バイオル精神医学。 2008 Dec 1; 64（11）：941-50。 Epub 2008 7月26。
ティーガーデンSL、ネスラーEJ、ベールTL。
ソース
ペンシルベニア大学、フィラデルフィア、ペンシルベニア州、動物生物学科、ペンシルベニア州19104-6046、米国。
抽象
背景：
報酬に対する感受性は、過食と同様に薬物乱用に関連した行動の素因となっています。 ただし、報酬の敏感さに貢献する根本的なメカニズムは不明です。 我々は、ドーパミンシグナル伝達の調節不全が報酬の感受性を高める根本的な原因である可能性があり、それによって報酬のある刺激がシステムを正常化するように作用する可能性があると仮定した。
方法：
美味しい高脂肪食に反応して報酬経路の変化を調べるために、報酬感度が増加した遺伝的マウスモデル、Delta FosB過剰発現マウスを使用した。 これらのマウスにおける報酬シグナル伝達のマーカーを、基本的におよびその後の6週の美味しい食事への曝露の両方で調べた。 高脂肪食を中止した後の行動試験でマウスを調べて、このモデルのやりがいのある刺激の除去に対する脆弱性を評価した。
結果：
我々の結果は、側坐核および線条体領域におけるDelta FosBの過剰発現に起因する側坐核 - 視床下部 - 腹側被蓋野回路に沿った変化した報酬経路活性化を実証する。。 リン酸化環状アデノシン一リン酸（cAMP）応答要素結合タンパク質のレベル （pCREB）、 脳由来神経栄養因子 （BDNF）、 側坐核における分子量32 kDa（DARPP-32）のドーパミンおよび環状アデノシン一リン酸調節リンタンパク質は、Delta FosBマウスにおいて減少し、ドーパミンシグナル伝達の減少を示唆した。 6週間の高脂肪食への曝露はこれらの違いを完全に改善しました。そして、美味しい食事の有能な報酬能力を明らかにしました。 Delta FosBマウスはまた、高脂肪離脱の24時間後に自発運動量および不安関連反応の有意な増加を示した。
結論：
これらの結果は、口当たりの良い食事で正規化することができ、肥満のいくつかの形態では素因となる表現型である可能性があるDelta FosBおよびドーパミンシグナル伝達の調節異常に関連する報酬の変化に対する根本的な感受性を確立する.
概要
食欲および満腹感を制御する神経系についての我々の知識の増大にもかかわらず、米国では肥満率が上昇し続けている。 現在の薬物治療は限られた有効性を有し、そして行動の改変は最小限の長期コンプライアンス（ＸＮＵＭＸ）を被る。 高カロリーでおいしそうな食べ物の摂取は、脳内のストレスや報酬経路の変化に関連しており、そのような食品のやりがいのある特性がエネルギー収支信号を上書きする可能性があることを示唆しています（2-4）。 脂肪の多い食物は自然な報酬として働き、乱用薬物と同様の方法で脳の報酬センターを活性化し、そしてそれ自体が自己管理パラダイム（5-8）において使用されてきた。 したがって、過食や薬物乱用の行動や動機は、共通の根本的なメカニズムを共有している可能性があり、両方の状態に対して新たな治療の道を開く可能性があります。
美味しい食べ物と、報酬や脳内ストレスを調節する経路との関係を研究する上で、 我々は以前に口当たりの良い高脂肪食（ＨＦ）からの離脱後の報酬の減少およびストレスの増加の分子的および生化学的マーカーを同定した。 虐待の薬物と同様に、我々の研究におけるおいしそうな食事への曝露は、側坐核（NAc）、中心的な脳の報酬構造（9、10）における転写因子ΔFosBのレベルの増加をもたらしました。 ΔFosBを誘導的に過剰発現しているマウスは、食物報酬（11）に対する器械的応答の増加を示し、それらを美味な食事に対する分子的および生化学的応答における報酬感受性および報酬システムの長期的な調節異常の役割を調べるための貴重な手段としている。
