Mérsékelten magas zsírtartalmú étrend növeli a szacharóz önadagolását fiatal patkányokban (2013)

Étvágy. Szerzői kézirat; elérhető a PMC 2014 Feb 1-ban.

Végleges szerkesztett formában megjelent:

Étvágy. 2013 Feb; 61 (1): 19 – 29.

Megjelent online 2012 Sep 27. doi: 10.1016 / j.appet.2012.09.021

PMCID: PMC3538965

NIHMSID: NIHMS411020

Dianne P. Figlewicz,^1,² Jennifer L. Jay,² Molly A. Acheson, Irwin J. Magrisso,⁴ Constance H. West,¹ Aryana Zavosh,² Stephen C. Benoit,³ és a Jon F. Davis³

Absztrakt

Korábban beszámoltak arról, hogy a mérsékelten magas zsírtartalmú étrend növeli a felnőtt patkányok szacharóz motivációját. Ebben a tanulmányban megvizsgáltuk a zsírtartalom motivációs, neurokémiai és anyagcsere-hatásait hím patkányokon, amelyek átmentek a pubertás idején az 5-8 hetes korban. Megfigyeltük, hogy a magas zsírtartalmú étrend növeli a szacharózra adott motivált választ, amely független sem az anyagcsere változásaitól, sem a katecholamin neurotranszmitter metabolitjainak változásaitól a nucleus akumulánsokban. A hipotalamuszban az AGRP mRNS szintje azonban szignifikánsan megemelkedett. Bebizonyítottuk, hogy az AGRP idegsejtek fokozott aktiválása motivált viselkedéshez kapcsolódik, és hogy az exogén (harmadik cerebroventricularis) AGRP adagolás szignifikánsan megnövekedett motivációt eredményezett a szacharózra. Ezek a megfigyelések azt sugallják, hogy az AGRP fokozott expressziója és aktivitása a medialis hipotalamuszban alapul szolgálhat a szacharózra adott fokozott válaszreakcióhoz, amelyet a magas zsírtartalmú étrend beavatkozás okoz. Végül összehasonlítottuk a pubertális és a felnőtt patkányok szacharóz motivációját, és megfigyeltük a pubertális patkányok fokozott motivációját a szacharózra, ami összhangban áll az előző jelentésekkel, miszerint a fiatal állatok és az emberek fokozottabban részesítik előnyben az édes ízt, mint a felnőtteknél. Tanulmányaink együttesen azt sugallják, hogy a háttér diéta erős moduláló szerepet játszik serdülő állatok édes ízének motivációjában.

Kulcsszavak: Motiváció, élelmezési jutalom, magas zsírtartalmú étrend, ifjúság

Bevezetés

Korábban beszámoltunk arról, hogy a mérsékelten magas zsírtartalmú (31.8%) étrend rövid expozíciója felnőtt patkányokban fokozza a szacharóz motivációját (Figlewicz és munkatársai, 2006). Az élelmiszer-preferenciákra és az energia-sűrű ételek motiválására gyakorolt környezeti és biológiai hatások, vagy azok szinergiája az elmúlt évtizedben felértékelődött. Ez fokozta a relevanciát a fiatalok körében, mivel a gyermekkori elhízás drámai módon nőtt az elmúlt évtizedben (Ogden és Carroll, 2010). Az édes íz iránti fokozott preferenciát mind a fiatal állatokban, mind az emberi gyermekpopulációban dokumentálták (Coldwell, Oswald és Reed, 2009; Desor és Beauchamp, 1987; Desor, Greene és Maller, 1975; Mennella, Pepino és Reed, 2005; Meyers & Sclafani, 2006)), és ez az élelmiszeripar feltételezhető alapja a nagy cukortartalmú, csomagolt élelmiszerek és italok gyermekek számára történő tervezésére és forgalmazására. A környezeti hatások, például a háttértáplálkozás hatását a fiatalkorú patkányok szacharóz motivációjára azonban nem szisztematikusan értékelték.

A jelenlegi becslések szerint az USA-ban a gyermekek és serdülők 10-20% -át elhízottnak tekintik (Ogden és Carroll, 2010). Az amerikai lakosság átlagosan napi 336 kcal hozzáadott cukrot fogyaszt (Nemzeti Rák Intézet Alkalmazott Kutatási Programja). Ha a populáció felnőttekre (19 + éves) és a gyermekpopulációra (2-18 éves) oszlik, ez a szám kissé magasabb a gyermekek / serdülőknél, és kissé alacsonyabb a felnőtteknél. A serdülőknél a hozzáadott cukrok nagy része szódaból, energia italokból és sportitalokból származik (Nemzeti Rák Intézet Alkalmazott Kutatási Program). Egy kiterjedt szisztematikus áttekintés és metaanalízis kimutatta, hogy az üdítőital-bevitelhez a megnövekedett energiabevitel és a testtömeg kapcsolódik (Vartanian, Schwartz és Brownell, 2007). A serdülőkorú (14–18 éves) populáció naponta 444 kcal értékű hozzáadott cukrot fogyaszt, a 9–13 éves gyermekek pedig napi 381 kcal hozzáadott cukrot fogyasztanak (Nemzeti Rákkutató Intézet Alkalmazott Kutatási Program). Ez a további fogyasztás részben annak köszönhető, hogy a fiataloknál magasabb az édes preferencia, mint a felnőtteknél (Coldwell, Oswald és Reed, 2009; Desor és Beauchamp, 1987; Desor, Greene és Maller, 1975; Mennella, Pepino és Reed, 2005). A tanulmányok kimutatták, hogy az 9 és az 15 életkorú gyermekek inkább a cukoroldatokat részesítik előnyben nagyobb koncentrációban, mint egy felnőtt minta preferált koncentrációja (Desor, Greene és Maller, 1975). A longitudinális vizsgálatok ezeknek a gyermekeknek az édes preferenciáját tesztelték egy évtizeddel később az életben, ahol preferenciájuk csökkent és nem különbözött szignifikánsan a felnőtt preferenciáitól (Desor és Beauchamp, 1987). A tanulmányok azt is kimutatták, hogy gyermekeiknél magasabb szacharózkoncentrációt részesítenek előnyben az anyjukkal szemben (Mennella, Pepino és Reed, 2005). Ez azt sugallja, hogy a gyermekkori fokozott cukorszabadságot nem a genetika okozza, hanem egy fejlõdési jelenséget tükrözhet. Tanulmányok kimutatták ezt a fokozott szacharózpreferenciát patkányokban is (Meyers & Sclafani, 2006).

Számos központi idegrendszer és összekapcsolódási képesség serdülőkorban emberben és rágcsálókban műanyag, ideértve a mezokortikolimbiás rendszert és a dopaminerg aktivitást a nucleusibumbensben, amely a jutalom és a motiváció közvetítésének kulcsfontosságú helye (Ikemoto és Panksepp, 1996; Kelley és Berridge, 2002) (lát Andersen & Teicher [2008] a legutóbbi áttekintéshez). Ezen anatómiai és neurokémiai változások funkcionális jelentőségét jelenleg tisztázza. Bolaños és munkatársai, valamint mások nemrégiben végzett kutatásainak során megvizsgálták a dopamin újrafelvételét hordozó antagonista metilfenát (Ritalin) kezelés utáni hatásait az elválasztás utáni fiatalkorú rágcsálókban. Jelentések vannak a megváltozott neurokémiáról és a felnőttkori viselkedésről a medencefenidáttal végzett peri- serdülőkori kezelés függvényében (Bolaños és munkatársai, 2003; Bolaños, Glatt és Jackson, 1998; Brandon, Marinelli, Baker és White, 2001; Brandon, Marinelli és White, 2003). Noha az eredmények nem teljesen konzisztensek, talán a különféle vizsgált állatmodellek miatt, ezek a tanulmányok együttesen hangsúlyozzák, hogy a serdülőkori időszak fejlődési ablakknak tűnik a dopamin funkció megváltoztatásához. Az étel természetes stimulus a dopamin felszabadulására a ventrális tegmental terület (VTA) vetületéből a nucleus akumuls-ba, és a patkányok operatív szacharóz bevétele a dopamin nagyon akut felszabadulását eredményezi (Roitman és munkatársai, 2004). Feltételezzük, hogy a szacharóz motivációja összekapcsolódik a nucleus carrbens dopamin növekedésével, és a környezeti hatások általi moduláció egyedileg érzékeny lehet ebben a serdülőkori, peri-pubertális szakaszban a patkányban.

