Korai életkori stressz, valamint az elhízás és az inzulinrezisztencia kialakulása a fiatalkorú motorháztető makákókban

Absztrakt

A stressz olyan krónikus betegségek kockázati tényezője, mint az elhízás, a 2-es típusú cukorbetegség és a magas vérnyomás, és feltételezik, hogy a metabolikus szindrómát okozza a hypothalamo-hipofízis-mellékvese (HPA) tengelyének zavarásán keresztül. A korai életkori stressz (változó táplálékigény [VFD]) modellünkben az étkezési bizonytalanság a majomanyákra vonatkozik 16 hétig, amikor ápoló utódaik 3–5 hónaposak. A VFD értelmében az élelmiszer-hozzáférést soha nem korlátozzák, és a csecsemő növekedését ez nem befolyásolja. A VFD nevelése azonban számos neurobiológiai rendellenességet okoz, beleértve a HPA tengely diszregulációját, amely abnormális cerebrospinalis folyadék kortizol- és kortikotropin-felszabadító faktor szintekben nyilvánul meg. Korábban a metabolikus szindróma spontán előfordulásáról számoltunk be a normálisan nevelt peripubertális motorháztető makákók 14% -ánál, akik ad libitum hozzáférést kaptak a szokásos majomszarvashoz. Itt megmutatjuk, hogy a normálisan nevelkedett majmokhoz képest a peripubertális VFD fiatalkorúak nagyobb súlyt, BMI-t, hasi kerületet és glükagon-szerű peptid-1-t mutatnak, és csökkent hiperinsulinémiás-euglikémiás bilincsek alatt csökkent a glükóz-elhelyezkedési arány. Adataink szerint a korai életkorban bekövetkező stressz a neuro fejlődésének kritikus periódusában az elhízás és az inzulinrezisztencia peripubertális megjelenését eredményezheti.

CRF, kortikotrofin-felszabadító faktor
CRL, korona-far hossza
csf, cerebrospinalis folyadék
GLP-1, glukagonszerű peptid-1
HFD, nagy takarmányigény
HOMA, homeosztázis modell értékelése
HPA, hipotalamo-hipofízis-mellékvese
IGR, inzulin/glükóz arány
LFD, alacsony takarmányigény
TG, triglicerid
VFD, változó táplálékigény

A stressz olyan krónikus betegségek kockázati tényezője, mint az elhízás, a 2-es típusú cukorbetegség és a magas vérnyomás (1), és feltételezték, hogy ezek a felnőttkori betegségek magzati eredete kulcsfontosságú elem (2). A hypothalamo-hipofízis-mellékvese (HPA) tengelyének, a test központi stressz-moduláló mechanizmusának tördelését feltételezik, hogy ez a metabolikus szindrómát okozza (1). A korai életkori stressz vizsgálata során Rosenblum és Smiley (3) kifejlesztett egy kísérleti eljárást, amelyben az ápoló majmok anyáinak olyan körülmények vannak kitéve, amikor az élelmiszer megszerzésére irányuló erőfeszítések a könnyű hozzáférés és a relatív nehézség időszakai között változnak, ezt változó táplálékigénynek nevezik ( VFD). A VFD-t csak 16 hétre vetik ki, akkor kezdődik, amikor az utódok 3-5 hónaposak, és ez nem eredményez táplálékhiányt vagy megváltozott növekedést az anyában vagy a csecsemőben.

A VFD nevelése olyan pszichológiai következményekkel rendelkező utódokat eredményez, amelyek szorongásos és hangulati rendellenességekkel küzdenek, például tompított affektus, csökkent affiliatív elkötelezettség és szociális alárendeltség (4), valamint tartós eltolódások a HPA bazális és válaszfüggő szintjeiben tengely és más neuroendokrin és immunológiai tényezők, mint például a cerebrospinalis folyadék (csf) kortikotrofin-felszabadító faktor (CRF) és a transzformáló növekedési faktor-β (5–9). Megmutattuk a VFD-nevelés tartós hatását a mágneses rezonancia-spektroszkópiai képalkotó intézkedésekre, amelyeket a traumával összefüggő pszichiátriai rendellenességekben érintett agyi régiók neuronintegritásának és anyagcseréjének tükröznek (10).

