Rolle von Ghrelin bei der Nahrungsmittelbelohnung: Einfluss von Ghrelin auf die Selbstverabreichung von Sucrose und die Expression von mesolimbischem Dopamin und Acetylcholinrezeptor (2012)

PMCID: PMC3298643

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Abstrakt

Die Entscheidung zu essen wird stark von nicht homöostatischen Faktoren wie der Schmackhaftigkeit der Lebensmittel beeinflusst. In der Tat kann der lohnende und motivierende Wert von Lebensmitteln homöostatische Signale außer Kraft setzen, was zu einem erhöhten Konsum und damit zu Fettleibigkeit führt. Ghrelin, ein aus dem Darm stammendes orexigenes Hormon, spielt eine herausragende Rolle bei der homöostatischen Ernährung. In jüngster Zeit hat es sich jedoch als wirksamer Modulator des mesolimbischen dopaminergen Belohnungsweges herausgestellt, was auf eine Rolle von Ghrelin bei der Belohnung von Nahrungsmitteln hindeutet. Hier wollten wir herausfinden, ob Ghrelin und seine Rezeptoren wichtig sind, um die Motivation für die Belohnung mit natürlichem Zucker zu verstärken, indem wir die Rolle der Stimulation und Blockade des Ghrelinrezeptors (GHS-R1A) für die Konditionierung des operanten Saccharose-Progressive-Ratio untersuchen, ein Verfahren zur Messung des Motivationsantriebs eine Belohnung erhalten. Peripher und zentral verabreichtes Ghrelin erhöhte die Reaktion der Operanten signifikant und damit die Anreizmotivation für Saccharose. Unter Verwendung des GHS-R1A-Antagonisten JMV2959 haben wir gezeigt, dass die Blockade der GHS-R1A-Signalübertragung die Reaktion des Operanten auf Saccharose signifikant verringert. Wir untersuchten weiter die Auswirkungen von Ghrelin auf wichtige mesolimbische Belohnungsknoten, den ventralen tegmentalen Bereich (VTA) und den Nucleus accumbens (NAcc), indem wir die Auswirkungen der chronischen Behandlung mit zentralem Ghrelin auf die Expression von Genen untersuchten, die für die wichtigsten Belohnungsneurotransmitterrezeptoren, nämlich Dopamin und Acetylcholin, kodieren. Die Behandlung mit Ghrelin war mit einer erhöhten Expression des Dopaminrezeptors D5 und des Acetylcholinrezeptors nAChRβ2 im VTA und einer verminderten Expression von D1, D3, D5 und nAChRα3 im NAcc verbunden. Unsere Daten zeigen, dass Ghrelin eine wichtige Rolle bei der Motivation und Verstärkung von Saccharose spielt und die Expression von Dopamin- und Acetylcholin-kodierenden Genen in der mesolimbischen Belohnungsschaltung beeinflusst. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Ghrelin-Antagonisten ein therapeutisches Potenzial zur Behandlung von Fettleibigkeit und zur Unterdrückung des Überkonsums von Süßspeisen haben.

Stichwort: Acetylcholin, Dopamin, Lebensmittelmotivation, Ghrelin, GHS-R1A, operante Konditionierung

EINFÜHRUNG

Es ist bekannt, dass das zirkulierende Hormon Ghrelin eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Energiebilanzes spielt (Kojima et al. 1999; Nogueiras, Tschöp & Zigman 2008). In erster Linie vom Magen befreit (Dornonville de la Cour et al. 2001), Ghrelin löst starke orexigene Effekte sowohl bei Nagetieren als auch beim Menschen aus (Zaunkönig et al. 2000, 2001) durch Stimulation des Rezeptors des zentralen Nervensystems (ZNS) (Salomeet al. 2009a), der Rezeptor des Wachstumshormon-Sekretagogums (GHS-R1A) (Howard et al. 1996). Tatsächlich zielt Ghrelin auf Hypothalamus- und Hirnstammkreisläufe, die an der Nahrungsaufnahme und an der Energiehomöostase beteiligt sind (Dickson, Leng & Robinson 1993; Bailey et al. 2000; Hewson & Dickson 2000; Faulconbridge et al. 2003, 2008). Das Fütterungsverhalten ist jedoch nicht nur auf die Notwendigkeit der Nährstoffreservierung (dh die Wiederherstellung der Homöostase) zurückzuführen. schmackhafte Nahrungsmittel mit hohem Fett- und / oder Zuckergehalt können trotz eines Sättigungszustands die Einnahme motivieren (Zheng et al. 2009). Der übermäßige Konsum von schmackhaften natürlichen Stoffen wie Zucker ist ein wesentlicher Faktor für die aktuelle Epidemie der Fettleibigkeit. Es muss noch festgestellt werden, ob das zentrale Ghrelin-Signalsystem für den nicht-homöostatischen Zuckerverbrauch wichtig ist, wodurch ein potenziell wichtiges therapeutisches Ziel zur Unterdrückung der Aufnahme von kalorienhaltigen, genießbaren und belohnenden süßen Speisen geschaffen wird.

Inspiriert durch die jüngsten Erkenntnisse, dass Ghrelin mit mesolimbischen Bereichen interagiert, die an der nicht-homöostatischen / belohnenden Fütterung beteiligt sind (Jerlhag et al. 2007) Wir haben versucht, die Rolle von Ghrelin und seines Rezeptors für die Motivation von Nahrungsmitteln und das zielgerichtete Verhalten bei der Saccharosebelohnung zu bewerten. Diese mesolimbischen Gebiete sind seit langem im Fokus der Drogenabhängigkeitsforschung, da sie ein Hauptziel für die meisten Drogenmissbrauch darstellen (Engel 1977; Koob 1992). Der mesolimbische Zielpfad für Ghrelin umfasst die Dopaminprojektion vom ventralen Tegmentalbereich (VTA) zum Nukleus accumbens (NAcc) (Jerlhag et al. 2006, 2007), ein Weg, der sowohl durch Suchtmittel als auch durch natürliche Belohnungen, einschließlich Lebensmittel (Koob 1992). Interessanterweise wird GHS-R1A auf dopaminergen Neuronen exprimiert (Abizaid et al. 2006), was mögliche direkte Auswirkungen von Ghrelin auf das VTA-Dopaminsystem impliziert. Diese immunhistochemischen Daten werden durch die akkumulierten verhaltensbezogenen und elektrophysiologischen Hinweise auf die Wirkung von Ghrelin im VTA ergänzt. Beispielsweise erhöht die intra-VTA-Verabreichung von Ghrelin die Aktivität von VTA-Dopamin-Neuronen (Abizaid et al. 2006) und erhöht die Freisetzung von Dopamin in die NAcc (Jerlhag et al. 2007). Ghrelin erhöht auch die Aktivität der cholinergen-dopaminergen Verbindung, einem wichtigen Belohnungsweg. Tatsächlich scheint zumindest ein Teil der Wirkung von Ghrelin auf Dopamin durch das cholinerge System vermittelt zu werden (Jerlhag et al. 2007).

