Déficits da neurotransmisión da dopamina mesolímbica na obesidade dietética de rata (2009)

Comentarios: o estudo revela que o consumo excesivo de "comida de cafetería" ata a obesidade leva a unha diminución dos niveis de dopamina e a resposta de dopamina contundente ao rato normal. Non obstante, as ratas aínda tiveron resposta de recompensa á comida da cafetería. Un dos moitos estudos que mostran cambios cerebrais similares aos adictos ás drogas. O consumo excesivo de versións supernormais de recompensas naturais pode levar á adicción.

Neurociencia. 2009 Abr 10; 159 (4): 1193-9. doi: 10.1016 / j.neuroscience.2009.02.007. Epub 2009 feb 11.

BM Geiger,a M. Haburcak,a NM Avena,b,c MC Moyer,c BG Hoebel,c EN Pothosa,*

A versión editada definitiva deste editor está dispoñible en Neurociencia

Vexa outros artigos en PMC que cita o artigo publicado.

Cambiar a:

Abstracto

O aumento da inxestión calórica na obesidade dietética podería ser impulsado por mecanismos centrais que regulan o comportamento que buscan recompensas. O sistema de dopamina mesolímbica e o núcleo acumbens en particular, subxace tanto na recompensa dos alimentos coma nos medicamentos. Investigamos se a obesidade dietética de rata está ligada a cambios na neurotransmisión dopaminérxica nesa rexión. As ratas Sprague – Dawley colocáronse nunha dieta ao estilo de cafetería para inducir a obesidade ou unha dieta de laboratorio chow para manter o aumento de peso normal. Medíronse os niveis de dopamina extracelulares in vivo microdiálise. A liberación de dopamina evocada eléctricamente mediuse ex vivo en cortes coronais do núcleo accumbens e do estriado dorsal usando amperometría de fibra de carbono en tempo real. Durante 15 semanas, as ratas alimentadas coa dieta da cafetería fixéronse obesas (aumento do> 20% no peso corporal) e presentaron niveis de dopamina accumbens extracelulares máis baixos que as ratas de peso normal (0.007 ± 0.001 fronte a 0.023 ± 0.002 pmol / mostra; P<0.05). A liberación de dopamina no núcleo accumbens de ratas obesas foi estimulada por un desafío na dieta da cafetería, pero non respondeu a unha comida de laboratorio. Administración de d-amfetamina (1.5 mg / kg ip) tamén revelou unha resposta de dopamina atenuada en ratas obesas. Experimentos que medían o sinal de dopamina ex vivo evocado eléctricamente en franxas de núcleo accumbens mostraron unha resposta moito máis débil en animais obesos (12 vs. 25 × 106 moléculas de dopamina por estimulación, P<0.05). Os resultados demostran que os déficits na neurotransmisión mesolímbica de dopamina están relacionados coa obesidade na dieta. A liberación de dopamina deprimida pode levar aos animais obesos a compensar inxerindo alimentos agradables de "confort", un estímulo que liberou dopamina cando fallou o labor de laboratorio.

Palabras clave: núcleo accumbens, estriato, alimentación, peso corporal, anfetamina, hiperfagia

O rápido aumento da obesidade dietética nas sociedades industrializadas indica que as vías de sinalización non homeostáticas que permitan a inxestión crónica de enerxía positiva poden ser responsables. Unha pregunta crucial é por que os animais e os humanos de laboratorio seguen comendo alimentos ricos en enerxía agradables ata o punto de que obedecen. Desde unha perspectiva evolutiva, é de esperar que o cerebro desenvolvera un sistema para responder ás recompensas naturais, como a comida. Estes mecanismos centrais consérvanse entre especies para garantir a supervivencia (Kelley e Berridge, 2002) e podería interactuar ou modular os circuítos que regulan o peso corporal. Por tanto, a dispoñibilidade de alimentos agraciables recompensantes pode levar a un aumento da inxestión calórica e aumento do peso que os mecanismos impulsados ​​pola homeostase, orixinados principalmente no hipotálamo, poden non superar. Esta posibilidade pode explicar, polo menos en parte, as proporcións epidémicas da obesidade dietética.

Entre as vías dopaminas mesolímbicas destacan os camiños da dopamina, onde a acción da dopamina, particularmente nos terminais do núcleo accumbens, é coñecida por mediar mecanismos de reforzo. A activación deste sistema inclúe elevación dos niveis de dopamina e cambios na rotación de dopamina despois de comportamentos gratificantes naturais como a alimentación (Hernandez e Hoebel, 1988; Radhakishun et al., 1988). Ademais, coñécese que a dopamina no núcleo accumbens (e o estriato dorsal adxacente) aumenta coa exposición a estímulos asociados aos alimentos e á actividade motora relacionada coa obtención de alimentos (Mogenson e Wu, 1982; Bradberry et al., 1991; Salamone et al., 1991). É, polo tanto, razoable esperar que a obesidade dietética poida estar ligada á capacidade liberadora de dopamina mesolímbica de alimentos saborosos de alta enerxía.

