Sukose-inname verlaag die beskikbaarheid van μ-opioïede en dopamien D2 / 3-reseptore in varkensbreine (2020)

Die oormatige gebruik van sukrose lei tot verslawing-agtige drang wat die vetsug-epidemie kan ondersteun. Opioïede en dopamien bemiddel die lonende gevolge van dwelmmisbruik en van natuurlike belonings as gevolg van stimuli soos smaaklike voedsel. Ons het die gevolge van sukrose met behulp van PET-beelding ondersoek met [¹¹C] carfentanil (μ-opioïedreseptoragonist) en [¹¹C] raclopride (dopamien D2 / 3-reseptorantagonis) in sewe vroulike verdoofde Göttingen-minipigs. Ons het minipigs daarna vir een uur op 12 agtereenvolgende dae toegang tot sukrose-oplossing gegee en 24 uur na die finale sukrose-toegang weer beeldvorming gedoen. In 'n kleiner monster van vyf minipigs het ons 'n addisionele [¹¹C] carfentanil PET-sessie na die eerste blootstelling aan sukrose. Ons het voxel-wyse bindingspotensiaal bereken (BP_ND) gebruik van die serebellum as 'n gebied van nie-verplaasbare binding, verskille geanaliseer met statistiese nie-parametriese kartering, en 'n streeksanalise uitgevoer. Na 12 dae van sukrose toegang, BP_ND van beide tracers het aansienlik afgeneem in striatum, nucleus accumbens, thalamus, amygdala, cingulate cortex en prefrontale korteks, in ooreenstemming met die neerregulering van die reseptordensiteit. Na 'n enkele blootstelling aan sukrose, het ons gevind dat die binding van [¹¹C] carfentanil in nucleus accumbens en cingulate korteks, in ooreenstemming met die opioïde vrystelling. Die laer beskikbaarheid van opioïed- en dopamienreseptore kan die verslawende potensiaal wat verband hou met die inname van sukrose verklaar.

Vyf persent van die wêreldbevolking is klinies vetsugtig¹. As 'n kenmerk van die metaboliese sindroom, word vetsug geassosieer met tipe 2-diabetes, kardiovaskulêre siektes, asemhalingsprobleme, en die risiko van depressie en moontlik demensie.². Die toename in verbruik van energie-digte voedsel het die fisiologiese onderskeid tussen homeostatiese honger wat volg op voedselontneming en hedoniese honger, of 'hunkering', wat plaasvind in die afwesigheid van ontbering, oordryf.^3,4. Aangesien die homeostatiese regulering alleen nie die huidige toename in vetsug kan verantwoord nie, is dit verpligtend om die effek op breinmeganismes van beloning en plesier van die verslawende eienskappe van hoogs smaaklike voedsel te toets.

Sukroseverbruik word geassosieer met vetsug, en sukrose word toenemend as 'n verslawende stof beskou⁵. Sommige bevindings verskil van hierdie bewering as gevolg van probleme met die skeiding van nie-smaaklike voedselverbruik van hedoniese voedselrespons, en die bepaling van die verslawende bestanddeel in verwerkte voedsel, sowel as die verskillende meganismes waardeur voedsel breinkring deur natuurlike weë verander.⁶. Nietemin, in spesifieke kontekste, veroorsaak inname van sukrose beloning en hunkering, vergelykbaar in omvang met dié wat veroorsaak word deur verslawende middels, wat lei tot oorverbruik en uiteindelike vetsug^6,7.

Honger word geassosieer met 'wil' wat nou verband hou met die gevolge van dopaminerge neurotransmissie in 'n aantal beloningsomstandighede⁸, maar dit bly onduidelik hoe die werking van dopamien (DA) gemoduleer word in reaksie op dwangmatige eet. Verbruik van smaaklike voedsel word gekoppel aan “smaak”, hoofsaaklik bemiddel deur die endogene opioïedstelsel, veral die μ-opioïedreseptor (μOR)^9,10, wat oorverbruik kan bevorder as dit gedereguleer word. In die huidige verslag toets ons die bewering dat sukrose lei tot opioïed- en dopamienvrystelling wat die beskikbaarheid van μOR- en DA D2 / 3-reseptore verlaag. Die beskikbaarheid is 'n indeks van die aantal onbewoonde reseptore beskikbaar vir spoorbinding en onderskei in beginsel nie tussen ligandbesetting en reseptordigtheid nie.¹¹.

Die begin van kompulsiewe eet hang af van verskeie faktore, en oorsaaklike studies by mense bring etiese kwessies op. Die meerderheid studies fokus dus op voedingsgedrag by rotte¹². Alhoewel rotte 'n 'soet tand' het, verskil hul homeostatiese meganismes wat belangrik is vir gewigstoename, metabolisme en tipe vetophoping, baie van dié van mense. Die Göttingen-minipig is 'n groot vleisetende dier met 'n goed ontwikkelde gyrencephaliese brein wat met voldoende resolusie afgeneem kan word. Die goed gedefinieerde subkortikale en prefrontale kortikale streke¹³ 'n meer direkte vertaling na menslike breinfunksie moontlik te maak. Hier gebruik ons ​​positron emissie tomografie (PET) beeldvorming om te toets in vivo μOR en DA D2 / 3 beskikbaarheid in 'n minipig-model van subchroniese sukrose-blootstelling. In 'n kleiner steekproef het ons die onmiddellike effekte op die besetting van μOR ondersoek na die eerste blootstelling aan sukrose. Laastens het ons die verband tussen die veranderinge in die beskikbaarheid van die reseptore van die twee opspoorders getoets.