Während festgestellt wurde, dass Ghrelin eine starke orexigene Wirkung hat, wenn Lebensmittel leicht verfügbar sind, ist noch nicht bekannt, ob die origenen Wirkungen von Ghrelin auf wechselnde Motivation und verstärkende Aspekte natürlicher Verstärkungen, wie wohlschmeckende süße Speisen (dh zunehmendes Fehlen), ausgedehnt werden können die Anstrengung / Arbeit, die man bereit ist, um eine süße Belohnung zu erhalten). Die Motivation und Belohnungseffizienz von Suchtmedikamenten kann im operativen Konditionierungsmodell der Selbstverwaltung bewertet werden. Operant Konditionierung ist ein Hauptverfahren für die Analyse von motiviertem Verhalten, bei dem erworbenes und freiwilliges Verhalten bewertet wird, um eine Belohnung zu erhalten. Durch die Messung der Arbeitsmenge, die ein Subjekt bereit ist, um die Belohnung zu erhalten, ist es ein objektives Maß für den Belohnungswert (Hodos 1961). Mesolimbische Regionen sind entscheidend für die Motivationsaspekte des Verhaltens, einschließlich der Nahrungsaufnahme, und es ist klar, dass Ghrelin die neuronale Aktivität in relevanten mesolimbischen Regionen beeinflusst. Was bisher noch nicht gezeigt wurde, ist die direkte Wirkung von Ghrelin auf die Motivation für zuckerreiche Lebensmittel. Das Hauptziel unserer Studie ist es zu untersuchen, ob das zentrale Ghrelin-Signalsystem eine Rolle bei der hedonischen / motivationalen oder positiv verstärkenden Wirkung von Nahrungsmitteln mit hohem Zuckergehalt spielt und ob die Unterdrückung dieses Systems mithilfe eines neuartigen selektiven GHS-R1A-Antagonisten JMV2959 (Salomeet al. 2009a), kann die Motivation, Süßigkeiten zu erhalten, unterdrücken. GHS-R1A-Antagonisten werden derzeit bei Typ-2-Diabetikern therapeutisch bewertet, da die Unterdrückung der Ghrelin-Signalübertragung vorteilhafte Auswirkungen auf die Glukosehomöostase hat (Sun et al. 2006) Auswirkungen, die auch von einer geringeren Aufnahme von süßen Mehrere Beweise legen nahe, dass dopaminerge und cholinerge Neurotransmission eine wichtige Rolle für das motivierte Belohnungsverhalten spielen. Um die Auswirkungen von Ghrelin auf den zentralen Belohnungskreislauf weiter zu charakterisieren, untersuchten wir daher die Auswirkungen der Ghrelin-Behandlung auf die Dopamin- und Acetylcholin-Rezeptor-Gen-Expressionsänderungen in den wichtigsten Belohnungsknoten VTA und NAcc nach der Ghrelin-Behandlung.

METHODEN

Tiere

Erwachsene männliche Sprague-Dawley-Ratten (200-250 g, Charles River, Deutschland) wurden in einem 12-Stunden-Hell / Dunkel-Zyklus gehalten, wobei regelmäßig Chow und Wasser zur Verfügung standen ad libitumsofern nicht anders angegeben. Alle Tierbehandlungen wurden mit ethischer Genehmigung und gemäß den Richtlinien des Instituts für Tierpflege und -nutzungszweck der Universität Göteborg durchgeführt.

Chirurgie

Für Verhaltensexperimente, die auf das ZNS abzielen, eine dritte ventrikuläre Führungskanüle (26 Gauge; Plastics One, Roanoke, VA, USA; Koordinaten: auf der Mittellinie, 2 mm hinter Bregma und 5.5 mm ventral zur Dura Mater, mit einem Injektor von 7.5 mm ventral zur Dura) wurde unter Isoflurananästhesie implantiert. Die Kanülen wurden mit Dentalacryl- und Juwelierschrauben am Schädel befestigt und wie zuvor beschrieben mit einem Obturator verschlossen (Skibicka, Alhadeff & Grill 2009). Die Platzierung der Kanüle im dritten Ventrikel wurde eine Woche nach der Operation durch Messung der sympathoadrenal vermittelten glykämischen Reaktion auf die zentrale Injektion von 5-Thio-D-Glucose [210 µg in 2 µl Vehikel (Kochsalzlösung)] überprüft (Ritter, Slusser & Stone 1981). Bei diesem Protokoll zur Überprüfung der Platzierung war für die Aufnahme der Versuchspersonen eine Erhöhung der Grundlinien-Plasmaglukose nach der Injektion um mindestens 100% erforderlich. Für das Genexpressionsexperiment wurden die Ratten anästhesiert (60-75 mg / kg Ketalar und 0.5 mg / kg Domitor ip; Pfizer, Schweden; Orion Co, Finnland) und eine chronische intrazerebroventrikuläre (ICV) Kanüle (Alzet Brain Infusion Kit II). DURECT Corp., Cupertino, CA, USA) wurde mit folgenden Koordinaten in den lateralen Ventrikel eingeführt: 0.6 mm posterior von Bregma, 1.4 mm lateral von der Mittellinie, 2.3 ventral von Schädel. Die Kanüle wurde über einen Polyethylenkatheter an eine osmotische Minipumpe (Alzet Mini-Osmotic Pump Modell 2002, Durect, Cupertino, Flussrate, 0.5 µl / Stunde für 14-Tage) in den Rücken der Tiere implantiert.

Operantes Konditionierungsmodell

Apparatur

Operant-Konditionierungsexperimente fanden in acht operanten Konditionierungskammern statt, die für Ratten (30.5 × 24.1 × 21.0 cm; Medical-Associates, Georgia, VT, USA) konzipiert und in einem schallgedämpften, schwach beleuchteten Schrank untergebracht waren. Jede Kammer hatte einen Metallgitterboden, zwei einziehbare Hebel mit weißen Glühbirnen darüber und einen Pelletspender, der 45-mg-Sucrosepellets (GlaxoSmithKline, Test Diet, Richmond, IN, USA) in das Tablett liefern kann. Die Datenerhebung und -verarbeitung wurde durch MED-PC-Software (Medical-Associates, Georgia, VT, USA) gesteuert.

Ausbildung

Das Verfahren zur operanten Konditionierung wurde von (La Fleur et al. 2007) und (Tracy et al. 2008). Alle Ratten wurden einem milden Ernährungsrestriktionsparadigma unterzogen, in dem ihr anfängliches Körpergewicht über einen Zeitraum von einer Woche allmählich auf 90% reduziert wurde. Bei den ICV-kanülierten Ratten begann das Training eine Woche nach der Operation. Vor der Platzierung in den operanten Boxen wurden die Ratten mindestens zwei Mal in der häuslichen Käfigumgebung den Saccharosepellets ausgesetzt. Als Nächstes lernten die Ratten, die Saccharosepellets unter einem festen FR1-Zeitplan mit zwei Sitzungen pro Tag zu betätigen. Bei FR1 wurde durch einmaliges Drücken des aktiven Hebels ein Saccharosepellet abgegeben. Alle FR-Sitzungen dauerten 30-Minuten oder bis die Ratten 100-Pellets erhielten, je nachdem, was zuerst eintrat. Die meisten Ratten erreichten das 100-Pellets-Kriterium pro Sitzung nach 10-zu-15-Sitzungen. Die Betätigung des inaktiven Hebels wurde aufgezeichnet, hatte jedoch keine programmierte Konsequenz. Auf FR1-Zeitplanungssitzungen folgten FR3 und FR5 (dh drei bzw. fünf Pressen pro Pellet). Wiederum war ein Minimum an 100-Antworten pro Sitzung auf dem aktiven Hebel erforderlich, um zum nächsten Zeitplan zu gelangen. Die meisten Ratten benötigten nur ein bis zwei FR3- und FR5-Zeitpläne, um dieses Niveau zu erreichen. Dem FR5-Zeitplan folgte der Zeitplan für die progressive Ratio (PR), in dem die Kosten einer Belohnung für jede nachfolgende Belohnung schrittweise erhöht werden, um den Arbeitsaufwand zu bestimmen, den die Ratte bereit ist, um die Belohnung zu erhalten. Die Antwortanforderung erhöhte sich gemäß der folgenden Gleichung: Ansprechverhältnis = [5e (0.2 × Infusionsnummer)] - 5 durch die folgenden Serien: 1, 2, 4, 9, 12, 15, 20, 25, 32, 40 50, 62, 77, 95, 118, 145, 178, 219, 268. Die PR-Sitzung endete, als die Ratte innerhalb von 328-Minuten keine Belohnung erhalten hatte. Der Haltepunkt wurde als das endgültige abgeschlossene Verhältnis vor Ende der Sitzung definiert. Die Antwort wurde als stabil angesehen, wenn die Anzahl der pro Sitzung verdienten Pellets für Lebensmittel in drei aufeinander folgenden Sitzungen nicht mehr als 60% betrug. In den meisten Fällen stabilisierte sich die Reaktion innerhalb von fünf bis sieben Sitzungen. Der PR-Test wurde einmal pro Tag durchgeführt. Die Sitzungen dauerten im Durchschnitt 15-Minuten, obwohl alle Ratten bis zu 75-Minuten in den operanten Boxen blieben, um alle Sitzungen enden zu lassen. Die Ratten wurden anschließend für eine einstündige Free-Chow-Einnahme-Messung in Hauskäfige überführt. Am Ende des Trainings und vor dem Testen wurden die Ratten wieder in eine ad libitum Fütterungsplan.

