BMI Moduléiert Calorie-Dependent Dopamine Verännerungen am Accumbens vu GlukoseeVoass (2014)

Zitat: Wang GJ, Tomasi D, Convit A, Logan J, Wong CT, et al. (2014) BMI Moduléiert d'Calorie-Dependent Dopamine Verännerungen am Accumbens vu Glukoseaugen. PLoS ONE 9 (7): e101585. Doi: 10.1371 / journal.pone.0101585

Editeur: Sidney Arthur Simon, Duke University Medical Center, Vereenegt Staaten vun Amerika

Received: Abrëll 21, 2014; Akzeptéiert: Juni 9, 2014; Verëffentlecht: Juli 7, 2014

Dëst ass en Zougangsartikel, gratis vun allen Urheberrechter, an däerf fräiwëlleg reproduzéiert, verdeelt, iwwerdréit, geännert, gebaut ginn oder soss soss vun all deem fir gesetzlech Zwecker benotzt ginn. D'Wierk gëtt ënnert dem Creative Commons CC0 Public Domain Engagement gemaach.

Daten Disponibilitéit: D'Authors confirméieren datt all Daten déi d'Resultater ënnersträichen déi komplett ouni Restriktioun sinn. All Daten sinn am Handschrëft.

Finanzéierung: Den US Department of Energy OBER: DE-ACO2-76CH00016 fir Infrastrukturbetreiung vu Brookhaven National Laboratoire a Rendementë fir GJW. National Institut fir Gesondheet: Z01AA000550 zu NDV, R01DK064087-09 zu AC, K01DA025280 zu ES. D'Fongen hu keng Roll am Studiumdesign, der Datenerfassung an der Analyse, der Entscheedung fir ze publizéieren oder ze preparéieren vum Manuskript.

Interessante Concerten: D'Autoren hunn erkläert, datt keng konkret Interessen ausgoen.

Aféierung

Brain dopamine (DA) moduléiert Verhalensmëttelen duerch seng Modulatioun vun Belounung an Incentive-Salzeg [1]. D'Aktivatioun vum DA am Nukleus accumbens (NAc) fällt mat der Expositioun vun der romaner Liewensmëttelproblematik awer mat wiederholten Expositiounen DA vergréissert an doduerch d'Verschëldung vun den Ausléiser ze verhënneren, [2]. Den mesolimbic DA System ass kritesch fir d'Verstäerkung vun der Nahrungskriiblechkeet an déi héich schaumlëch Liewensmëttel erhéijen DA bei NAc [3], da DA-Antagonisten den hedonesche Wäert vu Saccharose z'enthalen [4]. DA vermëttelt och de belounende Effekter vun Liewensmëttel, déi duerch energiespuerten drénken [5]. Rodent Studien hunn intragastresch Verabreichung vun Glukos erméiglecht DA bei NAc [6], wat en Effekt ass vun der Glukosemutzung abegraff, well d'Verwaltung vun enger anti-metabolescher Glucose analog Däischter ass. Dëst weist datt DA Neuronen op den energesche Wäert vun Nährstoffer unhand vun engem Geschmaufel reagéiere an d'Postë fester Faktoren bei der Kalorie bezuelen DA erhéicht bei NAc. Ausserdeem bei der Mënschheet neuroimaging Studien hunn weisen datt d'Sucrose-Léisung, awer net eng net kaloresch Séiss Léisung, ass den Midbrain aktiv, wat DA Neuronen sinn [7]. DA Neuronen ginn och duerch visuell, héieren a somatosensoresch Reiefele aktivéiert, déi Liewensnout beliewen [8]. Méi iwwerdriwwen Nahrungszoustand kann zu Fettgewierer féieren, wat sech ëm d'metabolische Adaptatioun ausléist, déi e grousst Nahrungszoustand hunn. E puer vun dësen Neuro-Adaptatiounen passen an DA Weeër wéi de klineschen a preklinesche Studien dokumentéiert eng Reduktioun vun DA D2 Receptoren am Striatum mat Fettleibigkeit [9].

