Utilizzo di un modello murino di stress psicosociale in gravidanza come paradigma traslazionale rilevante per i disturbi psichiatrici nelle madri e nei neonati
Summary
Il paradigma dello stress psicosociale cronico (CGS) impiega fattori di stress clinicamente rilevanti durante la gravidanza nei topi per modellare i disturbi psichiatrici di madri e neonati. Qui, forniamo una procedura passo-passo per applicare il paradigma CGS e le valutazioni a valle per convalidare questo modello.
Abstract
Il periodo peripartum è considerato un periodo sensibile in cui le esposizioni materne avverse possono comportare conseguenze negative a lungo termine sia per la madre che per la prole, incluso lo sviluppo di disturbi neuropsichiatrici. I fattori di rischio legati all’emergere della disregolazione affettiva nella diade materno-infantile sono stati ampiamente studiati. L’esposizione allo stress psicosociale durante la gravidanza è costantemente emersa come uno dei predittori più forti. Diversi modelli di roditori sono stati creati per esplorare questa associazione; tuttavia, questi modelli si basano sull’uso di fattori di stress fisici o di un numero limitato di fattori di stress psicosociali presentati in modo ripetitivo, che non catturano con precisione il tipo, l’intensità e la frequenza dei fattori di stress sperimentati dalle donne. Per superare queste limitazioni, è stato generato un paradigma di stress psicosociale cronico (CGS) che impiega vari insulti psicosociali di diversa intensità presentati in modo imprevedibile. Il manoscritto descrive questo nuovo paradigma CGS in cui le topi femmine gravide, dal giorno gestazionale 6,5 al 17,5, sono esposte a vari fattori di stress durante il giorno e durante la notte. I fattori di stress diurni, due al giorno separati da una pausa di 2 ore, vanno dall’esposizione a oggetti estranei o odore di predatore a frequenti cambiamenti nella biancheria da letto, rimozione della biancheria da letto e inclinazione della gabbia. I fattori di stress durante la notte includono l’esposizione continua alla luce, il cambio dei compagni di gabbia o la lettiera bagnata. Abbiamo precedentemente dimostrato che l’esposizione alla CGS provoca lo sviluppo di anomalie neuroendocrine e comportamentali materne, tra cui una maggiore reattività allo stress, l’emergere di modelli di assistenza materna frammentati, anedonia e comportamenti correlati all’ansia, caratteristiche fondamentali delle donne che soffrono di umore perinatale e disturbi d’ansia. Questo modello CGS, quindi, diventa uno strumento unico che può essere utilizzato per chiarire i difetti molecolari alla base della disregolazione affettiva materna, nonché i meccanismi trans-placentati che influenzano il neurosviluppo fetale e provocano conseguenze comportamentali negative a lungo termine nella prole.
Introduction
I meccanismi alla base di una maggiore suscettibilità ai disturbi neuropsichiatrici nelle madri e nei neonati a seguito di esposizioni materne avverse nel periodo peripartum rimangono in gran parte sconosciuti. Sostanziali alterazioni fisiologiche materne si verificano durante la gravidanza e il passaggio al periodo postpartum, compresi diversi adattamenti neuroendocrini che si ipotizza siano critici non solo per il neurosviluppo della prole sana ma anche per preservare la salute mentale materna1,2. A livello dell’asse ipotalamico ipotalamico surrenale materno (HPA), si osservano adattamenti sia nei livelli circadiani che indotti dallo stress del rilascio di glucocorticoidi, tra cui un ritmo più appiattito dell’attività dell’asse HPA diurno e una risposta smorzata dell’asse HPA ai fattori di stress acuti3,4,5. Dato che una maggiore attività dell’asse HPA è riportata in un sottogruppo di donne con disregolazione affettiva postpartum, tra cui un aumento dei livelli di glucocorticoidi circolanti e feedback negativo inibito6,7,8, l’esposizione a fattori di stress che provocano un aumento della reattività allo stress postpartum e prevengono gli adattamenti dell’asse HPA materno sono pensati per aumentare la suscettibilità ai disturbi neuropsichiatrici.
