Biol Psychiatry. Autorenmanuskript; verfügbar in PMC 2014 Jan 8.
Biol Psychiatrie. 2013 kann 1; 73 (9): 10.1016 / j.biopsych.2012.11.027.
Veröffentlicht online 2013 Jan 8. doi: 10.1016 / j.biopsych.2012.11.027
PMCID: PMC3885159
NIHMSID: NIHMS537768
Die endgültig bearbeitete Version dieses Artikels des Herausgebers finden Sie unter Biol Psychiatry
Siehe Kommentar “Tiermodelle führen den Weg zu einem besseren Verständnis der Ernährungssucht und bieten Beweise dafür, dass Drogen, die erfolgreich in Abhängigkeit verwendet werden, bei der Behandlung von Überessen Erfolg haben können"In Biol Psychiatry, Band 10 auf Seite e11.
Abstrakt
Hintergrund
Es besteht großes Interesse daran zu untersuchen, ob belohnungsabhängige Ernährung im Gehirn drogenartige Plastizität erzeugen kann. Das Gamma-Aminobuttersäure- (GABA) -System in der Schale des Nucleus Accumbens (Acb), das hypothalamische Zufuhrsysteme moduliert, ist gut positioniert, um die homöostatische Kontrolle der Fütterung mit „Usurp“ zu steuern. Es ist jedoch nicht bekannt, ob in diesem System ernährungsinduzierte Neuroadaptationen auftreten.
Methoden
Einzelne Gruppen von ad libitum-gehaltenen Ratten wurden täglich Anfällen von gesüßtem Fett, Raubtierstress oder Intra-Acb-Shell-Infusionen von entweder D-Amphetamin (2 oder 10 μg) oder dem μ-Opioid-Agonisten D- [Ala2] ausgesetzt. N-MePhe4, Gly-ol] -enkephalin (DAMGO, 2.5 μg), dann mit einer Intra-Acb-Shell-Infusion der GABA herausgefordertA Agonist, Muscimol (10 ng).
Die Ergebnisse
Exposition gegenüber gesüßtem Fett robust sensibilisierte Muscimol-induzierte Fütterung. Die Sensibilisierung war 1 eine Woche nach Beendigung des genießbaren Ernährungsplans vorhanden, hatte sich jedoch nach 2-Wochen verringert. Ratten, die gesüßtem Fett ausgesetzt waren, zeigten keine veränderte Ernährungsreaktion auf Nahrungsentzug. Wiederholte Intra-Acb-Shell-Infusionen von DAMGO (2.5 μg) sensibilisierten auch die Muscimol-gesteuerte Muscimol-Fütterung innerhalb der Acb. Weder wiederholte Intra-Acb-Shell-Infektionen mit d-Amphetamin (2 oder 10 μg) noch die intermittierende Exposition gegen einen aversiven Stimulus (Raubtierstress) veränderten jedoch die Empfindlichkeit gegenüber Muscimol.
Schlussfolgerungen
Eine schmackhafte Fütterung führt zu einer Überempfindlichkeit der GABA-Antworten der Acb-Hülle; dieser Effekt kann die durch Fütterung induzierte Freisetzung von Opioidpeptiden beinhalten. Erhöhte Erregung, aversive Erfahrungen oder erhöhte Katecholamin-Transmission allein reichen nicht aus, um die Wirkung hervorzurufen, und ein hungerinduzierter Fütterungsdrang reicht nicht aus, um die Wirkung zu erkennen. Diese Ergebnisse zeigen eine neuartige Art der Lebensmittel-induzierten Neuroadaptation innerhalb des Acb. Mögliche Implikationen für das Verständnis der Kreuzungseffekte zwischen Nahrungsmittelbelohnung und Drogenbelohnung werden diskutiert.
Es wird vermutet, dass ein wesentlicher Faktor für die derzeitige Epidemie von Adipositas die Prävalenz von billigen, sehr wohlschmeckenden, energiedichten Nahrungsmitteln ist, die das nichthomeostatische Fütterungsverhalten aufgrund ihrer stark belohnenden Eigenschaften (1-3). Da diese Nahrungsmittel dieselben zentralen Wege einnehmen, die mit der Sucht verbunden sind (4-6), bestand ein erhebliches Interesse an der Feststellung, ob ihre Aufnahme neuroplastische Veränderungen hervorruft, die denen von Missbrauchsdrogen ähneln. Die am meisten beachteten Systeme sind die Dopamin - und Opioidsysteme in der Nucleus Accumbens (Acb). Mehrere Gruppen haben gezeigt, dass eine wiederholte Exposition bei genießbarer Ernährung, insbesondere bei zucker- oder fettangereicherten Lebensmitteln, die Neurotransmitterdynamik, die Rezeptorempfindlichkeit und die Genexpression innerhalb dieser Systeme stark verändert und bingähnliche Ernährungsmuster und andere Verhaltensänderungen hervorruft, die an suchtähnliche Prozesse erinnern (7-13).
