Dėl sacharozės sumažėja μ-opioidų ir dopamino D2 / 3 receptorių prieinamumas kiaulių smegenyse (2020 m.)

Per didelis sacharozės vartojimas sukelia priklausomybę panašų potraukį, kuris gali būti nutukimo epidemijos pagrindas. Opioidai ir dopaminas skatina piktnaudžiavimo narkotikais ir natūralų atlygį iš stimulų, pavyzdžiui, skanaus maisto. Ištyrėme sacharozės poveikį naudodami PET vaizdą su [¹¹C]karfentanilis (μ-opioidų receptorių agonistas) ir [¹¹C]raklopridas (dopamino D2/3 receptorių antagonistas) septynių anestezuotų Getingeno mini kiaulių patelėse. Tada 12 dienų iš eilės suteikėme mažosioms kiaulėms prieigą prie sacharozės tirpalo vieną valandą ir vėl atlikome vaizdą praėjus 24 valandoms po galutinio sacharozės prieigos. Mažesniame penkių mini kiaulių imtyje atlikome papildomą [¹¹C] karfentanilio PET sesija po pirmojo sacharozės poveikio. Mes apskaičiavome vokselio surišimo potencialą (BP_ND) naudojant smegenis kaip nepajudinamo surišimo sritį, išanalizavo skirtumus su statistiniu neparametriniu kartografavimu ir atliko regioninę analizę. Po 12 dienų nuo sacharozės prieigos, BP_ND abiejų atsekamųjų medžiagų buvo žymiai sumažėjęs striatum, nucleus accumbens, talamuose, migdoliniame kūne, cingulinėje žievėje ir prefrontalinėje žievėje, o tai atitinka receptorių tankio sumažėjimą. Po vienkartinio sacharozės poveikio mes nustatėme, kad sumažėjo [¹¹C] karfentanilis branduolyje ir cingulinėje žievėje, atitinkantis opioidų išsiskyrimą. Mažesnis opioidų ir dopamino receptorių prieinamumas gali paaiškinti priklausomybės potencialą, susijusį su sacharozės vartojimu.

Penki procentai pasaulio gyventojų yra kliniškai nutukę¹. Kaip metabolinio sindromo požymis, nutukimas yra susijęs su 2 tipo cukriniu diabetu, širdies ir kraujagyslių ligomis, kvėpavimo sutrikimais ir depresijos bei galbūt demencijos rizika.². Padidėjęs daug energijos turinčių maisto produktų vartojimas padidino fiziologinį skirtumą tarp homeostatinio alkio, atsirandančio po maisto trūkumo, ir hedoninio alkio, arba „potraukio“, atsirandančio be trūkumo.^3,4. Kadangi vien homeostatinis reguliavimas negali paaiškinti dabartinio nutukimo padidėjimo, būtina išbandyti labai skanaus maisto priklausomybę sukeliančių savybių poveikį smegenų atlygio ir malonumo mechanizmams.

Sacharozės vartojimas siejamas su nutukimu, o sacharozė vis dažniau laikoma priklausomybę sukeliančia medžiaga⁵. Kai kurios išvados prieštarauja šiam teiginiui dėl sunkumų atskiriant neskanaus maisto vartojimą nuo hedoninio maisto atsako ir nustatant priklausomybę sukeliantį ingredientą perdirbtame maiste, taip pat dėl ​​skirtingų mechanizmų, kuriais maistas keičia smegenų grandinę natūraliais būdais.⁶. Nepaisant to, tam tikromis aplinkybėmis sacharozės suvartojimas sukelia atlygį ir potraukį, kurio dydis panašus į priklausomybę sukeliančių narkotikų sukeliamą potraukį, dėl kurio atsiranda per didelis vartojimas ir galiausiai nutukimas.^6,7.

Alkis yra susijęs su „norėjimu“, kuris yra glaudžiai susijęs su dopaminerginės neurotransmisijos poveikiu daugeliu atlygio aplinkybių.⁸, tačiau lieka neaišku, kaip dopamino (DA) veikimas moduliuojamas reaguojant į kompulsinį valgymą. Skanių maisto produktų vartojimas yra susijęs su „mėgimu“, kurį pirmiausia skatina endogeninė opioidų sistema, ypač μ-opioidų receptoriai (μOR).^9,10, kuris gali skatinti perteklinį vartojimą, kai panaikinamas reguliavimas. Šioje ataskaitoje išbandome teiginį, kad sacharozė sukelia opioidų ir dopamino išsiskyrimą, o tai sumažina μOR ir DA D2/3 receptorių prieinamumą. Prieinamumas yra neužimtų receptorių, skirtų atsekamiesiems surišti, skaičiaus indeksas ir iš esmės neskiria ligando užimtumo ir receptorių tankio.¹¹.

Kompulsinio valgymo pradžia priklauso nuo daugelio veiksnių, o priežastiniai tyrimai su žmonėmis kelia etikos problemų. Todėl dauguma tyrimų sutelkia dėmesį į žiurkių šėrimo elgesį¹². Nors žiurkės turi „saldus dantį“, jų homeostatiniai mechanizmai, svarbūs svorio augimui, medžiagų apykaitai ir riebalų kaupimosi tipui, labai skiriasi nuo žmonių. Getingeno mini kiaulė yra stambus visaėdis gyvūnas, turintis gerai išvystytas girencefalines smegenis, kurias galima nufotografuoti pakankamai raiška. Jo aiškiai apibrėžtos subkortikinės ir prefrontalinės žievės sritys¹³ leidžia tiesiogiai paversti žmogaus smegenų funkciją. Čia mes naudojame pozitronų emisijos tomografijos (PET) vaizdą in vivo μOR ir DA D2/3 prieinamumas mažos kiaulytės subchroninio sacharozės poveikio modelyje. Mažesniame mėginyje ištyrėme tiesioginį poveikį μOR užimtumui po pirmojo sacharozės poveikio. Galiausiai išbandėme ryšį tarp dviejų atsekamųjų medžiagų receptorių prieinamumo pokyčių.

