La consommation prolongée de saccharose d'une manière frénétique, modifie la morphologie des neurones épineux moyens dans la coquille du noyau accumbens (2016)

De face. Comportement Neurosci., 23 Mars 2016 | http://dx.doi.org/10.3389/fnbeh.2016.00054

Paul M. Klenowski¹, Masroor R. Shariff¹, Arnauld Belmer¹, Matthew J. Fogarty², Erica WH Mu², Mark C. Bellingham² et Selena E. Bartlett^1*

• ¹Institut de recherche translationnelle et Institut pour la santé et l'innovation biomédicale, Université de technologie du Queensland, Brisbane, Queensland, Australie
• ²École des sciences biomédicales, Université du Queensland, Brisbane, Queensland, Australie

Le régime alimentaire moderne est devenu très sucré, entraînant une consommation de sucre sans précédent, en particulier chez les adolescents. Bien que l'on sache que la consommation chronique de sucre à long terme contribue au développement de troubles métaboliques, notamment l'obésité et le diabète de type II, on en sait peu sur les conséquences directes d'une consommation de sucre excessive à long terme sur le cerveau. BComme le sucre peut provoquer la libération de dopamine dans le noyau accumbens (NAc) de la même manière que les drogues faisant l'objet d'abus, nous avons étudié les modifications de la morphologie des neurones dans cette région cérébrale après une frénésie à court (4 semaines) et à long terme (12 semaines). comme la consommation de saccharose en utilisant un paradigme de choix intermittent de deux bouteilles. Nous avons utilisé la coloration de Golgi-Cox pour imprégner des neurones à épine moyenne (MSN) du noyau et de la coquille de NAc de rats consommant du saccharose à court et à long terme et les avons comparés à des témoins aqueux de même taille. Nous montrons que la consommation prolongée de saccharose, semblable à une frénésie, réduisait de manière significative la longueur totale dendritique des MSN en coquille de NAc par rapport aux rats témoins du même âge. Nous avons également constaté que la restructuration de ces neurones résultait principalement d'une réduction de la complexité de la dendritique distale. Inversement, nous avons observé une augmentation de la densité des épines au niveau des ordres de branches distales des MSN en coquilles de NAc chez des rats consommant du saccharose à long terme. Ensemble, ces résultats mettent en évidence les effets neuronaux d'une consommation prolongée de saccharose sur la morphologie de la coquille de MSN.

Introduction

Au cours des dernières années 40, on a constaté une augmentation de la consommation de boissons sucrées et d’aliments contenant des sucres ajoutés (Nielsen et al., 2002; Popkin, 2010; Ng et al., 2012), avec des rapports estimant que jusqu'à 75% de tous les aliments et boissons contiennent de grandes quantités de sucres ajoutés (Ford et Dietz, 2013; Bray et Popkin, 2014). Au cours de cette période, la prévalence de l’obésité et du diabète de type II a également augmenté simultanément, en particulier chez les adolescents (Arslanian, 2002; Reinehr, 2013; Dabelea et al., 2014; Fryar et al., 2014). Des études récentes ont montré que les enfants en surpoids et obèses consomment souvent de grandes quantités de sucre ajouté. Toutefois, la contribution des régimes riches en sucres à l'augmentation de l'incidence des enfants en surpoids et obèses reste controversée (Hu, 2013; Bray et Popkin, 2014; Bucher Della Torre et al., 2015).

De plus en plus de preuves indiquent que la consommation d’aliments riches en sucre peut, en partie, contribuer à la prise de poids chez les enfants et les adolescents (Malik et al., 2010; Te Morenga et al., 2013; Bray et Popkin, 2014), moins d'attention a été accordée aux conséquences néfastes non métaboliques résultant d'une consommation excessive de sucre. Fait intéressant, certains schémas comportementaux et psychologiques courants émergent souvent parmi un sous-groupe de personnes qui mangent trop et maintiennent des régimes alimentaires riches en sucre. Les plus notables sont l’apparition de troubles de l’alimentation, dont la frénésie alimentaire, associés à l’apparition concomitante de symptômes psychologiques, notamment de manque de motivation et de dépression Sheehan et Herman, 2015). De plus, étant donné que les personnes qui consomment de l'hyperphagie boulimique manquent souvent de contrôle et sont incapables de limiter elles-mêmes leur consommation de sucre, il est probable que ces comportements résultent d'adaptations neurologiques dans les régions du cerveau qui évaluent la valeur hédonique des aliments très appétissants. (Saper et al., 2002; Lutter et Nestler, 2009; Kenny, 2011). Cette justification est également étayée par des preuves chez l'homme montrant que le sucre et le goût sucré peuvent provoquer des fringales similaires à celles provoquées par des drogues provoquant une dépendance telles que l'alcool et la nicotine (Volkow et al., 2012).

