Die Rolle von Ghrelin beim belohnungsbasierten Essen (2012)

PMCID: PMC3388148

NIHMSID: NIHMS360457

Mario Perelló, Ph.D.1 und Jeffrey M. Zigman, MD, Ph.D.2,3

Die endgültig bearbeitete Version dieses Artikels des Herausgebers finden Sie unter Biol Psychiatry

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Abstrakt

Das Peptidhormon Ghrelin wirkt im zentralen Nervensystem als starkes origenes Signal. Es ist nicht nur bekannt, dass Ghrelin eine wichtige Rolle in Nahrungskreisläufen spielt, die traditionell als Homöostase des Körpergewichts angesehen werden, sondern eine zunehmende Anzahl wissenschaftlicher Studien haben Ghrelin nun als einen wichtigen Regulator für belohnungsbasiertes, hedonisches Essverhalten identifiziert. In dem aktuellen Artikel werden die orexigenen Wirkungen von Ghrelin beschrieben, die Beweise, die Ghrelin mit dem Belohnungsverhalten von Nahrungsmitteln verknüpfen, mögliche Mechanismen, durch die Ghrelin das belohnungsbasierte Essverhalten vermittelt, und die Studien, die auf eine obligatorische Rolle von Ghrelin im durch Stress ausgelösten Essverhalten schließen lassen.

Stichwort: Ghrelin, GHSR, hedonisch, Belohnung, Essen, Stress

Ghrelin ist ein Peptidhormon, das hauptsächlich von einer bestimmten Gruppe endokriner Zellen in der Magenschleimhaut des Magens synthetisiert wird (1). Ghrelin wirkt über den Wachstumshormon-Sekretagoge-Rezeptor (GHSR), ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor, der ursprünglich als Ziel synthetischer Wachstumshormon-Sekretagoge identifiziert wurde (2). GHSRs werden in zahlreichen Hirnkernen und peripheren Geweben exprimiert, wo sie die Aktionen von Ghrelin bei einer vielfältigen Gruppe von Prozessen und Verhaltensweisen vermitteln (3). Dazu gehören unter anderem Rollen bei der Wachstumshormonsekretion, der Blutzucker-Homöostase, der Bewegungsaktivität, der gastrointestinalen Prokinese und dem Stimmungsverhalten (3-5). Darüber hinaus ist Ghrelin für die Regulierung des Körpergewichts und der Energiebilanz unerlässlich (6-9) und gilt als das einzige bekannte orexigene Peptidhormon (3). Zunächst wurde gezeigt, dass Ghrelin die Nahrungsaufnahme durch Aktivierung homöostatischer hypothalamischer Kreisläufe stimuliert (10). Diese homöostatischen Kreisläufe stellen ein Mittel dar, mit dem Ghrelin und andere Signale der Energieverfügbarkeit und der Aktivität des Magen-Darm-Trakts mit dem Zentralnervensystem interagieren können, um die Nahrungsaufnahme und den Energieverbrauch zu modulieren und letztendlich ein festgelegtes Körpergewicht aufrechtzuerhalten (11). Aktuelle Beweise zeigen, dass Ghrelin auch mesolimbische Kreisläufe und folglich verschiedene nicht-homöostatische, hedonische Aspekte des Essens reguliert (12-14). Beim hedonischen oder belohnungsbasierten Essen handelt es sich um Verhaltensweisen, die zum Verzehr von genussvollen Lebensmitteln führen, die von Einzelpersonen dazu motiviert werden, effizient zu erhalten (15). Hier überprüfen wir die Rolle von Ghrelin als orexigenes Hormon mit einem Fokus auf Ghrelins Einfluss auf die belohnungsbasierte Ernährung. Wir diskutieren auch die physiologischen Implikationen dieser Wirkung und insbesondere die Rolle von Ghrelin als Vermittler von stressinduziertem belohnungsbasiertem Essverhalten.

Orexigene Wirkung von Ghrelin und seine Beziehung zum Körpergewicht

Die Auswirkungen von Ghrelin auf das Essen sind gut belegt.8)]. Ghrelin signalisiert und unterstützt die Reaktion auf Energieinsuffizienz. Zirkulierender Ghrelin steigt vor den Mahlzeiten auf ein Niveau an, das die Nahrungsaufnahme stimuliert, wenn es durch periphere Verabreichung des Hormons erzeugt wird (8). Sein Niveau steigt auch nach Nahrungsentzug und nach Gewichtsabnahme in Verbindung mit Bewegung und Kachexie (16-22). Infusionen von Ghrelin- oder GHSR-Agonisten erhöhen das Körpergewicht durch proorogene Wirkung und / oder verringern den Energieverbrauch (10, 23-26). Die origenen Wirkungen von Ghrelin sind schnell und lösen selbst bei minimaler spontaner Nahrungsaufnahme (8). Nach einer Nacht über Nacht blockieren Ghrelin-Antagonisten Rebound-Überessen (27). Die chronische Behandlung mit exogenem Ghrelin verbessert auch die Nahrungsaufnahme und die Gewichtszunahme, was darauf hindeutet, dass Ghrelin an der langfristigen Regulierung des Körpergewichts beteiligt ist (25). Obwohl einige Studien wenig oder keine Auswirkungen genetischer oder pharmakologischer Interferenzen mit Ghrelin-Signalen auf Körpergewicht und Nahrungsaufnahme gezeigt haben (28, 29) legen andere Studien nahe, dass ein intaktes Ghrelin-Signal für normales Essverhalten und Reaktionen auf das Körpergewicht erforderlich ist, insbesondere für hedonisch belohnende fettreiche Diäten (HFD) (6, 7, 27, 30). Beispielsweise verringert ein GHSR-Mangel die Nahrungsaufnahme, das Körpergewicht und die Adipositas bei früher HFD-Exposition (6, 30). Ghrelin-Knockout-Mäuse, die zu Beginn ihres Lebens HFD ausgesetzt wurden, zeigen einen ähnlichen Phänotyp (7). Bestimmte, aber nicht alle der veröffentlichten GHSR-defizienten Mausmodelle zeigen bei der Einnahme einer Standard-Chow-Diät ein verringertes Körpergewicht (6, 9, 31). Interessanterweise führte in einer Studie die genetische Deletion von Ghrelin oder GHSR allein zu keiner beobachteten Änderung des Körpergewichts bei Exposition gegenüber Standard-Chow, wobei die genetische Deletion beider Körper das Körpergewicht verringerte, was auf die Existenz anderer molekularer Komponenten des Ghrelin-Signalsystems schließen lässt (9).

