Diet obesogenik dapat secara berbeda mengubah kontrol dopamin sukrosa dan asupan fruktosa pada tikus (2011)

Physiol Behav. 2011 Jul 25; 104 (1): 111-6. doi: 10.1016 / j.physbeh.2011.04.048.

Pritchett CE1, Hajnal A.

Abstrak

Makan berlebihan kronis dari diet obesogenik dapat menyebabkan obesitas, mengurangi pensinyalan dopamin, dan meningkatkan konsumsi gula tambahan untuk mengkompensasi hadiah tumpul. Namun, peran spesifik komposisi makanan belum diketahui. Untuk mempelajari hal ini, tikus jantan Sprague-Dawley diberi makan makanan berenergi tinggi dengan kadar lemak tinggi dan rendah karbohidrat (HFHE), diet tinggi energi kombinasi gula-lemak (FCHE), atau chow standar selama 24 minggu. Kami menemukan bahwa kedua diet energi tinggi menghasilkan penambahan berat badan yang substansial dibandingkan dengan kontrol chow-fed. Untuk menyelidiki kontrol dopamin asupan pendek (2-h) sukrosa atau fruktosa yang enak, tikus diberi perlakuan awal perifer (IP) dengan dosis ekuimolar (0-600 nmol / kg) dari dopamin D1 (SCH23390) dan subtipe D2 (raclopride) - Antagonis reseptor spesifik.

Hasil penelitian menunjukkan peningkatan keseluruhan dalam kemanjuran D1 dan antagonis reseptor D2 pada penekanan asupan pada tikus gemuk dibandingkan dengan tikus tanpa lemak, dengan efek yang berbeda berdasarkan diet dan solusi tes. Secara khusus, SCH23390 berpotensi mengurangi asupan sukrosa dan fruktosa di semua kelompok; Namun, dosis yang lebih rendah lebih efektif pada tikus HFHE. Sebaliknya, raclopride paling efektif dalam mengurangi asupan fruktosa pada tikus gemuk FCHE.

Dengan demikian, tampak bahwa obesitas akibat konsumsi kombinasi lemak dan gula makanan daripada kalori ekstra dari lemak makanan saja dapat mengakibatkan berkurangnya pensinyalan reseptor D2. Lebih jauh, defisit semacam itu tampaknya secara istimewa mempengaruhi kontrol asupan fruktosa.

Temuan ini menunjukkan untuk pertama kalinya interaksi yang masuk akal antara komposisi diet dan kontrol dopamin dari asupan karbohidrat pada tikus obesitas yang disebabkan oleh diet. Ini juga memberikan bukti tambahan bahwa asupan sukrosa dan fruktosa diatur secara berbeda oleh sistem dopamin.

PMID: 21549729

PMCID: PMC3119542

DOI: 10.1016 / j.physbeh.2011.04.048

1. Pengantar

Penelitian selama puluhan tahun oleh Hoebel dan peserta pelatihannya telah memberikan informasi penting tentang peran sistem dopaminergik otak dalam pengaturan makan, sehingga mengembangkan konsep "hadiah makanan" [-]. Hebatnya, percobaan awal Hoebel menetapkan dopamin otak tengah sebagai faktor kunci dalam makan berlebihan kronis dan mengakibatkan obesitas [-], jauh sebelum bukti langsung tersedia dari studi pencitraan [, ].

Gagasan bahwa makanan memberikan kendali atas makan, dan pada gilirannya, bahwa akses berkelanjutan atau intermiten ke makanan yang sangat enak (yaitu makanan yang tinggi gula dan lemak) dapat menyebabkan perubahan yang langgeng dalam sistem pengaturan makan telah lama menjadi inti teori Hoebel tentang perkembangan perilaku tipe pesta. Di awal karirnya, dia juga menerapkan elemen alasan ini pada obesitas. Dalam ulasan tahun 1977, Hoebel menyatakan bahwa mungkin ada "jenis obesitas berbeda yang memerlukan perawatan berbeda" [] Sejak itu, sejumlah besar penelitian tentang obesitas memang telah mengidentifikasi berbagai faktor genetik, metabolisme, dan lingkungan yang dapat menjelaskan variasi dalam perkembangan, konsekuensi, dan pengobatan obesitas [-]. Namun, pemahaman kita tentang kontribusi spesifik makronutrien untuk fungsi penghargaan makanan yang diubah masih jauh dari lengkap. Makalah ini merangkum data dari penelitian yang terinspirasi oleh penelitian Bart dan dimaksudkan untuk mengurangi kesenjangan dalam pengetahuan kita.

Dalam etiologi obesitas yang beragam, diet tetap menjadi faktor kunci dalam perkembangan obesitas. Diet Obesogenik adalah diet yang memiliki nilai kalori tinggi, seringkali merupakan makanan yang enak yang menyebabkan obesitas setelah paparan yang lama [] Namun, komposisi makronutrien dari diet obesogenik dapat berbeda dan variasi ini dapat berdampak pada sistem saraf yang berubah pada obesitas, seperti dopamin. Memang, pemeliharaan pada diet obesogenik telah terbukti mengurangi kadar dopamin di accumbens, serta menggeser reaktivitas sistem mesocorticolimbic sehingga diperlukan diet yang lebih enak untuk mencapai peningkatan serupa makanan yang diinduksi dopamin ekstraseluler seperti yang terlihat pada chow. -pengendalian fed [] Salah satu mekanisme potensial adalah pengaturan turun adaptif karena stimulasi augmented dan kronis oleh makanan yang enak [] Faktanya, penelitian dari laboratorium kami telah menunjukkan bahwa bahkan stimulasi orosensorik oleh sukrosa atau lemak sudah cukup untuk merangsang pelepasan dopamin dalam nucleus accumbens [, ] Dari relevansi khusus, lemak dan gula tampaknya mempengaruhi sistem imbalan secara berbeda, karena disimpulkan dari potensi gula yang lebih besar untuk menghasilkan perilaku yang mirip kecanduan [] Investigasi terbaru lainnya menunjukkan efek yang berbeda pada sistem neuroendokrin dan kemudian kerentanan terhadap kenaikan berat badan berdasarkan rasio lemak dan karbohidrat dalam diet obesogenik [, ] Selain itu, peningkatan perhatian telah dicurahkan untuk kekhususan potensial dalam respon regulasi terhadap diet sirup jagung fruktosa tinggi dan konsekuensi yang konon dari kemudahan yang terlihat dapat menyebabkan obesitas dan kekacauan regulasi makanan. Secara khusus, studi terbaru oleh Avena dan Hoebel menunjukkan bahwa tikus dengan akses ke sirup jagung fruktosa tinggi (HFCS) untuk jam 12 setiap hari selama 8 minggu mendapatkan berat badan secara signifikan lebih banyak daripada hewan yang diberi akses yang sama ke sukrosa 10%, walaupun mereka mengkonsumsi jumlah total kalori yang sama, tetapi lebih sedikit kalori dari HFCS daripada sukrosa [] Meningkatnya kejadian obesitas dan potensi untuk penemuan pengobatan baru menuntut penyelidikan tentang bagaimana asupan makanan berenergi tinggi dan enak, seperti sukrosa dan fruktosa, dikendalikan di bawah kondisi obesitas diet.

