Das Essen von "Junk-Food" führt zu einem raschen und lang anhaltenden Anstieg der NAc-CP-AMPA-Rezeptoren. Implikationen für eine verstärkte Cue-induzierte Motivation und Nahrungssucht (2016)

Neuropsychopharmacology. 2016 Jul 7. doi: 10.1038 / npp.2016.111.

Oginsky MF1, Goforth PB1, Nobile CW1, Lopez-Santiago L1, Ferrario CR1.

Abstrakt

Der Drang zu essen wird durch Reize in der Umgebung beeinflusst, die mit Nahrungsmitteln (Food Cues) zusammenhängen. Übergewichtige Menschen reagieren empfindlicher auf Nahrungsmittelhinweise, die ein stärkeres Verlangen nach sich ziehen und größere Portionen verbrauchen, nachdem sie mit dem Queue des Lebensmittels zu tun hatten. Der Nucleus Accumbens (NAc) vermittelt durch Cue ausgelöste Motivationsreaktionen, und Aktivierungen in der NAC, die durch Nahrungsmittel ausgelöst werden, sind bei Personen, die anfällig für Übergewicht sind, stärker. Dies hat zu der Idee geführt, dass Veränderungen der NAc-Funktion, die denen der Drogenabhängigkeit ähneln, zu Fettleibigkeit beitragen können, insbesondere bei anfälligen Personen mit Adipositas.

Motivationsreaktionen werden teilweise durch die Übertragung des NAc-AMPA-Rezeptors (AMPAR) vermittelt, und neuere Arbeiten zeigen, dass die durch Cues ausgelöste Motivation bei Ratten, die anfällig für Fettleibigkeit sind, nach dem Verzehr von Junk-Food-Diät verstärkt wird. Daher haben wir hier unter Verwendung von Outbred- und selektiv gezüchteten Suszeptibilitätsmodellen festgestellt, ob die Expression und Funktion von NAc AMPAR durch den Verzehr von Junk-Food-Diät in übergewichtigen und resistenten Populationen erhöht wird. Darüber hinaus wurde die durch Kokain induzierte Bewegungsaktivität als allgemeines "Auslesen" der mesolimbischen Funktion nach dem Verzehr von "Junk-Food" verwendet. Wir fanden eine sensibilisierte lokomotorische Reaktion auf Kokain bei Ratten, die durch eine Junk-Food-Diät an Gewicht zunahmen, was mit einer höheren Empfindlichkeit der mesolimbischen Schaltkreise in Gruppen übereinstimmt, die für Fettleibigkeit anfällig sind.

Darüber hinaus erhöhte das Essen von Junk-Food die NAc-Calcium-permeable-AMPAR-Funktion (CP-AMPAR) nur bei Ratten, die für Fettleibigkeit anfällig sind. Dieser Anstieg erfolgte rasch, hielt wochenlang an, nachdem der Konsum von Junk-Food aufgehört hatte, und ging der Entwicklung von Fettleibigkeit voraus.

Diese Daten werden im Hinblick auf die durch Cue ausgelöste Motivation und Striatalfunktion bei Ratten mit Adipositas und die Rolle von NAc-CP-AMPARs bei Motivation und Abhängigkeit berücksichtigt.

PMID: 27383008

DOI: 10.1038 / npp.2016.111

Einleitung

Obwohl der Hunger, das Sättigungsgefühl und der Energiebedarf von Essensbedürfnissen reguliert werden, werden sie auch stark durch Reize in der Umgebung beeinflusst, die mit Nahrungsmitteln (Nahrungsmitteln) verbunden sind. Bei nicht-adipösen Menschen erhöht zum Beispiel die Nahrungsaufnahme das Verlangen nach Nahrung und die Menge der konsumierten Nahrungsmittel (Fedoroff et al, 1997; Soussignan et al, 2012). Übergewichtige Menschen reagieren empfindlicher auf diese motivationalen Eigenschaften von Nahrungsmittelhinweisen. Sie berichten von einem stärkeren Verlangen nach dem Ansprechen der Nahrung und dem Konsum größerer Portionen nach der Lebensmittelexposition (Rogers und Hill, 1989; Yokum et al, 2011). Diese Verhaltensähnlichkeiten zwischen lebensmittel- und drogenbedingtem Verlangen haben zu dem Konzept geführt, dass die durch den Konsum von zucker- und fetthaltigen Lebensmitteln induzierte „Nahrungsmittelsucht“ zur Fettleibigkeitsepidemie beitragen kann (Carr et al, 2011; Epstein und Shaham, 2010; Kenny, 2011; Rogers und Hill, 1989; Volkow et al, 2013).

Beweise, die vorwiegend aus Studien am Menschen stammen, deuten darauf hin, dass das durch Cue ausgelöste Verlangen nach Nahrungsmitteln bei adipösen Personen Veränderungen der Funktion des Nucleus accumbens (NAc) mit sich bringt, einer Region, die seit langem bekannt ist, die Motivation für Nahrungsmittel- und Medikamentenbelohnungen zu vermitteln . Zum Beispiel zeigen humane fMRI-Studien, dass Aktivierungen in der NAc, die durch Nahrungsmittel ausgelöst werden, bei adipösen Menschen stärker sind (Sticke et al, 2012; Volkow et al, 2013; Klein, 2009). Darüber hinaus sagt eine verbesserte Empfindlichkeit der NAc auf Nahrungsmittelhinweise auf die zukünftige Gewichtszunahme und die Schwierigkeit beim Abnehmen beim Menschen voraus (Demos et al, 2012; Murdaugh et al, 2012). Bei Ratten führt die durch Ernährung hervorgerufene Adipositas zu einer verstärkten motivierenden Reaktion auf Hinweise auf die Ernährung, insbesondere bei adipositasgefährdeten Bevölkerungsgruppen (Brown et al, 2015; Robinson et al, 2015). Zusammengenommen legen diese Daten nahe, dass der Konsum von fetthaltigen, zuckerhaltigen Lebensmitteln zu Neuroadaptationen in der NAc-Funktion führt, die Motivationsprozesse fördern können.

Sowohl bei Ratten als auch beim Menschen kann die Anfälligkeit für Fettleibigkeit eine wichtige Rolle bei den Auswirkungen schmackhafter, kalorienreicher "Junk-Foods" auf die neurale Funktion und das neurale Verhalten spielen (Albuquerque et al, 2015; Geiger et al, 2008; Robinson et al, 2015; Stice und Dagher, 2010). Obwohl es schwierig ist, auf die Rolle der Anfälligkeit beim Menschen einzugehen, haben Studien an Ratten gezeigt, dass ernährungsinduzierte Veränderungen in den Mesolimbis-Systemen und die Motivation bei Adipositas-Anfälliger stärker ausgeprägt sind vs -resistente Ratten (Geiger et al, 2008; Vollbrecht et al, 2016; Robinson et al, 2015; Valenza et al, 2015; Oginsky et al, 2016). Die jüngsten Daten deuten darauf hin, dass der Konsum von "Junk-Foods" deutliche neuronale Veränderungen in der Empfindlichkeit hervorrufen kann vs resistente Populationen.

