मोटापा (सिल्वर स्प्रिंग)। लेखक पांडुलिपि; PMC 2014 जून 1 में उपलब्ध है।
अंतिम रूप में संपादित रूप में प्रकाशित:
मोटापा (सिल्वर स्प्रिंग)। 2013 दिसंबर; 21 (12): 2513-2521।
ऑनलाइन 2013 मई 29 प्रकाशित। डोई: 10.1002 / oby.20374
PMCID: PMC3700634
NIHMSID: NIHMS435903
सार
उद्देश्य
यह जांचने के लिए कि मस्तिष्क के इनाम क्षेत्रों में उच्च वसा वाले आहार (एचएफडी) डोपामिनर्जिक टोन कम हो जाता है या नहीं और मूल्यांकन करें कि क्या ये परिवर्तन एचएफडी को हटाने के बाद रिवर्स होते हैं।
डिजाइन और तरीके
नर और मादा चूहों को 60 सप्ताह के लिए एक 12% HFD खिलाया गया। एचएफडी को हटाने के एक सप्ताह बाद एक अतिरिक्त समूह का मूल्यांकन किया गया था। इन समूहों की तुलना फीडेड, आयु-मिलान नियंत्रणों से की गई थी। आरटी- qPCR द्वारा डोपामाइन संबंधित जीन की mRNA अभिव्यक्ति के साथ सुक्रोज और सैकरिन वरीयता को मापा गया था। डोपामाइन और डीओपीएसी को उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी का उपयोग करके मापा गया था। डीएटी प्रमोटर के डीएनए मेथिलिकेशन को मिथाइलेटेड डीएनए इममुनोप्रेजर्वेशन और आरटी-क्यूपीसीआर द्वारा मापा जाता था।
परिणाम
क्रोनिक एचएफडी के बाद, सुक्रोज वरीयता को कम कर दिया गया था, और फिर एचएफडी को हटाने के बाद सामान्य किया गया था। डोपामाइन जीन की कमी अभिव्यक्ति, डोपामाइन सामग्री में कमी और डीएटी प्रमोटर मेथिलिकेशन में परिवर्तन देखा गया था। महत्वपूर्ण रूप से, एचएफडी की प्रतिक्रिया और सेक्स और मस्तिष्क क्षेत्र पर निर्भर परिवर्तनों की दृढ़ता।
निष्कर्ष
ये डेटा प्रारंभिक जीवन जीर्ण एचएफडी के बाद उलटे डोपामाइन टोन की पहचान करते हैं, जो उलट और दृढ़ता के एक जटिल पैटर्न के साथ होता है जो सेक्स और मस्तिष्क क्षेत्र दोनों द्वारा भिन्न होता है। सीएनएस परिवर्तन जो कि एचएफडी निकासी के बाद रिवर्स नहीं हुआ, आहार में हस्तक्षेप के बाद वजन घटाने को बनाए रखने में कठिनाई में योगदान कर सकता है।
परिचय
व्यापक रूप से उपलब्ध है, कैलोरी-घने स्वादिष्ट भोजन की अधिक मात्रा को अमेरिका में मोटापे की उच्च दर में योगदान करने वाला प्रमुख कारक माना जाता है1)। चूँकि ऊर्जा की आवश्यकताओं को पूरा करने के बाद अक्सर पैलेटेबल खाद्य पदार्थों का सेवन किया जाता है, इसलिए पेलेटेबल खाद्य पदार्थों के पुरस्कृत गुण होमियोस्टेटिक तृप्ति संकेतों को ओवरराइड कर सकते हैं। कई न्यूरोट्रांसमीटर खिला व्यवहार (जैसे opioids, डोपामाइन, GABA, सेरोटोनिन) और साथ ही परिधीय पोषक संकेतों (जैसे, लेप्टिन, इंसुलिन, गॉललिन) के एकीकरण में एक भूमिका निभाते हैं। डोपामाइन संकेतन भोजन के प्रतिफल और पुरस्कार-प्राप्त व्यवहार दोनों में एक महत्वपूर्ण मध्यस्थ है, क्योंकि मेसोपिम्बिक / मेसोकोर्टिकल क्षेत्र में डोपामाइन भोजन, सेक्स और नशे की दवाओं के पुरस्कृत गुणों से जुड़ा हुआ है (2)। केंद्रीय प्रतिफल प्रणाली में तीखेपन के कारण स्वादिष्ट भोजन डोपामाइन के फटने का कारण बनता है (3,4)। पुरस्कृत भोजन की पुरानी खपत के साथ, समय के साथ बढ़ी हुई डोपामाइन रिलीज उन अनुकूलन को जन्म दे सकती है जो इनाम हाइपो-फ़ंक्शन से जुड़े हैं।
साक्ष्य की कई पंक्तियाँ मोटापे में परिवर्तित डोपामाइन फ़ंक्शन की परिकल्पना का समर्थन करती हैं। मानव इमेजिंग अध्ययनों से पता चला है कि अत्यधिक तालमेल वाला घोल (मिल्कशेक) पीते समय मोटे रोगियों के इनाम क्षेत्रों में सक्रियण5)। धमाकेदार इनाम की प्रतिक्रिया कम मस्तिष्क डोपामाइन रिसेप्टर D2 उपलब्धता के साथ जुड़ा था। वास्तव में, मानव डोपामाइन D2 रिसेप्टर में परिवर्तन मोटापा और लत दोनों के साथ जोड़ा गया है (6)। सिनैप्स में डोपामाइन सामग्री को डोपामाइन ट्रांसपोर्टर (डीएटी) के द्वारा बड़े पैमाने पर नियंत्रित किया जाता है। डोपामाइन ट्रांसपोर्टर का स्तर बॉडी मास इंडेक्स के साथ नकारात्मक रूप से जुड़ा हुआ है और डीएटी के आनुवांशिक रूप भी मोटापे से जुड़े हैं (7,8)। मोटापे के पशु मॉडल ने बेसल बाह्य डोपामाइन में कमी और न्यूक्लियस एक्सीमैंस और वेंट्रल टेक्टल क्षेत्र में डोपामाइन न्यूरोट्रांसमिशन को कम किया है (9,10,11)। डोपामाइन से संबंधित जीन में कमी के बाद क्रोनिक हाई फैट (एचएफ) आहार का सुझाव है कि इनाम क्षेत्रों में सिग्नलिंग में कमी आई है (12, 13,14,15)। पुरानी उच्च वसा वाले आहार के बाद डोपामाइन गतिविधि में यह कमी प्राकृतिक पुरस्कारों की संवेदनशीलता को कम कर सकती है और निरंतर अतिवृद्धि और आगे वजन बढ़ने की सुविधा प्रदान कर सकती है।
