Makan 'Junk-Food' Menghasilkan Peningkatan yang Cepat dan Bertahan Lama pada Reseptor CP-AMPA NAc; Implikasi untuk Peningkatan Motivasi yang Dipicu oleh Isyarat dan Kecanduan Makanan (2016)

Pengantar

Meskipun dorongan untuk makan diatur oleh rasa lapar, kenyang, dan permintaan energi, mereka juga sangat dipengaruhi oleh rangsangan di lingkungan yang terkait dengan makanan (isyarat makanan). Misalnya, pada orang yang tidak gemuk, paparan isyarat makanan meningkatkan nafsu makan dan jumlah makanan yang dikonsumsi (Fedoroff et al, 1997; Soussignan et al, 2012). Orang yang obesitas lebih sensitif terhadap sifat-sifat motivasi dari isyarat makanan ini, melaporkan hasrat makanan yang dipicu oleh isyarat yang lebih kuat dan mengkonsumsi porsi yang lebih besar setelah paparan isyarat makanan (Rogers dan Hill, 1989; Yokum et al, 2011). Kesamaan perilaku antara keinginan makanan dan obat-obatan ini telah mengarah pada konsep bahwa 'kecanduan makanan' yang disebabkan oleh konsumsi makanan tinggi gula dan lemak dapat berkontribusi pada epidemi obesitas (Carr et al, 2011; Epstein dan Shaham, 2010; Kenny, 2011; Rogers dan Hill, 1989; Volkow et al, 2013).

Bukti yang dominan dari studi pada manusia menunjukkan bahwa keinginan makanan yang dipicu oleh isyarat pada individu yang mengalami obesitas melibatkan perubahan fungsi nucleus accumbens (NAc), sebuah wilayah yang telah lama dikenal sebagai penengah motivasi untuk makanan dan hadiah obat-obatan, tetapi hal itu semakin berimplikasi pada obesitas. . Sebagai contoh, studi fMRI manusia menunjukkan bahwa aktivasi di NAc yang dipicu oleh isyarat makanan lebih kuat pada orang gemuk (Stice et al, 2012; Volkow et al, 2013; Kecil, 2009). Selain itu, peningkatan responsif dalam NAc terhadap isyarat makanan memprediksi kenaikan berat badan di masa depan dan kesulitan dalam menurunkan berat badan pada manusia (Demo et al, 2012; Murdaugh et al, 2012). Pada tikus, obesitas yang disebabkan oleh diet menghasilkan respons motivasi yang meningkat terhadap isyarat makanan, terutama pada populasi yang rentan terhadap obesitas (Coklat et al, 2015; Robinson et al, 2015). Bersama-sama data ini menunjukkan bahwa konsumsi makanan berlemak dan bergula menghasilkan neuroadaptasi dalam fungsi NAc yang dapat meningkatkan proses motivasi.

Baik pada tikus maupun manusia, kerentanan terhadap obesitas mungkin memiliki peran penting dalam efek 'junk-food' yang enak dan berkalori tinggi pada fungsi saraf dan perilaku (Albuquerque et al, 2015; Geiger et al, 2008; Robinson et al, 2015; Stice and Dagher, 2010). Meskipun sulit untuk mengatasi peran kerentanan pada manusia, penelitian pada tikus telah menunjukkan bahwa perubahan yang disebabkan oleh diet dalam sistem dan motivasi mesolimbik lebih jelas terjadi pada orang yang rentan terhadap obesitas. vs -tikus tahan (Geiger et al, 2008; Vollbrecht et al, 2016; Robinson et al, 2015; Valenza et al, 2015; Oginsky et al, 2016). Dengan demikian data terbaru menunjukkan bahwa konsumsi 'junk-food' dapat menghasilkan perubahan saraf yang berbeda dalam kerentanan vs populasi yang resisten.

Reseptor glutamat tipe AMPA (AMPARs) menyediakan sumber utama eksitasi ke NAc, dan kemampuan isyarat makanan untuk memicu makanan yang mengandalkan bergantung pada aktivasi AMPAR di inti NAc (Di Ciano et al, 2001). Selain itu, konsumsi makanan manis, berlemak dan obesitas dapat mengubah transmisi rangsang di NAc (Tukey et al, 2013; Coklat et al, 2015). Selain itu, pekerjaan terbaru dari laboratorium kami dan lainnya menunjukkan bahwa motivasi yang dipicu isyarat meningkat pada populasi yang rentan terhadap obesitas (Robinson et al, 2015; Coklat et al, 2015). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan bagaimana konsumsi junk-food pada tikus yang rentan terhadap obesitas dan tahan mempengaruhi ekspresi dan penularan AMPAR di inti NAc, karena NAc AMPAR dimediasi mencari obat yang dipicu oleh isyarat tetapi belum diperiksa pada diet yang diinduksi oleh diet. model obesitas. Selain itu, aktivitas lokomotor yang diinduksi kokain digunakan sebagai 'pembacaan' umum fungsi mesolimbik, karena peningkatan responsifitas sirkuit mesolimbik meningkatkan dampak motivasi isyarat makanan (Wyvell dan Berridge, 2000, 2001).

