Sirkuit divergen yang mendasari hadiah makanan dan efek asupan ghrelin: proyeksi VTA-accumbens dopaminergik memediasi efek ghrelin pada hadiah makanan tetapi tidak pada asupan makanan (2013)

Highlight

• •

• Intra-VTA ghrelin menggunakan reseptor D1 dan D2 akumbal.

• •

• Kekurangan pangan meningkatkan perilaku imbalan makanan melalui reseptor D1 dan D2 yang biasa.

• •

• Asupan makanan tidak terpengaruh oleh manipulasi D1 dan D2.

• •

• Perilaku hadiah makanan dan asupan chow sederhana dikendalikan oleh sirkuit yang berbeda.

• •

• Dopamin NAc memainkan peran penting dalam pemberian makanan tetapi tidak dalam asupan makanan.

Abstrak

Obesitas telah mencapai proporsi epidemi global dan menciptakan kebutuhan mendesak untuk memahami mekanisme yang mendasari asupan makanan yang berlebihan dan tidak terkontrol. Ghrelin, satu-satunya hormon orexigenic yang beredar yang beredar, berpotensi meningkatkan perilaku hadiah makanan. Sirkuit neurokimia yang menghubungkan ghrelin dengan sistem hadiah mesolimbik dan peningkatan perilaku hadiah makanan masih belum jelas.

Di sini kita memeriksa apakah pensinyalan dopaminergik VTA-NAc diperlukan untuk efek ghrelin pada hadiah dan asupan makanan. Selain itu, kami memeriksa kemungkinan ghrelin endogen yang bekerja pada neuron dopamin VTA-NAc. Antagonis reseptor D1 yang seperti atau D2 disuntikkan ke dalam NAc dalam kombinasi dengan injeksi mikro ghrelin ke dalam VTA untuk menyelidiki apakah blokade ini melemahkan perilaku hadiah makanan yang diinduksi ghrelin. Suntikan VTA dari ghrelin menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam motivasi makanan / perilaku penghargaan, yang diukur dengan pengkondisian operan rasio progresif yang diinduksi sukrosa, dan konsumsi chow. Pretreatment dengan antagonis reseptor D1-like atau D2 ke dalam NAc, benar-benar memblokir efek hadiah ghrelin, meninggalkan asupan chow utuh. Kami juga menemukan bahwa rangkaian ini berpotensi relevan untuk efek ghrelin yang dilepaskan secara endogen karena kedua antagonis mengurangi puasa (keadaan tingkat ghrelin yang bersirkulasi tinggi) meningkatkan perilaku termotivasi sukrosa tetapi tidak mengunyah hyperphagia.

Secara keseluruhan, data kami mengidentifikasi proyeksi dopaminergik VTA ke NAc, bersama dengan reseptor D1 dan D2 di NAc, sebagai elemen penting dari sirkuit responsif ghrelin yang mengendalikan perilaku hadiah makanan. Hasil yang menarik juga menunjukkan bahwa perilaku hadiah makanan dan asupan sederhana chow dikendalikan oleh sirkuit yang berbeda, di mana NAc dopamin memainkan peran penting dalam hadiah makanan tetapi tidak dalam asupan makanan.

2.1. Prosedur pengkondisian operan

Eksperimen pengkondisian operan berlangsung di ruang pengkondisian operan tikus (30.5 × 24.1 × 21.0 cm; Med-Associates, Georgia, VT, USA). Prosedur pelatihan yang digunakan untuk pengkondisian operan diadaptasi dari penelitian sebelumnya (la Fleur et al., 2007 dan Hansson et al., 2012). Untuk memfasilitasi pelatihan operan sukrosa, semua tikus diberi pembatasan makanan ringan di mana berat badan awal mereka secara bertahap dikurangi hingga 90% selama periode satu minggu. Sebelum ditempatkan di kotak operan, tikus dihadapkan pada pelet sukrosa (pelet sukrosa 45 mg; uji Diet, Richmond, IN, USA) di lingkungan kandang rumah setidaknya pada dua kesempatan. Selanjutnya tikus belajar lever press untuk pelet sukrosa dengan jadwal FR1 rasio tetap, dengan 2 sesi / hari. Dalam FR1, satu tekanan pada tuas aktif menghasilkan pengiriman satu pelet sukrosa. Semua sesi FR berlangsung 30 menit atau sampai tikus mendapatkan 50 pelet, mana saja yang terjadi lebih dulu. Sebagian besar tikus mencapai kriteria 50 pelet per sesi setelah 5-7 hari. Tekanan pada tuas yang tidak aktif dicatat, tetapi tidak memiliki konsekuensi terprogram. Sesi jadwal FR1 diikuti oleh FR3 dan FR5 (masing-masing 3 dan 5 pengepres per pelet). Jadwal FR5 diikuti oleh jadwal rasio progresif (PR) di mana biaya hadiah meningkat secara bertahap untuk setiap hadiah berikutnya, untuk menentukan jumlah pekerjaan yang bersedia dilakukan tikus untuk mendapatkan hadiah. Kebutuhan respon meningkat sesuai dengan persamaan berikut: rasio respon = (5e (0.2 × nomor infus)) - 5 melalui rangkaian berikut: 1, 2, 4, 9, 12, 15, 20, 25, 32, 40, 50 , 62, 77, 95, 118, 145, 178, 219, 268, 328. Sesi PR berakhir ketika tikus gagal mendapatkan hadiah dalam waktu 60 menit. Merespon dianggap stabil ketika jumlah food pellet yang diperoleh per sesi tidak berbeda lebih dari 15% selama tiga sesi berturut-turut. Dalam kebanyakan kasus, tanggapan stabil dalam 5 sesi. Tikus-tikus yang tidak mencapai kriteria yang dipersyaratkan dalam jangka waktu tersebut dilatih dalam sesi tambahan. Tes PR dilakukan dalam 1 sesi / hari. Tikus selanjutnya dipindahkan ke kandang rumahnya selama 1 jam pengukuran asupan makanan. Pada akhir pelatihan dan sebelum pembedahan dan pengujian, tikus telah ad libitum akses ke chow normal.

