Saharozes uzņemšana samazina μ-opioīdu un dopamīna D2 / 3 receptoru pieejamību cūku smadzenēs (2020. gads)

Pārmērīgs saharozes patēriņš izraisa atkarībai līdzīgu tieksmi, kas var būt par pamatu aptaukošanās epidēmijai. Opioīdi un dopamīns ir starpnieks narkotiku, kas rada ļaunprātīgu izmantošanu, kā arī dabisko labumu no stimuliem, piemēram, garšīgas pārtikas. Mēs izpētījām saharozes ietekmi, izmantojot PET attēlveidošanas metodi ar [¹¹C] karfentanils (μ-opioīdu receptoru agonists) un [¹¹C] racloprīds (dopamīna D2 / 3 receptoru antagonists) septiņās sieviešu anestēzijas laikā Getingenes minipigās. Pēc tam minipigiem mēs vienu stundu 12 dienas pēc kārtas ļāva piekļūt saharozes šķīdumam un atkal veica attēlveidošanu 24 stundas pēc pēdējās saharozes piekļuves. Mazākā piecu minipigu paraugā mēs veicām papildu [¹¹C] karfentanila PET sesija pēc pirmās saharozes iedarbības. Mēs aprēķinājām voksela saistīšanas potenciālus (BP_ND), izmantojot smadzenītes kā neizslēdzamas saistīšanās reģionu, analizēja atšķirības ar statistisko neparametrisko kartēšanu un veica reģionālo analīzi. Pēc saharozes pieejamības 12 dienu laikā BP_ND abiem marķieriem bija ievērojami samazinājies striatumā, kodolos uzkrāšanās procesā, talamā, amigdālā, cingulāta garozā un prefrontālajā garozā, kas atbilst receptoru blīvuma samazinājumam. Pēc vienreizējas saharozes iedarbības mēs atklājām, ka samazināta saistīšanās ar [¹¹C] karfentanils kodolos uzkrājas un cingulē garozu atbilstoši opioīdu izdalīšanai. Zemāka opioīdu un dopamīna receptoru pieejamība var izskaidrot atkarības potenciālu, kas saistīts ar saharozes uzņemšanu.

Pieci procenti pasaules iedzīvotāju ir klīniski aptaukojušies¹. Kā metaboliskā sindroma pazīme, aptaukošanās ir saistīta ar 2. tipa cukura diabētu, sirds un asinsvadu slimībām, elpošanas problēmām, kā arī depresijas un, iespējams, demences risku.². Palielināts enerģijas blīvu pārtikas produktu patēriņš ir pārspīlējis fizioloģisko atšķirību starp homeostatisko badu, kas seko pārtikas trūkumam, un hedonisko izsalkumu jeb “tieksmi”, kas rodas bez atņemšanas^3,4. Tā kā tikai ar homeostatisko regulējumu nevar izrietēt no pašreizējā aptaukošanās pieauguma, ir obligāti jāpārbauda ļoti garšīga ēdiena atkarību izraisošo īpašību ietekme uz smadzeņu atalgojuma un izpriecu mehānismiem.

Saharozes patēriņš ir saistīts ar aptaukošanos, un saharoze arvien vairāk tiek uzskatīta par atkarību izraisošu vielu⁵. Daži atradumi ir pretrunā ar šo apgalvojumu, jo ir grūtības atdalīt negaršīgu pārtikas patēriņu no hedoniskajām pārtikas atbildēm un noteikt atkarību izraisošo sastāvdaļu pārstrādātos pārtikas produktos, kā arī dažādos mehānismus, ar kuriem pārtika maina smadzeņu apriti pa dabiskiem ceļiem.⁶. Tomēr īpašos gadījumos saharozes uzņemšana izraisa atalgojumu un tieksmi, kas pēc apjoma ir salīdzināma ar atkarību izraisošo narkotiku izraisīto, un tas izraisa pārmērīgu patēriņu un iespējamu aptaukošanos.^6,7.

Bads ir saistīts ar “gribēšanu”, kas ir cieši saistīts ar dopamīnerģiskas neirotransmisijas sekām vairākos atalgojuma apstākļos⁸, bet joprojām nav skaidrs, kā dopamīna (DA) darbība tiek modulēta, reaģējot uz piespiedu ēšanu. Garšīgu ēdienu patēriņš ir saistīts ar “patiku”, ko galvenokārt ietekmē endogēnā opioīdu sistēma, īpaši μ-opioīdu receptori (μOR)^9,10, kas var izraisīt pārmērīgu patēriņu, kad tiek atcelta regula. Šajā ziņojumā mēs pārbaudām apgalvojumu, ka saharoze noved pie opioīdu un dopamīna izdalīšanās, kas samazina μOR un DA D2 / 3 receptoru pieejamību. Pieejamība ir to neaizņemto receptoru skaita indekss, kuri ir pieejami marķieriem saistīšanai, un principā neizšķir ligandu noslogojumu un receptoru blīvumu¹¹.

