Defisit neurotransmisi dopamin mesolimbik pada obesitas tikus (2009)

Komentar: studi mengungkapkan bahwa makan berlebihan "makanan kafetaria" menyebabkan obesitas menyebabkan penurunan tingkat dopamin dan respons dopamin tumpul terhadap makanan tikus normal. Namun, tikus-tikus tersebut masih memiliki respon reward terhadap makanan kantin. Salah satu dari banyak penelitian yang menunjukkan perubahan otak mirip dengan kecanduan narkoba. Konsumsi berlebihan versi supernormal penghargaan alami dapat menyebabkan kecanduan.

Ilmu saraf. 2009 Apr 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 dan EN Pothosa,*

Versi editan terakhir penerbit untuk artikel ini tersedia di Neuroscience

Lihat artikel lain di PMC itu mengutip artikel yang diterbitkan.

Pergi ke:

Abstrak

Peningkatan asupan kalori dalam obesitas makanan dapat didorong oleh mekanisme sentral yang mengatur perilaku mencari hadiah. Sistem dopamin mesolimbik, dan nukleus accumbens khususnya, mendasari hadiah makanan dan obat. Kami menyelidiki apakah obesitas pada tikus dikaitkan dengan perubahan neurotransmisi dopaminergik di wilayah itu. Tikus Sprague-Dawley ditempatkan pada diet gaya kafetaria untuk mendorong obesitas atau diet laboratorium chow untuk mempertahankan kenaikan berat badan normal. Tingkat dopamin ekstraseluler diukur dengan in vivo mikrodialisis. Pelepasan dopamin yang dibangkitkan secara elektrik diukur secara ex vivo dalam irisan koronal dari nucleus accumbens dan dorsal striatum menggunakan amperometri serat karbon waktu nyata. Selama 15 minggu, tikus yang diberi makan diet kafetaria menjadi obesitas (> 20% peningkatan berat badan) dan menunjukkan tingkat dopamin accumbens ekstraseluler yang lebih rendah daripada tikus dengan berat badan normal (0.007 ± 0.001 vs 0.023 ± 0.002 pmol / sampel; P<0.05). Pelepasan dopamin di nukleus accumbens tikus yang obesitas dirangsang oleh tantangan diet kafetaria, tetapi tetap tidak responsif terhadap makanan makanan laboratorium. Administrasi dari d-amphetamine (1.5 mg / kg ip) juga mengungkapkan respon dopamin yang dilemahkan pada tikus gemuk. Eksperimen yang mengukur secara elektrik membangkitkan sinyal dopamin ex vivo dalam irisan nucleus accumbens menunjukkan respons yang jauh lebih lemah pada hewan obesitas (12 vs 25 × 106 molekul dopamin per stimulasi, P<0.05). Hasil penelitian menunjukkan bahwa defisit neurotransmisi dopamin mesolimbik terkait dengan obesitas makanan. Pelepasan dopamin yang tertekan dapat menyebabkan hewan yang gemuk mengimbanginya dengan makan makanan "kenyamanan" yang enak, rangsangan yang melepaskan dopamin ketika makanan laboratorium gagal.

Kata kunci: nukleus accumbens, striatum, makan, berat badan, amfetamin, hyperphagia

Peningkatan obesitas diet yang cepat dalam masyarakat industri menunjukkan bahwa jalur pensinyalan non-homeostatik yang memungkinkan asupan energi positif kronis mungkin bertanggung jawab. Pertanyaan krusial adalah mengapa hewan laboratorium dan manusia terus makan makanan yang kaya energi dan enak sampai mereka menjadi gemuk. Dari perspektif evolusi, diharapkan bahwa otak mengembangkan suatu sistem untuk menanggapi imbalan alami, seperti makanan. Mekanisme sentral ini dilestarikan lintas spesies untuk memastikan kelangsungan hidup (Kelley dan Berridge, 2002) dan dapat berinteraksi dengan atau memodulasi sirkuit yang mengatur berat badan. Oleh karena itu, ketersediaan makanan lezat yang memuaskan dapat menyebabkan peningkatan asupan kalori dan penambahan berat badan yang mekanisme yang digerakkan oleh homeostasis, terutama berasal dari hipotalamus, mungkin tidak diatasi. Kemungkinan ini dapat menjelaskan, setidaknya sebagian, proporsi epidemi obesitas makanan.

Yang menonjol di antara sistem saraf adalah jalur dopamin mesolimbik, di mana aksi dopamin, khususnya di terminal nucleus accumbens, diketahui memediasi mekanisme penguatan. Aktivasi sistem ini mencakup peningkatan kadar dopamin dan perubahan dalam pergantian dopamin setelah perilaku yang bermanfaat seperti memberi makan (Hernandez dan Hoebel, 1988; Radhakishun et al., 1988). Selain itu, dopamin dalam nukleus accumbens (dan dorsal striatum yang berdekatan) diketahui meningkat dengan paparan rangsangan terkait makanan dan aktivitas motorik terkait dengan pencapaian makanan (Mogenson dan Wu, 1982; Bradberry et al., 1991; Salamone et al., 1991). Oleh karena itu, masuk akal untuk mengharapkan bahwa obesitas diet dapat dikaitkan dengan kemampuan pelepasan dopamin mesolimbik dari makanan berenergi tinggi yang enak.

