مستقبلات الدوبامين D2 في ضعف المكافأة مثل الإدمان والأكل القهري في الجرذان السمينة (2010)

التعليق: توضح هذه الدراسة أنه عندما يُمنح الحيوان وصولاً غير محدود ، يمكن أن يتسبب معزز طبيعي قوي (طعام محفز للغاية) في انخفاض مستقبلات D2. شوهد هذا الانخفاض في جميع الفئران تقريبًا ، وحدث بسرعة كبيرة. عندما تمت إزالة الطعام "المستساغ للغاية" ، رفضت الفئران تناول طعام عادي. استمرت الفئران في الشراهة (عندما أمكنهم ذلك) على الرغم من اقتران الصدمات الكهربائية باستهلاك الطعام "المستساغ للغاية".

• دراسة كاملة

نات نيوروسكي. 2010 May؛ 13(5): 635-641. نشرت على الانترنت 2010 مارس 28. دوى:  10.1038 / nn.2519

ملخص

وجدنا أن تطوير السمنة اقترن بظهور عجز متدهور تدريجيًا في استجابات المكافأة العصبية. وتعتبر التغييرات المماثلة في توازن المكافأة التي يسببها الكوكايين أو الهيروين حاسمة في تحفيز الانتقال من تناول المخدرات إلى القهر العرضي. ووفقًا لذلك ، فقد اكتشفنا سلوكًا غذائيًا شبيهًا بالإكراه في البدانة ولكن ليس الفئران الخالية من الدهون ، والتي تم قياسها كاستهلاك غذائي مستساغ كان مقاومًا للاضطراب من خلال حافز مشروط مكره. تم خفض مستويات مستقبلات الدوبامين D2 (D2Rs) في الجرذان ، كما ورد في البشر المدمنين على المخدرات. وعلاوة على ذلك ، سرعان ما ساهمت ضربة قاضية من lentivirus من D2Rs مخطط الجيناد في تطوير العجز مكافأة تشبه الإدمان وبداية من المواد الغذائية مثل القهري تسعى في الفئران مع وصول موسعة إلى الطعام مستساغ الدهون عالية. تُظهر هذه البيانات أن الإفراط في الاستهلاك للأطعمة المستساغة يؤدي إلى استجابات شبيهة بالإعصابي في دارات المكافأة في الدماغ ويدفع إلى تطوير تناول الطعام القهري. لذلك ، قد تكون الآليات الشائعة للتدخين هي السمنة وإدمان المخدرات.

المُقدّمة

تتأثر التغذية بالمتعة والمكافأة ، ويمكن أن يؤدي الحصول على المكافأة الغذائية إلى تحفيز الاستهلاك بقوة 1 ، 2. ومع ذلك ، لا تزال آليات المتعة التي تساهم في السمنة غير مفهومة جيدًا. في البشر المصابين بفرط التبلع الذين يعانون من نقص الليبتين الخلقي ، يزداد النشاط في المخطط الظهري والبطني ، وهما مكونان أساسيان لدوائر المكافأة الدماغية بشكل ملحوظ استجابةً لصور الطعام 3 ، ويخفف العلاج ببدائل اللبتين كلاً من النشاط المخطط و''الإعجاب '' بالطعام. . يشير هذا إلى أن المخطط مهم في جوانب المتعة في سلوك التغذية. لقد ظهر مؤخرًا أن تنشيط المخطط استجابةً للأطعمة الشهية للغاية يتم إضعافه لدى الأفراد الذين يعانون من السمنة المفرطة مقارنةً بالضوابط الخالية من الدهون. علاوة على ذلك ، فإن نقص وظيفة المخطط الظهري وزيادة الوزن على المدى الطويل يكونان أكثر وضوحًا في الأفراد الذين يعانون من أليل TaqIA لموضع الجين DRD3 – ANKK4 ، مما يؤدي إلى انخفاض التعبير الخطي عن D2R وقد ثبت أنه يهيئ الأفراد لاضطرابات الاعتماد على المواد. أدت هذه الملاحظات وما شابهها إلى اقتراح مفاده أن العجز في معالجة المكافآت قد يكون عامل خطر مهمًا لتطور السمنة ، وأن الأفراد الذين يعانون من السمنة المفرطة قد يستهلكون قسريًا طعامًا مستساغًا للتعويض عن فرط الحساسية للمكافأة 1. والجدير بالذكر أنه من غير الواضح ما إذا كانت أوجه القصور في معالجة المكافآت مكونة وتسبق السمنة ، أو ما إذا كان الاستهلاك المفرط للأطعمة الشهية يمكن أن يؤدي إلى اختلال وظيفي في المكافأة وبالتالي يساهم في السمنة التي يسببها النظام الغذائي.

السمة المميزة لأصحاب الوزن الزائد والبدناء هي أنهم يستمرون في الإفراط في تناول الطعام على الرغم من العواقب الصحية والاجتماعية السلبية المعروفة. في الواقع ، العديد من الأفراد الذين يعانون من زيادة الوزن يعبرون عن رغبتهم في الحد من استهلاكهم الغذائي ، ومع ذلك يكافحون للسيطرة على مدخولهم ويستهلكون مرارًا وتكرارًا بما يتجاوز متطلبات الطاقة الخاصة بهم 7 ، 8. إن ﺗﻄﻮر ﺳﻠﻮك اﻟﺘﻐﺬﻳﺔ ﻏﻴﺮ اﻟﻤﺘﺄﺛﺮ ﺑﺎﻟﺤﺼﻴﻠﺔ اﻟﺴﻠﺒﻴﺔ ﻳﺸﺒﻪ ﺳﻠﻮك اﻟﺘﻌﺎﻃﻲ اﻟﻘﺎﻃﻊ اﻟﺬي ﻳﺮى ﻓﻲ ﻣﺪﻣﻨﻲ اﻟﻌﻘﺎﻗﻴﺮ اﻟﺒﺸﺮﻳﺔ ، وهﻮ أﻣﺮ ﻏﻴﺮ ﻣﻤﺎﺛﻞ ﻟﻠﻌﻮاﻗﺐ اﻟﺴﻠﺒﻴﺔ 9. هنا قمنا بالتحقق من آثار توسيع نطاق الوصول إلى نظام غذائي عالي الدهون مستساغة على حساسية نظم مكافأة الدماغ في الفئران. نحن أيضا فحص العلاقة بين dysregulation hedonic التي يسببها النظام الغذائي وظهور البحث عن الطعام القهري. أخيرا ، قمنا بالتحقيق في دور D2Rs المخطط في هذه الاستجابات السلوكية مثل الإدمان.

العجز مكافأة تشبه الإدمان في الجرذان يعانون من السمنة المفرطة

لاختبار آثار الوصول المقيد أو الممتد إلى نظام غذائي غني بالدهون ، قمنا بإعداد ذكور فئران ويستار (300-350 جم) بقطب كهربائي محفز ثنائي القطب في منطقة ما تحت المهاد الجانبي ودربناهم لمدة 10-14 يومًا في تجربة منفصلة إجراء مكافأة تحفيز الدماغ بالعتبة الحالية (BSR) حتى يتم إنشاء عتبات مكافأة ثابتة. في إجراء BSR ، تستجيب الفئران بقوة للحصول على تحفيز كهربائي ذاتي مجزي من خلال القطب المحفز الساكن ، مع الحد الأدنى من شدة التحفيز التي تحافظ على سلوك التحفيز الذاتي الذي يطلق عليه عتبة المكافأة. نظرًا لأن عتبات المكافأة تظل ثابتة وغير متغيرة على مدى فترات طويلة في ظل ظروف خط الأساس ، فإن هذا الإجراء يوفر مقياسًا حساسًا لاستجابة أنظمة المكافأة في الدماغ. بعد إنشاء عتبات BSR مستقرة (تُعرف على أنها تباين أقل من 4 ٪ في العتبات عبر ثلاث جلسات متتالية) ، قمنا بتخصيص الفئران لثلاث مجموعات لم تظهر أي اختلافات في متوسط ​​أوزان الجسم أو عتبات المكافأة بين المجموعات. تم منح المجموعات الثلاث وصولًا مختلفًا إلى نظام غذائي "على غرار الكافتيريا" يتكون من طعام مستساغ كثيف الطاقة ومتوفر للاستهلاك البشري (انظر الطرق عبر الإنترنت). كان لدى الفئران 10 ساعة (فئران طعام فقط ؛ ن = 10) ، 0 ساعة (فئران مقيدة الوصول ؛ ن = 9) ، أو 1-11 ساعة (فئران طويلة الوصول ؛ ن = 18) وصول إلى النظام الغذائي يوميًا من أجل 23 يوما متتالية. من المعروف أن حمية الكافتيريا تؤدي إلى السمنة التي يسببها النظام الغذائي في الفئران 11. كان لدى جميع الفئران أيضًا وصول إعلاني إلى طعام المختبر القياسي ، مع عتبات المكافأة وزيادة الوزن وتسجيل السعرات الحرارية طوال الوقت.

