Mesolimbiskās dopamīna neirotransmisijas trūkumi žurku uztura aptaukošanās gadījumā (2009)

Komentāri: pētījums atklāj, ka “kafejnīcas pārtikas” pārēšanās ar aptaukošanos noved pie dopamīna līmeņa pazemināšanās un neaktīvas dopamīna reakcijas uz normālu žurku gaļu. Tomēr žurkām joprojām bija atlīdzība par kafejnīcas ēdienu. Viens no daudziem pētījumiem parāda smadzeņu izmaiņas, kas ir līdzīgas tām, kuras ir atkarīgas no narkotikām. Pārmērīga dabisko atlīdzību normu pārmērīga lietošana var izraisīt atkarību.

Neirozinātne. 2009 Apr 10; 159 (4): 1193-9. doi: 10.1016 / j.neuroscience.2009.02.007. Epub 2009 Feb 11.

BM Geigers,a M. Haburcak,a NM Avena,b,c MC Moyer,c BG Hoebel,c un EN Pothosa,*

Izdevēja galīgā rediģētā šī raksta versija ir pieejama vietnē Neirozinātnes

Skatiet citus PMC rakstus citāts publicēto rakstu.

Iet uz:

Anotācija

Paaugstinātu kaloriju patēriņu uztura aptaukošanās apstākļos varētu virzīt centrālie mehānismi, kas regulē atalgojuma meklēšanu. Mesolimbiskā dopamīna sistēma un jo īpaši kodols ir pamatā gan pārtikas, gan zāļu ieguvei. Mēs pētījām, vai žurku uztura aptaukošanās ir saistīta ar izmaiņām dopamīnerģiskajā neirotransmisijā šajā reģionā. Sprague – Dawley žurkas tika ievietotas kafetērijas stila diētā, lai izraisītu aptaukošanos vai laboratorijas barības diētu, lai uzturētu normālu svara pieaugumu. Ekstracelulārie dopamīna līmeņi tika mērīti ar in vivo mikrodialīze. Elektriski izraisītu dopamīna izdalīšanos izmēra ex vivo kodola accumbens un muguras striatuma koronālajās šķēlēs, izmantojot reāllaika oglekļa šķiedras amperometriju. 15 nedēļu laikā ar kafetērijas diētu barotām žurkām bija aptaukošanās (ķermeņa masas pieaugums par> 20%), un tām bija zemāks ārpusšūnu akumba dopamīna līmenis nekā žurkām ar normālu svaru (0.007 ± 0.001 pret 0.023 ± 0.002 pmol / paraugs; P<0.05). Dopamīna izdalīšanos aptaukošanās žurku kodolā stimulēja kafejnīcas-diētas izaicinājums, taču tas joprojām nereaģēja uz laboratorijas chow maltīti. Administrācija d-amfetamīns (1.5 mg / kg ip) arī atklāja novājinātu dopamīna atbildes reakciju aptaukošanās žurkām. Eksperimentos, kas mēra elektriski izraisītu dopamīna signālu ex vivo kodolkrūšu šķēlītēs, bija daudz vājāka atbilde aptaukošanās dzīvniekiem (12 pret 25 × 106 dopamīna molekulas katrā stimulācijā, P<0.05). Rezultāti parāda, ka mezolimbiskā dopamīna neirotransmisijas deficīts ir saistīts ar uztura aptaukošanos. Nomākta dopamīna izdalīšanās var novest pie aptaukošanās dzīvniekiem ar kompensāciju, ēdot patīkamu “komforta” ēdienu, stimulu, kas atbrīvoja dopamīnu, ja laboratorijas gaļa neizdevās.

atslēgvārdi: kodols accumbens, striatums, barošana, ķermeņa masa, amfetamīns, hiperfagija

Straujš uztura aptaukošanās pieaugums industrializētajās sabiedrībās liecina, ka var būt atbildīgi ne homeostatiskie signālierīces, kas nodrošina hronisku pozitīvu enerģijas patēriņu. Būtisks jautājums ir, kāpēc laboratorijas dzīvnieki un cilvēki turpina ēst enerģiju bagātus, garšīgus ēdienus tādā mērā, ka tie kļūst aptaukošanās. No evolūcijas viedokļa ir sagaidāms, ka smadzenes izstrādās sistēmu, lai reaģētu uz dabas atlīdzībām, piemēram, pārtiku. Šie centrālie mehānismi ir saglabāti dažādās sugās, lai nodrošinātu izdzīvošanu (\ tKelley un Berridge, 2002) un varētu mijiedarboties ar ķēdes moduli, kas regulē ķermeņa svaru. Tāpēc, pateicoties labvēlīgam garšīgam ēdienam, var palielināties kaloriju patēriņš un svara pieaugums, ko nevar pārvarēt homeostāzes izraisīti mehānismi, kuru pamatā galvenokārt ir hipotalāma. Šī iespēja vismaz daļēji var izskaidrot aptaukošanās epidēmijas proporcijas.

Starp neironu sistēmām ir ievērojama mesolimbiskā dopamīna ceļš, kur ir zināms, ka dopamīna iedarbība, jo īpaši kodolskaldņu termināļos, veicina pastiprinājuma mehānismus. Šīs sistēmas aktivizēšana ietver dopamīna līmeņa paaugstināšanos un dopamīna apgrozījuma izmaiņas pēc dabiskas atalgojuma, piemēram, barošanas (Hernandezs un Hoebels, 1988; Radhakishun et al., 1988). Turklāt ir zināms, ka dopamīns kodolos (un blakus esošajā dorsālajā striatumā) palielinās ar pārtiku saistītu stimulu un motora aktivitātes dēļ, kas saistīts ar pārtikas sasniegšanu (Mogenson un Wu, 1982; Bradberry et al., 1991; Salamone et al., 1991). Tādēļ ir saprātīgi sagaidīt, ka uztura aptaukošanās var būt saistīta ar garšīgu augstas enerģijas pārtikas mesolimbisko dopamīnu atbrīvojošo spēju.