मस्तिष्क के विकास में प्रारंभिक जीवन एक महत्वपूर्ण अवधि है, और प्रारंभिक पोषण वातावरण भोजन के सेवन और ऊर्जा चयापचय को नियंत्रित करने वाले मस्तिष्क मार्गों को प्रभावित कर सकता है। एक उच्च वसा वाले आहार के लिए चूहों का शुरुआती प्रदर्शन एक सप्ताह के लिए वयस्क कैलोरिक सेवन और डोपामाइन-संबंधित सिग्नल अणुओं की अभिव्यक्ति को बदल देता है (16)। इसके अलावा, चूहों में पोषण पर प्रारंभिक प्रसव के बाद, लैक्टेशन के दौरान एक छोटे कूड़े की संख्या से संचालित होता है, संतानों को हाइपोथैलेमिक विकास में परिवर्तन करके वयस्कता के मोटापे का शिकार होने का प्रस्ताव करता है17)। जबकि यह स्पष्ट है कि प्रारंभिक जीवन पोषण मस्तिष्क के विकास और मोटापे के जोखिम को प्रभावित कर सकता है, जीवनकाल में इन परिवर्तनों के सापेक्ष स्थायित्व के बारे में बहुत कम जाना जाता है। इसके अतिरिक्त, पिछले अध्ययन पुरुष जानवरों में किए गए हैं, लेकिन इस संदर्भ में महिलाओं का अध्ययन शायद ही कभी किया गया हो। इन अंत तक, दोनों पुरुष और महिला चूहों का जन्म जीन अभिव्यक्ति और डोपामाइन चयापचय में बदलाव के लिए अध्ययन किया गया था, क्योंकि उन्हें शुरुआती जीवन में एक्सएफयूएमएक्स सप्ताह की उम्र के दौरान जन्म से एचएफ आहार की पुरानी खपत के माध्यम से मोटे बना दिया गया था। डोपामाइन प्रणाली का मूल्यांकन एचएफ आहार को हटाने के बाद एक्सएनयूएमएक्स सप्ताह का भी मूल्यांकन किया गया था, ताकि यह जांच की जा सके कि परिवर्तन जारी रहे या उलट हो गए।
तरीके और प्रक्रिया
पशु और प्रायोगिक मॉडल
C57BL / 6J महिलाओं को DBA / 2J पुरुषों (जैक्सन प्रयोगशाला, बार हार्बर, एमई) के साथ पाला गया था। सभी बांधों को मानक नियंत्रण आहार (# 5755; 18.5% प्रोटीन, 12% वसा, 69.5% कार्बोहाइड्रेट) तब तक बांटा गया, जब तक कि आधे बांधों / लीवरों को उच्च वसा वाले आहार (टेस्ट डाइट, रिचमंड, #58G9; 18%) पर नहीं रखा गया। प्रोटीन, 60% वसा, और 20.5% कार्बोहाइड्रेट)। संतान 3 सप्ताह की आयु में कम हो गई और 12 सप्ताह की आयु तक या तो नियंत्रण आहार या उच्च वसा वाले आहार पर बनी रही। शारीरिक भार साप्ताहिक दर्ज किए गए थे, और दोनों पुरुष (n = 5-10) और महिला (n = 5 – 10) चूहों का उपयोग किया गया था। पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय की संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति (IACUC) ने सभी प्रक्रियाओं को मंजूरी दे दी।
सुक्रोज और Saccharin वरीयताएँ
अलग-अलग प्रयोगों में, चूहों को व्यक्तिगत रूप से (n = 8-10 / समूह) 3 दिनों के लिए मानक पिंजरों में परीक्षण समाधान के 200 मिलीलीटर (4% सुक्रोज / 1% saccharin समाधान (w / v)) और एक अन्य के साथ रखा गया था। नल के पानी के 200 मिलीलीटर के साथ बोतल। घर का चौका उपलब्ध था बिना तैयारी के। सुक्रोज (एमएल), पानी (एमएल), और भोजन की खपत (जी), मापा गया और बोतलों का स्थान प्रतिदिन उलट दिया गया। वरीयता की गणना पिछले 2 दिनों से माप के औसत का उपयोग करके की गई थी: वरीयता% = [(सुक्रोज खपत / सुक्रोज + पानी की खपत) × 100]।
जीनोमिक डीएनए और मस्तिष्क से कुल आरएनए अलगाव
जानवरों (एन = एक्सएनयूएमएक्स / समूह) को कार्बन डाइऑक्साइड की अधिक मात्रा के साथ euthanized किया गया था, जिसके बाद ग्रीवा अव्यवस्था हुई; अमेरिकी पशु चिकित्सा मेडिकल एसोसिएशन के इच्छामृत्यु पर पैनल द्वारा अनुशंसित एक विधि। इसके बाद दिमाग को तेजी से हटाया गया और विच्छेदन से पहले 5 – 4 के लिए RNAlater (Ambion, Austin, TX) में रखा गया। प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स को अलग करने के लिए मस्तिष्क के विघटन, नाभिक accumbens और उदर tegmental क्षेत्र पहले से वर्णित के रूप में विकृत थे (18,19, 20)। जीनोमिक डीएनए और कुल आरएनए को एक साथ ऑलप्रेप डीएनए / आरएनए मिनी किट (क्यूजेन) का उपयोग करके अलग किया गया था।
मात्रात्मक वास्तविक समय पीसीआर द्वारा जीन अभिव्यक्ति विश्लेषण
प्रत्येक व्यक्तिगत नमूने के लिए, कुल शाही सेना के 500ng का उपयोग उच्च क्षमता रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन किट (एबीआई, फोस्टर सिटी, सीए) का उपयोग करके रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन में किया गया था। लक्ष्य जीन की अभिव्यक्ति ABI7900HT रीयल-टाइम पीसीआर साइक्लर पर Taqman जीन अभिव्यक्ति मास्टर मिक्स (ABI) के साथ जीन विशिष्ट Taqman जांच का उपयोग करके मात्रात्मक आरटी-पीसीआर द्वारा निर्धारित किया गया था। जीन जांच में सूचीबद्ध हैं पूरक सामग्री। प्रत्येक प्रतिलेख की सापेक्ष राशि डेल्टा सीटी मानों का उपयोग करके निर्धारित की गई थी जैसा कि पहले वर्णित है21)। जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन एक अपरिवर्तित जीएपीडीएच मानक के खिलाफ गणना की गई थी।