本研究では、我々は嗜好HF食に応答してNAc視床下部 - 腹側被蓋野（VTA）神経回路における報酬のマーカーの長期的変化を調べるためにΔFosB過剰発現マウスを利用した。 これらの報酬感受性マウスにおける以前の研究に基づいて、我々は、報酬感受性におけるΔＦｏｓＢ誘導性変化が、ＶＴＡへのＮＡｃフィードバックから生じるドーパミンシグナル伝達における調節異常を含むと仮定した。 さらに、エネルギー密度の高いHF食の自然な報酬にさらされると、これらのマウスのドーパミン作動系が正常化され、このHF食からの離脱ストレスに対する反応が誇張されるという仮説を立てました。。 食欲をそそる食事を報酬のある物質として利用することのユニークな側面は、治療抵抗性肥満にかかりやすい集団を予測するかもしれない表現型の中に報酬回路への視床下部入力を含めることを可能にします。 この仮説を調べるために、我々はHF曝露後に、NAcおよびチロシンヒドロキシラーゼにおけるpCREB、BDNF、およびDARPP-32、ならびにVTAにおけるドーパミン輸送体を含むドーパミン神経伝達のマーカーを調べた。 我々はまた、VTAにおけるレプチンおよびオレキシン受容体ならびに外側視床下部内のオレキシン発現を含む、ドーパミン産生に影響を及ぼすことが知られているエネルギーバランスの特定のマーカーを調べた。
材料と方法
動物
NAcおよび背側線条体のダイノルフィン陽性ニューロンにおいて誘導性にΔFosBを過剰発現する雄性二重トランスジェニックマウス（Kelzら、1999）は、テキサス大学サウスウエストメディカルセンターで混合背景（ICR：C57Bl6 / SJL）で生成および維持された。ペンシルバニア大学でテスト済み。 ペンシルバニア大学に到着するまで、すべてのマウスをドキシサイクリン（飲料水中の100μg/ ml）で維持した。 過剰発現を誘導するために、ドキシサイクリンを除去した（ｎ ＝ ＸＮＵＭＸ）（ＸＮＵＭＸ）。 対照マウス（ｎ ＝ ＸＮＵＭＸ）は薬物を受け続けた。 ドキシシリン除去の８週間後にマウスを食餌群に割り当て、その時点で発現は最大レベルに達することが示された（ＸＮＵＭＸ）。 マウスをＸＮＵＭＸ：ＸＮＵＭＸ明／暗サイクル（ＸＮＵＭＸで点灯）で飼料と水を自由に摂取させながら維持した。 すべての研究は、ペンシルバニア大学の動物実験委員会によって承認された実験プロトコールに従って行われ、すべての手順は、施設のガイドラインに従って行われた。
食事のばく露
マウスを飼料で飼育する（ｎ ＝ ＸＮＵＭＸ）か、またはＨＦ（ｎ ＝ ＸＮＵＭＸ − ＸＮＵＭＸ）に６週間置いた。 飼料（Purina Lab Diet、ミズーリ州セントルイス）は、16％タンパク質、16％脂肪、および17％炭水化物からなる4.00 kcal / gを含有していた。 HF食（Research Diets、New Brunswick、NJ）は、28％タンパク質、12％脂肪、および60％炭水化物からなる4.73 kcal / gを含んでいた。
生化学と遺伝子発現
マウスを６週間の食餌曝露後に分析した。 頭蓋骨から脳を取り出し、ドライアイス上で完全に凍結するか、またはＮＡｃを解剖し（ブレグマから約ＸＮＵＭＸ − ＸＮＵＭＸｍｍ、深さＸＮＵＭＸ − ＸＮＵＭＸｍｍ）、そして液体窒素中で凍結した。 アッセイするまで組織を-0.5℃で保存した。
生化学分析
ウエスタンブロットの方法は補足資料に記載されています。 使用した抗体は、ＣｄｋＸＮＵＭＸ、ＣＲＥＢ、およびＢＤＮＦ（ＸＮＵＭＸ：ＸＮＵＭＸ、サンタクルーズバイオテクノロジー、サンタクルーズ、カリフォルニア州）およびホスホＣＲＥＢ（ｐＣＲＥＢ）（Ｓｅｒ ＸＮＵＭＸ）（ＸＮＵＭＸ：ＸＮＵＭＸ、Ｃｅｌｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｄａｎｖｅｒｓ、ＭＡ）であった。
受容体オートラジオグラフィー
オートラジオグラフィーの詳細な方法は補足資料に記載されている。 使用したリガンドは、2 nM H3-SCH 23390および5 nM H3 - スピペロン（PerkinElmer、Boston、MA）であった。
インサイチューハイブリダイゼーション
