A mezolimbikus dopamin neurotranszmisszió hiányosságai patkányok étrend-elhízásában (2009)

Megjegyzések: a tanulmány kimutatta, hogy a „cafeteria food” túlzott mértékű elhízáshoz vezetése csökkenti a dopaminszintet és tompítja a normális patkányok chow-jára adott dopamin-választ. A patkányoknak azonban továbbra is jutalma volt a cafeteria ételére. A sok tanulmány közül az egyik olyan agyi változásokat mutat be, amelyek hasonlóak a drogfüggőkhöz. A természetes jutalmak szokatlan változatainak túlzott fogyasztása függőséghez vezethet.

Neuroscience. 2009 április 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 és a EN Pothosa,*

A kiadó ennek a cikknek a végleges szerkesztett változata elérhető a következő weboldalon: Neuroscience

Lásd a PMC egyéb cikkeit idéz a közzétett cikket.

Ugrás:

Absztrakt

Az étrendi elhízás fokozott kalóriabevitelét olyan központi mechanizmusok vezethetik, amelyek szabályozzák a jutalom-kereső magatartást. A mezolimbikus dopamin rendszer, és különösen a magvakat felhalmozódó atommag egyaránt táplálja az élelmet és a gyógyszert. Megvizsgáltuk, hogy a patkányok étrendi elhízása kapcsolódik-e a dopaminerg neurotranszmisszió változásaihoz az adott régióban. A Sprague – Dawley patkányokat kávézó stílusú étrendre helyezték az elhízás kiváltására, vagy laboratóriumi étkező étrendet a normál testsúlynövekedés fenntartása céljából. Az extracelluláris dopamin szintet a következőkkel mértük: in vivo mikrodialízis. Az elektromosan kiváltott dopamin felszabadulást ex vivo mértük a nucleus accumbens és a dorsalis striatum koronaszeleteiben, valós idejű szénszálas amperometriával. 15 hét alatt a cafeteria-diétával táplált patkányok elhízottak (testtömegük növekedése> 20% -kal), és alacsonyabb extracelluláris accumbens dopaminszintet mutattak, mint a normál testsúlyú patkányok (0.007 ± 0.001 vs. 0.023 ± 0.002 pmol / minta; P<0.05). Az elhízott patkányok sejtmagjában a dopamin felszabadulását egy cafeteria-diéta kihívás stimulálta, de ez nem reagált a laboratóriumi chow étkezésre. A d-amfetamin (1.5 mg / kg ip) szintén enyhített dopamin választ mutatott elhízott patkányokban. Azok az elektromosan kiváltott dopamin szignál ex vivo mérések, amelyek a nucleus carrbens szeletekben sokkal gyengébb választ mutattak az elhízott állatokban (12 vs. 25 × 106 dopamin molekulák stimulációnként, P<0.05). Az eredmények azt mutatják, hogy a mezolimbikus dopamin neurotranszmisszió hiánya összefügg az étrendi elhízással. A depressziós dopamin felszabadulás az elhízott állatokat kompenzálásra késztetheti ízletes „kényelmi” étel fogyasztásával, amely inger felszabadította a dopamint, amikor a laboratóriumi chow nem sikerült.

Kulcsszavak: atommagok, striatum, táplálás, testtömeg, amfetamin, hiperfágia

Az étrendi elhízás gyors növekedése az iparosodott társadalmakban azt jelzi, hogy a nem homeosztatikus jelátviteli útvonalak felelősek lehetnek a krónikus pozitív energiabevitelért. Alapvető kérdés az, hogy a laboratóriumi állatok és az emberek miért folytatják az energiagazdag, ízletes ételek fogyasztását olyan mértékben, hogy elhízássá váljanak. Evolúciós szempontból várható, hogy az agy kifejlesztett egy rendszert, amely reagál a természetes jutalmakra, mint például az étel. Ezeket a központi mechanizmusokat a fajok között megőrzik a túlélés biztosítása érdekében (Kelley és Berridge, 2002), és kölcsönhatásba léphet a testtömeg-szabályozó áramkörrel vagy modulálhatja azt. Ezért a jutalmazható, ízletes ételek rendelkezésre állása megnövekedett kalóriabevitelhez és súlygyarapodáshoz vezethet, amelyet a homeosztázisvezérelt mechanizmusok, amelyek elsősorban a hipotalamuszból származnak, nem tudják legyőzni. Ez a lehetőség legalább részben megmagyarázhatja az étrendi elhízás járványos arányát.

Az idegrendszerek körében kiemelkedő a mezolimbikus dopamin útvonalak, amelyekről ismert, hogy a dopamin hatása, különösen a nucleus akumulbens terminálisokban, közvetíti a megerősítő mechanizmusokat. Ennek a rendszernek az aktiválása magában foglalja a dopaminszint emelkedését és a dopamin-forgalom változásait a természetes kifizetődő viselkedés, például a táplálás után (Hernandez és Hoebel, 1988; Radhakishun és munkatársai, 1988). Ezen túlmenően a dopaminnak a magjaiban a felhalmozódásban (és a szomszédos háti striatumban) fokozódik az ételekhez kapcsolódó ingereknek való kitettség és az étel elérésével kapcsolatos motoros aktivitás (Mogenson és Wu, 1982; Bradberry és munkatársai, 1991; Salamone és munkatársai, 1991). Ezért indokolt elvárni, hogy az étrendi elhízás összekapcsolódjon az ízletes, nagy energiájú ételek mezolimbikus dopamin felszabadító képességével.