Dalam penelitian ini, kami menyelidiki apakah paparan kronis (15 minggu) tikus terhadap diet kafetaria berenergi tinggi yang dapat menyebabkan perubahan nukleus accumbens dopamine. Diet yang sangat enak ini berhasil dalam menginduksi obesitas pada tikus dan merupakan yang paling relevan untuk perkembangan obesitas manusia (Sclafani dan Springer, 1976). Selain itu, diet kafetaria memungkinkan kami untuk membedakan antara preferensi tinggi lemak dan tinggi karbohidrat dan apakah preferensi seperti itu berdampak pada pelepasan dopamin mesolimbik. Kami menemukan bahwa tikus Sprague-Dawley mengambil sebagian besar asupan kalori harian dari sumber karbohidrat tinggi dan mengembangkan diet-induced obesity (DIO). Lebih lanjut, mereka menunjukkan pelepasan dopamin basal yang tertekan pada nukleus accumbens dan respon dopamin yang dilemahkan terhadap bungkusan makanan standar atau pemberian sistemik dari d-amphetamine.

PROSEDUR PERCOBAAN

hewan

Tikus albino betina Sprague-Dawley (Taconic, Hudson, NY, USA), dicocokkan dengan berat tubuh masing-masing 300 g pada usia 3 bulan. Hewan betina dipilih karena, berbeda dengan tikus jantan, berat badan betina yang diberi makan laboratorium relatif stabil dari waktu ke waktu. Hewan ditempatkan secara individual di ruangan yang sama di bawah siklus cahaya / gelap terbalik 12-h (lampu menyala: 6 sore, lampu mati: 6 pagi). Dalam kondisi ini kami mengamati tidak ada dampak fase siklus ester pada pelepasan dopamin mesolimbik (Geiger et al., 2008). Semua hewan digunakan sesuai dengan pedoman yang diterbitkan oleh Institut Kesehatan Nasional AS (NIH) dan Komite Perawatan dan Penggunaan Hewan Institusional (IACUC) Universitas Tufts dan Pusat Medis Tufts. Semua upaya dilakukan untuk membatasi jumlah hewan yang digunakan untuk meminimalkan penggunaan dan penderitaan hewan.

Komposisi diet kafetaria

Hewan dibagi menjadi kelompok DIO kafetaria (juga digambarkan sebagai kelompok obesitas di bawah ini) dan kelompok yang diberi makan laboratorium (kelompok berat badan normal). Semua kelompok diberi makan ad libitum. Diet kafetaria termasuk komponen lemak tinggi seperti Crisco (pemendekan sayur 33%, bubuk Purina 67%), daging asap, keju cheddar dan selai kacang; dan komponen berkarbohidrat tinggi seperti susu kental manis (merek Magnolia dicampur dengan air, 1: 1), kue cokelat, susu coklat, pisang, marshmallow, dan larutan sukrosa 32%. Diet yang sangat enak ini telah terbukti sangat efektif dalam mendorong obesitas pada tikus dan meniru perkembangan obesitas manusia (Sclafani dan Springer, 1976). Setiap komponen tersedia setiap saat dan berubah empat kali seminggu. Kelompok kantin DIO, selain makanan yang enak, juga diberikan ad libitum akses ke laboratorium Purina chow. Untuk mengidentifikasi preferensi diet, asupan masing-masing komponen diet kantin diukur selama dua periode 48-h selama minggu kesebelas diet. Berat badan dicatat sekali setiap minggu.

Operasi stereotoksik

Operasi stereotoksik dilakukan selama minggu 7 penelitian (n= 24 kafetaria DIO tikus, n= 32 tikus laboratorium chow). Hewan dianestesi dengan ketamin (60 mg / kg ip) dan xylazine (10 mg / kg ip) untuk implantasi bilateral 10 mm, cannula pengukur mikrodialisis stainless-steel 21 yang diarahkan pada nukleus posterior nucleus accumbens shell. Koordinat stereotaxic adalah 10 mm anterior ke nol interaural, 1.2 mm lateral ke sinus midsagittal dan 4 mm ventral ke permukaan level tengkorak. Probe dialisis fiber memperpanjang 4 mm ventral lain untuk mencapai situs target (Paxinos dan Watson, 2007). Setelah operasi, semua hewan dikembalikan ke kandang mereka dan melanjutkan rejimen diet mereka.

Mikrodialisis dan kromatografi cair kinerja tinggi dengan prosedur deteksi elektrokimia (HPLC-EC)

