertid mer intresse. I synnerhet skulle det vara mycket intressant att utföra ytterligare funktionella experiment av dessa GABA-kretsar med hjälp av elektrofysiologiska metoder (). Vi observerade också en global uppreglering av mRNA-transkript för 5HT1a och 5HT1b-receptorer i de tre studerade kärnorna. Majoriteten av de projicerade serotoninfibrerna kommer från ryggkärnan (DRN) och median raphe kärnan (MRN). Senaste uppgifter från in vivo- inspelningar och bildstudier visade en positiv roll av 5HT i belöning (). 5HT-fibrer från DRN är involverade i impulsivitetskontroll (). Öka 5HT1a i VTA och NAc kan vara en kompensationsmekanism som kan kontrollera impulsiviteten. I hypotalamus tyder farmakologiska studier på att 5HT1a-receptorundertyper kan undertrycka matningsbeteende inducerat av serotoninstimulering (, ). Ökade 5HT1a och b-receptorer i hypothalamus kan förstärka den matningsundertryckande verkan av serotonin och kan därför utgöra en kompensationsmekanism. Dessa antaganden måste verifieras genom att utföra lämpliga funktionella experiment.

Dessa nätverksförändringar är associerade med modifieringar av plasticitetsmarkörer som Ncam mRNA. I hypotalamus hos vuxna råttor observerade vi en ökning i Ncam1 och St8sia4 transkript som antyder och ökning av polysialsyra (PSA) signalering. PSA är en cellyteglykan som modulerar cell-till-cell-interaktioner. Polysialylering av celladhesionsproteiner är involverat i olika synaptiska plastisitetsberoende processer i det centrala nervsystemet och har rapporterats vara nödvändigt för den anpassningsbara synaptiska plasticiteten hos matningskretsar under akut positiv energibalans (, ). Dessutom kan andra regulatorer för cellinteraktion och synaptogenes vara involverade i denna hypotalamiska plastisitet.

Sammanfattningsvis (figur (Figure7), 7), har moders WD-intag ett långvarigt inflytande på organisationen av de homeostatiska och hedoniska kretsarna som reglerar ätbeteendet hos avkomman. Genom analys av tre kritiska tidsperioder kunde vi visa en tydlig utveckling för fettpreferens korrelerade med specifika hjärnmolekylära signaturer. Under barndomen kan preferensen för fett korreleras med en högre aktivitet i DA-systemet. Ungdom, kännetecknad av en inversion av fettpreferens, var associerad med lägre uttryck av DA-systemmarkörer som antydde en kompensationsmekanism. En mycket intressant punkt att anmäla är att i denna modell en balanserad diet efter avvänjning skulle kunna skydda tonåriga råtta från skadliga matvanor genom att minska deras önskan efter fett. Även om de två grupperna i vuxen ålder har en liknande hög preferens för fett, visade råttor från WD-matade dammar en djup ombyggnad av GABA-kretsarna. Vilka är konsekvenserna av denna bestående plastisitet? Kommer ett överdrivet obesogent dietintag under tonåren att återaktivera detta trubbiga belöningssystem? Sådana frågor kan vara relevanta i näringsuppföljningen av nyfödda och barn som uppstod i västerländska länder.

Etikförklaring

Alla experiment genomfördes i enlighet med riktlinjerna från den lokala djurskyddskommittén, EU (direktiv 2010 / 63 / EU), Institut National de la Recherche Agronomique (Paris, Frankrike) och den franska veterinäravdelningen (A44276). Experimentprotokollet godkändes av den institutionella etiska kommittén och registrerades under referens APAFIS 8666. Varje försiktighetsåtgärd togs för att minimera stress och antalet djur som användes i varje experimentserie.

Författarbidrag

JP och PB utförde experiment och deltar i diskussionen och skrivandet. TM utförde PCA och deltog i diskussioner och skrivande. SN bidrog till utformningen av experimentet och deltog i diskussionen. PP bidrog till utformningen av experimentet, deltog i diskussionerna och skrev manuskriptet. VP utformade och utförde experimenten, analyserade data och skrev manuskriptet.

Intresseanmälan

Författarna förklarar att forskningen genomfördes i avsaknad av kommersiella eller finansiella relationer som kan tolkas som en potentiell intressekonflikt.