Kompulsīvas ēšanas sākums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, un cēloņsakarības pētījumi ar cilvēkiem rada ētiskus jautājumus. Tāpēc lielākajā daļā pētījumu uzmanība tiek pievērsta žurku barošanas paradumiem¹². Kaut arī žurkām ir “saldais zobs”, to homeostātiskie mehānismi, kas ir svarīgi svara pieaugumam, metabolismam un tauku uzkrāšanās veidam, ievērojami atšķiras no cilvēkiem. Göttingen minipig ir liels visēdājs dzīvnieks ar labi attīstītām girrencephalic smadzenēm, kuras var attēlot ar pietiekamu izšķirtspēju. Tā precīzi definētie subkortikālie un prefrontālie garozas reģioni¹³ nodrošina tiešāku translāciju uz cilvēka smadzeņu darbību. Šeit mēs izmantojam pozitronu emisijas tomogrāfijas (PET) attēlveidošanu in vivo μOR un DA D2 / 3 pieejamība subhroniskās saharozes iedarbības minipig modelī. Mazākā paraugā mēs izpētījām tūlītējo ietekmi uz μOR noslodzi pēc pirmās saharozes iedarbības. Visbeidzot, mēs pārbaudījām saistību starp abu marķieru receptoru pieejamības izmaiņām.

Vidējās parametriskās kartes no [¹¹C] karfentanils un [¹¹C] racloprīda saistīšanās potenciāls (BP_ND) ir parādīti att. 1. Lai analizētu izmaiņas, kas notiek pēc pirmās saharozes iedarbības piecos minipigos, salīdzinot ar sākotnējo līmeni, un vienu dienu pēc 12^th saharozes pieejamība septiņās minipigēs, salīdzinot ar sākotnējo, mēs izmantojām permutācijas teoriju un reģionāli neierobežotu smadzeņu analīzi, kas bija vēlamā metode šāda lieluma paraugiem¹⁴.

Sākotnējā saharozes iedarbība

Piecās minipigās, kas attēlotas ar [¹¹C] karfentanils sākotnēji un tūlīt pēc pirmās saharozes iedarbības mēs atklājām ievērojami samazinātu marķiera saistīšanos priekšējā cingulāta garozā un kodolā uzkrājās, reaģējot uz saharozi, kā parādīts krāsā XNUMX. att. 2, norādot p <0.05. Mēs konstatējām pat par 14% samazinātu marķieru saistīšanos abos apgabalos, salīdzinot ar sākotnējo līmeni.

12 dienu pieeja saharozei

Pēc tam mēs veica septiņu minipigu analīzi, kas tika attēloti ar [¹¹C] karfentanils sākotnēji un pēc saharozes pieejamības 12 dienu laikā, salīdzinot ar sākotnējo līmeni, atrada ievērojami samazinātu marķiera saistīšanos dzīvniekiem, kas pakļauti saharozei. Visvairāk skartie reģioni ir parādīti sarkanā krāsā att. 3 (p <0.01) un ietver ožas struktūru daļas, nucleus accumbens / ventral striatum un temporālo garozu / daivu, kam seko dzeltenā krāsā norādītas zonas (p <0.015), kas ietvēra prefrontālās garozas, cingulārās garozas, amigdalas un smadzeņu stumbra daļas . Lai iegūtu BP_ND vērtības un novērtēt procentuālās izmaiņas, mēs veicām reģionālo analīzi un ieguvām vidējās vērtības katrā reģionā sākotnējā un pēc saharozes patēriņa (XNUMX. att. 4).

Mēs izmantojām [¹¹C] racloprīds kā DA D2 / 3 receptoru izsekošanas smadzeņu striatūrejos un ekstremiālajos reģionos minipigēs sākotnējā stāvoklī un pēc 12 dienu ilgas piekļuves saharozei (XNUMX. att. 1). Mēs konstatējām samazinātu marķiera saistīšanos dzīvniekiem, kas pakļauti saharozei, salīdzinot ar sākotnējo līmeni ar vislielāko ietekmi (p <0.01) prefrontālās garozas, nucleus accumbens / ventral striatum, cingulate cortex, amygdala, thalamus, mesencephalon, hipokampu reģionos un ožas zonās. (Zīm. 5). Reģionālās analīzes dati ir parādīti XNUMX. attēlā. 6.