Glutamatrezeptoren vom AMPA-Typ (AMPARs) stellen die Hauptanregungsquelle für den NAc dar. Die Fähigkeit von Nahrungsmitteln, Nahrungsmittel zu suchen, beruht zum Teil auf der Aktivierung von AMPARs im NAc-Kern (Di Ciano et al, 2001). Darüber hinaus kann der Konsum von zuckerhaltigen, fettreichen Lebensmitteln und Fettleibigkeit die exzitatorische Übertragung in der NAc verändern (Tukey et al, 2013; Brown et al, 2015). Jüngste Arbeiten aus unserem Labor und anderen haben gezeigt, dass die durch Cue ausgelöste Motivation in anfälligen Bevölkerungsgruppen erhöht ist (Robinson et al, 2015; Brown et al, 2015). Das Ziel der aktuellen Studie bestand darin, zu ermitteln, wie Junk-Food-Konsum bei adipositasempfindlichen und -resistenten Ratten die AMPAR-Expression und -Übertragung im NAc-Kern beeinflusst, da NAc-AMPARs durch ein durch Suchtmittel ausgelöstes Drug-Drug-Verfahren vermittelt wurden, jedoch nicht in der Diät untersucht wurden Fettleibigkeit-Modelle. Darüber hinaus wurde die kokaininduzierte Bewegungsaktivität als allgemeines „Auslesen“ der mesolimbischen Funktion verwendet, da eine erhöhte Empfindlichkeit der mesolimbischen Kreisläufe die motivierenden Auswirkungen von Nahrungsmitteln erhöht (Wyvell und Berridge, 2000, 2001).

Zwei komplementäre Nagetiermodelle wurden verwendet, um die Rolle der Anfälligkeit bei durch Junk-Food hervorgerufenen Veränderungen in NAc-AMPARs zu bestimmen. Zunächst wurden aus Sprague-Dawley-Ratten gezüchtete "Junk-Food" als "Gainer" und "Non-Gainer" (wie in Robinson et al, 2015), woraufhin Verhaltens- und Nervenunterschiede gemessen wurden. Dieses Modell ist zwar informativ, erfordert jedoch die Induktion von Gewichtszunahme und Manipulation der Diät, um anfällige Populationen zu identifizieren. Daher untersuchten wir auch die Auswirkungen von Junk-Food bei selektiv gezüchteten Ratten auf ihre Neigung oder Resistenz gegenüber durch Ernährung verursachter Fettleibigkeit (Levin et al, 1997; Vollbrecht et al, 2015, 2016).

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Material und Methoden

Themen

Die Ratten wurden nach einem umgekehrten Licht-Dunkel-Zeitplan (12 / 12) mit freiem Zugang zu Futter und Wasser durchgehend untergebracht und waren zu Beginn des Experiments 60-70-Tage gealtert. Männliche Sprague-Dawley-Ratten wurden von Harlan gekauft. Ratten, die zu Fettleibigkeit neigten, wurden im Haus gezüchtet. Diese Linien wurden ursprünglich von gegründet Levin et al (1997); Züchter wurden von Taconic gekauft. Der Einbezug von Outbred-Ratten ermöglicht Vergleiche mit der breiteren vorhandenen Literatur, während selektiv gezüchtete Ratten die Differenzierung von Fettleibigkeit ermöglichen vs Diät-Manipulation. Das Gewicht wurde 1-2-mal pro Woche gemessen. Alle Verfahren wurden vom UM-Ausschuss für die Verwendung und Pflege von Tieren genehmigt.

Junk-Food-Diät und Identifizierung von adipösen und anfälligen Outbred-Ratten

Das Junk-Food ist ein Brei aus: Rüschen Original-Kartoffelchips (40 g), Chips Ahoy Original-Schokoladenkeksen (130 g), Jif-Erdnussbutter (130 g), Nesquik-Schokoladengeschmack (130 g), gepulvert Lab Diät 5001 (200 g;% der Kalorien: 19.6% Fett, 14% Protein, 58% Kohlenhydrate; 4.5 kcal / g) und Wasser (180 ml) in einer Küchenmaschine. Die Zusammensetzung der Diät basiert auf früheren Studien, in denen Subpopulationen (Levin et al, 1997; Robinson et al, 2015). KMittel zur Clusterbildung auf der Grundlage der Gewichtszunahme nach 1-Monat Junk-Food wurden verwendet, um anfällige (Junk-Food-Gainer) - und gegen Fettleibigkeit resistente (Junk-Food-Non-Gainer) - Gruppen zu identifizieren. Diese statistische Methode ermöglicht eine vorurteilsfreie Trennung, die über alle Studien hinweg einheitlich angewendet werden kann (MacQueen, 1967). Außerdem haben wir festgestellt, dass dies ein optimaler Zeitpunkt ist, um Teilpopulationen sicher zu identifizieren (Robinson et al, 2015; Oginsky et al, 2016; unveröffentlichte Bemerkungen).

Kokain-induzierte Fortbewegung

Die Bewegungsaktivität wurde in mit Photozellenstrahlen ausgestatteten Kammern (41cm × 25.4cm × 20.3cm) gemessen. Die Ratten wurden vor dem Erhalt einer Injektionslösung mit Kochsalzlösung (40 ml / kg, ip) für eine min. 1-Gewöhnungsphase in Kammern gesetzt, gefolgt von 1 h später von Kokain (15 mg / kg, ip). Diese Dosis wurde auf der Grundlage früherer Dosis-Wirkungs-Studien ausgewählt (Oginsky et al, 2016; Ferrario et al, 2005).

Oberfläche vs Intrazelluläre Proteinexpression

Gewebe aus dem NAc (Kern / Schale) und dem dorsalen medialen Striatum (DMS) wurden gesammelt und unter Verwendung von etablierter BS verarbeitet3 Vernetzungsansätze (Boudreau et al, 2012) ermöglicht die Erkennung der Zelloberfläche vs intrazelluläre Proteinexpression. DMS-Proben wurden eingeschlossen, um zu bestimmen, ob Unterschiede zu den NAc selektiv waren. Für jede Ratte wurde das Gewebe isoliert, geschnitten (McIllwain-Chopper; 400-μm-Scheiben; St. Louis, MO) und in einem CSF mit 2 mM BS inkubiert3 (30 min, 4 ° C). Die Vernetzung wurde mit Glycin (100 mM; 10 min) beendet, die Scheiben wurden in Lysepuffer (400 & mgr; l; in mM: 25 HEPES; 500 NaCl, 2 EDTA, 1 DTT, 1 Phenylmethylsulfonylfluorid, 20 NaFX) behandelt Inhibitor-Cocktail-Set I (Calbiochem, San Diego, CA) und 1% Nonidet P-100 [v / v]; pH 0.1) und bei -40 ° C gelagert. Die Proteinkonzentration wurde durch BCA-Assay bestimmt. Sehen Boudreau et al (2012) für vollständige methodische Details.