Erkännanden

Författarna vill erkänna Guillaume Poupeau och Blandine Castellano för att ha tagit hand om djuren under hela studien, Anthony Pagniez för sin hjälp i mRNA-extraktion och TLDA, Isabelle Grit för hennes hjälp i plasmaprovanalys, och Alexandre Benani och Marie-Chantal Canivenc för deras användbara diskussioner och TLDA-design.

fotnoter

 

Finansiering. Denna forskning stöds av region des pays de la Loire-bidrag PARIMAD (VP), LCL-stiftelsebidrag (VP och PP), SanteDige-stiftelsen (VP) och INRA Metaprogram DIDIT (SN, VP, PP).

 

 

Extramaterial

Det kompletterande materialet för denna artikel kan hittas online på http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fendo.2017.00216/full#supplementary-material.

Figur S1

Totalt energiintag från flaskan med majsolja. (A) Kaloriförbrukning från flaskan för majsolja för 24 h vid P25 i valpar från västra diet (WD) matade dammar och valpar från kontrolldiet (CD) matade dammar. (B) Kaloriförbrukning från flaskan för majsolja för 24 h vid P45 (den tredje dagen av flasktestet). (C) Kaloriförbrukning från flaskan för majsolja för 24 h vid P95 (den tredje dagen av flasktestet). För paneler (A-C), data uttrycks som medelvärde ± SEM, ingen statistisk skillnad (p (0.05) observerades efter Mann och Whitney icke-parametriska test i alla åldrar. (D) Procentandel av kaloriförbrukningen från flaskan med majsolja jämför med det totala kaloriförbrukningen (flaskan med majsolja + vanlig chow-diet) för 24 h vid P25 i WD-valpar och CD-valpar. (E) Procentandel av kaloriintaget från flaskan med majsolja jämför med det totala kaloriintaget (majsoljeflaska + standard chow diet) för 24 h vid P45 (den tredje dagen av flasktestet) i WD-valpar och CD-valpar. (F) Procentandel av kaloriintaget från majsoljeflasken jämförs med det totala kaloriintaget (majsoljeflaska + standard chowdiet) för 24 h vid P95 (den tredje dagen av flasktestet) hos WD-valpar och CD-valpar. För paneler (D, E), data uttrycks i procent av det totala kaloriintaget, ingen statistisk skillnad (p > 0.05) observerades efter chi-kvadrat med Yates korrigering, i alla åldrar.

Figur S2

Representativa mikrofotografier av TH-immunfärgning i nucleus accumbens (NAc) och ventral tegmental area (VTA) vid tre olika tidpunkter. (A) Fotomikrografi av TH / NeuN-immunfärgning på nivån av VTA, −5.30 mm från Bregma. Röd märkning är för NeuN, och grön för TH. Den vita pilen visar utgången från den tredje nerven. (B) Mikrofotografi av TH-immunfärgning vid nivån av NAc, + 1.70 mm från Bregma. Grön märkning är för TH. Den vita pilen visar den främre driften.

Tabell S1

TaqMan gen-lista med låg densitet array med motsvarande uppfinningar om livsteknologier.

Tabell S2

Sammanfattning av publicerade data angående uttryck för dopaminvägstranskript. De röda karaktärerna motsvarar barndomsperioden, de blåa till tonåren och de svarta till vuxna. =: motsvarar ett liknande transkriptionsuttryck mellan grupper, +: motsvarar ett högre transkriptionsuttryck hos ungar från högkalorisk diet [skräpmat, western diet (WD), eller fettsnål diet (HFD)] matade dammar, och -: motsvarar ett lägre transkriptionsuttryck hos ungar från högkalorisk diet (skräpmat, WD eller HFD) matade dammar.