Ebben a tanulmányban azt vizsgáltuk, hogy a patkányok krónikus expozíciója (15 hetek) egy nagy energiájú, ízléses kávézó étrenddel okoz-e változásokat a nucleus activumban, a dopaminban. Ez a nagyon ízléses étrend sikeresen indukálja az étrendi elhízást patkányokban, és a legfontosabb az emberi elhízás kialakulása szempontjából (Sclafani és Springer, 1976). Ezenkívül a kávézó étrend lehetővé tette a különbséget a magas zsírtartalmú és a magas szénhidráttartalmú preferenciák között, valamint hogy ezek az előnyök befolyásolták-e a mezolimbikus dopamin felszabadulást. Megállapítottuk, hogy a Sprague – Dawley patkányok napi kalóriafelvételük nagy részét magas szénhidrátforrásokból vették ki, és diéta-indukált elhízás (DIO) alakult ki. Ezen felül kimutatták, hogy az alsó dopamin-felszabadulás a magvakon felhalmozódik, és enyhített dopaminválasz a standard chow étkezésre vagy a damfetamin.

KÍSÉRLETI ELJÁRÁSOK

Állatok

A nőstény Sprague – Dawley albínó patkányokat (Taconic, Hudson, NY, USA) 300 g testtömeggel párosítottuk 3 hónapos korukban. A nőivarú állatokat azért választottuk, mert a hím patkányokkal ellentétben a laboratóriumi táplálékkal táplált nőstények testtömege idővel viszonylag stabil. Az állatokat külön-külön ugyanabban a helyiségben tartottuk egy 12-h fordított fény / sötét ciklus alatt (világítás bekapcsolva: 6 pm, világítás kikapcsolva: 6 am). Ilyen körülmények között nem figyeltük meg az ösztrózus ciklus fázisának hatását a mezolimbikus dopamin felszabadulásra (Geiger és munkatársai, 2008). Az állatokat az Egyesült Államok Nemzeti Egészségügyi Intézete (NIH), valamint a Tuftsi Egyetem és a Tufts Orvosi Központ közzétett irányelveinek megfelelően, az Állami Állatok Ápolási és Használási Bizottságának (IACUC) közzétettük. Minden erőfeszítést megtettünk a felhasznált állatok számának korlátozására az állatok felhasználásának és szenvedésének minimalizálása érdekében.

Kávézó étrend összetétele

Az állatokat a kávézó DIO csoportjába (az alábbiakban étrendi elhízott csoportként is leírtuk) és a laboratóriumi táplálékkal táplált csoportba (normál súlycsoport) osztottuk. Minden csoportot etettek ad libitum. A kávézó étrend olyan zsíros összetevőket tartalmazott, mint a Crisco (33% növényi rövidítés, 67% Purina por), szalámi, cheddar sajt és földimogyoróvaj; és magas szénhidráttartalmú komponensek, például édesített sűrített tej (magnólia márka vízzel keverve, 1: 1), csokoládé chips sütik, tejcsokoládé, banán, marshmallowok és 32% szacharóz oldat. Ez a rendkívül ízléses étrend kimutatták, hogy nagyon hatékony patkányok étrendi elhízásának kiváltásában és az emberi elhízás utánozásában (Sclafani és Springer, 1976). Mindegyik elem mindig rendelkezésre állt, és hetente négyszer cserélte. A DIO kávézó csoportját az ízletes ételek mellett megkapták ad libitum hozzáférés a Purina laboratóriumi főzőhöz. Az étrendi preferenciák azonosítása érdekében a kávézó-étrend minden alkotóelemének bevitelét az étrend tizenegyedik hetében két 48-órás perióduson keresztül mértük. A testtömegeket hetente egyszer rögzítettük.

Sztereotaxikus műtét

Sztereotaxikus műtétet végeztünk a vizsgálat 7 hetében (n= 24 kávézó DIO patkányok, n= 32 laboratóriumi chow patkányok). Az állatokat ketaminnal (60 mg / kg ip) és xilazinnal (10 mg / kg ip) érzéstelenítettük a kétoldalú 10 mm, 21 méretű rozsdamentes acélból készült mikrodialízisvezető kanülök implantációjához, amelyek a mag hátsó magja felhalmozódtak. A sztereotaxikus koordináták 10 mm voltak az interaural nulla előtt, 1.2 mm oldalirányban a középszagitális szinuszhoz és 4 mm ventrálisan a koponya szintjéhez. A próba dialízis szál egy újabb 4 mm-es ventrális vezetéket nyújtott a célhely eléréséhez (Paxinos és Watson, 2007). A műtét után az állatokat visszahelyezték ketrecükbe és táplálkozási rendjüket folytatták.