Dua model tikus komplementer digunakan untuk menentukan peran kerentanan dalam perubahan yang diinduksi 'junk-food' di AMPAR NAc. Pertama, tikus Sprague-Dawley yang dikalahkan diberi 'junk-food' diidentifikasi sebagai 'Gainers' dan 'Non-Gainers' (seperti pada Robinson et al, 2015), setelah itu perbedaan perilaku dan saraf diukur. Meskipun informatif, model ini membutuhkan induksi penambahan berat badan dan manipulasi diet untuk mengidentifikasi populasi yang rentan. Dengan demikian kami juga meneliti efek junk-food pada tikus yang dibiakkan secara selektif karena kecenderungan atau ketahanan mereka terhadap obesitas yang disebabkan oleh diet (Kilat et al, 1997; Vollbrecht et al, 2015, 2016).

Bahan dan metode

Subjek

Tikus ditempatkan pada jadwal terbalik terang-gelap (12 / 12) dengan akses gratis ke makanan dan air sepanjang dan berusia 60-70 hari pada awal percobaan. Tikus Sprague-Dawley jantan dibeli dari Harlan. Obesitas-rawan dan -tahan tikus dibiakkan di rumah. Baris-baris ini awalnya didirikan oleh Kilat et al (1997); peternak dibeli dari Taconic. Dimasukkannya tikus outbred memungkinkan perbandingan dengan literatur yang ada lebih luas, sementara tikus yang dibiakkan secara selektif memungkinkan kita untuk membedakan perubahan karena obesitas. vs manipulasi diet. Berat diukur 1 – 2 kali per minggu. Semua prosedur disetujui oleh Komite UM tentang Penggunaan dan Perawatan Hewan.

Junk-Diet Makanan dan Identifikasi Obesity-Suseptible dan -Resistant Rats tikus

'Makanan cepat saji' adalah campuran dari: Keripik kentang asli Ruffles (40 g), Keripik Ahoy keripik kue coklat asli (130 g), Jif selai kacang halus (130 g), Nesquik bubuk rasa cokelat (130 g), bubuk Diet Lab 5001 (200 g;% kalori: 19.6% lemak, 14% protein, 58% karbohidrat; 4.5 kkal / g), dan air (180 ml) dikombinasikan dalam food processor. Komposisi diet didasarkan pada penelitian sebelumnya yang menetapkan subpopulasi (Kilat et al, 1997; Robinson et al, 2015). K-berarti pengelompokan berdasarkan kenaikan berat badan setelah 1 bulan junk-food digunakan untuk mengidentifikasi kelompok yang rentan terhadap obesitas (Junk-Food-Gainer) dan kelompok yang tahan terhadap obesitas (Junk-Food-Non-Gainer). Metode statistik ini memberikan pemisahan yang tidak bias yang dapat diterapkan secara seragam di seluruh studi (MacQueen, 1967). Selain itu, kami telah menentukan bahwa ini adalah titik waktu optimal untuk mengidentifikasi subpopulasi dengan andal (Robinson et al, 2015; Oginsky et al, 2016; pengamatan yang tidak dipublikasikan).

Gerakan yang diinduksi kokain

Aktivitas lokomotor diukur dalam ruang (41cm × 25.4cm × 20.3 cm) yang dilengkapi dengan balok fotosel. Tikus ditempatkan di ruang untuk periode pembiasaan min 40 sebelum menerima suntikan saline (1 ml / kg, ip), diikuti 1 h kemudian dengan kokain (15 mg / kg, ip). Dosis ini dipilih berdasarkan studi dosis-respons sebelumnya (Oginsky et al, 2016; Ferrario et al, 2005).

Permukaan vs Ekspresi Protein Intraseluler

Jaringan dari NAc (inti / kulit) dan dorsal medial striatum (DMS) dikumpulkan dan diproses menggunakan BS yang telah mapan³ pendekatan crosslinking (Boudreau et al, 2012) yang memungkinkan deteksi permukaan sel vs ekspresi protein intraseluler. Sampel DMS dimasukkan untuk menentukan apakah perbedaan selektif terhadap NAc. Untuk setiap tikus, jaringan diisolasi, dicacah (perajang McIllwain; 400 μm irisan; St Louis, MO), dan diinkubasi dalam aCSF yang mengandung 2 mM BS³ (30 menit, 4 ° C). Pengikatan silang diakhiri dengan glisin (100 mM; 10 min), irisan dihomogenisasi dalam buffer lisis (400 μl; dalam mM: 25 HEPES; 500 NaCl, 2 EDTA, 1 DTT, 1 fenilmetil 20XNUMUM XNUMUM: 1XNUMUM XUMUM XUMUM, 100 fenilmetil XUMUMUMUM XUMUM XUMUM, 0.1mum X) cocktail inhibitor set I (Calbiochem, San Diego, CA), dan 40% Nonidet P-7.4 [v / v]; pH 80), dan disimpan pada −XNUMX ° C. Konsentrasi protein ditentukan oleh uji BCA. Lihat Boudreau et al (2012) untuk rincian metodologis lengkap.

BS³ Sampel yang berikatan silang dipanaskan dalam buffer perlakuan sampel Laemmli dengan 5% β-mercaptoethanol (70 ° C, 10 min), dimuat (20 μg protein), dan dielektroforesis pada gel gradien 4-15% di bawah kondisi reduksi. Protein dipindahkan ke membran PVDF (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ). Membran dibilas, diblokir (1 h, RT, 5% (b / v) dengan susu kering tanpa lemak di TBS-Tween 20 (TBS-T; 0.05% Tween 20, v / v)), dan diinkubasi semalaman (4 ° C ) dengan antibodi primer (1: 1000 di TBS) ke GluA1 (Thermo Scientific; PA1-37776) atau GluA2 (NeuroMab, UCDavis / NIH: 75-002). Membran dicuci di TBS-T, diinkubasi dengan HRP-terkonjugasi sekunder (Invitrogen, Carlsbad, CA; 1 h, RT), dicuci, dan direndam dalam substrat pendeteksi chemiluminescence (GE Healthcare, Piscataway, NJ). Gambar diperoleh pada film, dan Ponceau S (Sigma-Aldrich) digunakan untuk menentukan protein total. Pita minat dikuantifikasi menggunakan Image J (NIH).