Neste estudo, investigamos se a exposición crónica (15 semanas) de ratas a unha dieta de cafetería agradable e de alta enerxía provoca cambios no núcleo accumbens dopamina. Esta dieta altamente agradable resulta exitosa para inducir obesidade dietética nas ratas e é a máis relevante para o desenvolvemento da obesidade humana (Sclafani e Springer, 1976). Ademais, a dieta da cafetería permitiunos distinguir entre as preferencias ricas en graxa e hidratos en carbohidratos e se esas preferencias afectaron á liberación de dopamina mesolímbica. Descubrimos que as ratas Sprague – Dawley tomaron a maioría do seu consumo calórico diario de fontes altas en hidratos de carbono e desenvolveron obesidade inducida pola dieta (DIO). Ademais, demostraron liberación de dopamina basal deprimida no núcleo accumbens e unha resposta de dopamina atenuada a unha comida chow estándar ou administración sistémica de d-amphetamina.

PROCEDEMENTOS EXPERIMENTAIS

animais

As ratas Sprague-Dawley albinos femininas (Taconic, Hudson, Nova York, EUA) foron comparadas cun peso corporal de 300 g cada unha á idade de 3 meses. Elixíronse animais femininos porque, en contraste coas ratas masculinas, o peso corporal das femias alimentadas por chow de laboratorio é relativamente estable co tempo. Os animais aloxábanse individualmente na mesma habitación baixo un ciclo de luz inversa / escuro 12-h (luces: 6 pm, luces apagadas: 6 am). Nestas condicións non observamos ningún impacto da fase do ciclo estroso na liberación de dopamina mesolímbica (Geiger et al., 2008). Todos os animais usáronse de acordo coas directrices publicadas dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH) dos Estados Unidos e do Comité Institucional de Coidado e Uso de Animais (IACUC) da Universidade Tufts e do Centro Médico Tufts. Realizáronse todos os esforzos para limitar o número de animais empregados para minimizar o uso e o sufrimento dos animais.

Composición da dieta de cafetería

Os animais dividíronse no grupo DIO da cafetería (tamén descrito como o grupo obeso dietético a continuación) e no grupo de chow de laboratorio (grupo de peso normal). Todos os grupos foron alimentados ad libitum. A dieta da cafetería incluíu compoñentes ricos en graxa como Crisco (33% acortamento vexetal, 67% en po de Purina), salgame, queddar e manteiga de cacahuete; e compoñentes ricos en hidratos de carbono como leite condensado edulcorado (marca Magnolia mesturada con auga, 1: 1), galletas de chocolate, chocolate con leite, plátanos, marshmallows e unha solución de sacarosa 32%. Esta dieta altamente agradable demostrouse moi eficaz para inducir obesidade dietética en ratas e imitar o desenvolvemento da obesidade humana (Sclafani e Springer, 1976). Cada un dos compoñentes estivo dispoñible en todo momento e cambiaba catro veces por semana. Tamén se deu o grupo DIO á cafetería, ademais de comida agradable ad libitum acceso ao chow do laboratorio Purina. Para identificar as preferencias da dieta, a inxestión de cada un dos compoñentes da dieta da cafetería foi medida durante dous períodos de 48-h durante a undécima semana da dieta. Os pes do corpo rexistráronse unha vez por semana.

Cirurxía estereotóxica

A cirurxía estereotóxica realizouse durante a semana 7 do estudo (n= Ratas DIO da cafetería 24, n= Ratas de laboratorio 32). Os animais foron anestesiados con ketamina (60 mg / kg ip) e xilazina (10 mg / kg ip) para a implantación de cánulas bilaterais de guía de microdiálise 10 mm, 21 mm de calibre 10 de aceiro inoxidable dirixidas á rexión posterior das cunchas do núcleo. As coordenadas estereotóxicas foron 1.2 mm anteriores a cero interaural, 4 mm lateral ao seno medioagital e 4 mm ventral á superficie do cranio. A fibra de diálise da sonda estendeu outro XNUMX mm ventral para chegar ao sitio obxectivo (Paxinos e Watson, 2007). Despois da cirurxía, todos os animais foron devoltos ás gaiolas e continuaron co seu réxime dietético.