Experimentelles Design

Alle Ratten erhielten intraperitoneale (IP) oder in einer separaten Gruppe von Ratten, Injektionen des dritten Ventrikels (drittes ICV) früh im Lichtzyklus (für Ghrelintests) und spät im Lichtzyklus für Ghrelin-Antagonisten-Experimente 20 Minuten vor dem Beginn von operanten Tests. Alle Bedingungen wurden durch ein Minimum von 48-Stunden getrennt und im Gegengewicht durchgeführt (jede Ratte erhielt alle Bedingungen an separaten Testtagen).

Experiment 1: Einfluss der Verabreichung von peripherem oder zentralem Ghrelin auf die PR-Reaktion auf Sucrose bei Ratten

Bei allen Ratten wurden die Hebelpressantworten nach zwei Bedingungen untersucht: IP-Behandlung mit Kochsalzlösung oder acyliertem Rattenghrelin (Tocris, Bristol, UK; 0.33 mg / kg Körpergewicht bei 1 ml / kg). Es wurde bereits gezeigt, dass die gewählte IP-Ghrelin-Dosis eine Fütterungsreaktion bei Ratten induziert (Zaunkönig et al. 2000) sowie zur Induktion der Accumbal-Dopamin-Freisetzung und der Bewegungsaktivität bei Mäusen (Jerlhag 2008). Im Anschluss an die operanten Tests wurde den Ratten freier Zugang zum Chow gewährt, und die Chow-Aufnahme wurde nach einer Stunde gemessen. Als nächstes untersuchten wir in einer separaten Gruppe von Ratten die Antworten nach gezielter ZNS-Medikamentenabgabe nach drei Zuständen: Kontrollzustand mit der dritten Ventrikel-Salzlösung, 0.5 µg oder 1.0 µg acyliertem Rattenghrelin (Tocris) in einem 1-µl-Volumen. Es wurde bereits gezeigt, dass die ausgewählten Ghrelindosen Fütterungsreaktionen auslösen (Nakazato et al. 2001). Sowohl für die ICV- als auch für die IP-Ghrelin-Studie wurden Hebelexperimente im gesättigten Zustand durchgeführt (dh, wenn die Nahrungsaufnahme eher von den lohnenden Eigenschaften der Nahrung als von homöostatischen Antrieben beeinflusst würde). In beiden Studien wurde den Ratten nach dem operanten Testen freier Zugang zum Chow-Chow gewährt, und die Chow-Aufnahme wurde nach einer Stunde gemessen.

Experiment 2: Einfluss einer peripheren oder zentralen Behandlung mit einem Ghrelinrezeptor (GHS-R1A) -Antagonisten (JMV2959) auf die Anreizmotivation für eine Saccharose-Belohnung bei Ratten

PR-Operantenantworten wurden nach drei Bedingungen wie folgt untersucht: Kontrollbedingung mit IP-Salzlösung, 1 mg / kg oder 3 mg / kg JMV2959 (AEZS-123, AeternaZentaris GmBH, Frankfurt, Deutschland). Die JMV2959-Dosen wurden basierend auf ausgewählt Jerlhag et al. (2009) und Egecioglu et al. (2010) und vorläufige Daten, von denen zuvor gezeigt wurde, dass sie das Präferenzverhalten konditionierter Stellen verringern, jedoch keinen unabhängigen Einfluss auf die Bewegungsaktivität haben. Im Anschluss an die operanten Tests hatten die Ratten freien Zugang zum Futter. Um die Auswirkungen der direkten akuten zentralen antagonistischen Wirkung zu beurteilen, wurde in einer separaten Gruppe von Ratten das operante Verhalten nach den folgenden drei Bedingungen untersucht: Kontrollzustand mit der Injektion von Ventrikel-Kochsalzlösung, 5 & mgr; Die ausgewählten ICV-Dosen der JMV10-Dosis basierten auf Salomeet al. (2009a), bei dem die origenigene Wirkung von mit 1 µg Ghrelin verabreichtem ICV blockiert wurde. Nach dem operanten Testen wurde den Ratten freier Zugang zu Chow-Chow gewährt, und die Chow-Aufnahme wurde nach einer Stunde sowie nach 24 Stunden nach der ersten Injektion gemessen. Studien mit dem GHS-R1A-Antagonisten wurden im Gegensatz zu denen, die mit Ghrelin durchgeführt wurden (siehe oben), an den Ratten nach einer 16-stündigen Nahrungsmittelrestriktion vor den Injektionen durchgeführt, um hohe Konzentrationen an endogenem zirkulierendem Ghrelin sicherzustellen (Cummings et al. 2001).

Experiment 3: Ghrelin-induzierte Veränderungen in der Expression von Dopamin- und Acetylcholin-verwandten Genen in der VTA und NAcc

Hier haben wir die Auswirkungen einer chronischen ICV-Ghrelin-Infusion über zwei Wochen auf die Expression ausgewählter Gene, die an der dopaminergen und cholinergen Übertragung beteiligt sind, in zwei wichtigen mesolimbischen Belohnungspfadknoten, dem VTA und dem NAcc, bestimmt. Die ausgewählten Dopamin-verwandten Gene waren Gene, die die Dopaminrezeptoren (D1A, D2, D3, D5), Catechol-O-Methyltransferase, Tyrosinhydroxylase (nur in VTA) und Monoaminoxidase A codieren. Die Acetylcholin-verwandten Gene waren: Nikotinrezeptor-Untereinheiten (α3α6, β2, β3). Die Gene, die wir zur Bewertung ausgewählt haben, waren zuvor an den Wirkungen von Ghrelin und / oder am Belohnungs- / Motivationsverhalten beteiligt (Kelley et al. 2002; Figlewicz et al. 2006; Jerlhag et al. 2006, 2007; Sibilia et al. 2006; Dalley et al. 2007; Kuzmin et al. 2009; Lee et al. 2009; Nimitvilai & Brodie 2010; Perello et al. 2010). Ein chronisches Infusionsprotokoll mit Ghrelin / Kochsalzlösung wurde der akuten Injektion vorgezogen, um die Wahrscheinlichkeit einer Wirkung auf die Genexpression zu erhöhen. Wenn Ghrelin langfristig ein wichtiger Regulator des Belohnungssystems ist, der Überessen und Fettleibigkeit fördert, sind seine chronischen Wirkungen zur Veränderung der wichtigsten Belohnungsmechanismen wahrscheinlich von erheblicher Bedeutung.

