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THÈSE

PRÉSENTÉE A

L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1

ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE LA VIE ET DE LA SANTE

Par Anne-Laure DINEL

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR EN NUTRITION

Impact de l'inflammation à bas bruit associée à l'obésité sur l'établissement des troubles de l'humeur et de la cognition

Soutenue le 19 décembre 2008

Devant la commission d’examen formée de : Pr. Marc LANDRY , Professeur à l’Université Bordeaux 2 Président Dr. Rémy BURCELIN , Directeur de recherche à l’INSERM, Université de Toulouse Rapporteur Dr. Muriel DARNAUDERY , Maître de Conférence à l’Université de Lille Rapporteur Dr. Dragan MILENKOVIC , Chargé de recherche à l’INRA, Clermont-Ferrand Examinateur Pr. Paul HIGUERET , Professeur à l’Université Bordeaux 1 Directeur de thèse Dr. Nathalie CASTANON, Chargée de recherche à l’INRA, Université Bordeaux 2 Directeur de thèse

Université Bordeaux 1 – Les Sciences et les Technologies au service de l'Homme et de l'environnement

Thèse n° 3759

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RemeRemeRemeRemerciementsrciementsrciementsrciements

Je tiens à remercier le Professeur Marc Landry pour m’avoir fait l’honneur d’accepter de présider ce jury de thèse.

Je remercie sincèrement le Docteur Muriel Darnaudery et le Docteur Remy Burcelin

d’avoir accepté d’être les rapporteurs de cette thèse. Je remercie également le Docteur Dragan Milenkovic d’avoir accepté de faire partie

du jury de cette thèse en tant qu’examinateur. Je tiens à remercier le Professeur Paul Higueret d’avoir accepté d’être le Directeur

officiel de cette thèse. Je remercie également Robert Dantzer et Francoise Moos qui m’ont accueillie

successivement au sein de leur laboratoire. Et surtout je tiens à remercier Nathalie pour avoir « examiné » ce travail pendant 3

ans ! Merci pour ton optimisme, ton ouverture d’esprit, tes conseils et pour avoir toujours été présente quelques soient les évènements. Merci aussi de m’avoir soutenu dans ce début de thèse un peu original entre Sup de Co et le labo et d’avoir eu confiance en moi !! Finalement je n’aurais pas eu besoin de 6 ans pour la faire cette thèse, même si la dernière ligne droite a été un peu sportive !!

Je tiens aussi à remercier tous les Psynugens qui m’ont aidé et en particulier :

Agnès, Jérôme, Philippe, Jean-Luc, Claudine, Véro et tous les autres pour leur aide, Caro, ma « binôme » de thèse, sans qui je n’aurais pas connu le stress de la souris

sauteuse et la joie de la préparation de la boulette chips-lardons-chocolat ! Sophie, pour tes inoubliables « mais quelle est ta question ? » mais aussi pour ta

disponibilité, ta bonne humeur et tes coups de gueule, ton aide et ton soutien à chaque fois que j’en ai eu besoin,

Julie, grâce à qui je ne pourrais plus jamais écouté « tout le bonheur du monde »!! Merci pour ton foutu caractère mais surtout pour ta joie de vivre!

Mais surtout un grand merci à mes sœurs de thèse : Virginie, Linette, Lélé, Vanessa

(presque une sœur de thèse…) et Aurélie, grâce à qui la vie dans notre bureau rose ou dans l’aquarium a quand même été bien sympa !! Nos discussions, nos râleries et nos fous rires vont bien me manquer mais je connais un endroit sympa à Cestas pour continuer tout ça !

Bien évidemment, je remercie aussi tous ceux qui sont présents dans ma vie et qui m’ont soutenu pendant cette sympathique période qu’est la thèse, Alors merci à toute la clique des copains et à nos soirées cartes et vieux souvenirs 100 fois racontés… aux Corinettes et à leurs délires souvent incontrôlables….. aux BBFI (les membres permanents mais aussi les pièces rapportées) sans qui , bien sûr, je ne serai rien ou presque….

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à mon cousin, mon prof de gratte préféré qui m’a permis de bien décompresser ces derniers mois, à Mister Lacrampe, merci pour les vagues…. à Florent dit Oreste la Loutre, et Suzanne pour leur amitié à Lolo et Virginie (et Aymeric et Titou aussi bien sûr), pas besoin d’en dire plus, à Dam’s et à ma ‘tite sœur, merci ma loute ! à mes parents qui m’ont toujours soutenue dans mes choix et m’ont fait partager leur passion, à Olivier, merci de supporter mon caractère « tendre et facile » surtout ces derniers mois, et d’accepter mes décisions parfois un peu égoïstes,…

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RésuméRésuméRésuméRésumé

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RésuméRésuméRésuméRésumé

De nombreuses études menées chez l’homme ont montré que l’obésité est associée à un état

inflammatoire chronique caractérisé par une augmentation de la sécrétion de nombreuses molécules

dont la leptine et des cytokines inflammatoires comme le TNF-α et l’IL-6 (Clement et al., 2004). Des

données récentes suggèrent que cette inflammation périphérique pourrait également présenter une

composante au niveau cérébral se caractérisant notamment par une augmentation de l’expression de

différentes cytokines inflammatoires (IL-6, TNF-α, IL-1β…) et de l’activation de leurs voies de

signalisation intracellulaire (augmentation de l’activité c-Jun-N-terminal kinase et de NFkB)(De Souza

et al., 2005). De plus, l’intensité de la situation inflammatoire semble être liée au degré d’obésité.

Ainsi, il est possible de distinguer différentes situations d’obésité : une obésité modérée qui ne

s’accompagne pas forcément de pathologies comorbides et une obésité morbide associée à différents

types de complications comme des maladies cardio-vasculaires, de l’hypertension artérielle ou un

diabète de type 2. L’obésité s’accompagne également d’une forte prévalence de troubles de l’humeur

(anxiété, dépression) et de la cognition.

Notre laboratoire a été un des pionniers dans l’étude de l’expression et de l’action des cytokines

au niveau central et de leurs conséquences, tant comportementales que neurobiologiques. Cette

relation entre système de l'immunité innée et cerveau a particulièrement été étudiée dans le cadre du

comportement de maladie regroupant un ensemble de symptômes non spécifiques (fièvre, activations

neuroendocriniennes, anorexie, anhédonie, repli sur soi, perte d’intérêt pour l’environnement…)

observés chez les individus malades et pouvant être reproduits chez l’animal en réponse à l’injection

d’un inducteur de cytokines tel que le lipopolysaccharide (LPS)(Dantzer, 2001). Dans le cas d’une

exposition prolongée ou non régulée de l’activation du réseau de cytokines, le comportement de

maladie peut laisser place à de véritables troubles de l’humeur et de la cognition associés à une chute

des taux circulants de tryptophane, un acide aminé essentiel servant de précurseur et de facteur

limitant à la synthèse de sérotonine. Il a été montré que l'indoléamine 2,3-dioxygénase (IDO), une

enzyme dégradant le tryptophane en réponse aux cytokines (Lestage et al., 2002; Moreau et al., 2005)

est impliquée dans l’induction des symptômes de type dépressif observés notamment suite à

production soutenue de cytokines et que cette action serait dépendante du catabolisme du tryptophane

via la voie de la kynurenine (O'Connor et al., 2008). L’activation de l’IDO en situation inflammatoire

aboutit à la production de dérivés neurotoxiques (3-OH-kynurénine, acide quinolinique) se comportant

comme des agonistes des récepteurs glutamatergiques de type NMDA (Taylor and Feng, 1991), au

dépend de la production de sérotonine. Ainsi, l’activation de l’IDO par les cytokines pourrait jouer un

rôle dans l’apparition de troubles cognitifs associés aux états inflammatoires via l’altération de la

neurotransmission sérotoninergique et/ou glutamatergique. Ces mêmes mécanismes pourraient

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également sous-tendre le développement des troubles de l’humeur et de la cognition couramment

observés chez les personnes obèses.

L’ensemble des études réalisées dans ce travail de thèse a donc eu pour objectif général de

déterminer chez la souris si l’inflammation chronique à bas bruit qui est associée à un état d’obésité

entraînait le développement de troubles de l’humeur et de la cognition. De plus, afin d’identifier au

mieux les bases neurobiologiques potentielles à l’origine de ces troubles, nous avons choisi de nous

placer dans deux situations différentes : un état d’obésité modérée induite par l’administration d’un

régime enrichi mais n’entraînant pas le développement de pathologies co-morbides graves, et un état

d’obésité morbide d’origine génétique associée à d’autres pathologies notamment un diabète de type 2.

Dans les deux cas, les conséquences de cette obésité sur l’état d’activation inflammatoire et les

altérations neurochimiques et comportementales qui en découlent ont été étudiées en détail.

Nos résultats montrent que :

1) l’intensité de la perturbation du système immunitaire est corrélée au degré d’obésité

puisqu’une obésité modérée est associée à une altération de la capacité du système immunitaire à

répondre à une infection, tandis qu’une obésité morbide entraine la mise en place d’un état

inflammatoire même en conditions non stimulées.

2) les modifications physiopathologiques induites par le développement d’un état d’obésité

altèrent le système immunitaire, comme en témoignent l’activation accrue de la production de

cytokines périphériques et cérébrales, en particulier l’IL-6, l’exacerbation des réponses

neurochimiques (stimulation de l’IDO pulmonaire et cérébrale) et neuroendocriniennes (sur-activation

de l’axe HPA) et de leurs conséquences sur la réactivité comportementale.

3) les souris obèses présentent des altérations de leurs capacités cognitives, des troubles de type

anxieux, ainsi qu’une modulation de leur réponse émotionnelle dont la mise en place dans le temps

semble se faire de façon indépendante, selon des modalités qui restent à préciser.

En conclusion, ces résultats originaux permettent de mettre en évidence le rôle clé de

l’inflammation associée à l’obésité dans le développement des troubles de l’humeur et de la cognition.

Ce travail pourrait ainsi contribuer à l’identification de cibles moléculaires potentielles pour le

développement de nouvelles stratégies thérapeutiques ou nutritionnelles visant à améliorer la qualité

de vie des patients obèses.

Mots clés : Obésité, inflammation, cytokines, IDO, troubles de l’humeur, cognition

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AbstractAbstractAbstractAbstract

Severe obesity is associated with a low grade inflammation characterized by an increased

release of inflammatory markers like cytokines and leptin. It has been suggested that some of these

mediators of inflammation could also be found in the brain, as manifested by the increased

hypothalamic expression of inflammatory cytokines (IL-6, TNF-α, IL-1) and the activation of their

intracellular pathways. Moreover, the intensity of the inflammation state seems to increase with the

degree of obesity. Morbid obesity, which is accompanied by different comorbid pathologies like

cardiovascular disease, hypertension, type 2 diabetes and a high prevalence of mood (anxiety,

depression) and cognitive disorders, is clearly associated with peripheral inflammation. Such an

association is less clear in the case of a moderate obesity which is not systematically associated with

comorbid pathologies.

It is clearly established that during an infection brain actions of cytokines that are released as a

result of the innate immune system activation induce development of sickness behaviour. In the case

of a prolonged and/or unregulated activation of the cytokine network, sickness behaviour that includes

non-specific symptoms such as behavioral alterations, fever and neuroendocrine activation can lead to

the development of mood and cognitive disorders. Moreover, such a development is associated with a

drastic drop of circulating levels of tryptophan, the essential amino acid acting as limiting factor of the

serotonin synthesis. It has been proposed that these alterations could be at least partially explained by

cytokine-induced peripheral and/or central activation of the indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), a

tryptophan-catabolizing enzyme that is potently induced in monocytes, macrophages and brain

microglia by cytokines. IDO activation can result in the lowering of the bioavailability of tryptophan

for 5-HT synthesis and the increase of neurotoxic derivates (3-OH-kynurenine, quinolinic acid). Both

consequences of cytokine-induced IDO activation may play a role in the development of the cognitive

and mood disorders associated with obesity.

The present study aimed therefore at studying in mice the relationship between inflammation

and development of mood and cognitive disorders associated with obesity. This study was performed

in two different but complementary experimental conditions reproducing 1) a moderate obesity devoid

of marked pathological complications (a model of diet induced obesity) and 2) a morbid obesity

associated with comorbid pathologies like type 2 diabetes (db/db mice).

Our results showed that:

1) The degree of obesity is correlated with the intensity of the alterations affecting innate

immune system activation.

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2) Obesity exacerbates the innate immune system activation as manifested by the increase of

peripheral and central cytokine production, and related neurochemical, neuroendocrine

and behavioral alterations.

3) The inflammation-related alterations induced by obesity are associated with impairment of

cognitive abilities and emotional reactivity, as well as development of anxiety-like

symptoms, although differences in their respective time-course of appearance seem to

exist.

Taken together, these findings showed the key role of the inflammation associated with obesity

in its related mood and cognitive disorders. This work provides therefore a first important step towards

the identification of new pharmacological and/or nutritional strategies aimed at ameliorating life

quality of obese subjects and preventing development of related comorbidities.

Key words : Obesity, inflammation, cytokines, IDO, mood disorders, cognition

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Table des matièresTable des matièresTable des matièresTable des matières

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TTTTable des matièable des matièable des matièable des matièresresresres Remerciements ................................................................................................................................ 1 Résumé............................................................................................................................................ 7 Abstract ......................................................................................................................................... 11 Table des matières......................................................................................................................... 13 Introduction générale..................................................................................................................... 21

A. Cytokines et réaction inflammatoire ............................................................................. 23 1. L’immunité innée ................................................................................................... 23 2. La réaction de phase aiguë ....................................................................................... 23 3. Les cytokines............................................................................................................ 24 4. La réaction inflammatoire locale.............................................................................. 26 5. La réaction inflammatoire systémique ..................................................................... 27 6. La composante centrale de la réaction de phase aiguë............................................. 28

a) Voies d’accès des cytokines au système nerveux central .................................... 29 b) L’état de maladie.................................................................................................. 31

B. Cytokines et Troubles de l’humeur et de la cognition .................................................. 35 1. Cytokines et troubles de l’humeur .......................................................................... 36

a) Troubles anxieux .................................................................................................. 36 b) Troubles dépressifs............................................................................................... 38

2. Cytokines et troubles cognitifs................................................................................. 40 a) La mémoire .......................................................................................................... 40 b) Les troubles .......................................................................................................... 42

3. Mécanismes potentiellement impliqués ................................................................... 45 a) Implication de l’IDO ............................................................................................ 45 b) Implication de l’axe HPA..................................................................................... 49

C. L’obésité........................................................................................................................ 51 1. Définition et caractérisation ..................................................................................... 51 2. Prévalence et cause................................................................................................... 54 3. Rappel sur la régulation alimentaire et les molécules mises en jeu ......................... 56 4. Les conséquences de l’obésité.................................................................................. 62

a) Une pathologie inflammatoire chronique à bas bruit ........................................... 62 b) Les troubles de l’humeur et du comportement..................................................... 69

Objectifs ........................................................................................................................................ 77 Démarche expérimentale............................................................................................................... 81

A. Le choix des modèles utilisés........................................................................................ 83 B. Objectifs et expériences mises en œuvre....................................................................... 85

1. Objectif 1 :................................................................................................................ 85 a) Régime enrichi entraînant l’obésité: un modèle physiopathologique d’inflammation chronique. ........................................................................................... 85 b) Démarche expérimentale...................................................................................... 86

2. Objectif 2 :................................................................................................................ 86

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a) Le LPS : un modèle d’activation aiguë du système immunitaire......................... 87 b) Démarche expérimentale...................................................................................... 88

3. Objectif 3 :................................................................................................................ 88 a) Obésité d’origine génétique: une situation d’inflammation chronique exacerbée88 b) Démarche expérimentale...................................................................................... 89

Resultats ........................................................................................................................................ 91 Chapitre 1 ...................................................................................................................................... 93 Chapitre 2 .................................................................................................................................... 125 Chapitre 3 .................................................................................................................................... 155 C hapitre 4 ................................................................................................................................... 169 Discussion générale..................................................................................................................... 203 Synthèse des principaux résultats................................................................................................ 205 Choix des modèles expérimentaux.............................................................................................. 207 Conséquence de l’obésité sur la réaction inflammatoire............................................................. 209 Obésité et vulnérabilité à une infection....................................................................................... 212 Obésité et troubles du comportement et de la cognition ............................................................. 216 Les acteurs biologiques mis en jeu.............................................................................................. 221 Conclusion et perspectives .......................................................................................................... 229 Bibliographie............................................................................................................................... 237 Publications et communications.................................................................................................. 279 Abréviations ................................................................................................................................ 283 Index des figures ......................................................................................................................... 287

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AvantAvantAvantAvant----propospropospropospropos

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AvantAvantAvantAvant----propospropospropospropos

Le cerveau a longtemps était considéré comme un organe privilégié du point de vue

immun, puisque la barrière hématoencéphalique (BHE), grâce à ses jonctions serrées, limitent

la transmigration des cellules de l’immunité spécifique au sein du parenchyme cérébral.

Toutefois, le cerveau possède un système de défense qui, en plus de s’activer en réponse aux

stimuli immuns, communique avec le système immunitaire (Ader et al., 1995). La réponse

immunitaire est la stratégie de défense mise en jeu par l’organisme lorsque l’agression de

l’individu prend la forme d’un agent pathogène. Elle est coordonnée par des médiateurs

moléculaires appelés cytokines qui assurent la communication entre le système immunitaire et

le système nerveux. Par leur action sur le cerveau, les cytokines sont à l’origine d’un cortège

de modifications physiologiques et comportementales telles que la fièvre, la fatigue, la

diminution de la prise alimentaire et le repli sur soi. Ces symptômes non spécifiques

développés par l’individu en réponse aux cytokines sont regroupés sous le terme d’ « état de

maladie » et représentent une stratégie adaptative permettant à l’individu de retrouver son état

d’équilibre, de bien-être initial (Dantzer, 2001). Une caractéristique essentielle de l’état de

maladie est donc son aspect transitoire, ce qui dépend de façon essentielle des multiples

mécanismes mis en jeu pour réguler l’expression et l’action des cytokines dans le cerveau

(Dantzer et al., 2008).

Mais dans certains cas liés à une inflammation chronique, le comportement de maladie

peut laisser place à une situation de dysfonctionnement neuronal et au développement de

troubles de l’humeur et de la cognition. Dans ce contexte, l’obésité, en tant que situation

inflammatoire à bas bruit, pourrait permettre l’étude des implications physiopathologiques de

l’altération de la régulation des cytokines.

L’obésité est devenue la première maladie non infectieuse de l’histoire. C’est une

véritable épidémie qui frappe aussi bien les pays industrialisés que les pays en voie de

développement. L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) définit « le surpoids et l'obésité

comme une accumulation anormale ou excessive de graisse corporelle qui peut nuire à la

santé ». L’obésité est associée à un état inflammatoire chronique caractérisé par une

augmentation de la sécrétion de nombreuses molécules inflammatoires comme le TNF-α et

l’IL-6 (Clement et al., 2004) en périphérie mais également en central (De Souza et al., 2005).

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De plus, l’intensité de la situation inflammatoire semble être liée au degré d’obésité. Ainsi, il

est possible de distinguer différentes situations d’obésité : une obésité modérée qui ne

s’accompagne pas forcément de pathologies comorbides et une obésité morbide associée à

différents types de complications comme des maladies cardio-vasculaires, de l’hypertension

artérielle ou un diabète de type 2. L’obésité s’accompagne également d’une forte prévalence

de troubles de l’humeur (anxiété, dépression) et de la cognition. De plus, il a pu être observé

une réduction des taux circulants de Trp chez les sujets obèses (Brandacher et al., 2006;

Breum et al., 2003). Au sein de l’organisme, le Trp, qui participe à la synthèse protéique

comme tous les autres acides aminés, est aussi utilisé soit comme précurseur de la synthèse de

sérotonine (5-HT), soit catabolisé via la voie de la kynurénine, favorisant alors la formation

de composés neurotoxiques agissant sur les récepteurs au glutamate (Wirleitner et al., 2003).

Il est désormais connu que les troubles de l’humeur et de la cognition sont entre autre,

fortement associés à une altération des systèmes sérotoninergiques et glutamatergiques

(Muller and Schwarz, 2007). De la même façon, la production de composés neurotoxiques

issus de la voie de la kynurénine pourrait être impliqués dans la mise en place de troubles de

l’humeur et dans l’altération de la mémoire, de l’apprentissage et de la cognition (Baran et

al., 1999; Heyes et al., 1989). Ainsi, ces données suggèrent qu’en conditions inflammatoires,

la dérégulation du métabolisme du Trp pourrait jouer un rôle causal dans l’apparition des

troubles de l’humeur et de la cognition.

Différentes données expérimentales obtenues dans notre laboratoire et complétant

celles décrites dans la littérature notamment chez l’homme, nous ont amené à proposer qu’une

des interactions entre le SI et le métabolisme du Trp passe par l’activation de l’enzyme

initiant le catabolisme du Trp en conditions inflammatoires, l’indoléamine 2,3-dioxygénase

(IDO). En effet, il a été montré au laboratoire que l’activité enzymatique de l’IDO est

fortement induite en périphérie ainsi qu’au niveau cérébral après une stimulation aiguë ou

chronique du SI chez la souris (Lestage et al., 2002; Moreau et al., 2005) et que cette

activation est associée à l’apparition de changements comportementaux (Frenois et al., 2007;

Moreau et al., 2008b)

Dans ce contexte, ce travail de thèse a visé à identifier les mécanismes sous-tendant les

interactions entre obésité, inflammation chronique, activation neuroendocrinienne et troubles

de l’humeur et de la cognition.

21

Introduction généraleIntroduction généraleIntroduction généraleIntroduction générale

22

23

Introduction généraleIntroduction généraleIntroduction généraleIntroduction générale

AAAA.... Cytokines et réaction inflammatoireCytokines et réaction inflammatoireCytokines et réaction inflammatoireCytokines et réaction inflammatoire

1111.... L’immunité innéeL’immunité innéeL’immunité innéeL’immunité innée

Le système immunitaire est un système extrêmement complexe dont le but est de

maintenir l’intégrité de l’individu, en discriminant le « soi » du « non soi ». Le système

immunitaire a donc la tâche de reconnaître et de tolérer d’une part les cellules appartenant à

l’organisme constituant le soi et d’éliminer d’autre part les molécules du non soi, encore

dénommées antigènes. L’immunité innée est considérée comme la première ligne de défense

de l’organisme contre les agents pathogènes et elle est toujours activée lors de l’infiltration

d’un agent pathogène dans le corps. Elle met en jeu principalement les cellules phagocytaires

mononucléaires (monocytes et macrophages) ou polynucléaires (neutrophiles) qui sont

capables de capturer et de détruire les éléments du non soi par phagocytose.

2222.... La réaction de phase aiguëLa réaction de phase aiguëLa réaction de phase aiguëLa réaction de phase aiguë

Durant de nombreuses années la caractérisation de l’inflammation se faisait sur des

critères visuels : rubor (rougeur), tumor (tuméfaction), calor (chaleur), dolor (douleur). Ces

critères furent décrits pour la première fois par Cornélius Celsus dès le premier siècle avant

J.C. Puis ce fut Claude Galien (130-200 après J.C) qui décrivit le cinquième signe cardinal :

functio laesa ou perte de fonction. De nos jours, l’inflammation est décrite comme la

succession de modifications se produisant dans un tissu vivant lorsque celui-ci est lésé

(Punchard et al., 2004). La réponse inflammatoire correspond à la composante locale d’un

ensemble de mécanismes de défense de l’hôte regroupé sous le nom de réaction de phase

aiguë (Figure 1). Ce terme désigne les modifications physiologiques adaptatives qui ont pour

objectifs de stopper la progression des lésions tissulaires, d’isoler et d’éliminer les agents

infectieux et d’activer les processus de réparation nécessaires au rétablissement de l’état

initial de l’organisme (Baumann and Gauldie, 1994). Cette réaction se décline en trois

niveaux : la composante locale ou réaction inflammatoire, la composante systémique et la

composante centrale et met en jeu des médiateurs de l’inflammation appelés cytokines.

24

3333.... Les cytokinesLes cytokinesLes cytokinesLes cytokines

Les cytokines sont des médiateurs protéiques solubles qui contrôlent le déroulement

de la phase aiguë. Lors de la détection d’un agent pathogène, les cellules de l’immunité innée

reconnaissent des motifs moléculaires à la surface des micro-organismes infectieux, appelés

PAMPs (pathogen-associated molecular patterns) (Medzhitov, 2001). La fixation des

PAMPS à leurs récepteurs spécifiques PRR (pattern-recognition receptors), tels que ceux

appartenant à la famille des TLR (toll-like receptors) active des voies de signalisation

intracellulaires contrôlant la transcription de gènes impliqués dans la réponse inflammatoire.

Ceci aboutit rapidement à la libération par les phagocytes de nombreuses molécules dans le

milieu extracellulaire dont les cytokines. Ces cytokines sont des polypeptides de masse

Composante localeComposante localeComposante localeComposante locale Vasodilatation des capillaires sanguins Exsudation des protéines plasmatiques Migration des cellules de l’immunité innée Phagocytose

Composante systémiqueComposante systémiqueComposante systémiqueComposante systémique

Composante centraleComposante centraleComposante centraleComposante centrale

Protéine de phase aiguë Activation de l’hématopoïèse Modifications métaboliques � Nutriments et minéraux

Fièvre Activation de l’axe corticotrope Fatigue Repli sur soi � Prise alimentaire

Phagocyte

Cytokines Inflammatoires :

IL -1β, TNFα,

Agents

Figure 1 : La réponse inflammatoireFigure 1 : La réponse inflammatoireFigure 1 : La réponse inflammatoireFigure 1 : La réponse inflammatoire

25

moléculaire en général inférieure à 60 kDa, produits par différents types cellulaires. Les

interleukines (IL) tiennent leur nom de leur rôle d’agent de communication entre les

leucocytes, mais elles agissent en réalité sur de nombreux autres types cellulaires. Trente cinq

cytokines portent aujourd’hui le nom d’interleukines (Chen et al., 2006; Collison et al., 2007).

Les chémokines ou chimiokines sont responsables de la migration des cellules du système

immunitaire sur le site de l’infection ou de la lésion par leur pouvoir chemioattractant

(Matsukawa et al., 2000). Les interférons (IFN) sont entre autre impliqués dans la lutte

contre les virus dont ils inhibent la réplication (Stetson and Medzhitov, 2006). Les tumor

necrosis factors (TNF), capables d’induire une nécrose tumorale, et les transforming growth

factors (TGF), qui peuvent induire la croissance des fibroblastes, sont également impliqués

dans la régulation du système immunitaire (Fiers, 1991; Wahl, 1992).

Les cytokines sont impliquées dans la communication intercellulaire du système

immunitaire. Ce sont des médiateurs à court rayon d’action ayant une fonction autocrine (sur

la cellule productrice) ou paracrine (sur les cellules voisines) ou agissant plus rarement à

distance comme de véritables hormones (fonction endocrine). Elles forment un réseau de

molécules interdépendantes qui influencent leur propre synthèse et la synthèse des autres

cytokines du réseau par des boucles de rétroaction positives et négatives (Cavaillon, 1993;

Cavaillon and Haeffner-Cavaillon, 1993). Au cours de la réaction de phase aiguë, les

cytokines exercent des activités biologiques multiples et souvent redondantes. Les principales

cytokines inflammatoires impliquées dans la réaction de phase aiguë sont l’interleukine-1β

(IL-1β), le facteur de nécrose tumorale TNFα et l’interleukine-6 (IL-6). En plus de leur propre

synthèse, l’IL-1β et le TNFα peuvent chacun induire la production de l’autre ainsi que la

synthèse d’IL-6 (Brouckaert et al., 1993; Dinarello et al., 1987; Libert et al., 1990). Ces trois

cytokines sont parfois appelées « triade inflammatoire » car elles exercent leur effet de façon

synergique et souvent redondante.

Cette réaction inflammatoire est régulée par la production de cytokines anti-

inflammatoires. Parmi elles, l’IL-4 inhibe la synthèse d’IL-1β et augmente celle de

l’antagoniste du récepteur de l’IL-1 (IL-1ra) (Jenkins and Arend, 1993; Vannier et al., 1992).

L’IL-10 inhibe la synthèse de l’IL-1, de l’IL-6 et du TNFα par les macrophages activés

(Fiorentino et al., 1991). Le TGFβ (transforming growth factor β) inhibe la production d’IL-1

et de TNFα par les macrophages activés par du lipopolysaccharide (LPS), un fragment de

paroi de bactéries à Gram négatif, qui est couramment utilisé pour induire une réponse

inflammatoire de façon expérimentale (Chantry et al., 1989). L’IL-6 est elle aussi parfois

26

considérée comme une cytokine anti-inflammatoire car elle réduit notamment la production

de TNFα induite par le LPS (Aderka et al., 1989; Benveniste et al., 1995). L’action biologique

du TNFα est inhibée par la forme soluble du récepteur du TNFα (Higuchi and Aggarwal,

1993). Lors d’une infection aiguë, l’immunité innée activée met donc en jeu une réponse

inflammatoire non spécifique et induit une production massive mais transitoire de cytokines,

ne dépassant pas 24 à 48 h.

Cependant, cette réponse inflammatoire peut devenir chronique lorsque le système

immunitaire ne parvient pas à éliminer le pathogène. La réponse immunitaire spécifique ou

réponse adaptative alors mise en place met en jeu les macrophages qui libèrent l’IL-12,

recrutant les lymphocytes T de type helper et les cellules natural killer (NK) (Brunda, 1994).

Ces dernières activées sécrètent l’IFNγ provoquant la différenciation des lymphocytes T vers

un phénotype Th1. La sous-population Th1 induit une réponse immune à médiation cellulaire

(phagocytose) en agissant comme activateur des macrophages au travers d’une forte

production d’IFNγ (Janeway et al., 1997). La réponse de type Th2, à médiation humorale

(anticorps), permet d’induire la production d’IL-4 et d’IL-10 agissant notamment comme

régulateur de la réponse Th1 (Mosmann et al., 1986; Tada et al., 1978). L’inflammation

chronique peut alors durer plusieurs semaines et dans certains cas des années (tuberculose,

polyarthrite rhumatoïde…).

Résumé :

Les cytokines coordonnent la réponse inflammatoire afin d’éliminer l’agent

pathogène.

Une infection aiguë ou chronique entraîne une production massive de cytokines dont

l’IL-1 β, le TNFα, l’IL-6 ou encore l’IFNγ.

4444.... La réaction inflammatoire localeLa réaction inflammatoire localeLa réaction inflammatoire localeLa réaction inflammatoire locale

L’inflammation locale s’effectue en grande partie par des échanges entre le sang et le

tissu lésé. Les cellules endothéliales qui régissent ces échanges jouent un rôle majeur dans la

réaction inflammatoire. Ces cellules activées par les cytokines sont capables de développer

une activité coagulante conduisant à une coagulation intravasculaire (Shimizu et al., 1992).

27

Les cellules endothéliales jouent aussi une rôle actif dans les phénomènes d’adhésion

puisqu’elles expriment des molécules d’adhésion complémentaires à celles des leucocytes

(Makgoba et al., 1992). L’IL-1β et le TNFα régulent la synthèse de ces molécules par les

cellules endothéliales ce qui permet la diapédèse des leucocytes vers le site de la réaction

inflammatoire (May and Ager, 1992). Ces cytokines induisent également la production de

prostaglandines par les fibroblastes et les macrophages. Ces médiateurs exercent un rôle clé

dès les premiers stades de l’inflammation en augmentant la perméabilité vasculaire. Les

prostaglandines régulent en retour la synthèse des cytokines inflammatoires (Dendorfer et al.,

1994). Localement, l’IL-1β et le TNFα induisent la production de radicaux libres dérivés de

l’oxygène notamment par les macrophages et les cellules endothéliales. Ces molécules

participent à la destruction des pathogènes de par leur toxicité mais peuvent aussi provoquer

des lésions des tissus de l’hôte (Klebanoff, 1980). D’autres activités locales des cytokines

inflammatoires comme la libération d’enzymes par les ostéoclastes, les cellules synoviales et

les fibroblastes permettent le développement de l’inflammation au niveau du site d’infection.

Le TNFα induit également une protéolyse musculaire à l’origine de la libération d’acides

aminés qui servent à une synthèse protéique (Moldawer et al., 1988). La douleur associée à

l’inflammation est le résultat de l’action des kinines sur les terminaisons des neurones

afférents. La synthèse de ces composés est induite à la fois par les cytokines, les autres

médiateurs de l’inflammation et le complément (Dray and Perkins, 1993).

5555.... La réaction inflammatoire systémiqueLa réaction inflammatoire systémiqueLa réaction inflammatoire systémiqueLa réaction inflammatoire systémique

Une fois synthétisées et libérées localement au site de l’inflammation, les cytokines

peuvent être distribuées dans tout l’organisme par l’intermédiaire de la circulation sanguine et

entraînent alors des modifications systémiques. Les cytokines activent l’hématopoïèse

permettant le remplacement continu des phagocytes. Le taux de certaines protéines

plasmatiques normalement présentes dans le sang augmente rapidement. Ces « protéines de la

phase aiguë » dont la protéine C réactive (CRP), la protéine amyloïde A sérique et

l’haptoglobine, contribuent à la régulation négative de l’inflammation (Berczi et al., 2000). La

CRP est une des principales protéines de la phase aiguë dont la production est induite par

l’IL-6 au niveau du foie et elle joue un rôle capital dans la réaction inflammatoire systémique

puisqu’elle participe à l’activation de la cascade du complément (Mold et al., 1999), stimule

la phagocytose (Schultz and Arnold, 1990) et peut induire la production d’IL-6, d’IL-1β et de

28

TNFα par les monocytes (Ballou and Lozanski, 1992; Li and Chen, 2003). Enfin la CRP

stimule également la production de cytokines anti-inflammatoires telles que l’IL-1ra et l’IL-

10 (Mold et al., 2002; Pue et al., 1996; Tilg et al., 1993). D’autre part, il y a diminution de la

concentration plasmatique d’un certain nombre de nutriments et minéraux (zinc, fer,

sélénium), ainsi que l’altération des principaux métabolismes, en particulier l’induction d’une

hypertriglycéridémie (Grunfeld and Feingold, 1992), une néoglucogénèse et un catabolisme

protéique accrus (Lennie et al., 1995; Moldawer et al., 1988). Ces régulations métaboliques,

ainsi que la perte de poids associée, seraient une adaptation de l’individu afin de diminuer

l’énergie nécessaire à la recherche de nourriture, et non une complication due à

l’inflammation (Cuthbertson, 1982). Cette théorie de la réponse adaptative est confortée par

les travaux montrant que la diminution de la prise alimentaire de souris infectées par la

bactérie Listéria augmente la survie des animaux, alors que leur gavage la diminue (Murray

and Murray, 1979).

Ainsi l’organisme met en place pendant les premières heures suivant l’infection un

système de défense périphérique de l’organisme via la production de cytokines. Mais cette

réponse inflammatoire présente également une composante centrale.

6666.... La composante centrale de la réaction de phasLa composante centrale de la réaction de phasLa composante centrale de la réaction de phasLa composante centrale de la réaction de phase aiguëe aiguëe aiguëe aiguë

Lors d’une infection, l’individu malade a de la fièvre et présente une augmentation de

la fatigue et du sommeil. Il se sent faible, présente une modification de son comportement qui

se traduit entre autres par une perte d’intérêt pour les activités sociales et une diminution de sa

prise alimentaire. De plus, il éprouve des difficultés à se concentrer (Dantzer, 2001). Ces

modifications, ou symptômes non spécifiques, sont régulées au niveau du système nerveux

central (SNC) et sont primordiales dans le maintien de l’homéostasie (Hopkins and Rothwell,

1995).

Pourtant le cerveau a longtemps été considéré comme un organe privilégié du point de

vue immunologique puisque la barrière hématoencéphalique (BHE) et ses jonctions serrées

empêchent la transmigration des cellules du système immunitaire spécifique. Toutefois le

cerveau possède son propre système de défense qui peut se mettre rapidement en alerte à la

moindre infection systémique. Les récepteurs TLR des PAMP, ainsi que les récepteurs des

cytokines, sont présents au niveau des cellules endothéliales et des organes

29

circumventriculaires (OCV) où les vaisseaux sanguins n’ont pas de jonctions serrées

semblables à celles qui caractérisent la BHE du tissu nerveux. A la suite d’une infection

périphérique par un agent pathogène, les cellules endothéliales et les structures dépourvues de

BHE sont les premières à réagir (Lacroix and Rivest, 1998). La réaction inflammatoire

s’étend ensuite progressivement dans tout le tissu cérébral, mettant en jeu principalement les

cellules microgliales qui sont les macrophages résidents du cerveau, et les astrocytes (Aloisi,

2001; Dong and Benveniste, 2001). Comme à la périphérie, la réponse cérébrale se fait via

des molécules de type protéique telles que les cytokines, des molécules lipidiques comme les

prostaglandines et les radicaux libres (Brochu et al., 1999; Nadeau and Rivest, 2000, 2001).

Les cytokines, agissant comme des agents de communication entre le système immunitaire et

le système nerveux central, ont une action au niveau cérébral et induisent l’apparition d’un

véritable état de maladie (Dantzer et al., 2008; Kelley et al., 2003; Konsman et al., 2002).

aaaa)))) VoieVoieVoieVoiessss d’accès des cytokines au système nerveux central d’accès des cytokines au système nerveux central d’accès des cytokines au système nerveux central d’accès des cytokines au système nerveux central

Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer la relation qui existe entre les

cytokines inflammatoires périphériques et leur production dans le système nerveux central,

impliquant d’une part une voie d’accès humorale et d’autre part une voie d’accès nerveuse.

((((1111)))) La voie humoraleLa voie humoraleLa voie humoraleLa voie humorale

Plusieurs études montrent que l’IL-1β, le TNFα et l’IL-6 pourraient entrer dans le

cerveau par des systèmes de transport actif saturables au niveau des cellules endothéliales de

la BHE, même si les transporteurs responsables restent à identifier (Banks et al., 1994; Banks

et al., 1991; Pan et al., 1997). De cette façon, il est possible que les cytokines circulantes

induisent la synthèse des cytokines cérébrales par les cellules microgliales ou les

macrophages périvasculaires situés à proximité de la BHE.

Les cytokines peuvent aussi atteindre le cerveau au niveau des OCV. Ces capillaires

sanguins présentent de larges espaces périvasculaires qui facilitent la diffusion des molécules.

(Gross, 1992). A ce niveau, les cytokines pourraient quitter la circulation sanguine, entrer

dans ces espaces périvasculaires puis diffuser dans le parenchyme adjacent pour atteindre les

cellules microgliales et les macrophages périvasculaires (Konsman et al., 2002; Konsman et

al., 2000). Il a en effet été démontré que l’induction d’IL-1β par le LPS est rapide dans les

OCV et les vaisseaux sanguins situés à l’interface périphérie/cerveau, alors qu’elle apparaît

plus tardivement dans le parenchyme cérébral (Konsman et al., 1999).

30

Il a aussi été proposé que les cytokines induisent la synthèse de molécules

intermédiaires comme les prostaglandines en agissant sur les récepteurs au niveau des cellules

endothéliales. Les cytokines cérébrales induisent l’expression par les cellules microgliales et

les macrophages périvasculaires de l’enzyme COX-2 qui catalyse la synthèse des

prostaglandines E2 (PGE2) à partir de l’acide arachidonique (Elmquist et al., 1997; Lacroix

and Rivest, 1998; Rivest, 1999).

((((2222)))) La voie nerveuseLa voie nerveuseLa voie nerveuseLa voie nerveuse

Puisque deux des points cardinaux de l’inflammation (chaleur et douleur)

correspondent à des modalités sensorielles, il a été proposé que les cytokines puissent activer

des neurones sensoriels qui transmettent le message de la périphérie vers le SNC (Dantzer,

1994). Lorsque le LPS ou les cytokines sont injectés dans la cavité abdominale, ils

provoquent une inflammation locale au niveau du péritoine. Or les branches afférentes du nerf

vague qui assurent l’innervation de la cavité péritonéale contiennent au sein de leur gaine

périneurale, une gaine de tissu conjonctif qui entoure le nerf, des macrophages qui expriment

les TLR et qui sont capables de produire de l’IL-1β en réponse à une injection intrapéritonéale

de LPS (Goehler et al., 1999). Les neurones sensoriels du nerf vague expriment les récepteurs

de l’IL-1 et leur activité électrique peut être stimulée par l’IL-1β circulante (Ek et al., 1998).

Les afférences vagales projettent vers le noyau du tractus solitaire et l’injection de LPS ou

d’IL-1β en périphérie active dans cette structure des neurones qui émettent des projections

vers de nombreuses structures du SNC, dont le noyau paraventriculaire de l’hypothalamus

contenant les neurones à CRH de l’axe corticotrope (Elmquist and Saper, 1996; Ericsson et

al., 1994; Sagar et al., 1995). L’implication de cette voie nerveuse dans la production et

l’action des cytokines cérébrales a été montrée par des expériences de transsection du nerf

vague. Des animaux vagatomisés présentent une atténuation des modifications

comportementales normalement observées après l’injection de LPS confirmant ainsi

l’implication du nerf vague dans la réponse centrale à l’inflammation (Bluthe et al., 1996a, b;

Bluthe et al., 1994).

31

bbbb)))) L’état de maladieL’état de maladieL’état de maladieL’état de maladie

((((1111)))) LaLaLaLa fièvre fièvre fièvre fièvre Une des premières réponses adaptées de l’organisme est la fièvre. Elle est un des

signes majeurs de l’inflammation systémique. Cette élévation de la température corporelle

résultant d’une élévation du point de consigne thermique (Kluger, 1991) est régulée par les

neurones thermosensibles de l’aire préoptique de l’hypothalamus (Boulant, 2000). La fièvre

participe à la lutte contre l’infection notamment car elle stimule la prolifération des cellules de

l’immunité tout en inhibant la prolifération de nombreux organismes pathogènes (Kluger,

1991; Romanovsky and Szekely, 1998). C’est au 20ème siècle que Kluger démontre, en

étudiant les effets antipyrétiques chez le lézard, que la prévention de la fièvre augmente le

taux de mortalité des animaux (Kluger et al., 1975). La fièvre est le premier effet attribué à

une action centrale des cytokines inflammatoires alors connues sous le terme de pyrogènes

endogènes (Atkins, 1960).

L’IL-1 β est un de ces pyrogènes endogènes puisque son administration par voie intra-

veineuse (iv) chez l’homme et par voie intracérébroventriculaire (icv) chez le rongeur induit

une réponse fébrile (Avitsur et al., 1997; Nemunaitis et al., 1994). De plus, l’IL-1ra injectée

par voie intrapéritonéale (ip) inhibe la fièvre induite par le LPS (Luheshi et al., 1996). Mais

l’IL-6 parait tout aussi indispensable à la mise en place de la fièvre que l’IL-1β puisque chez

des souris dont le gène de l’IL-6 a été inactivé (IL6-KO), l’injection de LPS ou d’IL-1β

n’induit pas de réponse fébrile (Chai et al., 1996). L’IL-1 β et l’IL-6 affecteraient l’activité

neuronale de l’aire préoptique responsable de la régulation du point de consigne via l’action

des prostaglandines (Xin and Blatteis, 1992).

((((2222)))) Regulation de l’axe corticotropeRegulation de l’axe corticotropeRegulation de l’axe corticotropeRegulation de l’axe corticotrope Les cytokines inflammatoires activent l’axe hypothalamo-hypophyso-

corticosurrénalien (axe HPA) ou axe corticotrope (Turnbull and Rivier, 1995). Cet axe est

constitué par une partie centrale, le noyau paraventriculaire (PVH) de l’hypothalamus

contenant des neurones à CRH (corticotropin releasing hormone), les cellules corticotropes à

ACTH (adrenocorticotropin hormone) de l’antéhypophyse, et la partie corticale de la glande

surrénale qui sécrète les glucocorticoïdes (GC) impliqués dans la réponse au stress (Figure 2).

Suite à une activation par les centres nerveux supérieurs, les peptides hypothalamiques : la

CRH et l’arginine vasopressine (AVP) libérées par l’hypothalamus, stimulent la libération

dans la circulation sanguine de l’ACTH par l’antéhypophyse. L’ACTH stimule alors la

32

synthèse et la libération des glucocorticoïdes par le cortex surrénalien. Les glucocorticoïdes

exercent un rétrocontrôle négatif sur l’activité de l’axe corticotrope au niveau de l’hypophyse,

de l’hypothalamus et des centres nerveux supérieurs.

L’axe corticotrope est entre autres activé par les cytokines inflammatoires IL-1, IL-6

et le TNFα (Besedovsky et al., 1991; Tilders et al., 1994). L’IL1- β, le TNFα et l’IL-6

augmentent l’expression et la sécrétion de CRH (Berkenbosch et al., 1987; Suda et al., 1990;

Watanobe and Takebe, 1992), ainsi que la sécrétion d’ACTH et corticostérone plasmatique

(van der Meer et al., 1996). Les glucocorticoïdes agissent en retour sur les cellules

productrices de cytokines pour en inhiber la synthèse (Akira et al., 1990; Baybutt and

Holsboer, 1990). Cet effet immunosuppresseur des glucocorticoïdes apparaît alors comme un

phénomène de protection de l’organisme contre l’infection au cours des processus

inflammatoires (Yeager et al., 2004).

Glande surrénale

Hypothalamus antérieur

CRCRCRCR

Hypophyse

ACTACTACTACT

GlucocorticoïdesGlucocorticoïdesGlucocorticoïdesGlucocorticoïdes

CatécholaminesCatécholaminesCatécholaminesCatécholamines

MinéralocorticoïdesMinéralocorticoïdesMinéralocorticoïdesMinéralocorticoïdes

Figure Figure Figure Figure 2 : L’axe 2 : L’axe 2 : L’axe 2 : L’axe hypothalamohypothalamohypothalamohypothalamo----hypophysohypophysohypophysohypophyso----corticosurrénaliencorticosurrénaliencorticosurrénaliencorticosurrénalien

33

((((3333)))) RéponseRéponseRéponseRéponse neurochimique neurochimique neurochimique neurochimique Les cytokines ont également des effets sur la neurotransmission monoaminergique et

en particulier sur la sérotonine (5-HT), la noradrénaline (NA) et la dopamine (DA). En effet,

l’administration d’IL-1β induit une augmentation du turnover des systèmes 5-HT, NA et DA

dans l’hypothalamus, l’hippocampe, ainsi que le noyau accumbens (Dunn, 1988b; Kabiersch

et al., 1988; Linthorst et al., 1995; Lacosta et al., 1994). De plus, ces mêmes effets sont

également observés après l’injection de LPS et peuvent être atténués par l’administration

d’IL-1ra (Dunn, 2000; Linthorst et al., 1995). Outre l’IL-1β, d’autres cytokines telles que

l’IL-6, le TNFα et l’IL-2 sont également capables d’affecter l’activité de la 5-HT, NA et DA

dans différentes régions cérébrales dont le cortex préfrontal, l’hypothalamus et l’hippocampe

(Pauli et al., 1998; Zalcman et al., 1994). Enfin, l’IFN γ active l’expression d’une enzyme

l’indoléamine 2,3-dioxygénase (IDO) qui en induisant la dégradation du tryptophane va

entraîner la diminution du pool de 5-HT (Wirleitner et al., 2003).

((((4444)))) L’anorexie inflammatoireL’anorexie inflammatoireL’anorexie inflammatoireL’anorexie inflammatoire On constate chez les individus malades une perte d’appétit qui peut sembler a priori

paradoxale. En effet l’activité pyrogène des cytokines laisse à penser que pour compenser ce

coût énergétique, l’organisme va avoir besoin d’un apport alimentaire conséquent. Pourtant

cette anorexie inflammatoire est une stratégie de lutte contre l’agent pathogène puisqu’elle

réduit la disponibilité des nutriments (dont le fer et le zinc) essentiels à la prolifération des

micro-organismes pathogènes. Ainsi l’augmentation de la température corporelle associée à la

faible teneur en nutriments du milieu freine la multiplication bactérienne (Weinberg, 1984).

Une injection centrale d’IL-1β (McCarthy, 2000; Plata-Salaman et al., 1988; Uehara et

al., 1989), d’IL-6 (McCarthy, 2000; Plata-Salaman et al., 1996) ou de TNFα (McCarthy,

2000; Plata-Salaman et al., 1988) entraîne une diminution de la prise alimentaire. De plus,

l’injection centrale d’IL1-ra atténue l’anorexie induite par une injection périphérique d’IL-1β

ou de LPS (Kent et al., 1996; Laye et al., 2000), même si elle ne la bloque pas complètement.

Par contre, une injection de LPS chez des souris knock-out pour le récepteur fonctionnel de

l’IL-1 (IL-1RI KO) induit tout de même une anorexie. L’absence d’action de l’IL-1β est donc

probablement compensée par une autre cytokine comme le TNFα (Bluthe et al., 2000a). En

effet, l’immuno-neutralisation du TNFα périphérique chez le rat atténue l’anorexie due au

LPS (Sharma et al., 1992). Le rôle de l’IL-6 est plus difficile à mettre en évidence. L’injection

34

de LPS à des souris knock-out pour le gène de l’IL-6 (IL-6 KO) entraîne tout de même une

anorexie, donc l’IL-6 ne semble pas indispensable à l’apparition de l’anorexie inflammatoire

(Fattori et al., 1994).

((((5555)))) Effets comportementauxEffets comportementauxEffets comportementauxEffets comportementaux : l: l: l: le comportement de maladiee comportement de maladiee comportement de maladiee comportement de maladie Lors d’épisodes infectieux, un malaise s’installe chez l’individu malade, accompagné

de difficultés de concentration, d’une grande faiblesse et d’un manque d’intérêt pour son

entourage (Dantzer, 2001). C’est ce que l’on nomme comportement de maladie et qui ne

regroupe que les altérations comportementales de l’état de maladie (Hart, 1988). Ces

changements comportementaux apparaissent être l’expression d’un état motivationnel qui

réorganise les priorités de l’individu malade dans le but de lutter contre l’infection (Dantzer et

al., 1999). Comme les réponses neurendocriniennes et neurochimiques, les réponses

comportementales observées au cours de l’infection apparaissent également suite à

l’administration systémique ou centrale de cytokines comme l’IL-1β (Dantzer, 2001; Kent et

al., 1992; Larson and Dunn, 2001; Valentine et al., 1998). Le désintérêt du sujet malade pour

son environnement peut être modélisé chez le rongeur par une diminution du comportement

d’exploration sociale. L’IL-1β est la cytokine la plus impliquée dans la diminution des

interactions sociales lors de l’épisode infectieux. Injectée à la périphérie ou dans les

ventricules cérébraux, elle induit une diminution du temps d’exploration sociale (Bluthe et al.,

1997). L’injection d’IL-1ra bloque la diminution de l’exploration sociale induite par l’IL-1β,

que ces deux cytokines soient injectées par la même voie (centrale/centrale ou

périphérique/périphérique) ou par des voies différentes (IL-1ra centrale/ IL-1β périphérique)

(Bluthe et al., 1995; Kent et al., 1992). L’IL-1ra injecté par voie intrapéritonéale (ip) bloque

les effets du LPS sur l’exploration sociale. Mais ce blocage n’a pas lieu lorsque l’IL-1ra est

injecté par voie icv (Bluthe et al., 1992). Les souris IL-1RI KO présentent néanmoins une

diminution du temps d’exploration sociale suite à la stimulation périphérique par le LPS,

grâce à un phénomène de compensation par le TNFα (Bluthe et al., 2000a). En effet, la

diminution d’interaction sociale induite par le LPS chez la souris IL-1RI KO est inhibée par

l’administration centrale d’un fragment du récepteur soluble du TNFα, ce qui démontre qu’en

l’absence d’IL-1 fonctionnelle, l’action centrale du TNFα est responsable de la diminution du

temps d’exploration sociale (Bluthe et al., 2000a). L’administration centrale ou périphérique

de TNFα entraîne également une diminution du temps d’exploration sociale (Bluthe et al.,

1994). Cependant, celle-ci est bloquée par l’injection d’IL-1ra, ce qui suggère que l’effet du

TNFα sur l’interaction sociale est indirect (Bluthe et al., 1994). L’IL-6 est elle aussi impliquée

35

dans la diminution d’exploration sociale consécutive à l’administration ip de LPS ou d’IL-1β,

puisqu’elle est atténuée chez les souris déficientes pour le gène de l’IL-6 (Bluthe et al.,

2000b)

Résumé

En plus de leur action locale, les cytokines sont capables grâce à leur propriété

endocrine d’agir sur le SNC pour réguler la composante centrale de la réaction

inflammatoire.

Les cytokines agissent en central par l’intermédiaire des voies humorale et nerveuse et

entraînent entre autre, une hyperactivité de l’axe HPA, une altération de la

neurotransmission monoaminergique ainsi que des changements comportementaux regroupés

sous le terme de comportement de maladie.

BBBB.... Cytokines et T Cytokines et T Cytokines et T Cytokines et Troubles de l’humeur et de la cognroubles de l’humeur et de la cognroubles de l’humeur et de la cognroubles de l’humeur et de la cognitionitionitionition Comme nous l’avons vu précédemment, l’action cérébrale des cytokines

inflammatoires est responsable des modifications comportementales observées chez l’individu

et l’animal malades, telles qu’un repli sur soi et la diminution de la prise alimentaire. Le

comportement de maladie est normalement réversible en raison de la capacité du système

immunitaire à éliminer l’agent pathogène et à mettre en place des mécanismes qui s’opposent

à la production et à l’action des cytokines pro-inflammatoires périphériques et centrales. Mais

la dérégulation des mécanismes qui contrôlent le comportement de maladie peut avoir lieu

chez des patients vulnérables. Leur réponse immunitaire est plus intense du fait de la

dérégulation de la balance entre cytokines pro et anti-inflammatoires au profit de

l’inflammation. Cette dérégulation peut aussi avoir lieu chez des patients dont l’inflammation

devient chronique. C’est le cas de sujets recevant des immunothérapies. On assiste alors à la

mise en place de troubles de l’humeur, définition qui regroupent à la fois les symptômes de

type dépressif et anxieux, et de troubles cognitifs (Bonaccorso et al., 2001).

Nous allons maintenant nous intéresser à la relation entre cytokines et troubles de

l’humeur et de la cognition dans le cas d’une situation inflammatoire chronique. Ces

situations inflammatoires peuvent être diverses puisqu’elles peuvent être la conséquence de

pathologies telles que des polyarthrites, de traitement comme des immunothérapies, mais

36

également des situations d’inflammation chronique à bas bruit telles que décrites dans le

vieillissement ou l’obésité.

1111.... Cytokines et Cytokines et Cytokines et Cytokines et troubles de l’humeur troubles de l’humeur troubles de l’humeur troubles de l’humeur

aaaa)))) Troubles anxieuxTroubles anxieuxTroubles anxieuxTroubles anxieux

Le stress est aujourd’hui un mot utilisé aussi bien dans le langage quotidien que dans

le domaine médical. Le stress correspond à l’action de l’environnement sur l’organisme et aux

réponses de ce même organisme pour s’adapter à son environnement. Les ajustements

comportementaux permettent à l’organisme d’agir directement sur l’environnement et

l’activation neuroendocrinienne, qui met en jeu principalement l’axe corticotrope et le

système nerveux autonome, adapte le milieu intérieur aux besoins de l’action

comportementale. Ce fonctionnement général est fortement modulé par les caractéristiques

individuelles de réactivité qui définissent la personnalité psychobiologique, conditionnée par

des facteurs génétiques, des influences précoces et l’expérience préalable du sujet (Ramos and

Mormede, 1998).

Les troubles anxieux constituent un ensemble de troubles psychologiques et

psychiatriques très divers qui ont en commun d'avoir une anxiété pathologique comme

symptôme principal. L'anxiété n'est pas en soi pathologique. On parle de trouble anxieux

lorsque cette émotion devient envahissante et qu'elle entraîne de manière permanente ou

discontinue une souffrance significative ou une gêne au fonctionnement individuel. Une

anxiété intense peut-être présente au cours d'autres troubles que les troubles anxieux, dans la

schizophrénie par exemple, ou bien dans la dépression , elle est alors associée à d'autres

symptômes (Vaccarino et al., 2008).

Chez l’homme, le lien entre troubles anxieux et état cytokinergique reste encore peu

exploré mais des études réalisées sur des étudiants ont montré que les plus anxieux présentent

une production de cytokines pro-inflammatoires (TNFα, IFNγ, IL-6) plus élevée et une

production de cytokines anti-inflammatoires (IL-4, IL-10) plus faible (Maes et al., 1998). De

plus, il a été montré que des traitements d’immunothérapie à l’IFNα chez des patients atteints

d’un cancer entraînent des modifications du comportement dont des troubles anxieux (Raison

et al., 2005).

Afin d’étudier cette relation, plusieurs tests comportementaux permettant de modéliser

les troubles de type anxieux chez l’animal ont été mis au point. Le labyrinthe en croix

surélevé (Elevated Plus Maze ou EPM) est un test comportemental largement utilisé pour

37

mesurer les troubles de type anxieux chez les rongeurs de laboratoire (Handley and Mithani,

1984). Le labyrinthe est habituellement construit en forme de croix avec 2 bras ouverts et 2

bras fermés par des parois latérales, le tout surélevé au dessus du sol. L'expérience exploite le

conflit, chez les rongeurs, entre la peur des espaces ouverts et le désir d'explorer un nouvel

environnement. Un animal anxieux aura naturellement tendance à préférer les espaces clos et

sombres aux espaces ouverts et éclairés. Partant de ce principe, l'anxiété comportementale est

mesurée par le degré d'évitement des espaces ouverts du labyrinthe (Belzung and Griebel,

2001). Le test d’open-field (OF) consiste à placer l’animal dans un grand espace pourvue de

parois empêchant sa fuite. Les déplacements libres de l’animal sont observés, mais aussi son

niveau d’anxiété selon qu’il explore préférentiellement la périphérie de l’OF ou le centre qui

est plus anxiogène (Prut and Belzung, 2003).

Chez la souris, l’injection de LPS à une dose permettant d’induire la synthèse de

cytokines cérébrales (Laye et al., 2000) entraîne une diminution d’exploration des bras

ouverts de l’EPM sans modification de l’exploration des bras fermés 2 h après l’injection

(Lacosta et al., 1999). L’endotoxine aurait donc une action anxiogénique indépendante de

l’effet inhibiteur du LPS sur l’activité locomotrice. L’injection ip de LPS ou d’IL-1β entraîne,

2 h après l’injection, une diminution similaire du nombre d’entrées dans les bras ouverts de

l’EPM, ainsi qu’une diminution de l’exploration du centre de l’OF (Swiergiel and Dunn,

2007).

L’injection d’IL-1β ou de TNFα directement dans le cerveau de rats par voie icv induit

45 minutes plus tard une diminution de l’exploration des bras ouverts de l’EPM, tandis que

l’injection d’IL-6 n’a pas d’effet dans ces conditions (Connor et al., 1998). D’autre part, les

souris surexprimant l’IL-1ra présentent une augmentation du temps d’exploration des bras

ouverts de l’EPM, ainsi que des taux plus faibles de dopamine et de sérotonine suggérant une

action régulatrice de l’IL-1 dans les troubles anxieux qui pourrait s’exercer au niveau des

systèmes de neurotransmetteurs monoaminergiques (Oprica et al., 2005). L’IL-6 endogène

pourrait être impliquée dans la régulation de l’anxiété puisque les souris IL-6 KO présentent

une diminution de l’exploration des bras ouverts de l’EPM (Armario et al., 1998).

Ainsi la présence de cytokines, lors d’une infection ou encore d’une immunothérapie,

semble participer à la mise en place rapide d’épisodes de type anxieux. Mais peu d’études ont

été réalisées pour évaluer l’impact des cytokines dans le cadre de patholgies inflammatoires

chroniques, ou d’inflammation à bas bruit.

38

bbbb)))) Troubles dépressifsTroubles dépressifsTroubles dépressifsTroubles dépressifs La dépression est une pathologie dont les signes cliniques sont multiples et se

manifestent à différents niveaux : comportemental, psychologique et physiologique. La

dépression est difficile à caractériser car elle englobe un ensemble de manifestations cliniques

qui peuvent être diagnostiquées en utilisant le DSM (Diagnostic and statistical manual of

mental disorders), un manuel qui décrit les différents critères de diagnostic d’un épisode

dépressif majeur. Ainsi, le diagnostic d’une dépression majeure est effectif quand cinq des

neuf symptômes définis par le DSM IV (comme la diminution de l’intérêt et du plaisir, une

humeur dépressive, l’insomnie, la fatigue, la dévalorisation de soi, les troubles de la

concentration,…) sont présents presque quotidiennement, pendant au moins 15 jours et dont

au moins un des symptômes est soit une humeur dépressive, soit une perte d’intérêt ou de

plaisir (DSM Fourth Edition, 1994)

Les patients atteints de dépression présentent des caractéristiques biologiques

particulières. Ainsi la dépression est associée chez 50 à 70 % des patients à une activation de

l’axe HPA (Strohle and Holsboer, 2003). Il a également été constaté des dérégulations des

systèmes de neurotransmission sérotoninergiques (5-HT), noradrénergiques (NA) et

dopaminergiques (DA) cérébraux (Dursun et al., 2001; Ressler and Nemeroff, 1999, 2000;

Schildkraut, 1995). La dépression est aussi associée à des variations d’expression des

différents sous-types de récepteurs, dont les récepteurs 5-HT et en particulier 5HT1A, 5HT1D,

5HT2A, 5HT2C, 5HT6 et 5HT7 (Arango et al., 1995; Escriba et al., 2004; Mann et al., 1999;

Pauwels, 2000).

D’importantes modifications de la fonction immunitaire ont également été mises en

évidence chez des patients atteints de dépression majeure. On observe une augmentation des

concentrations plasmatiques des cytokines inflammatoires : IL-1β, IL-2, TNFα et IL-6

libérées par les macrophages activés et l’IFNγ par les lymphocytes T (Frommberger et al.,

1997; Levine et al., 1999; Maes, 1995; Seidel et al., 1995) et cette augmentation est également

observée dans le liquide céphalorachidien des patients souffrant de troubles dépressifs (Levine

et al., 1999). De plus, cette augmentation de la libération de cytokines est corrélée avec la

sévérité des symptômes psychiatriques dont, entre autres, l’humeur dépressive (Maes et al.,

1999). Toutes ces données permettent donc de formuler une hypothèse cytokinergique de la

dépression.

L’hétérogénéité des symptômes de la dépression rend difficile la réalisation de

modèles reproduisant ces désordres chez l’animal et aucun modèle simple ne peut mimer tous

39

les aspects de cette pathologie chez le rongeur. Toutefois plusieurs comportements et

symptômes caractérisant la dépression humaine, telles que l’anhédonie ou la résignation ont

pu être reproduits chez le rongeur (Cryan and Mombereau, 2004). Dans le test de nage forcée

mis au point par Porsolt (FST pour forced swim test), l’utilisation d’antidepresseurs sur des

souris a permis d’inhiber le comportement de résignation des animaux, faisant alors de ce test

un bon modèle d’évaluation des troubles de type dépressif. Le FST consiste à placer le

rongeur dans un cylindre rempli d’eau d’où il ne peut s’échapper et où l’on distingue le temps

passé par l’animal à nager et se débattre du temps où il reste immobile (Porsolt et al., 1977). Il

existe également un autre paradigme expérimental où l’animal est suspendu par la queue TST

(pour tail suspension test) et où l’on discrimine le temps passé par l’animal à essayer de se

retourner du temps où il reste immobile (Steru et al., 1985). Dans ces deux tests, le temps que

les animaux passent immobiles peut être interprété comme un comportement de résignation.

De plus l’utilisation d’antidépresseurs reverse cette immobilité aussi bien dans le FST (Porsolt

et al., 1977) que dans le TST (Steru et al., 1985).

L’administration périphérique de LPS ainsi que d’IL-1β induit une augmentation du

temps d’immobilité des souris dans le TST et le FST (Dunn and Swiergiel, 2005). Cependant

il est important de noter que, lors de ces expériences, les tests comportementaux ont été

réalisés dans les deux heures suivant la stimulation immune, ne permettant pas de dissocier

l’effet du LPS sur le comportement de résignation de son impact global sur l’activité

locomotrice. Au laboratoire, Frenois et collaborateurs ont récemment montré que 24 h après

l’administration ip de LPS, les souris qui ont retrouvé leur activité locomotrice de base,

présentent des troubles de type dépressif se traduisant par une augmentation du temps

d’immobilité dans le FST et le TST (Frenois et al., 2007). De plus le blocage de l’activation

microgliale par l’administration de minocycline inhibe les troubles de type dépressif induit

par le LPS dans ces deux tests (O'Connor et al., 2008).

L’IL-6 pourrait jouer un rôle dans la survenue des troubles de l’humeur. Il a été

montré que des souris IL-6 KO présentent moins de symptômes dépressifs dans le FST et le

TST (Chourbaji et al., 2006). Cependant, une autre étude ne montre aucune différence de

comportement entre les souris IL-6 KO et les témoins dans le FST et le TST. Mais un FST

réalisé une heure après l’injection d’IL-6 recombinant démontre la mise en place de troubles

de type dépressif associée à l’augmentation de l’expression hypothalamique d’IL-6 endogène

(Matsumoto et al., 2006). Enfin, l’inactivation du gène du TNFα chez des souris

40

StimulusStimulusStimulusStimulus

Organes sensorielsOrganes sensorielsOrganes sensorielsOrganes sensoriels

MMMMéééémoire sensoriellemoire sensoriellemoire sensoriellemoire sensorielle(msec. (msec. (msec. (msec. ----1 sec.)1 sec.)1 sec.)1 sec.)

MMMMéééémoire moire moire moire àààà court termecourt termecourt termecourt terme(<1 min.)(<1 min.)(<1 min.)(<1 min.)

MMMMéééémoire moire moire moire àààà long termelong termelong termelong terme(jours, mois, ann(jours, mois, ann(jours, mois, ann(jours, mois, annéééées)es)es)es)

perceptionperceptionperceptionperception

attentionattentionattentionattention

rrrrééééppppéééétitiontitiontitiontition OubliOubliOubliOubli

Figure 3 : Les diffFigure 3 : Les diffFigure 3 : Les diffFigure 3 : Les difféééérents types de mrents types de mrents types de mrents types de méééémoire moire moire moire

StimulusStimulusStimulusStimulus

Organes sensorielsOrganes sensorielsOrganes sensorielsOrganes sensoriels

MMMMéééémoire sensoriellemoire sensoriellemoire sensoriellemoire sensorielle(msec. (msec. (msec. (msec. ----1 sec.)1 sec.)1 sec.)1 sec.)

MMMMéééémoire moire moire moire àààà court termecourt termecourt termecourt terme(<1 min.)(<1 min.)(<1 min.)(<1 min.)

MMMMéééémoire moire moire moire àààà long termelong termelong termelong terme(jours, mois, ann(jours, mois, ann(jours, mois, ann(jours, mois, annéééées)es)es)es)

perceptionperceptionperceptionperception

attentionattentionattentionattention

rrrrééééppppéééétitiontitiontitiontition OubliOubliOubliOubli

Figure 3 : Les diffFigure 3 : Les diffFigure 3 : Les diffFigure 3 : Les difféééérents types de mrents types de mrents types de mrents types de méééémoire moire moire moire

transgéniques diminue le temps d’immobilité dans le FST, indiquant une possible action

dépressogène du TNFα endogène (Yamada et al., 2000).

Ainsi là encore, la présence de cytokines dans le cadre d’une immunothérapie ou

d’une pathologie à composante inflammatoire pourrait être un facteur favorisant le

developpement de troubles de l’humeur.

2222.... Cytokines etCytokines etCytokines etCytokines et troubles cognitifs troubles cognitifs troubles cognitifs troubles cognitifs

aaaa)))) La mémoireLa mémoireLa mémoireLa mémoire

L'apprentissage est un processus permettant de conserver des informations acquises,

des états affectifs et des impressions capables d'influencer le comportement. L'apprentissage

est la principale activité du cerveau, c'est-à-dire modifier constamment sa structure pour

mieux refléter les expériences rencontrées. On peut dire aussi que l'apprentissage correspond

à l'encodage, première étape du processus de mémorisation. Son résultat, la mémoire, est la

persistance de données autobiographiques aussi bien que de connaissances générales.

41

La mémoire n'est toutefois pas entièrement fidèle et subit des transformations suite aux

reconstructions tributaires du traitement en parallèle de l'information dans le cortex.

La mémoire sensorielle est la mémoire automatique, fruit de nos capacités perceptives,

s'évanouissant généralement en moins d'une seconde (Haenschel et al., 2005).

La mémoire à court terme dépend de l'attention portée aux éléments de la mémoire

sensorielle. Elle permet de garder en mémoire une information pendant moins d'une minute

environ et de pouvoir la restituer pendant ce délai (Cowan, 2008).

La mémoire de travail est un système de mémoire active qui s'occupe à la fois du traitement

et du maintien des informations à court terme. Elle serait donc plus largement impliquée dans

des processus faisant appel à un raisonnement, comme lire, écrire ou calculer par exemple

(Baddeley, 2000). La mémoire de travail serait constituée de plusieurs systèmes indépendants,

ce qui impliquerait que nous ne sommes pas conscients de toute l'information qui y est

stockée à un instant donné. Le cortex préfrontal joue un rôle primordial dans la mémoire de

travail. Il permet de maintenir disponibles certaines données nécessaires au raisonnement en

cours. Pour ce faire, il doit coopérer avec plusieurs autres aires corticales desquelles il

récupère de l'information pour de brèves périodes. Le destin de cette information, autrement

dit son passage vers une mémoire à plus long terme dépend probablement de la mise en jeu du

système limbique (Cowan, 2008).

La mémoire à long terme comprend la mémoire des faits récents, où les souvenirs sont

encore fragiles, et la mémoire des faits anciens, où les souvenirs ont été consolidés. Elle peut

être schématisée comme la succession dans le temps de 3 grands processus de base :

l'encodage, le stockage et la restitution (ou récupération) des informations (Cowan, 2008).

L'encodage vise à donner un sens à la chose à remémorer. De la profondeur de l'encodage,

donc de l'organisation des données, dépendra l'efficacité de la récupération. Une information,

même bien encodée, est toujours sujette à l'oubli. Le stockage peut être considéré comme le

processus actif de consolidation rendant les souvenirs moins vulnérables à l'oubli. C'est cette

consolidation qui différencie le souvenir des faits récents du souvenir des faits anciens qui,

eux, sont associés à un plus grand nombre de connaissances déjà établies (Miller and Matzel,

2000). Finalement, la restitution des souvenirs, volontaires ou non, fait appel à des

mécanismes actifs qui vont utiliser les indices de l'encodage. L'information est alors copiée

temporairement de la mémoire à long terme dans la mémoire de travail pour être utilisée. Plus

un souvenir sera codé, élaboré, organisé, structuré, plus il sera facile à retrouver. Si la

mémoire à long terme peut être subdivisée en mémoire explicite et implicite, et même si cette

dernière peut être subdivisée à son tour en différents types de mémoire, il ne faut pas perdre

42

de vue que la mémoire humaine constitue une association de différents sous-systèmes en

constante interaction (Figure 3).

Les recherches récentes apportent une image complexe et très intriquée des fonctions

mnésiques et de leur localisation. L'hippocampe, les lobes temporaux, de même que les

structures du système limbique qui leur sont reliées, sont essentiels à la consolidation de la

mémoire à long terme (Gluck et al., 2003). Aucun neurone isolé ne contient en lui-même

l'information nécessaire à la restitution d'un souvenir. La trace mnésique est plutôt latente, ou

encore virtuelle, dans la mesure où son existence ne peut être mise en évidence que lorsqu'un

réseau de plusieurs neurones interconnectés est activé. L'association des ces groupes de

neurones corticaux répartis dans différentes aires cérébrales est rendue possible par certains

réseaux de neurones pré-câblés pour accomplir cette tâche. Parmi eux, les circuits de la

formation hippocampique, impliqués dans l'établissement de la mémoire explicite à long

terme, sont certainement les mieux connus de tous (Wirth et al., 2003).

L'information en provenance des cortex associatifs visuels, auditifs ou somatiques

parvient d'abord à la région parahippocampique du cortex, puis passe au cortex enthorinal et

finalement à l'hippocampe. À travers celui-ci, l'information va passer successivement à travers

trois régions distinctes. En effet, l'hippocampe proprement dit est fait des régions pourvues de

neurones pyramidaux étroitement groupées, principalement les aires CA1, CA2 et CA3. C'est

ce que l'on appelle le circuit ou la boucle trisynaptique de l'hippocampe. C'est dans ces

synapses que la mémoire spatiale associée à l'hippocampe semble être encodée (Winters et al.,

2008). Cette région démontre aussi une forte propension à la potentialisation à long terme

(PLT), bien que l'on observe ce phénomène à plusieurs autres endroits dans l'hippocampe

ainsi que dans le cortex (Abraham and Williams, 2008).

bbbb)))) Les troublesLes troublesLes troublesLes troubles Les individus en proie à une infection présentent des altérations de divers processus

cognitifs allant de l’attention à la mémoire. Ainsi, les individus atteints de maladies

infectieuses (grippe ou rhume) induites expérimentalement ou non, présentent des altérations

des performances psychomotrices ainsi que des déficits des processus d’attention sélective

permettant de se concentrer sur un stimulus particulier et de négliger les stimuli non pertinents

(Smith et al., 1987a; Smith et al., 1987b). Des sujets étudiés lors d’un épisode grippal

présentent des performances mnésiques significativement plus faibles que celles des sujets

sains (Capuron et al., 1999). De plus, l’administration d’endotoxine bactérienne à des sujets

43

volontaires provoque une diminution des performances mnésiques associées à la mémoire

déclarative et non-déclarative, qui est corrélée à l’augmentation des taux circulants de

cytokines dont l’IL-6 et le TNFα (Reichenberg et al., 2001; Yirmiya et al., 2000). Dans une

autre étude, l’injection par voie intraveineuse d’une faible dose d’endotoxine ne provoque pas

d’altération mnésique significative, mais le taux plasmatique d’IL-6 est inversement corrélé à

la performance de mémoire déclarative (Krabbe et al., 2005).

Plusieurs tests comportementaux permettant de mesurer les performances cognitives

chez l’animal ont été utilisés afin d’étudier l’impact des cytokines inflammatoires sur les

processus cognitifs. Ainsi, il est possible d’étudier la mémoire spatiale des rongeurs en se

basant sur l’attirance des rongeurs pour la nouveauté, un comportement spontané qui les

amène à explorer préférentiellement les endroits les moins familiers (Conrad et al., 1996;

Dellu et al., 1992). L’animal est placé dans un labyrinthe composé de trois bras identiques

disposés en forme de Y (Y maze). Au cours d’une première phase d’acquisition, un des bras

du Y est aléatoirement fermé, de façon à ce que l’animal explore seulement les deux bras

restants. Apres un intervalle de rétention de durée variable, les animaux sont replacés dans le

labyrinthe avec cette fois-ci un accès libre à l’ensemble des bras. Des indices spatiaux

permettent à l’animal d’établir une représentation spatiale afin de distinguer les bras qui sont

strictement identiques, ce qui nécessite la mise en jeu de l’hippocampe (Conrad et al., 1996).

Les animaux ayant identifiés dans l’espace les bras explorés durant l’acquisition explorent

préférentiellement le bras nouveau (Dellu et al., 1992). Il a récemment été montré que cette

tâche mnésique de reconnaissance spatiale est altérée par l’administration périphérique de

LPS 24 h avant le test (Noble et al., 2007), mais la dose de LPS utilisée (250µg/souris)

induisait un choc sceptique. Il est donc difficile de differencier l’effet du choc sceptique sur

l’activité locomotrice de l’effet sur la cognition. Le rôle des cytokines dans des conditions

d’inflammation plus modérée, comme dans le cas d’une inflammation chronique à bas bruit,

reste donc à élucider.

Il existe d’autres tests permettant d’évaluer la mémoire implicite ou explicite, comme

le test du labyrinthe aquatique de Morris qui permet d’évaluer une forme de mémoire

explicite relationnelle impliquant l’hippocampe (Morris et al., 1982) ou encore la mémoire de

travail en modifiant le paradigme du test (Sparkman et al., 2005). Mais le Y maze est un test

très peu stressant pour les animaux et ne necessitant pas d’apprentissage, ce qui en fait un test

efficace et pertinent.

