고지방식이 요법 (2013)에 대한 반응으로 도파민 계통 역기능의 역전

. 저자 원고; PMC 2014 Jun 1에서 사용 가능합니다.

최종 편집 양식으로 다음과 같이 게시됩니다.

PMCID : PMC3700634

NIHMSID : NIHMS435903

추상

목표

고지방식이 (HFD)가 뇌의 보상 영역에서 도파민 성 색조를 감소시키는 지 여부를 테스트하고 이러한 변화가 HFD 제거 후 역전되는지 여부를 평가합니다.

설계 및 방법

수컷 및 암컷 마우스에게 60 주 동안 12 % HFD를 공급 하였다. HFD 제거 후 4 주에 추가 그룹을 평가 하였다. 이들 그룹을 대조군 및 연령 일치 대조군과 비교 하였다. 수 크로스 및 사카린 선호도는 RT-qPCR에 의한 도파민 관련 유전자의 mRNA 발현과 함께 측정되었다. 도파민 및 DOPAC는 고성능 액체 크로마토 그래피를 사용하여 측정되었다. DAT 프로모터의 DNA 메틸화는 메틸화 된 DNA 면역 침전 및 RT-qPCR에 의해 측정되었다.

결과

만성 HFD 후, 자당 선호도가 감소한 후, HFD 제거 후 정상화되었다. 도파민 유전자의 발현 감소, 도파민 함량 감소 및 DAT 프로모터 메틸화의 변화가 관찰되었다. 중요하게도, HFD에 대한 반응과 변화의 지속성은 성 및 뇌 영역에 달려 있습니다.

결론

이러한 데이터 성별과 뇌 영역에 따라 다양 한 반전 및 지속성의 복잡 한 패턴으로 초기 생활 만성 HFD 후 감소 된 도파민 톤을 식별합니다. HFD 철수 후 역전되지 않은 CNS 변화는식이 중재 후 체중 감량을 유지하는데 어려움을 초래할 수 있습니다.

키워드 : 도파민, 고지방식이, DAT, 성별 차이, 비만, 금단, DNA 메틸화

개요

광범위하게 이용 가능하고 칼로리 밀도가 높은 맛있는 음식의 과소비는 미국에서 높은 비만의 비율에 기여하는 주요 요인으로 간주됩니다.). 맛있는 음식은 에너지 요구 사항이 충족 된 후에 종종 소비되기 때문에 맛좋은 음식의 보람있는 속성은 항상성 포만 신호를 무시할 수 있습니다. 많은 신경 전달 물질은 말초 영양소 신호 (예를 들어, 렙틴, 인슐린, 그렐린)의 통합뿐만 아니라 수유 행동 (예 : 오피오이드, 도파민, GABA, 세로토닌)에서 역할을합니다. mesolimbic / mesocortical 지역의 도파민은 음식, 섹스 및 중독 약물의 보람 속성과 관련되어 있기 때문에 도파민 신호는 음식 보상과 보상 추구 행동 모두에서 핵심 매개자입니다.). 갑자기 맛있는 음식은 중앙 보상 시스템에서 도파민의 파열을 일으킨다 (,). 보람있는 음식을 만성적으로 섭취하면 시간이 지남에 따라 도파민 분비가 증가하면 보상 기능 저하와 관련된 적응이 생길 수 있습니다.

몇 줄의 증거는 비만에서 변경된 도파민 기능의 가설을 뒷받침합니다. 인간 이미징 연구에 따르면 맛이 좋은 용액 (밀크 쉐이크)을 마시면서 비만 환자의 보상 영역에서 둔화 된 활성화가 나타났습니다.). 무딘 보상 반응은 적은 뇌 도파민 수용체 D2 가용성과 관련이있다. 실제로, 인간 도파민 D2 수용체의 돌연변이는 비만과 중독과 관련이 있습니다.). 시냅스의 도파민 함량은 주로 도파민 수송 체 (DAT) 흡수에 의해 제어된다. 도파민 수송 체 수준은 체질량 지수와 음의 상관 관계가 있으며 DAT의 유전자 변이체도 비만과 관련이 있습니다 (,). 비만의 동물 모델은 기저 세포 외 도파민의 감소와 핵 축적 및 복부 Tegmental 영역에서 감소 된 도파민 신경 전달을 보여 주었다 (,,). 만성 고지방 (HF)식이 후 도파민 관련 유전자의 감소는 보상 영역에서 신호 전달 감소를 시사합니다., ,,). 만성 고지방식이 후 도파민 활성의 감소는 자연적인 보상에 대한 민감성을 감소시키고 지속적인 과소비 및 추가 체중 증가를 촉진 할 수있다.

