Eating behavior disorders and activation of pro-inflammatory markers in the hypothalamus of rats induced by predator exposure stress

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Background: Stress is a major risk factor for the development of neuropsychiatric disorders, including eating behavior disorders. One of the key mediators of the stress response is ghrelin, a hormone involved in the regulation of eating behavior and neuroinflammatory processes. Investigation of its role in stress-associated disorders and microglial activation offers new perspectives for understanding the pathogenesis of mental disorders and for developing effective therapeutic strategies.

Aim: The work aimed to examine the effects of acute traumatic predator exposure stress on hypothalamic desacyl ghrelin levels, microglial activity, and eating behavior in rats.

Methods: The experiment was conducted using a predator exposure stress model. Animals were subjected to a traumatic stimulus, after which their eating behavior was assessed in a compulsive overeating model. Hypothalamic desacyl ghrelin levels were measured using a highly sensitive enzyme-linked immunosorbent assay. Microglial activation was assessed via immunohistochemical detection of the calcium-binding protein ionized calcium-binding adapter molecule 1 (Iba-1). Hypothalamic Tlr4 gene expression was evaluated using reverse transcription–polymerase chain reaction.

Results: Predator exposure stress significantly reduced the intake of both standard chow and high-calorie food in rats. In addition, a marked decrease in hypothalamic desacyl ghrelin concentration was observed (sixfold lower compared with the control group), along with a twofold increase in Tlr4 gene expression. Immunohistochemical analysis revealed focal microglial activation in the hypothalamus of stressed animals.

Conclusion: Acute predator exposure stress was associated with a substantial reduction in hypothalamic desacyl ghrelin levels, elevated Tlr4 gene expression, and microglial activation, indicating the involvement of inflammatory mechanisms in the stress response. Stress was shown to alter eating behavior by decreasing consumption of both standard chow and high-calorie food, which may reflect impaired adaptive mechanisms. Stress-induced ghrelin reduction may initiate a cascade of immune reactions, including microglial activation, which in turn can contribute to local neuroinflammation and damage to brain structures. These processes may underlie the development of stress-associated neuropsychiatric disorders.

About the authors

Sarng S. Pyurveev

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Author for correspondence.
Email: dr.purveev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4467-2269
SPIN-code: 5915-9767

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022; Saint Petersburg

Andrei A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine

Email: aalebedev-iem@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-0297-0425
SPIN-code: 4998-5204

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022

Natalia D. Nadbitova

Institute of Experimental Medicine

Email: natali_805@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2957-226X
SPIN-code: 4153-1270

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022

Valeriia V. Guselnikova

Institute of Experimental Medicine

Email: guselnicova.valeriia@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9499-8275
SPIN-code: 5115-4320

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022

Eugenii R. Bychkov

Institute of Experimental Medicine

Email: bychkov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8911-6805
SPIN-code: 9408-0799

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022

Gleb V. Beznin

Institute of Experimental Medicine

Email: beznin.gv@iemspb.ru
ORCID iD: 0000-0001-5730-4265
SPIN-code: 7796-1107

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022

Sergey G. Tsikunov

Institute of Experimental Medicine

Email: secikunov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7097-1940
SPIN-code: 7771-1940

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022

Petr D. Shabanov

Institute of Experimental Medicine

Email: pdshabanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1464-1127
SPIN-code: 8974-7477

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, 12 Akademika Pavlova st, Saint Petersburg, 197022

