Mírná vysoký obsah tuku zvyšuje samo-podávání sacharózy u mladých krys (2013)

Chuť. Autorský rukopis; k dispozici v PMC 2014 Feb 1.

Publikováno v posledním editovaném formuláři:

Chuť. 2013 únor; 61 (1): 19 – 29.

Publikováno online 2012 Sep 27. dva: 10.1016 / j.appet.2012.09.021

PMCID: PMC3538965

NIHMSID: NIHMS411020

Dianne P. Figlewicz,^1,² Jennifer L. Jay,² Molly A. Acheson, Irwin J. Magrisso,⁴ Constance H. West,¹ Aryana Zavosh,² Stephen C. Benoit,³ a Jon F. Davis³

Abstraktní

Již dříve jsme uvedli, že středně vysoký obsah tuku zvyšuje motivaci sacharózy u dospělých krys. V této studii jsme testovali motivační, neurochemické a metabolické účinky stravy s vysokým obsahem tuků u samců potkanů přecházejících v pubertě během týdnů 5-8. Zjistili jsme, že dieta s vysokým obsahem tuku zvyšuje motivaci reagovat na sacharózu, která je nezávislá na metabolických změnách nebo na změnách metabolitů katecholaminových neurotransmiterů v jádru accumbens. Hladiny AGRP mRNA v hypotalamu však byly významně zvýšeny. Ukázali jsme, že zvýšená aktivace neuronů AGRP je spojena s motivovaným chováním a že exogenní (třetí cerebroventrikulární) podávání AGRP vedlo k významně zvýšené motivaci sacharózy. Tato pozorování naznačují, že zvýšená exprese a aktivita AGRP ve středním hypotalamu může být základem zvýšené odpovědi na sacharózu způsobenou vysokotučnou intervencí ve stravě. Nakonec jsme porovnali motivaci sacharózy u potkanů pubertální vs. dospělé a pozorovali jsme zvýšenou motivaci sacharózy u potkanů pubertální, což je v souladu s předchozími zprávami, že u mladých zvířat a lidí je zvýšená preference sladké chuti ve srovnání s dospělými. Naše studie společně naznačují, že dieta v pozadí hraje silnou modulační roli v motivaci sladké chuti u dospívajících zvířat.

Klíčová slova: Motivace, odměna za jídlo, strava s vysokým obsahem tuku, mládež

Úvod

Již dříve jsme uvedli, že krátké vystavení dietě s mírně vysokým obsahem tuku (31.8%) vede ke zvýšené motivaci sacharózy u dospělých krys (Figlewicz a kol., 2006). V posledním desetiletí se začaly oceňovat vlivy na životní prostředí a biologické vlivy nebo jejich synergie na preference potravin a motivaci k energeticky hustým potravinám. To zvýšilo relevanci u mladých, protože dětská obezita se v posledním desetiletí dramaticky zvýšila (Ogden & Carroll, 2010). Zvýšená preference sladké chuti byla dokumentována jak u mladých zvířat, tak u dětské dětské populace (Coldwell, Oswald a Reed, 2009; Desor a Beauchamp, 1987; Desor, Greene a Maller, 1975; Mennella, Pepino a Reed, 2005; Meyers & Sclafani, 2006)) a je předpokladem potravinářského průmyslu pro navrhování a uvádění na trh balených potravin a nápojů s vysokým obsahem cukru pro děti. Dopad vlivů na životní prostředí, jako je základní strava, na motivaci sacharózy u juvenilních potkanů však nebyl systematicky hodnocen.

Současné odhady naznačují, že 10-20% dětí a dospívajících v USA je považováno za obézní (Ogden & Carroll, 2010). V průměru americká populace denně spotřebuje 336 kcal přidaného cukru (Národní výzkumný ústav aplikovaný výzkumný program). Pokud je populace rozdělena na dospělé (19 + roky staré) a pediatrické populace (2-18 roky staré), je tento počet mírně vyšší u dětí / dospívajících a mírně nižší u dospělých. U adolescentů pochází většina přidaných cukrů ze sody, energetických nápojů a sportovních nápojů (Národní výzkumný ústav aplikovaného výzkumu). Rozsáhlý systematický přehled a metaanalýzy ukázaly, že příjem nealkoholických nápojů je spojen se zvýšeným příjmem energie a tělesnou hmotností (Vartanian, Schwartz a Brownell, 2007). Populace adolescentů (14–18 let) konzumuje denně přidaný cukr v hodnotě 444 kcal a děti ve věku od 9 do 13 let konzumují přidaný cukr 381 kcal denně (Program aplikovaného výzkumu National Cancer Institute). Tuto dodatečnou spotřebu lze částečně připsat zvýšené sladké preferenci u mladších jedinců oproti dospělým (Coldwell, Oswald a Reed, 2009; Desor a Beauchamp, 1987; Desor, Greene a Maller, 1975; Mennella, Pepino a Reed, 2005). Studie prokázaly, že děti ve věku 9 a 15 let dávají přednost roztokům cukru ve vyšších koncentracích, než je preferovaná koncentrace dospělého vzorku (Desor, Greene a Maller, 1975). Podélné studie testovaly sladké preference těchto dětí o deset let později, kdy se jejich preference snížila a významně se nelišila od preference dospělých (Desor a Beauchamp, 1987). Studie také prokázaly preferenci vyšších koncentrací sacharózy u dětí ve srovnání s jejich matkami (Mennella, Pepino a Reed, 2005). To naznačuje, že zvýšená preference dětského cukru není způsobena genetikou, ale může odrážet vývojový jev. Studie také prokázaly tuto zvýšenou preferenci sacharózy u potkanů (Meyers & Sclafani, 2006).

Mnoho CNS systémů a konektivit je v období dospívání u lidí a hlodavců plastických, včetně mezokortikoidického systému a dopaminergní aktivity v nucleus accumbens, klíčovém místě pro zprostředkování odměny a motivace (Ikemoto a Panksepp, 1996; Kelley & Berridge, 2002) (viz Andersen & Teicher [2008] pro poslední kontrolu). Funkční význam těchto anatomických a neurochemických změn je nyní objasněn. Nedávný výzkum od Bolaños a jeho kolegů a dalších zkoumal účinky léčby dopaminovým zpětným vychytáváním antagonisty methylfendátu (Ritalin) po ošetření mladistvého hlodavce po léčbě. Existují zprávy o změně neurochemie a chování v dospělosti jako funkce peri-adolescentní léčby methylfenidátem (Bolaños a kol., 2003; Bolaños, Glatt a Jackson, 1998; Brandon, Marinelli, Baker & White, 2001; Brandon, Marinelli a White, 2003). Ačkoli nálezy nejsou zcela konzistentní, možná kvůli různým studovaným zvířecím modelům, souhrnně tyto studie zdůrazňují, že období adolescentů se zdá být vývojovým oknem pro změnu funkce dopaminu. Jídlo je přirozený stimul pro uvolňování dopaminu z projekcí ventrální tegmentální oblasti (VTA) do nucleus accumbens a operativní příjem sacharózy krysy vede k velmi akutnímu uvolňování dopaminu (Roitman a kol., 2004). Předpokládáme, že motivace pro sacharózu je spojena se zvýšením dopaminu nucleus accumbens a modulace vlivy prostředí může být během tohoto dospívání v peripertertální fázi krysy jedinečně citlivá.

Vzhledem k vysoké preferenci sladké chuti u dětí a mladých hlodavců jsme cítili, že je důležité stanovit také parametry motivace pro sacharózu u dospívajících hlodavců. V této sérii studií jsme hodnotili vliv stravování s vysokým obsahem tuku na motivaci sacharózy u potkanů, kteří rostli od odstavu po pubertě. Následně jsme provedli hodnocení metabolismu a CNS, abychom rozpoznali metabolické, endokrinní nebo nervové změny spojené s dietní intervencí. Ve srovnání s tím, co jsme uvedli u dospělých potkanů, středně vysoká dieta s vysokým obsahem tuků (31.8%) byla účinná při zvyšování vlastního podávání sacharózy. Rovněž jsme testovali, zda u potkanů jako mladých dospělých došlo k post-dietní léčbě na motivaci sacharózy, což je srovnatelné s typy pozdějších účinků hlášených u jiných chování. Naše studie ukazují, že mladé krysy vykazují zvýšenou motivaci k sacharóze, když jsou krmeny dietou se středně vysokým obsahem tuků, která může být zprostředkována orexigenním, hypothalamickým peptidem AGRP; že se zdá, že nedochází k převáděcím účinkům rané diety do post pubertální dospělosti; a že chování je zřejmé, i když jsou krysy metabolicky normální a jsou obézní. Konečně peripubertální krysy vykazují zvýšenou motivaci pro sacharózu ve srovnání s mladými dospělými krysy.