BS3 Vernetzte Proben wurden in Laemmli-Probenbehandlungspuffer mit 5% β-Mercaptoethanol (70 ° C, 10 min) erhitzt, geladen (20 μg Protein) und auf 4-15% Bis-Tris-Gradientengelen unter reduzierenden Bedingungen elektrophoretisiert. Proteine ​​wurden auf PVDF-Membranen übertragen (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ). Die Membranen wurden gespült, blockiert (1 h, RT, 5% (w / v) mit fettfreier Trockenmilch in TBS-Tween 20 (TBS-T; 0.05% Tween 20, v / v)) und über Nacht inkubiert (4 ° C) ) mit Primärantikörpern (1: 1000 in TBS) gegen GluA1 (Thermo Scientific; PA1-37776) oder GluA2 (NeuroMab, UCDavis / NIH: 75-002). Die Membranen wurden in TBS-T gewaschen, mit HRP-konjugiertem sekundärem Medium (Invitrogen, Carlsbad, CA; 1 h, RT) inkubiert, gewaschen und in ein Chemilumineszenz-detektierendes Substrat (GE Healthcare, Piscataway, NJ) eingetaucht. Die Bilder wurden auf Film aufgenommen und Ponceau S (Sigma-Aldrich) wurde zur Bestimmung des Gesamtproteins verwendet. Banden von Interesse wurden unter Verwendung von Image J (NIH) quantifiziert.

Elektrophysiologie

Die BS3 Das oben beschriebene Vernetzungsverfahren liefert Informationen zur Oberflächenexpression (synaptisch und extra synaptisch) einzelner AMPAR-Untereinheiten, während elektrophysiologische Daten Informationen zu funktionalen synaptischen AMPARs (Tetrameren) liefern. Patch-Clamp-Aufnahmen ganzer Zellen von mittleren Stachelneuronen (MSNs) im NAc-Kern wurden nach Junk-Food-Exposition bei Rassen mit gezüchteten und selektiv gezüchteten Ratten durchgeführt. Vor der Scheibenpräparation wurden die Ratten mit Chloralhydrat (400 mg / kg, ip) anästhesiert, die Gehirne wurden rasch entfernt und in eiskaltem Sauerstoff (95% O) platziert2–5% CO2aCSF, enthaltend (in mM): 125 NaCl, 25 NaHCO312.5-Glucose, 1.25 NaH2PO43.5 KCl, 1 L-Ascorbinsäure, 0.5 CaCl2, 3 MgCl2und 305 mOsm, pH 7.4. Koronale Schnitte (300 μm), die den NAc enthielten, wurden unter Verwendung eines Vibrationsmikrotoms (Leica Biosystems, Buffalo Grove, IL, USA) hergestellt und in oxygeniertem aCSF (40 min) ruhen gelassen. Für die Aufzeichnung von aCSF (2 ml / min) wurde CaCl2 wurde auf 2.5 mM und MgCl erhöht2 wurde auf 1 mM verringert. Patch-Pipetten wurden aus Borsilikatglaskapillaren mit 1.5-mm (WPI, Sarasota, FL; Widerstand 3-7 MΩ) gezogen und mit einer Lösung gefüllt, die (in mM) 140 CsCl, 10 HEPES, 2 MgCl enthielt25 Na+-ATP, 0.6 Na+-GTP, 2 QX314, pH 7.3 und 285 mOsm. Die Aufzeichnungen wurden in Gegenwart von Picrotoxin (50 & mgr; M) durchgeführt. Evozierte EPSCs (eEPSCs) wurden durch lokale Stimulation (0.05–0.30 mA Rechteckimpulse, 0.3 ms, alle 20 s abgegeben) unter Verwendung einer bipolaren Elektrode ausgelöst, die ~ 300 μm lateral zu den aufgezeichneten Neuronen angeordnet war. Die minimale Strommenge, die benötigt wird, um eine synaptische Antwort mit einer Variabilität der Amplitude von <15% hervorzurufen, wurde verwendet. Wenn> 0.30 mA erforderlich waren, wurde das Neuron verworfen. AMPAR-vermittelte eEPSCs wurden bei –70 mV vor und nach der Anwendung des CP-AMPAR-selektiven Antagonisten naspm (200 μM; wie in Conrad et al, 2008; Ferrario et al, 2011).

 

Statistiken

Two-tailed t-Tests, Einweg- oder Zweiweg-ANOVAs mit wiederholter Messung, Sidak's Post-hoc- Es wurden mehrere Vergleichstests und geplante Vergleiche zwischen adipositasempfindlichen und -resistenten Gruppen verwendet (Prism 6, GraphPad, San Diego, CA).

 
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Die Ergebnisse

Experiment 1

Sprague-Dawley-Ratten erhielten Junk-Food mit einem Ansatz, der bei einigen Ratten (Junk-Food Gainers) zu Übergewicht führt, nicht jedoch bei anderen (Junk-Food Non-Gainers; Robinson et al, 2015; Oginsky et al, 2016). Wir haben dann die Reaktion auf eine einzelne Kokaininjektion (eine allgemeine Anzeige der mesolimbischen Funktion) gemessen vs intrazelluläre Expression von AMPAR-Untereinheiten und AMPAR-vermittelte Übertragung im NAc-Kern unter Verwendung von Ganzzell-Patch-Clatch-Ansätzen in diesen beiden Populationen.

 
Größere Kokain-induzierte Fortbewegung in Junk-Food-Gainern

 

Wie erwartet, gewannen einige Ratten bei der Gabe von Junk-Food beträchtliche Mengen an Gewicht (Junk-Food-Gainers, N= 6), andere dagegen nicht (Junk-Food-Non-Gainers, N= 4; Abbildung 1a; Zweiwege-RM-ANOVA: Hauptwirkung der Gruppe: F(1,9)= 11.85, p= 0.007; Gruppe × Zeitinteraktion: F(18,162)= 6.85, p<0.001). Diese Ratten hatten insgesamt 5 Monate lang Zugang zu Junk-Food, um eine maximale Trennung zwischen den Gruppen zu ermöglichen. Sie wurden dann für eine 5001-wöchige Junk-Food-Entzugsperiode zu Standard-Laborfutter (Lab Diet 4: 4.5 kcal / g; 23% Fett, 48.7% Protein, 2% Kohlenhydrate; Prozentsatz des Kaloriengehalts) zurückgeführt, um Unterschiede zu bewerten, die danach bestehen bleiben Junk-Food-Entfernung. Als nächstes erhielten die Ratten eine einzige Kokaininjektion und die Bewegungsaktivität wurde überwacht; Ziel war es, eine allgemeine Anzeige der mesolimbischen Funktion zu erhalten. Die Reaktion auf Kokain war bei Junk-Food-Gainern größer vs Junk-Food-Non-Gainer (Abbildung 1b; Zweiwege-RM-ANOVA: Gruppe × Zeitinteraktion: F(21,168)= 2.31, p= 0.0018; Sidak's Test, *p<0.05). Während Junk-Food-Gainer eine signifikant stärkere lokomotorische Reaktion auf Kokain zeigten als Kochsalzlösung (Zwei-Wege-RM-ANOVA, Wechselwirkung Zeit × Injektion: F.(6,30)= 2.39, p<0.05), Junk-Food-Non-Gainer nicht. Die Fortbewegung während der Gewöhnung und nach der Kochsalzlösung unterschied sich nicht zwischen den Gruppen (Abbildung 1b Einschub), im Einklang mit früheren Berichten (Oginsky et al, 2016; Robinson et al, 2015).

 
Abbildung 1.