Microdialízis és nagyteljesítményű folyadékkromatográfia elektrokémiai detektálással (HPLC-EC)

A vizsgálat 14 héten mikrodialízist végeztek, hogy a műtétből megfelelő gyógyulást lehessen elérni. Az egyes mikrodialízis-szekciók során az állatokat külön-külön helyezték el mikrodialízis ketrecekbe, és a próbadarabokat az 12 – 15 h mikrodialízis-kanülökbe helyezték az első minta begyűjtése előtt. A beültetés helyét (bal és jobb) ellensúlyoztuk. A mikrodialízis szonda koncentrikus típusú, helyileg készült, és a neurokémiai anyagok 10% -os visszanyerését mutatta in vitro a korábban leírt tesztek (Hernandez és munkatársai, 1986). A próbákat Ringer-oldattal perfuzáltuk (142 mM NaCl, 3.9 mM KCl, 1.2 mM CaCl)21.0 mM MgCl21.4 mM Na2MSZH4, 0.3 mM NaN2PO4) 1 ° μl / perc sebességgel. A dializátumot 40 µl fiolákba gyűjtöttük, amelyek 5 µl tartósítószert (0.1 M HCl és 100 ° µM EDTA) tartalmaztak a monoaminok oxidációjának lassítására. A minták gyűjtése a sötét ciklus közepén kezdődött, és az összes táplálékot 3 h-vel eltávolítottuk, mielőtt valamennyi állatból mintát vettünk. A mintákat 30-perces időközönként gyűjtötték legalább a kiindulási érték 2 h-értékével, majd ezt követően a d-amfetamin (1.5 mg / kg ip; Sigma, St. Louis, MO, USA). Mindegyik mintából 25 μl dializátumot injektáltunk egy amperometrikus Antec HPLC-EC rendszerbe (GBC, Inc., Boston, MA, USA) egy 10 cm Rainin oszloppal és egy foszfátmozgásos fázispufferrel, amely elválasztja és kimutatja a dopamint, és a dopamin metabolitok, a dihidroxi-fenil-ecetsav (DOPAC) és a homovanillsav (HVA). A kapott csúcsokat ezután megmérjük és rögzítjük. A mikrodialízis szonda elhelyezkedését a célhelyen a kísérlet végén a próba traktusának szövettani vizsgálatával igazoltuk, miután az agyt paraformaldehiddel rögzítettük.

Azoknál az állatoknál, amelyek helyett 30-min laboratóriumi étkezést vagy kávézó-étkezési étel kihívást kaptak d- amfetamin, az összes csoporttól a mikrodialízis-kísérlet előtt az 12 h-től élelmet nem kaptak, hogy biztosítsák a megfelelő étkezési motivációt.

Szelet elektrofiziológia

A patkány agyakat gyorsan jéghideg oxigénnel kezelt cerebrospinalis folyadékba (aCSF) helyeztük a Leica VT1000S vibratomeren (Leica Microsystems, Wetzlar, Németország), és 300 µm koronális szeletekre vágtuk. A szeletfürdő aCSF-et (124 mM NaCl, 2.0 mM KCl, 1.25 mM KH) tartalmazott2PO4, 2.0 mM MgSO4, 25 mM NaHCO3, 1.0 mM CaCl2, 11 mM glükóz, pH = 7.3). Miután az 1 h-t az aCSF-ben szeleteket vittük át a regisztráló kamrába oxigénnel kezelt aCSF perfúziójával, amelyet 1 ml / perc értékre állítottuk be 37 ° C-on. Frissen vágott felületű, 5 μm átmérőjű szénszálelektródákat helyeztünk a nucleus carrbens héjában vagy a hátsó striatumban ~ 50 µm a szeletbe, a referenciaelektródot (Ag / AgCl huzal) behelyezve az aCSF fürdőbe, és beállítva a feszültséget + 700 mV-ig (Axopatch 200 B, Axon Instruments Inc., Union City, Kalifornia, USA). A bipoláris, sodrott huzal, stimuláló elektródot (0.005 huzalátmérő: MS 303 / 3, Plastics One, Inc., Roanoke, VA, USA) a szénszálas elektród 100 – 200 µm-re helyeztük. Egy állandó, egyfázisú 2 ms inger + 500 µA mellett egy Isoflex stimulus izolátor (AMPI, Inc., Jeruzsálem, Izrael) adta be, amelyet állandó áram stimulátor váltott ki (S88 modell; Grass Technologies, West Warwick, RI, USA). . Az amperometrikus elektród válaszát (az alapváltozás változását) a Superscope szoftver (GW Instruments, Inc., Somerville, MA, USA) monitorozta és számszerűsítette. Az elektródákat használat előtt és után kalibráltuk háttérrel kivont voltammogrammokkal (öt hullámot alkalmaztunk és átlagoltunk, 300 V / s, –400-tól + 1000 mV-ig, a felvételi közegben és a közegben 10 µM ​​dopaminnal). Az amperometrikus csúcsokat olyan eseményekként azonosítottuk, amelyek meghaladták az 3.5 × az alapvonal rms zajt. Az eseményszélesség az (a) maximális lejtésnek a kiindulási vonaltól az első pontig, amely meghaladta a küszöböt, és (b) a maximális amplitúdót követő első adatpontja között, amely ≤0 pA értéket regisztrált. A maximális amplitúdó (imax) volt az esemény legmagasabb értéke. A molekulák teljes számának meghatározása (N) felszabadult, meghatározták az esemény teljes töltését a kiindulási lehallgatások között, és meghatározták a molekulák számát az összefüggés alapján N= Q /nF, ahol Q a töltés, n a molekulánként adományozott elektronok száma, és F Faraday-állandó (96,485 C ekvivalensen). A becslések egy dopamin oxidált molekula (Ciolkowski és munkatársai, 1994).