Oleh karena itu penelitian saat ini menyelidiki regulasi dopamin dari sukrosa dan asupan fruktosa pada tikus yang menjadi gemuk sebagai akibat dari pemeliharaan yang diperpanjang pada dua diet tinggi energi standar yang banyak digunakan untuk menghasilkan obesitas pada tikus, dan berbagai kandungan lemak dan karbohidrat. Secara khusus, kami mengevaluasi keterlibatan dua kelas utama reseptor dopamin menggunakan administrasi periferal (interperitoneal; ip) periferal dopamin D1 receptor (D1R) antagonis SCH23390 atau dopamin D2 recpetor (D2R) antagonis raclopride pada tikus gemuk dan kurus dalam diet pendek (2-jam) tes asupan satu botol sukrosa atau fruktosa. Karbohidrat umum ini lazim dalam diet manusia, mudah dikonsumsi oleh tikus dan memiliki sifat penguat positif [-] Asupan sukrosa sebelumnya telah terbukti merangsang pelepasan dopamin dalam nukleus accumbens [, , ] dan administrasi perifer keduanya SCH23390 dan raclopride mengurangi pemberian sukrosa [] Meskipun ada minat tinggi oleh komunitas sains, serta media publik, efek serupa dari dopamin antagonis pada asupan fruktosa hanya diselidiki dalam konteks akuisisi dan ekspresi preferensi terkondisi, dan studi ini juga terbatas pada tikus tanpa lemak [-] Meskipun implikasi potensial, efek antagonis reseptor dopamin pada asupan karbohidrat dalam berbagai model obesitas dan tidak adanya dorongan homeostatik (yaitu periode pembatasan makanan berikut) belum diselidiki. Oleh karena itu, tikus dalam penelitian ini disimpan untuk menghindari efek perancu dari kelaparan dan defisit energi.

2. Metode

2.1 Hewan dan diet

Dua puluh delapan tikus Sprague-Dawley jantan dewasa (Charles River, Wilmington, MA) dengan berat sekitar 250 g pada awal penelitian ditempatkan di kandang individu dalam vivarium yang dikontrol suhu dan dipelihara pada 12: 12 siklus cahaya-gelap, dengan lampu menyala di 0700.

Hewan diberikan ad libitum akses ke salah satu dari tiga diet berikut: laboratorium standar chow (Teklad #2018, 3.4 kkal / g, 18 kkal% lemak, 58 kkal% karbohidrat, protein 24 kkal%; Teklad Diets, Somerville, NJ) atau salah satu dari dua diet energi (Research Diets, New Brunswick, NJ), salah satu diet di mana sumber energi utama adalah lemak (tinggi-energi tinggi, diet HFHE; Diet Diets #D12492: 5.24 kkal / g, 60 kkal% lemak, 20 kkal% karbohidrat, 20 kkal% protein) atau diet energi tinggi yang terdiri dari lemak dan karbohidrat (kombinasi gula-energi tinggi, diet FCHE; diet Penelitian; Diet Penelitian #D12266B; 4.41 kkal / g, 32 kkal% lemak, 51 kkal% karbohidrat, 17 kkal% protein). Pada awal penelitian, kelompok dicocokkan berat untuk membentuk kohort yang secara statistik sama berdasarkan berat badan dan kemudian dipertahankan pada diet masing-masing selama 24 minggu sebelum dan selama eksperimen perilaku. Pada minggu 18 dan selama percobaan, berat badan dan asupan makanan diukur setiap hari. Hewan diuji dalam keadaan puas tanpa periode pembatasan makanan selama percobaan.

Komposisi tubuh 2.2

Selain peningkatan yang signifikan dalam berat badan, untuk menunjukkan adanya obesitas 1H-NMR analisis komposisi tubuh (Bruker LF90 proton-NMR Minispec; Brucker Optics, Woodlands, TX) dilakukan setelah 12 minggu pemeliharaan pada diet.

2.3 Antagonis Dopamin, Solusi Uji, dan Prosedur Pengujian

Antagonis dopamin D1R SCH23390 (HFHE: n = 6; FCHE: n = 5; Chow: n = 4) dan antagonis reseptor D2 dopamin raclopride (HFHE: n = 5; FCHE: n = 6; Chow: n = 4) digunakan. SCH23390 dan raclopride (Tocris Biosciences, Ellisville, MO) dilarutkan dalam salin steril dan diberikan secara intraperitoneal 10 menit sebelum 2-jam akses ke 0.3 M sukrosa atau 0.4 M fruktosa. Konsentrasi ini dipilih karena sangat cocok untuk tikus dan karenanya telah umum digunakan dalam penelitian sebelumnya [, , , ] Sukrosa dan fruktosa (Fisher-Scientific, Fair Lawn, NJ) dilarutkan dalam air keran yang disaring tidak lebih dari 24 jam sebelum pengujian.