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GluA1, aber nicht GluA2, die Oberflächenexpression ist bei Junk-Food-Gainern größer als bei Nicht-Gainern. (a) Junk-Food führt zu einer erheblichen Gewichtszunahme bei einer Untergruppe anfälliger Ratten. (b) Das Essen von Junk-Food gefolgt von Junk-Food-Deprivation ist mit einer sensibilisierten Reaktion auf Kokain in Junk-Food-Gainers (JF-G) im Vergleich zu Junk-Food-Non-Gainers (JF-N) verbunden. Inset zeigt die Fortbewegung während der Gewöhnung und nach der Injektion von Salzlösung. (c) Repräsentativer Blot der GluA1-Expression in vernetzten NAc-Proben. (d, e) GluA1, jedoch nicht GluA2, die Oberflächenexpression ist bei Junk-Food-Gainern im Vergleich zu Junk-Food-Non-Gainern nach Junk-Food-Deprivation größer, was auf CP-AMPARs schließen lässt. Alle Daten sind als Mittelwert ± SEM dargestellt. *p

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GluA1, nicht aber GluA2, NAc-Oberflächenexpression ist bei Junk-Food-Gainern größer

 

Als nächstes untersuchten wir die Oberflächen- und intrazelluläre Proteinexpression von AMPAR-Untereinheiten in Junk-Food-Gainern und Junk-Food-Non-Gainern. Die Mehrheit der AMPARs in der NAc besteht aus GluA1 / GluA2 mit einigen GluA2 / 3-AMPARs und einer geringen Anzahl von GluA2-haltigen CP-AMPARs (~ 10%; Reimers et al, 2011; Scheyer et al, 2014). Daher haben wir uns auf die GluA1- und GluA2-Expressionsniveaus konzentriert, da dies ein guter Hinweis auf Änderungen in diesen verschiedenen AMPAR-Populationen ist. Die Häufigkeit von oberflächen- und intrazellulärem GluA1 und GluA2-Protein wurde 1 Woche nach dem Test auf Kokain-induzierte Bewegungsaktivität gemessen (Abbildung 1c –e). Frühere Studien haben gezeigt, dass eine einzige Kokain-Injektion AMPARs zu diesem Zeitpunkt nicht verändert (Boudreau und Wolf, 2005; Ferrario et al, 2010; Kourrich et al, 2007), um AMPAR-Unterschiede in Bezug auf die Diät zu interpretieren (siehe auch unten). Die NAc-Oberflächenexpression von GluA1 war in Junk-Food-Gainern stärker vs Junk-Food-Non-Gainer (Abbildung 1d; t8= 2.7, p= 0.03). Im Gegensatz dazu unterschied sich die NAc-GluA2-Expression nicht zwischen den Gruppen (Abbildung 1e). Darüber hinaus war die GluA1- und GluA2-Expression in den DMS dieser Ratten zwischen den Gruppen ähnlich (Daten nicht gezeigt), was darauf hindeutet, dass Änderungen der AMPAR-Expression selektiv in der NAc auftreten. Ein Anstieg der NAc-GluA1-Oberflächenexpression bei Abwesenheit von Änderungen in der Oberfläche von GluA2 legt das Vorhandensein von CP-AMPARs (GluA1 / 1- oder GluA1 / 3-haltige Rezeptoren) nahe. Dies muss jedoch mit elektrophysiologischen Methoden bestätigt werden. Daher führten wir nach der Junk-Food-Exposition Ganzzell-Patch-Clamp-Aufnahmen durch, um zu bestimmen, ob der Beitrag von CP-AMPARs zur synaptischen Übertragung in der NAc von Junk-Food-Gainers zunimmt.

 
Bei Junk-Food-Gainern ist die CP-AMPAR-vermittelte Übertragung erhöht

 

Für elektrophysiologische Experimente wurde eine getrennte Kohorte von Ratten für 3-Monate Junk-Food erhalten, und nach 3-Wochen wurde Junk-Food-Entzug aufgenommen. Dieses Verfahren wurde gewählt, um die Überfüllung der Käfige durch Gewichtszunahme zu minimieren und um relativ lang anhaltende Auswirkungen von Junk-Food zu untersuchen. In dieser Kohorte waren alle Junk-Food-Ratten "Gainer", die innerhalb der Kohorte 1 sogar noch mehr an Gewicht zunahmen (3-Monatsgewinn: Kohorte 1, 106.2 ± 9.7 g; Kohorte 2, ~ 132 ± 5.4 g). . Daher wurden Vergleiche zwischen dem Chow (N= 5-Zellen, 3-Ratten) und Junk-Food-Gainer-Gruppen (N= 10-Zellen, 7-Ratten). Um den Beitrag von CP-AMPARs zur gesamten AMPAR-vermittelten synaptischen Übertragung zu beurteilen, verwendeten wir den selektiven CP-AMPAR-Antagonisten Naspm (200 μM). Naspm führte zu einer geringfügigen Verringerung der eEPSC-Amplitude in den Chow-geführten Steuerelementen (Abbildung 2a; Zweiweg-ANOVA: Haupteffekt von naspm, F(1,13)= 19.14, p= 0.0008), im Einklang mit früheren Berichten, dass CP-AMPARs 5 – 10% des basalen AMPAR-vermittelten eEPSC beitragen (z. B. Scheyer et al, 2014). In der Junk-Food-Gruppe führte naspm jedoch zu einer deutlich stärkeren Reduktion (Abbildung 2b; t13= 1.8; p= 0.046). Diese Daten zeigen, dass CP-AMPARs bei Junk-Food-Gainern im Vergleich zu Chow-gefütterten Ratten erhöht sind. Da die für die Elektrophysiologie verwendete Kohorte nicht mit Kokain behandelt wurde, deuten diese Daten darauf hin, dass die biochemischen Änderungen im vorherigen Experiment die Auswirkungen von Junk-Food widerspiegelten und nicht die einzelne Kokain-Exposition.

 
Abbildung 2.

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Der Beitrag von CP-AMPARs ist bei Junk-Food-Gainer größer vs Chow-gefütterte Ratten nach Junk-Food-Entzug. (a) Normalisierte Amplitude vor (BL) und nach Badapplikation des CP-AMPAR-Antagonisten Naspm (200 & mgr; M). Die Abbildung zeigt beispielhafte eEPSCs vor (schwarz) und nach naspm (rot). (b) Die Reduktion um Naspmpm ist im Junk-Food-Gainer größer vs Chow-gefütterte Ratten. (c) Ort der Ganzzellaufnahmen für alle Experimente. Der schattierte Bereich gibt den allgemeinen Ort der im NAc-Kern erstellten Aufnahmen an. Die Aufnahmen fielen ungefähr zwischen 2.04 und 1.56 mm von Bregma; Figur angepasst von Paxinos und Watson (2007). Alle Daten als Mittelwert ± SEM; *p<0.05. Eine Vollfarbversion dieser Figur ist bei der erhältlich Neuropsychopharmakologie Zeitschrift online.

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Experiment 2

Die obigen Daten von Outbred-Ratten stimmen mit der Idee überein, dass Junk-Food CP-AMPARs bei anfälligen Ratten mit Übergewicht bevorzugt. Dieser Unterschied könnte jedoch auf die Entwicklung von Fettleibigkeit oder auf bereits bestehende Unterschiede bei anfälligen Ratten zurückzuführen sein. Um diese Möglichkeiten zu adressieren, führten wir ähnliche biochemische und elektrophysiologische Untersuchungen an selektiv gezüchteten, an Adipositas neigenden und resistenten Ratten mit und ohne Junk-Food-Exposition durch. Weil wir wissen a priori welche Ratten für Fettleibigkeit anfällig sind, können wir dieses Modell verwenden, um bereits vorhandene Unterschiede zu unterscheiden vs durch Junk-Food hervorgerufene Veränderungen.

