Homeostatic과 Hedonic 신호는 음식 섭취의 조절에 상호 작용합니다 (2009)

의견 : 세계 최고의 중독 연구자 중 한 사람. 이 논문은 음식 중독과 화학 중독을 비교하고 대조합니다. 다른 연구와 마찬가지로 동일한 메커니즘과 뇌 경로를 공유한다는 사실을 발견했습니다. 맛있는 음식이 중독을 일으킬 수 있다면 인터넷도 잠재적으로 가능합니다.

전체 연구 : 항상성 및 Hedonic 신호가 음식 섭취량 조절에 영향을 미침

마이클 러터 *와 에릭 제이 네슬러
J Nutr. 2009 3 월; 139 (3) : 629–632입니다.
doi : 10.3945 / jn.108.097618.

텍사스 달라스 텍사스 텍사스 남서부 의료 센터 정신과
* 대응 대상을 다루어야합니다. 이메일: [이메일 보호].
4P 현재 주소 : 뉴욕, 뉴욕 시나이 의과 대학 Fishberg 신경 과학부 10029.

추상

음식 섭취는 항상성 및 지혈 경로 인 2 보완 드라이브에 의해 규제됩니다. 항상성 경로는 에너지 저장고가 고갈 된 후 먹는 동기를 증가시켜 에너지 균형을 제어합니다. 대조적으로, hedonic 또는 보상 기반의 규제는 상대적으로 풍성한 음식 섭취 기간 동안 항상 맛좋은 음식을 소비하려는 욕구를 증가시킴으로써 항상성 경로를 무시할 수 있습니다. 음식 소비와는 달리, 남용 약물을 사용하려는 동기는 보상 경로에 의해서만 조정됩니다. 이 기사에서 우리는 남용 약물에 반복적으로 노출되는 것이 신경 기능을 변경하고 이러한 물질을 얻고 사용하는 동기 부여 동기를 증가시키는 몇 가지 메커니즘을 확인한 광범위한 연구를 검토합니다. 그런 다음 뉴런 보상 회로의 약물 유발 변화에 대한 현재의 이해를 고지방 및 고당 다이어트와 같은 맛이 좋은 음식의 반복 섭취의 결과에 대해 알려진 것과 비교합니다. 다음으로, 우리는 음식 중독의 독특한 측면 인 음식 섭취의 정상적인 항상성 조절에 대해 논의합니다. 마지막으로, 우리는 비만과 신경 정신 증후군 (예 : 신경성 폭식증 및 프라 더-윌리 증후군)과 관련하여 이러한 신경 적응의 임상 적 영향에 대해 논의합니다.

소개

의학 분야에서 중독이라는 용어는 알코올 및 코카인과 같은 남용 약물에만 적용됩니다. 최근 몇 년간 식중독의 개념이 대중 매체로부터 상당한 주목을 받았지만 실제로 의학에서 식중독에 대한 진단은 없습니다. 남용 약물에 대한 중독과는 달리, 맛이 좋은 음식에 반복적으로 노출 될 때의 행동 적 및 신경 생물학적 결과에 대해서는 훨씬 덜 알려져 있습니다. 생명을위한 음식의 필요를 감안할 때, 많은 음식 논쟁은 음식 중독이라는 용어를 정의하는 데 중점을두고 있습니다. 이 논의의 목적 상, 우리는 식품 중독에 대한 간단하지만 유용한 정의를 "식품 섭취에 대한 통제력 상실"로 사용합니다. [식중독의 정의에 대한 전체 토론을 위해 독자는 Rogers and Smit (1)의 훌륭한 검토를 받게됩니다.] 모델로 남용 약물을 사용하여 음식 섭취의 신경 조절을 약물 소비와 비교하고 논의합니다. 음식이 중독성이있는 것으로 여겨 질 가능성.