Microdiálise e cromatografía líquida de alto rendemento con procedemento de detección electroquímica (HPLC-EC)

A microdialise realizouse durante a semana 14 do estudo para permitir a recuperación adecuada da cirurxía. Para cada sesión de microdiálise, os animais foron colocados individualmente en gaiolas de microdiálise e colocáronse sondas nas cánulas de microdiálise 12-15 h antes da recollida da primeira mostra. O sitio de implantación (esquerda ou dereita) contrabalentouse. As sondas de microdiálise foron do tipo concéntrico, fixéronse localmente e demostraron unha recuperación do 10% de neuroquímicos en in vitro probas como se describiu anteriormente (Hernandez et al., 1986). As sondas perfusionáronse cunha solución de Ringer (142 mM NaCl, 3.9 mM KCl, 1.2 mM CaCl2, 1.0 mM MgCl2, 1.4 mM Na2HPO4, 0.3 mM NaN2PO4) a unha velocidade de 1 ° µl / min. O dializado foi recollido en frascos de 40 µl que conteñen 5 µl de conservante (0.1 M HCl e 100 ° µM EDTA) para retardar a oxidación de monoaminas. A recolección de mostras comezou no medio do ciclo escuro, e eliminouse toda a comida 3 h antes da mostraxe para todos os animais. Recolléronse mostras a intervalos de 30-min durante mínimo 2 h de base, seguida dunha inxección sistémica de d-amfetamina (1.5 mg / kg ip; Sigma, St Louis, MO, EUA). De cada mostra, inxectouse 25 µl de dializado nun sistema antec HPLC-EC amperométrico (GBC, Inc., Boston, MA, EUA) cunha columna de choiva 10 cm e un tampón de fase móbil de fosfato, que separa e detecta a dopamina, e os metabolitos da dopamina ácido dihidroxifenilacético (DOPAC) e ácido homovanílico (HVA). A continuación, medíronse e rexistráronse os picos resultantes. A colocación da sonda de microdiálise no lugar obxectivo verificouse ao final do experimento mediante un exame histolóxico do tracto da sonda despois da fixación do cerebro con paraformaldehído.

Para animais presentados cun desafío de comida 30-min de laboratorio ou unha cafetería-dieta, en vez de d-amfetamina, todos os grupos foron privados de alimentos por 12 h antes do experimento de microdialisi para asegurar a motivación adecuada para comer.

Electrofisioloxía de rodajas

Os cerebros de rata colocáronse rápidamente no fluído cefalorraquín artificial oxixenado ao xeo (aCSF) nun vibratomo de Leica VT1000S (Leica Microsystems, Wetzlar, Alemaña) e cortáronse en franxas coronais de 300 µm. O baño de rodajas contiña aCSF (124 mM NaCl, 2.0 mM KCl, 1.25 mM KH2PO4, 2.0 mM MgSO4, 25 mM NaHCO3, 1.0 mM CaCl2, Glicosa 11 mM, pH = 7.3). Despois de que 1 h en aCSF trasladásense franxas á cámara de gravación con perfusión de aCSF osixenado fixado en 1 ml / min a 37 ° C. Os electrodos de fibra de carbono, de diámetro 5 µm, cunha superficie recén cortada colocáronse no shell do núcleo accumbens ou no estriato dorsal ~ 50 µm na porción, co electrodo de referencia (fío Ag / AgCl) introducido no baño aCSF e o conxunto de tensión. a + 700 mV (Axopatch 200 B, Axon Instruments Inc., Union City, CA, Estados Unidos). O electrodo bipolar, torcido, estimulante (diámetro de fío 0.005 en: MS 303 / 3, Plastics One, Inc., Roanoke, VA, EE. UU.) Foi colocado dentro de 100-200 µm do electrodo de fibra de carbono. Un estímulo de corrente monofásica de 2 ms en + 500 µA foi entregado por un illante de estímulo Isoflex (AMPI, Inc., Xerusalén, Israel) provocado por un estimulador de corrente constante (Modelo S88; Grass Technologies, West Warwick, RI, USA) . A resposta do electrodo amperométrico (cambio na liña base) foi controlada e cuantificada polo software Superscope (GW Instruments, Inc., Somerville, MA, USA). Os electrodos foron calibrados antes e despois do seu uso con voltammogramas subtraídos de fondo (cinco ondas aplicadas e media, 300 V / s, −400 a + 1000 mV, no medio de gravación e medio con dopamina 10 µM). Identificáronse os picos amperométricos como eventos superiores a 3.5 × o ruído rms da liña base. O ancho do evento foi a duración entre (a) a interceptación base da inclinación máxima desde a liña de base ata o primeiro punto que superou o corte e (b) o primeiro punto de datos seguindo a amplitude máxima que rexistrou un valor de ≤0 pA. A amplitude máxima (imax) do evento foi o valor máis alto dentro do evento. Determinar o número total de moléculas (N) lanzado, determinouse a carga total do evento entre os interceptos de base e o número de moléculas estimado pola relación N= Q /nF, onde Q é a carga, n o número de electróns doados por molécula e F é a constante de Faraday (96,485 C por equivalente). As estimacións baseáronse nunha suposición de dous electróns doados por molécula oxidada de dopamina (Ciolkowski et al., 1994).

