L'IMC module les modifications de la dopamine dépendantes des calories dans l'accumulation de glucose à partir de l'absorption de glucose (2014)

Citation: Wang GJ, Tomasi D, Convit A, Logan J, Wong CT, et al. (2014) L'IMC module les modifications de la dopamine dépendantes des calories par les glucides à partir de la prise de glucose. PLoS ONE 9 (7): e101585. doi: 10.1371 / journal.pone.0101585

Rédacteur en chef: Sidney Arthur Simon, Centre médical de l'Université de Duke, États-Unis d'Amérique

reçu: April 21, 2014; Accepté: June 9, 2014; Publié le: 7 juillet 2014

Ceci est un article en accès libre, libre de tout droit d'auteur, et peut être librement reproduit, distribué, transmis, modifié, construit ou utilisé de quelque manière que ce soit par quiconque à des fins licites. Le travail est mis à disposition sous la dédicace du domaine public Creative Commons CC0.

Disponibilité des données: Les auteurs confirment que toutes les données sous-jacentes aux résultats sont entièrement disponibles sans restriction. Toutes les données sont dans le manuscrit.

Financement: US Department of Energy OBER: DE-ACO2-76CH00016 pour le soutien à l'infrastructure du laboratoire national de Brookhaven et du fonds de redevances à GJW. Institut national de la santé: Z01AA000550 to NDV, R01DK064087-09 vers AC, K01DA025280 vers ES. Les bailleurs de fonds n'ont joué aucun rôle dans la conception de l'étude, la collecte et l'analyse des données, la décision de publication ou la préparation du manuscrit.

Intérêts concurrents: Les auteurs ont déclaré qu’aucun conflit d’intérêts n’existait.

Introduction

La dopamine cérébrale module les comportements alimentaires par le biais de sa modulation de la récompense et de la saillance incitative. . L'activation de DA dans le noyau accumbens (NAc) se produit lors de l'exposition à de nouveaux aliments récompenses, mais avec des expositions répétées, l'augmentation de DA augmente à la place des signaux qui prédisent la récompense alimentaire. . Le système DA mésolimbique est essentiel pour renforcer l’appétence des aliments et permet aux aliments très appétissants d’augmenter la DA en NAc , tandis que les antagonistes du DA atténuent la valeur hédonique du saccharose . DA intervient également sur les effets enrichissants des aliments en fonction de leur teneur en énergie. . Des études sur les rongeurs ont révélé que l'administration intragastrique de glucose augmentait la DA dans le NAc , qui dépendait de l’utilisation du glucose, car l’administration d’un analogue du glucose anti-métabolique diminuait le DA. Cela indique que les neurones DA réagissent à la valeur énergétique des nutriments indépendamment du goût et impliquent des facteurs postestifs dans les augmentations de DA liées aux calories dans NAc. De plus, chez l’homme, des études de neuroimagerie ont montré que la solution de saccharose, mais pas une solution sucrée non calorique, active le cerveau moyen, c’est là que se trouvent les neurones DA. . Les neurones DA sont également activés par des stimuli visuels, auditifs et somatosensoriels qui prédisent la récompense alimentaire . Une consommation alimentaire excessive peut conduire à l'obésité, ce qui déclenche des adaptations métaboliques qui perpétuent encore une consommation alimentaire excessive. Certaines de ces neuro-adaptations se produisent dans les voies de la DA, comme en témoignent des études cliniques et précliniques documentant une réduction des récepteurs de la DA D2 dans le striatum avec obésité. .