पूर्व vivo डोपामाइन और डोपामाइन मेटाबोलाइट्स
उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (एचपीएलसी) का उपयोग मस्तिष्क के मेसोलिम्बिक इनाम क्षेत्रों (एन = एक्सएनयूएमएक्स-एक्सएनयूएमएक्स) में डोपामाइन और इसके चयापचयों की सामग्री को मापने के लिए किया गया था, जैसा कि पहले वर्णित है (22,18)। दिमाग को जानवरों से इकट्ठा किया गया था और दाएं और बाएं गोलार्धों में विभाजित किया गया था। NAc और PFC को अलग-अलग विच्छेदित किया गया और जल्दी से सूखी बर्फ से भूनकर UM80 ° C पर संग्रहीत किया गया। 0.1 N perchloric एसिड में होमोजेनाइजेशन द्वारा विश्लेषण के लिए ऊतक तैयार किया गया था, 15,000-15 ° C पर 2 मिनट के लिए 8 rpm पर सेंट्रीफ्यूज किया गया और सतह पर तैरनेवाला फ़िल्टर किया गया। एक LC-4C इलेक्ट्रोकेमिकल डिटेक्टर का उपयोग करके नमूनों का विश्लेषण एक Bioanalytical Systems HPLC (West Lafayette, IN, USA) द्वारा किया गया था। नमूने (12 उल) 0.6 एमएल / मिनट और इलेक्ट्रोड के प्रवाह की दर पर रिवर्स चरण माइक्रोबोरे कॉलम पर इंजेक्ट किए गए थे + 0.6 V. डोपामाइन और डोपामाइन मेटाबोलाइट्स के लिए पृथक्करण 90-mM सोडियम एसीटेट से युक्त एक मोबाइल चरण द्वारा पूरा किया गया था। 35-mM साइट्रिक एसिड, 0.34-mM एथिलीनिडामाइन टेट्रासेनेटिक एसिड, 1.2-mM सोडियम ऑक्टाइल सल्फेट और 15 के pH पर 4.2% मेथनॉल v / v। डोपामाइन और इसके मेटाबोलाइट 3,4-dihydroxyphenylacetic एसिड (DOPAC) के लिए मानकों की तुलना में नमूनों की पीक हाइट्स को मापा और तुलना की गई।
मिथाइलेटेड डीएनए इम्यूनोप्रूवेरेशन (MeDIP) परख
MeDIP परख MagMeDIP किट (डायजेनोड, डेनविल, एनजे) का उपयोग करके पहले से तैयार किया गया था। मेथाइलेटेड डीएनए को एंटी-एक्सएनयूएमएक्समिथाइलसिटिडाइन एंटीबॉडी (डायजेनोड) या माउस प्री-इम्यून सीरम के साथ लेपित चुंबकीय मोतियों के एक्सएनयूएमएक्सएक्सएल का उपयोग करके प्रतिरक्षित किया गया था। MeDIP अंश में संवर्धन ABI0.15HT रियल-टाइम साइक्लर पर ChIP-qPCR परख मास्टर मिक्स (सुपरअरे) का उपयोग करके मात्रात्मक आरटी-पीसीआर द्वारा निर्धारित किया गया था। जांच किए गए सभी जीनों के लिए, प्राइमरों को प्रतिलेखन प्रारंभ साइटों के लगभग 5-7900 bp अपस्ट्रीम में स्थित CpG में फैले जीनोमिक क्षेत्रों के प्रवर्धन के लिए SuperArray (ChIP-qPCR Assays (X01) kb टाइल, SuperArray) से प्राप्त किया गया था। प्रत्येक साइट के लिए इम्यूनोप्रोपाइरेटेड डीएनए के गुना संवर्धन के रूप में MeDIP परिणाम व्यक्त किए गए थे। अंतर अधिभोग गुना परिवर्तन (% संवर्धन) की गणना करने के लिए, MeDIP डीएनए अंश सीटी मान इनपुट डीएनए अंश सीटी मानों के लिए सामान्यीकृत किया गया था।
सांख्यिकी (स्टेटिस्टिक्स)
एचएफ और एचएफ + रिकवरी समूहों के लिए वृद्ध मिलान नियंत्रणों की तुलना करते हुए छात्र टी-टेस्ट का उपयोग करके जीन अभिव्यक्ति विश्लेषण किया गया था। सर्वेक्षण किए गए कई मस्तिष्क क्षेत्रों के लिए अल्फा स्तर समायोजित किया गया था। एक मस्तिष्क क्षेत्र में प्रयुक्त जीन का महत्व p = .05 था; दो क्षेत्रों के लिए, p = 0.025, 3 मस्तिष्क क्षेत्रों के लिए p = .016। सुक्रोज वरीयता, सैकैरिन वरीयता, एचपीएलसी और मेडिप, बॉडी वेट और कॉर्टिकोस्टेरोन परख ने नियंत्रण, एचएफ और एचएफ + रिकवरी समूहों की तुलना करने के लिए वन-वे एनोवा का उपयोग करके विश्लेषण किया। समूहों के बीच जोड़ी-वार अंतर की तुलना करने के लिए पोस्ट-हॉक बोनफेरोनी मल्टीपल कम्पेरिजन टेस्ट का उपयोग किया गया था। इन परीक्षणों के लिए महत्व p = .05 के अल्फा स्तर पर निर्धारित किया गया था।
परिणाम
60 सप्ताह की आयु तक आहार (नियंत्रण) या 12% उच्च वसा वाले आहार (एचएफडी) को नियंत्रित करने के लिए चूहे की निरंतर पहुंच थी। 12 सप्ताह की आयु में, एचएफ-खिलाए गए जानवरों में से आधे को 4 सप्ताह (एचएफ + रिकवरी) के लिए घर की चौकी पर रखा गया था। पुरुषों और महिलाओं दोनों में, एचएफडी जानवर (मंडलियां) 9 सप्ताह की उम्र (पी <.05) पर शुरू होने वाले नियंत्रणों की तुलना में भारी थे और वसूली अवधि के दौरान नियंत्रणों की तुलना में भारी रहे (पूरक चित्रा 1).