 
Die Basal-GluA1-Spiegel sind ähnlich, aber Junk-Food erhöht die GluA1-Expression bei Ratten, die zu Adipositas neigen

 

Zuerst untersuchten wir die NAc-AMPAR-Expression in adipositasgefährdeten und resistenten Ratten, die Chow oder Junk-Food erhielten. NAc-Gewebe wurde gesammelt und nach 1-Monat Junk-Food gefolgt von 1-Monat Junk-Food-Entzug vernetzt. Eine kürzere Junk-Food-Exposition wurde hier verwendet, um die Durchführbarkeit von Experimenten zu erhöhen, da selektiv gezüchtete, zu Adipositas neigende Ratten dazu neigen, schneller an Gewicht zuzunehmen als die Population der Outbred-Bevölkerung. Die GluA1-Expression war bei Ratten, die zu Adipositas neigten und -resistent waren, ähnlich.Figure 3feste Balken; N= 6 / Gruppe), was darauf hindeutet, dass die Grundlinienwerte von GluA1-haltigen AMPARs bei anfälligen Ratten ähnlich sind. Dies steht im Einklang mit früheren elektrophysiologischen Ergebnissen, die zeigen, dass die basale AMPAR-vermittelte Übertragung bei diesen Ratten ähnlich ist (Oginsky et al, 2016). In den Junk-Food-gefütterten Gruppen war die Abundanz der Oberfläche gegenüber intrazellulärer (S / I) GluA1-Expression bei adipositasanfälligen, aber nicht adipositasresistenten Ratten im Vergleich zu Chow-gefütterten Kontrollen erhöht (Abbildung 3a: Einweg-ANOVA, F(3, 19)= 2.957, p= 0.058; OP-Chow vs OP-JF, p<0.05; OP-JF N= 5, OR-JF N= 6). Dieser Anstieg des S / I-Wertes beruht auf einem leichten Anstieg der GluA1-Oberflächenexpression (Abbildung 3b) und leichte Abnahme des intrazellulären GluA1 (Abbildung 3c). Wieder wurden keine Unterschiede in der GluA2-Expression gefunden (Daten nicht gezeigt). Die hier vorliegenden Ergebnisse stimmen mit den oben genannten biochemischen Ergebnissen bei Rassen mit Outbred überein und zeigen, dass Unterschiede in der AMPAR-Expression bei Ratten, die zu Adipositas neigen, auf Junk-Food zurückzuführen sind und nicht auf Grundunterschieden zwischen adipositasgefährdeten und -resistenten Gruppen beruhen.

 
Abbildung 3.

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Die relative Häufigkeit der NAc GluA1-Oberfläche vs Die intrazelluläre (S / I) -Proteinexpression wird nach Konsum von Junk-Food und Deprivation nur bei Ratten mit Adipositas-Neigung verstärkt. Dies war auf Verschiebungen sowohl der Oberflächen- als auch der intrazellulären Proteinexpression zurückzuführen. (a) Verhältnis von Oberfläche zu intrazellulärem Verhältnis, (b) Oberfläche und (c) intrazelluläre Expression von GluA1-Protein in adipositasresistenten (OR) und zu Adipositas neigenden (OP) Ratten, die Chow oder Junk-Food erhalten. Alle Daten als Mittelwert ± SEM; *p<0.05: OP-JF vs OP-Chow.

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Junk-Food erhöht die NAc-CP-AMPAR-vermittelte Übertragung bei Ratten, die zu Adipositas neigen, wenn es keine Gewichtsunterschiede oder Junk-Food-Konsum gibt

 

Als Nächstes haben wir festgestellt, ob der Konsum von Junk-Food ohne Gewichtszunahme ausreicht, um die NAc-AMPARs zu verbessern. Eine separate Gruppe von selektiv gezüchteten Ratten erhielt für 9-10-Tage Chow oder Junk-Food (zur Minimierung der Entwicklung von Fettleibigkeit), gefolgt von 2-Wochen mit Junk-Food-Entzug und Messung der durch CP-AMPAR vermittelten Übertragung, wie oben beschrieben. Naspm reduzierte die AMPAR-vermittelte eEPSC-Amplitude in allen Gruppen (Abbildung 4a; Zweiwege-RM-ANOVA: Haupteffekt von naspm: F(1,20)= 22.5, p= 0.0001; Gruppe × Wechselwirkung: F(3,20)= 4.29, p= 0.02; OP-JF und OR-JF: N= 7-Zellen, 5-Ratten; OP-Chow: N= 4-Zellen, 3-Ratten; ODER-Chow N= 5-Zellen, 3-Ratten). Die Wirkung von naspm war jedoch bei Adipositas-Neigen mit Junk-Food im Vergleich zu allen anderen Gruppen signifikant höher (Abbildung 4b: Zweiwege-RM-ANOVA, Gruppe × Zeitinteraktion: F(18,114)= 2.87, p= 0.0003; *p<0.05 OP-JF vs alle anderen Gruppen; Abbildung 4c: Einweg-ANOVA, F(3,20)= 9.53, p= 0.0004; OP-JF vs OR-JF und OP-Chow vs OP-JF, p<0.01). Darüber hinaus war die Wirkung von Naspm in den OP-Chow-, OR-Chow- und OR-JF-Gruppen ähnlich und vergleichbar mit der bei Outbred-Ratten (oben) und der zuvor berichteten basalen CP-AMPAR-Übertragung (oben).Conrad et al, 2008; Scheyer et al, 2014). Darüber hinaus waren Gewichtszunahme, Gewicht am Aufnahmetag und die Menge an konsumierter Junk-Food zwischen adipositasgefährdeten und -resistenten Gruppen ähnlich (Abbildung 4d und e). Somit zeigen diese Daten, dass der Konsum von Junk-Food CP-AMPARs bei Ratten, die zu Adipositas neigen, vor dem Beginn einer unterschiedlichen Gewichtszunahme bevorzugt erhöht.

Abbildung 4.

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Nur 10-Tage Junk-Food, gefolgt von 2-Wochen von Junk-Food-Deprivation, reicht aus, um eine CP-AMPAR-Hochregulierung bei adipositasgefährdeten, aber nicht adipositasresistenten Ratten zu induzieren. Dieser Anstieg erfolgte ohne Unterschiede bei der Nahrungsaufnahme und Gewichtszunahme. (a) Normalisierte Amplitude vor und nach naspm (200 μM). Einschub: Beispiel für eEPSCs von Junk-Food-gefütterten Ratten vor (schwarz) und nach naspm (rot). (b) Zeitverlauf von eEPSC vor und nach der Naspmpm-Anwendung. (c) Die Reduktion um Naspmpm ist bei Junk-Food bei anfälligen, aber nicht adipositas resistenten Ratten erhöht. (d) Die Gewichtszunahme ist zwischen den Gruppen ähnlich. (e) Der Junk-Food-Verbrauch ist zwischen den Gruppen ähnlich. Alle Daten sind als Mittelwert ± SEM dargestellt. *p<0.05; ***.p<0.001 OP-JF vs alle anderen Gruppen Eine vollfarbige Version dieser Figur ist im Internet erhältlich Neuropsychopharmakologie Zeitschrift online.