Saistība starp [¹¹C] raclopīds un [¹¹C] dati par karfentanilu

Mēs pārbaudījām iespējamo korelāciju starp [¹¹C] raclopīds un [¹¹C] BP karfentanila vērtības_ND striatālajos un ne-striatīvajos reģionos minipigēs sākotnēji un pēc 12 dienu ilgas saharozes uzņemšanas, bez saistībām. Pēc tam mēs pārbaudījām, vai marķiera saistīšanās noraidījumi ir savstarpēji saistīti, un salīdzinājām BP izmaiņas_ND par [¹¹C] racloprīds ar izmaiņām BP_ND par [¹¹C] karfentanils tikai tajos sīpolos, kuriem bija zemāks BP_ND abu marķieru pēc saharozes uzņemšanas (n = 6). Mēs atradām ievērojamas negatīvas korelācijas vidējā vidējā ekstrastatinālajā (r² = 0.91, p <0.01), bet ne striatālajos reģionos (att. 7).

Mēs noteicām atkārtotas pārtrauktas piekļuves saharozei ietekmi uz opioīdu un DA neirotransmisiju zīdītāju smadzenēs. Garenvirzienā in vivo ΜOR un DA D2 / 3 receptoru PET attēlveidošana atklāja samazinātu receptoru pieejamību visā atalgojuma ķēdē, ieskaitot kodola uzkrāšanos, prefrontālo garozu un priekšējo cingulāta garozu. Rezultāti skaidri parāda, ka saharoze ietekmē atlīdzības mehānismus līdzīgi kā narkotikas, kas tiek izmantotas ļaunprātīgi.

Ir zināms, ka saharozes kā garšīgas vielas uzņemšana atbrīvo DA un izraisa atkarību no grauzējiem¹⁵, ar saharozi noteiktos gadījumos grauzējiem izrādoties pat patīkamāk nekā kokaīnam. Tādējādi grauzēji intensīvāk strādā, lai iegūtu saharozi nekā kokaīns, pat ja nav pārtikas trūkuma⁵. Tomēr saharozes iedarbību regulē gan homeostatiskā sistēma, gan hedoniskās atalgojuma shēmas^16,17 kas var būt starpība starp saharozes darbības uztura un hedoniskajiem aspektiem¹⁸. Mēs izvēlējāmies vienas stundas dienā grafiku, lai veicinātu “bingēšanu”, jo iepriekšējie pētījumi ar žurkām atklāja lielāku devu ikdienas piekļuves pirmajā stundā ar pārtraukumiem^15,19. Uzvedības pētījumi par pārtikas uzņemšanu bieži tiek mērķēti uz dzīvniekiem, kuriem ir ierobežota barība, taču dizains ne vienmēr atspoguļo tos pašus nervu mehānismus, kas aktīvi darbojas aptaukošanās gadījumā. Šajā pētījumā iesaistītajām cūkām netika ierobežota pārtika, un papildus piekļuvei saharozei tās tika barotas ar parasto uzturu.

Opioīdu receptori (OR) smadzenēs tiek plaši izteikti, īpaši struktūrās, par kurām zināms, ka tās modulē ēšanas un atalgojuma procesus²⁰. Ir pierādīts, ka OR ir nozīmīgi kokaīna atalgojošajā un recidivējošajā iedarbībā^21,22,23,24. Saistošās izmaiņas ir saistītas arī ar homeostatisko reakciju uz ēšanu un baudu, kas saistīta ar gardu ēdienu²⁵. Proti, ēdiena “patika” ir saistīta ar endogēno opioīdu sistēmu, īpaši ar μOR^9,10 uzkrāšanās kodola un ventrālā palidija apvalkā²⁶. ΜOR agonista infūzijas atšķirīgās kodolbumbu un ventrālā palidija daļās spēcīgi uzlabo uzvedību, kas patīk, ieskaitot mēles izvirzījumus un ķepu laizīšanu, pēc palielinātas ēdienreizes ar patīkamu uzņemšanu^27,28,29. Papildu pierādījumi par opioīdu signalizāciju hedonisko regulējumu apstrādē nāk no μOR antagonistiem, kas samazina gaumīgas čau patēriņu abos ad libitum-baroti dzīvnieki un baroti dzīvnieki, bet ar ierobežotu ietekmi uz parasto granulu, kas nav garšīgas, uzņemšanu^30,31. Cilvēkiem μOR antagonisti samazina īslaicīgu pārtikas uzņemšanu un samazina patīkamu garšu^32,33,34. Opioīdu signalizācija bazolaterālajā amigdalā veicina arī pārtikas trūkumu, mainot atalgojuma meklēšanu un pārtikas stimulējošo vērtību³⁵.

