Uso de un modelo murino de estrés psicosocial en el embarazo como paradigma traslacionalmente relevante para los trastornos psiquiátricos en madres y bebés
Summary
El paradigma del estrés psicosocial crónico (CGS) emplea factores estresantes clínicamente relevantes durante el embarazo en ratones para modelar trastornos psiquiátricos de madres y bebés. Aquí, proporcionamos un procedimiento paso a paso para aplicar el paradigma CGS y las evaluaciones posteriores para validar este modelo.
Abstract
El período periparto se considera un período sensible en el que las exposiciones maternas adversas pueden tener consecuencias negativas a largo plazo tanto para la madre como para la descendencia, incluido el desarrollo de trastornos neuropsiquiátricos. Los factores de riesgo relacionados con la aparición de desregulación afectiva en la díada materno-infantil han sido ampliamente estudiados. La exposición al estrés psicosocial durante el embarazo ha surgido consistentemente como uno de los predictores más fuertes. Se han creado varios modelos de roedores para explorar esta asociación; sin embargo, estos modelos se basan en el uso de factores estresantes físicos o un número limitado de factores estresantes psicosociales presentados de manera repetitiva, que no capturan con precisión el tipo, la intensidad y la frecuencia de los factores estresantes experimentados por las mujeres. Para superar estas limitaciones, se generó un paradigma de estrés psicosocial crónico (CGS) que emplea diversos insultos psicosociales de diferente intensidad presentados de manera impredecible. El manuscrito describe este nuevo paradigma de CGS donde los ratones hembra preñados, desde el día gestacional 6.5 hasta el 17.5, están expuestos a varios factores estresantes durante el día y durante la noche. Los factores estresantes diurnos, dos por día separados por un descanso de 2 horas, van desde la exposición a objetos extraños o olor a depredador hasta cambios frecuentes en la ropa de cama, la eliminación de la ropa de cama y la inclinación de la jaula. Los factores estresantes durante la noche incluyen la exposición continua a la luz, el cambio de compañeros de jaula o mojar la ropa de cama. Hemos demostrado previamente que la exposición a CGS resulta en el desarrollo de anomalías neuroendocrinas y conductuales maternas, incluido el aumento de la reactividad al estrés, la aparición de patrones de atención materna fragmentados, anhedonia y comportamientos relacionados con la ansiedad, características centrales de las mujeres que sufren de estado de ánimo perinatal y trastornos de ansiedad. Este modelo CGS, por lo tanto, se convierte en una herramienta única que se puede utilizar para dilucidar los defectos moleculares subyacentes a la desregulación afectiva materna, así como los mecanismos trans placentarios que afectan el neurodesarrollo fetal y resultan en consecuencias conductuales negativas a largo plazo en la descendencia.
Introduction
Los mecanismos subyacentes al aumento de la susceptibilidad a los trastornos neuropsiquiátricos en madres y lactantes tras exposiciones maternas adversas en el período periparto siguen siendo en gran medida desconocidos. Se producen alteraciones fisiológicas maternas sustanciales durante el embarazo y la transición al período posparto, incluidas varias adaptaciones neuroendocrinas que se plantea la hipótesis de que son críticas no solo para el neurodesarrollo de la descendencia sana, sino también para preservar la salud mental materna1,2. A nivel del eje suprarrenal hipotalámico hipotalámico materno suprarrenal (HPA), se observan adaptaciones en los niveles circadianos e inducidos por el estrés de liberación de glucocorticoides, incluido un ritmo más aplanado de la actividad diurna del eje HPA y una respuesta amortiguada del eje HPA a los factores estresantes agudos3,4,5. Dado que se informa una mayor actividad del eje HPA en un subconjunto de mujeres con desregulación afectiva posparto, incluido el aumento de los niveles de glucocorticoides circulantes y la retroalimentaciónnegativa inhibida6,7,8,se cree que la exposición a factores estresantes que resultan en una mayor reactividad al estrés posparto y previenen las adaptaciones del eje HPA materna aumentan la susceptibilidad a los trastornos neuropsiquiátricos.
