Reversión de la disfunción del sistema de dopamina en respuesta a la dieta alta en grasas (2013)

. Manuscrito del autor; disponible en PMC el 1 de junio de 2014.

Publicado en forma final editada como:

PMCID: PMC3700634

NIHMSID: NIHMS435903

Resumen

Objetivo

Para probar si la dieta alta en grasas (DFH) disminuye el tono dopaminérgico en las regiones de recompensa del cerebro y evaluar si estos cambios se revierten después de la eliminación de la DFH.

Diseño y Métodos

Ratones machos y hembras fueron alimentados con un 60% HFD durante semanas 12. Un grupo adicional fue evaluado 4 semanas después de la eliminación del HFD. Estos grupos se compararon con controles alimentados, controles emparejados por edad. La preferencia de sacarosa y sacarina se midió junto con la expresión de ARNm de genes relacionados con dopamina mediante RT-qPCR. La dopamina y el DOPAC se midieron utilizando cromatografía líquida de alto rendimiento. La metilación del ADN del promotor DAT se midió mediante inmunoprecipitación de ADN metilado y RT-qPCR.

Resultados

Después de la HFD crónica, la preferencia de sacarosa se redujo y luego se normalizó después de la eliminación de la HFD. Se observó disminución de la expresión de los genes de la dopamina, disminución del contenido de dopamina y alteraciones en la metilación del promotor DAT. Es importante destacar que la respuesta a la DFH y la persistencia de los cambios dependían del sexo y la región del cerebro.

Conclusiones

Estos datos identifican la disminución del tono de la dopamina después de un DFH crónico temprano en la vida con un patrón complejo de reversión y persistencia que varía según el sexo y la región del cerebro. Los cambios en el SNC que no se revirtieron después de la retirada de la HFD pueden contribuir a la dificultad de mantener la pérdida de peso después de la intervención de la dieta.

Keywords: Dopamina, dieta alta en grasas, DAT, diferencias sexuales, obesidad, abstinencia, metilación del ADN

Introducción

El consumo excesivo de alimentos apetitosos, ricos en calorías y ampliamente disponibles se considera un factor importante que contribuye a las altas tasas de obesidad en los EE. UU. ( ). Debido a que los alimentos apetitosos a menudo se consumen después de que se han satisfecho las necesidades energéticas, las propiedades gratificantes de estos alimentos pueden anular las señales homeostáticas de saciedad. Muchos neurotransmisores desempeñan un papel en el comportamiento alimentario (p. ej., opioides, dopamina, GABA, serotonina), así como en la integración de señales nutricionales periféricas (p. ej., leptina, insulina, grelina). La señalización de la dopamina es un mediador clave tanto en la recompensa alimentaria como en el comportamiento de búsqueda de recompensa, ya que la dopamina en la región mesolímbica/mesocortical está asociada con las propiedades gratificantes de la comida, el sexo y las drogas adictivas ( ). De forma aguda, los alimentos apetitosos provocan una liberación repentina de dopamina en el sistema central de recompensa ( , ). Con el consumo crónico de alimentos gratificantes, el aumento de la liberación de dopamina a lo largo del tiempo puede conducir a adaptaciones que están asociadas con una hipofunción de la recompensa.

Varias líneas de evidencia respaldan la hipótesis de una función dopaminérgica alterada en la obesidad. Estudios de neuroimagen en humanos revelaron una activación atenuada en las regiones de recompensa de pacientes obesos mientras bebían una solución muy apetecible (batido) ( ). La respuesta de recompensa atenuada se asoció con una menor disponibilidad del receptor de dopamina D2 en el cerebro. De hecho, las mutaciones en el receptor de dopamina D2 humano se han relacionado tanto con la obesidad como con la adicción ( ). El contenido de dopamina en la sinapsis está controlado en gran medida por la recaptación del transportador de dopamina (DAT). Los niveles del transportador de dopamina están correlacionados negativamente con el índice de masa corporal y las variantes genéticas del DAT también están asociadas con la obesidad ( , ). Los modelos animales de obesidad han demostrado disminuciones en la dopamina extracelular basal y una neurotransmisión dopaminérgica reducida en el núcleo accumbens y el área tegmental ventral ( , , ). La disminución de genes relacionados con la dopamina tras una dieta crónica rica en grasas (HF) sugiere una menor señalización en las regiones de recompensa ( , , , ). Esta disminución de la actividad dopaminérgica tras una dieta crónica rica en grasas puede reducir la sensibilidad a las recompensas naturales y facilitar el consumo excesivo continuado y un mayor aumento de peso.