Materiály a metody

Předměty

Jedinci byli samci krys Albino od Simonsen (Gilroy, CA). Krysy byly chovány na krmivech (Laboratory Rodent Diet 5001, LabDiet) nebo na středně vysoké stravě s vysokým obsahem tuků (31.8%; Research Diets Inc) podle libosti. Strava se porovnává s celkovým obsahem uhlohydrátů (58% kcal vs. 51% kcal pro nízký obsah tuku oproti vysokému obsahu tuku). Nízkotučné krmivo obsahuje cukry 6.23 gm% zdarma a dieta s vysokým obsahem tuků obsahuje sacharózu 29 gm%. Byly udržovány na cyklu 12: 12 h světlo-tma se rozsvícenými světly v 6 AM. Pokud není uvedeno jinak, byly krysy přivedeny ve věku 3 týdnů, okamžitě po odstavení, a byly umístěny pro aklimatizaci až do věku 5 týdnů. V tomto věku byly zahájeny diety a / nebo behaviorální školení a testování. Konkrétní protokoly jsou podrobně popsány níže a shrnuty v Tabulka 1. Protože samčí krysy procházejí pubertou v 6u^th-7^th týden věku, načasování studií bylo navrženo ke studiu potkanů, když procházejí touto vývojovou fází. Všechny postupy prováděné na potkanech se řídily pokyny NIH pro péči o zvířata a byly schváleny podvýborem pro péči o zvířata a jejich použití ve Výboru pro výzkum a vývoj v systému VA Puget Sound Health Care System.

Experimentální protokoly

Samopodání sacharózy

Obecný protokol. Postupy byly založeny na naší publikované metodice (Figlewicz a kol., 2008; Figlewicz a kol., 2006). Všechny tréninkové a testovací postupy byly provedeny mezi 0700 a 1200 h. Experiment zahrnoval fáze 2-3: trénink autoshaping a výcvik s fixním poměrem (FR); chirurgie a zotavení ve specifických kohortách (viz Tabulka 1); a trénink progresivních poměrů (PR) pomocí algoritmu PR Richardson a Roberts (Richardson & Roberts, 1996). Algoritmus PR vyžaduje 1, 2, 4, 6, 9, 12, 16, 20, 28, 36, 48, 63, 83, 110, 145, 191, 251, 331, 437, 575, 759, 999, 999, 27, 5 atd.) páka stiskne pro následné dodávky odměn v rámci relace a je přísnou zkouškou motivace a odměny (0.5). Krysy byly vyškoleny, aby si samy podávaly 10% sacharózu (odměna 1 ml) dodávané do nádoby na kapky kapaliny. Obslužné boxy, ovládané systémem Med Associates (Georgia, VT), měly dvě páky, ale pouze jedna páka (aktivní, zatahovací páka) aktivovala infuzní pumpu. Rovněž byly zaznamenány lisy na druhé páce (neaktivní, stojící páka). Roztok sacharózy byl dodáván do kapkové kapkové nádoby pro orální spotřebu (Med Associates). Počáteční trénink byl prováděn během jednohodinového sezení po dobu 50 dní v rámci kontinuálního zpevňovacího plánu (FR5: každý pákový lis byl posílen), s maximálním možným přínosem 2900 sacharosových odměn dodávaných za sezení. Každé sezení začalo vložením aktivní páky a rozsvícením bílého domácího světla, které zůstalo po celou dobu sezení. Každou dodávku odměny doprovázel diskrétní složené naráz 20-s (7.5 Hz, 20 dB nad pozadím) + světlo (3 W bílé světlo nad aktivní pákou) a po každém dodání sacharózy následoval časový limit 30 s po každém dodání sacharózy. PR trénink byl prováděn pro maximální možný XNUMX h / den po dobu deseti dnů. Denní relace skončily poté, co XNUMX min. Neodpovědělo žádné aktivní stisknutí páky, kdy bylo zhasnuto domovní světlo a aktivní páka stažena.

Účinek AGRP na vlastní podání sacharózy

Protože naše výsledky ukázaly zvýšení exprese mRNA AGRP u pubertálních potkanů krmených dietou s vysokým obsahem tuků, chtěli jsme potvrdit, že AGRP může zvýšit vlastní podání sacharózy. 5-wk staré krysy krmené krmením byly odebrány pomocí tréninku FR, poté byly kanyly zavedeny do třetí mozkové komory (ICV). Po týdnu zotavení potvrzení o umístění pomocí testu reakce na pití angiotensinu II (viz Figlewicz a kol., [2006]) a jedno zasedání FR rekvalifikace, krysy byly zahájeny na paradigmatu self-Administration PR. Po PR dni 1 byly krysy zařazeny do jedné ze dvou skupin tak, že průměrný výkon PR dne 1 se nelišil mezi těmito dvěma skupinami (umělé CSF vehikulum, aCSF; nebo AGRP, 2 μl 0.01 nmol). V PR dny 8, 7 a 2 dostali injekce aCSF (n = 5) nebo AGRP (n = 8). Celkový denní příjem potravy byl kvantifikován během PR tréninkového času.

Účinek věku na vlastní podání sacharózy

Srovnali jsme chování při samopodávání mezi pubertálními krysy a mladými dospělými, krmenými krmivy nebo 31.8% tukovou dietou. Krysy měly aklimatizaci na vivárium VAPSHCS (3 - 5wk nebo 8 - 10 wk) dva týdny. Poté dostali stravu po celou dobu testu / tréninku (4 týdně). Stejně jako v počátečním experimentu byly tedy pubertální krysy studovány ve věku 5-8. Mladí dospělí byli studováni ve věku 10-13.

Stanovení složení těla

Složení těla bylo měřeno pomocí kvantitativní magnetické rezonanční spektroskopie (QMR [Nixon a kol., 2010]) pro stanovení obsahu tělesné vody jednotlivých potkanů, z nichž se vypočte relativní tělesný tuk. Zvířata byla umístěna do válcových držáků neanalyzovaných a pak se držáky vložily do QMR stroje pro 2 minutové skenování, které provádí trojitá měření. Data jsou ukládána do integrovaného počítače (EchoMRI, Echo Medical Systems, Houston, TX) pro okamžitý výpočet vody z celého těla, tuku a chudé hmoty.

Intravenózní testování tolerance glukózy (IVGTT)

Vědomé IVGTT byly prováděny na potkanech s chronicky implantovanými IV kanylami, které se před studiem přes noc hladověly, za použití metodiky založené na Frangioudakis, Gyte, Loxham a Poucher (2008). Bilaterální intravenózní kanyly byly implantovány dva týdny před studiem podle naší zavedené metodologie (Figlewicz a kol., 2009). Vzorky základní linie byly odebrány v t-10 min (0.5 ml pro stanovení inzulínu a glukózy, ve všech časových bodech) a t0 min. Krysy dostaly infúzi 1 gm glukózy / 2ml / kg během 15-20 sekund následované 0.5 ml propláchnutí fyziologického roztoku. Vzorky krve byly odebrány při 5, 15, 30, 60, 90 a 120 min. Vzhledem k ucpání katétru během zákroku (tedy neschopnosti získat vzorky krve) jsou konečná 'n' pro výchozí / IVGTT prezentovaná data 7-8 pro potkany krmené krmením a 8 pro potkany krmené 31.8% tukovou dietou (Tabulka 3). Plazmatický inzulín byl stanoven s použitím souprav inzulínového RIA potkana Linco (# RI-13K a SRI-13K, Linco) a plazmatická glukóza byla stanovena na analyzátoru glukózy YSI). Plocha pod křivkou (AUC) pro odpověď od základní linie byla vypočtena při 5 min a 120 min. Index HOMA byl vypočten jako hladovění (glukóza [mM] x inzulinm [U / L]) / 22.5 a byl vypočítán pomocí vzorků terminálního půstu měřených na inzulín a glukózu.

