Mesolimbinio dopamino neurotransmisijos trūkumai žiurkių mitybos nutukime (2009)

Komentarai: tyrimas atskleidė, kad persivalgius „valgyklos maisto“ iki nutukimo sumažėja dopamino kiekis ir sulėtėja dopamino reakcija į normalią žiurkių maistą. Tačiau žiurkės vis tiek atsilygino už valgyklos maistą. Vienas iš daugelio tyrimų, rodančių smegenų pokyčius, panašius į priklausomus nuo narkotikų. Per didelis natūralių apdovanojimų supernormalių versijų vartojimas gali sukelti priklausomybę.

Neurologija. 2009 m. balandžio 10 d., 159 (4).):1193-9. doi: 10.1016/j.neuroscience.2009.02.007. Epub 2009 vasario 11 d.

BM Geigeris,a M. Haburcakas,a NM Avena,b,c MC Moyer,c BG Hoebelis,c ir LT Pothosa,*

Galutinę leidėjo redaguotą šio straipsnio versiją galite rasti tinklalapyje Neurologijos

Žr. Kitus PMC straipsnius citata paskelbtas straipsnis.

Eiti į:

Abstraktus

Padidėjęs kalorijų suvartojimas nutukimo atveju gali būti nulemtas centrinių mechanizmų, reguliuojančių atlygio siekimo elgesį. Mezolimbinė dopamino sistema, o ypač branduolys, yra maisto ir vaistų atlygio pagrindas. Ištyrėme, ar žiurkių dietinis nutukimas yra susijęs su dopaminerginės neurotransmisijos pokyčiais tame regione. Sprague-Dawley žiurkėms buvo skirta kavinės tipo dieta, siekiant sukelti nutukimą, arba laboratorinė dieta, kad būtų išlaikytas normalus svorio padidėjimas. Ekstraląstelinis dopamino kiekis buvo matuojamas pagal in vivo mikrodializė. Elektriniu būdu sukeltas dopamino išsiskyrimas buvo matuojamas ex vivo vainikiniuose branduolio ir nugaros striatumo pjūviuose, naudojant realaus laiko anglies pluošto amperometriją. Per 15 savaičių valgykla šeriamos žiurkės nutuko (>20% padidėjo kūno svoris) ir pasižymėjo mažesniu ekstraląstelinio accumbens dopamino kiekiu nei normalaus svorio žiurkėms (0.007 ± 0.001 vs. 0.023 ± 0.002 pmol/ėminys; P<0.05). Dopamino išsiskyrimą nutukusių žiurkių branduolyje paskatino valgyklos dietos iššūkis, tačiau jis nereagavo į laboratorinį maistą. Administravimas d-amfetaminas (1.5 mg/kg ip) taip pat atskleidė susilpnėjusį dopamino atsaką nutukusioms žiurkėms. Eksperimentai, kuriais buvo matuojamas elektra sukeltas dopamino signalas ex vivo nucleus accumbens pjūviuose, parodė daug silpnesnį atsaką nutukusiems gyvūnams (12 ir 25 × 10).6 dopamino molekulės vienai stimuliacijai, P<0.05). Rezultatai rodo, kad mezolimbinio dopamino neurotransmisijos trūkumas yra susijęs su dietiniu nutukimu. Dėl slopinto dopamino išsiskyrimo nutukę gyvūnai gali kompensuoti maitinimą valgydami skanų „patogų“ maistą – stimulą, kuris išskirdavo dopaminą, kai nepavyko atlikti laboratorinio maisto.

Raktiniai žodžiai: nucleus accumbens, striatum, maitinimas, kūno svoris, amfetaminas, hiperfagija

Spartus nutukimo su maistu augimas pramoninėse visuomenėse rodo, kad gali būti atsakingi nehomeostatiniai signalizacijos keliai, leidžiantys nuolat vartoti teigiamą energiją. Esminis klausimas yra tai, kodėl laboratoriniai gyvūnai ir žmonės valgo daug energijos turintį, skanų maistą tiek, kad tampa nutukę. Žvelgiant iš evoliucijos perspektyvos, galima tikėtis, kad smegenys sukūrė sistemą, kuri reaguotų į natūralų atlygį, pavyzdžiui, maistą. Šie centriniai mechanizmai yra išsaugoti įvairiose rūšyse, kad būtų užtikrintas išlikimas (Kelley ir Berridge, 2002) ir gali sąveikauti su kūno svorį reguliuojančia grandine arba ją moduliuoti. Todėl dėl malonaus skanaus maisto gali padidėti suvartojamų kalorijų kiekis ir padidėti svoris, kurio gali neįveikti homeostazės varomi mechanizmai, kurių kilmė pirmiausia yra pagumburyje. Ši galimybė bent iš dalies gali paaiškinti epidemines dietinio nutukimo proporcijas.

Tarp nervų sistemų yra žinomi mezolimbiniai dopamino keliai, kur žinoma, kad dopamino veikimas, ypač nucleus accumbens terminaluose, tarpininkauja stiprinimo mechanizmams. Šios sistemos aktyvinimas apima dopamino koncentracijos padidėjimą ir dopamino apykaitos pokyčius po natūralaus pasitenkinimo elgesio, pavyzdžiui, maitinimo (Hernandez ir Hoebel, 1988; Radhakishun ir kt., 1988 m). Be to, žinoma, kad dopamino kiekis nucleus accumbens (ir gretimoje nugaros juostoje) didėja veikiant su maistu susijusiems dirgikliams ir motoriniam aktyvumui, susijusiam su maisto gavimu.Mogensonas ir Wu, 1982 m; Bradberry ir kt., 1991; Salamone ir kt., 1991). Todėl pagrįstai galima tikėtis, kad dietinis nutukimas gali būti susijęs su skanaus daug energijos turinčio maisto mezolimbiniu dopamino išsiskyrimu.