Gemiddelde parametriese kaarte van [¹¹C] karfentanil en [¹¹C] racloprid bindingspotensiaal (BP_ND) word in Fig. 1. Die veranderinge wat plaasgevind het na die eerste blootstelling aan sukrose by vyf minipigs in vergelyking met die basislyn, en 'n dag na die 12^th sukrose toegang in sewe minipigs in vergelyking met die basislyn, het ons permutasieteorie en nie-streeksbeperkte heelbreinanalise gebruik, die voorkeurmetode vir monsters van hierdie grootte¹⁴.

Gemiddelde voxel-wyse nie-verplaasbare bindingspotensiaal (BP_ND) kaarte wat op Sagita-aansig op die MR-beelde aangebring is. Data word aangebied vir [¹¹C] karfentanil BP_ND van die 5 minipigs wat by die beginlyn uitgebeeld is, na die aanvanklike blootstelling aan sukrose en na 12 dae van sukrose blootstelling (boonste ry). [¹¹C] karfentanil BP_ND van al die 7 minipigs wat by die beginlyn afgeneem is en na 12 dae van sukrose toegang word in die middelste ry aangebied. [¹¹C] raclopride BP_ND van al die 7 minipigs wat op die basislyn en na 12 dae van sukrose-toegang geneem is, word in die onderste ry getoon. Let daarop dat die kleurskaal eksponensieel is om die [¹¹C] raclopride BP_ND in buitenaardse streke.

Volledige grootte prent

Aanvanklike blootstelling aan sukrose

In die vyf minipigs wat met [¹¹C] carfentanil aan die beginpunt en onmiddellik na die eerste blootstelling aan sukrose, het ons 'n aansienlike vermindering van die spoorbinding in die anterior cingulate cortex en die nucleus accumbens gevind in reaksie op sukrose, wat in kleur in Fig. 2, wat p <0.05 aandui. Ons het soveel as 14% opgemerk dat die spoorverbinding in albei gebiede afgeneem het in vergelyking met die basislyn.

Beduidende afnames in [¹¹C] karfentanil BP_ND na die eerste blootstelling aan sukrose water in vergelyking met die basislyn (n = 5). Slegs voxels met beduidende (p Afnames <0.05 word getoon as gekleurde gebiede geprojekteer op T1-geweegde MRI-snitte op die vlak van die anterior cingulêre korteks (links) en nucleus accumbens (middel) vanuit 'n stereotaksiese minipig-breinatlas. Let daarop dat die maksimum betekenisvlak wat met 5 diere bereik kan word, 2 is^-5 ≈ 0.031 (sien kleurbalk). Data word aangebied oor koronale gedeeltes van die varkbrein op die vlakke aangedui op die sagittale beeld (regs).

Volledige grootte prent

12 dae sukrose toegang

Daarna het ons die sewe minipigs met [¹¹C] carfentanil by basislyn en na 12 dae van sukrose-toegang en gevind dat die spoorbinding aansienlik verminder is by sukrose-blootgestelde diere in vergelyking met die basislyn. Die streke wat die ergste geraak word, word in rooi in Fig. 3 (p <0.01) en bevat dele van die reukstrukture, nucleus accumbens / ventrale striatum en die temporale korteks / lob, gevolg deur areas getoon in geel (p <0.015) wat dele van die prefrontale korteks, cingulate korteks, amygdala en breinstam insluit . Ten einde BP te bekom_ND waardes en persentasieveranderings beoordeel, het ons streeksanalise uitgevoer en gemiddelde waardes in elke streek op die basislyn en na sukroseverbruik verkry (Fig. 4).

Beduidende afnames in [¹¹C] karfentanielbindingspotensiaal (BP_ND) tussen die basislyn en na 12 dae van blootstelling aan sukrose water (n = 7). Die voxels met beduidende (p Afname <0.05 word getoon as gekleurde areas geprojekteer op T1-geweegde MRI-snitte vanaf 'n stereotaksiese minipigbreinatlas. Data word op koronale breinsnitte aangebied op die vlakke wat op die sagittale beeld aangedui word (regs onder). Let daarop dat die maksimum beduidingsvlak wat met 7 diere bereik kan word, 2 is^-7 ≈ 0.0078 (sien kleurbalk).

Volledige grootte prent

Streekanalise van [¹¹C] karfentanielbindingspotensiaal (BP_ND) tussen die basislyn en na 12 dae van blootstelling aan sukrose water (n = 7). Data word aangebied as middel ± standaardfout.

Volledige grootte prent

Ons het gebruik [¹¹C] raclopride as die opsporing van DA D2 / 3-reseptore in streatalale en ekstrastratale breinstreke by minipigs aan die beginpunt en na 12 dae van sukrose-toegang (Fig. 1). Ons het verminderde spoorbinding gevind by blootgestelde sukrose-diere, in vergelyking met die basislyn met die grootste effekte (p <0.01) in gebiede van die prefrontale korteks, nucleus accumbens / ventrale striatum, cingulate korteks, amygdala, thalamus, mesencephalon, hippocampale streke en reukareas (Fig. 5). Gegevens van streeksanalise word in Fig. 6.