Szövet mikrotükkék

DIO kávézó vagy laboratóriumi táplálékkísérő patkányok (n= 11 / csoport) eutanizálták, mint az előző kísérletben, és a hátsó striatum és a nucleus akumulánsok 1 mm átmérőjű lyukasztásait vettük az 300 µm agyszeletekből. A lyukakat ezután 40 mM KCl oldattal érintkeztetjük 3 percig, hogy stimuláljuk a dopamin felszabadulását. Az extracelluláris dopamin szintet ezután meghatározzuk a fent leírt HPLC módszerrel.

Az adatok elemzése

A mikrodialízis adatainak elemzéséhez kétirányú ANOVA-t (csoport × idő), ismételt mérésekkel és Fisher post hoc analízissel végeztünk. Minden más vizsgálathoz egyirányú ANOVA-t használtunk. A szeletkísérletekhez az ANOVA futtatása előtt ugyanazon a szeleten öt különböző stimuláció eredményeit átlagoltuk egy szeletre. Az eredményeket átlag ± átlag hiba (SEM) formájában fejezzük ki.

EREDMÉNYEK

Az étrendi elhízott patkányok különösen előnyben részesítik a nagyon ízletes ételeket

A cafeteria DIO patkányok nagyon kedvelték az édes tejet (74.4 ± 6.4 g; 241 ± 21 kcal) és az 32% szacharóz oldatot (31.4 ± 4.1 g; 40 ± 5 kcal) (1A ábra, B, F(9,127) = 116.9854, P<0.01). Ezenkívül ezek az állatok lényegesen kevesebbet ettek a Purina chow-ból (5.66 ± 1.02 g), mint a laboratóriumi chow-val etetett állatok (54.7 ± 2.3 g; F(1,27) = 419.681, P<0.01). 14 hétig a cafeteria diéta után a patkányok kezdeti testtömegük 53.7% -át hízták 444.9 ± 19.0 g végső tömegig. Ugyanezen időszak után a laboratóriumi állaton tartott patkányok 344.0 ± 10.8 végsúlyt értek el (2A).

Ábra 1 

A kávézó étrend-összetevőinek preferenciái elhízott patkányoknál. A kávézó diétás összetevőinek átlagos fogyasztás grammban (A) és kcal (B) két 48-h periódus alatt az étkezési rend 11 héten azt mutatja, hogy az édes tej és a szacharóz oldat részesül előnyben (átlag ± SEM; ...
Ábra 2 

Az étrendben elhízott patkányokban az alap-, amfetamin- és laboratóriumi étkezés-provokált nukleusz-felhalmozódás dopaminszintje csökken. (A) A café DIO patkányok testtömege az 14-hetes időszakban szignifikánsan nagyobb volt, mint a laboratóriumi táplálékkal táplált ...

Az étrendi elhízott patkányok alacsony alap dopaminnal rendelkeznek, és csökkent az amfetamin által stimulált dopamin felszabadulás

A vizsgálat 14 héten a café DIO patkányok alacsonyabb extracelluláris dopaminszintet mutattak a nucleus akumbens-ekben, összehasonlítva a laboratóriumi táplált patkányokkal (0.007 ± 0.001 pmols / 25 µL minta vs. 0.023 ± 0.002 pmols / 25 µL minta); 2B, F(1,19) = 11.205; P<0.01) in vivo mikrodialízissel. A dopamin metabolitok (DOPAC és HVA) kiindulási szintjét szintén szignifikánsan alacsonyabbnak találták a DIO kávézó patkányokban. A DOPAC szintek kávézóban A DIO patkányok 3.13 ± 0.42 vs. 8.53 ± 0.56 pmol voltak laboratóriumi chow táplált patkányokban (F(1,10) = 14.727, P<0.01). A HVA-szintek 1.0 ± 0.28 vs. 4.28 ± 0.33 pmol voltak (F(1,20) = 6.931, P<0.05). A dopamin stabil kiindulási értékének megállapítása után a patkányoknak 1.5 mg / kg ip injekcióval adták az amfetamint. A stimulált dopaminszint teljes felszabadulása kisebb volt a cafeteria DIO patkányokban, mint a laboratóriumi tehénnel táplált állatokban (2B, F(9,162) = 2.659, P

Az étrendi elhízott patkányok dopamint engednek fel a magvagyonba, ha nagyon ízletes ételeket esznek, nem pedig egyszerű laboratóriumi étkezést