Medikamentenverabreichung und Gewebedissektion

Der Katheter und die osmotische Pumpe wurden mit acetyliertem humanem Ghrelin (Geschenk von Rose Pharma, Kopenhagen, Dänemark), Lösung (8.3 & mgr; g / Ratte / Tag) oder mit Salzlösung als Vehikellösung (0.9% NaCl) gefüllt. Diese Dosis und Behandlungsdauer hat zuvor gezeigt, dass sie die Genexpression im Hypothalamus beeinflusst (Salomeet al. 2009b). Vierzehn Tage nach der Implantation der Minipumpen wurden die Ratten durch Enthauptung getötet. Die Gehirne wurden schnell entfernt und die VTA und die NAcc wurden unter Verwendung einer Gehirnmatrix präpariert (die Grenzen jeder Region wurden auf der Grundlage von bestimmt Paxinos & Watson 1986), gefroren in flüssigem Stickstoff und zur späteren Bestimmung der mRNA-Expression bei –80 ° C gelagert.

RNA-Isolierung und mRNA-Expression

Einzelne Gehirnproben wurden in Qiazol (Qiagen, Hilden, Deutschland) unter Verwendung eines TissueLyzer (Qiagen) homogenisiert. Die Gesamt-RNA wurde unter Verwendung des RNeasy Lipid Tissue Mini Kits (Qiagen) oder des RNeasy Micro Kit (Qiagen) extrahiert, beide mit zusätzlicher DNAse-Behandlung (Qiagen). Die Qualität und Quantität der RNA wurde durch spektrophotometrische Messungen (Nanodrop 1000, NanoDrop Technologies, Wilmington, DE, USA) bewertet. Für die cDNA-Synthese wurde die Gesamt-RNA unter Verwendung von zufälligen Hexameren (Applied Biosystems, Sundbyberg, Schweden) und Superscript III-Reverse Transkriptase (Invitrogen Life Technologies, Paisley, UK) gemäß der Beschreibung des Herstellers revers transkribiert. Rekombinanter RNaseout-Ribonuklease-Inhibitor (Invitrogen) wurde hinzugefügt, um einen RNase-vermittelten Abbau zu verhindern. Alle cDNA-Reaktionen wurden dreifach durchgeführt. Reverse Transkriptions-PCR in Echtzeit wurde unter Verwendung von TaqMan Custom Array-Assays durchgeführt. Sie wurden mit TaqMan-Sonden- und Primer-Sets für Zielgene entwickelt, die aus einem Online-Katalog (Applied Biosystems) ausgewählt wurden. Jeder Port auf den TaqMan Array-Plattformen wurde mit cDNA beladen, die 100 ng Gesamt-RNA in Kombination mit nukleasefreiem Wasser und 50 & mgr; l TaqMan Gene Expression Master Mix (Applied Biosystems) bis zu einem Endvolumen von 100 & mgr; l entsprach. Die TaqMan-Arrays wurden unter Verwendung des 7900HT-Systems mit einem TaqMan-Array-Upgrade (Applied Biosystems) analysiert. Die Temperaturwechselbedingungen waren: 50 ° C für zwei Minuten, 94.5 ° C für 10 Minuten, gefolgt von 40 Zyklen von 97 ° C für 30 Sekunden und 59.7 ° C für eine Minute.

Genexpressionswerte wurden auf der Basis von ΔΔ berechnetCt Methode (Livak & Schmittgen 2001), wobei die mit Salzlösung behandelte Gruppe als Kalibrator bezeichnet wurde. Kurz gesagt, ΔCt stellt den Schwellenzyklus dar (Ct) des Zielgens minus dem des Referenzgens und ΔΔCt stellt das Δ darCt der mit Ghrelin behandelten Gruppe minus dem des Kalibrators. Die relativen Größen wurden unter Verwendung der Gleichung der relativen Menge = 2 bestimmt-ΔΔCt. Für die Kalibratorprobe ist die Gleichung die relative Menge = 2-0, das ist 1; Daher wird jede andere Probe relativ dazu ausgedrückt. Als Referenzgen wurde Glyceraldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase verwendet.

Statistiken

Alle Verhaltensparameter wurden durch Varianzanalyse analysiert, gefolgt von Post-hoc- Tukey-Test oder t-Tests nach Bedarf. Statistische Analysen wurden unter Verwendung der Statistica-Software (Tulsa, OK, USA) durchgeführt. Um die Wirkung einer chronischen Ghrelin-Zentralbehandlung auf die Genexpression zu analysieren, t-Test wurde verwendet, mit P-Werte, berechnet mit ΔCt-Werte. Unterschiede wurden als signifikant angesehen P <0.05. Die Daten sind als Mittelwert ± SEM ausgedrückt.

ERGEBNISSE

Experiment 1: Einfluss der Verabreichung von peripherem oder zentralem Ghrelin auf die PR-Reaktion auf Sucrose bei Ratten

