Резюме

Стресът е рисков фактор за хронични заболявания като затлъстяване, диабет тип 2 и хипертония и се предполага, че причинява метаболитния синдром чрез смущение на оста хипоталамо-хипофиза-надбъбречна жлеза (HPA). В нашия модел на ранен стрес (променливо търсене на храна [VFD]) несигурността на храните се налага на маймуните майки в продължение на 16 седмици, започвайки, когато кърмещите им деца са на възраст 3-5 месеца. При VFD наличността на храна никога не е ограничена и растежът на бебето не е засегнат. Отглеждането на VFD обаче причинява редица невробиологични аномалии, включително дисрегулация на оста HPA, проявяваща се в анормални нива на кортизол в цереброспиналната течност и освобождаване на кортикотропин фактор. По-рано съобщавахме за спонтанно възникване на метаболитен синдром при 14% от нормално отглежданите перипубертални макаки с капак, при условие че имат свободен достъп до стандартна маймунска чау. Тук показваме, че в сравнение с нормално отглежданите маймуни, перипуберталните младежи с VFD показват по-голямо тегло, ИТМ, коремна обиколка и глюкагон-подобен пептид-1 и намалени нива на изхвърляне на глюкоза по време на хиперинсулинемично-евгликемични скоби. Нашите данни показват, че стресът в ранния живот по време на критичен период на невро развитие може да доведе до появата на перипубертално затлъстяване и инсулинова резистентност.

възраст

  • CRF, кортикотропин-освобождаващ фактор
  • CRL, дължина на кръста
  • csf, цереброспинална течност
  • GLP-1, глюкагоноподобен пептид-1
  • HFD, голямо търсене на храна
  • HOMA, оценка на модела на хомеостазата
  • HPA, хипоталамо-хипофизарно-надбъбречна
  • IGR, съотношение инсулин към глюкоза
  • LFD, ниско търсене на храна
  • TG, триглицерид
  • VFD, променливо търсене на храна

Стресът е рисков фактор за хронични заболявания като затлъстяване, диабет тип 2 и хипертония (1) и се предполага, че е ключов елемент във феталния произход на тези възрастни заболявания (2). Предполага се, че нарушаването на оста на хипоталамо-хипофизарно-надбъбречната жлеза (HPA), централният механизъм за модулиране на стреса в организма, причинява метаболитния синдром (1). В проучвания на стреса в ранните етапи живот Розенблум и Смайли (3) разработиха експериментална процедура, при която майките на кърмещи маймуни са изложени на обстоятелства, при които усилията за набавяне на храна варират между периодите на лесен достъп и относителна трудност, наречена променливо търсене на храна ( VFD). VFD се налага само за 16 седмици, започвайки, когато потомството е на възраст 3-5 месеца и не води до лишаване от храна или променен растеж при майката или бебето.

Отглеждането на VFD води до потомство с психологически последствия, подобни на пациенти с тревожност и разстройства на настроението, като притъпен афект, намален капацитет за ангажираност и социална подчиненост (4), както и постоянни промени в базалните и зависимите от отговора нива на HPA ос и други невроендокринни и имунологични фактори, като цереброспинална течност (csf) кортикотропин-освобождаващ фактор (CRF) и трансформиращ растежен фактор-β (5-9). Също така показахме траен ефект на отглеждането на VFD върху мерките за образна магнитна резонансна спектроскопия, които се считат за отразяващи целостта и метаболизма на невроните в мозъчните области, замесени в психиатрични разстройства, свързани с травма (10).

По-рано демонстрирахме перипубертален метаболитен синдром с ювенилно начало, използвайки модифицирани клинични критерии при нормално отглеждани макаки с боне, хранени доживотна диета ad libitum със стандартна маймунска чау (11). Разпространението на този синдром в колонията е подобно на това, установено в човешки популации (12) и може да отразява генетични черти, описани наскоро при бабуни (13) и „неестествената“ постоянна наличност на храна, предоставена в лабораторни условия. В сравнение с нормалните субекти, възрастни и околопубертатни маймуни с метаболитен синдром показват значително по-голям ИТМ, нива на инсулин, съотношение инсулин към глюкоза (IGR), оценка на модела на хомеостазата (HOMA) и триглицериди (TG). Доказано е, че при хората несигурността на храните засяга различни физически, психологически и социални аспекти на развитието (14). Ние предположихме, че стресът в ранен живот, под формата на несигурност на майката по време на кърмене, може да предразположи потомството към затлъстяване и инсулинова резистентност към момента на пубертета.