Šiame tyrime mes ištyrėme, ar ilgalaikis žiurkių poveikis (15 savaičių) daug energijos turinčios, skanios kavinės dietos sukelia pokyčius dopamino nucleus accumbens. Ši labai skani dieta sėkmingai sukelia žiurkių nutukimą ir yra labiausiai susijusi su žmonių nutukimu (Sclafani ir Springeris, 1976 m). Be to, kavinės dieta leido mums atskirti daug riebalų ir daug angliavandenių ir ar tokios nuostatos turėjo įtakos mezolimbiniam dopamino išsiskyrimui. Mes nustatėme, kad Sprague-Dawley žiurkės didžiąją dienos kalorijų normą suvartodavo iš daug angliavandenių turinčių šaltinių ir išsivystė dietos sukeltas nutukimas (DIO). Be to, jie parodė sumažėjusį bazinio dopamino išsiskyrimą branduolyje ir susilpnėjusį dopamino atsaką į standartinį valgį arba sisteminį d-amfetaminas.

EKSPERIMENTINĖS PROCEDŪROS

Gyvūnai

Sprague-Dawley žiurkių patelės (Taconic, Hudson, NY, JAV) 300 mėnesių amžiaus sveria 3 g. Patelės buvo pasirinktos, nes, priešingai nei žiurkių patinų, laboratoriniu būdu šeriamų patelių kūno svoris laikui bėgant yra gana stabilus. Gyvūnai buvo laikomi atskirai toje pačioje patalpoje pagal 12 valandų atvirkštinės šviesos / tamsos ciklą (šviesa įjungta: 6 val., šviesa išjungta: 6 val.). Tokiomis sąlygomis nepastebėjome jokio rujos ciklo fazės įtakos mezolimbiniam dopamino išsiskyrimui (Geiger ir kt., 2008). Visi gyvūnai buvo naudojami pagal paskelbtas JAV nacionalinių sveikatos institutų (NIH) ir Tufts universiteto Institucinio gyvūnų priežiūros ir naudojimo komiteto (IACUC) bei Tufts medicinos centro gaires. Buvo dedamos visos pastangos apriboti naudojamų gyvūnų skaičių, siekiant sumažinti gyvūnų naudojimą ir kančias.

Kavinės dietos sudėtis

Gyvūnai buvo suskirstyti į kavinių DIO grupę (taip pat apibūdinta kaip dietinio nutukimo grupė) ir laboratorinių pašarų grupę (normalaus svorio grupė). Visos grupės buvo pamaitintos ad libitum. Kavinės racione buvo daug riebalų turinčių komponentų, tokių kaip Crisco (33 % daržovių sutrumpinimo, 67 % Purina miltelių), saliamis, čederio sūris ir žemės riešutų sviestas; ir daug angliavandenių turintys komponentai, tokie kaip saldintas kondensuotas pienas (Magnolia markė sumaišyta su vandeniu, 1:1), šokoladiniai sausainiai, pieniškas šokoladas, bananai, zefyrai ir 32 % sacharozės tirpalas. Įrodyta, kad ši labai skani dieta labai veiksmingai skatina žiurkių nutukimą ir imituoja žmonių nutukimo vystymąsi.Sclafani ir Springeris, 1976 m). Kiekvienas komponentas buvo prieinamas visą laiką ir buvo keičiamas keturis kartus per savaitę. Kavinės DIO grupė, be skanaus maisto, taip pat buvo suteikta ad libitum patekti į Purina laboratorinį maistą. Norint nustatyti dietos pasirinkimą, kiekvienos kavinės dietos komponento suvartojimas buvo matuojamas per du 48 valandų laikotarpius vienuoliktą dietos savaitę. Kūno svoris buvo registruojamas kartą per savaitę.

Stereotaksinė chirurgija

Stereotaksinė operacija buvo atlikta 7 tyrimo savaitę (n= 24 kavinės DIO žiurkės, n= 32 laboratorinės maisto žiurkės). Gyvūnai buvo anestezuoti ketaminu (60 mg/kg ip) ir ksilazinu (10 mg/kg ip), kad būtų implantuojamos dvišalės 10 mm, 21 dydžio nerūdijančio plieno mikrodializės kreipiamosios kaniulės, nukreiptos į užpakalinį branduolio kaupimosi apvalkalo sritį. Stereotaksinės koordinatės buvo 10 mm prieš tarpauralinį nulį, 1.2, 4 mm į šoną nuo vidurio sagitalinio sinuso ir 4 mm į vidurį nuo lygaus kaukolės paviršiaus. Zondas dializės pluoštas išsiplėtė dar XNUMX mm ventrališkai, kad pasiektų tikslinę vietą (Paxinos ir Watson, 2007). Po operacijos visi gyvūnai buvo grąžinti į narvus ir toliau laikėsi mitybos režimo.