2D azt mutatja, hogy az extracelluláris dopamin szintje a DIO kávézóban a kávézóban nem észlelhető módon növekedett a laboratóriumi táplálék beadásakor. Az állatok átlagosan 1.3 ± 0.4 g gomba evett 30 perc alatt. Ha azonban ezen állatok egy részhalmaza (n= 8), majd a kávézó táplálékát táplálták 30 percig, a dopamin az 19.3% -ot 0.027 ± 0.003 értékről 0.033 ± 0.004 pmol / 25 µL mintára növelte (F(11,187) = 8.757, P<0.05). A DOPAC szint szintén 17.13% ± 6.14% -kal emelkedett. Ezzel szemben a laboratóriumi állatokkal táplált állatok dopaminszintje 51.10% ± 17.31% -kal nőtt (F(7,119) = 3.902, P<0.05) 1 órával a chow étkezés után (az állatok átlagosan 5.7 ± 0.8 g-ot ettek, lényegesen többet, mint a DIO állatok; F(1,33) = 26.459, P<0.01). Arra azonban nem számítunk, hogy a DIO állatok alacsonyabb táplálékfogyasztása lenne a közvetlen oka a dopamin felszabadulásának hiányára ezekben az állatokban, mivel 0.6 g-os alacsony táplálékbevitelről számoltak be, hogy serkenti a dopamin felszabadulását a patkányok sejtmagjában (Martel és Fantino, 1996). Ezenkívül más tanulmányok kimutatták, hogy a felszabadult dopamin mennyiségének különbségei nem feltétlenül kapcsolódnak közvetlenül a jelenlévő táplálék mennyiségéhez, hanem befolyásolhatják más stimulusokat is, mint például az állat telítettségi szintje, az ízlelhetőség és az előállított élelmiszer újszerű hatása. (Hoebel és munkatársai, 2007). A kávézótáplálást nem jelentették kihívásként a laboratóriumi chow-táplált állatok számára, mivel elvárható, hogy újszerű hatásokat idéz elő, amelyek összevetik a DIO cafeteria állatokkal való összehasonlítást.

Az elektromosan stimulált dopamin felszabadulást csökkentik az elhízott patkányok akut koronális agyszeleteiben

3A reprezentatív amperometrikus nyomokat mutat a normál és az étrendi elhízott patkányok nucleus accumbens héjszeleteiből (n= 30 stimuláció hét szeleten, illetve 24 stimuláció öt szeleten). A café DIO patkányok alacsonyabb elektromosan kiváltott dopamin-felszabadulást mutattak, mint a laboratóriumi chow-táplált patkányok (12 × 106± 4 10 ×6 vs. 25 × 106± 6 10 ×6 molekulák; 3B, F(1,52) = 2.1428, P<0.05). Ez a különbség a kiváltott dopamin felszabadulásban egyaránt tükrözi az esemény amplitúdójának csökkenését (5.16 ± 1.10 pA cafeteria DIO patkányokban, szemben 7.06 ± 0.80 pA laboratóriumi chow-val táplált patkányokban; 3C, F(1,52) = 2.4472, P<0.05) és szélesség (2.45 ± 0.73 s cafeteria DIO patkányokban, szemben 4.43 ± 0.70 s laboratóriumi chow-táplált patkányokban, 3D, F(1,52) = 3.851, P

Ábra 3 

A dopamin felszabadulása az agyszeletekben lévő felhalmozódó magból (A) A chow táplált állatok szeletének reprezentatív nyomai az akut koronális nucleus akumulens szeletekben (tetején; n= 30 stimuláció hét szeleten) és kávézó DIO állatok (alsó; n= 24 stimulációk ...

Ábra 4 azt mutatja, hogy ugyanezek a tendenciák voltak az elhízott patkányok háti striatális szeleteiben. Reprezentatív nyomok a laboratóriumi táplálékkal táplált (n= 31 stimulációk hét szeleten) és DIO kávézó (n= 15 stimulációk négy szeleten) csoportokat mutatjuk be 4A. Az elektromosan kiváltott dopamin felszabadulás a striatumból 0.8 × 10 volt6± 0.1 10 ×6 kávézóban DIO patkányok vs. 44 × 106± 11 10 ×6 molekulák (4B, F(1,45) = 6.0546, P<0.01) laboratóriumi chow-etetett állatokban. Ez megint az esemény amplitúdójának csökkenését tükrözi (2.77 ± 0.42 vs. 9.20 ± 1.88 pA; F(1,45) = 7.8468, P<0.01) és szélesség (0.22 ± 0.03 vs. 5.90 ± 0.98 s; F(1,45) = 17.2823, P<= 0.01) a cafeteria DIO csoportban (Ábra: 4C, 4D).

Ábra 4 

Dopamin felszabadulást idézett elő a hátsó striatumból az agyszeletekben. A) reprezentatív nyomok a chow-táplált állatok akut coronalis dorsalis striatum szeleteiből (felső; n= 31 stimuláció hét szeleten) és kávézó DIO állatok (alsó; n= 15 stimulációk ...

Az étrendben elhízott patkányok magjaiban és a striatumban csökkent a kálium-stimulált dopamin felszabadulás a szöveti mikrotranszulumokban

Az extracelluláris dopamin-szinteket a KCl stimulációt követően HPLC-EC-vel mértük, és ezeket a Ábra 5. Az extracelluláris dopamin szint 0.16 ± 0.08 pmol / minta volt az elhízott állatok felhalmozódott mikrotranszformációinál (n= 10 mikrotranzakciók) összehasonlítva az 0.65 ± 0.23 pmol / mintával a kontrollállatok mikrotöltéseiben (n= 11 mikrotrancsok; 5A; F(1,19) = 4.1911, P<0.01). Az extracelluláris dopamin szint 5.9 ± 1.7 pmol / minta volt az elhízott striatális mikropunchokban (n= 8 mikrotrancsok) patkányok és 11.3 ± 1.9 pmol / minta ugyanazon a helyen a kontrollból (n= 11 mikrotrancsok) patkányok (5B; F(1,17) = 7.5064, P

Ábra 5 

Extracelluláris dopamin szint a kálium-stimulált szövet mikrotranszulációkból. Az (A) atommagok felhalmozódásáról dopamin mennyisége (n= 11 mikrotrancsok mindegyik csoportból) és (B) háti striatum (n= 8 mikropördülések az elhízott és n= 11 mikrotöltés a kontrollokból) ...