Bien que les propriétés addictives du sucre soient encore spéculatives, ces observations sont combinées à des études démontrant la contribution d'un apport excessif en sucre aux modifications du circuit de la récompense et au développement de comportements similaires à une dépendance et d'états émotionnels chez des modèles animaux. (Avena et al., 2008; Benton, 2010; Ventura et al., 2014), justifie la nécessité d'un complément d'enquête. Des études antérieures chez des rongeurs ont montré qu'un accès intermittent au saccharose modifie l'activité de plusieurs neurotransmetteurs au sein du système mésolimbique, notamment la dopamine, les opioïdes et l'acétylcholine. Avena et al., 2008). Il a été démontré que la consommation de saccharose en quantité excessive facilite la libération de dopamine dans le noyau accumbens (NAc), de la même manière que les drogues faisant l'objet d'abus (Avena et al., 2008). De plus, nous avons montré que la consommation à long terme de saccharose en utilisant un paradigme de choix de deux bouteilles à accès intermittent 24 h (Simms et al., 2008) module l’expression du récepteur nicotinique de l’acétylcholine (nAChR) dans le NAc (Shariff et al., Sous presse). Fait intéressant, nous avons également observé que les composés nAChR connus pour moduler l’activité de la dopamine et de l’acétylcholine dans le NAc ont des effets différents sur la consommation de saccharose après une ingestion à court et à long terme (Shariff et al., Sous presse).

Bien que ces études aient démontré des similitudes dans les changements comportementaux et neurochimiques causés par un accès intermittent au sucre et aux drogues faisant l’abus, on ne sait pas si ces effets facilitent les changements de la morphologie neuronale dans le NAc. TCela contraste avec les substances d'abus telles que la cocaïne, l'amphétamine et la nicotine, qui entraînent des modifications bien caractérisées de la morphologie des neurones à épine moyenne dans la NAc, notamment une augmentation de la densité de la colonne vertébrale et une altération de la complexité dendritique. (Robinson et Kolb, 1999, 2004; Li et al., 2003; Crombag et al., 2005). Parce que nous avons déjà montré qu’une exposition à long terme (semaine 12) à l’alcool et au saccharose en utilisant le paradigme du choix intermittent de deux bouteilles produisait une réponse différentielle aux interventions pharmacothérapeutiques par rapport à une consommation à court terme (semaines 4; Steensland et al., 2007; Shariff et al., Sous presse), nous avons évalué les effets de la consommation de saccharose à court et à long terme sur la morphologie de MSN dans le NAc. Nous avons autorisé des rats adolescents à consommer du saccharose de façon frénétique pendant des semaines 4 (à court terme) ou 12 (à long terme), puis nous avons analysé la morphologie des NACs NAc chez des rats consommateurs de saccharose à court et à long terme. des témoins appariés selon l’âge qui n’avaient accès qu’à l’eau. Nos résultats montrent que les MSN de la coquille NAc sont altérés après une consommation de saccharose à long terme mais non à court terme, ayant une longueur dendritique réduite, mais une densité accrue de la colonne dendritique distale. De plus, nous avons constaté que la morphologie des MSN du noyau de NAc demeurait relativement intacte après la consommation de saccharose à court et à long terme. Ces résultats mettent en évidence une conséquence neurologique directe de la consommation excessive de saccharose à long terme. En outre, ces données démontrent la nécessité de poursuivre les études visant à élucider les modifications moléculaires et neurochimiques qui accompagnent la restructuration morphologique des MSN coquilles de NAc induite par un apport prolongé en saccharose.

Matériels et méthodes

Déclaration d'éthique

Toutes les procédures expérimentales ont été effectuées conformément au Code australien pour le soin et l'utilisation des animaux à des fins scientifiques, édition 8th (Conseil national de la santé et de la recherche médicale, 2013). Les protocoles ont été approuvés par le comité d'éthique animale de l'université technique du Queensland et le comité d'éthique animale de l'université du Queensland.

Animaux et logement

Des rats Wistar mâles âgés de cinq semaines (adolescents) (témoin: 176.4 ± 4.8 g; saccharose: 178.3 ± 5.0 g) (ARC, WA, Australie) ont été logés individuellement dans du plexiglas à double niveau ventilé.^® cages. Les rats ont été acclimatés aux conditions de logement, à la manipulation et au cycle de lumière inverse 5 individuels avant le début des expériences. Tous les rats ont été logés dans une chambre climatisée à cycle inversé / obscurcie 12-hr à température contrôlée (lumière éteinte à 13 h 9) avec un souchet standard pour rats et de l'eau disponible ad libitum.