Mikrodializė ir didelio efektyvumo skysčių chromatografija su elektrocheminio aptikimo (HPLC-EC) procedūra

Mikrodializė buvo atlikta 14 tyrimo savaitę, kad būtų galima tinkamai atsigauti po operacijos. Kiekvienai mikrodializės sesijai gyvūnai buvo atskirai patalpinti į mikrodializės narvelius, o zondai buvo dedami į mikrodializės kaniules likus 12–15 valandų iki pirmojo mėginio paėmimo. Implantacijos vieta (kairė ir dešinė) buvo atsverta. Mikrodializės zondai buvo koncentrinio tipo, pagaminti lokaliai ir parodė 10 % neurocheminių medžiagų atstatymo. in vitro bandymai, kaip aprašyta anksčiau (Hernandez ir kt., 1986). Zondai buvo perfuzuoti Ringerio tirpalu (142 mM NaCl, 3.9 mM KCl, 1.2 mM CaCl2, 1.0 mM MgCl2, 1.4 mM Na2HPO4, 0.3 mM NaN2PO4) 1° µl/min greičiu. Dializatas buvo surenkamas į 40 µl buteliukus, kuriuose yra 5 µl konservanto (0.1 M HCl ir 100 µM EDTA), kad sulėtintų monoaminų oksidaciją. Mėginių rinkimas prasidėjo tamsaus ciklo viduryje, o visas maistas buvo pašalintas likus 3 valandoms iki visų gyvūnų mėginių ėmimo. Mėginiai buvo renkami kas 30 minučių mažiausiai 2 valandas nuo pradinio lygio, po to buvo suleidžiama sisteminė d-amfetaminas (1.5 mg/kg ip; Sigma, Sent Luisas, MO, JAV). Iš kiekvieno mėginio į amperometrinę Antec HPLC-EC sistemą (GBC, Inc., Boston, MA, JAV) sušvirkšta 25 µl dializato su 10 cm Rainin kolonėle ir fosfatiniu judriosios fazės buferiu, kuris atskiria ir aptinka dopaminą, ir dopamino metabolitai dihidroksifenilacto rūgštis (DOPAC) ir homovanilinė rūgštis (HVA). Tada gautos smailės buvo išmatuotos ir užregistruotos. Mikrodializės zondo įdėjimas į tikslinę vietą buvo patikrintas eksperimento pabaigoje histologiniu zondo trakto tyrimu po smegenų fiksacijos paraformaldehidu.

Gyvūnams, kuriems vietoj 30 min. trukmės laboratorinis maistas arba kavinės dietinis maistas d-amfetaminas, visos grupės buvo be maisto 12 valandų prieš mikrodializės eksperimentą, kad būtų užtikrinta tinkama motyvacija valgyti.

Pjūvio elektrofiziologija

Žiurkių smegenys buvo greitai dedamos į ledo šaltą deguonies prisotintą dirbtinį smegenų skystį (aCSF) ant Leica VT1000S vibratomo (Leica Microsystems, Wetzlar, Vokietija) ir supjaustytos 300 µm vainikiniais griežinėliais. Pjaustymo vonelėje buvo aCSF (124 mM NaCl, 2.0 mM KCl, 1.25 mM KH2PO4, 2.0 mM MgSO4, 25 mM NaHCO31.0 mM CaCl2, 11 mM gliukozės, pH=7.3). Po 1 valandos aCSF griežinėliai buvo perkelti į įrašymo kamerą su deguonies prisotinto aCSF perfuzija, nustatyta 1 ml / min 37 ° C temperatūroje. Anglies pluošto elektrodai, kurių skersmuo 5 µm, su šviežiai nupjautu paviršiumi buvo dedami į branduolio accumbens apvalkalą arba nugaros striatumą ~ 50 µm į pjūvį, etaloninis elektrodas (Ag / AgCl viela) įkištas į aCSF vonią ir nustatyta įtampa. iki + 700 mV (Axopatch 200 B, Axon Instruments Inc., Union City, CA, JAV). Dvipolis, susuktas laidas, stimuliuojantis elektrodas (vielos skersmuo 0.005 colio: MS 303/3, Plastics One, Inc., Roanoke, VA, JAV) buvo padėtas 100–200 µm atstumu nuo anglies pluošto elektrodo. Nuolatinis monofazinis 2 ms srovės dirgiklis esant +500 µA buvo tiekiamas Isoflex stimuliavimo izoliatoriumi (AMPI, Inc., Jeruzalė, Izraelis), kurį įjungė nuolatinės srovės stimuliatorius (modelis S88; Grass Technologies, West Warwick, RI, JAV) . Amperometrinio elektrodo atsakas (bazinės linijos pokytis) buvo stebimas ir kiekybiškai įvertintas Superscope programine įranga (GW Instruments, Inc., Somerville, MA, JAV). Elektrodai buvo kalibruoti prieš ir po naudojimo naudojant fono atimtąsias voltammogramas (taikyti penkias bangas ir apskaičiuoti vidurkį, 300 V/s, nuo –400 iki +1000 mV, įrašymo terpėje ir terpėje su 10 µM dopamino). Amperometrinės smailės buvo nustatytos kaip įvykiai, didesni nei 3.5 × bazinės linijos kvadratinio vidurkio triukšmo. Įvykio plotis buvo trukmė tarp (a) didžiausio nuolydžio nuo bazinės linijos iki pirmojo taško, kuris viršijo ribą, bazinės linijos kirtimo ir (b) pirmojo duomenų taško, einančio po maksimalios amplitudės, užregistravusios ≤0 pA reikšmę. Didžiausia amplitudė (tdaugiausia) buvo didžiausia įvykio vertė. Norėdami nustatyti bendrą molekulių skaičių (N) buvo išleistas, buvo nustatytas bendras įvykio krūvis tarp bazinių pertraukų ir molekulių skaičius įvertintas pagal ryšį N=Q/nF, kur Q yra krūvis, n paaukotų elektronų skaičius vienai molekulei, o F yra Faradėjaus konstanta (96,485 XNUMX C ekvivalentui). Apskaičiavimai buvo pagrįsti prielaida, kad vienai oksiduotai dopamino molekulei paaukoti du elektronai (Ciolkowski ir kt., 1994 m).