Korábban kimutattuk, hogy módosított klinikai kritériumok alapján peripubertális, fiatalkori kezdetű metabolikus szindrómát alkalmazunk normálan tenyésztett motorháztető-makákókban, akiket életen át tartó ad libitum diétával etetnek a szokásos majom-chow-k (11). Ennek a szindrómának a előfordulása a kolóniában hasonló az emberi populációkban tapasztaltakhoz (12), és tükrözheti a páviánokban (13) a közelmúltban leírt genetikai tulajdonságokat és a laboratóriumi körülmények között biztosított „természetellenes” állandó hozzáférhetőséget. Normális alanyokkal összehasonlítva a metabolikus szindrómában szenvedő felnőtt és peri-pubertális majmoknál szignifikánsan magasabb a BMI, az inzulinszint, az inzulin-glükóz arány (IGR), a homeosztázis modell értékelése (HOMA) és a trigliceridek (TG). Emberekben az élelmiszer-bizonytalanság kimutatta, hogy befolyásolja a fejlődés különböző fizikai, pszichológiai és társadalmi vonatkozásait (14). Feltételeztük, hogy a korai életkori stressz, az anya táplálkozási bizonytalansága formájában az ápolás során, hajlamosíthatja az utódokat az elhízásra és az inzulinrezisztenciára a pubertás kezdetéig.

KUTATÁSI TERVEZÉS ÉS MÓDSZEREK

A telep ~ 250 motorháztető makakából (Macaca radiata) áll, akik társadalmi, szeminaturalista környezetben születtek és nevelkedtek (11). Majmaink 2 hónapos koruk körül kezdik a szilárd anyagok fogyasztását, az elválasztás 7-8 hónapos kezdettel kezdődik. A nevelési körülményektől függetlenül a majmokat elválasztják anyáiktól, és társukkal együtt társalognak az 1. életév végén. A hímek ivarérése ∼4–4,5, a nőstények 3–3,5 évesen érik el; teljes érettségét 7–8 éves korban érik el. A kontroll nevelési feltétel ad libitum hozzáférést jelent a kereskedelmi laboratóriumi étrendhez (Monkey Diet 5038; LabDiet, Richmond, IN; 4 kcal/g, 69% szénhidrát, 18% fehérje és 13% zsír), rendszeresen friss gyümölcsökkel kiegészítve. Valamennyi majmot etikusan kezelik, gondos állatorvosi felügyelet mellett, a New York-i Állami Egyetem – Downstate Medical Center – Intézményi Állatgondozási és Felhasználási Bizottság és a Laboratóriumi Állatgondozás Értékeléséért és Akkreditálásáért Egyesület és az Országos Egészségügyi Intézet irányelveinek megfelelően.

Az elsődleges minta 48 peripubertális motorháztető majmot tartalmazott (30 VFD és 18 kontroll; 25 hím és 23 nő; 3–4 évesek). A súly és a BMI (15 VFD és 7 kontroll) 15 hím makákóból álló alcsoport euglikémiás-hiperinsulinémiás clamp vizsgálatokon esett át.

VFD nevelés.

Az anya-csecsemő diódákat véletlenszerűen hozzárendelik a kontroll vagy kezelési nevelési körülményekhez röviddel a születés után. Csecsemőjük ~ 3–5 hónapos korától kezdve a VFD-ben nevelkedett alanyok mintegy 4 hónapos körülményekkel szembesülnek, amikor az étel megszerzéséhez szükséges idő és erőfeszítés viszonylag rövid és könnyű (alacsony takarmányigény [LFD]; lényegében ad libitum hozzáférés) vagy hosszabb és nehezebb (magas takarmányozási igény [HFD]). Az LFD és a HFD váltakozó periódusait kéthetes blokkokban VFD-nek nevezzük. Az állatoknak mindig elegendő táplálékuk van, és a gyakori súly- és állapotellenőrzés minden alanyban megerősíti a normális növekedést és fejlődést. A kísérleti periódus után és a tesztelés idején minden utód ad libitum etetésen van. A nevelési eljárás további részleteit Rosenblum és Smiley közli (3).