Mivel a gyermekek és fiatal rágcsálók nagyban részesítik az édes ízét, fontosnak tartottuk, hogy meghatározzuk a serdülőkorú rágcsálók szacharóz motivációs paramétereit is. Ebben a sorozatban kiértékeljük a magas zsírtartalmú étrend beavatkozásának a patkányok szacharóz-motivációjára gyakorolt hatását, mivel azok az elválasztás utáni pubertáson keresztül növekedtek. Ezt követően anyagcserét és központi idegrendszeri vizsgálatokat végeztünk az étrend beavatkozással összefüggő anyagcsere-, endokrin vagy idegi változások felismerésére. Összehasonlítva azzal, amit felnőtt patkányokban számoltak be, a közepesen magas zsírtartalmú (31.8%) étrend hatékonyan növelte a szacharóz önadását. Azt is megvizsgáltuk, hogy van-e étkezés utáni kezelés a szacharóz motivációjára a patkányokban, fiatal felnőttekként, összehasonlítva a későbbi életmód más típusú viselkedésre jelentett típusaival. Kutatásaink azt mutatják, hogy a fiatal patkányok fokozott motivációt mutatnak a szacharózra, ha mérsékelten magas zsírtartalmú táplálékkal táplálják, amelyet az orexigén, hipotalamuszos peptid AGRP közvetít; úgy tűnik, hogy a korai étkezési beavatkozásnak nincs átvivő hatása a pubertás utáni felnőttkorba; és hogy a viselkedés nyilvánvaló, bár a patkányok metabolikusan normálisak és elhízottak. Végül, a perubertális patkányok fokozott motivációt mutatnak a szacharózra, mint a fiatal felnőtt patkányoknál.

Anyagok és módszerek

Tantárgyak

Az alanyok hím albínó patkányok voltak a Simonsen-től (Gilroy, Kalifornia). A patkányokat tálaljuk (laboratóriumi rágcsálók diéta 5001, LabDiet) vagy közepesen magas zsírtartalmú táplálékkal (31.8%; Research Diets Inc) ad libitum. Az étrendeket össze kell hangolni az általános szénhidráttartalommal (58% kcal vs. 51% kcal alacsony zsírtartalom, illetve magas zsírtartalom esetén). Az alacsony zsírtartalmú chow 6.23 gm% -ban tartalmaz ingyenes cukrokat, a magas zsírtartalmú étrendben 29 gm% szacharózt tartalmaz. Ezeket 12: 12 h világos-sötét cikluson tartottuk, a 6 AM bekapcsolt fényével. Hacsak másképp nem jelezzük, a patkányokat 3 hetes korukban hozták be, közvetlenül az elválasztást követően, és az akklimatizálást 5 hetes korig tartották. Ebben a korban megkezdték az étkezési és / vagy viselkedési tréningeket és teszteket. A specifikus protokollokat az alábbiakban részletezzük, és a következőkben foglaljuk össze Táblázat 1. Mivel a hím patkányok pubertáson mennek keresztül az 6-n^th-7^th Egy hetes korban a vizsgálatok időzítését úgy tervezték, hogy patkányokat tanulmányozzanak, mivel azok áthaladnak ezen fejlődési stádiumon. A patkányokon végzett összes eljárás az NIH állat-gondozási irányelveit követi, és a VA Puget Sound Health System rendszerében a Kutatási és Fejlesztési Bizottság Állatgondozási és Használási Albizottsága hagyta jóvá.

Kísérleti protokollok

Szacharóz önadagolás

Általános jegyzőkönyv. Az eljárások a közzétett módszertanon (Figlewicz és munkatársai, 2008; Figlewicz és munkatársai, 2006). Az összes képzési és tesztelési eljárást az 0700 és az 1200 óra között végeztük. A kísérlet tartalmazott 2-3 fázisokat: automatikus formázás és fix arányú (FR) edzés; műtét és helyreállítás meghatározott kohorszokban (lásd Táblázat 1); és progresszív arányok (PR) edzése Richardson és Roberts PR algoritmusa alapján (Richardson és Roberts, 1996). A PR algoritmushoz 1, 2, 4, 6, 9, 12, 16, 20, 28, 36, 48, 63, 83, 110, 145, 191, 251, 331, 437, 575, stb.) a kar megnyomásával jutalmazza meg egymás után a munkamenetet, és szigorú motivációs és jutalomteszt (759). A patkányokat kiképezték a folyadékcsepp-tartályba bejuttatott 999% szacharóz (999 ml jutalom) önálló beadására. A Med Associates (Georgia, VT) rendszer által vezérelt operatív dobozoknak két kar volt, de csak egy kar (egy aktív, visszahúzható kar) aktiválta az infúziós pumpát. A másik karon levő nyomásokat (inaktív, álló kar) szintén rögzítettük. A szacharóz oldatot egy folyadék csepp edénybe juttattuk orális fogyasztás céljából (Med Associates). A kezdeti edzést egy órás edzések során, 27 napokon folytatták folyamatos megerősítési ütemterv szerint (FR5: minden egyes kar nyomását megerősítettük), az ülésenként maximálisan 0.5 szacharóz jutalmakkal. Minden ülés az aktív kar behelyezésével és egy fehér ház fényszórójának megvilágításával kezdődött, amely az egész ülésen bekapcsolt állapotban volt. 10 hangjelzés (1 Hz, 50 dB a háttér felett) + fény (5 W fehér fény az aktív kar fölött) diszkrét vegyület dátuma kíséri minden jutalom átadást, amelyet minden szacharóz beadása után 2900 mp-es időkorlát követ. A PR képzést tíz napig maximálisan lehetséges 20 óránként végezték. A napi munkamenetek az 7.5 percet követően befejeződtek, amikor az aktív kar nem nyomja meg, amikor a ház lámpa kialudt és az aktív kar visszahúzódott.

Az AGRP hatása a szacharóz önadásra

Mivel az eredményeink azt mutatták, hogy az AGRP mRNS expressziója növekedett a nagy zsírtartalmú táplálékkal táplált pubertális patkányokon, megerősíteni akartuk azt, hogy az AGRP növelheti a szacharóz önbeadását. Az 5-wk régi, chow-táplált patkányokat FR edzésen vettük át, majd kanülöt kaptunk a harmadik agykamrába (ICV). Egy hetes gyógyulást követően az angiotenzin II ivóválasz-teszttel megerősítik az elhelyezést (lásd: Figlewicz és munkatársai, [2006]) és egy FR-újraképzés alkalmával elindítottuk a patkányokat a PR-önigazgatási paradigma alapján. A PR 1 nap után a patkányokat két csoport egyikébe osztottuk, úgy hogy az átlagos PR nap 1 teljesítmény nem különbözött a két csoport között (mesterséges CSF hordozó, aCSF; vagy AGRP, 2 μl 0.01 nmol). ACSF (n = 8) vagy AGRP (n = 7) injekciókat kaptunk az 2, 5 és 8 PR napokon. A teljes napi ételfogyasztást mennyiségileg meghatározták a PR gyakorlása során.

Az életkor hatása a szacharóz önadásra

Összehasonlítottuk a pubertális patkányok és a fiatal felnőttek önbeadási viselkedését, táplált chow vagy az 31.8% zsírtartalom között. A patkányoknak két hetes akklimatizálódásuk volt a VAPSHCS viváriumban (3 – 5wk vagy 8 – 10 hét). Ezután a teljes teszt / edzési időszak alatt megkapták a diétát (4 hét). Így, a kezdeti kísérlethez hasonlóan, a pubertális patkányokat 5-8 éves korban tanulmányozták. A fiatal felnőtteket 10-13 éves korban tanulmányozták.

A test összetételének meghatározása

A test összetételét kvantitatív mágneses rezonancia-spektroszkópiával (QMR [Nixon és munkatársai, 2010]) az egyes patkányok testvíztartalmának meghatározására, amelyekből kiszámolják a test relatív zsírt. Az állatokat érzéstelenítés nélkül hengeres tartókba helyeztük, majd a tartókat behelyeztük a QMR gépbe egy 2 perces szkennelés céljából, amely háromszoros mérést végez. Az adatokat egy integrált számítógépre menti (EchoMRI, Echo Medical Systems, Houston, TX) a teljes test vízének, zsírjának és sovány tömegének azonnali kiszámításához.

Intravénás glükóztolerancia vizsgálat (IVGTT)

Tudatos IVGTT-eket végeztünk patkányokban krónikusan beültetett IV-kanülökkel, amelyeket egy éjszakán át éheztettek a vizsgálat előtt, a Frangioudakis, Gyte, Loxham és Poucher (2008). A kétoldalú intravénás kanülöket két héttel a vizsgálat előtt implantáltuk, a kialakult módszertanunk szerint (Figlewicz és munkatársai, 2009). A kiindulási mintákat t-10 percnél (0.5 ml az inzulin és glükóz meghatározásához minden időpontban) és t0 percnél vettük. A patkányok 1 gm glükóz / 2ml / kg infúziót kaptak 15-20 másodperc alatt, majd 0.5 ml öblített sóoldatot adtak hozzá. Vérmintákat vettünk 5, 15, 30, 60, 90 és 120 percenként. A katéternek az eljárás során történő bedugása miatt (tehát a vérminták begyűjtésének hiánya miatt) a bemutatott kiindulási / IVGTT adatok végső 'n' értékei: 7-8 tányéron táplált patkányoknál és 8 azoknál a patkányoknál, amelyek 31.8% zsírtartalmú táplálékkal táplálkoztak (Táblázat 3). A plazma inzulint Linco patkány inzulin RIA készletekkel (# RI-13K és SRI-13K, Linco) határoztuk meg, és a plazma glükózt YSI glükóz analizátorral határoztuk meg. A kiindulási válaszhoz viszonyított válasz görbe alatti területét (AUC) 5 perc és 120 perc értéknél számoltuk. A HOMA-indexet éhgyomri (glükóz [mM] × inzulinm [U / L]) / 22.5 értékként számoltuk, és az inzulinra és glükózra mért végső éhezési minták alapján számoltuk.