زيادة الوزن بشكل ملحوظ في الفئران مع وصول الموسعة إلى النظام الغذائي الكافتيريا مقارنة مع مجموعات الوصول فقط أو مقيد الوصول (الشكل. 1a). يميل الوزن أيضا إلى الزيادة في الجرذان المقيد الوصول مقارنة بالفئران فقط ، ولكن هذا التأثير لم يصل إلى دلالة إحصائية. ارتبط تطور السمنة في الجرذان الممتدة الوصول بشكل وثيق مع تفاقم العجز في وظيفة المكافأة الدماغية ، التي تنعكس في عتبات BSR مرتفعة تدريجياً (الشكل 1b). نظرًا لعدم وجود اختلافات في استجابات الاستجابة لـ BSR بين المجموعات الثلاث (الشكل التوضيحي 1) ، لا يمكن للعجز في الأداء السلوكي تفسير هذه الملاحظة. تم الإبلاغ عن أوجه قصور مماثلة في وظيفة المكافأة الدماغية في الجرذان مع وصول موسع ولكن ليس مقيَّدًا إلى الكوكايين الوريدي أو الإدارات الذاتية للهيروين 12 و 13 و 14. وبالتالي ، يمكن أن يؤدي الوصول الممتد إلى الغذاء المرتفع الدسم المستساغ إلى حدوث عجز يشبه الإدمان في وظيفة المكافأة الدماغية ، ويعتبر مصدرا هاما للحافز الذي قد يؤدي إلى الإفراط في الأكل ويساهم في تطوير السمنة 1 ، 6.

الرقم 1: زيادة الوزن ومكافأة الخلل في الفئران مع وصول ممتد إلى حمية الكافتيريا.

(أ) متوسط ​​زيادة الوزن (± sem) في الفئران المخصصة للطعام فقط ، والوصول المقيد والوصول الممتد (تفاعل الوصول × اليوم: F39,702،7.9 = 0.0001 ، P <0.05 ؛ * P <78,1092 مقارنة بمجموعة الطعام فقط ، بعد الاختبار المخصص). (ب) متوسط ​​(± sem) التغير في النسبة المئوية من عتبات المكافأة الأساسية (تفاعل الوصول × الوقت: F1.7 ، 0.0005 = 0.05 ، P <XNUMX ؛ * P <XNUMX مقارنة مع مجموعة chow-only ، بعد الاختبار المخصص).

عندما فحصنا سلوك التغذية بالتفصيل (الشكل 2) ، وجدنا أن إجمالي السعرات الحرارية اليومية كان متشابهًا بين الجرذان فقط (chow-only) وفئران الوصول المقيد (Fig. 2a، d). على النقيض من ذلك ، كان إجمالي السعرات الحرارية في الجرذان مع وصول موسع ضعف ما يقرب من الفئران مقيد الوصول والفشل فقط (الشكل. 2a ، د). على الرغم من أن الفئران المحصورة في الوصول والفحص فقط حافظت على نفس الكمية اليومية من السعرات الحرارية (الشكل. 2a ، d) ، حصلت فئران الوصول المقيد فقط على ~ 33٪ من السعرات الحرارية اليومية من تشاو (الشكل 2b ، d) ، مما يشير إلى أن قاموا بتطوير سلوك التغذية الشبيهة بنهم الشراهة واستهلكوا ~ 66٪ من مدخولهم اليومي من السعرات الحرارية خلال جلسة عمل 1 h إلى الكافتيريا diet15 (الشكل 2d). الحصول على الفئران الوصول الموسعة فقط جزء صغير (~ 5 ٪) من إجمالي السعرات الحرارية من تشاو (الشكل. 2b) ؛ كانوا يستهلكون نظام الكافتيريا على وجه الحصر تقريبا (الشكل. 2d). كما انعكس التحول في تفضيل النظام الغذائي في مجموعات الوصول المقيدة والموسعة في زيادة ملحوظة في تناول الدهون مقارنة بالفئران فقط (الشكل 2c والتكوين التكميلي 2). تماشيا مع التقارير السابقة 16 ، كان هناك اتجاه لاستهلاك الحمية الكافيتريا لتقليل مع مرور الوقت في الفئران الوصول الموسعة. هذا قد يعكس تطور التسامح مع استساغة المواد الغذائية المقدمة كجزء من النظام الغذائي الكافيتريا مع مرور الوقت. ومع ذلك ، ظل تفضيل حمية الكافتيريا مقابل الغذاء القياسي مرتفعاً بشكل ثابت في هذه الجرذان (الشكل التوضيحي 3). تُظهِر هذه البيانات أن الوصول الموسَّع ولكن غير المقيَّد إلى نظام غذائيٍ عالي الدهون مستساغٍ يحفز عجز المكافأة الذي يشبه الإدمان ، والإفراط في الأكل وفقدان توازن الطاقة المتوازنة. على النقيض من ذلك ، يؤدي تقييد الوصول إلى الطعام المستساغ إلى أنماط الاستهلاك الشبيهة بالحدود ، ولكنه لا يعطل توازن الطاقة المتوازنة ولا وظيفة المكافأة الدماغية. ومع ذلك ، فمن الممكن أن يؤدي تقييد الوصول إلى حمية الكافيتريا لأكثر من 40 أيام متتالية إلى زيادة الوزن بشكل ملحوظ وتعطيل وظيفة المكافأة الدماغية.

الشكل 2: أنماط الاستهلاك في الفئران ذات الوصول الممتد إلى حمية الكافتيريا.

(أ) متوسط ​​(± sem) المدخول اليومي من السعرات الحرارية في الفئران المخصصة للطعام فقط ، والوصول المقيد والوصول الممتد (الوصول: F1,324،100.6 = 0.0001 ، P <18,324 ؛ الوقت: F7.8،0.0001 = 18,324 ، P <4.6 ؛ الوصول × تفاعل الوقت: F0.0001،0.05 = 2,504 ، P <349.1 ؛ * P <0.0001 مقارنة بمجموعة الطعام فقط ، اختبار ما بعد المخصص). (ب) متوسط ​​المدخول اليومي من السعرات الحرارية (± sem) من الطعام (الوصول: F18,504،5.9 = 0.0001، P <36,504؛ الوقت: F3.52،0.0001 = 0.05، P <2,486؛ الوصول × تفاعل الوقت: F118.7،0.0001 = 18,486، P <8.8 ؛ * P <0.0001 مقارنة بمجموعة الطعام فقط ، اختبار ما بعد المخصص). (ج) متوسط ​​المدخول اليومي من السعرات الحرارية (± sem) من الدهون (الوصول: F36,486،6.2 = 0.0001، P <0.05؛ الوقت: F40،2,54 = 25.0، P <0.0001؛ الوصول × تفاعل الوقت: F2,54،1235.2 = 0.0001، P <2,54 ؛ * P <485.7 مقارنة بمجموعة الطعام فقط ، اختبار ما بعد المخصص). (د) مقارنة متوسط ​​مدخول السعرات الحرارية الإجمالي (± sem) ، والسعرات الحرارية المستهلكة حصريًا من الطعام ، خلال فترة الوصول التي تبلغ 0.0001 يومًا بالكامل (الوصول: F0.001،0.001 = XNUMX، P <XNUMX؛ مصدر السعرات الحرارية: FXNUMX،XNUMX = XNUMX، P <XNUMX؛ الوصول × تفاعل مصدر السعرات الحرارية: FXNUMX،XNUMX = XNUMX، P <XNUMX؛ *** P <XNUMX مقارنة بإجمالي السعرات الحرارية في مجموعة الطعام فقط ، ### P <XNUMX مقارنة بإجمالي السعرات الحرارية في نفس المجموعة من الفئران ، بعد الاختبار المخصص).

بعد 40 يومًا ، لم يعد يُسمح للجرذان بالوصول إلى النظام الغذائي المستساغ ، لكن استمروا في الحصول على حق الوصول إلى طعام المختبر القياسي. قمنا بتقييم حدود المكافأة واستهلاك الطعام يوميًا خلال فترة "الامتناع" المفروضة. استمرت الارتفاعات في عتبات المكافأة لمدة أسبوعين على الأقل في الفئران ذات الوصول الممتد عندما لم يعد بإمكانهم الوصول إلى النظام الغذائي المستساغ (الشكل 2 أ). يتناقض هذا مع العجز العابر نسبيًا (حوالي 3 ساعة) في وظيفة المكافأة المُبلغ عنها في الفئران التي تمر بالامتناع عن تعاطي الكوكايين ذاتيًا. كان هناك أيضًا انخفاض ملحوظ في مدخول السعرات الحرارية (الشكل 48 ب) وانخفاض تدريجي في وزن الجسم (الشكل 13 ج) في الفئران ذات الوصول الممتد ، وبدرجة أقل في الفئران ذات الوصول المقيد ، خلال فترة الامتناع عن ممارسة الجنس ، بما يتوافق مع التقارير السابقة 3 ، 3. بعد 11 يومًا من الامتناع عن ممارسة الجنس ، قُتلت الفئران وتم تحديد مواضع الإلكترود بواسطة تلطيخ الكريسيل البنفسجي (الشكل ثلاثي الأبعاد).

الرقم 3: ضعف مكافأة المستمر و hypophagia خلال الامتناع عن ممارسة الجنس في الفئران مع وصول موسعة إلى نظام غذائي الكافتيريا.