Vidutiniai parametriniai žemėlapiai [¹¹C] karfentanilas ir [¹¹C]rakloprido surišimo potencialas (BP_ND) parodyta pav. 1. Išanalizuoti pokyčius, atsiradusius po pirmojo sacharozės poveikio penkioms mažosioms kiaulėms, palyginti su pradine padėtimi, ir vieną dieną po 12^th sacharozės prieinamumą septyniose mažosiose kiaulėse, palyginti su pradine padėtimi, taikėme permutacijos teoriją ir neregioniškai apribotą viso smegenų analizę – tinkamiausią metodą tokio dydžio mėginiams.¹⁴.

Vidutinis vokselių nejudinamojo surišimo potencialas (BP_ND) žemėlapiai, uždėti ant MRT vaizdų sagitaliniame vaizde. Duomenys pateikiami [¹¹C] karfentanilis BP_ND iš 5 mažųjų kiaulių, pavaizduotų pradžioje, po pradinio sacharozės poveikio ir po 12 dienų po sacharozės poveikio (viršutinė eilutė). [¹¹C] karfentanilis BP_ND visų 7 mažųjų kiaulių, pavaizduotų pradiniame lygyje ir po 12 dienų nuo sacharozės prieigos, pateikiami vidurinėje eilutėje. [¹¹C] raclopride BP_ND visų 7 mažųjų kiaulių, pavaizduotų pradiniame lygyje ir po 12 dienų nuo sacharozės prieigos, rodomi apatinėje eilutėje. Atminkite, kad spalvų skalė yra eksponentinė, kad būtų paryškinta [¹¹C] raclopride BP_ND ekstrastrialiniuose regionuose.

Pilno dydžio vaizdas

Pradinis sacharozės poveikis

Penkiose mini kiaulėse, pavaizduotose [¹¹C] karfentanilis pradiniame etape ir iškart po pirmojo sacharozės poveikio, mes nustatėme, kad priekinėje cingulinėje žievėje ir branduolyje, reaguojant į sacharozę, žymiai sumažėjo atsekamųjų medžiagų jungimasis, kaip parodyta 2 pav. 2, nurodant p < 0.05. Mes nustatėme, kad net 14% sumažėjo atsekamųjų medžiagų surišimas abiejose srityse, palyginti su pradine linija.

Žymiai sumažėjo [¹¹C] karfentanilis BP_ND po pirmojo sacharozės vandens poveikio, palyginti su pradiniu lygiu (n = 5). Tik vokseliai su reikšmingu (p < 0.05) sumažėjimai rodomi kaip spalvotos sritys, projektuojamos į T1 svertinius MRT pjūvius priekinės cingulinės žievės (kairėje) ir branduolio accumbens (viduryje) lygyje iš stereotaksinio mini kiaulių smegenų atlaso. Atminkite, kad didžiausias reikšmingumo lygis, kurį galima pasiekti naudojant 5 gyvūnus, yra 2^-5 ≈ 0.031 (žr. spalvų juostą). Duomenys pateikiami kiaulių smegenų vainikinių pjūvių lygiais, nurodytais sagitaliniame vaizde (dešinėje).

Pilno dydžio vaizdas

12 dienų prieiga prie sacharozės

Tada atlikome septynių mini kiaulių, atvaizduotų su [¹¹C]karfentanilio pradžioje ir po 12 dienų po sacharozės prieigos ir nustatyta, kad sacharozės paveiktuose gyvūnuose žymiai sumažėjo atsekamųjų medžiagų jungimasis, palyginti su pradiniu lygiu. Labiausiai paveikti regionai parodyti raudonai Fig. 3 (p < 0.01) ir apima uoslės struktūrų dalis, nucleus accumbens / ventralinį striaumą ir smilkininę žievę / skiltį, o po to geltonai pavaizduotas sritis (p < 0.015), apimančias priekinės žievės dalis, cingulinę žievę, migdolinį kūną ir smegenų kamieną. . Norėdami gauti BP_ND vertes ir įvertinę procentinį pokytį, atlikome regioninę analizę ir gavome vidutines vertes kiekviename regione pradiniame etape ir po sacharozės suvartojimo (1 pav.). 4).

Žymiai sumažėjo [¹¹C] karfentanilio surišimo potencialas (BP_ND) tarp pradinio lygio ir po 12 dienų nuo sacharozės vandens poveikio (n = 7). Vokseliai su reikšmingais (p < 0.05) sumažėjimas rodomas kaip spalvotos sritys, projektuojamos ant T1 svertinio MRT pjūvių iš stereotaksinio mini kiaulių smegenų atlaso. Duomenys pateikiami vainikinių smegenų pjūvių lygiais, nurodytais sagitaliniame vaizde (apačioje dešinėje). Atminkite, kad didžiausias reikšmingumo lygis, kurį galima pasiekti naudojant 7 gyvūnus, yra 2^-7 ≈ 0.0078 (žr. spalvų juostą).

Pilno dydžio vaizdas

Regioninė [¹¹C] karfentanilio surišimo potencialas (BP_ND) tarp pradinio lygio ir po 12 dienų nuo sacharozės vandens poveikio (n = 7). Duomenys pateikiami kaip vidurkiai ± standartinė paklaida.