Metabolikus paraméterek¹

Éhgyomri anyagcsere-paraméterek

Az 1 kísérletben kapott patkányokat éjszakán át éheztettük az eutanázia előtt, néhány nappal az IVGTT befejezése után. A patkányokat izoflurán belélegzéssel mélyen érzéstelenítettük és kivontuk. Az agyokat gyorsan eltávolítottuk és folyékony nitrogénben lefagyasztottuk a hipotalamikus peptid mRNS és a nucleus akumulén katecholaminok mérésére. Az éhomi inzulin, glükóz, leptin és trigliceridek mérésére terminális plazmát vagy szérumot használtunk. A trigliceridekhez a # T7531-400 (Fisher # 23-666-418) és a KIT # 7531-STD (Fisher # 23-666-422) standard tudományos triglicerid GPO Kit-et (Fisher # 3-83-XNUMX) használtuk, és az XNUMX μl szérumot megismételtük. A plazma leptin értékét Millipore Linco RIA Kit # RL XNUMXK méréssel mértük.

Katecholamin HPLC módszerek [Davis és munkatársai, 2008]

A patkányokat izoflurán érzéstelenítéssel eutanizáltuk, és az agyukat gyorsan eltávolítottuk, fagyasztottuk és –80 ° C-on tároltuk. Mindegyik állatból elkülönítettük a nucleus accumbens (NAcc) kétoldalú mikro-lyukasztását. Noha a szomszédos agyi régiók általi szennyezés minimalizálása érdekében nagy gondot fordítottak, az egyes mikro-lyukasztók jellege és mérete miatt a módszerünk nem tette lehetővé a NAcc-n belüli alrégiók (azaz NAcc mag vs héj) megkülönböztetését. A nagyteljesítményű folyadékkromatográfia (HPLC) elemzéséhez antioxidáns oldatot (0.4 N perklorát, 1.343 mM etilén-diamin-tetraecetsav (EDTA) és 0.526 mM nátrium-metabiszulfit) adtak a mintákhoz, majd ultrahangos szöveti homogenizátorral homogenizáltak (Biologics; Gainesville, VA). A szöveti homogenizátum kis részét feloldottuk 2% nátrium-dodecil-szulfátban (SDS) (tömeg / térfogat) a fehérje meghatározására (Pierce BCA Protein Reagent Kit; Rockford, IL). A fennmaradó szuszpenziót 14,000-nél centrifugáltuk 20-re. A felülúszót HPLC-re fenntartottuk.

A mintákat Microsorb MV C-18 oszlopon szétválasztottuk (5 Am, 4.6_250 mm, Varian; Walnut Creek, CA), és egyszerre megvizsgáltuk DA, 3,4-dihidroxi-fenilecetsav (DOPAC) és homovanillsav (HVA) meghatározását, amelyek mindkettő markerek. dopamin degradáció, 5-HT és 5-HIAA. A vegyületeket 12-csatornás coulometrikus tömbdetektorral (CoulArray 5200, ESA; Chelmsford, MA) detektáltuk egy Waters 2695 oldószer-leadó rendszerhez (Waters; Milford, MA) csatlakoztatva a következő feltételek mellett: 1 áramlási sebesség ml / perc; az 50, 175, 350, 400 és 525 mV detektálási potenciálja; az 650 mV súrolási potenciálja. A mozgófázis desztillált H-ban lévő 10% metanol-oldatból állt₂O, amely 21 g / l (0.1 M) citromsavat, 10.65g / l (0.075 M) Na2HPO4, 176 mg / l (0.8 M) heptánszulfonsavat és 36 mg / l (0.097 mmól) EDTA-t tartalmaz 4.1 pH mellett. Az ismeretlen mintákat egy 6-pont standard görbe alapján számoltuk, minimális R értékkel² az 0.97. A HPLC-kalibrálás biztosítása érdekében a minõség-ellenõrzési mintákat minden egyes futtatás közben belekeverjük.

Orexigén peptidek mRNS qPCR

Megmértük azokat a hipotalamusz peptideket, amelyek stimulálják a táplálkozást és szerepet játszanak a motivációban és a jutalmazási viselkedésben (Figlewicz és Sipols, 2010): Y neuropeptid (NPY [ Hahn, Breininger, Baskin és Schwartz, 1998; Jewett és munkatársai, 1995; Kelley, Nannini, Bratt és Hodge, 2001]); agoutival kapcsolatos peptid (AGRP [Aponte, Atasoy és Sternson, 2011; Barnes, Argyropoulos és Bray, 2010; Broberger és munkatársai, 1998; Hagan és munkatársai, 2000; Hahn, Breininger, Baskin és Schwartz, 1998; Kaushik és munkatársai, 2011; Krashes és munkatársai, 2011; Rossi és munkatársai, 1998; Tracy és munkatársai, 2008]); és orexin (Cason és munkatársai, 2010; Choi, Davis, Fitzgerald és Benoit, 2010). A patkányokat izoflurán érzéstelenítéssel eutanizálták, és az agyakat gyorsan eltávolították, fagyasztották és -80 ° C-on tárolták a feldolgozásig. A mediális és laterális hipotalamust egyetlen blokkként mikrodisszcitáltuk egy AHP-1200CPV fagyasztósíkkal (Thermoelectric Cooling America, Chicago, Il), amely a boncolási folyamat során állandó 12 ° C hőmérsékletet tartott. A mikrodisszektált szövetből származó teljes RNS-t Trizol reagenssel (Invitrogen, Carlsbad, CA) izoláltuk, és az RNeasy Mini Kit (Qiagen, Valencia, CA) alkalmazásával tisztítottuk a gyártó utasításai szerint. Az összes RNS-t az esetleges genomiális DNS-szennyeződések eltávolítása céljából RNáz-mentes DNáz (Promega, Madison, WI) alkalmazásával kezeltük, majd NanoVue spektrofotométerrel (GE Healthcare, Cambridge, Egyesült Királyság) kvantitáltuk. Az RNS minőségét standard agarózgél-elektroforézissel igazoltuk. Ezután 1-2 μg teljes RNS-ből komplementer DNS-t (cDNS) retrotranskribáltunk (RT) véletlenszerű hexamerek és oligo DT primer keverékével az iScript cDNS szintézis készlet segítségével (Bio-Rad Laboratories, Inc., Hercules, CA). Az egyes mintákból nem retrotranszkriptált (nincs RT) reakciót is készítettünk a potenciális genomi DNS-szennyezés ellenőrzésére. A cDNS-t és a no-RT kontrollokat hígítottuk, és mindegyik mintából 5-10 ng templát cDNS-t használtunk a kiválasztott gének mRNS-expressziójának valós idejű kvantitatív PCR-rel történő mérésére, a MyIQ Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad, Hercules) felhasználásával. (CA). Minden minta háromszoros mérését futtattuk standard iCycler 96 lyukú lemezeken, sablonkontroll nélkül (NTC), a potenciális keresztszennyeződés kimutatására, 20 μl reakciótérfogatban, amely 10 μl 2 × iQ Sybr Green Supermix (Bio- Rad, Hercules, CA), 2 μl 0.2-0.5 μM minden egyes primer, 3 μl DEPC víz és 5 μl templát. Az összes qPCR reakció tartalmazott egy olvadási görbe elemzést a jel specifikusságának biztosítása érdekében. Az egyes érdekelt gének relatív expresszióját extrapolálással kiszámítottuk egy, az egyes lemezeken külön-külön lefuttatott görbére, és a referencia-cDNS összesített mintájának soros hígításaiból származtattuk, és a referenciagének relatív expressziójára normalizáltuk (savas riboszomális foszfoprotein 36B4 gén expresszióhoz hipotalamusz szövet és az L32 mitokondriális riboszomális fehérje a nucleus accumbensben való expresszióhoz). A következő primer szekvenciákat (IDT, San Diego, CA) használtuk a patkány prepro-orexin, NPY és AGRP amplifikálásához: Prepro-orexin, Forward: 5'-TTCCTTCTACAAAGGTTCCCT-3 ', 5'-GCAACAGTTCGTAGAGACGGCAG-3'; NPY: Előre, 5- TACTCCGCTCTGCGACACTACATC-3 '; Hátlap: 5′-CACATGGAAGGGTCTTCAAGCC-3 ’; AGRP, előre: 5′-GCAGAAGGCAGAAGCTTTGGC-3 ′; Hátlap: 5′-CCCAAGCAGGACTCGTGCAG-3 ’.