Metabolické parametry¹

Metabolické parametry nalačno

Krysy z experimentu 1 byly hladovány přes noc před eutanázií, několik dní po dokončení IVGTT. Potkani byli hluboce anestetizováni inhalací isofluranu a byli vykrváceni. Mozky byly rychle odstraněny a zmrazeny v tekutém dusíku pro měření mRNA hypothalamického peptidu a katecholaminů jádra accumbens. Terminální plazma nebo sérum byly použity pro měření inzulínu nalačno, glukózy, leptinu a triglyceridů nalačno. Pro triglyceridy byla použita souprava Point Scientific Triglyceride GPO Kit # T7531-400 (Fisher # 23-666-418) a standardy KIT # 7531-STD (Fisher # 23-666-422) a dvakrát bylo testováno 3 μl séra. Plazmatický leptin byl měřen pomocí Millipore Linco RIA Kit # RL 83K.

Metody HPLC s katecholaminem [Davis a kol., 2008]

Krysy byly usmrceny anestézií isofluranem a mozky byly rychle odstraněny, zmraženy a uloženy při -80 ° C. Z každého zvířete byly izolovány bilaterální mikro-rány jádra accumbens (NAcc). Přestože byla věnována velká pozornost minimalizaci kontaminace sousedními oblastmi mozku, vzhledem k povaze a velikosti každého mikro-punče nám naše metoda neumožnila rozlišit podoblasti (tj. Jádro NAcc vs. skořápka) v rámci NAcc. Pro analýzu vysokoúčinnou kapalinovou chromatografií (HPLC) byl do vzorků přidán antioxidační roztok (0.4 N perchlorát, 1.343 mM kyselina ethylendiamintetraoctová (EDTA) a 0.526 mM metabisulfit sodný) a následná homogenizace pomocí ultrazvukového tkáňového homogenizátoru (Biologics; Gainesville, VA) Malá část tkáňového homogenátu byla rozpuštěna v 2% dodecylsulfátu sodném (SDS) (w / v) pro stanovení proteinu (Pierce BCA Protein Reagent Kit; Rockford, IL). Zbývající suspenze byla odstředěna při 14,000 g pro 20. Supernatant byl rezervován pro HPLC.

Vzorky byly separovány na Microsorb MV C-18 koloně (5 Am, 4.6_250 mm, Varian; Walnut Creek, CA) a současně vyšetřeny na DA, 3,4-dihydroxyfenyloctovou kyselinu (DOPAC) a homovanilovou kyselinu (HVA), přičemž obě jsou markery dopaminové degradace, 5-HT a 5-HIAA. Sloučeniny byly detekovány za použití detektoru coulometrického pole 12 s kanálem (CoulArray 5200, ESA; Chelmsford, MA) připojeného k systému dodávky vody Waters 2695 (Waters; Milford, MA) za následujících podmínek: průtok 1 ml / min; detekční potenciál 50, 175, 350, 400 a 525 mV a; čisticí potenciál 650 mV. Mobilní fáze sestávala z 10% methanolového roztoku v destilovaném H₂O obsahující kyselinu citronovou 21 g / l (0.1 M), 10.65g / l (0.075 M) Na2HPO4, 176 mg / l (0.8 M) heptansulfonovou kyselinu a 36 mg / l (0.097 mM) EDTA při pH 4.1. Neznámé vzorky byly kvantifikovány podle standardní křivky 6 s minimem R² 0.97. Vzorky kontroly kvality byly rozptýleny s každým pokusem, aby se zajistila kalibrace HPLC.

Orexigenní peptidy mRNA qPCR

Měřili jsme expresi hypothalamických peptidů, které stimulují krmení a podílejí se na motivaci a odměňování (Figlewicz & Sipols, 2010): neuropeptid Y (NPY [ Hahn, Breininger, Baskin a Schwartz, 1998; Jewett a kol., 1995; Kelley, Nannini, Bratt a Hodge, 2001]); peptid související s agouti (AGRP [Aponte, Atasoy a Sternson, 2011; Barnes, Argyropoulos a Bray, 2010; Broberger a kol., 1998; Hagan a kol., 2000; Hahn, Breininger, Baskin a Schwartz, 1998; Kaushik a kol., 2011; Krashes a kol., 2011; Rossi a kol., 1998; Tracy a kol., 2008]); a orexin (Cason a kol., 2010; Choi, Davis, Fitzgerald a Benoit, 2010). Krysy byly usmrceny anestezií isofluranem a mozky byly rychle odstraněny, zmraženy a skladovány až do zpracování při -80 ° C. Mediální a laterální hypotalamus byl mikrodisekován jako jeden blok za použití zmrazovací roviny AHP-1200CPV (Thermoelectric Cooling America, Chicago, IL), která během procesu disekce udržovala konstantní teplotu 12 ° C. Celková RNA z mikrodisekované tkáně byla izolována reagentem Trizol (Invitrogen, Carlsbad, CA) a purifikována pomocí sady RNeasy Mini Kit (Qiagen, Valencia, CA) podle pokynů výrobce. Celková RNA byla zpracována tak, aby byla odstraněna veškerá potenciální kontaminace genomovou DNA pomocí RNázy bez DNázy (Promega, Madison, WI), a byla kvantifikována pomocí spektrofotometru NanoVue (GE Healthcare, Cambridge, UK). Kvalita RNA byla potvrzena standardní elektroforézou na agarózovém gelu. Komplementární DNA (cDNA) byla poté retrotransribována (RT) z 1 až 2 ug celkové RNA směsí náhodných hexamerů a oligo DT primingu pomocí sady iScript cDNA Synthesis Kit (Bio-Rad Laboratories, Inc., Hercules, CA). Z každého vzorku byly také připraveny reakce bez retrotranskripce (bez RT) pro kontrolu potenciální kontaminace genomovou DNA. Kontroly cDNA a no-RT byly zředěny a pro měření exprese mRNA vybraných genů pomocí kvantitativní PCR v reálném čase s využitím detekčního systému MyIQ Real-Time PCR (Bio-Rad, Hercules) bylo použito 5 až 10 ng templátové cDNA z každého vzorku , CA). Trojitá měření pro každý vzorek byla prováděna na standardních 96jamkových destičkách iCycler spolu s žádnými kontrolami templátu (NTC) pro detekci potenciální křížové kontaminace, ve 20 μl reakčních objemech skládajících se z 10 μl 2 × iQ Sybr Green Supermix (Bio- Rad, Hercules, CA), 2 μl 0.2-0.5 μM každého primeru, 3 μl DEPC vody a 5 μl templátu. Všechny reakce qPCR zahrnovaly analýzu křivky tání, aby se zajistila specificita signálu. Relativní exprese pro každý požadovaný gen byla vypočtena extrapolací na standardní křivku jednotlivě spuštěnou na každé destičce a odvozenou ze sériových ředění shromážděného vzorku referenční cDNA a normalizovaná na relativní expresi referenčních genů (kyselý ribozomální fosfoprotein 36B4 pro genovou expresi v tkáň hypotalamu a mitochondriální ribozomální protein L32 pro expresi v nucleus accumbens). K amplifikaci krysího prepro-orexinu, NPY a AGRP byly použity následující sekvence primerů (IDT, San Diego, CA): Prepro-orexin, vpřed: 5'-TTCCTTCTACAAAGGTTCCCT-3 ', 5'-GCAACAGTTCGTAGAGACGGCAG-3'; NPY: vpřed, 5- TACTCCGCTCTGCGACACTACATC-3 '; Rub: 5'-CACATGGAAGGGTCTTCAAGCC-3 '; AGRP, útočník: 5'-GCAGAAGGCAGAAGCTTTGGC-3 '; Rub: 5'-CCCAAGCAGGACTCGTGCAG-3 '.

