Biol Ψυχιατρική. 2008 Δεκ 1, 64 (11): 941-50. Epub 2008 Ιουλ 26.
Teegarden SL, Nestler EJ, Bale TL.
Πηγή
Τμήμα Ζωικής Βιολογίας, Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας, Φιλαδέλφεια, PA 19104-6046, ΗΠΑ.
Περίληψη
ΦΌΝΤΟ:
Η ευαισθησία στην ανταμοιβή έχει εμπλακεί ως παράγοντας προδιάθεσης για τις συμπεριφορές που σχετίζονται με την κατάχρηση ναρκωτικών καθώς και την υπερκατανάλωση τροφής. Ωστόσο, οι βασικοί μηχανισμοί που συμβάλλουν στην ανταμοιβή της ευαισθησίας είναι άγνωστοι. Υποθέσαμε ότι μια δυσλειτουργία στην σηματοδότηση της ντοπαμίνης μπορεί να είναι μια υποκείμενη αιτία αυξημένης ευαισθησίας ανταμοιβής, σύμφωνα με την οποία τα ανταμείβοντας ερεθίσματα θα μπορούσαν να δράσουν για την ομαλοποίηση του συστήματος.
ΜΕΘΟΔΟΙ:
Χρησιμοποιήσαμε ένα μοντέλο γενετικού ποντικού με αυξημένη ευαισθησία ανταμοιβής, το ποντίκι που υπερεκφράζει το Delta FosB, για να εξετάσει τις αλλαγές της οδού ανταμοιβής ως απάντηση σε μια εύγευστη δίαιτα με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά. Οι δείκτες της σήμανσης επιβράβευσης σε αυτούς τους ποντικούς εξετάστηκαν τόσο βασικά όσο και μετά από 6 εβδομάδες εύγευστη έκθεση στην δίαιτα. Τα ποντίκια εξετάστηκαν σε δοκιμασία συμπεριφοράς μετά από απομάκρυνση δίαιτας με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά για να εκτιμηθεί η ευπάθεια αυτού του μοντέλου στην απομάκρυνση των ανταμείβοντας ερεθισμάτων.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ:
Τα αποτελέσματά μας επιδεικνύουν τροποποιημένη ενεργοποίηση της οδού ανταμοιβής κατά μήκος του κυκλώματος περιοχής τμηματικής περιοχής του πυρήνα accumbens-υποθαλάμου-κοιλιακής κοιλότητας που προκύπτει από την υπερέκφραση του Delta FosB στους πυρήνες accumbens και ραβδωτές περιοχές. Επίπεδα πρωτεΐνης δέσμευσης στοιχείου φωσφορυλιωμένης κυκλικής μονοφωσφορικής αδενοσίνης (cAMP) (pCREB), νευροτροφικός παράγοντας που προέρχεται από εγκέφαλο (BDNF), και η φωσφοπρωτεΐνη ελεγχόμενη από ντοπαμίνη και κυκλική μονοφωσφορική αδενοσίνη με μοριακή μάζα 32 kDa (DARPP-32) στον πυρήνα accumbens μειώθηκαν σε ποντίκια Delta FosB, υποδεικνύοντας μειωμένη σηματοδότηση της ντοπαμίνης. Έξι εβδομάδες με υψηλή διατροφή με λίπος έκθεση ενέπνευσε πλήρως αυτές τις διαφορές, αποκαλύπτοντας την ισχυρή ανταμοιβή ικανότητα μιας εύγευστης διατροφής. Τα ποντίκια Delta FosB έδειξαν επίσης σημαντική αύξηση της κινητικής δραστηριότητας και των σχετικών με το άγχος αποκρίσεων 24 ώρες μετά την απόσυρση με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ:
Αυτά τα αποτελέσματα δημιουργούν μια υποκείμενη ευαισθησία στις μεταβολές στην ανταμοιβή που σχετίζονται με τη δυσλειτουργία του Delta FosB και της σηματοδότησης της ντοπαμίνης που μπορούν να εξομαλυνθούν με εύγευστες δίαιτες και μπορεί να είναι ένας φαινοτύπος προδιάθεσης σε ορισμένες μορφές παχυσαρκίας.
Εισαγωγή
Παρά την αυξανόμενη γνώση μας για τα νευρικά συστήματα που ελέγχουν την όρεξη και την κορεσμό, τα ποσοστά παχυσαρκίας συνεχίζουν να αυξάνονται στις Ηνωμένες Πολιτείες. Οι τρέχουσες θεραπείες φαρμάκων έχουν περιορισμένη αποτελεσματικότητα και οι συμπεριφορικές τροποποιήσεις υποφέρουν από ελάχιστη μακροπρόθεσμη συμμόρφωση (1). Η κατανάλωση θερμιδικώς πυκνών, εύγευστων τροφών έχει συνδεθεί με αλλαγές στο στρες και τις οδούς ανταμοιβής στον εγκέφαλο, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι ανταμείβοντας ιδιότητες αυτών των τροφίμων μπορεί να υπερισχύουν των σημάτων ενεργειακής ισορροπίας (2-4). Τα τρόφιμα με υψηλή περιεκτικότητα σε λίπος δρουν ως φυσικές ανταμοιβές, ενεργοποιώντας κέντρα εγκεφάλου με τρόπο παρόμοιο με τα φάρμακα κατάχρησης και ως τέτοια έχουν χρησιμοποιηθεί σε παραδείγματα αυτονομίας (5-8). Επομένως, είναι πιθανό οι συμπεριφορές και τα κίνητρα για υπερκατανάλωση και κατάχρηση ναρκωτικών να μοιράζονται κοινούς υποκείμενους μηχανισμούς, ενδεχομένως ανοίγοντας νέες οδούς θεραπείας και για τις δύο καταστάσεις.
Στη μελέτη της σχέσης μεταξύ εύγευστων τροφίμων και μονοπατιών που ρυθμίζουν την ανταμοιβή και το άγχος στον εγκέφαλο, έχουμε προηγουμένως εντοπιστεί μοριακοί και βιοχημικοί δείκτες με μειωμένη ανταμοιβή και αυξημένο άγχος μετά την απόσυρση από μια εύγευστη δίαιτα με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά (HF). Παρόμοια με τα φάρμακα κατάχρησης, η έκθεση σε μια εύγευστη διατροφή στις μελέτες μας οδήγησε σε αυξημένα επίπεδα του μεταγραφικού παράγοντα ΔFosB στο nucleus accumbens (NAc), μια κεντρική δομή ανταμοιβής εγκεφάλου (9, 10). Τα ποντίκια που υπερεκφράζουν με επαγωγικό τρόπο το ΔFosB παρουσιάζουν αυξημένη ανταπόκριση στην οργάνωση για ανταμοιβή τροφής (11), καθιστώντας τα ένα πολύτιμο εργαλείο για την εξέταση του ρόλου της ανταμοιβής ευαισθησίας και της μακροχρόνιας δυσλειτουργίας του συστήματος ανταμοιβής στις μοριακές και βιοχημικές απαντήσεις σε μια εύγευστη διατροφή.
Στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιήσαμε τους ποντικούς που υπερεκφράζουν το ΔFosB για να εξετάσουμε τις μακροπρόθεσμες μεταβολές στους δείκτες ανταμοιβής στο νευροκυκλωματικό σύστημα NAc-υποθαλάμου-κοιλιακού τεκτονικού χώρου (VTA) σε απάντηση σε μια εύγευστη δίαιτα HF. Με βάση προηγούμενες μελέτες σε αυτά τα ευαίσθητα σε ανταμοιβή ποντίκια, υποθέσαμε ότι οι επαγόμενες από ΔFosB μεταβολές στην ευαισθησία ανταμοιβής συνεπάγονται μια δυσλειτουργία στη σηματοδότηση ντοπαμίνης που προκύπτει από την ανατροφοδότηση της NAc στο VTA. Περαιτέρω υποθέσαμε ότι η έκθεση σε μια φυσική ανταμοιβή μιας δίαιτας με υψηλή περιεκτικότητα σε ΗΡ θα εξομαλύνει τότε το ντοπαμινεργικό σύστημα σε αυτά τα ποντίκια, με αποτέλεσμα την υπερβολική ανταπόκριση στο άγχος της απόσυρσης από αυτή τη δίαιτα HF. Η μοναδική πτυχή της χρήσης μιας εύγευστης διατροφής ως επιβραβευτικής ουσίας μας επιτρέπει να συμπεριλάβουμε τις υποθαλάμους εισροές για να επιβραβεύσουμε τα κυκλώματα σε ένα φαινότυπο που μπορεί να είναι προγνωστικό για έναν πληθυσμό που είναι προδιάθετος στην παχυσαρκία που είναι ανθεκτική στη θεραπεία. Για να εξεταστεί αυτή η υπόθεση, μελετήσαμε δείκτες νευροδιαβίβασης ντοπαμίνης, συμπεριλαμβανομένων των pCREB, BDNF και DARPP-32 στην ΝΑο και την υδροξυλάση της τυροσίνης και τον μεταφορέα της ντοπαμίνης στο VTA μετά την έκθεση στο ΗΡ. Εξετάσαμε επίσης ειδικούς δείκτες ενεργειακού ισοζυγίου που είναι γνωστό ότι επηρεάζουν την παραγωγή ντοπαμίνης, συμπεριλαμβανομένων των υποδοχέων λεπτίνης και ορεξίνης στην έκφραση VTA και ορεξίνης στον πλευρικό υποθάλαμο.