2.2. Narkoba

Ghrelin tikus terasilasi (Tocris, Bristol, UK) diberikan ke VTA dengan dosis 1.0 μg dengan cairan serebrospinal buatan (aCSF) sebagai wahana (dan kontrol). Dosis ghrelin 1.0 μg sebelumnya telah terbukti meningkatkan respons operan untuk gula dan menginduksi respons orexigenic saat dikirim ke VTA (Naleid et al., 2005 dan Skibicka et al., 2011). Antagonis reseptor seperti D1, SCH-23390, diberikan ke NAc dengan dosis 0.3 μg (Tocris), dengan aCSF sebagai wahana (kontrol). Untuk studi kekurangan makanan, dosis dinaikkan menjadi 0.5 μg karena kurangnya efek dari dosis asli 0.3 μg. SCH-23390 adalah antagonis kuat dan selektif dari reseptor dopamin mirip D1 dengan afinitas> 1000 kali lipat untuk reseptor dopamin seperti D1 versus D2 (Barnett dkk., 1986). Ini memiliki afinitas yang sama untuk reseptor D1 dan D5 (Barnett dkk., 1992) maka selama studi kita akan mengacu pada kemampuannya untuk memblokir reseptor seperti D1, sebuah istilah yang mencakup reseptor D1 dan D5. Dosis awal 0.3 μg SCH-23390 dipilih berdasarkan (Grimm dkk., 2011). Dosis yang diinjeksikan ke dalam cangkang NAc ini terbukti efektif dalam mengurangi penekanan tuas untuk isyarat yang sebelumnya dipasangkan dengan pengiriman larutan sukrosa tanpa mempengaruhi kinerja pada tuas yang tidak aktif. Antagonis reseptor dopamin D2, eticlopride hydrochloride (Tocris), diberikan ke NAc dengan aCSF sebagai kendaraan (kontrol). Dosis awal etikloprida yang dipilih (1.0 μg) didasarkan pada (Laviolette dkk., 2008) tetapi meningkat menjadi 1.5 μg dalam studi kekurangan makanan. Semua obat diberikan dalam aCSF volume 0.5 μl.

2.3. Desain eksperimental

Semua tikus menerima suntikan terarah NAc dan VTA di awal siklus ringan, dengan injeksi kedua pada 10 menit sebelum dimulainya pengujian operan. Semua kondisi dipisahkan dengan minimal 48 jam dan dijalankan dengan cara yang seimbang, sehingga setiap tikus menerima keempat kondisi: kendaraan pertama atau antagonis reseptor dopamin ke NAc dan kemudian, 10 menit kemudian, kendaraan atau ghrelin ke VTA. Untuk setiap tikus, VTA dan NAc ipsilateral menjadi sasaran. Detail dari setiap percobaan juga diilustrasikan dalam Gambar 1.

2.3.1. Pengaruh blokade reseptor D1 seperti pada hadiah makanan yang diinduksi ghrelin dan asupan chow

Respons diperiksa setelah VTA dan NAc yang ditargetkan (n = 12-14) pemberian obat setelah empat kondisi sebagai berikut: 1) kondisi kontrol (larutan pembawa NAc dan VTA), 2) kendaraan NAc + VTA 1.0 μg ghrelin, 3) NAc 0.3 μg SCH-23390 + kendaraan VTA, 4 ) NAc 0.3 μg SCH-23390 + VTA 1.0 μg ghrelin. Pengujian dilakukan dalam keadaan kenyang (setelah periode siklus gelap pemberian makan). Pada hari percobaan tikus dikembalikan ke kandang rumahnya setelah 120 menit uji operan dan asupan makanan diukur selama 1 jam di lingkungan kandang (seperti pada jadwal 1, Gambar 1). Titik waktu ini sesuai dengan jam ketiga setelah injeksi ghrelin VTA, di mana respons orexigenic akan diperkirakan akan berlanjut, berdasarkan penelitian sebelumnya yang mengeksplorasi waktu tindakan ghrelin, yang diberikan secara terpusat atau periferal ( Wren et al., 2000 dan Faulconbridge dkk., 2003) dan penelitian kami sebelumnya yang menggunakan pengaturan eksperimental yang serupa.

2.3.2. Pengaruh blokade reseptor D2 pada pemberian makanan yang diinduksi ghrelin dan asupan chow

Respons diperiksa setelah VTA dan NAc yang ditargetkan (n = 7) pemberian obat dalam empat kondisi sebagai berikut: 1) kondisi kontrol (larutan pembawa ke NAc dan VTA), 2) pembawa NAc + VTA 1.0 μg ghrelin, 3) NAc 1 μg eticlopride hydrochloride + VTA vehicle, 4) NAc 1 μg etikloprida hidroklorida + VTA 1.0 μg ghrelin. Pengujian dilakukan dalam keadaan kenyang (setelah periode siklus gelap pemberian makan). Tikus dikembalikan ke kandang rumahnya setelah 120 menit pengujian operan dan asupan makanan diukur selama 1 jam di lingkungan kandang (seperti pada jadwal 1, Gambar 1) karena efek orexigenic yang dimediasi ghrelin masih ada setelah penempatan pelet chow tertunda (setelah 2 jam).