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Eine Möglichkeit ist, dass Junk-Food eine CP-AMPAR-Hochregulierung bei Ratten mit Adipositas-Resistenz bewirkt, dass dieser Effekt jedoch nach 2-Wochen von Junk-Food-Deprivation abklingt. Um dem zu begegnen, wurden nach dem 1-Tag mit Junk-Food-Entzug Aufnahmen in einer anderen Kohorte von adipositasgefährdeten und resistenten Ratten gemacht, die die gleiche Junk-Food-Exposition erhielten (9-10-Tage; OR-JF: N= 7-Zellen, 4-Ratten; OP-JF: N= 6-Zellen, 3-Ratten). Erneut fanden wir heraus, dass die Wirkung von Naspm in der OP-JF-Gruppe viel größer war (Abbildung 5a; Zweiwege-RM-ANOVA: Haupteffekt von naspm: F(1,11)= 53.94, p<0.0001; Gruppe × Naspm-Interaktion: F.(1,11)= 13.75, p= 0.0035; Abbildung 5b: Hauptwirkung von naspm: F(7,77)= 13.39, p<0.0001; Gruppe × Naspm-Interaktion: F.(7,77)= 7.57, p<0.0001, nach dem Test *p<0.05; Abbildung 5c: ungepaart t-Prüfung: p= 0.001). Außerdem war der Effekt des Naspm-Effekts in der OR-JF-Gruppe mit den Chow-Kontrollen vergleichbar. Zusammen zeigen diese Daten, dass durch Junk-Food induzierte Erhöhungen der CP-AMPARs bei Ratten mit Adipositas-Resistenz sowohl nach frühen als auch nach späten Entzugsphasen fehlen. Außerdem waren Gewichtszunahme und Nahrungsaufnahme bei adipositasgefährdeten und resistenten Ratten ähnlich (Abbildung 5d und e). Der durch Junk-Food induzierte Anstieg der CP-AMPARs bei Ratten, die zu Adipositas neigen, ist nicht auf Gewichtszunahme oder Unterschiede in der Menge an Junk-Food zurückzuführen. Schließlich wurden in allen untersuchten Gruppen keine Unterschiede in der Basis-eEPSC-Amplitude festgestellt (Abbildung 5f Einweg-ANOVA-Basisamplituden: F(7,44)= 1.993, p= 0.09). Die oben genannten Unterschiede in der Naspmpm-Empfindlichkeit sind daher nicht auf Unterschiede in der Reaktion auf die Ausgangswerte zurückzuführen. Rohamplituden vor und nach naspm für alle Daten sind in dargestellt Abbildung 5f.

Abbildung 5.

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Junk-Food-induzierte Erhöhungen von CP-AMPARs sind bereits nach 1-Tagen mit Junk-Food-Entzug bei adipositasanfälligen, aber nicht adipositasresistenten Ratten vorhanden. (a) Normalisierte Amplitude vor (Baseline) und nach naspm (200 μM). Einschub: Beispiel eEPSCs von Junk-Food-gefütterten Ratten vor (schwarz) und nach naspm (rot). (b) Zeitverlauf vor und nach der Naspm-Anwendung. (c) Die Reduktion um naspm ist bei Adipositas anfälliger vs Übergewichtresistente Ratten erhalten Junk-Food. (d) Die Gewichtszunahme ist zwischen den Gruppen ähnlich. (e) Der Junk-Food-Verbrauch ist zwischen den Gruppen ähnlich. Alle Daten sind als Mittelwert ± SEM dargestellt. * = p<0.05, **p<0.01. (f) Zusammenfassung der einzelnen eEPSC-Amplituden über alle Studien (BL = Grundlinie, N = + Naspm; offene Symbole = Futtergruppen, geschlossene Symbole = Junk-Food-Gruppen, Dreiecke = Outbred-Ratten, Kreise = Ratten, die gegen Fettleibigkeit resistent sind, und Quadrate = zu Fettleibigkeit neigende Ratten). Eine Vollfarbversion dieser Figur ist bei der erhältlich Neuropsychopharmakologie Zeitschrift online.

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Diskussion

Es wird angenommen, dass ein erhöhter durch Cue ausgelöster Drang zu essen und Veränderungen der mesolimbischen Funktion zur Fettleibigkeit des Menschen beitragen. Hier haben wir herausgefunden, dass die allgemeine Empfindlichkeit von mesolimbischen Kreisläufen bei Ratten, die anfällig für diätetische Fettleibigkeit sind, erhöht ist. Darüber hinaus erhöhte Junk-Food die NAc-CP-AMPAR-Funktion bei anfälligen Ratten. Dieser Anstieg war nach 1, 14 oder 21 Tagen von Junk-Food-Deprivation vorhanden, was darauf hindeutet, dass die CP-AMPAR-Hochregulierung rasch auftritt und lange nach dem Konsum von Junk-Food aufhört. Darüber hinaus entsprach die Dauer der Junk-Food-Exposition nicht der Größenordnung von CP-AMPAR-Erhöhungen bei anfälligen Ratten. Schließlich trat diese Hochregulierung bei adipösen Ratten leichter auf und ging der Entwicklung von Adipositas voraus.

Größere Reaktionsfähigkeit von Mesolimbis-Systemen bei Ratten mit Übergewicht

Nach Junk-Food-Deprivation war die Kokain-induzierte Fortbewegung bei Junk-Food-Gainers größer als bei Nicht-Gainern, dh Junk-Food-Gainers waren im Vergleich zu Nicht-Gainern sensibilisiert. Die sensibilisierung des Bewegungsapparates weist auf Veränderungen in der Funktion von mesolimbischen Kreisläufen hin, die die Motivation des Anreizes für die Belohnung von Lebensmitteln und Medikamenten erhöhen (Robinson und Berridge, 2008; Vezina, 2004; Wolf und Ferrario, 2010). Daher ist die hier gefundene sensibilisierte Reaktion mit einer verbesserten mesolimbischen Funktion und erhöhten motivationalen Reaktionen, die zuvor bei adipositasempfindlichen Ratten berichtet wurden, vereinbar (Robinson et al, 2015; Brown et al, 2015). Wichtig ist, dass Unterschiede in der Kokain-induzierten Fortbewegung nicht wahrscheinlich auf Unterschiede in den erreichten Kokainwerten zurückzuführen sind. Unter Verwendung der gleichen Dosis wie in der aktuellen Studie haben wir gezeigt, dass die Konzentration von Kokain im Striatum zwischen adipositasgefährdeten und -resistenten Ratten unabhängig von Gewichtsunterschieden ähnlich ist (Vollbrecht et al, 2016) und das fettleibig vs Nicht-adipöse, ausgezüchtete Ratten, die sich im Gewicht stark unterscheiden, zeigen vor dem Junk-Food-Entzug die gleiche Reaktion auf Kokain (Oginsky et al, 2016).

