Nutukimas (sidabro pavasaris). Autoriaus rankraštis; galima rasti „PMC 2014 Jun 1“.
Paskelbta galutine redaguota forma:
Nutukimas (sidabro pavasaris). 2013 gruodis; 21 (12): 2513 – 2521.
Paskelbta internete 2013 Gegužė 29. doi: 10.1002 / oby.20374
PMCID: PMC3700634
NIHMSID: NIHMS435903
Abstraktus
Tikslas
Norint patikrinti, ar didelio riebalų kiekis (HFD) mažina dopaminerginį toną smegenų atlyginimų regionuose, ir įvertinti, ar šie pokyčiai atsilieka po HFD pašalinimo.
Dizainas ir metodai
Vyriškos ir moteriškos pelės 60 savaitėms buvo šeriamos 12% HFD. Papildoma grupė buvo vertinama 4 savaitės po HFD pašalinimo. Šios grupės buvo lyginamos su kontroliuojamomis, su amžiumi suderintomis kontrolėmis. Sacharozė ir sacharino pirmenybė buvo matuojama kartu su dopamino susijusių genų mRNR ekspresija RT-qPCR. Dopamino ir DOPAC buvo išmatuoti naudojant didelio efektyvumo skysčių chromatografiją. DAT promotoriaus DNR metilinimas buvo matuojamas metilinto DNR imunoprecipitacija ir RT-qPCR.
rezultatai
Po lėtinio HFD sumažėjo sacharozės pirmenybė, o po to pašalinus HFD normalizuota. Buvo pastebėta sumažėjusi dopamino genų ekspresija, sumažėjęs dopamino kiekis ir DAT promotoriaus metilinimo pokyčiai. Svarbu tai, kad atsakas į HFD ir pokyčių atkaklumas priklausė nuo lyties ir smegenų regiono.
Išvados
Šie duomenys rodo, kad po ankstyvojo gyvenimo lėtinės HFD sumažėjo dopamino tonas ir sudėtingas apsisukimo ir atkaklumo modelis, kuris skiriasi priklausomai nuo lyties ir smegenų regiono. CNS pokyčiai, kurie nepasikeitė po HFD pasitraukimo, gali prisidėti prie svorio netekimo po dietos palaikymo.
Įvadas
Pernelyg plačiai paplitęs, kalorijų tankus skanus maistas yra laikomas pagrindiniu veiksniu, kuris prisideda prie didelio nutukimo JAV mastu (1). Kadangi skanūs maisto produktai dažnai suvartojami po to, kai įvykdomi energijos poreikiai, skanių maisto produktų naudingosios savybės gali viršyti homeostatinius sotumo signalus. Daugelis neurotransmiterių vaidina vaidmenį šėrimo elgsenoje (pvz., Opioidai, dopaminas, GABA, serotoninas), taip pat periferinių maistinių medžiagų signalų integravimas (pvz., Leptinas, insulinas, grelinas). Dopamino signalizacija yra pagrindinė tarpininkė tiek už atlygį už maistą, tiek už atlygį, nes dopaminas mezolimbiniame / mezokortikiniame regione yra susijęs su maisto, lyties ir priklausomybės narkotikų naudingomis savybėmis (2). Akivaizdu, kad skanus maistas sukelia dopamino išsiskyrimą centrinėje atlyginimų sistemoje (3,4). Lėtai vartojant naudingą maistą, padidėjęs dopamino išsiskyrimas per tam tikrą laiką gali sukelti adaptacijas, susijusias su atlygio hipo funkcija.
Kelios įrodymų eilutės patvirtina hipotezę, kad nutukimo metu yra pakeista dopamino funkcija. Žmogaus vaizdavimo tyrimai parodė, kad nutukusių pacientų atokiuose regionuose aktyvus aktyvumas, o geriamojo tirpalo (milkshake) gėrimas5). Atvirkštinis atlygio atsakas buvo susijęs su mažiau galvos smegenų dopamino receptorių D2. Tiesą sakant, žmogaus dopamino D2 receptorių mutacijos susijusios su nutukimu ir priklausomybe (6). Dopamino kiekį sinapse daugiausia kontroliuoja dopamino transporteris (DAT). Dopamino transporterio lygiai neigiamai koreliuoja su kūno masės indeksu, o DAT genetiniai variantai taip pat susiję su nutukimu (7,8). Gyvūnų nutukimo modeliai parodė, kad sumažėja bazinis ekstraląstelinis dopaminas ir sumažėja dopamino neurotransmisija branduolio accumbens ir ventralinio tegmentalio srityje.9,10,11). Su dopamino vartojimu susijusių genų sumažėjimas po lėtinio didelio riebalų (HF) dietos rodo sumažėjusį signalizavimą atlygio regionuose (12, 13,14,15). Šis dopamino aktyvumo sumažėjimas po lėtinio didelio riebalų kiekio gali sumažinti jautrumą natūraliai naudai ir palengvinti tolesnį vartojimą ir tolesnį svorio padidėjimą.
