Caracterización de alteraciones metabólicas y reproductoras en modelos de manipulación nutricional y gonadal aplicada en diversas etapas del desarrollo: impacto de la obesidad sobre el eje reproductor

Abstract

1. Introducción o motivación de la tesis

Actualmente, la obesidad es la enfermedad metabólica más frecuente en los países desarrollados, estando asociada a la aparición de otras morbilidades, como resistencia a insulina, hipertensión, dislipemias o enfermedades cardiovasculares (1). Además de estas alteraciones metabólicas, se ha descrito que la obesidad produce igualmente efectos deletéreos sobre la función reproductora, que han sido mejor caracterizadas en el sexo femenino (2), pero que también se producen en el sexo masculino (incluido el hombre ((3, 4). Sin embargo, los mecanismos subyacentes a estas alteraciones reproductivas permanecen en gran medida desconocidos. Del mismo modo, la mayoría de estudios publicados hasta la fecha no han aportado suficiente información acerca del curso temporal de la instauración de los déficits reproductores inducidos por la obesidad ni de la influencia sobre estos déficits de alteraciones nutricionales aplicadas desde etapas tempranas del desarrollo. Este último concepto es relevante teniendo en cuenta la actual preocupación por los orígenes tempranos de enfermedades metabólicas que se manifiestan en la edad adulta (5) y el posible papel que puedan desempeñar estos eventos tempranos en la patogénesis de determinados desórdenes de la función reproductora, como el síndrome de ovario poliquísico (PCOS) (6, 7). Por otro lado, se ha descrito que las alteraciones de las secreciones gonadales tanto en las fases tempranas del desarrollo como en la edad adulta no sólo afectan a la función reproductora, sino que también influencian, de modo notable, la homeostasis metabólica (8, 9), aunque parte de los mecanismos responsables de este efecto permanecen desconocidos. Además, hasta la fecha, ningún estudio ha valorado si la asociación de la alteración de las secreciones gonadales (en el periodo neonatal y en la edad adulta) con determinados insultos nutricionales (como la sobre-nutrición postnatal y/o el consumo de una dieta alta en grasa; HFD) provoca un impacto adicional sobre la homeostasis metabólica y el eje gonadotrópico. En este contexto, el objetivo general de esta Tesis fue la caracterización de la función metabólica y gonadotrópica en varios modelos animales, de ambos sexos, generados mediante la exposición aislada o combinada a diferentes estímulos nutricionales y/u hormonales aplicados en distintas fases del desarrollo.