Elektrofisiologi

BS³ prosedur pengikat silang yang dijelaskan di atas memberikan informasi tentang ekspresi permukaan (sinaptik dan ekstra sinaptik) dari masing-masing subunit AMPAR, sedangkan data elektrofisiologi memberikan informasi tentang fungsional sinaptik AMPAR (tetramer). Rekaman patch-clamp sel-utuh neuron berduri sedang (MSNs) di inti NAc dilakukan setelah paparan junk-food pada tikus yang dibesarkan dan secara selektif. Sebelum preparasi irisan, tikus dibius dengan chloral hydrate (400 mg / kg, ip), otak dihilangkan dengan cepat dan ditempatkan dalam es-oksigenasi dingin (95% O₂–5% CO₂) aCSF mengandung (dalam mM): 125 NaCl, 25 NaHCO₃, 12.5 glukosa, 1.25 NaH₂PO₄, 3.5 KCl, 1 L-asam askorbat, 0.5 CaCl₂, 3 MgCl₂, dan 305 mOsm, pH 7.4. Irisan koral (300 μm) yang mengandung NAc dibuat menggunakan mikrotom getar (Leica Biosystems, Buffalo Grove, IL, USA) dan dibiarkan beristirahat dalam aCSF teroksigenasi (40 min). Untuk aCSF rekaman (2 ml / mnt), CaCl₂ ditingkatkan menjadi 2.5 mM dan MgCl₂ diturunkan menjadi 1 mM. Pipet patch ditarik dari kapiler kaca borosilikat 1.5 mm (resistansi WPI, Sarasota, FL; 3-7 MΩ) dan diisi dengan larutan yang mengandung (dalam mM): 140 CsCl, 10 HEPES, 2 MgCl₂, 5 Na⁺-ATP, 0.6 Na⁺-GTP, 2 QX314, pH 7.3, dan 285 mOsm. Rekaman dilakukan dengan adanya picrotoxin (50 μM). EPSC yang dibangkitkan (eEPSCs) ditimbulkan oleh stimulasi lokal (0.05-0.30 mA pulsa persegi, 0.3 ms, dikirim setiap 20 detik) menggunakan elektroda bipolar yang ditempatkan ~ 300 μm lateral dari neuron yang direkam. Jumlah minimum arus yang diperlukan untuk memperoleh respons sinaptik dengan <15% variabilitas amplitudo digunakan. Jika> 0.30 mA dibutuhkan, neuron dibuang. EEPSC yang dimediasi AMPAR dicatat pada -70 mV sebelum dan sesudah penerapan naspm antagonis selektif CP-AMPAR (200 μM; seperti pada Conrad et al, 2008; Ferrario et al, 2011).

statistika

Berekor dua tANOVA, tes satu arah atau dua arah berulang, Sidak post-hoc beberapa uji perbandingan, dan perbandingan terencana antara kelompok yang rentan terhadap obesitas dan tahan digunakan (Prism 6, GraphPad, San Diego, CA).

Hasil

percobaan 1

Tikus Sprague Dawley diberi junk-food menggunakan pendekatan yang mengarah pada obesitas pada beberapa tikus (Junk-Food Gainers) tetapi tidak yang lain (Junk-Food Non-Gainers; Robinson et al, 2015; Oginsky et al, 2016). Kami kemudian mengukur respon terhadap injeksi kokain tunggal (pembacaan umum fungsi mesolimbik), permukaan vs ekspresi intraseluler dari subunit AMPAR, dan transmisi yang diperantarai AMPAR dalam inti NAc menggunakan pendekatan penjepitan patch seluruh sel dalam dua populasi ini.

Lebih besar daya gerak yang diinduksi kokain di Junk-Food-Gainers

Seperti yang diharapkan, ketika diberi junk-food beberapa tikus mendapatkan sejumlah besar berat (Junk-Food-Gainers, N= 6) sementara yang lain tidak (Junk-Food-Non-Gainers, N= 4; Gambar 1a; dua arah RM ANOVA: efek utama grup: F_(1,9)= 11.85, p= 0.007; kelompok × interaksi waktu: F_(18,162)= 6.85, p<0.001). Tikus-tikus ini memiliki akses ke junk-food selama 5 bulan untuk memungkinkan pemisahan yang maksimal antar kelompok. Mereka kemudian dikembalikan ke makanan laboratorium standar (Lab Diet 5001: 4 kkal / g; 4.5% lemak, 23% protein, 48.7% karbohidrat; persentase kandungan kalori) selama 2 minggu periode kekurangan junk-food untuk mengevaluasi perbedaan yang bertahan setelah penghapusan junk-food. Tikus berikutnya diberi suntikan kokain tunggal dan aktivitas lokomotor dipantau; tujuannya adalah untuk mendapatkan pembacaan umum dari fungsi mesolimbik. Respon terhadap kokain lebih besar pada Junk-Food-Gainers vs Junk-Food-Non-Gainers (Gambar 1b; dua arah RM ANOVA: grup × interaksi waktu: F_(21,168)= 2.31, p= 0.0018; Tes Sidak, *p<0.05). Selain itu, sementara Junk-Food-Gainers menunjukkan respons lokomotor yang jauh lebih kuat terhadap kokain daripada saline (RM ANOVA dua arah, interaksi waktu × injeksi: F_(6,30)= 2.39, p<0.05), Junk-Food-Non-Gainers tidak. Penggerak selama habituasi dan setelah saline tidak berbeda antar kelompok (Gambar 1b inset), konsisten dengan laporan sebelumnya (Oginsky et al, 2016; Robinson et al, 2015).