cFos imunocytochemie (ICC) a kvantifikace

Fluorescenční ICC byla použita k identifikaci Fos-pozitivních a AGRP-pozitivních neuronálních buněčných těl ve středním hypotalamu podle naší zavedené metodologie (Figlewicz a kol., 2011). Poslední den (PR den 10) byly krysy umístěny do svých samoobslužných komor jako obvykle na 90 minut. Bezprostředně po této poslední 90minutové relaci byly krysy hluboce anestetizovány inhalací isofluranu a promyty 0.9% NaCI a následně studeným 4% roztokem paraformaldehydu. Načasování anestetika a eutanazie bylo založeno na známém časovém průběhu vrcholové exprese proteinu cFos v 90–120 minut po události. Exprese cFos by tedy odrážela aktivaci CNS na začátku behaviorálního úkolu, spíše než by byla výsledkem toho, že zvířata tento úkaz zažila. Mozky byly odebrány a několik dní dodatečně fixovány v paraformaldehydu, poté byly umístěny do 20% roztoku sacharózy-PBS, poté 30% roztoku sacharózy-PBS. Mozky byly rozřezány na kryostat (Leica CM 3050S kryostat) pro imunohistochemii. Použili jsme naši zavedenou metodiku ke kvantifikaci imunoreaktivního proteinu cFos v řezech mozku (Figlewicz a kol., 2011). Klouzavé 12 um mozkové koronální řezy byly promyty třikrát fyziologickým roztokem pufrovaným fosfátem (PBS, OXOID, Hampshire, Anglie). Řezy byly promývány po dobu 20 min vodou 100% ethanol / DI voda (50%, obj./obj.) A následně promytím PBS, pak blokovány po dobu 1 při pokojové teplotě v PBS obsahujícím 5% normální kozí nebo oslí sérum. Řezy byly poté promyty několikrát v PBS a inkubovány přes noc při 4 ° C v roztocích primárních protilátek připravených v PBS. Řezy byly promyty třikrát v PBS a pak inkubovány ve tmě při pokojové teplotě v roztoku sekundární protilátky připraveném v PBS po dobu 1 hodinu. Řezy byly následně promyty znovu v PBS a namontovány a přikryty krycím materiálem v fixačním médiu pro pevné nastavení Vectashield (Vector; Burlingame, CA). Digitální snímky řezů byly získány za použití fluorescenčního mikroskopu Nikon Eclipse E-800 připojeného k digitálnímu digitalizačnímu fotoaparátu Qimaging Retiga pomocí softwaru NIS Elements (Nikon).

Na základě studií PCR prokazujících zvýšené hladiny AGRP mRNA jsme se zaměřili na mediální hypotalamické oblasti, zejména na ventromediální jádro a arcuátové jádro (ARC)). Řezy 12 μm odpovídající atlasu byly vyhodnoceny z hlediska exprese a kvantifikace cFos v odpovídajících řezech a regionech na základě atlasu Paxinos a Watson [2005]. Pro kvantifikaci (při 40 × zvětšení) byly vybrány oblasti odpovídající atlasu. K zachycení obrazu požadované oblasti byl použit software NIS Elements (Nikon). Oblast byla vymezena pro počítání a byl stanoven práh pro pozitivní počet buněk. Stejná oblast a pozadí (práh) byly použity pro řezy z příslušných experimentálních skupin a softwarové počítání pozitivních buněk (kvantifikace) bylo provedeno ve stejné relaci pro všechny experimentální skupiny, aby se zabránilo změnám v nastavení pozadí mezi relacemi. Pro statistickou analýzu byly počty odebrány jednotlivým potkanům, pouze pokud byly k dispozici odpovídající nebo úplné řezy přes každou oblast; data pro konkrétní oblast nebyla krysa odebrána, pokud pro tuto oblast bylo neúplné dvoustranné zastoupení.

Kromě kvantifikace cFos byla provedena kvantitativní dvojitá značková imunohistochemie pro cFos a AGRP. Protože jsme nechtěli narušit chování zvířat, nebyla zvířata předem ošetřena kolchicinem, aby se optimalizovala vizualizace AGRP. Proto může být vizualizace AGRP-pozitivních neuronů podceňována. Postup dvojitého barvení pro AGRP byl srovnatelný s testem samotné cFos-imunoreaktivity, kromě toho, že řezy byly blokovány po dobu jedné hodiny při teplotě místnosti v PBS-5% oslím séru. Poté byla pro primární inkubaci při 4 ° C použita směs primárních protilátek fos-Ab a AGRP; podobně byly obě sekundární protilátky ve stejném roztoku a inkubovány po dobu jedné hodiny ve tmě při teplotě místnosti. Byly provedeny počáteční optimalizační testy ke stanovení vhodného ředění primárních protilátek. Jako primární protilátky byly použity králičí anti-cFos (1: 500) (sc-52) a kozí anti-AGRP (1: 100) (18634) (Santa Cruz Biotechnology, Inc., Santa Cruz, CA). Použité sekundární protilátky byly Cy3-konjugované oslí anti-králičí (Jackson Immunoresearch; West Grove, PA) a Alexa fluor 488 oslí anti-kozí IgG (Molecular Probes, Eugene, OR); všechny sekundární protilátky byly naředěny v poměru 1: 500.

Statistické analýzy

Skupinová data jsou v textu, tabulkách a obrázcích uvedena jako průměr ± standardní chyba průměru (SEM). Význam je definován jako p ≤ 0.05. Statistické srovnání se provádí mezi experimentálními skupinami, jak je uvedeno v části „Výsledky“ pomocí nepárového Studentova testu (např. Srovnání stravy, věku nebo léčby). „Normalizace“ dat je definována tak, jak se používá.

výsledky

Vliv mírné stravy s vysokým obsahem tuku na peri-pubertální motivaci sacharózy

Krysy krmily tukovou dietu 31.8% během týdnů 5-8, zatímco v relacích se samou aplikací, měly ve srovnání s krysami krmenými krmením výrazně zvýšenou motivaci pro sacharózu. Jak je uvedeno v Obrázek 1a, nebyl zaznamenán žádný rozdíl ve výkonu během počátečního tréninku FR (průměrné FRDays 1-10 aktivní pákové lisy, 38 ± 5 vs. 39 ± 2 pro chow vs. 31.8% tuková strava, v tomto pořadí). Když však byly krysy přepnuty na přísnější PR úkol, došlo k významnému nárůstu počtu aktivních stisků páky a počtu získaných sacharózových odměn, ale ne v celkové délce relace (Obrázek 1b). Chronická dietní léčba neměla žádný vliv na počet neaktivních pákových lisů. Když byly krysy krmeny dietou s vysokým obsahem tuků během týdnů 5-8, ale následně se během týdnů 9-12 vrátily do krmení pro krmení, které se provádělo tréninkem FR a PR, došlo k trendu, ale nedošlo k významnému rozdílu v aktivních pákových lisech. Zdá se tedy, že u diety s vysokým obsahem tuků konzumované během periobertertálního časového období neexistuje žádný vliv na chování. Data parametrů PR pro tyto kohorty jsou shrnuta v Tabulka 2. Abychom mohli objasnit mechanismus (mechanismy) přispívající ke zvýšení motivace sacharózy vyvolané dietou, provedli jsme řadu měření metabolismu a CNS.

Obrázek 1

PR motivovaná odpověď na sacharózové odměny je zvýšena u peripubertálních potkanů krmených tukovou dietou 31.8% (n = 8). 1a. V průběhu relací FR neexistoval žádný účinek stravy, ale účinek stravy je patrný, když jsou krysy přepnuty na PR paradigma. 1b. Data jsou ...

Vliv peri-pubertální stravy s vysokým obsahem tuku na výkon progresivních poměrů sacharózy

Vliv mírné stravy s vysokým obsahem tuku na metabolické parametry

Bezprostředně po ukončení behaviorálního testování bylo stanoveno složení tělesného tuku na potkanech, které měly dietní intervenční a behaviorální paradigma během týdnů 5-8. Potkani pak dostali chronické intravenózní kanyly pro (vědomé) IV testy glukózové tolerance (IVGTT). Následně byla získána plazma a sérum nalačno pro další metabolická měření. Jak je uvedeno v Tabulka 3, nebyly zjištěny žádné rozdíly ve složení těla, tělesné hmotnosti, hodnotách inzulinu nalačno nebo glukózy nalačno, citlivosti na inzulín (výpočet HOMA) nebo odezvách na IVGTT mezi potkany krmenými krmením pro žraloky a krmivy s vysokým obsahem tuku. Měření leptinu a triglyceridů nalačno se mezi oběma skupinami nelišilo. Třebaže léčba dietou měla významný vliv na motivaci sacharózy, odráží behaviorální reakci u krys s vysokým obsahem tuku, které jsou obézní.