물질 의존성 및 식품 섭취의 유전 적 측면

설치류와 인간의 상당한 증거는 이제 남용 약물과 맛이 좋은 음식 섭취가 변연계 내에서 공유 된 경로를 통해 동기 행동 (2,3)을 중재한다는 이론을 뒷받침합니다. 이 연구의 대부분은 mesolimbic dopamine 경로에 중점을 두었다. 남용의 모든 일반적인 약물은 복부 Tegmental Area (VTA) 5에서 발생하는 신경 말단에서 핵 축적에있는 뉴런으로 도파민 신호를 증가시키기 때문에 (또한 복부 선조라고도 함) (그림 1) ). 증가 된 도파민 성 전이는 도파민 성 뉴런 (자극제, 니코틴)에 대한 직접적인 작용에 의해 또는 VTA (알코올, 아편 제) (GANUME)의 뉴런의 억제를 통해 간접적으로 발생하는 것으로 생각된다 (2,3). 또한 VTA 도파민 뉴런의 약물-유도 활성화를 매개하는 데 연루된 것은 펩티드 신경 전달 물질 오렉신이며, 이는 VTA (4-6)를 포함하여 뇌의 많은 부분을 광범위하게 신경 화시키는 측면 시상 하부 뉴런의 집단에 의해 발현된다.

그림 1 
급식을 조절하는 신경 회로의 개략도. VTA 프로젝트에서 발생하는 도파민 성 뉴런은 복부 선조의 핵 축적 내에있는 뉴런으로 진행됩니다. 외측 시상 하부는 시상 하부의 아크로부터의 멜라노 코르티 네 뉴런뿐만 아니라 핵 축적으로부터의 GABAergic 투영으로부터 입력을 받는다. 또한, 멜라노 코르 틴 수용체는 VTA 및 핵 아 쿰벤의 뉴런에서도 발견됩니다.

음식과 같은 자연적인 보상은 중변 연계 도파민 경로 내에서 유사한 반응을 자극합니다. 입맛이 좋은 음식을 제공하면 도파민이 핵 축받이로 강력한 방출을 유도합니다 (3). 이 도파민 방출은 각성 증가, 정신 운동 활성화 및 조건 학습 (음식 관련 자극 기억)을 포함하여 음식 보상을 얻으려는 동물의 시도의 여러 측면을 조정하는 것으로 믿어집니다. 음식이 도파민 신호를 자극하는 메커니즘은 명확하지 않습니다. 그러나 달콤한 수용체가 부족한 마우스는 여전히 자당 용액에 대한 강한 선호도를 개발할 수 있기 때문에 미각 수용체가 필요하지 않은 것으로 보입니다 (7). 한 가지 가능성은 오렉신 뉴런이 수유 중에 활성화되어 결과적으로 오렉신이 방출되어 VTA 도파민 뉴런을 직접 자극 할 수 있다는 것입니다 (8).

인간 질병에서 중발 성 도파민 경로의 중요성이 최근에 확인되었다. 스토 케 (Stoeckel) 등. 정상 체중 여성의 경우 에너지 밀도가 높은 음식 사진은 등쪽 선조 영역 인 등쪽 꼬리의 활동이 크게 증가한 것으로 나타났습니다. 대조적으로, 고 에너지 식품의 사진이 제공된 비만 여성은 안와 전두엽 및 전전두엽 피질, 편도체, 등쪽 및 배쪽 선조, 인 슐라, 앞쪽 피질 피질 및 해마 (9)를 포함한 여러 변연부에서 증가 된 활성화를 보여 주었다. 이러한 활성화의 차이는 비만인 개인이 식품 보상에 대한 평가를 변경하여 고 에너지 식품을 소비하려는 비정상적인 동기를 유발할 수 있음을 시사합니다.