Mikrodialisis dilakukan selama minggu 14 studi untuk memungkinkan pemulihan yang memadai dari operasi. Untuk setiap sesi mikrodialisis, hewan ditempatkan secara individual di kandang mikrodialisis dan probe ditempatkan di kanula mikrodialisis 12-15 jam sebelum sampel pertama dikumpulkan. Situs implantasi (kiri versus kanan) diimbangi. Probe mikrodialisis adalah dari jenis konsentris, dibuat secara lokal dan telah menunjukkan 10% pemulihan neurokimia dalam in vitro tes seperti yang dijelaskan sebelumnya (Hernandez et al., 1986). Penyelidikan dilakukan perfusi dengan larutan Ringer (142 mM NaCl, 3.9 mM KCl, 1.2 mM CaCl2, 1.0 mM MgCl2, 1.4 mM Na2HPO4, 0.3 mM NaN2PO4) pada laju 1 ° μl / mnt. Dialisat dikumpulkan dalam 40 µl vial yang mengandung 5 µl pengawet (0.1 M HCl dan 100 ° µM EDTA) untuk memperlambat oksidasi monoamina. Pengumpulan sampel dimulai di tengah siklus gelap, dan semua makanan dihilangkan 3 h sebelum pengambilan sampel untuk semua hewan. Sampel dikumpulkan pada interval 30-min untuk setidaknya 2 jam awal, diikuti dengan injeksi sistemik dari d-amphetamine (1.5 mg / kg ip; Sigma, St. Louis, MO, USA). Dari masing-masing sampel, 25 µl dialisat diinjeksikan ke dalam sistem Antec HPLC-EC amperometrik (GBC, Inc., Boston, MA, USA) dengan kolom Rainin 10 cm dan buffer fase gerak fosfat, yang memisahkan dan mendeteksi dopamin, dan metabolit dopamin dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC) dan asam homovanillic (HVA). Puncak yang dihasilkan kemudian diukur dan dicatat. Penempatan probe mikrodialisis di situs target telah diverifikasi pada akhir percobaan dengan pemeriksaan histologis dari saluran probe setelah fiksasi otak dengan paraformaldehyde.

Untuk hewan yang disajikan dengan tantangan laboratorium 30-min min atau tantangan diet kantin-diet d-amphetamine, semua kelompok kekurangan makanan selama 12 h sebelum percobaan mikrodialisis untuk memastikan motivasi makan yang memadai.

Irisan elektrofisiologi

Otak tikus dengan cepat ditempatkan ke dalam cairan serebrospinal buatan beroksigen dingin-es (aCSF) pada vibratome Leica VT1000S (Leica Microsystems, Wetzlar, Jerman), dan memotong irisan koronal 300 µm. Mandi slice berisi aCSF (124 mM NaCl, 2.0 mM KCl, 1.25 mM KH2PO4, 2.0 mM MgSO4, 25 mM NaHCO3, 1.0 mM CaCl2, 11 mM glukosa, pH = 7.3). Setelah 1 h dalam irisan aCSF dipindahkan ke ruang rekaman dengan perfusi aCSF teroksigenasi diatur ke 1 ml / menit pada 37 ° C. Elektroda serat karbon, berdiameter 5 µm, dengan permukaan yang baru saja dipotong ditempatkan di nukleus accumbens shell atau dorsal striatum ~ 50 µm ke dalam slice, dengan elektroda referensi (kawat Ag / AgCl) dimasukkan ke dalam bak aCSF dan set tegangan untuk + 700 mV (Axopatch 200 B, Axon Instruments Inc., Union City, CA, USA). Bipolar, kawat bengkok, elektroda stimulasi (diameter kawat 0.005 dalam: MS 303 / 3, Plastics One, Inc., Roanoke, VA, USA) ditempatkan di dalam 100-200 µm dari elektroda serat karbon. Stimulus arus monofasa konstan 2 ms pada + 500 µA disampaikan oleh Isoflex stimulus isolator (AMPI, Inc., Jerusalem, Israel) yang dipicu oleh stimulator arus konstan (Model S88; Grass Technologies, West Warwick, RI, USA) . Respon dari elektroda amperometrik (perubahan baseline) dimonitor dan dikuantifikasi oleh perangkat lunak Superscope (GW Instruments, Inc., Somerville, MA, USA). Elektroda dikalibrasi sebelum dan sesudah digunakan dengan voltammogram yang dikurangi di latar belakang (lima gelombang diterapkan dan dirata-rata, 300 V / s, −400 ke + 1000 mV, dalam media perekaman dan medium dengan 10 µM ​​dopamin). Puncak amperometrik diidentifikasi sebagai peristiwa yang lebih besar dari 3.5 × kebisingan rms dari baseline. Lebar peristiwa adalah durasi antara (a) intersepsi garis dasar dari kemiringan maksimal dari garis dasar ke titik pertama yang melebihi batas dan (b) titik data pertama mengikuti amplitudo maksimal yang mendaftarkan nilai ≤0 pA. Amplitudo maksimum (imax) dari acara tersebut adalah nilai tertinggi dalam acara tersebut. Untuk menentukan jumlah total molekul (N) dirilis, muatan total dari peristiwa antara intersep baseline ditentukan, dan jumlah molekul diperkirakan oleh hubungan N= Q /nF, di mana Q adalah muatannya, n jumlah elektron yang disumbangkan per molekul, dan F adalah konstanta Faraday (96,485 C per setara). Perkiraan didasarkan pada asumsi dua elektron yang disumbangkan per molekul teroksidasi dopamin (Ciolkowski et al., 1994).

Micropunches jaringan

Kantin DIO atau tikus laboratorium yang diberi makan chow (n= 11 / grup) di-eutanasia seperti pada percobaan sebelumnya dan pukulan berdiameter 1 mm dari striatum dorsal dan nucleus accumbens diambil dari 300 µm irisan otak. Pukulan kemudian diekspos ke solusi 40 mM KCl untuk 3 min untuk merangsang pelepasan dopamin. Tingkat dopamin ekstraseluler kemudian diukur menggunakan metode HPLC yang dijelaskan di atas.