Vliv mírné stravy s vysokým obsahem tuku na CNS homeostatickou a odměnu neurochemii

Kromě terminálních metabolických měření byly mozky z kohorty, které měly jak dietní intervenční, tak behaviorální trénink, v týdnech 5-8 měřeny na profily aminových profilů jádra accumbens (n = 4 na skupinu s dietou) nebo na hladiny mRNA hypothalamických orexigenních peptidů. Jak je uvedeno v Tabulka 4, neexistoval významný účinek stravy s vysokým obsahem tuků na dopaminy, noradrenaliny nebo serotoninové metabolity v nucleus accumbens, centrální místo odměny a motivační aktivity (Ikemoto a Panksepp, 1996; Kelley & Berridge, 2002), kde každý z těchto neurotransmiterových systémů hraje klíčovou regulační roli. V hypotalamových extraktech byly měřeny hladiny mRNA orexigenních peptidů, NPY, AGRP a orexinu. V této kohortě byl pozorován silný, ale nevýznamný trend ke zvýšení AGRP u potkanů krmených tukem (n = 8 pro každou dietu); proto jsme opakovali paradigma tréninku stravování / chování v další kohortě a měřili NPY, AGRP a mRNA orexinu v hypotalamu. V kombinovaných kohortách jsme pozorovali významné (p <0.05) zvýšení AGRP mRNA u potkanů krmených stravou s vysokým obsahem tuku vs. kontroly krmení (Obrázek 2), ale žádná významná změna exprese NPY nebo orexinu. Abychom vyhodnotili možné souvislosti mezi expresí AGRP a chováním při samopodávání, měřili jsme imunopozitivní neurony cFos a AGRP v hypotalamu mediobasalu. Skupiny potkanů byly krmeny stravou pro strava nebo 31.8%; některé byly odebrány prostřednictvím protokolu o samořízení (týdny 5-8) a jiné byly považovány za behaviorální kontroly. Obrázek 3a ukazuje příklad ko-lokalizace cFos a AGRP v neuronu obloukovitého jádra. Jak je shrnuto v Tabulka 5, aktivace neuronů AGRP (koexprese cFos-ICC a AGRP-ICC ve stejných buňkách) byla spojena s aktivitou samo-podávání. Toto je demonstrováno v Obrázek 3b, kde počet aktivovaných (cFos-pozitivních) neuronů je zobrazen jako počet neuronálních buněk nebo jako procento z celkových neuronů pozitivních na AGRP: u potkanů, kterým se podává sacharóza, existuje významná aktivace neuronů AGRP oproti kontrolním kontrolám , v kombinovaných dietních skupinách. Porovnání léčby v rámci stravy pro počet aktivovaných neuronů AGRP ve skupině se samoobsluhou vs. u kontrolních kontrol vykazovalo trend, který nedosáhl statistické významnosti (chow, p = .078; 31.8% tuková strava, p = .073) . Důležité je, že tato data nejenže spojují aktivaci neuronů AGRP se správáním při samopodávání, ale z důvodu načasování měření cFos (90 minut po umístění krys do jejich samoobslužných komor) exprese cFos odráží aktivitu neuronů AGRP v předvídání nebo na začátku činnosti samosprávy. Ve skupině se samovolným podáním byl zaznamenán nevýznamný trend pro zvýšení celkových neuronů pozitivních na AGRP (vs. kontrolní zacházení, p = 0.16). U těch potkanů, kde se páskové lisování shodovalo mezi skupinami stravy, byl také přiřazen počet neuronů pozitivních na AGRP. Samotný léčebný postup neměl žádný vliv na počet neuronů pozitivních na AGRP u kontrolních krys chování.

Obrázek 2

Vliv 31.8% tukové stravy na expresi mRNA mediálního hypotalamického peptidu. Data jsou normalizována u potkanů s vysokým obsahem tuku (n = 17) vs. u kontrol s chow (n = 16). AGRP mRNA je významně zvýšená (p <0.05).

Obrázek 3

Aktivace neuronů AGRP při nástupu sacharózy. 3a. Ko-lokalizace cFos a AGRP v neuronu obloukovitého jádra, zvětšení 60x. 3b. Počet aktivovaných (cFosimunopositivních) AGRP-imunopozitivních neuronů v mediobasálním hypotalamu ...

Nucleus Accumbens Amine Metabolites

Aktivace Agrp Neuron: Léčba dietou a chováním

Vliv správy AGRP na motivaci sacharózy

Naše interpretace tohoto nálezu je taková, že exprese AGRP u potkanů z pubertálu je klíčovým mechanismem, který je základem pro zvýšené podávání sacharózy u potkanů krmených potravou s vysokým obsahem tuku. Aby se potvrdila účinnost AGRP ke zvýšení motivace pro sacharózu, byl AGRP podáván prostřednictvím třetí komory komorám potkanům peri-pubertálním potkanům během PR části behaviorálního paradigmatu. Tento dávkovací režim AGRP byl pod prahem pro stimulaci příjmu potravy v průběhu dvou týdnů paradigmatu PR, ale vyústil v signifikantně zvýšené vlastní podání sacharózy, jak ukazuje Obrázek 4. (Uvědomte si, že každá odměna sacharózy má kalorický obsah 0.1 kcal, proto aktivita samosprávy sacharózy přispívá k celkovému dennímu příjmu zanedbatelných kalorií.) Tabulka 6 ukazuje data parametrů samo-administrace přes 9-denní PR paradigma, s AGRP nebo aCSF injektovaným ICV ve dnech 2, 5 a 8. U potkanů léčených AGRP byl počet aktivních pákových lisů celkově významně zvýšen během PR dnů 2-10 (p = 0.03) a v dny bez injekce (p = 0.048) s tendencí ke zvyšování (průměrování) injekční dny. Kromě toho byl ve dnech bez injekce (p = 0.02) významně zvýšen čas zastavení (což odráží celkový čas strávený zapojením se do úkolu samosprávy) s trendy směřujícími k celkovému nárůstu a ve dny injekce. Počet odměn sacharózy byl celkově zvýšen v PR dnech 2-10 (p = 0.03). Ve srovnání s kontrolami ošetřenými aCSF nebo mezi injekčními a neinjekčními dny nebyl žádný účinek léčby AGRP na neaktivní stlačení páky. Výsledky podporují interpretaci trvalého účinku AGRP na zvýšení vlastní sacharózy: krysy tlačily více na odměnující páku, dostávaly více sacharózových odměn a trávily více času věnováním se této úloze.

Třetí ventrikulární (ICV) AGRP (0.01 nmol) stimuluje vlastní podání sacharózy v paradigmatu PR, ale nemá žádný vliv na denní příjem potravy po celou dobu studie (PR dny 2 - 10, s injekcemi ve dnech 2, 5 a 8). . Jsou vyjádřena data AGRP (n = 9) ...

Vliv ICV AGRP vs. aCSF na výkon progresivních poměrů sacharózy

Vliv životní fáze na preference a motivaci pro sacharózu

V posledním experimentu jsme vyhodnotili, zda se motivace sacharózy liší u potkanů pubertálních a dospělých. Zpočátku byly krysy 5 a 10-wk podrobeny preferenčnímu testu na sacharóze s výběrem řešení v rozsahu od 0 do 20% sacharózy, před zahájením testování a tréninku pro vlastní podání. Jak je uvedeno v Obrázek 5aa v souladu se zjištěními uvedenými v literatuře se ukázalo, že pre-pubertální krysy dávají přednost sladšímu roztoku než mladé dospělé krysy: většina pre-pubertálních krys měla maximální příjem roztoku 20% sacharózy, zatímco dospělé krysy vykazovaly maximální příjem 15% sacharózy. Následně byly obě věkové skupiny rozděleny mezi krmením pro potkany a stravou s vysokým obsahem tuku během tréninku a testování na vlastní podání. U peri-pubertálních vs. dospělých potkanů (45 ± 3 vs. 37 ± 2, p = 0.05) došlo k průměrnému zvýšení počtu aktivních pákových stisků průměrně v průběhu relací FR, bez rozdílu v počtu sacharózové odměny nebo počet stisků na neaktivní páce. Jak je uvedeno v Obrázek 5b, došlo k velmi významnému celkovému účinku věku, během PR relací, se signifikantně zvýšeným aktivním stiskem páky u potkanů pubertal (n = 15) oproti mladým dospělým (n = 14) potkanům (2-way ANOVA, PRDay × věk; účinek věku, p = 0.017, žádný nezávislý účinek PRDay, žádná významná interakce). Byl to trend s větším účinkem věku ve stravě s vysokým obsahem tuků, ale to nedosáhlo statistické významnosti (p = .13). Tabulka 7 uvádí seznam PR behaviorálních parametrů: kromě zvýšeného aktivního stisknutí páky peri-pubertální krysy dostaly výrazně více sacharózových odměn a vykazovaly trend k prodloužení doby zastavení. Kromě toho peri-pubertální potkani měli malé, ale významné zvýšení lisů na neaktivní (tj. Nevyplňující) páku, ačkoli u peri-pubertálních i dospělých krys byl počet inaktivních pákových lisů přibližně 10% z počtu aktivních pákových stisků. Tyto výsledky naznačují, že peri-pubertální krysy preferují a budou horlivě hledat sladká chutná jídla a účinek může být zesílen na pozadí stravy s vysokým obsahem tuků.