2.3.3. Efek dari blokade reseptor seperti D1 dan D2 (terpisah atau gabungan) pada asupan chow yang diinduksi ghrelin saja

Untuk mengkonfirmasi bahwa hasil yang diperoleh pada asupan makanan dalam percobaan sebelumnya tidak dibingungkan oleh paparan sukrosa sebelumnya dalam paradigma operan atau waktu tunda 2 jam, dalam studi terpisah, kami mengeksplorasi efek pengiriman NAc dari dua antagonis reseptor dopamin sendiri atau dalam kombinasi pada asupan makanan 2 dan 3 jam yang diinduksi oleh VTA ghrelin pada tikus yang kenyang (n = 10–11; seperti pada jadwal 2, Gambar 1). Dalam hal ini tikus tidak dihadapkan pada paradigma pengkondisian operan sebelum dilakukan pengukuran chow. Jadi, asupan makanan diukur setelah pemberian obat VTA dan NAc yang ditargetkan setelah empat kondisi sebagai berikut: 1) kondisi kontrol (solusi pembawa untuk NAc dan VTA), 2) kendaraan NAc + VTA 1.0 μg ghrelin, 3) Antagonis reseptor dopamin NAc + Kendaraan VTA, 4) Antagonis reseptor dopamin NAc + VTA 1.0 μg ghrelin. Pertama kami mengeksplorasi dua antagonis reseptor dopamin secara terpisah sehingga, dalam kondisi 3 dan 4, satu kelompok tikus menerima 0.3 μg SCH-23390 dan kelompok lainnya menerima 1 μg etikloprida hidroklorida. Setelah pemulihan selama 3 hari, kira-kira setengah dari tikus dari masing-masing kelompok diuji ulang, kali ini dengan kombinasi dua antagonis dalam kondisi 3 dan 4. Dalam masing-masing dari 3 percobaan ini, desain penyeimbang digunakan antara perlakuan, seperti sebelumnya (semua tikus menerima semua kondisi di setiap percobaan untuk dalam subjek perbandingan efek). Posisi kanula diverifikasi post-mortem seperti sebelumnya. Data yang ditampilkan hanya mencakup tikus dengan penempatan injeksi yang dikonfirmasi mencapai VTA dan NAc.

2.3.4. Pengaruh blokade seperti D1 dan reseptor D2 pada hadiah makanan yang diinduksi kekurangan makanan dan asupan chow

Antagonis reseptor dopamin diuji dalam 2 percobaan yang berbeda. Dalam percobaan pertama, respon diperiksa setelah NAc yang ditargetkan (n = 20) pengiriman kendaraan atau antagonis reseptor seperti D1 (0.5 μg SCH-23390). Pengujian dilakukan dalam keadaan berpuasa (setelah makanan dibatasi selama periode siklus gelap). Dalam respon percobaan kedua diperiksa setelah NAc yang ditargetkan (n = 7) pengiriman salah satu kendaraan atau 1.5 μg NAc eticlopride hydrochloride. Pengujian dilakukan dalam keadaan berpuasa (setelah makanan dibatasi selama periode siklus gelap; seperti yang diilustrasikan dalam jadwal 3, Gambar 1).

2.3.5. Perubahan yang disebabkan oleh kekurangan makanan dalam ekspresi gen terkait dopamin dalam NAc

Perubahan yang didorong oleh kekurangan makanan dalam ekspresi gen dari kunci terkait dopamin terpilih [reseptor dopamin D1A, D2, D3, D5, catechol-O-methyltransferase (COMT), dan monoamine oksidase A (MAO)] diukur dalam NAc.

2.3.6. Isolasi RNA dan ekspresi mRNA

Otak dibuang dengan cepat dan NAc dibedah menggunakan matriks otak, dibekukan dalam nitrogen cair dan disimpan pada suhu -80 ° C untuk penentuan ekspresi mRNA selanjutnya. Sampel otak individu dihomogenisasi di Qiazol (Qiagen, Hilden, Jerman) menggunakan Tissue Lyser (Qiagen). Total RNA diekstraksi menggunakan RNeasy Lipid Tissue Mini Kit (Qiagen) dengan tambahan pengobatan DNAse (Qiagen). Kualitas dan kuantitas RNA dinilai dengan pengukuran spektrofotometri (Nanodrop 1000, NanoDrop Technologies, USA). Untuk sintesis cDNA, kit Sintesis cDNA iScript (BioRad) digunakan. RT PCR waktu nyata dilakukan menggunakan TaqMan^® probe dan primer set untuk gen target yang dipilih dari katalog on-line (Applied Biosystems). Nilai ekspresi gen dihitung berdasarkan C_t metode ( Livak dan Schmittgen, 2001), Dimana ad libitum grup yang diberi makan ditunjuk sebagai kalibrator. Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) digunakan sebagai gen referensi.

2.3.7. Analisis statistik

Semua parameter perilaku dianalisis dengan analisis varians (ANOVA) yang diulang-ulang diikuti oleh post hoc Tes Tukey HSD yang sesuai atau siswa t tes di mana hanya dua kondisi dibandingkan. Semua analisis statistik dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak GraphPad. Perbedaan dianggap signifikan pada p <0.05.

3. Hasil

3.1. Pengaruh D1-like receptor blockade (NAc) pada hadiah makanan yang diinduksi ghrelin dan asupan chow

Untuk menentukan apakah aktivitas pada reseptor seperti D1 diperlukan untuk peningkatan perilaku hadiah makanan yang diinduksi ghrelin VTA dampak dari pretreatment dengan antagonis seperti D1 (SCH-23390) pada operan yang diinduksi ghrelin menanggapi sukrosa diuji. Tes Tukey post hoc mengikuti ANOVA satu arah (F_(3,33) = 11.1, p <0.0005; F_(3,33) = 3.7, p <0.01; F_(3,39) = 3.6, p <0.05 untuk reward, active lever dan chow masing-masing) mengungkapkan pengaruh signifikan ghrelin untuk meningkatkan jumlah reward yang diperoleh (p <0.0005; Gambar 3A), jumlah penekan tuas aktif (p <0.05; Gambar 3B), dan konsumsi chow (p <0.05; Gambar 3C). Parameter yang terkait dengan perilaku hadiah, hadiah yang diperoleh, dan pengungkit tuas aktif, jelas diblokir oleh pra-perlakuan SCH-23390 ( Gambar 3A, B). Aktivitas di tuas tidak aktif adalah kecil dan tidak berbeda secara signifikan antara kelompok perlakuan yang berbeda ( Gambar 3B) menunjukkan bahwa pengobatan tidak menghasilkan perubahan yang diarahkan pada tujuan yang tidak spesifik dalam aktivitas. Chow hyperphagia diamati setelah ghrelin disuntikkan ke dalam VTA tidak diubah oleh pretreatment SCH-23390 ( Gambar 3C). Data ini menunjukkan bahwa dopamin dan reseptor serupa D1 di cangkang NAc berada di hilir ghrelin dan diperlukan ghrelin yang diberikan VTA untuk memberikan efeknya pada perilaku penghargaan makanan. Namun, mereka tidak penting bagi kemampuan ghrelin untuk meningkatkan asupan makanan. Pengobatan NAc dengan SCH-23390 tidak berpengaruh sendiri baik pada operan yang merespons asupan makanan atau chow ( Gambar 3).