44

Un des mécanismes pouvant expliquer l’action des cytokines cérébrales sur les

performances cognitives est leur action sur la plasticité synaptique. L’hippocampe est le

siège de phénomènes importants de plasticité synaptique. La potentialisation à long terme

(PLT) semble en particulier jouer un rôle essentiel dans les processus d’apprentissage et de

mémoire. La PLT désigne l’augmentation de la réponse synaptique consécutive à la

stimulation haute fréquence des fibres afférentes (Bear and Malenka, 1994; Jeffery and

Morris, 1993). Il a été montré que l’administration d’IL-1β au sein de tranches d’hippocampe

altère la PLT au niveau des champs CA1 (Bellinger et al., 1993) et CA3 de l’hippocampe

(Katsuki et al., 1990), ainsi qu’au niveau du gyrus dentelé où cet effet est de plus bloqué par

l’IL1-ra (Cunningham et al., 1996). Il a de plus été montré in vivo que l’administration d’IL-

1β par voie icv inhibe la PLT dans le gyrus dentelé (Murray and Lynch, 1998). L’injection

systémique de LPS altère également la PLT probablement via l’IL-1β puisque celle-ci

augmente au niveau hippocampique suite au LPS et que l’effet du LPS est fortement atténué

chez les souris transgéniques dépourvues du récepteur de l’IL-1 de type 1 (Kelly et al., 2003).

Le TNFα affecte également la plasticité synaptique puisque l’administration de TNFα au sein

d’une tranche d’hippocampe inhibe la PLT au niveau du champ CA1 (Tancredi et al., 1992) et

du gyrus dentelé de façon similaire à l’effet de l’IL-1β et du LPS (Cunningham et al., 1996).

Enfin, un effet inhibiteur de l’IL-6 sur la PLT est rapporté par plusieurs travaux. L’incubation

de tranches d’hippocampe avec de l’IL-6 entraîne une inhibition de la PLT au niveau du

champ CA1 (Li et al., 1997; Tancredi et al., 2000). Les souris transgéniques surexprimant

l’IL-6 au niveau cérébral présentent une réduction de la PLT dans le gyrus dentelé (Bellinger

et al., 1995).

Une activation chronique du réseau de cytokines peut également être à l’origine de

troubles cognitifs. Une des premières études cliniques sur les effets secondaires des

traitements par les cytokines montre que la moitié des patients atteints de cancers métastasés

recevant de l’IL-2 par voie intraveineuse présente après 3 mois une détérioration des

performances cognitives mesurée lors de tests psychométriques (Denicoff et al., 1987). Ces

altérations cognitives se traduisent par une augmentation du temps de réaction, une baisse de

la vigilance et de la performance dans la reconnaissance d’images (Walker et al., 1996). Des

patients traités par l’IFNα présentent des difficultés dans la réalisation de tâches logiques

impliquant la mémoire verbale, une baisse de performance en calcul et en écriture et une

altération de la rapidité de traitement de l’information et/ou des fonctions exécutives alors que

des améliorations sont observées dès l’arrêt du traitement (Poutiainen et al., 1994; Pavol et al.,

45

1995; Scheibel et al., 2004). Sous l’effet d’un traitement conjoint par l’IFNα et l’IL-2 ou par

l’IL-2 seule, il a été observé des perturbations de la mémoire de travail et de la planification

de tâches (Capuron et al., 2001).

Résumé

L’anxiété et la dépression sont des pathologies psychiatriques multifactorielles

associant symptômes psychiques et somatiques

Les troubles de la mémoire sont des phénomènes complexes du fait de l’existence de

différents types de mémoire.

La présence de cytokines inflammatoires dans le cadre d’une immunothérapie ou

d’une pathologie à composante inflammatoire serait un facteur favorisant le developpement

de troubles de l’humeur et de la cognition.

3333.... Mécanismes potentiellement impliquésMécanismes potentiellement impliquésMécanismes potentiellement impliquésMécanismes potentiellement impliqués

aaaa)))) Implication de l’IDOImplication de l’IDOImplication de l’IDOImplication de l’IDO

Le L-tryptophane (Trp) est le moins abondant des acides aminés essentiels chez les

mammifères. Le tryptophane est utilisé pour la synthèse des protéines (plus de 95%), mais

également pour la synthèse de sérotonine (5-HT), un des systèmes de neurotransmission

perturbés au cours de la symptomatologie dépressive. Seule une faible concentration du Trp

provenant de l’alimentation est convertie en 5-HT. Outre la voie métabolique conduisant à la

5-HT, la majeure partie du Trp est catabolisée sous l’influence de la tryptophane 2-3-

dioxygénase (ou TDO) et de l’indoléamine 2,3-dioxygénase (ou IDO) en kynurenine (Kyn)

(Moroni, 1999; Schwarcz and Du, 1991; Stone, 1993) (Figure 4). Ces enzymes pourraient

être impliquées dans la mise en place des troubles décrits précédemment.

La voie de la kynurénine est la voie majoritaire de métabolisation non protéique du

Trp (Takikawa et al., 1986). La première étape de cette dégradation permet la formation de N-

formylkynurénine convertie ensuite en L-kynurénine, précurseur de l’acide nicotinique ainsi

que de l’acide xanthurénique (Grohmann et al., 2003; Schwarcz and Du, 1991). A terme, la

voie de la kynurénine permet la production du coenzyme ubiquitaire, le nicotinamide adénine

46

dinucléotide (NAD), impliqué dans un grand nombre de réactions cellulaires et

particulièrement essentiel lors de la synthèse d’adénosine triphosphate (ATP) (Figure 5).

Sang

SNC

BHE

LLLL----TryptophaneTryptophaneTryptophaneTryptophane

LLLL----TryptophaneTryptophaneTryptophaneTryptophane

5555----HT PHT PHT PHT P LLLL----KynurenineKynurenineKynurenineKynurenine

SSSSéééérotoninerotoninerotoninerotonine

L-tryptophane décarboxylase

Décarboxylase

Stimuliimmun

Cytokines Inflammatoires

IDO

Figure 4 : Les voies de catabolisme du TryptophaneFigure 4 : Les voies de catabolisme du TryptophaneFigure 4 : Les voies de catabolisme du TryptophaneFigure 4 : Les voies de catabolisme du Tryptophane

Sang

SNC

BHEBHE

LLLL----TryptophaneTryptophaneTryptophaneTryptophane

LLLL----TryptophaneTryptophaneTryptophaneTryptophane

5555----HT PHT PHT PHT P LLLL----KynurenineKynurenineKynurenineKynurenine

SSSSéééérotoninerotoninerotoninerotonine

L-tryptophane décarboxylase

Décarboxylase

Stimuliimmun

Cytokines Inflammatoires

IDO

Figure 4 : Les voies de catabolisme du TryptophaneFigure 4 : Les voies de catabolisme du TryptophaneFigure 4 : Les voies de catabolisme du TryptophaneFigure 4 : Les voies de catabolisme du Tryptophane

47

LLLL----TryptophaneTryptophaneTryptophaneTryptophane LLLL----KynurKynurKynurKynurééééninenineninenine Acide Acide Acide Acide AnthraniliqueAnthraniliqueAnthraniliqueAnthranilique

Acide KynurAcide KynurAcide KynurAcide Kynurééééniqueniqueniquenique 3333----HydroxykynurenineHydroxykynurenineHydroxykynurenineHydroxykynurenine Acide 3Acide 3Acide 3Acide 3----HydroxyanthraniliqueHydroxyanthraniliqueHydroxyanthraniliqueHydroxyanthranilique

Acide QuinoliniqueAcide QuinoliniqueAcide QuinoliniqueAcide QuinoliniqueNADNADNADNAD Acide Acide Acide Acide PicoliniquePicoliniquePicoliniquePicolinique

IDOTDO Kynureninase

KYN-ase

Kynurenine aminotransferaseKAT 1/2

Kynurenine hydroxylaseKYNOH-ase

3-hydroxyanthranilate 3,4 dioxygenase3-HAO

KYN-ase

Picolinic carboxylasePIC-ase

Quinolinate phosphoribosyl-transferaseQPRT-ase

Figure 5 : La voie de la Figure 5 : La voie de la Figure 5 : La voie de la Figure 5 : La voie de la KynurenineKynurenineKynurenineKynurenine

LLLL----TryptophaneTryptophaneTryptophaneTryptophane LLLL----KynurKynurKynurKynurééééninenineninenine Acide Acide Acide Acide AnthraniliqueAnthraniliqueAnthraniliqueAnthranilique

Acide KynurAcide KynurAcide KynurAcide Kynurééééniqueniqueniquenique 3333----HydroxykynurenineHydroxykynurenineHydroxykynurenineHydroxykynurenine Acide 3Acide 3Acide 3Acide 3----HydroxyanthraniliqueHydroxyanthraniliqueHydroxyanthraniliqueHydroxyanthranilique

Acide QuinoliniqueAcide QuinoliniqueAcide QuinoliniqueAcide QuinoliniqueNADNADNADNAD Acide Acide Acide Acide PicoliniquePicoliniquePicoliniquePicolinique

IDOTDO Kynureninase

KYN-ase

Kynurenine aminotransferaseKAT 1/2

Kynurenine hydroxylaseKYNOH-ase

3-hydroxyanthranilate 3,4 dioxygenase3-HAO

KYN-ase

Picolinic carboxylasePIC-ase

Quinolinate phosphoribosyl-transferaseQPRT-ase

LLLL----TryptophaneTryptophaneTryptophaneTryptophane LLLL----KynurKynurKynurKynurééééninenineninenine Acide Acide Acide Acide AnthraniliqueAnthraniliqueAnthraniliqueAnthranilique

Acide KynurAcide KynurAcide KynurAcide Kynurééééniqueniqueniquenique 3333----HydroxykynurenineHydroxykynurenineHydroxykynurenineHydroxykynurenine Acide 3Acide 3Acide 3Acide 3----HydroxyanthraniliqueHydroxyanthraniliqueHydroxyanthraniliqueHydroxyanthranilique

Acide QuinoliniqueAcide QuinoliniqueAcide QuinoliniqueAcide QuinoliniqueNADNADNADNAD Acide Acide Acide Acide PicoliniquePicoliniquePicoliniquePicolinique

IDOTDO Kynureninase

KYN-ase

Kynurenine aminotransferaseKAT 1/2

Kynurenine hydroxylaseKYNOH-ase

3-hydroxyanthranilate 3,4 dioxygenase3-HAO

KYN-ase

Picolinic carboxylasePIC-ase

Quinolinate phosphoribosyl-transferaseQPRT-ase

Figure 5 : La voie de la Figure 5 : La voie de la Figure 5 : La voie de la Figure 5 : La voie de la KynurenineKynurenineKynurenineKynurenine

La formation de la N-formylkynurénine à partir du Trp fut tout d’abord observée dans

des extraits de foie et attribuée à une enzyme, la tryptophane pyrrolase (Kotake and

Masayama, 1936). Elle est par la suite décrite comme un système peroxydase-oxydase,

possédant une haute spécificité pour l’isomère L-Trp (Tanaka and Knox, 1959). Alors appelée

TDO, cette hémoprotéine initie le catabolisme du Trp par le clivage oxydatif de son noyau

indole. Exclusivement mesurée dans le foie (Knox and Auerbach, 1955), l’activité de la TDO

est augmentée en quelques heures après administration de Trp, ainsi que par les

glucocorticoïdes, alors qu’elle est inhibée par l’administration de certains anti-dépresseurs

(Badawy and Evans, 1981; Knox and Auerbach, 1955). Cependant, la découverte de la

présence de D-kynurénine dans les urines de lapins nourris avec du D-Trp par Kotake et Ito,

en 1937, a suggéré la présence d’une enzyme au sein des tissus extra-hépatiques (Higuchi and

Hayaishi, 1967). Purifiée à partir d’intestin grêle de lapin, cette hémoprotéine permettrait la

conversion du D-Trp en formyl-D-kynurénine en catalysant le clivage oxydatif du noyau

indole du D-Trp (Higuchi and Hayaishi, 1967; Yamamoto and Hayaishi, 1967).

Contrairement à la TDO, cette enzyme n’est pas spécifique du D-Trp, mais est aussi

capable de métaboliser le L-Trp, ainsi que d’autres indoléamines telles que la tryptamine ou la

5-HT (Yamamoto and Hayaishi, 1967; Shimizu et al., 1978). Du fait de sa large spécificité de

substrats, elle fut alors appelée l’indoléamine 2,3-dioxygénase ou IDO (Hirata et al., 1975).

Contrairement à la TDO, l’IDO est largement distribuée au sein des tissus extra-hépatiques

48

des mammifères tels que l’intestin et le colon, la rate, les reins, l’estomac, les poumons, ainsi

que le cerveau (Hayaishi et al., 1975). Au niveau cellulaire, l’IDO est fortement exprimée,

chez l’homme et le rongeur, par les cellules dendritiques et les macrophages, ainsi que par les

cellules endothéliales cérébrales, les astrocytes, la microglie et les neurones (Carlin et al.,

1989; Guillemin et al., 2005b; Kwidzinski et al., 2005). Son activité n’est pas influencée par

le Trp alors que sa synthèse de novo est stimulée par des agents activant la production de

cytokines tel que le LPS (Hayaishi and Yoshida, 1978; Yoshida and Hayaishi, 1978). Ainsi,

l’IFN γ produit au sein des macrophages et des cellules dendritiques va induire l’activation de

l’IDO (Byrne et al., 1986; Koide and Yoshida, 1994; Taylor and Feng, 1991; Williams et al.,

2008). De plus, il a été montré au sein du laboratoire qu’hormis l’IFNγ, le TNFα semble

impliqué dans l’activation cérébrale de l’IDO. Le rôle d’autres cytokines comme l’IL-6 reste

encore à élucider.

Bien que la TDO hépatique représente la voie majoritaire de dégradation du Trp en

conditions physiologiques, l’IDO jouerait un rôle essentiel dans la modulation des

concentrations en Trp nécessaires au bon fonctionnement de l’organisme en conditions

inflammatoires. En effet, en conditions physiopathologiques, son activation par le système

immunitaire pourrait être responsable des variations de Trp au sein d’un grand nombre de

tissus du fait de sa distribution ubiquitaire et plus particulièrement au niveau cérébral, où

l’activation de l’IDO pourrait induire une déplétion en Trp suffisante pour être à l’origine

d’une perturbation du métabolisme de la 5-HT et ainsi participer à la mise en place de

troubles de l’humeur (Schiepers et al., 2005). Ainsi, l’IDO semble être un bon candidat dans

l’induction des troubles de l’humeur associés à une activation du système immunitaire.

En conditions inflammatoires, l’activation de l’IDO pourrait réduire de manière

suffisante les concentrations de Trp pour intervenir sur le fonctionnement 5-HT. Parmi les

effets cérébraux résultant d’un dysfonctionnement de la 5-HT, il est connu qu’une

hypoactivité des systèmes sérotoninergiques intervient très probablement chez les patients

déprimés et chez les maniaco-dépressifs (Owens and Nemeroff, 1994; van Praag, 1982). A

l’inverse, l’anxiété généralisée pourrait être associée à une exacerbation de la transmission 5-

HT cérébrale (Baldwin and Rudge, 1995; Chaouloff et al., 1999; Eison and Eison, 1994;

Handley and McBlane, 1993). Il a été montré par notre laboratoire l’existence d’altérations du

métabolisme du Trp périphérique et cérébral en relation avec des modifications

comportementales de type dépressif au cours de la réaction inflammatoire (Dantzer et al.,

2008). L’activation du système immunitaire agit au niveau du SNC et modifie l’activité

49

neuronale et la réponse neurochimique cérébrale. En condition aiguë, elle influence fortement

le métabolisme du Trp et le système 5-HT cérébral (O'Connor et al., 2008).

L’activation de l’IDO, tout en induisant une déplétion en Trp, va donc entrainer la

synthèse de kynurénine. Ce métabolite peut à son tour être métabolisé vers deux voies

différentes. La kynurénine-3-monooxygénase (KMO) convertit la kynurénine en radicaux

libres neurotoxiques producteurs de 3-hydroxykynurénine (3-OH KYN) qui sera ensuite

métabolisé en acide quinolinique (QUIN) excitotoxique. La kynurénine aminotransférase II

(KAT II) métabolise la kynurénine en acide kynurénique (KYNA), un composé

neuroprotecteur du fait de ses propriétés antagonistes des récepteurs NMDA (Connor et al.,

2008). La 3OH-KYN augmente l’activité des monoamines oxydases et de ce fait pourrait être

impliquée dans le developpement des troubles de l’humeur en diminuant indirectement les

taux de 5-HT. De plus, une production élevée de QUIN ou de 3OH-KYN a été observée dans

de nombreuses pathologies neurodégénatives à composante inflammatoire (Heyes et al., 1989;

Ogawa et al., 1992; Reynolds and Pearson, 1989).

Il a été montré que les cerveaux des patients atteints de maladie d’Alzheimer

présentent un métabolisme de la kynurénine élevé. Le blocage des récepteurs NMDA par la

KYNA pourrait être responsable de l’altération de la mémoire, de l’apprentissage et de la

cognition chez les patients atteints d’Alzheimer (Baran et al., 1999). Enfin, le système

serotoninergique semble impliqué dans le contrôle neurobiologique de l’apprentissage et de la

mémoire. Ainsi les récepteurs 5-HT(1A), 5-HT(4) et 5-HT(6) sont fortement associés à

l’apprentissage et la mémoire (King et al., 2008).

bbbb)))) Implication de l’axe HPAImplication de l’axe HPAImplication de l’axe HPAImplication de l’axe HPA Les cytokines inflammatoires activent l’axe corticotrope, ce qui conduit à la libération

des hormones glucocorticoïdes (Matta et al., 1993; van der Meer et al., 1996). L’activation de

l’axe corticotrope est associée à l’apparition de troubles anxieux impliquant une action

centrale de la CRH ainsi que des glucocorticoïdes (Korte, 2001; Owens and Nemeroff, 1991).

Il pourrait donc participer à l’action des cytokines sur les troubles de l’humeur observés lors

d’une activation du système immunitaire. En effet, l’administration de LPS ou d’IL-1β par

voie ip induit une augmentation des taux plasmatiques d’ACTH et de corticostérone,

s’accompagnant d’une diminution d’exploration des bras ouverts de l’EPM ou du

compartiment fortement éclairé dans la « light/dark box » traduisant un état d’anxiété

(Lacosta et al., 1998, 1999). Enfin, l’injection d’IL-1β par voie icv induit une augmentation

50

de la corticostérone plasmatique qui s’accompagne d’une augmentation du comportement de

type anxieux dans l’EPM chez le rat (Connor et al., 1998).

Dans le cadre de la dépression, l’implication de l’axe HPA semble également être

démontrée. En effet, il a pu être observé une hyperactivité de l’axe HPA chez les patients

dépressifs (Strohle and Holsboer, 2003). En effet, ces patients présentent une augmentation

des taux plasmatiques et urinaires de cortisol, ainsi qu’une élévation marquée des

concentrations de CRH dans le liquide céphalo-rachidien (Banki et al., 1987; Maes, 1995). Le

cortisol étant incapable de freiner la production d’ACTH et de CRH, l’hypothèse d’un

dysfonctionnement du rétrocontrôle négatif de l’axe HPA dans la dépression a été suggérée

(Sheline, 2000 ; Pariante, 2003). Cette altération serait due à une réduction de la fonction des

récepteurs aux glucocorticoïdes (Modell et al., 1997; Pariante, 2004). De plus, il a été montré

que suite à la première injection d’IFNα lors d’un traitement immunothérapeutique, les

patients qui présentaient une réponse exacerbée de l’axe HPA en terme de sécrétion d’ACTH

et de cortisol étaient les sujets qui développaient par la suite des épisodes de type dépressif.

Ces mêmes conclusions ont été observées après l’induction d’un stress chez ces patients

(Capuron et al., 2003).

Enfin, dans le cas des pathologies d’Alzheimer, l’activation de l’axe HPA pourrait

participer au developpement de la maladie puisque l’hypercortisolémie présente lors de cette

pathologie serait associé à une atrophie de l’hippocampe (Pomara et al., 2003). De plus, lors

du vieillissement, l’élévation de la concentration de glucocorticoïdes circulants semble être

liée au developpement du déclin cognitif via les lésions qu’ils induiraient au niveau

hippocampique. Dans certaines conditions, l’utilisation d’inhibiteurs des glucocorticoïdes

apparait avoir une action thérapeutique (Pomara et al., 2003).

Résumé

Les troubles de l’humeur et de la cognition sont des symptômes souvent accompagnés

de modifications neurobiologiques telles qu’une hyperactivité de l’axe HPA, une dérégulation

du système 5-HT et une production accrue de cytokines inflammatoires.

Une diminution des taux de Trp ayant pour conséquence une réduction de la synthèse

de 5-HT pourrait indirectement être impliquée dans les troubles de l’humeur et de la

cognition.

51

L’IDO pourrait intervenir dans le developpement des troubles de l’humeur et de la

cognition en perturbant à la fois les systèmes sérotoninergiques, via la réduction des taux de

Trp disponibles, et glutamatergiques, en favorisant la production de composés neurotoxiques,

QUIN et 3-OH KYN.

L’activation de l’axe HPA et principalement la production exacerbée de

glucocorticoïdes pourrait également intervenir dans les troubles de l’humeur et de de la

cognition.

CCCC.... L’obésitéL’obésitéL’obésitéL’obésité Par leur synthèse et leur action dans le cerveau, les cytokines sont à l’origine de

modifications transitoires du comportement qui seraient une stratégie adaptative contribuant à

éliminer l’agent pathogène et à retourner à l’état d’équilibre initial. Mais dans certaines

situations comme une inflammation chronique, le comportement de maladie peut laisser place

à une situation de dysfonctionnement neuronal et au développement de troubles de l’humeur

et de la cognition. Dans ce contexte, l’obésité, en tant que situation inflammatoire à bas bruit,

pourrait permettre l’étude des implications physiopathologiques de l’altération de la

régulation des cytokines.

1111.... Définition Définition Définition Définition et caractérisationet caractérisationet caractérisationet caractérisation

L’obésité est devenue la première maladie non infectieuse de l’histoire. C’est une

véritable épidémie qui frappe aussi bien les pays industrialisés que les pays en voie de

développement. L’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) définit « le surpoids et l'obésité

comme une accumulation anormale ou excessive de graisse corporelle qui peut nuire à la

santé » et place actuellement sa prévention et sa prise en charge comme une priorité dans le

domaine de la pathologie nutritionnelle.

Le plus souvent, l'obésité est appréciée par le poids mais il faut noter qu'il n'y a pas de

stricte équivalence entre poids et obésité puisque dans le poids interviennent, outre la masse

grasse, le tissu osseux, l'eau et le muscle.

L'obésité est définie par l’Indice de Masse Corporelle (IMC). L'IMC est calculé en

divisant le poids de la personne par le carré de sa taille (kg/m²). Si l’indice est compris entre

25 et 30, on parle de surpoids. Lorsqu’il est supérieur ou égal à 30, l'individu est considéré

52

comme obèse. Au-delà de 40 kg/m², le patient présente une obésité morbide. On sait

également aujourd'hui que l'IMC n'est qu'un outil de mesure du rapport poids/taille et n'est pas

suffisant pour évaluer un risque de morbidité chez la personne obèse. Il existe donc d’autres

indicateurs de surpoids comme le rapport tour de taille/tour de hanches. Il doit être inférieur à

1 chez l'homme et à 0,85 chez la femme. Ces indices sont complémentaires puisque l’homme

et la femme ne présentent pas un profil de répartition de la masse graisseuse identique. En

effet, chez l'homme elle s'accumule généralement sur l'abdomen et le thorax où l’on parle

d’obésité androïde (en forme de pomme) tandis que la masse de graisse se repartit

préférentiellement sur les hanches et les cuisses chez la femme qui présente alors une obésité

gynoïde (en forme de poire) (Blouin et al., 2008) (Figure 6). On distingue alors trois types de

tissus adipeux de topographie différente : le tissu adipeux gynoïde qui prédomine à la partie

inférieure du corps au niveau des cuisses et des fesses, le tissu adipeux androïde sous-cutané

et viscéral. Ce tissu adipeux se localise au contraire à la partie supérieure du corps. Il est

caractérisé par une hypertrophie adipocytaire et une sensibilité lipolytique importante. Cette

topographie androïde avec surcharge adipeuse viscérale serait favorisée entre autre par une

augmentation du tonus sympathique et par l'hyperinsulinisme. Les complications

cardiovasculaires et métaboliques associées à l'obésité sont en rapport avec la distribution

androïde et le type viscéral de tissu adipeux. Celui-ci est doté d'une capacité sécrétrice, et les

adipokines libérées par le tissu adipeux viscéral peuvent directement ou indirectement

promouvoir l'apparition d'un diabète de type 2, d'une dyslipidémie ou d'une hypertension

artérielle. Ces facteurs de risque associés très directement à l'activité du tissu adipeux viscéral

vont favoriser la progression de l'athérosclérose et de ses complications (Pathak, 2007).

ObObObObéééésitsitsitsitéééé gynogynogynogynoïïïïdedededeou en forme de ou en forme de ou en forme de ou en forme de

poirepoirepoirepoire

ObObObObéééésitsitsitsitéééé androandroandroandroïïïïde de de de ou en forme de ou en forme de ou en forme de ou en forme de

pommepommepommepomme

Figure 6 : La rFigure 6 : La rFigure 6 : La rFigure 6 : La réééépartition de la masse grasse chez la femme et chez lpartition de la masse grasse chez la femme et chez lpartition de la masse grasse chez la femme et chez lpartition de la masse grasse chez la femme et chez l’’’’hommehommehommehomme

ObObObObéééésitsitsitsitéééé gynogynogynogynoïïïïdedededeou en forme de ou en forme de ou en forme de ou en forme de

poirepoirepoirepoire

ObObObObéééésitsitsitsitéééé androandroandroandroïïïïde de de de ou en forme de ou en forme de ou en forme de ou en forme de

pommepommepommepomme

Figure 6 : La rFigure 6 : La rFigure 6 : La rFigure 6 : La réééépartition de la masse grasse chez la femme et chez lpartition de la masse grasse chez la femme et chez lpartition de la masse grasse chez la femme et chez lpartition de la masse grasse chez la femme et chez l’’’’hommehommehommehomme

53

Dans le cas d’une obésité dite « modérée », les risques d’apparition de problèmes

comorbides, comme le diabète et l’hypertension, augmentent mais ces pathologies associées

ne sont pas forcément présentent chez ces sujets obèses. Quand on parle d’obésité morbide,

on voit apparaître une morbidité secondaire à différents types de complications telles que des

maladies cardio-vasculaires, de l’hypertension artérielle, une hypercholestérolémie ou un

diabète de type 2. Ce diabète de type 2 est non insulino-dependant contrairement au diabète

de type 1 qui lui est insulino-dependant. L’ensemble de ces symptômes constitue alors le

syndrome métabolique. D’autres pathologies peuvent également apparaître comme des apnées

du sommeil et des troubles respiratoires, des douleurs articulaires, des reflux gastro-

oesophagiens, des problèmes psychologiques et une infertilité (Basdevant et al., 2002).

Quelque soit la sévérité de l’obésité, le tissu adipeux va être à l’origine de la production

de cytokines inflammatoires. L’obésité va donc être associée à une situation inflammatoire

chronique à bas bruit (Clement et al., 2004; Cottam et al., 2004; Trayhurn and Wood, 2004).

Mais si l’obésité est à l’origine d’une situation inflammatoire chronique par la

production de cytokines inflammatoires par le tissu adipeux, d’autres hypothèses sont

proposées suggérant que l’écologie microbactérienne chez l’homme peut être un facteur

important affectant l’homéostasie énergétique. Ainsi, les individus prédisposés à développer

une obésité auraient une colonie bactérienne intestinale qui favoriserait l’occurrence de

maladies métaboliques (Backhed et al., 2004; Backhed et al., 2007; Ley et al., 2005). Mais

l’impact du microbiote sur le statut inflammatoire reste encore peu connu. De plus, il a

également été montré que certains traitements antibiotiques, en modifiant le microbiote

intestinal, protègent partiellement contre le développement de diabète de type 1, chez des rats

présentant une insulite (Brugman et al., 2006). Mais un des facteurs qui pourraient être

responsable de l’apparition et du maintien d’une inflammation lors de la consommation d’un

régime hyperlipidique est le lipopolysaccharide bactérien (LPS). Le LPS endogène est un

facteur continuellement produit par le tractus intestinal et transloqué à travers les capillaires

intestinaux par un mécanisme TLR4-dépendant. De plus, il est transporté jusqu’aux organes

cibles via les lipoprotéines, en particulier les chylomicrons synthétisés lors de la

consommation d’un régime hyperlipidique. Enfin le LPS est un agent inflammatogène qui

entraîne la sécrétion de cytokines proinflammatoires quand il se lie à son récepteur, le

complexe CD14/TLR4 présent à la surface des cellules de l’immunité innée (Neal et al.,

2006). De façon intéressante, il a été montré que la consommation d’un régime hyperlipidique

augmente de façon significative l’endotoxémie. En effet, la consommation pendant 4

semaines par des souris d’un régime hyperlipidique entraîne l’augmentation de la

54

concentration plasmatique de LPS dans une proportion deux à trois fois plus importante que

l’endotoxémie métabolique. De plus, la consommation d’un régime hyperlipidique modifie le

microbiote intestinal en favorisant le développement de bactéries Gram négatif (Cani et al.,

2007a). Mais si la consommation d’un régime riche en graisse augmente la concentration de

LPS plasmatique, une endotoxémie métabolique chronique expérimentalement induite

entraîne une obésité, un diabète et une insulino-resistance au niveau du foie (Cani et al.,

2007a). En effet, l’infusion sous-cutanée continue de LPS pendant 4 semaines chez la souris

entraîne une augmentation de la glycémie, une augmentation de l’insulinémie, une

augmentation du poids du tissu adipeux, du foie et de la souris, et enfin une augmentation de

l’expression de facteurs inflammatoires de façon similaire à ce qui est observé lors de la

consommation d’un régime riche en graisses (Cani et al., 2007b).

Ainsi, l’endotoxémie métabolique participe au contrôle du statut inflammatoire et peut

entraîner une prise de poids et un diabète. De plus les régimes hyperlipidiques modulent la

composition du microbiote intestinal et la concentration plasmatique de LPS, et par

conséquent l’endotoxémie métabolique. Enfin, les modifications du microbiote intestinal

semblent controler l’occurrence des maladies métaboliques en contrôlant l’endotoxémie

métabolique, l’inflammation et les pathologies associées via un mécanisme qui pourrait

impliquer la perméabilité intestinale (Cani et al., 2008).

Ainsi, l’obésité est fortement liée à l’inflammation, en tant que cause de la pathologie

mais également comme conséquence de la modification morphologique et fonctionnelle du

tissu adipeux. C’est cet aspect de la relation entre obésité et inflammation que nous allons

plus particulièrement étudié dans ce travail de thèse.

2222.... PrévalencePrévalencePrévalencePrévalence et cause et cause et cause et cause

D’après les dernières estimations mondiales de l’OMS pour 2005, environ 1,6

milliards d’adultes (âgés de 15 ans et plus) étaient en surpoids et au moins 400 millions

d’adultes étaient obèses. L’OMS prévoit en outre que d’ici 2015, quelques 2,3 milliards

d’adultes présenteront un surpoids et plus de 700 millions seront obèses. Au moins 20

millions d’enfants de moins de cinq ans étaient en surpoids en 2005.

Depuis les années 1990 l'élévation de la prévalence de l'obésité et du surpoids est très

importante: la prévalence de l'obésité passe de 5 à 10 % pour les hommes et de 6 à 10 % pour

55

les femmes entre 1992 et 2007. La France compte ainsi 6 millions d'adultes de moins de 65

ans obèses en 2007 (source : étude ObEpi issue d’une enquête réalisée auprès de 25 770

personnes âgées de plus de 15 ans) (Charles et al., 2008). Quant au surpoids, il touche

toujours beaucoup plus les hommes (35 %) que les femmes (21 %).

Si les différences de corpulence, et en particulier l'obésité, sont pour une part liées à

des facteurs génétiques, ces derniers ne peuvent expliquer cette brusque augmentation de la

corpulence, qui tient plus à des facteurs sociaux, économiques et culturels. En 2003, on

retrouve par exemple une nette sur-représentation des obèses chez les ménages les plus

pauvres par rapport aux plus aisés et l'écart a même légèrement augmenté (Thibaut de Saint

Pol, 2007).

Les causes de l’obésité sont bien évidemment nombreuses et multifactorielles. Tout

d’abord il est important de noter que pour la première fois dans l’histoire de l’humanité, une

grande proportion des humains peuvent s'alimenter à suffisance, voire se suralimenter ou

s'alimenter sans tenir compte de leurs besoins, alors que par le passé l’homme a toujours dû

vivre malgré les restrictions alimentaires et les famines (Corbeau, 1992). De plus, les modes

de vie ont changé et ont fait place à la sédentarité. La forte réduction de l'activité physique

due au développement des transports (voiture, transports en commun,...), des nouvelles

technologies (télécommandes, télévision, ordinateurs,...) ne permet pas d'équilibrer le bilan

énergétique. Il ne faut pas croire que l'abondance alimentaire a fatalement occasionné une

hausse des apports énergétiques qui expliquerait la pandémie de l'obésité. En effet, il a été

constaté à l'heure actuelle une baisse des apports énergétiques journaliers qui reste toutefois

supérieure aux dépenses énergétiques journalières. C'est ce dernier élément qui reste un

facteur d'obésité (Poulain, 2004).

La consommation d’aliments gras et sucrés en dehors des repas, le grignotage, est

également fortement responsable de la prise de poids d’une partie de la population mondiale.

L’industrie agroalimentaire a su créer des aliments addictifs présentant un fort index

glycémique qui sont consommés au détriment des fruits et légumes. Enfin, les sociétés

contemporaines sont sources de stress qui peut être à l’origine d’un comportement alimentaire

compensateur.

Mais l’obésité présente parfois aussi une origine génétique. Le rôle de l’hérédité est de

mieux en mieux connu : des gènes responsables ont été identifiés, qui interviennent sur la

production de leptine par les adipocytes. On a remarqué également l'influence des modes de

vie sur les facteurs génétiques. Notre corps a été habitué pendant des millénaires à faire face

56

au manque et la sélection naturelle aurait plutôt favorisé les personnes capables de stocker en

période d'abondance pour faire face aux périodes de disette. Paradoxalement, ces personnes

seraient aussi celles le moins adaptées à une abondance régulière. Mais cette théorie sur la

capacité de l’homme à créer des réserves de graisse en période de disette comme facteur ayant

permis la survie de l’espèce est actuellement controversée, puisqu’il apparaît que la pression

sélective se soit plutôt faite devant la capacité à fuir face aux agresseurs. Par ailleurs, avec une

même alimentation et une même pratique physique, la prise de masse varie selon les individus

et leur métabolisme.

3333.... Rappel sur la régulation alimeRappel sur la régulation alimeRappel sur la régulation alimeRappel sur la régulation alimentaire et les molécules mises en jeuntaire et les molécules mises en jeuntaire et les molécules mises en jeuntaire et les molécules mises en jeu

L’homéostasie énergétique met en jeu l’intégration d’informations par le cerveau, dont

la résultante est le maintien de paramètres énergétiques tels que le poids corporel dans des

conditions environnementales données. Pour cela, un comportement alimentaire finement

régulé est nécessaire. La principale fonction de ce comportement est d’assurer l’apport de

substrats énergétiques et de composés biochimiques nécessaires à l’ensemble des cellules de

l’organisme.

Le comportement alimentaire inclut au sens large la recherche, la sélection et le

stockage des aliments. L’épisode de prise alimentaire se déroule en trois phases : une phase

pré-ingestive caractérisée par une sensation de faim, une phase prandiale correspondant à la

prise alimentaire et au processus progressif de rassasiement, et enfin une phase post-prandiale,

caractérisée par un état de satiété dont la durée est variable et détermine l’intervalle entre les

repas.

L’homéostasie énergétique ou pondérale a longtemps été considérée comme

dépendante d’un contrôle par rapport à un point de consigne, tout comme l’est la température

corporelle. Cependant, les recherches de ces dernières années démontrent que ce modèle est

trop simpliste. En effet l’homéostasie pondérale de l’individu est soumise à de nombreux

facteurs faisant face, en plus des contraintes internes (stocks, dépenses énergétiques,…), à des

contraintes externes (difficulté d’accès aux ressources). Ces facteurs sont d’ordre écologique,

physiologique (reproduction, vieillissement), social ou métabolique (Collier, 1985; Havel,

2001; Woods and Seeley, 2000). Ils interviennent dans une régulation de l’ordre de jours à

plusieurs années. Parallèlement, un ensemble de signaux de rétrocontrôle est mis en jeu suite

57

à l’ingestion d’aliments (Smith, 2000). Ces signaux sont généralement des facteurs de satiété

à court terme, de nature nerveuse principalement, directement générés par la détection de

l’absorption d’aliments au cours du repas. La prise alimentaire ne serait donc pas régulée par

rapport à un point de consigne déterminée par la stricte adéquation entre apports et dépenses

énergétiques, mais plutôt par rapport à une zone de consigne déterminée par une multitude de

facteurs internes et environnementaux dans laquelle une marge de variation du poids corporel

et de la prise alimentaire est tolérée par l’organisme (Levitsky, 2002).

Le cerveau peut être considéré comme un lieu de convergence et d’intégration

d’informations métaboliques et sensorielles, dont la réponse en terme de régulation de la prise

alimentaire est également modulée par des facteurs émotionnels (Berthoud, 2002; Saper et al.,

2002). De ce fait, le cerveau est capable de trier et d’attribuer de multiples qualités

sensorielles à un acte d’ingestion alimentaire pour ajuster un ensemble de réponses motrices,

endocrines et végétatives dépendantes des dépenses énergétiques. Diverses expériences,

notamment basées sur des techniques de lésions, ont mis en évidence le rôle prépondérant de

l’hypothalamus et du tronc cérébral dans le contrôle de la prise alimentaire (Anand and

Brobeck, 1951). Ainsi le noyau du tractus solitaire (NTS), une large structure du tronc

cérébral qui reçoit des afférences sensorielles gustatives et viscérales, et le noyau arqué de

l’hypothalamus fonctionnent de façon coordonnée entre eux et le reste du système nerveux,

pour initier ou arrêter la prise alimentaire (Grill and Norgren, 1978). Le noyau arqué abrite

des circuits neuronaux soit orexigènes, soit anorexigènes capables de répondre de façon

opposée à un ensemble de stimuli métaboliques (Baskin et al., 1999;Elmquist et al., 1999).

Ainsi la leptine, l’hormone impliquée dans la sensation de satiété, joue un rôle anorexigène en

inhibant l’activité des neurones à neuropeptide Y (NPY) (Tatemoto et al., 1982) et à agouti-

related protein (AgRP) (Broberger et al., 1998) qui stimule la prise alimentaire et en activant

les neurones libérateurs d’α-melanocyte-stimulating hormone (α-MSH) (Mains et al., 1977).

En retour, ces circuits régulent l’activité d’un certain nombre de fonctions cérébrales

impliquées dans la régulation de la prise alimentaire. La balance entre la libération d’un

ensemble de peptides et de neurotransmetteurs orexigènes et anorexigènes va orienter

l’individu vers un état de satiété ou d’appétit (Figure 7).

58

((((1111)))) La leptineLa leptineLa leptineLa leptine

La leptine est une hormone peptidique de 16 kDa comportant 167 acides aminés et

dont la séquence est fortement conservée parmi différentes espèces chez les mammifères

(Gaucher et al., 2003). La structure de la leptine et de son récepteur est très proche de celle

des cytokines de la famille de l’IL-6 et de leurs récepteurs. Le gène codant pour la leptine est

nommé ob. La leptine régule le poids corporel en diminuant l’appétit et en augmentant les

dépenses énergétiques (Friedman and Halaas, 1998). Le récepteur de la leptine Ob-R, le

produit du gène db, est un membre de la famille des récepteurs de cytokines de classe I, qui

inclut gp-130, le récepteur des cytokines de la famille de l’IL-6 (Baumann et al., 1996). Par

épissage alternatif, au moins 5 transcrits différents sont produits à partir du gène db, nommés

Ob-Ra à Ob-Re (Fei et al., 1997). Les effets anorexigènes de la leptine sont dépendants du

récepteur Ob-Rb, dont la partie cytoplasmique est plus longue que celle de toutes les autres

isoformes (Halaas et al., 1995). Le récepteur Ob-Rb est retrouvé de manière abondante au

niveau de l’hypothalamus, qui est une région du cerveau jouant un rôle important dans le

contrôle de l’appétit. Les souris déficientes en leptine (ob/ob) ou en l’expression de la forme

Figure 7 : La prise alimentaireFigure 7 : La prise alimentaireFigure 7 : La prise alimentaireFigure 7 : La prise alimentaireFigure 7 : La prise alimentaireFigure 7 : La prise alimentaireFigure 7 : La prise alimentaireFigure 7 : La prise alimentaire

59

longue de son récepteur (db/db) présentent un phénotype d’obésité sévère, se caractérisant par

une augmentation de la prise alimentaire et une diminution des dépenses énergétiques (Zhang

et al., 1994). L’administration de leptine recombinante aux souris ob/ob corrige le phénotype

obèse, mais n’a aucun effet chez les souris db/db. L’injection de leptine à des souris normales

diminue la prise alimentaire. Les cas d’obésité génétique sont rares chez l’homme. Des cas

exceptionnels de déficit en leptine entrainent chez les patients un développement précoce de

l’obésité, associé une altération de la production d’hormones de croissance (Clement et al.,

1998; Strobel et al., 1998).

La leptine est produite de manière prépondérante par les adipocytes. Toutefois, la

synthèse de leptine a également été détectée au niveau de l’hypothalamus, de l’hypophyse (Jin

et al., 1999), du placenta, de l’estomac (Bado et al., 1998), du muscle (Wang et al., 1998) et à

un moindre degré dans d’autres tissus (Margetic et al., 2002). Les taux circulants de leptine

corrèlent avec l’importance de la masse grasse et par conséquent, les individus obèses

présentent des taux sériques de leptine plus élevés que les sujets minces (Considine et al.,

1996). Cette corrélation entre taux sériques de leptine et pourcentage de la masse grasse

suggère que pour la plupart, les patients obèses présentent une diminution de la sensibilité à la

leptine et non pas un défaut de production.

En plus de ses effets sur l’appétit et la consommation d’énergie, la leptine influence le

système endocrinien, la reproduction, l’agrégation plaquettaire, la formation osseuse et la

réponse immune (Ahima and Flier, 2000b; Fantuzzi and Faggioni, 2000; Konstantinides et al.,

2001; Takeda et al., 2002). Les souris ob/ob et db/db ne sont par conséquent pas seulement

obèses, mais présentent également de nombreuses anomalies hormonales, une augmentation

de la masse osseuse, une infertilité et des anomalies de l’hématopoïèse et de la réponse

immune (Ahima and Flier, 2000b; Fantuzzi and Faggioni, 2000; Konstantinides et al., 2001).

Chez les patients obèses, le déficit en leptine n’est pas seulement associé à une obésité

morbide, mais également à un hypogonadisme et à une susceptibilité accrue aux infections

(Ozata et al., 1999; Strobel et al., 1998).

Le rôle de la leptine dans la modulation de la réponse immune et inflammatoire a été

récemment décrit dans de nombreuses études. Le fait que la production de leptine soit

modifiée dans des modèles d’infection et d’inflammation suggère que la production de cette

hormone est contrôlée par la cascade des cytokines impliquée dans la réponse immune

(Faggioni et al., 2001; Pecoits-Filho et al., 2002). Comme d’autres membres de la famille de

60

l’IL-6, la leptine peut activer des réponses cellulaires par la stimulation de signaux de la voie

Janus Kinase/Signal transducer and activator of transcription (JAK/STAT) (Baumann et al.,

1996). La leptine peut induire l’expression de suppressor-of-cytokine signaling (SOCS)-3, qui

inhibe les signaux intra-cellulaires de STAT (Bjorbaek et al., 1998). La leptine peut

également stimuler deux autres voies de signalisation intra-cellulaires : phosphatidylinositol

3-kinase (PI3K) et mitogen-activated protein kinase (MAPK) (Martin-Romero and Sanchez-

Margalet, 2001). L’activation de ces différentes voies de signalisation intra-cellulaires est

caractéristique des effets des cytokines de la famille de l’IL-6 (Heinrich et al., 2003). La

leptine peut influencer les réponses inflammatoires en modulant la production de cytokines

pro- ou anti-inflammatoires et en induisant des signaux inhibiteurs intra-cellulaires, tels que

SOCS-3 (Xiao et al., 2003).

Plusieurs études ont montré que les taux circulants de leptine sont augmentés au cours

de processus infectieux et inflammatoires. L’expression du gène ob dans le tissu adipeux et

les taux circulants de leptine augmentent après l’administration de stimuli pro-inflammatoires

tels que l’administration systémique de LPS (Grunfeld et al., 1996). Le LPS peut stimuler in

vitro la production de leptine par les cellules mononucléées chez des primates mais également

chez des sujets sains (Landman et al., 2003). Le LPS ainsi que certains de ses médiateurs,

TNFα et l’IL-1, augmentent l’expression du transcrit codant pour la leptine dans le tissu

adipeux chez les rongeurs (Grunfeld et al., 1996). De plus, certains ont retrouvé une

diminution des taux plasmatiques de leptine chez des patients tuberculeux (van Crevel et al.,

2002). L’injection intraveineuse de staphylocoques dorés à des souris a également été suivie

d’une diminution des taux circulants de leptine (Hultgren and Tarkowski, 2001). Les souris

ob/ob, de même que des souris normales maintenues à jeun, présentent une susceptibilité

accrue à l’injection de LPS (Palmer and Gabay, 2003) ou plus directement de cytokines dont

le TNF-α (Takahashi et al., 1999). La réaction inflammatoire exacerbée induite par le LPS

peut être expliquée par la surproduction de cytokines inflammatoires qui n’est pas contre-

balancée par un taux suffisant de médiateurs anti-inflammatoires. Après administration de

LPS aux souris ob/ob, plusieurs auteurs ont constaté des taux circulants relativement bas de

cytokines anti-inflammatoires tels que IL-10 et IL-1Ra, contrastant avec des taux élevés de

cytokines pro-inflammatoires, incluant l’IL-12 et l’IFN-γ. En résumé, ces travaux indiquent

que la leptine pourrait avoir un rôle anti-inflammatoire en augmentant la production de

cytokines anti-inflammatoires tout en diminuant la synthèse de médiateurs pro-

inflammatoires.

61

Cependant, il est important de noter que les souris déficientes en leptine ou en son

récepteur présentent également des taux circulants élevés de corticostérone (Coleman and

Burkart, 1977; Guillaume-Gentil et al., 1990; Takeshita et al., 2000). Etant donné que les

glucocorticoïdes tels que la corticostérone, peuvent moduler la réponse immune et

inflammatoire (Goujon et al., 1996; Stenberg et al., 1990), les souris db/db permettent

également d’étudier l’implication de l’axe HPA dans la réponse inflammatoire associée à

l’obésité morbide.

((((2222)))) La ghrélineLa ghrélineLa ghrélineLa ghréline

La ghréline est un peptide de 28 acides aminés sécrété principalement par l'estomac au

niveau périphérique, mais également l'hypophyse et l'hypothalamus dans le cerveau.

Découverte en tant que ligand endogène du récepteur hypophysaire des sécrétagogues de

l'hormone de croissance (GHSs), outre son puissant effet libérateur de GH, elle joue

également un rôle important dans la régulation de la prise alimentaire et du poids à long

terme. Elle est à l'heure actuelle la seule hormone orexigène d’origine intestinale connue. La

concentration plasmatique de ghréline augmente rapidement avant chaque repas et diminue

tout aussi rapidement dès l'ingestion d'aliments (effet à court terme). La concentration basale

de ghréline plasmatique est inversement corrélée à l'importance des réserves énergétiques, elle

est plus faible chez l'obèse et plus élevée chez l'anorexique que chez le sujet sain. Elle

augmente avec un régime et diminue avec une prise de poids (effet à long terme). L'impact de

la ghréline sur la régulation de la balance énergétique passe par une activation des neurones

hypothalamiques du noyau arqué, sécréteurs des puissants neuropeptides anaboliques : le

NPY et l'AgRP. La ghréline apparaît comme la « coordinatrice » de la sécrétion de GH et de

la prise alimentaire afin d'assurer une croissance harmonieuse et la stabilité de la balance

énergétique (Tounian, 2005).

((((3333)))) La résistineLa résistineLa résistineLa résistine

A l’origine découverte comme étant le facteur responsable de l’insulinorésistance, la

résistine est une protéine de 114 acides aminés, principalement sécrétée par les adipocytes

(Steppan et al., 2001). Elle appartient à une famille de molécules riches en cystéine,

impliquées dans la régulation de l’inflammation (Holcomb et al., 2000). Son ARNm est

62

exprimé dans de nombreux tissus chez l’homme et la souris incluant le tissu adipeux,

l’hypothalamus, les muscles squelettiques, les glandes surrénales, la rate, le pancréas ou

encore le tractus gastrointestinal (Kusminski et al., 2005). Bien que la synthèse de sa protéine

semble être restreinte aux adipocytes chez la souris, d’autres types cellulaires tels que les

macrophages sont capables de produire la résistine chez l’homme. Ainsi, le traitement de

macrophages humains par le LPS ou par l’IL-1β, le TNFα et l’IL-6 augmente l’expression de

l’ARNm de la résistine, tandis que l’administration périphérique de LPS entraîne une

élévation marquée des taux de résistine sérique (Kaser et al., 2003; Lehrke et al., 2004). De

plus, la résistine stimule l’expression des cytokines inflammatoires incluant l’IL-1β, le TNFα,

l’IL-6 et l’IL-12 (Bokarewa et al., 2005; Silswal et al., 2005). Enfin, la résistine est fortement

exprimée en conditions inflammatoires chroniques telles que l’arthrite rhumatoïde (Kusminski

et al., 2005; Bokarewa et al., 2005). Bien que cette idée soit controversée, la résistine

semblerait donc être fortement impliquée dans la pathogenèse de l’obésité associée au diabète

de type II (Kim et al., 2001; Steppan et al., 2001; Fève et al., 2006).

4444.... Les conséquences de l’obésitéLes conséquences de l’obésitéLes conséquences de l’obésitéLes conséquences de l’obésité

aaaa)))) UneUneUneUne pathologie inflammatoire chronique à bas bruit pathologie inflammatoire chronique à bas bruit pathologie inflammatoire chronique à bas bruit pathologie inflammatoire chronique à bas bruit

((((1111)))) MiseMiseMiseMise en évidence en évidence en évidence en évidence Le tissu adipeux blanc exerce un rôle central dans l’homéostasie lipidique ainsi que le

maintien de l’équilibre énergétique. Principaux constituants cellulaires du tissu adipeux, les

adipocytes stockent l’énergie sous forme de triglycérides ou la libèrent sous forme d’acides

gras suivant l’état nutritionnel de l’individu. Le développement du tissu adipeux résulte de la

différenciation des cellules précurseurs ou préadipocytes présents dans la fraction non

adipocytaire ou fraction stroma-vasculaire (Gesta et al., 2007). Le passage des préadipocytes

en adipocytes différenciés est influencé par les glucocorticoïdes et l’accumulation des

triglycérides et principalement orchestré par deux catégories de facteurs de transcription

appartenant d’une part à la famille des PPAR (Peroxisome proliferator activated receptor) et

d’autre part à la famille C/ EBP (Enhancer binding proteins) (Hauner et al., 1989; Rosen and

MacDougald, 2006). L’obésité se caractérise par une hypertrophie et/ou une hyperplasie

adipocytaire entraînant ainsi une altération de la morphologie et de la fonction sécrétoire du

tissu adipeux (Batchelor et al., 1976). En effet, les cellules formant le tissu adipeux régulent le

métabolisme énergétique en sécrétant des composés inflammatoires dont les cytokines telles

63

que le TNFα et l’IL-6, ou encore des hormones telles que la leptine (pour revue (Tilg and

Moschen, 2006)). La mise en évidence du développement d’un état systémique

d’inflammation à bas bruit chez des sujets fortement obèses a permis de caractériser

l’obésité comme une maladie inflammatoire

chronique (Clement et al., 2004; Cottam et al., 2004; Trayhurn and Wood, 2004). Le tissu

adipeux blanc, longtemps considéré comme un organe inerte servant uniquement de réserve

énergétique, est surtout un organe endocrine ayant une forte capacité à sécréter un grand

nombre de facteurs protéiques regroupés sous le terme d’adipokines (Ahima and Flier, 2000a;

Trayhurn and Wood, 2004). En effet, les adipocytes sécrètent la leptine, la résistine et

l’adiponectine, hormones impliquées dans le contrôle de l’homéostasie énergétique, ainsi que

des molécules inflammatoires telles que des chémokines, des protéines de la phase aiguë dont

la protéine C réactive et surtout les cytokines inflammatoires, TNFα et IL-6. Ainsi, il a été

montré que le tissu adipeux exprimait un grand nombre de protéines associées à

l’inflammation, mais que les gènes codant pour ces protéines étaient préférentiellement

localisés dans la fraction stroma-vasculaire (Clement et al., 2004). De plus, la plupart de ces

gènes sont connus pour être impliqués dans la biologie des macrophages, suggérant un rôle de

ces derniers dans la mise en place de l’inflammation chronique observée chez la souris obèse

(Xu et al., 2003a). En effet, il a pu être démontré une accumulation des macrophages dans le

tissu adipeux, positivement corrélée à la masse corporelle et à la taille des adipocytes

(Weisberg et al., 2003).

Le tissu adipeux est donc à l’origine d’une inflammation et d’une infiltration

progressive des macrophages au fur et à mesure du développement de l’obésité (Weisberg et

al., 2003). Cependant, l’origine et la succession des évènements conduisant à la mise en place

de cette inflammation restent mal comprises. En particulier, l’inflammation induite par les

adipocytes est-elle responsable de l’infiltration des macrophages ou au contraire, est-ce

l’accumulation des macrophages au sein du tissu adipeux qui initie la mise en place de

l’inflammation chronique? Néanmoins, il a pu être montré que des changements

morphologiques des adipocytes induisaient des variations physiques dans leur environnement,

ainsi que des modifications de la fonction paracrine du tissu adipeux (Wellen and

Hotamisligil, 2003). Au cours de l’obésité, les adipocytes libèrent de faibles quantités de

TNFα qui vont stimuler la production de MCP-1 (Monocyte chemoattractant protein-1) par

les préadipocytes (Xu et al., 2003a). De façon similaire, les cellules endothéliales sont

également capables de sécréter le MCP-1 en réponse aux cytokines, permettant ainsi

64

l’attraction des macrophages vers le tissu adipeux. De plus, l’augmentation de la sécrétion de

leptine par les adipocytes pourrait également contribuer au recrutement des macrophages en

facilitant leur transport vers le tissu adipeux via la stimulation de l’angiogénèse (Sierra-

Honigmann et al., 1998). Il serait intéressant de tester cette hypothèse en étudiant le

recrutement macrophagique soit chez des souris ob/ob ou chez des souris db/db, soit chez des

animaux ayant reçu des injections de leptine. Ainsi, l’accumulation d’adipocytes et de

macrophages au sein du tissu adipeux serait donc responsable de la forte production de

cytokines inflammatoires observée au cours de l’obésité (Clement et al., 2004) (Figure 8).

Prise de poids

Adipocyte

Préadipocyte

Cellule endothéliale

TNFαMCP-1

LeptineVEGF

angiogénèse

Recrutement desmacrophages

MCP-1

TNFαIL-6

IL-1β

Recrutement desmacrophages

Prise de poids

Figure 8 : LFigure 8 : LFigure 8 : LFigure 8 : L’’’’obobobobéééésitsitsitsitéééé, une pathologie inflammatoire chronique, une pathologie inflammatoire chronique, une pathologie inflammatoire chronique, une pathologie inflammatoire chroniqueIL: Interleukine, MCP-1: Monocyte chemotacttractant protein-1, TNFα: Tumor necrosis factor alpha, VEGF: Vascular endothelialgrowth factor

Prise de poids

Adipocyte

Préadipocyte

Cellule endothéliale

Adipocyte

Préadipocyte

Adipocyte

Préadipocyte

Cellule endothéliale

TNFαMCP-1

LeptineVEGF

angiogénèse

Recrutement desmacrophages

TNFαMCP-1

LeptineVEGF

angiogénèse

Recrutement desmacrophages

MCP-1

TNFαIL-6

IL-1β

Recrutement desmacrophages

MCP-1

TNFαIL-6

IL-1β

Recrutement desmacrophages

Prise de poids

Figure 8 : LFigure 8 : LFigure 8 : LFigure 8 : L’’’’obobobobéééésitsitsitsitéééé, une pathologie inflammatoire chronique, une pathologie inflammatoire chronique, une pathologie inflammatoire chronique, une pathologie inflammatoire chroniqueIL: Interleukine, MCP-1: Monocyte chemotacttractant protein-1, TNFα: Tumor necrosis factor alpha, VEGF: Vascular endothelialgrowth factor

65

((((2222)))) Les cytokines impliquéesLes cytokines impliquéesLes cytokines impliquéesLes cytokines impliquées Le TNFα a été la première cytokine inflammatoire dont l’expression et la sécrétion ont

été localisées dans le tissu adipeux blanc. En effet, l’expression de l’ARNm du TNFα est

fortement augmentée dans ce tissu, dans des modèles d’obésité chez la souris (Hotamisligil et

al., 1993). Le TNFα semble impliqué dans le développement de l’insulinoresistance. En effet,

il a été montré que les taux élevés de TNFα étaient positivement corrélés à l’insulinémie. Le

TNFα participerait à la mise en place de l’insulinorésistance en inhibant la voie de

transduction associée à l’insuline (Coppack, 2001; Hotamisligil, 2003). Chez l’homme,

plusieurs études ont montré que la sécrétion de TNFα serait majoritairement induite par des

cellules de la fraction stroma-vasculaire et plus particulièrement les macrophages infiltrants

(Fain et al., 2004; Weisberg et al., 2003). Au niveau du tissu adipeux, le TNFα a une action

autocrine et paracrine de régulation locale, induisant ainsi de nombreux processus comme

l’apoptose (Coppack, 2001; Prins et al., 1997). De plus, le TNFα est impliqué dans la

synthèse, la sécrétion et l’action d’autres cytokines dont l’IL-6 et la protéine C (Bullo et al.,

2003; Coppack, 2001). Contrairement à d’autres adipokines, la libération dans la circulation

sanguine du TNFα synthétisé par le tissu adipeux reste discutée, bien que le degré d’obésité

ait été corrélé à une augmentation des taux plasmatiques du récepteur soluble du TNFα

(Bastard et al., 2000; Bullo et al., 2003).

L’IL-6 est l’autre cytokine inflammatoire majeure exprimée par les adipocytes dans

une situation d’obésité, mais également au niveau des noyaux hypothalamiques qui régulent la

composition corporelle (Fried et al., 2000). Dans des conditions physiologiques normales, il a

été estimé que plus d'un tiers de la concentration circulante totale d'IL-6 a pour origine le tissu

adipeux. Comme le TNF-α, l'IL6 est exprimé dans le tissu adipeux mais la source cellulaire

pourrait être les adipocytes matures, les préadipocytes ou la fraction stroma-vasculaire

(Clement et al., 2004; Yudkin et al., 2000). Chez les patients obèses, les taux circulants d’IL-6

sont augmentés de façon corrélée avec l’IMC (Mohamed-Ali et al., 1997). Parmi ses effets,

l'IL6 est un des facteurs importants du contrôle de la production de CRP. Des travaux chez

l'homme ont mis en évidence une relation positive entre les quantités d'IL6 dans le tissu

adipeux, les concentrations circulantes d'IL6 et celles de CRP (Bastard et al., 1999). D'autres

paramètres métaboliques comme la sensibilité à l'insuline sont également corrélés aux

concentrations circulantes d'IL-6. L’IL-6 est capable de stimuler l'axe corticotrope et

augmente les concentrations circulantes de triglycérides et de glucose. De plus, l'IL6 serait

66

mis en cause dans l'insulinorésistance qui se développe lors d'obésité. Le récepteur de l'IL6, le

gp130, fait partie de la famille des récepteurs des cytokines de classe I qui recrutent les Janus

Kinases (JAK) pour propager le signal cellulaire. L'activation des JAK entraîne la

phosphorylation de facteurs de transcription de la famille de STATs, ce qui permet leur

dimérisation, leur activation et leur translocation dans le noyau où ils vont affecter la

transcription de gènes cibles (Ihle et al., 1995) (Figure 9). Des travaux récents ont permis de

démontrer l'existence d'interactions entre les voies de signalisation de l'IL-6 et celle de

l'insuline (Hotamisligil et al., 1996; Kroder et al., 1996; Mooney et al., 2001). Ces interactions

se traduisent en général par une diminution de la signalisation de l'insuline en présence de

cytokines.

Les taux circulants d’IL-6 sont également corrélés à l’apparition de perturbations

métaboliques et cardio-vasculaires. Enfin, une étude a mis en évidence les effets "anti-

obésité" de l'IL-6. Les souris dont le gène codant pour l'IL-6 a été inactivé (IL-6-/-) ont un

poids normal à la naissance et développent à l'âge adulte une obésité en partie corrigée par

l’administration d’IL-6 (Wallenius et al., 2002).

D’autres cytokines sont probablement mises en jeu. Ainsi, la consommation d’un

régime hyperlipidique chez des rats entraîne, en plus de l’augmentation de l’expression de

TNFα et d’IL-6, une augmentation de l’expression hypothalamique d’IL-1β, d’IL-2 et d’IL-7

(De Souza et al., 2005). De plus, suite à une perte de poids, le tissu adipeux de sujets obèses

présente une augmentation de l’expression des gènes codant pour des cytokines anti-

inflammatoires telles que l’IL-10 et l’IL-1ra (Clement et al., 2004).

67

((((3333)))) Modulation de la répose immunitaireModulation de la répose immunitaireModulation de la répose immunitaireModulation de la répose immunitaire Si l’obésité est associée à une augmentation de l’expression des cytokines

inflammatoires, elle est également accompagnée d’une perturbation de la réponse immunitaire

(Nieman et al., 1999). Ainsi, une réduction du nombre de lymphocytes, ainsi que de leur

Leptine

JAK2 JAK2PP

P

P

PP

STAT3

STAT3

STAT3SHP-2

Ras

Raf

MEK

SosGrb2

ERK

IRS

Akt

PI3K

Transcription gènes cibles

P

IL-6

gp130 IL-6R ObR

PP

JAK

Activation de la voie JAK/STAT

Activation de la voie des MAPK

Figure 9 : Voie de signalisation associFigure 9 : Voie de signalisation associFigure 9 : Voie de signalisation associFigure 9 : Voie de signalisation associéééée e e e àààà la leptine et la leptine et la leptine et la leptine et àààà llll’’’’ILILILIL----6666

Akt: Sérine/Thréonine kinase, ERK: Extracellular signal-regulated kinase, gp130: Glycoprotéine 130, Grb2: Growth factor receptorbound protein 2, IL-6R: Interleukine 6 receptor, IRS: Insulin receptor substrat, JAK2: Janus kinase 2, MEK: Extracellular signal-regulated kinase kinase, ObR: Leptin receptor, PI3K: phosphatidylinositol 3-kinase, Raf: Sérine/Thréonine kinase, Ras: Small GTP binding protein, SHP-2: SH2 domain containing tyrosine phosphatase 2, Sos: Son of svenless, STAT3: Signal of transducer and activator of transcription 3

Leptine

JAK2 JAK2PP

P

P

PP

STAT3

STAT3

STAT3SHP-2

Ras

Raf

MEK

SosGrb2

ERK

IRS

Akt

PI3K

Transcription gènes cibles

P

IL-6

gp130 IL-6R ObR

PP

JAK

Activation de la voie JAK/STAT

Activation de la voie des MAPK

Leptine

JAK2 JAK2PPPP

PP

PP

PPPP

STAT3

STAT3

STAT3SHP-2

Ras

Raf

MEK

SosSosGrb2Grb2

ERK

IRS

Akt

PI3K

Transcription gènes cibles

PP

IL-6

gp130 IL-6R ObR

PPPP

JAK

Activation de la voie JAK/STAT

Activation de la voie des MAPK

Figure 9 : Voie de signalisation associFigure 9 : Voie de signalisation associFigure 9 : Voie de signalisation associFigure 9 : Voie de signalisation associéééée e e e àààà la leptine et la leptine et la leptine et la leptine et àààà llll’’’’ILILILIL----6666

Akt: Sérine/Thréonine kinase, ERK: Extracellular signal-regulated kinase, gp130: Glycoprotéine 130, Grb2: Growth factor receptorbound protein 2, IL-6R: Interleukine 6 receptor, IRS: Insulin receptor substrat, JAK2: Janus kinase 2, MEK: Extracellular signal-regulated kinase kinase, ObR: Leptin receptor, PI3K: phosphatidylinositol 3-kinase, Raf: Sérine/Thréonine kinase, Ras: Small GTP binding protein, SHP-2: SH2 domain containing tyrosine phosphatase 2, Sos: Son of svenless, STAT3: Signal of transducer and activator of transcription 3

68

réponse proliférative, a été établie à la fois chez des patients obèses et dans des modèles

génétiques d’obésité chez les rongeurs (Lord et al., 1998; Nieman et al., 1999).

De plus, des études cliniques récentes ont suggéré que l’obésité serait associée à un

dysfonctionnement de la réponse immunitaire et de ce fait, exacerberait la sensibilité à

certains pathogènes. Ainsi, l’obésité pourrait contribuer à la pathogenèse de l’asthme puisqu’il

a été montré une corrélation positive entre l’IMC et l’incidence de l’asthme chez les jeunes

garçons (Mannino et al., 2006). De plus, l’augmentation des septicémies chez les sujets

obèses pourrait être due à une exacerbation de l’inflammation microvasculaire, ainsi qu’à la

suractivation des cellules endothéliales (Vachharajani et al., 2005). Un modèle de rats

génétiquement obèses (fa/fa) présente une perturbation du comportement de maladie, en

particulier une exacerbation de la fièvre et de l’anorexie, en réponse à la microinfusion i.c.v.

d’IL-1β (Plata-Salaman et al., 1998). Enfin, une augmentation de la production d’IFNγ par les

lymphocytes T activés a été observée chez des enfants obèses, suggérant que la prédominance

de la réponse Th1 contribue à l’inflammation associée à l’obésité (Pacifico et al., 2006).

Cet état inflammatoire associé à l’obésité pourrait jouer un rôle dans la pathogenèse de

nombreuses maladies co-morbides telles que le diabète de type 2, l’hypertension,

l’insulinorésistance, l’athérosclérose, certains cancers, ainsi que dans le développement de

troubles de l’humeur fréquemment décrit chez les sujets obèses.

Résumé

L’obésité, pathologie complexe aux causes multifactorielles, est désormais une

véritable épidémie mondiale. Problème de santé publique, elle est associée à un grand

nombre de pathologies co-morbides.

L’obésité se caractérise par un excès de tissu adipeux dont la morphologie et la

fonction sécrétoire sont altérées, entraînant la mise en place d’une inflammation à bas bruit.

Les principaux constituants cellulaires du tissu adipeux, les adipocytes et les

macrophages de la fraction stroma-vasculaire sécrètent des adipokines qui jouent entre autre

un rôle dans le maintien de la balance energétique et/ou dans la mise en place de la réponse

inflammatoire telles que la leptine, le TNFα et l’IL-6.

69

bbbb)))) Les troubles de l’humeur et du comportementLes troubles de l’humeur et du comportementLes troubles de l’humeur et du comportementLes troubles de l’humeur et du comportement L’obésité qui s’accompagne chez la plupart des patients de troubles de la conduite

alimentaire est souvent caractérisée par une diminution de l’estime de soi, une insatisfaction

globale de la vie, de l’impulsivité, des phobies et de l’hostilité. Mais les patients obèses

présentent également des troubles caractéristiques de l’humeur et du comportement. Ainsi,

l’association obésité-troubles de la conduite alimentaire est souvent accompagnée par le

développement de dépression, d’anxiété ou encore de troubles bipolaires. Une étude récente

réalisée sur des femmes obèses montrent que 75 % d’entre elles présentent un score positif au

test d’auto-évaluation de la dépression, et environ 60 % souffrent d’anxiété moyenne à élevée

(Giusti and Panchaud, 2007).

L’impact psychologique dans l’apparition de ces troubles est bien évidemment à prendre

en compte. En effet, la société de consommation qui nous entoure a créé un monde où l’image

corporelle se doit de correspondre à des standards de poids et de taille. La discrimination

associée au rejet de la différence participe donc à l’état de dévalorisation psychologique de

certains sujets obèses. Mais cet aspect psychologique n’est probablement pas le seul à

intervenir. En effet, l’inflammation à bas bruit associée à l’obésité est responsable de la

libération de médiateurs inflammatoires, les cytokines dont l’action a été décrite

précédemment. Ainsi il serait cohérent d’envisager que l’état d’inflammation chronique à bas

bruit observé dans l’obésité puisse avoir des conséquences sur le cerveau et entraîner la mise

en place de troubles de l’humeur.

((((1111)))) Les troubles anxieuxLes troubles anxieuxLes troubles anxieuxLes troubles anxieux

De plus en plus d’études mettent en évidence un lien entre obésité et anxiété. Ainsi,

une étude réalisée sur des femmes obèses a mis en évidence que les sujets présentant une

obésité sévère avaient déjà eu au cours de leur vie des épisodes dépressifs et anxieux (Wadden

et al., 2006). L’obésité augmente significativement les troubles de l’anxiété à n’importe quelle

période de la vie. Le risque de développer des troubles de type anxieux est deux fois plus

élevé chez des femmes obèses que chez des femmes avec un faible IMC (Becker et al., 2001).

Cette augmentation de la prévalence des troubles anxieux chez les sujets obèses pourrait de

plus faciliter la mise en place d’un état dépressif chez ces sujets. Très peu d’études chez

l’animal établissent un lien entre anxiété et obésité. L’injection de leptine chez des souris

ob/ob, qui ne possèdent donc pas le gène codant pour la leptine, diminue l’anxiété chez ces

70

souris comme le montrent les résultats obtenus dans l’EPM (Asakawa et al., 2003). Comme

nous l’avons vu précédemment, l’injection de LPS facilite la mise en place de troubles

anxieux (Lacosta et al., 1999). De plus, l’injection chronique intraveineuse d’IL-2 ou d’IFNα

provoque chez l’homme une chute des taux circulants de Trp, corrélée positivement à

l’intensité des symptômes anxieux (Capuron and Dantzer, 2003). Compte tenu de ces

résultats, la possibilité de l’implication des cytokines et de l’IDO dans le développement des

troubles anxieux observé chez les sujets obèses peut être envisagée.

De plus, il a été constaté chez les obèses une augmentation des taux de cortisol. De

même, des dysfonctionnements de l’axe corticotrope ont été observés chez les modèles

animaux obèses qui ont permis de mettre en évidence un lien entre obésité et glucocorticoïdes.

Ainsi, la souris mutante ob/ob manifeste une hypercorticostéronémie et une obésité réversible

par surrénalectomie (Naeser, 1973). Le rat obèse Zucker présente également une

hypercorticostéronémie associée à une diminution de la réactivité de l’axe corticotrope après

stimulation avec de la CRH (Castonguay et al., 1986). Cette hypersécrétion de corticostérone

pourrait être à l’origine des troubles anxieux observés dans des situations d’obésité.

((((2222)))) Les troubles Les troubles Les troubles Les troubles dépressifsdépressifsdépressifsdépressifs

L’obésité et la dépression ont une prévalence en augmentation dans nos populations et

sont associées à d’autres complications de santé. Pendant longtemps ces deux pathologies ont

été étudiées de façon totalement dissociée, mais il semblerait qu’il existe une forte relation

entre les deux. Un certain nombre d’explications ont été fournies pour comprendre cette

relation entre obésité et troubles dépressifs, mais les arguments avancés sont néanmoins plus

souvent psychologiques que physiologiques (Faith et al., 2002; McElroy et al., 2004; Ryden

et al., 2004).

Ainsi, la stigmatisation du surpoids et de l’obésité peut conduire à une dévalorisation de

soi, à la création d’une image du corps négative ce qui peut entraîner une dépression

(Anderson et al., 2007; Latner and Stunkard, 2003). La sévérité de l’obésité et de la

dépression semble être corrélée. Chez les personnes les plus obèses, la prévalence des

dépressions majeures augmente de façon significative. La relation entre le poids et le niveau

de dépression dépend donc du degré d’obésité (Stunkard et al., 2003). De même, la présence

d’une dépression clinique prédispose au développement d’une obésité. Des individus

développant des épisodes de type dépressif entre 15 et 19 ans ont significativement plus de

71

chance d’avoir un IMC important à l’âge adulte que les individus n’ayant jamais développé de

dépression (Carpenter et al., 2000). Cette relation est cependant dépendante d’un certain

nombre de facteurs dont le sexe et le statut socio-économique (Carpenter et al., 2000).

Il existerait également des bases biologiques communes aux deux pathologies, parmi

lesquelles la production de cytokines inflammatoires et/ou la perturbation de l’axe HPA et du

métabolisme de la 5-HT semblent être de bons candidats.

Ainsi, l’obésité et la dépression sont deux pathologies comprenant une composante

inflammatoire. La dépression est associée à une production accrue de cytokines

inflammatoires périphériques et centrales, corrélée à la sévérité des troubles de l’humeur,

tandis que l’obésité se caractérise par un état inflammatoire chronique, associé à

l’accumulation des adipocytes et l’infiltration progressive des macrophages sécrétant la

leptine et les cytokines inflammatoires. Ainsi, il a été proposé que cette production excessive

de cytokines et plus largement de molécules inflammatoires sécrétées par le tissu adipeux,

puisse être un lien entre l’obésité et le développement des troubles de l’humeur. En effet, le

TNFα, une des cytokines produites par le tissu adipeux lors d’obésité, participe à l’induction

de l’expression de l’IDO et à la mise en place de troubles de type dépressif evalués par un

FST (Andre et al., 2008b; Moreau et al., 2008b).

L’axe HPA pourrait également être un intermédiaire possible entre l’obésité et la

dépression puisqu’un rétrocontrôle négatif défectueux de l’axe HPA et impliquant les

récepteurs aux glucocorticoïdes est observé dans ces deux pathologies (Jessop et al., 2001;

Pariante, 2004). De plus, les concentrations de glucocorticoïdes, fortement augmentées chez

les sujets obèses, sont capables de réduire les taux de Trp probablement en activant l’IDO et

la TDO, inhibant alors la synthèse de 5-HT (Maes et al., 1990).

Largement impliquée dans le développement des troubles de l’humeur, la 5-HT

cérébrale est également connue pour participer au contrôle de l’appétit en diminuant la prise

alimentaire. Certains de ses récepteurs ont été localisés au niveau de l’hypothalamus, structure

clé du contrôle de la balance énergétique (Romanova et al., 2004). De plus, l’administration

d’antidépresseurs favorisant la neurotransmission serotoninergique, diminue dans un même

temps la prise alimentaire (Sugrue, 1987; Vickers et al., 2000). Ainsi, confortant l’hypothèse

d’une relation physiologique et non uniquement psychologique entre l’obésité et la

dépression, les agents psychotropes sont de plus en plus utilisés dans le traitement de

l’obésité. La plupart des psychostimulants, certains antidépresseurs et de nouveaux

antiépileptiques sont des agents psychotropes favorisant la perte de poids. Bien que les

72

mécanismes d’action des psychotropes sur l’appétit et le poids ne soient pas encore connus,

certaines explications ont été proposées (Appolinario et al., 2004). Les psychotropes

pourraient agir sur des neurotransmetteurs au niveau du système nerveux central pour

contrôler la prise alimentaire et/ou la dépense énergétique. Les psychotropes utilisés sont les

SSRI (selective serotonin reuptake inhibitor) tels que la fluoxetine et la sertraline, un SNRI

(serotonin-noradrenaline reuptake inhibitor) : la venlafaxine, les NDRI (noradrenaline and

dopamine reuptake inhibitor) tels que le bupropion et des antiépileptiques comme le

topiramate.

Une diminution des concentrations cérébrales de 5-HT, du ratio Trp/acides aminés

neutres (tyrosine + phenylalanine + leucine + isoleucine + valine), ainsi que des taux

circulants de Trp a été observée chez des sujets obèses (Ashley et al., 1985; Breum et al.,

2003). De plus, l’insuline, dont l’expression est fortement induite par les régimes riches en

sucre, réduit les taux d’acides aminés neutres, favorisant ainsi l’accès du Trp au cerveau.