Micrófonos de tecido

Ratas de cafetería DIO ou ratas de laboratorio (n= 11 / grupo) foron eutanasiados como no experimento anterior e golpes de diámetro 1 mm do estriato dorsal e núcleo accumbens tomáronse de franxas cerebrais de 300 µm. Os golpes expuxéronse entón a solución KCl de 40 mM para 3 min para estimular a liberación de dopamina. A continuación medíronse os niveis de dopamina extracelular mediante o método HPLC descrito anteriormente.

Análise de datos

Para a análise dos datos de micrálise utilizouse ANOVA bidireccional (grupo × tempo) con medidas reiteradas e análise post hoc de Fisher segundo o caso. ANOVA unidireccional usouse para todos os outros ensaios. Para os experimentos con rodajas, os resultados de cinco estimulacións diferentes na mesma porción medíronse por porción antes de que se executase o ANOVA. Os resultados exprésanse como media ± erro estándar da media (SEM).

RESULTADOS

As ratas obesas na dieta teñen unha forte preferencia polos alimentos altamente agradables

As ratas DIO de cafetería mostraron unha forte preferencia polo leite doce (74.4 ± 6.4 g; 241 ± 21 kcal) e a solución de sacarosa 32% (31.4 ± 4.1 g; 40 ± 5 kcal) (Fig. 1A, B, F(9,127) = 116.9854, P<0.01). Ademais, estes animais comeron significativamente menos do chow de Purina (5.66 ± 1.02 g) en comparación cos animais alimentados con chow de laboratorio (54.7 ± 2.3 g; F(1,27) = 419.681, P<0.01). Despois de 14 semanas na dieta da cafetería, as ratas gañaron o 53.7% do seu peso corporal inicial ata un peso final de 444.9 ± 19.0 g. Despois do mesmo período, as ratas do chow de laboratorio alcanzaron un peso final de 344.0 ± 10.8 (Fig. 2A).

Fig 1 

Preferencias dos compoñentes na dieta de cafetería nas ratas obesas. O consumo medio de compoñentes da dieta da cafetería en gramos (A) e kcal (B) durante dous períodos 48-h durante a semana 11 de réxime dietético mostra unha preferencia pola leite doce e a solución de sacarosa (media ± SEM; ...
Fig 2 

Os niveis de dopamina que reducen a basea, a anfetamina e as labores de chow de laboratorio diminúen os ratos obesos na dieta. (A) O peso corporal das ratas DIO na cafetería durante un período de semana 14 foi significativamente máis que o que se alimentou o chow do laboratorio ...

As ratas obesas na dieta teñen dopamina basal baixa e liberación de dopamina estimulada por anfetamina

Na semana 14 do estudo, as ratas DIO da cafetería mostraron niveis de dopamina extracelulares máis baixos no núcleo acumbens, en comparación coas ratas alimentadas con chow (mostra 0.007 ± 0.001 pmols / 25 µL vs 0.023 ± 0.002 pmols / 25 µL; respectivamente; Fig. 2B, F(1,19) = 11.205; P<0.01), medido por in vivo microdiálise. Os niveis de base dos metabolitos da dopamina, DOPAC e HVA, tamén se atoparon significativamente máis baixos nas ratas DIO da cafetería. Os niveis de DOPAC en ratas DIO na cafetería foron 3.13 ± 0.42 vs. 8.53 ± 0.56 pmol en ratas de laboratorio chow (F(1,10) = 14.727, P<0.01). Os niveis de HVA foron de 1.0 ± 0.28 fronte a 4.28 ± 0.33 pmol respectivamente (F(1,20) = 6.931, P<0.05). Despois do establecemento dunha liña base constante de dopamina, as ratas recibiron unha inxección de anfetamina de 1.5 mg / kg ip. A liberación total de niveis de dopamina estimulada foi menor nas ratas DIO da cafetería en comparación cos animais alimentados con chow de laboratorio (Fig. 2B, F(9,162) = 2.659, P

As ratas obesas na dieta liberan dopamina no núcleo acumbens ao comer alimentos altamente agradables e non chow de laboratorio

Fig. 2D mostra que os niveis de dopamina extracelular nas ratas DIO da cafetería non aumentaron detectablemente como resposta a unha comida de chow de laboratorio. Os animais comeron de media 1.3 ± 0.4 g de chow durante máis de 30 min. Non obstante, cando un subconxunto destes animais (nA continuación, = 8) alimentouse a dieta de cafetería durante 30 min, a dopamina aumentou 19.3% de 0.027 ± 0.003 a 0.033 ± 0.004 pmols / 25 µL de mostra (F(11,187) = 8.757, P<0.05). Os niveis de DOPAC tamén aumentaron un 17.13% ± 6.14%. Pola contra, os niveis de dopamina nos animais alimentados con chow de laboratorio aumentaron un 51.10% ± 17.31% (F(7,119) = 3.902, P<0.05) 1 h despois da comida do chow (os animais comeron de media 5.7 ± 0.8 g, significativamente máis que os animais DIO; F(1,33) = 26.459, P<0.01). Non obstante, non esperamos que a menor inxestión de alimentos por parte dos animais DIO sexa a causa directa da falta de liberación de dopamina nestes animais, xa que se informou que a inxestión de alimentos de ata 0.6 g estimula a liberación de dopamina no núcleo accumbens das ratas (Martel e Fantino, 1996). Ademais, outros estudos demostraron que as diferenzas na cantidade de dopamina liberada non están necesariamente directamente correlacionadas coa cantidade de alimento presente, senón que tamén poden verse afectadas por outros estímulos como o nivel de saciedade do animal, a palatabilidade e os efectos novedosos do alimento presentado. (Hoebel et al., 2007). A dieta de cafetería non se deu como un reto aos animais de laboratorio porque se esperaba que inducise efectos novedosos que confundisen as comparacións cos animais DIO da cafetería.