Referensprojekt

1. Barker DJ. Fosterets ursprung till sjukdomar i ålderdom. Eur J Clin Nutr (1992) 46 (Suppl 3): S3 – 9. [PubMed]
2. Desai M, Gayle D, Han G, Ross MG. Programmerad hyperfagi på grund av minskade anorexigena mekanismer i intrauterin tillväxtbegränsad avkomma. Reprod Sci Thousand Oaks Calif (2007) 14: 329 – 37.10.1177 / 1933719107303983 [PubMed] [Cross Ref]
3. Goran MI, Dumke K, Bouret SG, Kayser B, Walker RW, Blumberg B. Den obesogena effekten av hög fruktoseksponering under tidig utveckling. Nat Rev Endocrinol (2013) 9: 494 – 500.10.1038 / nrendo.2013.108 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
4. Levin BE. Metabolisk avtryck: kritisk påverkan av perinatal miljö på regleringen av energihomeostas. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci (2006) 361: 1107 – 21.10.1098 / rstb.2006.1851 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
5. Olson CM, Strawderman MS, Dennison BA. Måttlig viktökning under graviditet och barnvikt vid 3 års ålder. Matern Child Health J (2009) 13: 839.10.1007 / s10995-008-0413-6 [PubMed] [Cross Ref]
6. Chen H, Simar D, Morris MJ. Hypotalamiska neuroendokrina kretsar är programmerade av moders fetma: interaktion med den födsliga näringsmiljön. PLoS One (2009) 4: e6259.10.1371 / journal.pone.0006259 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
7. Muhlhausler BS, Adam CL, Findlay PA, Duffield JA, McMillen IC. Ökad maternäring förändrar utvecklingen av aptitreglerande nätverk i hjärnan. FASEB J (2006) 20: 1257 – 9.10.1096 / fj.05-5241fje [PubMed] [Cross Ref]
8. Samuelsson AM, Matthews PA, Argenton M, Christie MR, McConnell JM, Jansen EHJM, et al. Dietinducerad fetma hos kvinnliga möss leder till hyperfagi av avkommor, fett, högt blodtryck och insulinresistens. Hypertension (2008) 51: 383 – 92.10.1161 / HYPERTENSIONAHA.107.101477 [PubMed] [Cross Ref]
9. Kenny PJ. Vanliga cellulära och molekylära mekanismer vid fetma och drogberoende. Nat Rev Neurosci (2011) 12: 638 – 51.10.1038 / nrn3105 [PubMed] [Cross Ref]
10. Denis RGP, Joly-Amado A, Webber E, Langlet F, Schaeffer M, Padilla SL, et al. Smakbarhet kan driva utfodring oberoende av AgRP-nervceller. Cell Metab (2015) 22: 646 – 57.10.1016 / j.cmet.2015.07.011 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
11. Stice E, Spoor S, Bohon C, Small DM. Förhållandet mellan fetma och trubbigt striatal svar på mat modereras av TaqIA A1-allelen. Vetenskap (2008) 322: 449 – 52.10.1126 / science.1161550 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
12. Frank GK, Reynolds JR, Shott ME, Jappe L, Yang TT, Tregellas JR, et al. Anorexia nervosa och fetma är förknippade med motsatt hjärnbelöningsrespons. Neuropsykofarmakologi (2012) 37: 2031 – 46.10.1038 / npp.2012.51 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
13. Green E, Jacobson A, Haase L, Murphy C. Reducerad nucleus accumbens och caudate aktivering av kärnor till en behaglig smak är associerad med fetma hos äldre vuxna. Brain Res (2011) 1386: 109 – 17.10.1016 / j.brainres.2011.02.071 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
14. Davis JF, Tracy AL, Schurdak JD, Tschop MH, Lipton JW, Clegg DJ, et al. Exponering för förhöjda nivåer av kostfett dämpar psykostimulant belöning och mesolimbisk dopaminomsättning hos råtta. Behav Neurosci (2008) 122: 1257 – 63.10.1037 / a0013111 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
15. Geiger BM, Haburcak M, Avena NM, Moyer MC, Hoebel BG, Pothos EN. Brister i mesolimbisk dopaminneuröverföring vid fetma hos råtta. Neuroscience (2009) 159: 1193 – 9.10.1016 / j.neuroscience.2009.02.007 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
16. Rivera HM, Kievit P, Kirigiti MA, Bauman LA, Baquero K, Blundell P, et al. Maternalt fettrik diet och fetma påverkar smakligt intag av mat och dopamin signalering hos icke-mänskliga primatavkommor. Fetma (2015) 23: 2157 – 64.10.1002 / oby.21306 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