Šajā pētījumā mēs pētījām, vai žurku hroniska ekspozīcija (15 nedēļas) ar augstu enerģētisko, garšīgo kafejnīcu uzturu izraisa izmaiņas kodolkrāsas dopamīnā. Šis ļoti garšīgs uzturs veiksmīgi izraisa aptaukošanos ar uzturu žurkām un ir visnozīmīgākais cilvēka aptaukošanās attīstībai (Sclafani un Springer, 1976). Turklāt kafejnīcu uzturs ļāva mums nošķirt augstas tauku un augstu ogļhidrātu preferences un vai šādas preferences ietekmēja mezolimbisko dopamīna izdalīšanos. Mēs noskaidrojām, ka Sprague-Dawley žurkas ieguva lielāko daļu ikdienas kaloriju patēriņa no augsta ogļhidrātu avotiem un attīstīja diētas izraisītu aptaukošanos (DIO). Turklāt viņi demonstrēja depresīvu bazālā dopamīna izdalīšanos kodola akumbensā un novājinātu dopamīna atbildes reakciju uz standarta čūska maltīti vai sistēmisku ievadīšanu. d-amfetamīns.

EKSPERIMENTĀLĀS PROCEDŪRAS

Dzīvnieki

Sieviešu albīnu Sprague – Dawley žurkas (Taconic, Hudson, NY, ASV) tika saskaņotas ar 300 g ķermeņa masu 3 mēnešu vecumā. Sieviešu dzimuma dzīvnieki tika izvēlēti, jo, atšķirībā no vīriešu kārtas žurku mātītēm, laboratoriski barojošu sieviešu ķermeņa masa laika gaitā ir relatīvi stabila. Dzīvnieki tika izmitināti individuāli vienā telpā ar 12-h atpakaļgaitas / tumšo ciklu (iedegas: 6 pm, apgaismojums izslēgts: 6 am). Šajos apstākļos nenovēroja estētiskā cikla fāzes ietekmi uz mesolimbisko dopamīna izdalīšanos (Geiger et al., 2008). Visi dzīvnieki tika izmantoti saskaņā ar ASV Nacionālo veselības institūtu (NIH) un Tufts universitātes un Tufts medicīnas centra publicētajām vadlīnijām. Visi centieni tika veikti, lai ierobežotu izmantoto dzīvnieku skaitu, lai samazinātu dzīvnieku izmantošanu un ciešanas.

Kafetērijas diētas sastāvs

Dzīvnieki tika iedalīti kafejnīcā DIO grupā (kas aprakstīta arī kā zemas aptaukošanās grupa) un laboratorijas barības grupai (normālai svara grupai). Visas grupas tika barotas ad libitum. Kafetērijas uzturs ietvēra augstas tauku sastāvdaļas, piemēram, Crisco (33% augu saīsināšana, 67% Purina pulveris), salami, čedaras sieru un zemesriekstu sviestu; un augstas ogļhidrātu sastāvdaļas, piemēram, saldināts kondensēts piens (Magnolia zīmols sajaukts ar ūdeni, 1: 1), šokolādes mikroshēmas, piena šokolāde, banāni, marshmallows un 32% saharozes šķīdums. Ir pierādīts, ka šis ļoti garšīgs uzturs ir ļoti efektīvs, lai izraisītu aptaukošanos ar uzturu žurkām un imitētu cilvēka aptaukošanās attīstību.Sclafani un Springer, 1976). Katrs komponents bija pieejams visu laiku un mainīts četras reizes nedēļā. Tika dota arī kafejnīca DIO grupa, kas papildina garšīgus ēdienus ad libitum piekļuve Purina laboratorijas čau. Lai noteiktu diētas preferences, katras kafejnīcas uztura sastāvdaļas tika uztvertas divos 48-h periodos uztura vienpadsmitajā nedēļā. Ķermeņa svars tika reģistrēts reizi nedēļā.

Stereotaksiskā ķirurģija

Pētījuma nedēļas 7 laikā tika veikta stereotaksiskā ķirurģija.n= 24 kafejnīcu DIO žurkas, n= 32 laboratorijas govju žurkas). Dzīvnieki tika anestēzēti ar ketamīnu (60 mg / kg ip) un ksilazīnu (10 mg / kg ip) divpusēju 10 mm implantācijai, nerūsējoša tērauda mikrodialīzes vadotnes kanāliem, kas vērsti uz aizmugurējo kodola apvalku. Stereotaksiskās koordinātas bija 21 mm priekšpusē starpnacionālajai nullei, 10 mm sānu virzienā uz viduslīnijas sinusa un 1.2 mm vēdera līdz līmeņa galvaskausa virsmai. Zondes dialīzes šķiedra pagarināja vēl vienu 4 mm ventrālu, lai sasniegtu mērķa vietu (Paxinos un Watson, 2007). Pēc operācijas visi dzīvnieki tika atgriezti būros un turpinājuši uztura režīmu.