예상되는 바와 같이, 남용 약물에 의한 변연계의 연장 된 활성화는 부분적으로 도파민 신호 전달 (2)에서 항상성을 유지하는 세포 및 분자 적응을 초래한다. VTA의 도파민 성 뉴런 내에서, 만성 약물 사용은 기저 도파민 분비 감소, 뉴런 크기 감소 및 티로신 하이드 록 실라 제 (도파민 생합성에서 속도 제한 효소) 및 전사 인자 사이 클릭 AMP 반응 요소 결합 단백질의 증가 된 활성과 관련이있다 (CREB) (2,10). 선조체의 표적 뉴런 내에서, 만성 약물 사용은 CREB 및 다른 전사 인자 인 deltaFosB의 레벨을 증가 시키며,이 둘 모두는 도파민 신호 전달 (2)에 대한 뉴런 반응성을 변화시킨다. 이러한 적응은 중독 된 환자에서 관찰 된 남용 약물을 얻기위한 비정상적인 동기에 중요한 것으로 생각된다. 예를 들어, 선조에서 deltaFosB 수준을 높이면 코카인 및 모르핀과 같은 남용 약물의 보람 효과에 대한 민감도가 증가하고이를 얻기위한 인센티브 동기가 증가합니다 (2).

비슷한 맛이 나는 음식에 노출 된 설치류에서 유사한 세포 및 분자 변화가 설명되었습니다. 4 wk에 대해 고지방식이에 노출 된 마우스를 덜 맛있고 반정 제화 된식이로 갑자기 철회 한 후 스위치 (1) 후 11 wk까지 선조에서 활성 CREB 수준이 감소한 것으로 나타났습니다. 이러한 발견은 Barrot et al.의 연구와 일치합니다. (12)는 복부 선조에서 CREB 활동을 감소 시키면 자당 용액 (자연 보상)과 잘 알려진 남용 약물 인 모르핀에 대한 선호도가 증가한다고보고했습니다. 또한, 고지방식이의 4 wk에 노출 된 마우스는 핵 축적 (11)에서 deltaFosB 수준이 유의하게 증가하였으며, 이는 남용 약물 (2)에 노출 된 후 관찰 된 변화와 유사합니다. 또한,이 뇌 영역에서 deltaFosB의 증가 된 발현은 식품 강화 피연산자 반응을 향상시켜, 식품 보상 (13)을 얻는 동기를 증가시키는 데있어서 deltaFosB의 명확한 역할을 입증한다. 종합하면, 이들 연구는 변연 영역이 음식 및 약물 보상 둘 다에 노출 된 후에 유사한 신경 적응을 경험하고, 이러한 적응이 두 유형의 보상을 얻는 동기를 변화 시킨다는 것을 입증한다.

음식 섭취의 항상성 측면

음식 섭취와 관련된 보상에 중점을 둔 먹이의 급진적 측면과 달리, 먹이의 항상성 제어는 주로 에너지 균형의 조절과 관련이 있습니다. 이 연구의 대부분은 뇌에 말초 에너지 수준에 대한 정보를 전달하는 순환 호르몬에 초점을 맞추 었습니다.

가장 중요한 말초 호르몬 중 두 가지는 렙틴과 그렐린입니다. 렙틴은 백색 지방 조직에 의해 합성되며, 지방량에 비례하여 그 수준이 증가합니다. 많은 작용 중 높은 수준의 렙틴은 음식 섭취를 강력하게 억제하고 신진 대사 과정을 자극하여 과도한 에너지 저장고 (14)를 소산시킵니다. 대조적으로, 그렐린은 음성 에너지 균형에 반응하여 수준이 증가하고 음식 섭취 및 에너지 저장 (14)을 자극하는 위-유래 펩티드이다.

렙틴 및 그렐린에 대한 수용체가 신체 및 중추 신경계에 걸쳐 광범위하게 발현되지만, 시상 하부의 아치형 핵 (Arc)은 먹이 및 대사 조절 (15)에서 잘 알려진 역할을 고려할 때 특히 중요한 부위이다. 아크 내에서, 렙틴 수용체는 뉴런의 2 별개의 서브 세트에서 발현된다 (도 1). 첫 번째는 펩티드 신경 전달 물질 프로-오피 오 멜라노 코르 틴 (POMC) 및 코카인-암페타민-조절 된 전 사체 (CART)를 발현한다. 렙틴 수용체 신호 전달은 POMC / CART 뉴런의 활성을 자극하고 대사 속도를 증가시키면서 먹이를 억제합니다. 둘째, 렙틴 수용체의 활성화는 뉴로 펩티드 Y (NPY) 및 아고 티 관련 펩티드 (AgRP)를 발현하는 제 2 뉴런 세트를 억제하고; 이 뉴런은 일반적으로 음식 섭취를 증가시킵니다. 따라서 POMC / CART 뉴런과 NPY / AgRP 뉴런은 음식 섭취와 에너지 소비에 반대 효과를줍니다. 이러한 방식으로, 렙틴은 식욕을 자극하는 POMC / CART 뉴런을 자극하면서 proappetite NPY / AgRP 뉴런 (15)의 작용을 왕복 적으로 억제함으로써 먹이의 강력한 억제제이다. 대조적으로, 그렐린 수용체는 주로 아크 내의 NPY / AgRP 뉴런에서 발현된다; 그렐린 신호의 활성화는 이러한 뉴런을 자극하고 수유 행동 (14)을 촉진합니다.