3.2. Pengaruh blokade D2 (NAc) pada hadiah makanan dan asupan chow yang diinduksi ghrelin

Untuk menentukan apakah aktivitas di D2s diperlukan untuk ekspresi peningkatan perilaku hadiah makanan yang diinduksi oleh ghrelin VTA, dampak pretreatment dengan antagonis D2 selektif (eticlopride hidroklorida) pada peningkatan yang diinduksi ghrelin dalam perilaku operan sukrosa yang diuji. Satu cara ANOVA menunjukkan efek signifikan dari perawatan obat (F_(3,18) = 9.5, p <0.0005; F_(3,18) = 8.1, p <0.001; F_(3,39) = 3.8, p <0.05 untuk reward, lever aktif dan chow masing-masing). Tes Tukey post hoc menunjukkan peningkatan signifikan dalam penghargaan yang diperoleh (p <0.01; Gambar 4A) dan penekan tuas aktif (p <0.01; Gambar 4B) setelah pengobatan ghrelin yang diblokir dengan pretreatment eticlopride. Aktivitas di tuas tidak aktif adalah kecil dan tidak berbeda secara signifikan antara kelompok perlakuan yang berbeda ( Gambar 4B). Berbeda dengan data operan yang merespons, pretreatment eticlopride tidak mengubah peningkatan asupan chow yang diinduksi ghrelin (p <0.05; Gambar 4C). Dalam studi kombinasi ini, interaksi dikonfirmasi dengan ANOVA dua arah antara pretreatment × ghrelin dalam reward yang diperoleh: F_(1,24) = 4.8, p <0.05; tekan tuas aktif: F_(1,24) = 4.7, p <0.05 tetapi tidak asupan makanan. Jadi reseptor D2 dapat digunakan oleh ghrelin untuk mendorong perubahan dalam perilaku yang berhubungan dengan penghargaan tetapi tidak untuk konsumsi makanan.

3.3. Pengaruh D1 like dan / atau D2 receptor blockade (NAc) pada asupan chow yang diinduksi ghrelin VTA

Untuk mencari validasi lebih lanjut dari kurangnya efek dari dua antagonis dopamin pada makan makanan, kami mengulangi penelitian, kali ini pada tikus tidak pernah terkena paradigma pengkondisian operan. Studi validasi ini diperluas untuk memasukkan tes ketiga di mana kami mengeksplorasi efek co-delivery antagonis reseptor D1-like dan D2 ke NAc pada asupan makanan yang digerakkan oleh ghrelin VTA. Asupan chow meningkat secara signifikan oleh VTA ghrelin pada 2 jam setelah injeksi (ANOVA satu arah: F_(3,30) = 6.4, p <0.005 dan F_(3,27) = 9.0, p <0.0005 untuk studi reseptor D1 dan D2 masing-masing) dan ini tidak terpengaruh oleh pretreatment baik dengan D1-like ( Gambar 5A) atau antagonis reseptor D2 ( Gambar 5B). Dalam tes terakhir, mengeksplorasi efek gabungan dari dua antagonis reseptor dopamin, kami tidak dapat mendeteksi efek signifikan dari VTA ghrelin sampai titik waktu 3 jam, mungkin mencerminkan dampak injeksi parenkim tripel yang diperlukan dalam penelitian ini. ANOVA satu arah menunjukkan efek pengobatan yang signifikan (F_(3,30) = 9.6, p <0.0005). Asupan makanan setelah pemberian ghrelin VTA mencapai signifikansi pada titik waktu 3 jam, bagaimanapun, ini lagi-lagi tidak ditekan oleh aplikasi bersama antagonis reseptor dopamin ke NAc ( Gambar 5C). Perhatikan bahwa aplikasi kombinasi kedua antagonis reseptor dopamin pada NAc tidak berpengaruh sendiri pada asupan makanan.

3.4. Pengaruh blokade seperti D1 dan reseptor D2 pada hadiah makanan yang diinduksi kekurangan makanan dan asupan chow

Kekurangan makanan meningkatkan respons operator dan 1 jam asupan makanan; tikus menekan tuas aktif hampir dua kali lebih banyak saat lapar dan tiga hingga enam kali lebih banyak makanan pada titik pengukuran 1 jam (bandingkan kondisi kendaraan di Gambar. 3 dan 4). Blokade reseptor D1-like di cangkang NAc secara signifikan mengurangi peningkatan yang disebabkan oleh kekurangan makanan dalam perilaku hadiah makanan ketika dinilai sebagai pengurangan imbalan makanan yang diperoleh (p <0.01; Gambar 6A) dan pengurangan penekanan tuas aktif (p <0.01; Gambar 6B). Perawatan ini tidak memiliki efek signifikan pada asupan makanan yang diinduksi kekurangan makanan ( Gambar 6C). Infus antagonis D2 ke dalam cangkang NAc secara signifikan mengurangi peningkatan yang disebabkan oleh kekurangan makanan dalam perilaku hadiah makanan ketika dinilai sebagai pengurangan imbalan makanan yang diperoleh (p <0.01; Gambar 7SEBUAH). Meskipun setiap tikus mengurangi tuas aktifnya menekan setelah blokade D2 di NAc efeknya menghasilkan tren (p = 0.08; Gambar 7B) mungkin karena variabilitas dasar yang tinggi dalam pengepresan tuas (kesalahan standar = 86 untuk kendaraan dan 41 untuk kondisi obat, kisaran pengepresan tuas aktif pada kendaraan dari 57 hingga 707 pengepres). Penghapusan tikus dengan respons tertinggi dari kumpulan data menghasilkan p = 0.001. Khususnya tikus yang dilepas menunjukkan 707 penekanan pada kendaraan dan hanya 303 pada obat, sehingga juga mendukung kesimpulan keseluruhan. Antagonis reseptor dopamin tidak mengubah tuas yang menekan tuas yang tidak aktif. Asupan chow tidak diubah oleh blokade D2 di NAc ( Gambar 7C).