Mikrodialīze un augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfija ar elektroķīmiskās noteikšanas (HPLC-EC) procedūru

Pētījuma nedēļas 14 laikā tika veikta mikrodialīze, lai varētu veikt atbilstošu atveseļošanos no operācijas. Katrai mikrodialīzes sesijai dzīvnieki tika ievietoti individuāli mikrodialīzes būros un zondes tika ievietotas mikrodialīzes kannēs 12 – 15 h pirms pirmā parauga savākšanas. Implantācijas vieta (pa kreisi pret labo pusi) tika līdzsvarota. Mikrodialīzes zondes bija koncentriska tipa, ražotas lokāli un parādījušas 10% neirochemicals atgūšanu. in vitro testus, kā aprakstīts iepriekš (Hernandez et al., 1986). Zondes tika perfūzētas ar Ringera šķīdumu (142 mM NaCl, 3.9 mM KCl, 1.2 mM CaCl2, 1.0 mM MgCl2, 1.4 mM Na2HPO4, 0.3 mM NaN2PO4) ar ātrumu 1 ° µl / min. Lai samazinātu monoamīnu oksidēšanos, dializāts tika savākts 40 µl flakonos, kas satur 5 µl konservanta (0.1 M HCl un 100 ° µM EDTA). Paraugu savākšana sākās tumšā cikla vidū, un visi pārtikas produkti tika izņemti no 3 h pirms paraugu ņemšanas visiem dzīvniekiem. Paraugi tika savākti 30 minūšu intervālos vismaz 2 h sākumposmā, kam sekoja sistēmiska injekcija. d-amfetamīns (1.5 mg / kg ip; Sigma, Sentluisa, MO, ASV). No katra parauga 25 µl dializāta tika ievadīta amperometriskā Antec HPLC-EC sistēmā (GBC, Inc., Boston, MA, ASV) ar 10 cm Rainin kolonnu un fosfāta kustīgās fāzes buferi, kas atdala un nosaka dopamīnu, un dopamīna metabolīti dihidroksifeniletiķskābe (DOPAC) un homovanilskābe (HVA). Rezultātā iegūtie maksimumi tika mērīti un reģistrēti. Mikrodialīzes zondes novietošana mērķa vietā tika pārbaudīta eksperimenta beigās, pārbaudot zondes traktu pēc smadzeņu fiksācijas ar paraformaldehīdu.

Dzīvniekiem, kuriem ir 30-min laboratorijas čau vai kafetērijas uztura ēdiens, nevis d-amfetamīns, visas grupas 12 h bija pārtikušas pirms mikrodialīzes eksperimenta, lai nodrošinātu pietiekamu ēšanas motivāciju.

Šķēle elektrofizioloģija

Žurku smadzenes strauji tika ievietotas ledus aukstā skābekli saturošā mākslīgā cerebrospinālajā šķidrumā (aCSF) uz Leica VT1000S vibratomas (Leica Microsystems, Wetzlar, Vācija) un sagriež 300 µm koronālos šķēlītēs. Šķēlēs vannā bija aCSF (124 mM NaCl, 2.0 mM KCl, 1.25 mM KH2PO4, 2.0 mM MgSO4, 25 mM NaHCO3, 1.0 mM CaCl2, 11 mM glikoze, pH = 7.3). Pēc 1 h CSF šķēlēs tika pārnests uz reģistrēšanas kameru ar skābekli saturoša aCSF perfūziju, kas iestatīts uz 1 ml / min pie 37 ° C. Oglekļa šķiedras elektrodi, diametrā diametrs 5, ar svaigi grieztu virsmu, tika ievietoti kodolā apvalkā vai dorsālajā striatumā ~ 50 µm šķēlītē, ar atsauces elektrodu (Ag / AgCl vadu) ievietojot aCSF vannā un sprieguma komplektā līdz + 700 mV (Axopatch 200 B, Axon Instruments Inc., Union City, CA, ASV). Bipolārā, vītā stieple, stimulējošais elektrods (stieples diametrs 0.005: MS 303 / 3, Plastics One, Inc., Roanoke, VA, ASV) tika ievietots oglekļa šķiedras elektroda 100 – 200 µm. 2 ms konstanta monofāziskā strāvas stimulators pie + 500 µA tika piegādāts ar Isoflex stimulatora izolatoru (AMPI, Inc., Jeruzaleme, Izraēla), ko izraisīja pastāvīga strāvas stimulators (modelis S88; Grass Technologies, West Warwick, RI, ASV) . Amperometriskā elektroda atbildes reakciju (izmaiņas bāzes līnijā) novēroja un noteica ar Superscope programmatūru (GW Instruments, Inc., Somerville, MA, ASV). Elektrodi tika kalibrēti pirms un pēc lietošanas ar fona atņemtajiem voltammogrammiem (pieci viļņi tika izmantoti un vidēji aprēķināti, 300 V / s, -400 līdz + 1000 mV, ierakstīšanas vidē un vidē ar 10 µM ​​dopamīnu). Amperometriskie maksimumi tika identificēti kā notikumi, kas lielāki par 3.5 × bāzes līnijas troksni. Notikuma platums bija ilgums starp (a) maksimālā slīpuma bāzes līnijas noņemšanu no bāzes līnijas līdz pirmajam punktam, kas pārsniedza robežvērtību, un (b) pirmo datu punktu pēc maksimālās amplitūdas, kas reģistrēja ≤0 pA vērtību. Maksimālā amplitūda (imaks) no pasākuma bija vislielākā vērtība pasākumā. Lai noteiktu kopējo molekulu skaitu (N) atbrīvots, tika noteikts kopējais notikuma maksas starp bāzes līnijas pārtveršanu skaits un molekulu skaits, ko aprēķināja pēc attiecības N= Q /nF, kur Q ir maksa, n katram molekulam ziedoto elektronu skaits un F ir Faraday konstante (96,485 C ekvivalentam). Aplēses tika balstītas uz pieņēmumu, ka divi elektroni, kas ziedoti uz oksidētu dopamīna molekulu (Ciolkowski et al., 1994).