Ein weiterer wichtiger Akteur bei der neuronalen Steuerung des appetitiven Verhaltens ist das Acb-lokalisierte Gamma-Aminobuttersäure-System (GABA). Akute Hemmung von Acb-Shell-Neuronen mit GABA-Agonisten löst bei gesättigten Ratten eine massive Ernährungsreaktion aus; Dieser Effekt zählt zu den dramatischsten Syndromen drogeninduzierter Hyperphagie, die von überall im Gehirn ausgelöst werdenn (14-19). Diese Hyperphagie beruht zum Teil auf der Rekrutierung von peptidkodierten hypothalamischen Systemen, die an der Regulierung des Energiebilanz beteiligt sind (20-22). Darüber hinaus ist die vordere Acb-Schale die einzige telencephale Stelle, die bekanntermaßen GABA-induzierte Erleichterung der hedonischen Geschmacksreaktivität unterstützt (23). Die Acb-Hülle wurde daher als wesentlicher Knoten im Vorderhirnnetz vorgeschlagen, der nachgelagerte Energiebilanzsysteme in Übereinstimmung mit affektiven / motivationalen Kontingenzen moduliert (24-26). Ein Netzwerkknoten mit diesen Eigenschaften könnte daher einen entscheidenden Ort für die schmackhafte durch Ernährung induzierte Neuroplastizität darstellen. Überraschenderweise wurde das Acb-Shell-GABA-System in dieser Hinsicht jedoch nicht untersucht.
Unser Ziel in dieser Studie war es zu bewerten, ob wiederholte Erfahrungen mit belohnungsgesteuerter, nicht-homostatischer Fütterung zu Neuroadaptationen in Acb-Shell-GABA-Systemen führen. Wir entdeckten, dass ein bescheidenes Schema der intermittierenden Aufnahme von gesüßtem Fett die durch direkte Stimulation von GABA hervorgerufenen Fütterungsreaktionen stark sensibilisiertA Rezeptoren in der Acb-Schale. Wir untersuchten die Verhaltens- und pharmakologischen Mechanismen, die diesem Effekt zugrunde liegen. Dabei lag der Schwerpunkt auf der möglichen Beteiligung von lokalen opiatergen und dopaminergen Mechanismen der Intra-Acb-Schale.
Methoden und Materialien
Themen
Männliche Sprague-Dawley-Ratten (Harlan Laboratories, Madison, Wisconsin), die bei ihrer Ankunft 300 bis 325 g wogen, wurden paarweise in klaren Käfigen mit ungehindertem Zugang zu Nahrungsmitteln und Wasser (mit Ausnahme bestimmter Experimente wie nachfolgend beschrieben) in Licht und Temperatur gehalten -gesteuertes Vivarium. Sie wurden unter einem 12-h-Hell / Dunkel-Zyklus gehalten (Lichter an 7: 00 AM). Alle Einrichtungen und Verfahren entsprachen den Richtlinien für die Verwendung und Pflege von Tieren der US-amerikanischen National Institutes of Health und wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee der University of Wisconsin beaufsichtigt und genehmigt.
Chirurgie und Placement-Verifizierung
Bilaterale Führungskanülen aus Edelstahl, die auf die Acb-Schale (23-Messgerät) gerichtet waren, wurden gemäß Standardverfahren für stereotaktische Maßnahmen implantiert [für Details siehe Baldo und Kelley (27)]. Die Koordinaten der Infusionsstelle (in Millimeter vom Bregma) waren + 3.2 (anteroposterior); + 1.0 (Lateromedial); −5.2 von der Schädeloberfläche (dorsoventral). Drahtstifte wurden in die Kanülen eingeführt, um eine Blockierung zu verhindern, und die Ratten wurden bis zu 7 Tage vor dem Testen geborgen. Am Ende jedes Experiments wurden die Positionen der Kanülen durch Betrachtung von mit Nissl gefärbten Hirnschnitten unter Lichtmikroskopie bestimmt (weitere Einzelheiten siehe Ergänzung 1). Ratten mit falschen Kanülenplatzierungen wurden aus der statistischen Analyse gestrichen. Die in diesem Abschnitt angegebenen Gruppengrößen stellen die endgültigen Gruppengrößen dar, nachdem Probanden mit falschen Platzierungen weggelassen wurden.
Medikamente und Mikroinfusionen
Edelstahl-Injektoren (30-Messgerät) wurden abgesenkt, um 2.5 mm über die Spitze der Führungskanülen hinaus zu ragen. Bilaterale Druckinjektionen wurden unter Verwendung einer Mikrodrive-Pumpe durchgeführt. Die Medikamente wurden mit einer Rate von .32 μL pro Minute infundiert. Die Gesamtdauer der Infusion betrug 93 sec, was zu einem Gesamtinfusionsvolumen von .5 μL pro Seite führte. Nach der Infusion wurden die Injektoren für 1 min an Ort und Stelle belassen, um die Diffusion des Injektats zu ermöglichen, bevor die Stilets ersetzt wurden. Muscimol, D- [Ala2, N-MePhe4, Gly-ol] -enkephalin (DAMGO) und d-Amphetamin (AMPH) wurden alle in .9% steriler Salzlösung gelöst.
