Summary

Использование мышиной модели психосоциального стресса во время беременности в качестве трансляционно значимой парадигмы психических расстройств у матерей и младенцев

Published: June 13, 2021
doi:

Summary

Парадигма хронического психосоциального стресса (CGS) использует клинически значимые стрессоры во время беременности у мышей для моделирования психических расстройств матерей и младенцев. Здесь мы предоставляем пошаговую процедуру применения парадигмы CGS и последующих оценок для проверки этой модели.

Abstract

Периродовой период считается чувствительным периодом, когда неблагоприятное материнское воздействие может привести к долгосрочным негативным последствиям как для матери, так и для потомства, включая развитие нервно-психических расстройств. Факторы риска, связанные с возникновением аффективной дисрегуляции в диаде матери и ребенка, были широко изучены. Воздействие психосоциального стресса во время беременности неизменно становится одним из самых сильных предикторов. Для изучения этой связи было создано несколько моделей грызунов; однако эти модели основаны на использовании физических стрессоров или ограниченного числа психосоциальных стрессоров, представленных в повторяющейся форме, которые не точно отражают тип, интенсивность и частоту стрессоров, испытываемых женщинами. Чтобы преодолеть эти ограничения, была создана парадигма хронического психосоциального стресса (CGS), которая использует различные психосоциальные оскорбления различной интенсивности, представленные непредсказуемым образом. Рукопись описывает эту новую парадигму CGS, где беременные самки мышей с гестационного дня с 6,5 до 17,5 подвергаются воздействию различных стрессоров в течение дня и ночи. Дневные стрессоры, два в день разделенные 2-х ч перерывом, варьируются от воздействия посторонних предметов или запаха хищника до частых изменений в подстилке, удаления подстилки и наклона клетки. Ночные стрессоры включают непрерывное воздействие света, смену товарищей по клетке или смачивание постельного белья. Ранее мы показали, что воздействие CGS приводит к развитию материнских нейроэндокринных и поведенческих аномалий, включая повышенную реактивность на стресс, появление фрагментированных моделей ухода за матерью, ангедонию и тревожное поведение, основные особенности женщин, страдающих перинатальным настроением и тревожными расстройствами. Таким образом, эта модель CGS становится уникальным инструментом, который может быть использован для выяснения молекулярных дефектов, лежащих в основе материнской аффективной дисрегуляции, а также трансс плацентарных механизмов, которые влияют на нервное развитие плода и приводят к негативным долгосрочным поведенческим последствиям у потомства.

Introduction

Механизмы, лежащие в основе повышенной восприимчивости к нервно-психическим расстройствам у матерей и младенцев после неблагоприятного воздействия на матерей в периродовом периоде, остаются в значительной степени неизвестными. Существенные физиологические изменения матери происходят во время беременности и перехода к послеродовому периоду, включая несколько нейроэндокринных адаптаций, которые, как предполагается, имеют решающее значение не только для здорового развития потомства, но и для сохранения психического здоровья матери1,2. На уровне материнской гипоталамической оси надпочечников гипофиза (HPA) наблюдаются адаптации как циркадных, так и стресс-индуцированных уровней высвобождения глюкокортикоидов, включая более уплощенный ритм активности суточной оси HPA и ослабленную реакцию оси HPA на острые стрессоры3,4,5. Учитывая, что повышенная активность оси HPA сообщается у подгруппы женщин с послеродовой аффективной дисрегуляцией, включая повышенные уровни циркулирующих глюкокортикоидов и ингибированную отрицательную обратную связь6,7,8,воздействие стрессоров, которые приводят к повышенной реактивности послеродового стресса и предотвращают адаптацию оси HPA матери, как полагают, повышают восприимчивость к нервно-психическим расстройствам.

Чтобы прояснить влияние стресса на аффективную дисрегуляцию у матерей и младенцев, было создано несколько моделей стресса грызунов в перинатальный период. Большинство из этих моделей характеризуются применением физических стрессоров, которые приводят к гомеостатическим проблемам и изменениям физиологического статуса плотины9,таким как хронический стресссдерживания 10 и стресс плавания во время беременности11или послеродовой шок12. Хотя былопоказано,что эти парадигмы приводят к появлению послеродового депрессивного поведения и изменений в материнской помощи10,11,12,они были ограничены их неспособностью точно уловить психосоциальную природу стрессоров, обычно испытываемых человеческими матерями. Это становится особенно важным при попытке выявить нейроэндокринные последствия хронического стресса в перипартаумном периоде, учитывая, что обработка различных типов стрессоров, как полагают, опосредована различными нейронными сетями, оркеструющими активацию оси HPA9.

