Unterschiedliche Schaltkreise, die der Nahrungsbelohnung und den Aufnahmeeffekten von Ghrelin zugrunde liegen: Die dopaminerge VTA-accumbens-Projektion vermittelt die Wirkung von Ghrelin auf die Nahrungsbelohnung, jedoch nicht auf die Nahrungsaufnahme (2013).

Stichwörter

• Ghrelin;
• Essensmotivation;
• Nahrungsaufnahme;
• Überernährung;
• Operante Konditionierung;
• Dopamine;
• D1;
• D2

1. Einleitung

Das zirkulierende Hormon Ghrelin und die neuronalen Schaltkreise, durch die es wirkt, sind im Zusammenhang mit Adipositas und Appetitkontrolle (Skibicka und Dickson, 2011), auch motiviert durch therapeutische Möglichkeiten in diesem Krankheitsgebiet (Cardona Cano et al., 2012). Ghrelin ist unter den zirkulierenden Darmpeptiden einzigartig, da es die Nahrungsaufnahme erhöht (Wren et al., 2000, Inui, 2001, Shintani et al., 2001 und Kojima und Kangawa, 2002) ein ZNS-Effekt, der durch dedizierte Rezeptoren vermittelt wird, GHS-R1A (Salome et al., 2009 und Skibicka et al., 2011) insbesondere solche, die sich in Gehirnbereichen befinden, die an der "homöostatischen Fütterung" (dh Fütterung in Verbindung mit einem Energiedefizit), dem Hypothalamus und Hirnstamm (Melis et al., 2002, Faulconbridge et al., 2003 und Olszewski et al., 2003). In jüngster Zeit hat sich jedoch eine Rolle von Ghrelin außerhalb dieser homöostatischen Regionen herausgebildet. GHS-R1A ist auch in Schlüsselknoten des mesolimbischen Belohnungssystems in Bereichen wie dem ventralen tegmentalen Bereich (VTA) und dem Nucleus Accumbens (NAc) (Zigman et al., 2006 und Skibicka et al., 2011) Bereiche, die an motiviertem Verhalten beteiligt sind, die auch mit "hedonischer Fütterung" (dh Nahrungsaufnahme gekoppelt mit ihren lohnenden Eigenschaften) in Verbindung gebracht wurden. Ghrelin ist in der Lage, die Nahrungsaufnahme von diesen beiden Standorten zu erhöhen, und dieser Effekt hängt wahrscheinlich mit seinen Maßnahmen zusammen, um den Anreiz und motivierenden Belohnungswert von Lebensmitteln zu erhöhen (Naleid et al., 2005, Abizaid et al., 2006 und Skibicka et al., 2011). Bei vollständig saturierten Ratten oder Mäusen führt Ghrelin, das peripher oder zentral (einschließlich direkt in die VTA) verabreicht wird, zu einer erhöhten Nahrungsaufnahme und auch zu einem Nahrungsmittelbelohnungsverhalten (Naleid et al., 2005, Perello et al., 2010, Skibicka et al., 2011 und Skibicka et al., 2012b) spiegelt sich zum Beispiel durch erhöhte Hebelpressung für eine Zuckerbelohnung in einem progressiven Verhältnis operanten Zeitplan. Diese Maßnahme spiegelt eine neue Rolle von Ghrelin innerhalb des mesolimbischen Belohnungssystems wider, um das Belohnungsverhalten nicht nur für Lebensmittel, sondern auch für Alkohol und Drogen zu verbessern (Dickson et al., 2011). Wichtig ist, dass dieser Effekt von Ghrelin auf die Nahrungsmotivation Sättigungssignale überlagert, da Ghrelin das Futterbelohnungsverhalten bei gesättigten Tieren auf ein Niveau hebt, das mit jenem vergleichbar ist, das bei Ratten mit Nahrungsentzug festgestellt wird. Darüber hinaus ist die Tatsache, dass das Ghrelin-Signal nicht nur systemisch, sondern auch selektiv innerhalb der VTA blockiert wird (Skibicka et al., 2011), führt zu einer starken Unterdrückung des Nahrungs - Belohnungsverhaltens und unterstreicht die Bedeutung und Notwendigkeit des Ghrelin - Signals in der Futterbelohnung.

Die Wirkung von Ghrelin auf der Ebene der VTA reicht aus, um die Nahrungsaufnahme und das motivierte Verhalten anzuregen, die anscheinend über GHS-R1A (Abizaid et al., 2006 und Skibicka et al., 2011). Überraschenderweise bleibt die Schaltung nach Ghrelins belohnungsfördernden Maßnahmen im VTA weitgehend ungelöst. Innerhalb des VTA aktiviert Ghrelin Opioid-, NPY- und GABAerge Signale (Abizaid et al., 2006 und Skibicka et al., 2012a). Nichtsdestoweniger, VTA-Dopamin-Neuronen, zuvor gezeigt, um Ghrelin-Rezeptoren zu exprimieren (Abizaid et al., 2006), kann das endgültige VTA-Ziel für die Auswirkungen von Ghrelin auf die Lebensmittelbelohnung sein. Schmackhafte / belohnende Lebensmittel aktivieren die VTA-Dopamin-Neuronen und das Dopamin-Signal in ausgewählten ZNS-Bereichen wie dem NAc und stimulieren so das Belohnungsverhalten von Lebensmitteln (Hernandez und Hoebel, 1988 und Joseph und Hodges, 1990). Es sollte jedoch angemerkt werden, dass, obwohl Dopaminfreisetzung stark mit motiviertem Verhalten für Nahrung verbunden war, es auch für die Grundfütterung als Mäuse notwendig ist, die Dopamin nicht verhungern können (Cannon et al., 2004). Eine funktionelle Verbindung zwischen Ghrelin und Dopamin wird durch die Auswirkungen von Ghrelin auf die Aktivität von VTA-Dopamin-Neuronen sowie durch die Tatsache nahegelegt, dass intakte dopaminerge VTA-Neuronen für die Auswirkungen von Ghrelin auf die Lebensmittelbelohnung benötigt werden (Abizaid et al., 2006 und Weinberg et al., 2011). Die VTA-Dopaminneuronen projizieren jedoch auf eine Anzahl von Stellen, und es bleibt völlig unerforscht, ob Dopamin-Signalgebung in der NAc für VTA-getriebene Wirkungen von Ghrelin auf durch Nahrung motiviertes Verhalten erforderlich ist. Darüber hinaus ist Ghrelin an der Kontrolle anderer Verhaltensweisen als der Nahrungsaufnahme oder -motivation beteiligt, nämlich der Neuheitssuche, die auch mit der Dopaminfreisetzung in der NAc in Verbindung gebracht wurde (Bardo et al., 1996 und Hansson et al., 2012).