La primera infancia es un período crítico en el desarrollo cerebral, y el entorno nutricional temprano puede influir en las vías cerebrales que controlan la ingesta de alimentos y el metabolismo energético. La exposición temprana de ratones a una dieta alta en grasas durante tan solo una semana alteró la ingesta calórica adulta y la expresión de moléculas de señalización relacionadas con la dopamina ( ). Además, la sobrealimentación temprana posnatal en ratones, impulsada por un número reducido de crías durante la lactancia, predispone a la descendencia a la obesidad en la edad adulta al alterar el desarrollo hipotalámico ( ). Si bien es evidente que la nutrición en la primera infancia puede afectar el desarrollo cerebral y el riesgo de obesidad, se sabe poco sobre la permanencia relativa de estos cambios a lo largo de la vida. Además, estudios previos se han realizado en animales machos, pero rara vez se han estudiado hembras en este contexto. Con estos fines, se estudiaron ratones machos y hembras para detectar cambios en la expresión génica y el metabolismo de la dopamina después de que se les indujera obesidad en la primera infancia mediante el consumo crónico de una dieta alta en grasas desde el nacimiento hasta las 8 semanas de edad. El sistema dopaminérgico también se evaluó 4 semanas después de la eliminación de la dieta alta en grasas, para examinar si los cambios persistían o se revertían.

Métodos y procedimientos

Animales y modelo experimental.

Las hembras C57BL / 6J se criaron con machos DBA / 2J (The Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME). Todas las presas fueron alimentadas con dieta de control estándar (#5755; 18.5% de proteína, 12% de grasa, 69.5% de carbohidratos) hasta el parto cuando la mitad de las presas / camadas se colocaron en una dieta alta en grasas (Test Diet, Richmond, IN #58G9; 18%) proteína, 60% de grasa y 20.5% de carbohidratos). Las crías se destetaron a las 3 semanas de edad y se mantuvieron con la dieta de control o la dieta alta en grasas hasta las 12 semanas de edad. Los pesos corporales se registraron semanalmente y se utilizaron ratones machos (n = 5 – 10) y hembras (n = 5 – 10). El Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Pennsylvania aprobó todos los procedimientos.

Preferencia de sacarosa y sacarina

En experimentos separados, los ratones fueron alojados individualmente (n=8–10/grupo) en jaulas estándar durante 3 días con una botella de 200 ml de la solución de prueba (solución de sacarosa al 4% o solución de sacarina al 1% (p/v)) y otra botella con 200 ml de agua del grifo. El alimento estándar estuvo disponible ad libitum . Se midió el consumo de sacarosa (ml), agua (ml) y alimento (g), y la ubicación de las botellas se invirtió diariamente. La preferencia se calculó utilizando el promedio de las mediciones de los últimos 2 días de la siguiente manera: preferencia % = [(consumo de sacarosa/consumo de sacarosa + agua) × 100].

ADN genómico y aislamiento total de ARN del cerebro.

Los animales (n=5/grupo) fueron eutanasiados con una sobredosis de dióxido de carbono, seguida de dislocación cervical; un método recomendado por el Panel de Eutanasia de la Asociación Americana de Medicina Veterinaria. Los cerebros fueron extraídos rápidamente y colocados en RNAlater (Ambion, Austin, TX) durante 4 a 6 horas antes de la disección. Las disecciones cerebrales para aislar la corteza prefrontal, el núcleo accumbens y el área tegmental ventral se realizaron como se describió previamente ( , , ). El ADN genómico y el ARN total se aislaron simultáneamente utilizando el kit AllPrep DNA/RNA Mini Kit (Qiagen).

Análisis de la expresión génica mediante PCR cuantitativa en tiempo real.

Para cada muestra individual, se utilizaron 500 ng de ARN total en la transcripción inversa con el kit High Capacity Reverse Transcription (ABI, Foster City, CA). La expresión de los genes diana se determinó mediante RT-PCR cuantitativa utilizando sondas Taqman específicas para cada gen con la mezcla maestra de expresión génica Taqman (ABI) en el termociclador de PCR en tiempo real ABI7900HT. Las sondas génicas se enumeran en el material suplementario . La cantidad relativa de cada transcrito se determinó utilizando los valores delta CT como se describió previamente en ( ). Los cambios en la expresión génica se calcularon con respecto a un estándar de GAPDH sin modificar.