Ankstyvasis gyvenimas yra kritinis smegenų vystymosi laikotarpis, o ankstyvoji mitybos aplinka gali paveikti smegenų takus, kontroliuojančius maistą ir energijos apykaitą. Ankstyvas pelių patekimas į didelį riebalų kiekį turinčio maistinio kiekio tik vieną savaitę pakito suaugusiųjų kalorijų kiekio ir su dopamino susijusių signalizacijos molekulių ekspresija (16). Be to, ankstyvas postnatalinis per mitybą pelėse, kurį lemia mažas pakratų skaičius per visą laktaciją, lemia palikuonių nutukimą suaugusiesiems, keičiant hipotalaminį vystymąsi (17). Nors akivaizdu, kad ankstyvoji mityba gali paveikti smegenų vystymąsi ir nutukimo riziką, mažai žinoma apie santykinį šių pokyčių nuolatinį gyvenimą. Be to, ankstesni tyrimai buvo atlikti su vyrais, bet moterys retai tiriamos. Šiems tikslams buvo ištirtos ir vyrų, ir moterų pelės, ištyrus geno ekspresijos ir dopamino metabolizmo pokyčius, kai jie buvo nutukę ankstyvajame gyvenime, nuolat vartojant HF dietą nuo gimimo iki 8 savaitės. Dopamino sistema taip pat buvo vertinama 4 savaitės po HF dietos pašalinimo, siekiant ištirti, ar pokyčiai išliko ar pakito.
Metodai ir procedūros
Gyvūnai ir eksperimentinis modelis
C57BL / 6J patelės buvo auginamos su DBA / 2J vyrais (The Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME). Visi užtvankos buvo maitinamos standartine kontroline mityba (#5755; 18.5% baltymai, 12% riebalai, 69.5% angliavandeniai) iki gimdymo, kai pusė užtvankų / lizdų buvo dedami ant didelio riebalų dietos (Test Diet, Richmond, IN #58G9; 18% baltymų, 60% riebalų ir 20.5% angliavandenių). Palikuonys buvo nujunkyti 3 savaitės amžiaus ir liko arba kontrolinėje, arba riebioje dietoje iki 12 savaitės. Kūno svoriai buvo užregistruoti kas savaitę, ir buvo naudojamos abiejų patinų (n = 5 – 10) ir moterų (n = 5 – 10) pelės. Pensilvanijos universiteto institucinis gyvūnų priežiūros ir naudojimo komitetas (IACUC) patvirtino visas procedūras.
Sacharozė ir sacharino pirmenybė
Atskiruose eksperimentuose pelės buvo atskirai laikomos (n = 8 – 10 / grupė) standartiniuose narveliuose 3 dienoms su vienu buteliu 200 ml tirpalo (4% sacharozės arba 1% sacharino tirpalo (w / v)) ir kitą buteliukas su 200 ml vandentiekio vandens. Galima įsigyti namą ad libitum. Išmatuota sacharozė (ml), vanduo (ml) ir maisto vartojimas (g), o butelių išdėstymas buvo pakeistas kasdien. Pirmenybė apskaičiuota naudojant paskutinių 2 dienų matavimų vidurkį taip: pirmenybė% = [(sacharozės suvartojimas / sacharozė + vandens suvartojimas) × 100].
Genominė DNR ir bendra RNR izoliacija nuo smegenų
Gyvūnai (n = 5 / grupė) buvo eutanizuoti su anglies dioksido perdozavimu, o po to - kaklo dislokacija; Amerikos veterinarijos medicinos asociacijos eutanazijos grupės rekomenduojamas metodas. Po to smegenys buvo greitai pašalintos ir įdėtos į RNAlater (Ambion, Austin, TX) 4 – 6 valandas prieš išpjaustymą. Smegenų skaidymas, skirtas išskirti prefrontalinę žievę, branduolį ir ventralinį tegmentalinį plotą, buvo iš anksto paruoštas, kaip aprašyta anksčiau (18,19, 20). Genominė DNR ir bendra RNR buvo izoliuotos vienu metu, naudojant AllPrep DNR / RNA Mini Kit (Qiagen).