3.5. Perubahan yang diinduksi kekurangan makanan dalam ekspresi gen terkait dopamin pada NAc

Puasa semalam memiliki dampak yang signifikan pada ekspresi mRNA dari beberapa gen terkait dopamin di NAc. Ekspresi mRNA reseptor dopamin D2 berkurang secara signifikan sementara reseptor dopamin D5 mRNA meningkat. Reseptor dopamin, D1, D3, COMT dan MAO mRNA tidak diubah oleh puasa semalam (Gambar 8). Reseptor D1 dan D2 dianggap sebagai reseptor dopamin paling banyak di otak sementara kehadiran D3 dan D5 di CNS jauh lebih terbatas. Oleh karena itu kami membandingkan level mRNA di accumbens dari reseptor D5 dengan D1 dan tiba di 2%; hubungan serupa terdeteksi untuk D3 dan D2 (data tidak ditampilkan). Jadi di sini kami mengkonfirmasi bahwa di dalam NAc mayoritas mRNA reseptor dopamin terdiri dari reseptor D1 dan D2 sementara reseptor D3 dan D5 hanya mewakili sebagian kecil dari total reseptor mRNA dopamin yang terdeteksi dalam NAc.

4. Diskusi

Temuan utama dari studi saat ini menunjukkan bahwa sinyal dopamin di cangkang NAc adalah mediator hilir yang diperlukan dari efek ghrelin pada hadiah makanan. Hasilnya menunjukkan bahwa D1-like dan D2 reseptor di shell NAc adalah komponen kunci dari sirkuit yang diaktifkan ghrelin dan sangat penting untuk ghrelin yang diterapkan VTA untuk memberikan efeknya pada perilaku penghargaan makanan. Sinyal seperti D1 dan reseptor D2 di NAc (shell) tidak, bagaimanapun, penting untuk kemampuan ghrelin untuk meningkatkan asupan makanan. Data ini menunjukkan divergensi target saraf untuk ghrelin yang mengontrol penguatan makanan vs. asupan makanan. Akhirnya temuan kami menunjukkan bahwa sirkuit ini juga terlibat oleh ghrelin endogen karena, dalam keadaan lapar, ketika kadar ghrelin yang bersirkulasi meningkat, pensinyalan dopamin di NAc diperlukan untuk meningkatkan perilaku penghargaan makanan.

Anehnya, sementara itu jelas bahwa ghrelin berdampak pada sistem dopaminergik (Abizaid dkk., 2006, Jerlhag et al., 2007, Kawahara et al., 2009 dan Weinberg dkk., 2011), ini adalah studi pertama yang menunjukkan bahwa efek ghrelin pada hadiah makanan memerlukan pensinyalan reseptor dopamin NAc (dalam hal ini, pensinyalan seperti D1 dan D2). Ini muncul sebagai pertanyaan penting karena hormon atau neuropeptida lain yang terkait dengan pengendalian nafsu makan baru-baru ini terbukti memiliki hubungan yang tidak terduga dengan sistem dopamin mesolimbik. Leptin, misalnya, seperti ghrelin, memiliki reseptor pada neuron dopamin di VTA; kebanyakan dari neuron dopaminergik yang sensitif terhadap leptin ini, bagaimanapun, tidak memproyeksikan ke striatum melainkan menginervasi amigdala (Hommel et al., 2006 dan Leshan dkk., 2010). Melanocortin, suatu neuropeptida anoreksigenik yang kuat dengan reseptor dalam VTA, berbeda dengan apa yang dapat diprediksi untuk agen anoreksia, sebenarnya meningkatkan aktivitas dopaminergik dan pelepasan dopamin di striatum, sambil secara jelas mengurangi perilaku asupan makanan (Torre dan Celis, 1988, Lindblom et al., 2001 dan Kerucut, 2005). Lapisan kerumitan lain ditambahkan oleh data yang menunjukkan bahwa efek pelepasan dopamin dari ghrelin tampaknya bergantung pada ketersediaan makanan: Kadar dopamin yang terdeteksi oleh mikrodialisis hanya meningkat dengan ghrelin yang diterapkan secara perifer pada tikus yang diizinkan makan setelah pemberian ghrelin (seperti dalam kondisi eksperimental yang digunakan dalam penelitian ini) dan bahkan ditekan oleh ghrelin pada mereka yang tidak memiliki akses ke makanan (Kawahara et al., 2009), suatu efek yang baru-baru ini ditunjukkan melibatkan jalur pensinyalan opioid diferensial dalam VTA (Kawahara et al., 2013). Kedua contoh ini menekankan kompleksitas dalam hubungan antara peptida makan, ketersediaan makanan dan dopamin dan menyoroti pentingnya studi yang mengeksplorasi kegunaan efek ghrelin pada sistem dopamin dalam perilaku penghargaan makanan.