cFos immuncitokémia (ICC) és mennyiségi meghatározás

A fluoreszcencia ICC-t használtuk a Fos-pozitív és AGRP-pozitív neuronális sejttestek azonosítására a medialis hipotalamuszban, a bevált módszertanunk szerint (Figlewicz és munkatársai, 2011). Az utolsó napon (PR 10. nap) a patkányokat a szokásos módon 90 percig önadagoló kamrájukba helyeztük. Közvetlenül az utolsó 90 perces munkamenet után a patkányokat izoflurán inhalációval mélyen altatták, majd 0.9% NaCl-val perfúzióval, majd hideg, 4% paraformaldehid oldattal perfundálták. Az érzéstelenítés és az eutanázia időzítése a cFos fehérje csúcs expressziójának ismert időtartamán alapult 90–120 perccel az esemény után. Így a cFos expresszió a központi idegrendszer aktiválódását tükrözné a viselkedési feladat kezdetén, nem pedig a feladatot megtapasztalt állatok eredménye. Az agyakat eltávolítottuk és paraformaldehidben utólag rögzítettük, majd 20% szacharóz-PBS, majd 30% szacharóz-PBS oldatba helyeztük. Az agyakat kriosztáton (Leica CM 3050S kriosztát) metszettük immunhisztokémiai célokra. Megalapozott módszertanunkkal kvantáltuk az immunreaktív cFos fehérjét az agyi metszetekben (Figlewicz és munkatársai, 2011). A lemezen szerelt 12 μm teljes agyi koronális metszeteket háromszor mostuk foszfáttal pufferolt sóoldatban (PBS, OXOID, Hampshire, Anglia). A metszeteket 20 percig mostuk 100% etanol / DI vízzel (50%, v / v), majd PBS mosással, majd 1 órán át szobahőmérsékleten blokkoltuk PBS-ben, amely 5% normál kecske- vagy szamárszérumot tartalmaz. A szekciókat ezután többször mostuk PBS-ben és egy éjszakán át inkubáltuk 4 ° C hőmérsékleten primer antitest oldatokban, amelyeket PBS-ben készítettünk. A metszeteket háromszor mossuk PBS-sel, majd sötétben szobahőmérsékleten inkubáljuk másodlagos antitest-oldatban, amelyet PBS-ben készítünk 1 órán át. A szekciókat ezután ismét mostuk PBS-ben, majd a Vectashield kemény készlettel ellátott közegbe (Vector; Burlingame, CA) rögzítő közegbe szereljük és fedjük le. A metszetek digitális képeit Nikon Eclipse E-800 fluoreszcencia mikroszkóppal, a Qimaging Retiga digitális fényképezőgéphez csatlakoztatva, a NIS Elements (Nikon) szoftver segítségével készítettük.

A megnövekedett AGRP mRNS-szintet kimutató PCR-vizsgálatok alapján a mediális hipotalamusz régiókra összpontosítottunk, különös tekintettel a ventromedialis magra és az íves magra (ARC). Az atlaszhoz illesztett 12 μm metszeteket cFos expresszió és kvantitatív összehasonlításra értékeltük illesztett metszetekben és régiókban, a Paxinos és Watson [2005]. A mennyiségi meghatározáshoz (40 × nagyításnál) az atlaszhoz illesztett régiókat választottuk ki. A NIS Elements szoftvert (Nikon) használták a kívánt terület képének rögzítéséhez. Egy területet meghatároztunk a számoláshoz, és megállapítottuk a pozitív sejtek számának küszöbét. Az azonos területet és a hátteret (küszöbértéket) a megfelelő kísérleti csoportok metszeteire alkalmaztuk, és a pozitív sejtek szoftverrel történő számlálását (kvantitatív meghatározást) ugyanabban a szekcióban végeztük az összes kísérleti csoportra annak érdekében, hogy megakadályozzuk a munkamenet közötti változást a háttérbeállításban. A statisztikai elemzéshez az egyedi patkányból csak akkor vettünk számlálást, ha az egyes területeken megfelelő vagy teljes metszet állt rendelkezésre; egy adott területre vonatkozó adatokat nem vettünk patkányból, ha az adott terület nem volt teljes bilaterális ábrázolása.

A cFos kvantitáció mellett kvantitatív kettős jelzésű immunhisztokémiát végeztünk a cFos és az AGRP számára. Mivel nem akartuk megzavarni az állatok viselkedését, őket nem kezelték előzetesen kolchicinnel az AGRP megjelenítésének optimalizálása érdekében. Ezért az AGRP-pozitív neuronok vizualizációja alábecsülhető. Az AGRP kettős festési eljárása összehasonlítható volt a cFos immunreaktivitás vizsgálatával önmagában, azzal a különbséggel, hogy a metszeteket szobahőmérsékleten egy órán át PBS-5% szamár szérumban blokkoltuk. Ezután fos-Ab és AGRP primer antitestek keverékét alkalmaztuk egy éjszakán át inkubálni 4 ° C-on; hasonlóképpen mindkét szekunder ellenanyag ugyanabban az oldatban volt, és egy órán át sötétben, szobahőmérsékleten inkubáltuk. A primer antitestek megfelelő hígításának meghatározásához kezdeti optimalizálási vizsgálatokat végeztünk. Elsődleges antitestként nyúl anti-cFos (1: 500) (sc-52) és kecske anti-AGRP (1: 100) (18634) volt (Santa Cruz Biotechnology, Inc., Santa Cruz, Kalifornia). Másodlagos antitestként Cy3-konjugált szamár-nyulat (Jackson Immunoresearch; West Grove, PA) és Alexa fluor 488 szamár kecske-ellenes IgG-t (Molecular Probes, Eugene, OR) használtunk; az összes másodlagos antitestet 1: 500-ra hígítottuk.

statisztikai elemzések

A csoport adatait átlagként ± az átlag standard hibájaként (SEM) mutatjuk be a szövegben, táblázatokban és ábrákon. A szignifikancia meghatározása p ≤ 0.05. Statisztikai összehasonlításokat végeznek a kísérleti csoportok között, az „Eredmények” részben bemutatva, a párosítatlan Student-teszt használatával (pl. Étrend, életkor vagy kezelés összehasonlítása). Az adatok „normalizálását” a használat során határozzuk meg.

Eredmények

A közepes zsírtartalmú étrend hatása a per-pubertális szacharóz motivációra

A patkányok az 31.8% zsírtartalmú táplálékot a 5-8 várakozási idő alatt adták, miközben az önbeadási ciklusokban szignifikánsan megemelkedett a szacharóz motivációja, mint a táplált patkányoknál. Ahogy látható 1a, nem volt különbség a teljesítményben a kezdeti FR edzés során (az átlagolt FRDays 1-10 aktív kar-megnyomások, 38 ± 5 vs. 39 ± 2 az étkezőre, illetve az 31.8% zsírtartalomra). Amikor azonban a patkányokat a szigorúbb PR feladatra váltottuk, szignifikánsan megnőtt az aktív emelőkar-megnyomások száma és az elvégzett szacharóz-jutalmak száma, de a teljes üléshosszon nem (1b). A krónikus diétakezelésnek nem volt hatása az inaktív emelőprések számára. Amikor a patkányokat magas zsírtartalmú táplálékkal táplálták a 5-8 hét alatt, de később visszatértek a chow étrendbe, amelyet az 9-12 héten végeztek az FR és PR képzés során, akkor tendencia volt, de az aktív karos présekben nem volt szignifikáns különbség. Így úgy tűnik, hogy nincs a viselkedésbeli átviteli hatás egy mérsékelten magas zsírtartalmú étrendben, amelyet a per-pubertális időtartam alatt fogyasztanak. Ezen kohorszok PR-paramétereinek adatait az alábbiakban foglaljuk össze Táblázat 2. A táplálkozás által kiváltott szacharóz motiváció hozzájárulásának mechanizmusainak tisztázása érdekében számos metabolikus és központi idegrendszeri mérést végeztünk.

ábra 1

A PR-motivált reagálás a szacharóz megtérülésére fokozódik azokban a periubertális patkányokban, akiknek 31.8% zsírtartalmát táplálták (n = 8). 1a. Az FR ülésszakok során a táplálkozásnak nem volt hatása, de az étrend hatása akkor nyilvánvaló, ha a patkányokat átváltják a PR paradigmára. 1b. Az adatok ...

A peri-pubertális magas zsírtartalmú étrend hatása a szacharóz progresszív arányára

A közepes zsírtartalmú étrend hatása az anyagcserére

Közvetlenül a viselkedésvizsgálat befejezése után meghatározták a testzsír összetételét patkányokon, akiknek az étrend beavatkozása és viselkedési paradigma volt a 5-8 hét alatt. A patkányok ezután krónikus intravénás kanülöket kaptak (tudatos) IV glükóztolerancia tesztekhez (IVGTT). Ezt követően végső éhezéses plazmát és szérumot nyertünk további metabolikus intézkedésekhez. Ahogy látható Táblázat 3, nem voltak különbségek a test összetételében, a testtömegben, az éhomi inzulin vagy glükóz mérésekben, az inzulin érzékenységben (HOMA számítás) vagy az IVGTT-re adott válaszban a chow táplált és a magas zsírtartalmú táplálékkal táplált patkányok között. A terminális éhomi leptin és triglicerid mérések nem különböztek a két csoport között. Tehát, bár az étkezési kezelésnek jelentős hatása volt a szacharóz motivációjára, ez a viselkedésbeli reakciót tükrözi az elhízott, magas zsírtartalmú patkányokban.