Paradigme de consommation d'alcool à deux bouteilles avec accès intermittent

Le paradigme de l’alcool à deux bouteilles 5% saccharose à accès intermittent (Simms et al., 2008) a été adapté de Sage (1973). Tous les liquides ont été présentés dans des bouteilles en plastique graduées 300 ml avec des becs en acier inoxydable insérés dans deux œillets à l’avant de la cage après le début du cycle de lumière noire. Les poids de chaque bouteille ont été enregistrés avant la présentation de la bouteille. Deux bouteilles ont été présentées simultanément: une bouteille contenant de l'eau; la deuxième bouteille contient 5% (p / v) de saccharose. Le placement de la bouteille de saccharose 5% (p / v) a été alterné avec chaque exposition pour contrôler les préférences latérales. Les bouteilles ont été pesées 24 h après la présentation des fluides et les mesures ont été effectuées au 0.1 le plus proche. Le poids de chaque rat a également été mesuré pour calculer les grammes d'absorption de saccharose par kilogramme de poids corporel. Le jour 1 de la période de consommation, les rats (n = 6 – 9) ont eu accès à une bouteille de saccharose 5% (p / v) et à une bouteille d’eau. Après 24 h, la bouteille de saccharose a été remplacée par une seconde bouteille d’eau disponible pour le prochain 24 h. Ce modèle a été répété les mercredis et vendredis. Les rats avaient un accès illimité à l'eau les autres jours. La consommation de saccharose en quantité excessive a entraîné une augmentation progressive de l'apport total de saccharose (ml) au fil du temps (Figure supplémentaire 1) et était accompagnée par des niveaux de consommation de base stables en fonction du poids corporel [20 ± 5 en g / kg de 5% (p / v)] pendant le court terme [~ semaines 4 (séances de consommation de 13)] et le long terme [ ~ Semaines 12 (sessions de consommation 37)] périodes de consommation. Un groupe séparé de rats témoins (n = 6 – 9) ont eu accès à de l'eau dans les deux bouteilles (sans saccharose) dans les mêmes conditions que celles décrites ci-dessus. Le poids corporel moyen des rats témoins et des rats consommant du saccharose à la fin de l'exposition à court terme était respectivement de 405.7 ± 40.8 g et 426.4 ± 31.2 g. À la fin de l'exposition à long terme, le poids corporel moyen des groupes contrôle et saccharose était de 578.8 ± 53.4 g et 600.2 ± 45.2 g.

Coloration de Golgi-Cox

Après la dernière séance d'alcool, des rats ont été transférés de l'animalerie pour permettre le traitement des échantillons de cerveau dans l'histologie de la School of Biomedical Sciences de l'Université du Queensland (St Lucia, Australie). Toutes les mesures approuvées ont été prises pour réduire le stress pendant le transport, après quoi les rats ont été autorisés à se rétablir pendant la nuit. Le lendemain, les rats ont été sacrifiés par surdosage de pentobarbital sodique (60 – 80 mg / kg, ip Vetcare, Brisbane, Australie) et perfusés de manière intracardiale avec du fluide cérébro-spinal artificiel artificiel contenant environ 300 ml contenant: (en mM): 130 NaCl, 3 KCl, 26 NaHCO₃, 1.25 NaH₂PO₄, 5 MgCl₂, 1 CaCl₂et 10 D-glucose. Chaque animal a ensuite été décapité et le cerveau prélevé et incubé à l'obscurité dans une solution de Golgi-Cox contenant du bichromate de potassium 5%, du chromate de potassium 5% et du chlorure de mercure 5% (tous les produits chimiques de Sigma-Aldrich) préparés en jours 3 frais. avant le sacrifice, comme décrit précédemment (Rutledge et al., 1969). Les méthodes d’incubation et de post-traitement des taches de Golgi-Cox ont été modifiées Ranjan et Mallick (2010). Les cerveaux d'animaux consommateurs de saccharose à court terme ont été incubés pendant 6 jours à 37 ° C, tandis que les cerveaux d'animaux consommateurs de saccharose à long terme ont été incubés pendant 10 jours, avec un changement de solution de Golgi-Cox fraîche après 4 jours d'incubation.

Après incubation, des coupes coronales de 300 en μm ont été coupées à l’aide d’un microtome vibrant Zeiss Hyrax V50 (Carl Zeiss, Allemagne). Les tranches ont ensuite été placées séquentiellement dans des plaques à puits 24 remplies de saccharose 30% (p / v) dans une solution saline tamponnée au phosphate 0.1 M et traitées comme indiqué dans (Ranjan et Mallick, 2010). En bref, les sections ont été déshydratées dans 50% d’éthanol pendant 5 min, puis placées dans du 0.1 M NH.₄Solution OH pour 30 min, rincée deux fois avec de l’eau distillée pendant 5 min et placée dans un film protecteur Fujihunt (Fujifilm, Singapour) pendant 30 min dans le noir. Les tranches ont ensuite été rincées deux fois dans de l'eau distillée pendant 2 min chacune et déshydratées dans 70, 90, 95 et 100% d'éthanol deux fois par 5 min chacune. Les coupes ont ensuite été nettoyées dans une solution CXA (1: 1: 1 chloroforme: xylène: alcool) pour 10 min et montées dans du DPX (Sigma-Aldrich) sur des lames Superfrost Plus (Menzel-Glaser, Lomb Scientific, Australie) et couvertes (Menzel-Glaser, Allemagne). Les lames ont été laissées à l'obscurité pour sécher à la température ambiante pendant une nuit.

Sélection neuronale et traçage dans le noyau accumbens

Les tranches coronales entre bregma + 2.8 et + 1.7 ont été examinées pour déterminer la présence de MSN dans le noyau et la coquille de l'ANc, en utilisant le ventricule latéral et la commissure antérieure comme repères à l'aide d'un atlas cérébral de rat (Paxinos et Watson, 2007) (Figure 1). La fonction de contour dans Neurolucida 7 (MBF Bioscience, Vermont, USA) a été utilisée pour démarquer le noyau NAc et la coquille NAc de chaque tranche (Figure 3). 2). Les neurones 2 et 9, par région et par animal, ont été suivis pour les paramètres de longueur dendritique à l'aide d'un objectif 63x ou pour les densités de colonne vertébrale (rapportés en spines par 100 μm) à l'aide d'un objectif 100x sur un Zeiss Axioskop II (Carl Zeiss, Allemagne) à l'aide d'un automate xyz stage dirigé par Neurolucida^® Logiciel 7 (MBF Biosciences, VT, USA). Tout le traçage a été effectué à l’aveugle en ce qui concerne le traitement. Les paramètres morphologiques des neurones imprégnés de Golgi-Cox ont été analysés d’une manière similaire aux rapports précédents (Klenowski et al., 2015).