Audinių mikroperforatoriai

Cafeteria DIO arba laboratoriniu maistu šeriamos žiurkės (n= 11 / grupė) buvo numarintos kaip ir ankstesniame eksperimente, o iš 1 µm smegenų pjūvių buvo paimti 300 mm skersmens nugaros striatumo ir nucleus accumbens smūgiai. Tada smūgiai buvo veikiami 40 mM KCl tirpalu 3 minutes, kad būtų skatinamas dopamino išsiskyrimas. Tada tarpląstelinis dopamino kiekis buvo išmatuotas naudojant aukščiau aprašytą HPLC metodą.

Duomenų analizė

Mikrodializės duomenų analizei buvo naudojama dvipusė ANOVA (grupė × laikas) su pakartotiniais matavimais ir Fišerio post hoc analize. Visiems kitiems tyrimams buvo naudojama vienpusė ANOVA. Eksperimentų su pjūviais rezultatai, gauti iš penkių skirtingų stimuliacijų toje pačioje pjūvėje, buvo apskaičiuojami vienam pjūviui prieš atliekant ANOVA. Rezultatai išreiškiami kaip vidurkis±standartinė vidurkio paklaida (SEM).

REZULTATAI

Nutukusios žiurkės labai mėgsta labai skanų maistą

Cafeteria DIO žiurkės labai mėgo saldų pieną (74.4±6.4 g; 241±21 kcal) ir 32% sacharozės tirpalą (31.4±4.1 g; 40±5 kcal) (1A, B pav, F(9,127) = 116.9854, P<0.01). Be to, šie gyvūnai valgė žymiai mažiau Purina chow (5.66 ± 1.02 g), palyginti su laboratoriniais pašarais (54.7 ± 2.3 g; F(1,27) = 419.681, P<0.01). Po 14 savaičių valgyklos dietos žiurkės priaugo 53.7% savo pradinio kūno svorio iki galutinio 444.9±19.0 g svorio. Po to paties laikotarpio žiurkės, maitinamos laboratoriniu maistu, pasiekė galutinį svorį 344.0 ± 10.8 (2A).

Pav 1 

Kavinės dietos komponentų nuostatos nutukusioms žiurkėms. Vidutinis kavinės dietos komponentų suvartojimas gramais (A) ir kcal (B) per du 48 valandų laikotarpius 11 mitybos režimo savaitę rodo, kad pirmenybė teikiama saldaus pieno ir sacharozės tirpalui (vidurkis ± SEM; ...
Pav 2 

Nutukusių žiurkių bazinio, amfetamino ir laboratorinio maisto valgio dopamino kiekis sumažėja. (A) Kavinės DIO žiurkių kūno svoris per 14 savaičių buvo žymiai didesnis nei laboratoriniu maistu šeriamų. ...

Nutukusios žiurkės turi mažai bazinio dopamino ir sumažino amfetamino stimuliuojamo dopamino išsiskyrimą

14 tyrimo savaitę kavinių DIO žiurkėms nustatytas mažesnis ekstraląstelinio dopamino kiekis nucleus accumbens, palyginti su laboratoriniais pašarais maitinamomis žiurkėmis (0.007±0.001 pmols/25 µL mėginio, palyginti su atitinkamai 0.023±0.002 pmol mėginyje; 2B, F(1,19) = 11.205; P<0.01), matuojant pagal in vivo mikrodializė. Nustatyta, kad pradinis dopamino metabolitų, DOPAC ir HVA, lygis buvo žymiai mažesnis kavinėje DIO žiurkėms. Kavinės DIO žiurkių DOPAC lygis buvo 3.13 ± 0.42, palyginti su 8.53 ± 0.56 pmol laboratoriniu maistu šeriamų žiurkių (F(1,10) = 14.727, P<0.01). HVA lygis buvo atitinkamai 1.0±0.28 ir 4.28±0.33 pmol (F(1,20) = 6.931, P<0.05). Nustačius pastovią dopamino pradinę liniją, žiurkėms buvo sušvirkšta 1.5 mg/kg ip amfetamino. Bendras stimuliuojamo dopamino koncentracijos išsiskyrimas buvo mažesnis kavinės DIO žiurkėms, palyginti su laboratoriniais pašarais šertiems gyvūnams.2B, F(9,162) = 2.659, P

Nutukusios žiurkės išskiria dopaminą branduolyje, kai valgo labai skanų maistą, o ne paprastą laboratorinį maistą.