Ghrelin ist auch für die Regulierung des menschlichen Körpergewichts relevant (32). Die Ghrelin-Gabe erhöht die Nahrungsaufnahme bei gesunden Individuen und es werden so oft am Tag prä-prandiale Ghrelin-Stöße beobachtet, wie Mahlzeiten an Personen gegeben werden, die gewohnheitsmäßigen Ernährungsplänen ausgesetzt sind (8, 17). Darüber hinaus scheint Ghrelin für einige Arten von Adipositas beim Menschen relevant zu sein (32). Die Ghrelinspiegel steigen bei Individuen nach einer durch Diät induzierten Gewichtsabnahme an, und dies kann zu der Gewichtszunahme führen, die üblicherweise bei Diätetikern beobachtet wird (33). Man nimmt an, dass der durch Roux-en-Y-Magenbypass (RYGB) hervorgerufene deutliche und anhaltende Gewichtsverlust durch eine Reduktion des zirkulierenden Ghrelins nach dem Bypass verstärkt wird. Als 1st berichteten im Jahr 2002, dass die 24-Stunden-Ghrelinprofile von RYGB-Probanden> 70% niedriger waren als die von adipösen Kontrollpersonen (33). Die meisten nachfolgenden RYGB-Studien haben diesen atypischen relativen Ghrelin-Mangel bestätigt, im Gegensatz zum Anstieg des Ghrelins, der bei einer Diät oder anderen Fällen von Energieinsuffizienz beobachtet wurde (34-36). Während die meisten adipösen Personen im Vergleich zu normalen Probanden im Vergleich zu normalen32), beim Prader-Willi-Syndrom gibt es erhöhte Ghrelinspiegel, die von einigen postuliert wurden, um zu der unnachgiebigen Hyperphagie und Gewichtszunahme, die für diese syndromische Form der Adipositas charakteristisch ist, beizutragen (37, 38).

Diese Ergebnisse haben die Annahme bestätigt, dass die Blockierung der Ghrelin-Wirkung eine wirksame Strategie zur Verringerung des Körpergewichts oder zur Verhinderung der Entstehung von Fettleibigkeit sein kann (39). Die Reduktion von bioverfügbarem Ghrelin oder die tägliche Verabreichung von GHSR-Antagonisten bei durch Diät verursachten fettleibigen Mäusen senkt das Körpergewicht und verringert die Nahrungsaufnahme (39-42). Ebenso die Verabreichung eines Anthronisten von Ghrelin an Mäuse O-acyltransferase, die eine entscheidende posttranslationale Modifikation von Ghrelin katalysiert, verringert deutlich die Gewichtszunahme als Reaktion auf eine mit mittelkettigen Triglyceriden angereicherte Diät (43).

Am entgegengesetzten Ende des Spektrums weisen Nagetiere und / oder Menschen mit Kachexie verschiedener Genese und Anorexia nervosa einen hohen zirkulierenden Ghrelin auf (19, 22). Wir vermuten, dass die mit Cachexia und Anorexia nervosa verbundenen endogenen Ghrelin-Erhöhungen eine Schutzfunktion gegen einen sonst schwerwiegenden Phänotyp haben. In dieser Hinsicht würde Ghrelin eine ähnliche Schutzfunktion ausüben, die bei psychosozialem Stress postuliert wurde; Der durch Stress induzierte hohe Ghrelin hilft nämlich, das stressbedingte depressionsähnliche Verhalten zu minimieren (weitere Informationen siehe unten) (44). Obwohl Erhöhungen von Ghrelin natürlicherweise im Rahmen einer Kachexie auftreten, die beispielsweise durch Verabreichung des Chemotherapeutikums Cisplatin an Ratten oder durch die Implantation von Sarkomen bei Ratten induziert wird, verbessert die pharmakologische Erhöhung des Ghrelinspiegels in diesen Modellen die magere Körpermasse und den Körper zusätzlich erhöht den Lebensmittelverbrauch (22, 45). Daher scheinen Veränderungen im Ghrelin-System für verschiedene Extremitäten des Körpergewichts relevant zu sein, und zukünftige Therapien für eine Vielzahl von Körpergewichtsstörungen können solche umfassen, die auf Ghrelin-basiertes Essverhalten abzielen.