Ainsi, le Trp jouerait chez ces personnes un rôle potentiellement important dans le

développement des troubles dépressifs et serait la cible de modulations endocriniennes. Ces

variations des taux plasmatiques de Trp suggèrent une activation soutenue de la voie du

catabolisme du Trp et donc d’un rôle potentiel de l’IDO chez les patients obèses (Brandacher

et al., 2006; Breum et al., 2003). De plus, la suractivation de l’IDO a souvent été proposée

pour sous-tendre la relation entre stress, inflammation et troubles de l’humeur (Leonard,

2005), en particulier au travers des altérations de la transmission sérotoninergique et/ou la

génération des dérivés neurotoxiques de la voie du catabolisme du Trp résultant de son

activation (Capuron and Dantzer, 2003; Myint and Kim, 2003). Ainsi, il serait possible

d’envisager que l’état d’inflammation chronique à bas bruit observé dans l’obésité puisse

avoir des conséquences sur le cerveau et plus particulièrement sur l’IDO, entraînant la mise en

place de troubles dépressifs par des mécanismes semblables à ceux décrits précédemment

dans les modèles d’inflammation d’origine infectieuse. Il a d’ailleurs été montré que l’obésité

favorisait la réponse de type Th1 permettant une production accrue d’IFNγ, cytokine

inflammatoire fortement impliquée dans l’induction de l’IDO (Pacifico et al., 2006). Compte

tenu de ces résultats, la possibilité de l’implication de l’IDO dans le développement des

troubles de l’humeur associés à l’obésité a été proposée chez l’homme (Brandacher et al.,

2007; Brandacher et al., 2006) bien qu’il n’existe à ce jour aucune donnée chez l’animal

permettant de le confirmer.

73

Enfin, un certain nombre d’études a décrit une relation entre leptine et 5-HT,

proposant ainsi la 5-HT comme une des bases biologiques communes à l’obésité et la

dépression. En effet, l’infusion icv de leptine chez le rat induit une réduction de la liaison du

transporteur de la 5-HT dans le cortex frontal (Charnay et al., 2000). Des études

immunohistochimiques ont permis de mettre en évidence la colocalisation du récepteur de la

leptine et des neurones 5-HT, NA, DA chez le rat (Hay-Schmidt et al., 2001). La

colocalisation du récepteur de la leptine et du transporteur de la 5-HT au sein du noyau dorsal

du raphé a également été montrée chez des souris ob/ob (Collin et al., 2000). Enfin, une

atrophie du lobe temporal a été corrélée à une augmentation de l’IMC chez la femme obèse

(Gustafson et al., 2004).

((((3333)))) Les troubles cogniLes troubles cogniLes troubles cogniLes troubles cognitifstifstifstifs Différents liens commencent à être mis en évidence entre obésité et démence. Il a tout

d’abord été montré qu’une relation entre la perte de poids et la survenue de démence sénile, et

notamment qu’une perte de poids précède souvent l’apparition de démence chez les personnes

âgées (Barrett-Connor et al., 1998; Franklin and Karkeck, 1989). Mais cette perte de poids

apparaît probablement plus comme un des premiers signes de démence que comme son

origine. Par contre, de plus en plus d’étude démontrent que le surpoids et l’obésité sont des

facteurs de risque de la maladie d’Alzheimer (Gustafson et al., 2003; Kivipelto et al., 2005;

Rosengren et al., 2005). En effet, en augmentant le risque de survenue de pathologies

vasculaires, le surpoids et l’obésité peuvent favoriser le développement de maladie

d’Alzheimer ou de démences vasculaires. De plus en plus d’études rapportent une association

entre les fonctions cognitives, l’IMC et diverses mesures d’adiposité, bien que ces études

soient difficiles à comparer entre elles puisqu’elles n’utilisent pas les mêmes outils de mesure

des troubles cognitifs ou de l’adiposité. Ainsi, l’étude Framingham Heart montre que des

hommes obèses pendant plus de 16 ans présentent des capacités altérées dans les tâches de

reproductions visuelles ou dans les tâches de reconnaissance de séries de chiffres (Elias et al.,

2005). Mais ces études suggèrent un lien entre l'obésité et les démences séniles généralement

à un stade avancé de chacun de ces troubles.

Plus récemment il a été observé une relation linéaire entre l'excès de poids et certaines

capacités cognitives à un stade plus précoce dans une population adulte d'âge moyen en bonne

santé. L’analyse de l’IMC et des performances dans les épreuves de mémoire, d’attention et

de vitesse de traitement des informations ont permis de mettre en évidence que les

performances des personnes d’IMC élevé étaient inférieures à celles des personnes d’IMC

74

faible. De plus, les IMC élevés semblent également associés à un léger déclin de la mémoire

sur 5 ans. Ces résultats ont été obtenus après élimination de nombreux biais potentiels,

notamment le niveau d'éducation des sujets, la présence de diabète ou une pression sanguine

élevée, facteurs susceptibles de modifier les résultats (Cournot et al., 2006).

Des études menées sur le rat ont permis de mettre en évidence l’impact d’un régime

hyperlipidique sur les capacités cognitives. Les animaux ont été testés dans différents

paradigmes afin de mettre en évidence les différents aspects de la cognition : la mémoire

spatiale, la mémoire procédurale, la mémoire à long terme ou à court terme, impliquant

l’hippocampe et le thalamus (Winocur, 1985; Winocur, 1991). Les rats nourris avec un

régime riche en graisse présentent des altérations de leurs capacités dans toutes ces tâches, et

dans certains cas (notamment pour la mémoire à long terme) le déficit est comparable à celui

observé chez les animaux avec des lésions cérébrales ou chez les rats âgés nourris avec un

régime normal (Winocur and Greenwood, 2005). Les déficits cognitifs sont particulièrement

observés chez les animaux ayant reçu un régime riche en acides gras saturés (Winocur and

Greenwood, 1999).

Le lien entre l’IMC et les fonctions cognitives pourrait s’expliquer par les conséquences

vasculaires de l’obésité déjà mises en cause dans certaines démences (Kloppenborg et al.,

2008). Un des autres liens possibles pourrait être le fait que les régimes hypercaloriques

contribuent à augmenter la résistance à l’insuline et diminuer la capture du glucose dans le

cerveau. L’altération de la régulation du glucose est un important facteur de déclin cognitif

associé au diabète de type 2. Ainsi l’administration de glucose à des rats nourris avec un

régime hyperlipidique améliore significativement les capacités cognitives hippocampe-

dépendantes et suggère qu’un des liens entre l’altération des fonctions cognitives et les

régimes alimentaires riches en graisse pourrait être la résistance à l’insuline et/ou l’intolérance

au glucose (Winocur et al., 2005).

Mais le tissu adipeux est un organe endocrine qui, comme nous l’avons vu

précédemment, sécrète des hormones, des cytokines et des facteurs de croissance, induisant

un état inflammatoire à bas bruit. Plusieurs travaux montrent une relation entre les troubles

cognitifs et le statut inflammatoire chez les personnes âgées. Ainsi, l’élévation du taux

plasmatique d’IL-6 a été corrélée aux altérations cognitives dans plusieurs études (Rafnsson et

al., 2007; Weaver et al., 2002). Le rôle de l’IL-6 dans le déclin des fonctions cognitives a été

mis en évidence également par l’utilisation de souris transgéniques, d’une part déficientes

pour le gène de l’IL-6, d’autre part surexprimant l’IL-6 dans les astrocytes. Les souris IL-6

75

KO sont ainsi protégées de la diminution liée à l’âge des performances cognitives (Braida et

al., 2004), tandis que les souris exprimant chroniquement l’IL-6 au niveau cérébral par les

astrocytes développent en vieillissant des déficits d’apprentissage corrélés à des marqueurs de

neurodégénérescence dans le cortex frontal et l’hippocampe (Heyser et al., 1997).

Enfin, dans cette situation d’inflammation à bas bruit qu’est le vieillissment, les

cytokines inflammatoires, et en particulier l’IL-1β entrainerait une diminution de la PLT

associée à l’augmentation d’activation microgliale chez les rats dès l’âge de 15 mois (Griffin

et al., 2006). D’autres expériences menées sur des rongeurs de laboratoire viennent confirmer

l’implication des processus neuroinflammatoires dans le déclin cognitif lié à l’âge. Ainsi, il

serait possible d’envisager que l’inflammation chronique à bas bruit associée à l’obésité

puisse entraîner, via la production de cytokines inflammatoires comme l’IL-6, le TNFα ou

encore bien que moins étudié l’IL-1β, des troubles cognitifs chez les personnes obèses.

Cette inflammation chronique à bas bruit pourrait également être à l’origine des

troubles cognitifs en activant l’IDO. Chez les patients obèses, l’inflammation à bas bruit

entraînant la production de cytokines inflammatoires pourrait être à l’origine de l’activation

de l’IDO et ainsi favoriser la voie de dégradation de la kynurénine. La production des dérivés

neurotoxiques tels que la QUIN ou la 3-OH KYN pourrait alors être impliquée dans la mise

en place des troubles cognitifs observés chez les patients obèses.

Résumé

La survenue fréquente de troubles de l’humeur et de la cognition chez des patients

souffrant d’obésité suggère l’existence d’une relation entre ces différentes pathologies. Même

si des explications psychologiques ont été établies, l’hypothèse d’une implication de bases

biologiques a été avancée.

La perturbation de la réponse inflammatoire et des altérations du système 5-HT, ainsi

que de l’axe HPA, semblent être les dénominateurs biologiques communs de ces différentes

pathologies.

La production chronique de cytokines induite dans l’obésité pourrait participer au

développement des troubles de l’humeur et de la cognition observés chez les patients obèses.

76

77

ObjectifsObjectifsObjectifsObjectifs

78

79

ObjectifsObjectifsObjectifsObjectifs

De nombreuses études menées chez l’homme ont montré que l’obésité est associée à un

état inflammatoire chronique caractérisé par une augmentation de la sécrétion de nombreuses

molécules dont la leptine, la C-reactive protein (CRP) et des cytokines inflammatoires comme

le TNF-α et l’IL-6 (Clement et al., 2004). Des données récentes suggèrent que cette

inflammation périphérique pourrait également présenter une composante au niveau cérébral.

De Souza et al ont d’ailleurs montré que l’exposition de rats à un régime hypercalorique

particulièrement riche en acides gras, entraîne au niveau hypothalamique une augmentation de

l’expression de différentes cytokines inflammatoires (IL-6, TNF-α, IL-1β…), s’accompagnant

de l’activation de leurs voies de signalisation intracellulaire (notamment une augmentation de

l’activité c-Jun-N-terminal kinase et de NFkB), mais également de l’altération de la voie de

signalisation de l’insuline (De Souza et al., 2005). L’intensité de la situation inflammatoire

semble être liée au degré d’obésité. Ainsi, il est possible de distinguer différentes situations

d’obésité : une obésité modérée qui ne s’accompagne pas forcément de pathologies

comorbides, et une obésité morbide associée à différents types de complications comme des

maladies cardio-vasculaires, de l’hypertension artérielle ou un diabète de type 2.

Notre laboratoire a été un des pionniers dans l’étude de l’expression et de l’action des

cytokines au niveau central et de leurs conséquences, tant comportementales que

neurobiologiques. Cette relation entre système de l'immunité innée et cerveau a

particulièrement été étudiée dans le cadre du comportement de maladie regroupant un

ensemble de symptômes non spécifiques (fièvre, activations neuroendocriniennes, anorexie,

anhédonie, repli sur soi, perte d’intérêt pour l’environnement…) observés chez les individus

malades et pouvant être reproduits chez l’animal en réponse à l’injection d’un inducteur de

cytokines tel que le lipopolysaccharide (LPS) (Dantzer, 2001). Dans le cas d’une exposition

prolongée et non régulée de l’activation du réseau de cytokines, le comportement de maladie

peut laisser place à de véritables troubles de l’humeur (anxiété, dépression) et de la cognition

associés à une chute des taux circulants de tryptophane. Il a été montré que l'indoléamine 2,3-

dioxygénase (IDO), une enzyme dégradant le tryptophane en réponse aux cytokines (Lestage

et al., 2002; Moreau et al., 2005) est impliquée dans l’induction de la dépression notamment

associée à une injection de LPS, et que cette action serait plus particulièrement dépendante du

catabolisme du tryptophane via la voie da la kynurenine (O'Connor et al., 2008). L’activation

80

de l’IDO en situation inflammatoire aboutit à la production de dérivés neurotoxiques (3-OH-

kynurénine, acide quinolinique) se comportant comme des agonistes des récepteurs

glutamatergiques de type NMDA (Taylor and Feng, 1991). Ainsi, l’activation de l’IDO suite à

une infection pourrait également jouer un rôle dans l’apparition de troubles cognitifs induits

par les cytokines.

L’ensemble des études réalisées dans ce travail de thèse a donc eu pour objectif général

de déterminer chez la souris si l’inflammation chronique à bas bruit qui est associée à un état

d’obésité entraînait le développement de troubles de l’humeur et de la cognition. De plus, afin

d’identifier au mieux les bases neurobiologiques potentielles à l’origine de ces troubles, nous

avons choisi de nous placer dans deux situations différentes : un état d’obésité modérée

induite par l’administration d’un régime enrichi mais n’entraînant pas le développement de

pathologies co-morbides graves, et un état d’obésité morbide d’origine génétique associée à

d’autres pathologies notamment un diabète de type 2. Dans les deux cas, les conséquences de

cette obésité sur l’état d’activation inflammatoire et les altérations neurochimiques et

comportementales qui en découlent ont été étudiées en détail.

Objectif 1Objectif 1Objectif 1Objectif 1 ::::

Etude des conséquences de l’obésité induite par la consommation d’un régime

hypercalorique (modèle « Diet Induced Obesity » ou DIO) sur l’inflammation et les troubles

de l’humeur et de la cognition.

Objectif 2Objectif 2Objectif 2Objectif 2 ::::

Etude des conséquences d’une infection périphérique chez un modèle d’obésité DIO sur

la réponse inflammatoire, l’activation de l’IDO et les troubles du comportement associés.

Objectif 3Objectif 3Objectif 3Objectif 3 ::::

Etude des conséquences d’une obésité morbide (modèle de souris db/db) sur l’activation

de l’IDO et les troubles du comportement associés.

81

Démarche Démarche Démarche Démarche expérimentaleexpérimentaleexpérimentaleexpérimentale

82

83

Démarche Démarche Démarche Démarche expérimentaleexpérimentaleexpérimentaleexpérimentale

Afin de répondre aux différents objectifs décrits précédemment, nous avons choisi

d’utiliser différentes approches expérimentales complémentaires chez l’animal ; soit deux

modèles d’obésité, l’un induit par l’ingestion d’un régime hypercalorique, l’autre d’origine

génétique. Nous avons également décidé de nous placer dans un contexte de stimulation

périphérique du SI aiguë afin d’évaluer la réponse immunitaire dans une situation déjà établie

d’inflammation chronique.

Nous nous attarderons dans un premier temps à expliquer le choix de ces deux modèles

animaux d’expérimentation puis redéfinirons les différents objectifs de ce travail en décrivant

les expériences mises en œuvre pour y répondre.

AAAA.... Le choix des modèles utilisésLe choix des modèles utilisésLe choix des modèles utilisésLe choix des modèles utilisés

L’obésité est caractérisée comme une situation inflammatoire chronique à bas bruit.

Pour reproduire cette situation d’obésité de façon expérimentale, différentes approches

peuvent être envisagées. En effet, dans nos sociétés, la prise de poids est majoritairement due

à une totale dérégulation de la prise alimentaire et à la consommation d’aliments

hypercaloriques. Afin de se placer dans une situation comparable, nous avons dans un premier

temps décidé d’utiliser un modèle animal d’obésité induite par le régime alimentaire. Dans le

modèle animal de DIO (diet-induced obesity), les rongeurs rendus obèses par un excès de

calories dans leur nourriture ne répondent pas à des concentrations de leptine efficaces chez

les animaux minces (Morrison, 2008). Par conséquent, les souris DIO, comme les hommes

obèses sont résistantes à la leptine et de ce fait constituent un modèle animal proche de la

plupart des situations d’obésité rencontrées chez l’homme. Dans notre modèle, nous avons

choisi l’emploi d’un régime hypercalorique réalisé au sein de notre laboratoire à partir d’un

mélange de chips, de lardons, de pâté de jambon, de chocolat, de biscuits et d’aliments pour

souris. La composition énergétique de ce régime est la suivante : lipides, 32% ; glucides,

17,5% ; protéines, 11,3% ; 4,4 Kcal/g. Ce régime est donc hypercalorique quand on le

compare au régime classique administré habituellement aux souris (Régimé Safe A04) dont la

composition est : lipides, 3,1%; glucides, 60%; protéines, 16,1% ; 3,3 Kcal/g. Bien que ce

régime soit hyperlipidique, nous avons choisi de ne pas utiliser un modèle de type « high fat »

dans lequel les concentrations en lipides sont bien plus importantes que dans notre régime. En

84

effet, les régimes hyperlipidiques présentent un pool excédentaire de lipides qui peut entraîner

une inflammation locale de la barrière intestinale (Cabre and Gassull, 2003). L’inflammation

à bas bruit observé alors chez ces animaux peut ne pas être uniquement représentative de

l’état inflammatoire du tissu adipeux.

Les patients obèses présentent également souvent une plus grande susceptibilité devant

les infections, comme par exemple lors de septicémie (Vachharajani et al., 2005). Afin

d’évaluer l’impact d’une sur-inflammation, nous avons également soumis ces animaux à

l’injection de LPS, un fragment de bactérie Gram négatif. Ce modèle d’obésité est donc

proche des situations réelles d’obésité rencontrées dans nos sociétés puisque l’obésité de nos

souris est due à l’augmentation de la charge calorique de la prise alimentaire et à la

consommation d’un régime déséquilibré. Mais, dans ce modèle, l’obésité observée est une

obésité « modérée » qui n’est pas associée à d’autres co-morbidités marquées comme un

diabète de type 2 ou des pathologies cardiovasculiares. Or la prévalence des troubles de

l’humeur et de la cognition observée chez les patients obèses augmente avec la sévérité de

l’obésité.

Afin de se placer dans un contexte plus propice à l’observation de certains troubles,

nous avons également réalisé nos différentes études sur un modèle d’obésité génétique. Les

souris db/db présentent une mutation des récepteurs de la leptine altérant la sensation de

satiété. Bien que ce modèle ne soit pas un reflet de la réalité puisque l’obésité génétique est

une pathologie rare chez l’homme, il présente l’avantage de créer une situation d’obésité

morbide. Les animaux présentent des pathologies associées comme un diabète de type 2, une

insulino-résistance et des problèmes cardio-vasculaires. Ce modèle est souvent utilisé dans le

cadre d’étude sur le diabète de type 2, et cette pathologie associée à l’obésité morbide

participe probablement au développement des troubles étudiées. Mais nous avons choisi dans

cette étude de nous intéresser à l’impact de l’inflammation associée à l’obésité, sans pour

autant éluder le probable impact des médiateurs métaboliques. De plus, chez ces animaux ce

n’est pas le type calorique du régime qui va être responsable de la prise de poids, mais

seulement l’augmentation de la portion alimentaire. Ce contexte pathologique plus avancé

devrait nous permettre de mettre en évidence des troubles non encore mis en place dans le

premier modèle.

Ainsi ces deux modèles, souris DIO et souris db/db apparaissent comme deux approches

complémentaires pour étudier l’impact de l’inflammation sur les troubles du comportement

associés à l’obésité.

85

BBBB.... Objectifs et expériences mises en œuvreObjectifs et expériences mises en œuvreObjectifs et expériences mises en œuvreObjectifs et expériences mises en œuvre

1111.... Objectif 1Objectif 1Objectif 1Objectif 1 ::::

Etude des conséquences de l’obésité induite par la consommation d’un régime Etude des conséquences de l’obésité induite par la consommation d’un régime Etude des conséquences de l’obésité induite par la consommation d’un régime Etude des conséquences de l’obésité induite par la consommation d’un régime

hypercalorique (modèle DIO) sur l’inflammation et les troubles de l’humeur et de la hypercalorique (modèle DIO) sur l’inflammation et les troubles de l’humeur et de la hypercalorique (modèle DIO) sur l’inflammation et les troubles de l’humeur et de la hypercalorique (modèle DIO) sur l’inflammation et les troubles de l’humeur et de la

cognitioncognitioncognitioncognition

Afin de répondre à ce premier objectif, nous avons choisi d’utiliser un régime enrichi

permettant d’induire une obésité chez la souris.

aaaa)))) Régime enrichi entraînant l’obésité: un modèle physiopathologique Régime enrichi entraînant l’obésité: un modèle physiopathologique Régime enrichi entraînant l’obésité: un modèle physiopathologique Régime enrichi entraînant l’obésité: un modèle physiopathologique d’inflammation chronique.d’inflammation chronique.d’inflammation chronique.d’inflammation chronique.

L’obésité se caractérise par un état inflammatoire à bas bruit et fréquemment associé à

un certain nombre de pathologies ayant en commun cette composante inflammatoire. Il est

proposé que cette inflammation ait pour origine le tissu adipeux où les adipocytes

hypertrophiés, ainsi que les macrophages infiltrés, sécrètent un grand nombre de molécules

inflammatoires dont les cytokines et plus particulièrement le TNFα et l’IL-6 (Bastard et al.,

2000; Laimer et al., 2002). Cette inflammation périphérique a pu être reproduite chez le

rongeur dans des modèles d’obésité induite par manipulations génétiques ou bien par

l’utilisation de régimes enrichis en graisses saturées (Hotamisligil et al., 1993; Mohamed-Ali

et al., 2001). Dans ces modèles animaux, l’obésité est également associée à une

hyperactivation de l’axe HPA. De plus, la présence de glucocorticoïdes est indispensable à

l’induction d’une obésité par un régime enrichi (Mantha et al., 1999). Chez l’homme, de

nombreuses études font état d’une association entre obésité et hyperactivité de l’axe HPA

(Duclos et al., 1999; Duclos et al., 2001; Pasquali et al., 1996; Rosmond and Bjorntorp,

1998).

Dans un premier temps, nous avons choisi d’utiliser un régime enrichi pour induire

l’obésité chez la souris afin de pouvoir mesurer l’impact réel de la prise alimentaire sur la

prise de poids et l’inflammation qui en découle. Ce modèle représente une approche plus

pertinente pour étudier l’obésité qui se développe chez l’homme. En effet, l’incidence de

86

l’obésité chez l’homme a atteint des proportions épidémiques ces dernières années du fait

d’un changement général du style de vie et plus particulièrement d’une augmentation de la

consommation d’aliments riches en graisses et en sucres (Drewnowski, 2007), tandis que les

altérations génétiques ne représentent qu’un faible pourcentage de la population obèse

(Gibson et al., 2004a). Dans notre étude, des souris C57bl/6J mâles ont été soumises à un

régime enrichi précédemment décrit (Berraondo et al., 1997; Groubet et al., 2003). Ce régime

déséquilibré et hypercalorique va nous permettre de nous placer dans une situation d’obésité

modérée. Le groupe témoin a reçu un régime classiquement utilisé chez les rongeurs et

nutritionnellement équilibré.

Du fait de la forte prévalence de troubles de l’humeur et de la cognition chez les sujets

obèses, il a été proposé que l’inflammation à bas bruit associée à l’obésité puisse jouer un rôle

dans l’apparition de ces troubles.

bbbb)))) DémarchDémarchDémarchDémarche expérimentalee expérimentalee expérimentalee expérimentale

Nous avons vérifié si la mise en place d’une obésité chez la souris s’accompagne d’un

état inflammatoire responsable de l’activation de l’IDO, d’une activation de l’axe HPA, ainsi

que d’altérations comportementales.

Des souris C57bl/6J de 3 semaines ont été soumises à un régime hypercalorique pendant

26 semaines. Au terme de cette période, les souris présentent une masse corporelle de 35%

supérieure à celle du groupe contrôle et sont donc considérées comme obèses. Les groupes

contrôle et obèse ont ensuite été soumis à des tests comportementaux (FST, EPM et Y maze),

suivis d’analyses de biochimie (dosage plasmatique d’hormones et de cytokines associées à

l’obésité et mesure de l’activité enzymatique de l’IDO) et de biologie moléculaire (expression

de l’ARNm de l’IDO et des cytokines).

2222.... ObjectifObjectifObjectifObjectif 2 2 2 2 ::::

Etude des conséquences d’une infection périphérique chez un modèle d’obésité DIO sur Etude des conséquences d’une infection périphérique chez un modèle d’obésité DIO sur Etude des conséquences d’une infection périphérique chez un modèle d’obésité DIO sur Etude des conséquences d’une infection périphérique chez un modèle d’obésité DIO sur

la réponse inflammatoire, l’activation de l’IDO et les troubles du comportement associés.la réponse inflammatoire, l’activation de l’IDO et les troubles du comportement associés.la réponse inflammatoire, l’activation de l’IDO et les troubles du comportement associés.la réponse inflammatoire, l’activation de l’IDO et les troubles du comportement associés.

Une augmentation de la susceptibilité aux infections a été décrite chez les sujets obèses

(Mannino et al., 2006; Vachharajani et al., 2005) et des modèles d’obésité induite chez le

87

rongeur présentent également une réponse immunitaire perturbée (Plata-Salaman et al., 1998;

Smith et al., 1987a). Pour induire une stimulation périphérique aiguë du SI chez la souris,

nous avons choisi d’utiliser les LPS.

aaaa)))) Le LPSLe LPSLe LPSLe LPS : un modèle d’activation aiguë du système immunitaire : un modèle d’activation aiguë du système immunitaire : un modèle d’activation aiguë du système immunitaire : un modèle d’activation aiguë du système immunitaire

Le lipopolysaccharide ou LPS est une endotoxine, composant majeur du feuillet le

plus externe de la paroi des bactéries à Gram négatif. Classiquement utilisé comme modèle

expérimental d’inflammation périphérique, le LPS reproduit les effets d’une infection

bactérienne en induisant une production massive mais transitoire de cytokines en périphérie,

ainsi qu’au niveau central. En effet, l’injection de LPS par voie intrapéritonéale (i.p.) chez le

rongeur entraîne une expression cérébrale précoce de cytokines inflammatoires (Gatti and

Bartfai, 1993; Laye et al., 1994; van Dam et al., 1992). En plus de ces effets physiologiques,

le LPS induit également des modifications comportementales transitoires et réversibles

regroupées sous le terme de comportement de maladie comprenant entre autres la fièvre, des

troubles du sommeil et de l’appétit, un repli sur soi et qui disparaissent en moins de 24 h chez

le rongeur (pour revue Dantzer, 2006). Toutefois, les changements comportementaux

observés à court terme et caractérisant le comportement de maladie peuvent être suivis du

développement d’altérations comportementales plus durables et définies comme troubles

comportementaux de type dépressif à l’aide de tests comportementaux de dépression

fréquemment utilisés et validés pharmacologiquement à l’aide d’antidépresseurs classiques

(Frenois et al., 2007; Yirmiya, 1996). De plus, l’induction de ces changements

comportementaux de type dépressif par l’administration de LPS coïncide avec la stimulation

de l’activité de l’IDO pulmonaire in vitro (Andre et al., 2008b; Hayaishi and Yoshida, 1978;

Yoshida and Hayaishi, 1978) ainsi que son activité périphérique et centrale in vivo (Lestage et

al., 2002).

Le LPS induit la production de cytokines inflammatoires dans un grand nombre de types

cellulaires et en particulier au sein des macrophages. La fixation du LPS sur le récepteur

CD14, présent à la surface des cellules immunitaires, entraîne son interaction avec les toll-like

récepteurs (TLRs) et plus particulièrement avec le TLR4 (Du et al., 1999).

Dans notre étude réalisée chez la souris, la dose de LPS, issu de E.coli (sérotype

0127 :B8), choisie est de 830 µg/kg car il a été montré qu’elle permet de reproduire tous les

symptômes du comportement de maladie, d’induire la mise en place de symptômes de type

dépressif, ainsi que de stimuler l’activité pulmonaire et cérébrale de l’IDO (Frenois et al.,

88

2007; Lestage et al., 2002; Mormede et al., 2004). Dans cette dernière étude réalisée au

laboratoire, les auteurs ont montré que le LPS induisait une production plasmatique d’IFNγ

maximale 6 h après l’injection i.p. de LPS, tandis que l’IDO cérébrale présentait un pic

d’activité enzymatique 24 h après injection de LPS.

bbbb)))) Démarche expérimentaleDémarche expérimentaleDémarche expérimentaleDémarche expérimentale Après 26 semaines de régime hypercalorique, donc quand la prise de poids est

devenue suffisament importante pour entraîner une obésité, les souris C57bl/6J sont soumises

à une stimulation du système immunitaire par le LPS afin de déterminer si l’obésité et les

altérations associées pouvaient perturber la réactivité du système nerveux central à une

infection et favoriser ainsi le développement des troubles comportementaux de type dépressif.

Suite à cette injection, les souris sont soumises à des tests comportementaux (FST et Y maze),

suivis d’analyses de biochimie (dosage plasmatique d’hormones et de cytokines associées à

l’obésité et mesure de l’activité enzymatique de l’IDO) et de biologie moléculaire (expression

de l’ARNm de l’IDO et des cytokines). L’implication potentielle de l’IDO dans le

développement des troubles observés dans de telles conditions a été tout particulièrement

étudiée.

3333.... Objectif 3Objectif 3Objectif 3Objectif 3 ::::

Etude des conséquences d’une obésité morbide sur l’activation de l’IDO et les troubles Etude des conséquences d’une obésité morbide sur l’activation de l’IDO et les troubles Etude des conséquences d’une obésité morbide sur l’activation de l’IDO et les troubles Etude des conséquences d’une obésité morbide sur l’activation de l’IDO et les troubles

du comportement associés. du comportement associés. du comportement associés. du comportement associés.

aaaa)))) ObésitObésitObésitObésité d’origine génétique: une situation d’inflammation chronique é d’origine génétique: une situation d’inflammation chronique é d’origine génétique: une situation d’inflammation chronique é d’origine génétique: une situation d’inflammation chronique exacerbéeexacerbéeexacerbéeexacerbée

Dans le cas d’une obésité génétiquement induite, les animaux présentent les

caractéristiques d’une obésité morbide. En effet, l’acquisition excessive de masse grasse

s’accompagne de développement d’autres pathologies associées telles qu’une insulino-

résistance, un diabète de type 2, une hypertension ou des problèmes cardio-vasculaires.

L’ensemble de ces symptômes constituent le syndrome métabolique associé à une situation

inflammatoire via entre autres la production de protéine C-réactive et d’IL-6. De plus, les

89

modèles d’obésité génétique tels que la souris ob/ob ou le rat Zucker présentent une

hypercorticostéronémie (Castonguay et al., 1986; Naeser, 1973).

Bien que l’obésité d’origine génétique ne représentent qu’une très faible proportion des

causes de l’obésité humaine, ce modèle permet de se placer dans une situation d’obésité

morbide qui est fréquemment rencontré chez l’homme mais qu’il est difficile d’obtenir chez

l’animal avec des régimes hypercaloriques. En se plaçant dans ce contexte extrême, nous

avons cherché à évaluer la réponse inflammatoire observée en conditions non stimulées, c'est-

à-dire sans stimulation périphérique par un agent inflammatogène comme le LPS, et les

troubles du comportement qui peuvent en découler.

bbbb)))) Démarche expérimentaleDémarche expérimentaleDémarche expérimentaleDémarche expérimentale

Des souris db/db (C57bl/6J-leprdb/leprdb) de 5 semaines ont reçu pendant 3 semaines un

régime équilibré (régime 5K52 fourni par Charles River). Au terme de cette période, les

souris présentent une masse corporelle de 69% supérieure à celle du groupe contrôle et sont

donc considérées comme obèses. Les groupes contrôle et obèse ont ensuite été soumis à des

tests comportementaux (EPM et Open Field), suivis d’analyses de biochimie (dosage

plasmatique d’hormones et de cytokines associées à l’obésité et mesure de l’activité

enzymatique de l’IDO) et de biologie moléculaire (expression de l’ARNm de l’IDO et des

cytokines). Afin d’évaluer la réponse inflammatoire dans cette situation inflammatoire

extrême, une partie des animaux reçoit une injection de LPS afin d’induire une stimulation

périphérique aigue du SI. Suite à cette injection, les souris sont soumises à des tests

comportementaux (FST, Y maze ou EPM), suivis d’analyses de biochimie (dosage

plasmatique d’hormones et de cytokines associées à l’obésité et mesure de l’activité

enzymatique de l’IDO) et de biologie moléculaire (expression de l’ARNm de l’IDO et des

cytokines).

90

91

ResultatsResultatsResultatsResultats

92

93

Chapitre 1Chapitre 1Chapitre 1Chapitre 1

94

95

Chapitre 1Chapitre 1Chapitre 1Chapitre 1

DIET-INDUCED OBESITY IN MICE EXACERBATES NEUROINFLAMMATION AND SICKNESS ELICITED BY SYSTEMIC INFECTION

Caroline André, Anne Laure Dinel, Sophie Layé and Nathalie Castanon

En cours de soumission

96

97

DietDietDietDiet----induced obesity in mice induced obesity in mice induced obesity in mice induced obesity in mice exacerbates neuroinflammation and sickness exacerbates neuroinflammation and sickness exacerbates neuroinflammation and sickness exacerbates neuroinflammation and sickness elicited by systemic infectionelicited by systemic infectionelicited by systemic infectionelicited by systemic infection

ObjectifsObjectifsObjectifsObjectifs ::::

Le but de cette étude était de vérifier si un état d’obésité induit par un régime enrichi

pouvait moduler les réponses comportementales et neurobiologiques induites par

l’administration de LPS.

Matériel et méthodesMatériel et méthodesMatériel et méthodesMatériel et méthodes ::::

Des souris mâles C57bl/6J de 3 semaines ont été soumises soit au régime standard

pour rongeur soit à un régime enrichi (lipides: 24%, glucides: 34%, protéines: 12%) pendant

26 semaines. Au terme de cette période, l’ensemble des souris a reçu une injection i.p. de LPS

(0,83 mg/kg) ou de solution saline, puis une moitié de ces animaux a été sacrifiée 2 h post-

traitement et l’hypothalamus a été rapidement prélevé. L’autre moitié des souris a été soumise

à des tests de comportement (activité locomotrice, FST) 22 h et 24 h post-LPS respectivement

puis sacrifiée tandis que le plasma, les poumons, le tissu adipeux et le cerveau ont été

prélevés. Les concentrations en leptine, résistine, MCP-1, IL-6 et TNFα ont été mesurées dans

le plasma et le tissu adipeux en multiplex selon la technologie Luminex. L’activité

enzymatique de l’IDO pulmonaire a été évaluée par dosage du rapport KYN/Trp par HPLC.

Enfin, l’expression cérébrale des ARNm de l’IL-6, du TNFα, de l’IFNγ, de SOCS-3 et de

l’IDO a été mesurée par PCR en temps réel.

RésultatsRésultatsRésultatsRésultats ::::

Les souris consommant le régime enrichi présentent une masse corporelle de 35 %

supérieure à celle du groupe contrôle, associée à une augmentation significative des

concentrations de leptine mesurées dans le plasma et le tissu adipeux. En conditions non

stimulées, les taux circulants d’IL-6, de TNFα, de MCP-1, ainsi que la libération de

corticostérone ne sont pas affectés chez les souris obèses, tandis que leur augmentation

induite 24 h post-LPS est potentialisée par le régime enrichi. De plus, la consommation de

régime enrichi exacerbe l’induction de l’activité enzymatique de l’IDO pulmonaire et

cérébrale, ainsi que son expression cérébrale 24 h après l’administration de LPS. De même,

l’induction de l’ARNm de l’IL-6, ainsi que de l’IDO exprimée dans l’hypothalamus 2 h post-

98

LPS est exacerbée chez les souris obèses. Enfin, alors que les animaux ne présentent aucun

déficit locomoteur quelque soit le groupe, la durée d’immobilité mesurée dans le FST est

diminuée chez les souris obèses après LPS.

ConclusionConclusionConclusionConclusion :

L’état d’obésité induit par le régime enrichi interfère avec la capacité du SI à répondre

de façon appropriée à une stimulation aiguë du SI, en exacerbant les réponses

neurobiologiques (plus particulièrement l’expression cérébrale et périphérique de l’IL-6 et

l’IDO, ainsi que l’activation de l’axe HPA), ainsi que leurs conséquences sur la réactivité

comportementale.

99

Diet-induced obesity in mice exacerbates neuroinflammation and sickness

elicited by systemic infection

Caroline André, Anne Laure Dinel, Sophie Layé and Nathalie Castanon1

Author Affiliation : INRA, UMR 1286 PsyNuGen, Université Victor Ségalen Bordeaux 2, CNRS,

UMR 5226, IFR8, F-33076 Bordeaux, France

CA and ALD contributed equally to the work.

Corresponding Author: 1 Nathalie Castanon, Ph.D

INRA, UMR 1286, Laboratory of Psychoneuroimmunology, Nutrition and Genetics, Université Victor

Ségalen Bordeaux 2, Bâtiment UFR Pharmacie, Case courrier 34, 146 rue Léo Saignat, 33076

Bordeaux, France.

E-mail : nathalie.castanon@bordeaux.inra.fr

Phone: 33 557 574 505 Fax: 33 557 571 227

Running Title: Obesity enhances neuroinflammation induced by LPS

Nonstandard abbreviations used: FST, Forced swim test; HPA, hypothalamic-pituitary-

adrenal axis; IDO, Indoleamine 2,3-dioxygenase; KYN, Kynurenine; MCP-1, monocytes

chemotactic protein; TRP, Tryptophan.

Abstract

Severe obesity is associated with peripheral chronic low-grade inflammation and a high

prevalence of mood disorders that might constitute aggravating risk factors for the

development of other obesity-related comorbidities. Excessive production of proinflammatory

cytokines by brain microglia during a systemic infection can promote a shift from reversible

sickness responses to neurobehavioral complications including depression. Cytokine-induced

over-activation of the microglial enzyme indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) and

glucocorticoid release might condition increased vulnerability to inflammation-induced

100

depression. The same cascade of events may explain the increased susceptibility of obese

subjects to immune-mediated diseases. Our aim was to investigate in mice whether diet-

induced obesity exacerbated neuroinflammation induced by a systemic lipopolysaccharide

(LPS) challenge and the resultant neurobiological and behavioral sickness responses. Here we

show that diet-induced obesity interfered with the ability of the innate immune system to

appropriately respond to LPS by exacerbating the neuroinflammation, as manifested by

amplified hypothalamic interleukin-6 production and IDO activation, and the intensity of the

resultant corticosterone secretion and behavioral reactivity to an emotional challenge (forced

swim test). These results provide the first evidence that obesity-associated over-reactivity of

brain cytokines could play a pathophysiological role in the increased vulnerability to obesity-

related comorbid diseases that share systemic inflammation in their pathology.

Introduction

Over the past decade, obesity has continuously increased at alarming rates throughout

the world, fostering the rise in obesity-related comorbidities, particularly cardiovascular and

metabolic diseases (1). The high prevalence of altered emotional reactivity to adverse

conditions that frequently evolves in neuropsychiatric disorders in severely obese subjects

constitutes an aggravating risk factor for the development of these pathological complications

(2, 3). Psycho-social factors are classically pointed out to explain the association between

obesity and mood disorders, although with inconsistent reliability (4, 5). Recent evidence

suggests however that functional links relying on biological systems shown to be impaired in

both obesity and mood disorders may also exist (6-8). These biological intermediates may

constitute new therapeutic targets to prevent development of mood disorders and their

deleterious effects on other obesity-related comorbidities. In this context, inflammation has

been proposed as a potential key element in the shared biology of obesity and mood disorders,

particularly depression (8-10). Mounting evidence indicates that severe obesity is associated

with a state of peripheral chronic low-grade inflammation characterized by increased plasma

production of cytokines mainly originating from adipose tissue (11, 12) and with immune

dysfunction (13, 14). Moreover, few rodent studies have suggested that signs of

neuroinflammation may also exist (15, 16).

During an infection, cytokines produced by activated innate immune system in the

periphery act on the brain to induce the local production of brain cytokines by activated

101

microglia (17). These molecular signals in turn target neuronal substrates to organize the

behavioral, neuroendocrine and metabolic components of the sickness response that aims to

cope with infectious micro-organisms (18). Effective coping implies that this adaptive

sickness response is strictly tailored to the stimulus and time-limited. However, when immune

activation continues unabated, exacerbation of the sickness response can culminate in the

development of pathological disorders including depressive symptoms (19, 20). This is

particularly true when protracted inflammation occurs in the context of an increased

vulnerability to the negative consequences of immune-mediated events, as observed in aging

(21) or neurological diseases (22), and as recently suggested in obesity (9, 23). Hence, an

increased susceptibility to autoimmune diseases and infection is often reported in obese

subjects (24, 25).

The intensity of cytokine-induced depressive symptoms is correlated to a drastic

increase in the ratio of plasma kynurenine (KYN) to tryptophan (TRP) (26). The indoleamine

2,3-dioxygenase (IDO), an enzyme that catabolizes the essential amino acid TRP along the

KYN pathway, is potently induced by cytokines in activated monocytes, macrophages and

brain microglia (27). Activation of this enzyme has been extensively studied by cellular

immunologists for its role in mediating T-cell proliferation and local immunotolerance.

However, an increase of IDO activity creates immune privilege that can be both beneficial

and deleterious to the host (27). In degrading TRP, IDO reduces its bioavailability for the

synthesis of serotonin (5-HT), a neurotransmitter that is well-known to be involved in mood

regulation. Moreover, brain KYN can be further metabolized to generate neuroactive

glutamatergic compounds and heightened glutamate receptor activity has been recently

evidenced in major depression (28). Therefore, it has been proposed that enhanced IDO

activation may participate in linking inflammation with mood disorders through its impact on

brain serotoninergic and/or glutamatergic neurotransmission (19, 29). Impaired hypothalamic-

pituitary-adrenal (HPA) axis response to cytokine administration has also been shown to

condition increased vulnerability to inflammation-induced depression (30-32). Interestingly,

severe obesity is associated with increased activity of both the HPA axis (6) and peripheral

IDO (33). It can therefore be hypothesized that in the context of obesity, altered reactivity of

both neurobiological systems might be an important contributing factor to the

pathophysiology of mood disorders that might result from exacerbated sickness response to

immune activation. Mood disorders in turn might contribute to increase the vulnerability to

102

other obesity-related comorbidities, including cardiovascular and metabolic diseases, that

becomes potentially manifest upon subsequent exposure to insults (2, 3).

Conditions in which a deleterious increased inflammatory status that remains silent until

it is challenged by a systemic infection have already been reported in animal models of aging

or chronic neurodegenerative diseases. In these models, peripheral immune activation

facilitates development of cognitive and mood alterations (21, 34) and progression of

neurodegeneration respectively (22). This facilitation has been proposed to be based on an

atypical more “reactive” state of brain microglia referred to as “primed” state (22). In

vulnerable subjects exposed to systemic infection, “primed” microglia switch their silent

phenotype to produce excessive cytokines and IDO (26, 35) that translate in altered

neuroendocrine (HPA axis) and behavioral sickness responses (9, 30, 35). Similarly, obesity

may constitute another situation in which a “primed” state of microglia, potentially revealed

by a systemic inflammatory challenge, would condition vulnerability to comorbidities linked

to chronic inflammation.

In rodents, administration of the cytokine inducer lipopolysaccharide (LPS) is

classically used to mimic the host response to infection (36). The purpose of this study was

therefore to investigate in mice whether innate immune system activation by LPS

administration, as well as the consequent neurobiological and behavioral sickness responses,

was exacerbated in a model of diet-induced obesity. Our data indicate that diet-induced

obesity indeed interfered with the ability of the innate immune system to appropriately

respond to a systemic infection, despite the lack of visible signs of peripheral inflammation

and related-comorbidities in unstimulated conditions. These findings support our hypothesis

that microglia “priming” induced by obesity might mediate the higher prevalence of mood

disorders and related comorbidities in this population.

Results

Sustained exposure to enriched diet induces obesity

As expected, enriched diet induced a significant and sustained increase in body weight

over the 26-week period, whereas body weight of mice fed with standard diet stabilized from

the 16th week (diet: F1-92 = 17.9, P < 0.001, time: F4-92 = 356.9, P < 0.001, diet x time: F4-92 =

42.2, P < 0.001) (Fig. 1).

103

Table I

2.4 ± 0.4

4.0 ± 0.2

29.1 ± 2.9A

1.1 ± 0.2

4.5 ± 0.4

185.5 ± 22.5B

1.3 ± 0.2

4.1 ± 0.3

26.2 ± 0.0A

Adipose tissue

9.8 ± 2.4B

3.3 ± 0.4A

25.2 ± 2.7A

29.7 ± 2.1A

29.6 ± 5.7A

7.6 ± 0.4A

2.2 ± 1.0A

1.8 ± 0.1A

48.1 ± 10.8B

226.0 ± 48.2B

275.4 ± 44.3B

9.0 ± 0.8B

2.0 ± 0.4A

2.8 ± 0.3A

24.5 ± 3.0A

29.1 ± 2.9A

62.9 ± 16.0A

7.3 ± 0.2A

Leptin (ng/ml)

Resistin (ng/ml)

Corticosterone (ng/ml)

MCP-1 (pg/ml)

IL-6 (pg/ml)

TNFα (pg/ml)

salineLPSPlasma

obeselean

20.2 ± 2.2C

10.9 ± 1.3B

124.6 ± 12.3C

551.3 ± 126.1B

3304.0 ± 996.6C

14.0 ± 2.1B

2.7 ± 0.4

3.7 ± 0.2

243.2 ± 61.5B

saline LPS

salineLPSsaline LPSobeselean

Leptin (ng/ml)

Resistin (ng/ml)

MCP-1 (pg/ml)

2.4 ± 0.4

4.0 ± 0.2

29.1 ± 2.9A

1.1 ± 0.2

4.5 ± 0.4

185.5 ± 22.5B

1.3 ± 0.2

4.1 ± 0.3

26.2 ± 0.0A

Adipose tissue

9.8 ± 2.4B

3.3 ± 0.4A

25.2 ± 2.7A

29.7 ± 2.1A

29.6 ± 5.7A

7.6 ± 0.4A

2.2 ± 1.0A

1.8 ± 0.1A

48.1 ± 10.8B

226.0 ± 48.2B

275.4 ± 44.3B

9.0 ± 0.8B

2.0 ± 0.4A

2.8 ± 0.3A

24.5 ± 3.0A

29.1 ± 2.9A

62.9 ± 16.0A

7.3 ± 0.2A

Leptin (ng/ml)

Resistin (ng/ml)

Corticosterone (ng/ml)

MCP-1 (pg/ml)

IL-6 (pg/ml)

TNFα (pg/ml)

salineLPSPlasma

obeselean

20.2 ± 2.2C

10.9 ± 1.3B

124.6 ± 12.3C

551.3 ± 126.1B

3304.0 ± 996.6C

14.0 ± 2.1B

2.7 ± 0.4

3.7 ± 0.2

243.2 ± 61.5B

saline LPS

salineLPSsaline LPSobeselean

Leptin (ng/ml)

Resistin (ng/ml)

MCP-1 (pg/ml)

At last, mice on enriched diet gained 35 % more body weight than controls. Moreover, diet-

induced obesity led to a marked increase in the proportion of adipose tissue compared to lean

mice (data not shown) that was associated with a significant increase of leptin levels in both

adipose tissue (F1-20 = 14.4, P < 0.001) and plasma (F1-15 = 40.3, P < 0.001) (Table 1). This

result agrees with those showing that plasma release of leptin from adipose tissue is

proportional to adipose tissue mass and correlated with body mass index (37). On the other

hand, diet had no significant effect on insulin plasma levels that remained very low in both

lean and obese mice (data not shown). Taken together, these results show that consumption of

a highly caloric food, even though daily food intake did not significantly differ between both

groups (data not shown), clearly induced the development of a marked obesity.

******

***

Bod

y w

eigh

t(g

)

Wk10

15

20

25

30

35

40

45

0 2 8 16 21 26

LeanObese

Figure 1

******

***

Bod

y w

eigh

t(g

)

Wk10

15

20

25

30

35

40

45

0 2 8 16 21 26

LeanObese

******

***

Bod

y w

eigh

t(g

)

Wk10

15

20

25

30

35

40

45

0 2 8 16 21 26

LeanObese

Figure 1

104

Diet-induced obesity alters immune, neuroendocrine and neurochemical responses to

LPS

Severe obesity has been associated with increased susceptibility to infection (24) that

can potentially facilitate development of inflammation-related comorbidities (21, 22).

Therefore, we studied here the consequences of diet-induced obesity on immune,

neuroendocrine and neurochemical responses to innate immune system activation by the

cytokine inducer LPS. Although TNFα and IL-6 adipose tissue levels remained very low

whatever the group (data not shown), LPS induced 24 h after treatment the expected

significant increase of plasma levels of IL-6 (F1-13 = 10.7, P < 0.01) and TNFα (F1-18 = 4.7, P <

0.05) (Table I). LPS also increased both plasma (F1-17 = 22.2, P < 0.001) and adipose tissue

(F1-19 = 12.2, P < 0.01) levels of the monocytes chemotactic protein (MCP-1) (Table I). As

anticipated, such a peripheral immune activation by LPS resulted in a significant stimulation

of some classical targets of cytokines, namely plasma corticosterone release (F1-19 = 55.5, P <

0.001) (Table I), lung IDO activity (F1-20 = 47.4, P < 0.001) (Fig. 2A), as well as brain IDO

mRNA expression and activity (F1-18 = 6.8, P < 0.05 and F1-20 = 16.5, P < 0.001 respectively)

(Fig. 2B-C).

In unstimulated conditions, neither plasma cytokine and corticosterone levels, nor

expression and activity of IDO, were markedly altered by diet-induced obesity, even if an

overall main effect of diet was observed (P < 0.05) (Table I, Fig. 2). However, as revealed by

the significant diet by LPS interactions reported below, diet-induced obesity clearly

exacerbated LPS-induced increase in plasma concentrations of MCP-1 (F1-17 = 4.5, P < 0.05),

IL-6 (F1-13 = 10.7 P < 0.01) and TNFα (F1-18 = 4.7, P < 0.05) (Table I), as well as the resultant

stimulation of corticosterone release (F1-19 = 21.1, P < 0.001) (Table I), lung IDO activity (F1-

20 = 4.0, P = 0.05), and brain IDO expression (F1-18 = 7.0, P < 0.05) and activity (F1-20 = 7.2, P

< 0.05) (Fig. 2). Indeed, brain IDO mRNA expression was undetectable 24 h after treatment

in both unstimulated lean and obese mice, whereas a huge induction of this expression was

found in obese LPS-treated mice. Finally, the stimulating effect of LPS on circulating levels

of leptin and resistin was restricted to obese mice (diet x treatment: F1-15 = 6.1, P < 0.05 and

F1-17 = 37.2, P < 0.001 respectively) (Table I).

105

Alterations of 5-HT system functioning induced by cytokines either directly or as a

consequence of IDO activation could constitute an important biochemical connection between

inflammation, obesity and related comorbidities, including depression (19). In order to

determine if LPS-induced increase of brain cytokine expression and IDO activity in obese

mice was associated with increased 5-HT turnover, levels of TRP, 5-HT, and their respective

metabolites KYN and 5-HIAA were measured in lean and obese mice 24 h after injection of

saline or LPS (Fig. 3). LPS treatment induced an increase of TRP concentrations in the brain

of both lean and obese mice (F1-20= 6.9, P < 0.05), but brain levels of KYN were significantly

higher in obese LPS-treated mice than in all other groups (treatment: F1-20= 43.3, P < 0.001;

diet: F1-20= 8.9, P < 0.01; treatment x diet: F1-20= 9.9, P < 0.01) (Fig. 3A). In contrast, brain

levels of 5-HT remained unchanged despite a significant increase of 5-HIAA concentrations

by LPS (F1-20= 58.4, P < 0.001) (Fig. 3B). As determined by the 5-HIAA/5-HT ratio

measurement, 5-HT turnover was significantly increased in both lean and obese mice 24 h

after LPS (treatment: F1-20= 36.1, P < 0.001) (Fig. 3C). Moreover, it was also lightly affected

by diet (F1-20= 6.4, P < 0.05) with no interaction between both factors. In summary, activation

of the peripheral immune system by LPS increased 5-HT turnover in the same proportion in

brains of both lean and obese mice despite the higher increase of brain IDO activation in this

last group. On the contrary, this last effect translated in a sustained production of KYN in

obese LPS-treated mice compared to their lean counterparts.

SalineLPS

B

lean obese

Bra

inK

YN

/TR

P

***

#

0

0.01

0.02

0.03

lean obese

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0.02

0.04

0.06

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0.10

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Figure 2

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Figure 2

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IDO

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10

20

30

40

50

lean obesend nd nd

106

Diet-induced obesity alters hypothalamic cytokine and IDO expression induced by LPS

Diet-induced obesity was able to alter LPS-induced plasma release of cytokines, as well

as both peripheral and brain consequences of this induction on corticosterone secretion and

IDO activity. This last effect may be explained by an interference of diet-induced obesity with

the induction of brain cytokines that occurs over the first hours following the peripheral LPS

injection (38, 39). In order to test this possibility, cytokine and IDO mRNA expression was

measured 2 h after LPS in the hypothalamus of both lean and obese mice. This structure is

well known to play a major role in obesity by coordinating food intake and energy

expenditure, particularly via leptin stimulation (40). In the context of inflammation, the

hypothalamus also represents an important site of induction of brain cytokines that allows

coordination of the neurobiochemical, neuroendocrine and behavioral responses to LPS (18).

Two hours after treatment, LPS increased mRNA expression of TNFα (F1-19 = 123.9, P <

0.001) and IFNγ (F1-19 = 5.8, P < 0.05) in the same proportion in both lean and obese mice

(Fig. 4A-B). On the contrary, the increase of IL-6 mRNA expression induced by LPS (F1-19 =

113.2, P < 0.001) was exacerbated in obese mice compared to lean controls, as revealed by

the significant diet effect (F1-19 = 34.7, P < 0.001) and diet by treatment interaction (F1-19 =

37.3, P < 0.001) (Fig. 4C). Interestingly, obese mice also displayed exacerbation of LPS effect

on IDO mRNA expression (treatment: F1-19 = 38.7, P < 0.001; diet: F1-19 = 5.7, P < 0.05, diet x

treatment: F1-19 = 5.8, P < 0.05) 2 h after treatment (Fig. 4D), as it was still observed 24 h later

(see Fig. 2C). Moreover, LPS-induced increase of SOCS-3 mRNA expression (F1-19 = 97.6, P

0

5

10

15

20

25

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*

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#

***§

Figure 3

*

107

< 0.001), an indicator of cytokine signaling pathway activation and therefore a potential

intermediate between brain cytokines and IDO (41), was also significantly amplified by diet-

induced obesity (diet: F1-19 = 10.3, P < 0.01; diet x treatment: F1-19 = 10.5, P < 0.01) (Fig. 4E).

Thus, diet-induced obesity selectively potentiated the LPS-induced increase of brain IL-6,

SOCS-3 and IDO mRNA expression. This effect may therefore underlie the obesity-induced

over-activation of IDO and HPA axis by LPS.

Diet-induced obesity alters physiological and behavioral responses to LPS

Proinflammatory cytokines which are transiently expressed within the brain by

microglia in response to peripherally released cytokines trigger LPS-induced adaptive

sickness responses that allow the organism to cope with the bacterial threat (18). Thus,

obesity-induced exacerbation of innate immune system reactivity to LPS may impair the

consequent physiological and behavioral sickness responses. In order to test this hypothesis,

LPS effects on body weight and behavioral reactivity to an emotional challenge, the forced

swim test (FST), were compared between lean and obese mice. As expected, LPS induced a

progressive and sustained decrease in body weight (treatment: F1,40 = 121.27, P < 0.001, time:

F2,40 = 74.36, P < 0.001, treatment x time: F2-40 = 66.5, P < 0.001) in both lean and obese mice

compared to saline controls (Fig. 5). However, a significant attenuation of body weight loss

SalineLPS

lean obese

D

IDO

∆∆ ∆∆m

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A

0

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E

***

##

lean obese

Figure 4

108

was observed in LPS-treated obese mice compared to their lean counterparts (diet x time x

treatment: F2-40 = 9.2, P < 0.001).

Most of the rodent tests aiming at evaluating behavioral reactivity to an emotional

challenge are based on changes in motor activity (42), whereas LPS-induced motor

retardation is one of the main symptoms of sickness behavior (18). In order to assess the

consequences of LPS treatment on emotional reactivity it is therefore necessary to clearly

dissociate cytokine-induced emotional alterations from locomotor alterations. A solution to

this dilemma is to measure behavioral changes induced by activation of the innate immune

system only when sickness has dissipated, (20, 43). Shortly after LPS treatment, both lean and

obese mice presented most of the classical visual indicators of sickness including piloerection,

curl up body posture, listlessness, and a relative immobility (data not shown). However, by

the time of the FST exposure, i.e. 23 h after treatment, all mice exhibited normal motor

activity as assessed by the number of between-compartment crossings performed in the

activity cage (Fig. 6A). The duration of immobility measured 1 h later in the FST was reduced

by diet-induced obesity (F1-20 = 8.3, P < 0.01) and treatment (F1-20 = 10.9, P < 0.01) (Fig. 6B).

Although the interaction between both factors did not reach statistical significance, it is

noteworthy that the reduction of the duration of immobility was only significant in LPS-

treated obese mice (Saline-obese versus LPS-obese: P < 0.01). LPS also selectively increased

time spent swimming in obese mice (diet: F1-20 = 16.5, P < 0.001; diet x treatment: F1-20 = 4.1,

P = 0.05) (Fig. 6C), whereas its effect on the duration of climbing was similar in both lean

and obese mice (treatment: F1-20 = 6.0, P < 0.05) (Fig. 6D). Thus, diet-induced obesity altered

***§§§

-12

-10

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Bod

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Figure 5

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Figure 5

109

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lean obese

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Figure 6

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lean obese

C

D *

##

*

the adaptive behavioral response to an emotional challenge normally exhibited by lean LPS-

treated mice.

Discussion

Understanding the pathophysiological mechanisms by which biological dysregulations

associated with obesity, particularly low-grade inflammation, could contribute to the

pathogenesis of its related comorbidities, particularly mood disorders, has wide ranging

therapeutic implications. The present findings demonstrate that despite the lack of detectable

illness symptoms in obese mice, diet-induced obesity interfered with the ability of the

organism to appropriately respond to a systemic infection. More specifically, obesity provides

a brain environment promoting an exacerbation of the neuroinflammation induced by a

peripheral immune challenge, as manifested by an excessive brain cytokine production and

activation of the microglial TRP-catabolizing enzyme IDO that translate in altered

neuroendocrine (HPA axis) and behavioral sickness responses. Excessive activation of both

IDO and HPA axis has already been related to the development of psychological disorders

resulting from dysregulated innate immune system activation (19, 29, 44). In rodent models of

aging or neurological diseases, a similar exaggerated neuroinflammatory and sickness

response to innate immune challenge has been related to an atypical over-reactive or “primed”

110

state of brain microglia (22). Moreover, this amplified neuroinflammatory response is a

precursor to important neurobehavioral complications (22, 35). Although the cellular source

of exacerbated neuroinflammation was not directly identified in the present study, our results

strongly suggest that obesity may constitute another situation in which a “primed” microglia

may determine increased vulnerability to the negative consequences of immune-mediated

events.

As genetic alterations only account for a small fraction of obesity in humans (45), diet-

induced obesity models constitute a more relevant approach for studying the relationship

between obesity and inflammation than genetically obese animals. Moreover, they allow

following up the progression of obesity and its related comorbidities, whereas the time frame

is much more reduced in the case of genetic obesity models. In the present study, mice fed

with enriched diet became obese, as evidenced by the huge body weight gain and adipose

tissue hypertrophy, as well as the marked increase in plasma and adipose tissue levels of

leptin (37). Nevertheless, mice did not display increased plasma cytokine production in

unstimulated conditions, strongly suggesting therefore the lack of detectable low-grade basal

inflammation by the time it was measured. This finding agrees with recently published data

(24, 46), but it contrasts with what is usually reported in genetic obesity models or in high fat

diet-induced obesity models (15, 47, 48). However, in both cases inflammation is associated

with marked symptoms of obesity-related pathological complications, particularly diabetes or

cardiovascular diseases that can per se induce an inflammation. Similarly, low-grade

inflammation has been mainly reported in humans suffering from extremely severe forms of

obesity (11). Our experimental conditions provide therefore the opportunity of detecting

biological changes preceding the onset of the obesity-related comorbidities that have

important deleterious consequences on health. These biological systems deserve to be

thoroughly studied as promising predictive biomarkers and/or potential therapeutic targets.

Despite the lack of visible signs of basal inflammation, diet-induced obesity resulted in

exacerbated immune and neurobehavioral responses to LPS challenge, suggesting the

development of molecular changes underlying an increased vulnerability to systemic

infection. These findings are consistent with data obtained in genetic obesity models, although

as mentioned before the infection acts, in these models, on a preexistent inflammatory

background (23, 49, 50). Recent studies also report altered immune responses to bacterial (24)

or influenza virus infection (51) in diet-induced obesity models. To our knowledge, this is

however the first report detailing how dietary obesity can interfere with normal host response

111

to bacterial infection at both the peripheral and brain levels. Here we show that diet-induced

obesity selectively exacerbated the increase of hypothalamic IL-6 mRNA expression induced

by LPS, leaving unchanged TNFα and IFNγ expression. These results strongly strengthen the

assumption that IL-6 might play a key role in obesity-related mood disorders (9) and

cardiovascular comorbidities (52). Increased IL-6 production leads to the transcription of

many genes, including those coding for the SOCS inhibitory proteins. Here we show that

hypothalamic IL-6 and SOCS-3 mRNA expression was concomitantly increased 2 h after LPS

and more importantly that this effect was amplified in obese LPS-treated mice. Since it has

been shown that IL-6 is selectively involved in the LPS-induced increase of brain SOCS-3

expression (41), our results argue for a direct link between both activations in diet-induced

obesity. Additionally, increased SOCS-3 mRNA expression could also result from the LPS-

induced elevation of plasma leptin levels (53). Hypothalamic SOCS-3 expression has been

proposed as a critical determinant of the leptin resistance classically observed in obesity (54).

Moreover, leptin has been suspected to be involved in cytokine-induced anorexia and body

weight loss (55). Although not directly tested here, development of leptin resistance in our

obese mice, as evidenced by the efficiency of enriched diet in promoting obesity despite

elevated levels of circulating leptin, could therefore explain the attenuation of LPS-induced

body weight loss compared to lean mice.

As shown for IL-6 and SOCS-3, the increase of lung and brain IDO expression and

activity induced by LPS was amplified in obese mice compared to their lean counterparts,

whereas no inter-group differences were observed in basal unstimulated conditions. Increase

of basal serum KYN/TRP ratio in obesity has been recently reported in a clinical study, but

only in morbidly obese patients already presenting therefore a marked peripheral

inflammation (56). Although it is widely accepted that IFNγ is the main IDO inducer in

response to LPS (57, 58), in vitro studies suggest the possibility of a synergistic induction of

IDO by TNFα, IL-6 and IL-1β (59, 60). Since enhanced IDO and IL-6 responses to LPS

coincide in obese LPS-treated mice, it can be reasonably hypothesized that IL-6 is involved in

obesity-induced increased activation of IDO by LPS. In support to this hypothesis, we have

recently shown in aged mice an association between protracted IL-6 production and IDO

activation in response to LPS (21). Furthermore, high concentrations of glucocorticoids have

also been reported in vitro to enhance cytokine-induced IDO activation (61). In the present

study, the exacerbated production of corticosterone observed in obese LPS-treated mice may

similarly participate in the over-activation of IDO.

112

By reducing local bioavailability of TRP, stimulation of IDO activity by cytokines can

ultimately impact on the synthesis of brain 5-HT and therefore serotoninergic

neurotransmission. Alternatively, TRP-neuroactive metabolites such as KYN that are

generated as a result of IDO activation can affect glutamatergic neurotransmission. Through

its potential impact on both brain systems playing a key role in the control of the

physiological, behavioral and emotional reactivity to an external challenge, cytokine-induced

IDO activation may participate in linking inflammation with related neuropsychiatric

disorders (28). In the present study, obese mice exhibited higher LPS-induced increase of

brain IDO activation and KYN production than lean mice, but the same stimulation of brain

5-HT turnover. Therefore, these data suggest that the physiological and behavioral responses

to LPS treatment observed in obese mice together with the exacerbated brain IDO activation

may preferentially be mediated by an increased production of the neuroactive metabolites of

KYN. We acknowledge that more experiments are necessary to thoroughly test this

assumption in the context of obesity, but it is already strengthened by recently published data

(29).

Converging evidence suggests that an amplified inflammatory response in the brain is

associated with exacerbated and/or protracted sickness behavior (62, 63). In some situations

such as aging, this exacerbation can promote development of more severe neurobehavioral

complications (21, 34). Furthermore, we have recently reported that cytokine-induced IDO

activation is important to mediate sustained behavioral alterations in response to innate

immune system stimulation (20, 21, 29). In agreement with these findings, an exacerbated

behavioral response to an emotional challenge (the FST exposure), was found in obese mice

treated with LPS compared to lean LPS-treated mice. In light of previously published data

(29, 43), it can appear somehow puzzling that in the present experimental conditions innate

immune system activation tends to reduce immobility in the FST instead of increasing it.

However, different reasons can explain such an apparent discrepancy. A first reason might be

linked to the different strains of mice used (inbred C57BL/6 here versus outbred CD1 in the

other studies), since strains represent a crucial factor to direct behavioral responses in most of

the tests aiming at evaluating behavioral reactivity to an emotional challenge, including the

FST (64). Secondly, although increased immobility is classically described as a “depressive-

like” behavior in mice, reduced immobility may reflect an enhanced reactivity to the

emotional stress caused by the test (42). The increased production of corticosterone reported

in obese LPS-treated mice supports this assumption. It is also akin to the recent study showing

113

that stressed-C57BL/6 mice reduced their immobility in the FST compared to unstressed

controls (65). Interestingly, it has been shown that repeated exposures to the FST after LPS in

mice precipitate the shift from stress-like response (reduced immobility) toward depressive-

like response (increased immobility) (66). Moreover, stress-induced brain elevation of

cytokine expression has been recently reported to mediate chronic stress-induced depression

in mice via adrenocortical activation and hippocampal neurogenesis suppression (32). The

present results also fit with data reporting an association between exaggerated HPA axis

response to the initial cytokine injection observed in patients undergoing cytokine

immunotherapy and the delayed development of depressive symptomatology after repeated

injections (30). Similar additive effects between repeated exposures of obese mice to

cytokines and stress may then promote higher vulnerability to the deleterious consequences of

exacerbated sickness response, particularly depressive-like symptoms (31, 67). Thirdly, it is

still possible that longer exposure to diet-induced obesity or exposure to a more drastically

enriched diet (68) would allow detecting “depressive-like” behavior in LPS-treated obese

mice. Although more studies are necessary to discriminate the different hypotheses, all these

data support the idea that obesity-induced dysregulation of the mechanisms that regulate

sickness, particularly the IDO and HPA axis systems, might in turn promote increased

vulnerability to the other obesity-related comorbid diseases that share systemic inflammation

in their pathology.

In summary, the present study indicates that diet-induced obesity interferes with the

ability of the innate immune system to appropriately respond to systemic infection by

exacerbating both the neuroinflammation, as manifested by amplified brain IL-6 production

and microglial IDO activation, and the intensity of the resultant neuroendocrine and

behavioral adaptive sickness responses. Moreover, although only correlative and with the

limitation inherent to the measurement of neurobehavioral consequences of obesity in rodents,

the present findings report alterations of both HPA axis and IDO activation that precede the

actual onset of the severe pathological consequences of obesity on health. Therefore, these

results may stimulate important considerations regarding the predictive and/or causative role

of these biological systems in the increased vulnerability to immune-mediated diseases

associated with obesity. Emerging data on aging and neurological diseases point to

neuroinflammation, which results from microglia over-activation, as a promising new

therapeutic target to improve recovery from sickness and reduce the frequency and/or

114

intensity of the associated neurological and behavioral complications. The present study

suggests that similar therapeutic strategies might be very promising in the context of obesity.

Methods

Animals and treatment: All experimental procedures were carried out in accordance with

institutional and international standards of care and use of laboratory animals. Male C57BL/6

mice 3-week old (Charles River Laboratories) were housed 4 per cage in a controlled

environment (normal 12 h light/dark cycle; 22 ± 1°C), with food and water available ad

libitum. Mice were either fed with a standard chow diet (A04, Safe; 3% Fat, 60 %

Carbohydrate, 16% Protein; 330 Kcal/100 g) or an enriched diet (24% Fat, 34%

Carbohydrate, 12% Protein; 440 Kcal/100 g) freshly prepared by mixing pâté, chips,

chocolate, bacon and biscuits as previously described (69, 70).

LPS from E.coli (serotype 0127:B8, Sigma) was dissolved in sterile endotoxin-free

saline on the test day. The dose of 830 µg/kg i.p. was selected on the basis of its ability to

induce the full spectrum of sickness response (43, 71) and a reliable increase of brain IDO

activity (29, 72).

Experimental procedures: Once diet-induced obesity was clearly established (26 weeks), all

lean and obese mice were injected with saline or LPS and were immediately returned to their

home cage. Half of the mice were killed 2 h later by CO2 asphyxiation and perfused with ice-

cold PBS 1X to remove all traces of blood from tissues. The hypothalamus were immediately

collected and stored at -80°C until essayed for determination of cytokine and IDO mRNA

expression (57). Concurrently, body weight was monitored 3, 6 and 24 h after treatment in the

remaining mice. Their locomotor activity and performances in the FST were respectively

measured 22 and 23 h after treatment. They were killed 1 h later and blood was collected via

cardiac puncture into EDTA-coated (10%) chilled tubes. After centrifugation (10 min, 3000 g,

4°C), plasma was stored at -80°C until assayed for concentrations of cytokines, adipokines

and corticosterone. After perfusion with ice-cold PBS 1X, brains, lungs and adipose tissue

were immediately collected and stored at -80°C.

115

Behavioral measures: As previously described (20, 43), behavioral experiments were

performed under conditions of dim light and low noise. Behavior was scored by a trained

observer blind to drug treatments, using the “Observer Basic” software (Noldus, Netherlands).

Motor activity: The motor effect of LPS was assessed in a cage (30 x 11 x 12 cm)

divided into 2 communicating compartments by counting the total number of between-

compartments crossings performed over the 6-min test. The cage was cleaned thoroughly

between each session.

Forced swim test: Mouse was placed individually in a cylinder (diameter: 16 cm;

height: 31 cm) filled with 25°C water for a 6-min test. Duration of swimming, climbing and

immobility was determined during the 5 last minutes of the test.

Measurements of TRP, KYN, 5-HT and 5-HIAA: Concentrations of TRP, 5-HT, and their

respective metabolites were measured as previously described (21, 73). Briefly, tissues were

homogenized using ice cold potassium 0.14 M KCl, 20 mM phosphate buffer (pH 7.0) and

centrifuged (14,000 g, 30 min at 4°C). Clarified homogenates were precipitated in 2 mM

trichloro-acetic acid. Following centrifugation (13,000 g for 5 min at 4°C), supernatants were

injected onto a 5-µm C18 HPLC column (Lichrospher, Alltech, Deerfield, IL, USA) at a flow

rate of 1.0 ml/min with mobile phase containing 0.1 M ammonium acetate/acetic acid buffer

and 5 % acetonitrile (pH 4.65). Levels of KYN were evaluated by UV absorbency at 360 nm,

whereas TRP was detected by fluorescent detector at 285 nm excitation and 365 nm emission

wavelengths. Concentrations of 5-HT and 5-HIAA were measured with a COULOCHEM II

electrochemical detector. All concentrations were determined in samples by comparison of

the retention time and peak areas with known standards.

Measurements of hormones and cytokines: As previously described (20), leptin, insulin,

resistin, MCP-1, TNFα and IL-6 were measured in plasma and adipose tissue by Luminex

technology with the mouse serum adipokine LINCOplex kit (Linco Research, Inc., USA)

following the manufacturer’s instructions. Plasma corticosterone levels were determined after

ethanol extraction by a radiocompetitive protein binding assay using rhesus monkey serum as

a source of transcortin, tritiated corticosterone as tracer and dextran-coated charcoal to absorb

the unbound fraction of corticosterone (74).

116

Reverse transcription and real-time RT-PCR: Total RNA was isolated from hypothalamus

using RNeasy Mini Kit (Qiagen) according to the manufacturer’s instructions and eluted in 30

µl RNase free water (75). Total RNA from whole brains was extracted into TRIzol (Sigma)

and subjected to a DNase I digestion procedure (Ambion, France) (29). 1 or 2 µg of total

RNA were then reverse transcribed with Moloney Murine Leukemia Virus reverse

transcriptase (200 U/µl) using random primer (150 ng/µl) in a 40 µl reaction volume (5x

First-Strand Buffer, 0,1 M deoxynucleotide triphosphate, 10 mM (each) dNTP mix and 40

U/µl Recombinant Ribonuclease Inhibitor) (Invitrogen). Resultant first-strand cDNA was

amplified by the Taqman® Universal PCR Master Mix with sequence-specific primers and

the FAM-labeled Taqman MBG probe assay mix (Applied Biosystems) as previously

described (29, 57, 63). Results were normalized with the β2-microglobulin endogenous

control and the relative quantitative evaluation of the amplification products was performed

using the comparative threshold cycle method, as described elsewhere (Applied Biosystems

user bulletin n°2).

Statistical Analysis: Data were analyzed using an ANOVA analysis (diet x treatment) with

repeated measurement on the time factor where appropriate, followed by a post-hoc pair wise

multiple comparison procedure using the Student-Newman-Keuls method, if the interaction

was significant.

Acknowledgments

This study was funded by INRA, CNRS, Région Aquitaine. ALD was supported by a doctoral

fellowship from the Institut Danone.

117

References

1. Kim, S., and B.M. Popkin. 2006. Commentary: understanding the epidemiology of overweight and

obesity--a real global public health concern. Int. J. Epidemiol. 35:60-67; discussion 81-62.

2. Fiedorowicz, J.G., N.M. Palagummi, V.L. Forman-Hoffman, D. Miller del, and W.G. Haynes. 2008.

Elevated prevalence of obesity, metabolic syndrome, and cardiovascular risk factors in bipolar disorder.

Ann. Clin. Psychiatry 20:131-137.

3. Scott, K.M., M.A. McGee, J.E. Wells, and M.A. Oakley Browne. 2008. Obesity and mental disorders in

the adult general population. J. Psychosom. Res 64:97-105.

4. Baumeister, H., and M. Harter. 2007. Mental disorders in patients with obesity in comparison with

healthy probands. Int. J. Obes. (Lond) 31:1155-1164.

5. Heo, M., A. Pietrobelli, K.R. Fontaine, J.A. Sirey, and M.S. Faith. 2006. Depressive mood and obesity

in US adults: comparison and moderation by sex, age, and race. Int. J. Obes. (Lond) 30:513-519.

6. Bornstein, S.R., A. Schuppenies, M.L. Wong, and J. Licinio. 2006. Approaching the shared biology of

obesity and depression: the stress axis as the locus of gene-environment interactions. Mol. Psychiatry

11:892-902.

7. Elenkov, I.J. 2008. Neurohormonal-cytokine interactions: implications for inflammation, common

human diseases and well-being. Neurochem. Int. 52:40-51.

8. Emery, C.F., M.D. Fondow, C.M. Schneider, F.L. Christofi, C. Hunt, A.K. Busby, B.J. Needleman,

W.S. Melvin, and H.M. Elsayed-Awad. 2007. Gastric bypass surgery is associated with reduced

inflammation and less depression: a preliminary investigation. Obes. Surg. 17:759-763.

9. Capuron, L., S. Su, A.H. Miller, J.D. Bremner, J. Goldberg, G.J. Vogt, C. Maisano, L. Jones, N.V.

Murrah, and V. Vaccarino. 2008. Depressive Symptoms and Metabolic Syndrome: Is Inflammation the

Underlying Link? Biol. Psychiatry

10. Cottam, D.R., S.G. Mattar, E. Barinas-Mitchell, G. Eid, L. Kuller, D.E. Kelley, and P.R. Schauer. 2004.

The chronic inflammatory hypothesis for the morbidity associated with morbid obesity: implications

and effects of weight loss. Obes. Surg. 14:589-600.