VITA

Ebben a tanulmányban a patkányok túlsúlyosak lettek, amikor egy kávézó étrendet fogyasztottak, és inkább a magas szénhidráttartalmú ételeket részesítették előnyben. Túlsúlyos állapotukban alacsonyabb volt az extracelluláris dopamin, valamint a chow-stimulált vagy amfetamin-stimulált dopamin a Bucsex magokban. A visszaélésszerű gyógyszereket használó vizsgálatok során az állatok azon fognak dolgozni, hogy a dopaminszintet egy magasabb szintre tartsák a felhalmozódásban a magban (Wise és munkatársai, 1995a,b; Ranaldi és munkatársai, 1999). Ebben a tanulmányban a visszaélés alatt álló „anyag” ízletes ételek, tehát a cseppben lévő alacsony extracelluláris dopamin az ízletes ételek fokozott fogyasztásához vezet.

Az elhízott patkányok az elektromosan stimulált dopamin szintjét az agyszeletekben, valamint a káliummal stimulált stimulált dopamin szintjét mutatták a nucleus activum és a hátsó striatum szövetének mikrotöltéseiben. A dopamin exocitózis központi presynaptikus hiánya tehát az étrendi elhízásban nyilvánvaló, mivel a kiváltott dopamin felszabadulás depressziója jelen van in vivo, élelmezéses elhízott állatok akut striatális és akkumulátoros agyszeleteiben és szöveti mikrotranszformációkban. Hasonló hatást tapasztaltunk az elhízás hajlamának genetikai modelljében. Ebben a modellben a dopamin szintézis és az exocitózis szabályozói, beleértve a tirozin-hidroxilázt és a neuronális vezikuláris monoamin transzportert (VMAT2), mRNS és fehérje expressziója csökken az elhízásra hajlamos állatok ventrális tegmental területének (VTA) dopamin neuronjaiban (Geiger és munkatársai, 2008). Az preszinaptikus változás másik lehetséges helye a plazmamembrán dopamin-újrafelvétel-transzporter (DAT). A szelet elektrofiziológiai vizsgálatok lehetővé teszik, hogy megkülönböztessük a dopamin felszabadulás és a visszavétel felvétele közötti kinetikát. A tüske szélességének különbsége elvileg azt sugallja, hogy az étrendi elhízott állatoknak nemcsak kevésbé vált ki a felszabadulása, hanem az újrafelvétel változásai is a plazmamembrán aktív DAT transzporter helyeinek különbségei miatt. Zucker zsíros (fa / fa) patkányok esetén a DAT transzporter megnövekedett mRNS szintjéről számoltak be a VTA-ban (Figlewicz és munkatársai, 1998). A megnövekedett dopamin-clearance lehetősége összeegyeztethető a DIO patkányoknál a jelen vizsgálatban a csökkent kiváltott dopamin-szignállal.

Meg kell jegyeznünk, hogy az elhízott állatokban az amfetamin dopamin felszabadító képessége nem csökkent (a kiindulási értékhez viszonyított százalékos változás szempontjából), és ez az alacsonyabb dopamin abszolút szintek mellett „konszenzív” lehet az elhízott állatok motivációjának növelése érdekében, hogy dopamint felszabadító ingereket kapjanak. Az amfetamin gyenge bázis, amely elmozdítja a dopamint a vezikulumokból a citoszolba, és fordított transzport útján növeli az extracelluláris dopamint (Sulzer és Rayport, 1990). A dopamin vezikuláris medencék súlyos hiánya esetén, mint például a VMAT2 hiányos egerek esetében az amfetamin injekciója átmenetileg stimulálja az új dopamin szintézist a citoszolban (Fon et al., 1997). Az amfetamin által kiváltott, a citoszolos dopamin átmeneti növekedése magyarázhatja az elhízott állatokban a akumulált dopamin százalékos változásának átmeneti növekedését a normál testtömegű állatoknál megfigyelthez képest, és hozzájárulhat az elhízott állatok hajlandóságához a dopamint felszabadító ingerekhez, valamint az alacsonyabb abszolút extracelluláris a dopamin szintje a felhalmozódókban.