Genų ekspresijos analizė kiekybine realaus laiko PCR
Kiekvienam atskiram mėginiui visuotinės RNR 500ng buvo naudojamas atvirkštinėje transkripcijoje naudojant didelės talpos atvirkštinės transkripcijos rinkinį (ABI, Foster City, CA). Tikslinių genų ekspresija buvo nustatyta kiekybine RT-PCR, naudojant geno specifinius Taqman Probes su Taqman geno ekspresija Master Mix (ABI) ABI7900HT Real-Time PCR Cycler. Genų zondai yra išvardyti papildoma medžiaga. Santykinis kiekvieno transkripto kiekis buvo nustatytas naudojant delta CT reikšmes, kaip aprašyta anksčiau (21). Genų ekspresijos pokyčiai buvo apskaičiuoti pagal nepakeistą GAPDH standartą.
Ex vivo dopamino ir dopamino metabolitai
Dopamino ir jo metabolitų kiekio smegenų mesolimbinėje srityje (n = 8 – 12) matuoti buvo naudojamas aukšto efektyvumo skysčių chromatografija (HPLC), kaip aprašyta anksčiau (22,18). Smegenys buvo renkamos iš gyvūnų ir nukaldytos į dešinę ir kairiąją pusrutulį. NAc ir PFC buvo išpjauti ir greitai užšaldyti sausu ledu ir laikyti -80 ° C temperatūroje. Audinys paruoštas analizei homogenizuojant 0.1 N perchloro rūgštyje, centrifuguotas 15,000 rpm 15 min., Esant 2-8 ° C, ir supernatantas filtruojamas. Mėginiai buvo analizuojami „Bioanalytical Systems HPLC“ (West Lafayette, IN, USA) naudojant LC-4C elektrocheminį detektorių. Mėginiai (12 ul) buvo įšvirkščiami į atvirkštinės fazės mikroboros kolonėlę, esant 0.6 ml / min srautui, ir elektrodetekcijai nustatyta + 0.6 V. Dopamino ir dopamino metabolitų atskyrimas buvo atliktas mobilia faze, susidedančia iš 90-mM natrio acetato, 35-mM citrinų rūgštis, 0.34-mM etilendiamino tetraacto rūgštis, 1.2-mM natrio oktilo sulfatas ir 15% metanolis v / v, esant 4.2 pH. Matuojami didžiausi mėginių aukščiai ir lyginami su dopamino ir jo metabolito 3,4-dihidroksifenilacto rūgšties (DOPAC) standartais.
Metilintas DNR imunoprecipitacijos (MeDIP) tyrimas
MeDIP tyrimas buvo atliktas naudojant MagMeDIP rinkinį (Diagenode, Denville, NJ). Metilinta DNR buvo imunizuota, naudojant 0.15ul magnetinius karoliukus, padengtus anti-5-metilcitidino antikūnu (Diagenode) arba pelės pre-imuniniu serumu. MeDIP frakcijos sodrinimas buvo nustatytas kiekybiniu RT-PCR metodu, naudojant ChIP-qPCR testo pagrindinį mišinį (SuperArray) ABI7900HT Real-Time Cycler. Visiems ištirtiems genams buvo gauti pradmenys iš SuperArray (ChIP-qPCR tyrimų (-01) kb plytelių, SuperArray) genominių regionų amplifikacijai, apimančiai CpG vietas, esančias maždaug 300 – 500 bp prieš transkripcijos pradžios vietas. MeDIP rezultatai buvo išreikšti kaip imunopretipituotos DNR koncentracijos padidėjimas kiekvienoje vietoje. Skaičiuojant diferencinį užimtumo pokytį (% praturtinimas), MeDIP DNR frakcijos CT reikšmės buvo normalizuotos pagal Input DNA frakcijos CT reikšmes.
Statistika
Genų ekspresijos analizė atlikta naudojant Student T-testą, lyginant senus suderintus kontrolinius duomenis su HF ir HF + atkūrimo grupėmis. Alfa lygis buvo pakoreguotas pagal kelis tiriamus smegenų regionus. Viename smegenų regione naudojamo geno reikšmė buvo p = .05; dviem regionams, p = 0.025, 3 smegenų regionams p = .016. Sacharozės pirmenybė, sacharino pirmenybė, HPLC ir MEDIP, kūno svoris ir kortikosterono tyrimas analizuojami naudojant vienpusį ANOVA, kad būtų lyginamos kontrolinės, HF ir HF + regeneravimo grupės. Palyginus porų skirtumus tarp grupių, buvo naudojami post-hoc Bonferonni lyginamieji testai. Šių bandymų reikšmė buvo nustatyta alfa lygiu p = .05.
rezultatai
Pelės iki 60 savaičių amžiaus turėjo nuolatinę kontrolinę dietą (kontrolinę) arba 12% riebalų turinčią dietą (HFD). 12 savaičių amžiaus pusė HF šeriamų gyvūnų 4 savaitėms buvo dedama ant naminio namelio (HF + sveikimas). Vyrų ir moterų HFD gyvūnai (apskritimai) buvo sunkesni nei kontroliniai, pradedant nuo 9 savaičių amžiaus (p <05) ir išliko sunkesni nei kontroliniai pacientai per visą atsigavimo laikotarpį (Papildomas 1 pav).