Hei hu mir hypothetiséiert, datt an der Ongewässer d'Reaktioun op de Kalorieverbrauch esou geschwächt wéi et fir Drogen an der Sucht [10]-[12]. Fir dësen Zweck benotzt mir Positronenemissions-Tomographie (PET) an [¹¹C] raclopride (D2 / D3-Receptor-Radiotracer sensibel géint den endogenen DA) [13] fir ze analyséieren wann Kalorien induzéiert gëtt an d'Ventral Striatum erhéicht (wou NAc läit) abhängig vu Kierpermass Index (BMI). Dëst ass méiglech, well [¹¹C] Racloprid d'Bindung zu D2 / D3 Rezeptoren ass sensibel géint d'Konzentratioun vun endogenen DA; esou datt wann DA-Niveauen d'spezifesch Bindung vun [¹¹C] raclopride niddergesat a wann d'DA-Niveauen verringert [¹¹C] Racloprid spezifesch Bindung erhéicht [12], [14]. Fir fir d'Effekter vun der Geschmaachbarkeet vu Glukos (Séissheet) ze kontrolléieren, hu mir d'Effekter vu Sucralose (künstlech Séissstoff ouni Kalorien) mat deene vu Glukose kontrastéiert. Dofir huet de Kontrast tëscht den zwou séissen Léisungen (eng mat Kalorien an eng ouni Kalorien) et erméiglecht d'Verännerungen am DA ze moossen, déi un d'Kalorien zougänglech sinn onofhängeg vun der Iessbarkeet.

Methoden

Dës Studie gouf am Brookhaven National Laboratory (BNL) ausgefouert an de Stony Brook University Komitee fir Fuerschung déi Mënscherechter betreffen huet de Protokoll guttgeheescht. Schrëftlech informéiert Zoustëmmung gouf vun de Participante kritt virum Studieninitiatioun. Nonzéng Sujete goufen an der Studie abegraff wa se rietshandeg waren, 40-60 Joer al, gesond an haten 21≤ BMI ≤35 kg / m². Exclusiounskriterien beinhalt d'Geschicht oder Präsenz vun all medezinëschen Zoustand datt d'Cerebral Funktioun agefouert gëtt; Diabetis mellitus; d'Geschicht oder d'Vergangenheet vun der Aachs I Diagnostik (och Depressioun oder Angststurz) wéi pro DSM IV; Iess Stéierungen; Alkohol oder Drogenmëssbrauch oder Ofhängegkeet (och Nikotin). D'Suen ware gefrot, hir lescht Miel vun 7 PM den Owend virum Dag vun der Bummelzuch besaat ginn ze hunn a gouf vun 15 a 17 Stonnen no hirem leschten Iessen gescannt. Themen waren informéiert, datt Blutzockerspiegel während der Studie gepréift ginn, fir ze suergen, datt se net iessen.

Study Design

D'Sujeten hu sech zwou Beleidegungen besat: Bei engem Dag vun der Studie (Day A) huet de Sujet en 75 Gramm Oral Glucose Getränk (Trutola, VWR, PA) geholl. Am aneren Dag (Day B) huet de Sujet e mëndleche Plazebo Getränk (Sucralos, 0.348 mg / ml [JK Sucralose Inc., NJ], deen vun deer selwechter Volumen an Séissnessniveau zur Glukoselösung ass). PET huet bei 10 Minuten no der Glukose / Placebo Getränk ugefaang. PET-Scans goufen op engem Siemens ECAT HR + an [¹¹C] -Raclopridvirberechnung ass no vir Methoden viru publizéiert ginn [15]. Scans goufen direkt no der Tracerinjektioun vu 8 mCi oder manner vun [¹¹C] racloprid a fir insgesamt 60 Minutten duerchgefouert. Bluttprouwen fir Glukosniveau goufen ier d'Gedrénks kritt, direkt nom Ofschloss vum Glukos / Placebo Getränk, dann all 5. Minutte fir 30 Minutten, bei 60, 90 & 120 Minutten. PET gouf zu ongeféier der selwechter Zäit vum Dag fir all Sujete gemaach. D'Sujete goufen opgefuerdert ze séier an iwwer Nuecht hydratiséiert ze bleiwen (op d'mannst 12 Stonnen) virum Start vun all Studieprozeduren op all Dag vun der Bildstudie. Deeg A a B goufen iwwer Themen randomiséiert. Dës zwee Scanndeeg goufen tëscht 2-42 Deeg mat engem Duerchschnëtt vu 16 ± 10 Deeg getrennt.

Klineschwaasser

D'Ernährungsfragësoune goufen während de Screening Visite mat den dräi Faktoren Ernährung Fra's Frae-Inventaire (TFEQ-EI) kritt fir d'nächst dräi Dimensiounen vum Iessen Verhalens: d'kognitiv Prozesse; Verhalensfuerderung; a Kontroll an d'Gormally Binge Eischten Disorder Skala (GBEDS) fir e Verstouss iessen Verhalen an eng Associatioun Psychopathologie ze gesinn [16]. Fir d'Schwaarzer vu Glukos a Sucrose drénken, goufen d'Sujeten gefrot fir d'Qualitéit vu Séisses, Séissesempfang an Ähnlechkeet vun der Séiss mat hire Selbstberechtegung [bezeechent vun 1 (manner) zu 10 (Meescht) unzeginn direkt no der Konsommatioun Gedrénks. D'lineare Regressioun Analyse gouf benotzt fir d'Associatioun tëschent dëse Self-Berichten an BMI ze analyséieren. Pair-T-Tester ware benotzt fir d'Ënnerscheeder an dësen Self-Reporten tëschent Glucos a Sucrose Getränker ze vergläichen.