Schmackhafte Fütterung
Die Ratten wurden an zwei aufeinanderfolgenden 30-Tagen täglich zwei 5-Min-Sitzungen (Vormittags- und Nachmittags-Sitzung) ausgesetzt. Diese Sitzungen fanden in Plexiglas-Testkäfigen statt, die mit den heimischen Käfigen identisch waren, mit Ausnahme von Drahtgitterböden, die das einfache Sammeln von verschüttetem Essen ermöglichen. Während der Vormittagssitzung (11: 00 – 11: 30 AM) wurden Ratten entweder gesüßtes Fett angeboten (Versuchsgruppe; n = 14) oder Standardfutter (Kontrollgruppe; n = 14) und darf frei essen. Das gesüßte Fett war eine experimentelle Teklad-Diät (TD 99200), die aus einer Verkürzung mit 10% Sucrose mit einer Energiedichte von 6.2 kcal / g bestand (weitere Einzelheiten siehe Ergänzung 1). Wasser war für beide Gruppen verfügbar. Sie wurden dann in ihre Käfige zurückgebracht, wobei Essen und Wasser frei verfügbar waren. In den Nachmittagssitzungen (3: 00 – 3: 30 PM) wurden Ratten erneut in die Testkäfige gesetzt, beide Gruppen erhielten jedoch Standardfutter (und Wasser). So erfuhren Ratten in der Versuchsgruppe sowohl schmackhafte Nahrung als auch Standardfutter in der Testumgebung. Dies wurde durchgeführt, um die Versuchsgruppe auf die Aufnahme von Chow in den Testkäfigen zu akklimatisieren, da Chow in der zweiten Phase des Experiments verwendet wurde (siehe unten "Niedrigdosis-Muscimol-Challenge in der Testumgebung"). Die Aufnahme in die Testkäfige wurde jeden Tag aufgezeichnet. In den Hauskäfigen waren zu jeder Zeit Standardfutter (Teklad-Nagetier-Laborkost) und Wasser verfügbar.
Stressor-Expositionsschema
Diese Manipulation ahmte den genießbaren Fütterungsplan für 5-Tage nach, mit der Ausnahme, dass Ratten in der Versuchsgruppe (n = 11) erhielt in den Morgenstunden einen aversiven Reiz (Raubtierstress) anstelle von schmackhaftem Essen. Jede Ratte wurde täglich in einen schützenden Metallgitterkäfig (7 in × 8 in × 9 in) gebracht, der für 5 min in den Hauskäfig des Frettchens (ein natürliches Raubtier von Ratten) gebracht wurde. Die Schutzkäfige erlaubten es den Tieren, sich zu sehen, zu hören und zu riechen, verboten jedoch Körperkontakt. Es ist bekannt, dass dieses Expositionsniveau die Corticosteron-Plasmaspiegel signifikant erhöht und eine erhöhte Erregung und Wachsamkeit fördert, die mindestens 30 min über die Beendigung der Frettchenexposition hinaus anhält (28,29). Kontrollratten (n = 10) wurden in identische kleine Schutzkäfige gestellt und in einen neuen, aber neutralen (dh keine Frettchen) Raum gebracht. Nach 5-min-Frettchen- oder Neutralexposition wurden Versuchs- und Kontrollratten aus den kleinen Käfigen entfernt und sofort in einem Standard-Plexiglas-Testkäfig (siehe Einzelheiten unter „Schmackhaftes Fütterungsregime“) in einem anderen Testraum als dem Frettchen- oder Neutralraum untergebracht für eine 30-Min-Sitzung (11: 00 – 11: 30 AM). Lebensmittel (Standard Rattenfutter) und Wasser waren frei verfügbar. Alle Ratten wurden nach dieser Sitzung in ihre Käfige zurückgebracht. Um den schmackhaften Fütterungsplan weiter zu imitieren, wurden alle Ratten dann einer zweiten täglichen 30-Min-Sitzung (3: 00 – 3: 30 PM) in denselben Testkäfigen wie ihre Morgenkäfige ausgesetzt, jedoch ohne Frettchen- (oder neutrale) Exposition . Erneut waren Essen und Wasser für diese Nachmittagssitzung frei verfügbar. Die Ratten wurden nach Abschluss der Tests in ihre Käfige zurückgebracht.
Wiederholte AMPH-Therapie
Diese Manipulation ahmte den genussvollen 5-Tag-Fütterungsplan nach, mit der Ausnahme, dass Ratten in der experimentellen Gruppe tägliche AMPH-Infusionen mit Acb-Shell-Infusionen anstelle von schmackhaften Nahrungsmitteln für ihre täglichen Vormittagssitzungen erhielten. Intra-Acb-Schaleninfusionen von AMPH (2 oder 10 μg, n = 11 für jede Dosis) oder Kochsalzlösung (n = 20) wurden unmittelbar vor dem Ablegen der Ratten in die Testkäfige für die morgendlichen Sitzungen gegeben (11: 00-11: 30 AM). Standard-Rattenfutter und Wasser waren während dieser Zeit frei verfügbar, und die Aufnahme wurde aufgezeichnet. Die AMPH-induzierte Hyperaktivität wurde von einem experimentierfreudigen Experimentator überwacht, wobei ein Verfahren zur Beobachtung der Verhaltensbeobachtung im Zeitstichprobenverfahren verwendet wurde, bei dem die Häufigkeit des Auftretens von vier Verhaltensweisen (Käfigkreuzung, Aufzucht, gerichtetes Schnüffeln und Putzen) in 20-sec aufgezeichnet wurde Zeitfächer alle 5 min für jede Ratte. Ratten aus dem Raubtierstressexperiment wurden für die Gruppe 2-μg AMPH wiederverwendet.