組織処理およびハイブリダイゼーションは、以前に記載された通りに行った（ＸＮＵＭＸ）。 ＤＡＲＰＰ − ＸＮＵＭＸプローブはＰ．Ｇｒｅｅｎｇａｒｄ（ロックフェラー大学）により親切に提供され、そしてオレキシンプローブはＪ．Ｅｌｍｑｕｉｓｔ（テキサス大学サウスウエスト医療センター）により提供された。 DARPP-14についてアッセイされたスライドは、32日間にわたってフィルム化され、そしてオレキシンに関してアッセイされたスライドは、32日間にわたってフィルム化された。 フィルム画像の定量化は以前に記載されたようにして行った（ＸＮＵＭＸ）。
QRT-PCR
ＲＮＡをＶＴＡから単離し、そして個々の遺伝子の発現をＴａｑＭａｎ遺伝子発現アッセイ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ、カリフォルニア州フォスターシティ）を用いて評価した。 詳細な方法および統計分析は補足資料に記載されています。
行動分析
食餌誘発行動変化に対する報酬感受性の影響を調べるために、4週間の曝露後にマウスのサブセットをHFから引き上げ、飼料に戻した（n = 9対照、n = 8ΔFosB）。 離脱の24時間後、マウスを我々の以前に公表された食物離脱パラダイム（10）に従ってオープンフィールド試験に曝露した。 手短に言えば、マウスをオープンフィールド装置の中央に配置し、５分間モニターした。 全線交差、糞塊、中心での時間、および中心への交差を測定した。
統計
ウエスタンブロットを除くすべてのデータは、二元配置分散分析と、それに続くドキシサイクリン処理（ΔFosB発現）および独立変数としての食事条件を使用したフィッシャーのPLSDテストを使用して分析されました。 RT-PCR分析では、関連する遺伝子のグループ内の多重比較を補正するために、減少したP値が利用されました（補足資料を参照）。 ウエスタンブロットは、ドキシサイクリン処理を独立変数として使用したスチューデントのt検定を使用して分析し、同じブロット内の光学密度を比較しました。 すべてのデータは平均±SEMとして表されます。
結果
基本的な生化学的な違い
ΔFosB過剰発現マウスにおける報酬感受性の増強の根底にある分子経路を解明するために、いくつかの重要なシグナル伝達分子のレベルをNAcで調べた。 ドキシサイクリンで維持された同腹仔対照動物と比較して、ΔFosBマウスのNAcにおけるCdk5のレベルが増加する傾向があった（F = 5.1、P = 0.08;図1A）。 ΔFosBマウスは、有意に低下したレベルのpCREB（F = 7.4、P <0.05;図1B）および総レベルのCREB（F = 5.4、P = 0.05;図1C）を発現しました。 ΔFosBマウスのNAcでもBDNFの有意な減少が観察されました（F = 10.6、P <0.05;図1D）。
図1
ΔFosBを過剰発現するマウスは、NAcにおいてドーパミンシグナル伝達の低下の生化学的マーカーを示した。
高脂肪食における摂餌量と体重
次に、ΔFosB過剰発現マウスのシグナル伝達分子の変化に対する自然にやりがいのあるHF食餌の効果を調べました。 ΔFosBマウスと対照群の間に、家またはHFのいずれの食物摂取量にも違いはありませんでした。 しかし、ΔFosBマウスに特異的なHFに曝露した場合、体重に正規化されたカロリー摂取量は全体的に減少しました（F = 11.2、P <0.01;図2A）。 17.2週間の食餌曝露の終わりに、HFを与えられたマウスは固形飼料を与えられたマウスよりも有意に体重が多く（F = 0.001、P <5.6）、ΔFosBマウスは対照よりも全体的に体重が少なかった（F = 0.05、P <2;図。 0.05B）。 この効果は、固形飼料のグループ間の違いに特有のものでした（P <XNUMX）。
図2
ΔＦｏｓＢ過剰発現マウスは、固形飼料または高脂肪（ＨＦ）食餌のいずれにおいても食物摂取量に差を示さなかった。
高脂肪食における生化学的差異