(أ) متوسط ​​النسبة المئوية للتغير من عتبات المكافأة الأساسية (± sem) أثناء الامتناع عن اتباع نظام غذائي مستساغ غني بالدهون (الوصول: F2,112 ، 3.7 = 0.05 ، P <4,112 ؛ الوقت: F2.3 ، 0.05 = 0.05 ، P> 14 ؛ * P <2,168 مقارنة بمجموعة الطعام فقط ، اختبار ما بعد المخصص). (ب) متوسط ​​مدخول السعرات الحرارية (± sem) في اليوم الأخير من الوصول إلى النظام الغذائي عالي الدهون (خط الأساس) وخلال 41.7 يومًا من الامتناع عن ممارسة الجنس عندما كان الطعام القياسي متاحًا فقط (الوصول: F0.0001،6,168 = 65.6 ، P <0.0001 ؛ الوقت: F12,168،38.3 = 0.0001 ، P <0.05 ؛ تفاعل الوصول × الوقت: F14،1,126 = 37.2 ، P <0.0001 ؛ * P <7,126 مقارنة بمجموعة الطعام فقط ، اختبار ما بعد المخصص). (ج) التغيير في متوسط ​​وزن الجسم (± sem) مقارنة بوزن الجسم في اليوم الأخير من الوصول إلى نظام غذائي عالي الدهون (خط الأساس) وخلال 3.1 يومًا من الامتناع عن ممارسة الجنس عندما كان الطعام القياسي متاحًا فقط (الوصول: F0.01 ، 7,126 = 40.9 ، P <0.0001 ؛ الوقت: F0.05،XNUMX = XNUMX ، P <XNUMX ؛ الوصول × تفاعل الوقت: FXNUMX،XNUMX = XNUMX ، P <XNUMX ؛ * P <XNUMX مقارنة بمجموعة الطعام فقط ، اختبار ما بعد المخصص). (د) إعادة البناء النسيجي لموقع أقطاب تحفيز BSR في منطقة ما تحت المهاد الجانبي للطعام فقط (مثلثات) ، والوصول المقيد (المربعات) والوصول الممتد (الدوائر) الفئران.

D2Rs Striatal DXNUMXRs في الجرذان البدينين: دور في عجز الثواب

قمنا بعد ذلك باختبار الفرضية القائلة بأن الإفراط في تناول حمية الكافتيريا اللذيذة قد يقلل من كثافة D2R القاتلة ، مما يساهم في تطوير فرط الحساسية للمكافآت الشبيهة بالإدمان. تم السماح لمجموعة جديدة من الفئران ذات الوصول المحدود والطعام الممتد الوصول إلى نظام الكافتيريا الغذائي حتى كانت هناك زيادة ذات دلالة إحصائية في وزن الجسم في الفئران ذات الوصول الممتد مقارنة بمجموعة الطعام فقط (P <0.05 ؛ الشكل 4 أ). كان التعبير الخطير عن الشكل المرتبط بالغشاء المرتبط بالجليكوزيلات (حوالي 70 كيلو دالتون) أقل في الفئران ذات الوصول الممتد مقارنة بالفئران ذات الوصول المقيد أو الفئران فقط (الشكل 2 ب ؛ انظر الطرق عبر الإنترنت). عندما قمنا بتقسيم الفئران في كل مجموعة وصول إلى مجموعتين فرعيتين على أساس الانقسام المتوسط ​​لأوزان الجسم (خفيف أو ثقيل) ، وجدنا علاقة عكسية واضحة بين وزن الجسم وتعبير D4R المخطط (الشكل 2 أ ، ج). لم نكتشف أي انخفاض ذي دلالة إحصائية في التعبير عن غير الناضج غير الغليكوزيلاتي (حوالي 4 كيلو دالتون) وأشكال السيتوبلازم الغليكوزيلاتي الوسيطة (حوالي 39 كيلو دالتون) من D51R (الشكل التكميلي 2) 4 ، مما يشير إلى أن تعبير D17R المخطط في الفئران ذات الوصول الممتد ربما يكون تنظم من خلال آليات ما بعد النسخ.

الشكل 4: يرتبط اكتساب الوزن بشكل عكسي بمستويات D2R الجدارية.

(أ) تم تقسيم فئران Chow-only ، والوصول المقيد والوصول الممتد إلى مجموعتين لكل حالة وصول بناءً على تقسيم متوسط ​​لأوزان الجسم: خفيف (L) أو ثقيل (H). (ب) تم جمع المجمع المخطط بأكمله من جميع الفئران ومستويات D2R في كل مجموعة مقاسة بالنشاف الغربي. تم حل نطاق D2R المرتبط بالغشاء عند 70 كيلو دالتون ، ويتم عرض التحكم في تحميل البروتين أدناه (-actin ، 43 كيلو دالتون). يتم عرض الكتل المناعية كاملة الطول في الشكل التكميلي 12. (ج) تم تحديد الكميات النسبية من D2R في مخطط فئران الطعام فقط ، والوصول المقيد والوصول الممتد عن طريق قياس الكثافة (F2,6 ، 5.2 = 0.05 ، P <0.05 ، رئيسي تأثير الوصول ؛ * P <0.01 و ** P <XNUMX مقارنة بمجموعة chow-only-L).

بعد ذلك ، لاختبار مدى الملاءمة الوظيفية للتخفيضات المستحثة بالنظام الغذائي في D2R المخطط إلى وظيفة المكافأة الدماغية ، صممنا وصدقنا على متجه lentiviral لتقديم دبوس قصير من RNA (shRNA) من أجل هدم D2R (Lenti-D2Rsh؛ Fig. 5 and Supplementary Fig. 5). بدأت عتبات المكافآت في الزيادة في الجرذان التي عولجت باستخدام Lenti-D2Rsh على الفور فور السماح لها بالوصول إلى حمية الكافيتريا ، في حين بقيت عتبات المكافأة دون تغيير في الجرذان الممدودة التي يتم معالجتها باستخدام ناقل Lentivirus الخالي (Lenti-control) خلال فترة قصيرة نسبياً من الوصول إلى الحمية الكافتيريا (14 د ؛ الشكل. 6a). كانت أزمنة الاستجابة غير متغيرة في كلا المجموعتين من الفئران ، موضحة أن هذا التأثير لم يكن ثانويًا في حالات القصور في أداء المهام (الشكل التكاملي 6). كانت عتبات المكافأة أيضا دون تغيير في الفئران التي عولجت باستخدام Lenti-D2Rsh أو Lenti-control التي كان لها حق الوصول إلى الطعام فقط خلال الفترة نفسها (الشكل 6b).

ظلت العتبات مرتفعة باستمرار خلال 15 إضافي من الامتناع عن ممارسة الجنس عندما كانت جميع الفئران الوصول فقط إلى تشاو القياسية (التكميلية الشكل. 7). ضربة قاضية للمثبطات D2R وبالتالي زيادة التعرض لضعف الثغرات التي يسببها النظام الغذائي ولكن لم يغير النشاط الأساسي لنظم مكافأة الدماغ.

الشكل 5: ضربة قاضية Lentivirus بوساطة التعبير D2R مخطط.

(أ) تمثيل رسومي للمناطق المخططة التي تم فيها التعبير عن Lenti-D2Rsh بشكل مفرط. تمثل الدوائر الخضراء في نصف الكرة المخية الأيسر المواقع التي تم استهداف الحقن الفيروسي فيها. التلوين الأخضر في نصف الكرة المخية الأيمن عبارة عن تلطيخ مناعي تمثيلي للبروتين الفلوري الأخضر (GFP) من دماغ فأر Lenti-D2Rsh. (ب) لطخة مناعية تمثيلية لتعبير D2R المنخفض في مخطط فئران Lenti-D2Rsh. يظهر الطقطقات المناعية كاملة الطول في الشكل التكميلي 13. (ج) الكميات النسبية من D2R في مخطط فئران Lenti-control و Lenti-D2Rsh ، مُقاسة بواسطة قياس الكثافة (* P <0.05 مقارنة بمجموعة Lenti-control ، اختبار ما بعد المخصص ). (د) لم يتم الكشف عن إصابة الخلايا الدبقية في المخطط بواسطة ناقل Lenti-D2Rsh. التلوين الأخضر هو GFP من الفيروسات. الأحمر هو البروتين الحمضي الليفي الدبقي (GFAP) ؛ يتم تمييز نوى الخلية بواسطة تلطيخ DAPI باللون الأزرق. تشير الأسهم البيضاء إلى منطقة موضعية من الدبق توجد فقط في موقع حقن الفيروس في المخطط وليس في الأنسجة المحيطة التي انتشر فيها الفيروس. حتى في هذه المنطقة ، لا توجد أي من الخلايا النجمية إيجابية GFP. تُبرز الأسهم الصفراء في الصورة المكبرة الخلايا النجمية النموذجية السلبية لـ GFP التي تم اكتشافها. (هـ) مستويات عالية من العدوى العصبية في المخطط بواسطة ناقل Lenti-D2Rsh. التلوين الأخضر هو GFP من الفيروسات. الأحمر هو العلامة النووية العصبية NeuN ؛ يتم تمييز نوى الخلية بواسطة تلطيخ DAPI باللون الأزرق. تبرز الأسهم الصفراء في الصورة المكبرة الخلايا العصبية الإيجابية لـ GFP و NeuN في المخطط. (و) صورة ذات تكبير أعلى لخلايا عصبية مصابة بالفيروس (إيجابية GFP) في مخطط فئران Lenti-D2Rsh تُظهر السمات المورفولوجية النموذجية للخلايا العصبية الشوكية المتوسطة.