Ghrelins Auswirkungen auf hedonische Aspekte des Essens

Die Mechanismen, durch die Ghrelin die Nahrungsaufnahme fördert, sind vielfältig und umfassen nicht nur die Stimulierung der Nahrungsaufnahme über homöostatische Mechanismen, sondern auch die Verbesserung der lohnenden Eigenschaften bestimmter Nahrungsmittel, so dass der Wirt zusätzliche Anstrengungen unternimmt, um die genießbare Nahrung effizient zu erhalten (27, 46-51). Wie nachstehend erläutert, stützen die GHSR-Expression in und die Ghrelin-Interaktion mit verschiedenen an der Belohnungsverarbeitung beteiligten Gehirnregionen das Konzept, dass Ghrelin diese extra-homöostatischen Aspekte des Essens reguliert (12, 52). Die Beobachtung dieser Ausdrucksmuster hat Ermittler dazu veranlasst, die Auswirkungen von Ghrelin auf das Belohnungsverhalten von Nahrungsmitteln besser zu charakterisieren.

In mehreren Studien wurde die Rolle von Ghrelin bei der Definition von Lebensmittelpräferenzen untersucht. Ghrelin verschiebt die Nahrungspräferenz zu fettreichen Diäten (25, 49). In ähnlicher Weise erhöht Ghrelin den Verbrauch von wohlschmeckender Saccharinlösung und die Bevorzugung von mit Saccharin aromatisierten Lebensmitteln in Wildtyp-Mäusen, nicht jedoch mit GHSR-Mangel (47). Um diese Feststellungen zu verstärken, verbrauchen GHSR-defiziente Mäuse und mit GHSR-Antagonisten behandelte Ratten weniger Erdnussbutter und Ensure®, verringern jedoch nicht den Verbrauch von regelmäßigem Chow in einem Protokoll mit freier Wahl (48). In ähnlicher Weise verringert der GHSR-Antagonist vorübergehend und selektiv die Aufnahme von 5% Saccharose-Lösung durch Ratten in einem Saccharose-Wasser-Zwei-Flaschen-Trinkprotokoll (53). GHSR-Antagonist stumpft auch die Selbstverabreichung von Saccharinlösung durch Mäuse ab (53).

Neben der Vorliebe für süße und fette Speisen vermittelt Ghrelin komplexere, belohnungsbasierte Essgewohnheiten. Zum Beispiel wird im CPP-Test (Food-Condition-Place-Preference Test) die Zeit, die Tiere in einer Umgebung verbringen, in der sie für die Suche nach einer angenehmen Ernährung konditioniert wurden, mit der Zeit verglichen, die in einer bestimmten Umgebung verbracht wurde, die mit normalem Futter oder ohne Futter verbunden ist . Die pharmakologische Verabreichung von Ghrelin und die durch kalorische Restriktion induzierte endogene Erhöhung des Ghrelins ermöglichen die CPP-Aufnahme für HFD (27, 46, 50). Umgekehrt zeigten Wildtyp-Mäuse, die während der Konditionierungsperiode mit GHSR-Antagonisten behandelt wurden, und GHSR-Null-Mäuse keinen CPP für HFD, der normalerweise unter Kalorienrestriktion beobachtet wurde (27). GHSR-Antagonist blockiert auch CPP für Schokoladenpellets bei gesättigten Ratten (48).

Die Auswirkungen von Ghrelin auf das belohnungsbasierte Essverhalten wurden auch mit operativem Hebeldrücken oder operantem Nasenpochen bewertet, wobei der Fokus auf motivationalen Aspekten der Belohnung liegt (27, 51, 54). Ghrelin erhöht die Hebelwirkung beim Drücken von Saccharose, Saccharose mit Erdnussbutter-Geschmack und HFD-Pellets in Nagetieren (27, 51, 55, 56). Umgekehrt reduziert der GHSR-Antagonist die Reaktion von Operanten auf 5% -Saccharose-Lösung (53). Ernährungsbedingte Fettleibigkeit verringert die durch Ghrelin stimulierte operante Reaktion auf Nahrungsmittelbelohnungen (51). In dieser Hinsicht ist die stumpfe Wirkung von diätbedingter Adipositas auf Ghrelins Vermittlung des Nahrungsmittelbelohnungsverhaltens ähnlich der Resistenz gegen Ghrelins orexigene Wirkungen, die bei durch Diät induzierten fettleibigen Mäusen beobachtet werden (57, 58).

Ghrelins Maßnahmen zur Nahrungsmittelbelohnung sind auch beim Menschen relevant. Insbesondere erhöht die Ghrelin-Verabreichung an menschliche Probanden während der funktionellen Magnetresonanztomographie die neuronale Reaktion auf Nahrungsmittelbilder in verschiedenen Hirnregionen, die an der hedonischen Ernährung beteiligt sind, einschließlich der Amygdala, Orbitofrontalkortex, Hippocampus, Striatum und ventralen Tegmentalbereich (VTA) (59, 60).

Neuronale Substrate und Schaltkreise, die die Wirkung von Ghrelin auf die Belohnung von Nahrungsmitteln vermitteln

Im Laufe des letzten Jahrzehnts haben mehrere Forscher daran gearbeitet, die neuronalen Populationen und intrazellulären Signalkaskaden zu bestimmen, die für die Modulation der Ghrelin-Wirkungen auf das homöostatische Essen, die Wachstumshormonfreisetzung und die Blutzucker-Homöostase verantwortlich sind.2, 61)]. Die neuronalen Substrate und Schaltkreise, die das durch Ghrelin induzierte Verhalten bei der Nahrungsbelohnung beeinflussen, werden gerade erst aufgeklärt und werden hier diskutiert (Figure 1).

