Кетогенна дієта покращує поведінку в моделі імунної активації матері при розладі спектру аутизму

Філіальний відділ психології, Програма неврології, Трініті-коледж, Хартфорд, Коннектикут, Сполучені Штати Америки

Девід Н. Раскін,
Мішель І. Мерфі,
Сьєрра Л. Слейд,
Сьюзен А. Масіно

Цифри

Анотація

Цитування: Раскін Д.Н., Мерфі М.І., Слейд С.Л., Мазіно С.А. (2017) Кетогенна дієта покращує поведінку в моделі імунної активації матері при розладі спектру аутизму. PLOS ONE 12 (2): e0171643. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0171643

Редактор: Жорж Чапутьє, UPMC, ФРАНЦІЯ

Отримано: 8 вересня 2016 р .; Прийнято: 24 січня 2017 р .; Опубліковано: 6 лютого 2017 р

Наявність даних: Усі відповідні дані знаходяться в документі та у файлі супровідної інформації.

Фінансування: Цю роботу отримали підтримку з таких джерел: Національний інститут неврологічних захворювань та інсульту, NS066392, NS 065957 (SAM), www.ninds.nih.gov/ та Національний центр додаткового та інтегративного здоров’я, AT008742 (DNR), https: //nccih.nih.gov/. Фінансисти не мали жодної ролі у розробці досліджень, зборі та аналізі даних, прийнятті рішення про публікацію чи підготовці рукопису

Конкуруючі інтереси: Автори заявили, що не існує конкуруючих інтересів.

Вступ

Розлад аутистичного спектра (АСС) визначається поганою комунікабельністю та комунікацією, а також посиленням повторюваної поведінки або обмеженим поведінковим репертуаром. Хоча ASD визначається конкретними поведінковими критеріями, існує безліч генетичних та/або екологічних факторів, і найчастіше етіологія невідома і, ймовірно, гетерогенна [1]. Ця невід’ємна складність та таємничість, що оточує РАС, сприяє та ускладнює відсутність ефективних методів лікування основних симптомів поведінки. Сучасні знання свідчать про те, що фактори навколишнього середовища є податливими, а іноді і запобігаючими факторами, що сприяють захворюваності на РАС. Розуміння цих факторів може допомогти у вирішенні питань поширеності РАС та покращенні можливостей лікування.

Здатність імунних/запальних станів впливати на захворюваність на РАС викликала дослідження співмірних стратегій запобігання або лікування АСД. Пов’язані з цим, кетогенні дієти з низьким вмістом вуглеводів та жирів (КД) використовуються протягом багатьох десятиліть для лікування епілепсії, включаючи супутню епілепсію та АСС [10, 11], і є дані, що вони знижують запалення (наприклад [ 12, 13]). Низький вміст вуглеводів і обмежений вміст білка змушує нервову тканину покладатися на кетонові тіла (ацетоацетат, β-гідроксибутират, ацетон), що виробляються в печінці для отримання енергії. KD може бути ефективним навіть при стійкій до лікарських засобів епілепсії [14], маючи лабораторні та клінічні докази протиепілептогенезу (наприклад, [15, 16]). Дослідження хронічних та нейродегенеративних станів на моделях тварин настійно наводять на думку про нейропротекторні та модифікуючі хворобу ефекти КД (наприклад, [16, 17]).

Останнім часом з'являється все більше доказів щодо переваг KD проти основних симптомів ASD, а також загальної супутньої патології ASD при епілептичних припадках [18]. Сюди входять тематичні дослідження у дітей, що описують поліпшення основних симптомів (а також судом) [19, 20], та невеликі пілотні дослідження, що повідомляють про різні реакції, включаючи покращення під час застосування КД [21–23]. Зовсім недавно дослідження показали, що лікування KD покращує комунікабельність і зменшує повторювану поведінку, що направляється самостійно, на тваринних моделях ASD, таких як штам BTBR T + tf/J [24], штам EL миші [25] та миші з генетичною інактивацією ген Engrailed 2 [26]. Спеціально для екологічно спричиненого ASD, годування KD покращує комунікабельність та повторювану поведінку на гестаційній моделі вальпроєвої кислоти у щурів [27, 28]. Тут ми вводили пренатальні ін’єкції полі (I: C) мишам для дослідження наслідків материнського запалення та подальшого лікування КД на поведінку, пов’язану з АСД, у чоловіків та жінок.