Υλικά και Μέθοδοι
Των ζώων
Αρσενικοί διαγονιδιακοί ποντικοί οι οποίοι διεγείρουν επαγωγικά ΔFosB σε νευρώνες θετικούς σε δυναρονίνη στο ΝΑο και το ραχιαίο ραβδωτό σώμα (Kelz κ.ά., 1999) δημιουργήθηκαν σε μικτό υπόβαθρο (ICR: C57Bl6 / SJL) στο Ιατρικό Κέντρο Southwestern του Πανεπιστημίου του Τέξας και διατηρήθηκαν και δοκιμασμένο στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας. Όλα τα ποντίκια διατηρήθηκαν σε δοξυκυκλίνη (100 μg / ml στο πόσιμο νερό) μέχρι την άφιξή τους στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας. Για να προκληθεί υπερέκφραση, η δοξυκυκλίνη απομακρύνθηκε (η = ΧΝΥΜΧ) (23). Οι ποντικοί ελέγχου (n = 12) συνέχισαν να λαμβάνουν το φάρμακο. Οι ποντικοί χορηγήθηκαν σε ομάδες διατροφής οκτώ εβδομάδες μετά την αφαίρεση της δοξυκυλλίνης, οπότε ο χρόνος έκφρασης έχει δειχθεί ότι φθάνει τα μέγιστα επίπεδα (26). Τα ποντίκια διατηρήθηκαν σε έναν κύκλο 13: 12 φωτός-σκότους (φώτα στο 12) με τροφή και νερό διαθέσιμα ad libitum. Όλες οι μελέτες πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με πειραματικά πρωτόκολλα που εγκρίθηκαν από την Επιτροπή Θεραπείας και Χρήσης Θεσμικών Ζώων του Πανεπιστημίου Pennsylvania και όλες οι διαδικασίες διεξήχθησαν σύμφωνα με τις θεσμικές οδηγίες.
Έκθεση διατροφής
Τα ποντίκια διατηρήθηκαν σε κατσαρίδα (n = 16) ή τοποθετήθηκαν σε HF (η = ΧΝΥΜΧ-ΧΝΥΜΧ) για έξι εβδομάδες. Η οικιακή τροφή (Purina Lab Diet, St. Louis, MO) περιείχε 16 kcal / g, αποτελούμενη από 17% πρωτεΐνη, 4.00% λίπος και 28% υδατάνθρακες. Η διατροφή HF (Research Diets, New Brunswick, NJ) περιείχε 12 kcal / g, που αποτελείται από 60% πρωτεΐνη, 4.73% λίπος και 20% υδατάνθρακες.
Βιοχημεία και γονιδιακή έκφραση
Τα ποντίκια αναλύθηκαν μετά από έξι εβδομάδες έκθεσης στη δίαιτα. Οι εγκέφαλοι απομακρύνθηκαν από το κρανίο και είτε καταψύχθηκαν ολόκληροι επί ξηρού πάγου είτε εκτοπίστηκαν το NAc (περίπου 0.5 - 1.75 mm από το βρεγμένο, σε βάθος 3.5 - 5.5 mm) και καταψύχθηκαν σε υγρό άζωτο. Ο ιστός φυλάχθηκε στους -80 ° C έως ότου προσδιοριστεί.
Βιοχημικές αναλύσεις
Οι μέθοδοι για στυπώματα Western περιγράφονται σε συμπληρωματικά υλικά. Τα χρησιμοποιούμενα αντισώματα ήταν: Cdk5, CREB και BDNF (1: 500, Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA) και φωσφο-CREB (pCREB) (Ser 133) (1: 500, Cell Signaling Technology, Danvers, ΜΑ).
Αυτοραδιογραφία υποδοχέα
Λεπτομερείς μέθοδοι αυτοραδιογραφίας περιγράφονται στα συμπληρωματικά υλικά. Οι προσδέτες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν 2 nM H3-SCH 23390 και 5 nM H3-σπιπερόνη (PerkinElmer, Boston, ΜΑ).
Υβριδοποίηση ίη situ
Διεξήχθη επεξεργασία ιστού και υβριδισμός όπως περιγράφηκε προηγουμένως (14). Ο ανιχνευτής DARPP-32 παρασχέθηκε ευγενικά από τον P. Greengard (Rockefeller University) και τον ανιχνευτή ορεξίνης από τον J. Elmquist (The University of Texas Southwestern Medical Center). Οι αντικειμενοφόρες πλάκες που δοκιμάστηκαν για DARPP-32 προσαρτήθηκαν σε μεμβράνες για ημέρες 3 και αντικειμενοφόρες πλάκες που δοκιμάστηκαν για ορεξίνη προστέθηκαν σε φιλμ για ημέρες 4. Η ποσοτικοποίηση των εικόνων φιλμ πραγματοποιήθηκε όπως περιγράφηκε προηγουμένως (10).
QRT-PCR
Το RNA απομονώθηκε από το VTA και η έκφραση μεμονωμένων γονιδίων εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας ανιχνεύσεις έκφρασης γονιδίου TaqMan (Applied Biosystems, Foster City, CA). Λεπτομερείς μέθοδοι και στατιστικές αναλύσεις μπορούν να βρεθούν στα συμπληρωματικά υλικά.
Αναλύσεις συμπεριφοράς
Για να εξεταστούν οι επιδράσεις της ευαισθησίας ανταμοιβής στις μεταβολές της συμπεριφοράς που προκαλούνται από τη διατροφή, μια υποομάδα ποντικών αποσύρθηκε από το HF μετά από τέσσερις εβδομάδες έκθεσης και επέστρεψε στην οικιακή τροφή (n = 9 control, n = 8 ΔFosB). Εικοσιτέσσερις ώρες μετά την απομάκρυνση, τα ποντίκια εκτέθηκαν στη δοκιμή ανοικτού πεδίου σύμφωνα με το προηγουμένως δημοσιευμένο πρότυπο διαιτητικής απόσυρσης (10). Εν συντομία, ο ποντικός τοποθετήθηκε στο κέντρο της συσκευής ανοικτού πεδίου και παρακολουθήθηκε για πέντε λεπτά. Συνολικά διασχίζουν γραμμή, ασθένειες κοπράνων, χρόνος στο κέντρο και μετρήθηκαν διασταυρώσεις στο κέντρο.
Σε Πραγματικό Χρόνο
Όλα τα δεδομένα εκτός από κηλίδες Western αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας αμφίδρομη ANOVA ακολουθούμενη από τεστ PLSD Fisher με θεραπεία δοξυκυκλίνης (έκφραση ΔFosB) και κατάσταση διατροφής ως ανεξάρτητες μεταβλητές. Για αναλύσεις RT-PCR, χρησιμοποιήθηκε μια μειωμένη τιμή Ρ για τη διόρθωση πολλαπλών συγκρίσεων εντός ομάδων σχετικών γονιδίων (βλ. Συμπληρωματικά υλικά). Τα στυπώματα Western αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας δοκιμασία t ενός μαθητή με θεραπεία δοξυκυκλίνης ως ανεξάρτητη μεταβλητή, συγκρίνοντας οπτικές πυκνότητες εντός του ίδιου στυπώματος. Όλα τα δεδομένα παρουσιάζονται ως μέσος όρος ± SEM.
Αποτελέσματα
Βασικές βιοχημικές διαφορές
Για να διευκρινισθεί η μοριακή οδό που διέπεται από την αυξημένη ευαισθησία ανταμοιβής σε ποντίκια υπερέκφρασης ΔFosB, εξετάστηκαν επίπεδα αρκετών βασικών μορίων σηματοδότησης στο NAc. Υπήρχε μια τάση για αυξημένα επίπεδα Cdk5 στα NAc ποντικών ΔFosB σε σύγκριση με τα ζώα μάρτυρας που διατηρήθηκαν σε δοξυκυκλίνη (F = 5.1, P = 0.08, Σχήμα 1Α). Τα ποντίκια ΔFosB εξέφρασαν σημαντικά μειωμένα επίπεδα του pCREB (F = 7.4, P <0.05, Σχήμα 1Β) καθώς και τα συνολικά επίπεδα του CREB (F = 5.4, P = 0.05, Εικ. 1C). Σημαντική μείωση του BDNF παρατηρήθηκε επίσης στα NAc ποντικών ΔFosB (F = 10.6, Ρ <0.05, Σχήμα 1D).