الشكل 6: ضربة قاضية للمثبطات يزيد D2R من الضعف لمكافأة الخلل الوظيفي في الجرذان مع وصول ممتد إلى حمية الكافتيريا.

(أ) متوسط ​​نسبة التغيير (± sem) من عتبات المكافأة الأساسية في فئران Lenti-control و Lenti-D2Rsh التي وسعت الوصول إلى نظام الكافتيريا الغذائي لمدة 14 يومًا متتاليًا (الفيروس: F1,156،5.9 = 0.05، P <13,156 ؛ الوقت: F2.2،0.05 = 13,156 ، P <2.2 ؛ تفاعل الفيروس × الوقت: F0.05،0.05 = 2 ، P <14 ؛ # P <2,28 ، تأثير التفاعل). (ب) متوسط ​​نسبة التغيير (± sem) من عتبات المكافأة الأساسية في فئران Lenti-control و Lenti-D135.6Rsh التي كان لها حق الوصول إلى الطعام فقط. (ج) متوسط ​​(± sem) مدخول السعرات الحرارية للفئران خلال 0.0001 يومًا من الطعام فقط أو الوصول الممتد (الوصول: F14 ، 2,28 = 96.4 ، *** P <0.0001). (د) متوسط ​​(± sem) زيادة الوزن خلال 0.001 يومًا من الطعام فقط أو الوصول الممتد (الوصول: FXNUMX ، XNUMX = XNUMX ، P <XNUMX ؛ *** P <XNUMX ، التأثير الرئيسي للوصول).

وجدنا أن تناول السعرات الحرارية (الشكل 6c) وزيادة الوزن (الشكل 6d) كانت متشابهة في Lenti-D2Rsh ومجموعات التحكم Lenti المطابقة تحت شروط الوصول إلى chow فقط أو الموسعة (التين التكميلي. 8 و 9). وهكذا ، لم تغير طريقة ضربة قاضية D2R المخططة أفضلية للحمية الكافيتريات أو السعرات الحرارية الكلية عندما كان الطعام المستساغ متاحًا بحرية للاستهلاك.

الأكل القهري في الجرذان السمان: دور للمثبطات D2R

اختبرنا بعد ذلك الفرضية القائلة بأن الأكل القهري قد يظهر في الفئران مع وصول ممتد إلى نظام الكافتيريا الغذائي وأن النقص في إشارات D2R الخطيرة قد تساهم في هذا التأثير. تم السماح لمجموعة جديدة من الجرذان المخصصة للطعام فقط ، والوصول المقيد والوصول الممتد إلى نظام الكافتيريا الغذائي لمدة تزيد عن 40 يومًا حتى حدثت زيادات كبيرة إحصائيًا في الوزن في الفئران الممتدة (P <0.05 مقارنة مع فئران الطعام فقط ؛ البيانات لا معروض). تم السماح بعد ذلك للمجموعات الثلاث من الفئران بالوصول 30 دقيقة فقط يوميًا إلى حمية الكافتيريا لمدة 5-7 أيام في غرفة فعالة حتى يتم الوصول إلى المدخول المستقر (يُعرف على أنه <10٪ اختلاف في المدخول اليومي). بعد ذلك ، تعرضت نصف الفئران في كل حالة وصول إلى ضوء (منبه مشروط) مقترنًا بإيصال صدمات القدم (مجموعة معاقبة) ، بينما تعرضت الفئران المتبقية في كل مجموعة لضوء الإشارات في حالة عدم وجود صدمة القدم (مجموعة غير معاقبة) ). في يوم الاختبار ، قمنا بفحص تأثيرات التعرض لضوء الإشارات فقط على استهلاك الطعام اللذيذ (الشكل 7 ، انظر الطرق عبر الإنترنت). وجدنا أن متوسط ​​مدخول السعرات الحرارية خلال جلسات خط الأساس لمدة 30 دقيقة كان أعلى في فئران الطعام فقط وذات الوصول المقيد مقارنة بالفئران ذات الوصول الممتد (الشكل 7 أ ، ب). يشير هذا إلى أن الفئران التي كانت مخصصة للطعام فقط والمحدودة الوصول كانت تنغمس في الطعام اللذيذ أثناء جلسات الوصول المتقطعة التي تستغرق 30 دقيقة ، وهو ما ينعكس في حقيقة أن هذه الفئران استهلكت حوالي 40-50٪ من السعرات الحرارية اليومية التي تتناولها ، وعادة ما يكون 100 كيلو كالوري ، خلال هذه الجلسات (الشكل 7 أ ، ب). على النقيض من ذلك ، يبدو أن الفئران ذات الوصول الممتد مقاومة لتطوير هذا السلوك الغذائي الشبيه بنهم الشراهة ، ربما لأن تاريخهم في الوصول غير المحدود تقريبًا إلى الطعام المستساغ لأكثر من 40 يومًا متتاليًا أسس أنماطًا لتناول الطعام كانت غير مرنة نسبيًا للتغيير. في يوم الاختبار ، لم نلاحظ أي آثار ذات دلالة إحصائية لإعادة تشغيل ضوء جديلة على استهلاك الغذاء في الفئران التي لم يتم عقابها من مجموعات الطعام فقط أو الوصول المقيد أو الوصول الممتد عند مقارنتها بالمدخول خلال فترة خط الأساس (الشكل 7 أ). لذلك ، لم يكن للضوء الأساسي وحده أي أهمية تحفيزية. في الفئران المعاقبة ، قلل ضوء الإشارات المقترنة بالصدمات بشكل كبير من تناول الطعام المستساغ في فئران الطعام فقط وفئران الوصول المقيد. ومع ذلك ، لم يكن لضوء جديلة أي تأثير على تناول الطعام المستساغ في الفئران ذات الوصول الممتد ، مما يدل على أن استهلاكهم لم يكن حساسًا للإشارات البيئية المكروهة التي تتنبأ بالمحن. كان مدخول الطاقة الأساسي في الفئران ذات الوصول الممتد أقل من ذلك في المجموعات الأخرى. ومع ذلك ، نظرًا لأن تناول الطعام خلال فترات زمنية مماثلة كان أقل بكثير (الشكل 7 د) ، فمن غير المرجح أن يمثل هذا "تأثيرًا أرضيًا" يربك نتائجنا. تدعم بياناتنا معًا فكرة أن سلوك الأكل القهري يمكن أن يظهر في الفئران ذات الوصول الممتد بطريقة مماثلة لتعاطي الكوكايين القهري الذي شوهد في الفئران التي لها تاريخ من الوصول الطويل إلى العقار.

الشكل 7: استجابة تشبه الاستجابة لتناول الطعام المستساغ.

(أ) متوسط ​​(± sem) استهلاك النظام الغذائي المستساغ في الفئران غير المعاقب عليها خلال جلسات خط الأساس لمدة 30 دقيقة وفي يوم الاختبار عندما تعرضت الفئران لمحفز مشروط محايد لم يتم إقرانه سابقًا بصدمة القدم الضارة (الوصول: F2,20 ، 5.2 = 0.05 ، P <0.05 ؛ # P <30 مقارنة مع فئران الطعام فقط). (ب) متوسط ​​(± sem) استهلاك النظام الغذائي المستساغ في الفئران المعاقب عليها خلال جلسات خط الأساس لمدة 2,21 دقيقة وفي يوم الاختبار عندما تعرضت الفئران لمحفز مشروط تم إقرانه سابقًا بصدمة القدم الضارة (الوصول: F3.9 ، 0.05 = 1,21 ، P <8.6 ؛ جديلة: F0.01،2,21 = 4.7 ، P <0.05 ؛ الوصول × تفاعل جديلة: F0.05،0.05 = 30 ، P <2 ؛ * P <1,26 مقارنة بالمدخول أثناء الجلسة الأساسية ، # P <29.7 مقارنة مع الفئران تشاو فقط). (ج) متوسط ​​استهلاك النظام الغذائي المستساغ (± sem) خلال الجلسات الأساسية التي تستغرق 0.0001 دقيقة وفي يوم الاختبار في فئران Lenti-control و Lenti-D0.05Rsh التي كانت في السابق تحتوي على طعام فقط أو وصول ممتد إلى نظام غذائي كافتيريا (جديلة: F0.01 ، 30 = 2 ، P <1,26 ؛ * P <44.9 ، ** P <0.0001 مقارنة بالمدخول خلال جلسات خط الأساس ، اختبار ما بعد المخصص). (د) متوسط ​​استهلاك الطعام (± sem) خلال الجلسات الأساسية التي تبلغ مدتها 0.05 دقيقة وفي يوم الاختبار في فئران Lenti-control و Lenti-D0.01Rsh التي كانت في السابق تحتوي على طعام فقط أو تم تمديد الوصول إلى نظام غذائي كافتيريا (جديلة: FXNUMX،XNUMX = XNUMX، P <XNUMX؛ * P <XNUMX، ** P <XNUMX مقارنة بالمدخول خلال جلسات الأساس ، الاختبار المخصص بعد ذلك).