ＮＡｃシグナル伝達における基礎的差異がＨＦ食餌によってどのように変化し得るかを決定するために、ベースラインで試験した同じシグナル伝達タンパク質を、６週間のＨＦを受けた動物において試験した。 ＣｄｋＸＮＵＭＸレベルに有意差はなかった（図ＸＮＵＭＸＡ）。 ｐＣＲＥＢおよび総ＣＲＥＢのレベルは、６週間のＨＦ後にもはや異ならなかった（図ＸＮＵＭＸＢ、Ｃ）。 ６週間のＨＦ曝露後のΔＦｏｓＢマウスにおいてＢＤＮＦのレベルは有意に上昇した（Ｆ ＝ ＸＮＵＭＸ、Ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ；図ＸＮＵＭＸＤ）。
図3
高脂肪（HF）食餌はΔFosB過剰発現マウスのNAcで観察されたシグナル伝達差を改善した
ドーパミン受容体オートラジオグラフィー
受容体オートラジオグラフィーを使用して、NAcにおけるドーパミンシグナル伝達のΔFosB誘発性変化がドーパミン受容体発現の変化に関連しているかどうかを評価しました（図4A）。 高脂肪食はD1ドーパミン受容体結合の密度をわずかに増加させるようであり（P = 0.14）、この差はΔFosBマウスでより大きかった（図4B）。 HF後のD1結合面積の増加傾向もあり（P = 0.06）、事後テストでは、これがΔFosBマウスで有意であることが示されました（P <0.05;図4C）。 D1受容体とは対照的に、D2受容体結合密度（対照固形飼料= 97.6±6.9、対照HF = 101.1±8.2、ΔFosB固形飼料= 91.6±1.0、ΔFosBHF= 94.8±9.5）または結合面積（対照固形飼料= 47.3）に変化はありません。 NAcにおいて±3.4、対照HF = 53.8±6.0、ΔFosB固形飼料= 51.9±3.7、ΔFosBHF= 49.0±3.3）が観察された。
図4
高脂肪食（HF）はΔFosB過剰発現マウスの側坐核（NAc）におけるD1ドーパミン受容体結合およびDARPP-32発現の変化をもたらした
NAcでのDARPP-32式
インサイチュハイブリダイゼーションを使用して、NAcにおけるDARPP-32の発現レベルを決定した（図4D）。 高脂肪食はこの脳領域でDARPP-32発現を有意に増加させ（F = 5.1、P <0.05）、食餌とΔFosB発現の間に有意な相互作用があり（F = 8.9、P <0.05）、ΔFosBマウスはより大きな食事による変化（図4E）。 対照マウスとΔFosBマウスの間のDARPP-32発現の基本的な違いは、事後試験（P <0.01）、およびHFでのΔFosBマウスにおけるDARPP-32発現の有意な増加（P <0.01）によって明らかになりました。
VTAにおける遺伝子発現
QRT-PCRは、報酬の調節に以前関与していたいくつかの重要な遺伝子を標的として、VTAにおける遺伝子発現の変化を評価するために利用されました。 すべてのサンプルはβ-アクチンに対して正規化されました。 β-アクチンの発現が処理によって変化しないことを確認するために、別のアッセイを実行して、β-アクチンを2.29番目の内部対照であるGAPDHと比較しました。 β-アクチン発現に有意差はありませんでした（ΔCT値、β-アクチン-GAPDH：対照固形飼料= 0.21±2.01、対照HF = 0.04±2.32、ΔFosB固形飼料= 0.49±2.37、ΔFosBHF= 0.10±XNUMX）。
ΔFosB発現と食事療法の間の相互作用の傾向が、チロシンヒドロキシラーゼの発現について観察された（F = 3.6、P <0.06;図5A）。 HFへの6.7週間の曝露は、対照マウスのチロシンヒドロキシラーゼ発現を減少させ、ΔFosBマウスの発現を増加させるようでした。 ドーパミントランスポーターの発現について、ΔFosB発現と食事曝露との間に有意な相互作用が観察されました（F = 0.03、P <5;図0.05B）。 チロシンヒドロキシラーゼと同様に、HFへの曝露は対照マウスのドーパミントランスポーター発現を減少させ、ΔFosBマウスの発現を有意に増加させました（P <0.16）。 コントロールとΔFosBマウス間のドーパミントランスポーター発現の基本的な違いは有意に達しませんでした（P = 6）が、HFの0.05週間後、ΔFosBマウスはコントロールと比較して有意に上昇したレベルのドーパミントランスポーターを発現しました（P <XNUMX）。