Figure 1 Eine externe Datei, die ein Bild, eine Illustration usw. enthält. Der Objektname lautet nihms360457f1.jpg

Modell der Ghrelin-Wirkung auf die mesolimbische Belohnungsschaltung im Nagerhirn

Dopamine

Dopaminerge Neuronen, die aus dem VTA-Projekt in den Nucleus Accumbens (NAc), die Amygdala, den präfrontalen Kortex und den Hippocampus (11, 15). Diese Projektionen umfassen den mesolimbischen Weg und steuern das Belohnungsverhalten verschiedener Typen stark an. Von Bedeutung sind GHSRs stark in der VTA exprimiert, einschließlich dopaminerger VTA-Neuronen (12, 52). Bei Ghrelinverabreichung konsumieren VTA-verletzte Ratten spezifisch weniger Erdnussbutter, essen jedoch gleiche Mengen an normalem Futter, verglichen mit scheinläsiven Tieren (48). Ratten mit VTA-Schädigung verbringen weniger Zeit als Ratten mit Scheinverletzung und erforschen Röhrchen, die Erdnussbutter enthalten, als Reaktion auf eine intrazerebroventrikuläre Ghrelin-Verabreichung (48). Der selektive Abbau der GHSR-Expression in transgenen Ratten, die ein Antisense-GHSR-Transkript in Tyrosinhydroxylase-enthaltenden Zellen (zu denen die dopaminergen VTA-Neuronen gehören) exprimieren, verringert die Nahrungsaufnahme (62). Die chronische Ghrelin-Verabreichung beeinflusst auch die Genexpression mehrerer Dopaminrezeptoren im VTA-NAc-Kreislauf (63).

Ghrelin kann die neuronale Aktivität von dopaminergen VTA direkt beeinflussen (12, 52). Beispielsweise induziert exogenes Ghrelin die Freisetzung von Dopamin aus VTA-Neuronen, die auf den NAc projizieren, und Ghrelin erhöht die Aktionspotentialfrequenz in diesen Neuronen (5, 12, 14, 64, 65). Darüber hinaus moduliert die Intra-VTA-Gabe von Ghrelin- und / oder GHSR-Antagonisten die Einnahme von frei verfügbarem regulärem Futter, Nahrungspräferenz, motiviertes Belohnungsverhalten und andere Aktionen, einschließlich der Fortbewegung. So erhöht die Ghrelin-Mikroinjektion in den VTA akut die Aufnahme von frei verfügbaren Lebensmitteln, während die VTA-Mikroinjektion eines GHSR-Antagonisten die Nahrungsaufnahme als Reaktion auf peripheres Ghrelin verringert (12, 13). Die chronische Ghrelin-Gabe im VTA erhöht dosisabhängig die Aufnahme von frei verfügbarem Chow-Chow und erhöht das Körpergewicht (66). Direkte Ghrelin-Mikroinjektion in den VTA erhöht auch die Aufnahme von Erdnussbutter gegenüber normalem Chow (48). In ähnlicher Weise reduziert die Intra-VTA-Gabe eines GHSR-Antagonisten die Einnahme von HFD selektiv und hat keinen Einfluss auf die Einnahme von weniger bevorzugten proteinreichen oder kohlenhydratreichen Diäten, zu denen sie gleichen Zugang haben (66). Die VTA-Mikroinjektion von Ghrelin erhöht die Hebelwirkung für Saccharose und Pellets mit Bananengeschmack (12, 13, 48, 55, 56, 67), während die VTA-Mikroinjektion eines GHSR-Antagonisten die Reaktion von Saccharose verringert, die normalerweise durch ein Fasten über Nacht ausgelöst wird (12, 55). Analoge Wirkungen werden bei Ratten mit Nahrungsmittelbeschränkung beobachtet, bei denen die chronische Ghrelinabgabe innerhalb von VTA verbessert wird, während chronische GHSR-Antagonistabgabe unter VTA die Wirkung von operant reagiert, die auf Pellets mit Schokoladengeschmack (66). Darüber hinaus verringert der striatale Dopaminabbau, ausgelöst durch einseitige VTA-Abgabe des Neurotoxins 6-Hydroxydopamin, die Auswirkungen von Ghrelins intra-VTA auf das Bedienen des Hebelhebels, um die Belohnungen zu belasten (67). Die lokomotorischen stimulatorischen Wirkungen von Ghrelin werden auch bei GHSR-Antagonisten innerhalb von VTA blockiert (68).