أخيرًا ، قمنا بفحص آثار المنبه المشروط المقترن بالعقاب على تناول الطعام في فئران Lenti-control و Lenti-D2Rsh التي كان لديها سابقًا إمكانية الوصول إلى الطعام فقط أو الوصول إلى نظام الكافتيريا الغذائي (الفئران من الشكل 6). وجدنا أن المدخول الغذائي المستساغ الأساسي خلال الجلسات الأساسية لمدة 30 دقيقة كان مرتفعًا بالمثل (~ 40 كيلو كالوري) في المجموعات الأربع (الشكل 7 ج). بالإضافة إلى ذلك ، كان إجمالي استهلاك الطعام اليومي (في قفص المنزل) متشابهًا بين جميع المجموعات الأربع من الفئران أثناء جلسات التكييف وفي يوم الاختبار (الشكل التكميلي 10). وبالتالي ، فإن 14 يومًا من الوصول المسبق إلى نظام الكافتيريا الغذائي لم تكن كافية لمنع السلوك الشبيه بنهم الأكل بطريقة مماثلة لتلك التي شوهدت في الفئران التي لديها أكثر من 40 يومًا للوصول إلى نظام الكافتيريا الغذائي (الشكل 7 أ ، ب). أدى المنبه الخفيف للضوء إلى تعطيل تناول الطعام اللذيذ في فئران Lenti-control و Lenti-D2Rsh التي كان لديها في السابق وصول للطعام فقط (الشكل 7 ج). وبالمثل ، أدى التحفيز الشرطي المكره إلى تعطيل تناول الطعام اللذيذ في فئران التحكم في Lenti التي كان لديها في السابق 14 يومًا من الوصول إلى نظام الكافتيريا الغذائي. على النقيض من ذلك ، لم يكن للحافز الشرطي المكره أي تأثير على الاستهلاك الغذائي المستساغ في فئران Lenti-D2Rsh التي كان لها سابقًا وصول ممتد إلى حمية الكافتيريا لمدة 14 يومًا (الشكل 7 ج). ظلت عتبات BSR مرتفعة بشكل ملحوظ في هذه الفئران عند تسجيلها بعد 48 ساعة من جلسة الاختبار ، في حين ظلت العتبات مستقرة ولم تتغير في المجموعات الثلاث الأخرى من الفئران

(الصورة التكميلية 11). وللتحقق من أن مقاومة التثبيط المُحَفَّز المُحَفِّز للتحفيز من تناول الطعام المستساغ في الفئران ذات الامتداد الموسع Lenti-D2Rsh لم تكن ثانوية بالنسبة للإعاقات في عمليات التكييف التقليدية ، فقد قمنا باختبار تأثيرات التحفيز المشرق على استهلاك طعام قياسي أقل استساغة في جميع المجموعات الأربع من الفئران. وعلى النقيض من الاستهلاك الشبيه بالمأكولات المشبعة ، وجدنا أن جميع المجموعات الأربع من الفئران استهلكت كمية قليلة من الطعام (~ 2 kCal) خلال جلسات العمل الأساسية في 30 (الشكل 7d) ، وانقطعت كمية الطعام في كل المجموعات الأربع حجم مماثل عند التعرض للتحفيز مشروطة مكره (الشكل. 7d). هذه البيانات تدل على أن ضربة قاضية للمثبطات D2Rs تسارعت بشكل ملحوظ ظهور الأكل القهري من طعام مستساغ ، ولكن فقط في الفئران مع تاريخ الوصول الموسعة. علاوة على ذلك ، ولأن الأكل القهري تم اكتشافه فقط في فئران Lenti-D2Rsh التي كانت عتبات BSR مرتفعة ، فقد يكون نقص الوظيفة الناتج عن المكافأة الغذائية سبباً ضرورياً لظهور الغذاء القهري.

مناقشة

يعتبر سهولة الوصول إلى الطعام المرتفع الدسم مستساغًا عامل خطورة بيئيًا مهمًا للسمنة 19. وجدنا أن الوصول إلى نظام غذائي على غرار الكافيتريا استساغة للغاية أدى إلى الإفراط في الوزن وزيادة الوزن إلى جانب رفع عتبات BSR تدريجيا في الفئران. يمكن تفسير هذا التأثير على عتبات BSR من خلال التقليل التدريجي من استجابة دوائر المكافأة الدماغية ، وهو تفسير يتطابق مع حقيقة أن تقييد الغذاء وفقدان الوزن يمكن أن يزيدا من 20 ، في حين أن التغذية المفرطة الحادة يمكن أن تقلل بشكل عابر 21 ، استجابة لـ BSR في الجرذان. تمثل هذه النتيجة امتدادا للعمل يبين أن الإفراط في تغذية الجرذان من خلال أنبوب التغذية عبر المعدة 21 ، وانتفاخ المعدة أو ضخ الجلوكاجون الوريدي الذي يحاكي الشبع بعد الأكل 22 ، 23 ، 24 ، يقلل من الاستجابة لمكافأة BSR تحت المخططات الجانبية ويزيد من الاستجابات المماثلة للنفس. stimulation25. وقد أظهر العمل السابق أيضًا أن الجرذان التي تعتمد على التغذية القسرية مرارًا وتكرارًا من خلال أنابيب داخل المعدة حتى يزداد وزنهما بواسطة ~ 200 g تقلل من معدلات الاستجابة لـ BSR ، وهو التأثير الذي يستمر حتى يتم تطبيع وزن الجسم 23. كما هو الحال في هذه النتائج في الفئران ، تم تثبيط الاستجابة في القطط ل BSR تحت المهاد الجانبي من قبل التغذية السابقة إلى satiation26 ، مما يدل على أن يتم الحفاظ على التفاعلات بين وظيفة المكافأة في الدماغ وحالة التمثيل الغذائي ، وبالتالي من المرجح أن تحدث في البشر كذلك. يعتبر سهولة الوصول إلى الطعام واتباعه من الإفراط في تناول الطعام على نمط الكافيتريا على الإنسان من العوامل البيئية المهمة في انتشار السمنة الحالية في المجتمعات الغربية (19). تظهر بياناتنا أن مكافأة ناقص تنشأ في الفئران التي تطغى بشكل نظامي على حمية كافتيريا مستساغة تشبه تلك التي يستهلكها البشر وأن هذا التأثير يصبح أسوأ بشكل متزايد مع اكتسابهم المزيد من الوزن. والجدير بالذكر أن جميع الفئران ذات ارتفاعات عتبة الثوابت ≥20٪ كانت لديها أقطاب BSR تقع داخل 500 ofm من fornix dorsolaterally. يتم زيادة حساسية الخلايا العصبية ذات الصلة بالمكافأة في هذا المجال من خلال تقييد الغذاء بطريقة حساسة لهرمون هرمون مشتق من الدهون ، وتعتبر منطقة الدماغ هذه ركيزة مهمة لمكافأة الطعام 27. وبالتالي يتم تثبيط دارات الدماغ التي تنظم المواد الغذائية من قبل إشارات postingestive التي تتنبأ الشبع ، بما يتفق مع الدراسات التصويرية البشرية الأخيرة التي تبين أن انتفاخ المعدة 28 والببتيد عامل الببتيد المشتقة بعد الأكل YY3-36 (PYY) 29 تعدل نشاط مناطق الدماغ المشاركة في تجهيز المكافآت. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تثبيط أنظمة المكافأة من خلال زيادة الوزن الزائدة. تشير التقارير الأخيرة إلى أن الل leتين المتداول ، وهو منظم رئيسي لتوازن الطاقة ، يمكن أن يخترق أنسجة المخ وتمنع نشاط دوائر المكافآت 3 و 27 و 30 و 31.

قد يعكس نقص المكافآت في الفئران ذات الوزن الزائد انخفاضات معاكسة للتكيف في الحساسية الأساسية لدوائر المكافأة في الدماغ لمقاومة التحفيز المفرط عن طريق الطعام اللذيذ. قد يساهم نقص المكافأة الناتج عن النظام الغذائي في تطور السمنة عن طريق زيادة الدافع لاستهلاك وجبات غذائية عالية الجودة "مسببة للسمنة" لتجنب أو تخفيف حالة المكافأة السلبية هذه 6 ، 32. وقد يفسر هذا حالة البلع التي لاحظناها في الوصول الممتد الفئران وبدرجة أقل في الفئران ذات الوصول المقيد عندما تم سحب الطعام المستساغ وكان الطعام أقل استساغة متاحًا فقط. يتوافق مثل هذا السيناريو أيضًا مع البيانات من دراسات تصوير الدماغ البشري التي يرتبط فيها التنشيط الضعيف للمخطط استجابةً للأطعمة المستساغة للغاية ، لا سيما لدى الأفراد الذين لديهم أشكال جينية متعددة يُعتقد أنها تقلل من التعبير المخطط عن D2R ، ويرتبط ذلك بزيادة الوزن على المدى الطويل. لم يكن من الواضح ما إذا كانت هذه الحساسية المفرطة للمكافأة لدى الأشخاص البدينين تتجلى قبل تطور السمنة وتتعلق فقط بالعوامل الوراثية (متلازمة نقص المكافأة) أو ما إذا كان الإفراط في تناول الطعام يمكن أن يسبب اضطرابًا في معالجة المكافأة. تُظهر بياناتنا أن الوصول الموسع إلى الأطعمة الشهية عالية الطاقة وما يتبعها من الإفراط في تناول الطعام يكافئ الحساسية وقد يمثل بالتالي آلية متعة مهمة تعزز تطور السمنة. تم اكتشاف اختلال وظيفي مماثل للمكافأة التي تم الإبلاغ عنها هنا في الفئران البدينة أيضًا في الفئران التي لها تاريخ من الوصول الموسع إلى تعاطي الكوكايين أو الهيروين عن طريق الوريد ، ولكن ليس في أولئك الذين لديهم تاريخ من الوصول المقيد 4 ، 12 ، 13. علاوة على ذلك ، تم اقتراح البحث العرضي إلى القهري عن المخدرات كنتيجة لمحاولة التخفيف من الحالة المستمرة لتناقص المكافأة الناجم عن اختلال المكافأة الناجم عن المخدرات 14 ، 12 ، 32. وهكذا ، تشير بياناتنا إلى أن السمنة وإدمان المخدرات قد يشتركان في آليات المتعة الأساسية.