Εικόνα 1
Τα ποντίκια που υπερεκφράζουν το ΔFosB παρουσίασαν βιοχημικούς δείκτες μειωμένης σηματοδότησης ντοπαμίνης στο ΝΑο
Η πρόσληψη τροφής και το σωματικό βάρος στη διατροφή με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά
Στη συνέχεια εξετάσαμε τις επιδράσεις μιας δίαιτας HF με φυσική ανταμοιβή στις μεταβολές των μορίων σηματοδότησης στα ποντίκια ΔFosB που υπερεκφράζουν. Δεν υπήρχαν διαφορές μεταξύ των ποντικών ΔFosB και των μαρτύρων στην πρόσληψη τροφής είτε σε σπίτι είτε σε HF. Ωστόσο, υπήρξε μια συνολική μείωση της θερμιδικής πρόσληψης που κανονικοποιήθηκε στο σωματικό βάρος όταν εκτέθηκε σε HF που ήταν συγκεκριμένη για τους ποντικούς ΔFosB (F = 11.2, Ρ <0.01, Εικ. 2Α). Στο τέλος των έξι εβδομάδων της έκθεσης σε δίαιτα, τα ποντίκια που έλαβαν HF ζύγιζαν σημαντικά περισσότερο από εκείνα της δίαιτας chow (F = 17.2, P <0.001) και τα ποντίκια ΔFosB ζύγιζαν λιγότερο συνολικά από τους μάρτυρες (F = 5.6, Ρ <0.05, Εικ. 2Β). Αυτό το αποτέλεσμα ήταν ειδικό για τις διαφορές μεταξύ των ομάδων στη δίαιτα chow (P <0.05).
Εικόνα 2
Τα ποντίκια που υπερεκφράζουν ΔFosB δεν εμφάνισαν διαφορές στην πρόσληψη τροφής είτε σε δίαιτα είτε σε δίαιτα με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά (HF)
Βιοχημικές διαφορές στη διατροφή με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά
Για να προσδιοριστεί ο τρόπος με τον οποίο οι βασικές διαφορές στη σηματοδότηση NAc θα μπορούσαν να μεταβληθούν με τη διατροφή HF, εξετάστηκαν οι ίδιες πρωτεΐνες σηματοδότησης που μελετήθηκαν στην αρχική τιμή σε ζώα που είχαν λάβει έξι εβδομάδες HF. Δεν υπήρξαν σημαντικές διαφορές στα επίπεδα Cdk5 (Εικ. 3A). Τα επίπεδα του pCREB και του ολικού CREB δεν ήταν πλέον διαφορετικά μετά από έξι εβδομάδες HF (Σχήμα 3B, C). Τα επίπεδα του BDNF ήταν σημαντικά αυξημένα σε ΔFosB ποντικούς μετά από έξι εβδομάδες έκθεσης σε ΗΡ (F = 6.5, Ρ = 0.05, Εικόνα 3D).
Εικόνα 3
Η διατροφή με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά (HF) βελτίωσε τις διαφορές σηματοδότησης που παρατηρήθηκαν στο NAc των ποντικών που υπερεκφράζουν το ΔFosB
Αυτοραδιογραφία υποδοχέα ντοπαμίνης
Χρησιμοποιήσαμε αυτοραδιογραφία υποδοχέα για να εκτιμήσουμε εάν οι προκαλούμενες από ΔFosB μεταβολές στη σηματοδότηση ντοπαμίνης στο NAc σχετίζονται με αλλαγές στην έκφραση υποδοχέα ντοπαμίνης (Εικ. 4Α). Η δίαιτα με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά φάνηκε να αυξάνει ελαφρώς την πυκνότητα της πρόσδεσης του υποδοχέα ντοπαμίνης D1 (P = 0.14) και αυτή η διαφορά ήταν μεγαλύτερη σε ποντίκια ΔFosB (Εικ. 4Β). Υπήρχε επίσης μια τάση προς αύξηση στην περιοχή δέσμευσης D1 μετά από HF (P = 0.06), και μετά από δοκιμή hoc έδειξε ότι αυτό ήταν σημαντικό στους ποντικούς ΔFosB (Ρ <0.05, Εικ. 4C). Σε αντίθεση με τους υποδοχείς D1, δεν υπάρχουν αλλαγές στην πυκνότητα σύνδεσης των υποδοχέων D2 (έλεγχος chow = 97.6 ± 6.9, έλεγχος HF = 101.1 ± 8.2, ΔFosB chow = 91.6 ± 1.0, ΔFosB HF = 94.8 ± 9.5) ή περιοχή δέσμευσης (έλεγχος chow = 47.3 Παρατηρήθηκαν ± 3.4, έλεγχος HF = 53.8 ± 6.0, ΔFosB chow = 51.9 ± 3.7, ΔFosB HF = 49.0 ± 3.3) στο NAc.
Εικόνα 4
Η διατροφή με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά (HF) οδήγησε σε αλλαγές στη δέσμευση του υποδοχέα ντοπαμίνης D1 και στην έκφραση DARPP-32 στον πυρήνα accumbens (NAc) των ποντικών που υπερεκφράζουν το ΔFosB
Έκφραση DARPP-32 στο NAc
Χρησιμοποιήθηκε in situ υβριδισμός για τον προσδιορισμό των επιπέδων έκφρασης του DARPP-32 στο NAc (Σχήμα 4D). Η δίαιτα με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά αύξησε σημαντικά την έκφραση DARPP-32 σε αυτήν την περιοχή του εγκεφάλου (F = 5.1, P <0.05) και υπήρξε σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ της διατροφής και της έκφρασης ΔFosB (F = 8.9, P <0.05), με τα ποντίκια ΔFosB να δείχνουν μεγαλύτερη αλλαγή που προκαλείται από τη διατροφή (Εικ. 4Ε). Μια βασική διαφορά στην έκφραση DARPP-32 μεταξύ ποντικών μάρτυρα και ΔFosB αποκαλύφθηκε με δοκιμή post hoc (Ρ <0.01), καθώς και σημαντική αύξηση της έκφρασης DARPP-32 στους ποντικούς ΔFosB σε HF (Ρ <0.01).
Έκφραση γονιδίων στο VTA
Το QRT-PCR χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση αλλαγών στην έκφραση γονιδίου στο VTA, στοχεύοντας αρκετά βασικά γονίδια που είχαν προηγουμένως εμπλακεί στη ρύθμιση της ανταμοιβής. Όλα τα δείγματα κανονικοποιήθηκαν σε β-ακτίνη. Για να διασφαλιστεί ότι η έκφραση β-ακτίνης δεν μεταβλήθηκε με επεξεργασία, διεξήχθη χωριστός προσδιορισμός για σύγκριση της β-ακτίνης με έναν δεύτερο εσωτερικό έλεγχο, GAPDH. Δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές στην έκφραση β-ακτίνης (τιμές ΔCT, β-ακτίνη - GAPDH: chow ελέγχου = 2.29 ± 0.21, μάρτυρας HF = 2.01 ± 0.04, ΔFosB chow = 2.32 ± 0.49, ΔFosB HF = 2.37 ± 0.10).
Παρατηρήθηκε τάση αλληλεπίδρασης μεταξύ έκφρασης ΔFosB και θεραπείας με δίαιτα για έκφραση υδροξυλάσης τυροσίνης (F = 3.6, Ρ <0.06, Σχ. 5Α). Έξι εβδομάδες έκθεσης σε HF φάνηκε να μειώνει την έκφραση της υδροξυλάσης τυροσίνης σε ποντικούς μάρτυρες και να αυξάνει την έκφραση σε ποντικούς ΔFosB. Παρατηρήθηκε σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ έκφρασης ΔFosB και έκθεσης σε δίαιτα για έκφραση του μεταφορέα ντοπαμίνης (F = 6.7, Ρ <0.03, Εικ. 5Β). Παρόμοια με την υδροξυλάση τυροσίνης, η έκθεση σε HF μείωσε την έκφραση του μεταφορέα ντοπαμίνης σε ποντίκια μάρτυρες και αύξησε σημαντικά την έκφραση σε ποντικούς ΔFosB (Ρ <0.05). Η βασική διαφορά στην έκφραση του μεταφορέα ντοπαμίνης μεταξύ ποντικών μάρτυρα και ΔFosB δεν έφτασε τη σημασία (Ρ = 0.16), αλλά μετά από 6 εβδομάδες HF, τα ποντίκια ΔFosB εξέφρασαν σημαντικά αυξημένα επίπεδα μεταφορέα ντοπαμίνης σε σύγκριση με τους μάρτυρες (Ρ <0.05).