Sacharozės ir sacharino pirmenybės testai buvo atlikti siekiant įvertinti gyvūnų atsaką į natūralius ir nuntutritinius atlyginimų stimulus. Sacharozės pirmenybė, bet ne sacharino pirmenybė, buvo pakeista po HF dietos poveikio ir po HFD atsinaujinimo vyrams ir moterims grįžo į normalų lygį. Vienpusis ANOVA atskleidė sacharozės pasirinkimą vyrams (1A) ir nukreipta į moterų sumažėjimą (1B) po HFD ekspozicijos (F (2,16) = 4.82, p <05; F (2,16) = 5.41, p <06, atitinkamai). Pašalinus HFD, šis elgesys normalizavosi, o sacharozės pirmenybė nebesiskyrė nuo kontrolinės. Sacharino pasirinkimas nebuvo pakeistas nei viename iš vyrų (1C) arba moterims (1D pav) dėl HFD poveikio.
Kadangi dopaminas yra pagrindinis atlygio elgesio reguliatorius, dopamino genų ekspresija buvo tiriama atskiros vyrų ir moterų kohortos grandinėje po 12 savaičių HFD ir papildomoje grupėje po 4 savaičių atsigavimo nuo HFD. Lentelė 1 apibendrina genų ekspresijos modelius ir statistinę analizę VTA, PFC ir NAc. VTA buvo išmatuoti trys genai, svarbūs reguliuojant dopamino koncentraciją sinaptiniuose terminaluose: katecholamino metil-transferazė (COMT), dalyvaujanti inaktyvuojant katecholamino neurotransmiterius; dopamino transporteris (DAT), membraninis spindulinis siurblys, išvalantis dopamino iš sinapso, ir tirozino hidroksilazė (TH), greičio ribojantis fermentas dopamino sintezei. Kiekvienos grupės sulyginimo reikšmės buvo nustatytos naudojant pagyvenusius suderintus valdiklius (pvz., Abu valdymo laiko taškai nustatomi į 1, o aiškumo labui grafike pavaizduota tik HFD kontrolė). Studentų t-testas (n = 5 / grupė), nustatytas vyrų VTA, kad HFD ekspozicija reikšmingai sumažino COMT, DAT ir TH mRNR (2A pav) ir grįžo į kontrolinius lygius arba juos viršijo po dietos atkūrimo laikotarpio (HF + regeneravimas).
PFC ir NAC buvo ištirti genai, svarbūs dopamino signalizacijai ir dopamino apyvartai (n = 5 / grupė): COMT; baltymų fosfatazės 1 reguliavimo subvienetas 1B (DARPP-32), žemutinio signalo baltymas, reguliuojamas receptoriaus stimuliacija; dopamino receptorius D1 (DRD1), postsinaptinis G baltymų sujungtas receptorius, stimuliuojantis adenililo ciklazę; ir dopamino receptorių D2 (DRD2), postsinaptinis G baltymų sujungtas receptorius, slopinantis adenililo ciklazę. Vyrų PFC (2B), DARPP-32 buvo padidintas, o DRD1 ir DRD2 sumažėjo po HFD poveikio, ir šie pokyčiai išliko po HFD pašalinimo (nors DARPP-32 mRNR padidėjimas nebuvo statistiškai patikimas). Vyrų NAC (2C), COMT, DRD1 ir DRD2 sumažėjo HFD ekspozicija ir, pašalinus HFD, išliko žemiau kontrolinio lygio. HFD padidino DARPP-32 koncentraciją, tačiau reikšmingai sumažėjo nuo kontrolinių tyrimų po 4 savaitės nuo HFD.