2D pav rodo, kad tarpląstelinio dopamino kiekis kavinėse DIO žiurkėse nepadidėjo, reaguojant į laboratorinio maisto valgį. Gyvūnai per 1.3 min. suvalgė vidutiniškai 0.4±30 g maisto. Tačiau kai šių gyvūnų pogrupis (n=8) po to 30 minučių buvo šeriamas valgyklos dieta, dopamino kiekis padidėjo 19.3 % nuo 0.027±0.003 iki 0.033±0.004 pmol/25 µL mėginio (F(11,187) = 8.757, P<0.05). DOPAC lygis taip pat padidėjo 17.13%±6.14%. Priešingai, dopamino kiekis laboratoriniais pašarais šertų gyvūnų padidėjo 51.10 %±17.31 % (F(7,119) = 3.902, P<0.05) 1 val. po valgio su maistu (gyvūnai suvalgė vidutiniškai 5.7±0.8 g, žymiai daugiau nei DIO gyvūnai; F(1,33) = 26.459, P<0.01). Tačiau mes nesitikime, kad mažesnis DIO gyvūnų maisto suvartojimas yra tiesioginė šių gyvūnų dopamino išsiskyrimo trūkumo priežastis, nes buvo pranešta, kad 0.6 g maisto suvartojimas skatina dopamino išsiskyrimą žiurkių branduolyje (Martel ir Fantino, 1996 m). Be to, kiti tyrimai parodė, kad išskiriamo dopamino kiekio skirtumai nebūtinai yra tiesiogiai susiję su esamo maisto kiekiu, bet gali turėti įtakos ir kiti dirgikliai, tokie kaip gyvūno sotumo lygis, pateikiamo maisto skonis ir naujumas. (Hoebel ir kt., 2007). Kavinės dieta nebuvo iššūkis laboratoriniais pašarais šeriamiems gyvūnams, nes tikimasi, kad tai sukels naujumą poveikį, kuris supainiotų bet kokius palyginimus su kavinės DIO gyvūnais.

Elektra stimuliuojamas dopamino išsiskyrimas susilpnėja ūminėse vainikinėse smegenų gabalėliuose iš dietinių nutukusių žiurkių

3A rodo tipinius amperometrinius pėdsakus iš nucleus accumbens lukštų gabalėlių, esančių normalių ir dietinių nutukusių žiurkių (n= 30 stimuliacijų septyniose pjūviuose ir atitinkamai 24 stimuliacijos penkiose skiltyse). Cafeteria DIO žiurkėms buvo mažesnis elektra sukeltas dopamino išsiskyrimas nei laboratoriniais pašaru šeriamų žiurkių (12 × 106± 4 × 106 prieš 25 × 106± 6 × 106 molekulės; 3B, F(1,52) = 2.1428, P<0.05). Šis sukelto dopamino išsiskyrimo skirtumas atspindi tiek įvykių amplitudės sumažėjimą (5.16±1.10 pA kavinėje esančioms DIO žiurkėms, palyginti su 7.06±0.80 pA laboratoriniais pašarais maitinamoms žiurkėms); 3C, F(1,52) = 2.4472, P<0.05) ir plotis (2.45 ± 0.73 s kavinėje esančioms DIO žiurkėms, palyginti su 4.43 ± 0.70 s laboratoriniu maistu šeriamų žiurkių), 3D pav, F(1,52) = 3.851, P

Pav 3 

Sukeltas dopamino išsiskyrimas iš nucleus accumbens smegenų gabalėliuose (A) Tipiški pėdsakai iš ūminio vainikinio branduolio accumbens griežinėlių, šertų šeriami gyvūnais (viršuje; n= 30 stimuliacijų septyniose griežinėliais) ir kavinės DIO gyvūnai (apačioje; n=24 stimuliacijos ...

Pav 4 rodo, kad tos pačios tendencijos buvo ir nutukusių žiurkių nugaros juostiniuose pjūviuose. Reprezentatyvūs pėdsakai iš laboratorijoje šertų maistu (n= 31 stimuliacija septyniose skiltyse) ir kavinė DIO (n=15 stimuliacijų keturiose skiltyse) grupėse parodytos 4A. Elektra sukeltas dopamino išsiskyrimas iš striatumo buvo 0.8 × 106± 0.1 × 106 kavinėje DIO žiurkės prieš 44×106± 11 × 106 molekulės (4B, F(1,45) = 6.0546, P<0.01) laboratoriniams gyvūnams, šertiems maistu. Tai vėlgi atspindi abiejų įvykių amplitudės sumažėjimą (2.77±0.42 vs. 9.20±1.88 pA; F(1,45) = 7.8468, P<0.01) ir plotis (0.22±0.03 prieš 5.90±0.98 s); F(1,45) = 17.2823, P<=0.01) kavinės DIO grupėje (4C, 4D pav).

Pav 4 

Sukeltas dopamino išsiskyrimas iš nugaros striatum smegenų pjūviuose. (A) Tipiški pėdsakai iš ūmaus vainikinio nugaros striatumo griežinėlių šertų gyvulių (viršuje; n= 31 stimuliacijų septyniose griežinėliais) ir kavinės DIO gyvūnai (apačioje; n=15 stimuliacijų ...

Kalio stimuliuojamas dopamino išsiskyrimas audinių mikropunuose sumažėja nutukusių žiurkių branduolyje ir juostoje.

Ekstraląstelinis dopamino kiekis po KCl stimuliacijos buvo išmatuotas HPLC-EC ir parodytas Pav 5. Ekstraląstelinis dopamino kiekis buvo 0.16 ± 0.08 pmol/mėginys nutukusių gyvūnų mikropunšuose (n= 10 mikroštampų), palyginti su 0.65±0.23 pmol/ėminys kontrolinių gyvūnų mikropunšuose (n=11 mikroperforatorių; 5A; F(1,19) = 4.1911, P<0.01). Ekstraląstelinio dopamino lygis buvo 5.9±1.7 pmol mėginyje, kai buvo nutukę.n= 8 mikrosmūgiai) žiurkėms ir 11.3±1.9 pmol/ėminys toje pačioje vietoje iš kontrolinės (n=11 mikrosmūgių) žiurkės (5B; F(1,17) = 7.5064, P

Pav 5 

Ekstraląstelinis dopamino kiekis iš kalio stimuliuojamų audinių mikroperforacijų. Dopamino kiekis, išsiskiriantis iš (A) branduolio accumbens (n= 11 mikropunšių iš kiekvienos grupės) ir (B) nugaros striatum (n=8 mikrokutai nuo nutukimo ir n= 11 mikrosmūgių iš valdiklių) ...