Analisis data

ANOVA dua arah (kelompok × waktu) dengan tindakan berulang dan analisis Fisher post hoc yang sesuai digunakan untuk analisis data mikrodialisis. ANOVA satu arah digunakan untuk semua tes lainnya. Untuk percobaan irisan, hasil dari lima stimulasi berbeda pada irisan yang sama dirata-rata per irisan sebelum ANOVA dijalankan. Hasil dinyatakan sebagai mean ± standard error of the mean (SEM).

HASIL

Tikus gemuk yang diet memiliki preferensi kuat untuk makanan yang sangat enak

Kantin DIO tikus menunjukkan preferensi yang kuat untuk susu manis (74.4 ± 6.4 g; 241 ± 21 kkal) dan larutan sukrosa 32% (31.4 ± 4.1 g; 40 ± 5 kcal) (Fig. 1A, B, F(9,127) = 116.9854, P<0.01). Selain itu, hewan ini makan secara signifikan lebih sedikit dari Purina chow (5.66 ± 1.02 g) dibandingkan dengan hewan yang diberi makan chow laboratorium (54.7 ± 2.3 g; F(1,27) = 419.681, P<0.01). Setelah 14 minggu menjalani diet kafetaria, tikus memperoleh 53.7% dari berat badan awal menjadi 444.9 ± 19.0 g. Setelah periode yang sama, tikus yang diberi pakan laboratorium mencapai berat akhir 344.0 ± 10.8 (Fig. 2A).

Ara. 1 

Preferensi komponen diet kantin pada tikus gemuk. Konsumsi rata-rata komponen diet kafetaria dalam gram (A) dan kkal (B) selama dua periode 48-jam selama seminggu. Regimen diet 11 menunjukkan preferensi untuk susu manis dan larutan sukrosa (rata-rata ± SEM; ...
Ara. 2 

Kadar nukleus yang berat pada dasar, amfetamin, dan laboratorium menantang level dopamin menurun pada tikus gemuk yang diet. (A) Berat badan tikus DIO kafetaria selama periode 14-minggu secara signifikan lebih banyak daripada yang dimakan laboratorium ...

Tikus yang mengalami obesitas memiliki dopamin basal yang rendah dan mengurangi pelepasan dopamin yang distimulasi amfetamin

Pada minggu 14 penelitian, kafetaria tikus DIO menunjukkan tingkat dopamin ekstraseluler yang lebih rendah dalam nukleus accumbens, dibandingkan dengan tikus yang diberi makan laboratorium (0.007 ± 0.001 pmols / 25 μL sampel vs. 0.023 ± 0.002 pmols / 25 μL sampel; Fig. 2B, F(1,19) = 11.205; P<0.01), yang diukur dengan in vivo mikrodialisis. Tingkat dasar metabolit dopamin, DOPAC dan HVA, juga ditemukan secara signifikan lebih rendah pada tikus kantin DIO. Kadar DOPAC di kafetaria DIO adalah 3.13 ± 0.42 vs 8.53 ± 0.56 pmol pada tikus yang diberi makan laboratorium chow (F(1,10) = 14.727, P<0.01). Tingkat HVA masing-masing adalah 1.0 ± 0.28 vs 4.28 ± 0.33 pmol (F(1,20) = 6.931, P<0.05). Setelah pembentukan dasar dopamin yang stabil, tikus diberi injeksi amfetamin 1.5 mg / kg ip. Pelepasan total tingkat dopamin terstimulasi lebih sedikit pada tikus kafetaria DIO dibandingkan dengan hewan yang diberi makan makanan di laboratorium (Fig. 2B, F(9,162) = 2.659, P<0.01).

Tikus gemuk yang mengalami diet melepaskan dopamin dalam nukleus accumbens ketika makan makanan yang sangat enak, bukan laboratorium yang biasa

Fig. 2D menunjukkan bahwa kadar dopamin ekstraseluler di kafetaria tikus DIO tidak meningkat terdeteksi dalam menanggapi makan chow laboratorium. Hewan makan rata-rata 1.3 ± 0.4 g chow selama 30 min. Namun, ketika sebagian dari hewan-hewan ini (n= 8) kemudian diberi makan kafetaria selama 30 min, dopamin meningkatkan 19.3% dari 0.027 ± 0.003 ke 0.033 ± 0.004 pmols / 25 µL sampel (F(11,187) = 8.757, P<0.05). Kadar DOPAC juga meningkat sebesar 17.13% ± 6.14%. Sebaliknya, kadar dopamin pada hewan yang diberi makan di laboratorium meningkat sebesar 51.10% ± 17.31% (F(7,119) = 3.902, P<0.05) 1 jam setelah makan makanan (hewan makan rata-rata 5.7 ± 0.8 g, secara signifikan lebih banyak daripada hewan DIO; F(1,33) = 26.459, P<0.01). Namun, kami tidak berharap bahwa asupan makanan yang lebih rendah oleh hewan DIO adalah penyebab langsung kurangnya pelepasan dopamin pada hewan ini karena asupan makanan serendah 0.6 g telah dilaporkan untuk merangsang pelepasan dopamin di nukleus accumbens tikus (Martel dan Fantino, 1996). Lebih lanjut, penelitian lain menunjukkan bahwa perbedaan jumlah dopamin yang dilepaskan tidak selalu berkorelasi langsung dengan jumlah makanan yang ada, tetapi juga dapat dipengaruhi oleh rangsangan lain seperti tingkat kenyang hewan, kelezatan dan efek kebaruan dari makanan yang disajikan. (Hoebel et al., 2007). Diet kafetaria tidak diberikan sebagai tantangan pada hewan yang diberi makan chow laboratorium karena diharapkan dapat menimbulkan efek kebaruan yang akan mengacaukan perbandingan dengan hewan kantin DIO.