Hier wenden wir ein Paradigma an, das in der Suchtforschung verwendet wird, um die Rolle von Ghrelin für die Motivation natürlicher Süßspeisen und die Stärkung der Eigenschaften von Zucker zu beurteilen. Um die Rolle der peripheren Ghrelin-Verabreichung für die Wirksamkeit der Saccharose-Belohnung zu bestimmen, untersuchten wir die Saccharose-Selbstverabreichung in einem progressiven Reaktionszeitplan bei den 20-Ratten Minuten nach der IP-Injektion von Vehikel oder Ghrelin. Alle Messungen des operanten Verhaltens waren bei den Ratten nach akuter Injektion der peripheren Ghrelin signifikant erhöht:P <0.05 für alle Zeitpunkte), Anzahl der verdienten Zuckerpellets (P <0.005 für alle Zeitpunkte) und 120 Minuten Haltepunkt (P <0.005, 32.53 ± 3.4 und 41 ± 4.3 für Vehikel bzw. Ghrelin; Abb. 1a, b). Die Literatur unterstützt in erster Linie einen zentralen Wirkort für die orexigene Wirkung von Ghrelin. GHS-R1A wird jedoch auch außerhalb des ZNS an Stellen exprimiert, die für die Kontrolle der Nahrungsaufnahme relevant sind, beispielsweise am Vagusnerv; Daher kann nicht ausgeschlossen werden, dass ein Teil der beobachteten Wirkungen von IP-Ghrelin durch diese peripheren Rezeptoren vermittelt wird. Die zentrale Injektion eines geringen Volumens und einer geringen Dosis Ghrelin stimuliert jedoch nur das ZNS GHS-R1A. Um einen direkten ZNS-Effekt von Ghrelin auf die Wirksamkeit der Saccharose-Belohnung zu bestimmen, führten wir daher eine parallele Studie durch, in der Vehikel oder Ghrelin ebenfalls 20 Minuten vor dem operanten Paradigma durch Injektion eines dritten Ventrikels verabreicht wurden. In Übereinstimmung mit einer Hypothese der zentralen Wirkungsstelle erhöhte die akute ICV-Ghrelininjektion bei Ratten (sowohl 0.5 µg- als auch 1.0 µg-Dosen) alle oben genannten Messungen des operanten Verhaltens signifikant (Abb. 2a, b). Der zeitliche Verlauf der Reaktionen der aktiven Hebel in der ICV-Ghrelin-Studie ergab, dass der Effekt während der 10- und 30-Minuten nur langsam auftrat, während er bei 60-Minuten eine Signifikanz erreichte [aktive Hebel: 10-Minuten F(2, 24) = 0.94, P = 0.41, 30 Minuten F(2, 24) = 3.13, P = 0.06, 60 Minuten F(2, 24) = 5.86, P <0.01, 90 Minuten F(2, 24) = 6.42, P <0.01, 120 Minuten F(2, 24) = 6.03, P <0.01; Belohnungen: 10 Minuten F(2, 24) = 0.26, P = 0.78, 30 Minuten F(2, 24) = 2.76, P = 0.08, 60 Minuten F(2, 24) = 8.31, P <0.005, 90 Minuten F(2, 24) = 10.16, P <0.001, 120 Minuten F(2, 24) = 11.93, P <0.001; und Haltepunkt: F(2, 24) = 7.22, P <0.005 (17.31 ± 1.53, 33.15 ± 5.52, 36 ± 6.95 für Vehikel, 0.5 µg bzw. 1.0 µg Ghrelin)], ein Zeitverlauf, der mit anderen Berichten über Ghrelin-induzierte Fütterungslatenz übereinstimmt, wenn er auf diesem Weg geliefert wird (Faulconbridge et al. 2003). In beiden Experimenten war die Aktivität am inaktiven Hebel gering und unterschied sich nicht signifikant zwischen den verschiedenen Behandlungsgruppen (IP 4.1 ± 1.1, 4.1 ± 1.1 für Träger und Ghrelin; ICV 3.9 ± 1.1, 2.1 ± 0.7 ± 3.5 für Vehikel, 1.6 µg bzw. 0.5 µg Ghrelin), was darauf hindeutet, dass die Behandlung keine unspezifischen nicht zielgerichteten Aktivitätsänderungen hervorruft. Unmittelbar nach dem Test der Operanten wurden die Ratten in ihre Käfige zurückgebracht und hatten freien Zugang zum Futter. den Ratten, denen Ghrelin injiziert wurde, unabhängig davon, ob sie peripher verabreicht wurden (P <0.05) oder zentral [F(2, 24) = 12.64, P <0.001] verdoppelten ihre Futteraufnahme in der ersten Stunde im Vergleich zu den mit Vehikel behandelten Gruppen nahezu (Fig. 1c und 2c). In Übereinstimmung mit früheren Daten (Faulconbridge et al. 2003) was darauf hinweist, dass der größte Teil der hyperphagischen Wirkung der akuten Ghrelin-Zentralinjektion innerhalb von drei Stunden nach der Injektion stattfindet, wurde in unserer Studie drei bis 24-Stunden nach der ICV-Gabe einer der beiden Ghrelindosen keine Wirkung auf die Chow-Aufnahme festgestellt (17.4 ± 1.12, 18.42 ± 1.34, 19.12 ± 1.43-Vehikel, 0.5 µg bzw. 1.0 µg Ghrelin F(2, 24) = 2.27, P = 0.13].

Figure 1 

Periphere Ghrelin-Injektion erhöht die Motivation, schmackhafte Nahrung in einem operanten Konditionierungsmodell mit PR-Verhältnis zu erhalten. Die Anzahl der Reaktionen auf den aktiven Hebel (a) und die Anzahl der erzielten 45-mg-Sucrose-Belohnungen (b) werden signifikant erhöht ...
Figure 2 

Die Ghrelinabgabe durch ZNS (dritter ICV) erhöht den lohnenden Wert von Saccharose in einem operanten Konditionierungsmodell mit PR-Verhältnis. Die Anzahl der Reaktionen auf den aktiven Hebel (a) und die Anzahl der erhaltenen 45-mg-Sucrose-Belohnungen (b) sind um ein Drittel signifikant erhöht ...

Experiment 2: Einfluss einer peripheren oder zentralen Behandlung mit einem Ghrelinrezeptor (GHS-R1A) -Antagonisten (JMV2959) auf die Anreizmotivation für die Saccharose-Belohnung bei Ratten

Als nächstes untersuchten wir die Auswirkungen einer pharmakologischen Blockade von GHS-R1A auf die Wirksamkeit der Saccharosebelohnung. So wurde die Sucrose-Selbstverabreichung in einem progressiven Reaktionsschema bei über Nacht mit Nahrungsmitteln eingeschränkten Ratten untersucht, um hohe Konzentrationen an endogenem zirkulierendem Ghrelin 20 Minuten nach IP-Injektion von Vehikel oder 1 mg / kg oder 3 mg / kg JMV2959, einem GHS, sicherzustellen -R1A-Antagonist. Alle Messungen des operanten Verhaltens waren bei den Ratten nach peripherer Injektion von JMV2959 [aktiver Hebel: fünf Minuten signifikant verringert F(2, 24) = 11.53 P <0.0005, 120 Minuten F(2, 24) = 11.27, P <0.001; Belohnungen verdient: fünf Minuten F(2, 24) = 23.39 P <0.0005, 120 Minuten F(2, 24) = 9.26, P <0.001 und Bruchpunkt bei 120: F(2, 24) = 5.98, P <0.01 (45.31 ± 6.45, 42.08 ± 5.80, 30.0 ± 5.89 für Fahrzeug, 1 mg / kg bzw. 3 mg / kg JMV2959)]. Post hoc Analyse ergab, dass der Haupteffekt von der Dosis 3 mg / kg (Abb. 3a, b). Um die Rolle des zentralen Ghrelinrezeptors für die Wirksamkeit der Sucrose-Belohnung zu bestimmen, wurde eine ähnliche Studie durchgeführt, in der das Vehikel oder JMV2959 (5 µg oder 10 µg) dem dritten Ventrikel 20 Minuten vor den operanten Messungen verabreicht wurde. Alle oben genannten Maßnahmen des operanten Verhaltens waren bei den Ratten nach akuter Infusion des dritten Ventrikels beider Dosen von JMV2959 signifikant verringert (Abb. 4a, b). Der beobachtete Effekt war sofort da Post-hoc- Die Analyse zeigte signifikante Unterschiede zwischen den Behandlungsgruppen nur nach den 10-Aktivitätsminuten in der operanten Kammer, die während des Testzeitraums aufrechterhalten wurden [aktive Hebel: 10-Minuten F(2, 24) = 10.16, P <0.0005, 30 Minuten F(2, 24) = 11.48, P <0.0005, 60 Minuten F(2, 24) = 9.11, P <0.001, 90 Minuten F(2, 24) = 8.30, P <0.001, 120 Minuten F(2, 24) = 4.95, P <0.05; Belohnungen: 10 Minuten F(2, 24) = 21.23, P <0.0001, 30 Minuten F(2, 24) = 25.08, P <0.0001, 60 Minuten F(2, 24) = 19.24, P <0.0001, 90 Minuten F(2, 24) = 20.04, P <0.0001, 120 Minuten F(2, 24) = 5.44, P <0.01; und Haltepunkt: F(2, 24) = 3.78, P <0.05 (51.4 ± 8.58, 38.13 ± 5.07, 33.67 ± 5.21 für Fahrzeug, 5 & mgr; g bzw. 10 & mgr; g JMV2959)].