Blutzeglukos Konzentratiounmoosung

Plasma-Proben goufen analyséiert fir Glukosekonzentration mat engem Beckman Glucose Analyzer 2 (Brea, Kalifornien), deen Glukose mat der Sauerstoffgeschwindegkeet mat enger Beckman Sauerstoffelektrode bestëmmt. E gemoossene Volume vun der Probe gëtt an engem Enzym-Reagenz a Pipette pipettéiert an e Puppel mat enger Elektrode déi reagéiert op a bericht d'Sauerstoffkonzentratioun in mg Glucose / 100 mL. Paired T-Tester goufen benotzt fir d'Ënnerscheeder am Bluttzockerspigel ze analyséieren, onofhängeg fir all Zäitpunkt. D'lineare Regressioun Analyse gouf benotzt fir d'Assoziatioun tëschent Bluttglucose-Niveau an BMI beurteelen.

Datenanalyse

Déi Zäitaktiviitkurven fir Gewierenkonzentrizitéit am Striatum an am Cerebellum zesummen mat der Zäit Aktivitéitskurve fir [¹¹C] Racloprid gouf benotzt fir d'Verdeelungsvolumen (DV) an de Pixel fir dat ganzt Bild ze berechnen. Spezifesch hu mir fir all Voxel den DV geschat, wat der Gläichgewiichtmiessung vum Verhältnis vun der Gewierkonzentratioun vum Radiotracer zu där vu senger Plasmakonzentratioun entsprécht mat enger grafescher Analystechnik fir reversibel Systemer [17]. E perséinleche Montreal Neurologescht Institut mat enger temporärer Montreal Neurologesch Institutioun, déi mir virdru entwéckelt hunn d'Verdeelungsvolumen vu 34 gesonde Sujeten entwéckelt mat [¹¹C] -Racloprid an déiselwecht Scannerschlaang, gouf fir d'räumlech Normaliséierung vun den DV-Biller benotzt. Fir de verbindlechen Potential (BP_ND) Biller, déi mir den DV an all Voxel normaliséieren, an déi Cerebellum (lénks a richteg Regiounen -interesséierten), déi mat der Dopaminné (DA) D2 / D3 Rezeptor Disponibilitéit [17]. De BP_ND D'Biller goufen dann räumlech gegléckt mat engem 8-mm Gaussianer Kernel, fir d'Variabilitéit vun der Gehirnatomie op Themen ze minimiséieren. Differenz op BP_ND Glucose an Sucrose goufen benotzt fir Schold ofzeschlachten an DA duerch Kalorien ze schätzen.

Statistesch Analysen

Déi multilineare Regressioun Analyse gouf benotzt fir d'Associatioun tëscht BP ze analyséieren_ND Differenzen tëscht der Glukose an der Sucraloséierung (ΔBP_ND), déi Verännerungen am DA Secondaire zum Kalorie-Inhalt vu Glucose reflektéieren. De statistesche parametresche Mapping (SPM8; Wellcome Trust Center fir Neuroimaging, London, UK) gouf fir dësen Zweck benotzt. Statistesch Bedeitung war P_FWE <0.05, korrigéiert fir méi Vergläicher um Voxel Niveau mat engem familiäre Feeler a klenge Volumenkorrekturen an engem 10-mm Radius sphäresch Regioun-vun-Interesse (ROI). Follow-up Analysen goufen duerchschnëttlech ROI Moossnamen gemaach déi mat de Koordinaten aus SPM extrahéiert goufen fir den Effekt vu Verhalensmoossnamen ze beurteilen (mat Scorë vu kognitiver Restriktioun vum Iessen, Desinhibitioun an Honger mat TFEQ-EI an dem Binge Iess Score mat GBEDS), Bluttzockerspigel, Alter a Geschlecht. Spezifesch goufen dës Variabelen mam Duerchschnëtt korreléiert ΔBP_ND Signaler am ROI no Kontrolléiere vu BMI. Statistesch Bedeitung fir dës Korrelatiounsanalyse gouf als P <0.05 gesat, onkorrektéiert.