प्राकृतिक और गैर-लाभकारी पुरस्कृत उत्तेजनाओं के लिए जानवरों की प्रतिक्रिया का आकलन करने के लिए सुक्रोज और सैचरिन वरीयता परीक्षणों का संचालन किया गया। सुक्रोज वरीयता लेकिन एचएफ आहार जोखिम के बाद सैकरीन की पसंद को बदल नहीं दिया गया था और पुरुषों और महिलाओं में एचएफडी की वसूली के बाद सामान्य स्तर पर लौट आया। एक तरह से एनोवा ने पाया सूक्रोज वरीयता पुरुषों में काफी कम हो गई थी (अंजीर। 1A) और महिलाओं में कमी की ओर रुझान (अंजीर। 1B) एचएफडी एक्सपोज़र के बाद (एफ (2,16) = 4.82, पी <.05; एफ (2,16) = 5.41, पी <.06, क्रमशः)। एचएफडी को हटाने के बाद, यह व्यवहार सामान्य हो गया और सुक्रोज वरीयता अब नियंत्रण से अलग नहीं हुई। सैकरीन की पसंद को पुरुषों में नहीं बदला गया (अंजीर। 1C) या महिलाएं (अंजीर। 1D) एचएफडी एक्सपोजर के परिणामस्वरूप।
क्योंकि डोपामाइन इनाम व्यवहार का एक प्रमुख नियामक है, एचएफडी पर 12 हफ्तों के बाद और एचएफडी से 4 हफ्तों की वसूली के बाद एक अतिरिक्त समूह में पुरुषों और महिलाओं के एक अलग कोहर्ट के इनाम सर्किट के भीतर डोपामाइन-संबंधित जीन अभिव्यक्ति की जांच की गई थी। टेबल 1 VTA, PFC और NAc में जीन एक्सप्रेशन पैटर्न और सांख्यिकीय विश्लेषण को सारांशित करता है। वीटीए में, सिनैप्टिक टर्मिनलों पर डोपामाइन के स्तर को विनियमित करने में महत्वपूर्ण तीन जीनों को मापा गया: कैटेकोलामाइन मिथाइल ट्रांसफ़रेज़ (COMT) कैटेकोलामाइन न्यूरोट्रांसमीटर की निष्क्रियता में शामिल; डोपामाइन ट्रांसपोर्टर (डीएटी), झिल्ली फैले हुए पंप जो सिनैप्स से डोपामाइन को साफ करता है, और डायरामाइन संश्लेषण के लिए दर-सीमित एंजाइम, टाइरोसिन हाइड्रॉक्सिलेज़ (टीएच)। प्रत्येक समूह के लिए गुना परिवर्तन मूल्य वृद्ध मिलान नियंत्रणों का उपयोग करके निर्धारित किए गए थे (जैसे दोनों नियंत्रण समय बिंदु 1 पर सेट हैं, और स्पष्टता के लिए केवल एचएफडी के लिए नियंत्रण को ग्राफ़ पर दर्शाया गया है)। छात्र के टी-टेस्ट (n = 5 / समूह) ने पुरुष वीटीए में खुलासा किया कि एचएफडी एक्सपोज़र द्वारा COMT, DAT और TH mRNA में काफी कमी आई थी (अंजीर 2A) और आहार (एचएफ + रिकवरी) की वसूली अवधि के बाद नियंत्रण के स्तर पर वापस आ गया या उससे अधिक हो गया।
पीएफसी और एनएसी में, डोपामाइन सिग्नलिंग और डोपामाइन टर्नओवर के लिए महत्वपूर्ण जीन की जांच की गई (n = 5 / समूह): COMT; प्रोटीन फॉस्फेटेज़ 1 नियामक सबयूनिट 1B (DARPP-32), रिसेप्टर उत्तेजना द्वारा विनियमित प्रोटीन को इंगित करने वाली एक डाउन स्ट्रीम; डोपामाइन रिसेप्टर D1 (DRD1), एक पोस्टसिनेप्टिक जी-प्रोटीन युग्मित रिसेप्टर जो एडेनिल साइक्लेज को उत्तेजित करता है; और डोपामाइन रिसेप्टर D2 (DRD2), एक पोस्टसिनेप्टिक जी-प्रोटीन युग्मित रिसेप्टर जो एडेनिल साइक्लेज़ को रोकता है। पुरुष पीएफसी में (अंजीर। 2B), DARPP-32 बढ़ाया गया था, जबकि DRD1, और DRD2 को एचएफडी एक्सपोजर के बाद कम किया गया था, और ये बदलाव एचएफडी को हटाने के बाद बने रहे (हालांकि DARPP-32 mRNA में वृद्धि सांख्यिकीय रूप से विश्वसनीय नहीं थी)। पुरुष एनएसी में (अंजीर। 2C), COMT, DRD1, और DRD2 को एचएफडी एक्सपोज़र से कम किया गया, और एचएफडी को हटाने के बाद नियंत्रण स्तर से नीचे रहा। DARPP-32 का स्तर HFD द्वारा बढ़ाया गया था, लेकिन HFD से 4 सप्ताह के बाद नियंत्रण से काफी कम हो गया।
मादा चूहों (n = 5 / समूह) में एक ही मस्तिष्क क्षेत्र और जीन की जांच की गई। के रूप में दिखाया गया टेबल 2, एचएफडी के जवाब में जीन अभिव्यक्ति के पैटर्न में महत्वपूर्ण अंतर देखे गए, साथ ही साथ आहार को ठीक करने के लिए भी। पुरुषों के समान, वीटीए में, COMT के mRNA स्तर, और TH को एचएफडी एक्सपोज़र के बाद काफी कम किया गया था (अंजीर 2D)। हालांकि, पुरुषों के विपरीत, एचएफडी को हटाने के बाद ये परिवर्तन बने रहे। इसके अलावा, पुरुषों में देखे गए पैटर्न के सीधे विरोध में, एचएफडी एक्सपोज़र ने महिलाओं में वीटीए में डीएटी एमआरएनए अभिव्यक्ति में वृद्धि की, और एचएफडी के स्तर को हटाने के बाद आयु मिलान नियंत्रण से भी कम थे। PFC में, केवल DARPP-32 को पुराने HFD से प्रभावित किया गया था, 12 सप्ताह HFD के बाद mRNA के स्तर में उल्लेखनीय वृद्धि के साथ, और HFD को हटाने के बाद नियंत्रण के स्तर पर वापसी। COMD और D1R mRNA दोनों को एचएफडी से 4 सप्ताह बाद काफी कम कर दिया गया था। महिला एनएसी, COMT, DRD1 और DRD2 में एचएफ एक्सपोज़र (अंजीर। 