Εικόνα 5
Η έκθεση σε υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά (HF) και η έκφραση ΔFosB οδήγησαν σε αλλαγές στην έκφραση ενός αριθμού βασικών μορίων στο VTA
Υπήρχε μια τάση που δείχνει μια επίδραση της αυξημένης έκφρασης ΔFosB για τη μείωση των επιπέδων TrkB στο VTA (F = 5.7, P <0.04, Εικ. 5C). Αν και δεν υπήρχαν κύρια αποτελέσματα στην έκφραση του κ-οπιοειδούς υποδοχέα, υπήρχε μια τάση προς μειωμένη έκφραση σε ποντικούς ΔFosB (Ρ = 0.08, Σχήμα 5D). Η έκφραση του υποδοχέα λεπτίνης προσδιορίστηκε επίσης στο VTA. Βρέθηκε μια σημαντική επίδραση της έκθεσης στη διατροφή (F = 6.1, P <0.03), με το HF να μειώνει σημαντικά τα επίπεδα του υποδοχέα λεπτίνης στο VTA τόσο σε ΔFosB όσο και σε ποντίκια ελέγχου (Εικ. 5Ε). Εξετάστηκε επίσης η έκφραση του υποδοχέα ορεξίνης 1 στο VTA. Υπήρχε μια σημαντική επίδραση της διατροφής στην έκφραση του υποδοχέα ορεξίνης (F = 9.0, Ρ <0.02), με ποντίκια που εκτέθηκαν σε HF να εκφράζουν υψηλότερα επίπεδα στο VTA (Εικ. 5F). Υπήρχε επίσης μια τάση για τα ποντίκια ΔFosB να εκφράζουν συνολικά υψηλότερα επίπεδα υποδοχέα ορεξίνης 1 σε αυτήν την περιοχή του εγκεφάλου (Ρ <0.05).
Έκφραση ορεξίνης στον πλευρικό υποθάλαμο
Μετρήσαμε τα επίπεδα της ορεξίνης στον πλευρικό υποθάλαμο, την προέλευση της ορεξινεργικής ενυδάτωσης του VTA, με υβριδισμό in situ (Εικ. 6Α). Υπήρξε μια σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ έκφρασης ΔFosB και έκθεσης σε δίαιτα στην έκφραση ορεξίνης (F = 9.1, P <0.01), με το HF να αυξάνει σημαντικά τα επίπεδα της ορεξίνης σε ποντίκια ελέγχου (Ρ <0.05) και τη μείωση της έκφρασης σε ποντικούς ΔFosB (Εικ. 6Β). Αν και δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές στην έκφραση της ορεξίνης στη βασική κατάσταση, μετά από 6 εβδομάδες HF, τα ποντίκια ΔFosB εξέφρασαν σημαντικά μειωμένα επίπεδα ορεξίνης σε σύγκριση με τους μάρτυρες (Ρ <0.05).
Εικόνα 6
Η διατροφή με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά (HF) είχε διαφορικά αποτελέσματα στην έκφραση ορεξίνης σε ποντίκια ελέγχου (Ctrl) και ΔFosB που υπερεκφράζουν
Beαναλυτικές αναλύσεις
Για την αξιολόγηση των μεταβολών στη διέγερση και τη συναισθηματικότητα λόγω της διατροφικής αλλαγής, τα ποντίκια εκτέθηκαν στο τεστ ανοιχτού πεδίου 24 ώρες μετά την απόσυρση της δίαιτας HF (10). Οι συνολικές διασταυρώσεις γραμμής, οι οποίες βαθμολογήθηκαν ως μέτρο διέγερσης, επηρεάστηκαν σημαντικά από την έκφραση ΔFosB (F = 6.6, P <0.05) και τη διατροφή (F = 4.6, P <0.05, Εικ. 7Α). Τα ποντίκια ΔFosB ήταν πιο ενεργά στο νέο περιβάλλον από ό, τι τα αντίθετα, και οι δοκιμές post hoc έδειξαν ότι τα ποντίκια που αποσύρθηκαν από το HF ήταν σημαντικά πιο ενεργά από εκείνα που εκτέθηκαν στο chow (Ρ <0.05). Τα κόλπα των κοπράνων μετρήθηκαν ως μέτρο συμπεριφοράς που μοιάζει με άγχος (10). Υπήρχε μια κύρια επίδραση της έκφρασης ΔFosB (F = 10.2, Ρ <0.01), με ποντίκια υπερέκφρασης ΔFosB που παράγουν περισσότερα κόπρανα κοπράνων στο νέο περιβάλλον, ιδιαίτερα στις ομάδες απόσυρσης σπιτιού και HF (Εικ. 7Β). Τα ποντίκια ΔFosB που διατηρήθηκαν σε δίαιτα HF παρήγαγαν λιγότερα κόλπα κοπράνων από αυτά που διατηρήθηκαν στο chow και αυτά που αποσύρθηκαν 24 ώρες πριν από τη δοκιμή. Τα ποντίκια ελέγχου δεν φαίνεται να επηρεάζονται από τη διατροφή. Δεν υπήρχαν σημαντικές επιδράσεις είτε έκφρασης ΔFosB είτε διατροφής στο χρόνο που αφιερώθηκε στο κέντρο του ανοιχτού πεδίου (έλεγχος chow = 14.5 ± 3.1 δευτερόλεπτα, έλεγχος HF = 18.0 ± 3.2 δευτερόλεπτα, έλεγχος W / D = 15.4 ± 1.9 δευτερόλεπτα, ΔFosB chow = 16.9 ± 2.4 sec, ΔFosB HF = 13.1 ± 3.9 sec, ΔFosB W / D = 19.8 ± 2.6 sec).
Εικόνα 7
Οι ποντικοί που υπερ-εκφράζουν ΔFosB ήταν πιο ευαίσθητοι στις συνέπειες της απόσυρσης από τη διατροφή με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά (HF)
Ερωτήσεις - Συζήτηση
Στη θεραπεία της παχυσαρκίας, υπάρχει μια κρίσιμη ανάγκη για τον εντοπισμό παραγόντων που επηρεάζουν την ευαισθησία στην υπερκατανάλωση τροφής και την αύξηση βάρους. Οι οδούς ανταμοιβής του εγκεφάλου διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στο κίνητρο και την ανταπόκριση σε εύγευστα τρόφιμα και διαιτητικές αλλαγές (6, 10, 15, 16). Δεδομένου ότι τα σημάδια ορεξένου και ανορεξίας μπορούν να επηρεάσουν άμεσα τη σηματοδότηση ανταμοιβής μέσω κυκλώματος υποθαλάμου-VTA-NAc, η αποσαφήνιση των γονιδίων που ανταποκρίνονται στις πλούσιες σε ενέργεια γευστικές δίαιτες μέσα στα κέντρα ανταμοιβής μπορεί να προσφέρει νέους θεραπευτικούς στόχους στην αντιμετώπιση της παχυσαρκίας (17, 18). Ως εκ τούτου, εξετάσαμε βιοχημικούς και μοριακούς δείκτες σηματοδότησης ανταμοιβής και ενεργειακής ισορροπίας κατά μήκος του κυκλώματος υποθαλάμου-VTA-NAc ως απόκριση σε δίαιτα HF σε ποντικούς που υπερεκφράζουν ΔFosB ως μοντέλο αυξημένης ευαισθησίας στις αλλαγές ανταμοιβής (13, 19, 20) , και την ευαισθησία συμπεριφοράς μετά την απόσυρση της δίαιτας. Υποθέσαμε ότι η βασική δυσλειτουργία της σηματοδότησης της ντοπαμίνης στα ποντίκια ΔFosB θα κανονικοποιηθεί με τις ανταμείβοντας επιδράσεις μιας δίαιτας HF, που θα περιλαμβάνει τη διασταύρωση των σημάτων ενεργειακού ισοζυγίου και του συστήματος ντοπαμίνης.
Για να εξετάσουμε δείκτες ενδεικτικούς μιας δυσλειτουργίας στη σηματοδότηση της ντοπαμίνης στο NAc, εξετάσαμε τα επίπεδα των υποδοχέων D1 και τους ανιχνευτές κάτω. Αν και δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές στη δέσμευση του υποδοχέα D1, υπήρξε μια τάση για την έκθεση σε ΗΡ για την αύξηση της περιοχής δέσμευσης στα ΔFosB ποντίκια. Αυτό είναι ενδιαφέρον καθώς η επαγωγή του ΔFosB από το φάρμακο και οι φυσικές ανταμοιβές φαίνεται να κυριαρχούν στον υποτύπο δυναμικής δινορφίνης των νευρώνων των μέσων νεύρων που εκφράζουν κυρίως τους υποδοχείς D1 (9, 21). Τα επίπεδα του downstream σηματοδοτικού σηματοδότη pCREB σηματοδοτήθηκαν σημαντικά σε ποντίκια ΔFosB, υποστηρίζοντας τη μειωμένη ενεργοποίηση του υποδοχέα D1 σε αυτή την περιοχή του εγκεφάλου (22, 23). Είναι ενδιαφέρον ότι ανιχνεύσαμε επίσης σημαντική μείωση των συνολικών επιπέδων CREB σε ποντίκια ΔFosB, υποδηλώνοντας μια περαιτέρω μειωμένη ικανότητα μεταγωγής σήματος ντοπαμίνης που μπορεί να είναι δευτερεύουσα σε ανατροφοδότηση που προκύπτει από παρατεταμένη μείωση του pCREB (24). Η έκφραση του BDNF ρυθμίζεται από το pCREB, ανυψώνεται με ενεργοποίηση D1 και είναι σημαντικός μεσολαβητής της σχετιζόμενης με ανταμοιβή νευροπλαστικότητας στο NAc (25, 26). Συνεπώς, ανιχνεύσαμε μια σημαντική μείωση της πρωτεΐνης BDNF στο ΝΑο των ποντικών ΔFosB.