In der vorliegenden Studie testeten wir die Hypothese, dass die Auswirkungen von Ghrelin auf das Nahrungsmotivierte Verhalten und / oder die Nahrungsaufnahme auf Ebene der VTA eine Dopaminrezeptorsignalisierung in der NAc erfordern. Zu diesem Zweck wurde das Nahrungsaufnahme- und Nahrungsmotivationsverhalten, das durch VTA-Ghrelin induziert wurde, in dem progressiven Verhältnis von Hebelpressung zu Saccharoseparadigma zusammen mit gleichzeitiger NAc-Dopamin-Signalblockade bewertet. In separaten Studien testeten wir den individuellen Beitrag von Dopamin 1 (D1) -ähnlichen Rezeptoren und Dopamin 2-Rezeptoren (D2). Um den Beitrag von endogenem Ghrelin zum NAc-Dopaminsignal zu untersuchen, haben wir außerdem untersucht, ob diese Dopaminrezeptoren eine Rolle bei der hungergesteuerten Verbesserung des Nahrungsbelohnungsverhaltens spielen. Um schließlich die molekularen Konsequenzen von endogen erhöhtem Ghrelin in NAc-Dopamin-Signalwegen zu untersuchen, bestimmten wir den Effekt von Hunger / Nahrungsentzug auf die mRNA-Expression von NAc-Dopaminrezeptoren und -enzymen.

2. Materialen und Methoden

Tiere: Erwachsene männliche Sprague-Dawley-Ratten (200–250 g, Charles River, Deutschland) wurden in einem 12-stündigen Hell / Dunkel-Zyklus (Licht an um 6 Uhr morgens) mit regelmäßigem Futter und verfügbarem Wasser gehalten ad libitum in ihren Hauskäfigen. Alle tierischen Verfahren wurden mit ethischer Genehmigung und in Übereinstimmung mit den Richtlinien der Universität von Göteborg für die Pflege und den Gebrauch von Tieren durchgeführt.

Chirurgie: Allen Ratten in den Verhaltensstudien wurde eine Führungskanüle (26 Gauge; Plastics One, Roanoke, VA) implantiert, die auf das VTA und die NAc-Schale für nachfolgende unilaterale, ipsilaterale Injektionen abzielte. Ketaminanästhesie wurde verwendet. Kanülen wurden 1.5 mm über der Zielstelle platziert, und ein Injektor, der 1.5 mm von den Führungskanülen entfernt war, wurde für Mikroinjektionen verwendet. Um auf das VTA abzuzielen, wurden die folgenden Koordinaten ausgewählt Skibicka et al. (2011): ± 0.75 von der Mittellinie, 5.7 mm hinter Bregma und 6.5 mm ventral von der Schädeloberfläche, wobei der Injektor 8.0 mm ventral zum Schädel ausgerichtet ist. Für die NAc-Shell wurden die folgenden Koordinaten verwendet (modifiziert von Quarta et al. (2009): ± 0.75 von der Mittellinie, 1.7 mm vor Bregma und 6.0 ​​mm ventral zum Schädel, mit einem Injektor von 7.5 mm ventral). Die Kanülen wurden mit zahnärztlichem Acrylzement und Juwelierschrauben am Schädel befestigt und wie zuvor beschrieben mit einem Obturator verschlossen (Skibicka et al., 2009). Bei allen Ratten wurde die Mikroinjektionsstelle sowohl für VTA als auch für NAc post mortem durch Mikroinjektion von Tusche bei demselben Mikroinjektionsvolumen (0.5 & mgr; l), das während der Studie verwendet wurde, verifiziert. Nur Probanden mit der richtigen Platzierung (Abb. 2) wurden in die Datenanalyse einbezogen.

2.1. Operanter Konditionierungsvorgang

Operante Konditionierungsexperimente fanden in Ratten-Operantenkonditionierungskammern (30.5 × 24.1 × 21.0 cm; Med-Associates, Georgia, VT, USA) statt. Das für die Konditionierung der Operanten verwendete Trainingsverfahren wurde aus früheren Studien angepasst (la Fleur et al., 2007 und Hansson et al., 2012). Um das Operantentraining für Saccharose zu erleichtern, wurden alle Ratten einer milden Nahrungsbeschränkung unterzogen, während der ihr anfängliches Körpergewicht über einen Zeitraum von einer Woche allmählich auf 90% reduziert wurde. Vor dem Einbringen in die Operantenboxen wurden Ratten mindestens zweimal in der häuslichen Käfigumgebung den Saccharosepellets (45 mg Saccharosepellets; Test Diet, Richmond, IN, USA) ausgesetzt. Als nächstes lernten die Ratten, die Presse für Saccharosepellets nach einem FR1-Zeitplan mit festem Verhältnis mit 2 Sitzungen / Tag zu hebeln. In FR1 führte ein einziger Druck auf den aktiven Hebel zur Abgabe eines Saccharosepellets. Alle FR-Sitzungen dauerten 30 Minuten oder bis die Ratten 50 Pellets erhielten, je nachdem, was zuerst auftrat. Die meisten Ratten erreichten nach 50–5 Tagen das Kriterium 7 Pellets pro Sitzung. Drücke auf den inaktiven Hebel wurden aufgezeichnet, hatten jedoch keine programmierte Konsequenz. Auf die FR1-Zeitplansitzungen folgten FR3 und FR5 (dh 3 bzw. 5 Pressen pro Pellet). Dem FR5-Zeitplan folgte der Progressive Ratio (PR) -Plan, bei dem die Kosten einer Belohnung für jede folgende Belohnung schrittweise erhöht wurden, um den Arbeitsaufwand zu bestimmen, den die Ratte bereit ist, um die Belohnung zu erhalten. Die Antwortanforderung erhöhte sich gemäß der folgenden Gleichung: Antwortverhältnis = (5e (0.2 × Infusionszahl)) - 5 durch die folgenden Reihen: 1, 2, 4, 9, 12, 15, 20, 25, 32, 40, 50 , 62, 77, 95, 118, 145, 178, 219, 268, 328. Die PR-Sitzung endete, als die Ratte innerhalb von 60 Minuten keine Belohnung erhalten hatte. Die Reaktion wurde als stabil angesehen, wenn sich die Anzahl der pro Sitzung verdienten Lebensmittelpellets in drei aufeinander folgenden Sitzungen nicht mehr als 15% unterschied. In den meisten Fällen stabilisierte sich das Ansprechen innerhalb von 5 Sitzungen. Diejenigen Ratten, die in dieser Zeit die erforderlichen Kriterien nicht erreichten, wurden in zusätzlichen Sitzungen trainiert. Der PR-Test wurde an 1 Sitzung / Tag durchgeführt. Anschließend wurden die Ratten für eine 1-stündige Messung der Futteraufnahme in ihre Heimkäfige überführt. Am Ende des Trainings und vor der Operation und den Tests hatten Ratten ad libitum Zugang zu normalem Futter.