GluA1, tetapi tidak GluA2, ekspresi permukaan NAc lebih besar di Junk-Food-Gainers

Selanjutnya, kami memeriksa ekspresi protein permukaan dan intraseluler dari subunit AMPAR di Junk-Food-Gainers dan Junk-Food-Non-Gainers. Mayoritas AMPAR dalam NAc adalah GluA1 / GluA2 yang mengandung, dengan beberapa GluA2 / 3 AMPAR, dan sejumlah kecil CP-AMPAR yang kekurangan GluA2, CP-AMPARs (~ 10%; Reimer et al, 2011; Scheyer et al, 2014). Jadi kami fokus pada level ekspresi GluA1 dan GluA2, karena ini memberikan indikasi yang baik tentang perubahan populasi AMPAR yang berbeda ini. Kelimpahan protein GluA1 dan GluA2 permukaan dan intraselular diukur 1 minggu setelah pengujian untuk aktivitas lokomotor yang diinduksi kokain (Gambar 1c – e). Studi sebelumnya telah menetapkan bahwa injeksi kokain tunggal tidak mengubah AMPAR saat ini (Boudreau dan Wolf, 2005; Ferrario et al, 2010; Kourrich et al, 2007), memungkinkan kami untuk menafsirkan perbedaan AMPAR terkait dengan diet (lihat juga di bawah). Ekspresi permukaan NAc dari GluA1 lebih besar pada Junk-Food-Gainers vs Junk-Food-Non-Gainers (Gambar 1d; t₈= 2.7, p= 0.03). Sebaliknya, ekspresi NAc GluA2 tidak berbeda antara kelompok (Gambar 1e). Selain itu, ekspresi GluA1 dan GluA2 dalam DMS tikus yang sama ini serupa antara kelompok (data tidak ditampilkan), menunjukkan bahwa perubahan ekspresi AMPAR terjadi secara selektif di NAc. Peningkatan ekspresi permukaan NAc GluA1 tanpa adanya perubahan permukaan GluA2 menunjukkan keberadaan CP-AMPAR (GluA1 / 1- atau reseptor yang mengandung GluA1 / 3). Namun, ini harus dikonfirmasi menggunakan metode elektrofisiologis. Oleh karena itu kami melakukan rekaman seluruh penjepit tambalan sel setelah paparan junk-food untuk menentukan apakah ada peningkatan kontribusi CP-AMPARs untuk transmisi sinaptik di NAc Junk-Food-Gainers.

Transmisi yang dimediasi CP-AMPAR meningkat pada Junk-Food-Gainers

Untuk percobaan electrophysiological, kelompok tikus yang terpisah diberikan junk-food selama 3 bulan dan rekaman dibuat setelah 3 minggu kekurangan junk-food. Prosedur ini dipilih untuk meminimalkan kepadatan berlebih dalam kandang akibat penambahan berat badan, dan untuk menguji efek junk-food yang relatif tahan lama. Dalam kohort ini, semua tikus junk-food adalah 'Gainers', mendapatkan lebih banyak berat daripada Junk-Food-Gainers dalam kohort 1 (3-gain bulan: kohort 1, 106.2 ± 9.7 g; kohort 2, ~ 132 ± 5.4 g) . Oleh karena itu, perbandingan dibuat antara Chow (N= Sel 5, tikus 3) dan grup Junk-Food-Gainer (N= Sel 10, 7 tikus). Untuk menilai kontribusi CP-AMPAR terhadap total transmisi sinaptik yang dimediasi AMPAR, kami menggunakan antagonis CP-AMPAR selektif NPM (200 μM). Naspm menghasilkan pengurangan kecil dalam amplitudo eEPSC di kontrol Chow-fed (Gambar 2a; ANOVA dua arah: efek utama naspm, F_(1,13)= 19.14, p= 0.0008), konsisten dengan laporan sebelumnya bahwa CP-AMPARs menyumbang 5 – 10% dari eEPSC yang dimediasi oleh AMPAR (misalnya, Scheyer et al, 2014). Namun, pada kelompok junk-food, naspm menghasilkan pengurangan yang jauh lebih besar (Gambar 2b; t₁₃= 1.8; p= 0.046). Data ini menunjukkan bahwa CP-AMPAR meningkat pada Junk-Food-Gainers dibandingkan dengan tikus yang diberi makan Chow. Lebih lanjut, karena kohort yang digunakan untuk elektrofisiologi tidak diberikan kokain, data ini sangat menunjukkan bahwa perubahan biokimia dalam percobaan sebelumnya mencerminkan efek junk-food, bukan paparan kokain tunggal.

percobaan 2

Data di atas dari tikus yang dibesarkan konsisten dengan gagasan bahwa junk-food secara istimewa meningkatkan CP-AMPAR pada tikus yang rentan terhadap obesitas. Namun, perbedaan ini bisa disebabkan oleh perkembangan obesitas atau perbedaan yang sudah ada sebelumnya pada tikus yang rentan. Untuk mengatasi kemungkinan ini, kami melakukan penelitian biokimia dan elektrofisiologi yang serupa pada tikus yang rentan terhadap obesitas dan rentan terhadap tikus dengan dan tanpa paparan junk-food. Karena kita tahu a priori tikus mana yang rentan terhadap obesitas, kita dapat menggunakan model ini untuk membedakan perbedaan yang sudah ada sebelumnya vs perubahan yang disebabkan oleh junk-food.