Metabolitos de dopamina y dopamina ex vivo

Se utilizó cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) para medir el contenido de dopamina y sus metabolitos en las áreas de recompensa mesolímbicas del cerebro (n=8–12), como se describió previamente ( , ). Se extrajeron los cerebros de los animales y se dividieron en hemisferios derecho e izquierdo. Se disecaron el NAc y el PFC, se congelaron rápidamente con hielo seco y se almacenaron a -80 °C. El tejido se preparó para el análisis mediante homogeneización en ácido perclórico 0.1 N, centrifugación a 15 000 rpm durante 15 min a 2–8 °C y filtrado del sobrenadante. Las muestras se analizaron mediante un sistema HPLC Bioanalytical Systems (West Lafayette, IN, EE. UU.) con un detector electroquímico LC-4C. Se inyectaron muestras (12 µl) en una columna de microdiámetro de fase inversa a un caudal de 0.6 ml/min y se ajustó la electrodetección a +0.6 V. La separación de la dopamina y sus metabolitos se realizó mediante una fase móvil compuesta por 90 mM de acetato de sodio, 35 mM de ácido cítrico, 0.34 mM de ácido etilendiaminotetraacético, 1.2 mM de octilsulfato de sodio y 15 % v/v de metanol a un pH de 4.2. Se midieron las alturas de los picos de las muestras y se compararon con los estándares de dopamina y su metabolito, el ácido 3,4-dihidroxifenilacético (DOPAC).

Ensayo de inmunoprecipitación de ADN metilado (MeDIP)

El ensayo MeDIP se realizó utilizando el kit MagMeDIP (Diagenode, Denville, NJ). El ADN metilado se inmunoprecipitó utilizando 0.15ul de perlas magnéticas recubiertas con anticuerpo anti-5metilcitidina (Diagenode) o suero preinmune de ratón. El enriquecimiento en la fracción MeDIP se determinó mediante RT-PCR cuantitativa utilizando la mezcla maestra de ensayo ChIP-qPCR (SuperArray) en el ciclador en tiempo real ABI7900HT. Para todos los genes examinados, los cebadores se obtuvieron de SuperArray (Ensayos ChIP-qPCR (−01) kb, SuperArray) para la amplificación de las regiones genómicas que abarcan los sitios CpG ubicados aproximadamente 300-500 bp aguas arriba de los sitios de inicio de la transcripción. Los resultados de MeDIP se expresaron como un enriquecimiento del ADN inmunoprecipitado para cada sitio. Para calcular el cambio de ocupación diferencial (porcentaje de enriquecimiento), los valores de CT de la fracción de ADN de MeDIP se normalizaron a los valores de CT de la fracción de ADN de entrada.

Estadísticas

El análisis de la expresión génica se realizó utilizando la prueba T de Student que comparaba los controles emparejados de edad con los grupos de recuperación de HF y HF +. El nivel alfa se ajustó para las múltiples regiones cerebrales estudiadas. La importancia de un gen utilizado en una región del cerebro fue p = .05; para dos regiones, p = 0.025, para regiones del cerebro 3 p = .016. Preferencia de sacarosa, preferencia de sacarina, HPLC y MEDIP, pesos corporales y análisis de corticosterona analizados utilizando ANOVA de una vía para comparar los grupos de recuperación de control, HF y HF +. Las pruebas de comparación múltiple post-hoc de Bonferonni se utilizaron para comparar las diferencias por pares entre los grupos. La importancia para estas pruebas se estableció en un nivel alfa de p = .05.

Resultados

Los ratones tuvieron acceso continuo a una dieta de control (control) o a una dieta con un 60 % de grasa (HFD) hasta las 12 semanas de edad. A las 12 semanas de edad, la mitad de los animales alimentados con HF fueron puestos en la comida de la casa durante 4 semanas (HF + recuperación). Tanto en machos como en hembras, los animales HFD (círculos) fueron más pesados ​​que los controles a partir de las 9 semanas de edad (p < 05) y se mantuvieron más pesados ​​que los controles durante todo el período de recuperación ( Figura suplementaria 1 ).