2.2. Drogen

Acyliertes Rattenghrelin (Tocris, Bristol, UK) wurde dem VTA in einer Dosis von 1.0 & mgr; g mit künstlicher Cerebrospinalflüssigkeit (aCSF) als Vehikel (und Kontrolle) verabreicht. Es wurde zuvor gezeigt, dass die 1.0 μg-Dosis von Ghrelin die Reaktion des Operanten auf Zucker erhöht und eine orexigene Reaktion induziert, wenn sie an das VTA abgegeben wird (Naleid et al., 2005 und Skibicka et al., 2011). Der D1-ähnliche Rezeptorantagonist SCH-23390 wurde dem NAc in einer Dosis von 0.3 & mgr; g (Tocris) mit aCSF als Vehikel (Kontrolle) verabreicht. Für die Studie zum Lebensmittelentzug wurde die Dosis aufgrund mangelnder Wirkung der ursprünglichen Dosis von 0.5 μg auf 0.3 μg erhöht. SCH-23390 ist ein starker und selektiver Antagonist von D1-ähnlichen Dopaminrezeptoren mit einer> 1000-fachen Affinität für D1-ähnliche gegenüber D2-ähnlichen Dopaminrezeptoren (Barnett et al., 1986). Es hat eine ähnliche Affinität für D1- und D5-Rezeptoren (Barnett et al., 1992) Daher werden wir uns während der gesamten Studie auf seine Fähigkeit beziehen, D1-ähnliche Rezeptoren zu blockieren, ein Begriff, der sowohl D1- als auch D5-Rezeptoren umfasst. Die anfängliche Dosis von 0.3 μg SCH-23390 wurde basierend auf (Grimm et al., 2011). Es wurde gezeigt, dass diese in die Hülle von NAc injizierte Dosis das Drücken des Hebels für einen zuvor mit der Abgabe einer Saccharoselösung gepaarten Hinweis wirksam reduziert, ohne die Leistung am inaktiven Hebel zu beeinträchtigen. Der Dopamin-D2-Rezeptorantagonist Eticlopridhydrochlorid (Tocris) wurde der NAc mit aCSF als Vehikel (Kontrolle) verabreicht. Die gewählte Anfangsdosis von Eticloprid (1.0 μg) basierte auf (Laviolette et al., 2008), wurde jedoch in der Studie zum Lebensmittelentzug auf 1.5 μg erhöht. Alle Arzneimittel wurden in einem Volumen von 0.5 & mgr; l aCSF abgegeben.

2.3. Experimentelles Design

Alle Ratten erhielten zu Beginn des Lichtzyklus NAc- und VTA-gerichtete Injektionen, wobei die zweite Injektion 10 Minuten vor Beginn des Operantentests erfolgte. Alle Bedingungen wurden durch ein Minimum von 48 Stunden getrennt und in einer ausgeglichenen Weise laufen gelassen, so dass jede Ratte alle vier Bedingungen erhielt: zuerst Vehikel oder Dopaminrezeptorantagonist gegen die NAc und dann, 10 Minuten später, Vehikel oder Ghrelin gegen die VTA. Für jede Ratte wurden die ipsilateralen VTA und NAc ins Visier genommen. Details zu jedem Experiment sind ebenfalls in dargestellt Abb. 1.

2.3.1. Wirkung von D1-artiger Rezeptorblockade auf Ghrelin-induzierte Futterbelohnung und Futteraufnahme

Die Antworten wurden nach gezielter VTA und NAc (n = 12–14) Arzneimittelabgabe nach vier Bedingungen wie folgt: 1) Kontrollbedingung (Vehikellösungen für NAc und VTA), 2) NAc-Vehikel + VTA 1.0 μg Ghrelin, 3) NAc 0.3 μg SCH-23390 + VTA-Vehikel, 4 ) NAc 0.3 μg SCH-23390 + VTA 1.0 μg Ghrelin. Die Tests wurden im gesättigten Zustand (nach der Dunkelzyklusperiode der Fütterung) durchgeführt. An Versuchstagen wurden die Ratten nach 120 Minuten Operantentest in ihre Heimkäfige zurückgebracht, und die Futteraufnahme wurde während 1 Stunde in der Heimkäfigumgebung gemessen (wie in Schema 1). Abb. 1). Dieser Zeitpunkt entspricht der dritten Stunde nach der Injektion von VTA-Ghrelin, während der eine orexigene Reaktion auf der Grundlage früherer Studien, die den zeitlichen Verlauf der Wirkung von Ghrelin untersuchen, fortgesetzt werden sollte, die zentral oder peripher verabreicht werden ( Wren et al., 2000 und Faulconbridge et al., 2003) und unsere früheren Studien, die eine ähnliche Versuchsanordnung verwendeten.

2.3.2. Wirkung von D2-Rezeptor-Blockade auf Ghrelin-induzierte Futterbelohnung und Futteraufnahme

Die Antworten wurden nach gezielter VTA und NAc (n = 7) Arzneimittelabgabe unter vier Bedingungen wie folgt: 1) Kontrollbedingung (Vehikellösungen für NAc und VTA), 2) NAc-Vehikel + VTA 1.0 & mgr; g Ghrelin, 3) NAc 1 & mgr; g Eticlopridhydrochlorid + VTA-Vehikel, 4) NAc 1 μg Eticlopridhydrochlorid + VTA 1.0 μg Ghrelin. Die Tests wurden im gesättigten Zustand (nach der Dunkelzyklusperiode der Fütterung) durchgeführt. Die Ratten wurden nach 120 Minuten Operantentest in ihre Heimkäfige zurückgebracht, und die Futteraufnahme wurde während 1 Stunde in der Heimkäfigumgebung gemessen (wie in Plan 1,). Abb. 1) als Ghrelin-vermittelte orexigene Wirkung nach verzögerter Platzierung von Futterpellets (nach 2 h) noch vorhanden ist.

2.3.3. Effekte von D1-like und D2-Rezeptor-Blockade (getrennt oder kombiniert) auf Ghrelin-induzierte Futteraufnahme allein

Um zu bestätigen, dass die in den vorherigen Experimenten erhaltenen Ergebnisse zur Futteraufnahme nicht durch die vorherige Exposition gegenüber der Saccharose im operanten Paradigma oder die 2-stündige Zeitverzögerung in einer separaten Studie verwechselt wurden, untersuchten wir die Auswirkungen der NAc-Abgabe des zwei Dopaminrezeptorantagonisten allein oder in Kombination bei VTA-Ghrelin-induzierter 2- und 3-stündiger Nahrungsaufnahme bei gesättigten Ratten (n = 10–11; wie in Zeitplan 2, Abb. 1). In diesem Fall wurden die Ratten vor der Futtermessung nicht dem operanten Konditionierungsparadigma ausgesetzt. Somit wurde die Nahrungsaufnahme nach gezielter VTA- und NAc-Arzneimittelabgabe nach vier Bedingungen wie folgt gemessen: 1) Kontrollbedingung (Vehikellösungen für NAc und VTA), 2) NAc-Vehikel + VTA 1.0 & mgr; g Ghrelin, 3) NAc-Dopaminrezeptorantagonist + VTA-Vehikel, 4) NAc-Dopaminrezeptor-Antagonist + VTA 1.0 & mgr; g Ghrelin. Zuerst untersuchten wir die beiden Dopaminrezeptorantagonisten getrennt, so dass unter den Bedingungen 3 und 4 eine Gruppe von Ratten 0.3 μg SCH-23390 und die andere Gruppe 1 μg Eticlopridhydrochlorid erhielt. Nach 3-tägiger Erholung wurde ungefähr die Hälfte der Ratten aus jeder Gruppe erneut getestet, diesmal mit einer Kombination der beiden Antagonisten unter den Bedingungen 3 und 4. In jedem dieser 3 Experimente wurde wie zuvor (alle) ein ausgeglichenes Design zwischen den Behandlungen verwendet Ratten erhielten in jedem Experiment alle Bedingungen für einen Vergleich der Wirkung innerhalb des Subjekts). Die Position der Kanülen wurde wie zuvor post mortem überprüft. Die gezeigten Daten umfassen nur Ratten mit einer Injektionsplatzierung, bei der bestätigt wurde, dass sie VTA und NAc erreichen.