Hewan dilatih untuk meminum larutan uji selama sesi harian di mana akses 2 jam (dimulai pada 1000 jam) ke sukrosa atau fruktosa disediakan selama 8 hari sebelum pengujian untuk mencapai asupan dasar yang stabil, yaitu keakraban dengan orosensori dan efek postestif. Pelatihan dan pengujian dilakukan di ruang koloni kandang hewan, dengan botol plastik 100 ml ditempelkan sementara di depan kandang sehingga semburan menjorok ke dalam kandang. Pemberian antagonis kendaraan (saline) atau dopamin dimulai setelah 24 minggu pemeliharaan diet, di mana kedua kelompok diet obesogenik (HFHE dan FCHE) memiliki bobot tubuh yang secara signifikan lebih tinggi daripada kontrol chow (Gambar 1). Minimal jam 48 diberikan antara hari injeksi untuk memungkinkan obat untuk sepenuhnya memetabolisme. Tidak ada perubahan pada berat badan atau asupan makanan 24 jam terjadi setelah perawatan dengan antagonis dopamin.

Gambar 1 

Berat badan selama periode sebelum dan selama periode pengujian farmakologis (batang abu-abu)

2.4 Analisis statistik

Berat badan dan 1Data H-NMR dianalisis menggunakan analisis varians (ANOVA) sampel satu arah independen dengan diet sebagai variabel independen.

Asupan diukur sebagai ml yang dikonsumsi dan disajikan sebagai rata-rata ± SEM. Asupan baseline (mengikuti kendaraan, yaitu injeksi saline) diuji untuk perbedaan antara kelompok diet dalam ANOVA tiga arah dengan diet, obat, dan karbohidrat sebagai variabel independen. Tidak ada efek signifikan dari diet (F(2,48)= 0.3533, p= 0.704), obat (F(1,48)= 0.1482, p= 0.701), juga tidak ada efek interaksi yang signifikan (diet × obat: F(2,48)= 0.4144,p= 0.66; diet × karbohidrat: F(2,48)= 0.2759, p= 0.76; obat × karbohidrat: F(1,48)= 0.0062, p= 0.73; diet × obat × karbohidrat: F(2,48)= 0.3108, p= 0.73). Namun, efek signifikan karbohidrat (F(1,48)= 8.8974, p<0.01) diamati (Tabel 1). Oleh karena itu, untuk semua analisis selanjutnya, asupan dikonversi menjadi pengurangan persen dari awal (asupan setelah dosis × [ml] / asupan setelah 0 μg / kg [ml]) dan dianalisis menggunakan analisis pengukuran varians (ANOVA) berulang dengan Diet (HFHE, FCHE, atau Chow) dan Obat (raclopride atau SCH23390) sebagai variabel dan dosis independen (0, 50, 200, 400 atau 600 nmol / kg SCH23390 atau raclopride) sebagai ukuran berulang. Dosis penghambatan (ID50) yang diperlukan untuk mengurangi asupan hingga 50% dari baseline (0 nmol / kg) dihitung seperti yang dijelaskan sebelumnya [] Perbedaan ID50 dibandingkan sebagai fungsi Diet dan Obat menggunakan ANOVA dua arah. Semua analisis dilakukan dengan menggunakan Statistica (v6.0, StatSoft® Inc., Tulsa, OK) dan temuan yang signifikan dianalisis lebih lanjut dengan menggunakan uji post-hoc perbedaan paling signifikan Fischer (LSD). Perbedaan dianggap signifikan secara statistik jika p <0.05.

Tabel 1 

Asupan sukrosa dan fruktosa dalam tes 2-h. Nilai asupan absolut (dalam ml) dari sukrosa dan asupan fruktosa oleh kelompok diet setelah injeksi kendaraan (0 nmol / kg). Tidak ada perbedaan yang diamati pada asupan awal antara diet atau kelompok obat. Sukrosa dasar ...

3. Hasil

3.1 Efek diet terhadap berat badan dan adipositas

Setelah 12 minggu pada diet obesogenik, kelompok-kelompok tersebut berbeda dalam berat badan (F(2,27)= 27.25, p<0.001), persen massa lemak (F(2,27)= 14.96, p<0.001), dan persen lean mass (F(2,27)= 15.77, p<0.001). Tes post hoc menunjukkan bahwa tikus Chow memiliki berat yang jauh lebih rendah daripada kedua HFHE (p<0.001) dan FCHE (p<0.001) tikus. Perbandingan komposisi tubuh menunjukkan bahwa tikus HFHE dan FCHE memiliki persentase massa lemak yang lebih besar dibandingkan dengan tikus Chow (p<0.05). Pada minggu ke-18, di awal pengujian (24 minggu) dan selama periode pengujian, tetap ada pengaruh yang signifikan dari diet terhadap berat badan (Gambar 1; minggu 18: F(2,27)= 13.05, p<0.001; minggu 24: F(2,27)= 16.96, p<0.001; minggu 26: F(2,27)= 13.99, p<0.001; minggu 28: F(2,27)= 13.05, p<0.001). Analisis post hoc mengungkapkan bahwa tikus HFHE dan FCHE memiliki bobot tubuh yang jauh lebih tinggi daripada tikus kontrol (Gambar 1; p<0.001, semua titik waktu). Tidak ada perbedaan statistik dalam berat badan antara kedua kelompok obesitas pada titik waktu manapun.

3.2 Pengaruh antagonisme dopamin D1R dan D2R pada asupan sukrosa

Asupan sukrosa dikurangi dengan SCH23390 di semua grup (Gambar 2a). Raclopride mengurangi asupan sukrosa pada tikus HFHE, tetapi jauh lebih efektif pada tikus Chow dan FCHE (Gambar 2b). Tindakan berulang ANOVA menunjukkan efek keseluruhan dari Obat (F(1,24)= 8.8446, p<0.01), Dosis (F(4,96)= 27.1269, p<0.001), dan interaksi Dosis dengan Obat (F(4,96)= 2.9799, p<0.05). Sedangkan pengaruh Diet secara keseluruhan tidak signifikan (F(1,24)= 2.5787, p= 0.09), perbandingan post hoc memang menunjukkan perbedaan yang signifikan dari perlakuan raclopride antara kelompok HFHE dan Chow (p<0.05) dan antara kelompok HFHE dan FCHE (p<0.05).