Para dilucidar los efectos del estrés sobre la desregulación afectiva en madres e infantes, se han generado varios modelos de estrés en roedores en el período periparto. La mayoría de estos modelos se caracterizan por la aplicación de estresores físicos que resultan en desafíos homeostáticos y alteraciones en el estado fisiológico de la presa9,como el estrés de restricción crónica10 y el estrés de natación durante la gestación11,o la exposición al shock posparto12. Aunque se ha demostrado que estos paradigmas resultan en la aparición de comportamientos depresivos posparto y alteraciones en la atención materna10,11,12,se han visto limitados por su incapacidad para capturar con precisión la naturaleza psicosocial de los factores estresantes comúnmente experimentados por las madres humanas. Esto se vuelve particularmente importante cuando se intenta revelar las consecuencias neuroendocrinas del estrés crónico en el período periparto, dado que se cree que el procesamiento de diferentes tipos de factores estresantes está mediado por diferentes redes neuronales que orquestan la activación del eje HPA9.
Para superar esta limitación, varios grupos han diseñado paradigmas de estrés que emplean insultos psicosociales o una combinación de factores estresantes físicos y psicosociales. El modelo de separación materna, donde las presas se separan de sus crías durante varias horas diarias durante el período posparto13,14,y el modelo de estrés social crónico, donde las presas están expuestas a un intruso macho en presencia de sus camadas15,16,han podido reproducir la aparición de anomalías en el cuidado materno y fenotipos depresivos asociados con paradigmas de estrés físico. El paradigma del estrés ultramildo crónico, donde los ratones hembras preñados están expuestos a una variedad de insultos psicosociales, incluida la inclinación de la jaula y la iluminación nocturna, así como a insultos fisiológicos sustanciales, como el estrés de restricción y la restricción de alimentos, ha revelado además que la exposición a una naturaleza mixta de factores estresantes resulta en anomalías en el comportamiento materno, incluidos los impedimentos en la agresión materna. así como la desregulación en la actividad circadiana del eje HPA17,18. De acuerdo con estos resultados, un modelo de restricción alterna de estrés y hacinamiento durante la gestación da como resultado elevaciones en los niveles de corticosterona circadiana materna posparto, así como alteraciones en la atención materna, aunque no se observan diferencias en la reactividad del eje HPA después de la exposición posparto a nuevas lesiones agudas1.
Una ampliación de este trabajo, generando un paradigma de estrés gestacional que emplea múltiples insultos psicosociales presentados de manera impredecible y minimiza el uso de estresores fisiológicos. Los estudios han demostrado previamente que este paradigma de estrés psicosocial crónico (CGS) resulta en el desarrollo de disfunción del eje HPA materno, incluida una mayor reactividad al estrés en el período posparto temprano19. Estos cambios se asocian con anomalías en el comportamiento materno, incluyendo alteraciones en la calidad de la atención materna recibida por los cachorros, y la aparición de conductas anhedónicas y ansiolíticas19,características consistentes con el estado de ánimo perinatal y los trastornos de ansiedad20,21. Además, el aumento de peso de la descendencia se reduce durante el período postnatal después de la exposición in-utero a CGS19,lo que sugiere que CGS puede tener efectos de programación negativos persistentes en las generaciones futuras.
El objetivo en el desarrollo del paradigma CGS fue utilizar principalmente factores estresantes clínicamente relevantes, que capturan con precisión el tipo, la intensidad y la frecuencia de los insultos a menudo asociados con la desregulación neuroendocrina y el desarrollo de trastornos perinatales del estado de ánimo y la ansiedad. Aquí, el estudio proporciona un protocolo detallado de cómo someter a ratones hembra preñados a CGS, así como evaluaciones posteriores que se pueden usar para probar la validez del modelo.