Aspek yang menarik dari hasil ini adalah efek kontras dari blokade reseptor dopamin NAc pada motivasi makanan vs asupan makanan. Khususnya, kami mengkonfirmasi kurangnya efek pensinyalan dopamin NAc yang ditekan pada asupan makanan yang diinduksi VTA ghrelin dalam studi independen 2: dalam satu paradigma pengukuran asupan makanan dilakukan segera setelah tes menanggapi operan (yang makan hadiah gula bisa diubah setelahnya asupan chow) dan, di lain, hanya asupan makanan diukur pada hewan tanpa pengujian operan sebelumnya. Selain itu, dalam percobaan kedua kami dapat menunjukkan bahwa aplikasi bersama dari kedua antagonis reseptor dopamin terhadap NAc tidak berpengaruh pada asupan makanan yang diinduksi ghrelin VTA, meningkatkan dukungan untuk hipotesis bahwa pensinyalan dopamin NAA melalui reseptor D1 seperti dan reseptor D2 tidak diperlukan untuk ghrelin hyperphagia. Diambil bersama-sama dengan fakta bahwa antagonis mengganggu perilaku termotivasi makanan yang diinduksi VTA ghrelin, hasil kolektif ini menunjukkan perbedaan sirkuit neuro-sirkuit hilir VTA ghrelin, dengan satu cabang mengendalikan asupan makanan dan motivasi / hadiah makanan lainnya. Tampaknya ghrelin menggunakan dopamin untuk mengubah motivasi makanan tetapi tidak asupan. Sebelumnya, kami menunjukkan bahwa VTA ghrelin menggunakan neuropeptide Y dalam VTA secara selektif untuk mengontrol asupan makanan dan opioid dengan cara yang berlawanan (Skibicka et al., 2012a). Dengan demikian, sudah ada prioritas untuk perbedaan dalam sirkuit yang digunakan oleh ghrelin untuk asupan makanan versus perilaku yang dimotivasi oleh makanan.

Reseptor D1 yang mirip dengan Accumbal memiliki peran yang mapan dalam penguatan obat dan makanan dengan sejumlah bukti sebelumnya yang menunjukkan bahwa infus antagonis seperti D1 yang seperti dalam-NAc mengurangi perilaku berorientasi tujuan terhadap makanan. Antagonis reseptor D1 yang seperti sistemik mengurangi pemberian kokain, heroin, nikotin, dan alkohol yang diinduksi oleh isyarat atau konteks [misalnya,Weissenborn et al., 1996, Liu dan Weiss, 2002, Bossert dkk., 2007 dan Liu et al., 2010)], menyoroti peran kunci reseptor ini dalam proses yang berorientasi pada hadiah. Data saat ini menunjukkan bahwa reseptor seperti NAc D1 adalah elemen penting dari rangkaian yang diaktifkan oleh ghrelin yang bekerja dengan VTA. Secara mendukung, aplikasi periferal antagonis D1 ini juga telah terbukti mengurangi pengenalan objek yang ditingkatkan ghrelin (Jacoby dan Currie, 2011). Namun, mengingat aplikasi periferal menargetkan semua populasi neuron yang mengekspresikan D1 di otak dan populasi di luar NAc (misalnya, dalam hippocampus) dapat memiliki peran utama dalam pembelajaran dan memori, tidak jelas apakah populasi NAc diperiksa. di sini berkontribusi pada efek peningkatan memori ghrelin.

Reseptor D2 sering bertindak bersamaan dengan D1; dengan demikian banyak penelitian menunjukkan peran reseptor D2 dalam aspek pemrosesan hadiah dan perilaku berorientasi hadiah. Namun, perlu dicatat bahwa reseptor D1 dan D2 tidak selalu bertindak dengan cara yang sama seperti fungsi hadiah. Dalam amigdala, misalnya, blokade reseptor D1 melemahkan pemulihan kembali pada pencarian kokain yang diinduksi oleh isyarat, sementara antagonis D2 sebenarnya dapat meningkatkan perilaku ini (Berglind et al., 2006). Disosiasi fungsional ini mungkin juga memiliki kontribusi neuroanatomis, karena reseptor D2 pada NAc tampaknya memiliki fungsi yang agak berlawanan dengan yang ada di hipotalamus. Sementara dalam stimulasi NAc dari reseptor D2 dapat meningkatkan motivasi makanan, membuat seekor hewan lebih mungkin untuk mengerahkan upaya untuk mendapatkan makanan, dalam stimulasi hipotalamus reseptor D2 jelas anoreksia (Leibowitz dan Rossakis, 1979 dan Nowend et al., 2001). Oleh karena itu sulit untuk menginterpretasikan hasil setelah aplikasi perifer obat penargetan D2 yang populasi reseptor target terkait dengan fungsi yang berlawanan. Ini mungkin salah satu alasan yang menjelaskan mengapa, dalam penelitian sebelumnya, injeksi perifer dari antagonis D2 tidak berpengaruh pada respons ghrelin yang diinduksi untuk larutan sukrosa. Penjelasan lain yang mungkin adalah bahwa D2 adalah autoreptor pada neuron penghasil dopamin di substantia nigra dan VTA, di mana aktivasi dapat menyebabkan penekanan aktivitas dopaminergik (Lacey dkk., 1987). Dengan demikian, ketika disuntikkan secara perifer, obat penargetan D2 berpotensi mendapatkan akses ke populasi reseptor ini, sementara dalam penelitian kami hanya reseptor D2 shell NAc yang ditargetkan. Khususnya, efek bersih dari blokade reseptor D1 seperti sistemik tidak memblokir respons terhadap minuman sukrosa dalam paradigma yang sama (Overduin dkk., 2012). Selain itu, injeksi sistemik dari agonis D1 tampaknya meningkatkan preferensi untuk makanan yang enak sementara injeksi sistemik agonis D2 menguranginya (Cooper dan Al-Naser, 2006). Dengan demikian, tampaknya data kami menunjukkan efek penekan antagonis D1 pada motivasi makanan yang diinduksi ghrelin sejalan dengan efek bersih keseluruhan (supresif) dari merangsang reseptor D1 pada fungsi hadiah. Sebaliknya, efek bersih dari populasi reseptor D2 mengikuti lebih dekat dengan apa yang diketahui tentang reseptor D2 hipotalamus, daripada data yang disajikan di sini untuk NAc.