Pelepasan dopamin yang distimulasi secara elektrik dilemahkan dalam irisan otak koron akut dari tikus yang mengalami obesitas

Fig. 3A menunjukkan jejak amperometrik yang representatif dari nukleus accumbens irisan cangkang dari tikus gemuk normal vs tikus diet (n= Stimulasi 30 dalam tujuh irisan vs stimulasi 24 dalam lima irisan masing-masing). Kantin DIO tikus memiliki pelepasan dopamin yang ditimbulkan secara elektrik lebih rendah daripada tikus yang diberi makan laboratorium (12 × 106± 4 × 106 vs. 25 × 106± 6 × 106 molekul; Fig. 3B, F(1,52) = 2.1428, P<0.05). Perbedaan dalam pelepasan dopamin yang ditimbulkan ini mencerminkan penurunan amplitudo kejadian (5.16 ± 1.10 pA pada tikus DIO kantin vs 7.06 ± 0.80 pA pada tikus yang diberi makan makanan di laboratorium; Fig. 3C, F(1,52) = 2.4472, P<0.05) dan lebar (2.45 ± 0.73 detik di kafetaria tikus DIO vs. 4.43 ± 0.70 detik pada tikus yang diberi makan makanan di laboratorium, Fig. 3D, F(1,52) = 3.851, P<0.05).

Ara. 3 

Pelepasan dopamin yang timbul dari nukleus akumben dalam irisan otak (A) Jejak representatif dari nukleus koronal akut menumbuk irisan hewan yang diberi makan chow (atas; n= Stimulasi 30 dalam tujuh irisan) dan kantin hewan DIO (bawah; n= Stimulasi 24 ...

Ara. 4 menunjukkan bahwa tren yang sama hadir pada potongan striatal dorsal tikus gemuk. Jejak perwakilan dari laboratorium chow-fed (n= Stimulasi 31 dalam tujuh irisan) dan kafetaria DIO (n= Kelompok stimulasi 15 dalam empat irisan) ditampilkan dalam Fig. 4A. Pelepasan dopamin yang membangkitkan listrik dari striatum adalah 0.8 × 106± 0.1 × 106 di kafetaria DIO tikus vs. 44 × 106± 11 × 106 molekul (Fig. 4B, F(1,45) = 6.0546, P<0.01) di laboratorium pada hewan yang diberi makan makanan. Sekali lagi ini mencerminkan penurunan kedua amplitudo peristiwa (2.77 ± 0.42 vs 9.20 ± 1.88 pA; F(1,45) = 7.8468, P<0.01) dan lebar (0.22 ± 0.03 vs. 5.90 ± 0.98 detik; F(1,45) = 17.2823, P<= 0.01) di kafetaria grup DIO (Gbr. 4C, 4D).

Ara. 4 

Melepaskan dopamin dari striatum punggung di irisan otak. (A) Jejak perwakilan dari irisan dorsal striatum dorsal akut pada hewan yang diberi makan chow (atas; n= Stimulasi 31 dalam tujuh irisan) dan kantin hewan DIO (bawah; n= Stimulasi 15 di ...

Pelepasan dopamin yang dirangsang oleh kalium dalam jaringan mikro berkurang pada nukleus accumbens dan striatum dari tikus gemuk yang mengalami diet

Tingkat dopamin ekstraseluler setelah stimulasi KCl diukur dengan HPLC-EC dan ditunjukkan pada Ara. 5. Kadar dopamin ekstraseluler adalah 0.16 ± 0.08 pmol / sampel dalam mikropunch accumbens hewan gemuk (n= 10 micropunches) dibandingkan dengan 0.65 ± 0.23 pmol / sampel dalam micropunches dari hewan kontrol (n= 11 micropunches; Fig. 5A; F(1,19) = 4.1911, P<0.01). Kadar dopamin ekstraseluler adalah 5.9 ± 1.7 pmol / sampel di micropunch striatal dari obesitas (n= 8 micropunches) tikus dan 11.3 ± 1.9 pmol / sampel di situs yang sama dari kontrol (n= 11 micropunches) tikus (Fig. 5B; F(1,17) = 7.5064, P<0.01).

Ara. 5 

Tingkat dopamin ekstraseluler dari mikropunch jaringan yang dirangsang oleh kalium. Jumlah dopamin yang dilepaskan dari (A) nucleus accumbens (n= 11 micropunches dari masing-masing kelompok) dan (B) dorsal striatum (n= 8 micropunches dari obesitas dan n= 11 micropunches dari kontrol) ...