Beduidende afnames in [¹¹C] racloprid bindingspotensiaal (BP_ND) tussen die basislyn en na 12 dae van blootstelling aan sukrose water (n = 7). Die voxels met beduidende (p Afname <0.05 word getoon as gekleurde areas geprojekteer op T1-geweegde MRI-snitte vanaf 'n stereotaksiese minipigbreinatlas. Data word aangebied oor koronale gedeeltes van die varkbrein op die vlakke wat op die sagittale beeld aangedui word (regs onder). Let daarop dat die maksimum beduidingsvlak wat met 7 diere bereik kan word, 2 is^-7 ≈ 0.0078 (sien kleurbalk).

Volledige grootte prent

Streekanalise van [¹¹C] racloprid bindingspotensiaal (BP_ND) tussen die basislyn en na 12 dae van blootstelling aan sukrose water (n = 7). Data word aangebied as middel ± standaardfout.

Volledige grootte prent

Korrelasies tussen [¹¹C] raclopride en [¹¹C] karfentanieldata

Ons het die moontlike verband tussen [¹¹C] raclopride en [¹¹C] karfentanielwaardes van BP_ND in striatale en nie-striatale streke by minipigs aan die beginpunt en na 12 dae van sukrose-inname, met geen assosiasies waargeneem nie. Ons het toe getoets of dalings van spoorbinding gekorreleer is, en ons het die veranderinge van BP vergelyk_ND vir [¹¹C] raclopride met die veranderinge van BP_ND vir [¹¹C] carfentanil slegs in die minipigs met laer BP_ND van albei tracers na sukrose-inname (n = 6). Ons het beduidende negatiewe korrelasies gevind in die gemiddelde ekstrastriatale gemiddeld (r² = 0.91, p <0.01), maar nie in striatale streke nie (Fig. 7).

Korrelasies tussen voor- en na-dalings van [¹¹C] raclopride en [¹¹C] karfentanielbindingspotensiaal (BP_ND) by minipigs met verminderde spoorbinding na sukrose-inname (n = 6). Data van die gemiddelde buitenaardse streke (bo) en striatum (onder) word aangebied. Die bepalingskoëffisiënt (r²) en die p-waardes word vir elke grafiek getoon.

Volledige grootte prent

Ons het die gevolge van herhaalde intermitterende toegang tot sukrose op opioïede en DA-neurotransmissie in die brein van soogdiere bepaal. longitudinale in vivo PET-beelding van die μOR- en DA D2 / 3-reseptore het 'n verminderde beskikbaarheid van die reseptor gedurende die beloningskringbaan getoon, insluitend die kern accumbens, die prefrontale korteks en die anterior cingulate korteks. Die resultate toon duidelik dat sukrose beloningsmeganismes beïnvloed op 'n soortgelyke manier as misbruiksmiddels.

Dit is bekend dat die inname van sukrose as smaaklike stof DA vrylaat en die afhanklikheid van knaagdiere veroorsaak¹⁵met sukrose in sommige kontekste selfs aangenamer as kokaïen. Knaagdiere werk dus meer intensief om sukrose te verkry as kokaïne, selfs in die afwesigheid van voedselberoof⁵. Die effekte van sukrose word egter deur die homeostatiese stelsel sowel as deur hedoniese beloningskringe gereguleer^16,17 wat die onderskeid tussen voedings- en hedoniese aspekte van sukrose-werking kan bemiddel¹⁸. Ons het gekies vir 'n een uur per dag skedule om 'binging' te bevorder, aangesien vorige studies in rotte 'n hoër inname geopenbaar het gedurende die eerste uur van daaglikse toegang in 'n intermitterende skedule^15,19. Gedragsstudies van voedselinname is dikwels gerig op voedselbeperkte diere, maar die ontwerp weerspieël nie noodwendig dieselfde neurale meganismes wat by vetsug werk nie. Varke in die huidige studie het geen voedselbeperking gehad nie en het die normale hoeveelhede van hul normale dieet gevoer, benewens toegang tot sukrose.

Opioïedreseptore (OR) word wyd in die brein uitgedruk, spesifiek in strukture wat bekend is vir die modulering van eet- en beloningsprosesse²⁰. Daar is aangetoon dat OR's belangrik is vir die lonende en terugvalende effekte van kokaïen^21,22,23,24. Veranderings in binding is ook gekoppel aan die homeostatiese reaksies op eet en die plesier verbonde aan smaaklike voedsel²⁵. In die besonder is 'smaak' van voedsel gekoppel aan die endogene opioïedstelsel, veral die μOR^9,10 in die dop van die nucleus accumbens en die ventrale pallidum²⁶. Besmettings van 'n μOR-agonis in verskillende gedeeltes van die nucleus accumbens en ventrale pallidum bevorder 'houding' van gedrag, insluitend tonguitsteeksels en pootlek, na 'n verhoogde smaaklike inname van voedsel^27,28,29. Verdere bewyse vir opioïedeineering in die verwerking van hedoniese regulering kom van μOR-antagoniste wat die verbruik van smaaklike chow in beide verminder ad libitum-voere en diere beperk diere, maar met 'n meer beperkte invloed op die inname van nie-smaaklike standaardkorrels^30,31. By mense verminder μOR-antagoniste die voedselinname op kort termyn en verminder die aangenaamheid van smaaklike voedsel^32,33,34. Opioïede seine in die basolaterale amygdala dra ook by tot 'wil' voedsel deur modulering van beloning soek en die aansporingswaarde van voedsel³⁵.