DISKUSIJA

Šiame tyrime žiurkės priaugo antsvorio valgydamos valgyklą, pirmenybę teikdamos daug angliavandenių turinčiam maistui. Esant antsvoriui, jų branduolyje buvo mažesnis bazinis tarpląstelinis dopamino, taip pat čiau stimuliuojamo ar amfetamino stimuliuojamo dopamino kiekis nucleus accumbens. Atliekant tyrimus, kuriuose naudojami piktnaudžiavimo vaistais, gyvūnai stengsis išlaikyti dopamino kiekį branduolyje virš tam tikro lygio (Wise ir kt., 1995a,b; Ranaldi ir kt., 1999). Šiame tyrime piktnaudžiaujama "medžiaga" yra skanus maistas, todėl mažas ekstraląstelinis dopamino kiekis kūnuose padidina skanaus maisto vartojimą.

Nutukusios žiurkės taip pat parodė susilpnėjusį elektra stimuliuojamo dopamino kiekį smegenų skiltelėse ir kalio stimuliuojamo stimuliuoto dopamino kiekį audinių mikropunuose iš nucleus accumbens ir nugaros striatum. Todėl centrinis presinapsinis dopamino egzocitozės trūkumas yra akivaizdus nutukimo su maistu atveju, nes yra sukeltas dopamino išsiskyrimo slopinimas. in vivo, ūmiose striatalinėse ir sukauptose smegenų gabalėliuose ir nutukusių gyvūnų audinių mikropunšuose. Mes matėme panašų poveikį genetiniame nutukimo polinkio modelyje. Šiame modelyje dopamino sintezės ir egzocitozės reguliatorių, įskaitant tirozino hidroksilazę ir neuronų vezikulinį monoamino transporterį (VMAT2), mRNR ir baltymų ekspresija yra sumažinta nutukimą linkusių gyvūnų ventralinės tegmentinės srities (VTA) dopamino neuronuose.Geiger ir kt., 2008). Kita galima priešsinapsinių pokyčių vieta yra plazmos membranos dopamino reabsorbcijos transporteris DAT. Pjūvio elektrofiziologijos tyrimai leidžia atskirti dopamino išsiskyrimo ir reabsorbcijos kinetikos skirtumus. Smailės pločio skirtumas iš esmės rodo, kad nutukę gyvūnai gali turėti ne tik mažiau išsiskyrimo, bet ir pakartotinio įsisavinimo pokyčių dėl aktyvių DAT transporterių vietų skirtumų plazmos membranoje. Zucker riebaluose (fa/fa) žiurkėms, VTA buvo pranešta apie padidėjusį DAT transporterio mRNR kiekį (Figlewicz ir kt., 1998). Padidėjusio dopamino klirenso galimybė yra suderinama su sumažėjusiu sukeltu dopamino signalu DIO žiurkėms šiame tyrime.

Turėtume atkreipti dėmesį, kad nutukusių gyvūnų amfetamino gebėjimas atpalaiduoti dopaminą nebuvo susilpnėjęs (procentais, palyginti su pradiniu pokyčiu), ir tai gali „susikalbėti“ kartu su mažesniu absoliučiu dopamino lygiu, kad paskatintų nutukusių gyvūnų motyvaciją gauti dopamino išskyrimo dirgiklius. Amfetaminas yra silpna bazė, kuri išstumia dopaminą iš pūslelių į citozolį ir padidina ekstraląstelinio dopamino kiekį per atvirkštinį transportą (Sulzeris ir Rayportas, 1990 m). Esant dideliam dopamino vezikulinių telkinių trūkumui, pavyzdžiui, vezikulinio transporterio VMAT2 trūkumo pelėms, amfetamino injekcija laikinai stimuliuoja naują dopamino sintezę citozolyje (Fon ir kt., 1997 m). Amfetamino sukeltas laikinas citozolinio dopamino padidėjimas gali paaiškinti laikiną accumbens dopamino procentinio pokyčio padidėjimą nutukusiems gyvūnams, palyginti su normalaus svorio gyvūnams, ir gali prisidėti prie nutukusių gyvūnų jautrumo dopamino išsiskyrimo dirgikliams kartu su mažesniu absoliučiu tarpląsteliniu. dopamino kiekis pilvo ertmėje.