신흥 증거는 이제 렙틴 및 그렐린과 같은 먹이 조절을 위해 알려진 호르몬이 메 소림 빅 도파민 신호의 조절을 통해 음식을 얻는 동기에 영향을 미친다는 아이디어를지지한다. 렙틴은 도파민의 기저 분비뿐만 아니라 쥐의 복부 선조 내에서 먹이 자극 도파민 방출을 감소시킬 수있다 (16). 또한, 렙틴 수용체 활성화는 VTA 도파민 뉴런 (17)의 발사를 억제하는 반면, VTA에서 렙틴 신호 전달의 장기 차단은 운동 활성 및 음식 섭취 (18)를 증가시킨다. 인간 환자에 대한 영상 연구는 렙틴 작용에 중발 성 도파민 신호 전달이 관여 함을 확인시켜 준다. Farooqi et al. (19)는 렙틴에 선천성 결핍이있는 2 인간 환자의 기능적 영상화 결과를보고했다. 두 사람 모두 음식 이미지를 본 후 선조 영역의 활성화가 강화되었습니다. 중요하게도,이 강화 된 선조 활성화는 렙틴 대체 요법의 7 d에 의해 정규화 될 수있다. 보다 최근에, 그렐린은 메 소림 빅 도파민 신호 전달을 조절하는 것으로 나타났다. 몇몇 연구자들은 그렐린 수용체가 VTA 뉴런에 의해 발현되고 그렐린의 투여가 도파민의 선조체 (20-22) 로의 방출을 자극한다고보고했다. 또한, Malik 등. (23)는 인간 환자에서 그렐린의 역할을 확인했습니다. 그렐린의 주입을받는 건강한 대조군 대상체는 편도, 안와 전두엽 피질, 전립선 및 선조를 포함하여 몇몇 변연부 영역에서 증가 된 활성을 나타냈다.

먹이에 대한 스트레스의 영향

심리 사회적 스트레스가 수유 및 체중 항상성에 미치는 영향은 그림을 더욱 복잡하게 만듭니다. 1 (주요 우울 장애)의 핵심 진단 기능 중 식욕 24의 변화뿐만 아니라 기분 장애와 비만 (25) 사이에 ~ 25 %의 관련 비율이 있습니다. 따라서 스트레스는 음식의 맛 또는 개인의 에너지 상태와 무관하게 먹이와 체중에 영향을 줄 수 있습니다. 최근에, 만성 스트레스 (26)에 의해 유발 된 식욕 변화에서 그렐린과 오렉신의 중요한 역할을 입증했습니다. 만성적 인 사회 패배 스트레스를받은 생쥐는 음식 섭취량과 체중의 증가와 관련이있는 활성 그렐린 수치의 유의 한 상승으로 반응 하였다. 그렐린 수용체가없는 마우스에 만성적 인 사회적 스트레스를 가했을 때 먹이와 체중에 대한이 효과는 사라졌다.
중요하게도, 그렐린 수용체-결핍 마우스에서 음식 섭취 및 체중의 스트레스 조절이 차단되었지만, 동물은 더 높은 정도의 우울 증상을 나타냈다. 이러한 결과는 그렐린의 스트레스 유발 상승이 음식 섭취를 변화시킬뿐만 아니라 기분과 동기에 대한 스트레스의 해로운 영향을 보상하는 데 도움이 될 수 있음을 나타냅니다. 그렐린의 이러한 다양한 작용은 시상 하부 (27)에서 오렉신 뉴런의 활성화를 통해 부분적으로 매개되는 것으로 보인다. 다른 그룹들도 만성 스트레스 후 급식 시스템의 변화를 보여주었습니다. Lu는 만성 경증 스트레스를받은 마우스가 순환 렙틴 (28) 수준을 감소 시켰다고보고했다. Teegarden과 Bale은 스트레스의 영향에 유 전적으로 취약한 마우스 라인에서 만성 가변 스트레스가 고지방식이 (29)에 대한 선호를 증가 시킨다는 것을 증명했습니다. 이러한 연구는 기분 장애가 음식 섭취의 hedonic 및 homeostatic 측면 모두에 영향을 미쳐서 음식 중독의 명확한 정의를 어렵게 만든다는 사실을 강조합니다 (표 1에 요약).