  

Figure 1. Carte illustrant l'emplacement des neurones épineux moyens prélevés dans le noyau et la coquille de noyau d'accumbens de rats consommateurs de saccharose 4 et 12 week et de témoins du même âge. Les deux panneaux du haut montrent les emplacements des neurones échantillonnés à partir du noyau et des coques de noyau d'accumbens d'animaux témoins 4 week (triangles) et de saccharose (cercles). Les deux panneaux du bas montrent les positions des neurones prélevés sur des animaux témoins de la semaine 12 (triangles) et du saccharose (cercles).

Analyses statistiques

La moyenne et l’erreur type de la moyenne (SEM) ont été calculées pour chaque ensemble de données avec l’animal n, en utilisant les données de morphométrie moyenne de tous les MSN NAc de base ou de shell (n = 7 pour le shell NAc et n = 6 pour la semaine de base 4, n = 9 pour les groupes de 12 semaines). Le cas échéant, élève à deux queues non apparié tDes tests ou des ANOVA à deux voies avec post-tests de Bonferroni ont été effectués pour toutes les analyses impliquant la comparaison des moyennes de groupe, à l'aide de la version GraphPad Prism 6.02 (Logiciel GraphPad, San Diego, CA). La signification statistique a été acceptée à P <0.05. Toutes les données de la section des résultats sont présentées sous forme de moyennes ± SEM. Les changements en pourcentage sont calculés par rapport à la valeur de contrôle.

Résultats

Les neurones à épines moyennes du noyau Accumbens ont diminué la longueur dendritique, réduit la complexité dendritique mais augmenté la densité moyenne des épines au niveau des ordres de branches distales après une consommation de saccharose à long terme mais non à court terme

Après une consommation de saccharose à court terme (semaines 4), il n’ya pas eu de différence significative entre les paramètres morphométriques de la coquille NAc et du MSN (Tableau 1). Il n’existait pas non plus de différence significative entre la consommation de saccharose à court terme et les MSN en coquille d’acier actif dans le contrôle de l’eau dans les analyses relatives à l’ordre des branches centrifuges. À savoir, segments dendritiques par ordre de branche (P = 0.4111), longueur moyenne dendritique par ordre de branche (P = 0.5581) et densité moyenne de la colonne vertébrale par ordre de branche (P = 0.2977, ANOVA à deux voies) ne différaient pas significativement entre les groupes. Une carte de localisation montrant les positions approximatives des neurones échantillonnés est présentée à la figure 1.

  

Tableau 1. Paramètres morphologiques généraux des neurones à épine moyenne de la coquille du noyau accumbens de rats consommant du saccharose à court terme et de contrôles d’eau appariés selon l’âge.

Après une consommation à long terme (12 en semaines) de saccharose, la longueur totale de la tonnelle dendritique des MSN en coquille a été réduite de 21% par rapport aux témoins consommateurs d’eau (Eau: 1827 ± 148, n = 9; Saccharose 1449 ± 78 µm, n = 9, *P = 0.0384, élève bilatéral non apparié t-test, la figure 2, Table 2). La comparaison du nombre moyen de bifurcations dendritiques (nœuds) et de terminaisons dendritiques entre les groupes eau et saccharose a révélé un niveau réduit (bien que non significatif) de complexité dendritique dans les MSN en coquilles de NAC (nœuds: Water 12.9 ± 1.4 n = 9, Saccharose 10.1 ± 0.8 n = 9, P = 0.0879; terminaisons: Eau 17.9 ± 1.4 n = 9, Saccharose 14.8 ± 0.7 n = 9, P = 0.0657, élève bilatéral non apparié t-test, table 2). Le volume du soma n’a pas changé (P = 0.9400), longueur moyenne des arbres dendritiques (P = 0.1646) ou densité totale de la colonne vertébrale (P = 0.3662) dans les MSN en coquille de NAc provenant de rats consommant du saccharose à long terme par rapport aux témoins aqueux. Ces paramètres morphométriques sont détaillés dans le tableau 2.