17. Gugusheff JR, Ong ZY, Muhlhausler BS. Det tidiga ursprunget till matpreferenser: inriktning på kritiska utvecklingsfönster. FASEB J (2015) 29: 365 – 73.10.1096 / fj.14-255976 [PubMed] [Cross Ref]
18. Bayol SA, Farrington SJ, Stickland NC. En "skräpmat" -diet hos mödrar under graviditet och amning främjar en förvärrad smak för "skräpmat" och en större benägenhet för fetma hos råttavkommor. Br J Nutr (2007) 98: 843 – 51.10.1017 / S0007114507812037 [PubMed] [Cross Ref]
19. Vucetic Z, Kimmel J, Totoki K, Hollenbeck E, Reyes TM. Maternell fettrik diet förändrar metylering och genuttryck av dopamin och opioidrelaterade gener. Endokrinologi (2010) 151: 4756 – 64.10.1210 / sv.2010-0505 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
20. Naef L, Moquin L, Dal Bo G, Giros B, Gratton A, Walker CD. Maternalt högt fettintag förändrar presynaptisk reglering av dopamin i nucleus accumbens och ökar motivationen för fettbelöningar hos avkomman. Neuroscience (2011) 176: 225 – 36.10.1016 / j.neuroscience.2010.12.037 [PubMed] [Cross Ref]
21. Ong ZY, Muhlhausler BS. Materns "skräpmat" utfodring av råttadammar förändrar matval och utveckling av den mesolimbiska belöningsvägen hos avkomman. FASEB J (2011) 25: 2167 – 79.10.1096 / fj.10-178392 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
22. Romaní-Pérez M, Lépinay AL, Alonso L, Rincel M, Xia L, Fanet H, et al. Effekter av perinatal exponering för diet med hög fetthalt och stress på svar på näringsutmaningar, matmotiverat beteende och mesolimbisk dopaminfunktion Int J Obes (Lond) (2017) 41 (4): 502 – 9.10.1038 / ijo.2016.236 [PubMed] [Cross Ref]
23. Beier KT, Steinberg EE, DeLoach KE, Xie S, Miyamichi K, Schwarz L, et al. Kretsarkitektur av VTA-dopaminneuroner avslöjade genom systematisk inmatning-utgångskartläggning. Cell (2015) 162: 622 – 34.10.1016 / j.cell.2015.07.015 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
24. Tan KR, Yvon C, Turiault M, Mirzabekov JJ, Doehner J, Labouèbe G, et al. GABA-nervceller i VTA driver konditionerad aversion. Neuron (2012) 73: 1173 – 83.10.1016 / j.neuron.2012.02.015 [PubMed] [Cross Ref]
25. van Zessen R, Phillips JL, Budygin EA, Stuber GD. Aktivering av VTA GABA-neuroner stör störande konsumtion. Neuron (2012) 73: 1184 – 94.10.1016 / j.neuron.2012.02.016 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
26. Hu H. Belöning och motvilja. Annu Rev Neurosci (2016) 39: 297 – 324.10.1146 / annurev-neuro-070815-014106 [PubMed] [Cross Ref]
27. Stanley BG, Urstadt KR, Charles JR, Kee T. Glutamate och GABA i laterala hypotalamiska mekanismer som styr matintag. Physiol Behav (2011) 104: 40 – 6.10.1016 / j.physbeh.2011.04.046 [PubMed] [Cross Ref]
28. Ancel D, Bernard A, Subramaniam S, Hirasawa A, Tsujimoto G, Hashimoto T, et al. Den orala lipidsensorn GPR120 är inte nödvändig för orosensorisk detektion av dietlipider hos möss. J Lipid Res (2015) 56: 369 – 78.10.1194 / jlr.M055202 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
29. Ackroff K, Lucas F, Sclafani A. Smaksprioriteringskonditionering som en funktion av fettkällan. Physiol Behav (2005) 85: 448 – 60.10.1016 / j.physbeh.2005.05.006 [PubMed] [Cross Ref]
30. Camandola S, Mattson MP. Vägtullsliknande receptor 4 förmedlar preferens för fett, socker och umami och matintag och kroppsviktreglering. Fetma (2017) 25: 1237 – 45.10.1002 / oby.21871 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
31. Coupé B, Amarger V, Grit I, Benani A, Parnet P. Näringsprogrammering påverkar hypotalamisk organisation och tidigt svar på leptin. Endokrinologi (2010) 151: 702 – 13.10.1210 / sv.2009-0893 [PubMed] [Cross Ref]