A liberación de dopamina estimulada eléctricamente atúmase en franxas cerebrais coronais agudas de ratas obesas da dieta

Fig. 3A mostra trazas amperométricas representativas de núcleos accumbens franxas de cuncha de ratas obesas normais vs.n= Estimulacións 30 en sete franxas fronte a estimulacións 24 en cinco franxas respectivamente). As ratas DIO de cafetería tiñan menor liberación de dopamina evocada eléctricamente que as ratas de laboratorio alimentadas con chow (12 × 106± 4 × 106 vs. 25 × 106± 6 × 106 moléculas; Fig. 3B, F(1,52) = 2.1428, P<0.05). Esta diferenza na liberación evocada de dopamina reflicte tanto unha diminución da amplitude do evento (5.16 ± 1.10 pA en ratas DIO da cafetería fronte a 7.06 ± 0.80 pA en ratas alimentadas con chow de laboratorio; Fig. 3C, F(1,52) = 2.4472, P<0.05) e ancho (2.45 ± 0.73 s en ratas DIO da cafetería fronte a 4.43 ± 0.70 s en ratas alimentadas con chow de laboratorio, Fig. 3D, F(1,52) = 3.851, P

Fig 3 

A liberación de dopamina evocada do núcleo accumbens en franxas cerebrais (A) Rastros representativos do núcleo coronal agudo acumbens franxas de animais alimentados por chow (arriba; n= Estimulacións 30 en sete franxas) e animais DIO da cafetería (fondo; n= Estimulacións 24 ...

Fig 4 demostra que as mesmas tendencias estaban presentes en franxas dorsais estriais das ratas obesas da dieta. Trazos representativos do chow-Laboratory (n= Estimulacións de 31 en sete franxas) e cafetería DIO (nAmósanse grupos en estimulacións de 15 en catro franxas) Fig. 4A. A liberación de dopamina evocada eléctricamente do estriato foi 0.8 × 106± 0.1 × 106 en ratas DIO na cafetería vs. 44 × 106± 11 × 106 moléculas (Fig. 4B, F(1,45) = 6.0546, P<0.01) nos animais alimentados con chow de laboratorio. De novo isto reflicte unha diminución tanto na amplitude do evento (2.77 ± 0.42 fronte a 9.20 ± 1.88 pA; F(1,45) = 7.8468, P<0.01) e ancho (0.22 ± 0.03 vs. 5.90 ± 0.98 s; F(1,45) = 17.2823, P<= 0.01) no grupo DIO da cafetería (Fig. 4C, 4D).

Fig 4 

Liberación de dopamina evocada do estriat dorsal en franxas cerebrais. (A) Rastros representativos de franxas agudas de estriatos dorsais coronais de animais alimentados por chow (arriba; n= Estimulacións 31 en sete franxas) e animais DIO da cafetería (fondo; n= Estimulacións de 15 ...

A liberación de dopamina estimulada en potasio en micropunchos de tecido é reducida no núcleo accumbens e estriado de ratas obesas na dieta

Os niveis de dopamina extracelulares despois da estimulación do KCl medíronse mediante HPLC-EC e móstranse en Fig 5. Os niveis de dopamina extracelulares foron 0.16 ± 0.08 pmol / mostra nos micropunchos de accumbens de animais obesos (n= Micropunches 10) en comparación con 0.65 ± 0.23 pmol / mostra nos micropunches dos animais de control (n= Micropunches 11; Fig. 5A; F(1,19) = 4.1911, P<0.01). Os niveis de dopamina extracelular foron de 5.9 ± 1.7 pmol / mostra nas micropunches estriais de obesos (n= Microprocesos 8) ratas e 11.3 ± 1.9 pmol / mostra no mesmo sitio desde o control (n= Micropunches 11) ratas (Fig. 5B; F(1,17) = 7.5064, P

Fig 5 

Niveis de dopamina extracelulares procedentes de micropunchos de tecido estimulados con potasio. Cantidade de dopamina liberada do núcleo accumbens (A)n= Micropunches 11 de cada grupo) e estrías dorsais (B) (n= Micropunches 8 de obesos e n= Micropunches 11 dos controis) ...