Audu mikroshēmas

Kafetērijas DIO vai laboratorijas barības žurkas (n= 11 / grupa) tika eutanizēti kā iepriekšējā eksperimentā, un 1 mm diametra perforatori no muguras striatuma un kodola accumbens tika ņemti no 300 µm smadzeņu šķēlītēm. Pēc tam perforatori tika pakļauti 40 mM KCl šķīdumam 3 min, lai stimulētu dopamīna izdalīšanos. Tad ekstracelulāro dopamīna līmeni mērīja, izmantojot iepriekš aprakstīto HPLC metodi.

Datu analīze

Mikrodialīzes datu analīzei tika izmantota divvirzienu ANOVA (grupa × laiks) ar atkārtotiem mērījumiem un Fisher post hoc analīzi. Visiem citiem testiem tika izmantota vienvirziena ANOVA. Attiecībā uz šķēles eksperimentiem piecu atšķirīgu stimulāciju rezultāti vienā un tajā pašā šķēlītē tika aprēķināti uz vienu šķēlīti pirms ANOVA palaišanas. Rezultātus izsaka kā vidējo ± vidējo (SEM) vidējo vērtību.

REZULTĀTI

Pārtikas aptaukošanās žurkas lielā mērā dod priekšroku ļoti garšīgiem ēdieniem

Kafetērijas DIO žurkām bija liela priekšrocība saldajam pienam (74.4 ± 6.4 g; 241 ± 21 kcal) un 32% saharozes šķīdumam (31.4 ± 4.1 g; 40 ± 5 kcal).1A, B, F(9,127) = 116.9854, P<0.01). Turklāt šie dzīvnieki ēda ievērojami mazāk Purina chow (5.66 ± 1.02 g), salīdzinot ar laboratorijas chow barotajiem dzīvniekiem (54.7 ± 2.3 g; F(1,27) = 419.681, P<0.01). Pēc 14 nedēļām pēc kafejnīcas diētas žurkas ieguva 53.7% no sākotnējā ķermeņa svara līdz gala svaram 444.9 ± 19.0 g. Pēc tā paša perioda žurkas ar laboratorijas chow sasniedza galīgo svaru 344.0 ± 10.8 (2A).

Fig. 1 

Kafetērijas uztura komponentu preferences aptaukošanās žurkām. Kafejnīcu uztura sastāvdaļu vidējais patēriņš gramos (A) un kcal (B) divos 48-h periodos nedēļas laikā 11 uztura režīmā dod priekšroku saldajam pienam un saharozes šķīdumam (vidējais ± SEM; ...
Fig. 2 

Bieži, amfetamīna un laboratorijas gaļas ēdieni, kas tika apgrūtināti ar dopamīna līmeni, samazinās uztura aptaukošanās žurkām. (A) Kafejnīcu DIO žurku ķermeņa svars 14 nedēļas laikā bija ievērojami lielāks nekā laboratorijas chow-feed ...

Pārtikas aptaukošanās žurkām ir zems bazālais dopamīns un samazināts amfetamīna stimulētais dopamīna atbrīvojums

Pētījuma 14 nedēļā kafejnīcu DIO žurkām bija zemāki ekstracelulārie dopamīna līmeņi kodolkrūmos, salīdzinot ar laboratorijas čau-barotām žurkām. 2B, F(1,19) = 11.205; P<0.01), mērot pēc in vivo mikrodialīze. Dopamīna metabolītu, DOPAC un HVA, sākotnējais līmenis bija arī ievērojami zemāks kafejnīcu DIO žurkām. DOPAC līmeņi kafejnīcās DIO žurkām bija 3.13 ± 0.42 pret 8.53 ± 0.56 pmol ar žurkām, kas barojās ar barību (F(1,10) = 14.727, P<0.01). HVA līmenis bija attiecīgi 1.0 ± 0.28 pret 4.28 ± 0.33 pmol (F(1,20) = 6.931, P<0.05). Pēc stabila dopamīna bāzes stāvokļa noteikšanas žurkām tika ievadīta 1.5 mg / kg amfetamīna ip injekcija. Stimulētā dopamīna līmeņa kopējā izdalīšanās kafejnīcas DIO žurkām bija mazāka nekā laboratorijas dzīvniekiem, kas baroti ar govīm (2B, F(9,162) = 2.659, P

Pārtikas aptaukošanās žurkas izlaiž dopamīnu kodolā accumbens, ēdot ļoti garšīgus ēdienus, nevis vienkāršu laboratorijas čau