Obrázek 5

Ve srovnání s dospělými krysy mají juvenilní potkani zvýšenou motivaci k odměnám za sacharózu. 5a. Sacharózové preferenční testy pro juvenilní (peri-pubertální, n = 15) a mladé dospělé (n = 14) krysy. Krysy měly 30 min na pití z rozsahu koncentrací (0-20% sacharóza). ...

Vliv věku na výkon progresivních poměrů^a pro sacharózu

Diskuse

Hlavním zjištěním této studie je, že středně vysoká strava s vysokým obsahem tuků konzumovaná během peri-pubertálního období (těsně před, během a těsně po věku přechodu do puberty) významně zvýšila motivaci roztoků sacharózy. Toto zjištění je v souladu s naším předchozím, podobným pozorováním u dospělých potkanů (Figlewicz a kol., 2006). U těchto zvířat a v dalších kohortách odpovídajících věku a léčbě jsme pomocí rozsáhlé metabolické charakterizace stanovili, že krysy nebyly neobézní nebo předobézní a nebyly periferně rezistentní na inzulín. Nemůžeme však vyloučit možnost, že by potkani měli lokalizovanou rezistenci vůči působení inzulínu nebo leptinu na CNS: oba tyto hormony přispívají k místně specifické modulaci odměny za stravu CNS (Davis, Choi a Benoit, 2010; Davis a kol., 2011a; Figlewicz & Sipols, 2010).

V podskupině krys jsme měřili aminotermotransmitery a příbuzné metabolity v nucleus accumbens, které dostávají velkou investici dopaminergních projekcí z midbrainu, a jsou považovány za klíčové a centrální místo CNS pro zprostředkování odměny a motivovaného chování (Ikemoto a Panksepp, 1996; Kelley & Berridge, 2002). Nepozorovali jsme žádnou změnu v absolutních hladinách nebo poměrech některého z těchto metabolitů vysílače, což naznačuje, že změněná katecholaminergní nebo serotonergní aktivita v nucleus accumbens není primárním nebo hlavním mechanismem CNS, který je základem zvýšené motivace sacharózy. To je v souladu s nedávnou zprávou z roku 2006 Davis a kol. [2011 b], který u dospělých potkanů prokázal, že ICV AGRP zvyšuje obrat dopaminu v mediální prefrontální kůře, ale ne v jádru accumbens. Při testování na potkanech bezprostředně po pubertě jsme nezaznamenali žádný vliv chování na přenos chování u mladých dospělých. To je v rozporu se zjištěními Bolañose a dalších, pokud jde o behaviorální i katecholaminergní parametry, u dospělých hlodavců léčených methylfenidátem (Bolaños a kol., 2003; Bolaños, Glatt a Jackson, 1998; Brandon, Marinelli, Baker & White, 2001; Brandon, Marinelli a White, 2003). To je pravděpodobně způsobeno přímým zacílením dopaminergních neuronů methylfenidátem a může to být také funkcí načasování dietního zásahu a doby testování zvířat. Nakonec jsme nemuseli pozorovat účinky přenosu, protože v této studii se zdá, že primární lokus dietního účinku je mediální hypothalamus.

V této studii podporují klíčovou roli mediální hypothalamický neuropeptid AGRP tři linie důkazů při zvýšeném samo-podávání sacharózy u krmiv s vysokým obsahem tuků krmených dietou. Nejprve jsme pozorovali zvýšení exprese AGRP (mRNA) v extraktech celého hypotalamu u potkanů krmených tukovou dietou 31.8% vzhledem ke kontrolním vzorkám chow. Hladiny mRNA orexinu a mRNA NPY se však nezměnily. Zdá se tedy, že účinek paradigmatu s vysokým obsahem tuku / chování je specifický pro AGRP a není generalizován na orexigenní neuropeptidy. Toto zdůrazňuje roli AGRP v motivaci nebo hledání potravy a je v souladu s řadou posledních zpráv z literatury (diskutováno níže). Naše nedávná práce prokázala klíčovou roli mediální aktivace hypotalamu ve spojení s výkonem PR v našem motivačním paradigmatu, se zvýšenou expresí cFos v několika středních hypothalamických jádrech (Figlewicz a kol., 2011). Identifikovali jsme také ARC jako klíčovou oblast pro účinek (exogenního) inzulínu na snížení vlastního podávání sacharózy (Figlewicz a kol., 2008). ARC obsahuje neurony AGRP / NPY (Broberger a kol., 1998; Hahn, Breininger, Baskin a Schwartz, 1998), které působí ve středním hypotalamu ke stimulaci potravy pomocí více mechanismů. V této studii imunocytochemická kvantifikace aktivovaných neuronů AGRP prokázala nárůst neuronů cFos / AGRP u potkanů, kteří byli vyškoleni k samovolnému podávání sacharózy, ve srovnání s netrénovanými behaviorálními kontrolami. Jedná se o druhý přístup vedoucí k interpretaci, že neuronální aktivace AGRP přispívá k samovolnému podání sacharózy. Předchozí i novější studie spojovaly expresi a akci AGRP s preferenčním příjmem tuku, buď jako stravu (Hagan a kol., 2000) nebo v souvislosti s motivačním paradigmatem (Tracy a kol., 2008); a u dospělých krys ICV AGRP přednostně stanoví místo před tukem (Davis a kol., 2011b). Nedávné studie využívající cílené molekulární techniky, které umožňují specifickou aktivaci neuronů AGRP u myší (Aponte, Atasoy a Sternson, 2011; Krashes a kol., 2011) potvrdili, že AGRP silně stimuluje krmení, zvyšuje hledání potravy a snižuje energetické výdaje. Je zajímavé poznamenat, že v experimentálních skupinách krmených dietou s vysokým obsahem tuků byl celkový kalorický příjem významně nižší ve srovnání s kontrolními potkany krmenými krmením (Tabulka 8), což by bylo v souladu s endogenním účinkem AGRP ke snížení energetických výdajů. Tyto účinky jsou v souladu s dřívějšími zjištěními Hagan a kol. [2000], že exogenní účinky AGRP na některé aspekty energetické bilance lze poměrně prodloužit. Jako třetí přístup tedy naše výsledky, které ukazují zvýšené samo-podávání sacharózy u (potkaných) pubertálních potkanů, kterým byla podávána ICV AGRP, také naznačují akci, která je trvalá. Specifické zvýšení exprese mRNA AGRP u potkanů krmených dietou s vysokým obsahem tuků po dobu čtyř týdnů je v souladu s nedávným výzkumem od Kaushik a jeho kolegové [2011] který spojuje exogenní mastné kyseliny, intracelulárně generované mastné kyseliny a zvyšuje expresi AGRP v hypotalamických neuronech. Přidání kyseliny olejové nebo palmitové do kultivovaných hypothalamických buněk tedy vedlo ke zvýšené expresi AGRP. Zatímco strava, kterou jsme použili, měla zvýšenou hladinu kyseliny stearové, palmitové a olejové, není možné vědět, zda se tyto mastné kyseliny v in vivo hypothalamické prostředí, zda by jejich lokalizované koncentrace odpovídaly profilu mastných kyselin v potravě, a zda by jedna nebo více z nich konkrétně vedla ke zvýšené expresi AGRP. Je však lákavé spekulovat, že potravinové složky mohou přispět ke zvýšené motivaci sladkostí prostřednictvím primárního působení na mediální hypotalamus.