In Studien zur Untersuchung der Rolle der direkten Ghrelinwirkung auf die VTA kreuzten wir GHSR-Nullmäuse, die eine loxP-flankierte Transkriptionsblockierungskassette enthalten, die in das GHSR-Gen eingefügt ist, mit Mäusen, in denen die Cre-Rekombinase-Expression durch den Tyrosinhydroxylase-Promotor gesteuert wird (50). Mäuse, die zwei Kopien des GHSR-Null-Allels und eine Kopie des Cre-Transgens enthielten, exprimieren GHSRs selektiv in Tyrosinhydroxylase enthaltenden Zellen, die normalerweise zur Expression von GHSR und Tyrosinhydroxylase programmiert sind. Diese umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Untergruppe von dopaminergen VTA-Neuronen. Die Ghrelin-Signalgebung spezifisch in diesen vorwiegend dopaminergen Neuronen vermittelt nicht nur die Fähigkeit von Ghrelin, die Aufnahme von frei verfügbarem regulärem Chow zu stimulieren, sondern reicht auch aus, um seine Wirkungen auf CPP für HFD zu vermitteln (50). Zusammenfassend deuten diese vielen Studien auf eine entscheidende Rolle von GHSR-haltigen dopaminergen VTA-Neuronen für die Wirkung von Ghrelin auf die Nahrungsaufnahme und die Nahrungsmittelbelohnung hin.

Opioide

Opioide spielen wahrscheinlich eine wichtige regulatorische Rolle für dopaminerge VTA-Neuronen mit Ghrelin. Vor der intracerebroventrikulären Verabreichung des μ-Opioidrezeptor-bevorzugenden Antagonisten, Naltrexon, blockiert Naltrexon das operante Ansprechen von Saccharosepellets bei Ratten, denen Ghrelin intracerebroventrikulär verabreicht wurde (56). Genauer gesagt, erhöht die zentrale Ghrelininfusion die Expression des mRNA-Opioidrezeptors in der VTA (56). Außerdem wird die Reaktion der operanten Reaktion auf Saccharose, die durch direkte VTA-Mikroinjektion von Ghrelin induziert wird, nach einer früheren VTA-Mikroinjektion von Naltrexon blockiert (56). Interessanterweise wird die erhöhte Ghrelin-induzierte Aufnahme von frei verfügbarem Futter durch Naltrexon blockiert, wenn beide Verbindungen intracerebroventrikulär verabreicht werden. Dies wird jedoch bei direkter VTA-Mikroinjektion der Verbindungen nicht beobachtet (56). Daher sind Opioide für Ghrelins Aktionen sowohl bei der Nahrungsaufnahme als auch bei der Nahrungsmittelbelohnung von entscheidender Bedeutung, aber die anatomischen Positionen der diese Prozesse steuernden Kreisläufe sind wahrscheinlich zumindest teilweise unterschiedlich.

NPY

Auf Ghrelin ansprechende VTA-Neuronen können auch durch bogenförmige hypothalamische Neuropeptid-Y- (NPY-) Neuronen beeinflusst werden. Ähnlich wie in den zuvor genannten Naltrexon-Studien blockiert der NPY-Y1-Rezeptorantagonist LY1229U91 (LY) die Reaktion von Ghrelin-induziertem Operanden auf Sucrosepellets, wenn sowohl LY als auch Ghrelin intracerebroventrikulär verabreicht werden (56). Im Gegensatz zu Naltrexon stört LY die Ghrelin-stimulierte Zufuhr von frei verfügbarem Futter, unabhängig davon, ob beide intracerebroventrikulär oder intra-VTA injiziert werden (56). Daher ist, wie bei Opioiden beobachtet, die NPY-Signalgebung für die origenen Aktionen von Ghrelin und deren Wirkung auf die Nahrungsbelohnung von Bedeutung, obwohl die Schaltkreise, die diese Prozesse steuern, zumindest teilweise anatomisch verschieden sind.

Orexine

Ein anderer wahrscheinlicher Eingang in den Ghrelin-VTA-Kreis sind die Orexine (Hypocretine). Orexine sind gut charakterisierte Neuropeptidteilnehmer an belohnendem Verhalten. Die Ghrelin-Wirkung auf die Belohnung mit Nahrungsmitteln erfordert ein intaktes Signal durch Orexin, wie durch das Versagen von Oexin-Knockout-Mäusen oder Wildtyp-Mäusen, denen der Orexin-Rezeptor 1-Antagonist SB-334867 intraperitoneal verabreicht wurde, nachgewiesen wurde, um als Reaktion auf eine Ghrelin-Behandlung CPP für HFD zu erhalten (27). SB-334867-vorbehandelte Mäuse und Mäuse mit fehlendem Orexin demonstrieren einmal mehr die Komplexität dieser neuronalen Schaltkreise und zeigen beide volle orexigene Reaktionen auf Ghrelin (27).

nAChR

Ghrelins Aktionen bei der Belohnung von Nahrungsmitteln werden auch durch cholinerge Signale beeinflusst. Die intraperitoneale Verabreichung des nicht-selektiven, zentral aktiven Nicotinacetylcholinrezeptor (nAchR) -Antagonisten Mecamylamin verringert die nüchterninduzierte Nahrungsaufnahme bei Nagetieren und verringert die Fähigkeit einer auf Schokolade basierenden Nahrungsmittelbelohnung, eine Ortspräferenz zu erreichen (69). Insbesondere verringert die intraperitoneale Injektion von Mecamylamin die intracerebroventrikulär verabreichte Ghrelin-induzierte Nahrungsaufnahme bei Ratten (69). Die intraperitoneale Verabreichung von Mecamylamin oder 18-Methoxycoronaridin, einem selektiven Antagonisten von α3β4-Nikotinrezeptoren, verringert den intracerebroventrikulären Ghrelin-induzierten Dopamin-Überlauf in der NAc (5Intra-VTA verabreichter Ghrelin-induzierter Dopamin-Überlauf in der NAc (64) und / oder Intra-VTA-verabreichte Ghrelin-induzierte Nahrungsaufnahme (69). Auch chronisch intrazerebroventrikulärer Ghrelin moduliert die Genexpression von nAChRb2 und nAChRa3 in mesolimbischen Bahnen (63). Der direkteste Beweis für den cholinergischen Einfluss auf die Vermittlung von Nahrungsmitteln durch Ghrelin stammt aus einer Studie, in der Mecamylamin die Ghrelin-induzierte Akquisition von CPP für Lebensmittel abschwächte (47) und eine weitere, bei der die periphere Verabreichung von 18-Methoxycoronaridin die durch Intra-VTA-Ghrelin induzierte Erhöhung der 5-prozentualen Sucroselösung während eines Zwei-Flaschen-Protokolls mit offenem Zugang blockierte (64).