2D liecina, ka ekstracelulārā dopamīna līmenis kafetērijas DIO žurkām nenovērojami palielinājās, reaģējot uz laboratorijas gaļas ēdienu. Dzīvnieki ēda vidēji 1.3 ± 0.4 g govs 30 min. Tomēr, ja šo dzīvnieku apakšgrupa (n= 8) pēc tam baroja kafejnīcas diētu 30 min, dopamīns palielināja 19.3% no 0.027 ± 0.003 uz 0.033 ± 0.004 pmols / 25 µL paraugu (F(11,187) = 8.757, P<0.05). Arī DOPAC līmenis palielinājās par 17.13% ± 6.14%. Turpretī laboratorijas dzīvniekiem, kas baroti ar chow, dopamīna līmenis palielinājās par 51.10% ± 17.31% (F(7,119) = 3.902, P<0.05) 1 h pēc chow maltītes (dzīvnieki ēda vidēji 5.7 ± 0.8 g, ievērojami vairāk nekā DIO dzīvnieki; F(1,33) = 26.459, P<0.01). Tomēr mēs negaidām, ka zemāks DIO dzīvnieku uzņemtais ēdiens ir tiešais dopamīna izdalīšanās trūkuma cēlonis šiem dzīvniekiem, jo ​​ir ziņots, ka barība, kas ir tik maz kā 0.6 g, stimulē dopamīna izdalīšanos žurku kodolā (Martels un Fantino, 1996). Turklāt citi pētījumi ir parādījuši, ka atbrīvotās dopamīna daudzuma atšķirības ne vienmēr ir tieši saistītas ar klātbūtnes daudzumu pārtikas produktā, bet tās var ietekmēt arī citi stimuli, piemēram, dzīvnieku sātīguma līmenis, ēdiena garšas īpašības un jaunumi. (Hoebel et al., 2007). Kafetērijas uzturs netika izsaukts laboratorijas barotajiem dzīvniekiem, jo ​​tika sagaidīts, ka tas izraisīs novitātes efektus, kas varētu sajaukt jebkādus salīdzinājumus ar kafejnīcu DIO dzīvniekiem.

Elektriski stimulēta dopamīna izdalīšanās ir novājināta akūtu koronālo smadzeņu šķēlītēs no aptaukošanās aptaukošanās žurkām

3A rāda reprezentatīvas amperometriskās pēdas no normālas un diētas aptaukošanās žurku kodolu šķēlītēm (n= 30 stimulācija septiņās šķēlītēs pret 24 stimulācijām piecās šķēlītēs). Kafetērijas DIO žurkām bija zemāka elektriski izraisīta dopamīna izdalīšanās nekā laboratorijas barotām žurkām (12 × 106± 4 × 106 pret 25 × 106± 6 × 106 molekulas; 3B, F(1,52) = 2.1428, P<0.05). Šī izraisītā dopamīna izdalīšanās atšķirība atspoguļo gan notikuma amplitūdas samazināšanos (5.16 ± 1.10 pA kafejnīcas DIO žurkām, salīdzinot ar 7.06 ± 0.80 pA laboratorijas žurkām, kuras baro ar gaļu); 3C, F(1,52) = 2.4472, P<0.05) un platums (2.45 ± 0.73 s kafetērijas DIO žurkām, salīdzinot ar 4.43 ± 0.70 s laboratorijas žurkām, kuras baroja ar chow, 3D, F(1,52) = 3.851, P

Fig. 3 

Izraisītais dopamīna izdalīšanās no kodola accumbens smadzeņu šķēlītēs (A) Reprezentatīvas pēdas no akūtiem koronāliem kodoliem accumbens šķēlēs no barības ar dzīvniekiem (augšā; n= 30 stimulācijas septiņās šķēlītēs) un kafejnīcā DIO dzīvnieki (apakšā; n= 24 stimulācija ...

Fig. 4 rāda, ka tajās pašās tendencēs bija uztura aptaukošanās žurku mugurkaula šķēlēs. Reprezentatīvas pēdas no laboratorijas barības (n= 31 stimulācija septiņās šķēlītēs) un kafejnīca DIO (n= 15 stimulācijas četrās šķēlītēs) 4A. Elektriski izraisīta dopamīna izdalīšanās no striatuma bija 0.8 × 106± 0.1 × 106 kafejnīcās DIO žurkām pret 44 × 106± 11 × 106 molekulas (4B, F(1,45) = 6.0546, P<0.01) laboratorijas dzīvniekiem, kas baroti ar chow. Arī tas atspoguļo abu notikumu amplitūdas samazināšanos (2.77 ± 0.42 pret 9.20 ± 1.88 pA; F(1,45) = 7.8468, P<0.01) un platums (0.22 ± 0.03 pret 5.90 ± 0.98 s; F(1,45) = 17.2823, P<= 0.01) kafejnīcas DIO grupā (4C, 4D).

Fig. 4 

Izraisītā dopamīna izdalīšanās no muguras striatuma smadzeņu šķēlītēs. (A) reprezentatīvas pēdas no akūtu koronāro dorsālo striatumu šķēlēs, kas iegūtas no barības piedevām (augšā; n= 31 stimulācijas septiņās šķēlītēs) un kafejnīcā DIO dzīvnieki (apakšā; n= 15 stimulācija ...

Kāliju stimulēta dopamīna izdalīšanās audu mikroshāzēs samazinās uztura aptaukošanās žurku kodolos un striatumā.

Ekstracelulārie dopamīna līmeņi pēc KCl stimulācijas tika mērīti ar HPLC-EC un parādīti Fig. 5. Ekstracelulārie dopamīna līmeņi bija 0.16 ± 0.08 pmol / paraugs aptaukojušos dzīvnieku akumbenē.n= 10 mikroshēmas), salīdzinot ar 0.65 ± 0.23 pmol / paraugu mikroshāzēs no kontroles dzīvniekiem (n= 11 mikroshēmas; 5A; F(1,19) = 4.1911, P<0.01). Ārpusšūnu dopamīna līmenis bija 5.9 ± 1.7 pmol / paraugs striatālajos mikropučos no aptaukošanās (n= 8 micropunches) un 11.3 ± 1.9 pmol / paraugs tajā pašā vietā no kontroles (n= 11 micropunches) žurkām (5B; F(1,17) = 7.5064, P

Fig. 5 

Ekstracelulārie dopamīna līmeņi no kālija stimulētiem audu mikroshēmām. Dopamīna daudzums, kas izdalās no (A) kodola.n= 11 mikroshēmas katrā grupā) un (B) muguras striatums (n= 8 mikroshēmas no aptaukošanās un n= 11 mikroshēmas no vadības ierīcēm) ...