References

  1. Oyola MG, Handa RJ. Hypothalamic-pituitary-adrenal and hypothalamic-pituitary-gonadal axes: sex differences in regulation of stress responsivity. Stress. 2017;20(5):476–494. doi: 10.1080/10253890.2017.1369523
  2. Mbiydzenyuy NE, Qulu L-A. Stress, hypothalamic-pituitary-adrenal axis, hypothalamic-pituitary-gonadal axis, and aggression. Metab Brain Dis. 2024;39(8):1613–1636. doi: 10.1007/s11011-024-01393-w
  3. Kinlein SA, Phillips DJ, Keller CR, Karatsoreos IN. Role of corticosterone in altered neurobehavioral responses to acute stress in a model of compromised hypothalamic-pituitary-adrenal axis function. Psychoneuroendocrinology. 2019;102:248–255. doi: 10.1016/j.psyneuen.2018.12.010
  4. Lam VYY, Raineki C, Wang LY, et al. Role of corticosterone in anxiety- and depressive-like behavior and HPA regulation following prenatal alcohol exposure. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2019;90:1–15. doi: 10.1016/j.pnpbp.2018.10.008
  5. Raise-Abdullahi P, Meamar M, Vafaei AA, et al. Hypothalamus and post-traumatic stress disorder: A review. Brain Sci. 2023;13(7):1010. doi: 10.3390/brainsci13071010
  6. Sominsky L, Spencer SJ. Eating behavior and stress: a pathway to obesity. Front Psychol. 2014;5:434. doi: 10.3389/fpsyg.2014.00434
  7. Kyrou I, Tsigos C. Stress mechanisms and metabolic complications. Horm Metab Res. 2007;39(6):430–438. doi: 10.1055/s-2007-981462
  8. Possamai-Della T, Cararo JH, Aguiar-Geraldo JM, et al. Prenatal stress induces long-term behavioral sex-dependent changes in rats offspring: the role of the HPA axis and epigenetics. Mol Neurobiol. 2023;60(9):5013–5033. doi: 10.1007/s12035-023-03348-1
  9. McEwen BS, Seeman T. Protective and damaging effects of stress mediators: Elaborating and testing the concepts of allostasis and allostatic load. Ann NY Acad Sci. 1999;896:30–47. doi: 10.1111/j.1749-6632.1999.tb08103.x
  10. McEwen BS, Gianaros PJ. Stress- and allostasis-induced brain plasticity. Annu Rev Med. 2011;62:431–445. doi: 10.1146/annurev-med-052209-100430
  11. McDermott CE, Salowe RJ, Di Rosa I, O’Brien JM. Stress, allostatic load, and neuroinflammation: Implications for racial and socioeconomic health disparities in glaucoma. Int J Mol Sci. 2024;25(3):1653. doi: 10.3390/ijms25031653
  12. Lebedev AA, Pyurveev SS, Sexte EA, et al. Models of maternal neglect and social isolation in ontogenesis reveal elements of gambling addiction in animals, increasing GHSR1A expression in brain structures. Journal of Addiction Problems. 2022;(11–12):44–66. EDN: SSLSSZ
  13. Lebedev AA, Pyurveev SS, Sexte EA, et al. Studying the involvement of ghrelin in the mechanism of gambling addiction in rats after exposure to psychogenic stressors in early ontogenesis. Russian Journal of Physiology. 2023;109(8):1080–1093. doi: 10.31857/S086981392308006X EDN: FCMBCJ
  14. Raptanova VA, Droblenkov AV, Lebedev AA, et al. Reactive changes in the gastric mucosa and a decrease in desacyl-ghrelin content in the rat brain caused by psychoemotional stress. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2021;19(2):203–210. doi: 10.17816/RCF192203-210 EDN: QJFGXA
  15. Pyurveev SS, Lebedev AA, Bychkov ER, Shabanov PD. Intranasal administration of ghrelin receptor antagonist [D-Lys-3]-GHRP-6 reduces the manifestations of impulsivity and compulsivity induced by maternal deprivation in rats. Research Results in Pharmacology. 2024;10(2):97–106. doi: 10.18413/rrpharmacology.10.448 EDN: QRRFAV
  16. Airapetov MI, Eresko SO, Lebedev AA, et al. Expression of ghrelin receptor GHS-R1a in the brain (mini review). Molecular Biology. 2021;55(4):578–584. doi: 10.31857/S0026898421040029 EDN: NUCCOT
  17. Russo C, Valle MS, Russo A, Malaguarnera L. The interplay between ghrelin and microglia in neuroinflammation: implications for obesity and neurodegenerative diseases. Int J Mol Sci. 2022;23(21):13432. doi: 10.3390/ijms232113432
  18. Sufieva DA, Razenkova VA, Antipova MV, Korzhevsky DE. Microglia and tanycytes of the infundibular recess region of the rat brain in early postnatal ontogenesis and aging. Russian Journal of Developmental Biology. 2020;51(3):225–234. doi: 10.31857/S047514502003009X EDN: OJKAZD