2F)। आहार हटाने के बाद के स्तर को नियंत्रित करने के लिए DRD1 और DRD2 बरामद हुए, जबकि COMT के स्तर 4wk रिकवरी के बाद काफी कम रहे।
VTA में डोपामाइन विनियमन जीन के लिए जीन अभिव्यक्ति में लगातार कमी को देखते हुए, डोपामाइन और डोपामाइन चयापचयों को उन क्षेत्रों में मात्राबद्ध किया गया था जो वीटीए, पीएफसी और एनएसी से अनुमान प्राप्त करते हैं। चित्रा 3 पुरुषों में पीएफसी और एनएसी से डोपामाइन (डीए) और डोपामाइन मेटाबोलाइट (डीओपीएसी) दिखाता है (अंजीर। 3A, 3C) और महिलाएं (अंजीर। 3B, 3D)। पुरुषों में, एचएफडी के संपर्क में पीएफसी में डोपामाइन के स्तर में कमी आई (अंजीर। 3A) और एनएसी (अंजीर 3C) (एफ (2,13) = 3.95; एफ (2,18) = 3.536, पी <.05), जो केवल एनएसी में एचएफडी हटाने के बाद बरामद हुआ। डोपामाइन टर्नओवर (DOPAC: DA अनुपात) पुरुष PFC (F (2,12) = 3.85, p <.05) और NAC (F (2,17) = 4.69, p <.05) में वृद्धि हुई। इसके विपरीत, महिलाओं में DA और DOPAC पर HFD का प्रभाव पुरुषों की तुलना में गुणात्मक रूप से भिन्न था। PFC में, HFD ने DA या DOPAC स्तरों को प्रभावित नहीं किया। NA में, HFD से खिलाए गए जानवरों में DA का स्तर कम हो गया और HFD को हटाने के बाद भी कम रहाअंजीर। 3D, एफ (2,23) = 4.79, पी <.05)। DOPAC का स्तर महिलाओं के NAc में अपरिवर्तित था, जिसके परिणामस्वरूप DA कारोबार (DOPAC: DA अनुपात) (F (2,23) = 7.00, p <.01) में वृद्धि हुई।
यह देखते हुए कि डीएटी प्रतिलेखन को अंतर डीएनए मेथिलिकरण द्वारा विनियमित किया जा सकता है और वीटीए में डीएटी की अभिव्यक्ति में उल्लेखनीय लिंग अंतर के अवलोकन से डीएटी के प्रमोटर क्षेत्र में डीएनए मेथिलिकरण की जांच की गई। में चित्रा 4A, 4C वीटीए में डैट जीन अभिव्यक्ति को फिर से स्पष्टता के लिए प्रस्तुत किया गया है (से लिया गया) अंजीर 2A और 2D)। DAT प्रमोटर मेथिलिकेशन में पुरुषों में काफी वृद्धि हुई थी (अंजीर। 4B) एचएफडी के बाद और एचएफडी + रिकवरी पुरुषों (एफ (2,11) = 23.64, पी <.01) में नियंत्रण के स्तर पर लौट आया। महिलाओं में, डीएटी प्रमोटर मेथिलिकरण एचएफडी जानवरों (डी) में कमी की ओर बढ़ गया और एचएफडी + रिकवरी फीमेल्स (चित्र 5 डी, एफ (2,12) = 5.70, पी <.05) में काफी कमी आई।
मूल्यांकन करने के लिए कि रिकवरी अवधि में एचएफडी को हटाने से एक तनाव होता है, बेसलाइन प्लाज्मा कॉर्टिकोस्टेरोन का स्तर (क्रोनिक / डीएल) नियंत्रण में ले लिया गया, एचएफडी एक्सपोजर (एक्सएनयूएमएक्स सप्ताह), एचएफडी + एक्सएनयूएमएक्सवाइक रिकवरी और एचएफडी + एक्सएनयूएमएक्सवाइक रिकवरी ग्रुप (एन = एक्सएनयूएमएक्स) / समूह, पूरक छवि। 2)। एक तरफ़ा ANOVA ने नर पशुओं (F (3,16) = 3.21, ns) में समूहों के बीच कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं बताया।
चर्चा
प्रारंभिक जीवन में शुरुआत में उच्च वसा वाले आहार (एचएफडी) की पुरानी खपत का उपयोग चूहों में आहार-प्रेरित मोटापा स्थापित करने के लिए किया गया था। चूहे ने सुक्रोज वरीयता को कम कर दिया और मस्तिष्क के इनाम क्षेत्रों में डोपामिनर्जिक टोन के कम होने के प्रमाण मिले। एचएफडी से एक्सएनयूएमएक्स हफ्तों के बाद, पुरुषों और महिलाओं दोनों में सुक्रोज वरीयता सामान्य हो गई, हालांकि, कुछ डोपामाइन जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन जारी रहा। ये प्रयोग मस्तिष्क इनाम प्रणाली पर क्रोनिक एचएफडी के प्रभाव का वर्णन करने वाले महत्वपूर्ण नए डेटा प्रदान करते हैं, जो पुरुष और महिला चूहों के बीच वसूली और प्रमुख सेक्स अंतर की क्षमता को उजागर करते हैं।