إن تنظيم القاعدة D2R للعرض التقويمي هو استجابة عصبية ملحوظة للاستهلاك المفرط للطعام اللذيذ. في الواقع ، ينظر إلى انخفاض الكثافة D2R في الوزن في الأفراد يعانون من زيادة الوزن 4 ، 34 و rodents35 ، 36. على العكس من ذلك ، الأفراد الذين يعانون من فقدان الشهية العصبي لديهم ارتفاع DDSNUMXR2 مخطط ، ونسبة فقدان الوزن في الأشخاص الذين يعانون من السمنة المفرطة بعد جراحة السمنة (تحويل المعدة) ترتبط مع ارتفاع الكثافة المخطط D37R density2. إن تعدد الأشكال الجيني الذي يشار إليه بالأليل Taqia A28 ينتج عنه انخفاض كثافة D1R المخطط ، والأفراد الذين يؤويون هذا الأليل ممثلة بشكل زائد في المجموعات السمينة 2. كما يزيد أليل طقسية من قابلية التعرض للإدمان على الكحول والإدمان المنشطة للأفيون والحساسية 4. تخفيضات في كثافة D38R مخططية الشكل التي تحدث إما من خلال العوامل الوراثية التأسيسية أو نتيجة للإفراط في تناول الطعام قد تسهم بالتالي في الآليات العصبية للبدانة. وجدنا أن المستويات المخطط لل 2 kDa D70R isoform ، التي يعتقد أنها تعكس D2R المرتبطة بالأغشية ، ترتبط بشكل عكسي بوزن الجسم في الفئران من مجموعات chow-only ، المقيدة الوصول والموسعة الوصول (الشكل 2). أدت ضربة قاضية للجذع D4R التعبير ، الأكثر بروزا في striatum ظهرية الظهرية (الشكل. 2) ، عتبات BSR لزيادة على الفور تقريبا عند التعرض لحمية الكافتيريا. وبالتالي ، فإن الانخفاض في التعبير D5R في مخطط الجذور قد سرعًا ما أدى إلى تسريع ظهور نقص في الثوابت في الجرذان مع وصول ممتد إلى طعام مستساغ للغاية ، وهي نتيجة تتسق مع بيانات تصوير الدماغ البشري التي تشير إلى أن العجز في كثافة D2R في الجسم يساهم في مكافأة ضعف الوظيفة لدى الأفراد البدينين 2.

ثلاثة ميزات من الجرذان Lenti-D2Rsh هي أيضا جديرة بالاهتمام. أولا ، على الرغم من أن ضربة قاضية D2R المخططة مجتمعة مع وصول الموسعة إلى النظام الغذائي مستساغا أدى إلى رفع عتبات BSR ، لم تكن هناك فروق في تناول السعرات الحرارية أو زيادة الوزن في هذه الفئران مقارنة مع الجرذان السيطرة. قد يعكس هذا حقيقة أن الفئران فقط كان لديها 14 d من الوصول إلى حمية الكافتيريا. قد يؤدي فترات أطول من الوصول إلى زيادة في الوزن مع مرور الوقت ، على غرار القابلية المرتفعة لزيادة الوزن في البشر الذين لديهم عجز في إشارة D2R المخططة 4. ومع ذلك ، فإن ميزة الحد من الوصول إلى حمية الكافيتريا إلى 14 d فقط هي أن الجرذان المدعومة بالوصول الموسعة هي المجموعة الوحيدة التي تظهر عتبات BSR مرتفعة ، وهذا سمح لنا بتقييم الدور المحتمل لضعف وظيفة المكافأة في تطوير القهري. تناول الطعام (انظر أدناه). ثانياً ، بقيت عتبات BSR مستقرة وبدون تغيير في الفئران التي لا تستطيع الوصول إلى الطعام فقط. هذا يدل على أن انخفاض معدل التعبير D2R وحده لم يكن كافيا للحث على حساسية الحساسية للمكافأة ؛ وبدلاً من ذلك ، بدا أنها تتفاعل مع الاستهلاك المفرط للطعام المستساغ لتسريع ظهور هذه الحالة من الحساسية المنخفضة للمكافأة. ومن ثم ، فإن الاستجابات التكيفية الأخرى في دوائر المكافأة الدماغية قد تؤدي إلى فرط الحساسية في الجرذان مع وصول ممتد إلى حمية الكافتيريا. مع وضع هذا في الاعتبار ، نلاحظ أن بروموكريبتين ناهض D2R يقلل من مستويات تعميم leptin39 ، ويثبط الليبتين التغذية على الأقل جزئيا عن طريق تثبيط المناطق المخطط لها التي تتحكم في استجابات hedonic للأغذية 3 ، 30 ، 31. وبالتالي ، فمن الممكن أن يؤدي خفض تنظيم جسد D2R استجابة لزيادة زيادة وزن الجسم إلى زيادة إشارة الليبتين ، وبالتالي يعزز التأثيرات المثبطة لهذا الأديبوكين على أنظمة مكافآت الدماغ. وأخيرًا ، نلاحظ أننا استهدفنا نواقل فيروسات البطيئة تجاه المخطط الظهاري الجانبي. كان هذا في المقام الأول لأسباب فنية ، حيث مكننا وضع القنية الجانبية لإيصال الفيروس إلى المخطط من استيعابنا أيضًا للقطب المحفز الهايدروليكي المستقر لتحديد عتبة BSR. وبالتالي ، من الممكن أن يكون استهداف D2Rs في حالة حدوث ضربة قاضية في مناطق أخرى من المخطط ، وخاصة المناطق الظرفية والبطنية (النواة المتكئة الأساسية والصدفة) ، عتبات BSR مرتفعة حتى في غياب النظام الغذائي المستساغ.

لقد كان المخطط الظهري الوحشي متورطًا بشكل كبير في التعلم من نوع العادة التحفيزية والاستجابة ، كما ينعكس في تطوير السلوك التكميلي غير الحساس لخفض قيمة العملة عن طريق التغذية السابقة للشبع أو عن طريق الاقتران مع المنبهات الضارة. من خلال استهداف المخطط الظهراني الوحشي في الغالب ، ربما نكون قد هدمنا مجموعات D40Rs التي تنظم تعرض الفئران لتطور الأكل القهري. تماشيًا مع دور D2Rs المخطط في السلوكيات القهرية ، يرتبط أليل التقية لموضع الجين البشري DRD2 – ANKK2 - الذي ينتج عنه كثافة منخفضة من D1R 2 ، ويقلل من التنشيط المخطط استجابةً للأطعمة المستساغة 5 ويزيد من التعرض للسمنة 4 - ويرتبط أيضًا مع 4- العجز في تعلم تجنب الأفعال ذات العواقب السلبية. يعد فقدان السيطرة المثبطة على السلوك الذي يمكن أن يكون له نتيجة سلبية سمة مميزة لكل من السمنة وإدمان المخدرات ، حيث تستمر السلوكيات التكميلية على الرغم من العواقب الاجتماعية أو الصحية أو المالية السلبية. يمكن أن يصبح سلوك تعاطي الكوكايين في الجرذان التي لديها تاريخ من تناول المخدرات على نطاق واسع غير مرن ومقاوم للاضطراب من خلال منبه مشروط مكره يتنبأ بنتيجة سلبية (صدمة القدم) 41. وبالمثل ، فإن الفئران التي كان لديها في السابق إمكانية الوصول إلى نظام غذائي غني بالدهون ، ستقضي وقتًا أطول في بيئة مكروهة (مضاءة بشكل ساطع) للحصول على طعام مستساغ مقارنة بالفئران التي لم تكن لديها خبرة في هذا النظام الغذائي. وجدنا أن استهلاك الطعام المستساغ في الفئران التي لديها وصول ممتد إلى حمية الكافتيريا كان بالمثل غير حساس لمحفز مشروط مكره. تمشيا مع دور D18R الضيق في هذا التأثير ، تم العثور على الأكل القهري في الفئران القاتلة D42R التي كان لديها في السابق وصول ممتد 2 يومًا إلى نظام الكافتيريا الغذائي ولكن ليس في مجموعات التحكم. من منظور الدوائر العصبية ، قد يؤدي الوصول الموسع إلى الطعام المستساغ إلى اللدونة في مسارات الستيرويدات القشرية ، مما يجعل الحيوانات أكثر عرضة لتطور السلوكيات القهرية ، مع وجود عيوب في إشارات D2R القاتلة التي تعزز هذه العملية. في الواقع ، يرتبط انخفاض كثافة D14R القاتلة لدى الأشخاص الذين يعانون من السمنة المفرطة بانخفاض التمثيل الغذائي في المناطق القشرية الأمامية والجبهية التي تمارس سيطرة مثبطة على السلوك.