図5
高脂肪食（HF）曝露とΔFosB発現はVTAにおける多数の重要分子の発現変化をもたらした
ΔFosB発現の増加がVTAのTrkBレベルを低下させる効果を示す傾向がありました（F = 5.7、P <0.04;図5C）。 κ-オピオイド受容体の発現に主な影響はありませんでしたが、ΔFosBマウスでは発現が低下する傾向がありました（P = 0.08;図5D）。 レプチン受容体の発現もVTAで測定されました。 食餌曝露の有意な効果が見られ（F = 6.1、P <0.03）、HFはΔFosBマウスと対照マウスの両方でVTAのレプチン受容体のレベルを有意に低下させました（図5E）。 VTAにおけるオレキシン受容体1の発現も調べた。 オレキシン受容体の発現に対する食餌の有意な効果があり（F = 9.0、P <0.02）、HFに曝露されたマウスはVTAでより高いレベルを発現しました（図5F）。 ΔFosBマウスがこの脳領域で全体的に高レベルのオレキシン受容体1を発現する傾向もありました（P <0.05）。
外側視床下部におけるオレキシン発現
我々は、VTAのオレキシン作動性神経支配の起源である外側視床下部のオレキシンのレベルをinsituハイブリダイゼーションによって測定した（図6A）。 ΔFosB発現とオレキシン発現に対する食事曝露との間に有意な相互作用があり（F = 9.1、P <0.01）、HFは対照マウスでオレキシンレベルを有意に増加させ（P <0.05）、ΔFosBマウスで発現を減少させました（図6B）。 基礎状態でのオレキシン発現に有意差はありませんでしたが、HFの6週間後、ΔFosBマウスは対照と比較して有意に減少したレベルのオレキシンを発現しました（P <0.05）。
図6
高脂肪（HF）食餌は対照（Ctrl）マウスとΔFosB過剰発現マウスのオレキシン発現に異なる影響を及ぼした
Be生活分析
食餌の変化による覚醒と感情の変化を評価するために、HF食を中止してから24時間後にマウスをオープンフィールド試験に曝露しました（10）。 覚醒の尺度としてスコア付けされた総ラインクロスは、ΔFosB発現（F = 6.6、P <0.05）および食事（F = 4.6、P <0.05;図7A）によって有意に影響を受けました。 ΔFosBマウスは、新規環境でコントロールよりも活動的であり、事後テストでは、HFから離脱したマウスは、固形飼料に曝露されたマウスよりも有意に活動的であることが示されました（P <0.05）。 糞便は不安様行動の尺度として数えられました（10）。 ΔFosB発現の主な効果があり（F = 10.2、P <0.01）、ΔFosB過剰発現マウスは、新しい環境、特にハウスチャウとHF離脱群でより多くの糞便を産生しました（図7B）。 HF食で飼育されたΔFosBマウスは、固形飼料で飼育されたマウスおよび試験の24時間前に離脱したマウスよりも糞便の排泄量が少なかった。 対照マウスは食餌の影響を受けていないようでした。 オープンフィールドの中心で過ごす時間に対するΔFosB発現または食餌の有意な影響はありませんでした（対照固形飼料= 14.5±3.1秒、対照HF = 18.0±3.2秒、対照W / D = 15.4±1.9秒、ΔFosB固形飼料） = 16.9±2.4秒、ΔFosBHF= 13.1±3.9秒、ΔFosBW/ D = 19.8±2.6秒）。
図7
ΔFosBを過剰発現するマウスは、高脂肪食（HF）中止の影響に対してより敏感であった
議論
