Lactation period: a window to neurometabolic disorders?

Abstract

Introdução e Objetivos: A lactação é considerada uma fase importante para o desenvolvimento de doenças metabólicas, como a diabetes, bem como para o risco de alterações neuronais na vida adulta. Embora os mecanismos que potenciam estas alterações não sejam totalmente conhecidos, a dieta e a condição metabólica materna são fatores que contribuem para o seu desenvolvimento. A obesidade infantil é uma problemática cada vez maior nos dias de hoje, que leva a um maior risco de desenvolvimento de síndrome metabólica ao longo da vida. Desta forma, este trabalho tem como principais objetivos – 1) avaliar o efeito da glicação materna durante o período de lactação no neurodesenvolvimento e comportamento da descendência, durante a adolescência tanto em machos como em fêmeas; e, 2) avaliar o impacto da exposição da hiperfagia pós-natal no neurodesenvolvimento e comportamento da descendência, num contexto normal e quando expostos a glicação materna.Materiais e Métodos: Foram estudados a descendência (machos e fêmeas) de fêmeas Wistar tratadas com S-p-Bromobenzilgutationa ciclopentil diéster – BBGC (5 mg/kg), um inibidor seletivo da Glioxalase 1 (GLO1), durante os primeiros seis dias após o nasimento. Considerou-se ainda um grupo controlo e um grupo veículo tratado com dimetil sulfóxido (DMSO). Com o objetivo de estudar o impacto da hiperfagia pós-natal (SL), ao dia pós-natal (P) 3, o número de descendentes foi reduzido de oito para três, sendo que foi ainda considerado um grupo em que as progenitoras foram administradas com BBGC – SL+BBGC. Entre P5 e P17, foram efetuados vários testes comportamentais para avaliar o neurodesenvolvimento dos descendentes. Após o desmame, foram coletadas amostras de leite materno para medição dos triglicerídeos e quantificação da capacidade antioxidante total. A P43 e P44 foram efetuados testes de comportamento para avaliar a capacidade locomotora, o comportamento ansioso e o processo de recognição de memória na descendência. A P45 foi realizada uma prova de tolerância à insulina, os níveis de triglicerídeos foram medidos seguindo-se a coleta do hipocampo e córtex pré-frontal para estudos moleculares.Resultados: A glicação materna causa alterações na composição do leite induzindo uma redução dos níveis dos triglicerídeos e da capacidade antioxidante total. Verificou-se ainda que tanto a descendência feminina como masculina não apresentou alterações no peso corporal, nem dos níveis de glicose durante a prova de tolerância à insulina. Contudo, a glicação materna induziu menores níveis de glioxalase 1 no hipocampo dos descendentes machos acompanhado por uma maior acumulação de MG-H1 e Argpirimidina. Por outro lado, não foram observadas alterações significativas no córtex pré-frontal. A glicação materna acelera o desenvolvimento do sistema vestibular e do sistema olfativo dos machos enquanto induz uma antecipação da abertura dos olhos e da capacidade auditiva em ambos os sexos. A exposição precoce ao BBGC demonstrou reduzir os níveis de ansiedade tanto nos machos como nas fêmeas. Observou-se ainda um aumento dos níveis da expressão dos recetores do GABAA no hipocampo dos machos. Paralelamente, no hipocampo das fêmeas o aumento dos níveis do recetor do GABAA foi acompanhado por uma diminuição dos níveis de proteínas envolvidas na sinapse glutamatérgica. Tendo em consideração o segundo objetivo, a exposição à hiperfagia pós-natal demonstrou induzir excesso de peso na descendência bem como uma redução periférica dos níveis de sensibilidade à insulina. Quando expostos à glicação materna, este efeito foi perdido apesar de se continuar a verificar menor sensibilidade à insulina. Ambos os grupos não demonstraram alterações nos testes de neurodesenvolvimento e, apenas a descendência do grupo SL demonstrou desenvolver um comportamento ansioso. Acompanhado por um aumento dos níveis de proteínas antioxidantes como a glioxalase e a catalase no hipocampo da descendência, que é perdido quando expostos à glicação materna. Verificou-se ainda que ambos os grupos apresentavam maiores níveis de proteínas sinápticas, como a sinapsina e a PSD-95, sem alterações nos níveis de proteínas envolvidas nas sinapses excitatórias (vGLUT1) e inibitórias (vGAT).Conclusão: A exposição precoce à glicação materna induz alterações na composição do leite, no neurodesenvolvimento da descendência durante a infância e consequentemente a alterações neurometabólicas que aumentam a predisposição para um comportamento menos ansioso na adolescência. A exposição a um ambiente hiperfágico durante o período pós-natal induz alterações metabólicas na descendência, aumentando o risco de desenvolver síndrome metabólica na vida adulta, bem como maior ansiedade na adolescência.

