Влияние введения лептина беременным самкам мышей на развитие ожирения, вкусовые предпочтения и экспрессию генов в печени и мышцах у потомства разного пола

Потребление сладкой и жирной пищи способствует развитию ожирения. Условия пренатального развития влияют на вкусовые предпочтения и метаболизм в зрелости, и это может по-разному проявляться в зависимости от пола. Показано, что повышение уровня лептина в крови беременных самок снижает риск развития ожирения и инсулинорезистентности у потомства, однако механизмы его действия на чувствительность к инсулину у потомства не установлены. Неизвестно также, влияет ли материнский лептин на вкусовые предпочтения. Задачей настоящего исследования было изучение влияния введения лептина беременным самкам мышей на развитие ожирения, индуцированного диетой, вкусовые предпочтения и экспрессию генов в печени и мышцах у потомства в зависимости от пола. Оценивали влияние введения лептина самкам мышей на 11, 12 и 13-й день беременности на рост и потребление пищи в стандартных условиях, развитие ожирения, выбор компонентов пищи и экспрессию генов в печени и мышцах при содержании на высококалорийной диете (стандартный корм, свиное сало, сладкое печенье) у потомства разного пола. Введение лептина беременным самкам снижало вес тела у женского потомства на стандартной диете. При содержании потомства на высококалорийной диете введение лептина тормозило развитие ожирения и снижало потребление печенья только у самцов, а также повышало потребление стандартного корма и уровень мРНК генов инсулинового рецептора и переносчика глюкозы четвертого типа в мышцах у потомства обоего пола. Результаты демонстрируют, что повышение лептина в крови беременных самок оказывает зависящее от пола влияние на метаболизм потомства, увеличивает устойчивость к развитию ожирения только у потомства мужского пола и механизм этого влияния включает в себя смещение вкусовых предпочтений в пользу сбалансированного корма и поддержание чувствительности мышц к инсулину.

1. Astrup A., Dyerberg J., Selleck M., Stender S. Nutrition transition and its relationship to the development of obesity and related chronic diseases. Obes. Rev. 2008;9(1):48-52. DOI 10.1111/j.1467-789X.2007.00438.x.

2. Bale T.L. Epigenetic and transgenerational reprogramming of brain development. Nat. Rev. Neurosci. 2015;16(6):332-344. DOI 10.1038/nrn3818.

3. Barker D.J., Osmond C. Infant mortality, childhood nutrition, and ischaemic heart disease in England and Wales. Lancet. 1986;1(8489): 1077-1081. DOI 10.1016/s0140-6736(86)91340-1.

4. Bazhan N., Jakovleva T., Balyibina N., Dubinina A., Denisova E., Feofanova N., Makarova E. Sex dimorphism in the Fg f 21 gene expression in liver and adipose tissues is dependent on the metabolic condition. OnLine J. Biol. Sci. 2019;19(1):28-36. DOI 10.3844/ojbsci.2019.28.36.

5. Buczek L., Migliaccio J., Petrovich G.D. Hedonic eating: sex differences and characterization of orexin activation and signaling. Neuroscience. 2020;436:34-45. DOI 10.1016/j.neuroscience.2020.04.008.

6. Chmurzynska A., Mlodzik M.A. Genetics of fat intake in the determination of body mass. Nutr. Res. Rev. 2017;30(1):106-117. DOI 10.1017/S0954422417000014.

7. Denisova E.I., Kozhevnikova V.V., Bazhan N.M., Makarova E.N. Sexspecific effects of leptin administration to pregnant mice on the placentae and the metabolic phenotypes of offspring. FEBS Open Bio. 2020;10(1):96-106. DOI 10.1002/2211-5463.12757.

8. Denisova E., Makarova E. Sex-specific effect of leptin on gene expression in placentas and fetal tissues in mice. In: Bioinformatics of Genome Regulation and StructureSystems Biology (BGRS SB-2018) The Eleventh International Conference (20–25 Aug. 2018, Novosibirsk, Russia); Abstracts/Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University. Novosibirsk: ICG SB RAS, 2018. DOI 10.18699/BGRSSB-2018-174.

9. Diószegi J., Llanaj E., Ádány R. Genetic background of taste perception, taste preferences, and its nutritional implications: a systematic review. Front. Genet. 2019;10:1272. DOI 10.3389/fgene.2019.01272.

10. Duffy V.B., Hayes J.E., Sullivan B.S., Faghri P. Surveying food and beverage liking: a tool for epidemiological studies to connect chemosensation with health outcomes. Ann. NY Acad. Sci. 2009;1170: 558-568. DOI 10.1111/j.1749-6632.2009.04593.x.

11. Enriori P.J., Evans A.E., Sinnayah P., Jobst E.E., Tonelli-Lemos L., Billes S.K., Glavas M.M., Grayson B.E., Perello M., Nillni E.A., Grove K.L., Cowley M.A. Diet-induced obesity causes severe but reversible leptin resistance in arcuate melanocortin neurons. Cell Metab. 2007;5(3):181-194. DOI 10.1016/j.cmet.2007.02.004.

12. Gabory A., Roseboom T.J., Moore T., Moore L.G., Junien C. Placental contribution to the origins of sexual dimorphism in health and diseases: sex chromosomes and epigenetics. Biol. Sex Differ. 2013; 4(1):5. DOI 10.1186/2042-6410-4-5.

13. Grissom N.M., Lyde R., Christ L., Sasson I.E., Carlin J., Vitins A.P., Simmons R.A., Reyes T.M. Obesity at conception programs the opioid system in the offspring brain. Neuropsychopharmacology. 2014;39(4):801-810. DOI 10.1038/npp.2013.193.