Melyek lennének azok a mechanizmusok, amelyek valószínűleg közvetítik az elhízott állatok preszinaptikus dopamin hiányát és megkönnyítik étkezési preferenciájukat? Az élelmezési preferencia és a nucleus activum dopamin közötti kapcsolat egyértelműen megmutatkozik az étrendben elhízott állatok tompa válaszában, de nem az ízletes táplálkozásra. Megállapításaink kiegészítik a közelmúltban végzett munkát, amely azt mutatja, hogy a dopamin D1 típusú receptor (D1) receptor agonista fokozta a patkányok preferenciáját a nagyon ízletes táplálékra (Cooper és Al-Naser, 2006). Ezen túlmenően a nucleus carrbens dopamint aktiválják azokban a patkányokban, amelyek szacharóz felszaporodására vannak kiképezve (Avena és munkatársai, 2008), támogatva továbbá a központi dopamin részvételét a szénhidrátban gazdag ízletes ételek elõnyben részesítésében. A jelen tanulmányban bemutatott központi dopamin-hiányt további elhízás-modellekkel, köztük a ob / ob leptinhiányos egér és a beltenyésztett elhízásra hajlamos patkány (Fulton és munkatársai, 2006; Geiger és munkatársai, 2008). Így az egyik lehetséges jel, amely összekapcsolja az ízletes ételfogyasztást és a felhalmozott dopamin felszabadulást, a leptin lehet. Veleszületett leptinhiányos embereknél a leptin pótlása csökkenti hiperfágiájukat és megváltoztatja a ventrális striatum aktiválását az ízletes ételek megjelenítéséhez (Farooqi és munkatársai, 2007). Patkányokban azt is kimutatták, hogy a leptin csökkenti a szacharóz (Figlewicz és munkatársai, 2006, 2007). Más orexigén bemenetekről, mint például a ghrelin és az orexin, szintén bebizonyosodott, hogy részt vesz a középső agy dopamin rendszerének aktiválásában (Rada és munkatársai, 1998; Helm és munkatársai, 2003; Abizaid és munkatársai, 2006; Narita és munkatársai, 2006). Érdekes lenne tovább megvizsgálni, hogy az étrendi elhízott állatok krónikus átváltása a normál laboratóriumi étkezésre fenntartsa-e az ízletes táplálék iránti preferenciájukat és az ehhez kapcsolódó akumulének dopaminválaszát, függetlenül a leptin, ghrelin vagy orexin várható változásaitól és egyéb jelektől. étvágyszabályozással kapcsolatos.

KÖVETKEZTETÉS

Összegezve, a tanulmány megállapításai azt mutatják, hogy a mezolimbikus dopamin rendszer kritikus szerepet játszik a nagy energiájú étrend, a hiperfágia és az ebből adódó étrendi elhízás előnyben részesítésében. Táplálkozási elhízott patkányok esetében a depressziós magok és a hátsó striatum dopaminerg neurotranszmissziója depressziós. Az állatok ideiglenesen helyreállíthatják a dopaminszintet, ha nagyon ízletes, nagy energiájú ételt fogyasztanak. Ezek az eredmények azt sugallják, hogy a mezolimbikus dopamin rendszer preszinaptikus szabályozóinak szelektív célzása ígéretes megközelítést jelent az étrendi elhízás kezelésében.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát a DK065872 (ENP), az F31 DA023760 (BMG, ENP), a Smith Family Foundation Biomedicinális Kutatás Kiválósági Díja (ENP) és a P30 NS047243 (Tufts Idegtudományi Kutatóközpont) támogatta.

Rövidítések

  • aCSF
  • mesterséges cerebrospinális folyadék
  • DAT
  • dopamin plazmamembrán transzporter
  • DIO
  • étrend által okozott elhízás
  • DOPAC
  • dihidroxi-fenil-ecetsav
  • HPLC-EC
  • nagy teljesítményű folyadékkromatográfia elektrokémiai detektálással
  • HVA
  • homovanillinsav
  • VMAT2
  • neuronális vezikuláris monoamin transzporter
  • VTA
  • ventrális tegmentális terület