32. Paillé V, Brachet P, Damier P. Roll av nigralskada i uppkomsten av dyskinesier i en råttmodell av Parkinsons sjukdom. Neuroreport (2004) 15: 561 – 4.10.1097 / 00001756-200403010-00035 [PubMed] [Cross Ref]
33. Benani A, Hryhorczuk C, Gouazé A, Fioramonti X, Brenachot X, Guissard C, et al. Anpassning av matintag till dietfett involverar PSA-beroende återanslutning av det bågformiga melanocortinsystemet hos möss. J Neurosci (2012) 32: 11970 – 9.10.1523 / JNEUROSCI.0624-12.2012 [PubMed] [Cross Ref]
34. Kirk SL, Samuelsson AM, Argenton M, Dhonye H, Kalamatianos T, Poston L, et al. Matematisk fetma som induceras av diet hos råttor påverkar permanent centrala processer som reglerar matintag hos avkommor. PLoS One (2009) 4: e5870.10.1371 / journal.pone.0005870 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
35. Ong ZY, Muhlhausler BS. Att konsumera en låg fetthaltdiet från avvänjning till vuxen ålder vänder programmeringen av matpreferenser hos manliga, men inte hos kvinnliga, avkommor av "skräpmat" -födda råttadammar. Acta Physiol Oxf Engl (2014) 210: 127 – 41.10.1111 / apha.12132 [PubMed] [Cross Ref]
36. Ribaroff GA, Wastnedge E, Drake AJ, Sharpe RM, Chambers TJG. Djurmodeller för exponering för matfett med hög fetthalt och effekter på ämnesomsättningen: en metre-regressionsanalys. Obes Rev (2017) 18 (6): 673 – 86.10.1111 / obr.12524 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
37. Bautista CJ, Montaño S, Ramirez V, Morales A, Nathanielsz PW, Bobadilla NA, et al. Förändringar i mjölkkompositionen hos feta råttor som konsumerar en fettrik diet. Br J Nutr (2015) 115: 538 – 46.10.1017 / S0007114515004547 [PubMed] [Cross Ref]
38. Rolls BA, Gurr MI, Van Duijvenvoorde PM, Rolls BJ, Rowe EA. Amning hos mager och överviktiga råttor: effekt av foder i cafeterian och av fetma i fett på mjölkkompositionen. Physiol Behav (1986) 38: 185 – 90.10.1016 / 0031-9384 (86) 90153-8 [PubMed] [Cross Ref]
39. White CL, Purpera MN, Morrison CD. Matematisk fetma är nödvändig för att programmera effekten av fettsnål diet på avkomman. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol (2009) 296: R1464.10.1152 / ajpregu.91015.2008 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
40. Sun B, Purcell RH, Terrillion CE, Yan J, Moran TH, Tamashiro KLK. Matrik mat med hög fetthalt under graviditet eller amning påverkar differentiellt avkom leptinkänslighet och fetma. Diabetes (2012) 61: 2833 – 41.10.2337 / db11-0957 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
41. Berthoud HR. Metaboliska och hedoniska drivkrafter i neuralkontrollen av aptit: vem är chefen? Curr Opin Neurobiol (2011) 21: 888 – 96.10.1016 / j.conb.2011.09.004 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
42. Henning SJ, Chang SS, Gisel EG. Ontogeni av utfodringskontroller hos ammande och avvänjande råttor. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol (1979) 237: R187 – 91. [PubMed]
43. Leibowitz SF, Lucas DJ, Leibowitz KL, Jhanwar YS. Utvecklingsmönster för makronäringsintag hos kvinnliga och hanråttor från avvänjning till mognad. Physiol Behav (1991) 50: 1167 – 74.10.1016 / 0031-9384 (91) 90578-C [PubMed] [Cross Ref]
44. Trifilieff P, Feng B, Urizar E, Winiger V, Ward RD, Taylor KM, et al. Ökande dopamin D2-receptoruttryck i den vuxna kärnan får förstärkt motivation. Mol Psychiatry (2013) 18: 1025 – 33.10.1038 / mp.2013.57 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
45. Spjut LP. Den tonåriga hjärnan och åldersrelaterade beteendemärkningar. Neurosci Biobehav Rev (2000) 24: 417 – 63.10.1016 / S0149-7634 (00) 00014-2 [PubMed] [Cross Ref]
46. Vendruscolo LF, Gueye AB, Darnaudéry M, Ahmed SH, Cador M. Överförbrukning av socker under tonåren förändrar selektivt motivationen och belöningsfunktionen hos vuxna råttor. PLoS One (2010) 5: e9296.10.1371 / journal.pone.0009296 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