Pilno dydžio vaizdas

Mes naudojom [¹¹C] raklopridas kaip DA D2/3 receptorių žymeklis mini kiaulių striataliniuose ir ekstrastriataliniuose smegenų regionuose pradžioje ir po 12 dienų nuo sacharozės prieigos (XNUMX pav.). 1). Mes nustatėme, kad sacharozės paveiktuose gyvūnuose, palyginti su pradiniu lygiu, sumažėjęs atsekamųjų medžiagų jungimasis su didžiausiu poveikiu (p < 0.01) priekinės žievės, nucleus accumbens / ventralinio striatumo, cingulinės žievės, migdolinio kūno, talamo, smegenų smegenų, hipokampo ir uoslės srityse. (Pav. 5). Regioninės analizės duomenys pateikti pav. 6.

Žymiai sumažėjo [¹¹C]rakloprido surišimo potencialas (BP_ND) tarp pradinio lygio ir po 12 dienų nuo sacharozės vandens poveikio (n = 7). Vokseliai su reikšmingais (p < 0.05) sumažėjimas rodomas kaip spalvotos sritys, projektuojamos ant T1 svertinio MRT pjūvių iš stereotaksinio mini kiaulių smegenų atlaso. Duomenys pateikiami kiaulių smegenų vainikinių pjūvių lygiais, nurodytais sagitaliniame vaizde (apačioje dešinėje). Atminkite, kad didžiausias reikšmingumo lygis, kurį galima pasiekti naudojant 7 gyvūnus, yra 2^-7 ≈ 0.0078 (žr. spalvų juostą).

Pilno dydžio vaizdas

Regioninė [¹¹C]rakloprido surišimo potencialas (BP_ND) tarp pradinio lygio ir po 12 dienų nuo sacharozės vandens poveikio (n = 7). Duomenys pateikiami kaip vidurkiai ± standartinė paklaida.

Pilno dydžio vaizdas

Koreliacijos tarp [¹¹C] raclopride ir [¹¹C]karfentanilio duomenys

Išbandėme galimą koreliaciją tarp [¹¹C] raclopride ir [¹¹C] karfentanilio vertės BP_ND mažųjų kiaulių striataliniuose ir ne juostiniuose regionuose pradiniame etape ir po 12 dienų nuo sacharozės vartojimo, jokių sąsajų nepastebėta. Tada išbandėme, ar atsekamųjų medžiagų surišimo sumažėjimas buvo koreliuojamas, ir palyginome BP pokyčius_ND dėl [¹¹C]raklopridas su AKS pokyčiais_ND dėl [¹¹C] karfentanilis tik mažosioms kiaulėms, kurių AKS buvo mažesnis_ND abiejų atsekamųjų medžiagų po sacharozės suvartojimo (n = 6). Mes nustatėme reikšmingas neigiamas koreliacijas vidutiniame ekstrastriatiniame (r² = 0.91, p < 0.01), bet ne striataliniuose regionuose (XNUMX pav.). 7).

Koreliacijos tarp mažėjimo prieš minusą po [¹¹C] raclopride ir [¹¹C] karfentanilio surišimo potencialas (BP_ND). Pateikiami vidutinių ekstrastrialinių regionų (viršuje) ir striatumo (apačioje) duomenys. Determinacijos koeficientas (r²) ir kiekvieno grafiko p reikšmės.

Pilno dydžio vaizdas

Mes nustatėme pakartotinės pertraukiamos prieigos prie sacharozės poveikį opioidų ir DA neurotransmisijai žinduolių smegenyse. Išilginis in vivo PET vaizdavimas iš μOR ir DA D2/3 receptorių atskleidė sumažėjusį receptorių prieinamumą visoje atlygio grandinėje, įskaitant branduolį, prefrontalinę žievę ir priekinę cingulinę žievę. Rezultatai aiškiai rodo, kad sacharozė veikia atlygio mechanizmus panašiai kaip piktnaudžiavimo vaistais.

Yra žinoma, kad sacharozės, kaip skanios medžiagos, suvartojimas išskiria DA ir sukelia graužikų priklausomybę.¹⁵, o sacharozė tam tikrais atvejais graužikams yra dar malonesnė už kokainą. Taigi graužikai intensyviau dirba, kad gautų sacharozę nei kokainą, net jei jiems trūksta maisto.⁵. Tačiau sacharozės poveikį reguliuoja ir homeostatinė sistema, ir hedoninės atlygio grandinės^16,17 kurie gali tarpininkauti skiriant sacharozės veikimo mitybos ir hedoninius aspektus¹⁸. Pasirinkome vienos valandos per dieną tvarkaraštį, kad skatintume „įsikibimą“, nes ankstesni tyrimai su žiurkėmis atskleidė didesnį suvartojamą kiekį per pirmąją kasdienės prieigos valandą pagal su pertrūkiais.^15,19. Maisto suvartojimo elgesio tyrimai dažnai skirti gyvūnams, kuriems ribojamas maistas, tačiau dizainas nebūtinai atspindi tuos pačius neuroninius mechanizmus, kurie yra aktyvūs nutukimo atveju. Šiame tyrime kiaulėms maistas nebuvo ribojamas ir buvo šeriamos įprastu įprasto maisto kiekiu, be sacharozės.