2.3.4. Wirkung von D1-like und D2-Rezeptor-Blockade auf Futterentzug-induzierte Futterbelohnung und Futteraufnahme

Die Dopamin-Rezeptor-Antagonisten wurden in 2 verschiedenen Experimenten getestet. Im ersten Experiment wurden die Antworten nach gezielter NAc untersucht (n = 20) Abgabe entweder des Vehikels oder des D1-ähnlichen Rezeptorantagonisten (0.5 & mgr; g SCH-23390). Die Tests wurden im nüchternen Zustand durchgeführt (nachdem das Essen für die Dauer des Dunkelzyklus eingeschränkt worden war). Im zweiten Experiment wurden die Reaktionen nach gezielter NAc untersucht (n = 7) Abgabe von entweder Vehikel oder 1.5 & mgr; g NAc-Eticlopridhydrochlorid. Die Tests wurden im nüchternen Zustand durchgeführt (nachdem das Essen für die Dauer der Dunkelzyklusperiode eingeschränkt worden war; wie in Schema 3 dargestellt). Abb. 1).

2.3.5. Durch Nahrungsentzug induzierte Veränderungen der Dopamin-Genexpression in NAc

Veränderungen der Genexpression von Schlüssel-Dopamin-verwandten Genen [Dopaminrezeptoren D1A, D2, D3, D5, Catechol-O-Methyltransferase (COMT) und Monoaminoxidase A (MAO)] wurden in der NAc gemessen.

2.3.6. RNA-Isolierung und mRNA-Expression

Die Gehirne wurden schnell entfernt und das NAc wurde unter Verwendung einer Hirnmatrize präpariert, in flüssigem Stickstoff eingefroren und zur späteren Bestimmung der mRNA-Expression bei –80 ° C gelagert. Einzelne Gehirnproben wurden in Qiazol (Qiagen, Hilden, Deutschland) unter Verwendung eines Tissue Lyser (Qiagen) homogenisiert. Die Gesamt-RNA wurde unter Verwendung des RNeasy Lipid Tissue Mini Kits (Qiagen) mit zusätzlicher DNAse-Behandlung (Qiagen) extrahiert. Die Qualität und Quantität der RNA wurde durch spektrophotometrische Messungen (Nanodrop 1000, NanoDrop Technologies, USA) bewertet. Für die cDNA-Synthese wurde das iScript cDNA Synthesis Kit (BioRad) verwendet. Echtzeit-RT-PCR wurde unter Verwendung von TaqMan durchgeführt^® Sonden- und Primer-Sets für Zielgene, ausgewählt aus einem Online-Katalog (Applied Biosystems). Die Genexpressionswerte wurden basierend auf dem berechnet C_t Methode ( Livak und Schmittgen, 2001), bei dem die ad libitum gefütterte Gruppe wurde als Kalibrator bezeichnet. Glyceraldehyd-3-Phosphatdehydrogenase (GAPDH) wurde als Referenzgen verwendet.

2.3.7. statistische Analyse

Alle Verhaltensparameter wurden mittels Varianzanalyse (ANOVA) analysiert Post-hoc- Tukey HSD Test je nach Bedarf oder Student t Test, wo nur zwei Bedingungen verglichen wurden. Alle statistischen Analysen wurden mit der GraphPad-Software durchgeführt. Unterschiede wurden als signifikant angesehen p <0.05.

3. Ergebnisse

3.1. Wirkung von D1-artiger Rezeptorblockade (NAc) auf VTA-Ghrelin-induzierte Nahrungsbelohnung und Futteraufnahme

Um zu bestimmen, ob eine Aktivität an den D1-ähnlichen Rezeptoren für das VTA-Ghrelin-induzierte Anstieg des Nahrungsmittelbelohnungsverhaltens notwendig ist, wurde der Einfluss der Vorbehandlung mit einem D1-ähnlichen Antagonisten (SCH-23390) auf Ghrelin-induzierte operante Reaktion auf Saccharose getestet. Ein Post-hoc-Tukey-Test nach einer Einweg-ANOVA (F_(3,33) = 11.1, p <0.0005; F_(3,33) = 3.7, p <0.01; F_(3,39) = 3.6, p <0.05 für Belohnungen, aktiver Hebel bzw. Chow) zeigten einen signifikanten Effekt von Ghrelin, um die Anzahl der verdienten Belohnungen zu erhöhen (p <0.0005; Abb. 3A), die Anzahl der aktiven Hebel drückt (p <0.05; Abb. 3B) und Futteraufnahme (p <0.05; Abb. 3C). Belohnungsverhalten-assoziierte Parameter, die erzielten Belohnungen und aktive Hebelpressen wurden durch die SCH-23390-Vorbehandlung ( Abb. 3A, B). Die Aktivität am inaktiven Hebel war gering und unterschied sich nicht signifikant zwischen den verschiedenen Behandlungsgruppen ( Abb. 3B) Vorschlagen, dass die Behandlung keine unspezifischen, nicht zielgerichteten Veränderungen der Aktivität hervorruft. Chow-Hyperphagie, die beobachtet wurde, nachdem Ghrelin in die VTA mikroinjiziert wurde, wurde durch SCH-23390-Vorbehandlung nicht verändert ( Abb. 3C). Diese Daten zeigen, dass Dopamin- und D1-ähnliche Rezeptoren in der NAc-Schale stromabwärts von Ghrelin liegen und notwendig sind, damit VTA-verabreichtes Ghrelin seine Auswirkungen auf das Belohnungsverhalten von Nahrungsmitteln ausübt. Sie sind jedoch nicht wesentlich für die Fähigkeit von Ghrelin, die Futteraufnahme zu erhöhen. Die NAc-Behandlung mit SCH-23390 hatte keine Wirkung an sich entweder operant reagiert für Nahrung oder Futteraufnahme ( Abb. 3).

3.2. Wirkung von D2-Blockade (NAc) auf VTA-Ghrelin-induzierte Futterbelohnung und Futteraufnahme

Um zu bestimmen, ob eine Aktivität an den D2s für die Expression der VTA-Ghrelin-induzierten Erhöhung des Nahrungsmittelbelohnungsverhaltens notwendig ist, wurde der Einfluss der Vorbehandlung mit einem selektiven D2-Antagonisten (Eticlopridhydrochlorid) auf Ghrelin-induzierten Anstieg des Saccharoseoperantenverhaltens getestet. Eine Einweg-ANOVA zeigte eine signifikante Wirkung der medikamentösen Behandlung (F_(3,18) = 9.5, p <0.0005; F_(3,18) = 8.1, p <0.001; F_(3,39) = 3.8, p <0.05 für Belohnungen, aktiver Hebel bzw. Chow). Ein Post-hoc-Tukey-Test zeigte eine signifikante Steigerung der verdienten Belohnungen (p <0.01; Abb. 4A) und aktive Hebelpressen (p <0.01; Abb. 4B) nach Ghrelin-Behandlung, die mit Eticloprid-Vorbehandlung blockiert wurden. Die Aktivität am inaktiven Hebel war gering und unterschied sich nicht signifikant zwischen den verschiedenen Behandlungsgruppen ( Abb. 4B). Im Gegensatz zu den operanten Reaktionsdaten veränderte die Eticloprid-Vorbehandlung nicht die Ghrelin-induzierte Erhöhung der Futteraufnahme (p <0.05; Abb. 4C). In dieser Kombinationsstudie wurde die Wechselwirkung durch Zwei-Wege-ANOVA zwischen Vorbehandlung × Ghrelin in den erzielten Belohnungen bestätigt: F_(1,24) = 4.8, p <0.05; aktiver Hebel drückt: F_(1,24) = 4.7, p <0.05, aber keine Futteraufnahme. Somit können D2-Rezeptoren von Ghrelin verwendet werden, um Änderungen im belohnungsbezogenen Verhalten zu induzieren, jedoch nicht den Futterverbrauch.