Per chiarire gli effetti dello stress sulla disregolazione affettiva nelle madri e nei neonati, sono stati generati diversi modelli di stress da roditori nel periodo peripartum. La maggior parte di questi modelli sono caratterizzati dall’applicazione di fattori di stress fisici che si traducono in sfide omeostatiche e alterazioni nello stato fisiologico della diga9, come lo stress cronico di contenimento10 e lo stress del nuoto durante lagestazione 11o l’esposizione allo shock postpartum12. Sebbene questi paradigmi abbiano dimostrato di provocare l’emergere di comportamenti depressivi postpartum e alterazioni nell’assistenza materna10,11,12,sono stati limitati dalla loro incapacità di catturare con precisione la natura psicosociale dei fattori di stress comunemente sperimentati dalle madri umane. Ciò diventa particolarmente importante quando si tenta di rivelare le conseguenze neuroendocrine dello stress cronico nel periodo peripartum, dato che si ritiene che l’elaborazione di diversi tipi di fattori di stress sia mediata da reti neurali variabili che orchestrano l’attivazione dell’asse HPA9.
Per superare questa limitazione, diversi gruppi hanno progettato paradigmi di stress che impiegano insulti psicosociali o una combinazione di fattori di stress fisici e psicosociali. Il modello di separazione materna, in cui le dighe sono separate dai suoi cuccioli per diverse ore al giorno durante il periodo postpartum13,14,e il modello di stress sociale cronico, in cui le dighe sono esposte a un intruso maschio in presenza delle loro cucciolate15,16,sono stati in grado di riprodurre l’emergere di anomalie nella cura materna e fenotipi depressivi associati a paradigmi di stress fisico. Il paradigma dello stress ultramild cronico, in cui le topi femmine gravide sono esposte a una varietà di insulti psicosociali, tra cui l’inclinazione della gabbia e l’illuminazione notturna, nonché insulti fisiologici sostanziali, come lo stress da contenimento e la restrizione alimentare, ha ulteriormente rivelato che l’esposizione a una natura mista di fattori di stress provoca anomalie nel comportamento materno, comprese le menomazioni nell’aggressività materna, così come la disregolazione nell’attività circadiana dell’asse HPA17,18. Coerentemente con questi risultati, un modello alternato di stress di contenimento e sovraffollamento durante la gestazione provoca aumenti dei livelli di corticosterone circadiano materno postpartum e alterazioni nell’assistenza materna, sebbene non si osservino differenze nella riattivazione dell’asse HPA dopo l’esposizione postpartum a nuovi insulti acuti1.
Un’espansione di questo lavoro, generando un paradigma di stress gestazionale che impiega molteplici insulti psicosociali presentati in modo imprevedibile e riduce al minimo l’uso di fattori di stress fisiologici. Gli studi hanno precedentemente dimostrato che questo paradigma di stress psicosociale cronico (CGS) provoca lo sviluppo della disfunzione dell’asse HPA materno, compresa una maggiore reattività allo stress nel primo periodo postpartum19. Questi cambiamenti sono associati ad anomalie nel comportamento materno, comprese alterazioni nella qualità delle cure materne ricevute dai cuccioli e l’emergere di comportamenti anedonici e ansiosi19, caratteristiche coerenti con l’umore perinatale e disturbi d’ansia20,21. Inoltre, l’aumento di peso della prole si riduce durante il periodo postnatale dopo l’esposizione in utero a CGS19,suggerendo che la CGS potrebbe avere persistenti effetti di programmazione negativi nelle generazioni future.
L’obiettivo nello sviluppo del paradigma CGS è stato quello di utilizzare principalmente fattori di stress clinicamente rilevanti, che catturano accuratamente il tipo, l’intensità e la frequenza degli insulti spesso associati alla disregolazione neuroendocrina e allo sviluppo dell’umore perinatale e dei disturbi d’ansia. Qui, lo studio fornisce un protocollo dettagliato su come sottoporre topi femmina gravidi a CGS, nonché valutazioni a valle che possono essere utilizzate per testare la validità del modello.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’esposizione delle topi gravide alla CGS perturba la funzione neuroendocrina materna postpartum, compresa la risposta dell’asse HPA a nuovi fattori di stress, ed è associata a varie anomalie comportamentali rilevanti per l’umore perinatale e i disturbi d’ansia. Dato che il modello impiega l’utilizzo di un fattore di rischio ambientale, si prevede una variazione fenotipica più elevata di quella altrimenti osservata nei modelli genetici22. Tuttavia, i risultati ottenuti dall’applicazione del para…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desiderano riconoscere il sostegno del National Institute of General Medical Sciences T32 GM063483-14 grant e della Cincinnati Children’s Research Foundation. Per i dati adattati da Zoubovsky et al., 2019, Creative Common License può essere trovato nella seguente posizione: 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 |
Referências
- 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).