Tos pačios smegenų sritys ir genai buvo tiriami pelių pelėse (n = 5 / grupė). Kaip parodyta Lentelė 2reaguojant į HFD, taip pat dėl dietos atkūrimo buvo pastebėti reikšmingi genų ekspresijos modelio skirtumai. Panašiai kaip ir vyrams, VTA, kai HFD ekspozicija buvo reikšmingai sumažinta, COMT ir THR mRNR koncentracija sumažėjo.2D pav). Tačiau, skirtingai nei vyrai, šie pokyčiai išliko po to, kai buvo pašalinta HFD. Be to, HFD ekspozicija tiesiogiai prieštarauja vyrams stebėtam modeliui padidino DAT mRNR ekspresiją VTA moterims, o pašalinus HFD, buvo netgi mažesni nei su amžiumi suderinta kontrolė. PFC lėtinė HFD paveikė tik DARPP-32, o po 12 savaitės HFD reikšmingai padidėjo mRNR kiekis ir grįžus į kontrolinius lygius po HFD pašalinimo. Abiejų COMT ir D1R mRNR reikšmingai sumažėjo po 4 savaičių nuo HFD. Moterims NAC, COMT, DRD1 ir DRD2 po HFD poveikio sumažėjo.2F). Po dietos pašalinimo DRD1 ir DRD2 atsigavo iki kontrolinio lygio, o po 4wk atsigavimo COMT išliko reikšmingai sumažėjęs.
Atsižvelgiant į nuolatinį dopamino reguliuojančių genų ekspresijos sumažėjimą VTA, dopamino ir dopamino metabolitai buvo kiekybiškai įvertinti regionuose, kurie gauna projekcijas iš VTA, PFC ir NAC. 3 pav rodo, kad PFC ir NAC yra dopamino (DA) ir dopamino metabolito (DOPAC) vyrams (\ t3A, 3C) ir moterys (3B, 3D). Vyrams HFD poveikis sumažino dopamino kiekį PFC (\ t3A) ir NAC (3C pav) (F (2,13) = 3.95; F (2,18) = 3.536, p <05), kuris atsigavo po HFD pašalinimo tik NAC. Dopamino apyvarta (DOPAC: DA santykis) padidėjo vyrų PFC (F (2,12) = 3.85, p <05) ir NAC (F (2,17) = 4.69, p <05). Priešingai, HFD poveikis DA ir DOPAC patelėms buvo kokybiškai kitoks nei vyrų. PFC metu HFD neturėjo įtakos DA ar DOPAC lygiams. NAc atveju DA lygis sumažėjo HFD šeriamų gyvūnų ir išliko sumažėjęs net pašalinus HFD (3D pav, F (2,23) = 4.79, p <05). Moterų NAc DOPAC lygis nepakito, todėl padidėjo DA apyvarta (DOPAC: DA santykis) (F (2,23) = 7.00, p <01).
Atsižvelgiant į tai, kad DAT transkripciją galima reguliuoti diferencine DNR metilacija ir stebint pastebimą lytinį skirtumą DAT ekspresijoje VTA, buvo tiriamas DNR metilinimas DAT promotoriaus regione. Į 4A, 4C pav DAT geno ekspresija VTA dar kartą pateikiama aiškumo sumetimais 2A ir 2D). DAT promotoriaus metilinimas žymiai padidėjo vyrams (4B) po HFD ir grįžo į kontrolinį lygį HFD + atsigavusiems vyrams (F (2,11) = 23.64, p <01). Moterims DAT promotoriaus metilinimas linko į HFD gyvūnų sumažėjimą (D) ir buvo žymiai sumažėjęs HFD + atsigavusių moterų (5D pav., F (2,12) = 5.70, p <05).
Norint įvertinti, ar HFD šalinimas atkūrimo laikotarpiu buvo stresą sukeliantis veiksnys, pradinė kortikosterono koncentracija plazmoje (ug / dl) buvo imta kontroliuojant, HFD ekspozicijoje (12 savaitės), HFD + 1wk atkūrimo ir HFD + 4wk atkūrimo grupėse (n = 5 / grupė, Papildomas pav. 2). Vieno krypties ANOVA atskleidė reikšmingų skirtumų tarp grupių vyrams (F (3,16) = 3.21, ns).
Diskusija
Norint nustatyti mitybos sukeltą nutukimą pelėms, buvo naudojamas lėtinis daug riebalų turinčio dietos (HFD) vartojimas pradžioje. Pelėms rodomas sumažėjęs sacharozės pranašumas ir sumažėjęs dopaminerginis tonas smegenų atlyginimų regionuose. Po 4 savaitės nuo HFD sacharozės pirmenybė normalizuota tiek vyrams, tiek moterims, tačiau kai kurie dopamino genų ekspresijos pokyčiai išliko. Šie eksperimentai pateikia svarbius naujus duomenis, apibūdinančius lėtinio HFD poveikį smegenų atlygio sistemai, pabrėžiant gebėjimą atsigauti ir pagrindinius lyties skirtumus tarp vyrų ir moterų pelių.