Матеріали та методи

Тварини

Усі процедури виконувались відповідно до Керівництва NIH з догляду та використання лабораторних тварин та затверджено Комітетом з догляду та використання тварин в Інституті Трініті-коледжу (A3869–01). Молоді дорослі самки мишей C57Bl/6 (оригінальні заводчики з лабораторій Jackson, Bar Harbor, ME) були визнані перевіреними селекціонерами після одного або двох послідів. Перевірених заводчиків влаштовували соціально з одностатевими товаришами по клітці. Естроозний цикл контролювали щодня шляхом візуального огляду зовнішніх статевих органів [29]. Коли заводчику було визначено перебувати в проеструсі або еструсі, її влаштували на ніч із дорослим самцем миші C57Bl/6. Наступного ранку у самки миші перевірили наявність вагінальної пробки, яка позначила ембріональний день 0,5 (E0,5). Вагітних самок розміщували соціально і не турбували, за винятком прибирання клітки.

Комунікабельність та спілкування

Повторювана поведінка

Для вимірювання самонаправленої повторюваної поведінки кількісно визначали догляд за собою в двох окремих умовах тестування: під час трикамерного випробувального апарату, описаного вище, та під час окремого 10-хвилинного однокамерного тесту. У цьому останньому тесті мишу звикли до кімнати протягом 30 хвилин, а потім звикли до експериментальної клітини з поліпропілену (19 х 29 х 12,5 см) протягом 10 хвилин. Поводження миші було зафіксовано відео та кількісно оцінено на 10-хвилинній фазі після звикання.

Аналіз крові

Через добу після однокамерного тесту догляду вимірювали рівень глюкози в крові та β-гідроксибутират кетонового тіла. Мишей злегка знеболювали ізофлураном для збору хвоста крові, який аналізували за допомогою вимірювачів Precision Xtra (Abbott Laboratories, Бедфорд, Массачусетс).

Аналіз даних

Як зазначалося, відео про соціальну поведінку та поведінку доглядачів було підраховано двома перевіреними та незалежними дослідниками: у всіх випадках принаймні один був сліпим до лікування. Перевага комунікабельності в трикамерному тесті на комунікабельність визначалася як відношення часу, проведеного в "соціальній" камері (за допомогою миші), до загального часу, проведеного в бічних камерах. Дані з кожної групи для кожного показника аналізували за допомогою тесту Грубба на викиди, які були виключені з цього конкретного тесту, так що n можуть відрізнятися в різних тестах; жоден з мишей не був вищим для глюкози або β-гідроксибутирату. Статистичний аналіз проводили з використанням ANOVA (на ранжированих даних, коли вони непараметричні) з пост-спеціальними тестами Бонферроні. Дані подаються як середня +/- стандартна помилка; p Рис. 1. Характерні ознаки терапії КД, підтверджені у мишей MIA.

Зліва: Підвищення β-гідроксибутирату крові під час годування КД. Середній: глюкоза в крові знижується при годуванні КД. *** p Рис. 2. Вплив KD на соціальну поведінку у нащадків чоловіків та жінок з МВС.

Верхні панелі: миші-самці. Вгорі ліворуч: час камери в трикамерному тесті. Потомство з МІА, що годується компакт-диском, не було соціальним у фазі 2. Цей ефект було скасовано при годуванні КД. Контрольне потомство, як і очікувалося, було соціальним. Миші в усіх групах лікування продемонстрували значну перевагу щодо соціальної новизни на фазі 3. Вгорі праворуч: Соціальний контакт у трикамерному тесті. Час соціальних контактів зменшився у потомства чоловіків з МВС і збільшився шляхом годування КД до рівнів, що перевищують контрольне потомство. §P Рис. 3. Соціальна передача переваги їжі.

У цьому завданні не було порушення, спричиненого МВС: усі групи лікування засвоїли соціальну передачу безпечного харчового смаку; n = 11–13. У цій поведінці не було статевих відмінностей (у початковому аналізі взаємодія між статевими групами: F = 0,8, p = 0,45).

Повторювана поведінка

Чоловіки-нащадки з МІА, що харчуються компакт-диском, мали підвищену самонаправлену повторювану поведінку, виміряну грумінгом. Підвищений догляд був присутній у трьохкамерному тесті на комунікабельність як у несоціальних (фаза 1), так і в соціальних (фаза 2) ситуаціях порівняно з контрольними мишами (рис. 4). Це підвищення було повністю змінено шляхом годування KD таким чином, що потомство MIA більше не відрізнялося від контрольного потомства (лікування F = 48,5, p Рис. 4. Вплив KD на самонаправлену повторювану поведінку догляду.