CLINICAL AND BIOLOGICAL FACTORS OF MATERNAL DEPRESSION IN PREGNANCY AND RISK OF AN ALTERED NEURODEVELOPMENT IN THE OFFSPRING: CLINICAL AND PRECLINICAL DATA

Women are at increased risk of developing neuropsychiatric disorders, and in particular depression, during pregnancy and the post-partum, due to multiple psychosocial, economic and lifestyle factors that can shape their vulnerability, in combination with the biological physiological changes occurring in their body perinatally. However, although many of these changes and life challenges are faced from all pregnant women, only a subset develops depressive symptoms during gestation, suggesting the role of an underlying background of increased vulnerability. Moreover, depression during pregnancy not only has disabling effects on the life of affected women, but it can also impair the neurodevelopmental trajectories of the offspring exposed in the uterus to a detrimental environment, increasing the likelihood of developing behavioural problems and neuropsychiatric disorders during postnatal life. In order to investigate the clinical risk factors that are mostly related with the development of depression during pregnancy, we took advantage of two clinical cohorts (PRAM-D and PRESeNT) composed of pregnant women characterized as depressed, at high risk for depression in pregnancy, and controls. Several questionnaires were administered, at different time-points, to the participants of these two cohorts, to screen for potential risk factors of different natures. Specifically, we found that exposure to childhood trauma, being part of an ethnic minority, having a lower education level, as well as having a history of drug use and of past spontaneous miscarriage can represent predictive markers for the development of depression in pregnancy. Notably, in the context of childhood trauma exposure, specific types of traumatic experience, such as physical neglect and emotional abuse, but also exposure to multiple types of trauma, can putatively determine the distinction between a potential risk of depression in pregnancy, and the concrete development of depressive symptoms. Additionally, current factors such as smoking and moderate-to-severe sleep disturbances during pregnancy can further contribute to the vulnerability of developing antenatal depression. Together, these variables may serve as critical clinical markers of heightened vulnerability, warranting the need for increased support from families and healthcare systems. However, this disorder has a complex, multifactorial aetiology, where both clinical and biological factors contribute. For this reason, we were further interested in identifying the biological signature of vulnerability to develop depression in pregnancy. To achieve this aim, we conducted a series of biological analyses taking advantage of the blood samples available from the two clinical cohorts. In particular, we first applied a hypothesis-free approach by investigating the transcriptomic profile characterizing the three clinical groups from the two cohorts. Then, based on the fundamental role of the immune system as well as hormonal axes in the context of depression in pregnancy, we performed focused analyses on circulating factors of these biological systems, in the PRESeNT cohort. Overall, we have highlighted the role of a complex network of multi-systems alterations. In particular, depressed women have reported substantial differences at the level of the immune system, compared with both women at-risk and controls. In detail, we found an increased activity of B cells, T helper (Th)1 and Th17, but also higher levels of IL-13. Moreover, these women also reported a downregulation in the leptin and oxytocin signalling, as well as a modest decrease in progesterone levels and increase in cortisol and T4 (although not significant), suggesting that specific neuroendocrine alterations may also play a role in this disorder. In particular, the signalling of hormones that influence the metabolic rate and energy balance (leptin, cortisol, T4) appeared heterogeneously dysregulated, whereas hormones that have beneficial, antidepressants, effects (progesterone and oxytocin) resulted down-regulated. Likewise, women characterised for being at high risk of developing depression during pregnancy, also reported significant biological differences compared with controls. In particular, these included an increase in pro-inflammatory pathways, such as those related with the inflammasome activity and kynurenine pathway, reflected in higher IFNγ and IL-21 circulating levels. They also showed an increase in B cells activity related pathways, together with the presence of a less responsive T cell receptor (TCR) signalling and higher MIP1α levels. Similarly to depressed women, but less evidently so, they also reported mild hormonal alterations compared with controls, suggesting the presence of an underlying endocrine dysregulation, that progresses with the severity of women’s mental health problems. Furthermore, based on available knowledge on the negative impact that maternal depression and distress during pregnancy can have on the neurodevelopment of the offspring in utero, we further aimed at investigating the mechanisms underlying the intergenerational transmission of the risk from mother to baby. To do so, we took advantage of data and samples from the two clinical cohorts, together with a preclinical experimental model of prenatal stress. We did not find differences in delivery-related variables, such as gestational age, delivery type and newborn weight and sex, but delivery complications were reported in a slightly higher percentage in depressed and at-risk women. Lactation mode, which can have a profound impact on the neurodevelopment of the baby, was not different among groups, but the frequency of women reporting difficulties in breastfeeding was higher in depressed and at-risk women. These women also reported impairments in the mother-infant post-partum bonding, which is crucial for a healthy and correct neurodevelopment of the offspring. Finally, based on the preclinical model, we assessed transcriptomic hippocampal differences in rats exposed to prenatal stress, compared with controls. Specifically, we found an increased synaptic activity as well as oxidative stress, in the prenatally stressed offspring at a neonatal stage, while we observed an altered energetic and redox homeostasis, as well as immune alterations, at a later infancy stage; collectively, all altered processes converged toward an underlying impairment of mitochondrial activity. Based on the available clinical and preclinical data, the neurodevelopmental outcomes observed in infant born from depressed or at-risk mothers might be potentially mediated by mitochondrial alterations affecting offspring synaptic activity, which, in turn, may result from the exposure in utero to a range of maternal biological alterations, particularly pro-inflammatory signals. To conclude, our findings support the notion that specific clinical factors, together with biological parameters, could represent psychobiological markers for early identification of highly vulnerable women and could facilitate in unveiling the processes involved in the intergenerational transmission of the risk from mother to baby. This will ultimately help develop novel and more accurate screening procedures, as well as discover targets for pharmacological or non-pharmacological interventions to reduce the negative impact of depression in pregnancy.