Studien zur Rolle der nAChR-Signalgebung bei der Ghrelin-Wirkung haben einen weiteren wahrscheinlich direkten zentralen Wirkungsort - den Laterodorsal-Tegmental-Bereich (LDTg) - für die Auswirkungen von Ghrelin auf die Nahrungsmittelbelohnung aufgedeckt. Die LDTg ist eine bekannte Stelle der GHSR-Expression (52, 69, 70), wobei GHSR-mRNA gemeinsam mit Cholinacetyltransferase-mRNA lokalisiert (69). Die Intra-VTA-Verabreichung des nAChR-Antagonisten α-Conotoxin MII blockiert den durch LDTg-Ghrelin induzierten NAc-Dopamin-Überlauf (65). Daher kann Ghrelin für zumindest einige seiner Wirkungen direkt auf cholinergische LDTg-Neuronen wirken, die auf den VTA projizieren.

Glutamat

Pharmakologische Unterdrückung der glutamatergen Signalgebung, wie sie durch Intra-VTA-Verabreichung des N-Methyl-D-Asparaginsäure-Rezeptor-Antagonisten AP5 erreicht wird, blockiert den Ghrelin-induzierten Dopamin-Überlauf in der NAc und die Ghrelin-induzierte Lokomotorstimulation (68). Es ist daher wahrscheinlich, dass der Einfluss von Glutamaterie in den VTA auch die Fähigkeit von Ghrelin beeinflusst, das Belohnungsverhalten von Nahrungsmitteln zu modulieren.

Endocannabinoide

Endocannabinoide erhöhen die Nahrungsaufnahme und die Motivation, schmackhafte Lebensmittel zu sich zu nehmen (71). Die zentrale Injektion von Ghrelin in Endocannabinoid-Rezeptor vom Typ 1-Knockout-Mäusen erhöht die Nahrungsaufnahme nicht, was darauf hindeutet, dass das Endocannabinoid-Signalsystem für die origenigene Wirkung von Ghrelin erforderlich ist und möglicherweise auch hedonische Wirkungen von Ghrelin vermittelt (72).

Die Rolle von Ghrelin als Vermittler von stressinduziertem komplexen Essverhalten

Die physiologische Bedeutung der Auswirkungen von Ghrelin auf die Nahrungsmittelbelohnung scheint am deutlichsten in Situationen zu sein, in denen der Plasma-Ghrelin normalerweise erhöht ist, wie z. B. Zeiten der Energieinsuffizienz (73, 74). Zum Beispiel wird CPP für HFD in Wildtyp-Mäusen durch verlängerte kalorische Einschränkung induziert (27, 54), während die Verabreichung von GHSR-Antagonisten an Wildtyp-Mäusen oder alternativ die genetische Deletion von GHSRs dieses mit Kalorieneinschränkungen verbundene Nahrungsbelohnungsverhalten verhindert (27, 54). Die GHSR-Antagonisten-Verabreichung verhindert auch, dass der mit der kalorischen Restriktion verbundene operante Hebel bei Saccharose bei Ratten drückt (63). Man könnte argumentieren, dass sich das Ghrelin-System entwickelt hat, um Tieren dabei zu helfen, mit Zuständen der Energieinsuffizienz fertig zu werden, indem es das belohnungsbasierte Essen von wohlschmeckenden kalorienreichen Nahrungsmitteln bevorzugt.

Erhöhungen von Ghrelin werden auch bei Stress beobachtet (44, 75-81). Beispielsweise treten Erhöhungen der gastrischen Ghrelin-Genexpression und von Plasmaghrelin in Reaktionen von Nagetieren auf Schwanzklemm-Stress und Wasservermeidungsstress auf (75, 76). Plasma-Ghrelin-Erhöhungen treten auch bei Nagetieren auf, die durch Kontakt mit einem kontinuierlich gefluteten Käfig oder einer kalten Umgebung (44, 50, 77, 82). Das CSDS-Verfahren, bei dem männliche Mäuse wiederholt von einem älteren und größeren Angreifer unterdrückt werden, führt zu anhaltenden Plasma-Ghrelin-Erhöhungen (44, 50, 83). In ähnlicher Weise erhöht die Exposition von Mäusen gegen ein 14-Tage-Protokoll für chronisch unvorhersehbare Belastungen den Plasmaghrelin (81). Menschen, die akut psychosozialem Stress oder dem standardisierten sozialen Stresstest ausgesetzt sind, zeigen ebenfalls einen erhöhten Plasmaghrelin (78, 80). Die Mechanismen, die für diesen stressbedingten Anstieg des zirkulierenden Ghrelins verantwortlich sind, wurden noch nicht bestimmt, können aber über eine sympathoadrenale Reaktion vermittelt werden, wie Studien belegen, die die Aktivierung des sympathischen Nervensystems und / oder die Freisetzung von Katecholaminen mit der Ghrelinsekretion und einer koordinierten Reaktion verbinden Verhaltensstressreaktion (84-86).