47. Boitard C, Parkes SL, Cavaroc A, Tantot F, Castanon N, Layé S, et al. Att byta tonåring med fetthalt till diet för vuxenkontroll återställer neurokognitiva förändringar. Front Behav Neurosci (2016) 10: 225.10.3389 / fnbeh.2016.00225 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
48. Naneix F, Darlot F, Coutureau E, Cador M. Långvariga underskott i hedonic och nucleus accumbens reaktivitet mot söta belöningar genom överkonsumtion av socker under tonåren. Eur J Neurosci (2016) 43: 671 – 80.10.1111 / ejn.13149 [PubMed] [Cross Ref]
49. Baker H, Kobayashi K, Okano H, Saino-Saito S. Kortikalt och striatal uttryck av tyrosinhydroxylas-mRNA i neonatala och vuxna möss. Cell Mol Neurobiol (2003) 23: 507 – 18.10.1023 / A: 1025015928129 [PubMed] [Cross Ref]
50. Jaber M, Dumartin B, Sagné C, Haycock JW, Roubert C, Giros B, et al. Differentialreglering av tyrosinhydroxylas i basala ganglier hos möss som saknar dopamintransportör. Eur J Neurosci (1999) 11: 3499 – 511.10.1046 / j.1460-9568.1999.00764.x [PubMed] [Cross Ref]
51. Klietz M, Keber U, Carlsson T, Chiu WH, Höglinger GU, Weihe E, et al. l-DOPA-inducerad dyskinesi är associerad med en bristande numerisk nedreglering av striatal tyrosinhydroxylas-mRNA-uttryckande neuroner. Neuroscience (2016) 331: 120 – 33.10.1016 / j.neuroscience.2016.06.017 [PubMed] [Cross Ref]
52. Kelley AE, Baldo BA, Pratt WE, Will MJ. Corticostriatal-hypothalamic kretsar och livsmedelsmotivation: integration av energi, handling och belöning. Physiol Behav (2005) 86: 773 – 95.10.1016 / j.physbeh.2005.08.066 [PubMed] [Cross Ref]
53. Jennings JH, Ung RL, Resendez SL, Stamatakis AM, Taylor JG, Huang J, et al. Visualisering av hypotalamisk nätverksdynamik för aptitfulla och fulländande beteenden. Cell (2015) 160: 516 – 27.10.1016 / j.cell.2014.12.026 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
54. O'Connor EC, Kremer Y, Lefort S, Harada M, Pascoli V, Rohner C, et al. Accumbal D1R-neuroner som projicerar till lateral hypothalamus tillåter utfodring. Neuron (2015) 88: 553 – 64.10.1016 / j.neuron.2015.09.038 [PubMed] [Cross Ref]
55. Jennings JH, Rizzi G, Stamatakis AM, Ung RL, Stuber GD. Den hämmande kretsarkitekturen för den laterala hypothalamus orkestraterar utfodring. Vetenskap (2013) 341: 1517 – 21.10.1126 / science.1241812 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
56. Stratford TR, Wirtshafter D. Lateral hypotalamisk engagemang i utfodring framkallade från ventral pallidum. Eur J Neurosci (2013) 37: 648 – 53.10.1111 / ejn.12077 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]
57. Paille V, Fino E, Du K, Morera-Herreras T, Perez S, Kotaleski JH, et al. GABAergic kretsar styr spik-timing-beroende plasticitet. J Neurosci (2013) 33: 9353 – 63.10.1523 / JNEUROSCI.5796-12.2013 [PubMed] [Cross Ref]
58. Fonseca MS, Murakami M, Mainen ZF. Aktivering av dorsal raphe serotonerga nervceller främjar vänta men förstärker inte. Curr Biol (2015) 25: 306 – 15.10.1016 / j.cub.2014.12.002 [PubMed] [Cross Ref]
59. Doya K. Metallärning och neuromodulation. Neural Netw (2002) 15: 495 – 506.10.1016 / S0893-6080 (02) 00044-8 [PubMed] [Cross Ref]
60. Leibowitz SF, Alexander JT. Hypothalamic serotonin i kontroll av ätbeteende, måltidsstorlek och kroppsvikt. Biol Psychiatry (1998) 44: 851 – 64.10.1016 / S0006-3223 (98) 00186-3 [PubMed] [Cross Ref]
61. Voigt JP, Fink H. Serotonin som kontrollerar utfodring och mättnad. Behav Brain Res (2015) 277: 14 – 31.10.1016 / j.bbr.2014.08.065 [PubMed] [Cross Ref]
62. Brenachot X, Rigault C, Nédélec E, Laderrière A, Khanam T, Gouazé A, et al. Histonacetyltransferas MOF aktiverar hypothalamisk polysialylering för att förhindra dietinducerad fetma hos möss Mol Metab (2014) 3: 619 – 29.10.1016 / j.molmet.2014.05.006 [PMC gratis artikel] [PubMed] [Cross Ref]