Se administraron pruebas de preferencia por sacarosa y sacarina para evaluar la respuesta de los animales a estímulos gratificantes naturales y no nutritivos. La preferencia por sacarosa, pero no la preferencia por sacarina, se alteró después de la exposición a la dieta alta en grasas (HF) y volvió a los niveles normales después de la recuperación de la HFD en machos y hembras. El ANOVA unidireccional reveló que la preferencia por sacarosa disminuyó significativamente en los machos ( Fig. 1A ) y mostró una tendencia a la disminución en las hembras ( Fig. 1B ) después de la exposición a la HFD (F(2,16)=4.82, p<.05; F(2,16)=5.41, p<.06, respectivamente). Después de la eliminación de la HFD, este comportamiento se normalizó y la preferencia por sacarosa ya no difirió de los controles. La preferencia por sacarina no se alteró ni en los machos ( Fig. 1C ) ni en las hembras ( Fig. 1D ) como resultado de la exposición a la HFD.

Figura 1 y XNUMX 

La preferencia de sacarosa, pero no la de sacarina, se altera después de la exposición a la dieta alta en grasas (HFD) y vuelve a los niveles de control después de la recuperación de HFD en hombres y mujeres

Dado que la dopamina es un regulador clave del comportamiento de recompensa, se examinó la expresión génica relacionada con la dopamina dentro del circuito de recompensa de una cohorte separada de hombres y mujeres después de 12 semanas con la dieta alta en grasas (HFD), y en un grupo adicional, después de 4 semanas de recuperación de la HFD. La Tabla 1 resume los patrones de expresión génica y el análisis estadístico en el área tegmental ventral (VTA), la corteza prefrontal (PFC) y el núcleo accumbens (NAc). En el VTA, se midieron tres genes importantes en la regulación de los niveles de dopamina en las terminales sinápticas: la catecolamina metiltransferasa (COMT), involucrada en la inactivación de los neurotransmisores catecolamínicos; el transportador de dopamina (DAT), una bomba transmembrana que elimina la dopamina de la sinapsis, y la tirosina hidroxilasa (TH), la enzima limitante de la velocidad para la síntesis de dopamina. Los valores de cambio de pliegue para cada grupo se determinaron utilizando controles de edad similar (por ejemplo, ambos puntos de tiempo de control se establecen en 1, y para mayor claridad solo se muestra el control para la HFD en el gráfico). La prueba t de Student (n=5/grupo) reveló en el VTA masculino que el ARNm de COMT, DAT y TH disminuyó significativamente por la exposición a HFD ( Fig. 2A ) y volvió a los niveles de control o los superó después de un período de recuperación sin la dieta (HF +recuperación).

Figura 2 y XNUMX 

La dieta crónica alta en grasas (HFD) y la recuperación después de la HFD altera la expresión de genes relacionados con la dopamina en hombres y mujeres
Tabla 1 

Resumen de la expresión génica y estadísticas en hombres

En la corteza prefrontal (CPF) y el núcleo accumbens (NAC), se examinaron genes importantes para la señalización y el recambio de dopamina (n=5/grupo): COMT; subunidad reguladora 1B de la proteína fosfatasa 1 (DARPP-32), una proteína de señalización descendente regulada por la estimulación del receptor; receptor de dopamina D1 (DRD1), un receptor postsináptico acoplado a proteína G que estimula la adenilil ciclasa; y receptor de dopamina D2 (DRD2), un receptor postsináptico acoplado a proteína G que inhibe la adenilil ciclasa. En la CPF masculina ( Fig. 2B ), DARPP-32 aumentó, mientras que DRD1 y DRD2 disminuyeron después de la exposición a una dieta alta en grasas (DAG), y estos cambios persistieron después de la eliminación de la DAG (aunque el aumento en el ARNm de DARPP-32 no fue estadísticamente significativo). En el NAC masculino ( Fig. 2C ), los niveles de COMT, DRD1 y DRD2 disminuyeron con la exposición a la dieta alta en grasas (HFD) y se mantuvieron por debajo de los niveles de control tras la eliminación de la HFD. Los niveles de DARPP-32 aumentaron con la HFD, pero disminuyeron significativamente con respecto a los controles después de 4 semanas sin la HFD.