 Figure 2. Diminution de la longueur de la tonnelle dendritique et de la densité accrue de la colonne vertébrale dendritique distale des neurones épineux moyens (MSN) à partir de la coque du noyau accumbens (NAc) de rats traités au saccharose à long terme par rapport aux rats témoins. (UN B) Représentation de fond clair traité par le saccharose (en haut) et à long terme (semaine) par 12 zmosaïques empilées de MSN imprégnés de Golgi à partir du shell NAc (grossissement 63x). Encart de (UN B) montre des images témoins et à long terme, traitées avec du saccharose, en fond clair de dendrites MSN imprégnées de Golgi et d'épines dendritiques de la coquille NAc (grossissement 100x). (C) montre les régions anatomiques à partir desquelles les MSN ont été échantillonnés dans cette étude. (D) montre un diagramme de dispersion de la diminution du nombre total de tiges dendritiques MSN (moyenne ± SEM) de la coquille de NAc chez les animaux saccharose à long terme (carrés) par rapport aux témoins (cercles), étudiants non appariés t-test, *P <0.05, n = 9; contrôle et n = 9; 12 week saccharose. (E) montre un diagramme de dispersion de la longueur moyenne non modifiée de l'arbre dendritique MSN (moyenne ± SEM) à partir de la coquille de NAc chez les animaux saccharose à long terme (carrés) par rapport aux témoins (cercles), étudiants non appariés t-tester, P > 0.05, n = 9; contrôle et n = 9; 12 week saccharose. Analyse des ordres de branchement (moyenne ± SEM) du numéro de segment dendritique par ordre de branchement (F), longueur dendritique moyenne par ordre de branche (G) et densité des épines dendritiques par ordre de branche (H). La consommation à long terme de saccharose a diminué la longueur dendritique des ordres de branches distales (5 +) et a augmenté la densité de la colonne vertébrale dendritique des ordres de branches distales (4 +) par rapport aux témoins (G, H), ANOVA à deux voies avec post-tests de Bonferroni, *P <0.05, **P <0.01, n = 9; contrôle et n = 9; saccharose à long terme. Barres d'échelle: (UN B) = 20 µm; encart de (UN B) = 10 µm; (C) = 1 mm.

  

Tableau 2. Paramètres morphologiques généraux des neurones à épines moyennes de la coquille du noyau accumbens de rats consommant du saccharose à long terme et de témoins de contrôle de l'eau appariés selon l'âge.

Suite à la caractérisation de la morphologie dendritique générale des MSN à coquille NAc consommant du saccharose à long terme, nous avons analysé les arborisations dendritiques et les densités des vertèbres par rapport à leurs caractéristiques d’ordre des branches. Notre évaluation complète des arbres dendritiques a quantifié le nombre de segments dendritiques par ordre de branchement, la longueur moyenne des segments dendritiques par ordre de branchement et la densité de colonne vertébrale moyenne par ordre de branchement de MSN témoins de contrôle de l’eau et de rats consommant du saccharose à long terme. Un résumé des données et de l’analyse des commandes de succursales est présenté dans le tableau. 3.

 Tableau 3. Caractéristiques d'ordre des branches des neurones épineux moyens de rats buveurs d'eau au saccharose et à l'eau.

Le nombre moyen de segments de branche dendritique par ordre de branche des MSN en coquille de NAC a été significativement réduit chez les rats consommateurs de saccharose à long terme par rapport aux témoins sous eau (**P = 0.0015, ANOVA à deux voies). Les post-tests de Bonferroni ont révélé une tendance à la réduction du nombre de segments de branche au 4th (Water: 5.2 ± 0.9, n = 9; Saccharose 3.3 ± 0.8, n = 9, P = 0.0675, Figure 2F, Table 3), et 5ème ordre et ordres de filiale (Eau: 3.3 ± 0.7, n = 9; Saccharose 1.2 ± 0.3, n = 9, P = 0.0566, Figure 2F, Table 3). La longueur moyenne du segment dendritique par ordre de ramification des MSN en coquille de NAC était également significativement réduite chez les rats consommateurs de saccharose à long terme par rapport aux témoins sous eau (*P = 0.0444, ANOVA à deux voies). Les post-tests effectués par Bonferroni ont montré une réduction de 55% au niveau des branches de l’ordre 5 et au-delà (eau: 53.9 ± 7.2, n = 9; Saccharose 24.1 ± 7.5 µm, n = 9, **P = 0.0038, Figure 2G, Table 3).

L’analyse de l’ordre des branches a montré une augmentation significative de la densité de la colonne vertébrale dendritique des MSN en coquilles de NAC de rats consommant du saccharose à long terme par rapport aux témoins (*).P = 0.0124, ANOVA à deux voies). Les post-tests de Bonferroni ont montré une augmentation de la densité de la colonne vertébrale de 57% aux branches de l’ordre 4th distal et au-delà (Eau: 33.4 ± 4.2, n = 9; Saccharose 52.5 ± 6.8, n = 9, P = 0.0271 *, encadré de figures 2A, B, H, Table 3). Des images représentatives de l'architecture globale de MSN et de la densité de la colonne vertébrale distale (encadré) sont illustrées aux figures. 2A, B.

Pris ensemble, ces résultats indiquent que la consommation de saccharose à court terme a peu d’effet sur les paramètres morphologiques des MSN au sein de la coquille NAc. Cependant, après une consommation prolongée, il existe une diminution significative de la longueur et de la complexité de la tonnelle neuronale, en particulier dans les branches dendritiques distales. Des augmentations concomitantes de la densité de la colonne vertébrale sont également apparentes dans les MSN en coquille de Nac de rats consommant du saccharose à long terme.

Les Neurones Épineux Moyens Du Noyau Accumbens Noyau Ont Réduit La Complexité De Ramification Après La Consommation De Saccharose À Long Terme Mais Pas À Court terme

À la suite d'une consommation de saccharose à court terme, il n'y avait pas de différences significatives dans les paramètres morphométriques de base de NAc MSN (Tableau 4). Il n'y avait pas non plus de différences significatives entre la consommation de saccharose par semaine 4 et les MSN principales de contrôle de l'eau dans les analyses liées à l'ordre des branches centrifuges. À savoir, segments dendritiques par ordre de branche (P = 0.7717), longueur moyenne dendritique par ordre de branche (P = 0.2096), et densité moyenne de la colonne vertébrale par ordre de branche (P = 0.3521, ANOVA à deux voies) n'étaient pas différents entre les groupes.