DISKUSIJA

Šajā pētījumā žurkām kļuva liekais svars, ēdot kafetērijas diētu, dodot priekšroku augstvērtīgiem pārtikas produktiem. Viņu liekais svars bija zemāks bazālais ekstracelulārais dopamīns, kā arī chow stimulēts vai amfetamīna stimulēts dopamīns kodolā. Pētījumos, kuros izmanto narkotikas, dzīvnieki strādās, lai dopamīna līmeni kodola accumbens līmenī saglabātu virs noteiktā līmeņa (Wise et al., 1995a,b; Ranaldi et al., 1999). Šajā pētījumā ļaunprātīgi izmantotā viela ir garšīgs ēdiens, tāpēc zemais ekstracelulārais dopamīns uz aklēmiem palielina garšīgu ēdienu patēriņu.

Aptaukošanās žurkām bija arī vājināts elektriski stimulēta dopamīna līmenis smadzeņu šķēlītēs un kālija stimulēts stimulēts dopamīns audu mikroshāzēs no kodola accumbens un muguras striatuma. Tāpēc centrālā presinaptiskā deficīta dopamīna eksocitozē ir redzama uztura aptaukošanās dēļ, jo ir novērota dopamīna izdalīšanās izpausme. in vivo, akūtās smadzeņu un smadzeņu smadzeņu šķēlītēs un audu mikroshāzēs, ko izraisa aptaukošanās dzīvnieki. Mēs esam redzējuši līdzīgu efektu aptaukošanās ģenētiskajā modelī. Šajā modelī dopamīna sintēzes un eksocitozes regulatoru mRNS un proteīnu ekspresija, ieskaitot tirozīna hidroksilāzi un neironu vezikulāro monoamīna transporteri (VMAT2), samazinās aptaukošanās izraisītu dzīvnieku (VTA) dopamīna neironos (Geiger et al., 2008). Vēl viena iespējamā pirmssinaptiskās izmaiņas vieta ir plazmas membrānas dopamīna atpakaļsaistes transportieris, DAT. Šķēlēs elektrofizioloģijas pētījumi ļauj atšķirt dopamīna izdalīšanās atšķirības pret atkārtotas uzņemšanas kinētiku. Spīķu platuma atšķirība principā liek domāt, ka dzīvnieku aptaukošanās dzīvniekiem var būt ne tikai mazāka izdalīšanās, bet arī atkārtotas uzņemšanas izmaiņas, jo atšķiras aktīvās DAT transportera vietas plazmas membrānā. Zucker taukos (fa / fa) žurkām, ir ziņots par DAT transportera paaugstinātu mRNS līmeni VTA \ tFiglewicz et al., 1998). Dopamīna klīrensa palielināšanās iespēja ir saderīga ar samazinātu dopamīna signāla samazināšanos DIO žurkām šajā pētījumā.

Jāatzīmē, ka amfetamīna dopamīna atbrīvojošā spēja aptaukošanās dzīvniekiem netika novājināta (procentos mainoties no sākotnējā stāvokļa), un tas var „apvienoties” kopā ar zemākiem dopamīna absolūtajiem līmeņiem, lai virzītu aptaukošanās laikā dzīvojošo dzīvnieku motivāciju, lai iegūtu dopamīna atbrīvojošos stimulus. Amfetamīns ir vāja bāze, kas pārvieto dopamīnu no vezikulām uz citozolu un izraisa ekstracelulārā dopamīna palielināšanos, izmantojot reverso transportu (Sulzer un Rayport, 1990). Smagu deficītu gadījumos, kad dopamīna vezikulārie baseini, piemēram, vezikulārā transportera VMAT2 deficīta pelēm, amfetamīna injekcija īslaicīgi stimulē jaunu dopamīna sintēzi citozolā (Fon et al., 1997). Amfetamīna izraisīts pārejošs citozola dopamīna pieaugums var izskaidrot īslaicīgu dopamīna līmeņa pieaugumu procentos aptaukošanās laikā, salīdzinot ar normālos svaros dzīvojošiem dzīvniekiem, un tas var veicināt aptaukošanās dzīvnieku jutību pret dopamīna atbrīvojošajiem stimuliem kopā ar zemāko absolūtu ekstracelulāru dopamīna līmenis akumbenās.