Met [¹¹C] carfentanil, ons het beelde verkry van spoorbinding wat sensitief is vir μOR-vlakke en die vrystelling van endogene opioïede deur die brein^36,37. Ons het onmiddellike verlies aan μOR beskikbaarheid opgemerk in gebiede van die nucleus accumbens en anterior cingulate cortex, spesifieke breinstreke van die beloningsweg, na die aanvanklike verbruik van sukrose deur vyf minipigs, in ooreenstemming met endogene vrystelling van opioïede. Vorige studies het getoon dat smaaklike voedsel tot plesier kan lei³⁸ deur opioïedvrystelling te stimuleer. Na 12 dae van sukrose toegang, het ons waargeneem dat die afname in¹¹C] carfentanielbinding, wat verskeie moontlike verklarings bevat³⁹ insluitend endogene vrystelling van opioïede en binding aan μOR, μOR-internalisering as gevolg van verhoogde opioïedbinding, en verhoogde DA D2 / 3-reseptoraktivering wat lei tot heteroloë desensitisering van μOR⁴⁰.

Ter ondersteuning van die huidige bevindings, [¹¹C] karfentanielstudies van pasiënte met bulimie⁴¹vetsug^42,43,44, en binge-eetversteuring⁴⁵, toon verminderde reseptorbeskikbaarheid. Dit is egter chroniese toestande, terwyl die minipigs eers vir 12 dae sukrose ontvang het. In 'n studie van akute voedingsgedrag by gesonde mans, het voeding gelei tot 'n robuuste en wydverspreide endogene vrystelling van serebrale opioïede, beide in die teenwoordigheid en afwesigheid van hedonia, wat daarop dui dat opioïde-vrystelling metaboliese en homeostatiese sowel as hedoniese reaksies weerspieël.²⁵. Hierdie studie, tesame met 'n ander persoon wat pasiënte na 'n vloeistofmeel met sjokolade gegeur het, het 'n beeld gemaak⁴⁴, is direk relevant vir die akute studie van vyf minipigs na die eerste blootstelling aan sukrose, maar verskil van die subkroniese blootstelling aan sukrose gedurende 12 dae, waar die verminderde beskikbaarheid van die reseptor waarskynlik herhaalde overstimulasie en gepaardgaande afregulering van μOR weerspieël.

Die prefrontale korteks is belangrik by die besluitneming en die toeskrywing van waarde aan items, en daarom kan die μOR in die prefrontale korteks aanspreeklik wees vir die veranderde evaluering van voedselsnelheid, wat die verslawende potensiaal van voedsel kan verhoog. Ons het gevind dat die binding in die prefrontale korteks verminder het, in ooreenstemming met vorige studies wat toon dat 'n dieet met 'n hoë vetvet die vermindering van μOR mRNA in die prefrontale korteks verminder.⁴⁶ en dat die inname van 'n μOR-agonis in die prefrontale korteks die inname van soet kos verhoog⁴⁷. Dit is egter weer eens die vraag of die dieet met 'n vetvet 'n meer chroniese toestand is wat die reseptor-af-regulering waarskynlik bemiddel, in vergelyking met die korter-termyn sukrose-voedingsontwerp, wat daarop dui dat volgehoue ​​vrystelling van endogene opioïede verplaas word wat die karfentanielvloeistof wat gebonde is aan μOR, verplaas. , selfs na 12 dae sukrose.

Die DA is betrek by belonings van dwelms en gedrag. Daar is gevind dat gebruik van chroniese kokaïen DA seine belemmer⁴⁸. DA D1 en D2 / 3-reseptorvlakke word deur nikotien in die varkbrein verander⁴⁹, en in nie-menslike primate met 'n geskiedenis van kokaïne-misbruik⁵⁰, in ooreenstemming met die onderregulering van D2 / 3-reseptore in die brein van menslike kokaïenverslaafdes^51,52. Wat misbruiksmiddels betref, is getoon dat sukrose DA D1-reseptore reguleer¹⁹ en die vrylating van die DA verhoog⁵³en versterk die rol van die DA in 'wil' met betrekking tot smaaklike voedsel. Vorige PET-studies het 'n afname in die beskikbaarheid van die gestreepte DA D2 / 3-reseptor getoon in morbiede vetsug vs gemiddelde gewig^54,55, soortgelyk aan die afname in pasiënte met dwelmverslaafdes⁵⁶, en by diere met modelle van vetsug⁵⁷. In knaagdierstudies bevorder die D2 / 3-reseptor-knockdown in die striatum die ontwikkeling van kompulsiewe voedselop soek by rotte met toegang tot smaaklike voedsel⁵⁷.