Die Sensibilisierung bei Junk-Food-Gainern kann auf unterschiedliche Wirkungen von Junk-Food auf mesolimbische Systeme bei Ratten zurückzuführen sein, die für eine Adipositas anfällig sind, oder sie kann auf bereits bestehende Unterschiede schließen. In Übereinstimmung mit den bereits bestehenden Unterschieden sind selektiv gezüchtete Ratten, die zu Adipositas neigen, empfindlicher für die lokomotorisch aktivierenden Wirkungen von Kokain als Adipositas-resistente Ratten vor jeder Diätmanipulation (Oginsky et al, 2016; Vollbrecht et al, 2016). Bei Tests nach Junk-Food-Exposition, jedoch ohne Junk-Food-Entzug, ist die durch Amphetamin und Kokain induzierte Fortbewegung zwischen Junk-Food-Gainern und Junk-Food-Non-Gainern ähnlich, jedoch im Vergleich zu den mit Chow gefütterten Kontrollen erhöht (Oginsky et al, 2016; Robinson et al, 2015). Zusammengenommen legen diese Daten nahe, dass mesolimbische Systeme vor der Diätmanipulation bei Ratten mit Übergewicht sensibilisiert werden und dass Junk-Food-Konsum neuroadaptiert, was die Reaktivität in mesolimbischen Systemen weiter erhöhen kann (vgl Oginsky et al, 2016; Vollbrecht et al, 2016 zur weiteren Diskussion).

Junk-Food erhöht selektiv die durch NA-CP-AMPAR vermittelte Übertragung bei Ratten, die zu Adipositas neigen

Wenn Unterschiede in der Oberfläche vs Die intrazelluläre Expression von NAc-AMPAR-Untereinheiten wurde untersucht. Wir fanden einen Anstieg von GluA1, nicht jedoch von GluA2, der Oberflächenexpression bei anfälligen Ratten. Dieses Muster wurde bei Outbred-Ratten, die als Junk-Food-Gainer identifiziert wurden, und bei selektiv gezüchteten, zu Adipositas neigenden Ratten mit freiem Zugang zu Junk-Food gefunden. Biochemische und elektrophysiologische Daten von Kontrollen zeigen, dass die basalen Niveaus der AMPAR-Expression und -Funktion in selektiv gezüchteten adipositasgefährdeten und -resistenten Gruppen ähnlich sind, im Einklang mit früheren elektrophysiologischen Daten (Oginsky et al, 2016). Daher sind Unterschiede in der Expression der AMPAR-Untereinheit wahrscheinlich auf die Manipulation der Diät zurückzuführen und nicht auf Grundunterschiede zwischen adipositasempfindlichen und -resistenten Gruppen (siehe auch unten).

Wie oben erwähnt, besteht die Mehrheit der NAc-AMPARs aus GluA1 / GluA2 oder GluA2 / GluA3, wobei GluA2-CP-AMPARs nur ~ 10% AMPARs (Reimers et al, 2011; Scheyer et al, 2014; Siehe auch Wolf und Tseng, 2012 für eine Überprüfung). Daher deutete eine Zunahme der GluA1-Oberflächenexpression ohne Änderungen der GluA2-Expression nach dem Konsum von Junk-Food bei anfälligen Ratten auf eine ernährungsbedingte Erhöhung der CP-AMPAR-Werte hin. Um die durch CP-AMPAR vermittelte Transmission direkt zu messen, verwendeten wir Ganzzell-Patch-Clatch-Ansätze im NAc-Core und die Empfindlichkeitsunterschiede gegenüber dem selektiven CP-AMPAR-Antagonisten Naspm in der Junk-Food- und Chow-Feed-Gruppe. Wir fanden heraus, dass der Konsum von Junk-Food die Sensitivität gegenüber Naspmp bei adipositas-empfindlichen, aber nicht adipositas-resistenten Ratten erhöhte. Im Besonderen trugen CP-AMPARs bei Junk-Food-Non-Gainers und bei Chow-gefütterten adipositasgefährdeten und -resistenten Ratten zu ~ 10% des Stroms bei, was mit früheren Berichten übereinstimmte, war jedoch bei Junk-Food-Gainers und Ratten, die zu Fettleibigkeit neigen, Junk-Food ausgesetzt sind. Interessanterweise wurde unabhängig von der Expositionsdauer (3-Monate, 1-Monat oder 10-Tage) eine ähnliche Größenordnung der CP-AMPAR-Hochregulierung festgestellt. Darüber hinaus war dieser Anstieg nach 1, 14 oder 21 Tagen von Junk-Food-Deprivation vorhanden, was darauf hindeutet, dass die CP-AMPAR-Hochregulierung rasch auftritt und lange nach dem Konsum von Junk-Food aufhört.

Als nächstes haben wir festgestellt, ob Gewichtszunahme oder Junk-Food selbst für diesen anhaltenden Anstieg der CP-AMPARs verantwortlich sind. Dieses Experiment erfordert die Verwendung von selektiv gezüchteten Ratten, da eine durch Diät hervorgerufene Gewichtszunahme verwendet wird, um anfällige outbred Ratten zu identifizieren. Ratten, die zu Adipositas neigten und -resistent waren, erhielten nur 9-10-Tage vor der Aufnahme Junk-Food. Dies führte zu einer ähnlichen Gewichtszunahme und Junk-Food-Aufnahme in beiden Gruppen. Die durch CP-AMPAR vermittelte Übertragung war jedoch nur bei Ratten mit Adipositas-Neigung signifikant erhöht. Daher erhöhte Junk-Food die durch CP-AMPAR vermittelte Übertragung bei Ratten, die zu Adipositas neigen, leichter. Die Tatsache, dass dieser Anstieg der Entwicklung von Fettleibigkeit vorausgeht, legt zudem nahe, dass diese neuronale Veränderung die nachfolgenden Verhaltensunterschiede beeinflussen kann (siehe auch unten). Dies schließt natürlich nicht aus, dass zusätzliche Plastizität die Entstehung von Fettleibigkeit begleiten kann.

Obwohl nur wenige Studien die Rolle der Anfälligkeit untersucht haben, fand eine Studie unter Verwendung einer "Inkubation" des Cue-induzierten Sucrose-Verlangen-Modells eine Verringerung des NAc-AMPA / NMDA-Verhältnisses 21 Tage nach der letzten Saccharose-Selbstverwaltungssitzung (Counotte et al, 2014). Im Gegensatz dazu zeigte eine separate Studie, dass der Saccharoseverbrauch unmittelbar (innerhalb von 24 h), aber einen leichten Anstieg der CP-AMPARs in der NAc hervorbrachte (Tukey et al, 2013). Obwohl mehrere prozessuale Unterschiede wahrscheinlich dazu beitragen können, ist dies ein bemerkenswerter Unterschied Counotte et al (2014) verwendeten sagittale Schnitte, in denen die PFC-Einträge in die NAc überwiegend stimuliert wurden, während die aktuelle Studie und die der Tukey et al (2013) verwendeten koronale Schnitte, in denen eine Mischung glutamatergischer Eingaben stimuliert wurde. Daraus ergibt sich die interessante Möglichkeit, dass die CP-AMPAR-Hochregulierung auf bestimmte Glutamaterie-Eingaben in den NAc beschränkt sein kann (siehe auch Lee et al, 2013; Ma et al, 2014). Dies sollte in zukünftigen Studien berücksichtigt werden.