3.3. Wirkung von D1-artiger und / oder D2-Rezeptorblockade (NAc) auf VTA-Ghrelin-induzierte Futteraufnahme

Um die mangelnde Wirkung der beiden Dopaminantagonisten auf die Futterfütterung weiter zu bestätigen, wiederholten wir die Studie, diesmal bei Ratten, die niemals dem operanten Konditionierungsparadigma ausgesetzt waren. Diese Validierungsstudie wurde um einen dritten Test erweitert, in dem wir die Auswirkungen der gleichzeitigen Abgabe der D1-ähnlichen und D2-Rezeptorantagonisten an die NAc auf die VTA-Ghrelin-gesteuerte Nahrungsaufnahme untersuchten. Die Futteraufnahme wurde 2 h nach der Injektion durch VTA-Ghrelin signifikant erhöht (Einweg-ANOVA: F_(3,30) = 6.4, p <0.005 und F_(3,27) = 9.0, p <0.0005 für die D1- bzw. D2-Rezeptorstudie) und dies wurde durch die Vorbehandlung entweder mit dem D1-ähnlichen (nicht beeinflusst) Abb. 5A) oder der D2-Rezeptorantagonist ( Abb. 5B). Im abschließenden Test, in dem die kombinierte Wirkung der beiden Dopaminrezeptorantagonisten untersucht wurde, konnten wir bis zum Zeitpunkt von 3 Stunden keine signifikante Wirkung von VTA-Ghrelin nachweisen, was möglicherweise den Einfluss der in dieser Studie benötigten dreifachen Parenchyminjektion widerspiegelt. Eine Einweg-ANOVA zeigte einen signifikanten Effekt der Behandlung an (F_(3,30) = 9.6, p <0.0005). Die Nahrungsaufnahme nach der Abgabe von VTA-Ghrelin erreichte zum Zeitpunkt von 3 Stunden eine Signifikanz, dies wurde jedoch durch die gleichzeitige Anwendung der Dopaminrezeptorantagonisten auf das NAc nicht unterdrückt ( Abb. 5C). Beachten Sie, dass die kombinierte Anwendung von beiden Dopamin-Rezeptor-Antagonisten auf die NAc keine Wirkung hatte an sich auf Nahrungsaufnahme.

3.4. Wirkung von D1-like und D2-Rezeptor-Blockade auf Futterentzug-induzierte Futterbelohnung und Futteraufnahme

Nahrungsentzug erhöht sowohl die Reaktion des Operanten als auch die Aufnahme von 1 Stunde Futter; Ratten drückten den aktiven Hebel fast doppelt so stark, wenn sie hungrig waren, und drei- bis sechsmal mehr Futter am 1-Stunden-Messpunkt (vergleiche Fahrzeugzustand in Feigen 3 und 4). Die Blockade von D1-ähnlichen Rezeptoren in der NAc-Schale reduzierte signifikant die durch Nahrungsentzug induzierte Erhöhung des Nahrungsbelohnungsverhaltens, wenn sie als eine Verringerung der verdienten Lebensmittelbelohnungen bewertet wurde (p <0.01; Abb. 6A) und eine Reduzierung der aktiven Hebelpressen (p <0.01; Abb. 6B). Diese Behandlung hatte keine signifikanten Auswirkungen auf die Futterentzugsinduzierte Futteraufnahme ( Abb. 6C). Die Infusion eines D2-Antagonisten in die NAc-Schale reduzierte signifikant die durch Nahrungsentzug induzierte Erhöhung des Nahrungsbelohnungsverhaltens, wenn dies als eine Verringerung der verdienten Lebensmittelbelohnungen bewertet wurde (p <0.01; Abb. 7EIN). Obwohl jede Ratte ihren aktiven Hebel nach Drücken der D2-Blockade im NAc reduzierte, führte der Effekt zu einem Trend (p = 0.08; Abb. 7B) wahrscheinlich aufgrund der hohen Grundlinienvariabilität beim Drücken des Hebels (Standardfehler = 86 für das Fahrzeug und 41 für die Arzneimittelbedingungen, Bereich des aktiven Drücken des Hebels am Fahrzeug von 57 bis 707 Drücken). Das Entfernen der am höchsten reagierenden Ratte aus dem Datensatz führt zu p = 0.001. Bemerkenswerterweise zeigte die entfernte Ratte 707 Pressen am Vehikel und nur 303 am Medikament, was auch die allgemeine Schlussfolgerung stützt. Keiner der Dopaminrezeptor-Antagonisten veränderte das Drücken des Hebels auf den inaktiven Hebel. Die Futteraufnahme wurde durch die D2-Blockade im NAc nicht verändert ( Abb. 7C).

3.5. Durch Nahrungsmittelentzug induzierte Veränderungen der Dopamin-Genexpression in NAc

Über Nacht Fasten hatte einen signifikanten Einfluss auf die mRNA-Expression von mehreren Dopamin-verwandten Genen in der NAc. Die Expression von mRNA des Dopaminrezeptors D2 war signifikant verringert, während die Dopaminrezeptor D5 mRNA erhöht war. Dopaminrezeptor D1, D3, COMT und MAO-mRNAs wurden durch Nachtfasten nicht verändert (Abb. 8). D1- und D2-Rezeptoren gelten als die am häufigsten vorkommenden Dopaminrezeptoren im Gehirn, während D3 und D5 im ZNS viel stärker eingeschränkt sind. Wir verglichen daher die mRNA-Mengen in den accumbens von D5-Rezeptoren mit D1 und erreichten 2%; eine ähnliche Beziehung wurde für D3 und D2 festgestellt (Daten nicht gezeigt). Hier bestätigen wir, dass innerhalb von NAc der Großteil der Dopaminrezeptor-mRNA aus dem der D1- und D2-Rezeptoren besteht, während D3- und D5-Rezeptoren nur einen kleinen Teil der gesamten in der NAc nachgewiesenen Dopaminrezeptor-mRNA repräsentieren.

4. Diskussion

Die wichtigsten Ergebnisse der aktuellen Studie zeigen, dass die Dopaminsignalisierung in der Schale des NAc ein notwendiger nachgeschalteter Mediator für die Auswirkungen von Ghrelin auf die Lebensmittelbelohnung ist. Die Ergebnisse zeigen, dass D1-ähnliche und D2-Rezeptoren in der Hülle von NAc Schlüsselkomponenten der Ghrelin-aktivierten Schaltung sind und für VTA-Ghrelin wichtig sind, um seine Auswirkungen auf das Belohnungsverhalten von Lebensmitteln auszuüben. D1-ähnliche und D2-Rezeptorsignale in der NAc (Schale) sind jedoch nicht wesentlich für die Fähigkeit von Ghrelin, die Futteraufnahme zu erhöhen. Diese Daten deuten auf eine Divergenz der neuronalen Ziele für Ghrelin hin, die die Nahrungsverstärkung im Vergleich zur Nahrungsaufnahme steuern. Schließlich weisen unsere Ergebnisse darauf hin, dass diese Schaltung auch von endogenem Ghrelin aktiviert wird, da in einem Zustand des Hungers, wenn die zirkulierenden Ghrelinspiegel erhöht sind, eine Dopaminsignalisierung in der NAc für das erhöhte Verhalten bei der Belohnung von Nahrungsmitteln erforderlich ist.