Όλοι οι ακανόνιστοι νευρώνες στο NAc εκφράζουν το DARPP-32 (27). Οι πολυάριθμοι ενεργοποιητές της κατάντη το καθιστούν ζωτικό παράγοντα στις οδούς ανταμοιβής (28) και έχει εμπλακεί σε εθισμό στα ναρκωτικά και σε άλλες διαταραχές που περιλαμβάνουν το σύστημα ντοπαμίνης, συμπεριλαμβανομένων των συναισθηματικών διαταραχών και της σχιζοφρένειας (27, 29). Εντοπίσαμε βαθιές βασικές μειώσεις στην έκφραση DARPP-32 στο NAc των ΔFosB ποντικών. Η έκφραση του DARPP-32 ρυθμίζεται από το BDNF και συνεπώς η μειωμένη έκφραση μπορεί να σχετίζεται άμεσα με τις μειώσεις στα επίπεδα BDNF που ανιχνεύονται σε ΔFosB ποντίκια (27, 29, 30). Ακόμα και μέτριες μεταβολές στην κατάσταση φωσφορυλίωσης του DARPP-32 μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές αλλοιώσεις στην ενδοκυτταρική σηματοδότηση εντός του NAc (27). Προηγούμενες μελέτες δεν ανέφεραν καμία αλλαγή στην πρωτεΐνη DARPP-32 σε ΔFosB ποντίκια μετά από απομάκρυνση του 12-wk από τη δοξυκυκλίνη όταν διεξήχθη μια ευρύτερη αξιολόγηση ραβδωτών (31), υποδηλώνοντας ότι οι επιδράσεις του ΔFosB στο DARPP-32 μπορεί να είναι συγκεκριμένες σε χρόνο και περιοχή.
Υποθέσαμε ότι οι δραματικές μειώσεις των δεικτών σηματοδότησης της ντοπαμίνης στο ΝΑο των ποντικών ΔFosB πιθανόν περιελάμβαναν μεταβολές στους νευρώνες προβολής νΤΑ ντοπαμίνης, ακόμη και αν το ΔFosB δεν υπερεκφράζεται εντός αυτών των νευρώνων. Επομένως, εξετάσαμε την έκφραση γονιδίων που σχετίζονται με τη ντοπαμίνη στο VTA, συμπεριλαμβανομένης της υδροξυλάσης τυροσίνης και του μεταφορέα της ντοπαμίνης. Τα επίπεδα υδροξυλάσης τυροσίνης και μεταφορέα ντοπαμίνης συσχετίζονται θετικά με την παραγωγή ντοπαμίνης. Υπήρξε μια τάση για τα ποντίκια ΔFosB να παρουσιάζουν μειωμένη υδροξυλάση τυροσίνης και σημαντική μείωση στον μεταφορέα ντοπαμίνης, σύμφωνα με τη δυσλειτουργία της σηματοδότησης της ντοπαμίνης στο ΝΑο. Καθώς αυτές οι βασικές μειώσεις στα γονίδια που σχετίζονται με τη ντοπαμίνη στο VTA των ποντικών ΔFosB υποδηλώνουν πιθανώς μεταβαλλόμενη ανατροφοδότηση από το NAc κατά τη μακροχρόνια υπερέκφραση του ΔFosB, εξετάσαμε την έκφραση του υποδοχέα BDNF, TrkB, ως έναν πιθανό μηχανισμό της ανατροφοδότησης NAc στο VTA (32). Παρόμοια με την υδροξυλάση τυροσίνης και τον μεταφορέα της ντοπαμίνης, η έκφραση TrkB έδειξε επίσης μια τάση να μειώνεται βασικά σε ΔFosB ποντικούς που δεν φτάνουν σημαντικά όταν διορθώνονται για πολλαπλές συγκρίσεις. Το σύμπλεγμα BDNF-TrkB μπορεί να μεταφερθεί εκ των υστέρων και να δράσει μέσα στο VTA για να επηρεάσει την τοπική γονιδιακή έκφραση και να προωθήσει την κυτταρική ανάπτυξη και συντήρηση (33). Περαιτέρω, η ενεργοποίηση BDNF της προσυναπτικής TrkB εντός του NAc μπορεί να διεγείρει άμεσα την νευροδιαβίβαση της ντοπαμίνης (32), υποστηρίζοντας μια υποκείμενη μείωση της σηματοδότησης της ντοπαμίνης σε αυτά τα ποντίκια.
Η ενεργοποίηση της δυνατορφίνης των υποδοχέων κ-οπιοειδών ρυθμίζει τη σηματοδότηση της ντοπαμίνης και είναι ένας άλλος μηχανισμός με τον οποίο το NAc παρέχει ανατροφοδότηση στο VTA (34). Διαπιστώσαμε ότι η έκφραση υποδοχέα κ-οπιοειδούς στο VTA έδειξε μια τάση να μειώνεται σε ΔFosB ποντίκια. Δεδομένου ότι η υπερέκφραση του ΔFosB έχει αποδειχθεί ότι μειώνει την έκφραση της δυνορφίνης στο NAc (20), τα ΔFosB ποντίκια πιθανόν να έχουν βαθιές μειώσεις στην καθαρή VTA κ-ενεργοποίηση οπιοειδών. Παρόλο που η σηματοδότηση της dynorphin ασκεί κανονικά ανασταλτική επίδραση στους νευρώνες της ντοπαμίνης (35), οι αρουραίοι που δείχνουν αυξημένη αυτοχορήγηση φαρμάκων κατάχρησης εμφανίζουν μειωμένα επίπεδα dynorphin στο NAc, δείχνοντας έναν ρόλο για βασικά μειωμένη σηματοδότηση dynorphin στην ενίσχυση της ευαισθησίας στην ανταμοιβή (36) , 37). Απορύθμιση του συστήματος dynorphin - κ-οπιοειδών έχει συνδεθεί με την απόκτηση και την εμμονή της κατάχρησης ναρκωτικών, υποστηρίζοντας μια κρίσιμη ισορροπία σηματοδότησης οπιοειδών στην ομαλοποίηση των οδών ντοπαμίνης (38).
Με βάση την ικανοποιητική ικανότητα μιας δίαιτας υψηλής πυκνότητας HF, υποθέσαμε ότι μια δυσλειτουργία στην σηματοδότηση ανταπόκρισης ντοπαμίνης και ανταπόκρισης οπιοειδών σε ΔFosB ποντίκια θα προδιαθέτει αυτά τα ποντίκια σε ενισχυμένες ανταποκρίσεις ανταμοιβής σε μια τέτοια δίαιτα, κανονικοποιώντας έτσι το σύστημα ανταμοιβής μέσω ενεργοποίησης του υποθάλαμου -VTA-NAc. Κατά τη διάρκεια της έκθεσης σε δίαιτα έξι εβδομάδων, δεν παρατηρήθηκαν διαφορές στην πρόσληψη τροφής μεταξύ των ΔFosB και των ποντικών ελέγχου, υποδηλώνοντας ότι οι αλλαγές που εντοπίστηκαν στους βιοχημικούς και μοριακούς δείκτες ανταπόκρισης σε ποντίκια ΔFosB δεν οφειλόταν σε διαφορές στις καταναλισκόμενες θερμίδες. Όπως αναμενόταν, οι βασικές διαφορές που ανιχνεύτηκαν στα επίπεδα pCREB, ολικού CREB, BDNF, DARPP-32 και κ-οπιοειδούς υποδοχέα μεταξύ των ΔFosB και των ποντικών ελέγχου εξασθενήθηκαν, πιθανώς λόγω της αυξημένης παραγωγής ντοπαμίνης στους ΔFosB ποντικούς σε HF (29, 39-41) .
Η εξέταση τόσο της υδροξυλάσης τυροσίνης όσο και του μεταφορέα της ντοπαμίνης στο VTA αποκάλυψε τις εκπληκτικές αντίθετες αποκρίσεις των ΔFosB και των ποντικών ελέγχου μετά από HF. Τα ποντίκια ελέγχου έδειξαν μείωση στην έκφραση της υδροξυλάσης τυροσίνης και της μεταφοράς της ντοπαμίνης, ενώ τα ΔFosB ποντίκια εμφάνισαν αυξημένη έκφραση και των δύο αυτών σχετιζόμενων με τη ντοπαμίνη γονιδίων. Είναι ενδιαφέρον ότι η έκφραση της υδροξυλάσης τυροσίνης μεταβάλλεται στο VTA με χορήγηση χρόνιας κοκαΐνης ή μεθαμφεταμίνης (42-44), γεγονός που υποδηλώνει ότι τα ποντίκια ΔFosB μπορεί να βρουν τη φυσική ανταμοιβή του HF πιο σημαντική από ότι τα ποντίκια ελέγχου.