ŽIV užsikrėtusiems gyvūnams pastebėtas sumažėjęs sacharozės poreikis, kuris po atsigavimo laikotarpio pakilo. Šios išvados pratęsia mūsų ankstesnę HFD suvartojimo ataskaitą, dėl kurios sumažėja sacharozės kiekis (23) parodydama, kad tai gali įvykti, kai HFD ekspozicija yra trumpesnė (12 savaitės, palyginti su 22 savaitėmis), ir svarbiausia, kad reakcija atsigautų be HFD. Moteriškos pelės parodė tuos pačius reakcijos modelius kaip vyrai. Šie duomenys sutampa su kitais literatūros šaltiniais, kurie parodė, kad įtraukiant porą šeriamos grupės, kad lėtinis HFD, o ne nutukimas per se, silpnina sacharozės reakciją operantinėje užduotyje (24). Panašiai, dabartiniame tyrime, po 4 savaičių atsinaujinęs sacharozės pirmenybė, nors kūno svoris išliko žymiai padidėjęs, patvirtinantis išvadą, kad sumažėjusios sacharozės pirmenybės priežastys buvo HFD ekspozicija, o ne kūno svorio padidėjimas. Ypač įdomu, kad sacharino pirmenybė nepasikeitė. Tai gali reikšti, kad lėtinis HFD skirtingai veikia atsaką į kalorijų ir kalorijų neturinčius saldumus. Įrodyta, kad po inkstų sukeliamas poveikis turi įtakos pirmenybei nepriklausomai nuo skonio, nes nustatyta, kad sacharozės vartojimas sukelia dopamino išsiskyrimą „saldaus aklo“ skonio receptorių išjungimo pelėse (25), maistinė vertė reikalinga už atlygį ir \ t26) ir skonio nepriklausomi metaboliniai jutimo būdai buvo apibrėžti drosofiloje (27). Sacharinas yra žymiai saldesnis už sacharozę, todėl buvo stengiamasi nustatyti saldumo lygiavertiškumą (paprastai 4 – 10x didesnė sacharozės koncentracija (26)) vis dėlto bendras sacharino pirmenybė buvo mažesnė nei sacharozės. Todėl alternatyvus paaiškinimas gali būti tas, kad HFD skirtingai paveikė sacharozės pasirinkimą, nes ji buvo palyginti naudingesnė už sachariną (didelės ir mažos vertės atlygis), nors gyvūnai vis dar buvo linkę sacharino pirmenybei (~ 75 – 80% sacharino, palyginti su sacharinu, palyginti su iki ~ 85 – 90% pirmenybės sacharozei).
Apskritai, dopaminerginio geno ekspresija VTA, NAc ir PFC buvo sumažėjusi vyrų pelėms po lėtinės HFD. Šie duomenys atitinka kitus tyrimus, kuriuose nustatyta, kad dopamino susijusių genų kiekio sumažėjimas reaguoja į HFD (\ t12,13,15). Dopamino D2 receptorių ekspresijos ir funkcijos sumažėjimas buvo stebėtas žmogaus tyrimų metu.5, 28) ir graužikų nutukimo modeliai (\ t14, 29). Sumažėjęs dopamino signalizavimas sumažina jautrumą natūraliai naudai ir todėl gali palengvinti skoningų maisto produktų pernelyg didelį vartojimą ir tolesnį svorio padidėjimą (30,31). Be to, žinoma, kad sutrikusi dopamino homeostazė, sumažėjusi DAT paviršiaus ekspresija, didina didelio riebalų kiekio dietą (32). Šiam modeliui buvo taikoma išimtis DARPP-32, dopamino ir ciklinio AMP reguliuojamo fosfoproteino, kuris po HFD padidėjo NAc ir PFC. DARPP-32 vaidina pagrindinį vaidmenį integruojant įvairius biocheminius ir elgsenos atsakus, kontroliuojamus dopamino. Gali būti, kad DARPP-32 reguliavimas buvo kompensacinis atsakas į lėtinį D1R reguliavimą. Panašiame modelyje (12 wk HFD pelėse) buvo įrodyta, kad D1R reguliavimas buvo suderintas su DARPP-32 fosforilinimo padidėjimu NAc (33).