A közepes zsírtartalmú étrend hatása a központi idegrendszer homeosztatikus és jutalmazó idegkémiájára

A terminális anyagcsere-mérések mellett azon kohorsz agyait, amelyekben mind az étkezés beavatkozása, mind a viselkedésképzés az 5-8 hetekben történt, meghatározzuk a nucleus akumulbens amin profiljait (n = 4 étrendi csoportonként) vagy a hipotalamusz orexigenikus peptidek mRNS szintjét. Ahogy látható Táblázat 4, a magas zsírtartalmú étrendnek nem volt szignifikáns hatása a dopamin, norepinefrin vagy szerotonin metabolitokra a nucleus activumbensben, a jutalom és a motivációs aktivitás központi helyén (Ikemoto és Panksepp, 1996; Kelley és Berridge, 2002), amelyben ezek a neurotranszmitter rendszerek mindegyike kulcsszabályozó szerepet játszik. A hipotalamusz kivonatokon belül mértük az orexigén peptidek, az NPY, az AGRP és az orexin mRNS szintjét. Ebben a kohorszban erős, de nem szignifikáns tendenciát figyeltek meg a zsírral táplált patkányokban az AGRP növekedésére (n = 8 mindkét étrend esetében); ezért megismételtük a diéta / viselkedési edzés paradigmáját egy további kohorszban, és megmértük az NPY, az AGRP és az orexin mRNS-t a hipotalamuszban. A kombinált kohorszokban az AGRP mRNS szignifikáns (p <0.05) növekedését figyeltük meg a magas zsírtartalmú étrendet tápláló patkányokban, szemben a chow kontrollokkal (ábra 2), de nincs jelentős változás az NPY vagy az orexin expressziójában. Az AGRP expresszió és az ön-beadási viselkedés közötti lehetséges összefüggések felmérése céljából megmérjük a cFos és az AGRP immunopozitív neuronokat a mediobasal hypotalamusban. Patkánycsoportoknak táplált táplálékot vagy 31.8% zsírtartalmú táplálékot adtak; némelyiket az önbevallás protokollon keresztül vették át (5-8. hét), mások viselkedés-ellenőrzésként kezelték őket. 3a a példa a cFos és az AGRP együttes lokalizációjára egy ívelt nukleáris neuronban. A Táblázat 5, az AGRP idegsejtek aktiválása (a cFos-ICC és az AGRP-ICC együttes expressziója ugyanazon sejteken belül) az önbeadási aktivitással társult. Ezt a következők mutatják be: 3b, ahol az aktivált (cFos-pozitív) neuronok számát az idegsejtek számában vagy az összes AGRP-pozitív neuron százalékában mutatjuk be: szignifikánsan aktiválódnak az AGRP neuronok azokban a patkányokban, amelyek önmagukban alkalmazzák a szacharózt, szemben a kezelési kontrollokkal , a kombinált étrend csoportokban. A diétán belüli kezelés összehasonlítása az aktivált AGRP neuronok számával az önadási csoportban és a kezelési kontrollokban olyan tendenciát mutatott, amely nem érte el a statisztikai szignifikanciát (chow, p = .078; 31.8% zsírtartalom, p = .073) . Fontos szempont, hogy ezek az adatok nemcsak összekapcsolják az AGRP neuronális aktivációját az ön-beadási viselkedéssel, hanem a cFos mérésének időzítése miatt (90 perc azután, hogy a patkányokat az önadási kamrájukba helyezték), a cFos expresszió az AGRP idegsejtek aktivitását tükrözi. az önigazgatási tevékenység előrejelzése vagy megkezdésekor. Nem volt szignifikáns tendencia az összes AGRP-pozitív idegsejtek megnövekedett szintjén az önadási csoportban (a kezelési kontrollokkal szemben, p = 0.16). Azokban a patkányokban, ahol a támasztócsoportok közötti kar-nyomást egyeztették, az AGRP-pozitív idegsejtek számát is megegyezték. A táplálkozási kezelés önmagában nem befolyásolta az AGRP-pozitív neuronok számát a viselkedési kontroll patkányokban.

ábra 2

A 31.8% zsírtartalmú étrend hatása a medialis hipotalamusz peptid mRNS expressziójára. A magas zsírtartalmú patkányok (n = 17) és a chow kontrollok (n = 16) adatait normalizáltuk. Az AGRP mRNS szignifikánsan emelkedett (p <0.05).

ábra 3

Az AGRP idegsejtek aktiválása a szacharóz önbeadás kezdetén. 3a. A cFos és az AGRP együttes lokalizációja az arcuate nucleus neuronban, 60x nagyítás. 3b. Az aktivált (cFos-immunopozitív) AGRP-immunopozitív neuronok száma a mediobasal hypotalamusban ...

Nucleus Accumbens amin metabolitok

Agrp neuron aktiválás: étrend és viselkedéses kezelés

Az AGRP alkalmazásának hatása a szacharóz motivációra

E megállapításunk értelmezése szerint a pubertális patkányok AGRP expressziója kulcsfontosságú mechanizmus a magas zsírtartalmú, táplálékkal táplált patkányok fokozott szacharóz-ön-beadásának alapjául. Annak igazolására, hogy az AGRP hatékonyan növeli a szacharóz motivációját, az AGRP-t a harmadik kamrán keresztül adagolták chow-táplált peri-pubertális patkányoknak a viselkedési paradigma PR szakaszában. Ez az AGRP adagrendszer alsó küszöböt jelentett a táplálékbevitel stimulálására a PR paradigma két hete alatt, de szacharóz ön-beadásának szignifikánsan megnövekedett eredményét eredményezte, amint azt a ábra 4. (Vegye figyelembe, hogy minden szacharóz jutalom kalóriatartalma 0.1 kcal, tehát a szacharóz önbeadási aktivitása elhanyagolható kalóriát eredményez a teljes napi bevitelhez.) Táblázat 6 az önadminisztratív paramétereket mutatja az 9 napi PR paradigmán keresztül, AGRP vagy aCSF injekcióval beadott ICV-vel az 2, 5 és 8 napon. AGRP-kezelt patkányokban az aktív kar-megnyomások száma szignifikánsan megnőtt az 2-10 PR napokon (p = 0.03) és az injekciótól eltérő napokon (p = 0.048), az átlagos növekedés tendenciája mellett. injekció napok. Ezenkívül a leállási idő (amely az önigazgatási feladatok elvégzéséhez szükséges teljes időt tükrözi) jelentősen megnőtt az injekció beadásának napján (p = 0.02), az általános növekedés irányába mutató tendenciákkal, valamint az injekció beadási napjain. A szacharóz jutalmak száma összességében megnőtt az 2-10 PR napok során (p = 0.03). Az AGRP kezelés nem befolyásolta az inaktív kar nyomását, összehasonlítva az aCSF-sel kezelt kontrollokkal, vagy az injekció beadása és a nem befecskendezés napja között. Az eredmények alátámasztják az AGRP tartós hatásának a szacharóz ön-beadás fokozására gyakorolt hatását: a patkányok jobban nyomódtak a jutalmazó karra, több szacharóz jutalmat kaptak, és több időt töltöttek a feladattal.

A harmadik kamrai (ICV) AGRP (0.01 nmol) serkenti a szacharóz ön-beadását a PR paradigmában, de nincs hatással a napi táplálékfelvételre a vizsgálati időszakban (2 – 10 napok, 2, 5 és 8 napokon történő injekcióval). . Az AGRP (n = 9) adatokat fejezzük ki ...

Az ICV AGRP és az aCSF hatása a szacharóz progresszív arányára

Az életszakasz hatása a szacharóz preferenciájára és motivációjára

Az utolsó kísérletben megvizsgáltuk, hogy a szacharóz motivációja eltér-e a pubertális és felnőtt patkányok között. Kezdetben az 5 és az 10-wk idős patkányoknak szacharóz preferencia-tesztet kaptak, az 0-tól az 20% szacharózig terjedő oldatok választásával, mielőtt az önbeadási tesztet és az edzést megkezdték. Ahogy látható 5aés a szakirodalomban ismertetett eredményekkel összhangban a pubertás előtti patkányok inkább édesebb oldatot választottak, mint a fiatal felnőtt patkányok: a legtöbb pubertás előtti patkánynál az 20% szacharóz oldat volt a legmagasabb, míg a felnőtt patkányoknál 15% szacharóz. Ezt követően mindkét korosztályt felosztották a patkány-baromfi és a magas zsírtartalmú étrend között az ön-beadási képzés és a vizsgálat során. A peri-pubertális és felnőtt patkányok (45 ± 3 vs. 37 ± 2, p = 0.05) aktív kar-megnyomásainak kismértékű, de statisztikailag szignifikáns növekedése volt az FR-munkamenetek átlaga között, különbség nem volt a szacharóz jutalmak vagy az inaktív karon levő nyomások száma. Ahogy látható 5b, az életkor nagyon szignifikáns hatása volt a PR szekvenciákban, jelentősen megnövekedett aktív kar nyomással a pubertális (n = 15), szemben a fiatal felnőtt (n = 14) patkányokkal (2-út ANOVA, PRDay × életkor; életkor hatása, p = 0.017, nincs PRDay független hatása, nincs szignifikáns kölcsönhatás). A zsírtartalmú, diétás táplálkozás esetén tendencia mutatkozott az életkor nagyobb hatására, ám ez nem érte el a statisztikai szignifikanciát (p = .13). Táblázat 7 felsorolja a PR viselkedési paramétereit: a megnövekedett aktív karnyomás mellett a per-pubertális patkányok szignifikánsan több szacharóz jutalmat kaptak, és tendenciát mutattak a megnövekedett leállási idő felé. Ezenkívül a peri-pubertális patkányok kicsi, de szignifikánsan növekedtek az inaktív (azaz nem jutalmazó) kar nyomásain, bár mind a peri-pubertális, mind a felnőtt patkányok esetében az inaktív kar-megnyomások száma körülbelül 10% volt. aktív karos prések. Ezek az eredmények azt sugallják, hogy a peri-pubertális patkányok inkább kedvelik az édes ízű ételeket, és lelkesebben keresik azokat, és a hatás fokozható a magas zsírtartalmú táplálék hátterében.