Tingkat basal GluA1 serupa, tetapi junk-food meningkatkan ekspresi GluA1 pada tikus yang rentan obesitas

Pertama, kami memeriksa ekspresi AMPAR NAc pada tikus yang rentan terhadap obesitas dan diberi makan chow atau junk-food. Jaringan NAc dikumpulkan dan disatukan setelah 1 bulan junk-food diikuti oleh 1 bulan junk-food deprivation. Eksposur junk-food yang lebih pendek digunakan di sini untuk meningkatkan kelayakan percobaan, karena tikus yang cenderung mengalami obesitas cenderung untuk menambah berat badan lebih cepat daripada populasi outbred. Ekspresi GluA1 serupa pada tikus yang rentan terhadap obesitas dan tahan diberikan chow (Gambar 3, batang padat; N= 6 / grup), menunjukkan bahwa level dasar AMPAR yang mengandung GluA1 serupa pada tikus yang rentan. Ini konsisten dengan hasil elektrofisiologis sebelumnya yang menunjukkan bahwa transmisi basal yang dimediasi AMPAR serupa pada tikus ini (Oginsky et al, 2016). Pada kelompok yang diberi makan junk-food, kelimpahan permukaan ke ekspresi GluA1 intraseluler meningkat pada rawan obesitas, tetapi tidak tahan terhadap obesitas, tikus dibandingkan dengan kontrol chow-fed (Gambar 3a: ANOVA satu arah, F_{(3, 19)}= 2.957, p= 0.058; OP-Chow vs OP-JF, p<0.05; OP-JF N= 5, OR-JF N= 6). Peningkatan S / I ini disebabkan oleh sedikit peningkatan ekspresi permukaan GluA1 (Gambar 3b) dan sedikit pengurangan GluA1 intraseluler (Gambar 3c). Sekali lagi, tidak ada perbedaan yang ditemukan dalam ekspresi GluA2 (data tidak ditampilkan). Hasil di sini konsisten dengan hasil biokimia di atas pada tikus outbred dan menunjukkan bahwa perbedaan dalam ekspresi AMPAR pada tikus rawan obesitas adalah hasil dari junk-food dan bukan karena perbedaan mendasar antara kelompok yang rawan obesitas dan yang tahan.

Junk-food meningkatkan penularan yang dimediasi oleh CP-AMPAR pada tikus rawan obesitas tanpa adanya perbedaan dalam berat atau konsumsi junk-food

Selanjutnya kami menentukan apakah konsumsi junk-food tanpa penambahan berat badan cukup untuk meningkatkan AMPAR NAc. Sebuah kohort terpisah dari tikus yang dibiakkan secara selektif diberikan chow atau junk-food selama 9-10 hari (untuk meminimalkan perkembangan obesitas) diikuti oleh 2 minggu perampasan junk-food dan pengukuran transmisi yang dimediasi oleh CP-AMPAR seperti dijelaskan di atas. Naspm mengurangi amplitudo eEPSC yang dimediasi AMPAR di semua kelompok (Gambar 4a; RM ANOVA dua arah: efek utama naspm: F_(1,20)= 22.5, p= 0.0001; kelompok × interaksi obat: F_(3,20)= 4.29, p= 0.02; OP-JF dan OR-JF: N= Sel 7, tikus 5; OP-Chow: N= Sel 4, tikus 3; ATAU-Chow N= Sel 5, 3 tikus). Namun, efek naspm secara signifikan lebih besar pada tikus rawan obesitas yang diberi junk-food dibandingkan dengan semua kelompok lain (Gambar 4b: dua arah RM ANOVA, grup × interaksi waktu: F_(18,114)= 2.87, p= 0.0003; *p<0.05 OP-JF vs semua kelompok lain; Gambar 4c: ANOVA satu arah, F_(3,20)= 9.53, p= 0.0004; OP-JF vs OR-JF dan OP-Chow vs OP-JF, p<0.01). Selain itu, efek naspm serupa pada kelompok OP-Chow, OR-Chow, dan OR-JF dan sebanding dengan yang terlihat pada tikus pembiakan (di atas) dan dengan transmisi basal CP-AMPAR yang dilaporkan sebelumnya (Conrad et al, 2008; Scheyer et al, 2014). Selain itu, kenaikan berat badan, berat badan pada hari pencatatan, dan jumlah junk-food yang dikonsumsi adalah serupa antara kelompok yang rawan obesitas dan yang tahan (Gambar 4d dan e). Dengan demikian, data ini menunjukkan bahwa konsumsi junk-food secara istimewa meningkatkan CP-AMPAR pada tikus yang rentan terhadap obesitas sebelum timbulnya perbedaan berat badan.