Protocol
Representative Results
Discussion
La exposición de los ratones preñados a CGS perturba la función neuroendocrina materna posparto, incluida la respuesta del eje HPA a nuevos factores estresantes, y se asocia con diversas anomalías de comportamiento relevantes para el estado de ánimo perinatal y los trastornos de ansiedad. Dado que el modelo emplea la utilización de un factor de riesgo ambiental, se espera una mayor variación fenotípica que la observada en los modelos genéticos22. Sin embargo, los resultados obtenidos de l…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer el apoyo de la subvención T32 GM063483-14 del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales y la Fundación de Investigación Infantil de Cincinnati. Para los datos adaptados de Zoubovsky et al., 2019, Creative Common License se puede encontrar en la siguiente ubicación: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Materials
| Animal lancet | Braintree Scientific Inc. | GR4MM | |
| Blunt end probe | Fine Science Tools | 10088-15 | Used to check for copulatory plugs |
| Bottles for SPT | Braintree Scientific Inc. | WTRBTL S-BL | 100 mL glass water bottle with stopper and sipper ball point tube, graduted by 1 mL. |
| Conical tubes (50 mL) | Corning Inc. | 352098 | Used for restraining mice to measure HPA axis response to acute stress. Make sure conical tube has small opening at the end for ventilation. |
| Legos | Amazon | – | |
| Marbles | Amazon | – | |
| Mouse Corticosterone ELISA kit | Biovendor | RTC002R | |
| Mouse EZM | TSE Systems | – | |
| Reciprocal laboratory shaker | Labnet international | S2030-RC-B | |
| Serum separator tubes | Becton Dickinson | 365967 | |
| Static cage- bottom | Alternative Design Manufacturing and Supply Inc. | RC71D-PC | |
| Static cage – filtered ventilated tops | Alternative Design Manufacturing and Supply Inc. | FT71H-PC |
Riferimenti
- Hillerer, K. M., Reber, S. O., Neumann, I. D., Slaterry, D. A. Exposure to chronic pregnancy stress reverses peripartum-associated adaptations: implications for postpartum anxiety and mood disorders. Endocrinology. 152 (10), 3930-3940 (2011).
- Hillerer, K. M., Neumann, I. D., Slaterry, D. A. From stress to postpartum mood and anxiety disorders: how chronic peripartum stress can impair maternal adaptations. Neuroendocrinology. 95 (1), 22-38 (2018).
- Altemus, M., Deuster, P. A., Galliven, E., Carter, C. S., Gold, P. W. Suppression of hypothalamic-pituitary-adrenal axis responses to stress in lactating women. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 80 (10), 2954-2959 (1995).
- Slattery, D. A., Neumann, I. D. No stress please! Mechanisms of stress hyporesponsiveness of the maternal brain. The Journal of Physiology. 586 (2), 377-385 (2008).
- Hasiec, M., Misztal, T. Adaptive modifications of maternal hypothalamic-pituitary-adrenal axis activity during lactation and salsolinol as a new player in this phenomenon. International Journal of Endocrinology. 10 (2), 1-11 (2018).
- Bloch, M., et al. Cortisol response to ovine corticotropin-releasing hormone in a model of pregnancy and parturition in euthymic women with and without a history of postpartum depression. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 90 (2), 695-699 (2005).
- Jolley, S. N., Elmore, S., Barnard, K. E., Carr, D. B. Dysregulation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis in postpartum depression. Biological Research for Nursing. 8 (3), 210-222 (2007).
- Nierop, A., Bratsikas, A., Zimmermann, R., Ehlert, U. Are stress-induced cortisol changes during pregnancy associated with postpartum depressive symptoms. Psychosomatic Medicine. 68 (6), 931-937 (2006).
- Ulrich-Lai, Y. M., Herman, J. P. Neural regulation of endocrine and autonomic stress responses. Nature Reviews Neuroscience. 10 (6), 397-409 (2009).
- Smith, J. W., Seckl, J. R., Evans, A. T., Costall, B., Smythe, J. W. Gestational stress induces post-partum depression-like behavior and alters maternal care in rats. Psychoneuroendocrinology. 29 (2), 227-244 (2004).
- Leuner, B., Fredericks, P. J., Nealer, C., Albin-Brooks, C. Chronic gestational stress leads to depressive-like behavior and compromises medial prefrontal cortex structure and function during the postpartum period. PLOS One. 9 (3), 89912 (2014).
- Kurata, A., Morinobu, S., Fuchikami, M., Yamamoto, S., Yamawaki, S. Maternal postpartum learned helplessness (LH) affects maternal care by dams and responses to the LH test in adolescent offspring. Hormones and Behavior. 56 (1), 112-120 (2009).