Ons waarnemings oor die verminderde beskikbaarheid van D2 / 3-reseptore van die vark, kan dui op verhoogde DA-vlakke in reaksie op die aansporingsgehalte wat met die sukrose-inname verband hou, aangesien DA vrygestel word as deel van die gebrek aan misbruik van dwelms en ander aangename aktiwiteite^52,58,59,60. Aangesien die varke tydens die beeldvorming verdoof is en binne 24 uur nie sukrose ontvang het nie, het die verlaagde D2 / 3 BP_ND weerspieël waarskynlik 'n afname in die aantal reseptore in reaksie op 'n lang toename in die vrystelling van die DA by elk van die 12 dae van sukrose toegang. Die verlaging kan die beloningsdrempels van die brein verhoog, wat verband hou met die neerregulering van striatal DA D2 reseptore. Dit verklaar moontlik die verhoogde vatbaarheid vir misbruiksmiddels wat gesien is in vorige studies van rotte wat sukrose ooreet het, wat gelei het tot kruisgevoeligheid vir kokaïen, hiperaktiwiteit na amfetamien met 'n lae dosis, 'n verhoogde alkoholinname by die onthouding van sukrose, en verdraagsaamheid vir die pynstillende effekte van opiate.⁶.

In 'n vorige studie van vetsug in die Göttingen minipig is 'n afname in serebrale bloedvloei in die nucleus accumbens, ventrale tegmentale area (VTA) en die prefrontale korteks geïdentifiseer, met 'n enkelfotonemissie-berekende tomografie (SPECT) van die brein⁶¹. In ooreenstemming met hierdie bevindings, het ons 'n verminderde DA D2 / 3-binding waargeneem in die ventroforebrain-streek met die kern accumbens en in die prefrontale korteks. Buitesellulêre vlakke van DA word 3-voudig verhoog in die kern accumbens na inname van sukrose in vry bewegende rotte wat mikro-analise ondergaan⁶². By sukrose-afhanklike diere kan herhaaldelike inname van sukrose lei tot die vrystelling van DA uit die dop van nucleus accumbens⁶³. Diere wat 'n beperkte dieet gevoer het met beperkte toegang tot sukrose, het laer DA D2-reseptorbinding in die nucleus accumbens-dop en die dorsale streatum⁶⁴. Beperkte dieetvette en sukrose diëte kan lei tot volgehoue ​​onderregulering van D1- en D2-reseptor-mRNA in die nucleus accumbens⁶⁵. 'N Mikrodialise-ondersoek van die gevolge van smaaklike voedsel het die verhoogde vrystelling van die DA in die nucleus accumbens en die prefrontale korteks aan die lig gebring toe die voedsel nog as nuut beskou is; sodra die rotte aan die nuwe voedsel gewoond was, is die verhoogde vrystelling in die nucleus accumbens stomp, maar nie in die prefrontale korteks nie.⁶⁶. Die verskil tussen vatbaarheid en kondisionering van die aktiwiteit in twee streke kan moontlik die groter toename in die prefrontale korteks verklaar as in die kern van minipigs wat aan dieselfde smaaklike stof blootgestel is en wat na twaalf dae nuwigheid verloor het. Aangesien ons egter nie minipigs voorgestel het met [¹¹C] raclopride na die eerste sukrose toediening, hierdie verklaring is spekulatief.

Die prefrontale korteks moduleer uitvoerende funksie, besluitneming en selfbeheersing⁶⁷. Disfunksionele DA-neurotransmissie in die prefrontale korteks belemmer die modulering van beloningsverwerking, wat dui op 'n verswakte uitvoerende funksie en besluitnemingsvaardighede by vetsugtige individue.^68,69. Verder het 'n menslike PET-studie gekorreleer met verminderde metabolisme in die frontale korteks met verminderde striatal D2-binding in vetsug⁷⁰. Hier vind ons 'n verminderde beskikbaarheid van D2 / 3-reseptore in die prefrontale korteks, insluitend die orbito-frontale korteks van varke wat aan die sukrose-regime blootgestel is.

Dopaminergiese neurone van die VTA stuur projeksies na die hippocampus en amygdala, waar hulle gewoonte-agtige gedrag ondersteun⁷¹ en die kodering en herwinning van kondisionering tot dwelmmiddel te bemiddel^72,73 en kos leidrade^74,75. Menslike breinbeelding het getoon dat hippokampale aktivering reageer op drang en proe van voedsel⁷⁶. In ooreenstemming met ons bevindinge van 'n verminderde beskikbaarheid van hippokampale en amygdalar D2 / 3-reseptore in reaksie op sukrose, menslike breinkartering met [¹⁸F] fallypride het DA-vrylating van kokaïne aangedui deur amygdala en hippocampus⁷⁷. In die knaagdierbreine het blootstelling aan kokaïne-leidrade die DA-vrystelling in die amygdala veroorsaak⁷⁸en die verandering van die amygdala-DA-vlakke het 'n invloed op kokaïne-op soek na gedrag gehad⁷⁹.