PEMBAHASAN

Dalam studi ini, tikus menjadi kelebihan berat badan karena makan diet kantin dengan preferensi untuk makanan berkarbohidrat tinggi. Dalam keadaan kelebihan berat badan mereka, mereka memiliki dopamin ekstraseluler basal yang lebih rendah serta dopamin yang distimulasi chow atau stimulasi amfetamin dalam nukleus accumbens. Dalam studi menggunakan obat pelecehan, hewan akan bekerja untuk menjaga kadar dopamin dalam nukleus accumbens di atas tingkat tertentu (Wise et al., 1995a,b; Ranaldi et al., 1999). Dalam penelitian ini, "substansi" yang disalahgunakan adalah makanan yang enak, sehingga dopamin ekstraseluler yang rendah dalam accumbens menyebabkan peningkatan konsumsi makanan yang enak.

Tikus gemuk juga menunjukkan tingkat dopamin yang distimulasi secara elektrik dalam irisan otak dan dopamin yang distimulasi kalium dalam mikropunch jaringan dari nukle accumbens dan dorsal striatum. Defisit presinaptik sentral pada eksositosis dopamin, oleh karena itu, terbukti dalam obesitas diet karena depresi pelepasan dopamin yang timbul ada in vivo, pada irisan otak striatal dan akumbal akut dan dalam mikropunches jaringan dari hewan obesitas. Kami telah melihat efek yang serupa dalam model genetik kecenderungan obesitas. Dalam model ini, mRNA dan ekspresi protein dari regulator sintesis dopamin dan eksositosis termasuk tirosin hidroksilase dan transporter monoamina vesikuler neuronal (VMAT2) menurun di area ventral tegmental (VTA) neuron dopamin hewan rawan obesitas (Geiger et al., 2008). Situs potensial lain dari perubahan pra-sinaptik adalah transporter membran dopamin reuptake plasma, DAT. Studi slice electrophysiology memungkinkan kita untuk membedakan antara perbedaan dalam pelepasan dopamin versus kinetika reuptake. Perbedaan lebar lonjakan menunjukkan pada prinsipnya bahwa hewan-hewan yang mengalami obesitas pada makanan mungkin tidak hanya melepaskan sedikit saja tetapi juga perubahan dalam reuptake karena perbedaan dalam situs transporter DAT aktif pada membran plasma. Dalam lemak Zucker (fa / fa) tikus, peningkatan kadar mRNA transporter DAT telah dilaporkan dalam VTA (Figlewicz et al., 1998). Kemungkinan peningkatan pembersihan dopamin kompatibel dengan penurunan sinyal dopamin yang ditimbulkan pada tikus DIO dalam penelitian ini.

Kita harus mencatat bahwa kemampuan pelepasan dopamin amfetamin tidak dilemahkan pada hewan yang mengalami obesitas (dalam hal persentase perubahan dari baseline) dan ini dapat "berkonspirasi" bersama dengan tingkat absolut dopamin yang lebih rendah untuk mendorong motivasi hewan obesitas untuk mendapatkan rangsangan pelepasan dopamin. Amphetamine adalah basa lemah yang memindahkan dopamin dari vesikel ke sitosol dan menyebabkan peningkatan dopamin ekstraseluler melalui transportasi balik (Sulzer dan Rayport, 1990). Dalam kasus defisit parah pada kelompok dopamin vesikular, seperti misalnya dalam kasus transporter vesikular tikus yang kekurangan VMAT2, injeksi amfetamin secara sementara merangsang sintesis dopamin baru dalam sitosol (Fon et al., 1997). Peningkatan transien yang diinduksi amfetamin dalam dopamin sitosolik dapat menjelaskan peningkatan sementara dalam persen perubahan dopamin accumbens pada hewan yang kelebihan berat badan yang diamati pada hewan dengan berat normal dan dapat berkontribusi pada kerentanan hewan obesitas terhadap dopamin yang melepaskan rangsangan bersama dengan ekstraseluler absolut bawah yang lebih rendah. kadar dopamin di accumbens.