Alle Ratten erhielten eine zweite tägliche Exposition gegenüber den Testkäfigen (3: 00 – 3: 30 PM), wobei Standardfutter und Wasser vorhanden waren, jedoch keine Medikamenteninfusionen. Die Ratten wurden nach Abschluss der Tests in ihre Käfige zurückgebracht.
Muscimol-Herausforderung mit niedriger Dosis in der Testumgebung
Nach 5-Tagen mit versüßtem Fett, Raubtierstress oder wiederholten AMPH-Manipulationen erhielten Ratten in der Testumgebung bilaterale Intra-Acb-Shell-Herausforderungen mit Kochsalzlösung und Muscimol (10 ng / .5 μl pro Seite). Alle Ratten wurden am sechsten Tag (dh 1-Tag nach Absetzen ihrer jeweiligen 5-Tage-Behandlungsmanipulationen) mit Kochsalzlösung und am siebten Tag Intra-Acb-Muskimol verabreicht. An jedem dieser Tage erhielten die Ratten unmittelbar vor dem Einsetzen in die Testkäfige für ihre gewohnte Nachmittagssitzung ihre Intra-Acb-Shell-Infusionen (3: 00-3: 30 PM). An diesen Tagen gab es keine morgendlichen Sitzungen. Lebensmittel (Standardfutter) und Wasser waren frei verfügbar. Die Aufnahme wurde gemessen und die Ratten wurden nach Beendigung des Tests in ihre Käfige zurückgebracht. Chow wurde für diese Phase des Experiments verwendet, da alle Gruppen zuvor Chow-Chow in der Testumgebung erhalten hatten, wodurch die Verwirrung der Lebensmittelneuheit beseitigt wurde. Da die Chow-Aufnahme zu Beginn des Behandlungsbeginns niedrig war, war die Wahrscheinlichkeit geringer, auf Deckeneffekte bei muscimolinduzierter Hyperphagie zu stoßen.
Eine Untergruppe der Ratten, die dem schmackhaften Fütterungsschema ausgesetzt waren (n = 10 gesüßtes Fett, n = 10-Chow-Kontrollen) erhielten zusätzliche Salz- und Muscimol-Infusionen 7 Tage nach Ende des Expositionsprotokolls mit gesüßtem Fett, ohne dass eine Exposition mit gesüßtem Fett dazwischen erfolgte. Eine dritte Infusionssequenz mit Kochsalzlösung / Muscimol wurde diesen Ratten 14 Tage nach Ende des Protokolls verabreicht, wiederum ohne zwischenzeitlich gesüßtes Fett.
Beachten Sie, dass die Reihenfolge der Infusionen mit Kochsalzlösung und Muscimol nicht ausgeglichen war (dh, die Kochsalzlösung stand immer an erster Stelle), so dass alle möglichen kontextabhängigen oder anregungsbedingten Fütterungsreaktionen am Saline-Challenge-Tag ohne die Interpretationsstörung eines vorangehenden Muscimols nachgewiesen werden konnten Herausforderung. Beachten Sie auch, dass für die 10-μg AMPH-Gruppe am Tag 50 eine zusätzliche Muscimol-Herausforderung (8 ng) verabreicht wurde.
Herausforderung der Nahrungsmittelentzug in der Testumgebung
Die Ratten wurden wie zuvor beschrieben (5-Tage) dem schmackhaften Fütterungsschema unterzogen (n = 10 für die Gruppe mit gesüßtem Fett n = 11 für die Chow-Kontrollgruppe). Am sechsten Tag erhielten alle Tiere eine Salzinfusion und wurden in ihrer gewohnten Nachmittagssitzung (3: 00 – 3: 30 PM) mit Standardfutter und Wasser getestet. Es wurde keine Vormittagssitzung gegeben. Als nächstes erhielten alle Ratten eine Nahrungsentzugskampagne, bei der den Heimkatzen 18 Stunden vor dem Testen (dh am Abend des Salzkonzentrationstages) Nahrung entzogen wurde. Am nächsten Tag erhielten diese Ratten, denen die Nahrung entzogen war, Intra-Acb-Infusionen mit Shell-Salzlösung und wurden am Nachmittag in die Testkäfige (mit normalem Futter und Wasser) gegeben, ohne vormittags Sitzung. Die Aufnahme wurde gemessen und die Ratten wurden nach Beendigung des Tests in ihre Käfige zurückgebracht.
DAMGO / Muscimol Cross-Sensitization
Wir verwendeten ein etwas anderes Design für dieses Experiment, da 2.5-μg DAMGO bei der ersten Medikamentenexposition der Ratten eine Sedierung verursacht; Diese Sedierung nimmt in etwa 30 bis 45 min ab (woraufhin Ratten für ~ 90 min zu essen beginnen). Daher haben wir eine einzige 2-stündige tägliche Sitzung ohne Nachmittagssitzung verwendet. Ad libitum-gehaltene Ratten erhielten vier Intra-Acb-Shell-Infusionen (eine Infusion pro Tag, jeden zweiten Tag) mit steriler .9% iger Kochsalzlösung (n = 7) oder DAMGO (2.5 & mgr; g / .5 & mgr; L pro Seite; n = 6). Nach der Infusion wurden die Ratten sofort in 2-h-Käfige (11: 00 AM – 1: 00 PM) getestet, wobei Standardchow und Wasser zur Verfügung standen. 48 Stunden nach der letzten der wiederholten Behandlungen erhielten die Probanden eine Intra-Acb-Shell-Infusion mit steriler Salzlösung und wurden für 2-Stunden mit Standardfutter und Wasser in die Testkäfige gegeben. Zwei Tage später wurden sie mit Muscimol (10 ng / .5 μl) belastet und erneut unmittelbar nach der Infusion in die Testkäfige für 2-Stunden mit Standardfutter und Wasser gestellt. An jedem Testtag wurde die Aufnahme aufgezeichnet, und die Ratten wurden unmittelbar nach Ende der Testsitzung in ihre Käfige zurückgebracht.
