Använda en murinmodell av psykosocial stress under graviditeten som ett översättningsrelevant paradigm för psykiatriska störningar hos mödrar och spädbarn
Summary
Det kroniska psykosociala stressparadigmet (CGS) använder kliniskt relevanta stressfaktorer under graviditeten hos möss för att modellera psykiatriska störningar hos mödrar och spädbarn. Här tillhandahåller vi ett steg-för-steg-förfarande för att tillämpa CGS-paradigmet och nedströmsbedömningar för att validera denna modell.
Abstract
Peripartumperioden anses vara en känslig period där negativa mödraexponeringar kan leda till långsiktiga negativa konsekvenser för både mor och avkomma, inklusive utveckling av neuropsykiatriska störningar. Riskfaktorer kopplade till uppkomsten av affektiv dysregulation i moderns-spädbarn dyad har studerats utförligt. Exponering för psykosocial stress under graviditeten har konsekvent framkommit som en av de starkaste prediktorerna. Flera gnagare modeller har skapats för att utforska denna associering; Dessa modeller förlitar sig dock på användning av fysiska stressfaktorer eller ett begränsat antal psykosociala stressfaktorer som presenteras på ett repetitivt sätt, som inte exakt fångar den typ, intensitet och frekvens av stressfaktorer som upplevs av kvinnor. För att övervinna dessa begränsningar genererades ett kroniskt psykosocialt stressparadigm (CGS) som använder olika psykosociala förolämpningar av olika intensitet som presenteras på ett oförutsägbart sätt. Manuskriptet beskriver detta nya CGS-paradigm där gravida kvinnliga möss, från graviditetsdag 6,5 till 17,5, utsätts för olika stressfaktorer under dagen och över natten. Dagstressorer, två per dag åtskilda av en 2 h paus, sträcker sig från exponering för främmande föremål eller rovdjurslukt till frekventa förändringar i sängkläder, avlägsnande av sängkläder och burlutning. Över natten stressorer inkluderar kontinuerlig ljusexponering, byte av burkamrater eller våtsängkläder. Vi har tidigare visat att exponering för CGS resulterar i utveckling av moderns neuroendokrina och beteendemässiga avvikelser, inklusive ökad stress reaktivitet, uppkomsten av fragmenterade moderns vård mönster, anhedonia och ångest-relaterade beteenden, kärnfunktioner hos kvinnor som lider av perinatal humör och ångest störningar. Denna CGS-modell blir därför ett unikt verktyg som kan användas för att belysa molekylära defekter som ligger till grund för moderns affektiva dysregulering, liksom trans-placenta mekanismer som påverkar fetala neuroutveckling och resulterar i negativa långsiktiga beteendemässiga konsekvenser i avkomman.
Introduction
Mekanismerna bakom ökad mottaglighet för neuropsykiatriska störningar hos mödrar och spädbarn efter negativa moderns exponeringar under peripartum perioden är fortfarande i stort sett okända. Betydande moderns fysiologiska förändringar sker under graviditeten och övergången till postpartumperioden, inklusive flera neuroendokrina anpassningar som är hypotetiska för att vara kritiska inte bara för friska avkommor neuroutveckling utan också för att bevara moderns psykiska hälsa1,2. På nivån för moderns hypotalamus hypofysen binjureaxel (HPA) observeras adaptioner i både dygnsrytm och stressinducerade nivåer av glukokortikoidersättning, inklusive en mer utplattad rytm av dygns hpa axelaktivitet och dämpat HPA axel svar på akuta stressfaktorer3,4,5. Med tanke på att förbättrad HPA axel verksamhet rapporteras i en delmängd av kvinnor med postpartum affektiv dysregulation, inklusive ökade nivåer av cirkulerande glukokortikoider och hämmad negativ feedback6,7,8, exponering för stressfaktorer som resulterar i ökad postpartum stress reaktivitet och förhindra moderns HPA axeln adaptioner tros öka mottagligheten för neuropsykiatriska störningar.