Salah satu kemungkinan adalah bahwa junk-food menghasilkan upregulasi CP-AMPAR pada tikus yang resisten terhadap obesitas tetapi efek ini mereda setelah 2 minggu kekurangan junk-food. Untuk mengatasi hal ini, rekaman dibuat setelah 1 hari kekurangan junk-food di kelompok lain tikus rawan obesitas dan tahan tikus yang diberi paparan junk-food yang sama (hari 9-10; OR-JF: N= Sel 7, tikus 4; OP-JF: N= Sel 6, 3 tikus). Sekali lagi, kami menemukan bahwa efek naspm jauh lebih besar pada kelompok OP-JF (Gambar 5a; dua arah RM ANOVA: efek utama naspm: F_(1,11)= 53.94, p<0.0001; interaksi kelompok × naspm: F_(1,11)= 13.75, p= 0.0035; Gambar 5b: efek utama naspm: F_(7,77)= 13.39, p<0.0001; interaksi kelompok × naspm: F_(7,77)= 7.57, p<0.0001, post-test *p<0.05; Gambar 5c: tidak berpasangan t-uji: p= 0.001). Selain itu, besarnya efek naspm pada kelompok OR-JF sebanding dengan kontrol chow. Bersama-sama data ini menunjukkan bahwa peningkatan junk-food yang diinduksi pada CP-AMPAR tidak ada pada tikus yang resisten terhadap obesitas setelah periode deprivasi awal dan akhir. Selain itu, penambahan berat badan dan asupan makanan sekali lagi serupa pada tikus yang rawan obesitas dan resisten (Gambar 5d dan e). Dengan demikian peningkatan junk-food yang diinduksi CP-AMPAR pada tikus yang rawan obesitas bukan karena kenaikan berat badan atau perbedaan dalam jumlah junk-food yang dikonsumsi. Akhirnya, tidak ada perbedaan yang ditemukan dalam amplitudo eEPSC awal di semua kelompok yang diteliti (Gambar 5f amplitudo baseline ANOVA satu arah: F_(7,44)= 1.993, p= 0.09). Jadi perbedaan sensitivitas naspm di atas bukan karena perbedaan dalam respon awal. Amplitudo mentah sebelum dan sesudah naspm untuk semua data ditampilkan dalam Gambar 5f.

Pendanaan dan pengungkapan

Kokain diberikan oleh program pasokan obat NIDA. Pekerjaan ini didukung oleh NIDDK R01DK106188 ke CRF; MFO didukung oleh NIDA T32DA007268. Dukungan penelitian untuk PBG disediakan oleh Pusat Penelitian Diabetes Michigan (NIH Grant P30 DK020572) dan Pusat Penelitian Gizi dan Obesitas Michigan (P30 DK089503). Penulis menyatakan tidak ada konflik kepentingan.