Opioidų receptoriai (OR) yra plačiai išreikšti smegenyse, ypač struktūrose, kurios, kaip žinoma, moduliuoja valgymo ir atlygio procesus²⁰. Įrodyta, kad AR yra svarbios kokaino pasitenkinimui ir pasikartojimui^21,22,23,24. Ryšio pokyčiai taip pat buvo susiję su homeostatinėmis reakcijomis į valgymą ir malonumu, susijusiu su skaniu maistu²⁵. Visų pirma, maisto „mėgimas“ yra susijęs su endogenine opioidų sistema, ypač μOR^9,10 nucleus accumbens ir ventral pallidum apvalkale²⁶. μOR agonisto infuzijos į atskiras nucleus accumbens ir ventral pallidum dalis stipriai sustiprina „mėgstamą“ elgesį, įskaitant liežuvio išsikišimus ir letenų laižymą, kai suvartojamas didesnis skanus maistas.^27,28,29. Kiti įrodymai apie opioidų signalizaciją apdorojant hedoninį reguliavimą gaunami iš μOR antagonistų, kurie sumažina skanaus maisto suvartojimą abiem atvejais. ad libitum- šeriami ir ribojami maisto gyvūnai, tačiau turintis ribotą poveikį neskanių standartinių granulių suvartojimui^30,31. Žmonėms μOR antagonistai sumažina trumpalaikį maisto suvartojimą ir sumažina skanaus maisto malonumą^32,33,34. Opioidų signalizacija bazolaterinėje migdolinėje dalyje taip pat prisideda prie maisto „norėjimo“, nes keičia atlygio siekimą ir skatinamąją maisto vertę.³⁵.

Su [¹¹C] karfentanilio, mes gavome žymeklio surišimo vaizdus, ​​kurie yra jautrūs tiek μOR lygiui, tiek endogeninių opioidų išsiskyrimui iš smegenų.^36,37. Po to, kai penkios mažosios kiaulės pirmą kartą suvartojo sacharozę, iš karto aptikome μOR prieinamumo sumažėjimą branduolio branduolio ir priekinės cingulinės žievės srityse, specifiniuose atlygio tako smegenų regionuose, po to, kai penkios kiaulės iš pradžių suvartojo sacharozę, atitinkančią endogeninio opioidų išsiskyrimą. Ankstesni tyrimai parodė, kad skanus maistas gali sukelti malonumo jausmą³⁸ skatinant opioidų išsiskyrimą. Po 12 dienų prieigos prie sacharozės pastebėjome, kad sumažėjo [¹¹C]karfentanilio surišimas, kuris turi keletą galimų paaiškinimų³⁹ įskaitant endogeninį opioidų išsiskyrimą ir prisijungimą prie μOR, μOR internalizaciją dėl padidėjusio opioidų jungimosi ir padidėjusį DA D2/3 receptorių aktyvavimą, dėl kurio atsiranda heterologinis μOR desensibilizavimas.⁴⁰.

Pagrįsdamas šias išvadas, [¹¹C] karfentanilio tyrimai su pacientais, sergančiais bulimija⁴¹, nutukimas^42,43,44ir persivalgymo sutrikimas⁴⁵, rodo sumažėjusį receptorių prieinamumą. Tačiau tai yra lėtinės ligos, o kiaulės sacharozės gavo tik 12 dienų. Atliekant sveikų vyrų ūminio maitinimosi elgsenos tyrimą, maitinimas lėmė stiprų ir plačiai paplitusį endogeninį smegenų opioidų išsiskyrimą tiek esant hedonijai, tiek nesant, o tai rodo, kad opioidų išsiskyrimas atspindi metabolinius ir homeostatinius, taip pat hedoninius atsakus.²⁵. Šis tyrimas kartu su kitu tyrimu, kuriame pacientai buvo vaizduojami po šokolado skonio skysto valgio⁴⁴, yra tiesiogiai susijęs su ūmiu penkių mini kiaulių tyrimu po pirmojo sacharozės poveikio, tačiau skiriasi nuo subchroninio sacharozės poveikio tyrimo per 12 dienų, kai sumažėjęs receptorių prieinamumas labiau atspindi pakartotinį per daug stimuliavimą ir kartu sumažėjusį μOR reguliavimą.

Prefrontalinė žievė yra svarbi priimant sprendimus ir priskiriant daiktams vertę, todėl μOR prefrontalinėje žievėje gali būti atsakingas už pakitusį maisto tinkamumo vertinimą, o tai gali padidinti priklausomybę nuo maisto. Mes nustatėme sumažėjusį jungimąsi prefrontalinėje žievėje, atitinkantį ankstesnius tyrimus, rodančius, kad riebi dieta sumažina μOR mRNR kiekį prefrontalinėje žievėje.⁴⁶ ir kad μOR agonisto infuzija į prefrontalinę žievę padidina saldaus maisto suvartojimą⁴⁷. Tačiau vėlgi kyla klausimas, ar riebi dieta yra labiau lėtinė būklė, kuri labiau tikėtina, kad slopina receptorių reguliavimą, palyginti su trumpesnio laikotarpio sacharozės maitinimo planu, o tai rodo ilgalaikį endogeninių opioidų išsiskyrimą, kuris išstumia atsekamąjį karfentanilį, susietą su μOR. , net po 12 dienų sacharozės.

DA buvo įtrauktas į atlygį tiek už narkotikus, tiek už elgesį. Nustatyta, kad lėtinis kokaino vartojimas slopina DA signalizaciją⁴⁸. DA D1 ir D2/3 receptorių lygius kiaulių smegenyse keičia nikotinas⁴⁹, ir nežmoginiams primatams, kurie anksčiau piktnaudžiavo kokainu⁵⁰, atitinkantį sumažėjusį D2/3 receptorių reguliavimą kokaino priklausomų žmonių smegenyse^51,52. Kalbant apie piktnaudžiavimo vaistais, įrodyta, kad sacharozė padidina DA D1 receptorių reguliavimą¹⁹ ir padidinti DA išleidimą⁵³, sustiprinantis DA vaidmenį „norint“ skanaus maisto atžvilgiu. Ankstesni PET tyrimai parodė, kad sergant nutukimu sumažėja DA D2/3 receptorių prieinamumas, palyginti su vidutiniu svoriu.^54,55, panašus į nuo narkotikų priklausomų pacientų skaičiaus sumažėjimą⁵⁶ir gyvūnams su nutukimo modeliais⁵⁷. Atliekant tyrimus su graužikais, D2/3 receptorių sunaikinimas striatumoje skatina žiurkių, turinčių skanų maistą, kompulsinio maisto ieškojimo vystymąsi.⁵⁷.