11. Cancello, R., and K. Clement. 2006. Is obesity an inflammatory illness? Role of low-grade

inflammation and macrophage infiltration in human white adipose tissue. Bjog 113:1141-1147.

12. Mora, S., and J.E. Pessin. 2002. An adipocentric view of signaling and intracellular trafficking.

Diabetes Metab. Res. Rev. 18:345-356.

13. Mito, N., T. Hosoda, C. Kato, and K. Sato. 2000. Change of cytokine balance in diet-induced obese

mice. Metabolism 49:1295-1300.

14. Pacifico, L., L. Di Renzo, C. Anania, J.F. Osborn, F. Ippoliti, E. Schiavo, and C. Chiesa. 2006.

Increased T-helper interferon-gamma-secreting cells in obese children. Eur. J. Endocrinol. 154:691-

697.

15. De Souza, C.T., E.P. Araujo, S. Bordin, R. Ashimine, R.L. Zollner, A.C. Boschero, M.J. Saad, and L.A.

Velloso. 2005. Consumption of a fat-rich diet activates a proinflammatory response and induces insulin

resistance in the hypothalamus. Endocrinology 146:4192-4199.

16. Rizk, N.M., H.G. Joost, and J. Eckel. 2001. Increased hypothalamic expression of the p75 tumor

necrosis factor receptor in New Zealand obese mice. Horm. Metab. Res. 33:520-524.

118

17. Nguyen, V.T., and E.N. Benveniste. 2002. Critical role of tumor necrosis factor-alpha and NF-kappa B

in interferon-gamma -induced CD40 expression in microglia/macrophages. J. Biol. Chem. 277:13796-

13803.

18. Konsman, J.P., P. Parnet, and R. Dantzer. 2002. Cytokine-induced sickness behaviour: mechanisms and

implications. Trends Neurosci. 25:154-159.

19. Dantzer, R., J.C. O'Connor, G.G. Freund, R.W. Johnson, and K.W. Kelley. 2008. From inflammation to

sickness and depression: when the immune system subjugates the brain. Nat. Rev. Neurosci. 9:46-56.

20. Moreau, M., C. Andre, J.C. O'Connor, S.A. Dumich, J.A. Woods, K.W. Kelley, R. Dantzer, J. Lestage,

and N. Castanon. 2008. Inoculation of Bacillus Calmette-Guerin to mice induces an acute episode of

sickness behavior followed by chronic depressive-like behavior. Brain Behav. Immun. 22:1087-1095.

21. Godbout, J.P., M. Moreau, J. Lestage, J. Chen, N.L. Sparkman, O.C. J, N. Castanon, K.W. Kelley, R.

Dantzer, and R.W. Johnson. 2008. Aging exacerbates depressive-like behavior in mice in response to

activation of the peripheral innate immune system. Neuropsychopharmacology 33:2341-2351.

22. Perry, V.H., C. Cunningham, and C. Holmes. 2007. Systemic infections and inflammation affect

chronic neurodegeneration. Nat. Rev. Immunol. 7:161-167.

23. O'Connor, J.C., A. Satpathy, M.E. Hartman, E.M. Horvath, K.W. Kelley, R. Dantzer, R.W. Johnson,

and G.G. Freund. 2005. IL-1beta-mediated innate immunity is amplified in the db/db mouse model of

type 2 diabetes. J. Immunol. 174:4991-4997.

24. Amar, S., Q. Zhou, Y. Shaik-Dasthagirisaheb, and S. Leeman. 2007. Diet-induced obesity in mice

causes changes in immune responses and bone loss manifested by bacterial challenge. Proc. Natl. Acad.

Sci. U S A 104:20466-20471.

25. Mannino, D.M., J. Mott, J.M. Ferdinands, C.A. Camargo, M. Friedman, H.M. Greves, and S.C. Redd.

2006. Boys with high body masses have an increased risk of developing asthma: findings from the

National Longitudinal Survey of Youth (NLSY). Int. J. Obes. (Lond) 30:6-13.

26. Capuron, L., G. Neurauter, D.L. Musselman, D.H. Lawson, C.B. Nemeroff, D. Fuchs, and A.H. Miller.

2003. Interferon-alpha-induced changes in tryptophan metabolism. relationship to depression and

paroxetine treatment. Biol. Psychiatry 54:906-914.

27. Mellor, A.L., and D.H. Munn. 2008. Creating immune privilege: active local suppression that benefits

friends, but protects foes. Nat. Rev. Immunol. 8:74-80.

28. Muller, N., and M.J. Schwarz. 2007. The immune-mediated alteration of serotonin and glutamate:

towards an integrated view of depression. Mol. Psychiatry 12:988-1000.

29. O'Connor, J.C., M.A. Lawson, C. Andre, M. Moreau, J. Lestage, N. Castanon, K.W. Kelley, and R.

Dantzer. 2008. Lipopolysaccharide-induced depressive-like behavior is mediated by indoleamine 2,3-

dioxygenase activation in mice. Mol. Psychiatry In press.

30. Capuron, L., C.L. Raison, D.L. Musselman, D.H. Lawson, C.B. Nemeroff, and A.H. Miller. 2003.

Association of exaggerated HPA axis response to the initial injection of interferon-alpha with

development of depression during interferon-alpha therapy. Am. J. Psychiatry 160:1342-1345.

31. Miura, H., N. Ozaki, M. Sawada, K. Isobe, T. Ohta, and T. Nagatsu. 2008. A link between stress and

depression: shifts in the balance between the kynurenine and serotonin pathways of tryptophan

metabolism and the etiology and pathophysiology of depression. Stress 11:198-209.

119

32. Goshen, I., T. Kreisel, O. Ben-Menachem-Zidon, T. Licht, J. Weidenfeld, T. Ben-Hur, and R. Yirmiya.

2008. Brain interleukin-1 mediates chronic stress-induced depression in mice via adrenocortical

activation and hippocampal neurogenesis suppression. Mol. Psychiatry 13:717-728.

33. Brandacher, G., E. Hoeller, D. Fuchs, and H.G. Weiss. 2007. Chronic immune activation underlies

morbid obesity: is IDO a key player? Curr. Drug Metab. 8:289-295.

34. Chen, J., J.B. Buchanan, N.L. Sparkman, J.P. Godbout, G.G. Freund, and R.W. Johnson. 2008.

Neuroinflammation and disruption in working memory in aged mice after acute stimulation of the

peripheral innate immune system. Brain Behav. Immun. 22:301-311.

35. Henry, C.J., Y. Huang, A. Wynne, M. Hanke, J. Himler, M.T. Bailey, J.F. Sheridan, and J.P. Godbout.

2008. Minocycline attenuates lipopolysaccharide (LPS)-induced neuroinflammation, sickness behavior,

and anhedonia. J. Neuroinflammation 5:15.

36. Dantzer, R. 2001. Cytokine-induced sickness behavior: mechanisms and implications. Ann. N. Y. Acad.

Sci. 933:222-234.

37. Calabro, P., and E.T. Yeh. 2007. Obesity, inflammation, and vascular disease: the role of the adipose

tissue as an endocrine organ. Subcell. Biochem. 42:63-91.

38. Castanon, N., C. Medina, C. Mormede, and R. Dantzer. 2004. Chronic administration of tianeptine

balances lipopolysaccharide-induced expression of cytokines in the spleen and hypothalamus of rats.

Psychoneuroendocrinology 29:778-790.

39. Laye, S., P. Parnet, E. Goujon, and R. Dantzer. 1994. Peripheral administration of lipopolysaccharide

induces the expression of cytokine transcripts in the brain and pituitary of mice. Brain Res. Mol. Brain

Res. 27:157-162.

40. Friedman, J.M. 2002. The function of leptin in nutrition, weight, and physiology. Nutr. Rev. 60:S1-14;

discussion S68-84, 85-17.

41. Lebel, E., L. Vallieres, and S. Rivest. 2000. Selective involvement of interleukin-6 in the transcriptional

activation of the suppressor of cytokine signaling-3 in the brain during systemic immune challenges.

Endocrinology 141:3749-3763.

42. Cryan, J.F., and C. Mombereau. 2004. In search of a depressed mouse: utility of models for studying

depression-related behavior in genetically modified mice. Mol. Psychiatry 9:326-357.

43. Frenois, F., M. Moreau, J. O'Connor, M. Lawson, C. Micon, J. Lestage, K.W. Kelley, R. Dantzer, and

N. Castanon. 2007. Lipopolysaccharide induces delayed FosB/DeltaFosB immunostaining within the

mouse extended amygdala, hippocampus and hypothalamus, that parallel the expression of depressive-

like behavior. Psychoneuroendocrinology 32:516-531.

44. Vedder, H., W. Schreiber, A. Schuld, M. Kainz, C.J. Lauer, J.C. Krieg, F. Holsboer, and T. Pollmacher.

2007. Immune-endocrine host response to endotoxin in major depression. J. Psychiatr. Res 41:280-289.

45. Gibson, W.T., I.S. Farooqi, M. Moreau, A.M. DePaoli, E. Lawrence, S. O'Rahilly, and R.A. Trussell.

2004. Congenital leptin deficiency due to homozygosity for the Delta133G mutation: report of another

case and evaluation of response to four years of leptin therapy. J. Clin. Endocrinol. Metab. 89:4821-

4826.

120

46. Bedoui, S., E. Velkoska, S. Bozinovski, J.E. Jones, G.P. Anderson, and M.J. Morris. 2005. Unaltered

TNF-alpha production by macrophages and monocytes in diet-induced obesity in the rat. J. Inflamm.

(Lond) 2:2.

47. Xu, H., G.T. Barnes, Q. Yang, G. Tan, D. Yang, C.J. Chou, J. Sole, A. Nichols, J.S. Ross, L.A.

Tartaglia, and H. Chen. 2003. Chronic inflammation in fat plays a crucial role in the development of

obesity-related insulin resistance. J. Clin. Invest. 112:1821-1830.

48. Chen, A., S. Mumick, C. Zhang, J. Lamb, H. Dai, D. Weingarth, J. Mudgett, H. Chen, D.J. MacNeil,

M.L. Reitman, and S. Qian. 2005. Diet induction of monocyte chemoattractant protein-1 and its impact

on obesity. Obes. Res. 13:1311-1320.

49. O'Connor, J.C., C.L. Sherry, C.B. Guest, and G.G. Freund. 2007. Type 2 diabetes impairs insulin

receptor substrate-2-mediated phosphatidylinositol 3-kinase activity in primary macrophages to induce

a state of cytokine resistance to IL-4 in association with overexpression of suppressor of cytokine

signaling-3. J. Immunol. 178:6886-6893.

50. Mancuso, P., A. Gottschalk, S.M. Phare, M. Peters-Golden, N.W. Lukacs, and G.B. Huffnagle. 2002.

Leptin-deficient mice exhibit impaired host defense in Gram-negative pneumonia. J. Immunol.

168:4018-4024.

51. Smith, A.G., P.A. Sheridan, J.B. Harp, and M.A. Beck. 2007. Diet-induced obese mice have increased

mortality and altered immune responses when infected with influenza virus. J. Nutr. 137:1236-1243.

52. Yudkin, J.S., M. Kumari, S.E. Humphries, and V. Mohamed-Ali. 2000. Inflammation, obesity, stress

and coronary heart disease: is interleukin-6 the link? Atherosclerosis 148:209-214.

53. Howard, J.K., B.J. Cave, L.J. Oksanen, I. Tzameli, C. Bjorbaek, and J.S. Flier. 2004. Enhanced leptin

sensitivity and attenuation of diet-induced obesity in mice with haploinsufficiency of Socs3. Nat. Med.

10:734-738.

54. Howard, J.K., and J.S. Flier. 2006. Attenuation of leptin and insulin signaling by SOCS proteins.

Trends Endocrinol. Metab. 17:365-371.

55. Luheshi, G.N., J.D. Gardner, D.A. Rushforth, A.S. Loudon, and N.J. Rothwell. 1999. Leptin actions on

food intake and body temperature are mediated by IL-1. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 96:7047-7052.

56. Brandacher, G., C. Winkler, F. Aigner, H. Schwelberger, K. Schroecksnadel, R. Margreiter, D. Fuchs,

and H.G. Weiss. 2006. Bariatric surgery cannot prevent tryptophan depletion due to chronic immune

activation in morbidly obese patients. Obes. Surg. 16:541-548.

57. Andre, C., J.C. O'Connor, K.W. Kelley, J. Lestage, R. Dantzer, and N. Castanon. 2008. Spatio-temporal

differences in the profile of murine brain expression of proinflammatory cytokines and indoleamine

2,3-dioxygenase in response to peripheral lipopolysaccharide administration. J Neuroimmunol. 200:90-

99.

58. Sotero-Esteva, W.D., D. Wolfe, M. Ferris, and M.W. Taylor. 2000. An indoleamine 2,3-dioxygenase-

negative mutant is defective in stat1 DNA binding: differential response to IFN-gamma and IFN-alpha.

J. Interferon Cytokine Res. 20:623-632.

59. Robinson, C.M., P.T. Hale, and J.M. Carlin. 2006. NF-kappa B activation contributes to indoleamine

dioxygenase transcriptional synergy induced by IFN-gamma and tumor necrosis factor-alpha. Cytokine

35:53-61.

121

60. Fujigaki, H., K. Saito, S. Fujigaki, M. Takemura, K. Sudo, H. Ishiguro, and M. Seishima. 2006. The

signal transducer and activator of transcription 1alpha and interferon regulatory factor 1 are not

essential for the induction of indoleamine 2,3-dioxygenase by lipopolysaccharide: involvement of p38

mitogen-activated protein kinase and nuclear factor-kappaB pathways, and synergistic effect of several

proinflammatory cytokines. J. Biochem. 139:655-662.

61. Turck, J., C. Oberdorfer, T. Vogel, C.R. Mackenzie, and W. Daubener. 2005. Enhancement of

antimicrobial effects by glucocorticoids. Med. Microbiol. Immunol. 194:47-53.

62. Combrinck, M.I., V.H. Perry, and C. Cunningham. 2002. Peripheral infection evokes exaggerated

sickness behaviour in pre-clinical murine prion disease. Neuroscience 112:7-11.

63. Godbout, J.P., J. Chen, J. Abraham, A.F. Richwine, B.M. Berg, K.W. Kelley, and R.W. Johnson. 2005.

Exaggerated neuroinflammation and sickness behavior in aged mice following activation of the

peripheral innate immune system. Faseb J 19:1329-1331.

64. Lucki, I., A. Dalvi, and A.J. Mayorga. 2001. Sensitivity to the effects of pharmacologically selective

antidepressants in different strains of mice. Psychopharmacology (Berl) 155:315-322.

65. Thoeringer, C.K., I. Sillaber, A. Roedel, A. Erhardt, M.B. Mueller, F. Ohl, F. Holsboer, and M.E. Keck.

2007. The temporal dynamics of intrahippocampal corticosterone in response to stress-related stimuli

with different emotional and physical load: an in vivo microdialysis study in C57BL/6 and DBA/2

inbred mice. Psychoneuroendocrinology 32:746-757.

66. Renault, J., and A. Aubert. 2006. Immunity and emotions: lipopolysaccharide increases defensive

behaviours and potentiates despair in mice. Brain Behav. Immun. 20:517-526.

67. Simmons, D.A., and P.A. Broderick. 2005. Cytokines, stressors, and clinical depression: augmented

adaptation responses underlie depression pathogenesis. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry

29:793-807.

68. Lavin, D., Sherry, C., O’Connor, J., Dantzer, R., Freund, G. . 2008. Diet-induced obesity causes

depressive-like behavior in mice. Brain Behav. Immun. 22:19 (Abstr.).

69. Berraondo, B., A. Bonafonte, M.P. Fernandez-Otero, and J.A. Martinez. 1997. Effects on energy

utilization of a beta3-adrenergic agonist in rats fed on a cafeteria diet. Eat Weight Disord. 2:130-137.

70. Berraondo, B., A. Marti, J.S. Duncan, P. Trayhurn, and J.A. Martinez. 2000. Up-regulation of muscle

UCP2 gene expression by a new beta3-adrenoceptor agonist, trecadrine, in obese (cafeteria) rodents, but

down-regulation in lean animals. Int. J. Obes. Relat. Metab. Disord. 24:156-163.

71. Mormede, C., K. Palin, K.W. Kelley, N. Castanon, and R. Dantzer. 2004. Conditioned taste aversion

with lipopolysaccharide and peptidoglycan does not activate cytokine gene expression in the spleen and

hypothalamus of mice. Brain Behav. Immun. 18:186-200.

72. Lestage, J., D. Verrier, K. Palin, and R. Dantzer. 2002. The enzyme indoleamine 2,3-dioxygenase is

induced in the mouse brain in response to peripheral administration of lipopolysaccharide and

superantigen. Brain Behav. Immun. 16:596-601.

73. Moreau, M., J. Lestage, D. Verrier, C. Mormede, K.W. Kelley, R. Dantzer, and N. Castanon. 2005.

Bacille Calmette-Guerin inoculation induces chronic activation of peripheral and brain indoleamine 2,3-

dioxygenase in mice. J. Infect. Dis. 192:537-544.

122

74. Mormede, P., V. Lemaire, N. Castanon, J. Dulluc, M. Laval, and M. Le Moal. 1990. Multiple

neuroendocrine responses to chronic social stress: interaction between individual characteristics and

situational factors. Physiol. Behav. 47:1099-1105.

75. Mingam, R., V. De Smedt, T. Amedee, R.M. Bluthe, K.W. Kelley, R. Dantzer, and S. Laye. 2008. In

vitro and in vivo evidence for a role of the P2X7 receptor in the release of IL-1 beta in the murine brain.

Brain Behav. Immun. 22:234-244.

Figure Legends

Figure 1. Long term exposure to enriched diet exacerbates body weight gain. At their arrival,

mice were randomly allocated to standard or enriched diet conditions. They were either fed with a

standard chow diet or a high caloric diet freshly prepared by mixing pâté, chips, chocolate, bacon and

biscuits. Food and water were available ad libitum. Body weight was measured twice a week over the

26-week period of diet exposure. As expected, enriched diet induced a significant and sustained

increase in body weight. At last, mice on enriched diet gained 35 % more body weight than controls.

Data are represented as means ± SEM (n=12). ***P < 0.001, obese versus lean mice.

Figure 2. Diet-induced obesity potentiates peripheral and brain IDO activation following a

systemic injection of LPS. Once obesity was clearly established (26 weeks), mice were randomly

allocated to LPS or saline experimental groups receiving respectively an injection of LPS (830 µg/kg,

i.p.) or saline. Mice were immediately returned to their home cage after treatment and they were

sacrificed 24 h later. Kynurenine (KYN) and tryptophan (TRP) concentrations were determined by

HPLC in both lungs (A) and brains (B) and the KYN/TRP ratio was calculated to assess IDO activity.

Concomitantly, brain steady-state expression of IDO mRNA transcripts was measured by RT-PCR

(C). Basal expression and activity of IDO was similar in all groups, but the effect of LPS was

exacerbated in obese mice. Data represent means ± SEM (n=6). Bars indicate statistical differences

among groups. ***P < 0.001, LPS versus saline-treated mice; §P < 0.05, obese versus lean mice; #P <

0.05, diet x treatment interaction; nd: not detectable.

Figure 3. Serotonin (5-HT) turnover increases in the brain of lean and obese mice in response to

peripheral LPS injection. By the end of the 26 weeks of standard or enriched diet exposure, mice

were randomly allocated to LPS (830 µg/kg, i.p.) or saline experimental groups. Twenty-four hours

after treatment, mice were sacrificed, perfused with ice-cold phosphate-buffered saline and the brains

were immediately collected. (A) Concentrations of kynurenine (KYN), tryptophan (TRP), as well as

(B) 5-HT and its metabolite 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA), were determined by HPLC from

clarified brain homogenates. LPS treatment increased brain levels of 5-HIAA, KYN and TRP in all

123

groups. Elevation of brain concentrations of KYN by LPS were significantly higher in obese than in

lean mice, as expected from their exacerbated brain IDO activation. (C) Turnover rate of brain 5-HT,

as measured by the ratio of 5-HIAA to 5-HT, was similarly increased by LPS treatment in both lean

and obese mice. Data represent means ± SEM (n=6). Bars indicate statistical differences among

groups. *P < 0.05, ***P < 0.001, LPS versus saline-treated mice; #P < 0.05, ##P < 0.01, ###P <0.001,

diet x treatment interaction.

Figure 4. Diet-induced obesity potentiates neuroinflammation following a systemic injection of

LPS. By the end of the 26 weeks of standard or enriched diet exposure, mice were randomly allocated

to LPS (830 µg/kg, i.p.) or saline experimental groups. They were sacrificed 2 h after treatment,

perfused with ice-cold phosphate-buffered saline and the hypothalamus were immediately collected.

Steady-state expression of hypothalamic mRNA transcripts was measured by RT-PCR for (A) TNFα,

(B) IFNγ, (C) IL-6, (D) IDO and (E) SOCS-3. Basal levels of expression were low and similar in both

lean and obese mice. Peripheral LPS administration enhanced expression of proinflammatory

cytokines and IDO in all LPS-treated mice, but this effect was significantly amplified by obesity for

IL-6, SOCS-3 and IDO. Data represent means ± SEM (n=6). Bars indicate statistical differences

among groups. *P < 0.05, ***P < 0.001, LPS versus saline-treated mice; #P < 0.05, ##P < 0.01, ###P

<0.001, diet x treatment interaction.

Figure 5. Body weight loss induced by a peripheral LPS injection was attenuated in obese mice.

In order to assess one of the classical symptoms of the sickness response to LPS resulting from the

peripheral and brain cytokine production induced by this treatment, changes in body weight were

measured 3, 6 and 24 h after LPS administration (830 µg/kg, i.p.). As expected, LPS-treated mice

exhibited a significant and sustained body weight loss compared to their respective pre-treatment body

weight. However, this effect was attenuated in obese mice. Data represent means ± SEM (n=6). **P

<0.01, ***P <0.001, LPS versus saline-treated mice; §P <0.05, §§§P <0.001, obese versus lean mice.

Figure 6. Behavioral changes induced by a systemic injection of LPS are impaired in obese mice.

Once obesity was clearly established (26 weeks), mice were randomly allocated to LPS or saline

experimental groups receiving respectively an injection of LPS (830 µg/kg, i.p.) or saline. (A) In order

to verify that mice had fully recovered from the short-term LPS-induced motor retardation, they were

first tested in the activity cage 22 h after treatment and their locomotor activity was assessed by

counting the number of between compartment crossings. By that time, neither LPS treatment nor

obesity affected their locomotor performances. One h later, mice were therefore exposed to a FST for

a 6-min test and the time spent immobile (B), swimming (C) or climbing (D) was recorded in the

different groups. The slight decreased duration of immobility induced by LPS in lean mice was

124

exacerbated in obese mice, concomitantly with an increase in their duration of swimming. In contrast,

LPS induced a similar increase of the duration of climbing in both lean and obese mice. Data represent

means ± SEM (n=6). Bars indicate statistical differences among groups. §§P <0.01 obese versus lean

mice and **P <0.01 LPS versus saline-treated mice.

Table I. Diet-induced obesity impaired plasma and adipose tissue adipokines and corticosterone

levels measured 24 h after LPS (830 µg/kg, i.p.) or saline injection. Assays were performed with a

mouse adipokines LINCOplex kit following the manufacturer’s instructions. Values represent means ±

SEM (n=6). Data labelled with different letters (A, B or C) are significantly different from each other

(P < 0.05).

125

Chapitre 2Chapitre 2Chapitre 2Chapitre 2

126

127

Chapitre 2Chapitre 2Chapitre 2Chapitre 2

DIET-INDUCED OBESITY IMPAIRS IN MICE SPATIAL MEMORY AND EXACERBATES NEUROINFLAMMATION INDUCED BY SYSTEMIC INFECTION Anne Laure Dinel, Caroline André, Sophie Layé and Nathalie Castanon

En cours de soumission

128

129

DietDietDietDiet----induced obesity impairs in mice spatial memory and exacerbates induced obesity impairs in mice spatial memory and exacerbates induced obesity impairs in mice spatial memory and exacerbates induced obesity impairs in mice spatial memory and exacerbates neuroinflammation induced by systemic infectionneuroinflammation induced by systemic infectionneuroinflammation induced by systemic infectionneuroinflammation induced by systemic infection

ObjectifsObjectifsObjectifsObjectifs ::::

Le but de cette étude était de vérifier si un état d’obésité induit par un régime enrichi

pouvait entrainer le développement de troubles cognitifs.

Matériel et méthodesMatériel et méthodesMatériel et méthodesMatériel et méthodes ::::

Des souris mâles C57bl/6J de 3 semaines ont été soumises soit au régime standard

pour rongeur soit à un régime enrichi (lipides: 24%, glucides: 34%, protéines: 12%) pendant

19 semaines. Au bout de 9 semaines de régime, les animaux consommant le régime

hypercalorique sont en surpoids et sont alors soumis à un test de cognition dans un labyrinthe

en Y. Au terme de la période de 19 semaines, l’ensemble des souris a reçu une injection i.p.

de LPS (0,83 mg/kg) ou de solution saline puis a été soumis de nouveau à un test de cognition

(Y maze) 24 h post-LPS. Les animauux ont été sacrifiés 1h après le test et le plasma, les

poumons, le tissu adipeux et le cerveau ont été prélevés. Les concentrations en IL-6, IFNγ,

TNFα et ACTH ont été mesurées dans le plasma et le tissu adipeux en multiplex selon la

technologie Luminex. La concentration de corticostérone plasmatique a été évaluée avec un

kit RIA. L’activité enzymatique de l’IDO pulmonaire a été évaluée par dosage du rapport

KYN/Trp par HPLC. Enfin, l’expression cérébrale des ARNm de l’IL-6, du TNFα, de l’IFNγ,

et de l’IDO a été mesurée par PCR en temps réel.

RésultatsRésultatsRésultatsRésultats ::::

Les souris en surpoids présentent une altéation de leur capacité dans le test de

mémoire spatial comparativement aux souris minces. Cette altération des capacités cognitives

est maintenue lorsque les souris sont obèses (masse corporelle de 20% supérieure à celle du

groupe contrôle). De plus, l’injection de LPS entraîne l’apparition de troubles chez les

animaux minces et aggravent les troubles préexistants chez les souris obèses.

Confirmant notré étude précédente, en conditions non stimulées, les taux circulants

d’IL-6, de TNFα, de MCP-1, ainsi que la libération de corticostérone ne sont pas affectés chez

les souris obèses, tandis que leur augmentation induite 24 h post-LPS est potentialisée par le

régime enrichi. De plus, la consommation de régime enrichi exacerbe l’induction de l’activité

enzymatique de l’IDO pulmonaire et cérébrale, ainsi que son expression cérébrale 24 h après

130

l’administration de LPS. L’induction de l’ARNm de l’IFNγ et du TNFα, ainsi que de l’IDO

exprimée dans l’hippocampe 2 h post-LPS est exacerbée chez les souris obèses mais pas celle

d’IL-6.

ConclusionConclusionConclusionConclusion ::::

La prise de poids entraîne l’apparition précoce de troubles de la cognition qui se

maintiennent au cours de l’obésité mais ces altérations ne sont pas associées à la mise en

évidence d’un état inflammatoire en basal. Par contre, l’état d’obésité induit par le régime

enrichi interfère avec la capacité du SI à répondre de façon appropriée à une stimulation aiguë

du SI, en exacerbant les réponses neurobiologiques ainsi que leurs conséquences sur les

capacités cognitives.

131

Diet-induced obesity impairs in mice spatial memory and exacerbates

neuroinflammation induced by systemic infection

Anne-Laure Dinel, Caroline André, Sophie Layé and Nathalie Castanon*

INRA, UMR 1286 PsyNuGen, Université Victor Segalen Bordeaux 2, CNRS, UMR 5226, IFR8, F-

33076 Bordeaux, France

*Adress all correspondence to:

Nathalie Castanon, Ph.D

INRA, UMR 1286, Laboratory of Psychoneuroimmunology, Nutrition and genetics,

Bâtiment UFR Pharmacie, Case courrier 34,

Université Victor Ségalen Bordeaux 2,

146 rue Léo Saignat, 33076 Bordeaux, France

e-mail : nathalie.castanon@bordeaux.inra.fr

Phone: 33 557 574 505

Fax : 33 557 571 227

Abstract

Rationale: Severe obesity is associated with a peripheral low-grade inflammation. Moreover,

an inverse linear relationship has been reported between weight excess and cognitive abilities

in an adulthood healthy population. Recent evidence suggests however that functional links

relying on biological systems shown to be impaired in both obesity and cognitive disorders

may exist and inflammation has been proposed as a potential key element. Cytokine-induced

over-activation of the microglial enzyme indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) and

glucocorticoid release might condition development of cognitive disorders. The same cascade

of events may explain the increased susceptibility of obese subjects to develop cognitive

deficit.

Objectives: Our aim was to investigate the relationship between inflammation and

development of cognitive alterations related with increased body weight in a murine model of

diet induced obesity and to measure the potential exacerbation of obesity-related cognitive

132

dysfunctions by a systemic inflammatory challenge elicited by peripheral administration of

the cytokine inducer lipopolysaccharide (LPS).

Findings: Here we show that cognitive deficits existed in both overweighed and obese mice

and are exacerbated by LPS-induced innate immune system stimulation. Moreover, such an

exacerbation was paralleled by increased activation of different inflammatory markers

including brain proinflammatory cytokines and IDO enzymatic activity in obese subjects.

Conclusion: This study provides therefore important clues about the neurobiological basis

through which cytokines may have an impact on cognitive behaviors in the context of obesity.

Introduction

Over the last decade, prevalence of obesity has continuously increased to become an

important public health problem, often associated with severe comorbidities, particularly

cardiovascular and metabolic diseases. Moreover, an inverse linear relationship has been

reported between weight excess and cognitive abilities in an adulthood healthy population.

Increase in body mass index appears therefore to be associated with progressive development

of cognitive disorders (Cournot et al., 2006), although the time course of such a development,

as well as their underlying mechanisms are still mainly poorly understood. Recent evidence

suggests however that functional links relying on biological systems shown to be impaired in

both obesity and cognitive disorders may exist. These biological intermediates may constitute

the neurobiological basis of the cognitive deficit associated with obesity. In this context,

inflammation has been proposed as a potential key element in the shared biology of obesity

and cognitive disorders. Indeed, severe obesity is associated with peripheral chronic low-

grade inflammation characterized by an increase in plasma production of cytokines mainly

originating from adipose tissue and with immune dysfunction (Clement et al., 2004; Wadden

et al., 2006). Moreover few rodent studies have suggested that neuroinflammation may also

exist (De Souza et al., 2005).

It is well known that proinflammatory cytokines that are released during a systemic

inflammation can induce brain-mediated behavioral responses known collectively as sickness

behavior (Dantzer et al., 2008; Konsman et al., 2002). This adaptive sickness response is

strictly tailored to the stimulus and time-limited. However, exacerbation of the sickness

response resulting from an amplified or unregulated inflammatory cytokine response can

culminate in the development of pathological disorders including cognitive dysfunction

(Heyser et al., 1997; Vallieres et al., 2002). This is particularly true when protracted

133

inflammation occurs in the context of an increased vulnerability to the negative consequences

of immune-mediated events, as observed in aging (Barrientos et al., 2006; Chen et al., 2008),

neurological diseases (Cunningham et al., 2008; Perry et al., 2007) or in patients undergoing

cytokine immunotherapy for the treatment of viral diseases or certain cancers (Capuron et al.,

2001; Raison et al., 2005). Interestingly, development of cognitive deficits in these patients is

associated with a drastic drop of circulating levels of tryptophan, the essential amino acid

acting as limiting factor for the serotonin synthesis. It has been proposed that these alterations

could be at least partially explained by cytokine-induced peripheral and/or central activation

of the indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), a tryptophan-catabolizing enzyme that is potently

induced in monocytes, macrophages and brain microglia by cytokines. IDO activation can

result in the increase of neurotoxic derivates production (3-OH-kynurenine, quinolinic acid),

together with a reduced bioavailability of tryptophan for the synthesis of serotonin (Dantzer et

al., 2008). Both consequences of cytokine-induced IDO activation may play a role in the

development of the cognitive disorders associated with inflammation, as suggested by recent

animal studies (Ceresoli-Borroni et al., 2007; Guidetti et al., 2006; Olivier et al., 2008; Uchida

et al., 2007). Besides IDO activation, impaired hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis

response to cytokine administration has also been shown to condition increased vulnerability

to inflammation-induced cognitive symptoms (Capuron et al., 2003). This result agrees with

the mounting evidence that links increased concentrations of glucocorticoids resulting from

chronic stress exposure or aging with cognitive decline (Chrousos and Kino, 2007; de Kloet et

al., 2008; Lupien et al., 2007). Obesity is associated with increased activity of both the HPA

axis and peripheral IDO. It can therefore be hypothesized that in the context of obesity,

altered reactivity of both IDO and HPA systems might be an important contributing factor to

the cognitive disorders that might result from exacerbated sickness response to systemic

inflammation.

An increased susceptibility to autoimmune diseases and infections is often reported in

obese subjects (Amar et al., 2007a; Mannino et al., 2006). Similarly, systemic infections have

more severe consequences in the elderly (Chen et al., 2008; Rahkonen et al., 2000) and in

animal models of chronic degenerative diseases (Perry et al., 2007). In these models, transient

peripheral immune activation superimposed on low grade inflammation, acutely exacerbates

cognitive symptoms of disease (Cunningham et al., 2008). This effect has been proposed to be

based on an atypical more “reactive” state of brain microglia referred to as “primed” state. In

vulnerable subjects exposed to systemic infection, “primed” microglia switch their silent

134

phenotype to produce excessive cytokines and IDO (Capuron and Dantzer, 2003; Henry et al.,

2008) that translate in altered neuroendocrine (HPA axis) and behavioural sickness response

(Capuron et al., 2003; Henry et al., 2008). Similarly, obesity may constitute another situation

in which chronic low grade inflammation, potentially exacerbated by systemic inflammatory

challenges, would condition increased vulnerability to comorbidities such as cognitive

dysfunctions.

In order to test this hypothesis, we first investigated the relationship between

inflammation and development of cognitive alterations related with increased body weight in

a murine model of diet induced obesity. Cognitive performances were therefore evaluated in a

Y-maze both before (overweighed period) and after establishment of a clear obesity (20 %

increased body weight compared to lean controls). Then, we measured the potential

exacerbation of obesity-related cognitive dysfunctions by a systemic inflammatory challenge

elicited by peripheral administration of the cytokine inducer lipopolysaccharide (LPS). Our

data indicate that cognitive deficits existed in both overweighed and obese mice and are

exacerbated by LPS-induced innate immune system stimulation. Moreover, such an

exacerbation was paralleled by increased activation of different inflammatory markers

including brain proinflammatory cytokines and IDO enzymatic activity in obese subjects.

This study provides therefore important clues about the neurobiological basis through which

cytokines may have an impact on cognitive behaviors in the context of obesity.

Methods

Animals and housing

Male C57BL/6 mice were purchased from Charles River Laboratories and were

maintained under a 12h light/dark cycle (9:00 on) at 23°C with ad libitum consumption of

water and A04 rodent chow (Safe, Villemoisson-sur-Orge, France) or enriched diet prepared

at the laboratory. All animal care and experimental procedures were in accordance with the

European Communities Council Directive of 24 November 1986 (86/609/EEC) and with the

National Institute of Health (NIH) guidelines and were approved by the Institutional Animal

Care and Use Committees.

Diet and treatment

135

At their arrival, mice were randomly divided into two groups, one with free access to

standard rodent chow A04 (Fat, 3,1 %; Carbohydrate, 60 %; Protein, 16,1 %; 3,3 Kcal/g) and

the other one to a fat-rich diet containing pâté, chips, chocolate, bacon and biscuits as

previously published (Berraondo et al., 1997).The composition was Fat, 32 %; Carbohydrate,

17,5 %; Protein, 11,3 %; 4,4 Kcal/g. Body weight and food intake were measured once a

week over a 19-wk period.

Lipopolysaccharide (LPS) from E.coli (serotype 0127:B8) was purchased from Sigma

and dissolved in sterile endotoxin-free isotonic saline on the test day to obtain 0.83 µg/g for

intraperitoneal (i.p.) injection. Endotoxin-free isotonic saline was used as the vehicle control.

Experimental procedures

The aim of the present study was to determine the consequences of chronic fat-rich diet

intake on cognitive troubles and on the activity of the innate immune system, in both

unstimulated (basal level) and stimulated (LPS challenge) conditions. Cognitive ability was

assessed in all animals during the weight gain period and at the end of the 19 wk period of

exposure to a hypercaloric diet. Animals were first submitted to a Y maze to assess the

cognitive performance of the mice after 9 wk of diet.

Peripheral stimulation of the innate immune system with LPS enhanced expression and

release of proinflammatory cytokines, which are responsible of physiological and behavioral

symptoms of sickness (Dantzer, 2006). Therefore, both LPS-induced cytokine production

(mRNA and protein expression) and sickness symptoms (as reflected by body weight loss and

behavioral changes) were assessed at the end of the 19-wk period of standard or fat-rich diet

exposure. By that time, mice were injected i.p. with saline or LPS (0.83 µg/g) and were

immediately returned to their home cage. In order to determine the potential effects of fat-rich

diet on the early phase of the cytokine response to LPS, a first group of lean and obese mice

was killed 2h after treatment by CO2 inhalation. Immediately after, mice were intracardiacally

perfused with PBS 1X at 4°C via the ascending aorta to remove all traces of blood from

tissues. Hippocampus was then collected and immediately stored at -80°C until PCR analysis

of mRNA content.

Concurrently, a second group of lean and obese mice was used to measure the potential

modulation of long-term (24h) LPS-induced alterations by fat-rich diet. LPS-induced body

weight loss was controlled 24h after injection. Twenty two hours after treatment, mice were

tested in a Y maze in order to evaluate potential LPS-induced cognitive alterations.

Concurrently, saline-treated lean and obese mice were tested in the same behavioral

136

paradigms to assess potential alterations induced by obesity. One hour after the end of the Y

maze, mice were killed by CO2 inhalation and blood samples were collected via cardiac

puncture into EDTA-coated tubes. After centrifugation (10 min, 3000 g, 4°C), plasma was

stored at -80°C until assay for concentrations of corticosterone, cytokines and adipokines.

Half mice were perfused with PBS 1X as just described, brain, lungs and adipose tissue were

immediately collected and stored at -80°C for later determination of IDO activity, serotonin

metabolism and/or cytokines mRNA levels. We have previously shown by using similar

experimental procedure that LPS challenge induced, 24h after treatment, an increased IDO

activity (Lestage et al., 2002), associated with behavioral alterations in the FST (Frenois et al.,

2007). The other group was perfused with paraformaldehyde 4% and brains were collected to

realise immunohistochemistry (Gautron et al., 2005).

Behavioral measures

Behavioural experiments were performed 2h before the light off, under conditions of dim

light and low noise. Behaviour was monitored via a video camera and videotaped to be scored

later by a trained observer blind to drug treatments, using the “Observer Basic” software

(Noldus, Netherlands).

The Y-maze was used to assess spatial working memory. This task has been shown to require

cognitive processes involving the hippocampus (Conrad et al., 1996). The apparatus was a Y-

shaped maze made of gray plastic. Each arm was 34 cm long, 8 cm wide and 14 cm high. The

floor of the maze was covered with corn cob litter which was mixed between each trial in

order to remove olfactory cues. Visual cues were placed in the testing room and kept constant

during the whole test. In the first trial of the test, one arm of the Y-maze was closed with a

guillotine door and mice were allowed to visit two arms of the Y-maze for 5 min. After a 30-

min inter-trial interval, mice were placed back in the start arm and allowed free access to the

three arms for 5 min. Start and closed arms were randomly assigned for each mouse. Arm

entries were defined as entry of all four paws into the arm. The index of recognition was

calculated as the ratio of the time spent in the novel arm / (novel + adjacent) arms during the

first three minutes of the retrieval phase.

Measurements levels of cytokines and adipokines

IL-6, TNF alpha, IL10, IL12 and IFN gamma were measured in plasma with the mouse serum

cytokine LINCOplex kits (Linco research, Inc., St. Charles, MO, USA) following the

manufacturer’s instructions as previously described (Moreau et al., 2008a). Briefly, the assay

137

is based on the use of carboxylated polystyrene beads with a distinct emitting fluorescence

pattern and coupled covalently with capture antibodies specific for individual target proteins.

A Luminex100 was used to process the data. The service was provided by the “Functional

Exploration Platform” from the Genopole of Toulouse, France.

(http://ifr31.toulouse.inserm.fr/PFT/ExplPhysioPatho/)

HPA axis evaluation

Corticosterone concentrations were measured from plasma using an ImmuChem Double

Antibody Corticosterone RIA Kit from Diasorin (Antony, France). Plasma concentrations of

corticosterone were determined according to the manufacturer’s instructions as previously

described (Apter and Eriksson, 2006).

ACTH is measured using a LINCOplex kit as previously described.

RNA isolation and reverse transcription for IL6, TNF alpha, IFN gamma, IDO.

Total RNA from hippocampus samples was extracted with Trizol. Reverse transcription was

performed using oligo dT primers added 2 µg of hypothalamus RNA. The oligo dT

primer/RNA mix was then inactivated at 65°C for 5 min and chilled on ice. Reverse

transcription was performed at 55°C for 45 min. The reaction was terminated by heat (70°C

for 15 min). To minimize inter-assay variation all RNA samples from a single experimental

group were reverse transcribed simultaneously.

Real-time PCR for IL6, TNF alpha, IFN gamma, IDO.

Resultant first-strand cDNA was amplified by the Taqman Universal PCR Master Mix with

sequence-specific primers and the FAM-labeled Taqman MBG probe assay mix (Applied

Biosystems). The assay IDs for the target genes in the assay mix were: IL-6

(Mm00446190_m1), IL-1β (Mm00434228_m1), TNFα (Mm00443258_m1), IFNgamma

(Mm 00801778_m1), IDO (Mm00492586_m1), and for the house keeping gene β2

microglobulin (Mm00437762_m1) as previously used (O'Connor et al., 2008). Real time PCR

was performed on the ABI Prism 7700 under the following conditions: 50°C for 2 min, 95°C

for 10 min, followed by 40-cycles amplification phase of 95°C for 15 sec and 60°C for 1 min.

Results were normalized with the β2 microglobulin endogenous control and the relative

quantitative evaluation of the amplification products was performed using the comparative

threshold cycle method, as described elsewhere (Applied Biosystems user bulletin n°2).

138

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

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t (g)

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*** ******

****** *** *** *** *** Figure 1A

Effect of enriched diet on body weightchanges during the 19 wk period of dietexposure. Data are represented as means±SEM (n=56). ***p<0.001, obese versus lean mice

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Wk

Bod

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*** ******

****** *** *** *** *** Figure 1A

Effect of enriched diet on body weightchanges during the 19 wk period of dietexposure. Data are represented as means±SEM (n=56). ***p<0.001, obese versus lean mice

Statistic Analysis

Data (mean ± SEM) were analyzed using a one-way ANOVA (strain) or a two-way (strain x

treatment) ANOVA with repeated measurement on the time factor where appropriate,

followed by a post-hoc pair wise multiple comparison procedure using the Fischer’s LSD

method, if the interaction was significant.

Results

Exposure to enriched diet rapidly induced overweight leading to obesity

As expected (Andre et al., 2008a), enriched diet induced a significant increase in body

weight over the 19-wk period (diet: F1,1198=2606, p<0.001, time: F1,1998=889.38, p<0.001,

diet x time: F1,1998=65.34, p<0.001). Overweighed appeared in animals fed with enriched diet

after 9 wk (p<0.05), whereas a marked obesity (20 % increase in body weight compared to

lean mice) was clearly installed after 15 wk (Fig 1A). These results show that consumption of

a highly caloric food, even though daily food intake did not significantly differ between both

groups (data not shown), clearly induced the development of a marked obesity.

Diet-induced obesity induced early cognitive disorders

Severe obesity has been associated with some cognitive disorders but nothing was

known about the time-course of disorders onset (Cournot et al., 2006). We studied here the

early consequences of enriched diet on cognitive abilities. Overweighed mouse presented

alteration of spatial working memory in the Y maze apparatus that requires cognitive

139

processes involving the hippocampus (Conrad et al., 1996). In accordance with the

experimental procedure described for this test (Dellu et al., 2000), mice were submitted to Y

maze test with an inter-trial interval (ITI) of 2 min. In this paradigm, both groups perfectly

recognized the new arm (lean mice: p<0.001, overweighed mice: p<0.001) (Fig 2A). Mice did

not exhibit problem of recognition since the response to novelty is not altered. One week after

this test, spatial memory was evaluated in a Y maze test with an ITI of 30 min. Overweighed

mice fed with enriched diet for 9 wk were not able to recognize the novel arm 30 min after the

first exposure to the maze as shown by the index of recognition which was not different from

chance. On the contrary, lean mice fed with well-balanced diet clearly recognized the new

arm after a retention time of 30 min (lean mice: F1,30=14.32, p<0.001) (Fig 2B).

Taken together, these results confirmed that overweigh mice present alteration of spatial

memory and that the difference of exploration observed in the 30 min ITI test was not due to a

difference of stress reactions to manipulation.

In order to study whether increased body weight gain impaired cognitive deficit already

observed in overweighed mice, their behavioural performances were re-evaluated in the Y

maze once obesity was clearly established, i.e. after 19 wk of enriched diet consumption. The

same paradigm with a 30 min ITI was used to study spatial working memory in both lean and

obese mice. Lean mice still presented good performances in the Y maze test, whereas obese

mice did not discriminate the novel arm from the other ones (lean mouse: F1,9=10.79, p<0.01,

overweighed mouse: NS) (Fig 2C). These data showed that cognitive disorders appeared early

0,00

0,10

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Rec

ogni

tion

inde

x

Lean

Obese

*** ***

Figure 2AIndex of recognition of novelty after a 2min-ITI. Period of the diet was 9 wk. Data are represented as means± SEM (n=8). ***p<0.001, each group is compared to hazard (0.5)

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Rec

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x

Lean

Obese

***

Figure 2BIndex of recognition of novelty after a 30min-ITI. Period of the diet was 9 wk. Data are represented as means± SEM (n=8). ***p<0.001, each group is compared to hazard (0.5)

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x

Lean

Obese

*** ***

Figure 2AIndex of recognition of novelty after a 2min-ITI. Period of the diet was 9 wk. Data are represented as means± SEM (n=8). ***p<0.001, each group is compared to hazard (0.5)

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Rec

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x

Lean

Obese

***

Figure 2BIndex of recognition of novelty after a 30min-ITI. Period of the diet was 9 wk. Data are represented as means± SEM (n=8). ***p<0.001, each group is compared to hazard (0.5)

140

in the development of obesity and were maintained over time. No compensation seems to

counterbalance the early effect of enriched diet on cognitive performances.

LPS exacerbated enriched diet-induced cognitive disorders

Severe obesity has been associated with increased susceptibility to infection (Amar et

al., 2007a) that can potentially facilitate development of inflammation-related comorbidities

(Godbout et al., 2008; Perry et al., 2007). As shown in our previous study (Andre et al), diet-

induced obesity altered behavioural responses to LPS in a forced swim test. Moreover, a

challenge with a single high intraperitoneal dose of LPS used to induce a septic shock in

normal weighed mice induces cognitive disorders in the Y maze (Noble et al., 2007), but

interpretation of this last result in such extreme conditions is complicated. We decided

therefore to explore the consequences of a systemic infection induced by a moderate dose of

LPS on cognition by the time where obesity was clearly developed. The Y maze test was

performed 24 h after the LPS injection, i.e. by the time where locomotor impairment

classically observed over the first hours post-treatment has dissipated (data not shown).

As expected, LPS induced a progressive and sustained decrease in body weight

(treatment: F1,29=315.63, p<0.0001) in both lean and obese mice compared to their respective

controls, confirming therefore the efficiency of the host response to LPS. LPS-induced body

weight loss was however progressively attenuated by enriched diet, as shown by the

significant diet by treatment interaction (F1,29=9.24, p<0.005). Indeed, the reduction of body

weight measured 24 h after LPS treatment was significantly smaller (p<0.05) in obese than

lean LPS-treated mice (Fig 1B) .

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Rec

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x

Lean-Sal

Lean-LPS

Obese-Sal

Obese-LPS

**

Figure 2CIndex of recognition of novelty after a 30min-ITI. Period of the diet was 19 wk. Data are represented as means± SEM (n=8). **p<0.01, each group is compared to hazard (0.5) 0,00

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x

Lean-Sal

Lean-LPS

Obese-Sal

Obese-LPS

**

Figure 2CIndex of recognition of novelty after a 30min-ITI. Period of the diet was 19 wk. Data are represented as means± SEM (n=8). **p<0.01, each group is compared to hazard (0.5)

141

-3

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1

Bod

y w

eigh

t los

s (g

) Lean-Sal

Lean-LPS

Obese-Sal

Obese-LPS

a

a

b

c

Figure 1BEffect of LPS (830µg:kg, i.p.) in body weight measures 24h after injection. Data are represented as means± SEM (n=8). Means with different letters are significantly different from each other. -3

-2,5

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Bod

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t los

s (g

) Lean-Sal

Lean-LPS

Obese-Sal

Obese-LPS

a

a

b

c

Figure 1BEffect of LPS (830µg:kg, i.p.) in body weight measures 24h after injection. Data are represented as means± SEM (n=8). Means with different letters are significantly different from each other.

In order to measure the effect of LPS on cognition, performances in a spatial working memory

test, the Y maze, were compared between lean and obese mice. The results obtained revealed a

negative impact of LPS treatment on cognitive abilities in both lean and obese mice (F1,21=7.96,

p<0.01). As expected, LPS induced cognitive disorders in lean mice (lean saline mice: F1,9=10.79,

p<0.01, lean LPS mice: NS) and exacerbated the bad score of recognition index (RI) obtained by

obese mice (saline obese mice: RI=0.56± 0.035, LPS obese mice: RI=0.34± 0.139) (Fig 2C).

Diet-

induced obesity alters immune, neuroendocrine and neurochemical responses to LPS

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Re

cogn

ition

inde

x

Lean-Sal

Lean-LPS

Obese-Sal

Obese-LPS

**

Figure 2CIndex of recognition of novelty after a 30min-ITI. Period of the diet was 19 wk. Data are represented as means± SEM (n=8). **p<0.01, each group is compared to hazard (0.5) 0,00

0,10

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Re

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inde

x

Lean-Sal

Lean-LPS

Obese-Sal

Obese-LPS

**

Figure 2CIndex of recognition of novelty after a 30min-ITI. Period of the diet was 19 wk. Data are represented as means± SEM (n=8). **p<0.01, each group is compared to hazard (0.5)

142

Behavioral responses to peripheral innate immune system stimulation are underlined by

peripheral and brain actions of cytokines that are released in response to LPS (Dantzer, 2001).

The exacerbation of the behavioral responses to LPS treatment observed in obese mice may

therefore be explained by an alteration of peripheral and/or brain induction of cytokines and

their consequences on neuroendocrine and neurochemical activation. As expected, LPS

induced 24 h after treatment a significant increase of plasma levels of IL-6 (F1,11=14.9,

p<0.01) and TNFα (F1,11=4.83, p<0.05) whatever the group (Table 1).

As previously observed in unstimulated conditions, neither plasma cytokine and nor

corticosterone levels were markedly altered by diet-induced obesity. But as shown by the

significant diet by LPS interactions reported below, diet-induced obesity clearly exacerbated

LPS-induced increase in plasma concentrations of IL-6 (F1,11=4.34, p<0.05) and

corticosterone (F1,28=6.46, p<0.05) (Fig 3A) . Moreover, this increased activation of the HPA

axis was confirmed by the exacerbated ACTH plasma release measured 2 h after LPS

injection in obese mice (F1,18=2.98, p<0.05) (Fig 3B).

Table 1Plasma cytokines levels 24h after LPS (830µg/kg, i.p.) or saline injection in lean and obese mice. Values represent means ± SEM (n=8). Means with different letters are significantly different from each other.

PlasmaIL-6 (pg/ml) 145,02 ± 82,06a 589,85 ± 299,99a 124,68 ± 95,94a 1613,12 ± 346,41bTNFα (pg/ml) 6,09 ± 0,98a 26,94 ± 16,3b 8,86 ± 3,69a 30,33 ± 9, 14bIL-12 (pg/ml) 74,55 ± 42,16 365,04 ± 131,1 379,99 ± 214,7 295,72 ± 155,83IFNγ (pg/ml) ND ND ND ND

LPSSalineLPSSalinelean obese

Table 1Plasma cytokines levels 24h after LPS (830µg/kg, i.p.) or saline injection in lean and obese mice. Values represent means ± SEM (n=8). Means with different letters are significantly different from each other.

PlasmaIL-6 (pg/ml) 145,02 ± 82,06a 589,85 ± 299,99a 124,68 ± 95,94a 1613,12 ± 346,41bTNFα (pg/ml) 6,09 ± 0,98a 26,94 ± 16,3b 8,86 ± 3,69a 30,33 ± 9, 14bIL-12 (pg/ml) 74,55 ± 42,16 365,04 ± 131,1 379,99 ± 214,7 295,72 ± 155,83IFNγ (pg/ml) ND ND ND ND

LPSSalineLPSSalinelean obese

143

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150,00

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250,00

Cor

ticos

tero

ne (

ng/m

l)Lean-Sal

Lean-LPS

Obese-Sal

Obese-LPS

a a a

b

Figure 3AEffect of diet and LPS (830µg:kg, i.p.) on corticosterone secretion 24h afterinjection. Data are represented as means±SEM (n=8). Means with different letters are significantly different from each other.

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ml)

Lean-Sal

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a

a

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c

Figure 3BEffect of diet and LPS (830µg:kg, i.p.) on ACTH secretion 2h after injection. Data are represented as means± SEM (n=8). Means with different letters are significantly different from each other.

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Cor

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ng/m

l)Lean-Sal

Lean-LPS

Obese-Sal

Obese-LPS

a a a

b

Figure 3AEffect of diet and LPS (830µg:kg, i.p.) on corticosterone secretion 24h afterinjection. Data are represented as means±SEM (n=8). Means with different letters are significantly different from each other.

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Lean-Sal

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a

a

b

c

Figure 3BEffect of diet and LPS (830µg:kg, i.p.) on ACTH secretion 2h after injection. Data are represented as means± SEM (n=8). Means with different letters are significantly different from each other.

Diet-induced obesity alters cytokine and IDO expression induced by LPS in the

hippocampus.

Considering the potential role of the hippocampus in memory, we decided to investigate

the impact of diet-induced obesity on LPS-induced cytokine expression in this brain area.

Cytokine and IDO mRNA expression was measured 2 h after LPS injection in the

hippocampus of both lean and obese mice. LPS increased 2 h after treatment mRNA

expression of IFNγ in both lean and obese mice (F1,17=18.8, p<0.001), but enriched diet

exacerbated this effect (diet: F1,17=7.7, p<0.05, diet x treatment: F1,17=4, p=0.059) (Fig 4B).

Moreover, obese mice also displayed exacerbation of LPS effect on IDO mRNA expression

(treatment: F1,17=45.4, p<0.001; diet: F1,17=5.5, p<0.05, diet x treatment: F1,17=5.4, p<0.05)

2 h after treatment (Fig 4A). Interestingly, LPS-induced increase of TNFα mRNA expression

(F1,17=105.9, p<0.001), one of the cytokines inducing activation of IDO (Andre et al., 2008b),

was also significantly amplified by diet-induced obesity (diet: F1,17=14.5, p<0.05, diet x

treatment: F1,17=15.1, p=0.05) (Fig 4C). Thus, diet-induced obesity selectively potentiated

the LPS-induced increase of brain TNFα and IDO mRNA expression and IFNγ expression

144

tend to present the same profile. This effect may therefore underlie the obesity-induced over-

activation of HPA axis by LPS and the exacerbation of the cognitive symptoms by LPS.

Interestingly, LPS increased 2 h after treatment hippocampus mRNA expression of IL-6

in the same proportion in both lean and obese mice (F1,17=40.5, p<0.001) but we cannot

observed any effect of enriched diet (Fig 4D).

Discussion

Exploring the link between obesity and cognitive symptoms could contribute to better

understand some obesity-related comorbidities and to identify potential underlying

mechanisms. The present findings demonstrate that despite the lack of detectable illness

symptoms in obese mice, diet-induced obesity altered cognitive abilities, as assessed in a

hippocampus-dependant memory maze. Moreover, our results show that this cognitive

alterations appeared early in the development of obesity since overweighed mice already

exhibited impaired performances. Interestingly, the present findings also demonstrate that

∆ARNm IL-6

0

5

10

15

20

25

30

35IL-6

Figure 4AHippocampic cytokines and IDO mRNA measured 2h after LPS (830µg/kg, i.p.) or saline injection in lean and obese mice. Bars represent means ± SEM (n=8) (A) IDO mRNA expression, (B) IFNγ mRNA expression, (C) TNFαmRNAexpression, (D) IL-6 mRNA expression. Means with different letters are significantly different from each other.

∆ARNm IFN

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8IFNγ

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b

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b

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∆ARNm IDO

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A

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∆ARNm IL-6

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35IL-6

∆ARNm IL-6

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25

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35IL-6

Figure 4AHippocampic cytokines and IDO mRNA measured 2h after LPS (830µg/kg, i.p.) or saline injection in lean and obese mice. Bars represent means ± SEM (n=8) (A) IDO mRNA expression, (B) IFNγ mRNA expression, (C) TNFαmRNAexpression, (D) IL-6 mRNA expression. Means with different letters are significantly different from each other.

∆ARNm IFN

γ

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B

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nd nd

A

b

a a

cIDO

145

diet-induced obesity interfered with the ability of the organism to appropriately respond to a

systemic infection. More specifically, obesity provides a brain environment promoting an

exacerbation of the neuroinflammation induced by a peripheral immune challenge, as

manifested by an excessive brain cytokine production and activation of the microglial TRP-

catabolizing enzyme IDO that translate in altered neuroendocrine (HPA axis) and behavioral

reactivity. Excessive activation of both IDO and HPA axis has already been related to the

development of cognitive dysfunctions resulting from dysregulated innate immune system

activation (Capuron et al., 2008; Henry et al., 2008). In rodent models of aging or

neurological diseases, a similar exaggerated neuroinflammatory response to innate immune

challenge has been related to an atypical over-reactive or “primed” state of brain microglia

(Perry et al., 2007) and has been shown to accelerate development of important

neurobehavioral complications (Cunningham et al., 2008; Henry et al., 2008). Although the

cellular source of exacerbated neuroinflammation was not directly identified in the present

study, our results strongly suggest that obesity may constitute another situation in which a

“primed” microglia may determine increased vulnerability to the negative consequences of

immune-mediated events.

As genetic alterations only account for a small fraction of obesity in humans(Gibson et

al., 2004a), diet-induced obesity models constitute a more relevant approach for studying the

relationship between obesity and inflammation than genetically obese animals. Moreover,

they allow following up the progression of obesity and its related comorbidities, whereas the

time frame is much more reduced in the case of genetic obesity models. In the present study,

mice fed with enriched diet became obese, as evidenced by the huge body weight gain and

adipose tissue hypertrophy, but they did not display increased plasma cytokine production in

unstimulated conditions, strongly suggesting therefore the lack of detectable low-grade basal

inflammation by the time it was measured. This finding agrees with recently published data

(Amar et al., 2007a; Bedoui et al., 2005), but it contrasts with what is reported in most genetic

obesity models (Ellacott et al., 2007; Hotamisligil et al., 1993; Xu et al., 2003c) or in high fat-

induced obesity models (Chen et al., 2005; De Souza et al., 2005; Xu et al., 2003c). However,

in both cases inflammation is associated with marked symptoms of obesity-related

pathological complications, particularly diabetes or cardiovascular diseases that can per se

induce an inflammation. Similarly, low-grade inflammation has been mainly reported in

humans suffering from extremely severe forms of obesity (Cancello and Clement, 2006). Our

experimental conditions provide therefore the opportunity of detecting behavioral alterations

146

preceding the onset of obesity and its related physiological consequences such as

inflammation.

Before the actual development of a clear obesity and in absence of any additional

immune stimulation, exposure to an enriched diet induced cognitive deficits in the Y-maze.

This result suggests the development of molecular changes underlying alterations of the

performances measured in these overweighed mice. The two-trial Y-maze task is a specific

and sensitive test of spatial recognition memory in rodents (Dellu et al., 2000). It is based on

the innate tendency of rodents to explore novel environments (Dellu et al., 2000). This

paradigm does not require the learning of a rule, making it useful for studying memory in

rodents (Dellu et al., 1992). Given that this task is based on exploration of novelty, mice were

first tested for novelty exploration, with a short ITI. After a 2 min ITI, both obese and lean

mice exhibited a normal response to novelty and recognized therefore the novel arm.

Following a 30 min ITI, overweighed and obese mice showed significantly lower novel arm

preference, as assessed by the recognition index. Thus, overweighed and obese mice

presented spatial memory impairment in absence of any visible signs of basal inflammation

compared to lean controls. We have however recently shown that mice exposed to the

enriched diet used in the present experiment exhibit a marked increase in plasma and adipose

tissue levels of leptin (André et al., submitted). Leptin, an adipokine encoded by an obesity

gene and expressed in adipose tissue affects feeding behavior, thermogenesis, and

neuroendocrine status via leptin receptors distributed into the brain, especially in the

hypothalamus, but also the hippocampus (Elmquist et al., 1998). It has been shown that leptin

not only affects hypothalamic functions such as feeding, but also modulates higher nervous

functions, such as behavioural performance related to learning and memory (Oomura et al.,

2006) or emotional reactivity (Lu et al., 2006). Although not directly assessed in the present

experiment, the role played by leptin and/or related adipokines in the cognitive deficits

observed in both overweighed and obese mice deserves to be thoroughly studied. Similarly, it

must be interesting to evaluate brain expression of additional markers of inflammation than

those already measured in the present study including hippocampal expression of IL-1β since

this cytokine has been shown to play a role in complex mechanisms involved in memory

processes such as long term potentiation (Griffin et al., 2006).

As previously shown, diet-induced obesity interfered with the ability of the organism

to appropriately respond to a systemic infection (Amar et al., 2007a); André et al, submitted).

In the present study, enriched diet exposure exacerbated neuroinflammation induced by a

147

systemic immune challenge. Interestingly, the cytokines targeted by the exacerbating effects

of peripheral LPS differ according to the brain structure considered. We have previously

shown that diet-induced obesity selectively potentiates the LPS-induced increase of IL-6 and

IDO mRNA expression in the hypothalamus (André et al, submitted). Although this

exacerbated IDO mRNA expression was also observed in the hippocampus of obese LPS-

treated mice, the exacerbation of hypothalamic IL-6 mRNA expression was not observed in

the hippocampus. Moreover, if hypothalamic expression of TNFα was not exacerbated by diet

after LPS injection, this expression was exacerbated in the hippocampus of obese LPS-treated

mice compared to their lean counterparts. Finally, LPS-induced increase of IFNγ mRNA

expression, one of the main cytokine involved in IDO activation (Brown et al., 1989; Byrne et

al., 1986), was also significantly amplified by diet in both the hippocampus and

hypothalamus. Such a differential effects of a systemic LPS injection on brain expression of

cytokines and IDO agree with previously published data reporting a time-dependent induction

of IDO expression in both the hippocampus and hypothalamus that was associated with a

specific structure-dependent expression of proinflammatory cytokines, particularly IFN-γ

(Andre et al., 2008b). Taken together, these results suggest that the in vivo mechanisms of

LPS-induced brain IDO mRNA expression could vary in the hippocampus and hypothalamus

especially in terms of the respective importance of the different cytokines. Moreover, the

present findings also suggest that distinct intracellular pathways are probably involved in the

obesity-related induction of specific structure-dependent vulnerability to neuroinflammation.

Furthermore, high concentrations of glucocorticoids have also been reported in vitro to

enhance cytokine-induced IDO activation. In the present study, the exacerbated production of

corticosterone observed in obese-LPS treated mice, linked to the exacerbation of IFNγ and

TNFα expression may participate in the over-activation of IDO.

Although the physiological significance of such structure-dependent differences in the

mechanisms of IDO activation by LPS and modulation of this activation by obesity still needs

to be elucidated, they are consistent with recent data showing that the hypothalamus and

hippocampus also show after LPS a time-dependent differential pattern of cellular activation,

as assessed by the neuroanatomical analysis of c-fos and FosB/∆fosB immunostaining

(Frenois et al., 2007). Interestingly, such a functional dissociation was related to LPS-induced

sickness and depressive-like behaviors (Frenois et al., 2007). Similarly, the possible role of

the present spatial differences of vulnerability to LPS-induced neuroinflammation in the

distinction between sickness behavior and cognitive deficits observed in obese subjects

148

remain to be determined. Interestingly, cognitive dysfunctions reported in cancer patients

treated with cytokines parallel depressive symptoms, but appear to be independent from

sickness symptoms (Capuron and Dantzer, 2003). Moreover, mood and cognitive disorders

are also associated in obese patients with metabolic syndrome (Capuron et al., 2008).

By reducing local bioavailability of tryptophan, stimulation of IDO activity can impact

on the synthesis of serotonin that has been shown to play a key role in memory processes

(Buhot et al., 1999). The kynurenine pathway also results in the generation of three

neuroactive compounds: 3-hydroxykynurenine (3-HK) and quinolinic acid (QA) are generated

in route to NAD production, while kynurenic acid (KA) is formed in a ‘dead end’ branch of

the pathway. 3-HK and QA generate free radicals, and QA also acts as an NMDA receptor

agonist. Therefore, both these kynurenine metabolites are excitotoxic (Schwarcz, 2004).

Intracerebroventricular administration of a high dose QA or L-kynurenine sulfate induced

excitotoxic lesions or seizures (Nemeth et al., 2005). QA induces lipid peroxidation,

superoxide anion generation and decreases cell viability in primary hippocampal neurons

leading to development of spatial memory deficit (Dairam et al., 2007). Moreover, the

elevated concentrations of QA reported in HIV patients have been related with the AIDS

dementia complex (Guillemin et al., 2005a). Through its potential impact on glutamatergic

brain systems, cytokine-induced microglial IDO activation may therefore participate in

linking inflammation with cognitive disorders. Indeed, LPS alters cognitive performances in

healthy normal-weighted mice (Noble et al., 2007) and accelerates cognitive decline in rodent

models of neurodegenerative diseases (Cunningham et al., 2008). Moreover, this acceleration

is associated with exaggerated microglial activation in the hippocampus (Cunningham et al.,

2008). Taken together, these data suggest that the increased production of QA in the

hippocampus, resulting from the exacerbated LPS-induced IDO activation in obese mice, may

underlie the concomitant cognitive deficits observed in the Y-maze. More studies are however

necessary to test this hypothesis and to identify the mechanisms underlying the impairment of

the cognitive performances also observed in overweighed mice or in obese mice

independently of any additional LPS challenge. Interestingly, it has been recently reported

that hippocampal microglial activation and TNFα production mediate altered central nervous

system excitability following peripheral inflammation (Riazi et al., 2008). This microglia-

dependent TNFα-mediated increase in brain excitability has been proposed as a potential

mechanism to underlie the neurobehavioral changes associated with chronic inflammation.

149

More studies are necessary to check whether a similar mechanism may play a role in the

context of obesity-related cognitive impairment.

In summary, the present study indicates that excessive weight gain altered brain

sensitivity to external stimulations leading to the early development of cognitive deficits,

since impairment of spatial memory appeared in overweighed mice and was maintained when

mice became obese. This study also demonstrates that systemic infection induced cognitive

disorders in lean mice and exacerbated alterations of the performances exhibited by obese

mice, although a more detailed study of their cognitive abilities assessed in different

complementary tests of cognition is obviously needed. Moreover, we confirm that diet-

induced obesity interfered with the ability of the innate immune system to appropriately

respond to systemic infection, as shown by amplified TNFα, IFNγ and IDO expression in the

hippocampus, as well as HPA axis activation. This study provides therefore interesting clues

about the neurobiological basis through which cytokines may have an impact on cognitive

behaviors in the context of obesity. This information may help to identify new therapeutic and

nutritional strategies to better understand and prevent behavioral disorders linked to obesity.

Acknowledgments This study was fundes by INRA, CNRS, Région Aquitaine. ALD was supported by a doctoral

fellowship from the Institut Danone. We thank Dr. F. Dellu for her advices around the Y maze.

150

References

Amar, S., Zhou, Q., Shaik-Dasthagirisaheb, Y., Leeman, S., 2007. Diet-induced obesity in mice causes changes in immune responses and bone loss manifested by bacterial challenge. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104, 20466-20471. Andre, C., Dinel, A.L., Layé, S., Castanon, N., 2008a. Diet-induced obesity in mice exacerbates neuroinflammation and sickness elicited by systemic infection. Submitted. Andre, C., O'Connor, J.C., Kelley, K.W., Lestage, J., Dantzer, R., Castanon, N., 2008b. Spatio-temporal differences in the profile of murine brain expression of proinflammatory cytokines and indoleamine 2,3-dioxygenase in response to peripheral lipopolysaccharide administration. Journal of neuroimmunology 200, 90-99. Apter, S.J., Eriksson, C.J., 2006. The role of social isolation in the effects of alcohol on corticosterone and testosterone levels of alcohol-preferring and non-preferring rats. Alcohol and alcoholism (Oxford, Oxfordshire) 41, 33-38. Barrientos, R.M., Higgins, E.A., Biedenkapp, J.C., Sprunger, D.B., Wright-Hardesty, K.J., Watkins, L.R., Rudy, J.W., Maier, S.F., 2006. Peripheral infection and aging interact to impair hippocampal memory consolidation. Neurobiology of aging 27, 723-732. Bedoui, S., Velkoska, E., Bozinovski, S., Jones, J.E., Anderson, G.P., Morris, M.J., 2005. Unaltered TNF-alpha production by macrophages and monocytes in diet-induced obesity in the rat. Journal of inflammation (London, England) 2, 2. Berraondo, B., Bonafonte, A., Fernandez-Otero, M.P., Martinez, J.A., 1997. Effects on energy utilization of a beta3-adrenergic agonist in rats fed on a cafeteria diet. Eat Weight Disord 2, 130-137. Brown, R.R., Lee, C.M., Kohler, P.C., Hank, J.A., Storer, B.E., Sondel, P.M., 1989. Altered tryptophan and neopterin metabolism in cancer patients treated with recombinant interleukin 2. Cancer research 49, 4941-4944. Buhot, M.C., Malleret, G., Segu, L., 1999. Serotonin receptors and cognitive behaviour--an update. IDrugs 2, 426-437. Byrne, G.I., Lehmann, L.K., Landry, G.J., 1986. Induction of tryptophan catabolism is the mechanism for gamma-interferon-mediated inhibition of intracellular Chlamydia psittaci replication in T24 cells. Infection and immunity 53, 347-351. Cancello, R., Clement, K., 2006. Is obesity an inflammatory illness? Role of low-grade inflammation and macrophage infiltration in human white adipose tissue. Bjog 113, 1141-1147. Capuron, L., Dantzer, R., 2003. Cytokines and depression: the need for a new paradigm. Brain, behavior, and immunity 17 Suppl 1, S119-124. Capuron, L., Raison, C.L., Musselman, D.L., Lawson, D.H., Nemeroff, C.B., Miller, A.H., 2003. Association of exaggerated HPA axis response to the initial injection of interferon-alpha with development of depression during interferon-alpha therapy. The American journal of psychiatry 160, 1342-1345. Capuron, L., Ravaud, A., Dantzer, R., 2001. Timing and specificity of the cognitive changes induced by interleukin-2 and interferon-alpha treatments in cancer patients. Psychosomatic medicine 63, 376-386. Capuron, L., Su, S., Miller, A.H., Bremner, J.D., Goldberg, J., Vogt, G.J., Maisano, C., Jones, L., Murrah, N.V., Vaccarino, V., 2008. Depressive symptoms and metabolic syndrome: is inflammation the underlying link? Biological psychiatry 64, 896-900. Ceresoli-Borroni, G., Guidetti, P., Amori, L., Pellicciari, R., Schwarcz, R., 2007. Perinatal kynurenine 3-hydroxylase inhibition in rodents: pathophysiological implications. Journal of neuroscience research 85, 845-854.

151

Chen, A., Mumick, S., Zhang, C., Lamb, J., Dai, H., Weingarth, D., Mudgett, J., Chen, H., MacNeil, D.J., Reitman, M.L., Qian, S., 2005. Diet induction of monocyte chemoattractant protein-1 and its impact on obesity. Obes Res 13, 1311-1320. Chen, J., Buchanan, J.B., Sparkman, N.L., Godbout, J.P., Freund, G.G., Johnson, R.W., 2008. Neuroinflammation and disruption in working memory in aged mice after acute stimulation of the peripheral innate immune system. Brain, behavior, and immunity 22, 301-311. Chrousos, G.P., Kino, T., 2007. Glucocorticoid action networks and complex psychiatric and/or somatic disorders. Stress (Amsterdam, Netherlands) 10, 213-219. Clement, K., Viguerie, N., Poitou, C., Carette, C., Pelloux, V., Curat, C.A., Sicard, A., Rome, S., Benis, A., Zucker, J.D., Vidal, H., Laville, M., Barsh, G.S., Basdevant, A., Stich, V., Cancello, R., Langin, D., 2004. Weight loss regulates inflammation-related genes in white adipose tissue of obese subjects. Faseb J 18, 1657-1669. Conrad, C.D., Galea, L.A., Kuroda, Y., McEwen, B.S., 1996. Chronic stress impairs rat spatial memory on the Y maze, and this effect is blocked by tianeptine pretreatment. Behavioral neuroscience 110, 1321-1334. Cournot, M., Marquie, J.C., Ansiau, D., Martinaud, C., Fonds, H., Ferrieres, J., Ruidavets, J.B., 2006. Relation between body mass index and cognitive function in healthy middle-aged men and women. Neurology 67, 1208-1214. Cunningham, C., Campion, S., Lunnon, K., Murray, C.L., Woods, J.F., Deacon, R.M., Rawlins, J.N., Perry, V.H., 2008. Systemic Inflammation Induces Acute Behavioral and Cognitive Changes and Accelerates Neurodegenerative Disease. Biological psychiatry. Dairam, A., Muller, A.C., Daya, S., 2007. Non-steroidal anti-inflammatory agents, tolmetin and sulindac attenuate quinolinic acid (QA)-induced oxidative stress in primary hippocampal neurons and reduce QA-induced spatial reference memory deficits in male Wistar rats. Life sciences 80, 1431-1438. Dantzer, R., 2001. Cytokine-induced sickness behavior: where do we stand? Brain, behavior, and immunity 15, 7-24. Dantzer, R., 2006. Cytokine, sickness behavior, and depression. Neurologic clinics 24, 441-460. Dantzer, R., O'Connor, J.C., Freund, G.G., Johnson, R.W., Kelley, K.W., 2008. From inflammation to sickness and depression: when the immune system subjugates the brain. Nat Rev Neurosci 9, 46-56. de Kloet, E.R., de Jong, I.E., Oitzl, M.S., 2008. Neuropharmacology of glucocorticoids: focus on emotion, cognition and cocaine. European journal of pharmacology 585, 473-482. De Souza, C.T., Araujo, E.P., Bordin, S., Ashimine, R., Zollner, R.L., Boschero, A.C., Saad, M.J., Velloso, L.A., 2005. Consumption of a fat-rich diet activates a proinflammatory response and induces insulin resistance in the hypothalamus. Endocrinology 146, 4192-4199. Dellu, F., Contarino, A., Simon, H., Koob, G.F., Gold, L.H., 2000. Genetic differences in response to novelty and spatial memory using a two-trial recognition task in mice. Neurobiol Learn Mem 73, 31-48. Dellu, F., Mayo, W., Cherkaoui, J., Le Moal, M., Simon, H., 1992. A two-trial memory task with automated recording: study in young and aged rats. Brain Res 588, 132-139. Ellacott, K.L., Murphy, J.G., Marks, D.L., Cone, R.D., 2007. Obesity-induced inflammation in white adipose tissue is attenuated by loss of melanocortin-3 receptor signaling. Endocrinology 148, 6186-6194. Elmquist, J.K., Bjorbaek, C., Ahima, R.S., Flier, J.S., Saper, C.B., 1998. Distributions of leptin receptor mRNA isoforms in the rat brain. J Comp Neurol 395, 535-547.