Se examinaron las mismas regiones cerebrales y genes en ratones hembra (n=5/grupo). Como se muestra en la Tabla 2 , se observaron diferencias significativas en el patrón de expresión génica en respuesta a la dieta alta en grasas (DAG), así como en la recuperación tras la interrupción de la dieta. De forma similar a los machos, en el área tegmental ventral (ATV), los niveles de ARNm de COMT y TH disminuyeron significativamente tras la exposición a la DAG ( Fig. 2D ). Sin embargo, a diferencia de los machos, estos cambios persistieron tras la interrupción de la DAG. Además, en oposición directa al patrón observado en los machos, la exposición a la DAG aumentó la expresión de ARNm de DAT en el ATV de las hembras, y tras la interrupción de la DAG, los niveles fueron incluso inferiores a los de los controles de la misma edad. En la corteza prefrontal (CPF), solo DARPP-32 se vio afectado por la DAG crónica, con un aumento significativo en los niveles de ARNm tras 12 semanas de DAG y un retorno a los niveles de control tras la interrupción de la DAG. Tanto el ARNm de COMT como el de D1R disminuyeron significativamente tras 4 semanas sin la DAG. En el NAC femenino, los niveles de COMT, DRD1 y DRD2 disminuyeron tras la exposición a una dieta rica en grasas ( Fig. 2F ). Los niveles de DRD1 y DRD2 se recuperaron hasta alcanzar los niveles de control tras la retirada de la dieta, mientras que los niveles de COMT permanecieron significativamente disminuidos tras cuatro semanas de recuperación.

Tabla 2 

Resumen de la expresión génica y estadísticas en mujeres

Dada la disminución constante en la expresión génica de los genes reguladores de la dopamina en el VTA, se cuantificaron la dopamina y sus metabolitos en regiones que reciben proyecciones del VTA, la PFC y el NAC. La Figura 3 muestra la dopamina (DA) y el metabolito de la dopamina (DOPAC) de la PFC y el NAC en machos ( Fig. 3A, 3C ) y hembras ( Fig. 3B, 3D ). En los machos, la exposición a la HFD produjo una disminución en los niveles de dopamina en la PFC ( Fig. 3A ) y el NAC ( Fig. 3C ) (F(2,13)=3.95; F(2,18)=3.536, p<.05), que se recuperaron después de la eliminación de la HFD solo en el NAC. El recambio de dopamina (cociente DOPAC:DA) aumentó en el PFC (F(2,12)=3.85, p<.05) y el NAC (F(2,17)=4.69, p<.05) de los machos. En contraste, el efecto de la HFD sobre DA y DOPAC en las hembras fue cualitativamente diferente que en los machos. En el PFC, la HFD no afectó los niveles de DA o DOPAC. En el NAc, los niveles de DA disminuyeron en los animales alimentados con HFD y permanecieron disminuidos incluso después de la eliminación de la HFD ( Fig. 3D , F(2,23)=4.79, p<.05). Los niveles de DOPAC no cambiaron en el NAc de las hembras, lo que resultó en un aumento en el recambio de DA (cociente DOPAC:DA) (F(2,23)=7.00, p<.01).

Figura 3 y XNUMX 

Disminución de los niveles de dopamina en PFC y NAC después de HFD desde el nacimiento y recuperación mixta después de la eliminación de HFD

Dado que la transcripción de DAT puede ser regulada por la metilación diferencial del ADN y la observación de una diferencia sexual notable en la expresión de DAT en el VTA, se examinó la metilación del ADN en la región promotora de DAT. En la Figura 4A, 4C se presenta nuevamente la expresión del gen DAT en el VTA para mayor claridad (tomado de la Figura 2A y 2D ). La metilación del promotor de DAT aumentó significativamente en los machos ( Figura 4B ) después de la dieta alta en grasas (HFD) y volvió a los niveles de control en los machos HFD + recuperación (F(2,11)=23.64, p<.01). En las hembras, la metilación del promotor de DAT tendió a disminuir en los animales HFD (D) y disminuyó significativamente en las hembras HFD + recuperación (Figura 5D, F(2,12)=5.70, p<.05).

Figura 4 y XNUMX 

Cambios en el estado de metilación del ADN de los cambios paralelos del promotor DAT en la expresión génica en el VTA

Para evaluar si la eliminación de la dieta alta en grasas (HFD) durante el período de recuperación constituía un factor estresante, se midieron los niveles basales de corticosterona plasmática (µg/dl) en los grupos control, expuestos a HFD (12 semanas), HFD + 1 semana de recuperación y HFD + 4 semanas de recuperación (n=5/grupo, Figura suplementaria 2 ). El análisis de varianza unidireccional (ANOVA) no reveló diferencias significativas entre los grupos en los animales machos (F(3,16)=3.21, ns).

Discusión

El consumo crónico de una dieta alta en grasas (HFD) que comenzó en la vida temprana se usó para establecer la obesidad inducida por la dieta en ratones. Los ratones mostraron una menor preferencia de sacarosa y evidencia de una reducción del tono dopaminérgico en las regiones de recompensa del cerebro. Después de 4 semanas sin la HFD, la preferencia de sacarosa se normalizó tanto en hombres como en mujeres, sin embargo, persistieron algunos cambios en la expresión del gen de la dopamina. Estos experimentos proporcionan datos nuevos e importantes que describen el efecto de la DFH crónica en el sistema de recompensa del cerebro, destacando la capacidad de recuperación y las diferencias clave de sexo entre ratones machos y hembras.