Gambar 2 

Perubahan asupan sukrosa mengikuti antagonis reseptor dopamin

Analisis post hoc mengungkapkan hal itu SCH23390 secara signifikan lebih efektif dalam mengurangi asupan sukrosa secara keseluruhan dibandingkan dengan raclopride (p<0.01). SCH23390 asupan sukrosa ditekan pada tikus HFHE pada semua dosis yang diuji dan asupan yang tertekan pada tikus FCHE dan Chow pada 200 nmol dan dosis yang lebih tinggi (Gambar 2a). Asupan sukrosa ditekan pada tikus HFHE oleh semua dosis raclopride, tetapi hanya dosis tertinggi yang mengurangi asupan sukrosa secara signifikan pada tikus FCHE, sementara tidak ada dosis yang menekan asupan sukrosa oleh tikus Chow (Gambar 2b).

Analisis ID50 (Tabel 2) mengungkapkan tidak ada efek dari Diet (F(2,24)= 0.576, p= 0.57) atau Obat-obatan (F(1,24)= 2.988, p= 0.09), meskipun ada perbedaan nyata dalam ID50 untuk raclopride. Kurangnya efek ini bisa disebabkan oleh perbedaan substansial dalam kelompok.

Tabel 2 

Efektivitas antagonis reseptor dopamin dinyatakan oleh ID50. ID50 mewakili dosis di mana asupan akan dikurangi menjadi 50% dari baseline (kendaraan). Tidak ada perbedaan yang diamati antara kelompok ...

3.3 Efek dari antagonisme dopamin D1R dan D2R pada asupan fruktosa

SCH23390 mengurangi asupan fruktosa di semua kelompok (Gambar 3a). Raclopride, di sisi lain, hanya mengurangi asupan secara signifikan pada kelompok FCHE (Gambar 3b). Tindakan berulang ANOVA mengungkapkan efek keseluruhan dari Obat (F(1,24)= 5.7400, p<0.05), Dosis (F(4,96)= 33.9351, p<0.001) dan interaksi Dosis dengan Obat yang signifikan (F(4,96)= 3.0296, p<0.05) tetapi tidak ada pengaruh Diet (F(2,24)= 1.5205, p= 0.24). Namun, sekali lagi, analisis post hoc menunjukkan perbedaan yang signifikan dari pengobatan raclopride antara kelompok HFHE dan FCHE (p<0.05).

Gambar 3 

Perubahan asupan fruktosa setelah pemberian antagonis reseptor dopamin

Analisis post hoc mengungkapkan hal itu SCH23390 secara keseluruhan lebih efektif menekan asupan fruktosa daripada raclopride (p<0.05), dan melakukannya dengan cara yang bergantung pada dosis (Gambar 3). SCH23390 mengurangi asupan pada semua kelompok diet di 400 dan 600 nmol dan mengurangi asupan fruktosa sedini dosis 200 nmol pada tikus HFHE (Gambar 3a). Efek Raclopride pada asupan fruktosa, bagaimanapun, terbatas pada tikus FCHE dengan analisis post hoc mengungkapkan penurunan yang signifikan dalam konsumsi fruktosa pada tikus FCHE pada 200 nmol dan dosis yang lebih tinggi, dengan tidak ada dosis raclopride yang menekan asupan fruktosa di HFHE atau tikus Chow (Gambar 3b).

ANOVA pada ID50 (Tabel 2) mengungkapkan efek dari Obat (F(1,24)= 4.548, p<0.05) tetapi tidak Diet (F(2,24)= 1.495, p= 0.25). SCH23390 diperlukan dosis yang lebih rendah secara keseluruhan daripada raclopride untuk mengurangi asupan hingga setengah dari baseline (p<0.05). Sejalan dengan analisis dosis aktual, analisis ID post hoc50 juga mengungkapkan sensitivitas yang meningkat secara signifikan pada kedua kelompok obesitas dibandingkan dengan tikus Chow (p<0.05).

4. Diskusi

Penelitian ini membandingkan sensitivitas terhadap blokade reseptor dopamin dalam mengurangi asupan dua solusi karbohidrat yang enak, sukrosa atau fruktosa, dalam dua model hewan obesitas. Kami menggunakan dua diet untuk meniru konsumsi kronis dari makanan yang didominasi lemak tinggi (HFHE), atau diet kombinasi gula-gula (FCHE), seperti yang terlihat dalam diet Barat [] Seperti yang diharapkan, kedua diet menghasilkan penambahan berat badan dan adipositas yang besar dimulai pada minggu 12, dengan peningkatan berat badan yang terus menerus selama percobaan (Gambar 1). Kelompok-kelompok tersebut kemudian dibandingkan dengan kontrol chow-fed yang disesuaikan dengan usia dalam sensitivitas relatif mereka terhadap blokade spesifik subtipe D1 dan reseptor D2 dengan SCH23390 atau raclopride, masing-masing. Kami menemukan bahwa blokade reseptor D1 mengurangi asupan sukrosa dan fruktosa di semua kelompok diet. Terlepas dari apakah tikus mengkonsumsi sukrosa atau solusi fruktosa, tikus HFHE merespons dosis yang sedikit lebih rendah SCH23390 dibandingkan dengan mereka yang gemuk FCHE atau rekan Chow ramping (Gambar 2a, , 3a) .3a). Peningkatan yang jelas dalam sensitivitas terhadap antagonisme reseptor D1 dopamin oleh tikus HFHE juga diamati setelah blokade reseptor D2 selama tes sukrosa. Memang, tikus HFHE menanggapi semua dosis raclopride dengan pengurangan asupan sukrosa, sementara tikus FCHE hanya menanggapi dosis tertinggi, dan tikus Chow tidak menunjukkan penekanan yang signifikan terhadap konsumsi sukrosa setelah perawatan raclopride (Gambar 3b). Namun yang menarik, tikus HFHE tidak mengurangi asupan fruktosa setelah perawatan raclopride. Sebaliknya, raclopride secara signifikan menekan asupan fruktosa hanya pada tikus FCHE. Peningkatan kepekaan terhadap antagonis reseptor dopamin merupakan indikasi berkurangnya pensinyalan dopamin, yaitu karena lebih sedikit reseptor, berkurangnya persaingan dari DA endogen di lokasi reseptor, atau kombinasi keduanya. Bahkan ada bukti bahwa mekanisme mana pun dapat berlaku untuk model kami. Misalnya, paparan diet tinggi lemak bahkan sebelum kelahiran dapat menyebabkan penurunan D2Rs [] Lebih jauh lagi, mengonsumsi makanan berlemak tinggi telah terbukti mengurangi pelepasan dopamin alami atau yang ditimbulkan oleh listrik, dan menipiskan pergantian dopamin [-]. Sementara mekanisme yang mendasari memerlukan penyelidikan lebih lanjut, data kami bersama dengan ini dan pengamatan sebelumnya mendukung gagasan bahwa makan makanan tertentu - berpotensi independen dari obesitas - dapat mengakibatkan perubahan dalam sistem dopamin yang mengingatkan pada neuroplastisitas hingga penyalahgunaan obat [] Bahkan, penelitian terbaru menunjukkan bahwa diet tinggi lemak meningkatkan kepekaan terhadap obat yang bekerja pada sistem dopamin [, ].