Figure 3 

Periphere Verabreichung eines Ghrelinrezeptorantagonisten, JMV2959. verringert die Motivation, schmackhafte Nahrung in einem operanten Konditionierungsmodell mit PR-Verhältnis zu erhalten. Die Anzahl der Antworten auf den aktiven Hebel (a) und die Anzahl der erhaltenen 45-mg-Sucrose-Belohnungen ...
Figure 4 

Die zentrale Blockade von GHS-R1A mit JMV2959 verringert die Motivation für die Belohnung von Nahrungsmitteln in einem operanten Konditionierungsmodell mit PR-Verhältnis. Die Anzahl der Reaktionen auf den aktiven Hebel (a) und die Anzahl der erhaltenen 45-mg-Sucrose-Belohnungen (b) sind signifikant verringert ...

Wie erwartet (Hodos 1961; Jewett et al. 1995), war in allen Behandlungsgruppen, einschließlich sowohl der IP- als auch der ICV-Verabreichungswege, der Einfluss von Nahrungsmittelentzug auf die operante Reaktion auf Saccharose offensichtlich (Fig. 3a und 4a) und steht im Gegensatz zu dem im gesättigten Zustand beobachteten (Fig. 1a und 2a). Die Aktivität des inaktiven Hebels war geringfügig (IP 9.6 ± 3.0, 6.8 ± 2.2, 5.6 ± 1.9 für Fahrzeug und 1 mg / kg oder 3 mg / kg JMV2959; ICV 6.4 ± 1.3 ± 4.6 ± XNX) µg und 1.3 (jeweils µM von JMV4.4) und JMV1.7 hatte bei peripherer oder zentraler Verabreichung keinen signifikanten Einfluss auf diese Aktivität (diese Aktivität unterschied sich zwischen den verschiedenen Behandlungsgruppen nicht signifikant). Für die ICV-Studie wurden die Ratten unmittelbar nach den operanten Tests in ihre Käfige zurückgebracht und hatten freien Zugang zum Futter. Interessanterweise wurde weder bei der einstündigen Stunde (Abb. 4c) oder 24-Stundenzeitpunkt (Daten nicht gezeigt). Dies könnte darauf hindeuten, dass Ghrelin-Signale zwar für die durch Deprivation induzierte Nahrungsmittelmotivation erforderlich sind, für die durch 16-Stunden induzierte Futterernährung jedoch nicht unbedingt erforderlich sind, was wahrscheinlich auf andere redundante Mechanismen zurückzuführen ist, die während einer Deprivationsperiode aktiviert wurden. Alle freien Fütterungsmessungen erfolgten 140 Minuten nach der Injektion des Arzneimittels, und daher können wir nicht ausschließen, dass das Fehlen der Wirkung teilweise auf das Auswaschen des Arzneimittels zurückzuführen ist.

Experiment 3: Ghrelin-induzierte Veränderungen in der Expression von Dopamin- und Acetylcholin-verwandten Genen in der VTA und NAcc

In der vorliegenden Studie untersuchten wir auch, ob die Dopamin- und Acetylcholin-verwandten Gene in den mesolimbischen Schlüsselknoten VTA und NAcc durch Ghrelin verändert werden, indem wir die Auswirkungen einer chronischen Ghrelin-Zentralbehandlung auf die Expression ausgewählter Dopaminrezeptoren und -enzyme untersuchen in der Dopaminproduktion und im Stoffwechsel in einem Paradigma, das bereits etabliert ist, um ghrelinassoziierte Änderungen der Genexpression im Hypothalamus zu erzeugen (Salomeet al. 2009b). Im VTA-Dopaminrezeptor hatten D5 und der nicotinische Acetylcholinrezeptor (nAChRβ2) bei den mit Ghrelin behandelten Ratten eine erhöhte mRNA-Expression im Vergleich zu der mit Salzlösung behandelten Gruppe (Abb. 5a). In der NAcc gab es eine verringerte mRNA-Expression der Gene, die für die Dopaminrezeptoren D1A, D3 und D5 kodieren, sowie für den nikotinischen Acetylcholinrezeptor nAChRα3 in der Ghrelin-behandelten Gruppe (Abb. 5b).

Figure 5 

Dopamin- und Acetylcholin-assoziierte Genexpression in VTA (a) und NAcc (b) nach chronischem ICV-Ghrelin oder Vehikelbehandlung. Die Daten repräsentieren den Mittelwert der Faltenänderung relativ zur Salzbehandlung. D1, Dopamin-D1-Rezeptor; D2 Dopamin D2 Rezeptor; D3, Dopamin ...

DISKUSSION

Hier zeigen wir eine Rolle für das zentrale Ghrelin-Signalsystem bei der Modulation der Anreizmotivation und der Verstärkung der Eigenschaften der Saccharose-Belohnung und zeigen einen Einfluss der chronischen Ghrelin-Zentralbehandlung auf die Genexpression von dopaminergen und cholinergen Rezeptoren in wichtigen mesolimbischen Belohnungsknoten auf. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die zentrale als auch die periphere Abgabe von Ghrelin die Menge an Arbeit, die ein Tier zur Erzielung einer Saccharosebelohnung bereit ist, signifikant erhöht. Darüber hinaus unterdrückte die systemische oder zentrale Blockade des Ghrelinrezeptors die Reaktion von Saccharose. Daraus lässt sich schließen, dass die endogene Ghrelin-Signalgebung für die Anreizmotivation für eine Sucrose-Belohnung von Bedeutung ist. Unsere Ergebnisse stimmen mit der Hypothese überein, dass eine wichtige Rolle des zentralen Ghrelin-Signalsystems darin besteht, den Anreizwert von Belohnungen, einschließlich Nahrungsmitteln, zu erhöhen. Da die Nahrungsmitteleinschränkung den lohnenden Wert von Saccharose erhöht (Hodos 1961; Jewett et al. 1995) und dass der Ghrelinspiegel während einer kurzfristigen Einschränkung derGualillo et al. 2002) ist es möglich, dass Ghrelin während einer Einschränkung / einem Mangel an Nahrungsmitteln einer der Faktoren ist, die den lohnenden Wert der Lebensmittel- / Lebensmittelmotivation erhöhen. In der Tat erhöhte die periphere Ghrelin-Exposition das operante Verhalten auf Werte, die denen ähnelten, die bei Ratten mit Nahrungsmittelmangel beobachtet wurden. Umgekehrt verringerte die Blockade des Ghrelin-Signals das operante Verhalten auf Werte, die bei den nicht-benachteiligten Ratten festgestellt wurden.