Conversa

Neste estudo, as ratas sufriron un exceso de peso ao comer unha dieta de cafetería cunha preferencia polos alimentos ricos en carbohidratos. No seu estado de sobrepeso, tiñan dopamina extracelular basal, así como dopamina estimulada por chow ou amfetamina no núcleo accumbens. Nos estudos con drogas de abuso, os animais traballarán para manter os niveis de dopamina no núcleo accumbens por encima dun certo nivel (Wise et al., 1995a,b; Ranaldi et al., 1999). No presente estudo, a "sustancia" maltratada é alimento agradable, polo que a baixa dopamina extracelular nas acusacións leva a un maior consumo de alimentos saborosos.

As ratas obesas tamén mostraron niveis atenuados de dopamina estimulada eléctricamente en franxas cerebrais e dopamina estimulada con potasio en micropunchos de tecido do núcleo accumbens e do estriato dorsal. Un déficit presináptico central na exocitosis de dopamina é, polo tanto, evidente na obesidade dietética xa que a depresión da liberación de dopamina evocada está presente in vivo, en franxas cerebrais estriais e acumulativas agudas e en micropunchos de tecidos de animais obesos dietéticos. Vimos un efecto similar nun modelo xenético de predisposición á obesidade. Neste modelo, o ARNm e a expresión proteica dos reguladores da síntese e exocitosis da dopamina incluíndo a tirosina hidroxilase e o transportador neuronal da monoamina vesicular (VMAT2) diminúen nas neuronas da dopamina da área tegmental ventral (VTA) das neuronas de dopamina de animais propensos á obesidade (Geiger et al., 2008). Outro sitio potencial de alteración pre-sináptica é o transportador de recaptación de dopamina da membrana plasmática, DAT. Os estudos de electrofisioloxía de rodajas permítenos distinguir entre as diferenzas na liberación de dopamina fronte á cinética de recaptación. A diferenza de ancho de punta suxire, en principio, que os animais obesos da dieta non só poden ter menos liberación evocada, senón tamén cambios na recaptación debido ás diferenzas nos sitios transportadores DAT activos na membrana do plasma. En Zucker gordo (fa / fa) Ratas, aumento dos niveis de ARNm do transportador DAT, reportáronse no VTA (Figlewicz et al., 1998). A posibilidade de aclarar a dopamina é compatible coa diminución do sinal de dopamina evocada en ratas DIO no presente estudo.

Debemos notar que a capacidade de liberación de dopamina da anfetamina non se atenuou nos animais obesos (en termos de cambio por cento da base) e isto pode "conspirar" xunto cos niveis inferiores de dopamina inferiores para impulsar a motivación dos animais obesos para obter estímulos liberadores de dopamina. A amfetamina é unha base débil que despraza a dopamina desde as vesículas ao citosol e leva a aumentar a dopamina extracelular a través do transporte inverso (Sulzer e Rayport, 1990). En casos de déficits graves nas piscinas vesiculares de dopamina, como por exemplo no rato transportador vesicular con déficit de VMAT2, a inxección de anfetamina estimula transitoriamente a nova síntese de dopamina no citosol (Fon et al., 1997). Un incremento transitorio inducido pola anfetamina na dopamina citosólica pode explicar o aumento temporal do porcentaxe de cambio de dopamina accumbens nos animais obesos con respecto ao observado en animais de peso normal e pode contribuír á susceptibilidade dos animais obesos a estímulos liberadores de dopamina xunto coa menor extracelular absoluta niveis de dopamina nos acusadores.

Cales serían os mecanismos susceptibles de mediar o déficit presináptico de dopamina en animais obesos e impulsar as súas preferencias dietéticas? A ligazón entre a preferencia dos alimentos e o núcleo accumbens dopamina móstrase claramente na resposta contundente dos animais obesos dietéticos ao chow, pero non a unha dieta saborosa. Os nosos resultados complementan o traballo recente que demostra que un agonista do receptor da dopamina D1 (D1) aumentou a preferencia das ratas por alimentos altamente agradables (Cooper e Al-Naser, 2006). Ademais, o núcleo accumbens a dopamina está activado en ratas adestradas para depender da sacarosa (Avena e col., 2008), apoiando aínda máis a implicación da dopamina central na preferencia por alimentos saborosos ricos en carbohidratos. Demostramos o déficit central de dopamina informado no presente estudo en modelos adicionais de obesidade, incluído o ob / ob rato deficiente de leptina e rata rata propensa á obesidade (Fulton et al., 2006; Geiger et al., 2008). Así, un posible sinal que liga o consumo agradable de alimentos e a liberación de dopamina que se reduce a dopamina pode ser a leptina. En humanos con deficiencia de leptina conxénita, a substitución de leptina reduce a súa hiperfagia e cambia a activación do seu estriado ventral con respecto á visualización de alimentos saborosos (Farooqi et al., 2007). Nas ratas tamén se demostrou que a leptina diminuirá a autoadministración de sacarosa (Figlewicz et al., 2006, 2007). Tamén se demostrou que outras entradas orexixénicas como a grelina e a toxina implicadas na activación do sistema de dopamina do cerebro medio (Rada et al., 1998; Helm et al., 2003; Abizaid et al., 2006; Narita et al., 2006). Sería interesante examinar aínda máis se a transformación de animais obesos dietéticos a un chow normal de laboratorio de xeito crónico mantería a súa preferencia por alimentos saborosos e a resposta asociada á dopamina asociada a ela independentemente dos cambios previstos en leptina, grelina ou orexina e outros sinais. relacionada coa regulación do apetito.