Resultater

Den Ënnerscheed vun der Bluttzockerkonzentratioun variéiert net als Funktioun vum BMI no der Sucralose an der Glukosefuerderung (r <0.18, R²<0.03). Et waren keng Differenzen tëscht der Glukos an der Sucralose Getränker op Selbstberichter fir Qualitéit vu Séiss (Glukos: 5.4 ± 2.6. Sucralose: 5.4 ± 2.6); Séissesniveau (Glukos: 6.8 ± 2.5. Sucralose: 6.2 ± 2.5) a Gläichheet vun der Séissegkeet (Glukos: 4.7 ± 2.8. Sucralose: 4.8 ± 3.0) an dës Selbstberichter goufen net vum BMI vum Sujet beaflosst. Am Kontrast hu mir eng bedeitend Korrelatioun tëscht kalorieninduzéierter DA Ännerungen observéiert wéi se bewäert goufen ΔBP_ND (Glukos - Sucralose) am ventralen Striatum (r = 0.68; P_FWE <0.004, P_FDR <0.05, voxels = 131, Figur 1a) an den BMI, sou datt de Better den BMI méi grouss ass den DA eropkommt an dest méi héich den BMI, dest méi grouss d'DA an de Ventral Striatum. De Korrelat blouf de Kavaring ouni Ënnerscheed vu Blutzeglukosekonzentration (Glucos - Sucralos) (Fig.1b).

eroflueden:  

• PPT

  PowerPoint Slide

• PNG

  méi grouss Biller (475KB)

• TIFF

  ursprénglecht Bild (606KB)

Figure 1. a: SPM Biller vum Gehalt an Dopamine änneren.

Bedeitend aktivéiert Cluster weisen Dopamin (DA) Verännerungen am Nukleus accumbens fir de Kontrast Glukos> Sucralose-Intake (ΔBP_ND). Bedenkt datt d'Steigerung vun BP_ND DA reflektéiert (manner Konkurrenz vun DA fir [¹¹C] -Raclopride fir D2 / D3-Rezeptoren ze bindelen), während d'Vergaangenheet an BP_ND De Spigel entsprécht mat Glucose (am Verglach mam Sucralos) D'SPM Biller goufen op T2 gewiessene MR-Biller am Sagittal (lénksen), Coronal (riet Uewe) a transversal (niddereg) Iwwerlappungen iwwerlagert. De Faarfbalken weist op t-score Wäerter. b: Korrelatioun tëscht BMI an dem Brain DA verännert. D'Ënnerscheeder tëscht DRD2 Disponibilitéit no der Glukose an der Sucrose (ΔBP_ND) mat BMI (kg / m²). Déi schlauge Fächer hunn déi gréisst DRD2 vermeide mat Glucose am Nukleus accumbens (konsequent mam DA erhéigt), während déi méi schwéier Themen hunn DRD2 erhéicht (konsequent mam DA reduzéiert). ΔBP *: Korrigéiert fir Verännerungen am Blutzeglukosniveau (Glucos - Sucralos) bei der PET Akquisitioun (0-60min).

Doi: 10.1371 / journal.pone.0101585.g001

DA ännert an der Äntwert op d'Kaloriemene (ΔBP_ND) goufen och e wesentlech korreléiert mat Scorë mat de Liewensverhaltensmaache. Besonnesch delta BP_ND am ventralen Striatum war wesentlech korreléiert mat de Moossname vum Iessverhalen den TEFQ-EI Scores vun der Desinhibitioun (r = 0.52, p <0.02) an Honger (r = 0.6, p <0.006) an de GBES Scores vum Binge-Iessen (r = 0.61 , p <0.006), sou datt Sujete mat méi groussen Noten op Desinhibitioun, Wahrnehmung vum Hunger a Binge-Iessen Verloschter am DA mat kaloreschem Intake weisen. Wéi och ëmmer, dës Korrelatiounen waren net bedeitend nodeems se no BMI a Sex gesicht hunn.