ábra 5

A fiatal patkányok fokozott motivációt mutatnak a szacharóz juttatáshoz, mint a felnőtt patkányokhoz. 5a. Szacharózpreferencia-teszt fiatalkorú (peri-pubertális, n = 15) és fiatal felnőtt (n = 14) patkányoknál. A patkányoknak az 30 percet kellett inni a koncentráció tartományából (0-20% szacharóz). ...

Az életkor hatása a progresszív arányokra^a szacharóz számára

Megbeszélés

Ennek a tanulmánynak az a fő megállapítása, hogy a mérsékelten magas zsírtartalmú étrend a per-pubertális időszakban (közvetlenül a pubertás ideje előtt, alatt és közvetlenül után) fogyasztott szignifikánsan növeli a szacharóz oldatok motivációját. Ez a megállapítás összhangban van korábbi, hasonló megfigyelésünkkel felnőtt patkányokban (Figlewicz és munkatársai, 2006). Ezekben az állatokban, valamint a további életkori és kezelési szempontból megfelelő csoportokban széles körű metabolikus jellemzéssel meghatároztuk, hogy a patkányok nem elhízottak vagy elhízottak, és nem voltak perifériásan inzulinrezisztensek. Nem zárhatjuk ki annak a lehetőségét, hogy a patkányoknak központi idegrendszeri lokalizációja volt az inzulin vagy a leptin hatásaival szemben: ezeknek a hormonoknak mindkét része hozzájárul az élelmezés jutalomának központi idegrendszeri helyspecifikus modulációjához (Davis, Choi és Benoit, 2010; Davis és munkatársai, 2011a; Figlewicz és Sipols, 2010).

Patkányok egy részhalmazában az amin neurotranszmittereket és kapcsolódó metabolitjainkat mértük a felhalmozódásban, amely jelentős beruházást igényel a középső agy dopaminerg vetületeiben, és amelyet a jutalom és a motivált viselkedés közvetítésének kulcsfontosságú és központi központi idegrendszeri helyének tekintünk (Ikemoto és Panksepp, 1996; Kelley és Berridge, 2002). Nem figyeltünk meg változást az ilyen transzmitter metabolitok abszolút szintjében vagy arányában, ami azt sugallja, hogy a megnövekedett katecholaminerg vagy szerotonerg aktivitás a nucleus carrbens-ben nem elsődleges vagy fő központi idegrendszeri mechanizmus, amely a megnövekedett szacharóz motivációt támasztja alá. Ez összhangban áll a Davis és munkatársai. [2011 b], akik felnőtt patkányokon kimutatták, hogy az ICV AGRP növeli a dopamin-keringést a mediális prefrontalis kéregben, de nem a magvagyonból. Ezenkívül nem figyeltük meg az étrend „viselkedésbeli átváltási” hatását patkányokon, közvetlenül a pubertás után, fiatal felnőtteknél végzett tesztelés során. Ez ellentétben áll a Bolaños és mások megállapításaival, mind a viselkedésbeli, mind a katecholaminerg paraméterekkel kapcsolatban a metilfenidáttal kezelt felnőtt rágcsálókban (Bolaños és munkatársai, 2003; Bolaños, Glatt és Jackson, 1998; Brandon, Marinelli, Baker és White, 2001; Brandon, Marinelli és White, 2003). Ez valószínűleg annak köszönhető, hogy a dopaminerg idegsejteket közvetlenül metilfenidát célozza meg, és ez függhet az étrend beavatkozása és az állatok tesztelésének idejétől is. Végül, valószínűleg nem figyeltünk meg átviteli hatásokat, mivel ebben a tanulmányban az étrend elsődleges helye a medialis hypothalamus.

Ebben a tanulmányban három bizonyítékokat támaszt alá az meditális hipotalamusz neuropeptid AGRP kulcsszerepe a szacharóz fokozott önbeadása során a magas zsírtartalmú, táplálékkal táplált patkányokban. Először megfigyeltük az AGRP expresszió (mRNS) növekedését a teljes hypothalamus kivonataiban patkányoknál, akiknek 31.8% zsírtartalmát táplálták a chow kontrollokhoz képest. Az orexin mRNS és az NPY mRNS szintje azonban nem változott. Így a magas zsírtartalmú étrend / viselkedési paradigma hatása az AGRP-re specifikusnak tűnik, és nem általánosítható az orexigén neuropeptidekre. Ez hangsúlyozza az AGRP szerepét az élelmezés motivációjában vagy keresésében, és összhangban áll számos, az irodalomban legutóbbi jelentéssel (alább tárgyalt). Legutóbbi munkánk kimutatta a medialis hypothalamicus aktiváció kulcsszerepet a PR teljesítményével együtt a motivációs paradigmánkban, a cFos expressziójának fokozódásával több mediaális hypothalamicusmagban (Figlewicz és munkatársai, 2011). Azt is azonosítottuk az ARC-t, amely kulcsfontosságú régió az (exogén) inzulin hatásának, amely csökkenti a szacharóz önbeadását (Figlewicz és munkatársai, 2008). Az ARC AGRP / NPY neuronokat tartalmaz (Broberger és munkatársai, 1998; Hahn, Breininger, Baskin és Schwartz, 1998), amelyek a medialis hipotalamuszon belül működnek, és több mechanizmus révén ösztönzik a táplálkozást. Ebben a tanulmányban az aktivált AGRP idegsejtek immuncitokémiai kvantitatív meghatározása kimutatta a cFos / AGRP idegsejtek növekedését patkányokban, akiket szacharóz önálló alkalmazására kiképeztek, összehasonlítva a nem képzett viselkedési kontrollokkal. Ez egy második megközelítés, amely azt az értelmezést eredményezi, hogy az AGRP neuronális aktiváció hozzájárul a szacharóz ön-beadásának (kezdetének). Mind a korábbi, mind az újabb tanulmányok az AGRP expresszióját és hatását az előnyben részesített zsírtartalommal, akár étrenddel (Hagan és munkatársai, 2000) vagy egy motivációs paradigma (Tracy és munkatársai, 2008); és felnőtt patkányokban az ICV AGRP előnyben részesíti a helymeghatározást a zsírral szemben (Davis és munkatársai, 2011b). Legutóbbi, célzott molekuláris technikákat alkalmazó tanulmányok, amelyek lehetővé teszik az AGRP neuronok specifikus aktiválását egerekben (Aponte, Atasoy és Sternson, 2011; Krashes és munkatársai, 2011) megerősítették, hogy az AGRP erőteljesen serkenti a táplálkozást, növeli az élelmiszerkeresést és csökkenti az energiafelhasználást. Érdekes megjegyezni, hogy a magas zsírtartalmú táplálékkal kezelt kísérleti csoportokban az összes kalóriabevitel szignifikánsan alacsonyabb volt a kontroll chow táplált patkányokhoz képest (Táblázat 8), amely összhangban állna az endogén AGRP hatással az energiaköltségek csökkentése érdekében. Ezek a hatások összhangban állnak a Hagan et al. [2000], az exogén AGRP hatása az energiamérleg egyes szempontjaira meghosszabbodhat. Így harmadik megközelítésként az eredményeink, amelyek megnövekedett szacharóz-ön-beadást mutatnak a (chow táplált) pubertális patkányokon az ICV AGRP-vel adva, szintén egy fenntartható hatást mutatnak. Az AGRP mRNS expressziójának konkrét növekedése patkányokban, amelyek négy hétig táplálták a zsírtartalmú táplálékot, összhangban áll a Kaushik és munkatársai [2011] amely összekapcsolja az exogén zsírsavakat, az intracellulárisan előállított zsírsavakat és fokozott AGRP expressziót a hipotalamusz neuronokban. Így az olajsav vagy palmitinsav hozzáadása a tenyésztett hipotalamikus sejtekhez megnövekedett AGRP expressziót eredményezett. Míg az általunk használt étrendben megnőtt a sztearin-, palmitin- és olajsav, nem lehet tudni, hogy ezek a zsírsavak megnövekedtek-e a in vivo hipotalamikus miliő, hogy lokalizált koncentrációik megfelelnek-e az étrendi zsírsav-profilnak, és ezek közül egy vagy több kifejezetten megnövekedett AGRP-expresszióhoz vezet-e. Mindazonáltal kísértésnek tűnik a spekuláció, hogy az étrendi alkotóelemek hozzájárulhatnak az édesség fokozott motivációjához a medialis hipotalamusz elsődleges fellépése révén.