 Tableau 4. Paramètres morphologiques généraux des neurones à épine moyenne du noyau accumbens de base de rats consommant du saccharose à court terme et de témoins de contrôle de l'eau appariés selon l'âge.

De même, la consommation prolongée de saccharose n’a pas eu d’effet significatif sur les paramètres morphométriques de base de MSN (Tableau 1). 5). Le nombre moyen de segments de branche dendritique par ordre de branche de MSN centraux de NAc a été significativement réduit chez les rats consommateurs de saccharose à long terme par rapport aux témoins aqueux (*P = 0.0416, ANOVA à deux voies), cependant, il n’ya pas eu de différences significatives dans la longueur moyenne dendritique par ordre de branche (P = 0.0995) et densité moyenne de la colonne vertébrale par ordre de branche (P = 0.4888, ANOVA à deux voies) entre MSN dans le noyau NAc de rats consommant du saccharose à long terme par rapport aux témoins de contrôle de l’eau. Prises ensemble, nos données montrent que le noyau NAc n'est pas aussi sensible à la consommation de saccharose à long terme que les MSN de la région coquille NAc.

 Tableau 5. Paramètres morphologiques généraux des neurones à épine moyenne du noyau accumbens de base de rats consommant du saccharose à long terme et de témoins de contrôle de l'eau appariés selon l'âge.

a lieu

L’augmentation de la disponibilité des aliments hautement sucrés dans le régime alimentaire occidental a non seulement contribué à l’augmentation de la prévalence et du fardeau économique de l’obésité et du diabète de type II, mais elle a également entraîné l’apparition de troubles de l’alimentation, tels que les crises de boulimie (Swanson et al., 2011; Kessler et al., 2013; Davis, 2015). Bien que les propriétés addictives des sucres, y compris le fructose et le saccharose, restent spéculatives, il existe une similitude frappante dans les corrélats comportementaux et neuraux qui se manifestent à la suite d'une consommation excessive de drogue et d'une consommation prolongée de drogue. (Avena et al., 2008, 2011). De plus, le sucre active les circuits de récompense du cerveau d'une manière similaire aux drogues d'abus (Volkow et al., 2012), et les résultats d'études humaines suggèrent que le sucre et le goût sucré peuvent induire des fringales d'une ampleur comparable à celles induites par des drogues provoquant une dépendance telles que l'alcool et la nicotine (Volkow et al., 2012). Nous avons donc utilisé un modèle de consommation excessive de saccharose chez le rat pour déterminer les effets de la consommation de saccharose à court terme (semaines 4) et à long terme (semaines 12) sur la morphologie neuronale des MSN dans la NAc, un élément clé du circuit de récompense chevauchante qui est modulé par le sucre et les drogues addictives. Nous montrons que les MSN provenant de la coquille NAc de rats consommant du saccharose à long terme ont considérablement diminué la longueur et la complexité dendritiques, mais ont augmenté la densité de la colonne vertébrale dendritique distale. La consommation de saccharose à long terme n’a aucun effet sur la morphologie des MSN du noyau NAc, tandis que la consommation de saccharose à court terme n’a pas non plus d’effet significatif sur la morphologie du MSN à partir du noyau ou de la coque NAc. Ces résultats démontrent non seulement un effet direct de la consommation prolongée de saccharose ressemblant à une frénésie sur la morphologie neuronale des MSN sécrétés, mais ils mettent également en évidence les conséquences potentiellement néfastes de la consommation prolongée de régimes contenant beaucoup de sucre.

La NAc, qui fait partie du striatum ventral, est principalement composée de MSN, caractérisées morphologiquement comme des neurones de taille moyenne avec de vastes arborisations dendritiques et une densité de colonne vertébrale élevée (Kemp et Powell, 1971; Graveland et DiFiglia, 1985; Rafols et al., 1989; Kawaguchi et al., 1990). Les neurones glutamatergiques et dopaminergiques sont les deux principales entrées afférentes de l'ANc, principalement au contact des fûts et des épines dendritiques des MSN. (Groves, 1980; Kaiya et Namba, 1981; Groves et al., 1994). Spécifiquement, la coquille et le noyau de NAc reçoivent un apport glutamatergique à partir d’aires corticales fonctionnellement distinctes (Brog et al., 1993). La coquille NAc est également innervée par des afférences excitatrices de régions sous-corticales telles que l'hippocampe, le thalamus et l'amygdale basolatérale. (Brog et al., 1993; Wright et Groenewegen, 1995). Des études antérieures ont démontré que ces intrants glutamatergiques jouent un rôle central dans la motivation et les comportements orientés vers les objectifs tels que la nourriture et la recherche de récompenses. (Maldonado-Irizarry et al., 1995; Kelley et Swanson, 1997; Reynolds et Berridge, 2003; Richard et Berridge, 2011). L’autre contribution prédominante sur les MSN de l’ANc provient d’afférents dopaminergiques qui font saillie de la région tégmentale ventrale (Lindvall et Björklund, 1978; Veening et al., 1980; Kalivas et Miller, 1984). Il est intéressant de noter que des études antérieures utilisant des modèles similaires d’accès intermittent au sucre ont montré que la consommation excessive qui en résultait entraînait une augmentation de la dopamine extracellulaire dans l’ANic, de la même manière (quoique dans une moindre mesure) que l’abus de drogues. (Rada et al., 2005; Avena et al., 2006), et peut moduler l’expression des récepteurs de la dopamine (Colantuoni et al., 2001, 2002) dans le noyau et la coquille de NAc. Fait intéressant, la consommation excessive de saccharose provoque une augmentation progressive de la consommation, de la même manière que l'auto-administration de drogues faisant l'objet d'abus, telles que la cocaïne et l'héroïne.n (Ahmed et Koob, 1998; Ahmed et al., 2000, 2003) qui est associé au développement d'un état «provoquant une dépendance».