Dalam penelitian ini, baik antagonis seperti-D1 dan D2 mampu memblokir perilaku operan untuk sukrosa setelah pemberian ghrelin VTA dan setelah kekurangan makanan menunjukkan bahwa tindakan kooperatif pada kedua reseptor di NAc diperlukan untuk ghrelin untuk memberikan efeknya. Ini masuk akal ketika mempertimbangkan situasi endogen di mana terminal dopaminergik yang diturunkan VTA melepaskan dopamin dalam cangkang NAc secara bersamaan mengaktifkan semua reseptor dopamin yang dapat diakses. Perlunya aktivasi simultan reseptor D1-like dan D2 telah dilaporkan untuk perilaku lain termasuk penguatan (Ikemoto et al., 1997) dan aktivitas lokomotor (Plaznik et al., 1989) serta penembakan neuron (Putih, 1987). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa blokade hanya satu dari dua reseptor dopaminergik cukup untuk mengurangi perilaku tersebut seperti halnya blokade salah satu dari reseptor tersebut cukup untuk mengurangi perilaku operan sukrosa yang digerakkan oleh ghrelin. Mekanisme di balik interaksi ini tidak jelas. Beberapa neuron dalam NAc hidup bersama baik pada reseptor D1 dan D2. Salah satu kemungkinan adalah keterlibatan heterodimer diperlukan untuk respon hadiah, pembentukan heterodimer oleh reseptor D1 dan D2 dilaporkan baru-baru ini dan kopling ini terbukti berkontribusi pada perilaku seperti depresi (Pei et al., 2010). Namun demikian, hasil kami menunjukkan bahwa sinyal D1 dan D2 di NAc tidak berlebihan, dan masing-masing reseptor diperlukan untuk mengirimkan efek ghrelin pada hadiah makanan karena masing-masing blokade efektif dalam melemahkan respons hadiah. Selain itu, karena blokade individual tidak efektif untuk hyperphagia ghrelin, kami telah secara terpisah mengevaluasi kemungkinan apakah sinyal D1 dan D2 berlebihan untuk asupan chow, yaitu blokade simultan keduanya diperlukan untuk menghilangkan respon. Namun, ini tidak terjadi karena ghrelin hyperphagia tidak terpengaruh oleh blokade simultan D1 dan reseptor D2 di NAc. Dengan demikian sendiri atau dalam kombinasi pensinyalan reseptor NAN shell D1 dan D2 tidak digunakan oleh ghrelin untuk meningkatkan asupan chow.

Di sini, kami menargetkan reseptor D1-like dan D2 di shell dari NAc. Fungsi cangkang dan inti dari NAc tampaknya tidak dapat dipisahkan sampai taraf tertentu terutama dengan inti yang mendasari perubahan dalam pemberian obat sendiri terkait dengan isyarat diskrit dan cangkang menjadi lebih berpengaruh dalam konteks pemberian obat mandiri tergantung pada konteks (Bossert dkk., 2007). Disosiasi fungsional ini didukung oleh koneksi neuroanatomical, di mana core menerima lebih banyak input dari amygdala dan shell lebih padat dipersarafi oleh hippocampus (Groenewegen et al., 1999 dan Floresco dkk., 2001). Tikus juga akan mengatur sendiri kombinasi agonis reseptor D1 dan D2 hanya pada kulit NAc dan bukan pada intinya (Ikemoto et al., 1997), menunjukkan bahwa tindakan kooperatif mereka pada hadiah terutama terkait dengan wilayah shell yang ditargetkan di sini.

Dalam penelitian ini, kami mengeksplorasi secara khusus, dampak penekanan dopamin NAc yang ditekan pada asupan makanan dan perilaku yang dimotivasi oleh makanan yang didorong oleh ghrelin yang diaplikasikan dengan VTA. Perlu dicatat, bahwa ghrelin juga dapat mendorong perilaku makan dengan mengaktifkan jalur aferen ke VTA. Sebagai contoh, ghrelin telah terbukti meningkatkan perilaku yang diperkuat makanan dengan mengaktifkan neuron orexin di hipotalamus lateral (Perello dkk., 2010), kelompok sel orexinergic yang memproyeksikan ke VTA dan merangsang pelepasan dopamin (Narita et al., 2006). Sementara penelitian kami menggunakan neuroanatomi dan neurofarmakologi secara khusus membedah jalur VTA-NAc, dalam situasi endogen, ghrelin yang dilepaskan dalam sirkulasi kemungkinan menstimulasi VTA dan juga inti otak lainnya yang mengekspresikan reseptor ghrelin dengan proyeksi eferen ke VTA. Dengan demikian, dalam situasi fisiologis, dampak ghrelin didistribusikan ke banyak tempat di otak yang kemungkinan bertindak bersamaan. Konsep hormon atau neuropeptida yang bekerja pada banyak tempat yang terdistribusi di otak yang darinya ia dapat memperoleh hasil yang serupa, misalnya perubahan dalam asupan makanan, bukanlah hal baru dan telah diusulkan dan dievaluasi untuk leptin dan melanokortin (Panggangan, 2006, Leinninger et al., 2009, Skibicka and Grill, 2009 dan Faulconbridge dan Hayes, 2011).

Kekurangan makanan terkait dengan tingginya tingkat ghrelin yang bersirkulasi. Dalam kondisi kekurangan makanan presentasi makanan memunculkan pelepasan dopamin di NAc (Kawahara et al., 2013). Oleh karena itu status gizi, dapat juga mempengaruhi pensinyalan dopamin dalam NAc, dampak kekurangan makanan pada ekspresi mRNA dari reseptor dopamin (reseptor D1-like (D1, D5) dan reseptor seperti D2 (D2, D3)) dan degradasi dopamin Enzim (MAO, COMT) dievaluasi dalam penelitian ini. Sementara kekurangan makanan tidak mengubah ekspresi mRNA dari salah satu enzim pendegradasi dopamin yang diukur, kami memang melihat regulasi diferensial dari reseptor D5 vs D2. Ekspresi reseptor D5 meningkat hampir 30% sementara mRNA reseptor D2 berkurang sekitar 20%. Konsisten dengan perbedaan ini, aplikasi simultan agonis reseptor D1-like dan D2 sebelumnya telah terbukti menurunkan regulasi reseptor D2 tetapi untuk meningkatkan regulasi reseptor D1 dalam substantia nigra (dan dengan tren yang sama di NAc) (Subramaniam et al., 1992). Menariknya, efek dari kekurangan makanan pada ekspresi reseptor dopamin NAc bertemu dengan data kami yang menunjukkan peran seperti D1 (termasuk D5) dan reseptor D2 dalam motivasi yang diinduksi puasa untuk makanan.

