Programarea nutrițională a perioadelor critice de dezvoltare hipotalamică și ferestrele de oportunitate
S G Bouret
1 Institutul de cercetare Saban, Programul de neuroștiințe, Spitalul pentru copii din Los Angeles, Universitatea din California de Sud, Los Angeles, CA, SUA
2 Inserm, Centrul de cercetare Jean-Pierre Aubert, U837, Neurobese Lab, Universitatea Lille 2, Lille, Franța
Abstract
Introducere
Programarea dezvoltării căilor legate de apetitul hipotalamic. Programarea dezvoltării sistemelor neuronale hipotalamice de către mediul perinatal reprezintă un posibil mecanism prin care modificările nutriției materne și/sau postnatale predispun descendenții la obezitate. Dezvoltarea ARH, care conține un subset de neuroni dedicați reglării metabolice, cum ar fi neuronii coexprimanți ai NPY și AgRP și neuronii care conțin POMC, pare extrem de sensibilă la schimbările din mediul nutrițional. Au fost observate defecte structurale în hipotalamusul animalelor supuse unui mediu nutrițional modificat, cum ar fi modificări ale numărului de celule, perturbare în formarea conexiunilor axonale și sensibilitate atenuată la leptină. Aceste efecte par a fi mediate, într-o oarecare măsură, de secreție anormală de leptină și/sau semnalizare în perioadele critice de dezvoltare fetală și/sau postnatală.
Datorită importanței hipotalamusului în reglarea alimentației și a echilibrului energetic, s-a sugerat că afectarea dezvoltării hipotalamice în timpul vieții perinatale poate duce la dereglare metabolică pe tot parcursul vieții (vezi referințele 6, 7, 10, 15, 16, 17 pentru revizuire ). Prezenta revizuire va rezuma modificările structurale și de dezvoltare care au fost observate în hipotalamus ca răspuns la schimbările din mediul nutrițional și hormonal timpuriu. În plus, discutăm cum modificările unei game variate de sisteme neuronale hipotalamice pot avea efecte durabile asupra reglării apetitului și a echilibrului energetic.
Perioade critice pentru dezvoltarea hipotalamică
Linii de timp ale dezvoltării hipotalamice. Formarea unui hipotalamus funcțional are loc în două faze majore: determinarea numărului de celule, care include neurogeneza, și formarea circuitelor funcționale, care include creșterea axonului și formarea sinapselor funcționale. La rozătoare, oameni și NHP, neurogeneza apare în primul rând în timpul gestației timpurii până la mijlocul perioadei. Cu toate acestea, importanța considerabilă a creșterii axonului hipotalamic postnatal la rozătoare diferă de cea la om și NHP, unde proiecțiile neuronale hipotalamice se dezvoltă aproape în întregime în timpul vieții fetale.
Împreună, aceste date indică faptul că hipotalamusul rozătorului se dezvoltă în două medii distincte: un mediu intra-utero în care se determină numărul de celule și un mediu extra-utero în care este stabilită conectivitatea neuronală hipotalamică. În schimb, hipotalamusul oamenilor și NHP se dezvoltă în primul rând în timpul vieții intrauterine. Aceste date sugerează, de asemenea, că întreruperea dezvoltării hipotalamice în aceste perioade importante de dezvoltare poate duce la anomalii hipotalamice structurale și funcționale severe.
Influențe prenatale
Obezitate maternă/hrănire bogată în grăsimi
Capacitatea obezității materne de a modifica proliferarea celulară în hipotalamusul în curs de dezvoltare a fost demonstrată recent la rozătoare. Hrănirea maternă cu conținut ridicat de grăsimi la șobolani crește proliferarea celulelor hipotalamice și are ca rezultat un număr mai mare de neuroni orexigenici în PVH și LHA, 38 incluzând galanină, encefalină, dinorfină, hormon concentrator de melanină și neuroni orexină. În general, studiile pe rozătoare au indicat că efectele adverse ale unui mediu obezogen matern sunt similare asupra numărului de celule hipotalamice atunci când apar fie în timpul gestației, fie în timpul gestației și alăptării. De exemplu, descendenții mamelor HFD încrucișate cu mamele control în timpul alăptării prezintă modificări similare în numărul de celule orexigenice și rezultatele metabolice comparativ cu puii crescuți de mamele HFD în timpul sarcinii și alăptării. 38
Deoarece multe modele animale de obezitate maternă sunt asociate cu hiperglicemie și rezistență la insulină, poate fi dificil să se determine dacă anomaliile de dezvoltare ale puilor născuți din baraje obeze sunt cauzate de modificări ale dietei barajelor sau dacă apar ca o consecință a Diabet. Manipularea nivelurilor de glucoză fără modificări ale dietei poate fi efectuată experimental prin injectarea streptozotocinei, care este o toxină a celulelor beta pancreatice. Folosind modelul animal streptozotocin, am descoperit recent că puii care se nasc din baraje diabetice neobeze au o reducere a densității fibrelor arexate orexigenice (AgRP) - și anorexigenice (aMSH) care inervează PVH. 46 Aceste date arată că numai diabetul matern poate provoca modificări structurale pe termen lung în hipotalamus.