肥満治療において、過食に対する感受性および体重増加に影響を与える因子の同定に対する重大な必要性がある。 美味しい食べ物や食生活の変化（6、10、15、16）の動機と反応には、脳内報酬経路が重要な役割を果たします。 食欲増進および食欲減退のシグナルは視床下部-VTA-NAc回路を介した報酬シグナル伝達に直接影響を及ぼし得るので、報酬センター内のエネルギー豊富な美味しい食事に反応する遺伝子の解明は、肥満治療における新規治療標的を提供し得る（17、18）。 したがって、我々は、報酬の変化に対する感受性の増強のモデルとして、ΔＦｏｓＢ過剰発現マウスにおけるＨＦ食餌に応答して、視床下部－ＶＴＡ － ＮＡｃ回路に沿った報酬およびエネルギーバランスシグナリングの生化学的および分子的マーカーを調べた（ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ）。および食事療法の撤退後の行動の感受性。 我々は、ΔＦｏｓＢマウスにおけるドーパミンシグナル伝達の基礎的調節不全は、エネルギーバランスシグナルとドーパミン系との交差を包含する、ＨＦ食餌のやりがいのある効果によって正常化されるであろうと仮定した。
ＮＡｃにおけるドーパミンシグナル伝達における調節異常を示すマーカーを調べるために、我々はＤＸＮＵＭＸ受容体レベルおよび下流のエフェクターを調べた。 D1受容体結合に有意差はなかったが、 ΔFosBマウスでは、HF曝露により結合領域が増加する傾向があった。. 薬物によるΔＦｏｓＢの誘導および天然の報酬が、主にＤＸＮＵＭＸ受容体を発現する中型有棘ニューロンのダイノルフィン陽性サブタイプにおいて優位を占めるように思われるので、これは興味深い。 （9、21） 下流のドーパミンシグナル伝達標的pCREBのレベルは、この脳領域における減少したD1受容体活性化を支持するΔFosBマウスにおいて有意に減少した（22、23）。 興味深いことに、我々はまた、ΔＦｏｓＢマウスにおける総ＣＲＥＢレベルの有意な減少を検出し、これは、ｐＣＲＥＢ（ＸＮＵＭＸ）の長期の減少から生じるフィードバックに二次的であり得るドーパミンシグナル伝達についてのさらなる減少した能力を示唆する。 BDNF発現はpCREBによって調節され、D24活性化と共に上昇し、NAcにおける報酬関連神経可塑性の重要なメディエータである（1、25）。 したがって、我々は、ΔFosBマウスのNAcにおいてBDNFタンパク質の有意な減少を検出した。
NAcのすべての中型有棘ニューロンはDARPP-32（27）を発現する。 その多数の下流エフェクターはそれを報酬経路（28）において極めて重要な役割を果たし、そしてそれは薬物中毒および情動障害および統合失調症を含むドーパミン系を含む他の障害に関与している。 （27、29） 本発明者らは、ΔFosBマウスのNAcにおいてDARPP-32発現の著しい基礎的減少を検出した。 DARPP-32の発現はBDNFによって調節されているため、発現低下はΔFosBマウスで検出されたBDNFレベルの低下に直接関係している可能性がある（27、29、30）。 DARPP-32のリン酸化状態のわずかな変化でさえも、NAc（27）内の細胞内シグナル伝達における実質的な変化をもたらし得る。 以前の研究では、より広範な線条体評価を実施した場合のドキシサイクリンからの32-wk除去後のΔFosBマウスにおけるDARPP-12タンパク質の変化は報告されていない（31）。 DARPP-32に対するΔFosBの影響は、時間と地域によって異なる可能性があることを示唆している。
ΔFosBがこれらのニューロン内で過剰発現されていなくても、ΔFosBマウスのNAcにおけるドーパミンシグナル伝達の指数の劇的な減少はおそらくVTAドーパミン投射ニューロンの変化を含むと仮定した。。 したがって、我々はチロシンヒドロキシラーゼとドーパミントランスポーターを含むVTAのドーパミン関連遺伝子の発現を調べた。 チロシンヒドロキシラーゼおよびドーパミントランスポーターのレベルは、ドーパミン産生と正の相関があります。 ＮＡｃにおけるドーパミンシグナル伝達の調節異常と一致して、ΔＦｏｓＢマウスがチロシンヒドロキシラーゼの減少およびドーパミントランスポーターの有意な減少を示す傾向があった。. ΔFosBマウスのVTAにおけるドーパミン関連遺伝子のこれらの基礎的な減少は、長期ΔFosB過剰発現中のNAcからの変化したフィードバックをおそらく反映しているように我々は、VTA（32）へのNAcフィードバックの可能なメカニズムとして、BDNF受容体、TrkBの発現を調べた。 