초기 생활은 뇌 발달에 중요한시기이며, 초기 영양 환경은 음식 섭취 및 에너지 대사를 제어하는 ​​뇌 경로에 영향을 줄 수 있습니다. 단 1 주일 동안 고지방식이에 마우스를 조기 노출 시키면 성인 열량 섭취 및 도파민 관련 신호 분자의 발현이 변경되었습니다 (). 또한, 수유기 전체에 걸쳐 작은 쓰레기 수에 의해 유발 된 생쥐의 영양에 대한 초기 출생 후 시상 하부 발달을 변화시킴으로써 자손을 성인 비만에 걸리게한다 (). 초기 생활 영양이 뇌 발달 및 비만 위험에 영향을 미칠 수있는 것은 분명하지만, 수명 전반에 걸쳐 이러한 변화의 상대적 영속성에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 또한, 이전의 연구는 수컷 동물에서 이루어졌지만이 상황에서 암컷은 거의 연구되지 않았습니다. 이를 위해, 생쥐에서 8 주까지의 HF식이의 만성 소비를 통해 초기 생에서 비만 된 후에 유전자 발현 및 도파민 대사의 변화에 ​​대해 수컷 및 암컷 마우스를 연구 하였다. HF식이 제거 후 4 주에 도파민 시스템을 평가하여 변화가 지속되는지 또는 반전되었는지를 조사 하였다.

방법과 절차

동물 및 실험 모델

C57BL / 6J 암컷은 DBA / 2J 수컷 (Melton Bar Harbor, Jackson Laboratory)과 사육했다. 모든 댐은 고지방식이 요법에 댐 / 리터 반을 넣었을 때까지 표준 대조군식이 (#5755; 18.5 % 단백질, 12 % 지방, 69.5 % 탄수화물)를 분만까지 먹였습니다 (Test Diet, Richmond, IN #58G9; 18 % 단백질, 60 % 지방 및 20.5 % 탄수화물). 자손은 3 주령으로 젖을 먹었고 12 주령까지 대조군식이 또는 고지방식이로 유지되었다. 체중을 매주 기록하고, 수컷 (n = 5-10) 및 암컷 (n = 5-10) 마우스를 사용 하였다. 펜실베이니아 대학교의 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)는 모든 절차를 승인했습니다.

자당과 사카린 기본 설정

별도의 실험에서, 생쥐를 테스트 용액 8 ml (10 % 자당 또는 3 % 사카린 용액 (w / v)) 한 병과 함께 200 일 동안 표준 케이지에 개별적으로 수용 (n = 4-1 / 그룹)하고 다른 실험 200 ml의 수돗물이 든 병. 하우스 차우가 가능했습니다 광고 무제한. 자당 (ml), 물 (ml) 및 음식 소비 (g)를 측정하고 병의 위치를 ​​매일 바 꾸었습니다. 선호도는 다음과 같이 마지막 2 일 동안의 측정 평균을 사용하여 계산되었습니다 : 선호도 % = [(자당 소비 / 자당 + 물 소비) × 100].

뇌에서 게놈 DNA와 전체 RNA 분리

동물 (n = 5 / 그룹)을 과량의 이산화탄소로 안락사시킨 후 자궁 경부 탈구; 미국 수의학 협회의 안락사 패널에서 권장하는 방법. 이어서 뇌를 빠르게 제거하고 해부 전에 4-6 시간 동안 RNAlater (Ambion, Austin, TX)에 넣었다. 전전두엽 피질, 핵 축적 및 복부 영역을 분리하기위한 뇌 해부,, ). AllPrep DNA / RNA Mini Kit (Qiagen)를 사용하여 게놈 DNA 및 총 RNA를 동시에 단리 하였다.

정량적 실시간 PCR에 의한 유전자 발현 분석

각각의 개별 샘플에 대해, 총 RNA의 500ng를 고용량 역전사 키트 (ABI, Foster City, CA)를 사용하여 역전사에 사용 하였다. ABI7900HT Real-Time PCR Cycler에서 Taqman 유전자 발현 마스터 믹스 (ABI)와 함께 유전자 특이 적 Taqman 프로브를 사용하여 정량적 RT-PCR에 의해 표적 유전자의 발현을 결정 하였다. 유전자 프로브는 보충 자료. 각 전사 물의 상 대량은 (). 유전자 발현의 변화는 변하지 않은 GAPDH 표준에 대해 계산되었다.