REFERENCIÁK

  1. Abizaid A, Liu ZW, Andrews ZB, Shanabrough M, Borok E, Elsworth JD, Roth RH, Sleeman MW, Picciotto MR, Tschop MH, Gao XB, Horvath TL. A Ghrelin modulálja a középsó agy dopamin idegsejtjeinek aktivitását és szinaptikus bemeneti szervezetét, miközben elősegíti az étvágyat. J Clin Invest. 2006; 116: 3229-3239. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  2. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Bizonyíték a cukorbetegségről: az időszakos, túlzott cukorbevitel viselkedési és neurokémiai hatásai. Neurosci Biobehav Rev. 2008: 32: 20 – 39. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  3. Bradberry CW, Gruen RJ, Berridge CW, Roth RH. A viselkedésbeli különbségek egyéni különbségei: a dialízis során mért összefüggések a nucleus carrbens dopaminnal. Pharmacol Biochem Behav. 1991; 39: 877-882. [PubMed]
  4. Ciolkowski EL, Maness KM, Cahill PS, Wightman RM, Evans DH, B fosszet, Amatore C. A katecholaminok elektrooxidációja során a szénszál mikroelektródákban alkalmazott aránytalansága. Anal Chem. 1994; 66: 3611-3617.
  5. Cooper SJ, Al-Naser HA. Az ételválasztás dopaminerg szabályozása: az SKF 38,393 és a kinpirol ellentmondásos hatása a patkányok nagy ízű étkezési preferenciáira. Neuropharmacology. 2006; 50: 953-963. [PubMed]
  6. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. A leptin szabályozza a striatális régiókat és az emberi táplálkozási szokásokat. Tudomány. 2007; 317: 1355. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  7. Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Az intraventrikuláris inzulin és a leptin csökkentik a szacharóz önadását patkányokban. Physiol Behav. 2006; 89: 611-616. [PubMed]
  8. Figlewicz DP, MacDonald Naleid A, Sipols AJ. Az élelmezés juttatásának modulálása adipozitási jelek alapján. Physiol Behav. 2007; 91: 473-478. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  9. Figlewicz DP, Patterson TA, Johnson LB, Zavosh A, Israel PA, Szot P. A dopamin transzporter mRNS megnövekedett Zucker zsíros (fa / fa) patkányok központi idegrendszerében. Brain Res Bull. 1998; 46: 199-202. [PubMed]
  10. Fon EA, Pothos EN, BC BC, Killeen N, Sulzer D, Edwards RH. A vezikuláris transzport szabályozza a monoamin tárolását és felszabadulását, de ez nem nélkülözhetetlen az amfetamin hatásához. Idegsejt. 1997; 19: 1271-1283. [PubMed]
  11. Fulton S, Pissios P, Manchon RP, Stiles L, Frank L, Pothos EN, Maratos-Flier E, Flier JS. A mezoakkumbensek dopamin útjának leptin szabályozása. Idegsejt. 2006; 51: 811-822. [PubMed]
  12. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG, Pothos EN. Bizonyítékok a hibás mezolimbikus dopamin exocitózisról elhízásra hajlamos patkányokban. FASEB J. 2008; 22: 2740 – 2746. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  13. Helm KA, Rada P, Hoebel BG. A hipotalamuszban a szerotoninnal kombinált kolecisztokinin korlátozza a dopamin felszabadulását, miközben növeli az acetil-kolint: egy lehetséges telítési mechanizmust. Brain Res. 2003; 963: 290-297. [PubMed]
  14. Hernandez L, Hoebel BG. A takarmányozás és a hypothalamicus stimuláció növeli a dopamin forgalmát az accumbensben. Physiol Behav. 1988; 44: 599-606. [PubMed]
  15. Hernandez L, Stanley BG, Hoebel BG. Kis eltávolítható mikrodialízis szonda. Life Sci. 1986; 39: 2629-2637. [PubMed]
  16. Hoebel BG, Avena NM, Rada P. Accumbens dopamin-acetil-kolin egyensúly a megközelítés és az elkerülés érdekében. Curr Opin Pharmacol. 2007; 7: 617-627. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
  17. Kelley AE, Berridge KC. A természetes jutalmak idegtudománya: relevancia az addiktív gyógyszerekhez. J Neurosci. 2002; 22: 3306-3311. [PubMed]
  18. Martel P, Fantino M. Az elfogyasztott étel mennyiségének befolyása a mezolimbikus dopaminerg rendszer aktivitására: mikrodialízis-vizsgálat. Pharmacol Biochem Behav. 1996; 55: 297-302. [PubMed]
  19. Mogenson GJ, Wu M. Neurofarmakológiai és elektrofiziológiai bizonyítékok, amelyek a mezolimbikus dopamin rendszert befolyásolják a medialis előagy köteg elektromos stimulációja által kiváltott táplálkozási válaszokban. Brain Res. 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. Az orexinerg rendszerek közvetlen részvétele a mezolimbikus dopamin út aktiválásában és az ahhoz kapcsolódó viselkedések morfinnal. J Neurosci. 2006; 26: 398-405. [PubMed]
  21. Paxinos G, Watson C. A patkány agya sztereotaxikus koordinátákkal. Amszterdam: Academic Press; 2007.
  22. Rada P, Mark GP, Hoebel BG. A hipotalamuszban lévő galanin növeli a dopamint és csökkenti az acetilkolin felszabadulását a magban. Brain Res. 1998; 798: 1-6. [PubMed]
  23. Radhakishun FS, van-Ree JM, Westerink BH. Az ütemezett étkezés növeli a dopamin felszabadulást az élelmet nélkülöző patkányok magmaggyûjtõiben, az on-line agydialízissel értékelve. Neurosci Lett. 1988; 85: 351-356. [PubMed]
  24. Ranaldi R, Pocock D, Zereik R, Wise RA. Dopamin-ingadozások a magban az aknában a fenntartás, az extinkció és az intravénás D-amfetamin önadagolásának visszaállítása során. J Neurosci. 1999; 19: 4102-4109. [PubMed]
  25. Salamone JD, Steinpreis RE, McCullough LD, Smith P, Grebel D, Mahan K. Haloperidol és a nucleus akumulbens dopamin-kimerülése visszaszorítja az élelmiszerek nyomását, de növeli a szabad ételfogyasztást egy új élelmiszer-választási eljárás során. Psychopharmacology. 1991; 104: 515-521. [PubMed]
  26. Sclafani A, Springer D. Táplálkozási elhízás felnőtt patkányokban: hasonlóságok a hipotalamusz és az emberi elhízás szindrómákkal. Physiol Behav. 1976; 17: 461-471. [PubMed]
  27. Sulzer D, Rayport S. Az amfetamin és más pszichostimulánsok csökkentik a középsúlyos agy dopaminerg idegsejtjeiben és a kromaffin granulátumban a pH-gradienseket: a hatásmechanizmus. Idegsejt. 1990; 5: 797-808. [PubMed]
  28. Wise RA, Leone P, Rivest R, Leeb K. Az atommag felhalmozódásakor a dopamin és a DOPAC szint megemelkedik az intravénás heroin önbeadás során. Szinapszis. 1995a; 21: 140-148. [PubMed]
  29. Wise RA, Newton P, Leeb K, B Burnette, Pocock D, Justice JB., Jr Patkányok intravénás kokain-önbeadása során a magmagban a dopamin koncentráció ingadozása felhalmozódik. Pszichofarmakológia (Berl) 1995b; 120: 10 – 20. [PubMed]