Investigasi sebelumnya pada tikus tanpa lemak telah menunjukkan kemanjuran diferensial dari blokade reseptor D1 dan D2 untuk mengurangi asupan karbohidrat menggunakan konsentrasi yang konsisten dengan yang digunakan dalam penelitian ini [-, ] Efek-efek ini diyakini sebagian dimediasi oleh area otak yang terlibat dalam hadiah makanan, dan reseptor D2 di area ini mungkin sangat rentan terhadap perubahan yang disebabkan oleh obesitas [, , -] Penelitian ini memperluas temuan modulasi reseptor dopamin dari asupan karbohidrat pada tikus tanpa lemak dan memuji studi yang menunjukkan plastisitas yang bertahan lama dalam sistem penghargaan pada obesitas. Sementara kompleksitas sistem dan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi interaksi semacam itu (kontrol akut asupan oleh sistem yang diubah secara kronis) jelas meningkatkan varian individu dan karenanya mengurangi efek interaksi dalam ANOVA keseluruhan, perbandingan langsung (pasca hoc) dari efek dosis-respons dilakukan. mengungkapkan sensitivitas diferensial terhadap dosis antagonis reseptor isomolar antara kelompok diet. Perubahan yang mempengaruhi D2R secara spesifik tampaknya tergantung pada kandungan karbohidrat yang juga terdapat dalam diet tinggi lemak, yang mengindikasikan kandungan makronutrien dari diet tersebut dapat mengubah sistem penghargaan secara berbeda.

Efek diferensial dari sensitivitas terhadap raclopride dalam uji sukrosa dapat disebabkan oleh adanya sukrosa dalam diet. Meskipun kedua diet obesogenik mengandung sukrosa, diet FCHE mengandung sukrosa 23% lebih banyak daripada diet HFHE. Dengan demikian kurangnya respon terhadap raclopride dalam tantangan sukrosa oleh tikus FCHE, tetapi bukan tikus HFHE, bisa disebabkan oleh peningkatan paparan sukrosa dalam diet HFHE. Namun, tidak ada diet obesogenik yang mengandung fruktosa, namun perbedaan diamati pada respon kelompok diet obesogenik terhadap raclopride dalam tes fruktosa juga. Selain itu, tidak ada sukrosa yang ada dalam diet Chow, namun tanggapan oleh kelompok Chow terhadap raclopride dalam tes sukrosa lebih mirip dengan respons yang dibuat oleh FCHE daripada tikus HFHE. Ini menunjukkan bahwa faktor-faktor lain mungkin mendasari tanggapan diferensial terhadap pengobatan raclopride sebagai fungsi dari diet dan uji karbohidrat.

Penjelasan alternatif dapat mencakup efek postiveive saraf dan hormon diferensial diferensial yang diberikan oleh fruktosa dan sukrosa. Sementara mekanisme pasti tetap tidak jelas, ada banyak bukti yang mendukung gagasan ini [, ] Dalam konteks ini, kemungkinan bahwa dua diet mengubah sukrosa dan preferensi fruktosa secara berbeda sebagai akibat dari efek diferensial mereka pada sinyal oral dan gastrointestinal hulu ke sistem penghargaan tidak dapat dikecualikan dan memerlukan penyelidikan lebih lanjut.

Obesitas dan makanan lezat telah secara independen tersirat untuk mengubah pensinyalan dopamin [, , , ], dan oleh karena itu juga dapat menjelaskan respon diferensial yang diamati dalam penelitian ini. Memang, data kami mendukung temuan sebelumnya yang menunjukkan bahwa pensinyalan dopamin D2R berkurang pada obesitas [, ] Namun, temuan baru dari penelitian ini adalah bahwa sifat hubungan ini mungkin tergantung pada kandungan makronutrien dari diet obesogenik daripada obesitas atau komplikasinya. Temuan utama tambahan adalah perbedaan yang terlihat dalam kemanjuran antagonis D2R antara karbohidrat uji. Kami mencatat tren dalam data kami bahwa asupan fruktosa tampaknya lebih terkontrol oleh D2R daripada asupan sukrosa, membuat orang mempertanyakan bagaimana asupan karbohidrat yang berbeda dapat diatur secara berbeda, dan jika hadiah yang ditimbulkan oleh karbohidrat yang berbeda dapat merekrut berbagai mekanisme berbeda. Data sebelumnya menunjukkan bahwa asupan sukrosa dan fruktosa menghasilkan respons fisiologis yang berbeda. Sukrosa telah terbukti menghasilkan efek terkondisi berdasarkan rasa dan sifat pasca konsumsi [, , ] sementara fruktosa tampaknya memberikan rangsangan yang relevan secara perilaku secara eksklusif dengan rasanya dan bukan dengan memperkuat efek pasca konsumsi [, ] Oleh karena itu, responsifitas sirkuit hadiah terhadap fruktosa dapat tetap utuh bahkan ketika umpan balik yang ditimbulkan oleh sukrosa menjadi terganggu karena gangguan sekunder akibat obesitas (misalnya berkurangnya sensitivitas insulin / leptin). Hal sebaliknya mungkin juga benar: respons kontra-regulasi untuk mengekang asupan sukrosa mungkin gagal memeriksa asupan fruktosa. Studi masa depan pada manusia diperlukan untuk menyelidiki apakah preferensi untuk makanan kaya fruktosa benar-benar akan meningkat dengan obesitas, atau jika preferensi sukrosa dan fruktosa relatif berbeda pada pasien obesitas yang juga penderita diabetes.