152

Frenois, F., Moreau, M., O'Connor, J., Lawson, M., Micon, C., Lestage, J., Kelley, K.W., Dantzer, R., Castanon, N., 2007. Lipopolysaccharide induces delayed FosB/DeltaFosB immunostaining within the mouse extended amygdala, hippocampus and hypothalamus, that parallel the expression of depressive-like behavior. Psychoneuroendocrinology 32, 516-531. Gautron, L., Mingam, R., Moranis, A., Combe, C., Laye, S., 2005. Influence of feeding status on neuronal activity in the hypothalamus during lipopolysaccharide-induced anorexia in rats. Neuroscience 134, 933-946. Gibson, W.T., Farooqi, I.S., Moreau, M., DePaoli, A.M., Lawrence, E., O'Rahilly, S., Trussell, R.A., 2004. Congenital leptin deficiency due to homozygosity for the Delta133G mutation: report of another case and evaluation of response to four years of leptin therapy. The Journal of clinical endocrinology and metabolism 89, 4821-4826. Godbout, J.P., Moreau, M., Lestage, J., Chen, J., Sparkman, N.L., J, O.C., Castanon, N., Kelley, K.W., Dantzer, R., Johnson, R.W., 2008. Aging exacerbates depressive-like behavior in mice in response to activation of the peripheral innate immune system. Neuropsychopharmacology 33, 2341-2351. Griffin, R., Nally, R., Nolan, Y., McCartney, Y., Linden, J., Lynch, M.A., 2006. The age-related attenuation in long-term potentiation is associated with microglial activation. Journal of neurochemistry 99, 1263-1272. Guidetti, P., Bates, G.P., Graham, R.K., Hayden, M.R., Leavitt, B.R., MacDonald, M.E., Slow, E.J., Wheeler, V.C., Woodman, B., Schwarcz, R., 2006. Elevated brain 3-hydroxykynurenine and quinolinate levels in Huntington disease mice. Neurobiology of disease 23, 190-197. Guillemin, G.J., Kerr, S.J., Brew, B.J., 2005. Involvement of quinolinic acid in AIDS dementia complex. Neurotoxicity research 7, 103-123. Henry, C.J., Huang, Y., Wynne, A., Hanke, M., Himler, J., Bailey, M.T., Sheridan, J.F., Godbout, J.P., 2008. Minocycline attenuates lipopolysaccharide (LPS)-induced neuroinflammation, sickness behavior, and anhedonia. Journal of neuroinflammation 5, 15. Heyser, C.J., Masliah, E., Samimi, A., Campbell, I.L., Gold, L.H., 1997. Progressive decline in avoidance learning paralleled by inflammatory neurodegeneration in transgenic mice expressing interleukin 6 in the brain. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 94, 1500-1505. Hotamisligil, G.S., Shargill, N.S., Spiegelman, B.M., 1993. Adipose expression of tumor necrosis factor-alpha: direct role in obesity-linked insulin resistance. Science (New York, N.Y 259, 87-91. Konsman, J.P., Parnet, P., Dantzer, R., 2002. Cytokine-induced sickness behaviour: mechanisms and implications. Trends in neurosciences 25, 154-159. Lestage, J., Verrier, D., Palin, K., Dantzer, R., 2002. The enzyme indoleamine 2,3-dioxygenase is induced in the mouse brain in response to peripheral administration of lipopolysaccharide and superantigen. Brain, behavior, and immunity 16, 596-601. Lu, X.Y., Kim, C.S., Frazer, A., Zhang, W., 2006. Leptin: a potential novel antidepressant. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103, 1593-1598. Lupien, S.J., Maheu, F., Tu, M., Fiocco, A., Schramek, T.E., 2007. The effects of stress and stress hormones on human cognition: Implications for the field of brain and cognition. Brain and cognition 65, 209-237. Mannino, D.M., Mott, J., Ferdinands, J.M., Camargo, C.A., Friedman, M., Greves, H.M., Redd, S.C., 2006. Boys with high body masses have an increased risk of developing asthma: findings from the National Longitudinal Survey of Youth (NLSY). International journal of obesity (2005) 30, 6-13. Moreau, M., Andre, C., O'Connor, J.C., Dumich, S.A., Woods, J.A., Kelley, K.W., Dantzer, R., Lestage, J., Castanon, N., 2008. Inoculation of Bacillus Calmette-Guerin to mice induces an acute episode of sickness behavior followed by chronic depressive-like behavior. Brain, behavior, and immunity.

153

Nemeth, H., Toldi, J., Vecsei, L., 2005. Role of kynurenines in the central and peripheral nervous systems. Current neurovascular research 2, 249-260. Noble, F., Rubira, E., Boulanouar, M., Palmier, B., Plotkine, M., Warnet, J.M., Marchand-Leroux, C., Massicot, F., 2007. Acute systemic inflammation induces central mitochondrial damage and mnesic deficit in adult Swiss mice. Neuroscience letters 424, 106-110. O'Connor, J.C., Lawson, M.A., Andre, C., Moreau, M., Lestage, J., Castanon, N., Kelley, K.W., Dantzer, R., 2008. Lipopolysaccharide-induced depressive-like behavior is mediated by indoleamine 2,3-dioxygenase activation in mice. Molecular psychiatry. Olivier, J.D., Van Der Hart, M.G., Van Swelm, R.P., Dederen, P.J., Homberg, J.R., Cremers, T., Deen, P.M., Cuppen, E., Cools, A.R., Ellenbroek, B.A., 2008. A study in male and female 5-HT transporter knockout rats: an animal model for anxiety and depression disorders. Neuroscience 152, 573-584. Oomura, Y., Hori, N., Shiraishi, T., Fukunaga, K., Takeda, H., Tsuji, M., Matsumiya, T., Ishibashi, M., Aou, S., Li, X.L., Kohno, D., Uramura, K., Sougawa, H., Yada, T., Wayner, M.J., Sasaki, K., 2006. Leptin facilitates learning and memory performance and enhances hippocampal CA1 long-term potentiation and CaMK II phosphorylation in rats. Peptides 27, 2738-2749. Perry, V.H., Cunningham, C., Holmes, C., 2007. Systemic infections and inflammation affect chronic neurodegeneration. Nature reviews 7, 161-167. Rahkonen, T., Luukkainen-Markkula, R., Paanila, S., Sivenius, J., Sulkava, R., 2000. Delirium episode as a sign of undetected dementia among community dwelling elderly subjects: a 2 year follow up study. Journal of neurology, neurosurgery, and psychiatry 69, 519-521. Raison, C.L., Demetrashvili, M., Capuron, L., Miller, A.H., 2005. Neuropsychiatric adverse effects of interferon-alpha: recognition and management. CNS drugs 19, 105-123. Riazi, K., Galic, M.A., Kuzmiski, J.B., Ho, W., Sharkey, K.A., Pittman, Q.J., 2008. Microglial activation and TNF{alpha} production mediate altered CNS excitability following peripheral inflammation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Schwarcz, R., 2004. The kynurenine pathway of tryptophan degradation as a drug target. Current opinion in pharmacology 4, 12-17. Uchida, S., Umeeda, H., Kitamoto, A., Masushige, S., Kida, S., 2007. Chronic reduction in dietary tryptophan leads to a selective impairment of contextual fear memory in mice. Brain research 1149, 149-156. Vallieres, L., Campbell, I.L., Gage, F.H., Sawchenko, P.E., 2002. Reduced hippocampal neurogenesis in adult transgenic mice with chronic astrocytic production of interleukin-6. J Neurosci 22, 486-492. Wadden, T.A., Butryn, M.L., Sarwer, D.B., Fabricatore, A.N., Crerand, C.E., Lipschutz, P.E., Faulconbridge, L., Raper, S.E., Williams, N.N., 2006. Comparison of psychosocial status in treatment-seeking women with class III vs. class I-II obesity. Obesity (Silver Spring, Md 14 Suppl 2, 90S-98S. Xu, H., Barnes, G.T., Yang, Q., Tan, G., Yang, D., Chou, C.J., Sole, J., Nichols, A., Ross, J.S., Tartaglia, L.A., Chen, H., 2003. Chronic inflammation in fat plays a crucial role in the development of obesity-related insulin resistance. The Journal of clinical investigation 112, 1821-1830.

154

155

Chapitre 3Chapitre 3Chapitre 3Chapitre 3

156

157

Chapitre 3Chapitre 3Chapitre 3Chapitre 3

ANXIETY-LIKE DISORDERS ARE ASSOCIATED WITH DIET-INDUCED OBESITY IN MICE

Anne Laure Dinel, Caroline André, Sophie Layé and Nathalie Castanon

En préparation

158

159

AnxietyAnxietyAnxietyAnxiety----likelikelikelike disorders are associated with d disorders are associated with d disorders are associated with d disorders are associated with dietietietiet----induced obesity in mice induced obesity in mice induced obesity in mice induced obesity in mice

ObjectifsObjectifsObjectifsObjectifs ::::

Après avoir identifié la mise en place de troubles cognitifs et de modification de la

réponse émotionnelle chez les souris ayant consommé un régime enrichi, le but de cette étude

était de s’interesser aux symptômes de type anxieux souvent associés à l’obésité.

Matériel et méthodesMatériel et méthodesMatériel et méthodesMatériel et méthodes ::::

Des souris mâles C57bl/6J de 3 semaines ont été soumises soit au régime standard

pour rongeur soit à un régime enrichi (lipides: 24%, glucides: 34%, protéines: 12%) pendant

19 semaines. Au bout de 9 semaines de régime, les animaux consommant le régime

hypercalorique sont en surpoids et sont alors soumis à un test évaluant les troubles de type

anxieux : le labyrinthe en croix surélevé.

Au terme de la période de 19 semaines, les animaux sont de nouveau placés dans le labyrinthe

en croix surélevé. Les animauux ont été sacrifiés 1h après le test et le plasma, les poumons, le

tissu adipeux et le cerveau ont été prélevés. Les concentrations en IL-6, IFNγ, TNFα et

ACTH ont été mesurées dans le plasma et le tissu adipeux en multiplex selon la technologie

Luminex. La concentration de corticostérone plasmatique est évaluée avec un kit RIA.

L’activité enzymatique de l’IDO pulmonaire a été évaluée par dosage du rapport KYN/Trp

par HPLC. Enfin, l’expression cérébrale des ARNm de l’IL-6, du TNFα, de l’IFNγ, et de

l’IDO a été mesurée par PCR en temps réel.

RésultatsRésultatsRésultatsRésultats ::::

Les souris en surpoids ne présentent pas de symptômes de type anxieux. Ces

symptômes ne peuvent être mis en évidence que lorsque les souris sont réellement obèses

(masse corporelle de 20% supérieure à celle du groupe contrôle). En condition basale, les taux

circulants ainsi que l’expression cérébrale d’IL-6, de TNFα, d’IFNγ et de MCP-1, ainsi que la

libération de corticostérone ne sont pas affectés chez les souris obèses.

160

ConclusionConclusionConclusionConclusion ::::

La prise de poids entraîne la mise en place de troubles de type anxieux, mais ces

troubles n’apparaissent que lorsque l’obésité est caractérisée. Les mécanismes

neurobiologiques sous-tendant ces troubles restent à préciser.

161

Anxiety-like disorders are associated with diet-induced obesity in mice

Anne-Laure Dinel, Caroline André, Sophie Layé and Nathalie Castanon*

INRA, UMR 1286 PsyNuGen, Université Victor Segalen Bordeaux 2, CNRS, UMR 5226, IFR8, F-

33076 Bordeaux, France

*Adress all correspondence to:

Nathalie Castanon, Ph.D

INRA, UMR 1286, Laboratory of Psychoneuroimmunology, Nutrition and genetics,

Bâtiment UFR Pharmacie, Case courrier 34,

Université Victor Ségalen Bordeaux 2,

146 rue Léo Saignat, 33076 Bordeaux, France

e-mail : nathalie.castanon@bordeaux.inra.fr

Phone: 33 557 574 505

Fax : 33 557 571 227

Abstract

Introduction: Obesity, one of the major public health problems in the world, is often

associated with anxiety symptoms. Interestingly, both pathologies may present a strong

relationship supported by shared biological systems such as an inflammatory status, an

alteration of HPA axis activity and of tryptophan metabolism. The aim of the present study

was therefore to determine in a murine model of diet induced obesity (DIO) first whether

anxiety-like symptoms are induced in these conditions and second whether these symptoms

are accompanied by inflammation.

Methods: C57Bl/6 mice were fed with enriched diet or with equilibrated diet. Anxiety-like

symptoms of diet-induced obesity mice and their lean counterparts was evaluated using a

classical anxiety test, the elevated plus maze.

Results: Obese mice spent less time in the open arm of the elevated plus maze than lean mice,

reflecting development of anxiety-like symptoms. Obese mice did not present difference of

locomotor activity compared to the lean animals. Neither cytokine nor HPA axis were

exacerbated in obese animals compared to lean ones.

162

Conclusion: Obesity in mice is associated with anxiety disorders. These findings provide

therefore important clues to progress in a better understanding of the neurobiological basis

linking inflammation and neurobehavioral alterations associated with obesity.

Introduction

Obesity and anxiety present an increase of their respective prevalence in our population, and

are often associated with other major health problems (Becker et al., 2001). Both pathologies

have been independently studied for decades however a strong relationship may exist between

them. Some psychological arguments have been proposed, but recent evidence also suggests

that this relationship may rely on biological systems shown to be impaired in both

pathologies, such as an increased proinflammatory cytokine production and altered HPA axis

activity and tryptophan metabolism. Obesity is characterized by a morphological and

functional alteration of secreting function of adipose tissue which synthesize and secrete

numerous adipokines such as leptin and resistin that play a crucial role in the control of

energy homeostasis (Friedman and Halaas, 1998). Moreover it can also release inflammatory

molecules such as chemokines, acute phase proteins and cytokines, particularly tumour

necrosis factor-α (TNFα), interleukin-6 (IL-6) and interferon-γ (IFNγ) (Cancello and Clement,

2006; Mora and Pessin, 2002). It has also been suggested that at least some of these mediators

of inflammation could also be found in the brain, especially in the hypothalamus which is

implicated in the coordination of food intake and energy expenditure and also in emotion and

stress responses (De Souza et al., 2005). This exacerbated production of inflammatory

molecules could be a link between obesity and mood disorders. Indeed chronic injection of

IL-2 or IFNα to cancer patients undergoing immunotherapy is positively correlated with

intensity of anxiety symptoms (Capuron et al., 2003). Moreover, mood disorders associated

with inflammation, particularly depressive symptoms have shown to be at least partly

mediated by cytokine-induced activation of the indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), a

tryptophan catabolizing enzyme acting both at the periphery and within the brain (Dantzer et

al., 2008).

Impaired hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis response to stress or cytokine

administration has also been shown to condition increased vulnerability to inflammation-

induced mood disorders (Capuron et al., 2003). A defected negative feedback of HPA axis has

been observed in both obesity and anxiety disorders (Jessop et al., 2001). Moreover, the

163

increased glucocorticoid concentrations reported in obese subject could contribute to alter

tryptophan metabolism (Maes et al., 1990).

Although convergent evidence strengthens the hypothesis of a role of inflammation and

related activation of specific brain systems in the high prevalence of anxiety symptoms

reported in obese population (Wadden et al., 2006), little is known about the potential

underlying mechanisms. The aim of the present study was therefore to determine in a murine

model of diet induced obesity first whether anxiety-like symptoms are induced in these

conditions and second whether these symptoms are accompanied by inflammation.

Methods

Male C57BL/6 mice were purchased from Charles River Laboratories and were

maintained under a 12h light/dark cycle (9:00 on) at 23°C with ad libitum consumption of

water and food. All animal care and experimental procedures were in accordance with the

European Communities Council Directive (86/609/EEC) and with the National Institute of

Health (NIH) guidelines and were approved by the Institutional Animal Care and Use

Committees. At their arrival, 3-wk old mice were randomly divided into two groups, one with

free access to standard rodent chow A04 (Fat, 3,1 %; Carbohydrate, 60 %; Protein, 16,1 %;

3,3 Kcal/g) and the other one to an enriched diet (Fat, 32 %; Carbohydrate, 17,5 %; Protein,

11,3 %; 4,4 Kcal/g) freshly prepared in the laboratory as previously described (Berraondo et

al., 1997). Body weight and food intake were measured once a week over the 19-wk period of

the experiment.

Animals were tested in an elevated plus-maze (EPM) at 9 weeks (overweighed period)

and at the end of the 19-wk period, once obesity was clearly established. All behavioural

experiments were performed between 9:00 am and 11:00, under conditions of dim light and

low noise. Behaviour was monitored via a video camera and videotaped to be scored later by

a trained observer, using the “Observer Basic” software (Noldus, Netherlands). The EPM test

is a well-accepted test of anxiety-like behaviour based on a conflicting situation between the

drive to explore a novel environment and the natural aversion for elevated, open spaces

(Belzung and Griebel, 2001). The apparatus was a plus shaped acryl maze with two opposite

open arms (30 cm in length and 8 cm in width) and two opposite closed arms (30 cm in

length, 8 cm width, and 15 cm in height), extending out from a central platform (8

cm × 8 cm). The whole apparatus was elevated 120 cm above the floor. Each mouse was

164

individually placed in the center of the maze, facing an open-arm, and the number of arm

entries, as well as the cumulative time spent in open vs. enclosed arms, was assessed during a

5-min period. An entry was scored as such only when the mouse placed all four limbs into

any given arm. The ratio between open and total arm exploration, as well as the time spent in

the open arms and closed arms, is considered as an “anxiety-like” index, independent of

locomotor activity (Pellow et al., 1985).

Lean and obese mice was killed by CO2 inhalation. Immediately after, mice were

intracardiacally perfused with PBS 1X at 4°C via the ascending aorta to remove all traces of

blood from tissues. Blood samples were collected via cardiac puncture into EDTA-coated

tubes. After centrifugation (10 min, 3000 g, 4°C), plasma was stored at -80°C until assay for

concentrations of corticosterone, cytokines and adipokines. Brains and lungs were

immediately collected and stored at -80°C for later determination of IDO activity and/or

cytokines mRNA levels.

IL-6, TNFα, and IFNγ were measured in plasma with the mouse serum cytokine

LINCOplex kits (Linco research, Inc., St. Charles, MO, USA) following the manufacturer’s

instructions as previously described (Moreau et al., 2008a). Corticosterone concentrations

were measured from plasma using an ImmuChem Double Antibody Corticosterone RIA Kit

from Diasorin (Antony, France)(Apter and Eriksson, 2006).

Total RNA from hippocampus samples was extracted with Trizol. Reverse transcription

was performed using oligo dT primers added 2 µg of hypothalamus RNA. The oligo dT

primer/RNA mix was then inactivated at 65°C for 5 min and chilled on ice. Reverse

transcription was performed at 55°C for 45 min. The reaction was terminated by heat (70°C

for 15 min). To minimize inter-assay variation all RNA samples from a single experimental

group were reverse transcribed simultaneously.

Resultant first-strand cDNA was amplified by the Taqman Universal PCR Master Mix

with sequence-specific primers and the FAM-labeled Taqman MBG probe assay mix

(Applied Biosystems) as previously described (André et al., 2008). The assay IDs for the

target genes in the assay mix were: IL-6 (Mm00446190_m1), , TNFα (Mm00443258_m1),

IFNgamma (Mm 00801778_m1), IDO (Mm00492586_m1), and for the house keeping gene

β2 microglobulin (Mm00437762_m1) as previously used (O'Connor et al., 2008). Real time

PCR was performed on the ABI Prism 7700 under the following conditions: 50°C for 2 min,

95°C for 10 min, followed by 40-cycles amplification phase of 95°C for 15 sec and 60°C for

165

1 min. Results were normalized with the β2 microglobulin endogenous control and the

relative quantitative evaluation of the amplification products was performed using the

comparative threshold cycle method, as described elsewhere (Applied Biosystems user

bulletin n°2).

Measurements of KYN and TRP were determined as described previously (Moreau et

al., 2005). The KYN/TRP ratio was used to assess lung IDO activity. Briefly, lungs and brain

were homogenized using ice cold potassium 0.14 M KCl, 20 mM phosphate buffer pH 7.0

with an UltraTurrax T25 homogenizer at 1000 rpm. Homogenates were then centrifuged at

14,000 g for 30 min at 4°C. 200 µl of supernatants were precipitated in trichloroacetic acid

(2mM) and then centrifugated 15 min at 1300 g, 4°C. After a second centrifugation at 13,000

g, 5 min at 4°C, supernatants were injected onto a 5-µm C18 HPLC column (Lichrospher,

Alltech, Deerfield, IL, USA) at a flow rate of 1.0 ml/min with mobile phase containing 0.1M

ammonium acetate/acetic acid buffer and 5% acetonitrile (pH 4.65). Levels of KYN were

evaluated by UV absorbency at 360 nm. Levels of TRP were detected by fluorescent detector

at 285 nm excitation and 365 nm emission wavelengths.

All results are presented as mean ± SEM. Statistical comparison were analysed using a

one-way (lean vs. obese) ANOVA followed by a post-hoc pair wise multiple comparison

procedure using the Fischer’s LSD method, if the interaction was significant.

Results

As expected (Andre et al., submitted), enriched diet induced a significant increase in

body weight over the 19-wk period (diet: F1,1198=2606, p<0.001, time: F1,1998=889.38,

p<0.001, diet x time: F1,1998=65.34, p<0.001). Overweighed appeared in animals fed with

enriched diet after 9 wk (p<0.05) (Fig 1A). Obesity was clearly installed after 15 wk, their

weight being 20 % above the controls by that time. These results show that consumption of a

highly caloric food, even though daily food intake did not significantly differ between both

groups (data not shown), clearly induced the development of a marked although moderate

obesity.

Anxiety symptoms have been associated with obesity in several human studies

(Becker et al., 2001; Wadden et al., 2006), but only few data exist in animal models. To study

the influence of enriched diet on anxiety-like behavioural changes and the time-course of the

emergence of these symptoms, mice were tested in an EPM at two period of their

166

development, a first time during the overweighed phase (9 weeks of enriched or standard

diet), and the second time when obesity was acquired (19 weeks). In this task which is a well-

established anxiety test based on the exposure of subjects to unfamiliar aversive places

(Belzung and Griebel, 2001), overweighed mice did not present any anxiety-like symptoms,

as revealed by the similar duration of exploration of the open-arms observed in both lean and

overweighed mice (data not shown). On the contrary, obese mice spent less time exploring the

open arms than lean mice (F1,41=5.02, p<0.05) (Figure 1A). This difference of arm

exploration cannot be attributed to locomotor activity differences since both obese and lean

mice explore in the same proportion the closed and non-anxiogenic arms (F1,41=3.71, NS)

(Figure 1B). Obese but not overweighed mice clearly show therefore anxiety-like behavioral

changes in the EPM.

Severe obesity has been associated with a low grade inflammatory status and a

hyperactivation of HPA axis (Dinel et al, in preparation). In our diet-induced obesity model,

mice were fed with an enriched diet aiming at inducing a moderate but not morbid obesity. In

this context, mice did not present increased plasma levels of proinflammatory cytokines (data

not shown). Moreover, mRNA hypothalamic and hippocampic expression of cytokines (IL-6,

TNFα and IFNγ) and IDO were not altered. Similarly, lung and brain IDO activity was not

affected by diet. Finally, corticosterone secretion was not exacerbated in obese mice.

As shown in our previous study, mice fed with our enriched diet presented an increased

plasma level of leptin in both adipose tissue (F1-20 = 14.4, P < 0.001) and plasma (F1-15 = 40.3,

0

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Lean

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A B

Figure 1:

(A) Effect of diet on index of anxiety (time spend in open arms compared to time spend to explore) (B) Time of exploration in closed arms. Data are represented as means ± SEM (n=8). Means with different letters are significantly different from each other.

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Lean

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A B

Figure 1:

(A) Effect of diet on index of anxiety (time spend in open arms compared to time spend to explore) (B) Time of exploration in closed arms. Data are represented as means ± SEM (n=8). Means with different letters are significantly different from each other.

167

P < 0.001). It has been shown in rats that injection of leptin in the hippocampus induces a

decrease of mood disorders (Lu et al., 2006). Leptinoresistance observed in obesity could

explain the emergence of anxiety-like disorders, and the time course of this progressive

development. The potential positive benefit of leptin on mood reported in lean rats could be

blocked by leptinoresistance in obesity.

Conclusion

The results demonstrate that obesity in mice was associated with anxiety-like behavioral

changes and that these symptoms appeared only when obesity was acquired. Moreover, the

inflammatory and neuroendocrine markers that we studied did not seem to be involved in the

development of these mood disorders, but it should be interesting to investigate the role of

this cytokines in others structures, like the amygdala and to study others cytokines, like IL-1β

(Griffin et al., 2006; Lau et al., 2008). Interestingly, we have shown that the experimental

paradigm we used to induce obesity in the present study leads to the development of silent

neurobiochemical changes underlying increased vulnerability to neuroinflammation induced

by a systemic inflammatory challenge and its related behavioral consequences. These

neurobiological changes that probably affect microglial activation as suggested in other

situations such as aging or neurodegenerative diseases (Cunningham et al., 2008; Henry et al.,

2008) still need to be elucidated. However, the present study showing the existence of

anxiety-like disorders in unstimulated conditions in obese mice strongly supports this

hypothesis and may help to identify the mechanisms linking obesity with inflammation-

related neurobehavioral alterations. Furthermore, data assessing only circulating

corticosterone are not sufficient to definitively discard the potential impact of HPA axis

activity on mood disorders associated with obesity. Based on previously published data (Hay

et al., 2000), it should be particularly interesting to also investigate brain mRNA CRH

(corticotropin releasing hormone) expression. In conclusion, the present preliminary report

demonstrates that diet-induced obesity was associated with development of anxiety-like

symptoms, as shown for cognitive dysfunction (Dinel et al, in preparation) and altered

emotional reactivity (André et al., submitted), but that the respective temporal patterns of

emergence differ between mood and cognitive symptoms. These findings provide therefore

important clues to progress in a better understanding of the neurobiological basis linking

inflammation and neurobehavioral alterations associated with obesity.

168

References

Apter, S. J. and C. J. Eriksson (2006). "The role of social isolation in the effects of alcohol on corticosterone and testosterone levels of alcohol-preferring and non-preferring rats." Alcohol Alcohol 41(1): 33-8. Becker, E. S., J. Margraf, et al. (2001). "Obesity and mental illness in a representative sample of young women." Int J Obes Relat Metab Disord 25 Suppl 1: S5-9. Belzung, C. and G. Griebel (2001). "Measuring normal and pathological anxiety-like behaviour in mice: a review." Behav Brain Res 125(1-2): 141-9. Berraondo, B., A. Bonafonte, et al. (1997). "Effects on energy utilization of a beta3-adrenergic agonist in rats fed on a cafeteria diet." Eat Weight Disord 2(3): 130-7. Cancello, R. and K. Clement (2006). "Is obesity an inflammatory illness? Role of low-grade inflammation and macrophage infiltration in human white adipose tissue." Bjog 113(10): 1141-7. Capuron, L., C. L. Raison, et al. (2003). "Association of exaggerated HPA axis response to the initial injection of interferon-alpha with development of depression during interferon-alpha therapy." Am J Psychiatry 160(7): 1342-5. Cunningham, C., S. Campion, et al. (2008). "Systemic Inflammation Induces Acute Behavioral and Cognitive Changes and Accelerates Neurodegenerative Disease." Biol Psychiatry. Dantzer, R., J. C. O'Connor, et al. (2008). "From inflammation to sickness and depression: when the immune system subjugates the brain." Nat Rev Neurosci 9(1): 46-56. De Souza, C. T., E. P. Araujo, et al. (2005). "Consumption of a fat-rich diet activates a proinflammatory response and induces insulin resistance in the hypothalamus." Endocrinology 146(10): 4192-9. Friedman, J. M. and J. L. Halaas (1998). "Leptin and the regulation of body weight in mammals." Nature 395(6704): 763-70. Griffin, R., R. Nally, et al. (2006). "The age-related attenuation in long-term potentiation is associated with microglial activation." J Neurochem 99(4): 1263-72. Hay, M., M. C. Meunier-Salaun, et al. (2000). "Assessment of hypothalamic-pituitary-adrenal axis and sympathetic nervous system activity in pregnant sows through the measurement of glucocorticoids and catecholamines in urine." J Anim Sci 78(2): 420-8. Henry, C. J., Y. Huang, et al. (2008). "Minocycline attenuates lipopolysaccharide (LPS)-induced neuroinflammation, sickness behavior, and anhedonia." J Neuroinflammation 5: 15. Jessop, D. S., M. S. Harbuz, et al. (2001). "CRH in chronic inflammatory stress." Peptides 22(5): 803-7. Lau, J. Y., D. Goldman, et al. (2008). "Amygdala Function and 5-HTT Gene Variants in Adolescent Anxiety and Major Depressive Disorder." Biol Psychiatry. Lu, X. Y., C. S. Kim, et al. (2006). "Leptin: a potential novel antidepressant." Proc Natl Acad Sci U S A 103(5): 1593-8. Maes, M., C. Schotte, et al. (1990). "The effects of glucocorticoids on the availability of L-tryptophan and tyrosine in the plasma of depressed patients." J Affect Disord 18(2): 121-7. Mora, S. and J. E. Pessin (2002). "An adipocentric view of signaling and intracellular trafficking." Diabetes Metab Res Rev 18(5): 345-56. Moreau, M., C. Andre, et al. (2008). "Inoculation of Bacillus Calmette-Guerin to mice induces an acute episode of sickness behavior followed by chronic depressive-like behavior." Brain Behav Immun. Moreau, M., J. Lestage, et al. (2005). "Bacille Calmette-Guerin inoculation induces chronic activation of peripheral and brain indoleamine 2,3-dioxygenase in mice." J Infect Dis 192(3): 537-44. O'Connor, J. C., M. A. Lawson, et al. (2008). "Lipopolysaccharide-induced depressive-like behavior is mediated by indoleamine 2,3-dioxygenase activation in mice." Mol Psychiatry. Pellow, S., P. Chopin, et al. (1985). "Validation of open:closed arm entries in an elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat." J Neurosci Methods 14(3): 149-67. Wadden, T. A., M. L. Butryn, et al. (2006). "Comparison of psychosocial status in treatment-seeking women with class III vs. class I-II obesity." Obesity (Silver Spring) 14 Suppl 2: 90S-98S.

169

C hapitre 4C hapitre 4C hapitre 4C hapitre 4

170

171

CCCC hapitre 4hapitre 4hapitre 4hapitre 4

OBESITY-INDUCED INFLAMMATION IS ASSOCIATED WITH MOOD AND COGNITIVE DISORDERS IN DB/DB MICE

Anne-Laure Dinel, Caroline André, Sophie Layé and Nathalie Castanon

Soumis à Brain, Behaviour and Immunity

172

173

ObesityObesityObesityObesity----induced inflammation is associated withinduced inflammation is associated withinduced inflammation is associated withinduced inflammation is associated with mood and cognitive mood and cognitive mood and cognitive mood and cognitive disorders in disorders in disorders in disorders in db/dbdb/dbdb/dbdb/db mice mice mice mice

ObjectifsObjectifsObjectifsObjectifs ::::

Après avoir étudié le statut inflammatoire et les troubles du comportement dans une

situation d’obsité modérée, le but de cette étude était d’évaluer les conséquences d’une

obésité morbide sur ces mêmes paramètres.

Matériel et méthodesMatériel et méthodesMatériel et méthodesMatériel et méthodes ::::

Des souris mâles C57BL/6J-leprdb/ leprdb de 8 semaines ont été soumises à differents

tests comportementaux afin d’évaluer les symptômes de type anxieux (labyrinthe en croix

surélevé et open-field) et les troubles cognitifs (labyrinthe en Y). Les animaux ont été

sacrifiés à l’issue de ces différents tests et le plasma, les poumons, le tissu adipeux et le

cerveau ont été prélevés. Les concentrations en IL-6, IFNγ, TNFα et ACTH ont été mesurées

dans le plasma et le tissu adipeux en multiplex selon la technologie Luminex. La

concentration de corticostérone plasmatique est évaluée avec un kit RIA. L’activité

enzymatique de l’IDO pulmonaire a été évaluée par dosage du rapport KYN/Trp par HPLC.

Enfin, l’expression cérébrale des ARNm de l’IL-6, du TNFα, de l’IFNγ, et de l’IDO a été

mesurée par PCR en temps réel.

RésultatsRésultatsRésultatsRésultats ::::

Les souris db/db présentent des troubles de type anxieux ainsi qu’une altération de leur

capacité cognitive. De plus, les taux circulants d’IL-6, de TNFα, d’IFNγ ainsi que ceux de

leptine sont exacerbés en condition basale. De la même facon, la production de corticostérone

est exacerbée. Enfin l’expression cérébrale d’IL-6, de TNFα et d’IL-1β est augmentée chez

les souris obèses.

ConclusionConclusionConclusionConclusion ::::

L’obésité morbide entraîne la mise en place d’une situation inflammatoire à bas bruit

périphérique et centrale qui s’accompagne de troubles de l’humeur et de la cognition.

174

Obesity-induced inflammation is associated with mood and cognitive disorders in db/db mice

Anne-Laure Dinel, Caroline André, Agnès Aubert, Sophie Layé and Nathalie Castanon*

INRA, UMR 1286 PsyNuGen, Université Victor Segalen Bordeaux 2, CNRS, UMR 5226, IFR8, F-

33076 Bordeaux, France

*Adress all correspondence to:

Nathalie Castanon, Ph.D

INRA, UMR 1286, Laboratory of Psychoneuroimmunology, Nutrition and genetics,

Bâtiment UFR Pharmacie, Case courrier 34,

Université Victor Ségalen Bordeaux 2,

146 rue Léo Saignat, 33076 Bordeaux, France

e-mail : nathalie.castanon@bordeaux.inra.fr

Phone: 33 557 574 505

Fax : 33 557 571 227

175

Abstract

Obesity, which became a major public health problem, could be considered as a

chronic inflammatory disease. In some cases, obesity becomes morbid and is associated with

multiple co-morbidities such as astherosclerosis, cardiovascular and metabolic disease.

Moreover, obesity is often associated with neuropsychological disorders like anxiety,

depression and cognitive dysfunctions. Different biological parameters, like alteration of HPA

axis activity and of tryptophan metabolism, could be a link between these neuropsychological

disorders and obesity. The aim of this study was to determine in a model of morbid obesity

whether these both neurobiological systems are implicated in the pathophysiology of mood

and cognitive disorders associated with obesity and whether basal peripheral and low grade

inflammation altered behavioral and neurochemical responses of the innate immune system to

a peripheral stimulation.

To test this hypothesis, behavioral and cognitive disorders of db/db mice and their age-

matched nondiabetic db/+ littermates were evaluated in different tests in both basal

conditions. Their inflammatory status and their emotional reactivity were assessed after a

peripheral stimulation with a classical cytokine inducer, the lipopolysaccharide or LPS.

Our results showed that db/db mice presented cognitive deficit and anxiety-like

behavior, but no depressive-like behaviour associated with peripheral and brain inflammation.

Moreover obese db/db mice presented altered behavioral and physiological reactivity to

systemic LPS injection. These findings provide new evidence of the relationship between

inflammation associated with morbid obesity and neurobehavioral alterations observed in this

pathology.

Keywords: db/db mice, morbid obesity, interleukin-6, inflammation, indoleamine 2,3-

dioxygenase, Y maze, forced swim test, tail suspension test, open field, elevated plus maze.

Introduction

Over the past decade, obesity has reached epidemic proportion throughout the world

(Kim and Popkin, 2006). In the most severe forms, numerous conditions complicate obesity,

such as atherosclerosis, cardiovascular diseases and metabolic dysregulations leading to

development of insulin resistance and type 2 diabetes (Braddon et al., 1986; Toni et al., 2004).

These comorbidities constitute a leading cause of disability and increased mortality observed

176

in morbidly obese individuals (Ogden et al., 2007). In addition to the specific symptoms that

are characteristic of each of these diseases, most patients also experience non-specific

symptoms that include a high prevalence of mood disorders and altered cognition (Cournot et

al., 2006; Ryden et al., 2004; Wadden et al., 2006). These non-specific symptoms may

constitute an aggravating risk factor for the development of obesity-associated severe

comorbidities that significantly increases the cost and complexity of patient care (Fiedorowicz

et al., 2008; Scott et al., 2008). However, only a few studies have addressed the

pathophysiological mechanisms contributing to the development of mood and cognitive

disorders in the context of morbid obesity (Elias et al., 2005; Skilton et al., 2007).

There are reasons to believe that both metabolic dysregulations and inflammatory

processes chronically induced in morbid obesity could participate in mood and cognitive

alterations seen in this disease process (Bornstein et al., 2006; Capuron et al., 2008; Cave et

al., 2008; Emery et al., 2007; Greenwood and Winocur, 2005). Severe obesity is characterized

by morphological and functional alterations of secreting function of adipose tissue which

synthesize and secrete numerous adipokines such as leptin and resistin (Friedman and Halaas,

1998). Concurrently, the insulin resistance that accompanies obesity-related diabetes often

favours the development of a marked hyperinsulinemia (Hotamisligil et al., 1996). Moreover,

mounting evidence indicates that severe obesity and insulin resistance are associated with a

state of peripheral chronic low-grade inflammation characterized by increased plasma

production of cytokines mainly originating from adipose tissue (Cancello and Clement, 2006;

Mora and Pessin, 2002) and with immune dysfunction (Mito et al., 2000; Pacifico et al.,

2006). In addition, few studies have suggested that signs of neuroinflammation may also exist

in rodent models of obesity (De Souza et al., 2005). It is now well-established that these

metabolic and inflammatory mediators can influence brain functions including

neurotransmitter metabolism, neuropeptide function, regional brain activity, and, ultimately,

behavior (Calabro and Yeh, 2007; Greenwood and Winocur, 2005). Beyond a point,

exacerbated and/or protracted production of these mediators might therefore culminate in the

development of pathological disorders including mood and cognitive disorders (Dantzer et al.,

2008).

The mechanisms underlying such a development in the context of a marked

inflammation have been particularly well studied in longitudinal clinical studies performed on

patients undergoing cytokine immunotherapy for the treatment of viral diseases or certain

cancers (Capuron et al., 2001; Raison et al., 2005). Whereas sickness symptoms invariably

177

appear in all patients immediately after the first administration of recombinant cytokines, as

many as of 40 % of these patients ultimately develop clinically relevant neuropsychiatric

symptoms (Capuron et al., 2001). Using dimensional analyses, distinct phenomenology and

treatment responsiveness of specific clusters of these symptoms including depressive, anxious

and cognitive symptoms have been demonstrated in these patients based on their

inflammatory status (Capuron et al., 2002). In light of these findings and other

complementary data, different molecules have emerged as potential mediators of the various

behavioral manifestations of increased inflammation, including cytokines themselves and

some of their brain targets (Barrientos et al., 2002; Ben-Menachem et al., 2008; Reichenberg

et al., 2001). In this context, mounting clinical and experimental studies point to the

tryptophan-catabolizing enzyme indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) as a key player in the

development of inflammation-associated depressive symptoms (Capuron et al., 2003). This

enzyme is activated in monocytes, macrophages and brain microglia in conditions of immune

activation and metabolizes tryptophan (TRP) along the kynurenine (KYN) pathway (Fujigaki

et al., 2006; Takikawa et al., 1999). By reducing TRP availability, IDO activation may impact

brain serotoninergic neurotransmission, as TRP is the limiting factor for the synthesis of

serotonin that plays a crucial role in the regulation of mood and cognition (Mattson et al.,

2004). Concurrently, IDO activation results in an increased production of several neuroactive

glutamatergic metabolites (Guillemin et al., 2005) that have been implicated in major

depression (Muller and Schwarz, 2007; Wichers et al., 2005) or Alzheimer’s disease

(Guillemin et al., 2005).

In the context of obesity and/or metabolic syndrome, most studies have focus on the

role played by metabolic (e.g. leptin, insulin) rather than inflammatory mediators in the

development of mood and cognitive symptoms (Gomez-Pinilla et al., 2008; Lu, 2007;

McNay, 2007). However, there are but few reports concerned with the potential consequences

of inflammation, either alone or in interaction with metabolic dysregulations, on the onset of

these non-specific comorbidities. Recent clinical studies report a possible link between these

comorbidities and cytokines or IDO activation in obese individuals (Brandacher et al., 2007;

Capuron et al., 2008), but these emerging findings still need to be completed and extended.

An experimental approach carried out in appropriate animal models of obesity might be very

helpful to provide an in-depth knowledge about this topic.

In the present study, we aimed to determine whether genetically-induced morbid obesity in

mice is associated with depressive-like, anxiety-like and/or cognitive disorders and, if so,

178

whether these associations are underlined by specific neurobiological changes. In order to test

this hypothesis, we used the db/db mice that are homozygous for an inactivating mutation in

the leptin receptor leading to hyperphagia, obesity, insulin resistance, and hyperglycemia

(Chen et al., 1996). These mice have been already used to study the impact of the metabolic

alterations related to diabetes on the molecular mechanisms of innate immune system

activation, in particular in response to a systemic immune challenge (O'Connor et al., 2007;

Sherry et al., 2007) . In terms of behavior, few symptoms classically characterizing infection-

induced sickness behavior such as social exploration have also been studied (O'Connor et al.,

2005), but little is known about depressive-like behaviors, anxiety-like behaviors or cognitive

performances of db/db mice. We first characterized therefore the potential behavioral

dysfunctions associated with morbid obesity in db/db mice. Next, we assessed whether

distinct pattern of metabolic and inflammatory responses in mice made ill by the innate

immune system activator lipopolysaccharide (LPS) may participate in the relationship

between these specific behavioral alterations and morbid obesity. We hypothesized that

emotional reactivity and cognitive performances should be altered in db/db mice and that

these behavioral changes should be temporarily associated to alterations of their inflammatory

status. Using adapted and well-accepted rodent behavioral tests, we present exciting new data

that are consistent with this hypothesis.

Material and methods

Animals and treatments:

All animals care and experimental procedure were in accordance with the European

Communities Council Directive of 24 November 1986 (86/609/EEC) and were approved by

the Institutional Animal Care and Use Committees. Ten- to 14-wk-old male obese db/db

(C57BL/6J-leprdb/leprdb) mice and their age-matched nondiabetic db/+ (C57BL/6J-leprdb/+)

littermates were purchased from Charles River laboratory. They were housed in standard

individual cages with a 12h/12h light-dark cycle (9:00 a.m. to 9:00 p.m.) and free access to

food and water. Body weight was measured weekly and mice were handled daily for at least

one week before the onset of the experiment to minimize stress reactions to manipulation.

LPS was phenol-extracted from Escherichia coli (serotype 0127:B8; RBI/Sigma). On

the test day, it was dissolved in sterile endotoxin-free isotonic saline and administered

intraperitoneally (i.p.). The dose of LPS (5 µg/mouse) was selected on the basis of its ability

to induce the full spectrum of sickness in db/db mice (O'Connor et al., 2005).

179

Experimental procedure:

All behavioral experiments were performed under conditions of dim light and low

noise. Behavior was monitored via a video camera and videotaped to be scored later by a

trained observer blind to drug treatments, using “The Observer Basic” software (Noldus,

Netherlands). In order to avoid possible interferences between the different behavioral tests,

they were performed with an inter-test interval of at least 5 days.

Experiment 1: This experiment was designed to determine a detailed profile of

behavioral reactivity of db/db mice compared to their db/+ littermates as assessed in: 1) a

cognitive test (the Y-maze test), 2) two anxiety-like behavioral tests (the elevated plus-maze

and the open-field) and 3) two tests of depressive-like behavior (the tail suspension test and

the forced swim test). After completion of the whole behavioral tests, mice were killed by

CO2 inhalation and blood samples were immediately collected via cardiac puncture into

EDTA (10%)-coated chilled tubes. After centrifugation (10 min, 3000 g, 4°C), aliquots of

plasma were stored at -80°C until assayed for determination of cytokine and hormone levels.

Mice were perfused with PBS at 4°C via the ascending aorta to remove all traces of blood

from tissues. Brains were also rapidly extracted from the skulls and carefully dissected on

glass plate over ice by a trained person to immediately collect the hippocampus, as previously

described (Dunn, 1988a, b; Glowinski et al., 1966; Glowinski and Iversen, 1966a; Glowinski

and Iversen, 1966b) and routinely performed in our laboratory (Castanon et al., 2004; Laye et

al., 1994). After collection, the hippocampus were immediately dry frozen and stored at -80°C

for subsequent determination of cytokines and IDO mRNA levels.

Test of novelty recognition:

The Y-maze was used to assess novelty recognition as previously described (Palin et al.,

2004). This task has been shown to require cognitive processes involving the hippocampus

(Conrad et al., 1996). The apparatus was a Y-shaped maze made of gray acryl plastic. Each

arm was 34 cm long, 8 cm wide and 14 cm high. The floor was covered with corn cob litter

which was mixed between each trial in order to remove olfactory cues. Visual cues were

placed in the testing room and kept constant during the whole test. In the first trial of the test,

one arm of the Y-maze was closed with a guillotine door and mice were allowed to freely visit

two arms of the Y-maze for 5 min. The position of the closed arm was chosen randomly. At

the end of this first trial, mice returned to their home cages. After a 2-min inter-trial interval

(ITI), mice were placed back in the start arm for the retrieval phase and allowed free access to

180

the three arms for 5 min. The duration of visits to each arm was recorded for each trial. Arm

entries were defined as entry of all four paws into the arm. The index of recognition was

calculated as the ratio of the time spent in the novel arm / (novel + adjacent) arms during the

retrieval phase.

Tests of anxiety-like behavior:

The elevated plus-maze (EPM) test is a well-accepted tests of anxiety-like behavior

based on a conflicting situation between the drive to explore a novel environment and the

natural aversion for elevated, open spaces (Belzung and Griebel, 2001). The apparatus was a

plus shaped acryl maze with two opposite open arms (30 cm in length and 8 cm in width) and

two opposite closed arms (30 cm in length, 8 cm width, and 15 cm in height), extending out

from a central platform (8 cm × 8 cm). The whole apparatus was elevated 120 cm above the

floor. Each mouse was individually placed in the center of the maze, facing an open-arm, and

the number of arm entries, as well as the cumulative time spent in open vs. enclosed arms,

was assessed during a 5-min period. An entry was scored as such only when the mouse placed

all four limbs into any given arm. The time spent in the open arms is considered as an

“anxiety-like” index, independent of locomotor activity (Pellow et al., 1985).

The open-field (OF) was used here as a rodent model of anxiety-like behavior as

previously described (Prut and Belzung, 2003). Mice were exposed to an unknown brightly

illuminated environment from which escape is prevented by surrounding walls. The apparatus

made of wood and colored white was a square area (40 x 40 cm) with 16 cm high walls. The

floor was divided into 16 squares (10 x 10 cm); 4 squares were defined as the central area and

the 12 squares along the walls as the periphery. At the beginning of the test, each mouse was

placed in the central area and allowed to freely explore the OF for 10 min. Parameters

recorded to evaluate anxiety-like behavior were the percent of time spent in the central area.

The total number of squares crossed is an indicator of locomotor activity. The open-field was

thoroughly cleaned with 70% ethanol and dried with paper towels to remove olfactory cues

between each mouse.

Tests of depressive-like behavior:

The tail suspension test (TST) was carried out as previously described (Moreau et al.,

2008a; Steru et al., 1985). Briefly, an adhesive tape was fixed to the mouse tail (distance from

the tip of the tail = 2 cm) and hooked to a horizontal ring stand bar placed 30 cm above the

181

floor. The test was conducted for a period of 6 min in a visually isolated area. The apparatus

was cleaned thoroughly after each mouse. Mice demonstrated several escape attempts

interspersed with immobility periods during which they hung passively and completely

motionless. Depressive-like behavior was inferred from increased duration of immobility

(Steru et al., 1985).

The forced swim test (FST) was conducted as described by Frenois et al (2007). Briefly,

each mouse was placed individually in a cylinder (diameter: 16 cm; height: 31 cm) containing

15 cm of water maintained at 25 ± 1°C. The water was changed and the cylinders were

cleaned thoroughly between testing sessions. Mice were tested for 6 min and then returned to

their home cage. The duration of immobility, swimming and climbing was evaluated during

the 5 last min of the test. A mouse was judged to be immobile when it stopped struggling and

moved only slowly to remain floating in the water, keeping its head above water. Increased

duration of immobility of rodents in the FST has been proposed to reflect a state of

helplessness that is reduced by antidepressants (Porsolt, 2000).

Measurement of plasma levels of hormones and cytokines:

In order to evaluate the consequences of obesity and related comorbidities on hormone

levels and peripheral inflammation, leptin, insulin, resistin, Il-1β, IL-6, TNFα and IFNγ were

measured in plasma with the mouse adipokine and cytokine LINCOplex kits (Linco research,

Inc., St. Charles, MO, USA) following the manufacturer’s instructions as previously

described (Moreau et al., 2008b). Plasma corticosterone concentrations were also measured,

as an index of HPA axis activity, using an ImmuChem Double Antibody Corticosterone RIA

Kit from Diasorin (Antony, France) according to the manufacturer’s instructions (Apter and

Eriksson, 2006). All samples were run in duplicate.

Reverse transcription and real time PCR:

Central inflammation was evaluated in the hippocampus using RT-PCR for cytokines

(IL-6, TNFα, IL1β and IFNγ) and IDO. Total RNA from hippocampus samples was extracted

with Trizol as previously described (O'Connor et al., 2008). Reverse transcription was

performed using oligo dT primers added 2 µg of RNA. The oligo dT primer/RNA mix was

then inactivated at 65°C for 5 min and chilled on ice. Reverse transcription was performed at

55°C for 45 min. The reaction was terminated by heat (70°C for 15 min). To minimize inter-

assay variation all RNA samples from a single experimental group were reverse transcribed

182

simultaneously. Resultant first-strand cDNA was amplified by the Taqman Universal PCR

Master Mix with sequence-specific primers and the FAM-labeled Taqman MBG probe assay

mix (Applied Biosystems). The assay IDs for the target genes in the assay mix were: IL-6

(Mm00446190_m1), IL-1β (Mm00434228_m1), TNFα (Mm00443258_m1), IFNγ (Mm

00801778_m1) and IDO (Mm00492586_m1), and for the house-keeping gene β2

microglobulin (Mm00437762_m1) as previously used (O'Connor et al., 2008). Real time PCR

was performed on the ABI Prism 7700 under the following conditions: 50°C for 2 min, 95°C

for 10 min, followed by 40-cycles amplification phase of 95°C for 15 sec and 60°C for 1 min.

Results were normalized with the β2 microglobulin endogenous control and the relative

quantitative evaluation of the amplification products was performed using the comparative

threshold cycle method, as described elsewhere (Applied Biosystems user bulletin n°2).

Experiment 2: In order to complete results collected in the first experiment, the second

one aimed at assessing, in both db/db and db/+ mice, the reactivity of the innate immune

system to an acute LPS challenge. Peripheral LPS administration enhances production of

proinflammatory cytokines, which are responsible of physiological and behavioral symptoms

of sickness (Dantzer et al., 2008). Therefore, we assessed LPS-induced peripheral cytokine

production and brain IDO activation, as well as the resultant body weight loss and behavioral

alterations in the FST.

Mice were injected i.p. with sterile physiological saline or LPS (5 µg/mouse) and were

immediately returned to their home cage. Body weight loss was assessed by weighing mice

just before the LPS treatment and at 6 and 24 h after, in order to control the efficiency of the

response to LPS. Mice were exposed to the FST 23 h after treatment, as described in the first

experiment. One hour after completion of the FST session, they were sacrificed by CO2

inhalation. Blood samples were immediately collected and processed following the protocol

detailed for the experiment 1. After perfusion with PBS at 4°C via the ascending aorta, brains

were rapidly extracted from the skulls and kept at -80°C until IDO assay.

Measurement of brain concentrations of KYN and TRP:

Brain kynurenine (KYN) and tryptophan (TRP) levels were determined as previously

described (Moreau et al., 2005). The KYN/TRP ratio served to assess brain IDO activity.

Briefly, brains were homogenized using ice cold potassium 0.14 M KCl, 20 mM phosphate

buffer pH 7.0 with an UltraTurrax T25 homogenizer at 1000 rpm. Homogenates were then

183

centrifuged at 14,000 g for 30 min at 4°C. 200 µl of supernatants were precipitated in

trichloroacetic acid (2 mM) and then centrifuged twice (15 and 5 min) at 1300 g at 4°C.

Supernatants were injected onto a 5-µm C18 HPLC column (Lichrospher, Alltech, Deerfield,

IL, USA) at a flow rate of 1.0 ml/min with mobile phase containing 0.1 M ammonium

acetate/acetic acid buffer and 5 % acetonitrile (pH 4.65). Levels of KYN were evaluated by

UV absorbency at 360 nm. Levels of TRP were detected by fluorescent detector at 285 nm

excitation and 365 nm emission wavelengths.

Statistical analysis:

All results are presented as mean ± SEM and were analyzed using a one-way (strain), a

two-way (strain x time) or a three-way (strain x time x treatment) ANOVA followed by a

post-hoc pair wise multiple comparison procedure using the Fischer’s LSD method, if the

interaction was significant.

Results

As expected, db/db mice presented a marked increase in food intake (data not shown)

compared to db/+ mice and were clearly obese, their body weight being 47 % above db/+

controls (F(1,26) = 220.01, p < .0001). Moreover, the significant increase of plasma levels of

leptin (F(1,11) = 266.15, p < .0001) and insulin (F(1,11) = 21.14, p < .001), together with

reduced levels of resistin (F(1,11) = 13.41, p < .01), measured in db/db mice compared to

their db/+ littermates confirmed the presence of a morbid obesity, with diabetic complications

(data not shown). These mice represent therefore a useful model to assess the consequences of

morbid obesity on behavioral reactivity and inflammatory status.

1) Obese db/db mice present cognitive deficit and anxiety-like behavior, but no depressive-

like behavior

In order to thoroughly characterize the profile of behavioral reactivity of morbidly obese

db/db mice compared to their db/+ littermates, they were exposed to different well-

established and validated behavioral tests aiming at evaluating cognitive dysfunction (Y-

maze), anxiety-like behavior (EPM and OF) and depressive-like behavior (TST and FST).

Abilities of both db/db and db/+ mice to recognize novelty were tested in the Y maze

apparatus that requires cognitive processes involving the hippocampus (Conrad et al., 1996).

184

In accordance with the experimental procedure described for this test (Dellu et al., 2000),

mice were submitted to the Y-maze with an inter-trial interval (ITI) of 2 min. During the first

session of free exploration of two arms out of three, the number of visits and the time spent in

each open arm did not differ (data not shown), indicating that there was no impairment of

spontaneous alternation and exploration in db/db mice. During the second session (retrieval

phase) carried out 2 min later, discrimination of the new arm was evaluated by measuring the

duration of visits of this arm compared to the time spent exploring the previously seen arms.

An index of recognition was calculated as the ratio of the time spent in [the novel arm x 100 /

(novel + adjacent) arms]. A significant difference between this index of recognition and the

chance level (50 %) attests of novel arm recognition. In the present experiment, db/db mice

were not able to discriminate the new arm from the already observed arms, as shown by their

index of recognition which was not different from chance (Fig. 1). On the contrary, db/+ mice

clearly recognized the new arm, their recognition index being significantly different from

chance (t(11) = 187, p< .001).

The EPM is a very classical test of anxiety-like behavior based on the exposure of

rodents to unfamiliar and therefore anxiogenic aversive places, as represented by the open

arms of the maze (Belzung and Griebel, 2001). Although both db/db and db/+ mice spent the

same proportion of time exploring the closed and non-anxiogenic arms (F(1,23) = 220.01, p>

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Rec

ogni

tion

inde

x %

***db/+

db/db

Figure 1: Dinel A.L. et al, Evaluation of behavioral performances in Y maze test.

Randomchoice

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Rec

ogni

tion

inde

x %

***db/+

db/db

Figure 1: Dinel A.L. et al, Evaluation of behavioral performances in Y maze test.

Randomchoice

185

.1), db/db mice spent less time in the open anxiogenic arms (F(1,23) = 20.37, p< .001) (Fig.

2B). Since the general level of locomotor activity did not differ between both groups, as

manifested by similar number of total arm entries (F(1,23) = 2.85, p> .1), db/db mice clearly

exhibited a typical anxiety-like behavior in the EPM.

As a further confirmation that db/db mice exhibited greater anxiety, both db/db and

db/+ mice were subjected to the OF, another test allowing to assess anxiety-like behavior by

measuring the time spent in the central area of the OF (Prut and Belzung, 2003). Whereas no

significant differences of exploration of this anxiogenic area were found between db/db and

db/+ mice during the first 5 min of the test (a period during which stress response to novelty

can interfere with anxiety) (Fig. 2A), db/db mice clearly spent less time in the center of the

OF over the 5 last min of the test than db/+ mice (F(1,23) = 6.53, p< .05). Moreover, when

we analyzed behavior of mice during the course of the entire 10-min session by measuring the

number of entries in the center of the arena, we found that this number progressively

increased over time in db/+ mice (time: F(1,99) = 4.72, p< .001) (Fig. 2A). By contrast, it

was particularly low in db/db mice during the first few minutes and remained unchanged

during the 10-min session. Importantly, our results are not likely to be caused by a decrease in

general locomotor activity of db/db mice since there is no difference in total movement time

between both groups (F(1,23) = 7.79, p> .1). Thus, results obtained from the EMP and OF

paradigms both demonstrated greater anxiety-like behavior in db/db mice.

In the TST and the FST, two classical tests of depressive-like behavior, an increased

duration of immobility is used as an index of depressive-like behavior (Moreau et al., 2008a).

As shown in Fig. 2C, both groups spent the same amount of time immobile in the TST

(F(1,23) = 1.65, p> .1). Importantly, this result was confirmed in the FST, since both db/db

and db/+ mice exhibited similar behavioral reactivity in this test (data not shown). Taken

together, these results show that cognitive dysfunction, anxiety-like behavior, but not

depressive-like behavior, were found in diabetic obese db/db mice in basal conditions.

186

2) Altered profile of behavioral reactivity observed in db/db mice is associated with

peripheral and brain inflammation

In order to determine whether the impaired profile of behavioral reactivity observed in

db/db mice was associated with inflammation, we measured in both strains peripheral levels

and brain expression of inflammation markers. Mice from db/db strain presented a peripheral

inflammation, as manifested by exacerbated plasma production of IL-6 (F(1,23) = 7.03, p<

.05) and IFNγ (F(1,23) = 3.72, p< .05) (data not shown). On the contrary, IL-1β levels were

undetectable whatever the group, whereas basal levels of TNFα were detectable but similar in

both strains (data not shown).

Interestingly, this peripheral inflammation was associated with neuroinflammation, as

shown by the elevated mRNA expression of IL-6 (F(1,11) = 7.05, p< .05), IL-1β (F(1,11) =

6.82, p< .05) and TNFα (F(1,11) = 7.43, p< .05) observed in the hippocampus of db/db mice

compared to lean animals (Fig. 3A-C). On the contrary, hippocampus mRNA expression of

IFNγ and IDO was undetectable in both groups (data not shown). In summary, db/db mice

0

50

100

150

200

250

300

Open arm Closed arm

Tim

e (s

)

ab

cc

B: Elevated Plus Maze C: Tail Suspension Test

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Tim

e of

imm

obili

ty(s

)

A: Open Field

0

10

20

30

40

50

60

70

First 5 min Last 5 min

Tim

e (s

)

a

b

db/+

db/db

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Time (min)

***

*

*

*

**

Num

berof entry in center area

Figure 2: Dinel A.L . et al, Evaluation of mood disorders in OF, EMP and TST.

db/+

db/db

db/+

db/db

0

50

100

150

200

250

300

Open arm Closed arm

Tim

e (s

)

ab

cc

B: Elevated Plus Maze C: Tail Suspension Test

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Tim

e of

imm

obili

ty(s

)

A: Open Field

0

10

20

30

40

50

60

70

First 5 min Last 5 min

Tim

e (s

)

a

b

db/+

db/db

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Time (min)

***

*

*

*

**

Num

berof entry in center area

Figure 2: Dinel A.L . et al, Evaluation of mood disorders in OF, EMP and TST.

db/+

db/db

db/+

db/db

187

A B C

0

0,5

1

1,5

2

2,5

∆∆ ∆∆IL

-6

mR

NA

*

0

0,5

1

1,5

2

2,5

∆∆ ∆∆IL

-1ββ ββ

mR

NA

* *

∆∆ ∆∆T

NFα

mR

NA

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Figure 3: Dinel A.L. et al, Hippocampic cytokine mRNA in db/dband db/+mice.

db/+

db/dbA B C

0

0,5

1

1,5

2

2,5

∆∆ ∆∆IL

-6

mR

NA

IL-6

m

RN

A

*

0

0,5

1

1,5

2

2,5

∆∆ ∆∆IL

-1ββ ββ

mR

NA

IL-1

ββ ββm

RN

A* *

∆∆ ∆∆T

NFα

mR

NA

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Figure 3: Dinel A.L. et al, Hippocampic cytokine mRNA in db/dband db/+mice.

db/+

db/db

exhibited a basal peripheral and central inflammation mostly affecting IL-6 that was

associated with alterations of cognitive performances and anxiety-like behavior, but not

depressive-like behavior.

4) Obese db/db mice present altered behavioral and physiological reactivity to

systemic LPS injection

Severe obesity has been associated with increased susceptibility to infection (Amar et al.,

2007a, b). Similarly, db/db mice have been shown to exhibit increased and prolonged sickness

behavior in response to LPS (O’Connor et al., 2005). We have recently shown in aged mice

that protracted sickness behavior can elicit exacerbation of the depressive-like behavioral

changes observed in the FST from 24 h after LPS treatment (Godbout et al., 2008). Altered

susceptibility to infection may therefore potentially facilitate development of inflammation-

related comorbidities, including depressive symptomatology. Taken together, these findings

prompted us to measure the effects of LPS treatment on behavioral reactivity in the FST and

its neurobiochemical correlates in both db/db and db/+ mice. In order to verify the

effectiveness of LPS treatment, we first measured in saline- and LPS-treated mice the time

course of body weight loss compared to pre-treatment body weight (Fig. 4). As expected, LPS

induced a progressive and sustained decrease in body weight in all treated mice compared to

saline-treated controls (treatment: F(1,23) = 36.13, p< .0001; strain: F(1,23) = 8.12, p< .01;

time x treatment: F(1,23) = 12.98, p< .01). These results confirm therefore the full efficacy of

LPS in the present study in both db/db and db/+ mice.

188

In accordance with the results found in the first experiment, saline-treated db/db mice

presented higher plasma levels of IL-6 (strain: F(1,23) = 7.03, p< .05) and IFNγ (strain:

F(1,23) = 3.73, p= .06), but similar levels of TNFα, than db/+ mice (Table 1). Moreover, no

circulating IL-1β was detected in unstimulated conditions whatever the strain (data not

shown). By the time of sacrifice 24 h after treatment, the increase of plasma levels of

proinflammatory cytokines classically observed in the few hours post-LPS (Dantzer, 2001)

was not anymore visible for IL-1β that was undetectable in all groups (data not shown).

Similarly, plasma IL-6 levels were not significantly increased 24 h post-LPS treatment

(F(1,23) = .93, p> .1), although they were still higher in db/db than db/+ mice (Table 1). On

the contrary, LPS-induced increase of plasma TNFα concentrations was significant in both

db/db and db/+ mice (treatment: F(1,23) = 8.39, p< .01), whereas the increase of IFNγ was

only significant in db/+ mice (treatment: F(1,23) = 11.9, p< .01; treatment x strain: F(1,23) =

10.44, p< .01) (Table 1). Concerning metabolic mediators (Table 1), circulating levels of

leptin and resistin were again significantly different between db/db and db/+ mice in basal

conditions (p< .001). Moreover, they were selectively increased by LPS in db/db mice

(treatment x strain: F(1,23) = 7.06, p< .05 and F(1,23) = 6.32, p< .05 respectively). Plasma

insulin levels were significantly higher in db/db mice (strain : F(1,23) = 70.36, p< .0001) as

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00B

ody

wei

ghtc

hang

edb/+ - Sal

db/+ - LPS

db/db- Sal

db/db- LPS

6h 24h

aa

a'

a'

b

c

b'

c'

Figure 4: Dinel A.L . et al, Effect of LPS on body weight change.

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00B

ody

wei

ghtc

hang

edb/+ - Sal

db/+ - LPS

db/db- Sal

db/db- LPS

6h 24h

aa

a'

a'

b

c

b'

c'

Figure 4: Dinel A.L . et al, Effect of LPS on body weight change.

189

shown in the first experiment, irrespective of treatment. Similarly, circulating levels of

corticosterone were drastically increased in db/db compared to db/+ mice (strain: F(1,23) =

17.87, p< .001), independently of their treatment. Although the main effect of LPS treatment

was not significant (F(1,23) = 0.7, p> .1), LPS-treated db/+ mice exhibited higher plasma

concentrations of corticosterone than their saline-treated controls (F(1,23) = 17.87, p< .01),

whereas no difference was observed between saline- and LPS-treated db/db mice. In

summary, the whole peripheral markers of inflammation, including in that case

corticosterone, that are already increased in db/db mice in basal unstimulated conditions are

not affected by the additional LPS challenge. On the contrary, the metabolic mediators leptin

and resistin are still responsive to this innate immune challenge.

In the FST, LPS treatment induced a significant increase of the duration of immobility

in db/+ mice compared to their respective saline controls (F(1,23) = 4.8, p< .05) (Fig. 5A).

On the contrary, this treatment did not alter the duration of immobility performed by db/db

mice, suggesting the lack of LPS-induced depressive-like behavior in these mice. We have

recently demonstrated that IDO activation induced by LPS mediates development of

depressive-like behavior in the FST (O’Connor et al 2008). An interference of obesity and/or

related comorbidities, particularly diabetes, with these inductions may therefore explain the

altered effect of LPS on behavioral reactivity of db/db mice to the FST exposure. In order to

test this possibility, LPS-induced brain IDO activity were measured 1 h after completion of

the FST. Brain IDO activity was assessed by calculation of the KYN/TRP ratio as previously

Plasma

Insulin (pg/ml) 971,1 ± 251 a 626,1 ± 102 a 4184,7 ± 393 b 3738,9 ± 582 b

Leptin (pg/ml) 2625,0 ± 332 a 1719,0 ± 356 a 18458,0 ± 988 b 23546,0 ± 1935 c

Resistin (pg/ml) 1988,6 ± 112,1 a 1620,3 ± 272,1 a,b 1265,7 ± 94,9 b 1975,8 ± 276,1 a

IL-6 (pg/ml) 11,7 ± 5,3 a 48,8 ± 10,1 b 115,6 ± 53,3 c 155,2 ± 60,2 c

TNFα (pg/ml) 4,2 ± 0,7 a 8,6 ± 1,8 b 3,4 ± 0,7 a 12,2 ± 3,8 b

IFNγ (pg/ml) 0,4 2,8 0,9 0,9

Corticosterone (ng/ml) 26,2 ± 6,14 a 66,1 ± 8,94 b 148,2 ± 38,61 c 150,5 ± 31,82 c

saline LPS saline LPS

db/+ db/db

Table 1: Dinel A.L. et al, Plasma adipokines and cytokines levels measured 24 h after LPS injection.

± 0,3 c± 0,15 a ± 0,76 b ± 0,33 c

Plasma

Insulin (pg/ml) 971,1 ± 251 a 626,1 ± 102 a 4184,7 ± 393 b 3738,9 ± 582 b

Leptin (pg/ml) 2625,0 ± 332 a 1719,0 ± 356 a 18458,0 ± 988 b 23546,0 ± 1935 c

Resistin (pg/ml) 1988,6 ± 112,1 a 1620,3 ± 272,1 a,b 1265,7 ± 94,9 b 1975,8 ± 276,1 a

IL-6 (pg/ml) 11,7 ± 5,3 a 48,8 ± 10,1 b 115,6 ± 53,3 c 155,2 ± 60,2 c

TNFα (pg/ml) 4,2 ± 0,7 a 8,6 ± 1,8 b 3,4 ± 0,7 a 12,2 ± 3,8 b

IFNγ (pg/ml) 0,4 2,8 0,9 0,9

Corticosterone (ng/ml) 26,2 ± 6,14 a 66,1 ± 8,94 b 148,2 ± 38,61 c 150,5 ± 31,82 c

saline LPS saline LPS

db/+ db/db

Table 1: Dinel A.L. et al, Plasma adipokines and cytokines levels measured 24 h after LPS injection.

± 0,3 c± 0,15 a ± 0,76 b ± 0,33 c

190

described (André et al 2008). The ANOVA analysis reveals a main effect of strain (F(1,23) =

84.56, p< .0001) and treatment (F(1,23) = 84.56, p< .0001), with a significant interaction

between both factors (strain x treatment: F(1,23) = 16.50, p< .001). Basal brain IDO activity

was similar in both strains (Fig. 5B). As expected, LPS treatment induced a significant

increase of brain IDO activity in all treated mice, but this induction was significantly

attenuated in db/db mice compared to db/+ mice (LPS: db/+ vs. db/db, F(1,23) = 16.50, p<

.001). In conclusion, the lack of LPS-induced depressive-like behavior exhibited by db/db

mice was associated with a selective abolishment of the increase of peripheral inflammation

and HPA axis activity, as well as attenuated brain IDO activation.

Discussion

Although mounting evidence suggests a functional link between inflammation and

development of mood and cognitive disorders in many medical illnesses that share chronic

inflammation as a common denominator (Raison et al., 2006), the potential involvement of a

similar link in the case of obesity still remains elusive (Brandacher et al., 2007). Similarly,

a

b

a,ba,b

0

50

100

150

200

250

Tim

e of

imm

obili

ty(s

)

db/+ - Saldb/+ - LPSdb/db- Saldb/db- LPS

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

Bra

inK

YN

/TR

P

a a

b

c

db/+ - Sal

db/+ - LPSdb/db- Saldb/db- LPS

A: Forced Swim Test

B: IDO activity

Figure 5: Dinel A.L. et al, Effect of LPS on behavioral performances in FST and on IDO activity.

a

b

a,ba,b

0

50

100

150

200

250

Tim

e of

imm

obili

ty(s

)

db/+ - Saldb/+ - LPSdb/db- Saldb/db- LPS

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

Bra

inK

YN

/TR

P

a a

b

c

db/+ - Sal

db/+ - LPSdb/db- Saldb/db- LPS

A: Forced Swim Test

B: IDO activity

Figure 5: Dinel A.L. et al, Effect of LPS on behavioral performances in FST and on IDO activity.

191

diabetes that has been shown to affect innate immune system reactivity (Shah and Hux, 2003)

is also an important risk factor for mood disorders (Skilton et al., 2007) and cognitive

dysfunctions (Messier, 2005). In the present study, the use of a murine model of morbid

obesity that is associated with important comorbidities, particularly insulin resistance and

diabetes, provides for the first time revealing behavioral and neurochemical data consistent

with an association between metabolic and inflammatory mediators, cognitive dysfunctions

and anxiety-like behavior. More specifically, diabetic obese db/db mice that present an

inherited predisposition to severe obesity-associated metabolic syndrome (Chen et al., 1996)

show here increased peripheral and brain cytokine production, together with anxiety-like

behavior and alterations of immediate novelty recognition. The importance of this study is

that they are the first to report an extensive description of the behavioral profile of these obese

diabetic mice, assessed in complementary and well-validated behavioral tests, with the

concomitant measure of neurobiochemical changes. These findings extend further those

showing that db/db mice have impaired recovery from LPS-induced initiation of the innate

immune response (O'Connor et al., 2005; O'Connor et al., 2007; Sherry et al., 2007).

Importantly, our results show that basal changes of inflammatory status and/or diabetes-

related metabolic impairments already induce behavioral alterations. This findings are

consistent with what is reported in humans suffering from severe forms of obesity (Cancello

and Clement, 2006; Pickup et al., 2000). Morbid obesity is defined in humans by a huge

increase of body mass index, associated with development of comorbid pathologies

collectively referred to as metabolic syndrome (Kopelman, 2004). Although genetic

alterations only account for a small fraction of obesity in humans (Gibson et al., 2004), the

present findings show that db/db mice provides a very useful rodent model to study the

neurobiological basis of mood and cognitive disorders in the context of morbid obesity with

comorbid complications. The temporal association between the occurrence of behavioral

alterations and the increase in brain and peripheral expression of inflammatory markers that is

observed in the present study can be interpreted to suggest that these markers probably

participate in the development of these specific behavioral alterations.

In the present study, genetically obese and diabetic mice show altered cognitive abilities,

as assessed in a hippocampus-dependant memory test, the Y-maze. The two-trial Y-maze task

is a specific and sensitive test of spatial recognition memory in rodents (Dellu et al., 2000). It

is based on the innate tendency of rodents to explore novel environments (Dellu et al., 2000).

This paradigm does not require the learning of a rule, making it useful for studying memory

192

in rodents (Dellu et al., 1992). Given that this task is based on exploration of novelty, mice

were first tested for novelty exploration, with a short ITI of 2 min. Interestingly, db/db mice

already showed, in these conditions, significantly lower novel arm preference, as assessed by

the recognition index, whereas a diet-induced model of moderate obesity only alters

performances of mice in the Y-maze when the test conditions are much more stringent (ITI of

30 min) (Dinel et al, unpublished data). These data confirm clinical studies reporting a linear

relationship between increase in body mass index and progressive development of cognitive

disorders (Cournot et al., 2006).

It is noteworthy that db/db mice also presented anxiety-like behavior in two classical

and well-established tests of anxiety-like behavior. The EPM, based on a procedure used by

Montgomery (Montgomery, 1955), showed that exposure to an elevated open alley evoked an

approach-avoid conflict and that mice prefer the closed arms to the open ones. He postulated

that this preference reflects an aversion towards the open arms likely caused by fear and

anxiety. Consequently, the measure of open arm avoidance remains the primary sign of

anxiety, while total and closed arms entries reflect general motor activity (Hilber et al., 2004).

Therefore, mice spending less time in the open arms of the EPM, as shown here for db/db

mice, are more anxious than those which do not avoid open arms. These results agree with

clinical studies showing that prevalence of anxiety is obese subjects is much higher than in

lean subjects (Becker et al., 2001).

Both behavioral alterations were associated with increased peripheral secretion of IL-6

and brain expression of IL-6, TNFα and IL-1β, as found in the hippocampus, a key structure

in cognitive processes (Winters et al., 2008) and that plays also an important role in the

emotional reactivity. A clear relationship has been reported between neuroinflammation and

development of impaired cognitive abilities (Noble et al., 2007). It has been recently shown

that LPS-induced neuroinflammation participate in the development of cognitive disorders

observed in Alzheimer diseases (Lee et al., 2008). Moreover, several experiments have shown

that brain cytokines can alter synaptic plasticity, particularly in the hippocampus (Lynch,

1998), with obvious consequences on cognitive performances. Similar relationships have been

reported between anxiety and inflammation (Capuron et al., 2001; Yirmiya et al., 2000).

Although the causal role of increased neuroinflammation reported in db/db mice in

development of their cognitive and anxiety-like disorders has not been directly assessed in the

present study, the whole results obtained clearly support this hypothesis.

193

In addition to cytokines, other circulating factors also increased in basal conditions in

db/db mice may play a key role in their cognitive and anxiety-like alterations. Db/db mice

presented high basal levels of corticosterone. This result is confirmed by other findings

obtained in genetically obese mice (Naeser, 1973) and in obese patients showing that a

relationship exists between visceral obesity and hyperactivity of the HPA axis (Bjorntorp and

Rosmond, 2000; Duclos et al., 1999; Pasquali et al., 1996; Rosmond and Bjorntorp, 1998).

Leptin has been shown to inhibit glucocorticoid secretion. However, high levels of leptin are

associated with high levels of glucocorticoid in obesity models. The lack of leptin receptor in

db/db mice and the resulting leptino-resistance (Tataranni et al., 1996), could explain this

hypersecretion of corticosterone. As shown by many studies, glucocorticoids are implicated in

stress, cognition and anxiety disorders (Strohle and Holsboer, 2003). Reciprocal interactions

exist between the amygdala and the hippocampus and the stress system, which stimulates

these elements and is at its turn regulated by them. It has been shown that cytokines and other

circulating mediators of inflammation are potent activators of the central stress response,

constituting the afferent limb of a feedback loop through which the immune/inflammatory

system and the central nervous system communicate (Tsigos and Chrousos, 2002). TNFα, IL-

1β and IL-6 can cause stimulation of the HPA axis individually, or synergistically (Tsigos et

al., 1997). There is evidence to suggest that IL-6, the main endocrine cytokine, plays the

major role in the immune stimulation of the HPA axis, especially in chronic inflammatory

state (Tsigos and Chrousos, 2002). IL-6 and insulin are inhibitors of corticosterone-binding

globulin (CBG) and their increase induces an elevation of free plasmatic corticosterone (Barat

et al., 2008). Another important neurobiological intermediate between morbid obesity and

alterations of behavioral reactivity may be the elevated levels of insulin since it has recently

been shown that intraperitoneal injection of insulin leads, in mice, to the development of

cognitive alterations (Akanmu et al., 2008).