بشكل ملحوظ ، تم الكشف عن استهلاك يشبه القهري من طعام مستساغ فقط في الجرذان الهزاز الذي كان في السابق يمتد وصوله إلى حمية الكافتيريا ، وليس في الفئران السيطرة التي مددت الوصول إلى نظام غذائي الكافتيريا لنفس الفترة الزمنية ، ولا في الفئران قاضية وصول chow فقط. كان الفارق الرئيسي بين الجرذان المناهضة للفئران مع الوصول الموسعة السابقة والمجموعات الأخرى هو عتبات BSR مرتفعة باستمرار. قد يعكس هذا الأصول العصبية الشائعة لضعف وظيفة المكافأة وظهور الأكل القهري ، والتي هي ظاهرات مؤقتة حتى الآن مستقلة. بدلا من ذلك ، يمكن أن يكون وظيفة المكافأة الناجمة عن النظام الغذائي بمثابة الركيزة لتعزيز السلبي الذي يسهل تطوير الأكل القهري مثل 14 ، 32 ، 33. أيا كانت الآليات الأساسية ، فإن نتائجنا تثبت أن الاستجابة الإكراهية الشبيهة بالإدمان للأغذية المستساغة يمكن أن تظهر في الجرذان البدناء ، وتشير إلى أن حالات العجز في إشارة D2R المركبة تزيد من قابلية التأثر لتطور هذا السلوك.

باختصار ، وجدنا أن الإفراط في التحفيز لنظم المكافأة من خلال الاستهلاك المفرط للطعام اللذيذ والمكثف للطاقة يثير حالة عميقة من الحساسية التحفيزية المكافأة وتطوير الأكل القهري. هذه الاستجابات السلوكية المتأقلمة في الجرذان البدناء قد تنشأ من حالات النقص الناتج عن النظام الغذائي في إشارة D2R. وبالمثل ، فإن الاستهلاك المفرط لعقاقير الإدمان يقلل من كثافة D2R في الجسم ، ويؤدي إلى حالة قصور وظيفية عميقة ويثير ظهور السلوكيات القهرية مثل تعاطي المخدرات. ولذلك ، فإن نتائجنا تدعم العمل السابق 4 و 19 و 42 و 45 و 46 و 47 في الإشارة إلى أن السمنة وإدمان المخدرات قد تنشأ من استجابات عصبية مماثلة في دارات مكافآت الدماغ.

طرق

الفئران.

تم الحصول على الفئران الذكور Wistar وزنها 300 - 350 ز في بداية التجارب من نهر تشارلز. عند الوصول ، تم إيواء الجرذان كل على حدة في درجة حرارة ثابتة على دورة ضوء الظلام 12-h (أضواء على 2200 ح). سمح للجرذان بالوصول بالملاحة إلى طعام المختبر القياسي والماء طوال مدة التجربة. تمت الموافقة على جميع الإجراءات من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسي لسكريبس فلوريدا ، وتمت معاملة الفئران وفقا للمبادئ التوجيهية التي وضعتها المعاهد الوطنية للصحة بشأن مبادئ الرعاية الحيوانية.

إجراءات جراحية.

تم تخدير الفئران التي تم إعدادها باستخدام الأقطاب الكهربائية المحفزة BSR أولاً باستنشاق 1 - 3٪ isoflurane في الأكسجين ووضعه في إطار التجسيمي (Kopf). تم زرع أقطاب BSR الثنائية القطب (11 ملم طويلة) في المهاد الوحشي الخلفي (الأمامي الخلفي ، −0.5 مم من bregma ؛ mediolateral ، ± 1.7 مم من خط الوسط ؛ dorsoventral ، 8.3 مم من الجافية ؛ تم تعديل شريط القاطعة إلى 5 ملم فوق خط interaural ) 47. كما تم إعداد الجرذان التي تتلقى حقن الفيروس مع قنية دليل ثنائي (قياس 23 ، 14 mm طويلة) تم وضعه فوق المخطط (خلفي ، 2.8 مم من bregma ، mediolateral ، ± 3.1 مم من خط الوسط ؛ dorsoventral ، −2.4 mm من الجافية) 48 ومليئة مع أنماط 14-mm. عقدت أربعة مسامير الجمجمة الفولاذ المقاوم للصدأ والاكريليك الأسنان الكهربائي و cannulae في المكان. تم علاج الجرح الجراحي بالمضاد الحيوي الموضعي مرة واحدة كل 12 h لـ 5 بعد الجراحة. تم السماح للجرذان بـ 7-10 d للتعافي من الجراحة وتم تدريبهم بعد ذلك على إجراء عتبة BSR.

إجراء BSR.

تم تدريب الفئران على الاستجابة لتحفيز BSR وفقًا لإجراء عتبة تيار منفصل منفصل مماثل لتلك الموضحة في مكان آخر 10 ، 14. باختصار ، تباينت المستويات الحالية لـ BSR بالتناوب التنازلي والسلسلة التصاعدية في خطوات 5-μA. في كل جلسة اختبار ، تم تقديم أربع سلاسل تنازلية / تصاعدية متناوبة. عُرِّفت العتبة لكل سلسلة بأنها نقطة الوسط بين شدتين متتاليتين متتاليتين استجابت لهما الجرذان في ثلاث من التجارب الخمس على الأقل ، وشدة التيارتين المتتاليتين اللتين لم تستجب لهما الجرذان في ثلاث أو أكثر من التجارب الخمس. تم تعريف الحد الأقصى العام للدورة على أنه متوسط ​​عتبات السلسلة الفردية الأربعة. كانت مدة كل جلسة اختبار تقريبًا مدتها 30. تم تعريف عتبات BSR المستقرة على أنها ≤ نسبة 10٪ في العتبات خلال الأيام المتتالية 5 ، والتي تم إنشاؤها عادة بعد 10 – 14 d للتدريب. تم تحديد وقت استجابة الاستجابة لكل جلسة اختبار على أنه متوسط ​​استجابة الاستجابة لجميع التجارب التي حدثت خلالها استجابة إيجابية.

التعبئة والتغليف الفيروسية والتسليم.

تم تسليم RNA قصير الشعر والتعبير عنه بشكل أساسي باستخدام نظام ناقل pRNAT-U6.2 / Lenti (GenScript). تم تحضير الجسيمات الفيروسية وفقًا لبروتوكول الشركة المصنعة. باختصار ، تم نقل خلايا HEK 293FT باستخدام ناقل يحتوي على إدراج shRNA (5′-GGATCCCGCGCAGCAGTCGAGCTTTCTTCAAGAGAGAAAGCTCGACTGCTGCGCTTTTTTCCAACTCGAG-3) أو المتجه الفارغ ، بالإضافة إلى مزيج تغليف ViraPower 72 ساعة (Invitrogen). تم بعد ذلك جمع المادة الطافية وتركيزها عن طريق الطرد المركزي الفائق (24،76,755 جم ، دوار Beckman Coulter SW 32 TI. ، 90 دقيقة ، 4 درجات مئوية) وتم تحديد العيار الفيروسي عن طريق فرز الخلايا المنشطة الفلورية وفقًا لتعليمات الشركة الصانعة. تم تقسيم الفيروس وتخزينه في صناديق محمية من الضوء عند درجة حرارة -80 درجة مئوية حتى الاستخدام.

استقبلت الجرذان ذات عتبة مستقرة من BSR حقن ثنائية فيروسية في ثلاثة مواقع في المخطط لكل نصف دماغ في الدماغ (2 μl لكل حقنة ، 1 μl min − 1 ، 1 دقيقة بين الحقن ، ما مجموعه ست حقن لكل جرذ). تم السماح للجرذان على الأقل باسترداد 2 – 3 d من الحقن داخل الأجنة قبل استئناف تقييم عتبة BSR. استمر تقييم عتبة الـ BSR اليومي لـ 33 d بعد حقن الفيروس لضمان الوصول إلى الحد الأقصى من المخلفات تم تحقيق D2R ضربة قاضية قبل السماح للجرذان بالوصول إلى حمية الكافتيريا. لم تكن هناك اختلافات في عتبات BSR بين جرذان Lenti-control و Lenti-D2Rsh خلال هذه 33 d (البيانات غير معروضة).

Immunoblotting.