  19. Konner AC, Bruning JC. Toll-like receptors: linking inflammation to metabolism. Trends Endocrinol Metab. 2011;22(1):16–23. doi: 10.1016/j.tem.2010.08.007
  20. Lizunov AV, Lebedev AA, Pyurveev SS, et al. Involvement of Bdnf, Ntrk2 and Pi3k in the mechanism of binge eating after psychogenic stressors in ontogenesis. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2024;22(2):179–189. doi: 10.17816/RCF625676 EDN: LHLHZU
  21. Harris RB. Chronic and acute effects of stress on energy balance: are there appropriate animal models? Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2015;308(4):R250–R265. doi: 10.1152/ajpregu.00361.2014
  22. Ivanov AB, Petrov VB. Neurobiological aspects of resilience in people with high stress status. Journal of Psychology and Psychiatry named after S.S. Korsakov. 2018;118(3):45–52. (In Russ.)
  23. Smirnov LG, Kuznetsova NN. Resilience and neuroplasticity: interrelation and research perspectives. Journal of Neurosciences. 2019;9(2):78–85. (In Russ.)
  24. Gorbunova EA, Nikolaeva IU. The role of neurochemical mechanisms in resilience formation. Journal of Experimental Psychology. 2020;25(4):112–119. (In Russ.)
  25. Krylov AA, Mikhailova ES. Neurobiological mechanisms of resilience: the role of neurotransmitters and neuromediators. Journal of Neurosciences. 2021;11(1):30–38. (In Russ.)
  26. Lebedev AA, Droblenkov AV, Pyurveev SS, et al. Impact of social stress in early ontogenesis on food addiction and ghrelin levels in the hypothalamus of rats. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2024;22(3):309–318. doi: 10.17816/RCF631566 EDN: CKYVNL
  27. Blazhenko AA, Khokhlov PP, Lebedev AA, et al. Ghrelin levels in different brain regions in Danio rerio exposured to stress. Psychopharmacology and Biological Narcology. 2022;13(3):37–42. doi: 10.17816/phbn267375 EDN: BFOJYK
  28. McKim DB, Weber MD, Niraula A, et al. Microglial recruitment of IL-1beta-producing monocytes to brain endothelium causes stress-induced anxiety. Mol Psychiatry. 2018;23:1421–1431. doi: 10.1038/mp.2017.64
  29. Fonken LK, Frank MG, Gaudet AD, et al. Neuroinflammatory priming to stress is differentially regulated in male and female rats. Brain Behav Immun. 2018;70:257–267. doi: 10.1016/j.bbi.2018.03.005
  30. Jaworski J, Kalita K, Knapska E. c-Fos and neuronal plasticity: The aftermath of Kaczmarek’s theory. Acta Neurobiol Exp (Wars). 2018;78:287–296. doi: 10.21307/ane-2018-027
  31. Kirsten K, Pompermaier A, Koakoski G, et al. Acute and chronic stress differently alter the expression of cytokine and neuronal markers genes in zebrafish brain. Stress. 2021;24(1):107–112. doi: 10.1080/10253890.2020.1724947
  32. Brites D, Fernandes A. Neuroinflammation and depression: microglia activation, extracellular microvesicles and microRNA dysregulation. Front Cell Neurosci. 2015;9:476. doi: 10.3389/fncel.2015.00476
  33. Sorrells SF, Caso JR, Munhoz CD, Sapolsky RM. The stressed CNS: when glucocorticoids aggravate inflammation. Neuron. 2009;64(1):33–39. doi: 10.1016/j.neuron.2009.09.032
  34. Hermoso MA, Matsuguchi T, Smoak K, Cidlowski JA. Glucocorticoids and tumor necrosis factor alpha cooperatively regulate toll-like receptor 2 gene expression. Mol Cell Biol. 2004;24(11):4743–4756. doi: 10.1128/MCB.24.11.4743-4756.2004
  35. Menard C, Pfau ML, Hodes GE, Russo SJ. Immune and neuroendocrine mechanisms of stress vulnerability and resilience. Neuropsychopharmacology. 2017;42(1):62–80. doi: 10.1038/npp.2016.90
  36. Palasz E, Wilkaniec A, Stanaszek L, et al. Glia-neurotrophic factor relationships: possible role in pathobiology of neuroinflammation-related brain disorders. Int J Mol Sci. 2023;24(7):6321. doi: 10.3390/ijms24076321
  37. Dixit VD, Schaffer EM, Pyle RS, et al. Ghrelin inhibits leptin- and activation-induced proinflammatory cytokine expression by human monocytes and T cells. J Clin Invest. 2004;114(1):57–66. doi: 10.1172/JCI21134
  38. Li WG, Gavrila D, Liu X, et al. Ghrelin inhibits proinflammatory responses and nuclear factor-kappaB activation in human endothelial cells. Circulation. 2004;109(18):2221–2226. doi: 10.1161/01.CIR.0000127956.43874.F2

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».