Diskussioun

An dëser Etude konnten kontrastléiert Glukoser mat Sucralos erméiglecht eis d'Effekter vum Kalorieverbrauch an der Striatal-DA-Signalisatioun ze beuerteelen, nodeems se d'Belaaschtung fir d'Belaaschtung mat der Verwittbarkeet verbonnen huet. THuet d'DA Verännerungen an der Ventral Striatum vun dësem Kontrast spekuléiert Response vum Energiegeescht vu Glukosekonsum. Déi entgéint Géigestänn vun DA Responsen an der Ventral Striatum bei muenche Leit, déi DA ze weisen, erhéicht am Géigesaz zu den DA Reduktiounen déi an obwuel Sujeten beobachtet ginn, kéint d'Reflexioun tëscht der Erwaardung an der aktueller Reaktioun op d'Kalorie respektéieren reflektéieren, well DA Response gi vu Belounung Wahrscheinlechdistrikt ze beaflossen [18]. Speziell eng Belounung déi besser wéi déi vun der Prévisioun war et eng Aktivatioun vun DA Neuronen an eng Belounung déi méi schlëmm wéi virgesi war induzéiert Hemmung [19]. Och wann d'Glukosekonzentraktioune am Blutt ähnlech tëscht Mager an Topfërmen waren, huet d'Reaktioun op de Kaloriegehalt an de fettlefërem Themen manner wéi d'Prognosen entsteet, déi zu der Inhibitioun vun der neuronalen Neuron an der reduzéierter DA-Ausreißung no der Glukose drénken. Well mir awer keng Moossnahmen vun der D2 / D3 Receptor Disponibilitéit hunn ouni d'Verwaltung vun enger séisser Léisung (Baseline Mass) kënne mir net ausgoen datt d'onnormal Äntwert am Topgemenge vun enger ongewësslecher Reaktioun op Séisses a net nëmme eng onnormal Äntwert op Kalorien.

Bei Mais ouni funktionell séiss Geschmackrezeptoren Sucrose, awer net e kënschtleche Séisser huet DA bei NAc erhéicht [20], wat eis konsequent mat den Erkenntnes ass, déi d'DA erhéijen an der ventraler Striatum, déi duerch kaloresch Inaugion an magerer Persoun ausgeléist gëtt. Allerdéngs war eng Äntwert net bei beleidegten Individuen observéiert ginn, wat eng Ofbriechung vum Gehirer DA Responsoën op kaloresch Inhalter ze weisen.

Méi grouss Punkten op TEFQ-Disinhibition si verbonne mat der Nahrungsaufnahme [21] an hu mat enger schlechter Frontaléirung funktionnéiert [21], [22]. Si sinn och konsistent mat eis Virdeeler, déi e bedeitend Korrelatioun tëschent Liewensmëttelpräisser Scorel a striatal DA erhéicht ginn duerch d'Expositioun vun Nahrungsergänzungen induzéiert [23], doduerch datt eng Verknüpfung tëscht dem verstuerwenen striatal DA Signalgewiicht gestierkt gouf a beweegt eegestänneg [24]. D'Korrelatioun vum Hunger op der TFEQ mat DA Ännerung am NAc mat kaloreschem liwwert weider Beweiser fir d'Roll vum DA bei der Hungerwahrnehmung bei de Mënschen [25]. Schlussendlech ass de Verband tëschent Verloschter am DA nach Glukos a méi grousser Bongeness Scores erënnerung vun de Verloschter vun den stimulant induzéierten DA erhéijen a Kokain-Abuseren, deenen hir Verhalensreegen duerch compulsive Kokain ass [10], [12], [26]. Obwuel et verlaangt huet, eng Hypo-Responsabilitéit vun der DA Belounskonkurrenz an opgeworfene Fächer opzeschaffen ass dat en onendleche Deskriptor; Mir hunn speziell enger Hypo-Responsabilitéit op de Kalorieverbrauch beobachtet, awer et ass plausibel, datt se eng Hyper-Responsabilitéit hunn fir d'Gefillunge fir Liewensmëttel z'erreechen. Et ass also méi wahrscheinlech datt d'Diskrepanz tëschent enger erhéierter Erwaardung an enger reduzéierter Reaktioun op d'Kalorien an der fettleibeger Persoun verbrauchen d'Auslaennung fir weider ze iessen fir dës Defizit ze kompenséieren.

Arbeschterlidder

D'PET-Studie gouf am Brookhaven National Laboratoire gemaach. Mir soen dem J. Rotrosen vun der New York University fir d'Ënnerbezeechnung; D. Schlyer a M. Schueller fir Cyclotron Operatiounen; D. Warner, D. Alexoff a P. Vaska fir PET Operatiounen; C. Shea, Y. Xu, L. Muench an P. King fir d'Virbereedung an d'Analyse vum Röntgen, K. Torres fir d'Studieprotokollpräparatioun, an B. Hubbard M. Jayne a P. Carter fir Patientesécherheet.

Autor Contributeuren

Conceived an entwéckelt d'Experimenter: GJW NDV. Déi Experimente gemaach: GJW AC CTW JSF. Analyséiert d'Donnéeën: GJW DT JL ES. Contributéiert op d'Schreiwe vum Manuskript: GJW NDV.