Mūsų pastebėjimai apie sumažėjusį kiaulių D2/3 receptorių prieinamumą gali reikšti padidėjusį DA kiekį, kaip atsaką į skatinamąjį poveikį, susijusį su sacharozės vartojimu, nes DA išsiskiria kaip dalis piktnaudžiavimo narkotikų ir kitos malonios veiklos.^52,58,59,60. Kadangi kiaulės vizualizavimo metu buvo anestezuotos ir per 24 valandas negavo sacharozės, sumažėjo D2/3 AKS._ND labiau tikėtina, kad tai atspindi receptorių skaičiaus sumažėjimą, reaguojant į ilgalaikį DA išsiskyrimo padidėjimą kiekvieną iš 12 sacharozės prieigos dienų. Sumažėjimas gali padidinti smegenų atlygio slenksčius, susijusius su striatalinių DA D2 receptorių reguliavimu. Tai gali paaiškinti padidėjusį jautrumą piktnaudžiavimo vaistams, pastebėtą ankstesniuose tyrimuose su žiurkėmis, kurios persivalgė sacharoze, dėl kurių atsirado kryžminis jautrumas kokainui, hiperaktyvumas po mažos amfetamino dozės, padidėjęs alkoholio vartojimas susilaikant nuo sacharozės ir tolerancija analgeziniam opiatų poveikiui.⁶.

Ankstesnis Getingeno mini kiaulių nutukimo tyrimas nustatė sumažėjusį smegenų kraujotaką branduolio branduolyje, ventralinėje tegmentinėje srityje (VTA) ir prefrontalinėje žievėje, naudojant vieno fotono emisijos kompiuterinę smegenų tomografiją (SPECT).⁶¹. Remiantis šiais duomenimis, mes stebėjome sumažėjusį DA D2/3 surišimą ventroforebrain regione, kuriame yra branduolys, ir prefrontalinėje žievėje. Išgėrus sacharozės laisvai judančioms žiurkėms, kurioms atliekama mikrodializė, tarpląstelinis DA kiekis branduolyje padidėja 3 kartus.⁶². Nuo sacharozės priklausomiems gyvūnams pakartotinis sacharozės suvartojimas gali sukelti DA išsiskyrimą iš nucleus accumbens apvalkalo.⁶³. Gyvūnai, šeriami ribotu maistu ir ribota prieiga prie sacharozės, mažiau jungiasi su DA D2 receptoriais branduolio apvalkale ir nugaros striatum.⁶⁴. Ribotos riebios ir sacharozės dietos gali lemti ilgalaikį D1 ir D2 receptorių mRNR reguliavimą branduolyje.⁶⁵. Mikrodializės skanaus maisto poveikio tyrimas atskleidė padidėjusį DA išsiskyrimą smegenų branduolyje ir prefrontalinėje žievėje, kai maistas vis dar buvo laikomas nauju; kai žiurkės buvo pripratusios prie naujo maisto, padidėjęs išsiskyrimas buvo neryškus nucleus accumbens, bet ne priekinėje žievėje.⁶⁶. Skirtingas jautrumas pripratimui ir aktyvumo sąlygojimui dviejuose regionuose gali paaiškinti didesnį priekinės žievės padidėjimą nei mažųjų kiaulių branduoliuose, paveiktuose ta pačia skania medžiaga, kuri po dvylikos dienų prarado naujumą. Tačiau, kadangi nevaizdavome mini kiaulių su [¹¹C]raklopridas po pirmojo sacharozės vartojimo, šis paaiškinimas yra spekuliatyvus.

Prefrontalinė žievė moduliuoja vykdomąją funkciją, sprendimų priėmimą ir savikontrolę⁶⁷. Disfunkcinė DA neurotransmisija prefrontalinėje žievėje sutrikdo atlygio apdorojimo moduliavimą, o tai rodo, kad nutukusių asmenų vykdomoji funkcija ir sprendimų priėmimo įgūdžiai yra sutrikę.^68,69. Be to, žmogaus PET tyrimas koreliavo sumažėjusį priekinės žievės metabolizmą su sumažėjusiu striato D2 prisijungimu nutukimo metu⁷⁰. Čia aptinkame sumažėjusį D2/3 receptorių prieinamumą prefrontalinėje žievėje, įskaitant sacharozės režimu paveiktų kiaulių orbitofrontalinę žievę.

Dopaminerginiai VTA neuronai siunčia projekcijas į hipokampą ir migdolinį kūną, kur palaiko į įpročius panašų elgesį⁷¹ ir tarpininkauti koduojant ir išgaunant kondicionavimą vaistui^72,73 ir maisto užuominos^74,75. Žmogaus smegenų vaizdavimas parodė, kad hipokampas suaktyvėja reaguojant į maisto troškimą ir skonį⁷⁶. Remiantis mūsų išvadomis apie sumažėjusį hipokampo ir migdolinio D2/3 receptorių prieinamumą reaguojant į sacharozę, žmogaus smegenų kartografavimas su [¹⁸F] fallypride parodė kokaino užuominos sukeltą DA išsiskyrimą migdoliniame kūne ir hipokampe⁷⁷. Graužikų smegenyse kokaino užuominos ekspozicija sukėlė DA išsiskyrimą migdoliniame kūne⁷⁸, o migdolinio kūno DA lygio pokyčiai turėjo įtakos užuominų sukeltam kokaino ieškančiam elgesiui⁷⁹.