एचएफडी खिलाया जानवरों में, एक कम सुक्रोज वरीयता देखी गई, जो एक वसूली अवधि के बाद उलट गई। ये निष्कर्ष HFD सेवन की हमारी पिछली रिपोर्ट का विस्तार करते हुए एक कम सुक्रोज वरीयता को बढ़ाते हैं (23) यह प्रदर्शित करके कि यह एचएफडी एक्सपोज़र की एक छोटी अवधि (एक्सएनयूएमएक्स सप्ताह बनाम एक्सएनयूएमएक्स सप्ताह) के साथ हो सकता है, और महत्वपूर्ण बात यह है कि प्रतिक्रिया एचएफडी की अनुपस्थिति में ठीक हो जाती है। महिला चूहों ने पुरुषों के समान प्रतिक्रिया पैटर्न का प्रदर्शन किया। ये निष्कर्ष साहित्य में दूसरों के साथ संगत हैं जो कि एक जोड़ी खिलाए गए समूह को शामिल करने के माध्यम से दिखाया गया है जो पुरानी एचएफडी, और प्रति मोटापा नहीं, एक सुव्यवस्थित कार्य में सुक्रोज के लिए प्रतिक्रिया को पूरा करता है (24)। इसी तरह, वर्तमान अध्ययन में, एचएफडी से एक्सएनयूएमएक्स हफ्तों के बाद सुक्रोज वरीयता बरामद हुई, जबकि शरीर का वजन काफी बढ़ा हुआ था, इस निष्कर्ष का समर्थन करते हुए कि सुक्रोज वरीयता कम हो गई, एचएफडी एक्सपोज़र द्वारा प्रेरित था और शरीर के वजन के साथ नहीं। यह विशेष रूप से दिलचस्प था कि सैकरिन वरीयता में कोई बदलाव नहीं हुआ था। यह संकेत दे सकता है कि क्रोनिक एचएफडी अलग-अलग कैलोरी और गैर-कैलोरी मिठाई पुरस्कारों की प्रतिक्रिया को प्रभावित करता है। पोस्ट इंटेस्टिव इफेक्ट्स को प्रभावकारिता की प्राथमिकता को प्रभावित करने के लिए दिखाया गया है, क्योंकि सुक्रोज का सेवन "मीठे-अंधा" स्वाद रिसेप्टर नॉकआउट चूहों में डोपामाइन रिलीज को प्रेरित करने के लिए दिखाया गया है (25), पोषण मूल्य इनाम और सुदृढीकरण के लिए आवश्यक है (26) और स्वाद-स्वतंत्र चयापचय संवेदी मार्ग को ड्रोसोफिला में परिभाषित किया गया है (27)। सच्चरिन सुक्रोज की तुलना में काफी मीठा होता है, इसलिए मिठास में समानता स्थापित करने का प्रयास किया गया (आमतौर पर एक्सन्यूएमएक्स-एक्सएनयूएमएक्सएक्स सुक्रोज की उच्च सांद्रता)26)) हालांकि इन जानवरों में सुक्रोजिन के लिए सैकैरिन की समग्र वरीयता कम थी। इसलिए, एक वैकल्पिक व्याख्या यह हो सकती है कि एचएफडी ने सुक्रोज वरीयता को आंशिक रूप से प्रभावित किया है क्योंकि यह सैकरीन (उच्च बनाम निम्न मूल्य इनाम) की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक पुरस्कृत था, हालांकि जानवरों में अभी भी सैकरिन (~ एक्सएनयूएमएक्स-एक्सएनयूएमएक्स% प्रीफेंस) की तुलना में सैकरीन के लिए एक मजबूत वरीयता प्राप्त हुई है। ~ सुन्नोस के लिए 75-80% वरीयता)।
VTA, NAc और PFC के भीतर कुल मिलाकर, डोपामिनर्जिक जीन की अभिव्यक्ति पुराने एचएफडी के बाद पुरुष चूहों में कम हो गई थी। ये निष्कर्ष एचएफडी के जवाब में डोपामाइन से संबंधित जीन में घटने वाले अन्य अध्ययनों के अनुरूप हैं (12,13,15)। डोपामाइन D2 रिसेप्टर अभिव्यक्ति में कमी और समारोह मानव इमेजिंग अध्ययन में देखा गया है (5, 28) और कृंतक मोटापा मॉडल (14, 29)। डोपामाइन संकेतन में कमी से प्राकृतिक पुरस्कारों के प्रति संवेदनशीलता कम हो जाती है और इसलिए यह खाद्य पदार्थों के अधिक सेवन और आगे वजन बढ़ने की सुविधा प्रदान कर सकता है (30,31)। इसके अलावा, बाधित डोपामाइन होमियोस्टेसिस के माध्यम से संचालित डीएटी सतह की अभिव्यक्ति को उच्च वसा वाले आहार का सेवन बढ़ाने के लिए जाना जाता है (32)। इस पैटर्न का एक अपवाद DARPP-32, एक डोपामाइन- और चक्रीय एएमपी-विनियमित फॉस्फोप्रोटीन के साथ देखा गया था, जो NAC और PFC में HFD के बाद बढ़ गया था। DARPP-32 डोपामाइन द्वारा नियंत्रित जैव रासायनिक और व्यवहार प्रतिक्रियाओं की एक किस्म को एकीकृत करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह हो सकता है कि DARPP-32 अपग्रिगेशन D1R के पुराने डाउन रेगुलेशन के जवाब में प्रतिपूरक था। इसी तरह के मॉडल (चूहों में 12 wk HFD) में, यह दिखाया गया है कि NAN में DARPP-1 के फॉस्फोराइलेशन में वृद्धि के कारण D32R डाउन रेगुलेशन का मिलान किया गया था।33).