Experimentální protokoly: Kcal Consumed

Naše studie ukazuje, že mladé krysy mají zvýšenou motivaci k sacharóze ve srovnání s dospělými krysy. To bylo patrné po celou dobu samopodávání PR a existovala tendence ke stravě s vysokým obsahem tuku, která zvyšovala věkový efekt. Je možné, že to nedosáhlo statistického významu kvůli relativně malým velikostem skupiny; Údaje tedy naznačují, že u pubertálních zvířat (a možná lidí) může mírně zvýšený tuk ve stravě přispět k lepšímu chování při hledání sladkých nápojů nebo potravin. Ze společenského hlediska zdůrazňuje potřebu věnovat pozornost tukové složce stravy „tweens“ nebo dospívajících, a to nejen kvůli přímým, negativním metabolickým důsledkům nadměrného tuku v potravě, ale také proto, že může přispět k výsledkům chování ve zvýšeném příjmu cukrů. Jak nedávno přezkoumal Stanhope [2012], společné přijímání cukrů s tukem může mít významné negativní metabolické důsledky. Kombinace s vysokým obsahem tuku a cukru u lidí jsou také relativně méně uspokojivou stravou (Drewnowski, 1998). Se zvýšeným výskytem cukrovky (Cizza, Brown a Rother, 2012) a mastných jater (Kohli a kol., 2010) v dětské populaci je jasný význam zdravé a vyvážené stravy u mládeže. Pozorovali jsme významné zvýšení lisů na neaktivní páku u pubertálních krys (oproti dospělým krysám), ačkoli počet pákových lisů byl stále velmi nízký. Je možné, ale zdá se nepravděpodobné, že by zvýšené aktivní stisknutí páky mohlo být považováno za „nespecifický“ účinek celkové činnosti, protože většina činnosti byla zaměřena na aktivní páku. Ačkoli skutečný počet neaktivních pákových lisů byl zvýšen, poměr relativně k aktivním pákovým lisům byl srovnatelný mezi perinertertálními a dospělými krysy a zvýšené pákové lisy mohou odrážet delší aktivní čas v samoobslužných komorách. V jiném paradigmatu (nějaké potravinové omezení, použití potravinových pelet spíše než sladká odměna a rozvrh FR1) Sturman, Mandell a Moghaddam [2010] nedávno oznámili změněný instrumentální výkon u dospívajících a dospělých potkanů. Nepozorovali žádný rozdíl v nosních dírkách, které dodávaly potravní pelety, mezi juvenilními a dospělými krysy. Během zániku však pozorovali zvýšené vytrvalostní chování u juvenilních potkanů. Dohromady tyto dvě studie zdůrazňují vliv věku a vývojového stadia na motivaci k jídlu, což odpovídá rychlému růstu pubertálních potkanů. V této studii jsme hodnotili samce, ale ne samice potkanů. V současné době existují omezené studie, které by přímo porovnávaly samce a samice potkanů v paradigmatu potravinové motivace, a systematické hodnocení během pubertálního období je zaručeno. Je třeba poznamenat, že při studiu (lidských) adolescentů Coldwell a jeho kolegové (2009) pozorovali souvislost mezi markerem růstu a nikoliv gonadálními steroidy samo o sobě. Nicméně genderové účinky v této věkové skupině si zaslouží další zkoumání.

Závěrem lze říci, že naše studie prokazují zvýšenou motivaci sacharózy u potkanů pubertální ve srovnání s dospělými, což je podpořeno přístupem ke stravě s vysokým obsahem tuku. Účinek stravy s vysokým obsahem tuku na motivaci sacharózy může být zprostředkován zvýšenou aktivitou AGRP v mediálním hypotalamu. Toto je další důkaz silné vnitřní funkční konektivity CNS obvodů, které regulují energetickou homeostázu, s obvody, které regulují odměnu a motivaci. Zvýšení motivace k sacharóze středně živnou stravou předchází metabolickým poruchám a zjevné obezitě a naznačuje, že chování může zpočátku spíše řídit metabolické změny než naopak. Požití sladkých potravin s vysokým obsahem tuku a fruktózy by společně přispělo k metabolickému profilu, který představuje vysoké riziko jak pro diabetes mellitus typu 2, tak pro kardiovaskulární onemocnění. Tato zjištění zdůrazňují důležitost zaměření na stravovací návyky a stravu během puberty, protože jsou ovlivňovány nejen socio-environmentálními vlivy, ale také neurochemickými a behaviorálními úpravami CNS jako přechody zvířat nebo lidí v období několika maturačních změn pro získání reprodukční kompetence.

Střední strava s vysokým obsahem tuku zvyšuje motivaci sacharózy u dospělých krys.
V této studii strava s vysokým obsahem tuku zvyšuje motivaci sacharózy u peri-pubertálních potkanů.
Peri-pubertální krysy zvýšily motivaci sacharózy ve srovnání s dospělými.
Zvýšená motivace sacharózy může být zprostředkována hypotalamickým AGRP.
Závěr: Dieta s vysokým obsahem tuků motivuje sladkosti nezávisle na obezitě.

Poděkování

Tento výzkum byl podpořen grantem NIH DK40963. Dianne Figlewicz Lattemann je vedoucí vědecká pracovnice ve vědeckém výzkumu, biomedicínský laboratorní výzkumný program, oddělení veterinárních záležitostí Puget Sound Health Care System, Seattle, Washington. Stephen Benoit byl podporován NIH DK066223 a Ethicon Endosurgery Inc. Autoři děkují Dr. Tami Wolden-Hanson za podporu při měření složení těla; Dr. William Banks a Lucy Dillman za podporu měření triglyceridů; a Amalie Alver a Samantha Thomas-Nadler za pomoc se studiemi chování.