En los animales alimentados con HFD, se observó una menor preferencia por la sacarosa, que se revirtió después de un período de recuperación. Estos hallazgos amplían nuestro informe anterior sobre la ingesta de HFD que conduce a una menor preferencia por la sacarosa ( ) al demostrar que esto puede ocurrir con una menor duración de exposición a HFD (12 semanas frente a 22 semanas) y, lo que es importante, que la respuesta se recupera en ausencia de HFD. Las ratonas mostraron los mismos patrones de respuesta que los machos. Estos hallazgos son consistentes con otros en la literatura que han demostrado, mediante la inclusión de un grupo alimentado en pareja, que la HFD crónica, y no la obesidad per se, atenúa la respuesta a la sacarosa en una tarea operante ( ). De manera similar, en el presente estudio, la preferencia por la sacarosa se recuperó después de 4 semanas sin HFD, mientras que el peso corporal se mantuvo significativamente elevado, lo que respalda la conclusión de que la disminución de la preferencia por la sacarosa fue impulsada por la exposición a HFD y no por el aumento de peso corporal concomitante. Fue particularmente interesante que no hubiera cambios en la preferencia por la sacarina. Esto puede indicar que la HFD crónica afecta de manera diferente la respuesta a las recompensas dulces calóricas y no calóricas. Se ha demostrado que los efectos post-ingestivos influyen en la preferencia independientemente de la palatabilidad, ya que se ha demostrado que la ingesta de sacarosa induce la liberación de dopamina en ratones knockout del receptor del gusto "ciegos al dulce" ( ), el valor nutricional es necesario para la recompensa y el refuerzo ( ) y se han definido vías de detección metabólica independientes del gusto en drosophila ( ). La sacarina es significativamente más dulce que la sacarosa, por lo que se hizo un esfuerzo para establecer la equivalencia en dulzor (típicamente una concentración de sacarosa 4 a 10 veces mayor ( )); sin embargo, la preferencia general por la sacarina fue menor que la de la sacarosa en estos animales. Por lo tanto, una explicación alternativa puede ser que la HFD afectó diferencialmente la preferencia por la sacarosa porque era relativamente más gratificante que la sacarina (recompensa de alto valor frente a recompensa de bajo valor), aunque los animales aún mostraron una fuerte preferencia por la sacarina (~75-80% de preferencia por la sacarina en comparación con ~85-90% de preferencia por la sacarosa).

En general, la expresión de genes dopaminérgicos en el VTA, NAc y PFC disminuyó en ratones machos después de una dieta alta en grasas crónica. Estos hallazgos son consistentes con otros estudios que observaron disminuciones en genes relacionados con la dopamina en respuesta a la dieta alta en grasas ( , , ). Se han observado disminuciones en la expresión y función del receptor de dopamina D2 en estudios de imágenes en humanos ( , ) y modelos de obesidad en roedores ( , ). La disminución de la señalización de dopamina reduce la sensibilidad a las recompensas naturales y, por lo tanto, puede facilitar el consumo excesivo continuo de alimentos apetitosos y un mayor aumento de peso ( , ). Además, se sabe que la alteración de la homeostasis de la dopamina impulsada por la disminución de la expresión superficial de DAT impulsa un mayor consumo de dieta alta en grasas ( ). Una excepción a este patrón se observó con DARPP-32, una fosfoproteína regulada por dopamina y AMP cíclico, que aumentó después de la dieta alta en grasas en el NAc y PFC. DARPP-32 desempeña un papel clave en la integración de diversas respuestas bioquímicas y conductuales controladas por la dopamina. Es posible que la regulación positiva de DARPP-32 haya sido compensatoria en respuesta a la regulación negativa crónica de D1R. En un modelo similar (12 semanas de dieta alta en grasas en ratones), se ha demostrado que la regulación negativa de D1R se correspondió con un aumento en la fosforilación de DARPP-32 en el NAc ( ).