In 'n studie van vetsugtige individue is die verband tussen D2 / 3 en μOR beskikbaarhede, bekend in die gestatale streke van maer individue, in die ventrale striatum ontwrig.⁸⁰. Ons het die waardes van BP vergelyk_ND van die twee opspoorders om te toets of die data hierdie effek weergee. Anders as maer mense, het die huidige breine van varke geen korrelasie tussen die waardes van BP nie_ND van die twee spoorsnyers, aan die begin of na die blootstelling aan sukrose. Daarna het ons getoets of die diere met die grootste afname in die bindmiddel van raclopride ook die grootste afname in die bindmiddel van karfentaniel bevat, maar in plaas daarvan het ons 'n negatiewe korrelasie gevind in die gemiddelde buitenaardse streke, wat daarop dui dat diere met die grootste verandering in die bindingspotensiaal van tracer raclopride het die laagste verandering in die bindingspotensiaal van tracer carfentanil gehad. Die omgekeerde verband tussen die veranderinge dui daarop dat die effekte van sukrose-inname op die beskikbaarheid van die onderskeie reseptore in teenoorgestelde rigtings gereguleer word. Dit is bekend dat oormatige verbruik van smaaklike voedsel, of dwelms, gedryf kan word deur gebrek of voorkeur, of albei^60,81. Dit is moontlik dat die omvang van gebrek gedryf deur dopamien die grootte van die smaak wat deur opioïede gedryf word, negeer, of andersom. Onlangse getuienis dui op die rolle van GABA_A reseptore in die VTA en cholinerge terminale in striatum en moontlik korteks wat dien as skakel tussen dopamien-afhanklike en dopamien-onafhanklike meganismes van opioïde werking^82,83 dit kan die wederkerigheid van dopamien- en opioïedeffekte in die buitenaardse streke van varkens wat hier bepaal word, verklaar.

'N Tekort aan PET, ook by relatief groot diere, is die beperkte ruimtelike resolusie van die tomografie wat die resultate van klein breinstreke wat betrokke is by voedselverwante gedrag beïnvloed. Ondanks hierdie kommer, [¹¹C] raclopride-binding is voorheen in striatale en buitenaardse streke aangeteken^84,85,86,87. Die gebruik van [¹¹C] raclopride om dieselfde tipe reseptore te benoem, wek geen kommer oor potensiële affiniteitsverskille wat die gebruik van afsonderlike spoorsnyers vir dieselfde reseptore in verskillende streke kan beïnvloed nie. Onlangse studies bevat rekords van ekstrastratale binding van [¹¹C] raclopride. Alakurtti et al. het goeie reproduceerbaarheid gevind van die maatstawwe van striatal raclopridebinding in die striatum, met slegs 'n goeie tot matige reproduceerbaarheid in die korteks⁸⁵. In 'n latere studie, Svensson et al. verskeie kwessies bespreek wat die gebruik van [¹¹C] raclopride as 'n merker van ekstrastriatale D2 / 3-reseptore in 'n studie van gesonde mense, insluitend swak reproduceerbaarheid in die korteks en 'n beperkte afname in ekstrastriatale binding in die frontale korteks in reaksie op 'n D2 / 3-blokkeermiddel⁸⁸. Die vergelykings met die toets-toets weer het veranderlikes van 4-7% in striatum en 13–59% in kortikale streke geopenbaar, maar die tyd tussen eksamens was gemiddeld 20 dae, in teenstelling met die meer informatiewe 1-2 dae van die meeste studies. 'N Aantal faktore in die lewens van daardie proefpersone het moontlik tyd gehad om die bevindings te beïnvloed. Inderdaad, ons wys hier dat die toevoeging van sukroseverbruik vir 'n oggendroetine vir 12 dae die bindingsmaatreëls wat twee weke later verkry is, beïnvloed het. Ander faktore wat so gereeld voorkom soos om videospeletjies te speel, inkopies doen, nuwe romantiese verhoudings te ondergaan en seksuele aktiwiteit te gebruik, dwelmmiddels te gebruik of om dieet en oefening te verander, kan die buitenaardse dopamienvlakke beïnvloed, met die potensiaal vir 'n groot verskeidenheid datastelle. Die huidige studie in minipigs het 'n goed gekontroleerde opstelling ingestel, met die enigste veranderlike: die afwesigheid of teenwoordigheid van sukrose in die dieet. In hierdie konteks het die data van sewe diere voldoende lae variasie gehad in relevante buitenaardse streke om 'n statisties beduidende vermindering van binding in reaksie op sukrose te identifiseer.

'N Beperking van die huidige studie is die gebruik van verdowingsmiddels wat benodig word om onbevoegdheid gedurende die jaar te verseker in vivo beelding van diere. Die effek van spesifieke verdowingsmiddels, en die interaksie daarvan met medisyne of ander intervensies, kan die binding van radioligande verwar.^89,90. Ketamien is 'n anti-glutamatergiese middel met vinnige antidepressante in sub-narkose dosisse.^91,92,93, wat nie die afstammeling verminder nie [¹¹C] raclopridebinding by mense⁹⁴. Daar is egter gevind dat S-ketamien die bindingsbeskikbaarheid van dopamien D2 / 3-reseptore in streatum van bewuste nie-menslike primate verminder⁹⁵. Isofluraan is 'n algemene verdowingsmiddel by diere diere. In vorige studies het ons gevind dat striatale opeenhoping van [¹¹C] SCH23390, 'n radioligand van die dopamien D1-reseptore wat aansienlik hoër is in minipigs wat met isofluraan verdoof word eerder as propofol, wat dui op die vatbaarheid van die dopaminerge neurotransmissie vir gevolge van narkose.⁹⁶. In die huidige studie is al die minipigs by beide tydpunte onder ketamienvoor-medikasie en isofluraan-verdowing geneem, wat die huidige vergelykings geldig maak.