Sementara efek sukrosa pada dopamin telah diteliti secara luas [, , , ], sedikit yang diketahui tentang interaksi antara fruktosa dan sistem imbalan dopamin, meskipun laporan awal dari laboratorium Hoebel menunjukkan bahwa fruktosa dapat menghasilkan respons fisiologisnya yang unik [] Penelitian ini menambahkan sepotong informasi lebih lanjut pada teka-teki kompleks ini yang menunjukkan bahwa diet kandungan makronutrien yang berbeda dapat mengubah kontrol dopamin dari asupan fruktosa secara berbeda. Penyelidikan lebih lanjut diperlukan untuk sepenuhnya memahami mekanisme yang mendasari di mana lemak dan gula makanan dapat memengaruhi pensinyalan usus dan memicu perubahan dalam otak.

5. Kesimpulan

Studi ini menunjukkan bahwa diet obesogenik (energi tinggi) yang bervariasi dalam kadar lemak dan karbohidrat, daripada obesitas itu sendiri, dapat secara berbeda meningkatkan sensitivitas terhadap antagonis reseptor D1 dan D2 dalam mengurangi asupan karbohidrat. Temuan ini sesuai dengan anggapan umum bahwa pensinyalan dopamin pada obesitas makanan tumpul, dan menunjukkan adanya hubungan baru antara diet dan efek dopamin sentral. Temuan utama tambahan adalah bahwa diet secara berbeda mengubah potensi antagonis reseptor dopamin dalam menekan sukrosa dan asupan fruktosa. Dibandingkan dengan diet normal (rendah lemak) atau tinggi lemak, karbohidrat tinggi, obesitas dihasilkan oleh diet yang sangat tinggi tetapi rendah gula menghasilkan peningkatan sensitivitas terhadap antagonisme reseptor D1 dan D2 dalam mengurangi asupan sukrosa, tetapi kontrol reseptor D2 dari asupan fruktosa adalah diawetkan. Sebaliknya, tikus yang diberi diet energi tinggi dengan kombinasi lemak dan karbohidrat diet tinggi menunjukkan peningkatan regulasi reseptor D2 dari asupan fruktosa. Dengan demikian, tampak bahwa riwayat diet dapat mengubah perkembangan defisit dopamin yang sebelumnya dikaitkan dengan obesitas secara umum. Data saat ini juga menunjukkan bahwa kekhasan plastisitas dopamin ini dapat mempengaruhi bagaimana karbohidrat tertentu, seperti fruktosa dan sukrosa, memberikan efek yang menguntungkan. Perbedaan seperti itu dapat menjelaskan beberapa variasi dalam tingkat keberhasilan berbagai perawatan dan terapi anti-obesitas. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menguji penerapan temuan ini pada manusia dan menyelidiki mekanisme yang mendasarinya.

Highlight

  • Diet berenergi tinggi yang terlepas dari kandungan makronutrien berpotensi menyebabkan obesitas.
  • Komposisi diet tampaknya secara berbeda mengubah sensitivitas reseptor dopamin.
  • Blokade reseptor D1 mengurangi sukrosa dan asupan fruktosa pada tikus kurus dan gemuk.
  • Blokade reseptor D2 mengurangi asupan sukrosa dalam makanan berlemak tinggi, tetapi tidak pada tikus tanpa lemak.
  • Blokade reseptor D2 mengurangi asupan fruktosa hanya pada tikus yang diberi gula-lemak.

Ucapan Terima Kasih

Penelitian ini didukung oleh National Institute of Diabetes & Digestive & Kidney Diseases Grant DK080899, National Institute on Deafness and Other Communication Disorders Grant DC000240, dan The Jane B. Barsumian Trust Fund. Penulis berterima kasih kepada Bapak NK Acharya atas bantuannya yang luar biasa dalam pemeliharaan tikus dan melakukan uji NMR.

Catatan kaki

Penafian Penerbit: Ini adalah file PDF dari manuskrip yang belum diedit yang telah diterima untuk publikasi. Sebagai layanan kepada pelanggan kami, kami menyediakan naskah versi awal ini. Naskah akan menjalani penyalinan, penyusunan huruf, dan peninjauan bukti yang dihasilkan sebelum diterbitkan dalam bentuk citable akhir. Harap perhatikan bahwa selama proses produksi, kesalahan dapat ditemukan yang dapat memengaruhi konten, dan semua penafian hukum yang berlaku untuk jurnal tersebut.