Statistische Analyse
Zweifaktoren-Varianzanalysen (Behandlung × Tag oder Behandlungsgeschichte × Medikamentenanforderung, falls zutreffend) mit geplanten Vergleichen wurden verwendet, um die Unterschiede zwischen experimentellen Manipulationen (Diät, Medikamentenbehandlung, Stress) und den jeweiligen Kontrollen zu bewerten. Alpha wurde eingestellt p <05. Die Analysen wurden unter Verwendung der StatView-Software (SAS Institute, Cary, North Carolina) durchgeführt.
Die Ergebnisse
Intermittierende Anfälle von gesüßtem Fett sensibilisieren die von Intra-Acb Shell Muscimol freigesetzte Nahrungsreaktion
Die Zufuhr von gesüßtem Fett in den morgendlichen Fütterungssitzungen eskalierte im Verlauf des 5-Day-Protokolls für intermittierenden Zugriff [F(4,52) = 13.3; p <0001; Abbildung 1A]. Am fünften Tag betrug die mittlere Aufnahme von gesüßtem Fett 4.9 g, entsprechend 30.4 kcal, verglichen mit der mittleren Aufnahme von 1.8 kcal von Chow in der Kontrollgruppe. Wichtig ist, dass es insgesamt keine Unterschiede im Körpergewicht zwischen den gesüßten Fett- und den Chow-Chow-Gruppen im Verlauf des 5-Day-Protokolls gab.F(1,26) = .3; nicht signifikant (ns)], und keine Diät × Tageswechselwirkung auf das Körpergewicht [F(4,104) = 1.2; ns]. Daher schienen Ratten in der Versuchsgruppe die erhöhte Kalorienzufuhr zu kompensieren, wahrscheinlich durch Verringerung der Ad-libitum-Chow-Aufnahme in den Hauskäfigen (dh, die kurzen Episoden versüßter Fetteinwirkung führten nicht zu adipösen Effekten). Für die Nachmittagssitzungen, in denen beide Gruppen Chow angeboten wurden, gab es keine Unterschiede zwischen den Gruppen bei der Einnahme und keine Wechselwirkungen zwischen Diät und Tag (Fs = .2 – 1.3; ns). Daher beeinflusste die morgendliche Fett-Fett-Exposition nicht die niedrige Fütterungsrate, die in den Chow-Einnahme-Sitzungen am Nachmittag beobachtet wurde.
Nach Abschluss dieses intermittierenden Zugangsprotokolls wurden alle Ratten mit Intra-Acb-Shellinfusionen von Salzlösung und Muscimol (10 ng) infiziert. Ratten, die mit gesüßtem Fett exponiert waren, zeigten im Vergleich zu mit Chow belichteten Kontrollen keine veränderte Reaktion auf die Salzlösung. Sie zeigten jedoch eine robuste, hochsignifikante Sensibilisierung für die Muscimol-induzierte Nahrungsaufnahme (Ernährung × Wechselwirkung mit Medikamenten [F(1,26) = 13.6, S. = 001. Figure 2 für spezifische Vergleiche]. Die Wasseraufnahme war nicht betroffen. Wie gezeigt in Figure 2, Muscimol-Sensibilisierung war noch 7 Tage nach dem gesüßten Fett-Regime vorhanden [F(1,18) = 9.3; p = .007]; 14 Tage nach der Exposition hatte sich die sensibilisierte Reaktion jedoch verringert [F(1,14) = 1.6; ns]. Schliesslich zeigten Ratten, die dem gesüßten Fett-Regime ausgesetzt waren, im Vergleich zu ihren mit Chow-Exponierten behandelten Tieren keine 18-stundenbedingte Erniedrigung des Essens.F(1,19) = .004, ns; Figure 2].
Kreuzsensibilisierung zwischen μ-Opioid-Rezeptor und GABA-Rezeptor-Stimulation in der Acb-Shell
Wie in gezeigt Figure 3Die Intra-Acb-Schale DAMGO erzeugte an jedem 4-Injektionstag der Phase „wiederholte DAMGO“ robuste Hyperphagie [F(1,11) = 62.3; p <.0001]. Nach diesen wiederholten Behandlungen forderten wir die Ratten mit Kochsalzlösung und Muscimol heraus; Für diese Herausforderungen ergab die Varianzanalyse starke Haupteffekte der chronischen Behandlungsgeschichte [F(1,11) = 7.8; p = .018] und Arzneimittelherausforderung [F(1,11) = 12.1; p = .005], aber keine Interaktion [F(1,11) = 1.4; ns]. Trotzdem zeigten geplante Vergleiche zwischen der DAMGO- und der Salzlösungsgruppe für jede der Challenge-Injektionen, dass die Nahrungsaufnahme als Reaktion auf die Muscimol-Exposition innerhalb der Acb-Schale bei mit DAMGO behandelten Ratten signifikant höher war als bei mit Salzlösung vorbehandelten Ratten (p <05), aber dass die Reaktion auf eine Kochsalzlösung zwischen den Gruppen nicht unterschiedlich war.