एचएफडी को हटाने के बाद कुछ अध्ययनों ने इन परिवर्तनों की वसूली के लिए क्षमता की जांच की है। हालांकि, दो हालिया रिपोर्टों में, जीन की अभिव्यक्ति में बदलाव और इनाम प्रणाली की कमी एक छोटी वापसी अवधि (14 – 18d) (13, 14)। इसके विपरीत, गैस्ट्रिक बाईपास सर्जरी से पहले और बाद में मोटे रोगियों में अध्ययन ने वजन घटाने की लंबी अवधि के बाद डोपामिनर्जिक परिवर्तनों का उलटा असर दिखाया है (34)। पुरुषों में, मस्तिष्क क्षेत्र द्वारा वसूली का पैटर्न भिन्न होता है। वीटीए में, COMT, डीएटी में मनाया कम हो जाता है, और एचएफडी को हटाने के साथ टीएच को सामान्य किया गया था। इसके विपरीत, NA और PFC में देखे गए सभी जीन अभिव्यक्ति परिवर्तन सामान्य नहीं हुए। वर्तमान अध्ययन में, क्रोनिक एचएफडी ने महत्वपूर्ण वजन बढ़ाया और आहार से एक्सएनयूएमएक्स हफ्तों के बाद, जानवरों को नियंत्रण की तुलना में काफी भारी था। इसलिए, बाद में चयापचय और हार्मोनल परिवर्तन जो मोटापे के साथ होते हैं (उदाहरण के लिए, लेप्टिन, बढ़े हुए एडिपोकिंस) आहार से 4 सप्ताह में अभी भी मौजूद थे। इसलिए, जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन होता है जो सामान्यीकृत होता है (उदाहरण के लिए, वीटीए में) मुख्य रूप से एचएफडी द्वारा संचालित किया जा सकता है, जबकि जिन्हें बनाए रखा गया था (एनएसी और पीएफसी में) मोटापे के लिए और अधिक कसकर जोड़ा जा सकता है। डाइटिंग द्वारा वजन घटाने का रखरखाव चरित्रहीन रूप से कम है (4% के साथ)35) 80% (36) खोए हुए वजन को पुनः प्राप्त करने वाले रोगियों की)। इनाम क्षेत्रों में जीन अभिव्यक्ति परिवर्तनों की यह दृढ़ता आंशिक रूप से इस सामान्य घटना की व्याख्या करने में महत्वपूर्ण हो सकती है। यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि मनाया व्यवहार और जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन, बदलते आहार से जुड़े तनाव के कारण होने की संभावना नहीं है, क्योंकि HFD पर या 1wk या 4wk रिकवरी के बाद बेसल प्लाज्मा कॉर्टिकॉस्टोरोन के स्तर में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं हुए हैं।
दिलचस्प सेक्स मतभेदों का पता चला था, दोनों को पुरानी एचएफडी के जवाब में, साथ ही आहार हटाने के जवाब में। मादाएं डोपामाइन से संबंधित जीनों में समग्र कमी दिखाने में पुरुषों के समान थीं जो डीए गतिविधि में कमी की भविष्यवाणी करेगी, विशेष रूप से वीटीए और एनएसी में। एक उल्लेखनीय सेक्स अंतर एचएफडी के बाद महिला वीटीए में डीएटी एमआरएनए अभिव्यक्ति में वृद्धि थी। जीन अभिव्यक्ति में यह अंतर, दोनों लिंगों में TH जीन अभिव्यक्ति में समान कमी के साथ युग्मित होता है, जो NAF के भीतर डोपामाइन न्यूरोट्रांसमिशन में महत्वपूर्ण अंतर का सुझाव देगा, दोनों HFD एक्सपोज़र के अंत में और साथ ही रिकवरी अवधि के बाद। इन मतभेदों के कार्यात्मक महत्व के लिए एक बड़ी प्रशंसा भविष्य के अनुसंधान का एक महत्वपूर्ण ध्यान केंद्रित है।
इसके अतिरिक्त, जबकि पुरुष वीटीए में COMT और TH कम हो जाते हैं, ये HFD से 4-week के बाद महिलाओं में बने रहते हैं। यह निर्धारित किया जाना बाकी है कि क्या ये अंतर आहार से अधिक समय के साथ उलट जाएगा, हालांकि, यह इस निष्कर्ष का समर्थन करता है कि मादा कम से कम ठीक होने के लिए है, अगर वे बिल्कुल ठीक हो जाएं। इसके अलावा, NAc और PFC में D1R और D2R की जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन पुरुषों और महिलाओं के बीच काफी भिन्न थे। पुरुषों में, दोनों क्षेत्रों में जीन की अभिव्यक्ति में सामान्य रूप से कमी आई थी जो कि आहार निष्कासन के बाद काफी हद तक बनी रही थी। महिलाओं में, NAN में D1R और D2R को घटाया गया और फिर बरामद किया गया, लेकिन पीएफसी में डोपामाइन रिसेप्टर्स पर एचएफडी का कोई प्रभाव नहीं था। वर्तमान अध्ययनों में, एस्ट्रस चरण के लिए लेखांकन के बिना मादा जानवरों की बलि दी गई थी। हालांकि कुछ देखे गए एंडपॉइंट्स को एस्ट्रस चक्र में भिन्नता के लिए जाना जाता है, लेकिन इस अध्ययन में मादा जानवरों ने एंडपॉइंट्स में बढ़े हुए विचरण को प्रदर्शित नहीं किया, खासकर जब आहार में हेरफेर के प्रभाव की तुलना में।