Kādi būtu mehānismi, kas varētu izraisīt presinaptiskā dopamīna deficīta mazināšanos aptaukošanās laikā dzīvojošiem dzīvniekiem un vadīt viņu uztura izvēli? Saikne starp ēdiena izvēli un kodolu accumbens dopamīnu ir skaidri parādīta uztura aptaukošanās izraisīto dzīvnieku neskaidrā reakcijā uz čau, bet ne ar garšīgu uzturu. Mūsu secinājumi papildina neseno darbu, kas liecina, ka dopamīna D1 tipa receptoru (D1) receptoru agonists uzlaboja žurku izvēli par ļoti garšīgu pārtiku (Cooper un Al-Naser, 2006). Turklāt žurkām, kas apmācītas uz saharozes (Avena et al., 2008), turpinot atbalstīt centrālā dopamīna iesaistīšanos, ja priekšroka dodama garšīgiem pārtikas produktiem, kas bagāti ar ogļhidrātiem. Mēs esam pierādījuši, ka šajā pētījumā ziņots par centrālo dopamīna deficītu papildu aptaukošanās modeļos, ieskaitot ob / ob leptīna deficīta peles un inbredus aptaukošanās \ tFulton et al., 2006; Geiger et al., 2008). Tādējādi viens iespējamais signāls, kas savieno garšīgu pārtikas patēriņu un dopamīna izdalīšanos, var būt leptīns. Cilvēkiem ar iedzimtu leptīna deficītu leptīna aizstāšana samazina to hiperfāgiju un maina viņu vēdera striatuma aktivāciju attiecībā uz garšīgas pārtikas vizualizāciju (Farooqi et al., 2007). Žurkām ir arī pierādīts, ka leptīns samazinās saharozes pašregulāciju (\ tFiglewicz et al., 2006, 2007). Ir pierādīts, ka citas oreksigēnās izejvielas, piemēram, grelīns un oreksīns, ir iesaistītas vidus smadzeņu dopamīna sistēmas aktivizēšanā.Rada et al., 1998; Helm et al., 2003; Abizaid et al., 2006; Narita et al., 2006). Būtu interesanti turpināt pārbaudīt, vai uztura aptaukojušos dzīvnieku pāreja uz parasto laboratorijas pūci uz hroniska pamata saglabātu savu izvēli par garšīgu pārtiku un ar to saistīto dopamīna atbildi uz dopamīnu neatkarīgi no paredzamajām leptīna, ghrelīna vai oreksīna un citu signālu izmaiņām. saistībā ar apetītes regulēšanu.

SECINĀJUMS

Visbeidzot, šajā pētījumā iegūtie dati liecina, ka mesolimbiska dopamīna sistēma ir izšķiroša, dodot priekšroku diētām ar augstu enerģiju, hiperfagiju un no tā izrietošu uztura aptaukošanos. Pārtikas aptaukošanās žurkām ir nomākts kodolskābes un dorsālā striatuma dopamīnerģiskā neirotransmisija. Dzīvnieki var uz laiku atjaunot dopamīna līmeni, ēdot ļoti garšīgus, augstas enerģijas ēdienus. Šie rezultāti liek domāt, ka selektīva mesolimbiskā dopamīna sistēmas presinaptīvo regulatoru izmantošana ir daudzsološa pieeja aptaukošanās ārstēšanai.

Pateicības

Šo darbu atbalstīja DK065872 (ENP), F31 DA023760 (BMG, ENP), Smith ģimenes fonda izcilības balva biomedicīniskajos pētījumos (ENP) un P30 NS047243 (Tuftu centrs neiroloģijas pētījumu jomā).

Saīsinājumi

  • aCSF
  • mākslīgais cerebrospinālais šķidrums
  • DAT
  • dopamīna plazmas membrānas transportētājs
  • DIO
  • uztura izraisīts aptaukošanās
  • DOPAC
  • dihidroksifeniletiķskābe
  • HPLC-EK
  • augstas izšķirtspējas šķidruma hromatogrāfija ar elektroķīmisko noteikšanu
  • HVA
  • homovanilskābe
  • VMAT2
  • neironu vezikulārais monoamīna transporteris
  • VTA
  • ventrālā ķermeņa daļa