Abwesenheit von Muscimol-Überempfindlichkeit nach wiederholter intermittierender Belastung oder Intra-Acb-Shell-AMPH-Infusionen
Es wurden zwei Experimente durchgeführt, um die Auswirkungen der Exposition gegenüber Raubtieren und wiederholten AMPH-Behandlungen auf die nachfolgende Reaktion auf Muscimol zu testen. Zunächst wurden Ratten einem 5-Tag mit intermittierender Räuber-Exposition unterzogen, gefolgt von Intra-Acb-Shell-Kochsalzlösung und Muscimol (10 ng). Wie gezeigt in Figure 4, diese Geschichte der Stressor-Exposition veränderte die Fütterungsreaktion auf eine nachfolgende Muscimol-Herausforderung nicht [F(1,19) = 1.1, ns]. Als nächstes wurden die gleichen Ratten einem 5-Tagesregime täglicher AMPH-Infusionen mit Acb-Schale (2 μg) unterzogen. Wie erwartet, erzeugte AMPH eine robuste motorische Aktivierung, die sich in „zusammengesetzten Aktivitätsbewertungen“ von Käfigüberquerung, Aufzucht, gerichtetem Schnüffeln und Putzen (siehe Methoden und Materialien) im Vergleich zu mit Salzlösung behandelten Ratten widerspiegelte [F(1,22) = 53.9; p <0001; Abbildung 5A], was darauf hinweist, dass die Dosis eindeutig verhaltensaktiv war. Akute AMPH-Behandlungen änderten jedoch nicht das Aufnahmeverhalten [Behandlung × Tageswechselwirkung: F(4,76) = .5, ns; Daten nicht gezeigt]. Nach Abschluss der wiederholten AMPH- oder Salzbehandlungsphase des Experiments wurden alle Ratten mit Intra-Acb-Schalensalzlösung und Muscimol belastet. AMPH veränderte die Empfindlichkeit gegenüber Muscimol-induzierter Fütterung nicht signifikant (Abbildung 5B). Es gab eine signifikante Vorbehandlung x Behandlungseffekt [F(1,19) = 3.6; p = .02]; Planmäßige Vergleiche ergaben jedoch, dass diese Interaktion hauptsächlich auf einen großen Unterschied zwischen den Probanden bei den Reaktionen auf Kochsalzlösung gegenüber Muscimol in der AMPH-Gruppe zurückzuführen war (p = .0009). Es gab jedoch keinen signifikanten Unterschied zwischen der Salz- und der AMPH-Gruppe in Reaktion auf die Muscimol-Herausforderung (p = .11).
Um die Auswirkungen mehrerer AMPH-Infusionen auf die Muscimol-Empfindlichkeit weiter zu untersuchen (in Anbetracht der Tatsache, dass gestresste Ratten für das AMPH-Experiment wiederverwendet wurden und diese vorherigen Stresserfahrungen möglicherweise ihre AMPH-Antworten modifiziert haben), wurde ein zweites Experiment in einer separaten Gruppe von naiven Ratten durchgeführt Die Patienten unterzog sich einer 5-Tagesbehandlung mit Intra-Acb-Shell-Infusionen mit einer höheren AMPH-Dosis (10 μg), gefolgt von Intra-Acb-Shell-Herausforderungen mit Kochsalzlösung und zwei Dosen Muscimol (10 und 50 ng). Wiederum beobachteten wir eine robuste akute motorische Aktivierung als Reaktion auf die AMPH-Infusionen [F(1,22) = 83.7; p <0001; Figure 6], aber keine Auswirkungen auf die Fütterung [F(4,76) = 1.7, ns]. Wenn diese Ratten entweder mit 10-ng oder 50-ng Intra-Acb-Muskimol belastet wurden, zeigten sie keine sensibilisierten Fütterungsreaktionen [F(2,38) = 1.4; ns]. Als positive Kontrolle wurden Ratten in der AMPH-Gruppe dann dem 5-Tag-Fettfettregime ausgesetzt (und Ratten in der Salzsäuregruppe dem Chow-Chime); Alle Ratten wurden dann mit einer Intra-Acb-Shell-Infusion von 10-ng Muscimol belastet. Wir beobachteten bei diesen Ratten eine sensibilisierte Muscimol-Fütterungsreaktion nach Exposition mit gesüßtem Fett [F(1,19) = 5.8; p = .027; Einsatz, Figure 6], was zeigt, dass dieselben Ratten, die nach wiederholten AMPH-Infusionen keine Sensibilisierung zeigten, in der Lage waren, Muscimol-Sensibilisierung als Reaktion auf die Exposition mit gesüßtem Fett zu entwickeln und zu exprimieren.