Es scheint jetzt klar zu sein, dass eine problematisch erhöhte Nahrungsaufnahme wahrscheinlich eine Fehlregulierung der zentralen Mechanismen der Nahrungsmittelbelohnung darstellt, die sowohl hedonische als auch motivationale Aspekte beinhaltet. Da freie Fütterung und belohnungsmotivierte Fütterung zwei getrennte Phänomene sind, bei denen neuroanatomische Substrate unterschiedlich kontrolliert werden (Salamone et al. 1991) ist es wichtig, beide zu untersuchen, wenn die Rolle der am Fütterungsverhalten beteiligten Wirkstoffe bewertet wird. Die starken orexigenen Wirkungen von Ghrelin wurden weitgehend in Modellen für den freien Fütterungszugang untersucht, bei denen es schwierig wäre, zwischen seiner Rolle bei der Nährstoffauffüllung und der belohnungsmotivierten Fütterung zu unterscheiden. In der vorliegenden Studie fanden wir heraus, dass GHS-R1A-Liganden die Motivation für die Saccharosebelohnung beeinträchtigen. Dabei wurde ein experimentelles Modell verwendet, das in anderen Zusammenhängen verwendet wurde, um den Mangel und die Motivation für Suchtmittel zu zeigen. Eine Zunahme des motivierten Verhaltens ist sowohl bei chemischer Drogenabhängigkeit als auch bei Kalorieneinschränkung üblich und beinhaltet wahrscheinlich überlappende neurobiologische Mechanismen. In der vorliegenden Studie haben wir auch einen Ghrelin-induzierten Anstieg der freien Fütterung von normalem Chow-Futter bei denselben Tieren festgestellt, der signifikant mehr Arbeit für das Futter in der Operantenkammer aufgewendet hat. Daher sind unsere Daten zusammen mit früheren Berichten über Ghrelin-Effekte in Modellen für freie Fütterung (Zaunkönig et al. 2000), zeigen an, dass Ghrelin die Fähigkeit hat, sowohl die freie Fütterung als auch die Fütterungsmotivation zu modulieren.

Angesichts der Tatsache, dass der Ghrelin-Rezeptor GHS-R1A in wichtigen Bereichen des Hypothalamus, des Hinterhirns und der Mesolimbik vorhanden ist, die an der Energiebilanz und Belohnung beteiligt sind (Zigman et al. 2006) und dass die zentrale ventrikuläre Injektion von GHS-R1A-Liganden wahrscheinlich einen weit verbreiteten Zugang zu diesen ZNS-Bereichen erhält, könnte es mehrere relevante neuroanatomische Substrate für die hier gezeigte Sucrose-Belohnungsmotivation von Ghrelin geben. Es scheint wahrscheinlich, dass Ghrelin direkt auf mesolimbische Schlüsselbereiche wirkt, da Ghrelin VTA-Dopamin-Neuronen aktiviert (Abizaid et al. 2006) und die direkte Verabreichung von Ghrelin an das VTA erhöht die Freisetzung von Accumbal Dopamin (Jerlhag et al. 2007). In Übereinstimmung damit haben wir bereits berichtet, dass Intra-VTA-Ghrelin den Konsum von lohnenden / schmackhaften Lebensmitteln bei Fütterungsparadigmen mit freier Wahl erhöht und auch Läsionen des durch VTA stumpfe Ghrelin induzierten Erkundungsverhaltens von schmackhaften Lebensmitteln (Egecioglu et al. 2010). Der NAcc kann auch ein direktes Ziel für Ghrelin sein, um die Motivationsaspekte der Nahrungsaufnahme zu modulieren. Bei direkter Injektion in diesen Bereich induziert Ghrelin eine Fütterungsreaktion (Naleid et al. 2005), obwohl das Vorhandensein von GHS-R1A in diesem Gebiet bei Nagetieren von anderen Forschern nicht beschrieben wurde (Zigman et al. 2006) und bedarf daher weiterer Klarstellung.

Aufgrund seiner zentralen Rolle in motivierten Verhaltensweisen wurden durch die zentrale Ghrelinbehandlung mehrere Gene im Dopaminsystem verändert. Diese Daten erhöhen die Möglichkeit, dass die Regulierung der Dopaminrezeptorexpression ein langfristiger Mechanismus ist, über den Ghrelin die belohnungsbezogene Funktion und Signalisierung beeinflusst. Die Bewertung von Dopaminrezeptoren ist nicht nur an der Freisetzungsstelle wie der NAcc wichtig, sondern auch bei der VTA, da dendritische Dopaminfreisetzung (Cragg & Greenfield 1997) ist es wahrscheinlich, dass es lokal wirkt, um belohnungsorientiertes Verhalten zu beeinflussen. Hier wurde eine erhöhte Expression von D5 in der VTA nach Ghrelinbehandlung festgestellt. Dopamin-D5-Rezeptoren befinden sich auf den Zellkörpern von dopaminergen VTA-Neuronen (Ciliax et al. 2000) und ihre Aktivität ist erforderlich, um die Aktivität der VTA-Dopamin-Neuronen nach einer Desensibilisierungsphase wiederherzustellen (Nimitvilai & Brodie 2010). Im NAcc haben wir eine verminderte D1-Expression festgestellt. In der Tat wurde kürzlich eine reduzierte Expression dieses Rezeptors in der NAcc von anfällig für Adipositas, aber nicht gegen adipositasresistenten Ratten in einer fettreichen Diät gezeigt, was auf ihre potentielle Rolle bei NAcc bei Adipositas und Überkonsum hinweist (Alsio et al. 2010). Auch die Expression von Genen, die für D3 kodieren, wurde durch Ghrelin reduziert, was angesichts der verringerten Verfügbarkeit von D2 / D3-Rezeptoren sowohl bei Ratten- als auch bei Human-Drogenkonsumenten von besonderem Interesse ist, was mit einer erhöhten Impulsivität korreliert (Dalley et al. 2007; Lee et al. 2009). Interessanterweise haben wir keine signifikanten Veränderungen in den Enzymen gesehen, die an der Dopaminsynthese oder -produktion beteiligt sind.

Die wichtige Rolle des Acetylcholin-Systems für die Belohnung von Medikamenten und Nahrungsmitteln ist gut dokumentiert. Hier zeigen wir, dass die Behandlung mit Ghrelin mit Änderungen in der Expression von Genen assoziiert ist, die für mehrere Acetylcholin-Nicotin-Rezeptor-Untereinheiten kodieren. Ghrelin kann dopaminerge VTA-Neuronen indirekt über seine Wirkung auf die cholinergen Neuronen im laterodorsalen tegmentalen Bereich (LDTg), einem an GHS-R1A reichen Bereich, regulieren, der für die Belohnung von Alkohol mit einer cholinergischen Projektion auf das VTA-Dopaminsystem wichtig ist. Tatsächlich haben wir zuvor gezeigt, dass die bilaterale Ghrelin-Injektion in die LDTg in Mäusen die Freisetzung von Dopamin auf cholinergische Weise stimuliert (Jerlhag et al. 2007, 2008) und erhöht den Alkoholkonsum in einem freien Trinkparadigma (Alkohol / Wasser) (Jerlhag et al. 2009). Tatsächlich haben kürzlich durchgeführte Studien den Zusammenhang zwischen cholinergischer und dopaminerischer Belohnung bei der Nahrungsbelohnung (Dickson et al. 2010). Eine andere interessante Möglichkeit besteht darin, dass Ghrelin die cholinerge Signalübertragung in der VTA durch Hochregulierung cholinergischer Rezeptoren verbessern kann. Tatsächlich scheinen unsere derzeitigen Genexpressionsdaten diesen Mechanismus zu unterstützen, da die VTA-nAChRβ2-mRNA-Spiegel bei den mit Ghrelin behandelten Ratten erhöht waren.