생체 외 도파민 및 도파민 대사 산물

앞서 기술 한 바와 같이, 고성능 액체 크로마토 그래피 (HPLC)를 사용하여 뇌의 중척도 보상 영역 (n = 8-12)에서 도파민 및 그 대사 산물의 함량을 측정 하였다 (,). 동물로부터 뇌를 수집하여 좌우 반구로 이등분 하였다. NAc 및 PFC를 해부하고 드라이 아이스로 신속하게 동결시키고 -80 ℃에 보관 하였다. 조직을 0.1 N 과염소산에서 균질화하여 분석을 위해 준비하고, 15,000-15 ℃에서 2 분 동안 8 rpm에서 원심 분리하고, 상청액을 여과 하였다. LC-4C 전기 화학적 검출기를 사용하여 생물 분석 시스템 HPLC (미국 인디애나 주 웨스트 라파예트)에 의해 샘플을 분석 하였다. 샘플 (12 ul)을 0.6 ml / 분의 유속 및 + 0.6 V로 설정된 전극 정화로 역상 마이크로 보어 컬럼 상에 주입 하였다. 도파민 및 도파민 대사 산물에 대한 분리는 90-mM 소듐 아세테이트, 35의 pH에서 0.34-mM 시트르산, 1.2-mM 에틸렌 디아민 테트라 아세트산, 15-mM 소듐 옥틸 설페이트 및 4.2 % 메탄올 v / v. 샘플의 피크 높이를 측정하고 도파민 및 이의 대사 산물 3,4- 디 하이드 록시 페닐 아세트산 (DOPAC)에 대한 표준과 비교 하였다.

메틸화 된 DNA 면역 침전 (MeDIP) 분석

MeDIP 분석은 MagMeDIP 키트 (Diagenode, Denville, NJ)를 사용하여 수행되었다. 항 -0.15 메틸 시티 딘 항체 (Diagenode) 또는 마우스 예비 면역 혈청으로 코팅 된 5ul의 자기 비드를 사용하여 메틸화 된 DNA를 면역 침전시켰다. ABI7900HT 실시간 사이 클러상에서 ChIP-qPCR 분석 마스터 믹스 (SuperArray)를 사용하여 정량적 RT-PCR에 의해 MeDIP 분획의 농축을 결정 하였다. 검사 된 모든 유전자에 대해, 전사 개시 부위의 대략 01-300 bp 상류에 위치한 CpG 부위에 걸친 게놈 영역의 증폭을 위해 SuperArray (ChIP-qPCR 분석 (-500) kb 타일, SuperArray)로부터 프라이머를 수득 하였다. MeDIP 결과는 각 부위에 대한 면역 침전 된 DNA의 배수 농축으로 표현되었다. 차등 점유 배수 변화 (% 농축)를 계산하기 위해, MeDIP DNA 분획 CT 값을 입력 DNA 분획 CT 값으로 정규화 하였다.

통계

연령 일치 된 대조군을 HF 및 HF + 회복 그룹과 비교하는 스튜던트 T- 테스트를 사용하여 유전자 발현 분석을 수행 하였다. 조사 된 다수의 뇌 영역에 대해 알파 수준을 조정 하였다. 하나의 뇌 영역에서 사용 된 유전자의 중요성은 p = .05; 두 영역의 경우 p = 0.025, 3의 뇌 영역의 경우 p = .016. 수 크로스 선호도, 사카린 선호도, HPLC 및 MEDIP, 체중 및 코르티 코스 테론 분석은 대조군, HF 및 HF + 회수 그룹을 비교하기 위해 일원 분산 분석을 사용하여 분석되었다. 사후 Bonferonni 다중 비교 테스트를 사용하여 그룹 간의 쌍별 차이를 비교했습니다. 이러한 테스트의 의의는 알파 수준 p = .05로 설정되었습니다.

결과

생쥐는 60 주령까지 통제 식 (대조군) 또는 12 % 고지 방식이 (HFD)에 지속적으로 접근 할 수있었습니다. 12 주령에 HF를 먹인 동물의 절반을 4 주 동안 집에 두었다 (HF + 회복). 수컷과 암컷 모두에서 HFD 동물 (원)은 생후 9 주부터 대조군보다 무거웠으며 (p <.05) 회복 기간 동안 대조군보다 무거웠습니다 (보충 그림 1).