Although cognitive dysfunctions and anxiety-like behavior were associated with

neuroinflammation in db/db mice, no depressive-like behavior has been detected either in

basal conditions or after an LPS challenge, whereas a classical increase of immobility was

observed in db/+ mice, as previously shown in normal mice (Frenois et al., 2007; O’Connor

et al., 2008). This result suggests that cognition and anxiety on one hand, and depression on

the other hand, may be underlined by distinct neurobiological mechanisms in a context of

inflammation. We have recently shown that LPS-induced depressive like behavior is mediated

by activation of the tryptophan-catabolizing enzyme IDO (O'Connor et al., 2008). The present

194

results associating the lack of induction of depressive-like behavior in the FST with

significantly reduced brain IDO activation agree with these previously published data.

Moreover, these results also suggest that, on the contrary, the role of this enzyme in the

induction of cognitive disorders and anxiety-like behavior in the context of a morbid obesity,

may be probably not much important.

In conclusion, the data presented in the present study showed that morbid obesity

induces, in addition of a peripheral inflammation, a neuroinflammation as manifested by

amplified brain IL-6, IL-1β and TNFα production. Moreover morbid obese mice present

anxiety-like symptoms and develop important cognitive disorders since their short-term

memory was affected. Furthermore, although only correlative and with the limitation inherent

to the measurement of neurobehavioral consequences of obesity in rodents, the present

findings support a role or the neuroinflammation observed in the hippocampus in the

development of anxiety and cognitive disorders. These results may stimulate important

considerations regarding the role of biological systems in mood and cognitive disorders

associated with obesity.

Acknowledgment

ALD was supported by a doctoral fellowship from the Institut Danone. The authors

thank Dr. F Dellu for her advices about the Y maze test.

195

REFERENCES

Akanmu, M.A., Nwabudike, N.L., Ilesanmi, O.R., 2008. Analgesic, learning and memory and anxiolytic effects

of insulin in mice. Behavioural brain research.

Amar, S., Zhou, Q., Shaik-Dasthagirisaheb, Y., Leeman, S., 2007a. Diet-induced obesity in mice causes changes

in immune responses and bone loss manifested by bacterial challenge. Proceedings of the National Academy of

Sciences of the United States of America 104, 20466-20471.

Apter, S.J., Eriksson, C.J., 2006. The role of social isolation in the effects of alcohol on corticosterone and

testosterone levels of alcohol-preferring and non-preferring rats. Alcohol and alcoholism (Oxford, Oxfordshire)

41, 33-38.

Baran, H., Jellinger, K., Deecke, L., 1999. Kynurenine metabolism in Alzheimer's disease. J Neural Transm 106,

165-181.

Barat, P., Duclos, M., Moisan, M.P., Mormede, P., 2008. [Involvement of hypothalamopituitary adrenal axis in

abdominal obesity]. Arch Pediatr 15, 170-178.

Becker, E.S., Margraf, J., Turke, V., Soeder, U., Neumer, S., 2001. Obesity and mental illness in a representative

sample of young women. Int J Obes Relat Metab Disord 25 Suppl 1, S5-9.

Belzung, C., Griebel, G., 2001. Measuring normal and pathological anxiety-like behaviour in mice: a review.

Behavioural brain research 125, 141-149.

Bjorntorp, P., Rosmond, R., 2000. Obesity and cortisol. Nutrition (Burbank, Los Angeles County, Calif 16, 924-

936.

Braddon, F.E., Rodgers, B., Wadsworth, M.E., Davies, J.M., 1986. Onset of obesity in a 36 year birth cohort

study. British medical journal (Clinical research ed 293, 299-303.

Brandacher, G., Hoeller, E., Fuchs, D., Weiss, H.G., 2007. Chronic immune activation underlies morbid obesity:

is IDO a key player? Current drug metabolism 8, 289-295.

Cancello, R., Clement, K., 2006. Is obesity an inflammatory illness? Role of low-grade inflammation and

macrophage infiltration in human white adipose tissue. Bjog 113, 1141-1147.

Capuron, L., Ravaud, A., Dantzer, R., 2001. Timing and specificity of the cognitive changes induced by

interleukin-2 and interferon-alpha treatments in cancer patients. Psychosomatic medicine 63, 376-386.

Carroll, L., Voisey, J., van Daal, A., 2004. Mouse models of obesity. Clinics in dermatology 22, 345-349.

196

Castanon, N., Medina, C., Mormede, C., Dantzer, R., 2004. Chronic administration of tianeptine balances

lipopolysaccharide-induced expression of cytokines in the spleen and hypothalamus of rats.

Psychoneuroendocrinology 29, 778-790.

Conrad, C.D., Galea, L.A., Kuroda, Y., McEwen, B.S., 1996. Chronic stress impairs rat spatial memory on the Y

maze, and this effect is blocked by tianeptine pretreatment. Behavioral neuroscience 110, 1321-1334.

Cournot, M., Marquie, J.C., Ansiau, D., Martinaud, C., Fonds, H., Ferrieres, J., Ruidavets, J.B., 2006. Relation

between body mass index and cognitive function in healthy middle-aged men and women. Neurology 67, 1208-

1214.

Cunningham, C., Campion, S., Lunnon, K., Murray, C.L., Woods, J.F., Deacon, R.M., Rawlins, J.N., Perry,

V.H., 2008. Systemic Inflammation Induces Acute Behavioral and Cognitive Changes and Accelerates

Neurodegenerative Disease. Biological psychiatry.

Dandona, P., Aljada, A., Bandyopadhyay, A., 2004. Inflammation: the link between insulin resistance, obesity

and diabetes. Trends in immunology 25, 4-7.

Dantzer, R., 2001. Cytokine-induced sickness behavior: where do we stand? Brain, behavior, and immunity 15,

7-24.

Dantzer, R., O'Connor, J.C., Freund, G.G., Johnson, R.W., Kelley, K.W., 2008. From inflammation to sickness

and depression: when the immune system subjugates the brain. Nat Rev Neurosci 9, 46-56.

De Souza, C.T., Araujo, E.P., Bordin, S., Ashimine, R., Zollner, R.L., Boschero, A.C., Saad, M.J., Velloso, L.A.,

2005. Consumption of a fat-rich diet activates a proinflammatory response and induces insulin resistance in the

hypothalamus. Endocrinology 146, 4192-4199.

Dellu, F., Contarino, A., Simon, H., Koob, G.F., Gold, L.H., 2000. Genetic differences in response to novelty

and spatial memory using a two-trial recognition task in mice. Neurobiol Learn Mem 73, 31-48.

Dellu, F., Mayo, W., Cherkaoui, J., Le Moal, M., Simon, H., 1992. A two-trial memory task with automated

recording: study in young and aged rats. Brain Res 588, 132-139.

Duclos, M., Corcuff, J.B., Etcheverry, N., Rashedi, M., Tabarin, A., Roger, P., 1999. Abdominal obesity

increases overnight cortisol excretion. Journal of endocrinological investigation 22, 465-471.

Dunn, A.J., 1988a. Stress-related changes in cerebral catecholamine and indoleamine metabolism: lack of effect

of adrenalectomy and corticosterone. J Neurochem 51, 406-412.

197

Dunn, A.J., 1988b. Systemic interleukin-1 administration stimulates hypothalamic norepinephrine metabolism

parallelling the increased plasma corticosterone. Life sciences 43, 429-435.

Friedman, J.M., Halaas, J.L., 1998. Leptin and the regulation of body weight in mammals. Nature 395, 763-770.

Gibson, W.T., Farooqi, I.S., Moreau, M., DePaoli, A.M., Lawrence, E., O'Rahilly, S., Trussell, R.A., 2004.

Congenital leptin deficiency due to homozygosity for the Delta133G mutation: report of another case and

evaluation of response to four years of leptin therapy. J. Clin. Endocrinol. Metab 89, 4821-4826.

Glowinski, J., Axelrod, J., Iversen, L.L., 1966. Regional studies of catecholamines in the rat brain. IV. Effects of

drugs on the disposition and metabolism of H3-norepinephrine and H3-dopamine. The Journal of pharmacology

and experimental therapeutics 153, 30-41.

Glowinski, J., Iversen, L., 1966a. Regional studies of catecholamines in the rat brain. 3. Subcellullar distribution

of endogenous and exogenous catecholamines in various brain regions. Biochemical pharmacology 15, 977-987.

Godbout, J.P., Moreau, M., Lestage, J., Chen, J., Sparkman, N.L., J, O.C., Castanon, N., Kelley, K.W., Dantzer,

R., Johnson, R.W., 2008. Aging exacerbates depressive-like behavior in mice in response to activation of the

peripheral innate immune system. Neuropsychopharmacology 33, 2341-2351.

Heyes, M.P., Rubinow, D., Lane, C., Markey, S.P., 1989. Cerebrospinal fluid quinolinic acid concentrations are

increased in acquired immune deficiency syndrome. Annals of neurology 26, 275-277.

Hilber, P., Lorivel, T., Delarue, C., Caston, J., 2004. Stress and anxious-related behaviors in Lurcher mutant

mice. Brain research 1003, 108-112.

Kopelman, P., 2004. The metabolic syndrome as a clinical problem. Nestle Nutrition workshop series 9, 77-88;

discussion 88-92.

Kopelman, P.G., 2000. Obesity as a medical problem. Nature 404, 635-643.

Lacosta, S., Merali, Z., Anisman, H., 1998. Influence of interleukin-1beta on exploratory behaviors, plasma

ACTH, corticosterone, and central biogenic amines in mice. Psychopharmacology 137, 351-361.

Laye, S., Parnet, P., Goujon, E., Dantzer, R., 1994. Peripheral administration of lipopolysaccharide induces the

expression of cytokine transcripts in the brain and pituitary of mice. Brain Res Mol Brain Res 27, 157-162.

198

Lee, J.W., Lee, Y.K., Yuk, D.Y., Choi, D.Y., Ban, S.B., Oh, K.W., Hong, J.T., 2008. Neuro-inflammation

induced by lipopolysaccharide causes cognitive impairment through enhancement of beta-amyloid generation.

Journal of neuroinflammation 5, 37.

Lestage, J., Verrier, D., Palin, K., Dantzer, R., 2002. The enzyme indoleamine 2,3-dioxygenase is induced in the

mouse brain in response to peripheral administration of lipopolysaccharide and superantigen. Brain, behavior,

and immunity 16, 596-601.

Lynch, M.A., 1998. Age-related impairment in long-term potentiation in hippocampus: a role for the cytokine,

interleukin-1 beta? Progress in neurobiology 56, 571-589.

Montgomery, K.C., 1955. The relation between fear induced by novel stimulation and exploratory behavior.

Journal of comparative and physiological psychology 48, 254-260.

Mora, S., Pessin, J.E., 2002. An adipocentric view of signaling and intracellular trafficking. Diabetes/metabolism

research and reviews 18, 345-356.

Moreau, M., Andre, C., O'Connor, J.C., Dumich, S.A., Woods, J.A., Kelley, K.W., Dantzer, R., Lestage, J.,

Castanon, N., 2008a. Inoculation of Bacillus Calmette-Guerin to mice induces an acute episode of sickness

behavior followed by chronic depressive-like behavior. Brain, behavior, and immunity 22, 1087-1095.

Moreau, M., Lestage, J., Verrier, D., Mormede, C., Kelley, K.W., Dantzer, R., Castanon, N., 2005. Bacille

Calmette-Guerin inoculation induces chronic activation of peripheral and brain indoleamine 2,3-dioxygenase in

mice. J Infect Dis 192, 537-544.

Naeser, P., 1973. Effects of adrenalectomy on the obese-hyperglycemic syndrome in mice (gene symbol ob).

Diabetologia 9, 376-379.

Noble, F., Rubira, E., Boulanouar, M., Palmier, B., Plotkine, M., Warnet, J.M., Marchand-Leroux, C., Massicot,

F., 2007. Acute systemic inflammation induces central mitochondrial damage and mnesic deficit in adult Swiss

mice. Neuroscience letters 424, 106-110.

O'Connor, J.C., Lawson, M.A., Andre, C., Moreau, M., Lestage, J., Castanon, N., Kelley, K.W., Dantzer, R.,

2008. Lipopolysaccharide-induced depressive-like behavior is mediated by indoleamine 2,3-dioxygenase

activation in mice. Molecular psychiatry.

O'Connor, J.C., Satpathy, A., Hartman, M.E., Horvath, E.M., Kelley, K.W., Dantzer, R., Johnson, R.W., Freund,

G.G., 2005. IL-1beta-mediated innate immunity is amplified in the db/db mouse model of type 2 diabetes. J

Immunol 174, 4991-4997.

199

Pasquali, R., Anconetani, B., Chattat, R., Biscotti, M., Spinucci, G., Casimirri, F., Vicennati, V., Carcello, A.,

Labate, A.M., 1996. Hypothalamic-pituitary-adrenal axis activity and its relationship to the autonomic nervous

system in women with visceral and subcutaneous obesity: effects of the corticotropin-releasing factor/arginine-

vasopressin test and of stress. Metabolism: clinical and experimental 45, 351-356.

Pellow, S., Chopin, P., File, S.E., Briley, M., 1985. Validation of open:closed arm entries in an elevated plus-

maze as a measure of anxiety in the rat. Journal of neuroscience methods 14, 149-167.

Perry, V.H., Cunningham, C., Holmes, C., 2007. Systemic infections and inflammation affect chronic

neurodegeneration. Nature reviews 7, 161-167.

Pickup, J.C., Chusney, G.D., Thomas, S.M., Burt, D., 2000. Plasma interleukin-6, tumour necrosis factor alpha

and blood cytokine production in type 2 diabetes. Life sciences 67, 291-300.

Pomara, N., Greenberg, W.M., Branford, M.D., Doraiswamy, P.M., 2003. Therapeutic implications of HPA axis

abnormalities in Alzheimer's disease: review and update. Psychopharmacology bulletin 37, 120-134.

Porsolt, R.D., 2000. Animal models of depression: utility for transgenic research. Rev Neurosci 11, 53-58.

Prut, L., Belzung, C., 2003. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like

behaviors: a review. European journal of pharmacology 463, 3-33.

Rivest, S., 2003. Molecular insights on the cerebral innate immune system. Brain, behavior, and immunity 17,

13-19.

Rosmond, R., Bjorntorp, P., 1998. The interactions between hypothalamic-pituitary-adrenal axis activity,

testosterone, insulin-like growth factor I and abdominal obesity with metabolism and blood pressure in men. Int

J Obes Relat Metab Disord 22, 1184-1196.

Ryden, A., Sullivan, M., Torgerson, J.S., Karlsson, J., Lindroos, A.K., Taft, C., 2004. A comparative controlled

study of personality in severe obesity: a 2-y follow-up after intervention. Int J Obes Relat Metab Disord 28,

1485-1493.

Steru, L., Chermat, R., Thierry, B., Simon, P., 1985. The tail suspension test: a new method for screening

antidepressants in mice. Psychopharmacology 85, 367-370.

Strohle, A., Holsboer, F., 2003. Stress responsive neurohormones in depression and anxiety. Pharmacopsychiatry

36 Suppl 3, S207-214.

Tataranni, P.A., Larson, D.E., Snitker, S., Young, J.B., Flatt, J.P., Ravussin, E., 1996. Effects of glucocorticoids

on energy metabolism and food intake in humans. The American journal of physiology 271, E317-325.

200

Toni, R., Malaguti, A., Castorina, S., Roti, E., Lechan, R.M., 2004. New paradigms in neuroendocrinology:

relationships between obesity, systemic inflammation and the neuroendocrine system. Journal of

endocrinological investigation 27, 182-186.

Tsigos, C., Chrousos, G.P., 2002. Hypothalamic-pituitary-adrenal axis, neuroendocrine factors and stress.

Journal of psychosomatic research 53, 865-871.

Tsigos, C., Papanicolaou, D.A., Defensor, R., Mitsiadis, C.S., Kyrou, I., Chrousos, G.P., 1997. Dose effects of

recombinant human interleukin-6 on pituitary hormone secretion and energy expenditure. Neuroendocrinology

66, 54-62.

Vachharajani, V., Russell, J.M., Scott, K.L., Conrad, S., Stokes, K.Y., Tallam, L., Hall, J., Granger, D.N., 2005.

Obesity exacerbates sepsis-induced inflammation and microvascular dysfunction in mouse brain.

Microcirculation 12, 183-194.

Wadden, T.A., Butryn, M.L., Sarwer, D.B., Fabricatore, A.N., Crerand, C.E., Lipschutz, P.E., Faulconbridge, L.,

Raper, S.E., Williams, N.N., 2006. Comparison of psychosocial status in treatment-seeking women with class III

vs. class I-II obesity. Obesity (Silver Spring, Md 14 Suppl 2, 90S-98S.

Winters, B.D., Saksida, L.M., Bussey, T.J., 2008. Object recognition memory: neurobiological mechanisms of

encoding, consolidation and retrieval. Neuroscience and biobehavioral reviews 32, 1055-1070.

Yirmiya, R., Pollak, Y., Morag, M., Reichenberg, A., Barak, O., Avitsur, R., Shavit, Y., Ovadia, H., Weidenfeld,

J., Morag, A., Newman, M.E., Pollmacher, T., 2000. Illness, cytokines, and depression. Annals of the New York

Academy of Sciences 917, 478-487.

201

LEGENDS

Figure 1:

Evaluation of cognitive disorders in Y maze test. Index of recognition of novelty after a 2min ITI.

Data are represented as means ± SEM (n=12). ***, p<0.001, each group is compared to hazard (0.5)

Figure 2:

Mood disorders were evaluated in db/db mice.

(A) In the OF, db/db mice explore less the center of the field than db/+ mice. First graph represent

time of exploration of center area during the first 5 min and the last 5 min. Second graph represent

number of entry in center area of db/db mice compared to db/+ mioce. Data are represented as means

± SEM (n=12). Means with different letters are significantly different from each other.

(B) In the EPM, db/db mice present an high anxiety level as shown by the anxiety index. Data are

represented as means ± SEM (n=12). Means with different letters are significantly different from each

other.

(C) In the TST, there is no significative difference of immobility between both group

Figure 3:

Hippocampic cytokines mRNA in db/db and db/+ mice. Bars represent means ± SEM (n=6). (A) IL-6

mRNA expression. * p<0.05 (B) IL-1β mRNA expression. * p<0.05 (C) TNFα mRNA expression. *

p<0.05

Figure 4:

Effect of LPS (5µg/mouse) in body weight measured 24 h after injection. Data represent means ±

SEM (n=6). Means with different letters are significantly different from each other.

Figure 5:

(A) Behavioral reactivity in the forced swim test (FST) measured 24 h after LPS (5µg/mouse) in db/db

and db/+ mice.

(B) Brain IDO activity assessed by KYN/TRP ratio. Bars represent means ± SEM (n=6). Means with

different letters are significantly different from each other.

Table 1:

Plasma adipokines and cytokines levels measured 24 h after LPS (5µg/mouse) or saline injection in

db/db and db/+ mice. Values represent means ± SEM (n=6).

202

203

Discussion généraleDiscussion généraleDiscussion généraleDiscussion générale

204

205

Synthèse des principaux résultatsSynthèse des principaux résultatsSynthèse des principaux résultatsSynthèse des principaux résultats

De nombreuses études menées chez l’homme ont montré que l’obésité est associée à un

état inflammatoire chronique caractérisé par une augmentation de la sécrétion de nombreuses

molécules dont la leptine et des cytokines inflammatoires comme le TNF-α et l’IL-6 (Clement

et al., 2004). Des données récentes suggèrent que cette inflammation périphérique pourrait

également présenter une composante au niveau cérébral se caractérisant notamment par une

augmentation de l’expression de différentes cytokines inflammatoires (IL-6, TNF-α, IL-1β…)

et de l’activation de leurs voies de signalisation intracellulaire (augmentation de l’activité c-

Jun-N-terminal kinase et de NFkB) (De Souza et al., 2005). De plus, l’intensité de la situation

inflammatoire semble être liée au degré d’obésité. Ainsi, il est possible de distinguer

différentes situations d’obésité : une obésité modérée qui ne s’accompagne pas forcément de

pathologies comorbides et une obésité morbide associée à différents types de complications

comme des maladies cardio-vasculaires, de l’hypertension artérielle ou un diabète de type 2.

L’obésité s’accompagne également d’une forte prévalence de troubles de l’humeur (anxiété,

dépression) et de la cognition.

Notre laboratoire a été un des pionniers dans l’étude de l’expression et de l’action des

cytokines au niveau central et de leurs conséquences, tant comportementales que

neurobiologiques. Cette relation entre système de l'immunité innée et cerveau a

particulièrement été étudiée dans le cadre du comportement de maladie regroupant un

ensemble de symptômes non spécifiques (fièvre, activations neuroendocriniennes, anorexie,

anhédonie, repli sur soi, perte d’intérêt pour l’environnement…) observés chez les individus

malades et pouvant être reproduits chez l’animal en réponse à l’injection d’un inducteur de

cytokines tel que le lipopolysaccharide (LPS) (Dantzer, 2001). Dans le cas d’une exposition

prolongée ou non régulée de l’activation du réseau de cytokines, le comportement de maladie

peut laisser place à de véritables troubles de l’humeur et de la cognition associés à une chute

des taux circulants de tryptophane, un acide aminé essentiel servant de précurseur et de

facteur limitant à la synthèse de sérotonine. Il a été montré que l'indoléamine 2,3-dioxygénase

(IDO), une enzyme dégradant le tryptophane en réponse aux cytokines (Lestage et al., 2002;

Moreau et al., 2005) est impliquée dans l’induction des symptômes de type dépressif observés

notamment suite à la production soutenue de cytokines et que cette action serait dépendante

du catabolisme du tryptophane via la voie de la kynurenine (O'Connor et al., 2008).

L’activation de l’IDO en situation inflammatoire aboutit à la production de dérivés

neurotoxiques (3-OH-kynurénine, acide quinolinique) se comportant comme des agonistes

206

des récepteurs glutamatergiques de type NMDA (Taylor and Feng, 1991), au dépend de la

production de sérotonine. Ainsi, l’activation de l’IDO par les cytokines pourrait jouer un rôle

dans l’apparition de troubles cognitifs associés aux états inflammatoires via l’altération de la

neurotransmission sérotoninergique et/ou glutamatergique. Ces mêmes mécanismes

pourraient également sous-tendre le développement des troubles de l’humeur et de la

cognition couramment observés chez les personnes obèses.

L’ensemble des études réalisées dans ce travail de thèse a donc eu pour objectif général

de déterminer chez la souris si l’inflammation chronique à bas bruit qui est associée à un état

d’obésité entraînait le développement de troubles de l’humeur et de la cognition. De plus, afin

d’identifier au mieux les bases neurobiologiques potentielles à l’origine de ces troubles, nous

avons choisi de nous placer dans deux situations différentes : un état d’obésité modérée induit

par l’administration d’un régime enrichi mais n’entraînant pas le développement de

pathologies co-morbides graves, et un état d’obésité morbide d’origine génétique associé à

d’autres pathologies notamment un diabète de type 2. Dans les deux cas, les conséquences de

cette obésité sur l’état d’activation inflammatoire et les altérations neurochimiques et

comportementales qui en découlent ont été étudiées en détail.

Nos résultats montrent que :

1) l’intensité de la perturbation du système immunitaire est corrélée au degré d’obésité

puisqu’une obésité modérée est associée à une altération de la capacité du système

immunitaire à répondre à une infection, tandis qu’une obésité morbide entraîne la mise en

place d’un état inflammatoire, même en conditions non stimulées.

2) les modifications physiopathologiques induites par le développement d’un état

d’obésité altèrent le système immunitaire, comme en témoignent l’activation accrue de la

production de cytokines périphériques et cérébrales, en particulier l’IL-6, l’exacerbation des

réponses neurochimiques (stimulation de l’IDO pulmonaire et cérébrale) et

neuroendocriniennes (sur-activation de l’axe HPA) et de leurs conséquences sur la réactivité

comportementale.

3) les souris obèses présentent des altérations de leurs capacités cognitives, des troubles

de type anxieux, ainsi qu’une modulation de leur réponse émotionnelle dont la mise en place

dans le temps semble se faire de façon indépendante, selon des modalités qui restent à

préciser.

207

En conclusion, ces résultats originaux permettent de mettre en évidence le rôle clé de

l’inflammation associée à l’obésité dans le développement des troubles de l’humeur et de la

cognition (figure 10). Ce travail pourrait ainsi contribuer à l’identification de cibles

moléculaires potentielles pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques ou

nutritionnelles visant à améliorer la qualité de vie des patients obèses et prévenir au mieux le

développement des pathologies co-morbides associées à l’obésité.

Choix des modèles expérimentauxChoix des modèles expérimentauxChoix des modèles expérimentauxChoix des modèles expérimentaux

Dans nos sociétés, l’obésité est le plus souvent le résultat d’interactions entre des

prédispositions génétiques et l’environnement (Archer and Mercer, 2007; Tschop and

Heiman, 2001). En effet, les modes de vie ont changé faisant place à une sédentarité, une

diminution de l’activité physique et surtout une forte augmentation de la consommation de

nourriture très énergétique, à haute teneur en sucres et en graisses. Tout ceci favorise la mise

en place d’une balance énergétique très positive (Drewnowski, 2007; Friedman, 2000). Ainsi,

centrale

LPS ip

centrale

Activation HPA Activation IDO Activation HPA

Inflammation périphérique

Inflammation périphérique

Oui

Oui

Non

Oui

?

Non

Oui

Oui

Non

Troubles de type :

cognitifs

anxieux

dépressif

Médiateurs métaboliques

Leptine Insuline

Oui

?

Non

Activation HPAAtténuation IDO

modérée morbide

OBESITE

Inflammation périphérique

LPS ip

centralecentrale

LPS ip

centrale

Activation HPA Activation IDO Activation HPA

Inflammation périphérique

Inflammation périphérique

Oui

Oui

Non

Oui

?

Non

Oui

Oui

Non

Troubles de type :

cognitifs

anxieux

dépressif

Médiateurs métaboliques

Leptine Insuline

Médiateurs métaboliques

Leptine Insuline

Oui

?

Non

Activation HPAAtténuation IDO

modérée morbide

OBESITE

Inflammation périphérique

LPS ip

centrale

Figure 10 : ObFigure 10 : ObFigure 10 : ObFigure 10 : Obéééésitsitsitsitéééé –––– Inflammation Inflammation Inflammation Inflammation ---- TroublesTroublesTroublesTroubles

centrale

LPS ip

centrale

Activation HPA Activation IDO Activation HPA

Inflammation périphérique

Inflammation périphérique

Oui

Oui

Non

Oui

?

Non

Oui

Oui

Non

Troubles de type :

cognitifs

anxieux

dépressif

Médiateurs métaboliques

Leptine Insuline

Oui

?

Non

Activation HPAAtténuation IDO

modérée morbide

OBESITE

Inflammation périphérique

LPS ip

centralecentrale

LPS ip

centrale

Activation HPA Activation IDO Activation HPA

Inflammation périphérique

Inflammation périphérique

Oui

Oui

Non

Oui

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Non

Oui

Oui

Non

Troubles de type :

cognitifs

anxieux

dépressif

Médiateurs métaboliques

Leptine Insuline

Médiateurs métaboliques

Leptine Insuline

Oui

?

Non

Activation HPAAtténuation IDO

modérée morbide

OBESITE

Inflammation périphérique

LPS ip

centrale

Figure 10 : ObFigure 10 : ObFigure 10 : ObFigure 10 : Obéééésitsitsitsitéééé –––– Inflammation Inflammation Inflammation Inflammation ---- TroublesTroublesTroublesTroubles

208

l’utilisation de modèles d’obésité basés sur la consommation de régime enrichi en graisse

et/ou en sucre semble être pertinente pour reproduire l’obésité communément observée chez

l’homme. Afin de reproduire au mieux les habitudes alimentaires humaines occidentales, nous

avons donc choisi d’utiliser un régime de type « cafétéria » qui consiste en un mélange

d’aliments du commerce riche en graisse et en sucre (Berraondo et al., 1997; Groubet et al.,

2003). Nous avons choisi de ne pas utiliser un régime fortement hyperlipidique afin d’éviter le

risque d’une inflammation locale de la barrière intestinale induite par le pool de lipides

excédentaires (Cabre and Gassull, 2003). La consommation du régime hypercalorique

pendant au minimum 20 semaines favorise la mise en place d’une obésité chez la souris se

caractérisant par une forte prise de poids, une hypertrophie de la masse adipeuse, ainsi qu’une

forte induction des taux de leptine dans le plasma et le tissu adipeux (chapitre 1, 2 et 3).

Ce modèle d’obésité est donc proche des situations réelles d’obésité rencontrées dans

nos sociétés puisqu’elle est due à l’augmentation de la charge calorique de la prise

alimentaire, et à la consommation d’un régime déséquilibré. Mais, dans ce modèle, l’obésité

observée est une obésité « modérée » associée à une augmentation de la production de leptine.

L’utilisation de ces régimes enrichies n’entrainent pas classiquement d’insulino-resistance et

de diabète de type 2 chez les animaux (Berraondo et al., 1997) mais l’absence de ces

pathologies comorbides devra être vérifiée, notamment par des mesures d’indice glycémique.

De plus, dans cette situation d’obésité modérée, nous ne mettons pas en place une

inflammation chronique à bas bruit, bien que nous perturbions tout de même la réponse

inflammatoire. En effet, nous avons montré que l’exposition au régime hypercalorique

entraîne l’exacerbation de la réponse inflammatoire induite par une infection systémique,

mais le statut inflammatoire des animaux obèses en situation basale n’est pas

significativement affecté (chapitre 1 et 2).

Or, la prévalence des troubles de l’humeur et de la cognition observés chez les patients

obèses augmente avec la sévérité de l’obésité. Afin de se placer dans un contexte plus propice

à l’observation de certains troubles, nous avons donc également réalisé nos différentes études

sur un modèle d’obésité génétique.

La découverte du gène ob/ob codant pour la leptine, hormone dite de la « satiété »

impliquée dans la régulation de la prise alimentaire, a permis de développer des modèles

génétiques d’obésité dont les plus couramment utilisés sont les souris ob/ob et db/db,

respectivement déficientes pour le gène de la leptine ou de son récepteur (Carroll et al., 2004).

Il a été décrit que la mutation de gènes impliqués dans la régulation de la balance énergétique

et connus pour être essentiels au maintien d’un poids corporel optimal, entraîne le

209

développement d’une obésité chez l’animal de laboratoire, ainsi que chez un petit nombre de

patients (Hebebrand et al., 2003). Ces mutations sont principalement observées sur le gène de

la leptine, la POMC, ainsi que les récepteurs de l’α-MSH dont MC4R (Carroll et al., 2004;

Clement et al., 1998; Krude et al., 1998). Contrairement au modèle ob/ob, la souris db/db

exprime le gène de la leptine. Cette production de leptine présente divers avantages : tout

d’abord, elle limite les phénomènes de compensation qui peuvent apparaître lorsque le gène

de la leptine n’est plus exprimé, et d’autre part, elle est le reflet de l’état sécrétoire du tissu

adipeux et donc de l’intensité de l’obésité. L’utilisation du modèle d’obésité génétique db/db,

bien qu’il ne soit pas un reflet de la réalité puisque l’obésité génétique est une pathologie rare

chez l’homme, présente l’avantage de créer une situation d’obésité morbide (chapitre 4). Les

animaux développent des pathologies associées comme un diabète de type 2, une insulino-

résistance et des problèmes cardio-vasculaires. De plus, ce travail a mis en évidence chez ces

animaux une inflammation chronique à bas bruit périphérique et centrale.

Ainsi, l’utilisation de ces deux modèles a permis d’une part de se placer dans une

situation d’obésité modérée et donc avant l’apparition des pathologies co-morbides associées

à l’obésité, et d’autre part dans une situation d’obésité morbide. Ainsi ces modèles, souris

DIO et souris db/db apparaissent comme deux approches parfaitement complémentaires pour

étudier l’impact de l’inflammation sur les troubles de l’humeur (anxiété et dépression) et de la

cognition associés à l’obésité. L’étude de ces deux situations constitue une étape importante

vers l’identification de nouveaux outils de diagnostic et de nouvelles stratégies

pharmacologiques pour la prévention de ces troubles.

Conséquence de l’obésité sur la réaction inflammatoireConséquence de l’obésité sur la réaction inflammatoireConséquence de l’obésité sur la réaction inflammatoireConséquence de l’obésité sur la réaction inflammatoire

Il est désormais bien établi que les formes d’obésité sévères sont associées à un état

inflammatoire chronique caractérisé par la présence de facteurs inflammatoires au sein de la

circulation sanguine et du tissu adipeux, ainsi que l’existence d’une infiltration de

macrophages dans le tissu adipeux (Cancello and Clement, 2006). Quelques études ont

également proposé que l’inflammation périphérique présente une composante centrale et plus

particulièrement dans l’hypothalamus où la consommation d’un régime riche en graisse induit

l’expression de cytokines inflammatoires (IL-1β, TNFα) et l’activation des voies de

signalisation intracellulaires associées (JNK, NFκB) chez le rat (De Souza et al., 2005).

210

Dans le cas de notre modèle DIO, le régime enrichi n’affecte pas les taux d’IL-6, de

TNFα et de MCP-1 mesurés dans le plasma et le tissu adipeux en conditions basales, ainsi que

l’expression du TNFα, de l’IL-6 ou de l’IFNγ dans l’hypothalamus et l’hippocampe des souris

obèses comparée aux animaux consommant la nourriture standard (chapitre 1 et 2). Ce

résultat est en accord avec plusieurs études récentes montrant l’absence de modifications de

taux plasmatiques d’IL-6 et/ou de TNFα chez des rongeurs soumis à un régime enrichi (Amar

et al., 2007a; Bedoui et al., 2005; Huang et al., 2007). Dans notre modèle, la consommation

du régime « cafétéria » n’entraîne pas d’altérations de la sécrétion d’insuline ce qui serait en

relation avec l’absence d’insulinorésistance chez les souris obèses comme précédemment

décrit (Lopez et al., 2003) mais des mesures de glycémie permettant d’évaluer

l’insulinorésistance doivent être réalisées pour confirmer cette donnée. De plus il a été montré

que l’absence d’altérations des taux plasmatiques d’IL-6 et de TNFα chez des souris soumises

à un régime enrichi à 60 % en graisse pendant 16 semaines pouvait être corrélée à l’absence

de diabète (Amar et al., 2007a). Enfin, la plupart des études décrivant le développement d’une

inflammation comme conséquence de la consommation d’un régime enrichi, utilise un régime

à haute teneur en graisse (60 %) (Ellacott et al., 2007; Xu et al., 2003b), tandis que les études

utilisant un régime à teneur plus modérée (35 %) montrent des résultats similaires aux nôtres

(Bedoui et al., 2005).

Ainsi l’avantage de l’utilisation de ce régime enrichi est de pouvoir se placer dans une

situation où l’obésité n’est pas encore associée aux pathologies communément décrites dans

l’obésité morbide. Cependant, cet état d’obésité ne semble pas non plus associé à une

inflammation à bas bruit décelable au travers des mesures que nous avons utilisées. Les

facteurs inflammatoires mesurés dans notre étude, qui sont ceux fortement induits lors d’une

stimulation aiguë du SI, semblent en effet peu sensibles dans ces conditions. Ainsi,

l’évaluation de marqueurs de l’inflammation potentiellement plus sensibles à des stimulations

du SI faibles en amplitude mais soutenues dans le temps apparaît comme une approche plus

adaptée. Une autre mesure pertinente pour évaluer l’effet du régime enrichi sur le

fonctionnement du SI consiste à étudier sa capacité d’activation. Dans cette optique, nous

avons choisi de tester sa réactivité à une stimulation aiguë via l’administration de LPS

(chapitre 1 et 2).

Parallèlement, nous avons également décidé d’évaluer le statut inflammatoire des

animaux dans une situation d’obésité morbide. Dans ce deuxième modèle, la mutation du

211

récepteur du gène de la leptine affecte les taux d’IL-6 et de MCP-1 mesurés en condition

basale au niveau plasmatique mais également dans le tissu adipeux (figure complémentaire).

De plus, l’expression hippocampique d’IL-6, d’IL-1β et de TNFα est exacerbée chez

les souris obèses par rapport à celle des souris minces (chapitre 4). Ces résultats sont en

accord avec les résultats d’études portant sur des souris db/db de 25 semaines et qui montrent

une augmentation de la concentration plasmatique de MCP-1. Mais cette étude, réalisée sur

des souris plus âgées, ne montre pas d’augmentation de la concentration plasmatique d’IL-6 et

de TNFα (Guo et al., 2008). Une autre étude réalisée sur des souris âgées de 12 semaines

comme dans notre protocole confirme l’augmentation des taux plasmatiques d’IL-6 que nous

observons chez les souris db/db (Yang et al., 2008) mais ne montre pas d’augmentation de

MCP-1 et de TNFα. De plus, aucune étude ne semble avoir mis en évidence une inflammation

à bas bruit en central chez les animaux db/db. Une étude menée par O’Connor et al a mis en

évidence l’exacerbation de la réponse inflammatoire des animaux db/db en réponse à une

injection de LPS via l’expression d’IL-1β, d’IL-1ra et la modulation de la réponse

comportementale, mais ces modifications d’expression n’ont pas été mise en évidence en

conditions basales (O'Connor et al., 2005). Ainsi, nos résultats ont permis de mettre en

évidence une inflammation chronique à bas bruit en périphérie mais également en central chez

les animaux db/db. Cette exacerbation de l’expression de cytokines en central peut être la

conséquence de l’augmentation de la production de cytokines inflammatoires périphériques,

mais il est également interessant de s’interroger sur le rôle de l’insuline. En effet, dans notre

modèle d’obésité morbide, les taux plasmatiques d’insuline sont fortement augmentés. Or, il a

été montré que si des augmentations périodiques de concentration en insuline ont un effet

Figure complFigure complFigure complFigure compléééémentairementairementairementaireConcentrations en cytokines et adipokines évaluées dans le tissu adipeux par Luminex. Les valeurs représentées sont les moyennes ± SEM (n=6). Des moyennes avec des lettres différentes sontsignificativement différentes les unes des autres.

Adipose tissue

Insulin (pg/ml) 43,7 ± 8,2 a 44,2 ± 7,8 a23,52 ± 0± 0,54 a 30,24 ± 6,7 a

Leptin (pg/ml) 948,3 ± 112 a 1046,8 ± 143 a 5228,8 ± 383 b 5760,2 ± 427 b

MCP-1 (pg/ml) 10,8 ± 6,1 a 143,1 ± 24,2 b 44,7 ± 8,8 a 167± 46,8 b

Resistin (pg/ml) 3688,3 ± 348,1 a 3378,7 ± 272,3 a 1058,8 ± 191 b 853,2 ± 107,8 b

IL-6 (pg/ml) 3,6 ± 1 a 6,5 ± 0,8 b 3,1 ± 0,4 a 8,3 ± 1,7 b

saline LPS saline LPSdb/+ db/db

Figure complFigure complFigure complFigure compléééémentairementairementairementaireConcentrations en cytokines et adipokines évaluées dans le tissu adipeux par Luminex. Les valeurs représentées sont les moyennes ± SEM (n=6). Des moyennes avec des lettres différentes sontsignificativement différentes les unes des autres.

Adipose tissue

Insulin (pg/ml) 43,7 ± 8,2 a 44,2 ± 7,8 a23,52 ± 0± 0,54 a 30,24 ± 6,7 a

Leptin (pg/ml) 948,3 ± 112 a 1046,8 ± 143 a 5228,8 ± 383 b 5760,2 ± 427 b

MCP-1 (pg/ml) 10,8 ± 6,1 a 143,1 ± 24,2 b 44,7 ± 8,8 a 167± 46,8 b

Resistin (pg/ml) 3688,3 ± 348,1 a 3378,7 ± 272,3 a 1058,8 ± 191 b 853,2 ± 107,8 b

IL-6 (pg/ml) 3,6 ± 1 a 6,5 ± 0,8 b 3,1 ± 0,4 a 8,3 ± 1,7 b

saline LPS saline LPSdb/+ db/db

212

bénéfique, la production exacerbée et chronique d’insuline plasmatique entraîne la production

de cytokines pro-inflammatoires (Iwasaki et al., 2008). De plus, il a également été mis en

évidence que la production chronique d’insuline chez des souris db/db inhibe la voie de

signalisation de l’interleukine-4, une cytokine au fort potentiel anti-inflammatoire (Hartman et

al., 2004). Ces données suggèrent que, dans notre modèle d’obésité morbide, l’augmentation

des taux d’insuline et donc le diabète de type 2 qui y est associé, soient impliqués dans

l’inflammation observée.

En conclusion, nous avons mis en évidence que l’intensité de la situation

inflammatoire est corrélée à l’intensité de l’obésité. En effet, un état d’obésité modérée ne

semble pas associé à une inflammation à bas bruit décelable au travers des mesures que nous

avons utilisées. Les facteurs inflammatoires mesurés dans notre étude, fortement induits lors

d’une stimulation aiguë du SI, semblent en effet peu sensibles dans nos conditions. Ainsi, une

mesure pertinente pour évaluer l’effet du régime enrichi sur le fonctionnement du SI consiste

à étudier sa capacité d’activation. Dans cette optique, nous avons choisi de tester sa réactivité

à une stimulation aiguë via l’administration de LPS. Par contre, dans une situation d’obésité

morbide, nous avons mis en évidence une inflammation à bas bruit périphérique et centrale.

Dans cette situation, l’obésité est plus marquée, le développement du tissu adipeux est plus

important et est associé à des pathologies communément décrites dans l’obésité morbide qui

pourraient être impliqués dans la mise en place de l’état inflammatoire observé. Il semble tout

de même intéressant d’étudier la réponse inflammatoire suite à une injection de LPS dans

cette situation d’inflammation à bas bruit.

Obésité et vulnérabilité à une infectionObésité et vulnérabilité à une infectionObésité et vulnérabilité à une infectionObésité et vulnérabilité à une infection

Malgré l’absence de signes visibles d’une inflammation à bas bruit, notre régime

« cafétéria » entraîne une activation exacerbée du SI en réponse au LPS (chapitre 1 et 2),

suggérant la mise en place de modifications responsables d’une plus grande vulnérabilité face

à une infection, comme cela a précédemment été décrit chez l’homme (Mannino et al., 2006;

Tracey et al., 1971). En effet, il a été décrit que l’obésité favoriserait le développement de

l’asthme et en aggraverait la sévérité (Mannino et al., 2006; Shore, 2008). De plus, les sujets

obèses seraient plus sensibles aux septicémies, probablement du fait d’une augmentation de

213

l’inflammation microvasculaire et de l’activation des cellules endothéliales (Vachharajani et

al., 2005). Enfin, quelques études montrent une réponse immunitaire altérée chez des souris

soumises à un régime enrichi en graisse, en réponse à une infection bactérienne par

Porphyromonas gingivalis (Amar et al., 2007a) ou encore au virus de la grippe (Smith et al.,

2007).

Cependant, nous n’observons pas cette exacerbation de la réponse inflammatoire en

périphérie chez les souris db/db, 24 h après l’injection de LPS (chapitre 4). Seule la sécrétion

de leptine plasmatique est exacerbée suite à l’administration de LPS. Mais, bien que le choix

de l’étude des animaux 24 h après l’injection soit justifié pour observer la réponse

comportementale (Frenois et al., 2007), il est probable que la réaction inflammatoire ne soit

plus observable. Il serait intéressant de réaliser de nouveau cette étude 2 h après l’injection de

LPS. En effet, l’utilisation de modèles génétiques d’obésité a permis de mettre en évidence

une augmentation de la réponse immunitaire entraînant un comportement de maladie exacerbé

en réponse au LPS de 2 à 8 h après l’injection chez la souris db/db (O'Connor et al., 2005),

tandis que la microinfusion d’IL-1β provoque une augmentation de la fièvre chez des rats

fa/fa avec un pic 3 h après l’infusion (Plata-Salaman et al., 1998). De plus, la déficience en

leptine observée dans les modèles génétiques d’obésité pourrait également contribuer à la

suppression des défenses de l’organisme lors d’une infection pulmonaire (Mancuso et al.,

2002).

Dans notre étude, nous avons tenté d’identifier par quels mécanismes un régime

enrichi pouvait interférer avec la réponse immunitaire normalement induite lors d’une

infection bactérienne, aussi bien au niveau périphérique que central. Ainsi, nous avons montré

que l’augmentation des taux plasmatiques d’IL-6 et de TNFα induite par l’administration de

LPS est exacerbée par la consommation d’un régime enrichi (Andre et al., 2008b), en accord

avec une étude précédente (Huang et al., 2007). De plus, le régime « cafétéria » potentialise

l’augmentation d’expression hypothalamique de l’ARNm de l’IL-6 induite par le LPS, alors

qu’il est sans effet significatif sur l’expression du TNFα et de l’IFNγ dans cette même

structure cérébrale (chapitre 1). Ces résultats étayent l’hypothèse de l’implication majeure de

l’IL-6 dans le développement de l’obésité (Yudkin et al., 2000) en agissant directement au

niveau hypothalamique où ses récepteurs sont exprimés, afin de moduler les dépenses

énergétiques (Shizuya et al., 1998). De plus, si les souris déficientes pour le gène de l’IL-6

développent une obésité, à l’inverse, l’administration centrale de l’IL-6 modifie cet état en

diminuant la masse adipeuse et augmentant les dépenses énergétiques (Wallenius et al., 2002).

214

Enfin, l’IL-6 agit sur les cellules cibles en activant la voie de transduction du signal

JAK/STAT, permettant ainsi la transcription d’un grand nombre de gènes dont SOCS-3.

L’augmentation de l’expression à la fois de SOCS-3 et de l’IL-6 dans l’hypothalamus 2 h

après l’administration de LPS est exacerbée chez les souris obèses. Etant donné que

l’implication sélective de l’IL-6 dans l’induction cérébrale de SOCS-3 par le LPS a été

démontrée (Lebel et al., 2000), nos résultats sont donc en faveur d’une relation directe entre le

développement de l’obésité induite par un régime enrichi et l’exacerbation de l’induction de

l’IL-6 et de SOCS-3 par le LPS.

Nous avons également mis en évidence que cette neuroinflammation est structure-

dépendante. En effet, la surexpression d’IL-6 n’est pas visible dans l’hippocampe alors que

dans cette structure, l’injection de LPS entraîne une exacerbation de l’expression du TNFα et

de l’IFNγ (chapitre 2).

En plus de la présence de facteurs inflammatoires dans la circulation sanguine et le

tissu adipeux, l’obésité est associée à une infiltration des macrophages contribuant à la

production de ces molécules inflammatoires (Cancello and Clement, 2006; Wellen and

Hotamisligil, 2003). Ainsi, une augmentation de l’expression de l’ARNm et de la protéine

plasmatique MCP-1 a été décrite dans un modèle d’obésité génétique, la souris ob/ob (Zhou et

al., 2007), ainsi que lors de l’utilisation de régime fortement enrichi en graisse (60 %) (Chen

et al., 2005). Dans notre modèle db/db, la sécrétion de MCP-1 est exacerbée en conditions

basales dans le tissu adipeux et dans le plasma, ce qui confirme les résultats obtenus dans

d’autres études (chapitre 4) (Sartipy and Loskutoff, 2003). Par contre, l’injection de LPS

n’exacerbe pas la production de MCP-1 chez les souris obèses par rapport aux témoins, que ce

soit dans le tissu adipeux ou dans le plasma. Il a pourtant été mis en évidence que le LPS

exacerbe la production de MCP-1 par le tissu adipeux chez les souris obèses ob/ob, mais ces

données ont été obtenues in vitro après addition de LPS sur des cultures de tissu adipeux

(Zhou et al., 2007).

Dans notre modèle DIO, les taux plasmatiques de MCP-1 ne sont pas modulés par le

régime en conditions basales ce qui confirme le statut d’obésité modérée. Par contre, le LPS

entraîne une forte augmentation des concentrations circulantes de MCP-1 24 h post-

traitement, en accord avec l’étude de (Bobrowski et al., 2005) et potentialisée par le régime

(chapitre 1 et 2). Nous avons également montré dans les deux modèles (obésité modérée et

obésité morbide) que les taux de leptine plasmatiques sont plus importants chez les animaux

obèses que chez les standards, et dans ces deux situations l’administration de LPS entraîne

215

une augmentation 24 h post-traitement, comme précédemment décrit (Sarraf et al., 1997). De

plus, si le LPS induit une perte de poids d’environ 12 % (3-4 g) chez les animaux

consommant la nourriture standard (Andre et al., 2008b), cette perte est réduite de moitié chez

les souris obèses. Un effet de la leptine a été proposé car en plus de son rôle classiquement

décrit dans la régulation de la prise alimentaire et des dépenses énergétiques (Meyers and

Gokce, 2007), elle serait potentiellement impliquée dans l’anorexie et la perte de poids

consécutive à l’administration de cytokines inflammatoires (Luheshi et al., 1999). De plus, il a

été suggéré que la forte induction d’expression de SOCS-3 pouvait être le résultat d’une

augmentation des taux plasmatiques de leptine induite par le LPS (Howard and Flier, 2006) et

que le taux d’expression de SOCS-3 dans l’hypothalamus était un facteur essentiel à la mise

en place de la leptinorésistance classiquement associée à l’obésité (Howard and Flier, 2006;

Mori et al., 2004; Munzberg et al., 2004). Ainsi, le développement d’une leptinorésistance

dans notre modèle d’obésité modérée pourrait expliquer l’atténuation de la perte de poids

induite par le LPS chez les souris obèses comparées à celles consommant de la nourriture

standard. Cette hypothèse est confirmée par les résultats obtenus chez les souris db/db. En

effet, chez ces animaux qui présentent une leptinorésistance du fait de l’absence de récepteur

à la leptine, le même profil de perte de poids est observé.

Une forte induction de résistine est également observée chez les souris obèses DIO et

db/db 24h post-LPS. Ceci est en accord avec les résultats montrant que l’expression de

résistine est stimulée par les cytokines pro-inflammatoires (Kaser et al., 2003). Mais, si les

souris db/db présentent une diminution des taux plasmatiques de résistine en conditions

basales, ce qui confirme des données déjà obtenues dans d’autres études (Maebuchi et al.,

2003; Way et al., 2001), les souris DIO n’ont pas de diminution des taux de résistine en basal.

Il a été montré chez des souris C57Bl/6 ayant consommé un régime riche en lipides, une

diminution des taux plasmatiques de résistine (Maebuchi et al., 2003). Ces résultats semblent

donc confirmer l’état d’obésité modérée de notre modèle puisque notre régime enrichi

n’entraîne pas de diminution des taux circulants de résistine contrairement au régime

hyperlipidique, mais il entraîne tout de même une augmentation des taux de leptine.

La forte induction des taux plasmatiques de leptine et de résistine observée chez les

souris obèses, quelle que soit l’intensité de leur obésité, 24 h après-LPS, n’est cependant pas

visible au sein du tissu adipeux contrairement à certaines études reportant une induction de

l’expression de leptine 16 h après l’administration de LPS (Berkowitz et al., 1998; Faggioni et

al., 1998). Néanmoins, si ces dernières études montrent un effet du LPS au niveau

216

transcriptionnel, aucune modification au niveau protéique n’a été décrite, suggérant un turn-

over rapide de la protéine ou encore une sécrétion de la leptine vers la circulation sanguine

plutôt que localisée au sein du tissu adipeux. Il est également envisageable que les

modifications des taux de leptine induites par le LPS soient précoces et donc plus observables

24 h post-traitement.

En résumé, selon l’intensité de l’obésité, la sensibilisation du système de l’immunité

innée, dont les bases neurobiologiques restent à définir, ne se ferait pas de la même façon. En

effet, dans une situation d’obésité modérée, cet état latent particulier ne serait pas visible à

l’état basal, mais favoriserait le développement d’une réponse inflammatoire exacerbée lors

de l’infection de l’organisme par un agent pathogène. Par contre, dans une situation d’obésité

morbide, le système de l’immunité innée est activé en basal. Il est possible que sous l’effet

d’une infection, une exacerbation de la réponse puisse être observée, comme le suggère les

données obtenues avec la leptine et la résistine, mais il faudrait se placer 2 h après l’injection

de LPS pour pouvoir observer une exacerbation de la réponse cytokinergique.

Obésité et troubles du comportement et de la cognitionObésité et troubles du comportement et de la cognitionObésité et troubles du comportement et de la cognitionObésité et troubles du comportement et de la cognition

Ce travail de thèse a permis de mettre en évidence la présence de troubles du

comportement (anxiété) et de la cognition chez les animaux obèses. De plus, la double

approche obésité modérée – obésité morbide nous a permis d’une part d’identifier un schéma

temporel d’apparition des troubles, même si les modalités qui le sous-tendent, restent à

préciser, et d’autre part de corréler l’intensité de l’obésité à l’intensité des troubles.

La prise excessive de poids, et l’obésité qui peut en découler, induisent chez les

animaux étudiés des déficits mnésiques. Le test du labyrinthe en Y a été utilisé afin d’évaluer

la mémoire de travail des animaux. Ce test, qui met en jeu l’hippocampe (Conrad et al., 1996),

est basé sur l’attirance spontanée des souris pour les endroits nouveaux. Il présente divers

avantages dont celui de ne pas nécessiter d’apprentissage de la part des animaux, et celui de

ne pas exposer les souris à des conditions expérimentales trop stressantes. Ce test se

décompose en deux séquences séparées l’une de l’autre par un délai de 1 semaine. Le premier

test permet d’évaluer la capacité de réponse à la nouveauté des animaux (Dellu et al., 2000).

Dans ce paradigme, le délai de rétention entre l’acquisition (première exploration du

217

labyrinthe) et la restitution (retour dans le labyrinthe avec la possibilité d’explorer le bras

nouveau) est de 2 min. Ce délai court permet d’évaluer la motivation à la nouveauté des

animaux. Dans le cas d’une obésité modérée, les animaux obèses ne présentent pas de

troubles lors de la réalisation de ce test, ce qui permet de conclure que les animaux n’ont pas

d’altération de leur capacité de reconnaissance (chapitre 2). Par contre, les souris ayant

développées une obésité morbide ne sont plus capables de reconnaître le bras nouveau après

un délai de rétention de 2 min. L’obésité morbide paraît donc entraîner des troubles cognitifs

plus sévères que ceux associés à une obésité modérée (chapitre 4). En effet, les animaux

ayant obtenu une réponse normale lors du premier test (ITI de 2 min) sont de nouveau placés

dans le labyrinthe en Y, mais cette fois afin d’étudier leur mémoire de travail. Le délai de

rétention dans ce paradigme est alors de 30 min. Dans cette nouvelle situation, les animaux

DIO présentent des troubles de la mémoire de travail (chapitre 2). Ces résultats confirment

les données obtenues dans différentes études. Il a en effet été démontré que des rats recevant

un régime hyperlipidique présentent des altérations de leur capacité cognitive dans des tests

mettant en jeu la mémoire spatiale, mais également la mémoire procédurale et celle à court et

long terme (Winocur and Greenwood, 1999). Plus récemment, des études réalisées chez

l’homme ont montré une relation linéaire entre l'excès de poids et certaines capacités

cognitives (Cournot et al., 2006). Ainsi, notre travail confirme les études reliant obésité et

troubles cognitifs, mais il permet en plus de mettre en évidence une relation entre l’intensité

de l’obésité et l’intensité des troubles cognitifs. Dans une situation d’obésité modérée, nous

n’observons pas de signes visibles d’une inflammation à bas bruit. Seule la concentration

plasmatique de leptine est exacerbée chez les souris ayant consommé un régime enrichi. Il a

été démontré que la leptine n’aurait pas qu’un rôle dans les fonctions de régulation de la prise

alimentaire, mais elle serait également impliquée dans la modulation des performances

comportementales liées à l’apprentissage et à la mémoire (Oomura et al., 2006), ainsi qu’à la

réactivité émotionelle (Lu et al., 2006). De plus, il a récémment été montré que l’injection

intrapéritonéale d’insuline chez des souris entraîne l’apparition de troubles cognitifs (Akanmu

et al., 2008). Par contre, les souris db/db présentent un état inflammatoire à la fois en

périphérie mais également en central, notamment au niveau hippocampique. De plus,

l’altération de leur fonction cognitive est plus importante. L’inflammation hippocampique

observée dans cette situation d’obésité morbide pourrait être à l’origine des troubles cognitifs

comme certaines études l’ont montré. En effet, la neuroinflammation consécutive à

l’administration de LPS participerait à la mise en place de troubles cognitifs dans le cas de la

pathologie d’Alzheimer (Lee et al., 2008). De plus, un des mécanismes pouvant expliquer

218

l’action des cytokines cérébrales sur les performances cognitives est leur action sur la

plasticité synaptique. Ainsi, le TNFα affecte également la plasticité synaptique puisque

l’administration de TNFα au sein d’une tranche d’hippocampe inhibe la PLT au niveau du

champ CA1 (Tancredi et al., 1992) et du gyrus dentelé de façon similaire à l’effet de l’IL-1β

et du LPS (Cunningham et al., 1996). Enfin, il a récemment été montré que l’activation de la

microglie dans l’hippocampe et la production de TNFα induite par une inflammation

périphérique altérent la réactivité du système nerveux central (Riazi et al., 2008). Cette

activation microgliale, sous-tendue par la production de TNFα, et exacerbant l’excitabilité du

cerveau, a été proposé comme un mécanisme potentiel pouvant expliquer les changements

neurobiologiques associées à l’inflammation chronique (Riazi et al., 2008). D’autres études

seraient nécessaires pour vérifier si un mécanisme similaire pourrait expliquer les altérations

cognitives associées à l’obésité.

De plus, une injection de LPS entraîne des déficits mnésiques chez des souris minces

et pourrait aggraver les troubles déjà observés chez les souris obèses, une hypotyhèse qu’il

faudrait confirmer en utilisannt des tests d’ évaluation de la mémoire plus spécifique

(chapitre 2). Or, l’injection de LPS entraîne une neuroinflammation associée à la production

de cytokines inflammatoires notamment au niveau hippocampique. Cette production de

cytokines est exacerbée chez les souris obèses ayant recu une injection de LPS. Ces résultats

vont donc dans le sens de l’hypothèse d’un rôle des cytokines inflammatoires sur l’apparition

des troubles cognitifs. En effet, les cytokines, en activant l’IDO pourraient entraîner la

production de dérivés neurotoxiques, comme l’acide quinolinique, potentiellement impliqués

dans la mise en place d’altérations de la mémoire spatiale (Dairam et al., 2007).

Ainsi, l’excès de poids entraîne le développement de troubles cognitifs de façon

précoce. Ces troubles sont maintenus lors de la mise en place d’une obésité modérée et

s’aggravent lorsque l’intensité de l’obésité, et de la réaction inflammatoire associée,

augmente. Bien que le labyrinthe en Y soit un test efficace, simple, rapide et minimisant les

éventuelles interférences liées à des différences de motivation ou de réactivité émotionelle, il

serait également intéressant de compléter ces études en utilisant d’autres tests cognitifs, par

exemple le labyrinthe aquatique de Morris qui permet d’évaluer différents aspects de la

cognition dont les capacités d’apprentissage (Chen et al., 2000).

Un certain nombre de données convergentes suggère que les modifications

physiologiques induites par l’obésité pourraient contribuer à modifier la réactivité

219

comportementale provoquée par un stimulus émotionnel. En effet, si une forte prévalence des

troubles de l’humeur, ainsi qu’une réduction des taux plasmatiques de Trp, ont été décrites

chez des sujets obèses (Breum et al., 2003; McElroy et al., 2004; Scott et al., 2008), il a été

aussi montré que des modifications des concentrations de Trp altéraient l’état émotionnel des

patients (Sandyk, 1992). De plus, la déplétion aiguë en Trp par ingestion d’une boisson

appauvrie en Trp entraîne d’une part l’apparition d’altérations de l’humeur chez l’homme,

ainsi qu’une plus grande irritabilité ou agressivité (Young and Leyton, 2002), et d’autre part

le développement de troubles cognitifs (Lieben et al., 2004; Uchida et al., 2007).

Notre travail montre qu’en plus de troubles cognitifs, l’obésité participe à

l’instauration de symptômes de type anxieux chez les animaux (chapitre 3 et 4). Un lien entre

obésité et anxiété a récemment été montré via une étude réalisée sur des femmes obèses qui

montre que les sujets présentant une obésité sévère avaient déjà eu au cours de leur vie des

épisodes dépressifs et anxieux (Wadden et al., 2006). De plus, le risque de développer des

troubles de type anxieux est deux fois plus élevé chez des femmes obèses que chez des

femmes avec un faible IMC (Becker et al., 2001). Nos résultats vont donc dans le sens de ces

études puisque nous n’observons pas de symptômes de type anxieux chez les souris en

surpoids, mais seulement chez les animaux obèses. Il est donc intéressant de constater que ces

symptômes semblent se développer plus tardivement que les troubles cognitifs. Néanmoins,

bien que ces épisodes de type anxieux soient présents à la fois dans une situation d’obésité

modérée et d’obésité morbide, ils se mettent en place indépendamment de la présence

concomittante d’une situation inflammatoire à bas bruit. Dans le cadre de l’obésité modérée,

comme dans celle de l’obésité morbide, la leptinoresistance qui se développe chez les sujets

obèses pourrait participer à la mise en place des troubles anxieux. En effet, des études ont

démontré qu’une injection de leptine chez des souris ob/ob, qui ne possèdent donc pas le gène

codant pour la leptine, diminue l’anxiété chez ces souris (Asakawa et al., 2003). De plus,

l’insuline pourait également jouer un rôle dans la mise en place des troubles anxieux puisque

l’injection intrapéritonéale d’insuline chez des souris entraîne l’apparition de troubles de type

anxieux (Akanmu et al., 2008). La neuroinflammation qui apparaît ensuite dans l’obésité

morbide pourrait, via la production de cytokines inflammatoires et l’activation de l’IDO,

faciliter le maintien de ces troubles.

Dans nos deux modèles, nous n’observons pas d’épisodes de type dépressif

contrairement à ce qui est classiquement décrit dans la littérature (chapitre 1 et 4) (Stunkard

et al., 2003). La consommation du régime « cafétéria » n’entraîne pas de troubles

220

locomoteurs, comparé aux souris non obèses lors d’un test d’activité locomotrice effectué

dans un environnement très similaire à leur cage d’hébergement et donc peu stressant. Par

contre, les souris DIO obèses soumises au FST ont tendance à rester moins immobiles que les

animaux contrôles (chapitre 1). Les souris db/db présentent le même profil de réactivité

émotionnel que les souris DIO dans ce test (chapitre 4). L’exposition au FST est un

paradigme stressant pour les animaux (Cryan et al., 2002) et la diminution de l’immobilité des

souris obèses pourraient être le reflet d’une plus grande réactivité au stress induit par le test.

De plus, une hyperactivité similaire dans le FST reportée chez des souris soumises à un

régime carencé en Trp, étaye cette hypothèse (Uchida et al., 2005). L’administration de LPS

chez les animaux consommant la nourriture standard n’induit pas l’augmentation

d’immobilité habituellement décrite 24 h post-traitement et témoignant de la mise en place de

symptômes de type dépressif (Frenois et al., 2007; O'Connor et al., 2008). Puisqu’une

procédure identique a été respectée pour l’ensemble de ces études, une telle divergence

pourrait être due à l’utilisation de souches différentes de souris (souris consanguine :

C57Bl/6J vs souche non consanguine : CD-1), puisqu’il a été démontré que la mise en place

des symptômes de type dépressif dans le FST, ainsi que la sensibilité aux anti-dépresseurs,

dépendaient fortement de la souche utilisée (Lucki et al., 2001). De plus, des souris C57Bl/6J

stressées et exposées au FST présentent une diminution de l’immobilité comparée aux

animaux non stressés (Thoeringer et al., 2007). L’ensemble de ces données conforte

l’hypothèse selon laquelle le comportement particulier des souris dans notre étude reflèterait

plus une altération de la réactivité émotionnelle au stress induit par le test et/ou à la

stimulation immune par le LPS, qu’un comportement de type dépressif qui pourrait apparaître

peut être plus tardivement, après plusieurs expositions au test (Renault and Aubert, 2006).

Cette hypothèse est confortée par le fait que cette souche de souris (C57Bl/6J) possède une

faible sensibilité aux anti-dépresseurs (Lucki et al., 2001). De plus, il a été montré dans le

laboratoire que l’induction d’IDO 24 h post-traitement chez la souris CD-1 était responsable

du développement des symptômes de type dépressif induit par le LPS (O'Connor et al., 2008).

Néanmoins, l’absence d’augmentation de l’activité cérébrale de l’IDO 24 h post-injection

chez la souris C57Bl/6J mince pourrait expliquer que les symptômes de type dépressif ne

soient pas encore mis en place.

Ainsi, l’obésité est associée à un certain nombre de troubles du comportement et de la

cognition qui apparaissent consécutivement, mais qui s’ajoutent les uns aux autres. Ainsi, les

troubles cognitifs, qui se développent avec le surpoids, s’aggravent avec l’intensité de

221

IMC25 30 40

Surpoids Obésitémodérée

Obésitémorbide

Troubles cognitifs

altération de la mémoire spatiale

Troubles anxieux

Troubles anxieux

Troubles cognitifs

altération de la mémoire spatiale

Troubles cognitifs

pas de reconnaissance immédiate

Troubles dépressifs ?

Pas de troubles anxieux

IMC25 30 40

Surpoids Obésitémodérée

Obésitémorbide

Troubles cognitifs

altération de la mémoire spatiale

Troubles anxieux

Troubles anxieux

Troubles cognitifs

altération de la mémoire spatiale

Troubles cognitifs

pas de reconnaissance immédiate

Troubles dépressifs ?

Pas de troubles anxieux

Figure 11 : CinFigure 11 : CinFigure 11 : CinFigure 11 : Cinéééétique de ltique de ltique de ltique de l’’’’apparition des troublesapparition des troublesapparition des troublesapparition des troubles

IMC25 30 40

Surpoids Obésitémodérée

Obésitémorbide

Troubles cognitifs

altération de la mémoire spatiale

Troubles anxieux

Troubles anxieux

Troubles cognitifs

altération de la mémoire spatiale

Troubles cognitifs

pas de reconnaissance immédiate

Troubles dépressifs ?

Pas de troubles anxieux

IMC25 30 40

Surpoids Obésitémodérée

Obésitémorbide

Troubles cognitifs

altération de la mémoire spatiale

Troubles anxieux

Troubles anxieux

Troubles cognitifs

altération de la mémoire spatiale

Troubles cognitifs

pas de reconnaissance immédiate

Troubles dépressifs ?

Pas de troubles anxieux

Figure 11 : CinFigure 11 : CinFigure 11 : CinFigure 11 : Cinéééétique de ltique de ltique de ltique de l’’’’apparition des troublesapparition des troublesapparition des troublesapparition des troubles

l’obésité et s’accompagnent alors de la mise en place d’épisodes de type anxieux. Bien que

nous n’ayons pas pu mettre en évidence de troubles de type dépressif, mais seulement une

altération de la réactivité émotionnelle dans le protocole expérimental choisi, il se peut que

notre schéma expérimental ne laisse pas le temps aux troubles dépressifs de se mettre en

place. En effet, les épisodes dépressifs, souvent consécutifs aux épisodes anxieux (Capuron et

al., 2001), pourraient apparaître plus tardivement (figure 11).

Les acteurs biologiques Les acteurs biologiques Les acteurs biologiques Les acteurs biologiques mis en jeumis en jeumis en jeumis en jeu

Implication de l’IDOImplication de l’IDOImplication de l’IDOImplication de l’IDO

Une diminution des taux plasmatiques de Trp, fréquemment décrite chez des patients

souffrant d’un certain nombre d’infections, de maladies autoimmunes ou de cancers

(Schrocksnadel et al., 1996), a également été observée chez des sujets atteints d’obésité

morbide (Breum et al., 2003), suggérant une activation de l’IDO dans la pathologie de

222

l’obésité (Brandacher et al., 2007; Brandacher et al., 2006). Dans notre étude, l’activité

enzymatique périphérique de l’IDO, reflétée par le rapport KYN/Trp mesuré dans le poumon,

n’est pas modifiée chez les souris ayant consommé le régime « cafétéria » comparé aux souris

contrôles, bien qu’on observe néanmoins une réduction non significative des taux de Trp chez

les souris obèses (données non montrées) (chapitre 1). Par contre, chez les souris db/db, le

rapport KYN/Trp évalué dans les poumons est diminué, tandis que ce même rapport mesuré

dans le foie est augmenté (chapitre 4). Ces résultats semblent refléter une diminution de

l’activité enzymatique de l’IDO dans les poumons, mais cette modulation de l’activité de

l’IDO périphérique n’a pas de conséquences centrales, puisque le rapport KYN/Trp mesuré

dans le cerveau est le même chez les souris db/db et chez les souris témoins.

Ainsi, si nos modèles ne permettent pas de mettre en évidence une augmentation de

l’activité de l’IDO en conditions basales, la consommation du régime « cafétéria »

potentialise la forte augmentation de l’activité de l’IDO induite par le LPS et précédemment

décrite dans le poumon et le cerveau (Andre et al., 2008b; O'Connor et al., 2008). Elle

entraîne également une forte expression cérébrale de l’ARNm de l’IDO 24 h post-traitement,

alors que cette expression n’est pas détectable chez les animaux consommant la nourriture

standard (chapitre 1 et 2). Etonnement, cette exacerbation de l’activité de l’IDO dans le

cerveau et le poumon ne se retrouve pas chez les animaux db/db ayant reçu une injection de

LPS (données non montrées), mais il est possible d’envisager que, de façon similaire à la mise

en place de troubles de type dépressifs, l’activation de l’IDO soit plus tardive. Afin de vérifier

cette hypothèse, il serait nécessaire de réaliser une cinétique détaillée d’activation de l’IDO

après une infection systémique chez ces souris db/db. Par contre, chez les souris présentant

une obésité modérée, l’expression de l’IDO est fortement induite 2 h après administration de

LPS dans l’hypothalamus, structure jouant un rôle clé dans la régulation de la balance

énergétique via l’action de la leptine (Friedman, 2002; Shizuya et al., 1998) et important site

de production de cytokines cérébrales lors de l’activation périphérique du SI (Castanon et al.,

2004; Dantzer et al., 2008; Laye et al., 1994), mais également dans l’hippocampe, structure

impliquée dans les processus d’apprentissage et de mémorisation (Gluck et al., 2003; Wirth et

al., 2003).

Des études récentes ont montré que la réponse immunitaire systémique d’enfants obèses

était déviée vers une réponse de type Th1, favorisant la production d’IFNγ et corrélée au

développement d’une insulinorésistance (Pacifico et al., 2006). De même, en plus de son rôle

dans le contrôle du poids, la leptine est capable de moduler le phénotype des cellules T CD4+

223

vers un phénotype Th1 (Farooqi et al., 2002), suggérant l’implication de l’IFNγ dans

l’activation de l’IDO dans l’obésité. Cependant, tandis que l’injection périphérique de LPS

entraîne une forte induction de l’expression de l’ARNm du TNFα, de l’IFNγ et de l’IL-6

comme précédemment décrit (Andre et al., 2008b), cette dernière est la seule cytokine dont

l’expression est exacerbée par le régime « cafétéria » dans l’hypothalamus, suggérant donc un

rôle particulier de l’IL-6 dans l’induction de l’IDO dans cette structure (chapitre 1). Par

contre, ces trois cytokines ont une expression hippocampique exacerbée dans le modèle

d’obésité morbide et ceci en situation non stimulée (chapitre 4). L’étude, au sein du

laboratoire, des profils d’expression de ces différentes cytokines a permis de suggérer un rôle

potentiel de l’IL-1β et du TNFα plutôt que de l’IL-6, dont l’expression très transitoire semble

peu compatible avec son implication dans l’induction de l’IDO par le LPS (Andre et al.,

2008b). Cependant, une association entre les concentrations soutenues d’IL-6 plasmatiques

chez les souris âgées et l’activation cérébrale de l’IDO en réponse au LPS a récemment été

montrée (Godbout et al., 2008), étayant ainsi l’hypothèse de l’implication de cette cytokine

dans l’induction de l’IDO dans certaines conditions d’inflammation chronique. Une action

synergique des cytokines inflammatoires dont l’IL-1β, le TNFα et l’IL-6 dans l’induction de

l’IDO par le LPS ou l’IFNγ a également été proposée in vitro (Fujigaki et al., 2006; Robinson

et al., 2003). Ainsi, dans l’hypothalamus, l’IL-6 semble être la cytokine majoritairement

impliquée dans l’activation de l’IDO par le LPS dans une situation d’obésité modérée

(chapitre 1). Par contre, l’induction de l’IDO dans l’hippocampe serait quant à elle

dépendante d’autres cytokines, puisque l’expression de l’IL-6 dans l’hippocampe n’est pas

exacerbée chez les souris DIO. Si l’IFNγ est considérée comme la principale cytokine

impliquée dans l’activation de l’IDO, des études ont proposé que son induction par le LPS

soit sous-tendue par un mécanisme indépendant de l’IFNγ mais impliquant le TNFα (Fujigaki

et al., 2001; Saito and Heyes, 1996), qui lui a une expression hippocampique exacerbée en

situation d’obésité modérée (chapitre 2). Enfin, dans l’obésité morbide, bien que nous

n’observions pas d’activation exacerbée de l’IDO dans l’hippocampe, il est envisageable

qu’une action synergique des différentes cytokines étudiées puisse activer l’IDO, et cela peut

être dans une autre structure comme l’hypothalamus (chapitre 4).

Ainsi, ce travail a permis de montrer que dans une situation d’obésité modérée, une

infection systémique va entraîner une exacerbation de l’activité et de l’expression de l’IDO

périphérique et central. De plus, bien qu’il ait déjà été démontré l’implication de l’IFNγ et du

TNFα dans l’activation de l’enzyme, notre étude permet d’une part d’identifier une

224

expression différentielle selon les structures, et d’autre part de mettre en évidence le rôle de

l’IL-6 dans l’expression de l’IDO hypothalamique des animaux obèses. Enfin, en situation

d’obésité morbide, l’activité de l’IDO ne semble pas être exacerbée mais il serait nécessaire

d’approfondir les études portant sur la réactivité du système à une infection, notamment en

évaluant la cinétique d’expression de l’IDO après injection.

In vitro, de fortes concentrations de glucocorticoïdes stimulent l’activation de l’IDO

induite par l’IFNγ, favorisant ainsi son activité anti-microbienne (Turck et al., 2005). Chez les

souris ayant une obésité modérée, la forte production plasmatique de corticostérone pourrait,

de façon similaire, être impliquée dans l’induction exacerbée de l’IDO (chapitre 1). Dans la

situation d’obésité morbide, l’hypercorticostéronémie observée n’est pas associée à une

activation exacerbée de l’IDO cérébrale (chapitre 4), mais une étude par structure permettrait

de confirmer ou de moduler ce résultat. Il a été montré que l’administration de LPS entraîne

chez des rats surrénalectomisés, une mortalité supérieure aux animaux sham (Nakano et al.,

1987), suggérant donc l’implication des glucocorticoïdes dans la forte sensibilité aux

infections chez les souris obèses. Ainsi, le régime « cafétéria » semble interférer avec la

capacité du SI à répondre de façon appropriée lors d’une infection bactérienne, mimée par

l’administration de LPS, en entraînant une production centrale et périphérique exacerbée de

cytokines inflammatoires, qui en activant l’IDO pourrait être responsable de la mise en place

des troubles de l’humeur et de la cognition associés à l’obésité (Baran et al., 1999; McElroy et

al., 2004; Scott et al., 2008). En effet, il a été montré que la diminution des concentrations en

tryptophane et donc en 5-HT induisait la mise en place de troubles de type anxieux, de type

dépressifs et de troubles cognitifs (Lieben et al., 2004; Olivier et al., 2008; Uchida et al.,

2007). De plus, les dérivés neurotoxiques produits par l’activation de l’IDO comme la QUIN

pourrait également participer à l’établissement de tels troubles (Baran et al., 1999; Heyes et

al., 1989; Ogawa et al., 1992). Dans notre modèle d’obésité DIO, la diminution de

concentration en 5-HT exacerbe les troubles cognitifs observés en conditions basales,

confirmant les données de la littérature. Mais l’établissement de ces troubles cognitifs, ainsi

que des troubles anxieux, semble indépendant de l’activation de l’IDO, suggérant

l’implication d’autres vois moléculaires comme celle de la leptine. Dans le cas de l’obésité

morbide, la situation inflammatoire qui se met en place en conditions basales, pourrait elle

aussi moduler l’activité de l’IDO, bien que cette action soit moins clairement établie.

