The role of high-fat diet in an APP/PS1 model of familial Alzheimer disease = Efecto de una dieta rica en grasas en ratones APP/PS1, modelo familiar de la enfermedad de Alzheimer

Abstract

Global obesity is a pandemic status, estimated to affect over 2 billion people, and has resulted in an enormous strain on healthcare systems worldwide. The situation is compounded by the fact that apart from the direct costs associated with overweight pathology, obesity presents itself with a number of comorbidities, including an increased risk for the development of neurodegenerative disorders. Alzheimer disease (AD), the main cause of senile dementia, is no exception. Spectacular failure of the pharmaceutical industry to come up with effective AD treatment strategies is forcing scientific community to rethink the underlying molecular mechanisms leading to cognitive decline. Research described in this doctoral thesis is focused on the effects of a high-fat diet (HFD) versus control chow in C57/Bl6 Wild-type (WT) and APPswe/PS1dE9 (APP/PS1) mice, a well-established mouse model of familial AD.

WT and APP/PS1 mice were fed control chow from the time of weaning (21 days) until the age of 3 months. In addition, a separate group of animals were fed either a control or a HFD from the time of weaning until 6 months of age. We have detected tau hyperphosphorylation, amyloidogenesis and impaired mitochondrial signaling in the hippocampi of 3-month-old APP/PS1 mice. By the time the mice reached 6 months of age this phenotype was exacerbated. In addition, 6-month-old APP/PS1 mice present with cognitive deficits, hippocampal insulin signaling abnormalities and impairments in peripheral glucose and insulin tolerance. On a HFD, diet-induced obesity and metabolic syndrome were present both in the WT and APP/PS1 groups. Both groups demonstrate memory loss and impaired peripheral glucose metabolism as well as abnormal hippocampal insulin signaling and mitochondrial metabolism, with APP/PS1 mice exhibiting a nearly diabetic phenotype. Significantly higher levels of insoluble Aβ (1-42) were detected in the cortical extracts of HFD-fed APP/PS1 mice versus APP/PS1 animals on a control chow. In transgenic animals predisposed to AD development, the introduction of hypercaloric diet significantly worsened existing phenotype both at the periphery and in the hippocampal networks. Overall, our results suggest that metabolic syndrome, diabetes and related comorbidities clearly do have a potential to significantly worsen the symptoms of AD disease.

La obesidad es una pandemia mundial, la cual según estudios recientes afecta a más de 2.000 millones de personas en todo el mundo y conlleva una fuerte presión de los sistemas sanitarios globales. El problema se ve aumentado no sólo por los costes directos asociados al sobrepeso, sino también por las comorbilidades relacionadas, entre ellas el incremento del riesgo de desarrollo de enfermedades neurodegenerativas, como por ejemplo la enfermedad de Alzheimer (EA), principal causa de demencia senil. Hasta el momento, la industria farmacéutica no ha sido capaz de desarrollar estrategias eficaces para el tratamiento de la EA. Por ello, ha surgido la necesidad de plantearse nuevos mecanismos moleculares que puedieran explicar el declive cognitivo de esta enfermedad. La presente tesis doctoral trata sobre los efectos provocados por la ingesta de una dieta rica en grasa (high-fat diet, HFD) en ratones salvajes C57/Bl6 (wild-type, WT) y en ratones APPswe/PS1dE9 (APP/PS1), como modelo experimental de EA familiar.

Dichos ratones fueron alimentados con dieta estándar a partir del destete (21 días) hasta los 3 meses. Por otro lado se estableció un nueva línea de investigación en la cual los animales fueran alimentados con dieta estándar o HFD hasta los 6 meses de edad. Se detectó hiperfosforilación de la proteína tau, amiloidogénesis y deterioro de la señalización mitocondrial en el hipocampo de los ratones APP/PS1 a 3 meses de edad. Por otro lado, los ratones presentaban un fenotipo exacerbado a 6 meses. Además, presentaban defectos cognitivos, anomalías en la vía de señalización de la insulina en el hipocampo y alteraciones en el metabolismo periférico de la glucosa y de la insulina. La ingesta de la HFD indujo obesidad y desarrollo de síndrome metabólico, tanto en el grupo de ratones WT como en APP/PS1. Ambos grupos presentaron pérdida de memoria, alteración del metabolismo periférico de la glucosa, así como anomalías en la vía de señalización de la insulina y en el metabolismo mitocondrial en hipocampo, desarrollando un fenotipo casi diabético en el caso de los ratones APP/PS1. En los extractos corticales de estos animales alimentados con HFD se detectaron niveles de Aβ insoluble (1-42) significativamente más elevados en comparación con los alimentados con dieta estándar. En los animales transgénicos con predisposición al desarrollo de EA, la introducción de una dieta hipercalórica provocó un empeoramiento significativo del fenotipo, tanto en la periferia como en el hipocampo.

En general, nuestros resultados parecen indicar que el síndrome metabólico, la diabetes y las comorbilidades asociadas podrían causar un empeoramiento significativo de los síntomas de EA.