자당 및 사카린 선호도 테스트는 자연적 및 비 영양적인 보람 자극에 대한 동물의 반응을 평가하기 위해 시행되었습니다. HF식이 노출 후 자당 선호도는 아니지만 사카린 선호도는 변하지 않았으며, 수컷과 암컷에서 HFD 회복 후 정상 수준으로 회복되었다. 일원 분산 분석은 수 크로스 선호도가 남성에서 유의하게 감소했습니다 (1A) 및 여성 감소 경향 (그림 1B) HFD 노출 후 (F (2,16) = 4.82, p <.05; F (2,16) = 5.41, p <.06, 각각). HFD를 제거한 후이 동작은 정규화되고 자당 선호도가 더 이상 대조군과 다르지 않습니다. 사카린 선호도는 남성 모두에서 변경되지 않았습니다 (1C) 또는 여성 (1D) HFD 노출의 결과.

그림 1 

자당 선호도는 아니지만 사카린 선호도는 고지방식이 (HFD) 노출 후 변경되며 남성과 여성의 HFD 회복 후 관리 수준으로 돌아갑니다.

도파민은 보상 행동의 주요 조절 자이므로, 도파민 관련 유전자 발현은 HFD에서 12 주 후 및 추가 그룹에서, HFD로부터 4 주 회복 후 별도의 남성 및 여성의 보상 회로 내에서 조사되었다. 표 1 VTA, PFC 및 NAc에서의 유전자 발현 패턴 및 통계 분석을 요약한다. VTA에서, 시냅스 말단에서 도파민 수준을 조절하는데 중요한 3 가지 유전자가 측정되었다 : 카테콜아민 신경 전달 물질의 불 활성화에 관여하는 카테콜아민 메틸 트랜스퍼 라제 (COMT); 도파민 수송 체 (DAT), 시냅스로부터 도파민을 제거하는 막 스패닝 펌프, 및 도파민 합성을위한 속도 제한 효소 인 티로신 하이드 록 실라 제 (TH). 각 그룹에 대한 폴드 변경 값은 에이징 된 일치 컨트롤을 사용하여 결정되었습니다 (예 : 두 컨트롤 포인트 모두 1로 설정되고 명확성을 위해 HFD에 대한 컨트롤 만 그래프에 표시됨). 수컷 VTA에서 학생의 t- 검정 (n = 5 / 그룹)은 COMT, DAT 및 TH mRNA가 HFD 노출에 의해 현저하게 감소되었음을 나타 냈습니다 (Fig 2A)를 회복하고식이 회복 후 회복 수준 (HF + 회복)을 초과하거나 제어 수준을 초과했습니다.

그림 2 

만성 고지방식이 (HFD) 및 HFD 후 회복은 남성과 여성에서 도파민 관련 유전자 발현을 변경
표 1 

남성의 유전자 발현 요약 및 통계

PFC 및 NAC에서, 도파민 신호 전달 및 도파민 전환율에 중요한 유전자를 검사 하였다 (n = 5 / 그룹) : COMT; 단백질 포스파타제 1 조절 서브 유닛 1B (DARPP-32), 수용체 자극에 의해 조절되는 다운 스트림 신호 전달 단백질; 도파민 수용체 D1 (DRD1), 아데 닐릴 시클 라제를 자극하는 시냅스 후 G- 단백질 결합 수용체; 및 도파민 수용체 D2 (DRD2), 아데 닐릴 시클 라제를 억제하는 시냅스 후 G- 단백질 결합 수용체. 남성 PFC에서 (그림 2B), DARPP-32는 증가한 반면 DRD1 및 DRD2는 HFD 노출 후 감소했으며 HFD 제거 후에도 이러한 변화가 지속되었습니다 (DARPP-32 mRNA의 증가는 통계적으로 신뢰할 수 없었 음). 남성 NAC에서 (2C), COMT, DRD1 및 DRD2는 HFD 노출에 의해 감소되었으며, HFD 제거 후 제어 수준 미만으로 유지되었다. DARPP-32 수준은 HFD에 의해 증가했지만 HFD로부터 4 주 후 컨트롤에서 유의하게 감소했습니다.