Überraschenderweise ist klar, dass Ghrelin einen Einfluss auf das dopaminerge System hat (Abizaid et al., 2006, Jerlhag et al., 2007, Kawahara et al., 2009 und Weinberg et al., 2011) ist dies die erste Studie, die zeigt, dass die Auswirkungen von Ghrelin auf die Lebensmittelbelohnung eine NAc-Dopaminrezeptorsignalisierung erfordern (in diesem Fall eine D1-ähnliche und eine D2-Signalisierung). Dies stellte sich als wichtige Frage heraus, da kürzlich gezeigt wurde, dass andere Hormone oder Neuropeptide, die mit der Appetitkontrolle zusammenhängen, eine ziemlich unerwartete Beziehung zum mesolimbischen Dopaminsystem haben. Leptin hat zum Beispiel wie Ghrelin Rezeptoren auf den Dopamin-Neuronen im VTA; Die meisten dieser Leptin-sensitiven dopaminergen Neuronen projizieren jedoch nicht in das Striatum, sondern innervieren stattdessen die Amygdala (Hommel et al., 2006 und Leshan et al., 2010). Melanocortin, ein potentes anorexigenes Neuropeptid mit Rezeptoren in der VTA, erhöht im Gegensatz zu dem, was für ein Anorexicum vorhergesagt werden kann, tatsächlich die dopaminerge Aktivität und Dopaminfreisetzung im Striatum, während es das Nahrungsaufnahmeverhalten deutlich reduziert (Torre und Celis, 1988, Lindblom et al., 2001 und Kegel, 2005). Eine weitere Komplexitätsschicht wird durch Daten hinzugefügt, die darauf hinweisen, dass die Dopamin-freisetzende Wirkung von Ghrelin von der Verfügbarkeit von Nahrung abhängig zu sein scheint: NAc-Dopaminspiegel, die durch Mikrodialyse nachgewiesen wurden, wurden nur durch peripher appliziertes Ghrelin bei Ratten erhöht, die nach Verabreichung von Ghrelin essen durften (wie in den experimentellen Bedingungen in der vorliegenden Studie verwendet) und wurden sogar von Ghrelin in denen unterdrückt, denen der Zugang zu Nahrung verweigert wurde (Kawahara et al., 2009), ein Effekt, von dem kürzlich gezeigt wurde, dass er differenzielle Opioid-Signalwege in der VTA involviert (Kawahara et al., 2013). Diese beiden Beispiele unterstreichen die Komplexität in der Beziehung zwischen Fütterungspeptiden, Nahrungsverfügbarkeit und Dopamin und unterstreichen die Bedeutung von Studien, die den Nutzen der Auswirkungen von Ghrelin auf das Dopaminsystem für das Belohnungsverhalten von Nahrungsmitteln untersuchen.

Ein interessanter Aspekt der Ergebnisse ist die kontrastierende Wirkung der NAc-Dopamin-Rezeptor-Blockade auf die Nahrungsmotivation gegenüber der Nahrungsaufnahme. Bemerkenswerterweise bestätigten wir in 2-unabhängigen Studien die fehlende Wirkung von supprimierten NAc-Dopamin-Signalen auf VTA-Ghrelin-induzierte Nahrungsaufnahme: In einem Paradigma wurde die Messung der Nahrungsaufnahme unmittelbar nach dem operanten Reaktionstest durchgeführt (für welchen sich die Zuckerzuckerung später hätte ändern können) Futteraufnahme) und in der anderen wurde nur die Futteraufnahme bei den Tieren ohne vorherige operante Testung gemessen. Darüber hinaus konnten wir im zweiten Experiment zeigen, dass die gleichzeitige Anwendung beider Dopaminrezeptor-Antagonisten auf die NAc keinen Einfluss auf die VTA-Ghrelin-induzierte Nahrungsaufnahme hatte, was die Hypothese unterstützt, dass NAc-Dopamin-Signalgebung über D1-ähnliche und D2-Rezeptoren erfolgt ist nicht erforderlich für Ghrelin-Hyperphagie. Zusammen mit der Tatsache, dass die Antagonisten VTA-Ghrelin-induziertes ernährungsmotiviertes Verhalten unterbrechen, legen diese kollektiven Ergebnisse eine Divergenz der Neuro-Schaltkreise stromabwärts von VTA Ghrelin nahe, wobei ein Zweig die Nahrungsaufnahme und die andere Nahrungsmotivation / -belohnung steuert. Es scheint, dass Ghrelin Dopamin verwendet, um die Nahrungsmotivation, aber nicht die Aufnahme zu verändern. Zuvor haben wir gezeigt, dass VTA Ghrelin das Neuropeptid Y in der VTA selektiv angreift, um die Nahrungsaufnahme und die Opioide in entgegengesetzter Weise zu kontrollieren (Skibicka et al., 2012a). Daher besteht bereits ein Vorrang für eine Divergenz in der Schaltung, die Ghrelin für die Nahrungsaufnahme gegenüber dem von Nahrungsmitteln motivierten Verhalten verwendet.

Accumbal-D1-ähnliche Rezeptoren haben eine gut etablierte Rolle sowohl bei der Verstärkung von Medikamenten als auch bei der Ernährung mit einer Reihe früherer Beweise, die darauf hinweisen, dass die intra-NAc-D1-artige Antagonist-Infusion zielorientiertes Verhalten gegenüber Nahrung reduziert. Systemische D1-ähnliche Rezeptor-Antagonisten reduzieren die kontext- oder kontextbedingte Selbstverabreichung von Kokain, Heroin, Nikotin und Alkohol [zum BeispielWeissenborn et al., 1996, Liu und Weiss, 2002, Bossert et al., 2007 und Liu et al., 2010]], die die Schlüsselrolle dieser Rezeptoren in belohnungsorientierten Prozessen hervorheben. Die vorliegenden Daten zeigen, dass NAc D1-ähnliche Rezeptoren ein wesentliches Element der Schaltung sind, die durch VTA-aktiviertes Ghrelin aktiviert wird. Unterstützend wurde auch gezeigt, dass die periphere Anwendung dieses D1-Antagonisten die Ghrelin-verstärkte Objekterkennung reduziert (Jacoby und Currie, 2011). Berücksichtigt man jedoch, dass periphere Anwendungen alle D1-exprimierenden neuronalen Populationen im Gehirn angreifen und dass Populationen außerhalb der NAc (zum Beispiel im Hippocampus) eine wichtige Rolle beim Lernen und Gedächtnis spielen können, ist nicht klar, ob die NAc-Population untersucht wurde hier tragen zu den Gedächtnis steigernden Wirkungen von Ghrelin bei.