Ici, nous avons émis l’hypothèse que, dans le cas de l’obésité, la réponse à la consommation de calories serait atténuée, comme cela a été démontré pour la consommation de drogues dans la toxicomanie. - . Pour ce faire, nous avons utilisé la tomographie par émission de positrons (TEP) et [¹¹C] raclopride (radiotraceur récepteur D2 / D3 sensible à la compétition avec le DA endogène) pour évaluer si les augmentations de DA induites par les calories dans le striatum ventral (où est situé le NAc) dépendent de l'indice de masse corporelle (IMC). Ceci est possible parce que [¹¹La liaison du C] raclopride aux récepteurs D2 / D3 est sensible à la concentration de DA endogène; de telle sorte que lorsque les niveaux d'AD augmentent la liaison spécifique de [¹¹C] le raclopride diminue et lorsque les taux de DA diminuent [¹¹La liaison spécifique du raclopride augmente , . Afin de contrôler les effets de la palatabilité du glucose (douceur), nous avons comparé les effets du sucralose (édulcorant artificiel dépourvu de calories) à ceux du glucose. Ainsi, le contraste entre les deux solutions sucrées (une avec calories et une sans calories) nous a permis de mesurer les changements de DA qui sont attribuables aux calories indépendamment de l'appétence de l'aliment.

Méthodologie

Cette étude a été réalisée au Brookhaven National Laboratory (BNL) et le Comité sur la recherche impliquant des sujets humains de l'Université de Stony Brook a approuvé le protocole. Le consentement éclairé écrit a été obtenu des participants avant le début de l'étude. Dix-neuf sujets ont été inclus dans l'étude s'ils étaient droitiers, âgés de 40 à 60 ans, en bonne santé et avaient 21 ≤ IMC ≤ 35 kg / m². Les critères d'exclusion comprenaient les antécédents ou la présence de tout état pathologique susceptible d'altérer la fonction cérébrale; diabète sucré; Historique présent ou passé d'un diagnostic de l'axe I (y compris dépression ou trouble anxieux) selon DSM IV; troubles de l'alimentation; l'abus d'alcool ou de drogue ou la dépendance (y compris la nicotine). Les sujets ont été invités à faire compléter leur dernier repas par 7 PM la veille du jour des visites d'imagerie et ont été numérisés entre 15 et 17 heures après leur dernier repas. Les sujets ont été informés que les niveaux de sucre dans le sang seraient vérifiés au cours de l'étude afin de s'assurer qu'ils ne mangent pas.

Étudier le design

Les sujets ont eu deux visites d'imagerie: un jour d'étude (jour A), le sujet a pris une boisson au glucose orale 75 gram (Trutola, VWR, PA); l'autre jour (jour B), le sujet a pris une boisson placebo orale (sucralose, 0.348 mg / ml [JK Sucralose Inc., NJ] de volume égal et ayant le même degré de douceur que la solution de glucose). La TEP a débuté à 10 quelques minutes après la fin de la boisson glucose / placebo. Les analyses PET ont été effectuées sur un Siemens ECAT HR + et [¹¹Le C] raclopride a été préparé selon les méthodes publiées précédemment . Les analyses ont débuté immédiatement après l’injection de 8 mCi ou moins de [¹¹C] raclopride et effectuée pendant 60 minutes au total. Des échantillons de sang pour les niveaux de glucose ont été obtenus avant les boissons, immédiatement après la fin de la boisson glucose / placebo, puis toutes les 5 minutes pendant 30 minutes, à 60, 90 et 120 minutes. La TEP a été réalisée approximativement à la même heure de la journée pour tous les sujets. Les sujets ont été invités à jeûner et à rester hydratés pendant la nuit (au moins 12 heures) avant le début de toute procédure d'étude chaque jour de l'étude d'imagerie. Les jours A et B ont été randomisés entre les sujets. Ces deux jours de scan ont été séparés de 2 à 42 jours avec une moyenne de 16 ± 10 jours.