암컷 마우스에서 동일한 뇌 영역 및 유전자를 검사 하였다 (n = 5 / 그룹). 그림과 같이 표 2, HFD에 대한 반응뿐만 아니라식이의 회복에 대한 유전자 발현 패턴에서 유의 한 차이가 관찰되었다. VTA에서 수컷과 유사하게, HFD 노출 후 COMT 및 TH의 mRNA 수준이 유의하게 감소 하였다 (무화과 2D). 그러나 수컷과 달리 이러한 변화는 HFD 제거 후에도 지속되었습니다. 또한, 수컷에서 관찰 된 패턴에 직접적으로 반대하여, HFD 노출은 암컷에서 VTA에서 DAT mRNA 발현을 증가 시켰으며, HFD 수준의 제거 후 연령 일치 대조군보다 훨씬 낮았다. PFC에서, DARPP-32만이 만성 HFD에 의해 영향을 받았으며, 12 주 HFD 후 mRNA 수준이 유의하게 증가하였고, HFD 제거 후 대조군 수준으로 복귀 하였다. COMT 및 D1R mRNA는 HFD로부터 4 주 후에 현저하게 감소 하였다. 암컷 NAC에서 HFD 노출 후 COMT, DRD1 및 DRD2가 모두 감소했습니다 (그림 2F). DRD1와 DRD2는식이 제거 후 통제 수준으로 회복되었으며, COMT는 4wk 회복 후에도 유의하게 감소했습니다.

표 2 

여성의 유전자 발현 요약 및 통계

VTA에서 도파민 조절 유전자에 대한 유전자 발현의 일관된 감소를 고려하여, VTA, PFC 및 NAC로부터 프로젝션을받는 영역에서 도파민 및 도파민 대사 산물을 정량화 하였다. 그림 3 수컷에서 PFC 및 NAC로부터 도파민 (DA) 및 도파민 대사 산물 (DOPAC)을 보여준다 (그림 3A, 3C) 및 여성 (그림 3B, 3D). 남성의 경우, HFD에 노출되면 PFC에서 도파민 수치가 감소했습니다 (3A) 및 NAC (무화과 3C) (F (2,13) ​​= 3.95; F (2,18) = 3.536, p <.05), NAC에서만 HFD 제거 후 회복되었습니다. 남성 PFC (F (2,12) = 3.85, p <.05) 및 NAC (F (2,17) = 4.69, p <.05)에서 도파민 회전율 (DOPAC : DA 비율)이 증가했습니다. 대조적으로, 암컷에서 DA와 DOPAC에 대한 HFD의 효과는 수컷과 질적으로 달랐다. PFC에서 HFD는 DA 또는 DOPAC 수준에 영향을 미치지 않았습니다. NAc에서 DA 수치는 HFD를 먹인 동물에서 감소했으며 HFD를 제거한 후에도 계속 감소했습니다.3D, F (2,23) = 4.79, p <.05). 여성의 NAc에서 DOPAC 수준은 변하지 않았고, 그 결과 DA 회전율 (DOPAC : DA 비율)이 증가했습니다 (F (2,23) = 7.00, p <.01).

그림 3 

출생 후 HFD 후 PFC 및 NAC의 도파민 수준 감소 및 HFD 제거 후 혼합 회복

DAT 전사가 차등 DNA 메틸화에 의해 조절 될 수 있고 VTA에서 DAT의 발현에서 현저한 성별 차이의 관찰이 주어짐을 고려하여, DAT의 프로모터 영역에서 DNA 메틸화를 조사 하였다. 에서 그림 4A, 4C VTA에서 DAT 유전자 발현은 명확성을 위해 다시 제시된다 ( 그림 2A 및 2D). 남성에서 DAT 프로모터 메틸화가 유의하게 증가했습니다 (그림 4B) HFD 후 HFD + 회복 남성의 대조군 수준으로 돌아 왔습니다 (F (2,11) = 23.64, p <.01). 암컷에서 DAT 프로모터 메틸화는 HFD 동물 (D)에서 감소하는 경향이 있었고 HFD + 회복 암컷에서 유의하게 감소했습니다 (그림 5D, F (2,12) = 5.70, p <.05).

그림 4 

VTA에서 유전자 발현의 DAT 프로모터 병렬 변화의 DNA 메틸화 상태의 변화

회복 기간 동안 HFD의 제거가 스트레스 요인인지 평가하기 위해, 기준 혈장 코르티 코스 테론 수준 (ug / dl)을 대조군, HFD 노출 (12 주), HFD + 1wk 회복 및 HFD + 4wk 회복 군 (n = 5 /그룹, 보충 그림 2). 일원 분산 분석은 수컷 동물에서 그룹간에 유의 한 차이를 나타내지 않았다 (F (3,16) = 3.21, ns).

토론

초기 생활에서 시작된 고지방식이 (HFD)의 만성 소비를 사용하여 마우스에서식이 유발 비만을 확립 하였다. 마우스는 뇌의 보상 영역에서 감소 된 자당 선호도 및 감소 된 도파민 성 색조의 증거를 나타냈다. HFD로부터 4 주 후 수 크로스 선호도는 남성과 여성 모두에서 정상화되었지만, 일부 도파민 유전자 발현 변화는 지속되었다. 이 실험은 뇌 보상 시스템에 대한 만성 HFD의 효과를 설명하는 중요한 새로운 데이터를 제공하며, 수컷 및 암컷 마우스 간의 회복 능력 및 주요 성별 차이를 강조합니다.