Pocos estudios han examinado la capacidad de recuperación de estos cambios tras la eliminación de la dieta rica en grasas (DRG). Sin embargo, en dos informes recientes, los cambios en la expresión génica y los defectos del sistema de recompensa persistieron tras un breve período de abstinencia (14-18 días) ( , ). En contraste, estudios en pacientes obesos antes y después de la cirugía de bypass gástrico han mostrado una reversión de los cambios dopaminérgicos tras un período más prolongado de pérdida de peso ( ). En los varones, el patrón de recuperación varió según la región cerebral. En el área tegmental ventral (ATV), las disminuciones observadas en COMT, DAT y TH se normalizaron con la eliminación de la DRG. Por el contrario, todos los cambios en la expresión génica observados en el núcleo accumbens (NAc) y la corteza prefrontal (CPF) no se normalizaron. En el presente estudio, la DRG crónica provocó un aumento de peso significativo y, tras 4 semanas sin la dieta, los animales seguían siendo significativamente más pesados ​​que los controles. Por lo tanto, es probable que los cambios metabólicos y hormonales subsiguientes que acompañan a la obesidad (p. ej., aumento de leptina, elevación de adipocinas) aún estuvieran presentes a las 4 semanas sin la dieta. Por lo tanto, los cambios en la expresión génica que se normalizaron (p. ej., en el VTA) podrían haber sido impulsados ​​principalmente por la dieta alta en grasas (HFD), mientras que aquellos que se mantuvieron (en el NAc y la PFC) podrían estar más estrechamente relacionados con la obesidad. El mantenimiento de la pérdida de peso mediante dietas es característicamente bajo (con un 67 % ( ) a un 80 % ( ) de los pacientes que recuperan el peso perdido). Esta persistencia de los cambios en la expresión génica en las regiones de recompensa podría ser importante para explicar en parte este fenómeno común. También es importante señalar que es poco probable que los cambios observados en el comportamiento y la expresión génica se deban al estrés asociado con los cambios de dieta, ya que no hubo cambios significativos en los niveles basales de corticosterona plasmática con la HFD ni después de 1 o 4 semanas de recuperación.

Se revelaron diferencias de sexo interesantes, tanto en la respuesta a la enfermedad crónica como en la eliminación de la dieta. Las hembras fueron similares a los machos al mostrar una disminución general en los genes relacionados con la dopamina que predecirían una disminución en la actividad de la DA, particularmente en el VTA y el NAc. Una diferencia de sexo notable fue el aumento en la expresión del ARNm de DAT en el VTA femenino después de la HFD. Esta diferencia en la expresión génica, junto con disminuciones similares en la expresión del gen TH en ambos sexos, sugeriría diferencias significativas en la neurotransmisión de dopamina dentro de la NAc, tanto al final de la exposición a la HFD como después del período de recuperación. Una mayor apreciación de la importancia funcional de estas diferencias es un foco importante de la investigación futura.

Además, mientras COMT y TH disminuyen la recuperación en el VTA masculino, estas disminuciones persistieron en las hembras después de 4-semana fuera de la HFD. Aún no se ha determinado si estas diferencias se revertirían con un tiempo más prolongado fuera de la dieta, sin embargo, respalda la conclusión de que las hembras son, al menos, más lentas de recuperar, si es que se recuperan. Además, los cambios en la expresión génica de D1R y D2R en NAc y PFC fueron bastante diferentes entre hombres y mujeres. En los hombres, hubo una disminución general en la expresión génica en ambas regiones que persistió en gran medida después de la eliminación de la dieta. En las hembras, D1R y D2R disminuyeron en la NAc y luego se recuperaron, pero no hubo efecto de la HFD sobre los receptores de dopamina en la PFC. En los estudios actuales, las hembras fueron sacrificadas sin tener en cuenta el estado del estro. Si bien se sabe que algunos de los puntos finales observados varían a lo largo del ciclo del estro, las hembras en este estudio no demostraron un aumento de la varianza entre los puntos finales, particularmente cuando se compararon con el efecto de las manipulaciones de la dieta.

Para complementar los hallazgos de expresión génica, se midió la dopamina en las regiones de proyección primaria del VTA, a saber, la PFC y el NAc. Los niveles de dopamina tendieron a ser paralelos a los cambios observados en el ARNm de TH en el VTA. En el NAc de ambos sexos, los niveles de DA disminuyeron en respuesta a la dieta HFD; una respuesta que se recuperó en los hombres, pero no en las mujeres. En la PFC, los niveles de dopamina también disminuyeron con la dieta HFD; sin embargo, no hubo recuperación tras la interrupción de la dieta en la PFC. Además, las mujeres presentaron niveles más bajos de dopamina en la corteza prefrontal que los hombres. Las diferencias sexuales en la expresión y función del DAT son bien conocidas en la literatura, con mujeres que demuestran una mayor expresión ( ) y función ( ) del DAT, y estas diferencias pueden contribuir a los diferentes niveles basales de dopamina entre hombres y mujeres. El examen de la relación DOPAC:DA también es informativo. Un aumento en esta relación puede haber reflejado una respuesta compensatoria impulsada por disminuciones en DA. La importancia funcional a largo plazo de estos cambios en el metabolismo de la dopamina se esclarecería midiendo los cambios en la liberación de dopamina mediante microdiálisis in vivo .