A VFD-ben részesülő, véletlenszerűen kiválasztott anyák és a kontrollok között nem volt különbség a testmérettel, az inzulinrezisztenciával, a zsíreloszlással, az elhízással vagy a vér lipidjeivel kapcsolatos paritás vagy fenotípusos jellemzők (DK, MAB, IS, ELPS, JDC, LAR, JGK, publikálatlan adatok). Továbbá a plazma és a csf kortizol és a CRF kiindulási szintje hasonló volt mindkét anya csoportban. Hasonlóképpen nem voltak regisztrált fenotípusos különbségek a VFD-tapasztalatok eltérő időzítésével rendelkező anyák között („korai” vagy „késői” szülés után) (15).

Vérkémia.

Egy éjszakán át tartó böjt után (az ételt 1600 órakor vették ki, miközben a víz ad libitum maradt) 0800 és 1100 óra között a majmokat egyedileg fogva tartották a ketrecekben, egyállatos préselt ketrecekbe tették és ketaminnal altatták (10–15 mg/kg). A vénás vért antecubitalis vagy femorális vénákból vették, és azonnal jégre helyezték, centrifugálták a plazma szétválasztására, és -80 ° C-on tárolták 1 órán belül egyszerű, nem heparinizált csövekben, amint azt korábban leírták (11). A szorító vizsgálatok során vett mintákat hasonlóan kezeltük. A mintákat rutin laboratóriumi eljárásokkal elemeztük glükóz szempontjából; TG-k; valamint a teljes, HDL és LDL koleszterin a Brooklyni Klinikai Kémiai Laboratórium Egyetemi Kórházában (Brooklyn, NY). Az inzulin, a C-peptid, a glukagon-szerű peptid-1 (GLP-1), az adiponektin, a leptin és a ghrelin szintjét a Human Endocrine Lincoplex kit (Linco Diagnostic Services) segítségével elemeztük. Az inzulinrezisztencia egyszerű mértékeként kiszámolták az IGR-t és a HOMA-t (16).

Morfometria.

A vérmintavétel érzéstelenítése során a kilogrammban mért súlyt, a korona-far hosszát (CRL) és a has kerületét mértük. A CRL a fej csúcsától a farok tövéig terjedő hossz centiméterben. A has kerülete a has körüli centiméteres legnagyobb távolság a csípőcsíkok csúcsán. A méréseket ugyanaz a nyomozócsoport végezte, akik megvakultak a nevelési állapottól. A módosított BMI-t kiszámították a tömeg kilogrammban elosztva a CRL négyzetméterével (17).

Csipeszek.

A kiindulási éhgyomri plazma glükózszintek felvétele után sertés inzulin alapinfúzióját adtuk, majd folyamatos infúziót (> 40 mU/m 2 testfelület/perc) 120 percig. A testfelületet módosított DuBois-képlettel (19) számítottuk ki. Ezzel egyidejűleg 20% glükóz változó sebességű oldatát infundáltuk az euglikémiás állapot (~ 85 mg/dl) fenntartására, amelyet a mintavételi vonalról 5 percenként vett vérminták (0,05–0,1 cm3) határoztak meg, centrifugálták a plazma szétválasztására, és Beckman Glucometer 2 (Beckman Instruments, Brea, CA) elemezte. A glükóz ártalmatlanítását az átlagos glükóz infúziós sebességként határozzuk meg, milligramm/kg/perc értékben, a 0–30, 30–60, 60–90 és 90–120 perc közötti intervallumokban (M sebesség). További 3 cm3 vért vettünk 0, 30, 60, 90 és 120 percnél egy kapcsolódó vizsgálat céljából. Az eljárás befejezése után a kanüleket eltávolítottuk, és az állatot egy speciálisan előkészített ketrecbe helyeztük, és hagytuk teljesen felépülni. A majmokat késő délután vagy kora reggel vitték vissza az otthonukba.