Die meisten Menschen berichten bei Stress über eine Änderung ihrer Essgewohnheiten - einige essen mehr und andere weniger als vor dem Stress (87, 88). Darüber hinaus erfahren Menschen eine Zunahme der Aufnahme hoch schmackhafter Lebensmittel, unabhängig von ihrer allgemeinen Nahrungsaufnahme als Reaktion auf den Stress (87, 88). Das komplexe Essverhalten, das mit Stress verbunden ist, trägt wahrscheinlich zur erhöhten Prävalenz von Übergewicht und Adipositas bei Personen bei, die Stress ausgesetzt sind. Interessanterweise nehmen stressbedingte Erhöhungen des Plasma-Ghrelins bei „hoch emotionalen Essern“, die aufgrund ihres erfahrenen Heißhungers auf Lebensmittel und des erhöhten Verzehrs von kohlenhydrat- und fettreichen Lebensmitteln als Reaktion auf negative Emotionen und Stress so genannt werden, nach dem Essen nicht akut ab Verbrauch (80). Dies unterscheidet sich von der Ghrelin-Reaktion, die bei Nahrungsaufnahme bei Personen beobachtet wird, die nur wenig Änderung ihrer Essgewohnheiten bei Stress melden (80) und deutet damit weiter auf eine Rolle für Ghrelin im stressbedingten Essverhalten hin.

Wir haben CSDS verwendet, um die Rolle von Ghrelin bei durch Stress hervorgerufenen Veränderungen des Lebensmittelbelohnungsverhaltens zu untersuchen. CSDS, das, wie oben erwähnt, den zirkulierenden Ghrelin erhöht, ist mit Hyperphagie von frei verfügbarem regulärem Chow sowohl während als auch mindestens einen Monat nach der Niederlage verbunden (44, 89, 90). Diese Hyperphagie, die bei Mäusen ohne GHSR nicht beobachtet wird, kann zu einer höheren Körpergewichtszunahme beitragen, die bei CSDS-exponierten Wildtyp-Mäusen beobachtet wird (44, 89, 90). CSDS induziert nicht nur eine hyperphagische Reaktion in Wildtyp-Mäusen, sondern erhöht auch den CPP für HFD (50). Eine solche stressinduzierte Reaktion auf Nahrungsmittelbelohnung hängt von der Ghrelin-Signalgebung ab, da CPP für HFD in CSDS-exponierten GHSR-Nullmäusen nicht beobachtet wird (50). Darüber hinaus ist die Expression von GHSRs selektiv in Tyrosinhydroxylase enthaltenden Neuronen (die, wie oben beschrieben, dopaminerge VTA-Neuronen umfassen) für die Induktion von hedonischem Essverhalten durch das CSDS-Protokoll zulässig (50). Es ist auch möglich, dass Glukokortikoide eine unterstützende Rolle bei der Vermittlung von stressinduziertem belohnungsabhängigem Essen durch Ghrelin spielen, da bei Wildtyp-Mäusen, die CSDS ausgesetzt sind, höhere Corticosteronspiegel beobachtet werden als bei ähnlich behandelten GHSR-Null-Wurfgenossen. Dies scheint für die Unterschiede bei belastungsassoziiertem, belohnungsbasiertem Essen, die bei Wildtypen beobachtet werden, im Vergleich zu GHSR-null-Wurfgeschwistern relevant, da die Glukokortikoidsekretion motiviertes Verhalten verstärkt und die Aufnahme von wohlschmeckenden Lebensmitteln erhöht (88).

Die obigen CSDS-Befunde bei Wildtyp- und GHSR-Null-Tieren stehen im Gegensatz zu denen, die in einem chronischen unvorhersehbaren Stress-Mausmodell für chronischen Stress beobachtet wurden (81). Obwohl CSDS und chronisch unvorhersehbarer Stress beide den Plasmaghrelin erhöhen, ist bei Wildtyp-Mäusen mit chronischer unvorhersehbarer Belastung während der Behandlungsdauer eine verringerte Nahrungsaufnahme und Gewichtszunahme zu verzeichnen, während bei ähnlich behandelten GHSR-defizienten Mäusen Änderungen dieser Parameter fehlen (81). Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die potenziell unterschiedlichen Wirkungen von Ghrelin auf die Nahrungsaufnahme, die Belohnung für die Ernährung und das Körpergewicht zwischen den verschiedenen Nagetiermodellen für stressbedingte Ernährung zu klären (91-96) und unter Menschen mit unterschiedlichen Essverhaltensreaktionen auf Stress.