Kokie būtų mechanizmai, galintys tarpininkauti nutukusių gyvūnų presinapsiniam dopamino trūkumui ir paskatinti jų mitybos nuostatas? Ryšys tarp pirmenybės maistui ir nucleus accumbens dopamino aiškiai parodomas nutukusių gyvūnų reakcijoje į maistą, bet ne į skanų maistą. Mūsų išvados papildo naujausią darbą, rodantį, kad dopamino D1 tipo receptorių (D1) receptorių agonistas padidino žiurkių pirmenybę labai skaniam maistui.Cooper ir Al-Naser, 2006). Be to, nucleus accumbens dopaminas aktyvuojamas žiurkėms, išmokytoms nevalgyti sacharozės (Avena ir kt., 2008), toliau remia centrinio dopamino dalyvavimą teikiant pirmenybę skaniam maistui, kuriame gausu angliavandenių. Mes parodėme centrinį dopamino trūkumą, apie kurį pranešta šiame tyrime, papildomuose nutukimo modeliuose, įskaitant ob / ob pelė, kuriai trūksta leptino, ir įgimta žiurkė, linkusi į nutukimą (Fulton ir kt., 2006; Geiger ir kt., 2008). Taigi vienas iš galimų signalų, siejančių skanaus maisto vartojimą ir dopamino išsiskyrimą, gali būti leptinas. Žmonėms, turintiems įgimtą leptino trūkumą, pakeitus leptiną, sumažėja jų hiperfagija ir keičiasi jų ventralinio striatumo aktyvacija, atsižvelgiant į skanaus maisto vizualizavimą.Farooqi ir kt., 2007). Taip pat buvo įrodyta, kad žiurkėms leptinas sumažins savaiminį sacharozės vartojimą (Figlewicz ir kt., 2006, 2007). Įrodyta, kad kitos oreksigeninės medžiagos, tokios kaip grelinas ir oreksinas, taip pat yra susijusios su vidurinių smegenų dopamino sistemos aktyvavimu.Rada ir kt., 1998; Helmas ir kt., 2003 m; Abizaid ir kt., 2006; Narita ir kt., 2006). Būtų įdomu toliau tirti, ar nutukusių gyvūnų keitimas į įprastą laboratorinį maistą lėtiniu pagrindu išlaikytų jų pirmenybę skaniam maistui ir su tuo susijusią dopamino reakciją į jį nepriklausomai nuo numatomų leptino, grelino ar oreksino pokyčių ir kitų signalų. susiję su apetito reguliavimu.

IŠVADA

Apibendrinant galima pasakyti, kad šio tyrimo išvados rodo, kad mezolimbinė dopamino sistema vaidina lemiamą vaidmenį teikiant pirmenybę daug energijos turinčioms dietoms, hiperfagijai ir dėl to atsirandančiam dietiniam nutukimui. Nutukusių žiurkių branduolys ir nugaros striatum dopaminerginė neurotransmisija yra slopinami. Gyvūnai gali laikinai atkurti dopamino lygį valgydami labai skanų, daug energijos turintį maistą. Šie rezultatai rodo, kad selektyvus mezolimbinės dopamino sistemos presinapsinių reguliatorių taikymas yra perspektyvus požiūris į dietinį nutukimą.

Padėka

Šį darbą palaikė DK065872 (ENP), F31 DA023760 (BMG, ENP), Smitho šeimos fondo apdovanojimas už kompetenciją biomedicininių tyrimų srityje (ENP) ir P30 NS047243 (Tufts neurologijos tyrimų centras).

Santrumpos

  • aCSF
  • dirbtinis cerebrospinalinis skystis
  • DAT
  • dopamino plazmos membranos pernešėjas
  • DIO
  • dietos sukeltas nutukimas
  • DOPAC
  • dihidroksifenilacto rūgštis
  • HPLC-EC
  • didelio našumo skysčių chromatografija su elektrocheminiu nustatymu
  • HVA
  • homovanilinė rūgštis
  • VMAT2
  • neuronų vezikulinis monoamino transporteris
  • VTA
  • ventralinė tegmentalinė sritis