D2-Rezeptoren wirken oft zusammen mit D1; Daher weisen viele Studien auf eine Rolle von D2-Rezeptoren in Aspekten der Belohnungsverarbeitung und des belohnungsorientierten Verhaltens hin. Es ist jedoch bemerkenswert, dass D1- und D2-Rezeptoren nicht immer in der gleichen Weise wie die Belohnungsfunktion wirken. In der Amygdala zum Beispiel dämpft die Blockade von D1-Rezeptoren die Wiederaufnahme in die cue-induzierte Kokainsuche, während D2-Antagonisten dieses Verhalten tatsächlich verstärken können (Berglind et al., 2006). Diese funktionelle Dissoziation kann auch einen neuroanatomischen Beitrag leisten, da D2-Rezeptoren in NAc eine eher entgegengesetzte Funktion haben als die im Hypothalamus. Während in der NAc die Stimulation von D2-Rezeptoren die Nahrungsmotivation erhöhen kann, wodurch ein Tier mit größerer Wahrscheinlichkeit versucht, Nahrung zu erhalten, ist die Stimulation der D2-Rezeptoren im Hypothalamus deutlich magersüchtig (Leibowitz und Rossakis, 1979 und Nowend et al., 2001). Daraus folgt, dass es schwierig sein kann, Ergebnisse nach der peripheren Anwendung von D2-Targeting-Wirkstoffen zu interpretieren, für die die Zielrezeptorpopulationen mit der Gegenfunktion verknüpft sind. Dies könnte einer der Gründe dafür sein, warum in einer früheren Studie die periphere Injektion eines D2-Antagonisten keinen Einfluss auf die Ghrelin-induzierte Reaktion auf eine Saccharoselösung hatte. Eine andere mögliche Erklärung ist, dass D2 ein Autorezeptor auf den Dopamin produzierenden Neuronen in der Substantia Nigra und VTA ist, wo seine Aktivierung zu einer Unterdrückung der dopaminergen Aktivität führen kann (Lacey et al., 1987). Daher könnten D2-Targeting-Medikamente, wenn sie peripher injiziert werden, potentiell Zugang zu dieser Rezeptorpopulation erhalten, während in unserer Studie nur der D2-Rezeptor der NAc-Schale als Ziel gewählt wurde. Bemerkenswerterweise blockierte der Nettoeffekt der systemischen D1-ähnlichen Rezeptorblockade das Ansprechen auf ein Saccharosegetränk im selben Paradigma (Overduin et al., 2012). Darüber hinaus scheint die systemische, subkutane Injektion eines D1-Agonisten die Präferenz für schmackhafte Nahrung zu erhöhen, während die systemische Injektion eines D2-Agonisten diese reduziert (Cooper und Al-Naser, 2006). Daher scheint es, dass unsere Daten, die auf einen unterdrückenden Effekt von D1-Antagonisten auf Ghrelin-induzierte Nahrungsmotivation hinweisen, im Einklang mit dem gesamten Netto (unterdrückenden) Effekt der Stimulierung von D1-Rezeptoren auf die Belohnungsfunktion stehen. Im Gegensatz dazu folgt der Nettoeffekt der D2-Rezeptorpopulation enger mit dem, was über die hypothalamischen D2-Rezeptoren bekannt ist, als die hier für die NAc dargestellten Daten.

In der vorliegenden Studie waren sowohl D1-artige als auch D2-Antagonisten in der Lage, operantes Verhalten für Saccharose nach VTA-Ghrelin-Verabreichung und nach Nahrungsentzug zu blockieren, was nahelegt, dass eine kooperative Wirkung an beiden Rezeptoren in der NAc notwendig ist, damit Ghrelin seine Wirkung entfaltet. Dies ist sinnvoll, wenn man die endogene Situation in Betracht zieht, in der VTA-abgeleitete dopaminerge Terminale Dopamin in der NAc-Schale freisetzen und gleichzeitig alle zugänglichen Dopaminrezeptoren aktivieren. Die Notwendigkeit der gleichzeitigen Aktivierung von D1-ähnlichen und D2-Rezeptoren wurde bereits für andere Verhaltensweisen einschließlich Verstärkung (Ikemoto et al., 1997) und lokomotorische Aktivität (Plaznik et al., 1989) sowie neuronales Feuern (Weiß, 1987). Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass die Blockade von nur einem der beiden dopaminergen Rezeptoren ausreichte, um diese Verhaltensweisen zu reduzieren, so wie die Blockade eines dieser beiden Rezeptoren ausreichte, um das Ghrelin-getriebene Saccharose-Operanten-Verhalten zu reduzieren. Der Mechanismus hinter dieser Interaktion ist unklar. Einige Neuronen im NAc koexprimieren sowohl D1- als auch D2-Rezeptoren. Eine Möglichkeit ist die Beteiligung von Heterodimeren für die Belohnungsreaktion, die Bildung von Heterodimeren durch die D1- und D2-Rezeptoren wurde kürzlich berichtet und es wurde gezeigt, dass diese Kopplung zu depressionsähnlichem Verhalten beiträgt (Pei et al., 2010). Nichtsdestoweniger zeigen unsere Ergebnisse, dass das D1- und D2-Signal in der NAc nicht redundant ist und jeder Rezeptor benötigt wird, um den Ghrelin-Effekt auf die Nahrungsbelohnung zu übertragen, da die individuelle Blockade die Belohnungsreaktion wirksam dämpfte. Da die individuelle Blockade für die Ghrelin-Hyperphagie nicht wirksam war, haben wir zusätzlich die Möglichkeit separat bewertet, ob das D1- und D2-Signal für die Futteraufnahme redundant ist, dh eine gleichzeitige Blockade von beiden wäre erforderlich, um die Reaktion zu eliminieren. Dies war jedoch nicht der Fall, da die Ghrelin-Hyperphagie nicht von der gleichzeitigen Blockade der D1- und D2-Rezeptoren in der NAc betroffen war. Somit wird allein oder in Kombination die NAc-Shell D1- und D2-Rezeptorsignalisierung von Ghrelin nicht genutzt, um die Futteraufnahme zu erhöhen.

Hier haben wir die D1-like und D2-Rezeptoren in der Shell des NAc gezielt. Die Funktion von Schale und Kern des NAc scheint zu einem gewissen Grad dissoziierbar zu sein, insbesondere mit den zugrundeliegenden Veränderungen der Arzneimittelselbstverabreichung, die mit diskretem Hinweis verknüpft sind, und die Schale ist im Kontext abhängiger Arzneimittelselbstverabreichung einflussreicher (Bossert et al., 2007). Diese funktionelle Dissoziation wird durch die neuroanatomischen Verbindungen unterstützt, wobei der Kern mehr Input von der Amygdala erhält und die Hülle vom Hippocampus dichter innerviert wird (Groenewegen et al., 1999 und Floresco et al., 2001). Ratten werden die Kombination von D1- und D2-Rezeptor-Agonisten auch nur in der Schale von NAc und nicht im Kern selbst verabreichen (Ikemoto et al., 1997), was darauf hindeutet, dass ihre kooperative Wirkung auf die Belohnung in erster Linie mit der hier angesprochenen Muschelregion zusammenhängt.