- Boccia, M. L., Pedersen, C. A. Brief vs. long maternal separations in infancy: Contrasting relationships with adult maternal behavior and lactation levels of aggression and anxiety. Psychoneuroendocrinology. 26 (7), 657-672 (2001).
- Boccia, M. L., et al. Repeated long separations from pups produce depression-like behavior in rat mothers. Psychoneuroendocrinology. 32 (1), 65-71 (2007).
- Nephew, B. C., Bridges, R. S. Effects of chronic social stress during lactation on maternal behavior and growth in rats. Stress. 14 (6), 677-684 (2011).
- Carini, L. M., Murgatroyd, C. A., Nephew, B. C. Using chronic social stress to model postpartum depression in lactating rodents. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (76), e50324 (2013).
- Pardon, M., Gérardin, P., Joubert, C., Pérez-Diaz, F., Cohen-Salmon, C. Influence of prepartum chronic ultramild stress on maternal pup care behavior in mice. Biological Psychiatry. 47 (10), 858-863 (2000).
- Misdrahi, D., Pardon, M. C., Pérez-Diaz, F., Hanoun, N., Cohen-Salmon, C. Prepartum chronic ultramild stress increases corticosterone and estradiol levels in gestating mice: Implications for postpartum depressive disorders. Psychiatry Research. 137 (12), 123-130 (2005).
- Zoubovsky, S. P., et al. Chronic psychosocial stress during pregnancy affects maternal behavior and neuroendocrine function and modulates hypothalamic CRH and nuclear steroid receptor expression. Translational Psychiatry. 10 (6), 1-13 (2020).
- Yim, I. S., et al. Biological and psychosocial predictors of postpartum depression: systematic review and call for integration. Annual Review of Clinical Psychology. 11, 99-137 (2015).
- Slomian, J., Honvo, G., Emonts, P., Reginster, J. Y., Bruyere, O. Consequences of maternal postpartum depression: a systematic review of maternal and infant outcomes. Women’s Health. 15, 1-55 (2019).
- Chow, K. H., Yan, Z., Wu, W. L. Induction of maternal immune activation in mice at mid-gestation stage with viral mimic poly(I:C). Journal of Visualized Experiments: JoVE. (109), e53643 (2016).
- Zalaquett, C., Thiessen, D. The effects of odors from stressed mice on conspecific behavior. Physiology and Behavior. 50 (1), 221-227 (1991).
- Burstein, O., Doron, R. The unpredictable chronic mild stress protocol for inducing anhedonia in mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (140), e58184 (2018).
- Zheng, H. T., et al. The detrimental effects of stress-induced glucocorticoid exposure on mouse uterine receptivity and decidualization. FASEB Journal: Official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 34 (11), 14200-14216 (2020).
- Mueller, B. R., Bale, T. L. Sex-specific programming of offspring emotionality after stress early in pregnancy. Journal of Neuroscience. 28 (36), 9055-9065 (2008).
- Bale, T. L. The placenta and neurodevelopment: sex differences in prenatal vulnerability. Dialogues in Clinical Neuroscience. 18 (4), 459-464 (2016).
- Herman, J. P., Tasker, J. G. Paraventricular hypothalamic mechanisms of chronic stress adaptation. Frontiers in Endocrinology. 7, 137-147 (2016).
- Byers, S. L., Wiles, M. V., Dunn, S. L., Taft, R. A. Mouse estrous cycle identification tool and images. PLOS One. 7 (4), 35538 (2012).
- Pallares, P., Gonzalez-Bulnes, A. Use of ultrasound imaging for early diagnosis of pregnancy and determination of litter size in the mouse. Laboratory Animals. 43 (1), 91-95 (2009).
- Froberg-Fejko, K., Lecker, J. Using environmental enrichment and nutritional supplementation to improve breeding success in rodents. Lab Animal (NY). 45 (1), 406-407 (2016).
- Perani, C. V., Neumann, I. D., Reber, S. O., Slattery, D. A. High-fat diet prevents adaptive peripartum-associated adrenal gland plasticity and anxiolysis. Scientific Reports. 5, 14821-14831 (2015).
- Nugent, B. M., Bale, T. L. The omniscient placenta: metabolic and epigenetic regulation of fetal programming. Frontiers in Neuroendocrinology. 39, 28-37 (2015).