Referensi

1. Albuquerque D, Stice E, Rodriguez-Lopez R, Manco L, Nobrega C (2015). Tinjauan terkini tentang genetika obesitas manusia: dari mekanisme molekuler hingga perspektif evolusioner. Mol Genet Genomics 290: 1190–1221. | Artikel |
2. Boudreau AC, Milovanovic M, Konrad KL, Nelson C, Ferrario CR, Wolf ME (2012). Suatu uji hubungan protein silang untuk mengukur ekspresi permukaan sel dari subunit reseptor glutamat di otak tikus setelah in vivo perawatan. Curr Protoc Neurosci Bab 5: Unit 5.30.1 – 5.30.19.
3. Boudreau AC, Wolf ME (2005). Kepekaan perilaku terhadap kokain dikaitkan dengan peningkatan ekspresi permukaan reseptor AMPA di nucleus accumbens. J Neurosci 25: 9144–9151. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
4. Brown RM, Kupchik YM, Spencer S, Garcia-Keller C, Spanswick DC, Lawrence AJ et al (2015). Gangguan sinaptik seperti kecanduan dalam obesitas yang disebabkan oleh diet. Biol Psychiatry (e-pub sebelum cetak).
5. Carr KA, Daniel TO, Lin H, Epstein LH (2011). Patologi penguatan dan obesitas. Curr Drug Abuse Rev 4: 190–196. | Artikel | PubMed |
6. Conrad KL, Tseng KY, Uejima JL, Reimer JM, Heng LJ, Shaham Y et al (2008). Pembentukan reseptor AMPA kekurangan GluR2 accumbens menengahi inkubasi keinginan kokain. Alam 454: 118–121. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
7. Counotte DS, Schiefer C, Shaham Y, O'Donnell P (2014). Penurunan tergantung waktu dalam rasio AMPA / NMDA nukleus accumbens dan inkubasi keinginan sukrosa pada tikus remaja dan dewasa. Psikofarmakologi 231: 1675–1684. | Artikel | PubMed | CAS |
8. Cull-Candy S, Kelly L, Farrant M (2006). Peraturan Ca2 +-reseptor AMPA yang dapat ditembus: plastisitas sinaptik dan seterusnya. Curr Opin Neurobiol 16: 288–297. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
9. Demo KE, Heatherton TF, Kelley WM (2012). Perbedaan individu dalam aktivitas nucleus accumbens terhadap makanan dan gambar seksual memprediksi kenaikan berat badan dan perilaku seksual. J Neurosci 32: 5549–5552. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
10. Di Ciano P, Kardinal RN, Cowell RA, Little SJ, Everitt BJ (2001). Keterlibatan berbeda dari reseptor NMDA, AMPA / kainate, dan dopamin di inti nukleus accumbens dalam perolehan dan kinerja perilaku pendekatan pavlovian. J Neurosci 21: 9471–9477. | PubMed | ISI | CAS |
11. Dingess PM, Darling RA, Kurt Dolence E, Culver BW, Brown TE (2016). Paparan diet tinggi lemak melemahkan kepadatan tulang belakang dendritik di korteks prefrontal medial. Brain Struct Funct (e-pub sebelum mencetak).
12. Epstein DH, Shaham Y (2010). Tikus pemakan kue keju dan pertanyaan tentang kecanduan makanan. Nat Neurosci 13: 529–531. | Artikel | PubMed | ISI |
13. Fedoroff IC, Polivy J, Herman CP (1997). Pengaruh pra-paparan isyarat makanan pada perilaku makan dari pemakan yang terkendali dan tidak terkendali. Nafsu makan 28: 33–47. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
14. Ferrario CR, Gorny G, Crombag HS, Li Y, Kolb B, Robinson TE (2005). Plastisitas saraf dan perilaku yang terkait dengan transisi dari penggunaan kokain terkontrol menjadi penggunaan kokain yang meningkat. Berbagai Psikiatri 58: 751–759. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
15. Ferrario CR, Li X, Wang X, Reimers JM, Uejima JL, Wolf ME (2010). Peran redistribusi reseptor glutamat dalam sensitisasi lokomotor terhadap kokain. Neuropsikofarmakologi 35: 818–833. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
16. Ferrario CR, Loweth JA, Milovanovic M, Ford KA, Galinanes GL, Heng LJ et al (2011). Perubahan pada subunit reseptor AMPA dan TARPs di rat nucleus accumbens terkait dengan pembentukan Ca (2) (+) - reseptor AMPA permeabel selama inkubasi keinginan kokain. Neurofarmakologi 61: 1141–1151. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
17. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG et al (2008). Bukti eksositosis dopamin mesolimbik yang rusak pada tikus yang rentan obesitas. FASEB J 22: 2740–2746. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
18. Kenny PJ (2011). Mekanisme seluler dan molekuler yang umum pada obesitas dan kecanduan obat. Nat Rev Neurosci 12: 638–651. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
19. Kourrich S, Rothwell PE, Klug JR, Thomas MJ (2007). Pengalaman kokain mengontrol plastisitas sinaptik dua arah dalam nukleus accumbens. J Neurosci 27: 7921–7928. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
20. Lee BR, Ma YY, Huang YH, Wang X, Otaka M, Ishikawa M et al (2013). Pematangan sinapsis diam dalam proyeksi amigdala-accumbens berkontribusi pada inkubasi keinginan kokain. Nat Neurosci 16: 1644–1651. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
21. Levin BE, Dunn-Meynell AA, Balkan B, Keesey RE (1997). Pemuliaan selektif untuk obesitas dan resistensi yang diinduksi diet pada tikus Sprague-Dawley. Am J Physiol 273 (2 Pt 2): R725 – R730. | PubMed | ISI | CAS |
22. Ma YY, Lee BR, Wang X, Guo C, Liu L, Cui R et al (2014). Modulasi dua arah dari inkubasi keinginan kokain dengan remodeling berbasis sinapsis diam-diam dari korteks prefrontal ke proyeksi accumbens. Neuron 83: 1453–1467. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
23. MacQueen JB. Beberapa Metode untuk klasifikasi dan Analisis Pengamatan Multivariat. Prosiding Simposium Berkeley 5th pada Statistik Matematika dan Probabilitas. University of California Press: Berkeley, CA, 1966, pp 281 – 297.
24. Murdaugh DL, Cox JE, Cook EW 3rd, Weller RE (2012). Reaktivitas fMRI terhadap gambar makanan berkalori tinggi memprediksi hasil jangka pendek dan jangka panjang dalam program penurunan berat badan. Neuroimage 59: 2709–2721. | Artikel | PubMed |
25. Nelson CL, Milovanovic M, Wetter JB, Ford KA, Wolf ME (2009). Kepekaan perilaku terhadap amfetamin tidak disertai dengan perubahan ekspresi permukaan reseptor glutamat di dalam rat nucleus accumbens. J Neurochem 109: 35–51. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