Чтобы преодолеть это ограничение, несколько групп разработали парадигмы стресса, использующие психосоциальные оскорбления или комбинацию физических и психосоциальных стрессоров. Модель материнского разделения, где плотины отделяются от ее детенышей в течение нескольких часов в день в течение послеродового периода13,14,и модель хронического социального стресса, где плотины подвергаются воздействию мужского незваного гостя в присутствии своих пометов15,16,смогли воспроизвести появление аномалий в материнской заботе и депрессивно-подобных фенотипов, связанных с парадигмами физического стресса. Парадигма хронического ультрамилодного стресса, когда беременные самки мышей подвергаются различным психосоциальным оскорблениям, включая наклон клетки и ночное освещение, а также существенным физиологическим оскорблениям, таким как стресс сдерживания и ограничение пищи, также показала, что воздействие смешанных стрессоров приводит к аномалиям в поведении матери, включая нарушения материнской агрессии. а также дисрегуляция в циркадной активности оси HPA17,18. В соответствии с этими результатами, модель переменного сдерживающего стресса и переполненности во время беременности приводит к повышению уровня циркадного кортикостерона у матерей в послеродовом периоде, а также к изменениям в уходе за матерью, хотя никаких различий в повторной активности оси HPA после послеродового воздействия новых острых инсультов1не наблюдается.

Расширение этой работы, создание парадигмы гестационного стресса, которая использует множественные психосоциальные оскорбления, представленные непредсказуемым образом, и сводит к минимуму использование физиологических стрессоров. Исследования ранее показали, что эта парадигма хронического психосоциального стресса (CGS) приводит к развитию дисфункции оси HPA у матери, включая повышенную реактивность к стрессу в раннем послеродовомпериоде 19. Эти изменения связаны с аномалиями в материнском поведении, включая изменения в качестве материнской помощи, получаемой детенышами, и появление ангедонического и тревожного поведения19,особенности, согласующееся с перинатальным настроением и тревожными расстройствами20,21. Кроме того, увеличение веса потомства уменьшается в течение постнатального периода после внутриутробного воздействия CGS19,что говорит о том, что CGS может иметь устойчивые негативные программные эффекты в будущих поколениях.

Целью разработки парадигмы CGS было использование клинически значимых стрессоров, которые точно отражают тип, интенсивность и частоту оскорблений, часто связанных с нейроэндокринной дисрегуляцией и развитием перинатальных расстройств настроения и тревоги. Здесь исследование предоставляет подробный протокол о том, как подвергнуть беременных самок мышей CGS, а также последующие оценки, которые могут быть использованы для проверки достоверности модели.

Protocol

Все описанные эксперименты на животных были одобрены Комитетом по уходу за животными и их использованию в Детском медицинском центре Цинциннати и соответствовали руководящим принципам Национального института здравоохранения. Ad libitum доступ к стандартному чау-чау и воде для грызу…

Representative Results

Воздействие на беременных самок мышей CGS приводит к изменениям параметров, имеющих отношение к хроническому стрессу, включая снижение прироста массы тела во время беременности(Рисунок 2A)и увеличение веса надпочечников в раннем послеродовом периоде(Рисунок …

Discussion

Воздействие на беременных мышей пергабит CGS послеродовой нейроэндокринной функции матери, включая реакцию оси HPA на новые стрессоры, и связано с различными поведенческими аномалиями, относящимися к перинатальному настроению и тревожным расстройствам. Учитывая, что модель использует ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы хотели бы выразить признательность за поддержку со стороны Гранта Национального института общих медицинских наук T32 GM063483-14 и Фонда детских исследований Цинциннати. Для данных, адаптированных из Zoubovsky et al., 2019, Creative Common License можно найти по следующему адресу: 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

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Ulrich-Lai, Y. M., Herman, J. P. Neural regulation of endocrine and autonomic stress responses. Nature Reviews Neuroscience. 10 (6), 397-409 (2009).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Boccia, M. L., et al. Repeated long separations from pups produce depression-like behavior in rat mothers. Psychoneuroendocrinology. 32 (1), 65-71 (2007).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Zalaquett, C., Thiessen, D. The effects of odors from stressed mice on conspecific behavior. Physiology and Behavior. 50 (1), 221-227 (1991).
  24. Burstein, O., Doron, R. The unpredictable chronic mild stress protocol for inducing anhedonia in mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (140), e58184 (2018).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Bale, T. L. The placenta and neurodevelopment: sex differences in prenatal vulnerability. Dialogues in Clinical Neuroscience. 18 (4), 459-464 (2016).
  28. Herman, J. P., Tasker, J. G. Paraventricular hypothalamic mechanisms of chronic stress adaptation. Frontiers in Endocrinology. 7, 137-147 (2016).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. Nugent, B. M., Bale, T. L. The omniscient placenta: metabolic and epigenetic regulation of fetal programming. Frontiers in Neuroendocrinology. 39, 28-37 (2015).

Play Video

Cite This Article
Zoubovsky, S. P., Wilder, A., Muglia, L. Using a Murine Model of Psychosocial Stress in Pregnancy as a Translationally Relevant Paradigm for Psychiatric Disorders in Mothers and Infants. J. Vis. Exp. (172), e62464, doi:10.3791/62464 (2021).

View Video