Apa yang mungkin menjadi mekanisme untuk menengahi defisit dopamin presinaptik pada hewan gemuk dan mendorong preferensi makanan mereka? Hubungan antara preferensi makanan dan nukleus accumbens dopamin jelas ditunjukkan dalam respons tumpul dari hewan gemuk yang makan, tetapi tidak dengan makanan yang enak. Temuan kami melengkapi pekerjaan terbaru yang menunjukkan bahwa agonis reseptor tipe D1 dopamin (D1) meningkatkan preferensi tikus untuk makanan yang sangat enak (Cooper dan Al-Naser, 2006). Selain itu, nukleus accumbens dopamine diaktifkan pada tikus yang dilatih untuk pesta di sukrosa (Avena et al., 2008), lebih lanjut mendukung keterlibatan dopamin pusat dalam preferensi untuk makanan enak kaya karbohidrat. Kami telah menunjukkan defisit dopamin sentral yang dilaporkan dalam penelitian ini dalam model tambahan obesitas, termasuk ob / ob tikus yang kekurangan leptin dan tikus rawan obesitas bawaan (Fulton et al., 2006; Geiger et al., 2008). Dengan demikian, satu sinyal yang mungkin menghubungkan konsumsi makanan yang enak dan pelepasan dopamin accumbens mungkin adalah leptin. Pada manusia dengan defisiensi leptin kongenital, penggantian leptin mengurangi hiperfagia dan mengubah aktivasi ventral striatum sehubungan dengan visualisasi makanan yang enak (Farooqi et al., 2007). Pada tikus juga telah ditunjukkan bahwa leptin akan menurunkan pemberian sukrosa secara mandiri (Figlewicz et al., 2006, 2007). Input orexigenic lain seperti ghrelin dan orexin juga telah terbukti terlibat dalam aktivasi sistem dopamin otak tengah (Rada et al., 1998; Helm et al., 2003; Abizaid et al., 2006; Narita et al., 2006). Akan lebih menarik untuk memeriksa lebih lanjut apakah mengalihkan hewan gemuk yang diet ke chow laboratorium normal secara kronis akan mempertahankan preferensi mereka untuk makanan yang enak dan respon dopamin accumbens terkait untuk itu terlepas dari perubahan yang diharapkan dalam leptin, ghrelin atau orexin dan sinyal lainnya. terkait dengan regulasi nafsu makan.

KESIMPULAN

Sebagai kesimpulan, temuan dalam penelitian ini menunjukkan bahwa sistem dopamin mesolimbik memainkan peran penting dalam preferensi untuk diet berenergi tinggi, hyperphagia dan obesitas yang dihasilkan dari makanan. Nukleus accumbens dan neurotransmisi dopaminergik dorsal striatum mengalami depresi pada tikus obesitas. Hewan-hewan tersebut dapat memulihkan sementara tingkat dopamin dengan mengonsumsi makanan berenergi tinggi yang enak. Hasil ini menunjukkan bahwa penargetan selektif regulator presinaptik dari sistem dopamin mesolimbik merupakan pendekatan yang menjanjikan untuk pengobatan obesitas makanan.

Ucapan Terima Kasih

Pekerjaan ini didukung oleh DK065872 (ENP), F31 DA023760 (BMG, ENP), Penghargaan Keunggulan Yayasan Keluarga Smith dalam Riset Biomedis (ENP) dan P30 NS047243 (Pusat Tufts untuk Penelitian Neuroscience).

Singkatan

  • aCSF
  • cairan serebrospinal buatan
  • DAT
  • transporter membran plasma dopamin
  • DIO
  • obesitas akibat diet
  • DOPAC
  • asam dihydroxyphenylacetic
  • HPLC-EC
  • kromatografi cair kinerja tinggi dengan deteksi elektrokimia
  • HVA
  • asam homovanillic
  • VMAT2
  • transporter neuron vesikular monoamina
  • VTA
  • daerah tegmental ventral