Satu peringatan dari penelitian kami adalah bahwa kekurangan makanan meningkatkan kadar ghrelin yang bersirkulasi sehingga populasi reseptor ghrelin lain di luar VTA berpotensi dapat diaktifkan. Jadi, sementara kekurangan makanan adalah cara endogen dan lebih relevan secara fisiologis untuk meningkatkan ghrelin, itu tidak memungkinkan untuk stimulasi VTA selektif. Karena itu kami tidak dapat menghilangkan kemungkinan bahwa perubahan reseptor dopamin yang terdeteksi dalam NAc adalah hasil dari aktivitas ghrelin di area di luar VTA dengan pengaruh tidak langsung pada NAc. Akhirnya, harus dicatat bahwa data kami menghubungkan puasa dengan perubahan ekspresi reseptor dopamin NAc tetapi percobaan lebih lanjut akan diperlukan untuk menunjukkan mediasi dari (dopaminergik yang dipicu oleh ghrelin) proyeksi VTA-NAc dalam efek ini dan, memang, untuk mengeksplorasi peran jalur lain dan sistem pemancar dalam efek ini, seperti hipotalamus lateral (seperti dibahas di atas).

Karena banyak substrat neurobiologis yang umum terjadi pada kecanduan obat dan gangguan makan, ada kemungkinan bahwa temuan ini mengindikasikan peran reseptor D1 dan D2 dalam efek penguat obat dan alkohol ghrelin (Dickson dkk., 2011). Baik hadiah makanan dan kokain menyebabkan pelepasan dopamin di NAc (Hernandez dan Hoebel, 1988). Blokade reseptor D1 atau D2 mengurangi perilaku hadiah untuk penyalahgunaan obat-obatan, alkohol dan nikotin. Karena kontribusi yang cukup besar dari ghrelin untuk perilaku asupan atau hadiah untuk semua zat ini telah dilaporkan sebelumnya, agak mungkin bahwa sirkuit ghrelin-VTA-dopamin-NAc yang dijelaskan di sini relevan untuk serangkaian perilaku hadiah dan tidak khusus untuk makanan. Dukungan awal untuk ide ini dapat diambil dari data yang menunjukkan bahwa kekurangan makanan dapat memulihkan pencarian heroin yang diblokir oleh blokade reseptor seperti D1 (Tobin et al., 2009).

Data kami memberikan pengetahuan baru tentang integrasi dua sistem pensinyalan terkait penghargaan makanan utama: sirkuit yang digerakkan oleh VTA yang responsif terhadap hormon orexigenic, ghrelin, dan sirkuit responsif dopamin NAc. Secara khusus kami menunjukkan bahwa efek terkait VTA yang terdokumentasi dengan baik ghrelin pada perilaku termotivasi makanan memerlukan pensinyalan D1 dan D2 di NAc. Data kami juga menunjukkan bahwa efek ghrelin yang digerakkan oleh VTA (bergantung D1 / D2) pada hadiah makanan melibatkan sirkuit yang berbeda dengan yang penting untuk asupan makanan, karena tidak ada antagonis yang memengaruhi asupan makanan yang diinduksi ghrelin saat dikirim ke NAc. Akhirnya, penelitian pada tikus lapar (berpuasa semalaman dan karenanya, hyperghrelinemic) mengimplikasikan sinyal NAc D1 / D2 dalam efek ghrelin endogen pada perilaku yang dimotivasi makanan. Dengan demikian, mekanisme dan terapi yang mengganggu pensinyalan dopamin di NAc tampaknya memiliki relevansi untuk efek yang dimediasi ghrelin pada sistem penghargaan, termasuk yang terkait dengan kontrol makan dan karenanya, obesitas dan pengobatannya.

Pernyataan pengungkapan

Penulis tidak memiliki apa-apa untuk diungkapkan.

Referensi

• Weissenborn et al., 1996
• R. Weissenborn, V. Deroche, GF Koob, F. Weiss
• Efek agonis dan antagonis dopamin pada operan yang diinduksi kokain merespons stimulus terkait kokain
• Psikofarmakologi (Berl), 126 (1996), hlm. 311 – 322
• Lihat Catatan di Scopus

   | 

  Mengutip artikel (74)
•  
• Zigman et al., 2006
• JM Zigman, JE Jones, CE Lee, CB Saper, JK Elmquist
• Ekspresi mRNA reseptor ghrelin pada tikus dan otak tikus
• J. Comp. Neurol., 494 (2006), hlm. 528–548
• Lihat Catatan di Scopus

  |

  Teks Penuh melalui CrossRef

   | 

  Mengutip artikel (381)
• Wren et al., 2000
• AM Wren, CJ Kecil, HL Ward, KG Murphy, CL Dakin, S. Taheri, AR Kennedy, GH Roberts, DG Morgan, MA Ghatei, SR Bloom
• Ghrelin hipotalamus peptida novel merangsang asupan makanan dan sekresi hormon pertumbuhan
• Endokrinologi, 141 (2000), hlm. 4325 – 4328
• Lihat Catatan di Scopus

  |

  Teks Penuh melalui CrossRef

   | 

  Mengutip artikel (1107)
• Putih, 1987
• FJ White
• Stimulasi reseptor dopamin D-1 memungkinkan penghambatan nukleus accumbens neuron oleh agonis reseptor D-2
• Eur. J. Pharmacol., 135 (1987), hlm. 101 – 105
• Artikel

  |

   PDF (342 K)

  |

  Lihat Catatan di Scopus

   | 

  Mengutip artikel (88)
•  
•  

•  
• Penulis yang sesuai. Departemen Endokrinologi, Institut Ilmu Saraf dan Fisiologi, Akademi Sahlgrenska di Universitas Gothenburg, Medicinaregatan 11, PO Box 434, SE-405 30 Gothenburg, Swedia. Tel .: +46 31 786 3818 (kantor); faks: +46 31 786 3512.