HFD 공급 동물에서, 감소 된 자당 선호도가 관찰되었으며, 이는 회복 기간 후에 역전되었다. 이 발견은 자당 선호도를 감소시키는 HFD 섭취에 대한 이전 보고서를 확장합니다.)는 HFD 노출 기간이 짧을수록 (12 주 대 22 주) 발생할 수 있으며, 중요하게는 HFD가 없을 때 반응이 회복된다는 것을 보여줍니다. 암컷 마우스는 수컷과 동일한 반응 패턴을 보여주었습니다. 이러한 연구 결과는 비만은 아니지만 만성 HFD가 수술 과제에서 자당에 대한 반응을 약화시키는 한 쌍의 먹이 그룹을 포함함으로써 보여준 문헌의 다른 내용과 일치합니다 (). 유사하게, 현재의 연구에서, 자당 선호도는 HFD로부터 4 주 후에 회복되었고, 체중은 유의하게 증가 된 상태로 유지되었고, 감소 된 자당 선호도는 체중 증가가 아니라 HFD 노출에 의해 유발되었다는 결론을지지했다. 사카린 선호도에 변화가 없다는 것이 특히 흥미로웠다. 이것은 만성 HFD가 칼로리 및 비 열량 단 보상에 대한 반응에 차등 적으로 영향을 미침을 나타낼 수 있습니다. 수 크로스 섭취가 "달콤한 맹인"미각 수용체 녹아웃 마우스에서 도파민 방출을 유도하는 것으로 나타났기 때문에, 섭취 후 효과는 기호성에 무관하게 선호도에 영향을 미치는 것으로 나타났다 () 보상 및 강화를 위해서는 영양가가 필요합니다.) 및 맛 독립적 대사 감지 경로는 초파리에서 정의되었습니다 (). 사카린은 자당보다 훨씬 달콤하므로 달콤함 (일반적으로 4–10x 더 높은 자당 농도 ()) 그러나 사카린에 대한 전반적인 선호도는이 동물에서 자당보다 낮았다. 따라서, HFD가 사카린보다 상대적으로 더 보람이 많기 때문에 HFD가 자당 선호도에 차등 적으로 영향을 미쳤다고 설명 할 수 있지만 (사카린에 비해 동물은 여전히 ​​사카린에 대한 강한 선호도 (~ 75–80 % precence)) ~ 85 ~ 90 % 기본 설정 (자당).

VTA, NAc 및 PFC 내에서 도파민 성 유전자 발현은 만성 HFD 후 수컷 마우스에서 전반적으로 감소 하였다. 이러한 발견은 HFD에 대한 반응으로 도파민 관련 유전자의 감소를 관찰 한 다른 연구와 일치합니다.,,). 인간 이미징 연구에서 도파민 D2 수용체 발현 및 기능의 감소가 관찰되었습니다 (, ) 및 설치류 비만 모델 (, ). 감소 된 도파민 신호는 자연적인 보상에 대한 감수성을 감소 시키므로 맛좋은 음식의 지속적인 과도한 소비와 추가 체중 증가를 촉진 할 수 있습니다.,). 또한, DAT 표면 발현 감소를 통한 도파민 항상성 중단은 고지방식이 섭취 증가를 유발하는 것으로 알려져있다.). 이 패턴에 대한 예외는 NAc 및 PFC에서 HFD 후에 증가 된 도파민-및 사이 클릭 AMP- 조절 된 포스 포 단백질 인 DARPP-32에서 관찰되었다. DARPP-32는 도파민에 의해 제어되는 다양한 생화학 및 행동 반응을 통합하는 데 중요한 역할을합니다. DARPP-32 상향 조절은 D1R의 만성적 인 하향 조절에 반응하여 보상적일 수있다. 유사한 모델 (마우스에서 12 wk HFD)에서, D1R 다운 조절이 NAc에서 DARPP-32의 인산화의 증가와 일치 함을 보여 주었다 ().