チロシンヒドロキシラーゼおよびドーパミントランスポーターと同様に、ＴｒｋＢ発現もまた、ΔＦｏｓＢマウスにおいて基本的に減少する傾向を示し、これは多重比較について補正した場合に有意には達しなかった。 ＢＤＮＦ − ＴｒｋＢ複合体は逆行的に輸送され、そしてＶＴＡ内で作用して局所的遺伝子発現に影響を及ぼしそして細胞の増殖および維持を促進する（ＸＮＵＭＸ）。 さらに、ＮＡｃ内のシナプス前ＴｒｋＢのＢＤＮＦ活性化は、ドーパミン神経伝達（ＸＮＵＭＸ）を直接刺激することができ、これらのマウスにおけるドーパミンシグナル伝達の根本的な減少を支持する。
κ-オピオイド受容体のダイノルフィン活性化はドーパミンシグナル伝達を調節し、それによってNAcがVTAにフィードバックを提供する別のメカニズムである （34） 我々は、VTAにおけるκ-オピオイド受容体発現がΔFosBマウスにおいて減少する傾向を示すことを見出した。 ΔＦｏｓＢ過剰発現は、ＮＡｃ（ＸＮＵＭＸ）におけるダイノルフィン発現を減少させることが示されているので、ΔＦｏｓＢマウスは、正味のＶＴＡκにおける著しい減少をおそらく有する。オピオイド活性化 ダイノルフィンシグナル伝達は通常ドーパミンニューロンに対して抑制効果を発揮しますが（35）、乱用薬物の自己投与の増強を示すラットは、NAcにおけるダイノルフィンのレベルの低下を示し、報酬感受性の増強におけるダイノルフィンシグナル伝達の基本的な低下の役割を示しています（36 、37）。 ダイノルフィン-κ-オピオイドシステムの調節不全は、薬物乱用の獲得と持続に関連しており、ドーパミン経路の正常化におけるオピオイドシグナル伝達の重要なバランスをサポートしています とします。
エネルギー密度の高いHF食の報酬能力に基づいて、我々は、ドーパミンの調節不全およびΔFosBマウスにおけるオピオイド報酬シグナル伝達がこれらのマウスにそのような食事に対する報酬応答を強化する素因を与え、したがって視床下部の活性化を介して報酬系を正常化する-VTA-NAc回路。 ６週間の食餌曝露の間、ΔＦｏｓＢマウスと対照マウスとの間の食物摂取量の差は観察されず、ΔＦｏｓＢマウスにおける報酬シグナル伝達の生化学的および分子マーカーに見られる変化は消費カロリーの差によるものではないことを示唆する。 予想されたように、ΔＦｏｓＢマウスと対照マウスとの間でｐＣＲＥＢ、総ＣＲＥＢ、ＢＤＮＦ、ＤＡＲＰＰ － ＸＮＵＭＸ、およびκ－オピオイド受容体レベルで検出された基礎的差異は、おそらくＨＦ（ＸＮＵＭＸ、ＸＮＵＭＸ － ＸＮＵＭＸ）ΔＦｏｓＢマウスにおけるドーパミン産生の増加により減弱した。 。
ＶＴＡにおけるチロシンヒドロキシラーゼおよびドーパミントランスポーターの両方の試験は、ＨＦ後のΔＦｏｓＢおよび対照マウスの驚くべき相反する応答を明らかにした。. 対照マウスはチロシンヒドロキシラーゼおよびドーパミントランスポーター発現の減少を示し、一方ΔFosBマウスはこれらのドーパミン関連遺伝子の両方の発現増加を示した。 興味深いことに、チロシンヒドロキシラーゼの発現は、慢性的なコカインまたはメタンフェタミンの投与（42-44）によってVTAにおいて変化し、ΔFosBマウスは対照マウスよりもHFの自然な報酬をより顕著に見出すことができることを示唆している。