Tiriant nutukusius asmenis, ryšys tarp D2/3 ir μOR prieinamumo, kuris, kaip žinoma, egzistuoja liesų asmenų striatiniuose regionuose, buvo sutrikdytas ventraliniame striatum.⁸⁰. Palyginome BP reikšmes_ND iš dviejų atsekamųjų medžiagų, kad patikrintų, ar duomenys atkartojo šį poveikį. Skirtingai nuo liesų žmonių, dabartinės kiaulių smegenys neturėjo koreliacijos tarp BP verčių_ND iš dviejų atsekamųjų medžiagų, pradedant arba po sacharozės poveikio. Tada išbandėme, ar gyvūnai, kurių jungimosi atsekamosios medžiagos raclopridas mažėja, taip pat labiausiai sumažės atsekamojo karfentanilio jungimosi, tačiau nustatėme neigiamą koreliaciją vidutiniuose ekstrastrialiniuose regionuose, o tai rodo, kad gyvūnai, kurių jungimosi potencialas yra didžiausias tracer raclopridas turėjo mažiausią atsekamojo karfentanilio surišimo potencialo pokytį. Atvirkščias ryšys tarp pokyčių rodo, kad sacharozės suvartojimo poveikis atitinkamų receptorių prieinamumui yra reguliuojamas priešingomis kryptimis. Yra žinoma, kad besaikį skanaus maisto ar narkotikų vartojimą gali lemti noras ar pomėgis, arba abu^60,81. Gali būti, kad dopamino skatinamo troškimo dydis paneigia opioidų sukeliamo pomėgio mastą arba atvirkščiai. Naujausi įrodymai rodo GABA vaidmenis_A receptoriai VTA ir cholinerginiai terminalai striatum ir galbūt žievėje, kurie veikia kaip jungikliai tarp nuo dopamino priklausomų ir nuo dopamino nepriklausomų opioidų veikimo mechanizmų^82,83 tai gali paaiškinti dopamino ir opioidų poveikio abipusiškumą kiaulių ekstrastrialiniuose regionuose.

PET trūkumas, taip pat palyginti dideliems gyvūnams, yra ribota erdvinė tomografijos skiriamoji geba, kuri turi įtakos rezultatams iš mažų smegenų regionų, susijusių su elgesiu, susijusiu su maistu. Tačiau, nepaisant šių rūpesčių, [¹¹C] rakloprido prisijungimas anksčiau buvo užfiksuotas tiek striataliniuose, tiek ekstrastrialiniuose regionuose^84,85,86,87. Panaudojimas [¹¹C]raklopridas, skirtas žymėti to paties tipo receptorius, nekelia susirūpinimo dėl galimų afinitetų skirtumų, kurie gali turėti įtakos atskirų atsekamųjų medžiagų naudojimui tiems patiems receptoriams skirtinguose regionuose. Naujausi tyrimai apėmė įrašus apie ekstrastrialinį [¹¹C]raklopridas. Alakurtti et al. nustatytas geras striatalinio rakloprido prisijungimo prie striatum matavimų atkuriamumas, o žievėje - tik geras ar vidutinis atkuriamumas⁸⁵. Vėlesniame tyrime Svenssonas et al. aptarė keletą klausimų, turinčių įtakos [¹¹C]raklopridas kaip ekstrastrialinių D2/3 receptorių žymuo sveikų žmonių tyrime, įskaitant prastą atkuriamumą žievėje ir ribotą ekstrastrialinio prisijungimo priekinėje žievėje sumažėjimą, reaguojant į D2/3 blokatorių.⁸⁸. Bandymo ir pakartotinio testo palyginimai atskleidė 4–7% skirtumus striatumuose ir 13–59% žievės regionuose, tačiau laikas tarp tyrimų vidutiniškai buvo 20 dienų, skirtingai nei daugumos tyrimų informatyvesnės 1–2 dienos. Daugybė veiksnių tų tiriamųjų gyvenime galėjo turėti laiko turėti įtakos išvadoms. Iš tiesų, čia parodome, kad vien tik sacharozės vartojimo įtraukimas į rytinę rutiną 12 dienų galėjo turėti įtakos privalomoms priemonėms, gautoms po dviejų savaičių. Kiti tokie įprasti veiksniai kaip vaizdo žaidimų žaidimas, apsipirkimas, naujų romantiškų santykių užmezgimas ir seksualinė veikla, narkotikų vartojimas arba dietos keitimas ir mankšta gali turėti įtakos ekstrastrialiniam dopamino kiekiui, todėl duomenų rinkiniai gali labai skirtis. Dabartinis tyrimas su mini kiaulytėmis pristatė gerai kontroliuojamą struktūrą, o vienintelis kintamasis yra sacharozės nebuvimas arba buvimas racione. Šiame kontekste septynių gyvūnų duomenys turėjo pakankamai mažą kintamumą atitinkamuose ekstrastrialiniuose regionuose, kad būtų galima nustatyti statistiškai reikšmingą surišimo sumažėjimą reaguojant į sacharozę.

Dabartinio tyrimo apribojimas yra anestetikų, reikalingų nejudrumui užtikrinti, naudojimas in vivo gyvūnų vaizdavimas. Specifinių anestetikų poveikis ir jų sąveika su vaistais ar kitomis intervencijomis gali sutrikdyti radioligandų prisijungimą^89,90. Ketaminas yra antiglutamaterginis vaistas, pasižymintis greitu antidepresiniu poveikiu subanestezinėmis dozėmis^91,92,93, kurios nesumažina striatalinio [¹¹C]rakloprido prisijungimas žmonėms⁹⁴. Tačiau buvo nustatyta, kad S-ketaminas sumažina dopamino D2/3 receptorių prisijungimą prie sąmoningų nežmoginių primatų striatum.⁹⁵. Izofluranas yra įprastas anestetikas gyvūnų PET. Ankstesniuose tyrimuose mes nustatėme, kad striatalėje kaupiasi [¹¹C]SCH23390, dopamino D1 receptorių radioligandas, kuris yra daug didesnis mažoms kiaulėms, anestezuotoms izofluranu, o ne propofoliu, o tai rodo dopaminerginio neurotransmisijos jautrumą anestezijos poveikiui.⁹⁶. Dabartiniame tyrime visos mažosios kiaulės buvo vaizduojamos abiem laiko momentais, taikant ketaminą ir anesteziją izofluranu, todėl dabartiniai palyginimai galioja.