För att belysa effekterna av stress på affektiv dysregulation hos mödrar och spädbarn har flera gnagare modeller av stress under peripartumperioden genererats. En majoritet av dessa modeller kännetecknas av tillämpning av fysiska stressfaktorer som resulterar i homeostatiska utmaningar och förändringar i dammfysiologisk status9, såsom kronisk återhållsamhet stress10 och simma stress under dräktighet11, eller postpartum chock exponering12. Även om dessa paradigm har visat sig resultera i uppkomsten av postpartum depressiva-liknande beteenden och förändringar imödravården 10,11,12, har de begränsats av deras oförmåga att noggrant fånga den psykosociala karaktären hos stressfaktorer som vanligtvis upplevs av mänskliga mödrar. Detta blir särskilt viktigt när man försöker avslöja de neuroendokrina konsekvenserna av kronisk stress under peripartumperioden, med tanke på att bearbetning av olika typer av stressfaktorer tros förmedlas av olika neurala nätverk som orkestrerade HPA-axelaktivering9.
För att övervinna denna begränsning har flera grupper utformat stressparadigmer som använder psykosociala förolämpningar eller en kombination av fysiska och psykosociala stressfaktorer. Moderns separationsmodell, där dammar separeras från hennes valpar i flera timmar per dag under postpartumperioden13,14, och den kroniska sociala stressmodellen, där dammarna utsätts för en manlig inkräktare i närvaro av sina kullar15,16, har kunnat reproducera uppkomsten av avvikelser i mödravård och depressiva fenotyper i samband med fysiska stressparadigmer. Det kroniska ultramild stressparadigmet, där gravida kvinnliga möss utsätts för en mängd psykosociala förolämpningar, inklusive burlutning och nattlig belysning, samt betydande fysiologiska förolämpningar, såsom återhållsamhetsstress och livsmedelsbegränsning, har ytterligare avslöjat exponering för en blandad karaktär av stressfaktorer resulterar i avvikelser i moderns beteende, inklusive försämringar i moderns aggression, samt dysreglering i den dygnsrytmiska aktiviteten hos HPA-axeln17,18. I överensstämmelse med dessa resultat resulterar en alternerande återhållsamhet stress och överbeläggning modell under dräktigheten i höjder i postpartum moderns dygnsrytm kortikosteron nivåer samt förändringar i moderns vård, även om inga skillnader observeras i HPA axeln återaktivitet efter postpartum exponering för nya akuta förolämpningar1.
En utvidgning av detta arbete, genererar ett graviditetsstressparadigm som använder flera psykosociala förolämpningar som presenteras på ett oförutsägbart sätt och minimerar användningen av fysiologiska stressfaktorer. Studier har tidigare visat detta kroniska psykosociala stress paradigm (CGS) resulterar i utvecklingen av moderns HPA axeln dysfunktion, inklusive förbättrad stress reaktivitet i början av periodenpostpartum 19. Dessa förändringar är förknippade med avvikelser i moderns beteende, inklusive förändringar i kvaliteten på mödravården som tas emot av valpar, och uppkomsten av anhedoniska och ångestliknande beteenden19, funktioner som överensstämmer med perinatalt humör och ångeststörningar20,21. Dessutom minskar avkommans viktökning under den postnatala perioden efter exponering in-utero för CGS19, vilket tyder på att CGS kan ha ihållande negativa programmeringseffekter i framtida generationer.
Målet med att utveckla CGS paradigmet var att främst utnyttja kliniskt relevanta stressfaktorer, som noggrant fånga typ, intensitet och frekvens av förolämpningar som ofta förknippas med neuroendokrina dysregulation och utvecklingen av perinatal humör och ångest störningar. Här ger studien ett detaljerat protokoll över hur man utsätter gravida honmöss för CGS, samt nedströms bedömningar som kan användas för att testa modellens giltighet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Exponera de gravida mössen för CGS-störningar postpartum moderns neuroendokrina funktion, inklusive HPA-axelns svar på nya stressfaktorer, och är associerad med olika beteendemässiga avvikelser som är relevanta för perinatalt humör och ångeststörningar. Med tanke på att modellen använder utnyttjande av en miljöriskfaktor förväntas högre fenotypisk variation än vad som annars observerats i genetiska modeller22. Resultat från tillämpningen av CGS-paradigmet kan dock vara konsekve…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill erkänna stöd från National Institute of General Medical Sciences T32 GM063483-14 grant och Cincinnati Children’s Research Foundation. För data anpassade från Zoubovsky et al., 2019, Creative Common License finns på följande plats: 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 |
References
- 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).