Kanülenplatzierungen
Figure 7 zeigt eine schematische Kartierung von Kanülenplatzierungen aus allen Experimenten dieser Studie. Wie in der Abbildung zu sehen ist, fiel die überwiegende Mehrheit der Platzierungen (95%) in die vordere Hälfte der medialen Acb-Hülle, einschließlich des fernen Rostralsektors. Fünf Prozent der Platzierungen fielen nur kaudal auf den Mittelpunkt der anteroposterioren Ausdehnung der Schale, innerhalb des Sektors, der appetitliche Reaktionen auslöst, aber rostral in der Zone, die defensives Verhalten zeigt (18). Die Platzierungen innerhalb dieser Zonen waren in allen Experimenten gleichmäßig vertreten, und es gab keine systematischen Unterschiede bei den Verhaltens- oder pharmakologischen Effekten aufgrund von Variationen bei der Platzierung in der anteroposterioren Achse.
Diskussion
In dieser Studie demonstrieren wir eine neuartige Art der Ernährung, die durch Fütterung im Gehirn entsteht. Der zeitweilige Anfall von gesüßtem Fett sensibilisierte den durch eine niedrig dosierte Muscimol-Herausforderung in der Acb-Schale induzierten Fütterungseffekt auf robuste Weise; Die sensibilisierte Wirkung entsprach in etwa der durch eine fünfmal höhere Dosis von Muscimol bei naiven Ratten. Diese Überempfindlichkeit schien nicht die unspezifische Folge einer allgemeinen Erregung oder einer Diversifizierung der Umwelt zu sein, die mit der intermittierenden Exposition mit gesüßtem Fett einherging. Dementsprechend wiederholte Exposition bei stark erregenden Stimuli (intermittierende Stressor-Exposition), auch bei Patienten mit positiver motivationaler Valenz (Intra-Acb-Shell-AMPH) (30-33) reichten nicht aus, um die Muscimol-induzierte Fütterung zu sensibilisieren. Im Gegensatz dazu erzeugten Intra-Acb-Shell-DAMGO-Infusionen, die während der Sensibilisierungs-Induktionsphase des Experiments zu einer Fütterung führten, eine robuste Kreuzsensibilisierung gegen Muscimol. Daher ist für die Induktion der GABA-Sensibilisierung eine gemeinsame Eigenschaft der Fettzufuhr mit gesüßtem Fett und der Aufnahme von μ-Opioid-haltigem Chow-Chow neben der Verbesserung der allgemeinen Erregung erforderlich. Dies zeigt implizit, dass für Zucker oder Fett spezifische orosensorische oder postbeständige Eigenschaften für die Entwicklung einer Muscimol-Sensibilisierung nicht zwingend sind. Stattdessen kann der übliche Induktionsmechanismus ein wiederholtes μ-Opioidsignal in der Acb-Hülle sein, das entweder durch exogene DAMGO-Verabreichung oder durch die Freisetzung von endogenem μ-Opioidpeptid durch versüßte Fettablagerung erzeugt wird.
In dieser Hinsicht wurde gezeigt, dass die Stimulierung von intra-Acb-μ-Opioidrezeptoren auf der Ebene des Acb eine Opioidsensibilisierung und eine konditionierte Ernährungsreaktion auf nachfolgende Salzlösungsreaktionen bewirkt (34). Diese Wirkungen sind Dopamin-unabhängig (35) sowie andere Acb-lokalisierte, μ-Opioid-vermittelte Prozesse, wie die Steigerung der hedonischen Geschmacksreaktivität (30,36,37). Im Allgemeinen stimmt das Versagen wiederholter AMPH-Infusionen zur Sensibilisierung der Muscimol-induzierten Fütterung mit diesen Befunden überein; Daher kann die Opioid-GABA-Kreuzsensibilisierung eine Art der Dopamin-unabhängigen Neuroadaptation im Acb darstellen. Interessanterweise beobachteten wir bei DAMGO-behandelten Ratten keine konditionierte Ernährungsreaktion auf Salzinfektionen. Beachten Sie jedoch, dass die Induktion des opioidkonditionierten Fütterungseffekts variabel sein kann und mehr als vier wiederholte Behandlungen erfordert (V. Bakshi, persönliche Mitteilung, June 2012). Unabhängig davon zeigen diese Ergebnisse, dass ein konditionierter Fütterungseffekt (mindestens einer, der durch eine Salzlösungsbelastung sichtbar gemacht werden kann) für die Expression einer Opioid-GABA-Kreuzsensibilisierung nicht erforderlich ist. Darüber hinaus beobachteten wir niemals vermehrte Fütterungsreaktionen bei Ratten mit versüßtem Fett in den nachmittäglichen Chow-Sitzungen oder als Reaktion auf Salz- oder Hungerprobleme, was auf ein gewisses Maß an Spezifität im Auslösemechanismus für die sensibilisierte Fütterungsreaktion hinweist.