Per didelis skanaus maisto vartojimas gali ir sukelti priklausomybę, turinčią tiesioginių nutukimo padarinių sveikatai, ir tapti jos pasekmė. Išbandėme teiginį, kad opioidai ir dopaminas tarpininkauja atlygiams, kurie yra svarbūs išgyvenimui ir piktnaudžiavimui narkotikais. Mažosios kiaulės, kurios 12 dienų iš eilės galėjo gauti sacharozės tirpalo, sumažino dopamino D2/3 ir μ-opioidų receptorių prieinamumą striataliniuose ir ekstrastrialiniuose smegenų regionuose, o tai reiškia, kad maistas, kuriame yra daug sacharozės, veikia smegenų atlygio schemą panašiai kaip ir vartojant priklausomybę sukeliančius vaistus. yra suvartojami. Pradinis vienkartinis sacharozės poveikis atitiko opioidų išsiskyrimą smegenų regionuose, kurie aktyvūs už atlygį. Opioidų ir dopamino prieinamumo pokyčiai paaiškina, kad per daug suvartojama sacharozė sukelia priklausomybę.

Gyvūnų etika

Šį tyrimą patvirtino ir reglamentavo Danijos eksperimentų su gyvūnais inspekcija, o visi eksperimentai buvo atlikti pagal Europos Parlamento ir Tarybos direktyvą 2010/63/ES dėl moksliniais tikslais naudojamų gyvūnų apsaugos ir ARRIVE gaires. Naudojome septynias keturiolikos mėnesių Getingeno mini kiaulytes (Ellegaard, Dalmose, Danija). Mini kiaulės buvo šeriamos granulėmis (6 dl, 2 kartus per dieną, Specialios dietos tarnybos, Orhusas, Danija) su vandeniu iš čiaupo. ad libitum. Aplinkos temperatūra buvo 20–22 °C, santykinė oro drėgmė 50–55%, oras buvo keičiamas aštuonis kartus kas valandą.

Protarpinis sacharozės vartojimas

Mes pavaizdavome septynias kiaules su [¹¹C] raclopride ir [¹¹C]karfentanilis pradiniame lygyje ir vėl vieną dieną po 12 dienų iš eilės sacharozės vandens poveikio. Sacharozės ekspoziciją sudarė viena valanda sacharozės (sacharozė, Dansukker, Kopenhaga, Danija) vandens (500 gramų sacharozės 2 litrais vandens) kasdien 12 dienų. Buvo užregistruotas suvartotos sacharozės kiekis ir visos mažosios kiaulės suvartodavo po 2 litrus kiekvieną dieną. Taip pat pavaizdavome penkias tas pačias kiaules su [¹¹C]karfentanilis, praėjus 30 minučių po pirmosios sacharozės patekimo, siekiant ištirti ūminį opioidų išsiskyrimą.

Mini kiaulės priaugo vidutiniškai 13.6 % kūno svorio nuo 25.4 kg (± 0.73 SEM) pradžioje iki 28.9 kg (± 0.69 SEM) po 12 dienų sacharozės poveikio, o tai buvo žymiai didesnis (vienos uodegos t testas, p < 0.001) daugiau nei ankstesniuose tyrimuose gautoje kontrolinių kiaulių imtyje, kai svoris per tą patį vystymosi laikotarpį padidėjo vidutiniškai tik 4.9%.

Smegenų PET vaizdavimas

Kiaules nevalgydavome per naktį, prieš darydami vaizdą, laisvai prieidami prie vandens. Kaip aprašyta anksčiau, mini kiaules iš anksto gydėme vaistais ir anestezavome⁹⁷ ir įdėjo juos ant nugaros į PET/CT įrenginį (Siemens Biograph 64 Truepoint PET). Prieš kiekvieną PET gavimą atlikome mažos dozės kompiuterinę tomografiją, kad galėtume anatomiškai apibrėžti ir koreguoti PET emisijos duomenis. Į veną suleidome [¹¹C]raklopridas iš pradžių (360 ± 18 MBq, specifinis aktyvumas 77 ± 76 GBq/μmol, švirkščiama masė 0.12 ± 0.08 μg/kg) ir po 12 dienų sacharozės (374 ± 54 MBq, specifinis aktyvumas 127 ± 85 MBq/μmol, ± 0.06 GBq švirkščiama masė 0.05 ± XNUMX μg/kg), ir [¹¹C]karfentanilis pradiniame lygyje (377 ± 43 MBq, specifinis aktyvumas 311 ± 195 GBq/μmol, švirkščiama masė 0.03 ± 0.02 μg/kg) ir po 12 dienų sacharozės (337 ± 71 MBq, specifinis aktyvumas 177 μmol ±157 GB ,/ 0.06 ± 0.08 μg/kg masės) per ausies veną, 10 ml fiziologinio tirpalo, per pirmąją 90 minučių trukmės skenavimo minutę. Mes atkūrėme PET duomenis naudodami TrueX 3D OSEM (3 iteracijos, 21 poaibis), 256 × 256 × 109 matricą ir 2 mm Gauso filtrą, naudodami 5 × 60, 3 × 300, 4 × 600 laiko struktūrą. , 2 × 900 sekundžių (iš viso 14 kadrų, 90 minučių). Pradiniame etape ir po 12 dienų sacharozės mažosios kiaulės buvo vaizduojamos su abiem atsekamaisiais preparatais sušvirkštus mažiausiai 100 minučių pertrauką, nes pusinės¹¹C] PET atsekamosios medžiagos. Baigę paskutinę PET seansą, mini kiaules eutanazavome taikant gilią anesteziją, į veną perdozavus pentobarbitalio (100 mg/kg).