표 1
음식 섭취를 조절하는 신경 인자
요인 경로 조절 작용 부위 섭식에 대한 작용 스트레스의 영향
Leptin은 모두 아치형이고 VTA는 감소를 억제합니다.
그렐린은 모두 아치형이고 VTA는 증가를 자극합니다.
CREB Hedonic N. Accumbens, VTA 억제 증가
deltaFosB Hedonic N. Accumbens는 증가를 자극합니다
α-MSH1
항상성 PVN1
금지 ?
AgRP 항상성 PVN은 자극합니까?
NPY 항상성 다중 사이트 자극 ?
Orexin Hedonic VTA는 감소를 자극합니다
1α-MSH, α- 멜라노 사이트 자극 호르몬; PVN, 뇌실 핵.

임상 적 의미

식중독이라는 용어는 일반적으로 대중 매체의 비만에 적용됩니다. 또한 3 행동 장애, 신경성 폭식증, 폭식 장애 및 Prader-Willi 증후군에는 임상 증후군의 일부로 강박 음식 섭취가 포함됩니다. 최근의 연구는 비정상적인 mesolimbic dopamine 신호가 이러한 장애에 관여 할 가능성을 높였다.

과체중은 당뇨병과 대사 증후군을 포함한 많은 장애의 발병에 분명히 기여하지만, 그 자체로는 질병으로 간주되지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 비만 발생시 보상 시스템에서 음식이 맛좋은 음식에 만성적으로 노출되는 효과를 고려하는 것이 중요합니다. 기능적 신경 영상 연구의 예비 증거에 따르면, 변연계는 앞서 언급 한 바와 같이 (9) 비만 여성의 음식 보상에 과민 반응을 보일 수 있습니다. 성공적인 체중 감량 후 많은 개인에서 관찰되는 체중 증가의 반동에 변연 활동이 포함되는 것을 포함하여 정상 체중과 비만 개인의 기능적 차이를 결정하기 위해 미래의 연구가 필요합니다. 식이 및 운동, 비만 수술, 및 카나비노이드 수용체 길항제 인 리모나반트와 같은 약물을 포함하여 체중 감량을 달성하기위한 몇 가지 임상 방법이 이용 가능하다. 이들 치료 집단은 체중 감량의 메커니즘 및 체중 반동에 대한 감수성을 식별하기 위해 기능성 신경 영상 기술에 대한 이상적인 대상을 제공한다.

전임상 모델은 또한 비만의 발달에 신경 적응의 잠재적 중요성을 제안합니다. 상기 언급 된 전사 인자 CREB 및 deltaFosB는 약물 중독에서 잘 확립 된 역할 때문에 특히 관심의 대상이된다. 그러나 비만 환자에 대한 인간 사후 연구는 분명히 부족하다. 인간 사후 조직은 VTA에서 도파민 성 뉴런의 크기 및 복부 선조에서의 CREB 및 deltaFosB의 발현 수준을 포함하여 비만을 잠재적으로 매개하거나 유도 할 수있는 몇몇 뉴런 적응에 대해 분석 될 필요가있다. 또한 설치류 모델에 대한 추가 테스트가 표시됩니다. 현재의 데이터는 식품 보상을 중재하는데있어서 CREB 및 deltaFosB의 역할을 지원하지만식이 유발 또는 다른 설치류 비만 모델의 개발에서 이들 전사 인자에 대한 요구 사항을 아직 입증하지 못했다. 트랜스 제닉 마우스 라인 및 바이러스-매개 유전자 전달을 포함한 실험 도구는 이미이 라인의 조사를 추구하기 위해 이용 가능하다.