26. Oginsky MF, Maust JD, Corthell JT, Ferrario CR (2016). Peningkatan sensitisasi lokomotor yang diinduksi kokain dan rangsangan intrinsik neuron berduri medium NAc pada orang dewasa tetapi tidak pada tikus remaja yang rentan terhadap obesitas yang diinduksi diet. Psikofarmakologi 233: 773–784. | Artikel | PubMed |
27. Paxinos G, Watson CJ Otak Tikus di Koordinat Stereotaxic, 6th edn. Academic Press: Burlington, MA, USA, 2007.
28. Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME (2011). Analisis kuantitatif komposisi subunit reseptor AMPA di daerah otak terkait kecanduan. Brain Res 1367: 223–233. | Artikel | PubMed | CAS |
29. Robinson MJ, Burghardt PR, Patterson CM, Nobile CW, Akil H, Watson SJ et al (2015). Perbedaan individu dalam motivasi yang diinduksi isyarat dan sistem striatal pada tikus yang rentan terhadap obesitas yang diinduksi oleh makanan. Neuropsikofarmakologi 40: 2113–2123. | Artikel | PubMed |
30. Robinson TE, Berridge KC (2008). Ulasan. Teori kepekaan insentif dari kecanduan: beberapa masalah terkini. Philos Trans R Soc Lond Ser B berbagai Sci 363: 3137–3146. | Artikel |
31. Rogers PJ, Hill AJ (1989). Kerusakan pengekangan pola makan hanya mengikuti paparan rangsangan makanan: hubungan timbal balik antara pengekangan, rasa lapar, air liur, dan asupan makanan. Addict Behav 14: 387–397. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
32. Scheyer AF, Wolf ME, Tseng KY (2014). Mekanisme yang bergantung pada sintesis protein menopang transmisi reseptor AMPA yang permeabel kalsium dalam sinapsis nukleus accumbens selama penarikan dari pemberian sendiri kokain. J Neurosci 34: 3095–3100. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
33. Sesack SR, Grace AA (2010). Jaringan penghargaan ganglia kortiko-basal: sirkuit mikro. Neuropsikofarmakologi 35: 27–47. | Artikel | PubMed | ISI |
34. DM Kecil (2009). Perbedaan individu dalam neurofisiologi penghargaan dan epidemi obesitas. Int J Obesitas 33: S44 – S48. | Artikel |
35. Soussignan R, Schaal B, Boulanger V, Gaillet M, Jiang T (2012). Reaktivitas orofasial terhadap penglihatan dan bau rangsangan makanan. Bukti kesukaan antisipatif terkait dengan isyarat hadiah makanan pada anak-anak yang kelebihan berat badan. Nafsu makan 58: 508–516. | Artikel | PubMed | ISI |
36. Stice E, Dagher A (2010). Variasi genetik dalam imbalan dopaminergik pada manusia. Forum Nutr 63: 176–185. | PubMed |
37. Stice E, Figlewicz DP, Gosnell BA, Levine AS, Pratt WE (2012). Kontribusi sirkuit penghargaan otak terhadap epidemi obesitas. Neurosci Biobehav Rev 37 (Pt A): 2047–2058. | Artikel | PubMed | ISI |
38. Tukey DS, Ferreira JM, Antoine SO, D'Amour JA, Ninan I, Cabeza de Vaca S et al (2013). Konsumsi sukrosa menginduksi perdagangan reseptor AMPA dengan cepat. J Neurosci 33: 6123–6132. | Artikel | PubMed |
39. Valenza M, Steardo L, Cottone P, Sabino V (2015). Obesitas yang diinduksi diet dan tikus tahan diet: perbedaan dalam efek menguntungkan dan anorektik D-amfetamin. Psikofarmakologi 232: 3215–3226. | Artikel | PubMed |
40. Vezina P (2004). Sensitisasi reaktivitas neuron dopamin otak tengah dan pemberian sendiri obat stimulan psikomotor. Neurosci Biobehav Rev 27: 827–839. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
41. Volkow ND, Wang GJ, Tomasi D, Baler RD (2013). Obesitas dan kecanduan: tumpang tindih neurobiologis. Obes Wahyu 14: 2–18. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
42. Vollbrecht PJ, Mabrouk OS, Nelson AD, Kennedy RT, Ferrario CR (2016). Perbedaan yang sudah ada sebelumnya dan perubahan yang disebabkan pola makan dalam sistem dopamin striatal pada tikus yang rentan obesitas. Obesitas 24: 670–677. | Artikel | PubMed | CAS |
43. Vollbrecht PJ, Nobile CW, Chadderdon AM, Jutkiewicz EM, Ferrario CR (2015). Perbedaan yang sudah ada dalam motivasi untuk makanan dan kepekaan terhadap penggerak yang diinduksi kokain pada tikus yang rentan obesitas. Physiol Behav 152 (Pt A): 151–160. | Artikel | PubMed |
44. Wang X, Cahill ME, Werner CT, Christoffel DJ, Golden SA, Xie Z et al (2013). Kalirin-7 memediasi reseptor AMPA yang diinduksi kokain dan plastisitas tulang belakang, yang memungkinkan sensitisasi insentif. J Neurosci 33: 11012–11022. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
45. Wolf ME (2016). Mekanisme sinaptik yang mendasari keinginan kokain terus-menerus. Nat Rev Neurosci 17: 351–365. | Artikel | PubMed |
46. Wolf ME, Ferrario CR (2010). Plastisitas reseptor AMPA di nukleus accumbens setelah paparan kokain berulang kali. Neurosci Biobehav Rev 35: 185–211. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
47. Serigala ME, Mangiavacchi S, Sun X (2003). Mekanisme dimana reseptor dopamin dapat mempengaruhi plastisitas sinaptik. Ann NY Acad Sci 1003: 241–249. | Artikel | PubMed | CAS |
48. Wolf ME, Tseng KY (2012). Reseptor AMPA yang permeabel kalsium di VTA dan nukleus accumbens setelah paparan kokain: kapan, bagaimana, dan mengapa? Depan Mol Neurosci 5: 72. | Artikel | PubMed | CAS |
49. Wyvell CL, Berridge KC (2000). Amfetamin intra-accumbens meningkatkan arti penting insentif yang dikondisikan dari hadiah sukrosa: peningkatan 'keinginan' penghargaan tanpa peningkatan 'rasa suka' atau penguatan respons. J Neurosci 20: 8122–8130. | PubMed | ISI | CAS |
50. Wyvell CL, Berridge KC (2001). Sensitisasi insentif oleh paparan amfetamin sebelumnya: peningkatan 'keinginan' yang dipicu isyarat untuk hadiah sukrosa. J Neurosci 21: 7831–7840. | PubMed | ISI | CAS |
51. Yokum S, Ng J, Stice E (2011). Bias perhatian pada gambar makanan yang terkait dengan peningkatan berat badan dan penambahan berat badan di masa mendatang: studi fMRI Obesitas (Silver Spring) 19: 1775–1783. | Artikel | PubMed |