Notre analyse de la morphométrie des ordres de branchement montre que la réduction globale de la longueur dendritique des MSN en coquille de NAc causée par la consommation de saccharose à long terme résulte principalement de la réduction de la complexité des ordres de branchements distaux. Nous avons observé une réduction des branchements distaux (ordre 4th et 5th et au-dessus des ordres de branche) et une réduction significative de la longueur moyenne au niveau de l'ordre 5th et au-dessus des dendrites, associées à une densité accrue de la colonne vertébrale à ces ordres de branche. Un facteur commun susceptible d’influencer ce type de restructuration dendritique comprend les modifications de la connectivité et / ou de la fonction synaptique (Russo et al., 2010). Des études antérieures ont montré que les synapses glutamatergiques sur les MSN sont formées principalement sur les épines, en particulier au niveau des dendrites distales. (Groenewegen et al., 1999). En outre, la co-localisation des entrées de dopamine et de glutamatergiques du cortex préfrontal (Sesack et Pickel, 1992), hippocampe (Totterdell et Smith, 1989; Sesack et Pickel, 1990), et l'amygdale (Johnson et al., 1994) ont été observés sur les épines dendritiques des MSN. Ces observations, combinées à l'augmentation de la densité de la colonne vertébrale après la consommation de saccharose à long terme observée dans notre étude, appuient la formation d'apports excitateurs accrus. Par conséquent, la possibilité se présente lorsque des effets persistants causés par une ingestion prolongée de saccharose ressemblant à une frénésie pourraient favoriser une activité synaptique excitatrice accrue au niveau des dendrites distales des MSN dans la coquille de NAc. Par conséquent, un mécanisme homéostatique synaptique peut entraîner une réduction et / ou une rétraction des dendrites distales. (Reissner et Kalivas, 2010), mais cela reste à déterminer.

Il est intéressant de noter que Crombag et ses collègues ont montré qu’il n’y avait pas d’augmentation de la densité de la colonne vertébrale dans la coquille de NAc suite à la consommation de saccharose par 4 pendant le week-end via le paradigme d’auto-administration nez-poke malgré une acquisition plus robuste et un taux de réponse plus élevé au saccharose. avec de l'amphétamine (Crombag et al., 2005). Leur observation d'une absence de changement dans la densité de la colonne vertébrale aux semaines 4 reflète nos conclusions. Au contraire, cependant, notre étude démontre qu’après une exposition à long terme (semaine 12) à une consommation chronique de saccharose, il existe une augmentation significative de la densité de la colonne vertébrale distale sur les MSN des rats ayant fait l’objet de saccharose. De plus, notre laboratoire a déjà montré que la consommation de saccharose à long terme (12 week) facilite une réponse pharmacologique différentielle à la pharmacothérapie dont il a été prouvé qu'elle modulait les réponses de la dopamine et de l'acétylcholine au niveau du NAc (Shariff et al., Sous presse). Pris ensemble, cela suggère que l'exposition à long terme au saccharose (semaines 12 et au-delà), qui reflète plus précisément les scénarios du monde réel, entraîne des adaptations morphologiques au niveau de l'ANc.

En termes de toxicomanie, une exposition répétée à diverses drogues entraîne des modifications durables de la structure des dendrites et des épines dendritiques. Par exemple, les amphétamines et la cocaïne augmentent la densité de la colonne vertébrale dans le NAc à la fois dans la coquille et dans le noyau (Robinson et Kolb, 2004). Il a également été démontré que l'exposition à la nicotine augmentait la densité de la colonne vertébrale dans la coquille de NAc. Inversement, l'exposition à la morphine entraîne une diminution de la densité de la colonne vertébrale et de la complexité de la branche dendritique (Robinson et Kolb, 2004). En termes de consommation de saccharose à long terme, nous avons observé une augmentation de la densité de la colonne vertébrale similaire à celle de l’amphétamine, de la cocaïne et de la nicotine et opposée à l’effet de la morphine. Toutefois, contrairement à l’amphétamine et à la cocaïne, mais similaires à la nicotine, l’augmentation de la densité de la colonne vertébrale lors d’une exposition à long terme au saccharose est limitée à la coquille d’ANc. Il est également intéressant de noter que les changements dans les ramifications dendritiques (Robinson et Kolb, 1999) et la densité de la colonne vertébrale (Li et al., 2003) produites à partir d'amphétamine ou de cocaïne sont confinées aux dendrites distales des MSN dans l'ANc, ce qui reflète les conclusions de notre étude. De plus, et corroborant les changements décrits ci-dessus, il a également été démontré précédemment que la consommation de saccharose augmentait la force synaptique excitatrice sur les neurones à dopamine accumbal (Stuber et al., 2008b) ainsi que d’autres composants de la filière récompense mésolimbique (Stuber et al., 2008a; Chen et al., 2010). Pris ensemble, cela fait du saccharose un puissant modulateur de la morphologie des neurones après une utilisation intensive prolongée, ce qui s'apparente aux effets observés des drogues d'abus.

Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour découvrir les mécanismes cellulaires et synaptiques contribuant aux changements morphologiques observés dans cette étude, nos résultats démontrent des effets neuronaux significatifs engendrés par la consommation de saccharose à long terme. Dans notre étude, nous n’avons notamment pas cherché à savoir si les effets morphologiques observés du saccharose peuvent également être obtenus avec des édulcorants non caloriques tels que la saccharine. À cet égard, il est important de noter que Lenoir et ses collègues ont montré que la douceur intense l'emportait sur la récompense de la cocaïne, qu'elle soit générée par la saccharine ou le saccharose (Lenoir et al., 2007) De plus, une étude récente publiée par notre laboratoire (Shariff et al., Sous presse) démontre que la varénicline, un agoniste partiel des récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine, a réduit l’apport en saccharose et en saccharine chez les rongeurs suivant le même régime d’accès intermittent à long terme utilisé dans la présente étude. Fait intéressant, des études antérieures ont montré des similitudes dans les effets aigus d’édulcorants non caloriques tels que la saccharine et le saccharose au niveau de l’acide nitrique (Scheggi et al., 2013; Tukey et al., 2013; Carelli et West, 2014) Cependant, d'autres études sont nécessaires pour déterminer si les édulcorants non caloriques peuvent induire des effets à long terme similaires aux modifications de la morphologie des MSN en coquilles NAc provoquées par la consommation à long terme de saccharose rapportée ici.

L'absence d'effet sur la morphologie de NAc MSN après une consommation de saccharose à court terme, souligne l'importance de la mise en œuvre d'études à long terme pour évaluer l'impact d'un abus prolongé de médicaments ou de récompenses naturelles comme le saccharose. En termes de dépendance, non seulement les cycles répétés d'ingestion excessive et d'abstinence sont des éléments clés du cycle de dépendance, de plus en plus d'éléments de preuve ont révélé que la transition vers la dépendance est un processus progressif qui se produit souvent sur une longue période. Bien que les propriétés addictives des sucres restent incertaines, la plausibilité de la dépendance à d’autres récompenses non liées à la drogue, telles que le sexe, le jeu et l’alimentation fait de plus en plus l’objet de recherches. Les résultats de cette étude confortent l'hypothèse selon laquelle les sucres tels que le saccharose ont potentiellement des propriétés addictives à la suite d'une consommation excessive à long terme. Nos résultats ont également des implications pour le nombre croissant d'enfants et d'adolescents qui maintiennent des habitudes alimentaires malsaines (consommation élevée de sucre et consommation excessive de nourriture) à l'âge adulte. Parallèlement au risque accru de développer des effets métaboliques, il est également possible que ces comportements aient des conséquences neurologiques et psychiatriques affectant l'humeur et la motivation.

Contributions d'auteur

Participation à la conception de la recherche: PK, SB. Expériences menées: PK, MS, AB, MF, EM. Analyse des données: PK, MF, MS. Interprétation des données et contribution à la rédaction du manuscrit: PK, MS, MF, EM, MB, SB. Tous les auteurs ont lu et approuvé le manuscrit final à soumettre.

Déclaration de conflit d'intérêts

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l'absence de toute relation commerciale ou financière pouvant être interprétée comme un conflit d'intérêts potentiel.

Les examinateurs SC, SA et l'éditeur de traitement ont déclaré leur affiliation commune et l'éditeur de traitement a déclaré que le processus respectait néanmoins les normes d'un examen juste et objectif.

Remerciements

Ce travail a été financé par des subventions du Conseil australien de la recherche (FT1110884) à SB et du Conseil national de la recherche médicale et de la santé (1061979) à SB et au MB.

Matériel complémentaire

Le matériel supplémentaire pour cet article est disponible en ligne à l'adresse suivante: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fnbeh.2016.00054

Figure supplémentaire 1. Consommation de saccharose et préférence des rats consommateurs de saccharose 4 et 12 week. (UN B) augmentation progressive de la consommation de saccharose (ml) par rapport aux semaines d'exposition 4 et 12. (CD) montrent une préférence élevée pour le saccharose par rapport à l'eau pendant les périodes de présentation du saccharose

Bibliographie

Mots-clés: consommation excessive, à long terme, neurone épineuse moyenne, noyau accumbens, saccharose

Citation: PM Klenowski, MR Shariff, Belmer A, MJ Fogarty, Mu EWH, MC Bellingham et Bartlett SE (2016) Consommation prolongée de saccharose de manière hyperphagie, modifie la morphologie des neurones à épineux moyens dans le noyau central Accumbens. De face. Comportement Neurosci. 10: 54. doi: 10.3389 / fnbeh.2016.00054

Reçu: 03 décembre 2015; Accepté: 07 March 2016;
Publié: 23 March 2016.

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* Correspondance: Selena E. Bartlett, [email protected]