Le donne hanno un rischio maggiore di sviluppare malattie psichiatriche, e in particolare depressione, durante la gravidanza e nel postpartum, per via di molteplici fattori psicosociali, economici, e legati allo stile di vita, che caratterizzano questo periodo e che possono modificare la loro vulnerabilità, in combinazione ai cambiamenti fisiologici che avvengono nel corpo materno. Tuttavia, nonostante molti di questi cambiamenti coinvolgano tutte le donne gravide, solo un sottogruppo sviluppa sintomi depressivi durante la gestazione, suggerendo l’esistenza di un background di vulnerabilità maggiore. Inoltre, la depressione in gravidanza non solo ha un impatto disabilitante per le donne che ne soffrono, ma può anche determinare una compromissione del normale neurosviluppo del bambino esposto in utero a un ambiente sfavorevole, ed aumentare così il rischio di sviluppare problemi comportamentali e malattie psichiatriche durante la vita postnatale. Al fine di investigare i fattori di rischio clinici che sono maggiormente coinvolti nello sviluppo della depressione in gravidanza, ci siamo avvalsi di due coorti cliniche (le coorti PRAM-D e PRESeNT) composte da donne gravide che sono state caratterizzate per il loro profilo psicologico e suddivise in depresse, ad alto rischio di depressione e controllo. Vari questionari sono stati somministrati a diversi tempi alle partecipanti di queste due coorti per investigare molteplici fattori di diversa natura. In particolare, abbiamo riscontrato che l’esposizione a traumi infantili, l’appartenenza a una minoranza etnica, un basso livello di educazione, una storia di uso di droghe e di aborti spontanei possono rappresentare marcatori predittivi dello sviluppo di depressione in gravidanza. È importante notare che, a fronte dell’esposizione a traumi durante l’infanzia, l’aver subito un abuso emotivo o un abbandono fisico, ma anche l’esposizione a molteplici tipi di trauma, possono presumibilmente determinare la distinzione tra il potenziale rischio di sviluppare sintomi depressivi in gravidanza, e l’effettivo sviluppo degli stessi. In aggiunta, fattori attuali quali fumare e avere una disregolazione del sonno da moderata a severa durante la gravidanza, possono ulteriormente contribuire alla vulnerabilità di sviluppare depressione in gravidanza. Nel complesso, queste variabili potrebbero rappresentare dei marcatori clinici di un’aumentata vulnerabilità a sviluppare depressione in gravidanza, giustificando la necessità di un maggior supporto da parte di famiglie e sistemi sanitari. Tuttavia, questa patologia ha una complessa eziologia multifattoriale, che comprende sia fattori clinici che biologici. Per questo motivo, ci siamo interessati all’identificazione del profilo biologico di vulnerabilità a sviluppare depressione in gravidanza. Per raggiungere questo scopo, abbiamo condotto una serie di analisi biologiche avvalendoci dei campioni di sangue disponibili raccolti dalle due coorti. Innanzitutto, abbiamo adottato un approccio hypothesis-free attraverso l’investigazione del profilo trascrittomico dei tre gruppi clinici nelle due coorti. Successivamente, sulla base del ruolo fondamentale che il sistema immunitario e gli assi ormonali svolgono nell’ambito della depressione in gravidanza, abbiamo condotto, nella coorte PRESeNT, delle ulteriori analisi focalizzandoci sulla misurazione dei livelli circolanti di fattori coinvolti in questi sistemi biologici. In generale, abbiamo evidenziato il ruolo di alterazioni a livello di una complessa interazione multi-sistemica. Le donne depresse hanno riportato differenze sostanziali a livello del sistema immunitario, rispetto alle donne a rischio e controllo. In particolare, abbiamo riscontrato un’aumentata attività dei linfociti B, T helper (Th)1 e Th17, ma anche aumentati livelli di interleuchina (IL-)13. Inoltre, queste donne hanno riportato anche una iporegolazione del signalling della leptina e dell’ossitocina, nonché livelli moderatamente più bassi di progesterone, più alti di cortisolo e T4 (sebbene le differenze non fossero significative), suggerendo che anche specifiche alterazioni neuroendocrine potrebbero svolgere un ruolo importante in questa patologia. In particolare, i meccanismi di trasmissione di ormoni coinvolti nel tasso metabolico e bilancio energetico (leptina, cortisolo, T4) sono risultati