Reference

Andersen SL, Teicher MH. Stres, citlivá období a maturační jevy v adolescentní depresi. Trendy v neurovědě. 2008; 31: 183 – 191. [PubMed]
Aponte Y, Atasoy D, Sternson SM. Neurony AGRP jsou dostatečné k rychlému a bez tréninkového chování při stravování. Nature Neuroscience. 2011; 14: 351 – 355. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Barnes MJ, Argyropoulos G, Bray GA. Preferovaná dieta s vysokým obsahem tuku, ale nikoli hyperfagie po aktivaci mu opioidních receptorů, je u AgRP knockout myší blokována. Výzkum mozku. 2010; 1317: 100 – 107. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Bolaños CA, Barrot M, Berton O, Wallace-Black D, Nestler EJ. Léčba methylfenidátem během pre- a periadolescence mění behaviorální reakce na emoční podněty v dospělosti. Biologická psychiatrie. 2003; 54: 1317 – 1329. [PubMed]
Bolaños CA, Glatt SJ, Jackson D. Citlivost na dopaminergní léčiva u periadolescentních potkanů: behaviorální a neurochemická analýza. Výzkum mozku Vývojový výzkum mozku. 1998; 111: 25 – 33. [PubMed]
Brandon CL, Marinelli M, Baker LK, White FJ. Zvýšená reaktivita a zranitelnost vůči kokainu po léčbě methylfenidátem u dospívajících krys. Neuropsychofarmakologie. 2001; 25: 651 – 61. [PubMed]
Brandon CL, Marinelli M, White FJ. Expozice dospívajícím methylfenidátu mění aktivitu neuronů dopaminu midbrain potkana. Biologická psychiatrie. 2003; 54: 1338 – 1344. [PubMed]
Broberger C, Johansen J, Johansson C, Schalling M, Hokfelt T. Mozkové obvody neuropeptidového Y / agouti genového proteinu (AGRP) u normálních, anorektických a monosodných glutamátových myší. Sborník Národní akademie věd. 1998; 95: 15043 – 15048. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Cason AM, Smith RJ, Tahsili-Fahadan P, Moorman DE, Sartor GC, Aston-Jones G. Úloha orexinu / hypocretinu při hledání odměny a závislosti: důsledky pro obezitu. Fyziologie a chování. 2010; 100: 419–428. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Choi DL, Davis JF, Fitzgerald ME, Benoit SC. Úloha orexinu-A v motivaci potravy, stravovacím chování založeném na odměnách a neuronální aktivaci vyvolané potravou u potkanů. Neurovědy. 2010; 167: 11 – 20. [PubMed]
Cizza G, Brown RJ, Rother KI. Rostoucí incidence a výzvy dětského diabetu. Mini recenze. Žurnál endokrinologického vyšetřování. 2012 epub Může 8, 2012. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Coldwell SE, Oswald TK, Reed DR. Marker růstu se u adolescentů s preferencemi vysokého a nízkého cukru liší. Fyziologie a chování. 2009; 96: 574–580. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Davis JF, Choi DL, Benoit SC. Inzulín, leptin a odměna. Trendy v endokrinologii a metabolismu. 2010; 21: 68 – 74. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Davis JF, Choi DL, Schurdak JD, Fitzgerald MF, Clegg DJ, Lipton JW, Figlewicz DP, Benoit SC. Leptin reguluje energetickou rovnováhu a motivaci působením na odlišné nervové obvody. Biologická psychiatrie. 2011a; 69: 668 – 674. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Davis JF, Choi DL, Schurdak JD, Krause EG, Fitzgerald MF, Lipton JW, Sakai RR, Benoit SC. Centrální melanokortiny modulují u potkanů mezokortikolimbickou aktivitu a chování při hledání potravy. Fyziologie a chování. 2011b; 102: 491–495. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Davis JF, Tracy AL, Schurdak JD, Tschop MH, Clegg DJ, Benoit SC, Lipton JW. Vystavení zvýšeným hladinám tuku v potravě u potkanů zmírňuje psychostimulační odměnu a mezolimbický obrat dopaminu. Behaviorální neurovědy. 2008; 122: 1257 – 1263. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Desor JA, Beauchamp GK. Podélné změny sladkých preferencí u lidí. Fyziologie a chování. 1987; 39: 639–641. [PubMed]
Desor JA, Greene LS, Maller O. Předvolby pro sladké a slané u 9 - až 15-letých a dospělých lidí. Věda. 1975; 190: 686 – 687. [PubMed]
Drewnowski A. Hustota energie, chutnost a sytost: důsledky pro regulaci hmotnosti. Recenze výživy. 1998; 56: 347 – 353. [PubMed]
Figlewicz DP, Bennett JL, Aliakbari S, Zavosh A, Sipols AJ. Inzulín působí na různých místech CNS ke snížení akutního příjmu sacharózy a samo-podávání sacharózy u potkanů. American Journal of Physiology. 2008; 295: R388 – R394. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Intraventrikulární inzulin a leptin snižují samy podávání sacharózy u potkanů. Fyziologie a chování. 2006; 89: 611–616. [PubMed]
Figlewicz DP, Bennett-Jay JL, Kittleson S, Sipols AJ, Zavosh A. Samostatné podání sacharózy a aktivace CNS u potkanů. Am J Physiol. 2011; 300: R876 – R884. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Figlewicz DP, Ioannou G, Bennett Jay J, Kittleson S, Savard C, Roth CL. Vliv mírného příjmu sladidel na metabolické zdraví potkanů. Fyziologie a chování. 2009; 98: 618–624. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Figlewicz DP, Sipols AJ. Energetické regulační signály a odměna za jídlo. Farmakologie, biochemie a chování. 2010; 97: 15 – 24. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Frangioudakis G, Gyte AC, Loxham SJ, Poucher SM. Test intravenózní glukózové tolerance u kanylovaných potkanů Wistar: Robustní metoda pro in vivo hodnocení sekrece inzulínu stimulované glukózou. Žurnál farmakologických a toxikologických metod. 2008; 57: 106 – 113. [PubMed]
Hagan MM, Rushing PA, Pritchard LM, Schwartz MW, Strack AM, Van Der Ploeg LHT, Woods SC, Seeley RJ. Dlouhodobé orexigenní účinky AgRP- (83-132) zahrnují jiné mechanismy než blokáda melanokortinového receptoru. American Journal of Physiology. 2000; 279: R47 – R52. [PubMed]
Hahn TM, Breininger JF, Baskin DG, Schwartz MW. Koexprese Agrp a NPY v hypothalamických neuronech aktivovaných nalačno. Nature Neuroscience. 1998; 1: 271 – 272. [PubMed]
Hodos W. Progresivní poměr jako míra síly odměny. Věda. 1961; 134: 943 – 944. [PubMed]
Ikemoto S, Panksepp J. Disociace mezi apetitivními a konzumačními reakcemi farmakologickými manipulacemi s mozkovými regiony, které jsou relevantní pro odměnu. Behaviorální neurovědy. 1996; 110: 331-345. [PubMed]
Jewett DC, Cleary J, Levine AS, Schaal DW, Thompson T. Účinky neuropeptidu Y, inzulínu, 2-deoxyglukózy a potravinové deprivace na chování motivované potravinami. Psychofarmakologie. 1995; 120: 267 – 271. [PubMed]
Kaushik S, Rodriguez-Navarro JA, Arias E, Kiffin R, Sahu S, Schwartz GJ, Cuervo AM, Singh R. Autophagy v hypothalamických neuronech AgRP reguluje příjem potravy a energetickou rovnováhu. Metabolismus buněk. 2011; 14: 173 – 183. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Kelley AE, Berridge KC. Neurovědy přírodních odměn: význam pro návykové drogy. Journal of Neuroscience. 2002; 22: 3306-3311. [PubMed]
Kelley SP, Nannini MA, Bratt AM, Hodge CW. Neuropeptid-Y v paraventrikulárním jádru zvyšuje vlastní podání ethanolu. Peptidy. 2001; 22: 515 – 522. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Kohli R, Boyd T, Lake K, Dietrich K, Nicholas L, Balistreri WF, Ebach D, Shashidkar H, Xanthakos SA. Rychlý vývoj NASH v dětství. Žurnál dětské gastroenterologie a výživy. 2010; 50: 453 – 456. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Krashes MJ, Koda S, Ye CP, Rogan SC, Adams AC, Cusher DS, Maratos-Flier E, Roth BL, Lowell BB. Rychlá reverzibilní aktivace neuronů AgRP řídí chování krmení u myší. Žurnál klinického vyšetřování. 2011; 121: 1424 – 1428. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Mennella JA, Pepino MY, Reed DR. Genetické a environmentální determinanty hořkého vnímání a sladkých preferencí. Pediatrie. 2005; 115: 216 – 222. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Myers KP, Sclafani A. Vývoj naučených preferencí chuti. Vývojová psychobiologie. 2006; 48: 380 – 388. [PubMed]
Program aplikovaného výzkumu Národního onkologického ústavu. Zdroje kalorií z přidaných cukrů mezi americkou populací, 2005-06. Aktualizováno 21 Prosinec 2010. [Přístup k 21 září 2011]; 2010 K dispozici od: http://riskfactor.cancer.gov/diet/foodsources/added_sugars/
Nixon JP, Zhang M, Wang CF, Kuskowski MA, Novak CM, Levine JA, Billington CJ, Kotz CM. Hodnocení kvantitativního zobrazovacího systému magnetické rezonance pro analýzu složení celého těla u hlodavců. Obezita. 2010; 18: 1652 – 1659. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Ogden CL, Carroll MD. Oddělení průzkumů zdraví a výživy. Prevalence obezity u dětí a dospívajících: Spojené státy, trendy 1963-1965 až 2007-2008. [Přístup k 21 Září 2011]; Zdraví E-Stat. 2010 2010 K dispozici od: http://www.cdc.gov/nchs/fastats/overwt.htm.
Paxinos G, Watson C. Atlas mozku potkana ve stereotaxických souřadnicích. 5th. San Diego, CA: Elsevier Academic Press; 2005.
Richardson NR, Roberts DC. Schémata progresivního poměru ve studiích samopodávání léků na potkanech: metoda pro hodnocení posílení účinnosti. Žurnál neurovědních metod. 1996; 66: 1 – 11. [PubMed]
Roitman MF, Stuber GD, Phillips PE, Wightman RM, Carelli RM. Dopamin působí jako sekundární modulátor při hledání potravy. Journal of Neuroscience. 2004; 24: 1265 – 1271. [PubMed]
Rossi M, Kim M, Morgan D, Small C, Edwards C, Sunter D, Abusnana S, Goldstone A, Russell S, Stanley S, Smith D, Yagaloff K, Ghatei M, Bloom S. C-koncový fragment Agouti- související protein zvyšuje krmení a antagonizuje účinek hormonu stimulujícího alfa-melanocyty in vivo. Endokrinologie. 1998; 139: 4428 – 4431. [PubMed]
Stanhope KL. Úloha cukrů obsahujících fruktózu v epidemiích obezity a metabolického syndromu. Každoroční přehledy medicíny. 2012; 63: 329 – 343. [PubMed]
Sturman DA, Mandell DR, Moghaddam B. Adolescenti vykazují behaviorální učení a vyhynutí behaviorální rozdíly od dospělých. Behaviorální neurovědy. 2010; 124: 16 – 25. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Tracy AL, Clegg DJ, Johnson JD, Davidson TL, Woods SC. Antagonista melanokortinu AgRP (83-132) zvyšuje chuť k jídlu, protože reaguje na zesilovač tuku, ale nikoli na uhlohydráty. Farmakologická biochemie a chování. 2008; 89: 263 – 271. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
Vartanian LR, Schwartz MB, Brownell KD. Účinky konzumace nealkoholických nápojů na výživu a zdraví: systematický přezkum a metaanalýzy. American Journal of Public Health. 2007; 97: 667 – 75. [PMC bezplatný článek] [PubMed]