Échelles cliniques

Les questionnaires sur les comportements alimentaires ont été obtenus lors de la visite de sélection à l’aide du TFEQ-EI (Questionnaire sur la consommation d’aliments par trois facteurs) afin d’évaluer les trois dimensions suivantes du comportement alimentaire: processus cognitifs; adaptation comportementale; et le contrôle et l’échelle GBEDS (Gormally Binge Eating Disorder Scale) pour examiner le comportement de consommation excessive de nourriture et la psychopathologie associée . Pour évaluer l’aptitude au goût des boissons contenant du glucose et du sucralose, il a été demandé aux sujets d’évaluer la qualité du goût sucré, leur degré et leur ressemblance à l’aide d’autodéclarations [notées de 1 (moins) à 10 (la plupart)] immédiatement après avoir consommé le produit. boissons L'analyse de régression linéaire a été utilisée pour analyser l'association entre ces auto-évaluations et l'IMC. Des tests t paires ont été utilisés pour comparer les différences entre ces auto-évaluations entre les boissons au glucose et au sucralose.

Mesure de la concentration de glucose dans le sang

Les échantillons de plasma ont été analysés pour déterminer la concentration en glucose à l'aide d'un analyseur de glucose Beekman 2 (Brea, Californie), qui détermine le glucose au moyen de la méthode du taux d'oxygène utilisant une électrode à oxygène de Beckman. Un volume mesuré d’échantillon est introduit à la pipette dans un réactif enzymatique dans une coupelle contenant une électrode qui répond et indique la concentration en oxygène en mg de glucose / 100 mL. Des tests t appariés ont été utilisés pour analyser les différences de glycémie indépendamment pour chaque point temporel. Une analyse de régression linéaire a été utilisée pour évaluer l'association entre la glycémie et l'IMC.

Analyse des données

Les courbes temps-activité pour la concentration tissulaire dans le striatum et le cervelet, ainsi que les courbes temps-activité pour [¹¹C] raclopride a été utilisé pour calculer le volume de distribution (DV) en pixels pour l'image entière. Plus précisément, nous avons estimé pour chaque voxel la DV, qui correspond à la mesure à l'équilibre du rapport de la concentration tissulaire du radiotraceur à celle de sa concentration plasmatique à l'aide d'une technique d'analyse graphique pour systèmes réversibles . Un modèle personnalisé de l’Institut neurologique de Montréal, que nous avons précédemment développé à l’aide des images de volume de distribution de sujets sains 34 acquis avec [¹¹C] raclopride et la même séquence de balayage ont été utilisés pour la normalisation spatiale des images DV. Pour le potentiel de liaison (BP_ND) les images que nous avons normalisées dans chaque voxel à celles du cervelet (régions d’intérêt gauche et droite), qui correspondent à la disponibilité des récepteurs D2 / D3 de la dopamine (DA) . Le BP_ND les images ont ensuite été lissées spatialement à l'aide d'un noyau gaussien 8-mm afin de minimiser la variabilité de l'anatomie cérébrale d'un sujet à l'autre. Différences dans BP_ND entre le glucose et le sucralose ont été utilisés pour estimer les changements de DA déclenchés par les calories.

Analyses statistiques

Une analyse de régression multilinéaire a été utilisée pour analyser l'association entre BP_ND différences entre le glucose et le sucralose (ΔBP_ND), qui reflètent les modifications de l'AD secondaires à la teneur en calories du glucose. La cartographie paramétrique statistique (SPM8; Centre Wellcome Trust pour la neuroimagerie, Londres, Royaume-Uni) a été utilisée à cette fin. La signification statistique a été fixée à P_FWE <0.05, corrigé pour des comparaisons multiples au niveau du voxel avec une erreur familiale et des corrections de petit volume dans une région d'intérêt sphérique (ROI) de 10 mm de rayon. Des analyses de suivi ont été menées sur les mesures du ROI moyen qui ont été extraites à l'aide des coordonnées obtenues de SPM pour évaluer l'effet des mesures comportementales (comprenant les scores de restriction cognitive de l'alimentation, de la désinhibition et de la faim en utilisant TFEQ-EI et le score de frénésie alimentaire en utilisant GBEDS), glycémie, âge et sexe. Plus précisément, ces variables étaient corrélées à la moyenne ΔBP_ND signaux dans le ROI après contrôle par BMI. La signification statistique de ces analyses de corrélation a été fixée à P <0.05, non corrigée.