Referensi

1. Hernandez L, Hoebel BG. Pemberian makan dan stimulasi hipotalamus meningkatkan pergantian dopamin di accumbens. Fisiologi & Perilaku. 1988; 44: 599–606. [PubMed]
2. Hernandez L, Hoebel BG. Imbalan makanan dan kokain meningkatkan dopamin ekstraseluler dalam nukleus accumbens yang diukur dengan mikrodialisis. Ilmu Kehidupan. 1988; 42: 1705 – 12. [PubMed]
3. Avena NM, Rada P, Moise N, Hoebel BG. Sukrosa semu memberi makan pada jadwal pesta melepaskan accumbens dopamine berulang kali dan menghilangkan respon kenyang asetilkolin. Ilmu saraf. 2006; 139: 813 – 20. [PubMed]
4. Rada P, Avena NM, Hoebel BG. Makan setiap hari dengan gula berulang kali melepaskan dopamin dalam cangkang accumbens. Ilmu saraf. 2005; 134: 737 – 44. [PubMed]
5. Ahlskog JE, Randall PK, Hernandez L, Hoebel BG. Anorexia amfetamin berkurang dan anoreksia fenfluramin ditingkatkan setelah otak tengah 6-hidroksidopamin. Psikofarmakologi. 1984; 82: 118 – 21. [PubMed]
6. Hernandez L, Hoebel BG. Makan berlebihan setelah otak tengah 6-hydroxydopamine: Pencegahan dengan injeksi sentral dari blocker reuptake katekolamin selektif. Penelitian Otak. 1982; 245: 333 – 43. [PubMed]
7. Ahlskog J. Memberi makan respon terhadap tantangan regulasi setelah injeksi 6-hydroxydopamine ke jalur noradrenergik otak. Fisiologi & Perilaku. 1976; 17: 407–11. [PubMed]
8. Hoebel BG, Hernandez L, Monako A, Miller W. Amphetamine yang diinduksi berlebihan dan kelebihan berat badan pada tikus. Ilmu Kehidupan. 1981; 28: 77 – 82. [PubMed]
9. Volkow ND, Wang GJ, Baler RD. Hadiah, dopamin, dan kontrol asupan makanan: implikasi untuk obesitas. Tren dalam Ilmu Kognitif. 15: 37 – 46. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
10. Stice E, Spoor S, Bohon C, DM Kecil. Hubungan Antara Obesitas dan Respons Striatal Blunted terhadap Makanan Dimoderasi oleh TaqIA A1 Allele. Ilmu. 2008; 322: 449 – 52. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
11. Hoebel BG. Kontrol pemberian makan secara fisiologis. Ann Rev Pharmacol Toxicol. 1977; 17 [PubMed]
12. Bouchard C. Pemahaman terkini tentang etiologi obesitas: faktor genetik dan nongenetik. The American Journal of Clinical Nutrition. 1991; 53: 1561S – 5S. [PubMed]
13. Vogele C. Etiologi Obesitas. Dalam: Munsch S, Beglinger C, editor. Obesitas dan gangguan makan berlebihan. Swiss: S. Karger; 2005. hlm. 62 – 73.
14. Weinsier RL, Hunter GR, Heini AF, Goran MI, Jual SM. Etiologi obesitas: kontribusi relatif faktor metabolisme, diet, dan aktivitas fisik. The American Journal of Medicine. 1998; 105: 145 – 50. [PubMed]
15. DM kecil. Perbedaan individu dalam neurofisiologi imbalan dan epidemi obesitas. Int J Obes. 2009; 33: S44 – S8. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
16. Archer ZA, Mercer JG. Respons otak terhadap diet obesitas dan obesitas akibat diet. Prosiding Masyarakat Nutrisi. 2007; 66: 124 – 30. [PubMed]
17. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG, dkk. Bukti untuk eksositosis dopamin mesolimbik yang rusak pada tikus yang rentan obesitas. FASEB J. 2008; 22 [Artikel gratis PMC] [PubMed]
18. Volkow ND, Wang GJ, Baler RD. Hadiah, dopamin, dan kontrol asupan makanan: implikasi untuk obesitas. Tren dalam Ilmu Kognitif. 2011; 15: 37 – 46. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
19. Hajnal A, Smith GP, stimulasi sukrosa Norgren R. Oral meningkatkan accumbens dopamine pada tikus. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2004; 286: R31 – 7. [PubMed]
20. Liang NC, Hajnal A, Norgren R. Sham memberi makan minyak jagung meningkatkan accumbens dopamine pada tikus. American Journal of Physiology - Regulatory, Integrative dan Comparative Physiology. 2006; 291: R1236 – R9. [PubMed]
21. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Pesta Gula dan Lemak Memiliki Perbedaan yang Penting dalam Perilaku Seperti Adiktif. J Nutr. 2009; 139: 623 – 8. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
22. Shahkhalili Y, Gada K, Moulin J, Zbinden I, Acheson KJ. Lemak: Rasio Energi Karbohidrat pada Program Diet Penyapihan Nantinya Kerentanan terhadap Obesitas pada Tikus Sprague Dawley Jantan. Jurnal Nutrisi. 2011; 141: 81 – 6. [PubMed]
23. van den Heuvel JK, van Rozen AJ, Adan RAH, la Fleur SE. Tinjauan tentang bagaimana komponen sistem melanocortin merespons berbagai diet energi tinggi. Jurnal Eropa Farmakologi. 2011 Epub sebelum dicetak. [PubMed]
24. Bocarsly ME, Powell ES, Avena NM, Hoebel BG. Sirup jagung fruktosa tinggi menyebabkan karakteristik obesitas pada tikus: Peningkatan berat badan, lemak tubuh dan kadar trigliserida. Farmakologi Biokimia dan Perilaku. 2010; 97: 101 – 6. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
25. Reedy J, Krebs-Smith SM. Sumber Makanan, Lemak Padat, dan Gula Tambahan di antara Anak-anak dan Remaja di Amerika Serikat. Jurnal Asosiasi Diet Amerika. 2010; 110: 1477 – 84. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
26. Sclafani A. Karbohidrat rasa, nafsu makan, dan obesitas: Gambaran umum. Ulasan Neuroscience & Biobehavioral. 1987; 11: 131–53. [PubMed]
27. Ackroff K, Touzani K, Peets TK, Sclafani A. Preferensi rasa dikondisikan oleh fruktosa intragastrik dan glukosa: perbedaan dalam potensi penguatan. Fisiologi & Perilaku. 2001; 72: 691–703. [PubMed]
28. Sclafani A, Thompson B, Smith JC. Penerimaan dan Preferensi Tikus terhadap Larutan dan Campuran Sukrosa, Maltodekstrin, dan Sakarin. Fisiologi & Perilaku. 1998; 63: 499–503. [PubMed]