ПРОЕКТИРАНЕ И МЕТОДИ НА ИЗСЛЕДВАНИЯТА

Колонията се състои от 250 макака с боне (Macaca radiata), родени и отгледани в социална, семинатуристична среда (11). Нашите маймуни започват да ядат твърди вещества на възраст около 2 месеца, като отбиването започва на 7–8 месеца. Независимо от състоянието на отглеждане, маймуните са отделени от майките си и социално настанени с връстници в края на първата година от живота. Мъжете достигат пубертета на ~ 4–4,5, а жените на 3–3,5 години; пълната зрялост се постига на 7-8-годишна възраст. Условието за контролно отглеждане води до либитум достъп до търговска лабораторна диета (Monkey Diet 5038; LabDiet, Richmond, IN; 4 kcal/g, 69% въглехидрати, 18% протеини и 13% мазнини), редовно допълнена с пресни плодове. Всички маймуни се третират етично, под внимателно ветеринарно наблюдение в съответствие с Държавния университет в Ню Йорк - Медицински център на Даунщат - Институционален комитет за грижи и употреба на животните и Асоциация за оценка и акредитация на лабораторни грижи за животните и насоки на Националните здравни институти.

Първичната проба се състоеше от 48 перипубертални маймуни на капака (30 VFD и 18 контроли; 25 мъже и 23 жени; на възраст 3-4 години). Подгрупа от 15 мъжки макака, съобразени с теглото и ИТМ (8 VFD и 7 контроли), е подложена на проучвания на еугликемично-хиперинсулинемична скоба.

VFD отглеждане.

Диадите на майката и бебето се разпределят на случаен принцип за контрол или отглеждане на условия за отглеждане малко след раждането. Започвайки, когато техните бебета са на възраст –3–5 месеца, майките на субекти, отглеждани с VFD, се сблъскват с months4 месеца обстоятелства, при които времето и усилията, необходими за набавяне на храна, са относително кратки и лесни (ниско търсене на храна [LFD]; по същество ad libitum достъп) или по-дълъг и труден (голямо търсене на храна [HFD]). Редуващи се периоди на LFD и HFD в двуседмични блокове се наричат ​​VFD. Животните винаги имат достатъчно храна и честите проверки на теглото и здравето потвърждават нормалния растеж и развитие при всички субекти. След експерименталния период и по време на тестването, всички потомци се хранят ad libitum. Допълнителни подробности за процедурата на отглеждане са предоставени от Rosenblum and Smiley (3).

Няма разлики между произволно избраните майки, подложени на VFD, спрямо контролите по отношение на паритета или фенотипните характеристики, свързани с размера на тялото, инсулиновата резистентност, разпределението на мазнините, затлъстяването или липидите в кръвта (DK, MAB, IS, ELPS, JDC, LAR, JGK, непубликувани данни). Освен това изходните нива на плазмата и csf кортизола и CRF са сходни и при двете групи майки. По подобен начин не са регистрирани фенотипни разлики между майките с различно време на преживяване на VFD („ранно“ спрямо „късно“ след раждането) (15).

Химия на кръвта.

След пост през нощта (храната беше изтеглена на 1600 часа, докато водата оставаше достъпна ad libitum), между 0800 и 1100 часа, маймуните бяха индивидуално заловени в клетки за носене, поставени в клетки за изстискване на едно животно и обезболени с кетамин (10–15 mg/kg). Венозна кръв се взима от антекубитални или бедрени вени и веднага се поставя върху лед, центрофугира се за плазмено разделяне и се съхранява при -80 ° C в рамките на 1 h в обикновени нехепаринизирани епруветки, както е описано по-горе (11). Образците, взети по време на проучвания със скоби, се обработват по подобен начин. Пробите се анализират чрез рутинни лабораторни процедури за глюкоза; TG; и общо, HDL и LDL холестерол в Университетската болница в Бруклинска лаборатория за клинична химия (Бруклин, Ню Йорк). Нивата на инсулин, С-пептид, глюкагон-подобен пептид-1 (GLP-1), адипонектин, лептин и грелин бяха анализирани с помощта на комплекта Human Endocrine Lincoplex (Linco Diagnostic Services). Като прости мерки за инсулинова резистентност бяха изчислени IGR и HOMA (16).

Морфометрия.

По време на анестезия за вземане на кръвна проба се измерва теглото в килограми, дължината на короната (CRL) и коремната обиколка. CRL е дължината в сантиметри от върха на главата до основата на опашката. Коремна обиколка е най-голямото разстояние в сантиметри около корема на нивото на илиачните гребени. Измерванията бяха извършени от същия екип от следователи, заслепени за отглеждане. Модифициран ИТМ се изчислява като маса в килограми, разделена на квадрата на CRL в метри (17).

Щипки.