Kiekybinė analizė ir statistika

Išankstinio apdorojimo veiksmus atlikome naudodami PMOD 3.7 (PMOD Technologies Ltd, Ciurichas, Šveicarija). Norėdami apibrėžti stereotaktinius transformacijos parametrus iš laiko vidurkio PET vaizdų, naudojome ligandams būdingus šablonus. Sugeneruotas transformacijos matricas ir deformacijos laukus pritaikėme atitinkamose dinaminėse PET laiko eilutėse. Sukūrėme parametrinius [¹¹C]rakloprido surišimo potencialas (BP_ND) naudojant Ichise ir bendradarbių daugiatiesinį pamatinio audinio metodą⁹⁸. Sukūrėme pagal užsakymą pagamintą smegenėlių kaukę, kuri pašalino vermis, kad laikui bėgant gautų smegenėlių audinio radioaktyvumą nereikšmingo DA D2/3 receptorių tankio regione. Sukūrėme parametrinius [¹¹C] karfentanilis, naudojant Logan etaloninio audinio modelį^99,100 kai t* = 30 min. Tyrimai [¹¹C] karfentanilio prisijungimas žmogaus smegenyse naudojo pakaušio žievę kaip atskaitos sritį³⁶; tačiau kiaulių, pagal laiko aktyvumo kreives, nepajudinamas surišimas smegenyse buvo mažesnis nei pakaušio žievėje, tai atitinka žiurkės autoradiografijos tyrimo rezultatus.¹⁰¹. Todėl šiame tyrime kaip atskaitos regioną pasirinkome smegenis.

Statistinė analizė

Žemėlapiams buvo atlikta vokselių analizė naudojant statistinį neparametrinį atvaizdavimą (SnPM v13.01, http://warwick.ac.uk/snpm) SPM įrankių rinkinys, kuriame naudojama neparametrinės permutacijos teorija, kad būtų galima sudaryti statistinių išvadų pagrindą. Šis metodas gerai tinka mažiems mėginiams dėl griežtos klaidingų teigiamų rezultatų kontrolės.¹⁴ ir taikomas taip, kaip aprašyta anksčiau¹⁰². Kiaulių neuroanatomijos (DO) ekspertas palygino gautus vaizdus iki 5% reikšmingumo lygio su didelės raiškos Getingeno mini kiaulių atlasu.^103,104 nustatyti ir pažymėti sumažėjusio DA D2/3 ir μOR BP sritis_ND nuo pradinės būklės iki būklės po sacharozės. Tada atlikome dominančio regiono (ROI) analizę, kad gautume BP_ND konkrečių sričių, kurios buvo įdomios, vertės remiantis SnPM analize, įskaitant striatum, nucleus accumbens, talamą, migdolinį kūną, cingulinę žievę ir prefrontalinę žievę. Atliekant IG analizę nebuvo atlikta jokia papildoma statistika, nes šie regionai jau buvo reikšmingi naudojant SnPM.

Tyrimą finansavo Orhuso universiteto „AU Ideas Project Development Grant“, skirta AML. Esame dėkingi už techninę pagalbą iš Orhuso universiteto ligoninės PET centro ir Orhuso universiteto ūkio personalo už pagalbą gydant gyvūnus. Dėkojame profesoriui Mortenui Kringelbachui, profesoriui Jørgenui Scheel-Kruger ir docentui Arne Møller už pagalbą inicijuojant šiuos tyrimus.

Narystė

1. Branduolinės medicinos katedra ir PET centras, Orhuso universitetas, Orhusas, Danija
   • Michaelas Winterdahlas
   • , Ove Noer
   • , Anna C. Schacht
   • , Steenas Jakobsenas
   • , Aage KO Alstrup
   • , Albertas Gjedde
   •  ir Anne M. Landau
2. Neurochirurgijos ir CENSE skyrius, Orhuso universitetinė ligoninė, Orhusas, Danija
   • Darius Orlovskis
3. Branduolinės medicinos skyrius, Pietų Danijos universitetas ir Odensės universitetinė ligoninė, Odensė, Danija
   • Albertas Gjedde
4. Neurologijos katedra, Kopenhagos universitetas, Kopenhaga, Danija
   • Albertas Gjedde
5. McGill universiteto Neurologijos ir neurochirurgijos skyrius, Monrealis, Kanada
   • Albertas Gjedde
6. Vertimo neuropsichiatrijos skyrius, Orhuso universitetas, Orhusas, Danija
   • Anne M. Landau

Įmokos

MW ir AML sukūrė tyrimą ir analizę; ACS ir SJ susintetino PET žymeklius; MW, AKOA ir AML tvarkė mažąsias kiaules ir atliko PET skenavimą; MW, ON ir AML atliko duomenų analizę; DO teikė anatominę ekspertizę, MW, AG ir AML interpretavo duomenis; MW ir AML parašė rankraštį remiant AG; visi autoriai patvirtino galutinį rankraščio variantą.

Autorius susirašinėjimui

Susirašinėjimas su Anne M. Landau.

Konkuruojantys interesai

Autoriai nerodo jokių konkuruojančių interesų.

Leidėjo pastaba "Springer" gamta išlieka neutrali dėl jurisdikcijos reikalavimų paskelbtuose žemėlapiuose ir institucinėse įstaigose.

Perspausdinimai ir leidimai