Schlussfolgerungen und Perspektiven

Kürzlich durchgeführte Studien haben mehrere Komplikationen hinsichtlich der Rolle von Ghrelin bei der Modulation der Nahrungsaufnahme und des lohnenswerten Wertes von wohlschmeckenden Lebensmitteln ergeben. Die meisten betonen die Bedeutung mesolimbischer Pfade für diese Effekte. Interessanterweise erstrecken sich die Auswirkungen von Ghrelin auf das mesolimbische System auch auf das Verhalten von Drogen und Alkohol, was darauf hindeutet, dass Ghrelin ein Zusammenhang zwischen Nahrungsmittelentzug und / oder Stress sein kann, wobei der hedonische Wert einer Vielzahl von Belohnungen ansteigt im (97-99)]. Ghrelin selbst ist dafür bekannt, von Natur aus lohnend zu sein (100). Mesolimbische Bahnen sind auch wichtig für die Stimmung von Ghrelin. Mit Mausmodellen haben wir insbesondere gezeigt, dass eine Erhöhung der zirkulierenden Ghrelinspiegel durch 10-Tage der Kalorienreduktion oder durch akute subkutane Injektion eine antidepressivitätsähnliche Reaktion im erzwungenen Schwimmtest hervorruft (44). Eine kalorische Einschränkung induziert diese Reaktion jedoch nicht mehr bei Mäusen, denen GHSRs fehlen, was darauf hindeutet, dass eine Interferenz mit der Ghrelin-Signalgebung das Antidepressivum-ähnliche Verhalten, das mit der Kalorienrestriktion einhergeht, aufhebt (44). Bei der Exposition gegenüber CSDS zeigen GHSR-null-Mäuse eine stärkere soziale Isolation (ein weiterer Marker für depressives Verhalten) als Wildtyp-Wurfgenossen (44). Daher haben wir vorgeschlagen, dass die Aktivierung von Ghrelin-Signalwegen als Reaktion auf chronischen Stress eine homöostatische Anpassung sein kann, die den Menschen hilft, mit Stress fertig zu werden. Zusätzlich zu den anderen Prozessen, die wir auf Ghrelin-reagierende katecholaminerge Neuronen zurückführen konnten, ist die direkte Ghrelin-Signalisierung über GHSRs, die auf katecholaminergen Neuronen lokalisiert sind (einschließlich der zuvor genannten dopaminergen VTA-Neuronen), auch für die üblichen Stimmungsreaktionen nach chronischem Stress ausreichend (50).

Angesichts dieser vielen Aktionen von Ghrelin und scheinbar überlappender neuronaler Kreisläufe könnte man sich ein Szenario vorstellen, bei dem die Verabreichung von Ghrelin-Mimetikum an Personen mit Anorexia nervosa, die sich einer Re-Feeding-Therapie unterziehen, relative Abnahmen des zirkulierenden Ghrelins verhindern würde. Der darauffolgende anhaltende Tonus in mit Ghrelin belegten Kreisläufen würde dann dazu beitragen, die Nahrungsaufnahme zu stimulieren, die ansonsten möglicherweise verschlechterte Depression (ein häufiger komorbiner Zustand bei Anorexia nervosa) zu minimieren und zu einem besseren Wohlbefinden (aufgrund der Erkrankung) führen inhärent lohnende Eigenschaften von Ghrelin).

Umgekehrt kann der mesolimbische Weg, der zumindest einige der Wirkungen von Ghrelin auf das Essen von Homöostase, das hedonische Essen und die Stimmung reguliert, seine Wirksamkeit als Ziel für die Gewichtsabnahme des Arzneimittels einschränken. Die verflochtene Natur neuronaler Signalwege, die die koordinierte Verhaltensstressreaktion vermitteln, kann das gleiche Schicksal vorhersagen wie das Anti-Adipositas-Medikament Rimonabant, das aufgrund weiterer Berichte über schwere Depressionen keine FDA-Zulassung für andere Anti-Adipositas-Kandidaten erhielt. Diese scheinbar eng miteinander verknüpften Verhaltensweisen zeigen noch mehr die Bedeutung von Studien, die darauf abzielen, die neuroanatomischen Bahnen zu analysieren, die die Verhaltensweisen von Ghrelin bezüglich des Essverhaltens im Zusammenhang mit der Homöostase, der Belohnung, dem Stress und der Stimmung des Körpergewichts bestimmen. Trotz dieses potenziellen Nachteils glauben wir, dass alle verfügbaren Daten, die Ghrelin mit dem Belohnungsverhalten von Nahrungsmitteln verknüpfen, das Konzept einer gezielten Ausrichtung des Ghrelin-Systems als plausible Strategie zur Behandlung und / oder Verhinderung der Entwicklung extremer Körpergewichte stark unterstützen.

Anerkennungen

Die Autoren möchten die Unterstützung von Dr. Michael Lutter für seine vielen hilfreichen Kommentare während der Erstellung dieses Manuskripts anerkennen. Diese Studie wurde von der Florencio Fiorini Foundation, der International Brain Research Organization und den PICT2010-1954-Zuschüssen an MP sowie von R01DA024680 und R01MH085298 von NMH für JMZ unterstützt.

Fußnoten

Finanzielle Angaben

Die Autoren berichten über keine biomedizinischen finanziellen Interessen oder potenziellen Interessenkonflikte.

Haftungsausschluss des Herausgebers: Dies ist eine PDF-Datei eines unbearbeiteten Manuskripts, das zur Veröffentlichung angenommen wurde. Als Service für unsere Kunden stellen wir diese frühe Version des Manuskripts zur Verfügung. Das Manuskript wird vor der Veröffentlichung in seiner endgültigen zitierfähigen Form einer Vervielfältigung, einem Satz und einer Überprüfung unterzogen. Bitte beachten Sie, dass während des Produktionsprozesses Fehler entdeckt werden können, die sich auf den Inhalt auswirken können, und alle rechtlichen Disclaimer, die für das Journal gelten.

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