Introduction and Objectives: Lactation is considered a critical phase for the development of metabolic disease and for the programming of neuronal changes in adult life. Although the mechanisms that underlying these changes are not fully understood, maternal diet and metabolic conditions are key factors that contribute to their development. On the other hand, childhood obesity is a growing problem nowadays, leading to a higher predisposition for the development of metabolic syndrome later in adulthood. Thus, this work has two main objectives – 1) study the effect of maternal glycation during lactation period on neurodevelopment and offspring behaviour at adolescence, assessing sex differences; and 2) study the impact of postnatal hyperphagia on offspring neurodevelopment and behaviour, with and without exposure to maternal glycation.Materials and Methods: We studied male and female offspring of female Wistar rats treated with S-p-Bromobenzylguthione cyclopentyl diester - BBGC (5 mg/kg), a selective inhibitor of Glyoxalase 1 (GLO1), during the first six days of lactation period. A control group and a vehicle group treated with dimethyl sulfoxide (DMSO) were also considered. To study the impact of postnatal hyperphagia (SL), after postnatal day (P) 3, the number of offspring was reduced from eight to three pups. In addition, it was also considered a group in which the mothers were simultaneously treated with BBGC – SL+BBGC. Between P5 and P17, several behavioural tests were performed to assess the neurodevelopment of the offspring. After weaning, breast milk samples were collected to measure triglycerides and quantify the total antioxidant capacity. At P43 and P44, locomotor ability, anxious behaviour and recognition memory processes was assessed in the offspring. At P45 an insulin tolerance test was performed, triglycerides levels were measured and the hippocamps and prefrontal cortex were collected to molecular analysis.Results: Maternal glycation causes changes in milk composition, inducing a reduction in triglyceride levels and total antioxidant capacity. Our results demonstrates that both female and male offspring do not show changes in body weight or glucose levels during the insulin tolerance test. However, maternal glycation induced lower levels of glyoxalase 1 in the hippocampus of male offspring accompanied with a higher accumulation of MG-H1 and Argpyrimidine. On the other hand, no significant changes were observed in the prefrontal cortex. Maternal glycation accelerated the development of the vestibular and olfactory systems in male offspring while inducing an anticipation of eye opening and auditory capacity in both sexes. Early exposure to BBGC had an anxiolytic effect both males and females, accompanied with increased levels of GABAA. In parallel, in the female hippocampus, the increase levels of in GABAA receptor were observed in parallel with a decrease in the levels of proteins at the glutamatergic synapse.Regarding our second aim, our results demonstrate that postnatal hyperphagia increased weight gain in offspring and induced a reduction in peripheral insulin sensitivity levels. When exposed to maternal glycation, weight gain was lost despite having lower insulin sensitivity. Both groups – SL and SL+BBGC- do not shown changes in neurodevelopmental tests, and only the offspring of the SL group was shown to develop an anxious-like behaviour. It was also observed an increase in the levels of antioxidant proteins such as glyoxalase and catalase in the offspring's hippocampus from SL group, an effect that is lost when exposed to maternal glycation. Additionally, both groups were found to have higher levels of synaptic proteins, such as synapsin and PSD-95, without no changes in the levels of proteins involved in excitatory (vGLUT1) and inhibitory (vGAT and GABAA).Conclusion: Early exposure to maternal glycation induces changes in milk composition and changes in the neurodevelopment of male and female offspring during childhood and leads to neurometabolic changes and less anxious-like behaviour or more risk-taking in adolescence. Exposure to a hyperphagic environment during the postnatal period induces metabolic changes in the offspring, increasing the risk of developing metabolic syndrome in adulthood, as well as an anxious-like behaviour in adolescence.