Résultats

La différence de concentration de glucose sanguin n'a pas varié en fonction de l'IMC après la provocation au sucralose et au glucose (r <0.18, R²<0.03). Il n'y avait aucune différence entre les boissons au glucose et au sucralose sur les auto-évaluations pour la qualité du goût sucré (glucose: 5.4 ± 2.6. Sucralose: 5.4 ± 2.6); le niveau de douceur (glucose: 6.8 ± 2.5. sucralose: 6.2 ± 2.5) et la ressemblance du goût sucré (glucose: 4.7 ± 2.8. sucralose: 4.8 ± 3.0) et ces auto-évaluations n'ont pas été influencées par l'IMC du sujet. En revanche, nous avons observé une corrélation significative entre les changements de DA induits par les calories, comme évalué par ΔBP_ND (glucose - sucralose) dans le striatum ventral (r = 0.68; P_FWE <0.004, P_FDR <0.05, voxels = 131, Fig. 1a) et l’IMC, de sorte que plus l’IMC est faible, plus le DA augmente et plus l’IMC est élevé, plus le DA diminue dans le striatum ventral. La corrélation est restée significative après comparaison avec la différence de la concentration de glucose dans le sang (glucose - sucralose) (Fig.1b).

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Figure 1. a: images SPM de changements de dopamine dans le cerveau.

Des clusters activés significatifs montrent des changements de dopamine (DA) dans le noyau accumbens pour le contraste glucose> apport de sucralose (ΔBP_ND). Notez que augmente en BP_ND reflètent les baisses de DA (moins de concurrence de DA pour [¹¹C] raclopride pour se lier aux récepteurs D2 / D3) alors qu’une diminution de la pression artérielle_ND refléter que le DA augmente avec le glucose (par rapport au sucralose) Les images SPM ont été superposées aux images IRM pondérées T2 dans les vues sagittale (gauche supérieure), coronale (droite supérieure) et transversale (inférieure). La barre de couleur indique t-score les valeurs. b: Corrélation entre l'IMC et les changements de la DA dans le cerveau. Les différences entre la disponibilité de DRD2 après la prise de glucose et la prise de sucralose (ΔBP_ND) ont été comparés à l'IMC (kg / m²). Les sujets plus maigres ont présenté la plus forte diminution de DRD2 avec le glucose dans le noyau accumbens (augmentation compatible avec le DA), tandis que les sujets plus lourds ont présenté une augmentation de DRD2 (compatible avec la diminution du DA). ΔBP *: corrigé en fonction de l’évolution de la glycémie (glucose - sucralose) lors de l’acquisition de la TEP (0 – 60min).

doi: 10.1371 / journal.pone.0101585.g001

DA change en réponse à l'apport calorique (ΔBP_ND) étaient également significativement corrélés aux scores des mesures du comportement alimentaire. Delta BP_ND dans le striatum ventral était significativement corrélée avec les mesures des comportements alimentaires, les scores TEFQ-EI de désinhibition (r = 0.52, p <0.02) et de faim (r = 0.6, p <0.006) et les scores GBES de frénésie alimentaire (r = 0.61 , p <0.006), de sorte que les sujets avec des scores plus élevés sur la désinhibition, la perception de la faim et la frénésie alimentaire ont montré une diminution de l'AD avec l'apport calorique. Cependant, ces corrélations n'étaient pas significatives après covaring pour l'IMC et le sexe.