Keletas tyrimų išnagrinėjo gebėjimą susigrąžinti šiuos pokyčius po to, kai buvo pašalinta ŠVD. Tačiau dviejuose naujuose pranešimuose po trumpo pasitraukimo laikotarpio išliko genų ekspresijos pokyčiai ir atlygio sistemos defektai (14 – 18d).13, 14). Priešingai, tyrimai su nutukusiais pacientais prieš ir po skrandžio šuntavimo operacijos parodė dopaminerginių pokyčių pasikeitimą po ilgesnio svorio kritimo (34). Vyrams atsigavimo modelis buvo skirtingas pagal smegenų regioną. VTA pastebėtas sumažėjęs COMT, DAT ir TH buvo normalizuotas pašalinus HFD. Priešingai, visi geno ekspresijos pokyčiai, pastebėti NAc ir PFC, normalizavosi. Dabartiniame tyrime lėtinis HFD sukėlė didelį svorio padidėjimą ir po 4 savaitės nuo dietos, gyvūnai vis dar buvo daug sunkesni už kontrolinius. Todėl vėlesni metaboliniai ir hormoniniai pokyčiai, susiję su nutukimu (pvz., Padidėjęs leptinas, padidėjęs adipokinų kiekis), greičiausiai vis tiek pasireiškė 4 savaitėmis nuo dietos. Todėl genų ekspresijos pokyčiai, normalizavę (pvz., VTA), galėjo būti pirmiausia paskatinti HFD, o palaikomi (NAc ir PFC) gali būti labiau susieti su nutukimu. Svorio netekimas palaikant mitybą būdingas mažai (su 67% (35) į 80% (36) pacientų, kurie atgavo prarastą svorį). Šis geno ekspresijos pokyčių atlyginimų regionuose išlikimas gali būti svarbus iš dalies paaiškinant šį bendrą reiškinį. Taip pat svarbu pažymėti, kad stebimi elgesio ir genų ekspresijos pokyčiai greičiausiai nebus susiję su streso, susijusio su mitybos pokyčiais, nes HFD ar 1wk ar 4wk regeneravimo metu reikšmingų bazinės plazmos kortikosterono koncentracijos pokyčių nebuvo.
Įdomūs lyties skirtumai buvo atskleisti tiek atsakant į lėtinę HFD, tiek atsakant į dietos pašalinimą. Moterys buvo panašios į vyriškus, nes iš esmės sumažėjo su dopamino susijusių genų, kurie prognozavo DA aktyvumo sumažėjimą, ypač VTA ir NAc. Svarbus lyties skirtumas buvo DAT mRNR ekspresijos padidėjimas moterų VTA po HFD. Šis genų ekspresijos skirtumas, panašus į panašius TH geno ekspresijos sumažėjimus abiejose lytėse, rodo, kad NAF turi didelių dopamino neurotransmisijos skirtumų tiek HFD poveikio pabaigoje, tiek po atkūrimo laikotarpio. Didesnis šių skirtumų funkcinės reikšmės įvertinimas yra svarbus būsimų mokslinių tyrimų dėmesys.
Be to, nors vyriškos VTA sumažėjo COMT ir TH sumažėjimas, šie sumažėjimai moterims išliko po 4 savaitės nuo HFD. Tačiau dar reikia išsiaiškinti, ar šie skirtumai pakenktų ilgesniam laikui nuo dietos, tačiau pritaria išvadai, kad moterys atsigauna bent jau lėčiau, jei jos atsigaus. Be to, D1R ir D2R geno ekspresijos pokyčiai NAc ir PFC buvo skirtingi tarp vyrų ir moterų. Vyrams genų ekspresija iš esmės sumažėjo abiejuose regionuose, kurie iš esmės išliko po dietos pašalinimo. Moterims DKNUMXR ir D1R buvo sumažėję NAc ir tada atsigavo, tačiau HFD poveikis PFC dopamino receptoriams nebuvo. Dabartiniuose tyrimuose moterys buvo aukojamos neatsižvelgiant į estrus. Nors yra žinoma, kad kai kurie stebimi galutiniai rodikliai skirtingose ciklo stadijose kinta, moterys šiame tyrime neparodė didesnio skirtumo tarp galutinių rodiklių, ypač palyginti su mitybos manipuliacijų poveikiu.
Siekiant papildyti genų ekspresijos rezultatus, dopaminas buvo matuojamas pirminiuose VTA projekcijos regionuose, būtent PFC ir NAc. Dopamino lygiai buvo linkę lygiagrečiai stebėti THMRNR VTA. Tiek vyrų, tiek moterų NAc atsakas į HFD dietą sumažėjo; atsakas, kuris atsigavo vyrams, bet ne moterims. PFK taip pat sumažėjo dopamino koncentracija, tačiau PFC dietos nebuvo. Be to, moterys turėjo mažesnį dopamino kiekį prefrono žievėje nei vyrai. Lyties skirtumai DAT ekspresijoje ir veikloje yra gerai žinomi literatūroje, o moterys demonstruoja didesnę DAT ekspresiją (37) ir funkcija (38), ir šie skirtumai gali prisidėti prie skirtingo pradinio dopamino kiekio tarp vyrų ir moterų. DOPAC: DA santykio tyrimas taip pat yra informatyvus. Šio santykio padidėjimas galėjo atspindėti kompensacinį atsaką, kurį lemia DA sumažėjimas. Ilgalaikį šių dopamino metabolizmo pokyčių funkcinę reikšmę apšviestų matuojant dopamino išsiskyrimo pokyčius in vivo mikrodializė.