Además, estos datos identifican una regulación dinámica de la metilación del ADN dentro del promotor del gen DAT, particularmente en los machos. Recientemente, hemos demostrado que la expresión de DAT puede ser regulada dinámicamente por la metilación diferencial del ADN en respuesta a la dieta alta en grasas (HFD) ( ), y que el aumento de la metilación del promotor de DAT se correlaciona con una disminución en la expresión génica. Aquí identificamos la plasticidad de esta respuesta, ya que el aumento de la metilación del ADN (y la disminución de la expresión del ARNm) observado en los machos se revierte al eliminar la HFD. La regulación epigenética de los genes, por ejemplo, a través de cambios en la metilación del ADN, presenta una vía mediante la cual los organismos pueden adaptarse fácilmente a los desafíos ambientales. Las marcas epigenéticas pueden mantenerse a lo largo de la vida ( ), y en células madre embrionarias cultivadas, se observaron patrones reversibles y persistentes de metilación diferencial del ADN en respuesta a condiciones ambientales cambiantes ( ). Estos datos son los primeros en demostrar in vivo un patrón de metilación dinámico que cambia con la presencia o ausencia de un desafío ambiental. Fue notable que este mismo patrón no se observara en las hembras. Si bien la respuesta inicial a la dieta alta en grasas (HFD) fue la esperada (disminución de la metilación del ADN que impulsa el aumento de la expresión génica), este patrón no se mantuvo durante el período de recuperación. Esto sugiere que la metilación del ADN y la expresión génica podrían desacoplarse durante las cuatro semanas posteriores a la HFD, o bien, que el ARNm de DAT se regula por otros mecanismos en las hembras.

En los varones, la preferencia de sacarosa, la expresión de genes relacionados con DA en el VTA y la dopamina en el NAc siguen un patrón consistente de supresión en respuesta al HFD crónico que se recupera después de la eliminación de la dieta. Curiosamente, mientras que las respuestas de comportamiento a la sacarosa son similares en las hembras, tanto el patrón de expresión génica como los niveles de dopamina NAc muestran una falta de recuperación al eliminar la HFD. Los comportamientos relacionados con la recompensa están claramente influenciados por sistemas de neurotransmisores adicionales, como los opioides, y tal vez en las mujeres, la respuesta conductual a la sacarosa está más fuertemente asociada con los cambios en los opioides. En general, los datos actuales sugieren que las diferencias de sexo tanto en la respuesta inicial a la DFH, como en la recuperación después de la eliminación de la DFH, con respecto a la expresión de genes relacionados con la dopamina representan una dirección importante para futuras investigaciones dirigidas a cómo el consumo crónico de Un HFD impacta el sistema de recompensa del cerebro. En particular, estos datos identifican una plasticidad significativa en la respuesta dopaminérgica a la HFD, lo que sugiere que si bien los efectos adversos del consumo crónico de HFD y / o la obesidad son significativos, existe la posibilidad de recuperación.

Lo que ya se sabe sobre este tema.

  • La expresión y la función del receptor de dopamina disminuyen en pacientes obesos
  • La exposición crónica a una dieta alta en grasas causa cambios en los genes relacionados con la dopamina y recompensa el comportamiento
  • La neurotransmisión de la dopamina se altera en roedores obesos.

Lo que este manuscrito agrega al tema

  • Identificación de las diferencias sexuales en la respuesta del SNC a la dieta alta en grasas.
  • Evaluación de la plasticidad de los cambios dopaminérgicos al eliminar la dieta alta en grasas.
  • Identificación de cambios dinámicos en la metilación del ADN en respuesta a una dieta alta en grasas

Material suplementario

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue apoyado por las siguientes subvenciones: MH087978 (TMR), MH86599 (IL) y T32 GM008076 (JLC).

Notas a pie de página

 

Declaración de conflictos de intereses

Los autores no tienen conflictos para divulgar.

 

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