VTAへの潜在的な視床下部入力がエネルギー収支を反映するシグナルを中継している可能性があるかどうかを調べるために、レプチン受容体およびオレキシン受容体-1の発現も調べた。 循環レプチンレベルはHFによって増加し、そしてレプチンはドーパミンシグナル伝達を変化させるためにVTAで作用することができます（18、45）。 ＶＴＡレプチン受容体発現は、ΔＦｏｓＢマウスおよび対照マウスの両方において、ＨＦ中に同様の体重増加および食事摂取を維持しながら、ＨＦによって同様に減少した。 高脂肪はまた、ΔＦｏｓＢマウスおよび対照マウスの両方のＶＴＡにおけるオレキシン受容体－ＸＮＵＭＸの発現を増加させた。 オレキシンは、VTA中のドーパミンニューロンを活性化し、VTAの可塑性を促進し、そしてNAc中のドーパミンレベルを増加させる（1-46）。 我々の観察によれば、高脂肪食はマウスにおけるオレキシン発現を増加させることが示されている（48、49）。 したがって、オレキシン受容体の発現の増加、ならびにVTAにおけるレプチンシグナル伝達の変化は、ΔFosBマウスおよび対照マウスの両方において食事報酬を促進し得、エネルギーバランスシグナルを中継する経路と直接報酬に結びつく経路との間の解離を支持する。
報酬離脱のストレス誘発効果を調べるために、HFの除去後のマウスをオープンフィールド試験24時間で調べた。 ΔＦｏｓＢマウスは、好ましい他のすべての対照群および食餌群と比較して、新規のオープンアリーナにおける覚醒活性および糞便の産生の増加を示す、好ましい食餌中止の急性効果に対してより敏感であった。 ΔＦｏｓＢマウスはまた、この試験において報酬およびストレス感受性を示唆する興味深い行動パターンを示し、ＨＦ食餌は最初は固形飼料と比較して糞便の産生を減少させ、そして離脱は再びこの不安関連反応を増加させた。 この観察されたオープンフィールド活性の増加はオレキシン発現の変化と相関していなかった。これはストレス誘発性覚醒との関係を示唆しており、これは単にオレキシン媒介シグナル伝達の変化の影響ではない。 全体として、これらのデータは、ΔＦｏｓＢマウスがそれらの高められた報酬感受性のために好ましい食物禁断の急性効果に対してより敏感であるという我々の仮説を支持する。.
NAcにおけるΔFosBの長期的な過剰発現は、そのような行動の変化および報酬シグナル伝達にどのようにつながるのか？ 我々は、報酬経路の調節不全と肥満の素因との間の関連性を支持し得るドーパミン系の調節を決定するために、ＮＡｃおよび視床下部からのフィードバックの変更が報酬状態に関する信号を中継するＶＴＡ同時検出のモデルを提案した（図ＸＮＵＭＸ）。 HF曝露中、エネルギー収支と報酬状態の両方を反映する複数の入力がVTAに収束します。 レプチンおよびオレキシンシグナル伝達の増加、ならびにNAcから視床下部外側へのフィードバックの変化は、ΔFosBマウス（8、17、18、45、47、51、53）においてこれらの食欲増進シグナルがHFにどのように反応するかに影響を及ぼす可能性がある。 高脂肪食によるBDNFの上昇はVTAに報酬のフィードバックを提供し、ドーパミン関連遺伝子発現の変化をさらに促進する可能性があります。
図8
高脂肪（HF）食餌はΔFosBマウスにおける調節不全報酬シグナル伝達を正常化する
これらの結果は、報酬感受性の分子マーカーを描写し、そしてドーパミン系の長期の調節不全が個体を中毒および肥満に罹りやすくし得ることを示している。 さらに、これらのデータは、肥満および報酬システムを中心とする可能性がある他の障害の治療および予防における潜在的な新しい治療標的の特定に向けた重要なステップを提供する。 将来的には、このシステムがHF食の除去にどのように反応するかを調査すること、ならびに報酬および高脂肪食への曝露に対する感受性の性差を調査することが重要になるでしょう。
補足資料
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謝辞
作家は、動物の繁殖と交配を支援してくれたCathy Steffenに感謝します。 この研究は、ペンシルバニア大学糖尿病センター（DK019525）からの助成金、ならびに国立精神衛生研究所（R01 MH51399およびP50 MH66172）および国立薬物乱用研究所（R01 DA07359）からの助成金によって支援された。
脚注
金融情報開示：すべての著者は、彼らが生物医学的な金銭的利益または潜在的な利益相反を有していないと宣言しています。
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