CONCLUSIÓN

En conclusión, os descubrimentos deste estudo demostran que o sistema de dopamina mesolímbica xoga un papel crítico na preferencia por dietas de alta enerxía, hiperfagia e obesidade dietética resultante. O núcleo accumbens e a neurotransmisión dopaminérxica do estriado dorsal están deprimidas en ratas obesas da dieta. Os animais poden restaurar temporalmente os niveis de dopamina comendo alimentos altamente agradables e de alta enerxía. Estes resultados suxiren que a orientación selectiva dos reguladores presinápticos do sistema de dopamina mesolímbica constitúe un enfoque prometedor para o tratamento da obesidade dietética.

Grazas

Este traballo contou co apoio de DK065872 (ENP), F31 DA023760 (BMG, ENP), un premio Smith Family Foundation de excelencia en investigación biomédica (ENP) e P30 NS047243 (Tufts Center for Neuroscience Research).

Abreviaturas

  • aCSF
  • líquido cefalorraquídeo artificial
  • DAT
  • transportador de membrana plasmática de dopamina
  • DIO
  • obesidade inducida pola dieta
  • DOPAC
  • ácido dihidroxifenilacético
  • HPLC-EC
  • cromatografía líquida de alto rendemento con detección electroquímica
  • HVA
  • ácido homovanílico
  • VMAT2
  • transportador de monoamina vesicular neuronal
  • VTA
  • área tegmental ventral