In der vorliegenden Studie untersuchten wir speziell die Auswirkungen von unterdrückter NAc-Dopamin-Signalisierung auf die Nahrungsaufnahme und das motivierte Verhalten von Nahrungsmitteln, die durch VTA-appliziertes Ghrelin ausgelöst wurden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass Ghrelin auch das Fütterungsverhalten durch die Aktivierung afferenter Wege zur VTA vorantreiben kann. Zum Beispiel wurde gezeigt, dass Ghrelin das nahrungsmittelverstärkte Verhalten durch Aktivierung von Orexin-Neuronen im lateralen Hypothalamus verstärkt (Perello et al., 2010), eine orexinerge Zellgruppe, die auf die VTA projiziert und die Dopaminfreisetzung stimuliert (Narita et al., 2006). Während unsere Studie mit Neuroanatomie und Neuropharmakologie den VTA-NAc-Weg spezifisch seziert, stimuliert Ghrelin, das im Kreislauf freigesetzt wird, in einer endogenen Situation die VTA ebenso wie andere Gehirnkerne, die den Ghrelin-Rezeptor mit efferenten Projektionen auf die VTA exprimieren. Daher ist der Einfluss von Ghrelin in einer physiologischen Situation auf viele Stellen im Gehirn verteilt, die wahrscheinlich zusammenwirken. Das Konzept eines Hormons oder eines Neuropeptids, das auf viele verteilte Stellen im Gehirn wirkt, von denen es ein ähnliches Ergebnis hervorrufen kann, beispielsweise eine Änderung der Nahrungsaufnahme, ist nicht neu und wurde bereits für Leptin und Melanocortin vorgeschlagen und bewertet (Grill, 2006, Leinninger et al., 2009, Skibicka und Grill, 2009 und Faulconbridge und Hayes, 2011).

Nahrungsmittelentzug ist mit hohen Konzentrationen von zirkulierendem Ghrelin verbunden. Unter den Bedingungen der Nahrungsentzug verursacht die Präsentation von Lebensmitteln eine Freisetzung von Dopamin im NAc (Kawahara et al., 2013). Daraus folgt, dass Ernährungszustand, kann auch beeinflussen Dopamin-Signal in der NAc, die Auswirkungen der Nahrungsentzug auf mRNA-Expression von Dopamin-Rezeptoren (D1-ähnliche Rezeptoren (D1, D5) und D2-ähnliche Rezeptoren (D2, D3)) und Dopamin-Abbau Enzyme (MAO, COMT) in der vorliegenden Studie ausgewertet. Während der Nahrungsentzug die mRNA-Expression eines der gemessenen Dopamin-abbauenden Enzyme nicht veränderte, beobachteten wir eine differentielle Regulation von D5 gegenüber D2-Rezeptoren. Die Expression von D5-Rezeptoren wurde um nahezu 30% erhöht, während die D2-Rezeptor-mRNA um etwa 20% reduziert wurde. In Übereinstimmung mit dieser Divergenz wurde gezeigt, dass die gleichzeitige Anwendung von D1-artigen und D2-Rezeptoragonisten die D2-Rezeptoren herunterreguliert, aber die D1-Rezeptoren in der Substantia nigra hochreguliert (und mit einem ähnlichen Trend in der NAc) (Subramaniam et al., 1992). Interessanterweise konvergieren die Auswirkungen von Nahrungsentzug auf die NAc-Dopaminrezeptorexpression mit unseren Daten, die eine Rolle für D1-ähnliche (das D5 enthalten) und D2-Rezeptoren in der Fasten-induzierten Motivation für Nahrung zeigen.

Eine Einschränkung unserer Studie ist, dass die Nahrungsentzug die zirkulierenden Ghrelinspiegel erhöht, so dass andere Ghrelin-Rezeptoren Populationen außerhalb der VTA potenziell aktiviert werden können. Während also Nahrungsentzug ein endogener und physiologisch relevanterer Weg zur Steigerung von Ghrelin ist, erlaubt es keine selektive VTA-Stimulation. Wir können daher nicht die Möglichkeit ausschließen, dass die in der NAc festgestellten Änderungen des Dopaminrezeptors ein Ergebnis der Ghrelinaktivität in Bereichen außerhalb der VTA mit indirektem Einfluss auf die NAc sind. Schließlich sollte angemerkt werden, dass unsere Datenverbindung zu Veränderungen der NAc-Dopaminrezeptor-Expression fastet, aber weitere Experimente erforderlich wären, um die Vermittlung der (ghrelin-stimulierten) VTA-NAc-dopaminergen Projektion in diesem Effekt zu zeigen und tatsächlich die Rolle zu erforschen von anderen Signalwegen und Transmittersystemen in diesem Effekt, wie der laterale Hypothalamus (wie oben diskutiert).

Da viele der neurobiologischen Substrate sowohl für Drogenabhängigkeit als auch für ungeordnetes Essen bekannt sind, ist es möglich, dass die vorliegenden Befunde auf eine Rolle von D1-ähnlichen und D2-Rezeptoren bei Arzneimittel- und Alkoholverstärkungseffekten von Ghrelin hinweisen (Dickson et al., 2011). Sowohl die Nahrung als auch die Kokainbelohnung führen zu einer Freisetzung von Dopamin im NAc (Hernandez und Hoebel, 1988). Die Blockade von D1- oder D2-Rezeptoren reduziert das Belohnungsverhalten für Drogen, Alkohol und Nikotin. Da ein beträchtlicher Beitrag von Ghrelin zum Aufnahme- oder Belohnungsverhalten für all diese Substanzen bereits früher berichtet wurde, ist es eher wahrscheinlich, dass die hier beschriebene Ghrelin-VTA-Dopamin-NAc-Schaltung für eine Reihe von Belohnungsverhalten und nicht ausschließlich für Nahrung relevant ist. Vorläufige Unterstützung für diese Idee kann aus Daten gezogen werden, die zeigen, dass Nahrungsmittelentzug Heroin suchen kann, das durch Blockade von D1-ähnlichen Rezeptoren blockiert wird (Tobin et al., 2009).

Unsere Daten liefern neue Erkenntnisse über die Integration von zwei wichtigen Signalisierungssystemen, die mit der Belohnung von Lebensmitteln verbunden sind: den VTA-gesteuerten Schaltkreisen, die auf das orexigene Hormon Ghrelin und die auf NAc-Dopamin reagierenden Schaltkreise ansprechen. Insbesondere zeigen wir, dass Ghrelins gut dokumentierte VTA-verknüpfte Effekte auf lebensmittelmotiviertes Verhalten eine D1- und D2-Signalübertragung in der NAc erfordern. Unsere Daten zeigen auch, dass die VTA-gesteuerten (D1 / D2-abhängigen) Wirkungen von Ghrelin auf die Lebensmittelbelohnung unterschiedliche Schaltkreise zu denen beinhalten, die für die Nahrungsaufnahme wichtig sind, da keiner der Antagonisten die Ghrelin-induzierte Nahrungsaufnahme beeinflusste, wenn sie an die NAc abgegeben wurden. Schließlich implizieren Studien an hungrigen (über Nacht fastenden und damit hyperghrelinämischen) Ratten eine NAc D1 / D2-Signalübertragung bei den Auswirkungen von endogenem Ghrelin auf das lebensmittelmotivierte Verhalten. Daher scheinen Mechanismen und Therapien, die die Dopaminsignalisierung in der NAc stören, für Ghrelin-vermittelte Wirkungen auf das Belohnungssystem relevant zu sein, einschließlich solcher, die mit der Fütterungskontrolle und damit der Fettleibigkeit und ihrer Behandlung verbunden sind.

Offenlegungserklärung

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

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• Korrespondierender Autor. Klinik für Endokrinologie, Institut für Neurowissenschaften und Physiologie, Sahlgrenska-Akademie der Universität Göteborg, Medicinaregatan 11, Postfach 434, SE-405 30 Göteborg, Schweden. Tel.: +46 31 786 3818 (Büro); Fax: +46 31 786 3512.