Για να εξεταστεί ο τρόπος με τον οποίο η ενδεχόμενη υποθαλαμική είσοδος στο VTA μπορεί να είναι σήματα αναμετάδοσης που αντικατοπτρίζουν την ενεργειακή ισορροπία, εξετάστηκαν επίσης η έκφραση του υποδοχέα λεπτίνης και του υποδοχέα ορεξίνης-1. Τα επίπεδα κυκλοφορικής λεπτίνης αυξάνονται με HF και η λεπτίνη μπορεί με τη σειρά της να δράσει στο VTA για να αλλάξει τη σηματοδότηση της ντοπαμίνης (18, 45). Η έκφραση του υποδοχέα της λεπτίνης VTA μειώθηκε παρομοίως με HF τόσο σε ποντίκια ΔFosB όσο και σε μάρτυρες, σύμφωνα με παρόμοια αύξηση βάρους και πρόσληψη διατροφής ενώ ήταν σε HF. Το υψηλό λίπος επίσης αύξησε την έκφραση του υποδοχέα ορεξίνης-1 στο VTA τόσο των ΔFosB όσο και των ποντικών ελέγχου. Η ορεξίνη ενεργοποιεί τους νευρώνες της ντοπαμίνης στο VTA, προάγει την πλαστικότητα του VTA και αυξάνει τα επίπεδα ντοπαμίνης στο NAc (46-48). Η δίαιτα με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά έχει δείξει ότι αυξάνει την έκφραση ορεξίνης σε ποντίκια, σύμφωνα με τις παρατηρήσεις μας (49, 50). Έτσι, η αυξημένη έκφραση του υποδοχέα ορεξίνης καθώς και οι αλλαγές στη σηματοδότηση της λεπτίνης στο VTA θα μπορούσαν να προωθήσουν την ανταμοιβή διατροφής τόσο σε ποντίκια ΔFosB όσο και σε ποντίκια ελέγχου, υποστηρίζοντας μια διάσταση μεταξύ των διαδρομών που μεταδίδουν τα σήματα ισορροπίας ενέργειας και εκείνων που συνδέονται άμεσα με την ανταμοιβή.
Για να εξεταστούν οι επιδράσεις της απόσυρσης από ανταμοιβή, οι ποντικοί εξετάστηκαν σε δοκιμασία ανοικτού πεδίου 24 hrs μετά την αφαίρεση του HF. Τα ποντίκια ΔFosB ήταν πιο ευαίσθητα στις οξείες επιδράσεις της προτιμώμενης απόσυρσης της δίαιτας, παρουσιάζοντας αυξημένη δραστηριότητα διέγερσης και παραγωγή κοπράνων στην νέα ανοικτή αρένα σε σύγκριση με όλες τις άλλες ομάδες ελέγχου και δίαιτα. Τα ποντίκια ΔFosB έδειξαν επίσης ένα ενδιαφέρον μοντέλο συμπεριφοράς σε αυτή τη δοκιμασία που υποδηλώνει ευαισθησία ανταμοιβής και στρες, με τη διατροφή HF να μειώνει αρχικά την παραγωγή κοπράνων ασθενειών σε σχέση με την τροφή και η απόσυρση αυξάνει και πάλι αυτή την ανταπόκριση που σχετίζεται με το άγχος. Αυτή η παρατηρούμενη αύξηση της δραστηριότητας ανοικτού πεδίου δεν συσχετίστηκε με μεταβολές στην έκφραση της ορεξίνης, υποδηλώνοντας μια σχέση με την προκαλούμενη από το στρες διέγερση που δεν είναι απλώς ένα αποτέλεσμα αλλαγών στην σηματοδότηση με μεσολάβηση της ορεξίνης. Συνολικά, τα δεδομένα αυτά υποστηρίζουν την υπόθεση ότι τα ποντίκια ΔFosB θα ήταν πιο ευαίσθητα στις οξείες επιδράσεις της προτιμώμενης απόσυρσης διατροφής λόγω της αυξημένης ευαισθησίας ανταμοιβής τους.
Πώς η μακροχρόνια υπερέκφραση του ΔFosB στο NAc οδηγεί σε τέτοιες αλλαγές συμπεριφοράς και ανταμοιβής σηματοδότησης; Έχουμε προτείνει ένα μοντέλο ανίχνευσης συμπίπτου VTA, όπου μεταβληθεί η ανατροφοδότηση από τα σήματα NAc και υποθάλαμου, που αφορούν την κατάσταση ανταμοιβής για τον προσδιορισμό της ρύθμισης του συστήματος ντοπαμίνης που μπορεί να υποστηρίξει μια σύνδεση μεταξύ της δυσλειτουργίας της οδού ανταμοιβής και της προδιάθεσης για την παχυσαρκία (Εικόνα 8). Κατά τη διάρκεια της έκθεσης σε HF, πολλαπλές εισόδους που αντικατοπτρίζουν τόσο την ενεργειακή ισορροπία όσο και την κατάσταση ανταμοιβής συγκλίνουν στο VTA. Αυξήσεις στη σηματοδότηση της λεπτίνης και της ορεξίνης, καθώς και η αλλοιωμένη ανάδραση από το ΝΑο στον πλευρικό υποθάλαμο μπορεί να επηρεάσουν τον τρόπο με τον οποίο αυτά τα ορεξιγονικά σήματα αποκρίνονται στο HF στα ποντίκια ΔFosB (17, 18, 45, 47, 51-53). Οι αυξήσεις που προκαλούνται από τη διατροφή με υψηλή περιεκτικότητα σε λίπος στο BDNF μπορεί να παρέχουν ανατροφοδότηση ανταμοιβής στο VTA, προωθώντας περαιτέρω αλλαγές στην έκφραση γονιδίων που σχετίζονται με την ντοπαμίνη.
Εικόνα 8
Η δίαιτα υψηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά (HF) ομαλοποιεί τη μη ρυθμισμένη σηματοδότηση ανταμοιβής σε ΔFosB ποντίκια
Αυτά τα αποτελέσματα περιγράφουν τους μοριακούς δείκτες ευαισθησίας ανταμοιβής και υποδεικνύουν ότι η μακροχρόνια δυσλειτουργία του συστήματος ντοπαμίνης μπορεί να προδιαθέτει ένα άτομο σε εθισμό και παχυσαρκία. Περαιτέρω, αυτά τα δεδομένα παρέχουν ένα σημαντικό βήμα προς τον εντοπισμό πιθανών νέων θεραπευτικών στόχων στη θεραπεία και την πρόληψη της παχυσαρκίας και άλλων διαταραχών που μπορεί να επικεντρωθούν στο σύστημα ανταμοιβής. Στο μέλλον, θα είναι σημαντικό να διερευνηθεί ο τρόπος με τον οποίο αυτό το σύστημα ανταποκρίνεται στην αφαίρεση της δίαιτας HF, καθώς και να διερευνήσει τυχόν διαφορές φύλου όσον αφορά την ευαισθησία στην ανταμοιβή και την υψηλή περιεκτικότητα σε δίαιτα.
Συμπληρωματικό υλικό
Supp. Μέθοδοι
Κάντε κλικ εδώ για να δείτε. (61K, doc)
Ευχαριστίες
Οι συγγραφείς επιθυμούν να ευχαριστήσουν την Cathy Steffen για βοήθεια σχετικά με την εκτροφή και μεταφορά ζώων. Το έργο αυτό υποστηρίχθηκε με επιχορήγηση από το Πανεπιστήμιο του Πανεπιστημίου του Πενσυλβάνια (DK019525) και με επιχορηγήσεις από το Εθνικό Ινστιτούτο Ψυχικής Υγείας (R01 MH51399 και P50 MH66172) και από το Εθνικό Ινστιτούτο Κατάχρησης Φαρμάκων (R01 DA07359).
Υποσημειώσεις
Δημοσιονομικές Γνωστοποιήσεις: Όλοι οι συγγραφείς δηλώνουν ότι δεν έχουν βιοϊατρικά οικονομικά συμφέροντα ή πιθανές συγκρούσεις συμφερόντων.
