La exposición juvenil a una dieta rica en grasas como factor de riesgo para enfermedades de Alzheimer: Estructuras cerebrales y vías involucradas

Abstract

La incidencia de los desórdenes metabólicos, incluyendo obesidad, diabetes de tipo 2 y síndrome metabólico, ha aumentando dramáticamente en las últimas décadas y emerge como un problema relevante para la salud pública de nuestro tiempo. A su vez, constituyen unos de los principales factores de riesgo para el desarrollo de desórdenes neurodegenerativos como la enfermedad de Alzheimer (EA), cuyo impacto es creciente en sociedades modernas. La resistencia a insulina y la inflamación promueven el daño cognitivo, jugando un papel crucial en el desarrollo de la EA. Sin embargo, es poco lo que se conoce acerca de las vías moleculares y celulares involucradas a nivel del sistema nervioso central. El objetivo de este trabajo de Tesis fue estudiar el impacto de una dieta moderadamente alta en grasas (HFD) sobre el sistema límbico en etapas juveniles, donde la fisiología y conectividad cerebral se encuentran en plena maduración, y los posibles mecanismos involucrados. Para ello, trabajamos con ratones macho C57BL/6J alimentados con HFD o dieta control desde el destete hasta los 2 o 5 meses de vida. La HFD provocó resistencia a insulina, inflamación periférica y central pero no obesidad. En el hipocampo se observó activación glial, disminución de la capacidad neurogénica en el giro dentado y el estudio de espinas dendríticas mostró predominio del tipo inmaduro (tipo III) en detrimento de los otros tipos. Los ratones HFD perdieron la capacidad de construir un nido, mostraron deficiencias cognitivas y alteraciones emotivas, en particular signos asemejables a la ansiedad y la depresión. Con el objetivo de profundizar el estudio de la interacción glía-neurona en el contexto de la disfunción metabólica, nos propusimos estudiar el efecto del ácido graso saturado palmitato (PA), uno de los más representados en la HFD, sobre cultivos primarios de microglía. La exposición a PA indujo un fenotipo microglial pro-inflamatorio y la liberación de vesículas extracelulares. Aislamos las microvesículas y los exosomas provenientes de ese cultivo y estudiamos su efecto sobre neuronas primarias de ratón. Los exosomas de microglía estimulada con palmitato se asociaron a un predominio de espinas inmaduras, tipo III o finas, en consonancia con los estudios in vivo. Este trabajo de Tesis muestra múltiples alteraciones en parámetros neurológicos como consecuencia de la exposición temprana a una dieta moderadamente elevada en grasas, muchas de las cuales se encuentran presentes en enfermedades tipo EA. A partir del estudio de la dinámica temporal de la respuesta inflamatoria a lo largo de la exposición a la dieta así como de la intervención in vitro, puede inferirse que la participación de la microglía y su interacción con las neuronas mediante vesículas extracelulares es fundamental para el desarrollo de la patología neurológica asociada a la disfunción metabólica.

The incidence of metabolic disorders including obesity, type 2 diabetes and metabolic syndrome has increased drastically in the last decades and represents an important problem to public health. At the same time, they constitute one of the main risk factors for the development of neurodegenerative disorders such as Alzheimer´s disease (AD), which has a growing impact in modern societies. Insulin resistance and inflammation promote cognitive impairment, playing a key role in the development of AD. However, little is known as regards the cellular and molecular pathways involved in the central nervous system. The aim of this Thesis was to study the impact of a moderate HFD in the limbic system during juvenile stages, where brain connectivity and physiology are subject to plain maturation, as well as the possible mechanisms involved. To this end, C57BL/6J male mice were exposed to a HFD or control diet since weaning and until 2 or 5 months of age. HFD induced insulin resistance together with peripheral and central inflammation, in absence of obesity. In the hippocampus, glial activation was observed in association to a decreased neurogenic capacity in the dentate gyrus and alterations in the structural plasticity of CA1 neurons, with a predominance of immature or thin dendritic spines. HFD mice showed a diminished capacity to build a nest, along with cognitive deficits and emotional alterations related to anxiety and depression. In order to study the role of glia-neuron interaction in the context of a metabolic insult in deep, we assessed the effect the saturated fatty acid palmitate (PA) in murine microglia primary cultures. PA-exposed microglia showed a pro-inflammatory phenotype and released extracellular vesicles to the conditioned media. Isolated microvesicles and exosomes were incubated with primary mouse neurons. In particular, exosomes derived from PA-exposed microglia induced alterations in dendritic spine morphology, with a predominance of immature thin spines, in consonance with the results obtained in the in vivo HFD model. This Thesis depicts several alterations in neurological parameters as a consequence of an early exposure to a moderately high fat diet, many of which are common to AD-like disorders. As a result of assessing the temporal dynamics of the inflammatory response throughout HFD exposure, together with the outcome of the in vitro approach, we can infer that the role of microglia and its interaction with neurons by means of extracellular vesicles is crucial for the development of brain damage associated to metabolic dysfunction.