Referencias

  1. Abizaid A, Liu ZW, Andrews ZB, Shanabrough M, Borok E, Elsworth JD, Roth RH, Sleeman MW, MR Picciotto, Tschop MH, Gao XB, Horvath TL. A ghrelin modula a actividade e a organización de entrada sináptica das neuronas de dopamina do cerebro medio mentres promove o apetito. J Clin Invest. 2006; 116: 3229-3239. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  2. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Evidencia do adicción ao azucre: efectos comportamentais e neuroquímicos da inxestión interminable e excesiva de azucre. Neurosci Biobehav Rev. 2008; 32: 20-39. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  3. Bradberry CW, Gruen RJ, Berridge CW, Roth RH. Diferenzas individuais nas medidas de comportamento: correlacións con núcleo accumbens dopamina medida por microdiálise. Farmacol Biochem Behav. 1991; 39: 877 – 882. [PubMed]
  4. Ciolkowski EL, Maness KM, Cahill PS, Wightman RM, Evans DH, Fosset B, Amatore C. Disproporción durante a electrooxidación de catecolaminas en microelectrodos de fibra de carbono. Química anal 1994; 66: 3611 – 3617.
  5. Cooper SJ, Al-Naser HA. Control dopaminérxico da elección dos alimentos: efectos contrastantes de SKF 38,393 e quinpirol sobre a preferencia dos alimentos con alta palatabilidade na rata. Neurofarmacoloxía. 2006; 50: 953 – 963. [PubMed]
  6. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. A leptina regula as rexións estriais e os comportamentos alimenticios humanos. Ciencia. 2007; 317: 1355. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  7. Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, JW Grimm. A insulina intraventricular e a leptina diminúen a autoadministración de sacarosa en ratos. Physiol Behav. 2006; 89: 611-616. [PubMed]
  8. Figlewicz DP, MacDonald Naleid A, Sipols AJ. Modulación da recompensa dos alimentos por sinais de adiposidade. Comportamento do fisiol. 2007; 91: 473 – 478. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  9. Figlewicz DP, Patterson TA, Johnson LB, Zavosh A, Israel PA, o ARNm do transportador de dopamina Szot P. Dopamina aumenta no SNC de ratas graxas (fa / fa) Zucker. Brain Res Bull. 1998; 46: 199 – 202. [PubMed]
  10. Fon EA, Pothos EN, Sun BC, Killeen N, Sulzer D, Edwards RH. O transporte vesicular regula o almacenamento e liberación de monoamina pero non é esencial para a acción da anfetamina. Neuron. 1997; 19: 1271 – 1283. [PubMed]
  11. Fulton S, Pissios P, Manchon RP, Stiles L, Frank L, Pothos EN, Maratos-Flier E, Flier JS. Regulación da leptina da vía da dopamina dos mesoacumbens. Neuron. 2006; 51: 811 – 822. [PubMed]
  12. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG, Pothos EN. Evidencia de exocitose dopamina mesolímbica defectuosa en ratas propensas á obesidade. FASEB J. 2008; 22: 2740 – 2746. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  13. Helm KA, Rada P, Hoebel BG. A colecistoquinina combinada coa serotonina no hipotálamo limita a liberación de dopamina de accumbens ao aumentar a acetilcolina: un posible mecanismo de saciedade. Res. Cerebral. 2003; 963: 290-297. [PubMed]
  14. Hernández L, Hoebel BG. A alimentación ea estimulación hipotalámica aumentan o volume de negocio da dopamina nos accumbens. Physiol Behav. 1988; 44: 599-606. [PubMed]
  15. Hernandez L, Stanley BG, Hoebel BG. Unha pequena sonda extraíble de microdiálise. Life Sci. 1986; 39: 2629 – 2637. [PubMed]
  16. Hoebel BG, Avena NM, Rada P. Accumbens equilibrio entre dopamina e acetilcolina no enfoque e evitación. Curr Opin Pharmacol. 2007; 7: 617-627. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
  17. Kelley AE, Berridge KC. A neurociencia das recompensas naturais: relevancia para as drogas adictivas. J Neurosci. 2002; 22: 3306-3311. [PubMed]
  18. Martel P, Fantino M. Influencia da cantidade de alimentos inxeridos na actividade do sistema dopaminérxico mesolímbico: un estudo de micodialisi. Farmacol Biochem Behav. 1996; 55: 297 – 302. [PubMed]
  19. Mogenson GJ, Wu M. Evidencia neurofarmacolóxica e electrofisiolóxica que implica o sistema de dopamina mesolímbica nas respostas de alimentación provocadas por estimulación eléctrica do feixe do cerebro medial. Res cerebro. 1982; 253: 243 – 251. [PubMed]
  20. Narita M, Nagumo Y, Hashimoto S, Narita M, Khotib J, Miyatake M, Sakurai T, Yanagisawa M, Nakamachi T, Shioda S, Suzuki T. Implicación directa de sistemas orexinérxicos na activación da vía dopamina mesolímbica e comportamentos relacionados inducidos por morfina. J Neurosci. 2006; 26: 398 – 405. [PubMed]
  21. Paxinos G, Watson C. O cerebro de rata en coordenadas estereotóxicas. Amsterdam: Academic Press; 2007
  22. Rada P, Mark GP, Hoebel BG. A galanina no hipotálamo aumenta a dopamina e reduce a liberación de acetilcolina no núcleo accumbens: un posible mecanismo para o inicio do comportamento da alimentación. Res. Cerebral. 1998; 798: 1-6. [PubMed]
  23. Radhakishun FS, van-Ree JM, Westerink BH. A comida programada aumenta a liberación de dopamina no núcleo acusado de ratas privadas de alimentos, tal e como se avalia a diálise cerebral en liña. Neurosci Lett. 1988; 85: 351 – 356. [PubMed]
  24. Ranaldi R, Pocock D, Zereik R, RA sabio. Flutuacións de dopamina no núcleo accumbens durante o mantemento, extinción e reintegración da auto-administración de D-anfetamina intravenosa. J Neurosci. 1999; 19: 4102-4109. [PubMed]
  25. Salamone JD, Steinpreis RE, McCullough LD, Smith P, Grebel D, Mahan K. Haloperidol e núcleo accumbens o agotamento da dopamina suprimen a panca para alimentar, pero aumentan o consumo de alimentos gratis nun novo procedemento de elección de alimentos. Psicofarmacoloxía. 1991; 104: 515-521. [PubMed]
  26. Sclafani A, Springer D. Obesidade dietética en ratas adultas: semellanzas con síndromes hipotalámicos e de obesidade humana. Comportamento do fisiol. 1976; 17: 461 – 471. [PubMed]
  27. Sulzer D, Rayport S. A amfetamina e outros psicoestimulantes reducen os gradientes de pH nas neuronas dopaminérxicas do cerebro e nos gránulos de cromafina: un mecanismo de acción. Neuron. 1990; 5: 797 – 808. [PubMed]
  28. Wise RA, Leone P, Rivest R, Leeb K. Elevacións do núcleo acumbens niveis de dopamina e DOPAC durante a autoadministración de heroína intravenosa. Sinapsis. 1995a; 21: 140 – 148. [PubMed]
  29. Wise RA, Newton P, Leeb K, Burnette B, Pocock D, Justice JB., Jr As fluctuaciones do núcleo acentúan a concentración de dopamina durante a autoadministración intravenosa de cocaína en ratas. Psicofarmacoloxía (Berl) 1995b; 120: 10 – 20. [PubMed]