Statisztikai analízis.

VITA

Számos kísérleti modell egyértelmű összefüggést mutat be a korai nevelés zavarai és a tartós viselkedési változások (20,21), a neuroendokrin és immunológiai rendszerek modulációja (22–24), valamint a neuroanatómiai felépítés állandó változásai között (25). Tudomásunk szerint ez az első olyan tanulmány, amely az elhízáshoz és az inzulinrezisztenciához kapcsolódó metabolikus paraméterek különbségeit közli különbözően nevelt főemlősökön.

A VFD nevelése nagyobb súlyt, BMI-t és hasi kerületet eredményezett. A VFD-nevelés krónikus viselkedési és neuroendokrinológiai hatásainak fényében a fogyasztási paraméterek további vizsgálata és ezek kapcsolata a központi stressz mértékével meghatározhatja, hogy a „kényelmi étel” (26) fokozott fogyasztása vezetett-e ehhez a különbséghez a kontrollokhoz képest. A BMI és az M arány erős negatív korrelációja bizonyítja az elhízás és az inzulinrezisztencia szoros klinikai összefüggését ebben a fajban. Ahogy Hansen és Bodkin (27) elhízott felnőtt rhesus makákóinak vizsgálata kimutatta, a hasnyálmirigy β-sejtek hiperreaktivitása a nyílt cukorbetegséggel szembeni inzulinrezisztencia progressziójának legkorábbi szakasza. Telepünkön a hiperinsulinémia jelen van a metabolikus szindrómával rendelkező fiatalkorú majmoknál (11), a VFD fiataloknál azonban, bár a testieknél inkább elhízottak, az inzulin, a glükóz, az IGR vagy a HOMA szintje eltérő volt. A hiperinsulinémiás-euglikémiás bilincsek azonban alacsonyabb M-arányt mutatnak. Az egyszerű indikátorokkal ellentétben a befogási eljárás az in vivo glükózelhelyezést az egész test szövetének inzulinra való érzékenységének indexeként méri.

A GLP-1, az „agy-bél” peptid (28), a legerősebb bél inkretin hormon, amelyről kimutatták, hogy fokozza a hasnyálmirigy β-sejtjeinek érését és proliferációját, valójában elősegítve a glükóz lerakódását (28, 29). A stresszhez kapcsolódó inzulinrezisztencia-modellünkben a VFD fiatalkorúaknál a GLP-1 korai növekedése, erős negatív korrelációkkal az M-arányokkal azt jelenti, hogy a keringő GLP-1 a stressz korai markere, egyidejűleg az inzulinszekréció adrenerg gátlásával. Longitudinális vizsgálatokra van szükség annak megállapításához, hogy a GLP-1 részt vesz-e a 2-es típusú cukorbetegség patogenezisében szerepet játszó neuro-adaptív válaszban.

Korábbi tapasztalatainkkal összhangban, a hímekkel összehasonlítva, a peripubertális nők általános tendenciákat mutattak az inzulinrezisztencia és a metabolikus szindróma felé, ideértve a magasabb inzulin-, IGR-, HOMA- és TG-értékeket, annak ellenére, hogy kevesebbet nyomtak. Ennek oka lehet a pubertás korábbi megjelenése ennek a fajnak a nőstényeinél (30), bár még meg kell határozni, hogy az embernél általában megfigyelhető pubertáshoz kapcsolódó inzulinrezisztencia (31) fennáll-e makákóinkban.

Az agyban tevékenykedő adiponektin, egy zsírspecifikus peptid (32) a korai szakaszban megemelkedett, az inzulinrezisztencia és a cukorbetegség progressziójának későbbi szakaszaiban csökkent a felnőtt rhesus makákókban (33). Csakúgy, mint a megnövekedett GLP-1 szinteknél a VFD fiatalkorúaknál, ennek a peptidnek az emelkedése egyértelmű védő antiaterogén tulajdonságokkal és erős korrelációkkal az inzulinérzékenységgel (33) kompenzációs választ jelenthet a peripubertális nőknél az inzulinrezisztencia legkorábbi megjelenésére.