HFD 제거 후 이러한 변화의 회복 능력을 조사한 연구는 거의 없다. 그러나 최근 두 건의 보고서에서 짧은 철수 기간 (14–18d) 후에도 유전자 발현 변화와 보상 시스템 결함이 지속되었습니다 (, ). 대조적으로, 위 우회 수술 전후 비만 환자에 대한 연구는 더 긴 체중 감량 후 도파민 성 변화의 역전을 보여 주었다.). 수컷의 경우 회복 패턴은 뇌 영역에 따라 다릅니다. VTA에서, COMT, DAT 및 TH의 관찰 된 감소는 HFD의 제거에 의해 모두 정규화되었다. 대조적으로, NAc 및 PFC에서 관찰 된 모든 유전자 발현 변화는 정상화되지 않았다. 현재의 연구에서, 만성 HFD는 상당한 체중 증가를 가져 왔으며,식이 4 주 후에도 동물은 여전히 ​​대조군보다 훨씬 무겁습니다. 따라서, 비만에 수반되는 후속 대사 및 호르몬 변화 (예를 들어, 렙틴 증가, 아디 포카 인 증가)는 여전히식이를 중단 한 4 주에 존재할 가능성이있다. 따라서, 표준화 된 (예를 들어, VTA에서) 유전자 발현 변화는 주로 HFD에 의해 유발되었을 수 있지만, (NAc 및 PFC에서) 유지 된 것은 비만에보다 밀접하게 결합 될 수있다. 식이 요법에 의한 체중 감량 유지는 특징적으로 낮습니다 (67 %)를 80 % (). 보상 영역에서 유전자 발현 변화의 이러한 지속성은 이러한 일반적인 발생을 부분적으로 설명하는데 중요 할 수있다. HFD에서 또는 1wk 또는 4wk 회복 후 기초 혈장 코르티 코스 테론 수준에 유의 한 변화가 없었기 때문에, 관찰 된 행동 및 유전자 발현 변화는식이 변화와 관련된 스트레스로 인한 것이 아님을 주목하는 것이 중요하다.

만성 HFD에 대한 반응뿐만 아니라식이 제거에 대한 반응에서 흥미로운 성 차이가 밝혀졌다. DA 활성, 특히 VTA 및 NAc의 감소를 예측할 수있는 도파민 관련 유전자의 전반적인 감소를 나타내는 점에서 암컷은 수컷과 유사했다. 주목할만한 성 차이 중 하나는 HFD 후 암컷 VTA에서 DAT mRNA 발현의 증가였다. 유전자 발현에서의 이러한 차이는 두 성별에서의 TH 유전자 발현에서의 유사한 감소와 함께, HFD 노출의 종료 시점 및 회복 기간 후에 NAc 내에서 도파민 신경 전달에서의 상당한 차이를 시사 할 것이다. 이러한 차이점의 기능적 중요성에 대한 더 큰 인식은 미래 연구의 중요한 초점입니다.

또한, 수컷 VTA에서 COMT 및 TH 감소가 회복되는 반면, 이러한 감소는 HFD로부터 4- 주를 벗어난 후에도 암컷에서 지속되었다. 이러한 차이가식이 요법을 중단 한 시간이 더 길어질 지 여부는 아직 결정되지 않았지만, 여성이 전혀 회복하지 않으면 회복 속도가 가장 느리다는 결론을 뒷받침합니다. 또한 NAc 및 PFC에서 D1R 및 D2R의 유전자 발현 변화는 수컷과 암컷 사이에서 상당히 달랐다. 남성의 경우,식이 제거 후 크게 지속 된 두 영역에서 유전자 발현이 전반적으로 감소했습니다. 암컷의 경우, D1R 및 D2R은 NAc에서 감소 된 후 회수되었지만, PFC에서 도파민 수용체에 대한 HFD의 영향은 없었다. 현재의 연구에서 암컷 동물은 발정 단계를 설명하지 않고 희생되었습니다. 관찰 된 종말점 중 일부는 발정주기에 따라 변하는 것으로 알려져 있지만, 본 연구에서 암컷 동물은 특히식이 조작의 효과와 비교할 때 종점에 걸쳐 증가 된 분산을 나타내지 않았다.

유전자 발현 결과를 보완하기 위해, 도파민은 VTA의 일차 투영 영역, 즉 PFC 및 NAc에서 측정되었다. 도파민 수준은 VTA에서 TH mRNA에서 보이는 평행 한 변화 경향이 있었다. 남성과 여성 모두의 NAc에서, HFD식이에 반응하여 DA의 수준이 감소했다; 남성에서는 회복되었지만 여성에서는 그렇지 않은 반응. PFC에서, 도파민 수준은 HFD에 의해 감소되었지만, PFC에서식이가 회복되지 않았다. 또한, 암컷은 전두엽 피질에서 남성보다 도파민 수치가 낮았습니다. DAT 발현과 기능의 성별 차이는 문헌에 잘 알려져 있으며, 암컷은 DAT 발현 증가를 보여줍니다 () 및 기능 () 및 이러한 차이는 남성과 여성 사이의 다른 기준선 수준의 도파민에 기여할 수 있습니다. DOPAC : DA 비율에 대한 시험도 유익하다. 이 비율의 증가는 DA의 감소로 인한 보상 응답을 반영했을 수 있습니다. 도파민 대사에서 이러한 변화의 장기적인 기능적 중요성은 다음을 사용하여 도파민 방출의 변화를 측정함으로써 밝혀 질 것입니다 생체내에서 미세 투석.