225

Implication de Implication de Implication de Implication de l’axe HPAl’axe HPAl’axe HPAl’axe HPA

Chez l’homme, l’obésité est associée à un grand nombre de pathologies co-morbides

dont le syndrome de Cushing, se caractérisant par un excès de sécrétion de glucocorticoïdes

(Fraser et al., 1999; Marin et al., 1992; Salehi et al., 2005). La réduction significative de la

masse adipeuse chez des souris ob/ob surrénalectomisées (Dubuc et al., 1986) suggère une

relation étroite entre l’axe HPA et le développement du tissu adipeux. La consommation du

régime « cafétéria » n’entraîne pas d’altérations des taux plasmatiques de corticostérone en

conditions non stimulées (chapitre 1 et 2), contrairement à ce que l’on observe chez les

souris db/db (chapitre 4). Cette hyperactivation de l’axe HPA dans une situation d’obésité

morbide est confirmée par certaines études précédentes réalisées chez des patients souffrant

d’obésité morbide (Duclos et al., 2005; Marin et al., 1992) ou chez l’animal consommant un

régime enrichi entraînant une obésité associée à une insulinorésistance (Moraes et al., 2003).

Toutefois, la forte sécrétion de glucocorticoïdes induite par une injection de LPS (Wolf, 2002)

est exacerbée chez les souris consommant le régime « cafétéria » (chapitre 1 et 2), suggérant

une plus grande réactivité de l’axe HPA aux infections. Cette plus grande activation de l’axe

HPA pourrait être induite en réponse à la forte augmentation des taux plasmatiques de l’IL-6

observée chez les souris obèses (chapitre 1 et 2). En effet, un certain nombre d’études décrit

une relation étroite entre l’activation de l’axe HPA et la production de cytokines. Il a

notamment été décrit que l’activation chronique de l’axe HPA favoriserait le développement

d’une obésité viscérale, entraînant ainsi la production de cytokines inflammatoires par le tissu

adipeux. Réciproquement, la libération excessive de ces cytokines stimule l’axe HPA,

formant ainsi un cercle vicieux délétère (Kyrou et al., 2006). L’activation de l’axe HPA par

les cytokines inflammatoires résulte en la sécrétion de corticostérone qui réduit les

concentrations plasmatiques d’IL-6 chez l’homme, ainsi que l’expression de son ARNm

induite par le LPS (Schobitz et al., 1993). De plus, la forte production de leptine pourrait

également contribuer à l’hyperactivation de l’axe HPA. En effet, il a été montré que l’ablation

des glandes surrénales réduit les taux plasmatiques de leptine chez le rat, tandis que l’effet est

supprimé par l’administration de corticostérone (Spinedi and Gaillard, 1998).

Réciproquement, l’hypercortisolémie observée chez des souris ob/ob (Garthwaite et al.,

1980) peut être inhibée par l’administration de leptine (Stephens et al., 1995). Ainsi,

l’ensemble de ces données soutient fortement l’existence d’une relation bidirectionnelle entre

l’axe HPA et le tissu adipeux sécrétant les cytokines et la leptine. Ainsi, la dérégulation du SI

entraînerait une hyperactivation de l’axe HPA, une des cibles d’action des facteurs

226

inflammatoires, et ceci en réponse à une infection dans le cas d’une obésité modérée ou en

situation basale lors d’une obésité morbide.

Ainsi, les souris obèses présentent une production exacerbée de cytokines

inflammatoires et de corticostérone et ceci de façon corrélée à l’intensité de l’obésité. En

effet, dans le cas d’une obésité modérée, cette exacerbation apparaît en réponse au LPS, tandis

que cette situation inflammatoire est observée en situation basale dans le cas d’obésité

morbide. Cet hyperactivation des cytokines et de l’axe HPA pourrait être responsable d’une

plus grande vulnérabilité pouvant aboutir au développement de processus pathologiques tels

que l’apparition de troubles de l’humeur en réponse à un stress ou à une infection

supplémentaire (Bale, 2006; Firk and Markus, 2007) ou de troubles de la cognition (Baran et

al., 1999; King et al., 2008; Pomara et al., 2003).

En conclusion, l’ensemble de ces résultats indique que les modulations immunes et

comportementales observées dans l’obésité sont corrélées à l’intensité de l’obésité, c'est-à-

dire l’importance de la prise de poids et de ces conséquences neurobiologiques et à

l’apparition de pathologies comorbides (figure 12).

Inflammation

Obésitémodérée

Obésitémorbide

LPS ip

Inflammation

Activation HPA Activation IDO

Activation HPA Pas activation IDO

Pas activation HPA Pas activation IDO

LPS ip

Activation HPA Atténuation IDO

InflammationInflammation

Obésitémodérée

Obésitémorbide

LPS ip

Inflammation

Activation HPA Activation IDO

Activation HPA Pas activation IDO

Pas activation HPA Pas activation IDO

LPS ip

Activation HPA Atténuation IDO

Inflammation

Figure 12 : LFigure 12 : LFigure 12 : LFigure 12 : L’’’’inflammation est associinflammation est associinflammation est associinflammation est associéééée e e e àààà des modifications neuroendocrines des modifications neuroendocrines des modifications neuroendocrines des modifications neuroendocrines et neurochimiqueset neurochimiqueset neurochimiqueset neurochimiques

Inflammation

Obésitémodérée

Obésitémorbide

LPS ip

Inflammation

Activation HPA Activation IDO

Activation HPA Pas activation IDO

Pas activation HPA Pas activation IDO

LPS ip

Activation HPA Atténuation IDO

InflammationInflammation

Obésitémodérée

Obésitémorbide

LPS ip

Inflammation

Activation HPA Activation IDO

Activation HPA Pas activation IDO

Pas activation HPA Pas activation IDO

LPS ip

Activation HPA Atténuation IDO

Inflammation

Figure 12 : LFigure 12 : LFigure 12 : LFigure 12 : L’’’’inflammation est associinflammation est associinflammation est associinflammation est associéééée e e e àààà des modifications neuroendocrines des modifications neuroendocrines des modifications neuroendocrines des modifications neuroendocrines et neurochimiqueset neurochimiqueset neurochimiqueset neurochimiques

227

Malgré l’absence d’inflammation à bas bruit classiquement associée à l’obésité morbide

décrite chez l’homme, l’obésité induite par notre régime enrichi interfère avec la capacité du

SI à répondre de façon appropriée à une infection. Par contre, les souris db/db présentent une

inflammation à bas bruit, confirmant ce que l’on observe habituellement dans les obésités

morbides. Ces données sont à rapprocher des études réalisées sur des modèles animaux de

maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer ou le prion. Dans de tels

modèles, l’inflammation cérébrale est sous-tendue par l’activation chronique de la microglie

et se caractérise par une expression des cytokines cérébrales faible ou inexistante en

conditions basales (Walsh et al., 2001). Néanmoins, lorsque ces animaux sont soumis à une

injection de LPS, ces cellules induisent une production exacerbée de ces mêmes cytokines

(Cunningham et al., 2005). Ces résultats sont également observés chez des animaux âgés dont

la situation inflammatoire est assez similaire à la situation observée dans le cas de l’obésité

(Cunningham et al., 2008). Ce phénomène est appelé « priming »: lors de l’apparition d’une

pathologie à composante inflammatoire chronique, la microglie cérébrale sensibilisée par la

faible production de cytokines qui en résulte, peut alors basculer dans un état d’inflammation

actif et entraîner la production accrue de cytokines. Afin de déterminer si un tel phénomène a

lieu dans nos deux modèles d’obésité, il serait nécessaire de poursuivre par une étude de l’état

d’activation de la microglie. La mise en évidence de ce phénomène pourrait constituer un

facteur prédictif pour la prévention du développement des pathologies associées à l’obésité.

228

229

Conclusion et perspectivesConclusion et perspectivesConclusion et perspectivesConclusion et perspectives

230

231

Conclusion et perspectivesConclusion et perspectivesConclusion et perspectivesConclusion et perspectives

Au cours de ce travail de thèse, nous avons mis en évidence le rôle clé de

l’inflammation associée à l’obésité dans le développement des troubles de l’humeur et de la

cognition. Nous avons pu montré que l’intensité de la perturbation du système immunitaire est

corrélée au degré d’obésité, puisqu’une obésité modérée est associée à une altération de la

capacité du système immunitaire à répondre à une infection (chapitre 1 et 2), tandis qu’une

obésité morbide entraîne la mise en place d’un état inflammatoire même en conditions non

stimulées (chapitre 4). De plus, les modifications physiopathologiques induites par le

développement d’un état d’obésité altèrent le système immunitaire, comme en témoignent

l’activation accrue de la production de cytokines périphériques et cérébrales, en particulier

l’IL-6, l’exacerbation des réponses neurochimiques (stimulation de l’IDO pulmonaire et

cérébrale) et neuroendocriniennes (sur-activation de l’axe HPA) et de leurs conséquences sur

la réactivité comportementale. Enfin, les souris obèses présentent des altérations de leurs

capacités cognitives (chapitre 2 et 4), des troubles de type anxieux (chapitre 3 et 4), ainsi

qu’une modulation de leur réponse émotionnelle (chapitre 1 et 4) dont la mise en place dans

le temps semble se faire de façon indépendante, selon des modalités qui restent à préciser

(figure 13).

Nous avons montré que l’obésité est associée à une modulation du système

immunitaire. Lorsque l’obésité est modérée, nous n’observons pas d’inflammation à bas bruit

mais le système va répondre de façon exagérée à une infection. Quand la gravité de l’obésité

augmente, comme dans les obésités morbides, l’inflammation à bas bruit est alors visible sans

qu’aucune infection ne soit venue restimuler le système.

232

L’inflammation chronique associée aux maladies neurodégénératives telles que la

maladie d’Alzheimer ou du prion, le diabète de type 2, pourrait être responsable du

développement des troubles de l’humeur lors d’une stimulation aiguë périphérique du SI par

un processus de « priming ». En effet, il a été montré que ces pathologies étaient associées à

une augmentation du nombre de cellules microgliales cérébrales (Perry et al., 2007) qui,

sensibilisées par l’inflammation chronique, basculent dans un état d’inflammation actif et

induisent alors une production accrue de cytokines inflammatoires. Par exemple, les

Surpoids Obésité modérée Obésité morbide

Cytokines Inflammatoires

Cytokines Inflammatoires

IL-6IFNγTNFα

IDO

IDO

����

-Trp

����

Périphérie

SNC

TA

Trp-

����

- 5-HT

KYNQUIN3OH-KYN

Troubles de l’humeurTroubles de la cognition

Infection-

��������

?

Figure 13 : SchFigure 13 : SchFigure 13 : SchFigure 13 : Schééééma rma rma rma réééécapitulatifcapitulatifcapitulatifcapitulatif3OH-KYN: 3-hydroxykynurénine, 5-HT: Sérotonine, IDO: Indoléamine 2,3-dioxygénase, QUIN: Acide quinolinique, TA: Tissu adipeux, Trp: Tryptophane, SI: Système immunitaire, SNC: Système nerveux central

insuline

Surpoids Obésité modérée Obésité morbide

Cytokines Inflammatoires

Cytokines Inflammatoires

Cytokines Inflammatoires

IL-6IFNγTNFα

IDO

IDO

����

-Trp

����

Périphérie

SNC

TA

Trp-

����

- 5-HT

KYNQUIN3OH-KYN

Troubles de l’humeurTroubles de la cognition

Infection-

��������

?

Figure 13 : SchFigure 13 : SchFigure 13 : SchFigure 13 : Schééééma rma rma rma réééécapitulatifcapitulatifcapitulatifcapitulatif3OH-KYN: 3-hydroxykynurénine, 5-HT: Sérotonine, IDO: Indoléamine 2,3-dioxygénase, QUIN: Acide quinolinique, TA: Tissu adipeux, Trp: Tryptophane, SI: Système immunitaire, SNC: Système nerveux central

insuline

233

macrophages exposés à l’IFNγ seront alors dans un état « latent » se caractérisant par une

exacerbation de l’expression membranaire des récepteurs de la famille des TLRs et de

l’activation des voies de signalisation associées (Dantzer et al., 2008). Ainsi, un second

stimulus tel que le LPS entraînera l’activation des cellules et une réponse inflammatoire

exacerbée. Dans ces conditions inflammatoires chroniques, une décompensation des

mécanismes régulant le comportement de maladie pourrait avoir lieu, entraînant la mise en

place d’une symptomatologie dépressive. Il serait donc intéressant de déterminer si un tel

processus pourrait être envisagé dans notre contexte d’obésité modérée où nous avons mis en

évidence une plus grande vulnérabilité des animaux aux infections, mais également dans notre

modèle d’obésité morbide qui s’accompagne de pathologies comme le diabète de type 2.

L’étude de l’activation microgliale cérébrale chez les souris consommant le régime

enrichi et chez les souris db/db serait une suite logique et nécessaire à l’identification des

mécanismes impliqués dans la sensibilisation du SI. Des premiers résultats portant sur

l’expression hippocampique de TLR4 et TLR2 montrent que dans notre modèle d’obésité

modérée, l’expression des récepteurs est la même chez les souris obèses et chez les souris

minces, que ce soit en basal ou 24 h après l’injection de LPS (chapitre 4), mais il serait

nécessaire de regarder cette expression des récepteurs d’une part dans les 2 h qui suivent

l’infection et d’autre part dans une autre structure comme l’hypothalamus. En situation

d’obésité morbide, nous ne mettons pas en évidence de différence d’expression des récepteurs

en situation basale mais il reste à étudier leur expression après une infection sytémique

induisant une forte activation de la microglie.

De plus, l’inflammation centrale observée peut être le résultat de l’exacerbation de

l’inflammation périphérique et donc de l’augmentation de la production de cytokines

périphériques. Afin d’évaluer l’impact de l’inflammation périphérique sur l’expression

centrale des cytokines, il serait interesser d’évaluer l’expression centrale des récepteurs de

l’IL-6, la cytokine principalement produite dans nos modèles d’obésité.

Enfin, il serait interessant d’évaluer la concentration plasmatique et l’expression du

récepteur p75 soluble du TNF puisque de récentes données montrent qu’il est un des premiers

marqueurs inflammatoires affectés dans une situation d’inflammation chronique (Morlat et

al., 2008). Cette mesure nous permettrait éventuellement d’identifier la mise en place d’un

état inflammatoire dans un contexte d’obésité modérée.

234

Nous avons également montré que ces situations d’obésité s’accompagnent d’une

activation de l’IDO et de l’axe HPA, ainsi que de troubles de l’humeur et de la cognition. Or

l’activation de l’IDO va entraîner d’une part la dégradation du Trp au détriment de la

sérotonine, mais d’autre part la production de composés neuroactifs issus de la dégradation du

Trp tels que le QUIN et le 3OH-KYN. Il a été montré que ces composés neurotoxiques

favoriseraient la libération de radicaux libres entraînant la mort neuronale décrite dans les

pathologies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer, la malaria, le VIH (Burudi

et al., 2002; Guillemin et al., 2005b; Hansen et al., 2000). Ainsi, l’administration de KYN

entraîne la mise en place de troubles de l’humeur, de façon dose-dépendante (O'Connor et al.,

2008). De plus, le QUIN est un agoniste des récepteurs glutamatergiques NMDA et un certain

nombre d’études indique une perturbation de la neurotransmission glutamatergique dans la

symptomatologie dépressive (Muller and Schwarz, 2007). Ainsi, l’administration de MK-801,

antagoniste des récepteurs NMDA et connu pour diminuer la durée d’immobilité dans le FST

(Maj et al., 1992), pourrait être envisagée pour vérifier le rôle du QUIN dans l’apparition des

troubles de l’humeur lors d’une stimulation du SI. De plus, il a été montré que les cerveaux

des patients atteints de maladie d’Alzheimer présentent un métabolisme de la kynurénine

élevé. Le blocage des récepteurs NMDA par la KYNA pourrait être responsable de

l’altération de la mémoire, de l’apprentissage et de la cognition chez les patients atteints

d’Alzheimer (Baran et al., 1999). Afin de vérifier l’implication des différents composés

neuroactifs issus de la dégradation du Trp dans le développement des troubles de l’humeur et

de la cognition, il serait intéressant de mesurer l’état d’activation et d’expression des

différentes enzymes impliquées dans la voie de la KYN telles que la kynurenine 3-

hydroxylase ou la kynurenine aminotransférase dans nos différents modèles, ainsi que les

conséquences potentielles de leur blocage sur la mise en place des différents troubles

comportementaux associés à l’obésité. Des données préliminaires semblent indiquer une

augmentation de l’expression de kynurenine 3-hydroxylase, plutôt neurotoxique, au détriment

de celle de kynurenine aminotransférase, neuroprotectrice (Connor et al., 2008).

Enfin, nous avons montré que l’intensité des troubles du comportement observés était

corrélée à l’intensité de l’obésité et que ces troubles apparaissaient selon un décours temporel

particulier dont les modalités restent à préciser. Afin de mieux appréhender cette évolution

des troubles, il serait intéressant de réaliser une étude cinétique en analysant les paramètres

immunitaires, neuroendocriniens et neurochimiques à différents moments clés du

développement. De plus, comme l’intensité de l’obésité a un impact sur le développement des

235

troubles, l’étude des conséquences de l'obésité et de l'inflammation au cours du

développement pré- et post-natal sur l'humeur et les performances cognitives de la

descendance semble être particulièrement intéressante. En effet, au cours de la période

néonatale, le cerveau du foetus est particulièrement sensible aux infections et surexprime dans

ce cas des cytokines inflammatoires. Ce taux anormalement élevé de cytokines

inflammatoires altère l’activité de nombreux systèmes de neurotransmission jouant un rôle clé

lors du développement (Barkhudaryan and Dunn, 1999). Il a également un effet neurotoxique

(Cai et al., 2000; Hagberg and Mallard, 2005; Urakubo et al., 2001) notamment via

l’établissement d’une boucle d’amplification impliquant les radicaux libres oxygénés (Malek

et al., 2001) auxquels le cerveau est particulièrement sensible puisqu’il est pauvre en enzyme

anti-oxydante (Nishida et al., 1994). De plus, il a été montré que les cerveaux de rats

nouveaux-nés étaient sensibles à l’action d’inhibiteur de la kynurenine 3-hydroxylase

favorisant alors la production d’acide kynurénique (Ceresoli-Borroni et al., 2007). Les

premiers résultats que nous avons obtenus dans ce type d’expériences montrent que chez des

souris issues de mères obèses ayant reçu un régime enrichi, des troubles cognitifs se mettent

en place précocement chez les souris mâles, mais pas chez les femelles. De plus, dans l’état

actuel de nos résultats, nous n’observons pas de troubles de type anxieux ce qui laisse

suggérer que, comme nous l’avons décrit dans ce travail de thèse, les symptômes de type

anxieux apparaissent plus tardivement.

En conclusion, ces résultats originaux permettent de mettre en évidence le rôle clé de

l’inflammation associée à l’obésité dans le développement des troubles de l’humeur et de la

cognition. L’élargissement de cette étude par les perspectives évoquées précédemment

pourrait ainsi contribuer à l’identification de cibles moléculaires potentielles pour le

développement de nouvelles stratégies thérapeutiques ou nutritionnelles visant à améliorer la

qualité de vie des patients obèses et prévenir au mieux le développement des pathologies

comorbides associées à l’obésité.

236

237

BibliographieBibliographieBibliographieBibliographie

238

239

Abraham, W.C., Williams, J.M., 2008. LTP maintenance and its protein synthesis-dependence.

Neurobiology of learning and memory 89, 260-268.

Ader, R., Cohen, N., Felten, D., 1995. Psychoneuroimmunology: interactions between the nervous

system and the immune system. Lancet 345, 99-103.

Aderka, D., Le, J.M., Vilcek, J., 1989. IL-6 inhibits lipopolysaccharide-induced tumor necrosis factor

production in cultured human monocytes, U937 cells, and in mice. J Immunol 143, 3517-3523.

Ahima, R.S., Flier, J.S., 2000a. Adipose tissue as an endocrine organ. Trends Endocrinol Metab 11,

327-332.

Ahima, R.S., Flier, J.S., 2000b. Leptin. Annual review of physiology 62, 413-437.

Akanmu, M.A., Nwabudike, N.L., Ilesanmi, O.R., 2008. Analgesic, learning and memory and

anxiolytic effects of insulin in mice. Behavioural brain research.

Akira, S., Hirano, T., Taga, T., Kishimoto, T., 1990. Biology of multifunctional cytokines: IL 6 and

related molecules (IL 1 and TNF). Faseb J 4, 2860-2867.

Aloisi, F., 2001. Immune function of microglia. Glia 36, 165-179.

Amar, S., Zhou, Q., Shaik-Dasthagirisaheb, Y., Leeman, S., 2007a. Diet-induced obesity in mice

causes changes in immune responses and bone loss manifested by bacterial challenge. Proceedings of

the National Academy of Sciences of the United States of America 104, 20466-20471.

Amar, S., Zhou, Q., Shaik-Dasthagirisaheb, Y., Leeman, S., 2007b. Diet-induced obesity in mice

causes changes in immune responses and bone loss manifested by bacterial challenge. Proc. Natl.

Acad. Sci. U S A 104, 20466-20471.

Anand, B.K., Brobeck, J.R., 1951. Localization of a "feeding center" in the hypothalamus of the rat.

Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine. Society for Experimental Biology

and Medicine (New York, N.Y 77, 323-324.

Anderson, S.E., Cohen, P., Naumova, E.N., Jacques, P.F., Must, A., 2007. Adolescent obesity and risk

for subsequent major depressive disorder and anxiety disorder: prospective evidence. Psychosomatic

medicine 69, 740-747.

Andre, C., Dinel, A.L., Layé, S., Castanon, N., 2008a. Diet-induced obesity in mice exacerbates

neuroinflammation and sickness elicited by systemic infection. Submitted.

Andre, C., O'Connor, J.C., Kelley, K.W., Lestage, J., Dantzer, R., Castanon, N., 2008b. Spatio-

temporal differences in the profile of murine brain expression of proinflammatory cytokines and

indoleamine 2,3-dioxygenase in response to peripheral lipopolysaccharide administration. Journal of

neuroimmunology 200, 90-99.

Appolinario, J.C., Bueno, J.R., Coutinho, W., 2004. Psychotropic drugs in the treatment of obesity:

what promise? CNS drugs 18, 629-651.

Apter, S.J., Eriksson, C.J., 2006. The role of social isolation in the effects of alcohol on corticosterone

and testosterone levels of alcohol-preferring and non-preferring rats. Alcohol and alcoholism (Oxford,

Oxfordshire) 41, 33-38.

240

Arango, V., Underwood, M.D., Gubbi, A.V., Mann, J.J., 1995. Localized alterations in pre- and

postsynaptic serotonin binding sites in the ventrolateral prefrontal cortex of suicide victims. Brain

research 688, 121-133.

Archer, Z.A., Mercer, J.G., 2007. Brain responses to obesogenic diets and diet-induced obesity. The

Proceedings of the Nutrition Society 66, 124-130.

Armario, A., Hernandez, J., Bluethmann, H., Hidalgo, J., 1998. IL-6 deficiency leads to increased

emotionality in mice: evidence in transgenic mice carrying a null mutation for IL-6. Journal of

neuroimmunology 92, 160-169.

Asakawa, A., Inui, A., Inui, T., Katsuura, G., Fujino, M.A., Kasuga, M., 2003. Leptin treatment

ameliorates anxiety in ob/ob obese mice. Journal of diabetes and its complications 17, 105-107.

Ashley, D.V., Fleury, M.O., Golay, A., Maeder, E., Leathwood, P.D., 1985. Evidence for diminished

brain 5-hydroxytryptamine biosynthesis in obese diabetic and non-diabetic humans. The American

journal of clinical nutrition 42, 1240-1245.

Atkins, E., 1960. Pathogenesis of fever. Physiological reviews 40, 580-646.

Avitsur, R., Pollak, Y., Yirmiya, R., 1997. Administration of interleukin-1 into the hypothalamic

paraventricular nucleus induces febrile and behavioral effects. Neuroimmunomodulation 4, 258-265.

Backhed, F., Ding, H., Wang, T., Hooper, L.V., Koh, G.Y., Nagy, A., Semenkovich, C.F., Gordon,

J.I., 2004. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage. Proceedings of the

National Academy of Sciences of the United States of America 101, 15718-15723.

Backhed, F., Manchester, J.K., Semenkovich, C.F., Gordon, J.I., 2007. Mechanisms underlying the

resistance to diet-induced obesity in germ-free mice. Proceedings of the National Academy of

Sciences of the United States of America 104, 979-984.

Badawy, A.A., Evans, M., 1981. Inhibition of rat liver tryptophan pyrrolase activity and elevation of

brain tryptophan concentration by administration of antidepressants. Biochemical pharmacology 30,

1211-1216.

Baddeley, A., 2000. The episodic buffer: a new component of working memory? Trends in cognitive

sciences 4, 417-423.

Bado, A., Levasseur, S., Attoub, S., Kermorgant, S., Laigneau, J.P., Bortoluzzi, M.N., Moizo, L.,

Lehy, T., Guerre-Millo, M., Le Marchand-Brustel, Y., Lewin, M.J., 1998. The stomach is a source of

leptin. Nature 394, 790-793.

Baldwin, D., Rudge, S., 1995. The role of serotonin in depression and anxiety. International clinical

psychopharmacology 9 Suppl 4, 41-45.

Bale, T.L., 2006. Stress sensitivity and the development of affective disorders. Hormones and

behavior 50, 529-533.

Ballou, S.P., Lozanski, G., 1992. Induction of inflammatory cytokine release from cultured human

monocytes by C-reactive protein. Cytokine 4, 361-368.

241

Banki, C.M., Bissette, G., Arato, M., O'Connor, L., Nemeroff, C.B., 1987. CSF corticotropin-releasing

factor-like immunoreactivity in depression and schizophrenia. The American journal of psychiatry

144, 873-877.

Banks, W.A., Kastin, A.J., Gutierrez, E.G., 1994. Penetration of interleukin-6 across the murine blood-

brain barrier. Neuroscience letters 179, 53-56.

Banks, W.A., Ortiz, L., Plotkin, S.R., Kastin, A.J., 1991. Human interleukin (IL) 1 alpha, murine IL-1

alpha and murine IL-1 beta are transported from blood to brain in the mouse by a shared saturable

mechanism. The Journal of pharmacology and experimental therapeutics 259, 988-996.

Baran, H., Jellinger, K., Deecke, L., 1999. Kynurenine metabolism in Alzheimer's disease. J Neural

Transm 106, 165-181.

Barat, P., Duclos, M., Moisan, M.P., Mormede, P., 2008. [Involvement of hypothalamopituitary

adrenal axis in abdominal obesity]. Arch Pediatr 15, 170-178.

Barkhudaryan, N., Dunn, A.J., 1999. Molecular mechanisms of actions of interleukin-6 on the brain,

with special reference to serotonin and the hypothalamo-pituitary-adrenocortical axis. Neurochemical

research 24, 1169-1180.

Barrett-Connor, E., Edelstein, S., Corey-Bloom, J., Wiederholt, W., 1998. Weight loss precedes

dementia in community-dwelling older adults. The journal of nutrition, health & aging 2, 113-114.

Barrientos, R.M., Higgins, E.A., Biedenkapp, J.C., Sprunger, D.B., Wright-Hardesty, K.J., Watkins,

L.R., Rudy, J.W., Maier, S.F., 2006. Peripheral infection and aging interact to impair hippocampal

memory consolidation. Neurobiology of aging 27, 723-732.

Basdevant, A., Laville, M., Ziegler, O., 2002. Recommendations for the diagnosis, the prevention and

the treatment of obesity. Diabetes Metab 28, 146-150.

Baskin, D.G., Hahn, T.M., Schwartz, M.W., 1999. Leptin sensitive neurons in the hypothalamus.

Hormone and metabolic research. Hormon- und Stoffwechselforschung 31, 345-350.

Bastard, J.P., Jardel, C., Bruckert, E., Vidal, H., Hainque, B., 2000. Variations in plasma soluble

tumour necrosis factor receptors after diet-induced weight loss in obesity. Diabetes, obesity &

metabolism 2, 323-325.

Bastard, J.P., Jardel, C., Delattre, J., Hainque, B., Bruckert, E., Oberlin, F., 1999. Evidence for a link

between adipose tissue interleukin-6 content and serum C-reactive protein concentrations in obese

subjects. Circulation 99, 2221-2222.

Batchelor, B.R., Penner, J., Hirsch, J., Stern, J.S., 1976. Effects of hypophysectomy and acute growth

hormone treatment upon glucose metabolism in adipose tissues and isolated adipocytes of rats.

Hormone and metabolic research. Hormon- und Stoffwechselforschung 8, 24-33.

Baumann, H., Gauldie, J., 1994. The acute phase response. Immunology today 15, 74-80.

Baumann, H., Morella, K.K., White, D.W., Dembski, M., Bailon, P.S., Kim, H., Lai, C.F., Tartaglia,

L.A., 1996. The full-length leptin receptor has signaling capabilities of interleukin 6-type cytokine

242

receptors. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 93,

8374-8378.

Baybutt, H.N., Holsboer, F., 1990. Inhibition of macrophage differentiation and function by cortisol.

Endocrinology 127, 476-480.

Bear, M.F., Malenka, R.C., 1994. Synaptic plasticity: LTP and LTD. Current opinion in neurobiology

4, 389-399.

Becker, E.S., Margraf, J., Turke, V., Soeder, U., Neumer, S., 2001. Obesity and mental illness in a

representative sample of young women. Int J Obes Relat Metab Disord 25 Suppl 1, S5-9.

Bedoui, S., Velkoska, E., Bozinovski, S., Jones, J.E., Anderson, G.P., Morris, M.J., 2005. Unaltered

TNF-alpha production by macrophages and monocytes in diet-induced obesity in the rat. Journal of

inflammation (London, England) 2, 2.

Bellinger, F.P., Madamba, S., Siggins, G.R., 1993. Interleukin 1 beta inhibits synaptic strength and

long-term potentiation in the rat CA1 hippocampus. Brain research 628, 227-234.

Bellinger, F.P., Madamba, S.G., Campbell, I.L., Siggins, G.R., 1995. Reduced long-term potentiation

in the dentate gyrus of transgenic mice with cerebral overexpression of interleukin-6. Neuroscience

letters 198, 95-98.

Belzung, C., Griebel, G., 2001. Measuring normal and pathological anxiety-like behaviour in mice: a

review. Behavioural brain research 125, 141-149.

Benveniste, E.N., Tang, L.P., Law, R.M., 1995. Differential regulation of astrocyte TNF-alpha

expression by the cytokines TGF-beta, IL-6 and IL-10. Int J Dev Neurosci 13, 341-349.

Berczi, I., Bertok, L., Chow, D.A., 2000. Natural immunity and neuroimmune host defense. Annals of

the New York Academy of Sciences 917, 248-257.

Berkenbosch, F., van Oers, J., del Rey, A., Tilders, F., Besedovsky, H., 1987. Corticotropin-releasing

factor-producing neurons in the rat activated by interleukin-1. Science (New York, N.Y 238, 524-526.

Berkowitz, D.E., Brown, D., Lee, K.M., Emala, C., Palmer, D., An, Y., Breslow, M., 1998.

Endotoxin-induced alteration in the expression of leptin and beta3-adrenergic receptor in adipose

tissue. The American journal of physiology 274, E992-997.

Berraondo, B., Bonafonte, A., Fernandez-Otero, M.P., Martinez, J.A., 1997. Effects on energy

utilization of a beta3-adrenergic agonist in rats fed on a cafeteria diet. Eat Weight Disord 2, 130-137.

Berthoud, H.R., 2002. Multiple neural systems controlling food intake and body weight. Neuroscience

and biobehavioral reviews 26, 393-428.

Besedovsky, H.O., del Rey, A., Klusman, I., Furukawa, H., Monge Arditi, G., Kabiersch, A., 1991.

Cytokines as modulators of the hypothalamus-pituitary-adrenal axis. The Journal of steroid

biochemistry and molecular biology 40, 613-618.

Bjorbaek, C., Elmquist, J.K., Frantz, J.D., Shoelson, S.E., Flier, J.S., 1998. Identification of SOCS-3

as a potential mediator of central leptin resistance. Molecular cell 1, 619-625.

243

Bjorntorp, P., Rosmond, R., 2000. Obesity and cortisol. Nutrition (Burbank, Los Angeles County,

Calif 16, 924-936.

Blouin, K., Boivin, A., Tchernof, A., 2008. Androgens and body fat distribution. The Journal of

steroid biochemistry and molecular biology 108, 272-280.

Bluthe, R.M., Beaudu, C., Kelley, K.W., Dantzer, R., 1995. Differential effects of IL-1ra on sickness

behavior and weight loss induced by IL-1 in rats. Brain research 677, 171-176.

Bluthe, R.M., Dantzer, R., Kelley, K.W., 1992. Effects of interleukin-1 receptor antagonist on the

behavioral effects of lipopolysaccharide in rat. Brain research 573, 318-320.

Bluthe, R.M., Dantzer, R., Kelley, K.W., 1997. Central mediation of the effects of interleukin-1 on

social exploration and body weight in mice. Psychoneuroendocrinology 22, 1-11.

Bluthe, R.M., Laye, S., Michaud, B., Combe, C., Dantzer, R., Parnet, P., 2000a. Role of interleukin-

1beta and tumour necrosis factor-alpha in lipopolysaccharide-induced sickness behaviour: a study with

interleukin-1 type I receptor-deficient mice. The European journal of neuroscience 12, 4447-4456.

Bluthe, R.M., Michaud, B., Kelley, K.W., Dantzer, R., 1996a. Vagotomy attenuates behavioural

effects of interleukin-1 injected peripherally but not centrally. Neuroreport 7, 1485-1488.

Bluthe, R.M., Michaud, B., Kelley, K.W., Dantzer, R., 1996b. Vagotomy blocks behavioural effects of

interleukin-1 injected via the intraperitoneal route but not via other systemic routes. Neuroreport 7,

2823-2827.

Bluthe, R.M., Michaud, B., Poli, V., Dantzer, R., 2000b. Role of IL-6 in cytokine-induced sickness

behavior: a study with IL-6 deficient mice. Physiology & behavior 70, 367-373.

Bluthe, R.M., Pawlowski, M., Suarez, S., Parnet, P., Pittman, Q., Kelley, K.W., Dantzer, R., 1994.

Synergy between tumor necrosis factor alpha and interleukin-1 in the induction of sickness behavior in

mice. Psychoneuroendocrinology 19, 197-207.

Bobrowski, W.F., McDuffie, J.E., Sobocinski, G., Chupka, J., Olle, E., Bowman, A., Albassam, M.,

2005. Comparative methods for multiplex analysis of cytokine protein expression in plasma of

lipopolysaccharide-treated mice. Cytokine 32, 194-198.

Bonaccorso, S., Puzella, A., Marino, V., Pasquini, M., Biondi, M., Artini, M., Almerighi, C., Levrero,

M., Egyed, B., Bosmans, E., Meltzer, H.Y., Maes, M., 2001. Immunotherapy with interferon-alpha in

patients affected by chronic hepatitis C induces an intercorrelated stimulation of the cytokine network

and an increase in depressive and anxiety symptoms. Psychiatry research 105, 45-55.

Boulant, J.A., 2000. Role of the preoptic-anterior hypothalamus in thermoregulation and fever. Clin

Infect Dis 31 Suppl 5, S157-161.

Braddon, F.E., Rodgers, B., Wadsworth, M.E., Davies, J.M., 1986. Onset of obesity in a 36 year birth

cohort study. British medical journal (Clinical research ed 293, 299-303.

Braida, D., Sacerdote, P., Panerai, A.E., Bianchi, M., Aloisi, A.M., Iosue, S., Sala, M., 2004.

Cognitive function in young and adult IL (interleukin)-6 deficient mice. Behavioural brain research

153, 423-429.

244

Brandacher, G., Hoeller, E., Fuchs, D., Weiss, H.G., 2007. Chronic immune activation underlies

morbid obesity: is IDO a key player? Current drug metabolism 8, 289-295.

Brandacher, G., Winkler, C., Aigner, F., Schwelberger, H., Schroecksnadel, K., Margreiter, R., Fuchs,

D., Weiss, H.G., 2006. Bariatric surgery cannot prevent tryptophan depletion due to chronic immune

activation in morbidly obese patients. Obes Surg 16, 541-548.

Breum, L., Rasmussen, M.H., Hilsted, J., Fernstrom, J.D., 2003. Twenty-four-hour plasma tryptophan

concentrations and ratios are below normal in obese subjects and are not normalized by substantial

weight reduction. The American journal of clinical nutrition 77, 1112-1118.

Broberger, C., Johansen, J., Johansson, C., Schalling, M., Hokfelt, T., 1998. The neuropeptide

Y/agouti gene-related protein (AGRP) brain circuitry in normal, anorectic, and monosodium

glutamate-treated mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of

America 95, 15043-15048.

Brochu, S., Olivier, M., Rivest, S., 1999. Neuronal activity and transcription of proinflammatory

cytokines, IkappaBalpha, and iNOS in the mouse brain during acute endotoxemia and chronic

infection with Trypanosoma brucei brucei. Journal of neuroscience research 57, 801-816.

Brouckaert, P., Libert, C., Everaerdt, B., Takahashi, N., Cauwels, A., Fiers, W., 1993. Tumor necrosis

factor, its receptors and the connection with interleukin 1 and interleukin 6. Immunobiology 187, 317-

329.

Brown, R.R., Lee, C.M., Kohler, P.C., Hank, J.A., Storer, B.E., Sondel, P.M., 1989. Altered

tryptophan and neopterin metabolism in cancer patients treated with recombinant interleukin 2. Cancer

research 49, 4941-4944.

Brugman, S., Klatter, F.A., Visser, J.T., Wildeboer-Veloo, A.C., Harmsen, H.J., Rozing, J., Bos, N.A.,

2006. Antibiotic treatment partially protects against type 1 diabetes in the Bio-Breeding diabetes-

prone rat. Is the gut flora involved in the development of type 1 diabetes? Diabetologia 49, 2105-2108.

Brunda, M.J., 1994. Interleukin-12. Journal of leukocyte biology 55, 280-288.

Buhot, M.C., Malleret, G., Segu, L., 1999. Serotonin receptors and cognitive behaviour--an update.

IDrugs 2, 426-437.

Bullo, M., Garcia-Lorda, P., Megias, I., Salas-Salvado, J., 2003. Systemic inflammation, adipose

tissue tumor necrosis factor, and leptin expression. Obes Res 11, 525-531.

Burudi, E.M., Marcondes, M.C., Watry, D.D., Zandonatti, M., Taffe, M.A., Fox, H.S., 2002.

Regulation of indoleamine 2,3-dioxygenase expression in simian immunodeficiency virus-infected

monkey brains. Journal of virology 76, 12233-12241.

Byrne, G.I., Lehmann, L.K., Landry, G.J., 1986. Induction of tryptophan catabolism is the mechanism

for gamma-interferon-mediated inhibition of intracellular Chlamydia psittaci replication in T24 cells.

Infection and immunity 53, 347-351.

Cabre, E., Gassull, M.A., 2003. Nutritional and metabolic issues in inflammatory bowel disease.

Current opinion in clinical nutrition and metabolic care 6, 569-576.

245

Cai, Z., Pan, Z.L., Pang, Y., Evans, O.B., Rhodes, P.G., 2000. Cytokine induction in fetal rat brains

and brain injury in neonatal rats after maternal lipopolysaccharide administration. Pediatric research

47, 64-72.

Cancello, R., Clement, K., 2006. Is obesity an inflammatory illness? Role of low-grade inflammation

and macrophage infiltration in human white adipose tissue. Bjog 113, 1141-1147.

Cani, P.D., Amar, J., Iglesias, M.A., Poggi, M., Knauf, C., Bastelica, D., Neyrinck, A.M., Fava, F.,

Tuohy, K.M., Chabo, C., Waget, A., Delmee, E., Cousin, B., Sulpice, T., Chamontin, B., Ferrieres, J.,

Tanti, J.F., Gibson, G.R., Casteilla, L., Delzenne, N.M., Alessi, M.C., Burcelin, R., 2007a. Metabolic

endotoxemia initiates obesity and insulin resistance. Diabetes 56, 1761-1772.

Cani, P.D., Delzenne, N.M., Amar, J., Burcelin, R., 2008. Role of gut microflora in the development

of obesity and insulin resistance following high-fat diet feeding. Pathologie-biologie 56, 305-309.

Cani, P.D., Neyrinck, A.M., Fava, F., Knauf, C., Burcelin, R.G., Tuohy, K.M., Gibson, G.R.,

Delzenne, N.M., 2007b. Selective increases of bifidobacteria in gut microflora improve high-fat-diet-

induced diabetes in mice through a mechanism associated with endotoxaemia. Diabetologia 50, 2374-

2383.

Capuron, L., Dantzer, R., 2003. Cytokines and depression: the need for a new paradigm. Brain,

behavior, and immunity 17 Suppl 1, S119-124.

Capuron, L., Lamarque, D., Dantzer, R., Goodall, G., 1999. Attentional and mnemonic deficits

associated with infectious disease in humans. Psychological medicine 29, 291-297.

Capuron, L., Raison, C.L., Musselman, D.L., Lawson, D.H., Nemeroff, C.B., Miller, A.H., 2003.

Association of exaggerated HPA axis response to the initial injection of interferon-alpha with

development of depression during interferon-alpha therapy. The American journal of psychiatry 160,

1342-1345.

Capuron, L., Ravaud, A., Dantzer, R., 2001. Timing and specificity of the cognitive changes induced

by interleukin-2 and interferon-alpha treatments in cancer patients. Psychosomatic medicine 63, 376-

386.

Capuron, L., Su, S., Miller, A.H., Bremner, J.D., Goldberg, J., Vogt, G.J., Maisano, C., Jones, L.,

Murrah, N.V., Vaccarino, V., 2008. Depressive symptoms and metabolic syndrome: is inflammation

the underlying link? Biological psychiatry 64, 896-900.

Carlin, J.M., Borden, E.C., Sondel, P.M., Byrne, G.I., 1989. Interferon-induced indoleamine 2,3-

dioxygenase activity in human mononuclear phagocytes. Journal of leukocyte biology 45, 29-34.

Carpenter, K.M., Hasin, D.S., Allison, D.B., Faith, M.S., 2000. Relationships between obesity and

DSM-IV major depressive disorder, suicide ideation, and suicide attempts: results from a general

population study. American journal of public health 90, 251-257.

Carroll, L., Voisey, J., van Daal, A., 2004. Mouse models of obesity. Clinics in dermatology 22, 345-

349.

246

Castanon, N., Medina, C., Mormede, C., Dantzer, R., 2004. Chronic administration of tianeptine

balances lipopolysaccharide-induced expression of cytokines in the spleen and hypothalamus of rats.

Psychoneuroendocrinology 29, 778-790.

Castonguay, T.W., Dallman, M.F., Stern, J.S., 1986. Some metabolic and behavioral effects of

adrenalectomy on obese Zucker rats. The American journal of physiology 251, R923-933.

Cavaillon, J.M., 1993. [Contribution of cytokines to inflammatory mechanisms]. Pathologie-biologie

41, 799-811.

Cavaillon, J.M., Haeffner-Cavaillon, N., 1993. [Cytokines and inflammation]. La Revue du praticien

43, 547-552.

Ceresoli-Borroni, G., Guidetti, P., Amori, L., Pellicciari, R., Schwarcz, R., 2007. Perinatal kynurenine

3-hydroxylase inhibition in rodents: pathophysiological implications. Journal of neuroscience research

85, 845-854.

Chai, Z., Gatti, S., Toniatti, C., Poli, V., Bartfai, T., 1996. Interleukin (IL)-6 gene expression in the

central nervous system is necessary for fever response to lipopolysaccharide or IL-1 beta: a study on

IL-6-deficient mice. The Journal of experimental medicine 183, 311-316.

Chantry, D., Turner, M., Abney, E., Feldmann, M., 1989. Modulation of cytokine production by

transforming growth factor-beta. J Immunol 142, 4295-4300.

Chaouloff, F., Berton, O., Mormede, P., 1999. Serotonin and stress. Neuropsychopharmacology 21,

28S-32S.

Charles, M.A., Eschwege, E., Basdevant, A., 2008. Monitoring the Obesity Epidemic in France: The

Obepi Surveys 1997-2006. Obesity (Silver Spring, Md.

Charnay, Y., Cusin, I., Vallet, P.G., Muzzin, P., Rohner-Jeanrenaud, F., Bouras, C., 2000.

Intracerebroventricular infusion of leptin decreases serotonin transporter binding sites in the frontal

cortex of the rat. Neuroscience letters 283, 89-92.

Chen, A., Mumick, S., Zhang, C., Lamb, J., Dai, H., Weingarth, D., Mudgett, J., Chen, H., MacNeil,

D.J., Reitman, M.L., Qian, S., 2005. Diet induction of monocyte chemoattractant protein-1 and its

impact on obesity. Obes Res 13, 1311-1320.

Chen, G., Chen, K.S., Knox, J., Inglis, J., Bernard, A., Martin, S.J., Justice, A., McConlogue, L.,

Games, D., Freedman, S.B., Morris, R.G., 2000. A learning deficit related to age and beta-amyloid

plaques in a mouse model of Alzheimer's disease. Nature 408, 975-979.

Chen, J., Buchanan, J.B., Sparkman, N.L., Godbout, J.P., Freund, G.G., Johnson, R.W., 2008.

Neuroinflammation and disruption in working memory in aged mice after acute stimulation of the

peripheral innate immune system. Brain, behavior, and immunity 22, 301-311.

Chen, Q., Carroll, H.P., Gadina, M., 2006. The newest interleukins: recent additions to the ever-

growing cytokine family. Vitamins and hormones 74, 207-228.

247

Chourbaji, S., Urani, A., Inta, I., Sanchis-Segura, C., Brandwein, C., Zink, M., Schwaninger, M., Gass,

P., 2006. IL-6 knockout mice exhibit resistance to stress-induced development of depression-like

behaviors. Neurobiology of disease 23, 587-594.

Chrousos, G.P., Kino, T., 2007. Glucocorticoid action networks and complex psychiatric and/or

somatic disorders. Stress (Amsterdam, Netherlands) 10, 213-219.

Clement, K., Vaisse, C., Lahlou, N., Cabrol, S., Pelloux, V., Cassuto, D., Gourmelen, M., Dina, C.,

Chambaz, J., Lacorte, J.M., Basdevant, A., Bougneres, P., Lebouc, Y., Froguel, P., Guy-Grand, B.,

1998. A mutation in the human leptin receptor gene causes obesity and pituitary dysfunction. Nature

392, 398-401.

Clement, K., Viguerie, N., Poitou, C., Carette, C., Pelloux, V., Curat, C.A., Sicard, A., Rome, S.,

Benis, A., Zucker, J.D., Vidal, H., Laville, M., Barsh, G.S., Basdevant, A., Stich, V., Cancello, R.,

Langin, D., 2004. Weight loss regulates inflammation-related genes in white adipose tissue of obese

subjects. Faseb J 18, 1657-1669.

Coleman, D.L., Burkart, D.L., 1977. Plasma corticosterone concentrations in diabetic (db) mice.

Diabetologia 13, 25-26.

Collier, G.H., 1985. Satiety: an ecological perspective. Brain research bulletin 14, 693-700.

Collin, M., Hakansson-Ovesjo, M.L., Misane, I., Ogren, S.O., Meister, B., 2000. Decreased 5-HT

transporter mRNA in neurons of the dorsal raphe nucleus and behavioral depression in the obese

leptin-deficient ob/ob mouse. Brain Res Mol Brain Res 81, 51-61.

Collison, L.W., Workman, C.J., Kuo, T.T., Boyd, K., Wang, Y., Vignali, K.M., Cross, R., Sehy, D.,

Blumberg, R.S., Vignali, D.A., 2007. The inhibitory cytokine IL-35 contributes to regulatory T-cell

function. Nature 450, 566-569.

Connor, T.J., Song, C., Leonard, B.E., Merali, Z., Anisman, H., 1998. An assessment of the effects of

central interleukin-1beta, -2, -6, and tumor necrosis factor-alpha administration on some behavioural,

neurochemical, endocrine and immune parameters in the rat. Neuroscience 84, 923-933.

Connor, T.J., Starr, N., O'Sullivan, J.B., Harkin, A., 2008. Induction of indolamine 2,3-dioxygenase

and kynurenine 3-monooxygenase in rat brain following a systemic inflammatory challenge: a role for

IFN-gamma? Neuroscience letters 441, 29-34.

Conrad, C.D., Galea, L.A., Kuroda, Y., McEwen, B.S., 1996. Chronic stress impairs rat spatial

memory on the Y maze, and this effect is blocked by tianeptine pretreatment. Behavioral neuroscience

110, 1321-1334.

Considine, R.V., Sinha, M.K., Heiman, M.L., Kriauciunas, A., Stephens, T.W., Nyce, M.R.,

Ohannesian, J.P., Marco, C.C., McKee, L.J., Bauer, T.L., et al., 1996. Serum immunoreactive-leptin

concentrations in normal-weight and obese humans. The New England journal of medicine 334, 292-

295.

Coppack, S.W., 2001. Pro-inflammatory cytokines and adipose tissue. The Proceedings of the

Nutrition Society 60, 349-356.

248

Corbeau, J., 1992. Rituels alimentaires et mutations sociales. Cah Int Sociol XCII, 101-120.

Cottam, D.R., Mattar, S.G., Barinas-Mitchell, E., Eid, G., Kuller, L., Kelley, D.E., Schauer, P.R.,

2004. The chronic inflammatory hypothesis for the morbidity associated with morbid obesity:

implications and effects of weight loss. Obes Surg 14, 589-600.

Cournot, M., Marquie, J.C., Ansiau, D., Martinaud, C., Fonds, H., Ferrieres, J., Ruidavets, J.B., 2006.

Relation between body mass index and cognitive function in healthy middle-aged men and women.

Neurology 67, 1208-1214.

Cowan, N., 2008. What are the differences between long-term, short-term, and working memory?

Progress in brain research 169, 323-338.

Cryan, J.F., Markou, A., Lucki, I., 2002. Assessing antidepressant activity in rodents: recent

developments and future needs. Trends in pharmacological sciences 23, 238-245.

Cryan, J.F., Mombereau, C., 2004. In search of a depressed mouse: utility of models for studying

depression-related behavior in genetically modified mice. Molecular psychiatry 9, 326-357.

Cunningham, A.J., Murray, C.A., O'Neill, L.A., Lynch, M.A., O'Connor, J.J., 1996. Interleukin-1 beta

(IL-1 beta) and tumour necrosis factor (TNF) inhibit long-term potentiation in the rat dentate gyrus in

vitro. Neuroscience letters 203, 17-20.

Cunningham, C., Campion, S., Lunnon, K., Murray, C.L., Woods, J.F., Deacon, R.M., Rawlins, J.N.,

Perry, V.H., 2008. Systemic Inflammation Induces Acute Behavioral and Cognitive Changes and

Accelerates Neurodegenerative Disease. Biological psychiatry.

Cunningham, C., Deacon, R.M., Chan, K., Boche, D., Rawlins, J.N., Perry, V.H., 2005.

Neuropathologically distinct prion strains give rise to similar temporal profiles of behavioral deficits.

Neurobiology of disease 18, 258-269.

Cuthbertson, D.P., 1982. The metabolic response to injury and other related explorations in the field of

protein metabolism: an autobiographical account. Scottish medical journal 27, 158-171.

Dairam, A., Muller, A.C., Daya, S., 2007. Non-steroidal anti-inflammatory agents, tolmetin and

sulindac attenuate quinolinic acid (QA)-induced oxidative stress in primary hippocampal neurons and

reduce QA-induced spatial reference memory deficits in male Wistar rats. Life sciences 80, 1431-

1438.

Dandona, P., Aljada, A., Bandyopadhyay, A., 2004. Inflammation: the link between insulin resistance,

obesity and diabetes. Trends in immunology 25, 4-7.

Dantzer, R., 1994. How do cytokines say hello to the brain? Neural versus humoral mediation.

European cytokine network 5, 271-273.

Dantzer, R., 2001. Cytokine-induced sickness behavior: where do we stand? Brain, behavior, and

immunity 15, 7-24.

Dantzer, R., 2006. Cytokine, sickness behavior, and depression. Neurologic clinics 24, 441-460.

Dantzer, R., O'Connor, J.C., Freund, G.G., Johnson, R.W., Kelley, K.W., 2008. From inflammation to

sickness and depression: when the immune system subjugates the brain. Nat Rev Neurosci 9, 46-56.

249

Dantzer, R., Wollman, E., Vitkovic, L., Yirmiya, R., 1999. Cytokines and depression: fortuitous or

causative association? Molecular psychiatry 4, 328-332.

de Kloet, E.R., de Jong, I.E., Oitzl, M.S., 2008. Neuropharmacology of glucocorticoids: focus on

emotion, cognition and cocaine. European journal of pharmacology 585, 473-482.

De Souza, C.T., Araujo, E.P., Bordin, S., Ashimine, R., Zollner, R.L., Boschero, A.C., Saad, M.J.,

Velloso, L.A., 2005. Consumption of a fat-rich diet activates a proinflammatory response and induces

insulin resistance in the hypothalamus. Endocrinology 146, 4192-4199.

Dellu, F., Contarino, A., Simon, H., Koob, G.F., Gold, L.H., 2000. Genetic differences in response to

novelty and spatial memory using a two-trial recognition task in mice. Neurobiol Learn Mem 73, 31-

48.

Dellu, F., Mayo, W., Cherkaoui, J., Le Moal, M., Simon, H., 1992. A two-trial memory task with

automated recording: study in young and aged rats. Brain Res 588, 132-139.

Dendorfer, U., Oettgen, P., Libermann, T.A., 1994. Multiple regulatory elements in the interleukin-6

gene mediate induction by prostaglandins, cyclic AMP, and lipopolysaccharide. Molecular and

cellular biology 14, 4443-4454.

Denicoff, K.D., Rubinow, D.R., Papa, M.Z., Simpson, C., Seipp, C.A., Lotze, M.T., Chang, A.E.,

Rosenstein, D., Rosenberg, S.A., 1987. The neuropsychiatric effects of treatment with interleukin-2

and lymphokine-activated killer cells. Annals of internal medicine 107, 293-300.

Dinarello, C.A., Ikejima, T., Warner, S.J., Orencole, S.F., Lonnemann, G., Cannon, J.G., Libby, P.,

1987. Interleukin 1 induces interleukin 1. I. Induction of circulating interleukin 1 in rabbits in vivo and

in human mononuclear cells in vitro. J Immunol 139, 1902-1910.

Dong, Y., Benveniste, E.N., 2001. Immune function of astrocytes. Glia 36, 180-190.

Dray, A., Perkins, M., 1993. Bradykinin and inflammatory pain. Trends in neurosciences 16, 99-104.

Drewnowski, A., 2007. The real contribution of added sugars and fats to obesity. Epidemiologic

reviews 29, 160-171.

Du, X., Poltorak, A., Silva, M., Beutler, B., 1999. Analysis of Tlr4-mediated LPS signal transduction

in macrophages by mutational modification of the receptor. Blood cells, molecules & diseases 25,

328-338.

Duclos, M., Corcuff, J.B., Etcheverry, N., Rashedi, M., Tabarin, A., Roger, P., 1999. Abdominal

obesity increases overnight cortisol excretion. Journal of endocrinological investigation 22, 465-471.

Duclos, M., Gatta, B., Corcuff, J.B., Rashedi, M., Pehourcq, F., Roger, P., 2001. Fat distribution in

obese women is associated with subtle alterations of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis activity

and sensitivity to glucocorticoids. Clinical endocrinology 55, 447-454.

Duclos, M., Timofeeva, E., Michel, C., Richard, D., 2005. Corticosterone-dependent metabolic and

neuroendocrine abnormalities in obese Zucker rats in relation to feeding. Am J Physiol Endocrinol

Metab 288, E254-266.

250

Dunn, A.J., 1988a. Stress-related changes in cerebral catecholamine and indoleamine metabolism: lack

of effect of adrenalectomy and corticosterone. J Neurochem 51, 406-412.

Dunn, A.J., 1988b. Systemic interleukin-1 administration stimulates hypothalamic norepinephrine

metabolism parallelling the increased plasma corticosterone. Life sciences 43, 429-435.

Dunn, A.J., 2000. Effects of the IL-1 receptor antagonist on the IL-1- and endotoxin-induced

activation of the HPA axis and cerebral biogenic amines in mice. Neuroimmunomodulation 7, 36-45.

Dunn, A.J., Swiergiel, A.H., 2005. Effects of interleukin-1 and endotoxin in the forced swim and tail

suspension tests in mice. Pharmacology, biochemistry, and behavior 81, 688-693.

Dursun, S.M., Blackburn, J.R., Kutcher, S.P., 2001. An exploratory approach to the serotonergic

hypothesis of depression: bridging the synaptic gap. Medical hypotheses 56, 235-243.

Eison, A.S., Eison, M.S., 1994. Serotonergic mechanisms in anxiety. Progress in neuro-

psychopharmacology & biological psychiatry 18, 47-62.

Ek, M., Kurosawa, M., Lundeberg, T., Ericsson, A., 1998. Activation of vagal afferents after

intravenous injection of interleukin-1beta: role of endogenous prostaglandins. J Neurosci 18, 9471-

9479.

Elias, M.F., Elias, P.K., Sullivan, L.M., Wolf, P.A., D'Agostino, R.B., 2005. Obesity, diabetes and

cognitive deficit: The Framingham Heart Study. Neurobiology of aging 26 Suppl 1, 11-16.

Ellacott, K.L., Murphy, J.G., Marks, D.L., Cone, R.D., 2007. Obesity-induced inflammation in white

adipose tissue is attenuated by loss of melanocortin-3 receptor signaling. Endocrinology 148, 6186-

6194.

Elmquist, J.K., Bjorbaek, C., Ahima, R.S., Flier, J.S., Saper, C.B., 1998. Distributions of leptin

receptor mRNA isoforms in the rat brain. J Comp Neurol 395, 535-547.

Elmquist, J.K., Breder, C.D., Sherin, J.E., Scammell, T.E., Hickey, W.F., Dewitt, D., Saper, C.B.,

1997. Intravenous lipopolysaccharide induces cyclooxygenase 2-like immunoreactivity in rat brain

perivascular microglia and meningeal macrophages. J Comp Neurol 381, 119-129.

Elmquist, J.K., Elias, C.F., Saper, C.B., 1999. From lesions to leptin: hypothalamic control of food

intake and body weight. Neuron 22, 221-232.

Elmquist, J.K., Saper, C.B., 1996. Activation of neurons projecting to the paraventricular

hypothalamic nucleus by intravenous lipopolysaccharide. J Comp Neurol 374, 315-331.

Ericsson, A., Kovacs, K.J., Sawchenko, P.E., 1994. A functional anatomical analysis of central

pathways subserving the effects of interleukin-1 on stress-related neuroendocrine neurons. J Neurosci

14, 897-913.

Escriba, P.V., Ozaita, A., Garcia-Sevilla, J.A., 2004. Increased mRNA expression of alpha2A-

adrenoceptors, serotonin receptors and mu-opioid receptors in the brains of suicide victims.

Neuropsychopharmacology 29, 1512-1521.

Faggioni, R., Fantuzzi, G., Fuller, J., Dinarello, C.A., Feingold, K.R., Grunfeld, C., 1998. IL-1 beta

mediates leptin induction during inflammation. The American journal of physiology 274, R204-208.

251

Faggioni, R., Feingold, K.R., Grunfeld, C., 2001. Leptin regulation of the immune response and the

immunodeficiency of malnutrition. Faseb J 15, 2565-2571.

Fain, J.N., Bahouth, S.W., Madan, A.K., 2004. TNFalpha release by the nonfat cells of human adipose

tissue. Int J Obes Relat Metab Disord 28, 616-622.

Faith, M.S., Matz, P.E., Jorge, M.A., 2002. Obesity-depression associations in the population. Journal

of psychosomatic research 53, 935-942.

Fantuzzi, G., Faggioni, R., 2000. Leptin in the regulation of immunity, inflammation, and

hematopoiesis. Journal of leukocyte biology 68, 437-446.

Farooqi, I.S., Matarese, G., Lord, G.M., Keogh, J.M., Lawrence, E., Agwu, C., Sanna, V., Jebb, S.A.,

Perna, F., Fontana, S., Lechler, R.I., DePaoli, A.M., O'Rahilly, S., 2002. Beneficial effects of leptin on

obesity, T cell hyporesponsiveness, and neuroendocrine/metabolic dysfunction of human congenital

leptin deficiency. The Journal of clinical investigation 110, 1093-1103.

Fattori, E., Cappelletti, M., Costa, P., Sellitto, C., Cantoni, L., Carelli, M., Faggioni, R., Fantuzzi, G.,

Ghezzi, P., Poli, V., 1994. Defective inflammatory response in interleukin 6-deficient mice. The

Journal of experimental medicine 180, 1243-1250.

Fei, H., Okano, H.J., Li, C., Lee, G.H., Zhao, C., Darnell, R., Friedman, J.M., 1997. Anatomic

localization of alternatively spliced leptin receptors (Ob-R) in mouse brain and other tissues.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 94, 7001-7005.

Fiers, W., 1991. Molecular biology approaches to cancer and to cancer therapy. Recent results in

cancer research. Fortschritte der Krebsforschung 122, 1-8.

Fiorentino, D.F., Zlotnik, A., Mosmann, T.R., Howard, M., O'Garra, A., 1991. IL-10 inhibits cytokine

production by activated macrophages. J Immunol 147, 3815-3822.

Firk, C., Markus, C.R., 2007. Review: Serotonin by stress interaction: a susceptibility factor for the

development of depression? Journal of psychopharmacology (Oxford, England) 21, 538-544.

Franklin, C.A., Karkeck, J., 1989. Weight loss and senile dementia in an institutionalized elderly

population. Journal of the American Dietetic Association 89, 790-792.

Fraser, R., Ingram, M.C., Anderson, N.H., Morrison, C., Davies, E., Connell, J.M., 1999. Cortisol

effects on body mass, blood pressure, and cholesterol in the general population. Hypertension 33,

1364-1368.

Frenois, F., Moreau, M., O'Connor, J., Lawson, M., Micon, C., Lestage, J., Kelley, K.W., Dantzer, R.,

Castanon, N., 2007. Lipopolysaccharide induces delayed FosB/DeltaFosB immunostaining within the

mouse extended amygdala, hippocampus and hypothalamus, that parallel the expression of depressive-

like behavior. Psychoneuroendocrinology 32, 516-531.

Fried, S.K., Ricci, M.R., Russell, C.D., Laferrere, B., 2000. Regulation of leptin production in

humans. J Nutr 130, 3127S-3131S.

Friedman, J.M., 2000. Obesity in the new millennium. Nature 404, 632-634.

252

Friedman, J.M., 2002. The function of leptin in nutrition, weight, and physiology. Nutrition reviews

60, S1-14; discussion S68-84, 85-17.

Friedman, J.M., Halaas, J.L., 1998. Leptin and the regulation of body weight in mammals. Nature 395,

763-770.

Frommberger, U.H., Bauer, J., Haselbauer, P., Fraulin, A., Riemann, D., Berger, M., 1997.

Interleukin-6-(IL-6) plasma levels in depression and schizophrenia: comparison between the acute

state and after remission. European archives of psychiatry and clinical neuroscience 247, 228-233.

Fujigaki, H., Saito, K., Fujigaki, S., Takemura, M., Sudo, K., Ishiguro, H., Seishima, M., 2006. The

signal transducer and activator of transcription 1alpha and interferon regulatory factor 1 are not

essential for the induction of indoleamine 2,3-dioxygenase by lipopolysaccharide: involvement of p38

mitogen-activated protein kinase and nuclear factor-kappaB pathways, and synergistic effect of several

proinflammatory cytokines. Journal of biochemistry 139, 655-662.

Fujigaki, S., Saito, K., Sekikawa, K., Tone, S., Takikawa, O., Fujii, H., Wada, H., Noma, A.,

Seishima, M., 2001. Lipopolysaccharide induction of indoleamine 2,3-dioxygenase is mediated

dominantly by an IFN-gamma-independent mechanism. European journal of immunology 31, 2313-

2318.

Garthwaite, T.L., Martinson, D.R., Tseng, L.F., Hagen, T.C., Menahan, L.A., 1980. A longitudinal

hormonal profile of the genetically obese mouse. Endocrinology 107, 671-676.

Gatti, S., Bartfai, T., 1993. Induction of tumor necrosis factor-alpha mRNA in the brain after

peripheral endotoxin treatment: comparison with interleukin-1 family and interleukin-6. Brain

research 624, 291-294.

Gaucher, E.A., Miyamoto, M.M., Benner, S.A., 2003. Evolutionary, structural and biochemical

evidence for a new interaction site of the leptin obesity protein. Genetics 163, 1549-1553.

Gautron, L., Mingam, R., Moranis, A., Combe, C., Laye, S., 2005. Influence of feeding status on

neuronal activity in the hypothalamus during lipopolysaccharide-induced anorexia in rats.

Neuroscience 134, 933-946.

Gesta, S., Tseng, Y.H., Kahn, C.R., 2007. Developmental origin of fat: tracking obesity to its source.

Cell 131, 242-256.

Gibson, W.T., Farooqi, I.S., Moreau, M., DePaoli, A.M., Lawrence, E., O'Rahilly, S., Trussell, R.A.,

2004a. Congenital leptin deficiency due to homozygosity for the Delta133G mutation: report of

another case and evaluation of response to four years of leptin therapy. The Journal of clinical

endocrinology and metabolism 89, 4821-4826.

Gibson, W.T., Farooqi, I.S., Moreau, M., DePaoli, A.M., Lawrence, E., O'Rahilly, S., Trussell, R.A.,

2004b. Congenital leptin deficiency due to homozygosity for the Delta133G mutation: report of

another case and evaluation of response to four years of leptin therapy. J. Clin. Endocrinol. Metab 89,

4821-4826.

253

Giusti, V., Panchaud, M., 2007. [Psychological profile of obese patients]. Revue medicale suisse 3,

846-849.

Glowinski, J., Axelrod, J., Iversen, L.L., 1966. Regional studies of catecholamines in the rat brain. IV.

Effects of drugs on the disposition and metabolism of H3-norepinephrine and H3-dopamine. The

Journal of pharmacology and experimental therapeutics 153, 30-41.

Glowinski, J., Iversen, L., 1966a. Regional studies of catecholamines in the rat brain. 3. Subcellullar

distribution of endogenous and exogenous catecholamines in various brain regions. Biochemical

pharmacology 15, 977-987.

Glowinski, J., Iversen, L.L., 1966b. Regional studies of catecholamines in the rat brain. I. The

disposition of [3H]norepinephrine, [3H]dopamine and [3H]dopa in various regions of the brain. J

Neurochem 13, 655-669.

Gluck, M.A., Meeter, M., Myers, C.E., 2003. Computational models of the hippocampal region:

linking incremental learning and episodic memory. Trends in cognitive sciences 7, 269-276.

Godbout, J.P., Moreau, M., Lestage, J., Chen, J., Sparkman, N.L., J, O.C., Castanon, N., Kelley, K.W.,

Dantzer, R., Johnson, R.W., 2008. Aging exacerbates depressive-like behavior in mice in response to

activation of the peripheral innate immune system. Neuropsychopharmacology 33, 2341-2351.

Goehler, L.E., Gaykema, R.P., Nguyen, K.T., Lee, J.E., Tilders, F.J., Maier, S.F., Watkins, L.R., 1999.

Interleukin-1beta in immune cells of the abdominal vagus nerve: a link between the immune and

nervous systems? J Neurosci 19, 2799-2806.

Goujon, E., Parnet, P., Laye, S., Combe, C., Dantzer, R., 1996. Adrenalectomy enhances pro-

inflammatory cytokines gene expression, in the spleen, pituitary and brain of mice in response to

lipopolysaccharide. Brain Res Mol Brain Res 36, 53-62.

Griffin, R., Nally, R., Nolan, Y., McCartney, Y., Linden, J., Lynch, M.A., 2006. The age-related

attenuation in long-term potentiation is associated with microglial activation. Journal of

neurochemistry 99, 1263-1272.

Grill, H.J., Norgren, R., 1978. The taste reactivity test. II. Mimetic responses to gustatory stimuli in

chronic thalamic and chronic decerebrate rats. Brain research 143, 281-297.

Grohmann, U., Fallarino, F., Puccetti, P., 2003. Tolerance, DCs and tryptophan: much ado about IDO.

Trends in immunology 24, 242-248.

Gross, P.M., 1992. Circumventricular organ capillaries. Progress in brain research 91, 219-233.

Groubet, R., Pallet, V., Delage, B., Redonnet, A., Higueret, P., Cassand, P., 2003. Hyperlipidic diets

induce early alterations of the vitamin A signalling pathway in rat colonic mucosa. Endocrine

regulations 37, 137-144.

Grunfeld, C., Feingold, K.R., 1992. Tumor necrosis factor, interleukin, and interferon induced changes

in lipid metabolism as part of host defense. Proceedings of the Society for Experimental Biology and

Medicine. Society for Experimental Biology and Medicine (New York, N.Y 200, 224-227.

254

Grunfeld, C., Zhao, C., Fuller, J., Pollack, A., Moser, A., Friedman, J., Feingold, K.R., 1996.

Endotoxin and cytokines induce expression of leptin, the ob gene product, in hamsters. The Journal of

clinical investigation 97, 2152-2157.

Guidetti, P., Bates, G.P., Graham, R.K., Hayden, M.R., Leavitt, B.R., MacDonald, M.E., Slow, E.J.,

Wheeler, V.C., Woodman, B., Schwarcz, R., 2006. Elevated brain 3-hydroxykynurenine and

quinolinate levels in Huntington disease mice. Neurobiology of disease 23, 190-197.

Guillaume-Gentil, C., Rohner-Jeanrenaud, F., Abramo, F., Bestetti, G.E., Rossi, G.L., Jeanrenaud, B.,

1990. Abnormal regulation of the hypothalamo-pituitary-adrenal axis in the genetically obese fa/fa rat.

Endocrinology 126, 1873-1879.

Guillemin, G.J., Kerr, S.J., Brew, B.J., 2005a. Involvement of quinolinic acid in AIDS dementia

complex. Neurotoxicity research 7, 103-123.

Guillemin, G.J., Smythe, G., Takikawa, O., Brew, B.J., 2005b. Expression of indoleamine 2,3-

dioxygenase and production of quinolinic acid by human microglia, astrocytes, and neurons. Glia 49,

15-23.

Guo, C., Ricchiuti, V., Lian, B.Q., Yao, T.M., Coutinho, P., Romero, J.R., Li, J., Williams, G.H.,

Adler, G.K., 2008. Mineralocorticoid receptor blockade reverses obesity-related changes in expression

of adiponectin, peroxisome proliferator-activated receptor-gamma, and proinflammatory adipokines.

Circulation 117, 2253-2261.

Gustafson, D., Lissner, L., Bengtsson, C., Bjorkelund, C., Skoog, I., 2004. A 24-year follow-up of

body mass index and cerebral atrophy. Neurology 63, 1876-1881.

Gustafson, D., Rothenberg, E., Blennow, K., Steen, B., Skoog, I., 2003. An 18-year follow-up of

overweight and risk of Alzheimer disease. Archives of internal medicine 163, 1524-1528.

Haenschel, C., Vernon, D.J., Dwivedi, P., Gruzelier, J.H., Baldeweg, T., 2005. Event-related brain

potential correlates of human auditory sensory memory-trace formation. J Neurosci 25, 10494-10501.

Hagberg, H., Mallard, C., 2005. Effect of inflammation on central nervous system development and

vulnerability. Current opinion in neurology 18, 117-123.

Halaas, J.L., Gajiwala, K.S., Maffei, M., Cohen, S.L., Chait, B.T., Rabinowitz, D., Lallone, R.L.,

Burley, S.K., Friedman, J.M., 1995. Weight-reducing effects of the plasma protein encoded by the

obese gene. Science (New York, N.Y 269, 543-546.

Handley, S.L., McBlane, J.W., 1993. 5HT drugs in animal models of anxiety. Psychopharmacology

112, 13-20.

Handley, S.L., Mithani, S., 1984. Effects of alpha-adrenoceptor agonists and antagonists in a maze-

exploration model of 'fear'-motivated behaviour. Naunyn-Schmiedeberg's archives of pharmacology

327, 1-5.

Hansen, A.M., Driussi, C., Turner, V., Takikawa, O., Hunt, N.H., 2000. Tissue distribution of

indoleamine 2,3-dioxygenase in normal and malaria-infected tissue. Redox Rep 5, 112-115.

255

Hart, B.L., 1988. Biological basis of the behavior of sick animals. Neuroscience and biobehavioral

reviews 12, 123-137.

Hartman, M.E., O'Connor, J.C., Godbout, J.P., Minor, K.D., Mazzocco, V.R., Freund, G.G., 2004.

Insulin receptor substrate-2-dependent interleukin-4 signaling in macrophages is impaired in two

models of type 2 diabetes mellitus. The Journal of biological chemistry 279, 28045-28050.

Hauner, H., Entenmann, G., Wabitsch, M., Gaillard, D., Ailhaud, G., Negrel, R., Pfeiffer, E.F., 1989.

Promoting effect of glucocorticoids on the differentiation of human adipocyte precursor cells cultured

in a chemically defined medium. The Journal of clinical investigation 84, 1663-1670.

Havel, P.J., 2001. Peripheral signals conveying metabolic information to the brain: short-term and

long-term regulation of food intake and energy homeostasis. Experimental biology and medicine

(Maywood, N.J 226, 963-977.

Hay-Schmidt, A., Helboe, L., Larsen, P.J., 2001. Leptin receptor immunoreactivity is present in

ascending serotonergic and catecholaminergic neurons of the rat. Neuroendocrinology 73, 215-226.

Hay, M., Meunier-Salaun, M.C., Brulaud, F., Monnier, M., Mormede, P., 2000. Assessment of

hypothalamic-pituitary-adrenal axis and sympathetic nervous system activity in pregnant sows through

the measurement of glucocorticoids and catecholamines in urine. Journal of animal science 78, 420-

428.

Hayaishi, O., Hirata, F., Fujiwara, M., Senoh, S., Tokuyama, T., 1975. Indoleamine 2,3-dioxygenase.

Note II. Biological function. Acta vitaminologica et enzymologica 29, 291-293.

Hayaishi, O., Yoshida, R., 1978. Specific induction of pulmonary indoleamine 2,3-dioxygenase by

bacterial lipopolysaccharide. Ciba Foundation symposium, 199-203.

Hebebrand, J., Friedel, S., Schauble, N., Geller, F., Hinney, A., 2003. Perspectives: molecular genetic

research in human obesity. Obes Rev 4, 139-146.

Heinrich, P.C., Behrmann, I., Haan, S., Hermanns, H.M., Muller-Newen, G., Schaper, F., 2003.

Principles of interleukin (IL)-6-type cytokine signalling and its regulation. The Biochemical journal

374, 1-20.

Henry, C.J., Huang, Y., Wynne, A., Hanke, M., Himler, J., Bailey, M.T., Sheridan, J.F., Godbout, J.P.,

2008. Minocycline attenuates lipopolysaccharide (LPS)-induced neuroinflammation, sickness

behavior, and anhedonia. Journal of neuroinflammation 5, 15.

Heyes, M.P., Rubinow, D., Lane, C., Markey, S.P., 1989. Cerebrospinal fluid quinolinic acid

concentrations are increased in acquired immune deficiency syndrome. Annals of neurology 26, 275-

277.

Heyser, C.J., Masliah, E., Samimi, A., Campbell, I.L., Gold, L.H., 1997. Progressive decline in

avoidance learning paralleled by inflammatory neurodegeneration in transgenic mice expressing

interleukin 6 in the brain. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of

America 94, 1500-1505.