αναφορές
1. Wadden ΤΑ, Berkowitz RI, Womble LG, Sarwer DB, Phelan S, Cato RK, Hesson LA, Osei SY, Kaplan R, Stunkard ΑΙ. Τυχαία μελέτη της τροποποίησης του τρόπου ζωής και της φαρμακοθεραπείας για την παχυσαρκία. N Engl J Med. 2005 · 353 (20): 2111-20. [PubMed]
2. Blendy JA, Strasser Α, Walters CL, Perkins ΚΑ, Patterson F, Berkowitz R, Lerman C. Μειωμένη ανταμοιβή νικοτίνης στην παχυσαρκία: διασταυρούμενη σύγκριση στον άνθρωπο και στον ποντικό. Ψυχοφαρμακολογία (Berl) 2005
3. Franken IH, Muris P. Οι μεμονωμένες διαφορές στην ευαισθησία ανταμοιβής σχετίζονται με την επιθυμία για φαγητό και το σχετικό σωματικό βάρος σε υγιείς γυναίκες. Ορεξη. 2005 · 45 (2): 198-201. [PubMed]
4. Kelley Α.Ε., Berridge KC. Η νευροεπιστήμη των φυσικών ανταμοιβών: σχέση με τα ναρκωτικά. J Neurosci. 2002 · 22 (9): 3306-11. [PubMed]
5. Cagniard B, Balsam PD, Brunner D, Zhuang X. Τα ποντίκια με χρόνια αυξημένη ντοπαμίνη παρουσιάζουν αυξημένα κίνητρα, αλλά όχι μάθηση, για ανταμοιβή τροφής. Νευροψυχοφαρμακολογία. 2006 · 31 (7): 1362-70. [PubMed]
6. Liang NC, Hajnal Α, Norgren R. Το Sham που τροφοδοτεί το έλαιο καλαμποκιού αυξάνει την ντοπαμίνη accumbens στον αρουραίο. Am J Physiol Regul Integr. Comp Physiol. 2006 · 291 (5): R1236-9. [PubMed]
7. Mendoza J, Angeles-Castellanos Μ, Escobar C. Η παραλαβή από ένα γευστικό γεύμα προκαλεί δραστηριότητα πρόβλεψης τροφής και έκφραση c-Fos σε περιοχές σχετικές με ανταμοιβές του εγκεφάλου. Νευροεπιστήμες. 2005 · 133 (1): 293-303. [PubMed]
8. Schroeder ΒΕ, Binzak JM, Kelley ΑΕ. Ένα κοινό προφίλ της προμετωπιακής φλοιώδους ενεργοποίησης μετά από έκθεση σε νευροκινητικές ή σοκολατοειδείς συμφραζόμενες ενδείξεις. Νευροεπιστήμες. 2001 · 105 (3): 535-45. [PubMed]
9. Nestler EJ, Barrot Μ, Self DW. DeltaFosB: ένας παρατεταμένος μοριακός διακόπτης για τον εθισμό. Proc Natl Acad Sci US Α. 2001 · 98 (20): 11042-6. [Δωρεάν άρθρο του PMC] [PubMed]
10. Teegarden SL, Bale TL. Οι μειώσεις στη διαιτητική προτίμηση προκαλούν αυξημένη συναισθηματικότητα και κίνδυνο για υποτροπιάζουσα διατροφή. Biol Ψυχιατρική. 2007 · 61 (9): 1021-9. [PubMed]
11. Olausson Ρ, Jentsch JD, Tronson Ν, Nestler EJ, Taylor JR. Το dFosB στο Nucleus Accumbens ρυθμίζει την ενισχυμένη από τροφή οργάνωση και το κίνητρο. Το περιοδικό της Νευροεπιστήμης. 2006 · 26 (36): 9196-9204. [PubMed]
12. Chen J, Kelz MB, Zeng G, Sakai Ν, Steffen C, Shockett ΡΕ, Picciotto MR, Duman RS, Nestler EJ. Διαγονιδιακά ζώα με επαγώγιμη, στοχευμένη γονιδιακή έκφραση στον εγκέφαλο. Mol Pharmacol. 1998 · 54 (3): 495-503. [PubMed]
13. Kelz MB, Chen J, Carlezon WA, Jr, Whisler Κ, Gilden L, Beckmann ΑΜ, Steffen C, Zhang YJ, Marotti L, Self DW, Tkatch Τ, Baranauskas G, Surmeier DJ, Neve RL, Duman RS, Picciotto MR, Nestler EJ. Η έκφραση του μεταγραφικού παράγοντα deltaFosB στον εγκέφαλο ελέγχει ευαισθησία στην κοκαΐνη. Φύση. 1999 · 401 (6750): 272-6. [PubMed]
14. Bale TL, Dorsa DM. Διαφορές φύλου και επιδράσεις του οιστρογόνου στην έκφραση αγγελιοφόρου ριβονουκλεϊνικού οξέος στον υποδοχέα ωκυτοκίνης στον υποθαλάμο της κοιλίας. Ενδοκρινολογία. 1995 · 136 (1): 27-32. [PubMed]
15. Avena ΝΜ, Long KA, Hoebel BG. Οι εξαρτώμενοι από τη ζάχαρη αρουραίοι δείχνουν αυξημένη ανταπόκριση για τη ζάχαρη μετά την αποχή: απόδειξη της επίδρασης της έλλειψης ζάχαρης. Physiol Behav. 2005 · 84 (3): 359-62. [PubMed]
16. Θα MJ, Franzblau EB, Kelley AE. Τα ω-οπιοειδή του Nucleus accumbens ρυθμίζουν την πρόσληψη μιας διατροφής με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά μέσω ενεργοποίησης ενός κατανεμημένου δικτύου εγκεφάλου. J Neurosci. 2003 · 23 (7): 2882-8. [PubMed]
17. Zheng Η, Patterson LM, Berthoud HR. Η σηματοδότηση της ορεξίνης στην κοιλιακή περιοχή του τεφελώματος απαιτείται για την όρεξη υψηλού λίπους που επάγεται από την διέγερση με οπιοειδή του πυρήνα accumbens. J Neurosci. 2007 · 27 (41): 11075-82. [PubMed]
18. Hommel JD, Trinko R, Sears RM, Georgescu D, Liu ZW, Gao ΧΒ, Thurmon JJ, Marinelli Μ, DiLeone RJ. Η σηματοδότηση υποδοχέα λεπτίνης στους νευρώνες της ντοπαμίνης στο μεσεγκεφάλωμα ρυθμίζει τη διατροφή. Νευρώνας. 2006 · 51 (6): 801-10. [PubMed]
19. Colby CR, Whisler Κ, Steffen C, Nestler EJ, Self DW. Η υπερέκφραση του DeltaFosB για το συγκεκριμένο κυτταρικό τύπο κυττάρων ενισχύει τα κίνητρα για την κοκαΐνη. J Neurosci. 2003 · 23 (6): 2488-93. [PubMed]
20. Zachariou V, Bolanos CA, Selley DE, Theobald D, Cassidy MP, Kelz ΜΒ, Shaw-Lutchman Τ, Berton Ο, Sim-Selley LJ, Dileone RJ, Kumar Α, Nestler EJ. Ένας βασικός ρόλος του DeltaFosB στον πυρήνα accumbens στη δράση της μορφίνης. Nat Νευροσκι. 2006 · 9 (2): 205-11. [PubMed]
21. Lee KW, Kim Y, Kim ΑΜ, Helmin Κ, Nairn AC, Greengard Ρ. Ο σχηματισμός δενδριτικής σπονδυλικής στήλης που επάγεται από κοκαΐνη σε D1 και D2 περιέχοντες υποδοχέα ντοπαμίνης νευρώνες με ακανθώδες μέσο στο πυρήνα nucleus accumbens. Proc Natl Acad Sci US Α. 2006 · 103 (9): 3399-404. [Δωρεάν άρθρο του PMC] [PubMed]
22. Blendy JA, Maldonado R. Γενετική ανάλυση της τοξικομανίας: ο ρόλος της πρωτεΐνης πρόσδεσης του παράγοντα απόκρισης cAMP. J Mol Med. 1998 · 76 (2): 104-10. [PubMed]
23. Nestler EJ. Μοριακοί μηχανισμοί εθισμού στα ναρκωτικά. Νευροφαρμακολογία. 2004 · 47 1: 24-32. [PubMed]
24. Tanis KQ, Duman RS, Newton SS. CREB Δέσμευση και Δραστηριότητα στον Εγκέφαλο: Περιφερειακή Ειδικότητα και Επαγωγή μέσω Ηλεκτροσπασμωδικής Κατασχέσεως. Biol Ψυχιατρική. 2007
25. Kumar Α, Choi KH, Renthal W, Tsankova ΝΜ, Theobald DE, Truong HT, Russo SJ, Laplant Q, Sasaki TS, Whistler ΚΝ, Neve RL, Self DW, Nestler EJ. Η αναδιαμόρφωση του χρωμίνης είναι ένας βασικός μηχανισμός που υποκρύπτει την πλαστικότητα που προκαλείται από την κοκαΐνη στο ραβδωτό σώμα. Νευρώνας. 2005 · 48 (2): 303-14. [PubMed]
26. Graham DL, Edwards S, Bachtell RK, Dileone RJ, Rios Μ, Self DW. Η δυναμική δραστηριότητα BDNF στον πυρήνα accumbens με χρήση κοκαΐνης αυξάνει την αυτο-χορήγηση και την υποτροπή. Nat Νευροσκι. 2007 · 10 (8): 1029-37. [PubMed]
27. Svenningsson P, Nairn AC, Greengard Ρ. DARPP-32 μεσολαβεί στις δράσεις πολλών ναρκωτικών ουσιών. Aaps J. 2005, 7 (2): E353-60. [Δωρεάν άρθρο του PMC] [PubMed]