신경성 폭식증, 폭식 장애 및 Prader-Willi 증후군에서 관찰되는 강박 음식 섭취의 병리 생리학에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 비록 임상 경험이 이러한 장애를 가진 개인에서 음식을 얻는 동기가 크게 향상 되었음에도 불구하고, 중발 성 도파민 시스템에 대한 가능한 역할을 제안하지만,이 가설을 뒷받침 할 증거는 거의 없다. 두 개의 신경 영상 연구에서 신경성 폭식증 (30,31) 환자의 앞쪽 피질 피질이 비정상적으로 활성화되는 반면, 다른 연구에서는 Prader-Willi 증후군 (32) 환자의 시상 하부와 안와 전두엽 피질의 기능 장애가 입증되었습니다. 비정상적인 변연 활성화의 메커니즘은 알려져 있지 않지만, 변경된 수준의 말초 먹이 호르몬이 관련 될 수 있습니다. 예를 들어, 프라 인-윌리 증후군 (33)에서 그렐린 수치가 크게 상승하고 이들 환자에서 볼 수있는 음식을 얻기위한 동기 부여 증가를 설명 할 수 있습니다. 그러나 신경성 폭식증 및 폭식증과 같은 섭식 장애의 병인학에서 그렐린과 같은 말초 호르몬의 역할에 대한 연구는 최상의 결과 (34)를 산출하여 이러한 장애의 병리 생리학이 복잡한 상호 작용을 포함 할 가능성이 있음을 강조합니다 많은 유전 적, 환경 적, 심리적 요인.

식중독에 대한 새로운 진단을 만들려면 관련 과학 정보뿐만 아니라이 검토의 범위를 벗어난 사회적, 법적, 역학 및 경제적 고려 사항에 대한 신중한 분석이 필요합니다. 그러나 맛이 좋은 음식을 만성적으로 섭취하면 특히 mesolimbic dopamine 보상 경로 내에서 남용 약물과 유사한 방식으로 뇌 기능을 바꿀 수 있음이 분명합니다. 변연 기능과 동기 행동에 대한 설탕과 지방이 많은식이의 장기 결과를 결정하면 강박식이의 원인과 치료에 대한 중요한 새로운 통찰력을 얻을 수 있습니다.

이 부록의 다른 기사에는 참조 (35–37)가 포함됩니다.

노트
1P The Journal of Nutrition의 보충제로 발표되었습니다. 캘리포니아 주 샌디에고에서 4 월 2008, 8 2008 실험 생물학 회의에서 발표 된“식품 중독 : 사실 또는 허구?”심포지엄의 일부로 발표. 이 심포지엄은 미국 영양 협회 (American Society for Nutrition)의 후원을 받아 국립 약물 남용 연구소, 국립 알코올 남용 및 알코올 중독 연구소, 국립 낙농위원회의 교육 보조금으로 지원되었습니다. 심포지엄은 Rebecca L. Corwin과 Patricia S. Grigson이 의장을 맡았습니다.

2 지원금 : 1PL1DK081182-01, P01 MH66172, R01 MH51399, P50 MH066172-06, NARSAD Young Investigator Award, Astra-Zeneca, 의사 과학자 교육 프로그램.
저자 공개 : M. Lutter 및 E. Nestler, 이해 상충 없음.
사용 된 약어 : AgRP, 아고 티 관련 펩티드; 아크, 아치형 핵; 카트, 코카인-암페타민-조절 된 전 사체; CREB, 사이 클릭 AMP 반응 요소 결합 단백질; NPY, 뉴로 펩티드 Y; POMC, 프로-오피 오 멜라노 코르 틴; VTA, 복부 영역.

참조

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