29. Hajnal A, Norgren R. Akses berulang ke sukrosa menambah pergantian dopamin dalam nukleus accumbens. Neuroreport. 2002; 13: 2213 – 6. [PubMed]
30. Weatherford SC, Greenberg D, Gibbs J, Smith GP. Potensi antagonis reseptor D-1 dan D-2 berbanding terbalik dengan nilai imbalan minyak jagung dan sukrosa pada tikus. Farmakologi Biokimia dan Perilaku. 1990; 37: 317 – 23. [PubMed]
31. Bernal SY, Dostova I, Kest A, Abayev Y, Kandova E, Touzani K, dkk. Peran reseptor D1 dan D2 dopamin dalam nukleus accumbens shell pada akuisisi dan ekspresi preferensi rasa-rasa yang dikondisikan fruktosa pada tikus. Penelitian Otak Perilaku. 2008; 190: 59 – 66. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
32. Tukang roti RM, Shah MJ, Sclafani A, Bodnar RJ. Antagonis Dopamin D1 dan D2 mengurangi perolehan dan ekspresi preferensi rasa yang dikondisikan oleh fruktosa pada tikus. Farmakologi Biokimia dan Perilaku. 2003; 75: 55 – 65. [PubMed]
33. Bernal S, P Miner, Abayev Y, Kandova E, Gerges M, Touzani K, et al. Peran reseptor D1 dan D2 amygdala dopamin dalam perolehan dan ekspresi preferensi rasa yang dikondisikan fruktosa pada tikus. Penelitian Otak Perilaku. 2009; 205: 183 – 90. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
34. Smith GP. Accumbens dopamine memediasi efek penghargaan stimulasi orosensori oleh sukrosa. Nafsu makan. 2004; 43: 11 – 3. [PubMed]
35. Hajnal A, De Jonghe BC, Covasa M. Dopamine D2 reseptor berkontribusi terhadap peningkatan aviditas untuk sukrosa pada tikus gemuk yang kekurangan reseptor CCK-1. Ilmu saraf. 2007; 148: 584 – 92. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
36. Naef L, Moquin L, Dal Bo G, Giros B, Gratton A, Walker CD. Asupan lemak tinggi ibu mengubah regulasi presinaptik dopamin dalam nukleus accumbens dan meningkatkan motivasi untuk imbalan lemak pada anak. Ilmu saraf. 2010; 176: 225 – 36. [PubMed]
37. Rada P, Bocarsly ME, Barson JR, Hoebel BG, Leibowitz SF. Mengurangi dopamin accumbens pada tikus Sprague-Dawley yang cenderung makan makanan kaya lemak secara berlebihan. Fisiologi & Perilaku. 2010; 101: 394–400. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
38. Geiger BM, Haburcak M, Avena NM, MC Moyer, Hoebel BG, Pothos EN. Defisit neurotransmisi dopamin mesolimbik pada obesitas diet tikus. Ilmu saraf. 2009; 159: 1193 – 9. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
39. Davis JF, Tracy AL, Schurdak JD, Tschop MH, Lipton JW, Clegg DJ, dkk. Paparan Tingkat Tinggi Lemak Makanan Melemahkan Ganjaran Psikostimulan dan Pergantian Dopamin Mesolimbik pada Tikus. Behavioral Neuroscience. 2008; 122: 1257 – 63. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
40. Koob GF, Volkow ND. Neurocircuitry of Addiction. Neuropsikofarmakologi. 2009; 35: 217 – 38. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
41. Baladi MG, France CP. Makan chow tinggi lemak meningkatkan sensitivitas tikus terhadap efek stimulus diskriminatif dan menguap quinpirole. Farmakologi Perilaku. 2010; 21: 615 – 20. doi: 10.1097 / FBP.0b013e32833e7e5a. [Artikel gratis PMC] [PubMed] [Cross Ref]
42. McGuire BA, Baladi MG, France CP. Makan chow tinggi lemak meningkatkan kepekaan terhadap efek metamfetamin pada penggerak pada tikus. Jurnal Eropa Farmakologi. 2011; 658: 156 – 9. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
43. Tyrka A, Smith GP. SCH23390, tetapi bukan raclopride, mengurangi asupan sukrosa 10% yang diinfus intraoral pada tikus dewasa. Farmakologi Biokimia dan Perilaku. 1993; 45: 243 – 6. [PubMed]
44. Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Telang F. Sirkuit neuronal yang tumpang tindih dalam kecanduan dan obesitas: bukti patologi sistem. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008; 363: 3191 – 200. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
45. Johnson PM, Kenny PJ. Reseptor D2 dopamin dalam disfungsi hadiah seperti kecanduan dan makan kompulsif pada tikus gemuk. Nat Neurosci. 2010; 13: 635 – 41. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
46. Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, CT Wong, Zhu W, dkk. Dopamin otak dan obesitas. Lancet. 2001; 357: 354 – 7. [PubMed]
47. Ackroff K, Sclafani A. Preferensi tikus untuk sirup jagung fruktosa tinggi vs. sukrosa dan campuran gula. Fisiologi & Perilaku. 2011; 102: 548–52. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
48. Glendinning JI, Breinager L, Kyrillou E, Lacuna K, Rocha R, Sclafani A. Efek perbedaan sukrosa dan fruktosa pada diet obesitas pada empat strain tikus. Fisiologi & Perilaku. 2010; 101: 331–43. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
49. Hajnal A, Margas WM, Covasa M. Mengubah fungsi reseptor D2 dopamin dan mengikat pada tikus OLETF yang gemuk. Brain Res Bull. 2008; 75: 70 – 6. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
50. Bello NT, Lucas L, Hajnal A. Akses sukrosa berulang mempengaruhi kepadatan reseptor D2 dopamin di striatum. NeuroReport. 2002; 13: 1565 – 8. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
51. Ackroff K. Preferensi rasa yang dipelajari. Potensi variabel penguat nutrisi pasca oral. Nafsu makan. 2008; 51: 743 – 6. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
52. Bonacchi KB, Ackroff K, Sclafani A. Rasa sukrosa tetapi bukan rasa Polycose yang mengkondisikan preferensi rasa pada tikus. Fisiologi & Perilaku. 2008; 95: 235–44. [Artikel gratis PMC] [PubMed]
53. Sclafani A, Ackroff K. Preferensi rasa berkondisi glukosa dan fruktosa pada tikus: Rasa versus pengkondisian postestive. Fisiologi & Perilaku. 1994; 56: 399–405. [PubMed]