14. Hacker A., Capel B., Goodfellow P., Lovell-Badge R. Expression of Sry, the mouse sex determining gene. Development. 1995;121(6): 1603-1614.

15. Ishii Y., Bouret S.G. Embryonic birthdate of hypothalamic leptin-activated neurons in mice. Endocrinology. 2012;153(8):3657-3667. DOI 10.1210/en.2012-1328.

16. Laker R.C., Lillard T.S., Okutsu M., Zhang M., Hoehn K.L., Connelly J.J., Yan Z. Exercise prevents maternal high-fat diet-induced hypermethylation of the Pgc-1α gene and age-dependent metabolic dysfunction in the offspring. Diabetes. 2014;63(5):1605-1611. DOI 10.2337/db13-1614.

17. Larson K.R., Chaffin A.T., Goodson M.L., Fang Y., Ryan K.K. Fibroblast growth factor-21 controls dietary protein intake in male mice. Endocrinology. 2019;160(5):1069-1080. DOI 10.1210/en.2018-01056.

18. Makarova E.N., Chepeleva E.V., Panchenko P.E., Bazhan N.M. Influence of abnormally high leptin levels during pregnancy on metabolic phenotypes in progeny mice. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2013;305(11):R1268-R1280. DOI 10.1152/ajpregu.00162.2013.

19. Makarova E.N., Yakovleva T.V., Shevchenko A.Y., Bazhan N.M. Pregnancy and lactation have anti-obesity and anti-diabetic effects in A(y)/a mice. Acta Physiol. (Oxf. ). 2010;198(2):169-177. DOI 10.1111/j.1748-1716.2009.02046.x.

20. May C.E., Dus M. Confection confusion: interplay between diet, taste, and nutrition. Trends Endocrinol. Metab. 2021;32(2):95-105. DOI 10.1016/j.tem.2020.11.011.

21. Mezei G.C., Ural S.H., Hajnal A. Differential effects of maternal high fat diet during pregnancy and lactation on taste preferences in rats. Nutrients. 2020;12(11):3553. DOI 10.3390/nu12113553.

22. Ong Z.Y., Gugusheff J.R., Muhlhausler B.S. Perinatal overnutrition and the programming of food preferences: pathways and mechanisms. J. Dev. Orig. Health Dis. 2012;3(5):299-308. DOI 10.1017/S204017441200030X.

23. Pennington K.A., Harper J.L., Sigafoos A.N., Beffa L.M., Carleton S.M., Phillips C.L., Schulz L.C. Effect of food restriction and leptin supplementation on fetal programming in mice. Endocrinology. 2012;153(9):4556-4567. DOI 10.1210/en.2012-1119.

24. Pollock K.E., Stevens D., Pennington K.A., Thaisrivongs R., Kaiser J., Ellersieck M.R., Miller D.K., Schulz L.C. Hyperleptinemia during pregnancy decreases adult weight of offspring and is associated with increased offspring locomotor activity in mice. Endocrinology. 2015;156(10):3777-3790. DOI 10.1210/en.2015-1247.

25. Sinclair E.B., Hildebrandt B.A., Culbert K.M., Klump K.L., Sisk C.L. Preliminary evidence of sex differences in behavioral and neural responses to palatable food reward in rats. Physiol. Behav. 2017;176: 165-173. DOI 10.1016/j.physbeh.2017.03.042.

26. Spinelli S., Monteleone E. Food preferences and obesity. Endocrinol. Metab. (Seoul ). 2021;36(2):209-219. DOI 10.3803/EnM.2021.105.

27. Stocker C.J., Wargent E., O’Dowd J., Cornick C., Speakman J.R., Arch J.R., Cawthorne M.A. Prevention of diet-induced obesity and impaired glucose tolerance in rats following administration of leptin to their mothers. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2007; 292(5):1810-1818. DOI 10.1152/ajpregu.00676.2006.

28. Talton O.O., Pennington K.A., Pollock K.E., Batesa K., Mad L., Ellersieck M.R., Schulz L.C. Maternal hyperleptinemia improves offspring insulin sensitivity in mice. Endocrinology. 2016;157(7): 2636-2648. DOI 10.1210/en.2016-1039.

29. Talukdar S., Owen B.M., Song P., Hernandez G., Zhang Y., Zhou Y., Scott W.T., Paratala B., Turner T., Smith A., Bernardo B., Müller C.P., Tang H., Mangelsdorf D.J., Goodwin B., Kliewer S.A. FGF21 Regulates sweet and alcohol preference. Cell Metab. 2016;23(2):344-349. DOI 10.1016/j.cmet.2015.12.008.

30. Valenstein E.S., Cox V.C., Kakolewski J.W. Further studies of sex differences in taste preferences with sweet solutions. Psychol. Rep. 1967;20(3):1231-1234. DOI 10.2466/pr0.1967.20.3c.1231.

31. Yamashita H., Shao J., Ishizuka T., Klepcyk P.J., Muhlenkamp P., Qiao L., Hoggard N., Friedman J.E. Leptin administration prevents spontaneous gestational diabetes in heterozygous Lepr(db/+) mice: effects on placental leptin and fetal growth. Endocrinology. 2001; 142(7):2888-2897. DOI 10.1210/endo.142.7.8227.

32. Zucker I., Wade G.N., Ziegler R. Sexual and hormonal influences on eating, taste preferences, and body weight of hamsters. Physiol. Behav. 1972;8(1):101-111. DOI 10.1016/0031-9384(72)90135-7