Die oormatige verbruik van smaaklike voedsel kan verslawing veroorsaak en word dit as gevolg van direkte vetsug deur gesondheid. Ons het die bewering getoets dat opioïede en dopamien belonings bemiddel, wat belangrik is vir oorlewing en dwelmmisbruik. Minipigs met intermitterende toegang tot 'n sukrose-oplossing op 12 opeenvolgende dae het getoon dat die dopamien D2 / 3 en μ − opioïedreseptor beskikbaar is in die streatale en ekstrastratale breinstreke, wat daarop dui dat voedsel wat sukrose bevat, 'n invloed het op die beloningskringloop van die brein op soortgelyke maniere as waargeneem tydens verslawende medisyne. word verteer. Die aanvanklike blootstelling aan sukrose was in ooreenstemming met die vrystelling van opioïede in die breinstreke wat aktief beloon is. Die veranderinge in die beskikbaarheid van opioïede en dopamien verklaar die verslawende potensiaal van suiker wat in oormaat verbruik word.

Dieretiek

Hierdie ondersoek is goedgekeur en gereguleer deur die Deense inspeksie van diere-eksperimente, en alle eksperimente is uitgevoer in ooreenstemming met die 2010/63 / EU-richtlijn van die Europese Parlement en die Raad vir die Beskerming van Diere wat vir wetenskaplike doeleindes gebruik word en die ARRIVE-riglyne. Ons het sewe veertien maande oue vroulike Göttingen-minipigs gebruik (Ellegaard, Dalmose, Denemarke). Minipigs het 'n korreldieet gevoer (6 dL, 2 keer per dag, Special Diets Services, Aarhus, Denemarke) met kraanwater beskikbaar ad libitum. Die omgewingstemperatuur was 20–22 ° C, relatiewe humiditeit 50–55%, en lug is agt keer per uur verander.

Onderbroke sukrose verbruik

Ons het sewe minipigs met [¹¹C] raclopride en [¹¹C] carfentanil aan die beginpunt, en weer een dag na 12 opeenvolgende dae van blootstelling aan sukrose water. Blootstelling aan sukrose het bestaan ​​uit een uur sukrose (sukrose, Dansukker, Kopenhagen, Denemarke) watertoegang (500 gram sukrose in 2 liter water), daagliks gedurende 'n periode van 12 dae. Die hoeveelheid sukrose-inname is aangeteken en alle minipigs het elke dag 2 liter verbruik. Ons het ook vyf van dieselfde minipigs met [¹¹C] carfentanil, 30 minute na die eerste sukrose-toegang, ten einde akute opioïedvrystelling te bestudeer.

Die minvarkies het gemiddeld 13.6% liggaamsgewig vanaf 25.4 kg (± 0.73 SEM) op die basislyn tot 28.9 kg (± 0.69 SEM) behaal na die blootstelling aan 12 dae aan sukrose, wat beduidend hoër was (eenstaart-t-toets, p < 0.001) as die toenames waargeneem in 'n steekproef van minivarkies wat in vorige studies verkry is, waar gewigte gemiddeld slegs 4.9% toegeneem het gedurende dieselfde ontwikkelingsperiode.

Brein PET Imaging

Varkies het ons oornag gevas met vrye toegang tot water voor beelding. Soos voorheen beskryf, het ons minipigs vooraf gemedikateer en verdoof⁹⁷ en plaas hulle rugkant in 'n PET / CT-toestel (Siemens Biograf 64 Truepoint PET). Ons het 'n CT-skandering met 'n lae dosis uitgevoer voor elke PET-aanleer vir anatomiese definisie en verswakkingskorrigering van PET-emissiedata. Ons het intraveneus toegedien [¹¹C] raclopride by basislyn (360 ± 18 MBq, spesifieke aktiwiteit 77 ± 76 GBq / μmol, ingespuit massa 0.12 ± 0.08 μg / kg) en na 12 dae sukrose (374 ± 54 MBq, spesifieke aktiwiteit 127 ± 85 GBq / μmol, ingespuit massa 0.06 ± 0.05 μg / kg), en [¹¹C] carfentanil by basislyn (377 ± 43 MBq, spesifieke aktiwiteit 311 ± 195 GBq / μmol, ingespuit massa 0.03 ± 0.02 μg / kg) en na 12 dae sukrose (337 ± 71 MBq, spesifieke aktiwiteit 177 ± 157 GBq / μmol, ingespuit 0.06 ± 0.08 μg / kg) via die aar in 10 ml sout gedurende die eerste minuut van 90 minute. Ons het PET-data gerekonstrueer met behulp van TrueX 3D OSEM (3 iterasies, 21 subsets), 'n 256 × 256 × 109-matriks, en 'n 2 mm-Gauss-filter, met behulp van 'n tydraamwerkstruktuur van 5 × 60, 3 × 300, 4 × 600 , 2 × 900 sekondes (totaal 14 rame, 90 minute). Aan die begin en na 12 dae van sukrose is minipigs gemaak met albei tracers wat ten minste 100 minute van mekaar ingespuit is, weens die halfleeftyd van [¹¹C] PET-opspoorders. Na afloop van die finale PET-sessie, het ons minipigs onder die verdowingsmiddels geslagtiseer deur 'n intraveneuse oordosis pentobarbital (100 mg / kg).