또한, 이들 데이터는 DAT 유전자의 프로모터 내에서, 특히 남성에서 DNA 메틸화의 동적 조절을 확인한다. 최근에, 우리는 DAT 발현이 HFD에 대한 반응으로 차등 DNA 메틸화에 의해 동적으로 조절 될 수 있음을 입증 하였다 () 및 증가 된 DAT 프로모터 메틸화는 유전자 발현의 감소와 관련이있다. HFD를 제거 할 때 수컷에서 본 증가 된 DNA 메틸화 (및 mRNA의 발현 감소)가 역전됨에 따라이 반응의 가소성을 확인한다. 예를 들어 DNA 메틸화의 변화를 통한 후성 유전 학적 유전자 조절은 유기체가 환경 문제에 쉽게 적응할 수있는 경로를 제시한다. 후생 적 마크는 수명 동안 유지 될 수 있습니다 (), 그리고 배양 된 배아 줄기 세포에서, 변화하는 환경 조건에 반응하여 가역적 및 지속적인 차등 DNA 메틸화 패턴이 관찰되었다 (). 이 데이터는 처음으로 보여줍니다 생체내에서 환경 문제의 존재 유무에 따라 변화하는 동적 메틸화 패턴. 암컷 에게서도 이와 동일한 패턴이 관찰되지 않았다는 것이 주목할 만하다. HFD에 대한 초기 반응이 예측 된 바와 같았지만 (DNA 메틸화로 인한 유전자 발현 감소)이 패턴은 회복 기간 내내 유지되지 않았다. 이것은 DNA 메틸화 및 유전자 발현이 HFD로부터 4 주 동안 분리 될 수 있거나 DAT mRNA가 암컷의 다른 수단에 의해 조절됨을 시사 할 수 있음을 시사한다.

수컷에서, 자당 선호도, VTA에서의 DA 관련 유전자 발현 및 NAc에서의 도파민은식이 제거 후 회복되는 만성 HFD에 대한 반응의 일관된 패턴을 따른다. 흥미롭게도, 자당에 대한 행동 반응은 암컷에서 유사하지만, 유전자 발현 패턴 및 NAc 도파민 수준 둘다는 HFD 제거시 회복 부족을 나타낸다. 보상 관련 행동은 오피오이드와 같은 추가 신경 전달 물질 시스템에 의해 분명히 영향을받으며, 아마도 암컷에서는 자당에 대한 행동 반응이 오피오이드의 변화와 더 밀접하게 관련되어 있습니다. 전반적으로, 본 데이터는 도파민 관련 유전자 발현과 관련하여 HFD 제거 후 회복뿐만 아니라 HFD에 대한 초기 반응 둘 다에서의 성차가 만성 소비의 만성 소비에 관한 미래 연구를위한 중요한 방향을 나타낸다는 것을 시사한다 HFD는 뇌 보상 시스템에 영향을 미칩니다. 가장 주목할만한 것은, 이러한 데이터는 HFD에 대한 도파민 반응에서 현저한 가소성을 식별하는데, 이는 만성 HFD 소비 및 / 또는 비만의 부작용이 심각하지만 회복 가능성이 존재 함을 시사한다.

이 주제에 대해 이미 알려진 것

  • 비만 환자에서 도파민 수용체 발현 및 기능 감소
  • 고지방식이에 만성적으로 노출되면 도파민 관련 유전자의 변화와 행동 보상
  • 도파민 신경 전달은 비만 설치류에서 변경됩니다.

이 원고가 주제에 추가하는 것

  • 고지방식이에 대한 CNS 반응의 성별 차이 식별.
  • 고지방식이 제거시 도파민 성 변화의 소성 평가.
  • 고지방식이에 반응하여 다이나믹 DNA 메틸화 변화 식별

감사의

이 작업은 MH087978 (TMR), MH86599 (IL) 및 T32 GM008076 (JLC) 보조금으로 지원되었습니다.

각주

 

이해 상충 진술

저자는 공개 할 갈등이 없습니다.

 

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