disregolati in maniera eterogenea, mentre ormoni che hanno effetti benefici e antidepressivi (progesterone e ossitocina) sono risultati ipoattivati. In maniera simile, anche le donne caratterizzate per avere un alto rischio di sviluppare depressione durante la gravidanza hanno riportato differenze biologiche significative rispetto alle donne controllo. In particolare, le alterazioni osservate includevano un aumento nell’attività di meccanismi pro-infiammatori, tra cui quelli legati all’attività degli inflammasomi e la pathway delle chinurenine, insieme a livelli circolanti più alti di Interferone gamma (IFNγ) e IL-21. Hanno inoltre mostrato un aumento di meccanismi legati all’attività dei linfociti B, nonché la presenza di una trasmissione meno responsiva del recettore delle cellule T (TCR), nonché aumentati livelli di MIP1α, che sono stati osservati unicamente in questa popolazione. In maniera simile alle donne depresse, ma in maniera più ridotta, hanno mostrato lievi alterazioni ormonali rispetto alle donne controllo, suggerendo la presenza di una disregolazione ormonale sottostante, che aumenta con l’aggravarsi della severità delle problematiche della salute mentale delle donne considerate. Successivamente, sulla base delle conoscenze fino ad ora raccolte relative all’impatto che la depressione e l’esposizione allo stress durante la gravidanza possono avere sul neurosviluppo del feto, abbiamo voluto investigare quali siano i meccanismi coinvolti nella trasmissione intergenerazionale da madre a figlio del rischio di problemi della salute mentale. Per fare ciò, abbiamo analizzato dati e campioni provenienti dalle due coorti cliniche, nonché da un modello sperimentale preclinico di stress prenatale. Innanzitutto, non abbiamo rilevato differenze nelle variabili legate al parto, quali età gestazionale, tipo di parto, peso e sesso del nascituro, ma una percentuale leggermente maggiore di donne depresse e a rischio, rispetto alle donne controllo, ha riportato di avere avuto complicanze al parto. La modalità di allattamento, un fattore che può avere un profondo impatto sul neurosviluppo del bambino, non è risultata significativamente diversa tra i gruppi di donne, ma la percentuale di donne che allattando al seno ha riportato delle difficoltà nell’allattare con questa modalità è risultata più alta nelle donne depresse e a rischio. È stato inoltre osservato un peggior punteggio in queste donne nell’analisi del legame mamma-bambino, un fattore cruciale per un sano e corretto neurosviluppo del bambino. Infine, sulla base del modello preclinico, abbiamo analizzato le differenze a livello del trascrittoma ippocampale in ratti esposti a stress prenatale, rispetto a controlli. In particolar modo, abbiamo riscontrato, nei ratti stressati, un aumento dei meccanismi legati all’attività sinaptica e allo stress ossidativo a pochi giorni dalla nascita, mentre in ratti di un’età successiva, corrispondente all’infanzia, abbiamo evidenziato un’alterazione dei meccanismi legati a omeostasi energetica e di ossidoriduzione, nonché alterazioni nei meccanismi del sistema immunitario; complessivamente, tutti processi che convergono in un comune coinvolgimento di un’attività mitocondriale alterata. Sulla base dei dati clinici e preclinici a disposizione, gli esiti osservati nel neurosviluppo degli infanti nati da madri depresse o a rischio di depressione potrebbero essere potenzialmente mediati da alterazioni mitocondriali che influenzano negativamente l’attività sinaptica della prole. Queste alterazioni, a loro volta, potrebbero derivare dall’esposizione in utero a una serie di alterazioni biologiche materne, in particolare segnali pro-infiammatori. In generale, i risultati raccolti supportano l’idea che specifici fattori clinici, insieme a determinati parametri biologici identificati, potrebbero aiutare nello sviluppo di marcatori psicobiologici utili per una precoce identificazione delle donne ad alta vulnerabilità, nonché potrebbero svelare i processi coinvolti nella trasmissione intergenerazionale, da madre a figlio, del rischio dii sviluppare problemi della salute mentale. Questo permetterà infine lo sviluppo di nuove e più accurate procedure di screening, nonché la scoperta di target per l’intervento farmacologico e non-farmacologico, per ridurre l’impatto negativo della depressione in gravidanza.