Be to, šie duomenys nustato dinaminį DNR metilinimo reguliavimą DAT geno promotoriuje, ypač vyrams. Neseniai parodėme, kad DAT išraiška gali būti dinamiškai reguliuojama diferencinės DNR metilacijos būdu, reaguojant į HFD (12) ir kad padidėjęs DAT promotoriaus metilinimas koreliuoja su geno ekspresijos sumažėjimu. Čia nustatome šio atsako plastiškumą, nes padidėjusi DNR metilacija (ir sumažėjusi mRNR ekspresija), pastebėta vyrams, panaikina HFD. Epigenetinis genų reguliavimas, pavyzdžiui, keičiant DNR metilinimą, yra būdas, kuriuo organizmai gali lengvai prisitaikyti prie aplinkosaugos problemų. Epigenetiniai ženklai gali būti išlaikyti visą gyvenimą (39) ir kultivuojamose embrioninėse kamieninėse ląstelėse, atsižvelgiant į besikeičiančias aplinkos sąlygas, buvo stebimas ir grįžtamasis, ir nuolatinis diferencinės DNR metilinimo modelis40). Šie duomenys yra pirmieji įrodymai in vivo dinaminis metilinimo modelis, kuris keičiasi su aplinkosaugos iššūkiu. Buvo pastebėta, kad tas pats modelis nebuvo pastebėtas moterims. Nors pradinis atsakas į HFD buvo toks, koks buvo prognozuojamas (sumažėjusi DNR metilacija, skatinanti padidėjusią genų ekspresiją), šis gydymo laikotarpis nebuvo palaikomas. Tai rodo, kad per keturias savaites nuo HFD DNR metilavimas ir genų ekspresija gali būti atsijungusios arba gali reikšti, kad moterims DAT mRNR yra reguliuojama kitomis priemonėmis.
Vyrų, sacharozės pirmenybė, su DA susijusi geno ekspresija VTA ir dopaminas NAc atitinka nuoseklią reakciją į lėtinę HFD, kuri atgauna po dietos pašalinimo. Įdomu tai, kad, nors elgsenos atsakas į sacharozę moterims yra panašus, tiek genų ekspresijos modelis, tiek NAc dopamino kiekis rodo, kad, pašalinus HFD, trūksta atsigavimo. Su atlyginimais susijusį elgesį aiškiai veikia papildomos neurotransmiterio sistemos, tokios kaip opioidai ir galbūt moterys, elgesio atsakas į sacharozę yra labiau susijęs su opioidų pokyčiais. Apskritai, dabartiniai duomenys rodo, kad tiek pradinio atsako į HFD, tiek ir po to, kai buvo pašalinta HFD, lyties skirtumai, susiję su geno ekspresija, susijusia su dopamino vartojimu, yra svarbi būsimų mokslinių tyrimų kryptis, orientuota į tai, kaip nuolat vartoti HFD veikia smegenų atlygio sistemą. Visų pirma, šie duomenys rodo, kad dopaminerginis atsakas į HFD turi didelį plastiškumą, o tai rodo, kad nepageidaujamas HFD vartojimo ir (arba) nutukimo poveikis yra reikšmingas, tačiau yra galimybė atsigauti.
Kas jau žinoma apie šį dalyką
- Nutukusiems pacientams sumažėja dopamino receptorių ekspresija ir funkcija
- Lėtinis didelio riebalų kiekio poveikis sukelia su dopamino susijusių genų pokyčius ir atlygio elgesį
- Dopamino neurotransmisija keičiasi nutukusiems graužikams.
Tai, ką šis rankraštis papildo tema
- Lyties skirtumų nustatymas CNS reakcijoje į didelio riebumo dietą.
- Dopaminerginių pokyčių plastiškumo įvertinimas pašalinus didelį riebalų kiekį turinčią dietą.
- Dinaminių DNR metilinimo pokyčių nustatymas reaguojant į didelį riebalų kiekį
Padėka
Šis darbas buvo paremtas šiomis stipendijomis: MH087978 (TMR), MH86599 (IL) ir T32 GM008076 (JLC).
Nuorodos
;