REFERENSI

  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. Ghrelin memodulasi aktivitas dan organisasi input sinaptik dari neuron dopamin otak tengah sambil meningkatkan nafsu makan. J Clin Invest. 2006; 116: 3229 – 3239. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  2. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Bukti untuk kecanduan gula: efek perilaku dan neurokimiawi dari asupan gula yang terputus-putus dan berlebihan. Neurosci Biobehav Rev. 2008; 32: 20 – 39. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  3. Bradberry CW, Gruen RJ, Berridge CW, Roth RH. Perbedaan individu dalam tindakan perilaku: korelasi dengan nukleus accumbens dopamin diukur dengan mikrodialisis. Pharmacol Biochem Behav. 1991; 39: 877 – 882. [PubMed]
  4. Ciolkowski EL, Maness KM, Cahill PS, Wightman RM, Evans DH, Fosset B, Amatore C. Disproportionation selama elektrooksidasi katekolamin pada serat mikro serat karbon. Anal Chem. 1994; 66: 3611 – 3617.
  5. Cooper SJ, Al-Naser HA. Kontrol dopaminergik dari pilihan makanan: efek kontras dari SKF 38,393 dan quinpirol pada preferensi makanan dengan palatabilitas tinggi pada tikus. Neurofarmakologi. 2006; 50: 953 – 963. [PubMed]
  6. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptin mengatur daerah striatal dan perilaku makan manusia. Ilmu. 2007; 317: 1355. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  7. Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Insulin dan leptin intraventrikular menurunkan pemberian sendiri sukrosa pada tikus. Physiol Behav. 2006; 89: 611 – 616. [PubMed]
  8. Figlewicz DP, MacDonald Naleid A, Sipols AJ. Modulasi hadiah makanan oleh sinyal adipositas. Physiol Behav. 2007; 91: 473 – 478. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  9. Figlewicz DP, Patterson TA, Johnson LB, Zavosh A, Israel PA, Szot P. Dopamin transporter mRNA meningkat pada CNS tikus berlemak (fa / fa) Zucker. Brain Res Bull. 1998; 46: 199 – 202. [PubMed]
  10. Untuk EA, Pothos EN, Sun BC, Killeen N, Sulzer D, Edwards RH. Pengangkutan vesikular mengatur penyimpanan dan pelepasan monoamina tetapi tidak penting untuk aksi amfetamin. Neuron. 1997; 19: 1271 – 1283. [PubMed]
  11. Fulton S, Pissios P, Manchon RP, Stiles L, Frank L, Pothos EN, Maratos-Flier E, Flier JS. Regulasi leptin pada jalur dopamin mesoaccumbens. Neuron. 2006; 51: 811 – 822. [PubMed]
  12. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG, Pothos EN. Bukti untuk eksositosis dopamin mesolimbik yang rusak pada tikus yang rentan obesitas. FASEB J. 2008; 22: 2740 – 2746. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  13. Helm KA, Rada P, Hoebel BG. Cholecystokinin dikombinasikan dengan serotonin dalam hipotalamus membatasi pelepasan dopamin sambil meningkatkan asetilkolin: mekanisme kekenyangan yang mungkin terjadi. Res Otak. 2003; 963: 290 – 297. [PubMed]
  14. Hernandez L, Hoebel BG. Makan dan stimulasi hipotalamus meningkatkan pergantian dopamin di accumbens. Physiol Behav. 1988; 44: 599 – 606. [PubMed]
  15. Hernandez L, Stanley BG, Hoebel BG. Probe mikrodialisis kecil yang dapat dilepas. Sci hidup. 1986; 39: 2629 – 2637. [PubMed]
  16. Hoebel BG, Avena NM, Rada P. Accumbens keseimbangan dopamin-asetilkolin dalam pendekatan dan penghindaran. Curr Opin Pharmacol. 2007; 7: 617 – 627. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
  17. Kelley AE, Berridge KC. Neuroscience of rewards natural: relevansi dengan obat adiktif. J Neurosci. 2002; 22: 3306 – 3311. [PubMed]
  18. Martel P, Fantino M. Pengaruh jumlah makanan yang dicerna pada aktivitas sistem dopaminergik mesolimbik: studi mikrodialisis. Pharmacol Biochem Behav. 1996; 55: 297 – 302. [PubMed]
  19. Mogenson GJ, Wu M. Neurofarmakologis dan elektrofisiologis bukti yang melibatkan sistem dopamin mesolimbik dalam respons makan yang ditimbulkan oleh stimulasi listrik dari bundel otak depan medial. Res Otak. 1982; 253: 243 – 251. [PubMed]
  20. M Narita, Nagumo Y, Hashimoto S, M Narita, Khotib J, Miyatake M, Sakurai T, Yanagisawa M, Nakamachi T, Shioda S, Suzuki T. Keterlibatan langsung sistem orexinergic dalam aktivasi jalur dopamin mesolimbik dan perilaku terkait yang diinduksi dengan morfin. J Neurosci. 2006; 26: 398 – 405. [PubMed]
  21. Paxinos G, Watson C. Otak tikus dalam koordinat stereotaxic. Amsterdam: Academic Press; 2007.
  22. Rada P, Mark GP, Hoebel BG. Galanin dalam hipotalamus meningkatkan dopamin dan menurunkan pelepasan asetilkolin dalam nukleus accumbens: mekanisme yang mungkin untuk inisiasi perilaku makan yang hipotalamus. Res Otak. 1998; 798: 1 – 6. [PubMed]
  23. Radhakishun FS, van-Ree JM, Westerink BH. Makan yang dijadwalkan meningkatkan pelepasan dopamin dalam nukleus accumbens dari tikus yang kekurangan makanan sebagaimana dinilai dengan dialisis otak online. Neurosci Lett. 1988; 85: 351 – 356. [PubMed]
  24. Ranaldi R, Pocock D, Zereik R, Wise RA. Fluktuasi dopamin dalam nukleus accumbens selama pemeliharaan, kepunahan, dan pemulihan kembali pemberian D-amfetamin intravena. J Neurosci. 1999; 19: 4102 – 4109. [PubMed]
  25. Salamone JD, Steinpreis RE, McCullough LD, Smith P, Grebel D, Mahan K. Haloperidol dan nukleus accumbens penipisan dopamin menekan tuas menekan makanan, tetapi meningkatkan konsumsi makanan gratis dalam prosedur pemilihan makanan yang baru. Psikofarmakologi. 1991; 104: 515 – 521. [PubMed]
  26. Sclafani A, Springer D. Obesitas diet pada tikus dewasa: kesamaan dengan sindrom obesitas hipotalamus dan manusia. Physiol Behav. 1976; 17: 461 – 471. [PubMed]
  27. Sulzer D, Rayport S. Amphetamine dan psikostimulan lainnya mengurangi gradien pH di neuron dopaminergik otak tengah dan butiran kromafin: mekanisme aksi. Neuron. 1990; 5: 797 – 808. [PubMed]
  28. Wise RA, Leone P, Rivest R, Leeb K. Peningkatan nukleus accumbens dopamine dan tingkat DOPAC selama pemberian heroin intravena sendiri. Sinaps. 1995a; 21: 140 – 148. [PubMed]
  29. Wise RA, Newton P, Leeb K, Burnette B, Pocock D, Justice JB., Jr Fluktuasi dalam nukleus menambah konsentrasi dopamin selama pemberian sendiri kokain intravena pada tikus. Psikofarmakologi (Berl) 1995b; 120: 10 – 20. [PubMed]