Die Funktion der cholinergischen NAcc-Neuronen und des Acetylcholins im NAcc war dagegen umstrittener, wobei einige Berichte auf eine Rolle von Acetylcholin bei der Steigerung des belohnungsorientierten Verhaltens hinweisen (Pratt & Kelley 2005; Pratt & Blackstone 2009), andere weisen jedoch darauf hin, dass Ach in NAcc die Nahrungsaufnahme hemmen und eine Rolle im Sättigungsmechanismus spielen kann (Helm et al. 2003; Hoebel et al. 2007). In der Tat scheinen unsere Ergebnisse mit letzterem übereinzustimmen, da die Behandlung mit Ghrelin mit einer verminderten Expression einer der Nikotinrezeptor-Untereinheiten, des nAChRα3, verbunden war. Es ist wichtig anzumerken, dass die Genexpressionsstudien zwar sehr wertvoll sind, um potenzielle nachgeschaltete Ziele von Ghrelin anzuzeigen, aber nur die Art der Beziehung (Hochregulierung oder Herunterregulierung) vorschlagen, die für die Expression der orexigenen / belohnungsorientierten Reaktion erforderlich ist, diese jedoch nicht definieren da es schwierig wäre, sich direkt von kompensatorischen Veränderungen zu distanzieren. Daher weisen unsere Genexpressionsstudien auf einen Zusammenhang hin und bieten eine Plattform für zukünftige genetische und pharmakologische Studien, die die Rolle dieser Gene bei den Auswirkungen von Ghrelin auf die freie und belohnungsmotivierte Fütterung bestimmen.

Obwohl Hypothalamus- und Hirnstammbereiche höchstwahrscheinlich zur homöostatischen Ernährung beitragen, können wir eine indirekte Rolle für hypothalamische und / oder Hirnstammafferensysteme bei der Ghrelin-induzierten Nahrungsmittelbelohnungsmotivation nicht ausschließen. Tatsächlich ragen die orexinergischen Neuronen vom lateralen Hypothalamus auf mesolimbische Belohnungsschaltungen einschließlich des VTA und des NAcc (Toshinai et al. 2003; Harris et al. 2005; Perello et al. 2010). Die Neuropeptid-Y (NPY) / AgRP-Neuronen des Bogenkerns, ein weiteres Ziel für GHS-R1A-Liganden (Dickson & Luckman 1997; Keen-Rhinehart & Bartness 2007a,b) kann auch eine wichtige Rolle spielen. Es wurde gezeigt, dass NPY die Belohnungswirksamkeit von Chow sowie Saccharose erhöht (Brown, Fletcher & Coscina 1998), während AgRP nur die Belohnungswirksamkeit von fettreichen Lebensmitteln zu erhöhen scheint (Tracy et al. 2008). Ghrelin scheint eine Rolle sowohl bei der Sucrose-Belohnung (derzeitige Studie) als auch bei der Fett-Belohnung (Perello et al. 2010); Die relative Bedeutung der NPY / AgRP-Neuronen für diese Wirkungen von Ghrelin ist jedoch noch nicht geklärt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ghrelin die Motivation von Nahrungsmitteln über alle Ernährungskomponenten hinweg umfasst und höchstwahrscheinlich mehrere Gehirnregionen betrifft, um eine koordinierte Verhaltensreaktion zu synchronisieren, um die Nahrungsaufnahme zu fördern.

Obwohl der Ghrelin-Transport ins Gehirn begrenzt ist (Banken et al. 2002) scheint peripherer Ghrelin auf Bereiche wie den Hippocampus (Diano et al. 2006) und VTA (Jerlhag 2008). Obwohl noch einige Debatten über die Relevanz des Vagusnervs als indirekter Weg für die zentralen Wirkungen von Ghrelin bestehen (Dornonville de la Cour et al. 2005; Datum et al. 2002; Arnold et al. 2006) scheint eine direkte Wirkung innerhalb des ZNS wahrscheinlich, da die Auswirkungen von peripherem Ghrelin auf die Nahrungsaufnahme durch Intra-VTA-Gabe von Ghrelin-Antagonisten unterdrückt werden können (Abizaid et al. 2006). Ghrelin wird im Gehirn produziert (Cowley et al. 2003), obwohl noch zu bestimmen ist, wie dies reguliert wird und ob aus dem Gehirn stammender Ghrelin ein wichtiges zentral erzeugtes Signal für die Nahrungsaufnahme und für die Motivation zum Essen liefert. Zusammen mit der Tatsache, dass der Ghrelin-Rezeptor GHS-R1A konstitutiv aktiv ist (dh Aktivität in Abwesenheit von Ghrelin-Liganden aufweist) (Holst et al. 2003) stellt sich die Frage, ob zirkulierendes Ghrelin ein physiologisch relevantes Darm-Hirn-Signal für die Motivation zur Belohnung von Nahrungsmitteln liefert. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie, die ähnliche Auswirkungen auf die Saccharose-Belohnungsarbeit zeigen, können durch zentrale und periphere Verabreichung von GHS-R1A-Liganden erhalten werden. Dies könnte darauf hindeuten, dass sowohl zentral freigesetztes als auch peripher freigesetztes Ghrelin die Motivation von Nahrungsmitteln beeinflussen kann.

Zusammenfassend liefern unsere neuen Daten neue Beweise dafür, dass die Ghrelin-Signalübertragung wichtig für die Motivation ist, eine Saccharose-Belohnung zu erhalten und die dopaminerge und cholinerge Genexpression im mesolimbischen Belohnungsweg zu beeinflussen. Unsere Ergebnisse werfen wichtige Fragen hinsichtlich der Rolle des endogenen Ghrelins bei der Bestimmung des Anreizwerts für natürliche Belohnungen wie Zucker, bei normalem Appetitverhalten und bei der Pathophysiologie von Essstörungen und Fettleibigkeit auf. Obwohl noch erhebliche Arbeiten erforderlich sind, um die molekularen Veränderungen im Dopamin- und Acetylcholin-System kausal mit dem Einfluss von Ghrelin auf die Belohnung in Beziehung zu setzen, weisen unsere Daten möglicherweise auf einen neuartigen Mechanismus hin, durch den Ghrelin das Belohnungsverhalten beeinflusst. Das Verständnis der Rolle von Ghrelin in Belohnungsprozessen ist wichtig für das Verständnis der überlappenden Neurobiologie von Essstörungen und chemischer Drogenabhängigkeit und bietet einen potenziellen Weg zum Verständnis der Ätiologie dieser Krankheiten und zur Entwicklung neuartiger Therapien. Schließlich kann die Möglichkeit, problematisches Überessen von schmackhaften süßen Lebensmitteln unter Verwendung von GHS-R1A-Antagonisten zu unterdrücken, klinische und therapeutische Relevanz für die sich abzeichnenden vorteilhaften Wirkungen solcher Verbindungen für die Blutzuckerkontrolle haben (Sun et al. 2006) bei Diabetikern des Typs 2 (Esler et al. 2007).

Anerkennungen

Forschung unterstützt vom Schwedischen Forschungsrat für Medizin (VR 2006-5663; 2009-S266), 7th-Framework der Europäischen Union (FP7-HEALTH-2009-241592; FP7-KBBE-2009-3-245009) das schwedische Institut und die schwedische Stiftung für strategische Forschung an das Sahlgrenska-Zentrum für kardiovaskuläre und metabolische Forschung (A7601-305). Wir möchten uns auch bei Dr. Daniel Perrissoud (AeternaZentaris, GmBH, Deutschland) für die Bereitstellung des GHS-R188A-Antagonisten JMV1 und Anders Friberg für die Unterstützung bei der Einreichung bedanken.

Autorenbeitrag

KPS hat alle Verhaltensstudien initiiert, entworfen, durchgeführt und analysiert. CH hat alle Genexpressionsstudien durchgeführt und analysiert. EE trug zur Initiierung der Studie bei. SLD war leitender Autor und unterstützte alle Studien mit Aufsicht und finanzieller Unterstützung. Das Manuskript wurde von KPS und SLD erstellt, alle Autoren haben zum endgültigen Text beigetragen.

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