a lieu

Dans cette étude, le contraste entre le glucose et le sucralose nous a permis d’évaluer les effets de la consommation de calories dans la signalisation du DA striatal après contrôle des réponses à la récompense associées à la palatabilité. TLes modifications de l'AD dans le striatum ventral résultant de ce contraste reflètent les réponses du contenu énergétique de la consommation de glucose.. Les schémas opposés des réponses au DA dans le striatum ventral chez les individus maigres chez qui la DA augmentait alors que les diminutions en DA observées chez les sujets obèses, peut refléter les différences entre la réponse attendue et la réponse réelle à l'apport calorique puisque les réponses de l'AD sont influencées par les distributions de probabilité de récompense . Plus précisément, une récompense meilleure que prévue déclenche une activation des neurones DA et une récompense pire que celle qui est prévue induit une inhibition . Même si les concentrations de glucose dans le sang étaient similaires chez les sujets maigres et obèses, la réponse au contenu calorique chez les sujets obèses aurait eu pour résultat une réponse inférieure à celle prédite, entraînant une inhibition des neurones DA et une libération réduite de DA après la boisson au glucose.. Cependant, comme nous n'avons pas obtenu de mesures de la disponibilité des récepteurs D2 / D3 sans l'administration d'une solution sucrée (mesure initiale), nous ne pouvons exclure la possibilité que la réponse anormale chez le sujet obèse soit également motivée par une réponse anormale à la douceur et non seulement une réponse anormale aux calories.

Chez les souris dépourvues de récepteurs fonctionnels du goût sucré, le saccharose, mais pas un édulcorant artificiel, augmentait la DA en NAc , ce qui est cohérent avec nos résultats montrant que la DA augmente dans le striatum ventral, déclenchée par l’ingestion de calories chez des individus maigres. Cependant, une telle réponse n'a pas été observée chez les individus obèses, ce qui indique une perturbation de la réponse du cerveau au contenu calorique.

Des scores plus élevés sur la désinhibition du TEFQ sont associés à un contrôle altéré de la prise alimentaire et ont été liés à pire fonction exécutive frontale , . Ils sont également cohérents avec nos résultats antérieurs montrant une corrélation significative entre les scores de contrainte alimentaire et les augmentations de DA striatal induites par l'exposition à des signaux alimentaires. , soutenant ainsi une association entre une diminution de la signalisation dans le DA striatal et une perte de contrôle de soi . La corrélation de la faim sur le TFEQ avec le changement de DA dans NAc avec calorique fournit une preuve supplémentaire du rôle de DA dans la perception de la faim chez l'homme . Enfin, l’association entre les diminutions de DA après le glucose et des scores plus élevés de frénésie alimentaire évoque la diminution des augmentations de DA induites par les stimulants chez les consommateurs de cocaïne dont le comportement est caractérisé par une consommation compulsive de cocaïne. , , . Bien qu'il soit tentant d'invoquer une hypo-réactivité du circuit de récompense DA chez les sujets obèses, il s'agit d'un descripteur inadéquat; car nous avons spécifiquement observé une hypo-réactivité à la consommation de calories, mais il est plausible qu’ils puissent avoir une hyperréactivité à l’exposition aux signaux alimentaires. Il est donc plus probable qu'un écart entre une attente optimisée et une réduction de la réponse aux calories consommées chez la personne obèse pourrait déclencher la volonté de continuer à manger pour compenser ce déficit.

Remerciements

L’étude PET a été réalisée au laboratoire national de Brookhaven. Nous remercions J. Rotrosen de l’Université de New York pour la référence à un sujet; D. Schlyer et M. Schueller pour les opérations cyclotron; D. Warner, D. Alexoff et P. Vaska pour les opérations PET; C. Shea, Y. Xu, L. Muench et P. King pour la préparation et l'analyse des radiotraceurs, K. Torres pour la préparation du protocole d'étude et B. Hubbard M. Jayne et P. Carter pour les soins aux patients.

Contributions d'auteur

Conçu et conçu les expériences: GJW NDV. Réalisé les expériences: GJW AC CTW JSF. Analyse des données: GJW DT JL ES. Contribué à la rédaction du manuscrit: GJW NDV.