قتلت الجرذان حوالي 1 h بعد وصولها المنتظم بانتظام إلى حمية الكافتيريا ، وتمت إزالة العقول بسرعة. تم تحضير أقسام الدماغ من سمك 1 - 2 مم باستخدام مصفوفة دماغية إكليلية (فاصل شريحة 1-mm ؛ بلاستيك واحد) على كتلة ثلج ، وتم أخذ اللكمات النسيجية من المخطط الظهري (bregma: ~ 2.2 إلى −0.26 mm). تم جمع اللكمات النسيجية المميتة بسرعة ، وتجميدها وتخزينها في −80 ° C حتى الاستخدام. تم إذابة العينات الفردية على الجليد وتم تجميع كميات متساوية من الأنسجة النسيجية على أساس انقسام متوسط ​​معتمد على الوزن لمجموعات الوصول (فئران 7-10 لكل مسبح). تم تعليق الأنسجة في 500 buffl العازلة RIPA الجليد الباردة (الحرارية العلمية) التي تحتوي على orthovanadate الصوديوم ، مثبطات الكوكتيل الفوسفاتيز 1 و 2 (Sigma-Aldrich) ، leupeptin و pepstatin قبل التجانس. تم غليلة الحلقات النسيجية لـ 10 min في المخزن المؤقت للعينة وتم تحميلها على 4٪ - 20٪ أو 10٪ Tris-glycine SDS gel (Invitrogen). تم نقل البروتين إلى أغشية nitrocellulose ، تم حظره لـ 1 h في ~ 23 – 25 ° C (5٪ من الحليب الجاف غير الدهني و 0.2٪ Tween-20 في PBS ، pH 7.4) ، وحضنت في الجسم المضاد الأساسي أثناء الليل في 4 ° C. تم تخفيف الأجسام المضادة الأولية التالية في محلول الكتلة: D2R monoclonal mouse (Santa Cruz، 1: 100) أو β-actin mouse monoclonal (Santa Cruz، 1: 200). تمت إضافة كاشف Chemiluminescent ECL بعد الحضانة مع الأجسام المضادة الثانوية المرافقة للفجل البيروكسيديز (Amersham، 1: 2,000). تم تطبيع شكل D2DR المرتبط بالأغشية الناضجة (70 kDa) 17 ، 49 إلى عنصر تحكم في تحميل البروتين (β-actin ؛ 43 kDa) وقياسه باستخدام مقياس الكثافة باستخدام برنامج NIH Image J.

التحليل المناعي الكيميائي.

تم تخدير الجرذان و perfused مع transcardially مع 4٪ بارفورمالدهيد في PBS (pH 7.6). تمت إزالة العقول ، بعد إصلاحه بين عشية وضحاها وتخزينها في السكروز (الحل 30 ٪ في PBS ، PH 7.4) على الأقل 72 ح. تم تجميع أقسام الأنسجة المجمدة (سمك 30 fromm) من مجهر مشدود وتم حجبه (3٪ BSA و 5٪ من مصل الماعز العادي و 0.3٪ Triton X-100 في PBS) لـ 1 h عند ~ 23 – 25 ° C. تمت إضافة الأجسام المضادة الأولية التالية إلى محلول الكتلة وحضنت طوال الليل في 4 ° C: polyclonal الدجاج إلى GFP (Abcam، 1: 1,000)؛ أرنب وحيد النسيلة إلى GFAP (Millipore، 1: 1,000)؛ الماوس أحادي النسيلة إلى NeuN (Millipore ، 1: 1,000). تم تحضين الأقسام بالأجسام المضادة الثانوية المصاحبة للاضاءة الفلورية في 23-25 ° C: صبغة مضادة للدجاج - 488-nm (Jackson ImmunoResearch ، 1: 1,000) ، صبغة مضادة للأرانب - 594-nm (Invitrogen ، 1: 1,000 ) ، ومضاد للماوس - 594-nm صبغ (Invitrogen ، 1: 1000). تم تركيب الأقسام مع وسائط تركيب Vectashield التي تحتوي على DAPI (Vector Labs) و coverslipped. تم التقاط الصور باستخدام مجهر أوليمبوس BX61 مضان (× 2 الهدف) أو مجهر مبائر أوليمبوس (× 10 وأهداف 100).

إجراءات التغذية.

تم إيواء الجرذان بشكل فردي على فراش ورقية (فراشات ألفا ، ورقات الراعي الخاصة) لمنع المنتجات الغذائية من الملوثة بمواد الفراش السائبة. تتألف حمية الكافيتريا من لحم الخنزير المقدد والسجق وكعك الجبن وكعكة الباوند والصقيع والشوكولاتة ، والتي تم وزنها فرديًا قبل إتاحتها للفئران. تم تسليم المواد الغذائية الحمية الكافيتريا في أوعية معدنية صغيرة. تم وزن جميع المواد الغذائية ، بما في ذلك الأغذية المعيارية ، مرة أخرى عند الانتهاء من جلسة التغذية. تم احتساب كمية السعرات الحرارية من مختلف المغذيات الكبيرة باستخدام المعلومات الغذائية المقدمة من قبل الشركة المصنعة.

منع الناجم عن سلوك التغذية.

تمت إجراءات التغذية في غرف تشغيل مخففة للصوت متطابقة في الأبعاد مع تلك المستخدمة في تجارب BSR. تم وضع الفئران في غرفة فعالة وتمكنت من الوصول إلى حمية الكافتيريا أو الطعام لمدة 30 دقيقة. تم تسليم المنتجات الغذائية في أوعية معدنية صغيرة. تم وزن جميع المواد الغذائية قبل وبعد جلسات التغذية ، والتي تم إجراؤها خلال فترة التغذية العادية للفئران. تم تقييم استهلاك الطعام من خلال استهلاك 45 مجم من حبيبات الطعام المتطابقة في التركيب للطعام المقدم في أقفاص الفئران المنزلية. تم السماح للجرذان بعد ذلك بالوصول لمدة 30 دقيقة يوميًا إلى حمية الكافتيريا حتى تحقق المدخول الثابت (الذي يُعرف بأنه <10٪ اختلاف في المدخول اليومي) ، الأمر الذي يتطلب 5-7 أيام. بعد استقرار المدخول الغذائي المستساغ خلال فترة خط الأساس هذه ، تم تخصيص الفئران في كل حالة وصول إلى مجموعتين: معاقبة (أولئك الذين يتلقون صدمة القدم) وغير المعاقبين (لا يتلقون صدمة القدم). ثم خضعت الفئران لأربع جلسات تكييف في أيام متتالية في نفس الغرفة الفعالة التي كان لديهم فيها سابقًا إمكانية الوصول إلى الطعام المستساغ. خلال جلسات التكييف التي تستغرق 30 دقيقة ، تم تنشيط ضوء جديلة (منبه مشروط) لمدة 10 دقائق ، ثم أطفأ لمدة 10 دقائق ، ثم أعيد تشغيله لمدة 10 دقائق. تلقت الفئران المعاقب عليها صدمة القدم فقط أثناء عرض ضوء جديلة (0.5 مللي أمبير لمدة 1.0 ثانية ؛ 10 تحفيز بفواصل زمنية مدتها دقيقة واحدة تقريبًا). تم تزويد الفئران التي لم يتم عقابها بضوء جديلة بنفس الطريقة ، ولكن دون إيصال صدمة القدم. في يوم الاختبار ، في اليوم التالي لجلسة التكييف النهائية ، تلقت الفئران في المجموعات المعاقب عليها صدمة متقطعة للقدم (خمسة تحفيز في المجموع) مقترنة بتنشيط ضوء الإشارات لمدة 1 دقائق. تعرضت الفئران التي لم تتم عقابها مرة أخرى لضوء الإشارة في غياب صدمة القدم. بعد فترة العقوبة البالغة 5 دقائق ، سُمح لجميع الفئران بالوصول إلى الطعام اللذيذ لمدة 5 دقيقة مع تنشيط المنبه المشروط بشكل متقطع (30 دقائق من ضوء جديلة ، 10 دقائق من ضوء جديلة ، 10 دقائق ضوء جديلة).

تحاليل احصائية.

تم تعريف حدود المكافأة الأساسية على أنها متوسط ​​قيمة العتبة لـ 5 d قبل الوصول إلى حمية الكافتيريا لكل مادة. تم التعبير عن عتبات المكافآت كنسبة مئوية للتغير من قيمة عتبة خط الأساس. تم تحليل بيانات النسبة المئوية لقيم عتبة مكافأة خط الأساس ، واكتساب الوزن ، واستهلاك السعرات الحرارية ، واستهلاك السعرات الحرارية من الدهون عن طريق تحليل التباين ذي القياسين المتكررين ، مع الوصول (chow فقط ، تقييد الوصول أو الوصول الممتد) ، مصدر السعرات الحرارية ( نظام غذائي قياسي أو غذاء كافيتريا ، فيروس (Lenti-control أو Lenti-D2Rsh) وجديلة (مقترنة أو غير مقترنة بالعقاب) كعوامل بين الزمان والوقت كعامل داخل الموضوع. عند الاقتضاء ، تم تحليل الآثار الرئيسية في تحليلات التباين من خلال اختبارات Bonferroni post hoc. تم إجراء جميع التحليلات الإحصائية باستخدام برنامج GraphPad Prism.

مراجع حسابات

مراجع حسابات

مراسلات ل:

· بول ج. كيني ([البريد الإلكتروني محمي])