28. Palmer AA, Verbitsky Μ, Suresh R, Kamens ΗΜ, Reed CL, Li Ν, Burkhart-Kasch S, McKinnon CS, Belknap JK, Gilliam TC, Phillips TJ. Διαφορές γονιδιακής έκφρασης σε ποντίκια που επιλέχθηκαν διαφορικά για ευαισθησία στη μεθαμφεταμίνη. Mamm Genome. 2005 · 16 (5): 291-305. [PubMed]
29. Bogush Α, Pedrini δ, Pelta-Heller J, Chan Τ, Yang Q, Mao Z, Sluzas Ε, Gieringer Τ, Ehrlich ΜΕ. Το AKT και το CDK5 / p35 μεσολαβούν στην επαγωγή νευροτροφικού παράγοντα που προέρχεται από εγκέφαλο του DARPP-32 σε ακανθώδεις νευρώνες μέσου μεγέθους in vitro. J Biol Chem. 2007 · 282 (10): 7352-9. [PubMed]
30. Benavides DR, Bibb JA. Ο ρόλος του Cdk5 στην κατάχρηση και πλαστικότητα των ναρκωτικών. Ann ΝΥ Acad Sci. 2004 · 1025: 335-44. [PubMed]
31. Οι επιδράσεις της χρόνιας έκθεσης στην κοκαΐνη ρυθμίζονται από τη νευρωνική πρωτεΐνη Cdk5. Τα αποτελέσματα της χρόνιας έκθεσης στην κοκαΐνη ρυθμίζονται από την πρωτεΐνη Cdk2001 της νευρωνικής πρωτεΐνης Cdk410. Φύση. 6826 · 376 (80): XNUMX-XNUMX. [PubMed]
32. Blochl Α, Sirrenberg C. Οι νευροτροφίνες διεγείρουν την απελευθέρωση ντοπαμίνης από τους μεσεγκεφαλικούς νευρώνες των αρουραίων μέσω υποδοχέων Trk και p75Lntr. J Biol Chem. 1996 · 271 (35): 21100-7. [PubMed]
33. Berton O, McClung CA, Dileone RJ, Krishnan V, Renthal W, Russo SJ, Graham D, Tsankova ΝΜ, Bolanos CA, Rios Μ, Monteggia LM, Self DW, Nestler EJ. Βασικός ρόλος του BDNF στη μεσολομυκητική οδό ντοπαμίνης στο κοινωνικό στρες. Επιστήμη. 2006 · 311 (5762): 864-8. [PubMed]
34. Nestler EJ, Carlezon WA., Jr Το μεσολομπικό κύκλωμα ανταμοιβής ντοπαμίνης στην κατάθλιψη. Biol Ψυχιατρική. 2006 · 59 (12): 1151-9. [PubMed]
35. Ford CP, Beckstead MJ, Williams JT. Kappa αναστολή οπιοειδών των σωματοδεντριτικών αναστολέων της ντοπαμίνης μετασυναπτικά ρεύματα. J Neurophysiol. 2007 · 97 (1): 883-91. [PubMed]
36. Nylander Ι, Vlaskovska Μ, Terenius L. Συστήματα δινορφίνης εγκεφάλου και εγκεφαλίνης σε αρουραίους Fischer και Lewis: επιδράσεις ανοχής στη μορφίνη και απόσυρση. Brain Res. 1995 · 683 (1): 25-35. [PubMed]
37. Nylander Ι, Hyytia Ρ, Forsander Ο, Terenius L. Διαφορές μεταξύ αρουραίων που προτιμούν αλκοόλ (ΑΑ) και αποφυγής αλκοόλης (ANA) στα συστήματα προδυναρφίνης και προενκεφαλίνης. Alcohol Clin Exp Res. 1994 · 18 (5): 1272-9. [PubMed]
38. Kreek MJ. Η κοκαΐνη, η ντοπαμίνη και το ενδογενές οπιοειδές σύστημα. J Addict Dis. 1996 · 15 (4): 73-96. [PubMed]
39. Carlezon WA, Jr, Duman RS, Nestler EJ. Τα πολλά πρόσωπα του CREB. Τάσεις Neurosci. 2005 · 28 (8): 436-45. [PubMed]
40. Dudman JT, Eaton ΜΕ, Rajadhyaksha Α, Macias W, Taher Μ, Barczak Α, Kameyama Κ, Huganir R, Konradi C. Οι υποδοχείς ντοπαμίνης D1 προκαλούν CREB φωσφορυλίωση μέσω φωσφορυλίωσης του υποδοχέα NMDA σε Ser897-NR1. J Neurochem. 2003 · 87 (4): 922-34. [PubMed]
41. Αυτο DW. Ρύθμιση της λήψης φαρμάκων και των αναγκών συμπεριφοράς από νευροπροσαρμογές στο μεσολομυϊκό σύστημα ντοπαμίνης. Νευροφαρμακολογία. 2004 · 47 1: 242-55. [PubMed]
42. Beitner-Johnson Ο, Nestler EJ. Η μορφίνη και η κοκαΐνη ασκούν κοινές χρόνιες δράσεις σε υδροξυλάση τυροσίνης σε περιοχές ντοπαμινεργικών εγκεφαλικών ανταμοιβών. J Neurochem. 1991 · 57 (1): 344-7. [PubMed]
43. Lu L, Grimm JW, Shaham Υ, Hope ΒΤ. Μοριακές νευροαναπροσαρμογές στις κολπικές και κοιλιακές κοιλιακές περιοχές κατά τη διάρκεια των πρώτων 90 ημερών αναγκαστικής αποχής από την αυτοκατανόηση κοκαΐνης σε αρουραίους. J Neurochem. 2003 · 85 (6): 1604-13. [PubMed]
44. Shepard JD, Chuang DT, Shaham Υ, Morales Μ. Επίδραση της αυτο-χορήγησης μεθαμφεταμίνης σε επίπεδα υδροξυλάσης τυροσίνης και μεταφορέα ντοπαμίνης σε οδούς μεσολαμικής και νιτροστρωτικής ντοπαμίνης του αρουραίου. Ψυχοφαρμακολογία (Berl) 2006 · 185 (4): 505-13 [PubMed]
45. Fulton S, Pissios Ρ, Manchon RP, Stiles L, Frank L, Pothos ΕΝ, Maratos-Flier Ε, Flier JS. Ρύθμιση λεπτίνης της οδού ντοπαμινικής μεσοακουλβίας. Νευρώνας. 2006 · 51 (6): 811-22. [PubMed]
46. Νarkita Μ, Nagumo Υ, Miyatake Μ, Ikegami D, Kurahashi Κ, Suzuki Τ. Επίδραση της πρωτεϊνικής κινάσης C στην επαγόμενη από την ορεξίνη αύξηση των επιπέδων της εξωκυτταρικής ντοπαμίνης και την ανταμείβοντας δράση της. Eur J Neurosci. 2007 · 25 (5): 1537-45. [PubMed]
47. Η άμεση εμπλοκή των ορεξινεργικών συστημάτων στην ενεργοποίηση της οδού μεσο-λεκιθικής ντοπαμίνης και οι σχετικές συμπεριφορές που επάγονται από τη μορφίνη. J Neurosci. 2006 · 26 (2): 398-405. [PubMed]
48. Borgland SL, Taha SA, Sarti F, Fields HL, Bonci Α. Η Ορεξίνη Α στο VTA είναι κρίσιμη για την επαγωγή της συναπτικής πλαστικότητας και της ευαισθητοποίησης της συμπεριφοράς στην κοκαΐνη. Νευρώνας. 2006 · 49 (4): 589-601. [PubMed]
49. Park ES, Yi SJ, Kim JS, Lee HS, Lee IS, Seong JK, Jin HK, Yoon YS. Μεταβολές στην έκφραση της ορεξίνης-Α και του νευροπεπτιδίου Υ στον υποθάλαμο των αρουραίων που έτρωγαν δίαιτα πλούσια σε λιπαρά και υψηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά. J Vet Sci. 2004 · 5 (4): 295-302. [PubMed]
50. Wortley ΚΕ, Chang GQ, Davydova Ζ, Leibowitz SF. Πεπτίδια που ρυθμίζουν την πρόσληψη τροφής: η έκφραση γονιδίου ορεξίνης αυξάνεται κατά τη διάρκεια καταστάσεων υπερτριγλυκεριδαιμίας. Am J Physiol Regul Integr. Comp Physiol. 2003 · 284 (6): R1454-65. [PubMed]
51. Zheng Η, Corkern Μ, Stoyanova Ι, Patterson LM, Tian R, Berthoud HR. Πεπτίδια που ρυθμίζουν την πρόσληψη τροφής: η χειρουργική επέμβαση που προκαλεί την πρόκληση της όρεξης ενεργοποιεί τους νευρώνες της υποθαλαμικής ορεξίνης και αναστέλλει τους νευρώνες POMC. Am J Physiol Regul Integr. Comp Physiol. 2003 · 284 (6): R1436-44. [PubMed]
52. Baldo BA, Gual-Bonilla L, Sijapati Κ, Daniel RA, Landry CF, Kelley ΑΕ. Ενεργοποίηση υποπληθυσμού υποθαλαμικών νευρώνων που περιέχουν ορεξίνη / υποκρετίνη με αναστολή μεσολαβούμενη από τον υποδοχέα GABAA του κελύφους nucleus accumbens, αλλά όχι με έκθεση σε νέο περιβάλλον. Eur J Neurosci. 2004 · 19 (2): 376-86. [PubMed]
53. Harris GC, Wimmer M, Aston-Jones G. Ένας ρόλος για τους πλευρικούς υποθαλαμικούς νευρώνες ορεξίνης στην αναζήτηση ανταμοιβής. Φύση. 2005 · 437 (7058): 556-9. [PubMed]
;