Kwantitatiewe ontledings en statistieke

Ons het voorverwerkingsstappe uitgevoer met behulp van PMOD 3.7 (PMOD Technologies Ltd, Zürich, Switserland). Om die stereotaktiese transformasieparameters te definieer van PET-beelde met behulp van tyd, het ons ligandspesifieke templates gebruik. Ons het die gegenereerde transformasiematrikse en kromvelde op die ooreenstemmende dinamiese PET-tydreekse toegepas. Ons het parametriese prente gegenereer van [¹¹C] racloprid bindingspotensiaal (BP_ND) deur middel van die multilineêre verwysingsweefselmetode van Ichise en medewerkers⁹⁸. Ons het 'n pasgemaakte masker van die serebellum geskep wat die vermis uitsluit om die serebellêre weefselradioaktiwiteit mettertyd te verkry in 'n gebied met 'n weglaatbare DA D2 / 3-reseptordigtheid. Ons het parametriese prente gegenereer van [¹¹C] carfentanil met behulp van die implementering van die Logan-verwysingsweefselmodel^99,100 met t * = 30 min. Studies van [¹¹C] karfentanielbinding in die brein van die mens het die oksipitale korteks as verwysingsgebied gebruik³⁶; volgens die tydsaktiwiteitskrommes by die vark, was die nie-verplaasbare binding egter laer in die serebellum as in die oksipitale korteks, in ooreenstemming met die bevindinge van 'n outoradiografiestudie van rotte.¹⁰¹. Daarom het ons die serebellum as die verwysingsgebied in die huidige studie gekies.

Statistiese analise

Ons het kaarte onderwerp aan 'n voxel-wyse analise met Statistiese Nie-Parametriese Kartering (SnPM v13.01, http://warwick.ac.uk/snpm) SPM-gereedskapskis wat nie-parametriese permutasieteorie gebruik om 'n raamwerk vir statistiese afleidings te bied, 'n benadering wat getoon word om goed te werk vir klein monsters weens streng beheer van vals positiewe¹⁴ en toegepas soos voorheen beskryf¹⁰². 'N Deskundige in varkneuroanatomie (DO) vergelyk die resulterende beelde wat tot 5% -peiligheidsvlak drempel, met 'n hoë-resolusie Göttingen minipigatlas^103,104 om streke van verlaagde DA D2 / 3 en μOR BP te definieer en te benoem_ND vanaf die basislyn na die post-sukrose toestand. Daarna het ons 'n ROI-ontleding gedoen om BP te onttrek_ND waardes van spesifieke streke wat gebasseer is gebaseer op die SnPM-analise, insluitend die striatum, nucleus accumbens, thalamus, amygdala, cingulate cortex en prefrontale korteks. Geen aanvullende statistieke is oor die ROI-ontleding gedoen nie, aangesien dit reeds met SnPM gevind is dat hierdie streke beduidend was.

Die studie is gefinansier deur 'n AU AU-projekontwikkelingstoelaag aan die Universiteit van Aarhus aan AML. Ons is dankbaar vir die tegniese ondersteuning van die personeel by die PET-sentrum Aarhus University Hospital en die Aarhus University Farm vir hulp met die behandeling van diere. Ons bedank professor Morten Kringelbach, professor Jørgen Scheel-Kruger en medeprofessor Arne Møller vir hulp met die inisiëring van hierdie studies.

Affiliasies

1. Departement Kerngeneeskunde en PET-sentrum, Aarhus Universiteit, Aarhus, Denemarke
   • Michael Winterdahl
   • , Ove Noer
   • , Anna C. Schacht
   • , Steen Jakobsen
   • , Aage KO Alstrup
   • , Albert Gjedde
   •  & Anne M. Landau
2. Departement Neurochirurgie en CENSE, Aarhus University Hospital, Aarhus, Denemarke
   • Dariusz Orlowski
3. Departement Kerngeneeskunde, Universiteit van Suid-Denemarke en Odense Universiteitshospitaal, Odense, Denemarke
   • Albert Gjedde
4. Departement Neuroscience, Universiteit van Kopenhagen, Kopenhagen, Denemarke
   • Albert Gjedde
5. Departement Neurologie en Neurochirurgie, McGill Universiteit, Montreal, Kanada
   • Albert Gjedde
6. Translational Neuropsychiatry Unit, Aarhus University, Aarhus, Denemarke
   • Anne M. Landau

Bydraes

MW en AML het die studie en analise ontwerp; ACS en SJ het die PET-opspoorders gesintetiseer; MW, AKOA en AML het die minipigs hanteer en die PET-skanderings uitgevoer; MW, ON en AML het die data-analise uitgevoer; DO verskaf anatomiese kundigheid; MW, AG en AML interpreteer die data; MW en AML het die manuskrip met ondersteuning van AG geskryf; alle outeurs het die finale weergawe van die manuskrip goedgekeur.

Ooreenstemmende skrywer

Korrespondensie aan Anne M. Landau.

Mededingende belange

Die outeurs verklaar geen mededingende belange nie.

Uitgewer se nota Springer Nature bly neutraal ten opsigte van jurisdiksie-eise in gepubliseerde kaarte en institusionele affiliasies.

Herdrukke en toestemmings