Der neurale Mechanismus, der dem Nahrungsverhalten zugrunde liegt, das durch Muscimol und andere Aminosäuremanipulationen in der Acb-Schale hervorgerufen wird, scheint die Störung des Gleichgewichts von AMPA-vermittelten exzitatorischen und GABA-vermittelten inhibitorischen Signalen auf mittelstachelige Neuronen zu sein. Wenn der Nettoeffekt eine Verringerung der Aktivität dieser Neuronen ist, entweder durch GABA-vermittelte Hemmung oder durch Blockade von Glutamatrezeptoren vom AMPA-Typ, wird robuste Hyperphagie ausgelöst (14,23,38,39). Eine sparsame Erklärung für unsere Ergebnisse ist daher, dass die wiederholte Aktivierung von μ-Opioidrezeptoren (durch exogen verabreichtes DAMGO oder durch Freisetzung von endogenem Opioidpeptid, ausgelöst durch versüßtes Fettablagen) entweder eine direkte Änderung der GABA bewirktA Rezeptorempfindlichkeit an sich oder eine allgemeinere Änderung des Gleichgewichts der exzitatorischen / inhibitorischen Übertragung, so dass der Schwellenwert für die GABA-vermittelte Inhibierung leichter zu erreichen ist. Wiederholte Opioid-Agonisten (Morphium) -Behandlung bewirkt bestimmte Effekte in dieser Richtung, wie beispielsweise die GABA-HochregulierungA Bindungsstellen und Muscimol-stimulierte Chloridaufnahme in Synaptosomen (40), Erweiterung der GABAA δ-Untereinheit Expression in der Acb-Schale (41) und Internalisierung der GluR1-Untereinheit von AMPA-Rezeptoren in der Acb-Hülle (42). Jeder dieser Mechanismen (oder ihre Kombination) auf der Ebene der Acb-Schale könnte möglicherweise eine Überempfindlichkeit gegen muscimolinduzierte neurale Hemmung hervorrufen. Andere Erklärungen sind jedoch möglich. Zum Beispiel kann es auch Neuroadaptationen innerhalb von „Ausgangsknoten“ des Netzwerks geben, durch die das durch Acb-Shell vermittelte Nahrungsverhalten ausgedrückt wird (wie etwa der laterale Hypothalamus). Zusätzliche Studien sind erforderlich, um diese Möglichkeit zu testen.
In Bezug auf die klinische Relevanz dieser Befunde besteht eine interessante Möglichkeit darin, dass sich GABA-Überempfindlichkeit in der Acb-Schale als Reaktion auf Umweltbedingungen entwickelt, die intermittierende, phasische Erhöhungen der μ-Opioid-Signalgebung hervorrufen, wie wiederholtes "Anklopfen" einer wohlschmeckenden Fütterung. DieIn diesem Zusammenhang könnte die GABA-Änderung einen Vorwärtsbewegungsmechanismus für weiteres gestörtes appetitliches Verhalten darstellen. Unsere Ergebnisse können auch Auswirkungen auf das Verständnis der „Crossover“ -Effekte zwischen Nahrungsmittelbelohnung und bestimmten Drogenmissbrauch haben. Ein offensichtlicher Kandidat ist Alkohol (EtOH), dessen Wirkungen sowohl von μ-Opioid- als auch von GABA-Systemen im Acb (43-45). Interessanterweise haben einige Studien über Zusammenhänge zwischen Heißhungerattacken, bingeing und pathologischem Alkoholkonsum beim Menschen berichtet (46,47). In Tierversuchen verringert entweder die GABA-Blockade oder die Opioidrezeptorblockade in der Acb-Schale die EtOH-Aufnahme [(48,49), aber siehe Stratford und Wirtshafter (50)], und bemerkenswerterweise wird EtOH direkt in die Acb-Schale verabreicht (51). Eine kürzlich durchgeführte Positronen-Emissions-Tomographie-Studie ergab, dass die Signalisierung von μ-Opioid im Acb mit der Einnahme eines gesüßten alkoholischen Getränks einhergeht (52). Auf zellulärer Ebene wurde gezeigt, dass Acb-Schalen GABA lokalisierteA Rezeptoren, die die δ-Untereinheit enthalten, modulieren die Verhaltensweisen des EtOH-Verbrauchs mit niedriger Dosis (53); Wie bereits erwähnt, wird die Expression des Gens für diese Untereinheit in der Acb-Schale durch wiederholte Stimulation des μ-Opioidrezeptors hochreguliert (41). Daher ist es möglich, dass die Freisetzung von μ-Opioid-Peptiden durch wohlschmeckende Nahrungsmittel "Imbiss" im Zusammenhang mit EtOH-Trinken oder dem Verzehr von gesüßten EtOH-Getränken (wie sie an junge Trinker vermarktet werden) zu sich schnell entwickelnden, Opioid-abhängigen Neuroadaptionen führen kann in Acb-Shell-Aminosäure-kodierten Schaltungen. Diese Hypothese, obwohl spekulativ, führt zu überprüfbaren Vorhersagen bezüglich eines möglichen Kontextes, in dem eine GABA-Sensibilisierung in Gehirnbelohnungskreisläufen gefährdeter Personen es ermöglichen würde, dass schmackhafte Nahrungsmittel als "Gateway-Medikament" für die Eskalation von Essensausbrüchen und der EtOH-Aufnahme dienen.
Ergänzungsmaterial
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Anerkennungen
Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health Grant Nr. DA 009311 und MH 074723 unterstützt. Ein Teil dieser Daten wurde in abstrakter Form auf der 2009-Konferenz der Society for Study of Ingestive Behavior in Portland, Oregon, präsentiert.
Fußnoten
Die Autoren berichten über keine biomedizinischen finanziellen Interessen oder potenziellen Interessenkonflikte.
Ergänzungsmaterial in diesem Artikel zitiert ist online verfügbar.
Bibliographie
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