2. Contenido de la investigación En un primer bloque de trabajo, analizamos el impacto de la mayor o menor disponibilidad de recursos energéticos durante los periodos prenatal y/o postnatal temprano sobre la edad de puesta en marcha de la función reproductora. Los resultados mostraron que tanto la sobrenutrición como la subnutrición durante la lactancia provocó un destacado impacto en la edad de llegada de la pubertad en ratas macho, mientras que en las hembras estas manipulaciones nutricionales tempranas indujeron alteraciones puberales mucho más modestas. Por el contrario, en hembras, tanto la subnutrición como la sobrenutrición durante el periodo peripuberal afectó considerable-mente la edad de puesta en marcha de la función reproductora, mientras que en los machos ninguna de estas manipulaciones nutricionales tuvo un impacto apreciable sobre el timing puberal. En un segundo bloque de trabajo, estudiamos el impacto de la sobrenutrición durante la lactancia acoplada o no al consumo de una HFD tras el destete sobre la función metabólica y gonadotrópica en ratas macho y hembra adultas a los 4- y 10-meses de edad. Tanto en los machos como en las hembras, la obesidad inducida por la asociación de ambos insultos obesogénicos provocó un empeoramiento metabólico adicional a los 4 meses de edad (respecto al inducido por estos insultos obesogénicos por separado), aunque este efecto fue más evidente en los machos. En ambos sexos, la obesidad inducida por una HFD provocó una caída de los niveles séricos de LH y esteroides sexuales y una disminución de los niveles del ARNm de Kiss1 en el núcleo arcuato hipotalámico a los 4 meses de edad. Hay que destacar que, con el avance de la edad (10 meses), los animales controles de ambos sexos mostraron alteraciones metabólicas similares a las inducidas por la obesidad a los 4 meses de edad, además de mostrar signos de senescencia reproductora. En términos generales la obesidad empeoró, aún más, tanto la función metabólica como la gonadotrópica a los 10 meses de edad. Finalmente, en un último bloque de trabajo, analizamos, en la edad adulta, el impacto metabólico y gonadotrópico de la manipulación de las secreciones gonadales en distintas fases del desarrollo (neonatal y adulta), así como su posible efecto sumatorio con diversas alteraciones nutricionales en el periodo postnatal. La eliminación de la secreción ovárica en las hembras adultas (modelo de menopausia humana) provocó un empeoramiento de la función metabólica, caracterizado por un aumento de la ingesta diaria, del peso corporal, de los niveles circulantes de leptina e insulina y una mayor intolerancia a la sobrecarga oral de glucosa. Adicionalmente, cuando la pérdida de secreción ovárica los animales se vio precedida por sobrenutrición durante la lactancia y exposición a HFD tras el destete se produjo un mayor deterioro de estos parámetros metabólicos. Sin embargo, la combinación de ambos insultos metabólicos previa a la eliminación de la secreción ovárica no empeoró adicionalmente la función gonadotrópica. En cuanto al impacto de la manipulación de las secreciones gonadales durante el periodo neonatal, el bloqueo neonatal de andrógenos indujo, en los machos adultos, un moderado aumento del peso corporal y la ingesta diaria, que se acompañó de un aumento de los niveles basales de insulina, leptina y glucosa, sin afectar a la tolerancia oral a la glucosa. Sin embargo, al analizar el impacto metabólico de este bloqueo neonatal en los machos sometidos a otros insultos obesogénicos postnatales (como sobrenutrición durante la lactancia y HFD) observamos un cierto efecto protector ante la aparición de resistencia a insulina. Por su parte, en ratas hembra, la androgenización neonatal provocó un destacado aumento de la ingesta diaria y del peso corporal en la edad adulta, además de incrementar los niveles circulantes de glucosa y leptina e inducir una marcada intolerancia a la glucosa. Además, en contraste con los machos, se observó un efecto deletéreo sumatorio entre el exceso neonatal de andrógenos y los insultos obesogénicos nutricionales. Así, las hembras androgenizadas neonatalmente, sobrealimentadas durante la lactancia y alimentadas con una HFD mostraron un empeoramiento adicional de todos los parámetros metabólicos analizados. En relación al impacto gonadotrópico, en las hembras adultas, la androgenización neonatal provocó un cuadro de hipogonadismo hipogonadotropo asociado a una marcada supresión de la expresión hipotalámica de Kiss1, que no se vio agravado por los insultos obesogénicos. Sin embargo, en machos adultos, el impacto gonadotrópico del bloqueo neonatal de andrógenos fue muy moderado y, al igual que en el caso de las hembras, no se observaron efectos sumatorios con los insultos obesogénicos nutricionales.

3. Conclusiones Nuestros resultados permiten concluir que: Las manipulaciones nutricionales aplicadas durante las fases tempranas del desarrollo provocan un impacto sexualmente dimórfico sobre la edad de puesta en marcha de la función reproductora, presentando los machos una mayor sensibilidad a las alteraciones nutricionales durante el periodo de lactancia y las hembras a las que se producen durante la transición puberal. En ambos sexos, la sobrealimentación durante la lactancia provoca una mayor susceptibilidad a presentar alteraciones metabólicas en la edad adulta inducidas por el consumo de una HFD, aunque este efecto es más evidente en los machos. Esta observación destaca la importancia de los hábitos nutricionales durante las etapas tempranas del desarrollo como principales determinantes de la salud metabólica en la edad adulta. La obesidad induce una inhibición del eje gonadotrópico en ambos sexos que se asocia a una supresión de la expresión de Kiss1 en el núcleo arcuato del hipotálamo y, en machos, a una disminución de la respuesta a kisspeptinas. Tanto en los machos como en las hembras, la obesidad, principalmente inducida por el consumo de una HFD, anticipa los signos de senescencia reproductora observados con el avance de la edad. El déficit de estrógenos en las hembras adultas provoca un empeoramiento de la función metabólica, de un orden de magnitud similar al de otros insultos obesogénicos, como la HFD. La ocurrencia previa de dichos insultos agrava el perfil metabólico inducido por la pérdida de secreciones ováricas en un modelo de menopausia. La manipulación del ambiente esteroideo, y específicamente de los andrógenos, durante el periodo crítico neonatal produce un impacto sobre el perfil metabólico en la edad adulta. Así, el bloqueo de las acciones de los andrógenos mejora el perfil metabólico en machos sometidos a manipulaciones obesogénicas, mientras que la androgenización neonatal agrava notablemente la función metabólica en hembras, especialmente si concurren otros insultos obesogénicos.