Die Mechanismen, die einen langanhaltenden Anstieg der CP-AMPARs der NAc induzieren, sind kaum bekannt. Wir haben jedoch kürzlich herausgefunden, dass die intrinsische Erregbarkeit von MSNs im NAc-Kern bei Fettleibigkeit anfällig ist vs Ratten (Oginsky et al, 2016). Dies kann die Schwelle für die Plastizitätsinduktion bei anfälligen Individuen senken. Beispielsweise erhöht die Aktivierung von D1-Dopamin-Rezeptoren die AMPAR-Oberflächenexpression (Wolf et al, 2003) und wohlschmeckende Lebensmittel erhöhen den NAc-Dopamin-Spiegel. Daher können durch Junk-Food induzierte Erhöhungen von Dopamin zur CP-AMPAR-Hochregulierung beitragen, obwohl noch immer unklar ist, was eine selektive langfristige Verbesserung der CP- vs Nicht-CP-AMPARs.

Nach unserem Kenntnisstand haben keine Studien Änderungen an AMPARs in der NAc-Schale nach Diätmanipulationen untersucht, die mit den hier verwendeten vergleichbar sind. Eine Studie hat jedoch gezeigt, dass eine fettreiche Diät die Dichte der dendritischen Wirbelsäule in der NAc-Schale nicht verändert (Dingess et al, 2016). Der Kern und die Schale spielen bei der Nahrungssuche eine unterschiedliche Rolle vs essen und verschiedene glutamatergische Inputs erhalten (Sesack und Gnade, 2010). Die Möglichkeit, dass Effekte in diesen Teilregionen unterschiedlich sein können, sollte daher in Zukunft untersucht werden.

Was ist die funktionale Bedeutung der CP-AMPAR-Hochregulierung?

Neben der Beeinflussung der nachfolgenden Plastizität (Cull-Candy et al, 2006), AMPARs vermitteln ein durch Cue ausgelöstes Verhalten bei der Nahrungssuche (Di Ciano et al, 2001) und CP-AMPARs im NAc-Kern vermitteln eine verstärkte durch Cue ausgelöste Kokainsuche in der Inkubation des "Craving" -Modells (Wolf und Tseng, 2012; Wolf, 2016). Wir haben kürzlich festgestellt, dass Ratten, die anfällig für Übergewicht sind, eine verbesserte Annäherung, eine stärkere Stärkung der Nahrungssuche (PIT) und eine stärkere konditionierte Verstärkung als Reaktion auf ein Nahrungshinweissignal nach dem Konsum von Junk-Food zeigen (Robinson et al, 2015; und unveröffentlichte Bemerkungen). Diese Verhaltensweisen werden zum Teil durch glutamatergische Übertragung in der NAc vermittelt. Daher spekulieren wir, dass die durch den Verzehr von zuckerhaltigen, fetthaltigen Lebensmitteln hervorgerufenen Erhöhungen der NAc-CP-AMPARs zu einer verstärkten durch Cue ausgelösten Nahrungssuche in anfälligen Bevölkerungsgruppen führen können. Natürlich muss diese Hypothese direkt getestet werden, sie stimmt jedoch mit der Rolle von CP-AMPARs bei durch Cue ausgelösten Kokainsuchen überein.

Es gibt einige bemerkenswerte Unterschiede zwischen der durch Lebensmittel und Kokain hervorgerufenen Hochregulierung von CP-AMPARs. Kokaininduzierte Erhöhungen der NAc-Core-CP-AMPARs erfordern eine längere Exposition gegenüber intravenösem Kokain und mindestens eine 3-Wochen nach Absetzen (Wolf und Tseng, 2012). Im Gegensatz dazu trat der hier festgestellte Anstieg bereits nach einem 1-Tag mit Junk-Food-Entzug und nur 9-10-Tagen mit Junk-Food-Exposition auf. Die Fähigkeit von Junk-Food, sofortige und langanhaltende Veränderungen in CP-AMPARs hervorzurufen, ist etwas überraschend, da wiederholtes ip-Kokain oder Amphetamin oder ein eingeschränkter Zugang zur Kokain-Selbstverabreichung die CP-AMPARs nicht erhöhen (Nelson et al, 2009; Wolf und Tseng, 2012). Darüber hinaus ist das Ausmaß der durch Junk-Food induzierten Anstiege bei CP-AMPARs vergleichbar mit Anstiegen, die nach längerer Kokain-Selbstverabreichung und -entnahme gefunden wurden und die eine durch Cue ausgelöste Kokainsuche auslösen (~ 40% hier und ~ 30% nach Kokainentzug). . Obwohl direkte Vergleiche mit Kokain schwierig sind, scheint es, dass Junk-Food die CP-AMPAR-Hochregulierung leichter als Kokain induziert und / oder diese Erhöhung über verschiedene Mechanismen erzeugt.

Bezieht sich die AMPAR-Hochregulierung auf eine verstärkte kokaininduzierte Fortbewegung bei anfälligkeitsträchtigen Ratten?

Obwohl eine stärkere Kokain-induzierte Fortbewegung bei anfälligen Ratten mit erhöhter mesolimbischer Funktion im Einklang steht, ist es unwahrscheinlich, dass dies auf Änderungen der AMPAR-Expression oder -Funktion zurückzuführen ist. Erstens ist die Empfindlichkeit gegenüber Kokain-induzierter Fortbewegung bei selektiv gezüchteten, zu Adipositas neigenden Ratten erhöht, wenn die Expression und Funktion von AMPAR sich zwischen diesen Gruppen nicht unterscheiden (Oginsky et al, 2016; Vollbrecht et al, 2016; aktuelle Ergebnisse). Darüber hinaus haben frühere Studien gezeigt, dass die durch wiederholte Kokaininjektion induzierte lokomotorische Sensibilisierung zu einer Erhöhung der AMPAR-Expression und -Funktion führt, dass diese Änderung jedoch nicht direkt die Expression der lokomotorischen Sensibilisierung vermittelt (Ferrario et al, 2010). Vielmehr sind erfahrungsinduzierte Erhöhungen der NAc-AMPAR-Expression und -Funktion enger mit einer gesteigerten Anreizmotivation verbunden (Wang et al, 2013; Ferrario et al, 2010; Wolf und Ferrario, 2010).

Zusammenfassung und zukünftige Richtungen

Wir zeigen, dass das Essen von Junk-Food die NAc-CP-AMPAR-Expression und -funktion bei Ratten mit Übergewicht erhöht. Wir vermuten, dass die CP-AMPAR-Hochregulierung zu zuvor beobachteten Anstiegen der durch Cue ausgelösten Motivation in anfälligen und adipösen Populationen (z. B. Robinson et al, 2015), obwohl dies in Zukunft direkt getestet werden sollte. Angesichts der anhaltenden Diskussion über den Beitrag der „Nahrungsmittelsucht“ zur Fettleibigkeit (Brown et al, 2015; Carr et al, 2011; Epstein und Shaham, 2010; Kenny, 2011; Volkow et al, 2013) ist es wichtig zu bestimmen, inwieweit diese durch Lebensmittel hervorgerufenen Veränderungen der Striatalfunktion Teil normaler adaptiver Prozesse sein können vs maladaptive, "süchtig-ähnliche" Verhaltensweisen.

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Finanzierung und Offenlegung

Kokain wurde durch das NIDA-Arzneimittelversorgungsprogramm bereitgestellt. Diese Arbeit wurde von NIDDK R01DK106188 to CRF unterstützt. MFO wurde von NIDA T32DA007268 unterstützt. PBG wurde vom Michigan Diabetes Research Center (NIH Grant P30 DK020572) und vom Michigan Nutrition and Obesity Research Center (P30 DK089503) unterstützt. Die Autoren erklären keinen Interessenkonflikt.

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