Kísérleti protokollok: Kcal fogyasztva

Vizsgálatunk kimutatja, hogy a fiatal patkányok fokozott motivációt mutatnak a szacharózra, mint a felnőtt patkányoknál. Ez nyilvánvaló volt a PR önbeadásának teljes ideje alatt, és volt egy tendencia, hogy a magas zsírtartalmú étrend fokozza az életkorhatást. Lehetséges, hogy ez a viszonylag kis csoportméret miatt nem érte el statisztikai jelentőségét; így az adatok arra utalnak, hogy pubertás állatokban (és valószínűleg emberekben is) az étrend közepesen megemelkedett zsírtartalma hozzájárulhat az édesített italok vagy ételek elősegítésére irányuló fokozott keresési magatartáshoz. Társadalmi szempontból hangsúlyozza, hogy figyelmet kell fordítani a „tweens” vagy a tizenévesek étrendének zsírtartalmára, nemcsak a túlzott étrendi zsírok közvetlen, negatív anyagcsere-következményei miatt, hanem azért is, mert hozzájárulhat a magatartáshoz, amely ebből adódik. fokozott cukorbevitel esetén. Amint azt a közelmúltban felülvizsgálta Stanhope [2012], a cukor és a zsír együttes lenyelése jelentős negatív metabolikus következményekkel járhat. Az emberek magas zsír / cukor kombinációja szintén viszonylag kevésbé kielégítő étrend (Drewnowski, 1998). A cukorbetegség előfordulásának növekedésével (Cizza, Brown és Rother, 2012) és zsíros máj (Kohli és munkatársai, 2010), amely a gyermekpopulációban előfordul, az egészséges és kiegyensúlyozott étrend fontossága a fiatalkorban egyértelmű. Megfigyeltük, hogy a pubertális patkányokon (felnőtt patkányoknál) az inaktív karon gyakorolt nyomások szignifikánsan növekedtek, bár a karos prések száma továbbra is nagyon alacsony volt. Lehetséges, de valószínűtlennek tűnik, hogy az aktív kar fokozott megnyomását az általános aktivitás „nem-specifikus” hatásaként lehet beszámolni, mivel a legtöbb tevékenység az aktív kar felé irányult. Noha az inaktív karos prések tényleges száma megnőtt, az aktív karos présekhez viszonyított aránya összehasonlítható volt a peri-pubertális és felnőtt patkányok között, és a megnövekedett nyomógombok tükrözhetik a hosszabb aktív időt az önbeadási kamrákban. Más paradigmában (valamilyen ételkorlátozás, élelmezési juttatás helyett élelmiszerpelletek használata és FR1 ütemterv) Sturman, Mandell és Moghaddam [2010] a közelmúltban megváltozott instrumentális teljesítményt mutattak serdülőkorú és felnőtt patkányokban. Nem figyelték meg az élelmiszerpelletet szállító orrcsapok különbségét a fiatal és a felnőtt patkányok között. Ugyanakkor megfigyelték a túlzott kitartó viselkedést a kihalás során a fiatalkorú patkányokban. A két tanulmány együttesen hangsúlyozza az életkor és a fejlődési szakasz befolyását az étkezési motivációra, összhangban a pubertális patkányok gyors növekedésével. Ebben a vizsgálatban hím, de nőstény patkányokat nem vizsgáltunk. Jelenleg korlátozott számú tanulmány készült közvetlenül a hím és a nőstény patkányok összehasonlításával az étkezési motivációs paradigmában, és a pubertás ideje alatt végzett szisztematikus értékelés indokolt. Meg kell jegyezni, hogy az (emberi) serdülők tanulmányozásakor Coldwell és munkatársai (2009) megfigyelték a kapcsolatot a növekedési marker, és nem az ízületi szteroidok között önmagában. Mindazonáltal a nemek közötti hatások ebben a korcsoportban további vizsgálatot érdemelnek.

Összefoglalva: tanulmányaink kimutatták, hogy a pubertális patkányoknál a szacharóz fokozott motivációja mutatkozik felnőttekkel összehasonlítva, és ezt fokozza a mérsékelten magas zsírtartalmú étrend hozzáférése. A magas zsírtartalmú étrendnek a szacharóz motivációjára gyakorolt hatását a medialis hipotalamusz fokozott AGRP-aktivitása közvetítheti. Ez további bizonyíték az áramkörök erőteljes belső, központi idegrendszeri funkcionális kapcsolatára, amely szabályozza az energia homeosztázisát, az áramkörökkel, amelyek szabályozzák a jutalmat és a motivációt. A szacharóz motivációjának fokozása egy közepesen magas zsírtartalmú étrenddel megelőzi a metabolikus rendellenességeket és a nyilvánvaló elhízást, és arra enged következtetni, hogy a viselkedés kezdetben vezetheti az anyagcserét, nem pedig fordítva. A magas zsírtartalmú és a fruktóztartalmú édes ételek együttesen hozzájárulnak egy anyagcsere-profilhoz, amely magas kockázatot jelent mind a type2 cukorbetegség, mind a szív- és érrendszeri betegségek esetében. Ezek az eredmények hangsúlyozzák a pubertáskori étkezési szokásokra és étrendre való összpontosítás fontosságát, mivel ezeket nemcsak a társadalmi-környezeti hatások, hanem a központi idegrendszeri neurokémiai és viselkedésbeli változások is befolyásolják, mivel az állatok vagy emberek átmenetileg változnak az érettségi változások időszakában a beszerzéshez. a reproduktív kompetencia.

.

A mérsékelt, magas zsírtartalmú étrend növeli a felnőtt patkányok szacharóz motivációját.
Ebben a vizsgálatban a magas zsírtartalmú étrend növeli a szukróz motivációját peri-pubertális patkányokban.
A peri-pubertális patkányok megnövekedett szacharóz motivációt mutattak felnőttekkel összehasonlítva.
A megnövekedett szacharóz motivációt a hypothalamic AGRP közvetítheti.
Következtetés: A magas zsírtartalmú étrend az elhízástól függetlenül ösztönzi az édességeket.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a kutatást az NIH DK40963 támogatás támogatta. Dianne Figlewicz Lattemann egy vezető kutatói karrier-tudós, Biomedical Laboratory Research Program, a Veteránügyi Osztály Puget Sound Health Care System, Seattle, Washington. Stephen Benoitot az NIH DK066223 és az Ethicon Endosurgery Inc. támogatta. A szerzők köszönetet mondnak Dr. Tami Wolden-Hansonnak a testösszetétel-mérések támogatásáért; Dr. William Banks és Lucy Dillman a triglicerid-mérések támogatásáról; és Amalie Alver, valamint Samantha Thomas-Nadler a viselkedési tanulmányok segítéséért.