NUORODOS

  1. Abizaid A, Liu ZW, Andrews ZB, Shanabrough M, Borok E, Elsworth JD, Roth RH, Sleeman MW, Picciotto MR, Tschop MH, Gao XB, Horvath TL. Grelinas moduliuoja vidurinių smegenų dopamino neuronų aktyvumą ir sinaptinį įvesties organizavimą, tuo pačiu skatindamas apetitą. J Clin Invest. 2006;116:3229–3239. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  2. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Cukraus priklausomybės įrodymai: pertrūkių pernelyg didelio cukraus vartojimo elgesio ir neurocheminis poveikis. Neurosci Biobehav Rev. 2008; 32: 20 – 39. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  3. Bradberry CW, Gruen RJ, Berridge CW, Roth RH. Individualūs elgesio matavimų skirtumai: koreliacijos su nucleus accumbens dopaminu, išmatuotos mikrodializės būdu. Pharmacol Biochem Behav. 1991;39:877–882. [PubMed]
  4. Ciolkowski EL, Maness KM, Cahill PS, Wightman RM, Evans DH, Fosset B, Amatore C. Disproporcija katecholaminų elektrooksidacijos metu anglies pluošto mikroelektroduose. Anal Chem. 1994;66:3611–3617.
  5. Cooper SJ, Al-Naser HA. Dopaminerginė maisto pasirinkimo kontrolė: kontrastingas SKF 38,393 2006 ir chinpirolio poveikis žiurkėms teikiant pirmenybę didelio skonio maistui. Neurofarmakologija. 50;953:963–XNUMX. [PubMed]
  6. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptinas reguliuoja striatų regionus ir žmogaus mitybos elgesį. Mokslas. 2007: 317: 1355. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  7. Figlewiczius DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Intraventrikulinis insulinas ir leptinas sumažina sacharozės įsisavinimą žiurkėms. Fizinis elgesys. 2006;89:611–616. [PubMed]
  8. Figlewicz DP, MacDonald Naleid A, Sipols AJ. Maisto atlygio moduliavimas adiposity signalais. Physiol Behav. 2007: 91: 473 – 478. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  9. Figlewicz DP, Patterson TA, Johnson LB, Zavosh A, Israel PA, Szot P. Dopamino transporterio mRNR padaugėja Zucker riebalų (fa/fa) žiurkių CNS. Brain Res Bull. 1998;46:199–202. [PubMed]
  10. Fon EA, Pothos EN, Sun BC, Killeen N, Sulzer D, Edwards RH. Vezikulinis transportavimas reguliuoja monoamino saugojimą ir išsiskyrimą, bet nėra būtinas amfetamino veikimui. Neuronas. 1997;19:1271–1283. [PubMed]
  11. Fulton S, Pissios P, Manchon RP, Stiles L, Frank L, Pothos EN, Maratos-Flier E, Flier JS. Mesoaccumbens dopamino kelio leptino reguliavimas. Neuronas. 2006;51:811–822. [PubMed]
  12. Geigeris BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG, Pothos EN. Įrodymai dėl defektinės mezolimbinės dopamino egzocitozės žiurkėms, linkusioms į nutukimą. FASEB J. 2008;22:2740–2746. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  13. Helm KA, Rada P, Hoebel BG. Cholecistokininas kartu su serotoninu pagumburyje riboja accumbens dopamino išsiskyrimą ir padidina acetilcholiną: galimas sotumo mechanizmas. Brain Res. 2003; 963: 290–297. [PubMed]
  14. Hernandezas L, Hoebel BG. Maitinimas ir pagumburio stimuliacija padidina dopamino apykaitą kūne. Fizinis elgesys. 1988;44:599–606. [PubMed]
  15. Hernandezas L, Stanley BG, Hoebel BG. Mažas išimamas mikrodializės zondas. Gyvenimas Sci. 1986;39:2629–2637. [PubMed]
  16. Hoebel BG, Avena NM, Rada P. Accumbens dopamino ir acetilcholino pusiausvyra. Curr Opin Pharmacol. 2007: 7: 617 – 627. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
  17. Kelley AE, Berridge KC. Gamtinių pranašumų neurologija: aktualumas priklausomybę sukeliantiems vaistams. J Neurosci. 2002: 22: 3306 – 3311. [PubMed]
  18. Martel P, Fantino M. Suvalgyto maisto kiekio įtaka mezolimbinės dopaminerginės sistemos veiklai: mikrodializės tyrimas. Pharmacol Biochem Behav. 1996;55:297–302. [PubMed]
  19. Mogenson GJ, Wu M. Neurofarmakologiniai ir elektrofiziologiniai įrodymai, susiję su mezolimbine dopamino sistema maitinimo atsakais, kuriuos sukelia elektrinė vidurinio priekinio smegenų pluošto stimuliacija. Brain Res. 1982;253:243–251. [PubMed]
  20. Narita M, Nagumo Y, Hashimoto S, Narita M, Khotib J, Miyatake M, Sakurai T, Yanagisawa M, Nakamachi T, Shioda S, Suzuki T. Tiesioginis oreksinerginių sistemų dalyvavimas mezolimbinės dopamino kelio aktyvavime ir su juo susijęs elgesys pagal morfiną. J Neurosci. 2006: 26: 398 – 405. [PubMed]
  21. Paxinos G, Watson C. Žiurkės smegenys stereotaksinėmis koordinatėmis. Amsterdamas: Academic Press; 2007 m.
  22. Rada P, Mark GP, Hoebel BG. Galaninas pagumburyje padidina dopaminą ir sumažina acetilcholino išsiskyrimą nucleus accumbens: galimas pagumburio maitinimosi inicijavimo mechanizmas. Brain Res. 1998;798:1–6. [PubMed]
  23. Radhakishun FS, van-Ree JM, Westerink BH. Suplanuotas valgymas padidina dopamino išsiskyrimą maisto netekusių žiurkių branduoliuose, įvertinus internetinę smegenų dializę. Neurosci Lett. 1988;85:351–356. [PubMed]
  24. Ranaldi R, Pocock D, Zereik R, Wise RA. Dopamino svyravimai branduolyje accumbens palaikymo, išnykimo ir intraveninės D-amfetamino savarankiško vartojimo atkūrimo metu. J Neurosci. 1999: 19: 4102 – 4109. [PubMed]
  25. Salamone JD, Steinpreis RE, McCullough LD, Smith P, Grebel D, Mahan K. Haloperidolio ir nucleus accumbens dopamino išeikvojimas slopina svirties spaudimą maistui, bet padidina nemokamo maisto suvartojimą naujo maisto pasirinkimo procedūroje. Psichofarmakologija. 1991;104:515–521. [PubMed]
  26. Sclafani A, Springer D. Suaugusių žiurkių dietinis nutukimas: panašumai į pagumburio ir žmogaus nutukimo sindromus. Fizinis elgesys. 1976;17:461–471. [PubMed]
  27. Sulzer D, Rayport S. Amfetaminas ir kiti psichostimuliatoriai sumažina pH gradientus vidurio smegenų dopaminerginiuose neuronuose ir chromafino granulėse: veikimo mechanizmas. Neuronas. 1990;5:797–808. [PubMed]
  28. Wise RA, Leone P, Rivest R, Leeb K. Nucleus accumbens dopamino and DOPAC lygių padidėjimas intraveninio heroino vartojimo metu. Sinapsė. 1995a;21:140–148. [PubMed]
  29. Wise RA, Newton P, Leeb K, Burnette B, Pocock D, Justice JB., Jr Nucleus accumbens dopamino koncentracijos svyravimai žiurkėms skiriant kokainą į veną. Psichofarmakologija (Berlis), 1995b;120:10–20. [PubMed]