След като бяха взети изходните плазмени нива на глюкоза на гладно, беше приложена първоначална инфузия на свински инсулин, последвана от непрекъсната инфузия (> 40 mU/m 2 телесна повърхност на минута) в продължение на 120 минути. Площта на телесната повърхност се изчислява, като се използва модифицирана формула на DuBois (19). Едновременно с това се влива разтвор с 20% глюкоза с променлива скорост, за да се поддържа евгликемично състояние (~ 85 mg/dl), определено чрез кръвни проби (0,05-0,1 cc), взети на всеки 5 минути от линията за вземане на проби, центрофугирани за плазмено разделяне и анализиран от Beckman Glucometer 2 (Beckman Instruments, Brea, CA). Изхвърлянето на глюкоза се определя като средната скорост на инфузия на глюкоза в милиграми на килограм в минута през интервалите от 0 до 30-, 30- до 60-, 60- до 90- и 90- до 120 минути (М скорости). Допълнителни 3 cc кръв са взети на 0, 30, 60, 90 и 120 минути за свързано проучване. След приключване на процедурата канюлите бяха отстранени и животното беше поставено в специално подготвена клетка и оставено да се възстанови напълно. Маймуните се връщаха в домашните си кошари в късния следобед или рано сутринта.

Статистически анализ.

ДИСКУСИЯ

Няколко експериментални модела демонстрират различни връзки между нарушенията на ранното отглеждане и постоянните поведенчески промени (20,21), модулацията на невроендокринната и имунологичната системи (22–24) и постоянните промени в невроанатомичната архитектура (25). Доколкото ни е известно, това е първото проучване, което отчита различия в метаболитните параметри, свързани със затлъстяването и инсулиновата резистентност при диференциално отглеждани нечовешки примати.

Отглеждането на VFD води до по-голямо тегло, ИТМ и коремна обиколка. В светлината на хроничните поведенчески и невроендокринологични ефекти на отглеждането на VFD, по-нататъшни изследвания на параметрите на консумация и тяхната връзка с измерванията на централния стрес могат да определят дали увеличеното поглъщане на „комфортна храна“ (26) е довело до тази разлика в сравнение с контролите. Силните отрицателни корелации между ИТМ и М показаха тясната клинична връзка между затлъстяването и инсулиновата резистентност при този вид. Както показват проучванията на макаци с резус макаци при възрастни със затлъстяване на Hansen и Bodkin (27), хиперреактивността на β-клетките на панкреаса е най-ранният етап в прогресирането на инсулиновата резистентност към явен диабет. В нашата колония хиперинсулинемията присъства при млади маймуни с метаболитен синдром (11), но младежите с VFD, макар и по-затлъстели от контролите, не са имали различни нива на инсулин, глюкоза, IGR или HOMA. Те обаче показаха по-ниски нива на М от хиперинсулинемично-евгликемични скоби. За разлика от простите индикатори, процедурата за затягане измерва in vivo изхвърлянето на глюкоза като индекс на чувствителност на тъканите на цялото тяло към инсулин.

GLP-1, пептидът „мозъчно-чревни” (28), е най-мощният инкретинов хормон на червата, за който е доказано, че подобрява съзряването и разпространението на β-клетките на панкреаса, всъщност насърчавайки изхвърлянето на глюкозата (28,29). При младежите с VFD в нашия модел на инсулинова резистентност, свързан със стреса, ранното повишаване на GLP-1 със силни отрицателни корелации с М ставите предполага, че циркулиращият GLP-1 е ранен маркер на стреса, едновременно с адренергично инхибиране на секрецията на инсулин. Необходими са надлъжни проучвания, за да се установи дали GLP-1 участва в невроадаптивен отговор, участващ в патогенезата на диабет тип 2.

В съответствие с предишния ни опит, в сравнение с мъжете, перипуберталните жени показват общи тенденции към инсулинова резистентност и метаболитен синдром, включително по-висок инсулин, IGR, HOMA и TG, въпреки че тежат по-малко. Това може да се дължи на по-ранната поява на пубертета при женските от този вид (30), въпреки че остава да се определи дали свързаната с пубертета инсулинова резистентност, която обикновено се наблюдава при хората (31), присъства в нашите макаци.

Адипонектинът, специфичен за адипоза пептид с активност в мозъка (32), беше повишен в ранните етапи и намален в по-късните етапи на прогресия до инсулинова резистентност и диабет при възрастни резус макаци (33). Както при повишените нива на GLP-1 при младежи с VFD, повишенията на този пептид с ясни защитни антиатерогенни свойства и силни корелации с инсулиновата чувствителност (33), могат да представляват компенсаторен отговор на най-ранната поява на инсулинова резистентност при перипубертални жени.