ATSAUCES

  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. Ghrelin modulē vidus smadzeņu dopamīna neironu aktivitāti un sinaptisko ievades organizāciju, vienlaikus veicinot apetīti. J Clin Invest. 2006: 116: 3229 – 3239. [PMC bezmaksas raksts] [PubMed]
  2. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Pierādījumi par cukura atkarību: neregulāras, pārmērīgas cukura devas uzvedības un neiroloģiskās sekas. Neurosci Biobehav Rev. 2008: 32: 20 – 39. [PMC bezmaksas raksts] [PubMed]
  3. Bradberry CW, Gruen RJ, Berridge CW, Roth RH. Individuālās atšķirības uzvedības pasākumos: korelācijas ar kodolu accumbens dopamīnu, ko mēra ar mikrodialīzi. Pharmacol Biochem Behav. 1991: 39: 877 – 882. [PubMed]
  4. Ciolkowski EL, Maness KM, Cahill PS, Wightman RM, Evans DH, Fosset B, Amatore C. Disproporcija katecholamīnu elektroksidēšanas laikā oglekļa šķiedras mikroelektrodos. Anal Chem. 1994: 66: 3611 – 3617.
  5. Cooper SJ, Al-Naser HA. Pārtikas produktu izvēles dopamīnerģiska kontrole: SKF 38,393 un hinpirola kontrastējošā iedarbība uz ēdienreizes ar augstu garšas spēju žurkām. Neirofarmakoloģija. 2006: 50: 953 – 963. [PubMed]
  6. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptīns regulē striatāla reģionus un cilvēka ēšanas paradumus. Zinātne. 2007: 317: 1355. [PMC bezmaksas raksts] [PubMed]
  7. Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Intraventrikulārais insulīns un leptīns samazina saharozes pašregulāciju žurkām. Physiol Behav. 2006: 89: 611 – 616. [PubMed]
  8. Figlewicz DP, MacDonald Naleid A, Sipols AJ. Pārtikas atlīdzības modulēšana ar tauku signāliem. Physiol Behav. 2007: 91: 473 – 478. [PMC bezmaksas raksts] [PubMed]
  9. Figlewicz DP, Patterson TA, Johnson LB, Zavosh A, Israel PA, Szot P. Dopamīna transportera mRNS palielinās Zucker taukskābju (fa / fa) žurku CNS. Brain Res Bull. 1998: 46: 199 – 202. [PubMed]
  10. Fon EA, Pothos EN, Sun BC, Killeen N, Sulzer D, Edwards RH. Vesikulārais transports regulē monoamīna uzglabāšanu un atbrīvošanu, bet tas nav būtisks amfetamīna iedarbībai. Neirons. 1997: 19: 1271 – 1283. [PubMed]
  11. Fulton S, Pissios P, Manchon RP, Stiles L, Frank L, Pothos EN, Maratos-Flier E, Flier JS. Leptīna regulēšana mezoaccumbens dopamīna ceļā. Neirons. 2006: 51: 811 – 822. [PubMed]
  12. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG, Pothos EN. Pierādījumi par defektu mesolimbisku dopamīna eksocitozi aptaukošanās apstākļos. FASEB J. 2008, 22: 2740 – 2746. [PMC bezmaksas raksts] [PubMed]
  13. Helm KA, Rada P, Hoebel BG. Holecistokinīns kombinācijā ar serotonīnu hipotalāmā ierobežo dopamīna izdalīšanos, vienlaikus palielinot acetilholīnu: iespējams piesātinājuma mehānismu. Brain Res. 2003: 963: 290 – 297. [PubMed]
  14. Hernandez L, Hoebel BG. Barošana un hipotalāma stimulācija palielina dopamīna apgrozījumu aknās. Physiol Behav. 1988: 44: 599 – 606. [PubMed]
  15. Hernandez L, Stanley BG, Hoebel BG. Neliela noņemama mikrodialīzes zonde. Dzīve Sci. 1986: 39: 2629 – 2637. [PubMed]
  16. Hoebel BG, Avena NM, Rada P. Accumbens dopamīna-acetilholīna līdzsvars un novēršana. Curr Opin Pharmacol. 2007: 7: 617 – 627. [PMC bezmaksas raksts] [PubMed]
  17. Kelley AE, Berridge KC. Dabisko atlīdzību neirozinātne: saistība ar atkarību izraisošām zālēm. J Neurosci. 2002: 22: 3306 – 3311. [PubMed]
  18. Martels P, Fantino M. Pārtikas daudzuma ietekme uz mesolimbiskās dopamīnerģiskās sistēmas aktivitāti: mikrodialīzes pētījums. Pharmacol Biochem Behav. 1996: 55: 297 – 302. [PubMed]
  19. Mogenson GJ, Wu M. Neirofarmakoloģiskie un elektrofizioloģiskie pierādījumi, kas piesaista mesolimbisko dopamīna sistēmu barošanas reakcijās, ko izraisa mediālā priekšgala saišķa elektriskā stimulācija. 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. Tieša oreksinergisko sistēmu iesaistīšanās mezolimbiskā dopamīna ceļa aktivācijā un ar to saistītā uzvedība ar morfīnu. J Neurosci. 2006: 26: 398 – 405. [PubMed]
  21. Paxinos G, Watson C. Žurku smadzenes stereotaksiskās koordinātās. Amsterdama: Academic Press; 2007.
  22. Rada P, Mark GP, Hoebel BG. Galanīns hipotalāmā paaugstina dopamīnu un pazemina acetilholīna izdalīšanos kodolā: iespējams mehānisms barošanas uzvedības hipotalāmu uzsākšanai. Brain Res. 1998: 798: 1 – 6. [PubMed]
  23. Radhakishun FS, van-Ree JM, Westerink BH. Plānotā ēšana palielina dopamīna izdalīšanos pārtikā nabadzīgo žurku kodolos, ko novērtē ar smadzeņu dialīzi tiešsaistē. Neurosci Lett. 1988: 85: 351 – 356. [PubMed]
  24. Ranaldi R, Pocock D, Zereik R, Wise RA. Dopamīna svārstības kodolā accumbens uzturēšanas, izzušanas un intravenozas D-amfetamīna pašregulācijas atjaunošanas laikā. J Neurosci. 1999: 19: 4102 – 4109. [PubMed]
  25. Salamone JD, Steinpreis RE, McCullough LD, Smith P, Grebel D, Mahan K. Haloperidol un dopamīna izsīkuma kodols aizkavē sviras nospiešanu pārtikai, bet palielina brīvu pārtikas patēriņu jaunās pārtikas izvēles procedūrā. Psihofarmakoloģija. 1991: 104: 515 – 521. [PubMed]
  26. Sclafani A, Springer D. Uztura aptaukošanās pieaugušajiem žurkām: līdzība ar hipotalāmu un cilvēka aptaukošanās sindromiem. Physiol Behav. 1976: 17: 461 – 471. [PubMed]
  27. Sulzer D, Rayport S. Amfetamīns un citi psihostimulanti samazina pH gradientus vidus smadzeņu dopamīnerģiskajos neironos un hromafīna granulās: darbības mehānisms. Neirons. 1990: 5: 797 – 808. [PubMed]
  28. Wise RA, Leone P, Rivest R, Leeb K. Dopamīna un DOPAC koncentrācijas paaugstināšanās intravenozas heroīna pašpārvaldes laikā. Sinapse. 1995a: 21: 140 – 148. [PubMed]
  29. Wise RA, Newton P, Leeb K, Burnette B, Pocock D, tiesiskums JB., Jr. Asinsspiediena svārstības dopamīna koncentrācijā intravenozas kokaīna devas ievadīšanas laikā žurkām. Psihofarmakoloģija (Berl) 1995b; 120: 10 – 20. [PubMed]