जीन अभिव्यक्ति के निष्कर्षों के पूरक के लिए, डोपामाइन को वीटीए के प्राथमिक प्रक्षेपण क्षेत्रों में मापा गया था, अर्थात् पीएफसी और एनएके। डोपामाइन का स्तर VTA में TH mRNA में देखे गए समानांतर परिवर्तनों की ओर जाता है। पुरुषों और महिलाओं दोनों के NAc में, HFD आहार के जवाब में DA का स्तर कम हुआ; एक प्रतिक्रिया जो पुरुषों में बरामद हुई, लेकिन महिलाओं की नहीं। पीएफसी में, एचएफडी द्वारा डोपामाइन का स्तर भी कम किया गया था, हालांकि, पीएफसी में आहार से कोई वसूली नहीं हुई। इसके अतिरिक्त, महिलाओं में पुरुषों की तुलना में प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में डोपामाइन का स्तर कम था। DAT अभिव्यक्ति और कार्य में सेक्स अंतर साहित्य में अच्छी तरह से जाना जाता है, महिलाओं के साथ DAT अभिव्यक्ति में वृद्धि हुई है (37) और फ़ंक्शन (38), और ये अंतर पुरुषों और महिलाओं के बीच डोपामाइन के विभिन्न आधारभूत स्तरों में योगदान कर सकते हैं। DOPAC की परीक्षा: DA अनुपात जानकारीपूर्ण है। इस अनुपात में वृद्धि ने डीए में घटती क्षतिपूर्ति प्रतिक्रिया को प्रतिबिंबित किया है। डोपामाइन चयापचय में इन परिवर्तनों के दीर्घकालिक कार्यात्मक महत्व का उपयोग कर डोपामाइन रिलीज में परिवर्तन को मापने के द्वारा रोशन किया जाएगा vivo में microdialysis।
इसके अलावा, ये डेटा विशेष रूप से पुरुषों में DAT जीन के प्रमोटर के भीतर डीएनए मेथिलिकरण के गतिशील विनियमन की पहचान करते हैं। हाल ही में, हमने प्रदर्शन किया है कि एचएफ़डी के जवाब में डीएटी की अभिव्यक्ति को गतिशील डीएनए मेथिलिकेशन द्वारा गतिशील रूप से विनियमित किया जा सकता है (12), और उस DAT प्रमोटर मेथिलिकरण जीन की अभिव्यक्ति में कमी के साथ बढ़ जाती है। यहां हम इस प्रतिक्रिया की प्लास्टिसिटी की पहचान करते हैं, क्योंकि एचएफडी को हटाने पर पुरुषों में देखी जाने वाली डीएनए मेथिलिकेशन (और एमआरएनए की कमी हुई अभिव्यक्ति) बढ़ जाती है। एपिजेनेटिक जीन विनियमन, उदाहरण के लिए डीएनए मेथिलिकरण में परिवर्तन के माध्यम से, एक मार्ग प्रस्तुत करता है जिससे जीव आसानी से पर्यावरणीय चुनौतियों के अनुकूल हो सकते हैं। जीवनकाल के दौरान एपिजेनेटिक निशान बनाए रखा जा सकता है (39), और सुसंस्कृत भ्रूण स्टेम कोशिकाओं में, बदलती डीएनए स्थितियों के जवाब में अंतर डीएनए मेथिलिकेशन के प्रतिवर्ती और लगातार दोनों पैटर्न देखे गए (40)। ये डेटा सबसे पहले प्रदर्शित होते हैं vivo में एक गतिशील मेथिलिकरण पैटर्न जो एक पर्यावरणीय चुनौती की उपस्थिति या अनुपस्थिति के साथ बदलता है। यह उल्लेखनीय है कि महिलाओं में यह समान पैटर्न नहीं देखा गया था। जबकि एचएफडी की प्रारंभिक प्रतिक्रिया भविष्यवाणी की गई थी (डीएनए मेथिलिकेशन ड्राइविंग में वृद्धि हुई जीन अभिव्यक्ति में कमी), यह पैटर्न पुनर्प्राप्ति अवधि के दौरान बनाए नहीं रखा गया था। इससे पता चलता है कि एचएफडी बंद होने के चार सप्ताह के दौरान डीएनए मेथिलिकरण और जीन की अभिव्यक्ति अछूती हो सकती है या यह सुझाव दे सकती है कि महिलाओं में अन्य तरीकों से डीएटी एमआरएनए को विनियमित किया जाता है।
पुरुषों में, सुक्रोज वरीयता, वीटीए में डीए-संबंधित जीन अभिव्यक्ति, और एनएसी में डोपामाइन एक संगत पैटर्न का पालन करते हैं, पुरानी एचएफडी के जवाब में दमन के जवाब में जो आहार को हटाने के बाद ठीक हो जाता है। दिलचस्प है, जबकि सुक्रोज के लिए व्यवहार प्रतिक्रियाएं महिलाओं में समान हैं, दोनों जीन अभिव्यक्ति पैटर्न और NAc डोपामाइन का स्तर एचएफडी को हटाने पर वसूली की कमी दिखाते हैं। रिवार्ड से संबंधित व्यवहार स्पष्ट रूप से अतिरिक्त न्यूरोट्रांसमीटर सिस्टम जैसे कि ओपिओइड से प्रभावित होते हैं, और शायद महिलाओं में, सुक्रोज के लिए व्यवहारिक प्रतिक्रिया अधिक दृढ़ता से ओपिओइड में परिवर्तन से जुड़ी होती है। कुल मिलाकर, वर्तमान आंकड़ों से पता चलता है कि एचएफडी की प्रारंभिक प्रतिक्रिया, साथ ही एचएफडी को हटाने के बाद वसूली के लिए दोनों में सेक्स अंतर, डोपामाइन से संबंधित जीन अभिव्यक्ति के संबंध में भविष्य के अनुसंधान के लिए एक महत्वपूर्ण दिशा का प्रतिनिधित्व करता है, जो कि जीर्ण खपत का निर्देश देता है। एचएफडी मस्तिष्क की इनाम प्रणाली को प्रभावित करता है। सबसे विशेष रूप से, ये डेटा एचएफडी के लिए डोपामिनर्जिक प्रतिक्रिया में महत्वपूर्ण प्लास्टिसिटी की पहचान करते हैं, यह सुझाव देते हैं कि जबकि पुरानी एचएफडी खपत और / या मोटापे के प्रतिकूल प्रभाव महत्वपूर्ण हैं, वसूली की संभावना मौजूद है।
इस विषय में पहले से क्या ज्ञात है
- मोटे मरीजों में डोपामाइन रिसेप्टर एक्सप्रेशन और फंक्शन कम हो जाते हैं
- उच्च वसा वाले आहार के लगातार संपर्क में आने से डोपामाइन से संबंधित जीन और इनाम व्यवहार में बदलाव होता है
- डोपामाइन न्यूरोट्रांसमिशन को मोटापा कृन्तकों में बदल दिया जाता है।
इस पांडुलिपि विषय के लिए क्या जोड़ता है
- उच्च वसा वाले आहार में सीएनएस प्रतिक्रिया में लिंग अंतर की पहचान।
- डोपामिनर्जिक की प्लास्टिसिटी का मूल्यांकन उच्च वसा वाले आहार को हटाने पर होता है।
- उच्च वसा वाले आहार के जवाब में गतिशील डीएनए मेथिलिकरण की पहचान
Acknowledgments
यह काम निम्नलिखित अनुदानों द्वारा समर्थित था: MH087978 (TMR), MH86599 (IL), और T32 GM008076 (JLC)।
संदर्भ
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