Referenciák

Andersen SL, Teicher MH. Stressz, érzékeny időszakok és érési események serdülőkori depresszióban. Az idegtudomány trendei. 2008; 31: 183-191. [PubMed]
Y Aponte, Atasoy D, Sternson SM. Az AGRP neuronok elegendőek a táplálkozási viselkedés gyors és edzés nélküli rendezésére. A természet idegtudománya. 2011; 14: 351-355. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Barnes MJ, Argyropoulos G, Bray GA. Az agRP knockout egerekben a magas zsírtartalmú étrend előnyben részesítése, de a mu opioid receptorok aktiválását követő hiperfágia elkerülése blokkolva van. Agykutatás. 2010; 1317: 100-107. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Bolaños CA, Barrot M, Berton O, Wallace-Black D, Nestler EJ. A pre- és periadolescencia-metil-fenidát-kezelés megváltoztatja a felnőttkori érzelmi ingerekre adott viselkedési válaszokat. Biológiai pszichiátria. 2003; 54: 1317-1329. [PubMed]
Bolaños CA, Glatt SJ, Jackson D. Szenzitivitás dopaminerg gyógyszerekkel periadolescens patkányokban: viselkedési és neurokémiai elemzés. Agykutatás Fejlesztési Agykutatás. 1998; 111: 25-33. [PubMed]
Brandon CL, Marinelli M, Baker LK, White FJ. Fokozott reaktivitás és érzékenység a kokainnal serdülő patkányokban a metil-fenidát kezelés után. Neuropsychop. 2001; 25: 651-61. [PubMed]
Brandon CL, Marinelli M, Fehér FJ. A serdülőkori metil-fenidát expozíció megváltoztatja a patkányok középső agyának dopamin idegsejtjeinek aktivitását. Biológiai pszichiátria. 2003; 54: 1338-1344. [PubMed]
Broberger C, Johansen J, Johansson C, Schalling M, Hokfelt T. A neuropeptid Y / agouti génhez kapcsolódó protein (AGRP) agyáramlása normál, anorektikus és mononátrium-glutamát-kezelt egerekben. A Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai. 1998; 95: 15043-15048. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Cason AM, Smith RJ, Tahsili-Fahadan P, Moorman DE, Sartor GC, Aston-Jones G. Az orexin / hypocretin szerepe a jutalomkeresésben és az addikcióban: következmények az elhízásra. Élettan és viselkedés. 2010; 100: 419–428. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Choi DL, Davis JF, Fitzgerald ME, Benoit SC. Az orexin-A szerepe az élelmiszer-motivációban, a jutalom alapú táplálkozási viselkedésben és az élelmiszer által indukált neuronális aktivációban patkányokban. Neuroscience. 2010; 167: 11-20. [PubMed]
Cizza G, Brown RJ, Rother KI. A gyermekkori cukorbetegség növekvő előfordulása és kihívásai. Mini áttekintés. Endokrinológiai vizsgálati folyóirat. 2012 epub Május 8, 2012. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Coldwell SE, Oswald TK, Reed DR. A növekedés markere különbözik a magas vagy alacsony cukortartalmú serdülők között. Élettan és viselkedés. 2009; 96: 574–580. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Davis JF, Choi DL, Benoit SC. Inzulin, leptin és jutalom. Az endokrinológia és az anyagcsere alakulása. 2010; 21: 68-74. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Davis JF, Choi DL, Schurdak JD, Fitzgerald MF, Clegg DJ, Lipton JW, Figlewicz DP, Benoit SC. A Leptin az energia egyensúlyát és a motivációt különféle idegi körökben történő fellépés révén szabályozza. Biológiai pszichiátria. 2011a; 69: 668-674. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Davis JF, Choi DL, Schurdak JD, Krause EG, Fitzgerald MF, Lipton JW, Sakai RR, Benoit SC. A központi melanokortinek modulálják a mezokortikolimbikus aktivitást és a táplálékkeresési magatartást patkányban. Élettan és viselkedés. 2011b; 102: 491–495. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Davis JF, Tracy AL, Schurdak JD, Tschop MH, Clegg DJ, Benoit SC, Lipton JW. A megnövekedett élelmi zsír expozíció csökkenti a pszichostimuláns jutalmat és a mezolimbikus dopamin keringést patkányokban. Viselkedési idegtudomány. 2008; 122: 1257-1263. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Desor JA, Beauchamp GK. Az édes preferenciák hosszanti változásai az embereknél. Élettan és viselkedés. 1987; 39: 639–641. [PubMed]
JA Desor, Greene LS, Maller O. Az édes és sós preferenciák az 9 - 15 éves és felnőtt emberekben. Tudomány. 1975; 190: 686-687. [PubMed]
Drewnowski A. Energia sűrűség, ízlés és telítettség: a súlyszabályozás következményei. Táplálkozási vélemények. 1998; 56: 347-353. [PubMed]
Figlewicz DP, Bennett JL, Aliakbari S, Zavosh A, Sipols AJ. Az inzulin a különböző központi idegrendszeri helyekben csökkenti az akut szacharóz táplálkozást és a szacharóz önbeadást patkányokban. American Journal of Physiology. 2008; 295: R388-R394. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Az intraventrikuláris inzulin és a leptin csökkenti a szacharóz önadagolását patkányokban. Élettan és viselkedés. 2006; 89: 611–616. [PubMed]
Figlewicz DP, Bennett-Jay JL, Kittleson S, Sipols AJ, Zavosh A. A szacharóz önbeadása és a központi idegrendszer aktiválása patkányokban. Am J Physiol. 2011; 300: R876-R884. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Figlewicz DP, Ioannou G, Bennett Jay J, Kittleson S, Savard C, Roth CL. Az édesítőszerek mérsékelt bevitelének hatása az anyagcsere egészségi állapotára patkányokban. Élettan és viselkedés. 2009; 98: 618–624. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Figlewicz DP, Sipols AJ. Energiaszabályozási jelek és élelmiszer-jutalom. Farmakológia, biokémia és viselkedés. 2010; 97: 15-24. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Frangioudakis G, Gyte AC, Loxham SJ, Poucher SM. Intravénás glükóztolerancia-teszt kanülített Wistar patkányokon: Robusztus módszer a glükóz-stimulált inzulin szekréció in vivo értékelésére. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 2008; 57: 106-113. [PubMed]
Hagan MM, Rushing PA, Pritchard LM, Schwartz MW, Strack AM, Van Der Ploeg LHT, Woods SC, Seeley RJ. Az AgRP- (83-132) hosszú távú orexigenikus hatásai a melanokortin receptor blokádon kívül más mechanizmusokat is magukban foglalnak. American Journal of Physiology. 2000; 279: R47-R52. [PubMed]
Hahn TM, Breininger JF, Baskin DG, Schwartz MW. Az Agrp és az NPY együttes expressziója az éhomi aktiválású hipotalamusz neuronokban. A természet idegtudománya. 1998; 1: 271-272. [PubMed]
Hodos W. Progresszív arány, mint a jutalom ereje. Tudomány. 1961; 134: 943-944. [PubMed]
Ikemoto S, Panksepp J. Az étvágygerjesztő és tápláló válaszok közötti disszociációk a jutalom szempontjából lényeges agyi régiók farmakológiai manipulációival. Viselkedési idegtudomány. 1996; 110: 331-345. [PubMed]
Jewett DC, Cleary J, Levine AS, Schaal DW, Thompson T. Az Y neuropeptid, az inzulin, az 2-dezoxi-glükóz és az élelmezés-mentesség hatása az élelmezés-motivált viselkedésre. Psychopharmacology. 1995; 120: 267-271. [PubMed]
Kaushik S, Rodriguez-Navarro JA, Arias E, Kiffin R, Sahu S, Schwartz GJ, Cuervo AM, Singh R. A hipotalamuszos AgRP idegsejtek autofágia szabályozza az élelmiszer-bevitelt és az energiaegyensúlyt. Sejtek metabolizmusa. 2011; 14: 173-183. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Kelley AE, Berridge KC. A természetes jutalmak idegtudománya: relevancia az addiktív gyógyszerekhez. Journal of Neuroscience. 2002; 22: 3306-3311. [PubMed]
Kelley SP, Nannini MA, Bratt AM, Hodge CW. A paraventrikuláris magban lévő Y-neuropeptid növeli az etanol önbeadását. Peptidek. 2001; 22: 515-522. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Kohli R, Boyd T, K-tó, Dietrich K, Nicholas L, Balistreri WF, Ebach D, Shashidkar H, Xanthakos SA. A NASH gyors progressziója gyermekkorban. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition. 2010; 50: 453-456. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Krashes MJ, Koda S, Ye CP, Rogan SC, Adams AC, Cusher DS, Maratos-Flier E, Roth BL, Lowell BB. Az AgRP neuronok gyors reverzibilis aktiválása egerekben táplálkozási viselkedést vált ki. Journal of Clinical Investigation. 2011; 121: 1424-1428. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Mennella JA, Pepino MY, Reed DR. A keserű észlelés és az édes preferenciák genetikai és környezeti tényezői. Gyermekgyógyászat. 2005; 115: 216-222. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Myers KP, Sclafani A. Tanult ízpreferenciák fejlesztése. Fejlődési pszichobiológia. 2006; 48: 380-388. [PubMed]
Nemzeti Rák Intézet Alkalmazott Kutatási Program. Kalória-források hozzáadott cukrokból az USA népessége, 2005-06 között. Frissítve 21 2010 december. [Hozzáférés az 21 szeptember 2011-hez]; 2010 elérhető: http://riskfactor.cancer.gov/diet/foodsources/added_sugars/
Nixon JP, Zhang M, Wang CF, Kuskowski MA, Novak CM, Levine JA, Billington CJ, Kotz CM. Rágcsálók teljes testösszetételének elemzésére szolgáló kvantitatív mágneses rezonancia képalkotó rendszer kiértékelése. Elhízottság. 2010; 18: 1652-1659. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Ogden CL, MD Carroll. Egészségügyi és táplálkozási vizsgálatok felosztása. Az elhízás prevalenciája a gyermekek és serdülők körében: Egyesült Államok, az 1963-1965-tól az 2007-2008-ig terjedő tendenciák. [Hozzáférés az 21 szeptember 2011-hez]; Health E-Stat. 2010 2010 elérhető: http://www.cdc.gov/nchs/fastats/overwt.htm.
Paxinos G, Watson C. A patkányagy atlaszja sztereotaxikus koordinátákkal. 5th. San Diego, CA: Elsevier Academic Press; 2005.
Richardson NR, Roberts DC. Progresszív arány ütemterv a patkányokon végzett ön-önkormányzati vizsgálatokban: módszer a hatékonyság megerősítésére. Journal of Neuroscience Methods. 1996; 66: 1-11. [PubMed]
Roitman MF, Stuber GD, Phillips PE, Wightman RM, Carelli RM. A dopamin az élelmezéskeresés másodperces másodlagos modulátoraként működik. Journal of Neuroscience. 2004; 24: 1265-1271. [PubMed]
Rossi M, Kim M, Morgan D, Small C, Edwards C, Sunter D, Abusnana S, Goldstone A, Russell S, Stanley S, Smith D, Yagaloff K, Ghatei M, Bloom S. Az Agouti C-terminális töredéke A kapcsolódó fehérje növeli a táplálkozást és antagonizálja az alfa-melanocitákat stimuláló hormon in vivo hatását. Endokrinológia. 1998; 139: 4428-4431. [PubMed]
Stanhope KL. A fruktóztartalmú cukrok szerepe az elhízás és metabolikus szindróma járványokában. Az orvostudomány éves áttekintése. 2012; 63: 329-343. [PubMed]
Sturman DA, Mandell DR, Moghaddam B. A serdülők viselkedési különbségeket mutatnak felnőttekhez képest az ösztönös tanulás és a kihalás során. Viselkedési idegtudomány. 2010; 124: 16-25. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Tracy AL, Clegg DJ, Johnson JD, Davidson TL, Woods SC. Az AgRP melanokortin antagonista (83-132) növeli az étvágyat a zsírokra, de nem szénhidrátos erősítőkre. Farmakológia Biokémia és viselkedés. 2008; 89: 263-271. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
Vartanian LR, Schwartz MB, Brownell KD. Az üdítőital-fogyasztás hatása a táplálkozásra és az egészségre: szisztematikus áttekintés és metaanalízis. American Journal of Public Health. 2007; 97: 667-75. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]