256

Higuchi, K., Hayaishi, O., 1967. Enzymic formation of D-kynurenine from D-tryptophan. Archives of

biochemistry and biophysics 120, 397-403.

Higuchi, M., Aggarwal, B.B., 1993. Okadaic acid induces down-modulation and shedding of tumor

necrosis factor receptors. Comparison with another tumor promoter, phorbol ester. The Journal of

biological chemistry 268, 5624-5631.

Hilber, P., Lorivel, T., Delarue, C., Caston, J., 2004. Stress and anxious-related behaviors in Lurcher

mutant mice. Brain research 1003, 108-112.

Hirata, F., Nomiyama, S., Hayaishi, O., 1975. Indoleamine 2,3-dioxygenase. Note I. Catalytic and

molecular properties. Acta vitaminologica et enzymologica 29, 288-290.

Hopkins, S.J., Rothwell, N.J., 1995. Cytokines and the nervous system. I: Expression and recognition.

Trends in neurosciences 18, 83-88.

Hotamisligil, G.S., 2003. Inflammatory pathways and insulin action. Int J Obes Relat Metab Disord 27

Suppl 3, S53-55.

Hotamisligil, G.S., Peraldi, P., Budavari, A., Ellis, R., White, M.F., Spiegelman, B.M., 1996. IRS-1-

mediated inhibition of insulin receptor tyrosine kinase activity in TNF-alpha- and obesity-induced

insulin resistance. Science (New York, N.Y 271, 665-668.

Hotamisligil, G.S., Shargill, N.S., Spiegelman, B.M., 1993. Adipose expression of tumor necrosis

factor-alpha: direct role in obesity-linked insulin resistance. Science (New York, N.Y 259, 87-91.

Howard, J.K., Flier, J.S., 2006. Attenuation of leptin and insulin signaling by SOCS proteins. Trends

Endocrinol Metab 17, 365-371.

Huang, H., Liu, T., Rose, J.L., Stevens, R.L., Hoyt, D.G., 2007. Sensitivity of mice to

lipopolysaccharide is increased by a high saturated fat and cholesterol diet. Journal of inflammation

(London, England) 4, 22.

Hultgren, O.H., Tarkowski, A., 2001. Leptin in septic arthritis: decreased levels during infection and

amelioration of disease activity upon its administration. Arthritis research 3, 389-394.

Ihle, J.N., Witthuhn, B.A., Quelle, F.W., Yamamoto, K., Silvennoinen, O., 1995. Signaling through

the hematopoietic cytokine receptors. Annual review of immunology 13, 369-398.

Iwasaki, Y., Nishiyama, M., Taguchi, T., Asai, M., Yoshida, M., Kambayashi, M., Terada, Y.,

Hashimoto, K., 2008. Insulin exhibits short-term anti-inflammatory but long-term proinflammatory

effects in vitro. Molecular and cellular endocrinology.

Janeway, C.A., Chervonsky, A.V., Sant'Angelo, D., 1997. T-cell receptors: is the repertoire inherently

MHC-specific? Curr Biol 7, R299-300.

Jeffery, K.J., Morris, R.G., 1993. Cumulative long-term potentiation in the rat dentate gyrus correlates

with, but does not modify, performance in the water maze. Hippocampus 3, 133-140.

Jenkins, J.K., Arend, W.P., 1993. Interleukin 1 receptor antagonist production in human monocytes is

induced by IL-1 alpha, IL-3, IL-4 and GM-CSF. Cytokine 5, 407-415.

257

Jessop, D.S., Harbuz, M.S., Lightman, S.L., 2001. CRH in chronic inflammatory stress. Peptides 22,

803-807.

Jin, L., Burguera, B.G., Couce, M.E., Scheithauer, B.W., Lamsan, J., Eberhardt, N.L., Kulig, E.,

Lloyd, R.V., 1999. Leptin and leptin receptor expression in normal and neoplastic human pituitary:

evidence of a regulatory role for leptin on pituitary cell proliferation. The Journal of clinical

endocrinology and metabolism 84, 2903-2911.

Kabiersch, A., del Rey, A., Honegger, C.G., Besedovsky, H.O., 1988. Interleukin-1 induces changes in

norepinephrine metabolism in the rat brain. Brain, behavior, and immunity 2, 267-274.

Kaser, S., Kaser, A., Sandhofer, A., Ebenbichler, C.F., Tilg, H., Patsch, J.R., 2003. Resistin

messenger-RNA expression is increased by proinflammatory cytokines in vitro. Biochem Biophys Res

Commun 309, 286-290.

Katsuki, H., Nakai, S., Hirai, Y., Akaji, K., Kiso, Y., Satoh, M., 1990. Interleukin-1 beta inhibits long-

term potentiation in the CA3 region of mouse hippocampal slices. European journal of pharmacology

181, 323-326.

Kelley, K.W., Bluthe, R.M., Dantzer, R., Zhou, J.H., Shen, W.H., Johnson, R.W., Broussard, S.R.,

2003. Cytokine-induced sickness behavior. Brain, behavior, and immunity 17 Suppl 1, S112-118.

Kelly, A., Vereker, E., Nolan, Y., Brady, M., Barry, C., Loscher, C.E., Mills, K.H., Lynch, M.A.,

2003. Activation of p38 plays a pivotal role in the inhibitory effect of lipopolysaccharide and

interleukin-1 beta on long term potentiation in rat dentate gyrus. The Journal of biological chemistry

278, 19453-19462.

Kent, S., Bluthe, R.M., Dantzer, R., Hardwick, A.J., Kelley, K.W., Rothwell, N.J., Vannice, J.L.,

1992. Different receptor mechanisms mediate the pyrogenic and behavioral effects of interleukin 1.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 89, 9117-9120.

Kent, S., Bret-Dibat, J.L., Kelley, K.W., Dantzer, R., 1996. Mechanisms of sickness-induced

decreases in food-motivated behavior. Neuroscience and biobehavioral reviews 20, 171-175.

King, M.V., Marsden, C.A., Fone, K.C., 2008. A role for the 5-HT(1A), 5-HT(4) and 5-HT(6)

receptors in learning and memory. Trends in pharmacological sciences.

Kivipelto, M., Ngandu, T., Fratiglioni, L., Viitanen, M., Kareholt, I., Winblad, B., Helkala, E.L.,

Tuomilehto, J., Soininen, H., Nissinen, A., 2005. Obesity and vascular risk factors at midlife and the

risk of dementia and Alzheimer disease. Archives of neurology 62, 1556-1560.

Klebanoff, S.J., 1980. Oxygen metabolism and the toxic properties of phagocytes. Annals of internal

medicine 93, 480-489.

Kloppenborg, R.P., van den Berg, E., Kappelle, L.J., Biessels, G.J., 2008. Diabetes and other vascular

risk factors for dementia: which factor matters most? A systematic review. European journal of

pharmacology 585, 97-108.

Kluger, M.J., 1991. Fever: role of pyrogens and cryogens. Physiological reviews 71, 93-127.

258

Kluger, M.J., Ringler, D.H., Anver, M.R., 1975. Fever and survival. Science (New York, N.Y 188,

166-168.

Knox, W.E., Auerbach, V.H., 1955. The hormonal control of tryptophan peroxidase in the rat. The

Journal of biological chemistry 214, 307-313.

Koide, Y., Yoshida, A., 1994. The signal transduction mechanism responsible for gamma interferon-

induced indoleamine 2,3-dioxygenase gene expression. Infection and immunity 62, 948-955.

Konsman, J.P., Kelley, K., Dantzer, R., 1999. Temporal and spatial relationships between

lipopolysaccharide-induced expression of Fos, interleukin-1beta and inducible nitric oxide synthase in

rat brain. Neuroscience 89, 535-548.

Konsman, J.P., Parnet, P., Dantzer, R., 2002. Cytokine-induced sickness behaviour: mechanisms and

implications. Trends in neurosciences 25, 154-159.

Konsman, J.P., Tridon, V., Dantzer, R., 2000. Diffusion and action of intracerebroventricularly

injected interleukin-1 in the CNS. Neuroscience 101, 957-967.

Konstantinides, S., Schafer, K., Koschnick, S., Loskutoff, D.J., 2001. Leptin-dependent platelet

aggregation and arterial thrombosis suggests a mechanism for atherothrombotic disease in obesity.

The Journal of clinical investigation 108, 1533-1540.

Kopelman, P., 2004. The metabolic syndrome as a clinical problem. Nestle Nutrition workshop series

9, 77-88; discussion 88-92.

Kopelman, P.G., 2000. Obesity as a medical problem. Nature 404, 635-643.

Korte, S.M., 2001. Corticosteroids in relation to fear, anxiety and psychopathology. Neuroscience and

biobehavioral reviews 25, 117-142.

Kotake, Y., Masayama, T., 1936. Über den mechanismus der kynurenin-bildung aus tryptophan. Z

Physiol. Chem. 243, 2.7-244.

Krabbe, K.S., Reichenberg, A., Yirmiya, R., Smed, A., Pedersen, B.K., Bruunsgaard, H., 2005. Low-

dose endotoxemia and human neuropsychological functions. Brain, behavior, and immunity 19, 453-

460.

Kroder, G., Bossenmaier, B., Kellerer, M., Capp, E., Stoyanov, B., Muhlhofer, A., Berti, L.,

Horikoshi, H., Ullrich, A., Haring, H., 1996. Tumor necrosis factor-alpha- and hyperglycemia-induced

insulin resistance. Evidence for different mechanisms and different effects on insulin signaling. The

Journal of clinical investigation 97, 1471-1477.

Krude, H., Biebermann, H., Luck, W., Horn, R., Brabant, G., Gruters, A., 1998. Severe early-onset

obesity, adrenal insufficiency and red hair pigmentation caused by POMC mutations in humans.

Nature genetics 19, 155-157.

Kwidzinski, E., Bunse, J., Aktas, O., Richter, D., Mutlu, L., Zipp, F., Nitsch, R., Bechmann, I., 2005.

Indolamine 2,3-dioxygenase is expressed in the CNS and down-regulates autoimmune inflammation.

Faseb J 19, 1347-1349.

259

Kyrou, I., Chrousos, G.P., Tsigos, C., 2006. Stress, visceral obesity, and metabolic complications.

Annals of the New York Academy of Sciences 1083, 77-110.

Lacosta, S., Merali, Z., Anisman, H., 1998. Influence of interleukin-1beta on exploratory behaviors,

plasma ACTH, corticosterone, and central biogenic amines in mice. Psychopharmacology 137, 351-

361.

Lacosta, S., Merali, Z., Anisman, H., 1999. Behavioral and neurochemical consequences of

lipopolysaccharide in mice: anxiogenic-like effects. Brain research 818, 291-303.

Lacosta, S., Merali, Z., Zalcman, S., Anisman, H., 1994. Time-dependent in vivo mesolimbic

dopamine variations following antigenic challenge. Brain research 664, 225-230.

Lacroix, S., Rivest, S., 1998. Effect of acute systemic inflammatory response and cytokines on the

transcription of the genes encoding cyclooxygenase enzymes (COX-1 and COX-2) in the rat brain.

Journal of neurochemistry 70, 452-466.

Laimer, M., Ebenbichler, C.F., Kaser, S., Sandhofer, A., Weiss, H., Nehoda, H., Aigner, F., Patsch,

J.R., 2002. Markers of chronic inflammation and obesity: a prospective study on the reversibility of

this association in middle-aged women undergoing weight loss by surgical intervention. Int J Obes

Relat Metab Disord 26, 659-662.

Landman, R.E., Puder, J.J., Xiao, E., Freda, P.U., Ferin, M., Wardlaw, S.L., 2003. Endotoxin

stimulates leptin in the human and nonhuman primate. The Journal of clinical endocrinology and

metabolism 88, 1285-1291.

Larson, S.J., Dunn, A.J., 2001. Behavioral effects of cytokines. Brain, behavior, and immunity 15,

371-387.

Latner, J.D., Stunkard, A.J., 2003. Getting worse: the stigmatization of obese children. Obes Res 11,

452-456.

Lau, J.Y., Goldman, D., Buzas, B., Fromm, S.J., Guyer, A.E., Hodgkinson, C., Monk, C.S., Nelson,

E.E., Shen, P.H., Pine, D.S., Ernst, M., 2008. Amygdala Function and 5-HTT Gene Variants in

Adolescent Anxiety and Major Depressive Disorder. Biological psychiatry.

Laye, S., Gheusi, G., Cremona, S., Combe, C., Kelley, K., Dantzer, R., Parnet, P., 2000. Endogenous

brain IL-1 mediates LPS-induced anorexia and hypothalamic cytokine expression. American journal

of physiology 279, R93-98.

Laye, S., Parnet, P., Goujon, E., Dantzer, R., 1994. Peripheral administration of lipopolysaccharide

induces the expression of cytokine transcripts in the brain and pituitary of mice. Brain Res Mol Brain

Res 27, 157-162.

Lebel, E., Vallieres, L., Rivest, S., 2000. Selective involvement of interleukin-6 in the transcriptional

activation of the suppressor of cytokine signaling-3 in the brain during systemic immune challenges.

Endocrinology 141, 3749-3763.

260

Lee, J.W., Lee, Y.K., Yuk, D.Y., Choi, D.Y., Ban, S.B., Oh, K.W., Hong, J.T., 2008. Neuro-

inflammation induced by lipopolysaccharide causes cognitive impairment through enhancement of

beta-amyloid generation. Journal of neuroinflammation 5, 37.

Lennie, T.A., McCarthy, D.O., Keesey, R.E., 1995. Body energy status and the metabolic response to

acute inflammation. The American journal of physiology 269, R1024-1031.

Leonard, B.E., 2005. The HPA and immune axes in stress: the involvement of the serotonergic system.

Eur Psychiatry 20 Suppl 3, S302-306.

Lestage, J., Verrier, D., Palin, K., Dantzer, R., 2002. The enzyme indoleamine 2,3-dioxygenase is

induced in the mouse brain in response to peripheral administration of lipopolysaccharide and

superantigen. Brain, behavior, and immunity 16, 596-601.

Levine, J., Barak, Y., Chengappa, K.N., Rapoport, A., Rebey, M., Barak, V., 1999. Cerebrospinal

cytokine levels in patients with acute depression. Neuropsychobiology 40, 171-176.

Levitsky, D.A., 2002. Putting behavior back into feeding behavior: a tribute to George Collier.

Appetite 38, 143-148.

Ley, R.E., Backhed, F., Turnbaugh, P., Lozupone, C.A., Knight, R.D., Gordon, J.I., 2005. Obesity

alters gut microbial ecology. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of

America 102, 11070-11075.

Li, A.J., Katafuchi, T., Oda, S., Hori, T., Oomura, Y., 1997. Interleukin-6 inhibits long-term

potentiation in rat hippocampal slices. Brain research 748, 30-38.

Li, J.J., Chen, X.J., 2003. Simvastatin inhibits interleukin-6 release in human monocytes stimulated by

C-reactive protein and lipopolysaccharide. Coronary artery disease 14, 329-334.

Libert, C., Brouckaert, P., Shaw, A., Fiers, W., 1990. Induction of interleukin 6 by human and murine

recombinant interleukin 1 in mice. European journal of immunology 20, 691-694.

Lieben, C.K., van Oorsouw, K., Deutz, N.E., Blokland, A., 2004. Acute tryptophan depletion induced

by a gelatin-based mixture impairs object memory but not affective behavior and spatial learning in

the rat. Behavioural brain research 151, 53-64.

Linthorst, A.C., Flachskamm, C., Muller-Preuss, P., Holsboer, F., Reul, J.M., 1995. Effect of bacterial

endotoxin and interleukin-1 beta on hippocampal serotonergic neurotransmission, behavioral activity,

and free corticosterone levels: an in vivo microdialysis study. J Neurosci 15, 2920-2934.

Lopez, I.P., Marti, A., Milagro, F.I., Zulet Md Mde, L., Moreno-Aliaga, M.J., Martinez, J.A., De

Miguel, C., 2003. DNA microarray analysis of genes differentially expressed in diet-induced

(cafeteria) obese rats. Obes Res 11, 188-194.

Lord, G.M., Matarese, G., Howard, J.K., Baker, R.J., Bloom, S.R., Lechler, R.I., 1998. Leptin

modulates the T-cell immune response and reverses starvation-induced immunosuppression. Nature

394, 897-901.

Lu, X.Y., Kim, C.S., Frazer, A., Zhang, W., 2006. Leptin: a potential novel antidepressant.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103, 1593-1598.

261

Lucki, I., Dalvi, A., Mayorga, A.J., 2001. Sensitivity to the effects of pharmacologically selective

antidepressants in different strains of mice. Psychopharmacology 155, 315-322.

Luheshi, G., Miller, A.J., Brouwer, S., Dascombe, M.J., Rothwell, N.J., Hopkins, S.J., 1996.

Interleukin-1 receptor antagonist inhibits endotoxin fever and systemic interleukin-6 induction in the

rat. The American journal of physiology 270, E91-95.

Luheshi, G.N., Gardner, J.D., Rushforth, D.A., Loudon, A.S., Rothwell, N.J., 1999. Leptin actions on

food intake and body temperature are mediated by IL-1. Proceedings of the National Academy of

Sciences of the United States of America 96, 7047-7052.

Lupien, S.J., Maheu, F., Tu, M., Fiocco, A., Schramek, T.E., 2007. The effects of stress and stress

hormones on human cognition: Implications for the field of brain and cognition. Brain and cognition

65, 209-237.

Lynch, M.A., 1998. Age-related impairment in long-term potentiation in hippocampus: a role for the

cytokine, interleukin-1 beta? Progress in neurobiology 56, 571-589.

Maebuchi, M., Machidori, M., Urade, R., Ogawa, T., Moriyama, T., 2003. Low resistin levels in

adipose tissues and serum in high-fat fed mice and genetically obese mice: development of an ELISA

system for quantification of resistin. Archives of biochemistry and biophysics 416, 164-170.

Maes, M., 1995. Evidence for an immune response in major depression: a review and hypothesis.

Progress in neuro-psychopharmacology & biological psychiatry 19, 11-38.

Maes, M., Schotte, C., Scharpe, S., Martin, M., Blockx, P., 1990. The effects of glucocorticoids on the

availability of L-tryptophan and tyrosine in the plasma of depressed patients. Journal of affective

disorders 18, 121-127.

Maes, M., Song, C., Lin, A., De Jongh, R., Van Gastel, A., Kenis, G., Bosmans, E., De Meester, I.,

Benoy, I., Neels, H., Demedts, P., Janca, A., Scharpe, S., Smith, R.S., 1998. The effects of

psychological stress on humans: increased production of pro-inflammatory cytokines and a Th1-like

response in stress-induced anxiety. Cytokine 10, 313-318.

Maes, M., Song, C., Lin, A.H., Bonaccorso, S., Kenis, G., De Jongh, R., Bosmans, E., Scharpe, S.,

1999. Negative immunoregulatory effects of antidepressants: inhibition of interferon-gamma and

stimulation of interleukin-10 secretion. Neuropsychopharmacology 20, 370-379.

Mains, R.E., Eipper, B.A., Ling, N., 1977. Common precursor to corticotropins and endorphins.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 74, 3014-3018.

Maj, J., Rogoz, Z., Skuza, G., 1992. The effects of combined treatment with MK-801 and

antidepressant drugs in the forced swimming test in rats. Polish journal of pharmacology and

pharmacy 44, 217-226.

Makgoba, M.W., Bernard, A., Sanders, M.E., 1992. Cell adhesion/signalling: biology and clinical

applications. European journal of clinical investigation 22, 443-453.

262

Malek, A., Sager, R., Schneider, H., 2001. Effect of hypoxia, oxidative stress and lipopolysaccharides

on the release of prostaglandins and cytokines from human term placental explants. Placenta 22 Suppl

A, S45-50.

Mancuso, P., Gottschalk, A., Phare, S.M., Peters-Golden, M., Lukacs, N.W., Huffnagle, G.B., 2002.

Leptin-deficient mice exhibit impaired host defense in Gram-negative pneumonia. J Immunol 168,

4018-4024.

Mann, J.J., Oquendo, M., Underwood, M.D., Arango, V., 1999. The neurobiology of suicide risk: a

review for the clinician. The Journal of clinical psychiatry 60 Suppl 2, 7-11; discussion 18-20, 113-

116.

Mannino, D.M., Mott, J., Ferdinands, J.M., Camargo, C.A., Friedman, M., Greves, H.M., Redd, S.C.,

2006. Boys with high body masses have an increased risk of developing asthma: findings from the

National Longitudinal Survey of Youth (NLSY). International journal of obesity (2005) 30, 6-13.

Mantha, L., Palacios, E., Deshaies, Y., 1999. Modulation of triglyceride metabolism by

glucocorticoids in diet-induced obesity. The American journal of physiology 277, R455-464.

Margetic, S., Gazzola, C., Pegg, G.G., Hill, R.A., 2002. Leptin: a review of its peripheral actions and

interactions. Int J Obes Relat Metab Disord 26, 1407-1433.

Marin, P., Darin, N., Amemiya, T., Andersson, B., Jern, S., Bjorntorp, P., 1992. Cortisol secretion in

relation to body fat distribution in obese premenopausal women. Metabolism: clinical and

experimental 41, 882-886.

Martin-Romero, C., Sanchez-Margalet, V., 2001. Human leptin activates PI3K and MAPK pathways

in human peripheral blood mononuclear cells: possible role of Sam68. Cellular immunology 212, 83-

91.

Matsukawa, A., Hogaboam, C.M., Lukacs, N.W., Kunkel, S.L., 2000. Chemokines and innate

immunity. Reviews in immunogenetics 2, 339-358.

Matsumoto, T., Komori, T., Yamamoto, M., Shimada, Y., Nakagawa, M., Shiroyama, T., Inui, K.,

Okazaki, Y., 2006. Prior intraperitoneal injection of rat recombinant IL-6 increases hypothalamic IL-6

contents in subsequent forced swim stressor in rats. Neuropsychobiology 54, 186-194.

Matta, S.G., Linner, K.M., Sharp, B.M., 1993. Interleukin-1 alpha and interleukin-1 beta stimulate

adrenocorticotropin secretion in the rat through a similar hypothalamic receptor(s): effects of

interleukin-1 receptor antagonist protein. Neuroendocrinology 57, 14-22.

May, M.J., Ager, A., 1992. ICAM-1-independent lymphocyte transmigration across high endothelium:

differential up-regulation by interferon gamma, tumor necrosis factor-alpha and interleukin 1 beta.

European journal of immunology 22, 219-226.

McCarthy, D.O., 2000. Cytokines and the anorexia of infection: potential mechanisms and treatments.

Biological research for nursing 1, 287-298.

263

McElroy, S.L., Kotwal, R., Malhotra, S., Nelson, E.B., Keck, P.E., Nemeroff, C.B., 2004. Are mood

disorders and obesity related? A review for the mental health professional. The Journal of clinical

psychiatry 65, 634-651, quiz 730.

Medzhitov, R., 2001. Toll-like receptors and innate immunity. Nature reviews 1, 135-145.

Meyers, M.R., Gokce, N., 2007. Endothelial dysfunction in obesity: etiological role in atherosclerosis.

Current opinion in endocrinology, diabetes, and obesity 14, 365-369.

Miller, R.R., Matzel, L.D., 2000. Memory involves far more than 'consolidation'. Nat Rev Neurosci 1,

214-216.

Modell, S., Yassouridis, A., Huber, J., Holsboer, F., 1997. Corticosteroid receptor function is

decreased in depressed patients. Neuroendocrinology 65, 216-222.

Mohamed-Ali, V., Flower, L., Sethi, J., Hotamisligil, G., Gray, R., Humphries, S.E., York, D.A.,

Pinkney, J., 2001. beta-Adrenergic regulation of IL-6 release from adipose tissue: in vivo and in vitro

studies. The Journal of clinical endocrinology and metabolism 86, 5864-5869.

Mohamed-Ali, V., Goodrick, S., Rawesh, A., Katz, D.R., Miles, J.M., Yudkin, J.S., Klein, S.,

Coppack, S.W., 1997. Subcutaneous adipose tissue releases interleukin-6, but not tumor necrosis

factor-alpha, in vivo. The Journal of clinical endocrinology and metabolism 82, 4196-4200.

Mold, C., Gewurz, H., Du Clos, T.W., 1999. Regulation of complement activation by C-reactive

protein. Immunopharmacology 42, 23-30.

Mold, C., Rodriguez, W., Rodic-Polic, B., Du Clos, T.W., 2002. C-reactive protein mediates

protection from lipopolysaccharide through interactions with Fc gamma R. J Immunol 169, 7019-

7025.

Moldawer, L.L., Andersson, C., Gelin, J., Lundholm, K.G., 1988. Regulation of food intake and

hepatic protein synthesis by recombinant-derived cytokines. The American journal of physiology 254,

G450-456.

Montgomery, K.C., 1955. The relation between fear induced by novel stimulation and exploratory

behavior. Journal of comparative and physiological psychology 48, 254-260.

Mooney, R.A., Senn, J., Cameron, S., Inamdar, N., Boivin, L.M., Shang, Y., Furlanetto, R.W., 2001.

Suppressors of cytokine signaling-1 and -6 associate with and inhibit the insulin receptor. A potential

mechanism for cytokine-mediated insulin resistance. The Journal of biological chemistry 276, 25889-

25893.

Mora, S., Pessin, J.E., 2002. An adipocentric view of signaling and intracellular trafficking.

Diabetes/metabolism research and reviews 18, 345-356.

Moraes, R.C., Blondet, A., Birkenkamp-Demtroeder, K., Tirard, J., Orntoft, T.F., Gertler, A., Durand,

P., Naville, D., Begeot, M., 2003. Study of the alteration of gene expression in adipose tissue of diet-

induced obese mice by microarray and reverse transcription-polymerase chain reaction analyses.

Endocrinology 144, 4773-4782.

264

Moreau, M., Andre, C., O'Connor, J.C., Dumich, S.A., Woods, J.A., Kelley, K.W., Dantzer, R.,

Lestage, J., Castanon, N., 2008a. Inoculation of Bacillus Calmette-Guerin to mice induces an acute

episode of sickness behavior followed by chronic depressive-like behavior. Brain, behavior, and

immunity.

Moreau, M., Andre, C., O'Connor, J.C., Dumich, S.A., Woods, J.A., Kelley, K.W., Dantzer, R.,

Lestage, J., Castanon, N., 2008b. Inoculation of Bacillus Calmette-Guerin to mice induces an acute

episode of sickness behavior followed by chronic depressive-like behavior. Brain, behavior, and

immunity 22, 1087-1095.

Moreau, M., Lestage, J., Verrier, D., Mormede, C., Kelley, K.W., Dantzer, R., Castanon, N., 2005.

Bacille Calmette-Guerin inoculation induces chronic activation of peripheral and brain indoleamine

2,3-dioxygenase in mice. J Infect Dis 192, 537-544.

Mori, H., Hanada, R., Hanada, T., Aki, D., Mashima, R., Nishinakamura, H., Torisu, T., Chien, K.R.,

Yasukawa, H., Yoshimura, A., 2004. Socs3 deficiency in the brain elevates leptin sensitivity and

confers resistance to diet-induced obesity. Nature medicine 10, 739-743.

Morlat, P., Pereira, E., Clayette, P., Derreudre-Bosquet, N., Ecobichon, J.L., Benveniste, O., Saves,

M., Leport, C., 2008. Early Evolution of Plasma Soluble TNF-alpha p75 Receptor as a Marker of

Progression in Treated HIV-Infected Patients. AIDS research and human retroviruses.

Mormede, C., Palin, K., Kelley, K.W., Castanon, N., Dantzer, R., 2004. Conditioned taste aversion

with lipopolysaccharide and peptidoglycan does not activate cytokine gene expression in the spleen

and hypothalamus of mice. Brain, behavior, and immunity 18, 186-200.

Moroni, F., 1999. Tryptophan metabolism and brain function: focus on kynurenine and other indole

metabolites. European journal of pharmacology 375, 87-100.

Morris, R.G., Garrud, P., Rawlins, J.N., O'Keefe, J., 1982. Place navigation impaired in rats with

hippocampal lesions. Nature 297, 681-683.

Morrison, C.D., 2008. Leptin resistance and the response to positive energy balance. Physiology &

behavior 94, 660-663.

Mosmann, T.R., Cherwinski, H., Bond, M.W., Giedlin, M.A., Coffman, R.L., 1986. Two types of

murine helper T cell clone. I. Definition according to profiles of lymphokine activities and secreted

proteins. J Immunol 136, 2348-2357.

Muller, N., Schwarz, M.J., 2007. The immune-mediated alteration of serotonin and glutamate: towards

an integrated view of depression. Molecular psychiatry 12, 988-1000.

Munzberg, H., Flier, J.S., Bjorbaek, C., 2004. Region-specific leptin resistance within the

hypothalamus of diet-induced obese mice. Endocrinology 145, 4880-4889.

Murray, C.A., Lynch, M.A., 1998. Evidence that increased hippocampal expression of the cytokine

interleukin-1 beta is a common trigger for age- and stress-induced impairments in long-term

potentiation. J Neurosci 18, 2974-2981.

265

Murray, M.J., Murray, A.B., 1979. Anorexia of infection as a mechanism of host defense. The

American journal of clinical nutrition 32, 593-596.

Myint, A.M., Kim, Y.K., 2003. Cytokine-serotonin interaction through IDO: a neurodegeneration

hypothesis of depression. Medical hypotheses 61, 519-525.

Nadeau, S., Rivest, S., 2000. Role of microglial-derived tumor necrosis factor in mediating CD14

transcription and nuclear factor kappa B activity in the brain during endotoxemia. J Neurosci 20,

3456-3468.

Nadeau, S., Rivest, S., 2001. The complement system is an integrated part of the natural innate

immune response in the brain. Faseb J 15, 1410-1412.

Naeser, P., 1973. Effects of adrenalectomy on the obese-hyperglycemic syndrome in mice (gene

symbol ob). Diabetologia 9, 376-379.

Nakano, K., Suzuki, S., Oh, C., 1987. Significance of increased secretion of glucocorticoids in mice

and rats injected with bacterial endotoxin. Brain, behavior, and immunity 1, 159-172.

Neal, M.D., Leaphart, C., Levy, R., Prince, J., Billiar, T.R., Watkins, S., Li, J., Cetin, S., Ford, H.,

Schreiber, A., Hackam, D.J., 2006. Enterocyte TLR4 mediates phagocytosis and translocation of

bacteria across the intestinal barrier. J Immunol 176, 3070-3079.

Nemeth, H., Toldi, J., Vecsei, L., 2005. Role of kynurenines in the central and peripheral nervous

systems. Current neurovascular research 2, 249-260.

Nemunaitis, J., Ross, M., Meisenberg, B., O'Reilly, R., Lilleby, K., Buckner, C.D., Appelbaum, F.R.,

Buhles, W., Singer, J., Peters, W.P., 1994. Phase I study of recombinant human interleukin-1 beta

(rhIL-1 beta) in patients with bone marrow failure. Bone marrow transplantation 14, 583-588.

Nieman, D.C., Henson, D.A., Nehlsen-Cannarella, S.L., Ekkens, M., Utter, A.C., Butterworth, D.E.,

Fagoaga, O.R., 1999. Influence of obesity on immune function. Journal of the American Dietetic

Association 99, 294-299.

Nishida, A., Misaki, Y., Kuruta, H., Takashima, S., 1994. Developmental expression of copper, zinc-

superoxide dismutase in human brain by chemiluminescence. Brain & development 16, 40-43.

Noble, F., Rubira, E., Boulanouar, M., Palmier, B., Plotkine, M., Warnet, J.M., Marchand-Leroux, C.,

Massicot, F., 2007. Acute systemic inflammation induces central mitochondrial damage and mnesic

deficit in adult Swiss mice. Neuroscience letters 424, 106-110.

O'Connor, J.C., Lawson, M.A., Andre, C., Moreau, M., Lestage, J., Castanon, N., Kelley, K.W.,

Dantzer, R., 2008. Lipopolysaccharide-induced depressive-like behavior is mediated by indoleamine

2,3-dioxygenase activation in mice. Molecular psychiatry.

O'Connor, J.C., Satpathy, A., Hartman, M.E., Horvath, E.M., Kelley, K.W., Dantzer, R., Johnson,

R.W., Freund, G.G., 2005. IL-1beta-mediated innate immunity is amplified in the db/db mouse model

of type 2 diabetes. J Immunol 174, 4991-4997.

Ogawa, T., Matson, W.R., Beal, M.F., Myers, R.H., Bird, E.D., Milbury, P., Saso, S., 1992.

Kynurenine pathway abnormalities in Parkinson's disease. Neurology 42, 1702-1706.

266

Olivier, J.D., Van Der Hart, M.G., Van Swelm, R.P., Dederen, P.J., Homberg, J.R., Cremers, T., Deen,

P.M., Cuppen, E., Cools, A.R., Ellenbroek, B.A., 2008. A study in male and female 5-HT transporter

knockout rats: an animal model for anxiety and depression disorders. Neuroscience 152, 573-584.

Oomura, Y., Hori, N., Shiraishi, T., Fukunaga, K., Takeda, H., Tsuji, M., Matsumiya, T., Ishibashi,

M., Aou, S., Li, X.L., Kohno, D., Uramura, K., Sougawa, H., Yada, T., Wayner, M.J., Sasaki, K.,

2006. Leptin facilitates learning and memory performance and enhances hippocampal CA1 long-term

potentiation and CaMK II phosphorylation in rats. Peptides 27, 2738-2749.

Oprica, M., Zhu, S., Goiny, M., Pham, T.M., Mohammed, A.H., Winblad, B., Bartfai, T., Schultzberg,

M., 2005. Transgenic overexpression of interleukin-1 receptor antagonist in the CNS influences

behaviour, serum corticosterone and brain monoamines. Brain, behavior, and immunity 19, 223-234.

Owens, M.J., Nemeroff, C.B., 1991. Physiology and pharmacology of corticotropin-releasing factor.

Pharmacological reviews 43, 425-473.

Owens, M.J., Nemeroff, C.B., 1994. Role of serotonin in the pathophysiology of depression: focus on

the serotonin transporter. Clinical chemistry 40, 288-295.

Ozata, M., Ozdemir, I.C., Licinio, J., 1999. Human leptin deficiency caused by a missense mutation:

multiple endocrine defects, decreased sympathetic tone, and immune system dysfunction indicate new

targets for leptin action, greater central than peripheral resistance to the effects of leptin, and

spontaneous correction of leptin-mediated defects. The Journal of clinical endocrinology and

metabolism 84, 3686-3695.

Pacifico, L., Di Renzo, L., Anania, C., Osborn, J.F., Ippoliti, F., Schiavo, E., Chiesa, C., 2006.

Increased T-helper interferon-gamma-secreting cells in obese children. European journal of

endocrinology / European Federation of Endocrine Societies 154, 691-697.

Palmer, G., Gabay, C., 2003. A role for leptin in rheumatic diseases? Annals of the rheumatic diseases

62, 913-915.

Pan, W., Zadina, J.E., Harlan, R.E., Weber, J.T., Banks, W.A., Kastin, A.J., 1997. Tumor necrosis

factor-alpha: a neuromodulator in the CNS. Neuroscience and biobehavioral reviews 21, 603-613.

Pariante, C.M., 2003. Depression, stress and the adrenal axis. Journal of neuroendocrinology 15, 811-

812.

Pariante, C.M., 2004. Glucocorticoid receptor function in vitro in patients with major depression.

Stress (Amsterdam, Netherlands) 7, 209-219.

Pasquali, R., Anconetani, B., Chattat, R., Biscotti, M., Spinucci, G., Casimirri, F., Vicennati, V.,

Carcello, A., Labate, A.M., 1996. Hypothalamic-pituitary-adrenal axis activity and its relationship to

the autonomic nervous system in women with visceral and subcutaneous obesity: effects of the

corticotropin-releasing factor/arginine-vasopressin test and of stress. Metabolism: clinical and

experimental 45, 351-356.

Pathak, A., 2007. Visceral adipose tissue and cardiovascular risk factors. La Lettre du pharmacologue

21, 8-12.

267

Pauli, S., Linthorst, A.C., Reul, J.M., 1998. Tumour necrosis factor-alpha and interleukin-2

differentially affect hippocampal serotonergic neurotransmission, behavioural activity, body

temperature and hypothalamic-pituitary-adrenocortical axis activity in the rat. The European journal of

neuroscience 10, 868-878.

Pauwels, P.J., 2000. Diverse signalling by 5-hydroxytryptamine (5-HT) receptors. Biochemical

pharmacology 60, 1743-1750.

Pavol, M.A., Meyers, C.A., Rexer, J.L., Valentine, A.D., Mattis, P.J., Talpaz, M., 1995. Pattern of

neurobehavioral deficits associated with interferon alfa therapy for leukemia. Neurology 45, 947-950.

Pecoits-Filho, R., Barany, P., Lindholm, B., Heimburger, O., Stenvinkel, P., 2002. Interleukin-6 is an

independent predictor of mortality in patients starting dialysis treatment. Nephrol Dial Transplant 17,

1684-1688.

Pellow, S., Chopin, P., File, S.E., Briley, M., 1985. Validation of open:closed arm entries in an

elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat. Journal of neuroscience methods 14, 149-167.

Perry, V.H., Cunningham, C., Holmes, C., 2007. Systemic infections and inflammation affect chronic

neurodegeneration. Nature reviews 7, 161-167.

Pickup, J.C., Chusney, G.D., Thomas, S.M., Burt, D., 2000. Plasma interleukin-6, tumour necrosis

factor alpha and blood cytokine production in type 2 diabetes. Life sciences 67, 291-300.

Plata-Salaman, C.R., Oomura, Y., Kai, Y., 1988. Tumor necrosis factor and interleukin-1 beta:

suppression of food intake by direct action in the central nervous system. Brain research 448, 106-114.

Plata-Salaman, C.R., Peloso, E., Satinoff, E., 1998. Cytokine-induced fever in obese (fa/fa) and lean

(Fa/Fa) Zucker rats. The American journal of physiology 275, R1353-1357.

Plata-Salaman, C.R., Sonti, G., Borkoski, J.P., Wilson, C.D., French-Mullen, J.M.b., 1996. Anorexia

induced by chronic central administration of cytokines at estimated pathophysiological concentrations.

Physiology & behavior 60, 867-875.

Pomara, N., Greenberg, W.M., Branford, M.D., Doraiswamy, P.M., 2003. Therapeutic implications of

HPA axis abnormalities in Alzheimer's disease: review and update. Psychopharmacology bulletin 37,

120-134.

Porsolt, R.D., 2000. Animal models of depression: utility for transgenic research. Rev Neurosci 11,

53-58.

Porsolt, R.D., Bertin, A., Jalfre, M., 1977. Behavioral despair in mice: a primary screening test for

antidepressants. Archives internationales de pharmacodynamie et de therapie 229, 327-336.

Poulain, J.P., 2004. Dimensions sociales de l'obésité. INSERM.

Poutiainen, E., Hokkanen, L., Niemi, M.L., Farkkila, M., 1994. Reversible cognitive decline during

high-dose alpha-interferon treatment. Pharmacology, biochemistry, and behavior 47, 901-905.

Prins, J.B., Niesler, C.U., Winterford, C.M., Bright, N.A., Siddle, K., O'Rahilly, S., Walker, N.I.,

Cameron, D.P., 1997. Tumor necrosis factor-alpha induces apoptosis of human adipose cells. Diabetes

46, 1939-1944.

268

Prut, L., Belzung, C., 2003. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-

like behaviors: a review. European journal of pharmacology 463, 3-33.

Pue, C.A., Mortensen, R.F., Marsh, C.B., Pope, H.A., Wewers, M.D., 1996. Acute phase levels of C-

reactive protein enhance IL-1 beta and IL-1ra production by human blood monocytes but inhibit IL-1

beta and IL-1ra production by alveolar macrophages. J Immunol 156, 1594-1600.

Punchard, N.A., Whelan, C.J., Adcock, I., 2004. The Journal of Inflammation. Journal of

inflammation (London, England) 1, 1.

Rafnsson, S.B., Deary, I.J., Smith, F.B., Whiteman, M.C., Rumley, A., Lowe, G.D., Fowkes, F.G.,

2007. Cognitive decline and markers of inflammation and hemostasis: the Edinburgh Artery Study.

Journal of the American Geriatrics Society 55, 700-707.

Rahkonen, T., Luukkainen-Markkula, R., Paanila, S., Sivenius, J., Sulkava, R., 2000. Delirium episode

as a sign of undetected dementia among community dwelling elderly subjects: a 2 year follow up

study. Journal of neurology, neurosurgery, and psychiatry 69, 519-521.

Raison, C.L., Demetrashvili, M., Capuron, L., Miller, A.H., 2005. Neuropsychiatric adverse effects of

interferon-alpha: recognition and management. CNS drugs 19, 105-123.

Ramos, A., Mormede, P., 1998. Stress and emotionality: a multidimensional and genetic approach.

Neuroscience and biobehavioral reviews 22, 33-57.

Reichenberg, A., Yirmiya, R., Schuld, A., Kraus, T., Haack, M., Morag, A., Pollmacher, T., 2001.

Cytokine-associated emotional and cognitive disturbances in humans. Archives of general psychiatry

58, 445-452.

Renault, J., Aubert, A., 2006. Immunity and emotions: lipopolysaccharide increases defensive

behaviours and potentiates despair in mice. Brain, behavior, and immunity 20, 517-526.

Ressler, K.J., Nemeroff, C.B., 1999. Role of norepinephrine in the pathophysiology and treatment of

mood disorders. Biological psychiatry 46, 1219-1233.

Ressler, K.J., Nemeroff, C.B., 2000. Role of serotonergic and noradrenergic systems in the

pathophysiology of depression and anxiety disorders. Depression and anxiety 12 Suppl 1, 2-19.

Reynolds, G.P., Pearson, S.J., 1989. Increased brain 3-hydroxykynurenine in Huntington's disease.

Lancet 2, 979-980.

Riazi, K., Galic, M.A., Kuzmiski, J.B., Ho, W., Sharkey, K.A., Pittman, Q.J., 2008. Microglial

activation and TNF{alpha} production mediate altered CNS excitability following peripheral

inflammation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

Rivest, S., 1999. What is the cellular source of prostaglandins in the brain in response to systemic

inflammation? Facts and controversies. Molecular psychiatry 4, 500-507.

Rivest, S., 2003. Molecular insights on the cerebral innate immune system. Brain, behavior, and

immunity 17, 13-19.

Robinson, C.M., Shirey, K.A., Carlin, J.M., 2003. Synergistic transcriptional activation of indoleamine

dioxygenase by IFN-gamma and tumor necrosis factor-alpha. J Interferon Cytokine Res 23, 413-421.

269

Romanova, I.V., Ramos, E.J., Xu, Y., Quinn, R., Chen, C., George, Z.M., Inui, A., Das, U., Meguid,

M.M., 2004. Neurobiologic changes in the hypothalamus associated with weight loss after gastric

bypass. Journal of the American College of Surgeons 199, 887-895.

Romanovsky, A.A., Szekely, M., 1998. Fever and hypothermia: two adaptive thermoregulatory

responses to systemic inflammation. Medical hypotheses 50, 219-226.

Rosen, E.D., MacDougald, O.A., 2006. Adipocyte differentiation from the inside out. Nat Rev Mol

Cell Biol 7, 885-896.

Rosengren, A., Skoog, I., Gustafson, D., Wilhelmsen, L., 2005. Body mass index, other cardiovascular

risk factors, and hospitalization for dementia. Archives of internal medicine 165, 321-326.

Rosmond, R., Bjorntorp, P., 1998. The interactions between hypothalamic-pituitary-adrenal axis

activity, testosterone, insulin-like growth factor I and abdominal obesity with metabolism and blood

pressure in men. Int J Obes Relat Metab Disord 22, 1184-1196.

Ryden, A., Sullivan, M., Torgerson, J.S., Karlsson, J., Lindroos, A.K., Taft, C., 2004. A comparative

controlled study of personality in severe obesity: a 2-y follow-up after intervention. Int J Obes Relat

Metab Disord 28, 1485-1493.

Sagar, S.M., Price, K.J., Kasting, N.W., Sharp, F.R., 1995. Anatomic patterns of Fos immunostaining

in rat brain following systemic endotoxin administration. Brain research bulletin 36, 381-392.

Saito, K., Heyes, M.P., 1996. Kynurenine pathway enzymes in brain. Properties of enzymes and

regulation of quinolinic acid synthesis. Advances in experimental medicine and biology 398, 485-492.

Salehi, M., Ferenczi, A., Zumoff, B., 2005. Obesity and cortisol status. Hormone and metabolic

research. Hormon- und Stoffwechselforschung 37, 193-197.

Sandyk, R., 1992. L-tryptophan in neuropsychiatric disorders: a review. The International journal of

neuroscience 67, 127-144.

Saper, C.B., Chou, T.C., Elmquist, J.K., 2002. The need to feed: homeostatic and hedonic control of

eating. Neuron 36, 199-211.

Sarraf, P., Frederich, R.C., Turner, E.M., Ma, G., Jaskowiak, N.T., Rivet, D.J., 3rd, Flier, J.S., Lowell,

B.B., Fraker, D.L., Alexander, H.R., 1997. Multiple cytokines and acute inflammation raise mouse

leptin levels: potential role in inflammatory anorexia. The Journal of experimental medicine 185, 171-

175.

Sartipy, P., Loskutoff, D.J., 2003. Monocyte chemoattractant protein 1 in obesity and insulin

resistance. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 100,

7265-7270.

Scheibel, R.S., Valentine, A.D., O'Brien, S., Meyers, C.A., 2004. Cognitive dysfunction and

depression during treatment with interferon-alpha and chemotherapy. The Journal of neuropsychiatry

and clinical neurosciences 16, 185-191.

Schiepers, O.J., Wichers, M.C., Maes, M., 2005. Cytokines and major depression. Progress in neuro-

psychopharmacology & biological psychiatry 29, 201-217.

270

Schildkraut, J.J., 1995. The catecholamine hypothesis of affective disorders: a review of supporting

evidence. 1965. The Journal of neuropsychiatry and clinical neurosciences 7, 524-533; discussion 523-

524.

Schobitz, B., Van Den Dobbelsteen, M., Holsboer, F., Sutanto, W., De Kloet, E.R., 1993. Regulation

of interleukin 6 gene expression in rat. Endocrinology 132, 1569-1576.

Schrocksnadel, H., Baier-Bitterlich, G., Dapunt, O., Wachter, H., Fuchs, D., 1996. Decreased plasma

tryptophan in pregnancy. Obstetrics and gynecology 88, 47-50.

Schultz, D.R., Arnold, P.I., 1990. Properties of four acute phase proteins: C-reactive protein, serum

amyloid A protein, alpha 1-acid glycoprotein, and fibrinogen. Seminars in arthritis and rheumatism 20,

129-147.

Schwarcz, R., 2004. The kynurenine pathway of tryptophan degradation as a drug target. Current

opinion in pharmacology 4, 12-17.

Schwarcz, R., Du, F., 1991. Quinolinic acid and kynurenic acid in the mammalian brain. Advances in

experimental medicine and biology 294, 185-199.

Scott, K.M., McGee, M.A., Wells, J.E., Oakley Browne, M.A., 2008. Obesity and mental disorders in

the adult general population. Journal of psychosomatic research 64, 97-105.

Seidel, A., Arolt, V., Hunstiger, M., Rink, L., Behnisch, A., Kirchner, H., 1995. Cytokine production

and serum proteins in depression. Scandinavian journal of immunology 41, 534-538.

Sharma, R.J., Macallan, D.C., Sedgwick, P., Remick, D.G., Griffin, G.E., 1992. Kinetics of endotoxin-

induced acute-phase protein gene expression and its modulation by TNF-alpha monoclonal antibody.

The American journal of physiology 262, R786-793.

Sheline, Y.I., 2000. 3D MRI studies of neuroanatomic changes in unipolar major depression: the role

of stress and medical comorbidity. Biological psychiatry 48, 791-800.

Shimizu, T., Nomiyama, S., Hirata, F., Hayaishi, O., 1978. Indoleamine 2,3-dioxygenase. Purification

and some properties. The Journal of biological chemistry 253, 4700-4706.

Shimizu, Y., Newman, W., Tanaka, Y., Shaw, S., 1992. Lymphocyte interactions with endothelial

cells. Immunology today 13, 106-112.

Shizuya, K., Komori, T., Fujiwara, R., Miyahara, S., Ohmori, M., Nomura, J., 1998. The expressions

of mRNAs for interleukin-6 (IL-6) and the IL-6 receptor (IL-6R) in the rat hypothalamus and midbrain

during restraint stress. Life sciences 62, 2315-2320.

Shore, S.A., 2008. Obesity and asthma: possible mechanisms. The Journal of allergy and clinical

immunology 121, 1087-1093; quiz 1094-1085.

Sierra-Honigmann, M.R., Nath, A.K., Murakami, C., Garcia-Cardena, G., Papapetropoulos, A., Sessa,

W.C., Madge, L.A., Schechner, J.S., Schwabb, M.B., Polverini, P.J., Flores-Riveros, J.R., 1998.

Biological action of leptin as an angiogenic factor. Science (New York, N.Y 281, 1683-1686.

Smith, A.G., Sheridan, P.A., Harp, J.B., Beck, M.A., 2007. Diet-induced obese mice have increased

mortality and altered immune responses when infected with influenza virus. J Nutr 137, 1236-1243.

271

Smith, A.P., Tyrrell, D.A., Al-Nakib, W., Coyle, K.B., Donovan, C.B., Higgins, P.G., Willman, J.S.,

1987a. Effects of experimentally induced respiratory virus infections and illness on psychomotor

performance. Neuropsychobiology 18, 144-148.

Smith, A.P., Tyrrell, D.A., Coyle, K., Willman, J.S., 1987b. Selective effects of minor illnesses on

human performance. Br J Psychol 78 ( Pt 2), 183-188.

Smith, G.P., 2000. The controls of eating: a shift from nutritional homeostasis to behavioral

neuroscience. Nutrition (Burbank, Los Angeles County, Calif 16, 814-820.

Sparkman, N.L., Martin, L.A., Calvert, W.S., Boehm, G.W., 2005. Effects of intraperitoneal

lipopolysaccharide on Morris maze performance in year-old and 2-month-old female C57BL/6J mice.

Behavioural brain research 159, 145-151.

Spinedi, E., Gaillard, R.C., 1998. A regulatory loop between the hypothalamo-pituitary-adrenal (HPA)

axis and circulating leptin: a physiological role of ACTH. Endocrinology 139, 4016-4020.

Stenberg, V.I., Bouley, M.G., Katz, B.M., Lee, K.J., Parmar, S.S., 1990. Negative endocrine control

system for inflammation in rats. Agents and actions 29, 189-195.

Stephens, T.W., Basinski, M., Bristow, P.K., Bue-Valleskey, J.M., Burgett, S.G., Craft, L., Hale, J.,

Hoffmann, J., Hsiung, H.M., Kriauciunas, A., et al., 1995. The role of neuropeptide Y in the

antiobesity action of the obese gene product. Nature 377, 530-532.

Steppan, C.M., Bailey, S.T., Bhat, S., Brown, E.J., Banerjee, R.R., Wright, C.M., Patel, H.R., Ahima,

R.S., Lazar, M.A., 2001. The hormone resistin links obesity to diabetes. Nature 409, 307-312.

Steru, L., Chermat, R., Thierry, B., Simon, P., 1985. The tail suspension test: a new method for

screening antidepressants in mice. Psychopharmacology 85, 367-370.

Stetson, D.B., Medzhitov, R., 2006. Type I interferons in host defense. Immunity 25, 373-381.

Stone, T.W., 1993. Neuropharmacology of quinolinic and kynurenic acids. Pharmacological reviews

45, 309-379.

Strobel, A., Issad, T., Camoin, L., Ozata, M., Strosberg, A.D., 1998. A leptin missense mutation

associated with hypogonadism and morbid obesity. Nature genetics 18, 213-215.

Strohle, A., Holsboer, F., 2003. Stress responsive neurohormones in depression and anxiety.

Pharmacopsychiatry 36 Suppl 3, S207-214.

Stunkard, A.J., Faith, M.S., Allison, K.C., 2003. Depression and obesity. Biological psychiatry 54,

330-337.

Suda, T., Sumitomo, T., Nakano, Y., Tozawa, F., Ushiyama, T., Demura, H., 1990. Glucocorticoids

decrease a binding of corticotropin-releasing hormone-binding protein in human plasma. The Journal

of clinical endocrinology and metabolism 71, 913-917.

Sugrue, M.F., 1987. Neuropharmacology of drugs affecting food intake. Pharmacology & therapeutics

32, 145-182.

272

Swiergiel, A.H., Dunn, A.J., 2007. Effects of interleukin-1beta and lipopolysaccharide on behavior of

mice in the elevated plus-maze and open field tests. Pharmacology, biochemistry, and behavior 86,

651-659.

Tada, T., Takemori, T., Okumura, K., Nonaka, M., Tokuhisa, T., 1978. Two distinct types of helper T

cells involved in the secondary antibody response: independent and synergistic effects of Ia- and Ia+

helper T cells. The Journal of experimental medicine 147, 446-458.

Takahashi, N., Waelput, W., Guisez, Y., 1999. Leptin is an endogenous protective protein against the

toxicity exerted by tumor necrosis factor. The Journal of experimental medicine 189, 207-212.

Takeda, S., Elefteriou, F., Levasseur, R., Liu, X., Zhao, L., Parker, K.L., Armstrong, D., Ducy, P.,

Karsenty, G., 2002. Leptin regulates bone formation via the sympathetic nervous system. Cell 111,

305-317.

Takeshita, N., Yoshino, T., Mutoh, S., 2000. Possible involvement of corticosterone in bone loss of

genetically diabetic db/db mice. Hormone and metabolic research. Hormon- und

Stoffwechselforschung 32, 147-151.

Takikawa, O., Yoshida, R., Kido, R., Hayaishi, O., 1986. Tryptophan degradation in mice initiated by

indoleamine 2,3-dioxygenase. The Journal of biological chemistry 261, 3648-3653.

Tanaka, T., Knox, W.E., 1959. The nature and mechanism of the tryptophan pyrrolase (peroxidase-

oxidase) reaction of Pseudomonas and of rat liver. The Journal of biological chemistry 234, 1162-

1170.

Tancredi, V., D'Antuono, M., Cafe, C., Giovedi, S., Bue, M.C., D'Arcangelo, G., Onofri, F., Benfenati,

F., 2000. The inhibitory effects of interleukin-6 on synaptic plasticity in the rat hippocampus are

associated with an inhibition of mitogen-activated protein kinase ERK. Journal of neurochemistry 75,

634-643.

Tancredi, V., D'Arcangelo, G., Grassi, F., Tarroni, P., Palmieri, G., Santoni, A., Eusebi, F., 1992.

Tumor necrosis factor alters synaptic transmission in rat hippocampal slices. Neuroscience letters 146,

176-178.

Tataranni, P.A., Larson, D.E., Snitker, S., Young, J.B., Flatt, J.P., Ravussin, E., 1996. Effects of

glucocorticoids on energy metabolism and food intake in humans. The American journal of

physiology 271, E317-325.

Tatemoto, K., Carlquist, M., Mutt, V., 1982. Neuropeptide Y--a novel brain peptide with structural

similarities to peptide YY and pancreatic polypeptide. Nature 296, 659-660.

Taylor, M.W., Feng, G.S., 1991. Relationship between interferon-gamma, indoleamine 2,3-

dioxygenase, and tryptophan catabolism. Faseb J 5, 2516-2522.

Thibaut de Saint Pol, I., 2007. L'obésité en France : les écarts entre catégories sociales s'accroissent

INSEE.

Thoeringer, C.K., Sillaber, I., Roedel, A., Erhardt, A., Mueller, M.B., Ohl, F., Holsboer, F., Keck,

M.E., 2007. The temporal dynamics of intrahippocampal corticosterone in response to stress-related

273

stimuli with different emotional and physical load: an in vivo microdialysis study in C57BL/6 and

DBA/2 inbred mice. Psychoneuroendocrinology 32, 746-757.

Tilders, F.J., DeRijk, R.H., Van Dam, A.M., Vincent, V.A., Schotanus, K., Persoons, J.H., 1994.

Activation of the hypothalamus-pituitary-adrenal axis by bacterial endotoxins: routes and intermediate

signals. Psychoneuroendocrinology 19, 209-232.

Tilg, H., Moschen, A.R., 2006. Adipocytokines: mediators linking adipose tissue, inflammation and

immunity. Nature reviews 6, 772-783.

Tilg, H., Vannier, E., Vachino, G., Dinarello, C.A., Mier, J.W., 1993. Antiinflammatory properties of

hepatic acute phase proteins: preferential induction of interleukin 1 (IL-1) receptor antagonist over IL-

1 beta synthesis by human peripheral blood mononuclear cells. The Journal of experimental medicine

178, 1629-1636.

Toni, R., Malaguti, A., Castorina, S., Roti, E., Lechan, R.M., 2004. New paradigms in

neuroendocrinology: relationships between obesity, systemic inflammation and the neuroendocrine

system. Journal of endocrinological investigation 27, 182-186.

Tounian, L., Guy-Grand 2005. Ghrelin, the only orexigene hormone. Cahier de nutrition et diététique

40, 270-280.

Tracey, V.V., De, N.C., Harper, J.R., 1971. Obesity and respiratory infection in infants and young

children. British medical journal 1, 16-18.

Trayhurn, P., Wood, I.S., 2004. Adipokines: inflammation and the pleiotropic role of white adipose

tissue. Br J Nutr 92, 347-355.

Tschop, M., Heiman, M.L., 2001. Rodent obesity models: an overview. Exp Clin Endocrinol Diabetes

109, 307-319.

Tsigos, C., Chrousos, G.P., 2002. Hypothalamic-pituitary-adrenal axis, neuroendocrine factors and

stress. Journal of psychosomatic research 53, 865-871.

Tsigos, C., Papanicolaou, D.A., Defensor, R., Mitsiadis, C.S., Kyrou, I., Chrousos, G.P., 1997. Dose

effects of recombinant human interleukin-6 on pituitary hormone secretion and energy expenditure.

Neuroendocrinology 66, 54-62.

Turck, J., Oberdorfer, C., Vogel, T., Mackenzie, C.R., Daubener, W., 2005. Enhancement of

antimicrobial effects by glucocorticoids. Medical microbiology and immunology 194, 47-53.

Turnbull, A.V., Rivier, C., 1995. Regulation of the HPA axis by cytokines. Brain, behavior, and

immunity 9, 253-275.

Uchida, S., Kitamoto, A., Umeeda, H., Nakagawa, N., Masushige, S., Kida, S., 2005. Chronic

reduction in dietary tryptophan leads to changes in the emotional response to stress in mice. Journal of

nutritional science and vitaminology 51, 175-181.

Uchida, S., Umeeda, H., Kitamoto, A., Masushige, S., Kida, S., 2007. Chronic reduction in dietary

tryptophan leads to a selective impairment of contextual fear memory in mice. Brain research 1149,

149-156.

274

Uehara, A., Sekiya, C., Takasugi, Y., Namiki, M., Arimura, A., 1989. Anorexia induced by interleukin

1: involvement of corticotropin-releasing factor. The American journal of physiology 257, R613-617.

Urakubo, A., Jarskog, L.F., Lieberman, J.A., Gilmore, J.H., 2001. Prenatal exposure to maternal

infection alters cytokine expression in the placenta, amniotic fluid, and fetal brain. Schizophrenia

research 47, 27-36.

Vaccarino, A.L., Evans, K.R., Sills, T.L., Kalali, A.H., 2008. Symptoms of anxiety in depression:

assessment of item performance of the Hamilton Anxiety Rating Scale in patients with depression.

Depression and anxiety.

Vachharajani, V., Russell, J.M., Scott, K.L., Conrad, S., Stokes, K.Y., Tallam, L., Hall, J., Granger,

D.N., 2005. Obesity exacerbates sepsis-induced inflammation and microvascular dysfunction in mouse

brain. Microcirculation 12, 183-194.

Valentine, A.D., Meyers, C.A., Kling, M.A., Richelson, E., Hauser, P., 1998. Mood and cognitive side

effects of interferon-alpha therapy. Seminars in oncology 25, 39-47.

Vallieres, L., Campbell, I.L., Gage, F.H., Sawchenko, P.E., 2002. Reduced hippocampal neurogenesis

in adult transgenic mice with chronic astrocytic production of interleukin-6. J Neurosci 22, 486-492.

van Crevel, R., Karyadi, E., Netea, M.G., Verhoef, H., Nelwan, R.H., West, C.E., van der Meer, J.W.,

2002. Decreased plasma leptin concentrations in tuberculosis patients are associated with wasting and

inflammation. The Journal of clinical endocrinology and metabolism 87, 758-763.

van Dam, A.M., Brouns, M., Louisse, S., Berkenbosch, F., 1992. Appearance of interleukin-1 in

macrophages and in ramified microglia in the brain of endotoxin-treated rats: a pathway for the

induction of non-specific symptoms of sickness? Brain research 588, 291-296.

van der Meer, M.J., Sweep, C.G., Rijnkels, C.E., Pesman, G.J., Tilders, F.J., Kloppenborg, P.W.,

Hermus, A.R., 1996. Acute stimulation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis by IL-1 beta, TNF

alpha and IL-6: a dose response study. Journal of endocrinological investigation 19, 175-182.

van Praag, H.M., 1982. Depression. Lancet 2, 1259-1264.

Vannier, E., Miller, L.C., Dinarello, C.A., 1992. Coordinated antiinflammatory effects of interleukin

4: interleukin 4 suppresses interleukin 1 production but up-regulates gene expression and synthesis of

interleukin 1 receptor antagonist. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United

States of America 89, 4076-4080.

Vickers, S.P., Benwell, K.R., Porter, R.H., Bickerdike, M.J., Kennett, G.A., Dourish, C.T., 2000.

Comparative effects of continuous infusion of mCPP, Ro 60-0175 and d-fenfluramine on food intake,

water intake, body weight and locomotor activity in rats. British journal of pharmacology 130, 1305-

1314.

Wadden, T.A., Butryn, M.L., Sarwer, D.B., Fabricatore, A.N., Crerand, C.E., Lipschutz, P.E.,

Faulconbridge, L., Raper, S.E., Williams, N.N., 2006. Comparison of psychosocial status in treatment-

seeking women with class III vs. class I-II obesity. Obesity (Silver Spring, Md 14 Suppl 2, 90S-98S.

275

Wahl, S.M., 1992. Transforming growth factor beta (TGF-beta) in inflammation: a cause and a cure.

Journal of clinical immunology 12, 61-74.

Walker, L.G., Wesnes, K.P., Heys, S.D., Walker, M.B., Lolley, J., Eremin, O., 1996. The cognitive

effects of recombinant interleukin-2 (rIL-2) therapy: a controlled clinical trial using computerised

assessments. Eur J Cancer 32A, 2275-2283.

Wallenius, V., Wallenius, K., Ahren, B., Rudling, M., Carlsten, H., Dickson, S.L., Ohlsson, C.,

Jansson, J.O., 2002. Interleukin-6-deficient mice develop mature-onset obesity. Nature medicine 8, 75-

79.

Walsh, D.T., Betmouni, S., Perry, V.H., 2001. Absence of detectable IL-1beta production in murine

prion disease: a model of chronic neurodegeneration. Journal of neuropathology and experimental

neurology 60, 173-182.

Wang, J., Liu, R., Hawkins, M., Barzilai, N., Rossetti, L., 1998. A nutrient-sensing pathway regulates

leptin gene expression in muscle and fat. Nature 393, 684-688.

Watanobe, H., Takebe, K., 1992. Intravenous administration of tumor necrosis factor-alpha stimulates

corticotropin releasing hormone secretion in the push-pull cannulated median eminence of freely

moving rats. Neuropeptides 22, 81-84.

Way, J.M., Gorgun, C.Z., Tong, Q., Uysal, K.T., Brown, K.K., Harrington, W.W., Oliver, W.R., Jr.,

Willson, T.M., Kliewer, S.A., Hotamisligil, G.S., 2001. Adipose tissue resistin expression is severely

suppressed in obesity and stimulated by peroxisome proliferator-activated receptor gamma agonists.

The Journal of biological chemistry 276, 25651-25653.

Weaver, J.D., Huang, M.H., Albert, M., Harris, T., Rowe, J.W., Seeman, T.E., 2002. Interleukin-6 and

risk of cognitive decline: MacArthur studies of successful aging. Neurology 59, 371-378.

Weinberg, E.D., 1984. Iron withholding: a defense against infection and neoplasia. Physiological

reviews 64, 65-102.

Weisberg, S.P., McCann, D., Desai, M., Rosenbaum, M., Leibel, R.L., Ferrante, A.W., Jr., 2003.

Obesity is associated with macrophage accumulation in adipose tissue. The Journal of clinical

investigation 112, 1796-1808.

Wellen, K.E., Hotamisligil, G.S., 2003. Obesity-induced inflammatory changes in adipose tissue. The

Journal of clinical investigation 112, 1785-1788.

Williams, C.A., Harry, R.A., McLeod, J.D., 2008. Apoptotic cells induce dendritic cell-mediated

suppression via interferon-gamma-induced IDO. Immunology 124, 89-101.

Winocur, G., 1985. The hippocampus and thalamus: their roles in short- and long-term memory and

the effects of interference. Behavioural brain research 16, 135-152.

Winocur, G., 1991. Functional dissociation of the hippocampus and prefrontal cortex in learning and

memory. Psychobiology 19, 11-20.

Winocur, G., Greenwood, C.E., 1999. The effects of high fat diets and environmental influences on

cognitive performance in rats. Behavioural brain research 101, 153-161.

276

Winocur, G., Greenwood, C.E., 2005. Studies of the effects of high fat diets on cognitive function in a

rat model. Neurobiology of aging 26 Suppl 1, 46-49.

Winocur, G., Greenwood, C.E., Piroli, G.G., Grillo, C.A., Reznikov, L.R., Reagan, L.P., McEwen,

B.S., 2005. Memory impairment in obese Zucker rats: an investigation of cognitive function in an

animal model of insulin resistance and obesity. Behavioral neuroscience 119, 1389-1395.

Winters, B.D., Saksida, L.M., Bussey, T.J., 2008. Object recognition memory: neurobiological

mechanisms of encoding, consolidation and retrieval. Neuroscience and biobehavioral reviews 32,

1055-1070.

Wirleitner, B., Neurauter, G., Schrocksnadel, K., Frick, B., Fuchs, D., 2003. Interferon-gamma-

induced conversion of tryptophan: immunologic and neuropsychiatric aspects. Current medicinal

chemistry 10, 1581-1591.

Wirth, S., Yanike, M., Frank, L.M., Smith, A.C., Brown, E.N., Suzuki, W.A., 2003. Single neurons in

the monkey hippocampus and learning of new associations. Science (New York, N.Y 300, 1578-1581.

Wolf, G., 2002. Glucocorticoids in adipocytes stimulate visceral obesity. Nutrition reviews 60, 148-

151.

Woods, S.C., Seeley, R.J., 2000. Adiposity signals and the control of energy homeostasis. Nutrition

(Burbank, Los Angeles County, Calif 16, 894-902.

Xiao, E., Xia-Zhang, L., Vulliemoz, N.R., Ferin, M., Wardlaw, S.L., 2003. Leptin modulates

inflammatory cytokine and neuroendocrine responses to endotoxin in the primate. Endocrinology 144,

4350-4353.

Xin, L., Blatteis, C.M., 1992. Blockade by interleukin-1 receptor antagonist of IL-1 beta-induced

neuronal activity in guinea pig preoptic area slices. Brain research 569, 348-352.

Xu, A., Wang, Y., Keshaw, H., Xu, L.Y., Lam, K.S., Cooper, G.J., 2003a. The fat-derived hormone

adiponectin alleviates alcoholic and nonalcoholic fatty liver diseases in mice. The Journal of clinical

investigation 112, 91-100.

Xu, B., Goulding, E.H., Zang, K., Cepoi, D., Cone, R.D., Jones, K.R., Tecott, L.H., Reichardt, L.F.,

2003b. Brain-derived neurotrophic factor regulates energy balance downstream of melanocortin-4

receptor. Nat Neurosci 6, 736-742.

Xu, H., Barnes, G.T., Yang, Q., Tan, G., Yang, D., Chou, C.J., Sole, J., Nichols, A., Ross, J.S.,

Tartaglia, L.A., Chen, H., 2003c. Chronic inflammation in fat plays a crucial role in the development

of obesity-related insulin resistance. The Journal of clinical investigation 112, 1821-1830.

Yamada, K., Iida, R., Miyamoto, Y., Saito, K., Sekikawa, K., Seishima, M., Nabeshima, T., 2000.

Neurobehavioral alterations in mice with a targeted deletion of the tumor necrosis factor-alpha gene:

implications for emotional behavior. Journal of neuroimmunology 111, 131-138.

Yamamoto, S., Hayaishi, O., 1967. Tryptophan pyrrolase of rabbit intestine. D- and L-tryptophan-

cleaving enzyme or enzymes. The Journal of biological chemistry 242, 5260-5266.

277

Yang, B., Trump, R.P., Shen, Y., McNulty, J.A., Clifton, L.G., Stimpson, S.A., Lin, P., Pahel, G.L.,

2008. RU486 did not exacerbate cytokine release in mice challenged with LPS nor in db/db mice.

BMC pharmacology 8, 7.

Yeager, M.P., Guyre, P.M., Munck, A.U., 2004. Glucocorticoid regulation of the inflammatory

response to injury. Acta anaesthesiologica Scandinavica 48, 799-813.

Yirmiya, R., 1996. Endotoxin produces a depressive-like episode in rats. Brain research 711, 163-174.

Yirmiya, R., Pollak, Y., Morag, M., Reichenberg, A., Barak, O., Avitsur, R., Shavit, Y., Ovadia, H.,

Weidenfeld, J., Morag, A., Newman, M.E., Pollmacher, T., 2000. Illness, cytokines, and depression.

Annals of the New York Academy of Sciences 917, 478-487.

Yoshida, R., Hayaishi, O., 1978. Induction of pulmonary indoleamine 2,3-dioxygenase by

intraperitoneal injection of bacterial lipopolysaccharide. Proceedings of the National Academy of

Sciences of the United States of America 75, 3998-4000.

Young, S.N., Leyton, M., 2002. The role of serotonin in human mood and social interaction. Insight

from altered tryptophan levels. Pharmacology, biochemistry, and behavior 71, 857-865.

Yudkin, J.S., Kumari, M., Humphries, S.E., Mohamed-Ali, V., 2000. Inflammation, obesity, stress and

coronary heart disease: is interleukin-6 the link? Atherosclerosis 148, 209-214.

Zalcman, S., Green-Johnson, J.M., Murray, L., Nance, D.M., Dyck, D., Anisman, H., Greenberg,

A.H., 1994. Cytokine-specific central monoamine alterations induced by interleukin-1, -2 and -6.

Brain research 643, 40-49.

Zhang, Y., Proenca, R., Maffei, M., Barone, M., Leopold, L., Friedman, J.M., 1994. Positional cloning

of the mouse obese gene and its human homologue. Nature 372, 425-432.

Zhou, H.R., Kim, E.K., Kim, H., Claycombe, K.J., 2007. Obesity-associated mouse adipose stem cell

secretion of monocyte chemotactic protein-1. Am J Physiol Endocrinol Metab 293, E1153-1158.

278

279

Publications et communicationsPublications et communicationsPublications et communicationsPublications et communications

280

281

PublicationsPublicationsPublicationsPublications

Dinel A-L , André C, Layé S and Castanon N. “Diet-induced obesity in mice exacerbates

neuroinflammation and sickness elicited by systemic infection”. Soumis à Journal of

Immunology

Dinel A-L , André C, Layé S and Castanon N. “Diet-induced obesity in mice impairs spatial

memory using a two-trial recognition task” En cours de soumission

Dinel A-L , André C, Layé S and Castanon N. “ Anxiety-like disorders are associated with

Diet-induced obesity in mice” En préparation

Dinel A-L , André C, Layé S and Castanon N. “ Obesity-induced inflammation is associated

with mood and cognitive disorders in DB/DB mice” Soumis à Brain, Behavior and Immunity

Communications oralesCommunications oralesCommunications oralesCommunications orales

Dinel A.L ., André C. & Castanon N. “Consequences of obesity and inflammation during pre

and post-natal development on mood and cognitive performance of child” 17th Nutrition

Scientific Seminar of Danone Institute, November 2008

Dinel A.L ., André C., Lestage J. & Castanon N. “Impact of obesity on mood and cognitive

disorders” Neurosciences Day, Neuroscience Institute of Bordeaux (INB), Bordeaux, March

2008

Communications affichéesCommunications affichéesCommunications affichéesCommunications affichées

Dinel A.L ., André C., Lestage J., Dantzer R. & Castanon N. “Implication of inflammation in

cognitive disorder associated with obesity” 8th Forum of Neurosciences Society, Montpellier,

May 2007

Dinel A.L ., André C., Lestage J. & Castanon N. “Mood and cognitive disorders associated

with obesity” Scientific day of doctoral school, Arcachon, April 2007

282

André C., Dinel A.L ., Lestage J., Dantzer R. & Castanon N. “Mechanisms of cytokine-

induced activation of brain indoleamine 2, 3-dioxygenase, a tryptophan- catabolizing enzyme,

involved in behavioural and mood alterations observed in mice models of infection and

obesity.” 5th Forum of European Neuroscience, Vienna, July 8-12, 2006

283

AbréviationsAbréviationsAbréviationsAbréviations

284

285

3-HK 3-hydroxykynurénine 5-HT sérotonine ACTH adrenocorticotropin hormone AgRP agouti-related protein ATP adénosine triphosphate AVP arginine vasopressine BHE barrière hématoencéphalique BMI Body Mass Index COX-2 cyclooxygénase 2 CRH corticotropin releasing hormone CRP protéine C-réactive DA dopamine DIO diet-induced obesity DSM diagnostic and statistical manual of mental disorders EBP enhancer binding proteins EPM Elevated Plus Maze FST forced swim test GC glucocorticoïde GHSs sécrétagogues de l'hormone de croissance HPA axe hypothalamo-hypophyso-corticosurrénalien IDO indoléamine 2,3-dioxygénase IFN interferon IL interleukine IMC indice de masse corporelle ITI interval inter-trial JAK janus kinase KMO kynurénine-3-monooxygénase KYN kynurénine KYNA acide kynurénique LPS lipopolysaccharide MAPK mitogen-activated protein kinase MCP-1 monocyte chemoattractant protein-1 NA noradrénaline NAD nicotinamide adénine dinucléotide NDMA N-méthyl D-aspartate NDRI noradrenaline and dopamine reuptake inhibitor NFkB nuclear factor kappa B NK natural killer NPYP neurones à neuropeptide Y NTS noyau du tractus solitaire OCV organes circumventriculaires OF open-field OMS Organisation Mondiale de la Santé PAMPS pathogen-associated molecular patterns PGE2 prostaglandines E2 PI3K phosphatidylinositol 3-kinase PLT potentialisation à long terme POMC pro-opiomélanocortine PPAR peroxisome proliferator activated receptor PRR pattern-recognition receptors

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PVH noyau paraventriculaire QUIN acide quinolinique SI système immunitaire SNC système nerveux central SNRI serotonin-noradrenaline reuptake inhibitor SOCS suppressor-of-cytokine signaling SSRI selective serotonin reuptake inhibitor STAT signal transducer and activator of transcription TDO tryptophane 2-3-dioxygénase TGF transforming growth factors TLR toll-like receptors TNF tumor necrosis factors Trp L-tryptophane TST tail suspension test α-MSH α-melanocyte-stimulating hormone

287

Index des figuresIndex des figuresIndex des figuresIndex des figures

288

289

Figure 1 : La réponse inflammatoire

Figure 2 : L’axe hypothalamo-hypophyso-corticosurrénalien

Figure 3 : Les différents types de mémoire

Figure 4 : Les voies de catabolisme du Tryptophane

Figure 5 : La voie de la Kynurenine

Figure 6 : La répartition de la masse grasse chez la femme et chez ’homme

Figure 7 : La prise alimentaire

Figure 8 : L’obésité, une pathologie inflammatoire chronique

Figure 9 : Voie de signalisation associée à la leptine et à l’IL-6

Figure 10 : Obésité – Inflammation - Troubles

Figure 11 : Cinétique d’apparition des troubles

Figure 12 : L’inflammation est associée à des modifications neuroendocrines et

neurochimiques

Figure 13 : Schéma récapitulatif

Figure complémentaire : Concentrations en cytokines et adipokines évaluées dans le tissu

adipeux par Luminex.

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