Ar [¹¹C] karfentanils, mēs ieguvām marķiera saistīšanās attēlus, kas ir jutīgi gan pret μOR līmeni, gan pret endogēno opioīdu izdalīšanos smadzenēs.^36,37. Pēc sākotnējās saharozes sākotnējās patērēšanas ar pieciem minipigiem mēs esam atklājuši tūlītēju μOR pieejamības samazināšanos kodola kodolu un priekšējā cingulāta garozas apgabalos, specifiskos atalgojuma ceļa smadzeņu reģionos, kas atbilst endogēno opioīdu izdalīšanai. Iepriekšējie pētījumi liecina, ka garšīgs ēdiens var izraisīt baudas sajūtu³⁸ stimulējot opioīdu izdalīšanos. Pēc 12 dienu piekļuves saharozei mēs novērojām, ka samazinājās [¹¹C] saistīšana ar karfentanilu, kam ir vairāki iespējamie skaidrojumi³⁹ ieskaitot endogēno opioīdu izdalīšanos un saistīšanos ar μOR, μOR internalizāciju pastiprinātas saistīšanās ar opioīdiem rezultātā un pastiprinātu DA D2 / 3 receptoru aktivizēšanu, kas izraisa μOR heteroloģisku desensibilizāciju⁴⁰.

Atbalstot šos secinājumus, [¹¹C] karfentanila pētījumi pacientiem ar bulīmiju⁴¹, aptaukošanās^42,43,44un iedzeršanas traucējumi⁴⁵, liecina par samazinātu receptoru pieejamību. Tomēr tie ir hroniski stāvokļi, turpretī minipigi saharozi saņēma tikai 12 dienas. Pētījumā par veselīgu vīriešu akūtas barošanas paradumiem barošana noveda pie spēcīgas un plaši izplatītas smadzeņu opioīdu izdalīšanās gan hedonijas klātbūtnē, gan bez tās, kas liek domāt, ka opioīdu izdalīšanās atspoguļo metabolisko un homeostatisko, kā arī hedonisko reakciju.²⁵. Šis pētījums kopā ar citu, kas attēloja pacientus pēc šķidras maltītes ar šokolādes garšu⁴⁴, ir tieši saistīta ar piecu minipigžu akūtu pētījumu pēc pirmās saharozes iedarbības, bet atšķiras no subhroniskās saharozes iedarbības pētījuma 12 dienu laikā, kur samazināta receptoru pieejamība, visticamāk, atspoguļo atkārtotu pārmērīgu stimulāciju un vienlaikus μOR samazinātu regulējumu.

Prefrontālais garozs ir svarīgs lēmumu pieņemšanā un priekšmetu vērtības noteikšanā, un tāpēc μOR prefrontālajā garozā var būt atbildīgs par mainītu ēdiena pievilcības novērtējumu, kas var palielināt pārtikas atkarības potenciālu. Mēs esam atraduši samazinātu saistīšanos prefrontālajā garozā, atbilstoši iepriekšējiem pētījumiem, kas parādīja, ka diēta ar augstu tauku saturu samazina μOR mRNS līmeni prefrontālajā garozā⁴⁶ un ka μOR agonista infūzija prefrontālajā garozā palielina saldā ēdiena uzņemšanu⁴⁷. Tomēr atkal rodas jautājums, vai uzturs ar augstu tauku saturu ir hroniskāks stāvoklis, kas, visticamāk, rada receptoru līmeņa pazemināšanos, salīdzinot ar īsāka termiņa saharozes barošanu, kas liecina par ilgstošu endogēnu opioīdu izdalīšanos, kas izspiež marķierkarfentanilu, kas piesaistīts μOR. , pat pēc 12 dienu saharozes.

DA ir saistīta ar atlīdzību gan no narkotikām, gan no uzvedības. Konstatēts, ka hroniska kokaīna lietošana kavē DA signalizāciju⁴⁸. Cūku smadzenēs nikotīns maina DA D1 un D2 / 3 receptoru līmeni⁴⁹, un primātiem, kas nav cilvēkveidīgie primāti, ar kokaīna ļaunprātīgu izmantošanu anamnēzē⁵⁰, kas ir saskaņā ar D2 / 3 receptoru samazināšanu cilvēku kokaīna atkarīgo smadzenēs^51,52. Attiecībā uz ļaunprātīgas lietošanas narkotikām pierādīts, ka saharoze pastiprina DA D1 receptorus¹⁹ un palielināt DA izdalīšanos⁵³, pastiprinot DA lomu “vēlēšanās” saistībā ar garšīgu ēdienu. Iepriekšējie PET pētījumi parādīja, ka striatūza DA D2 / 3 receptoru pieejamība ir samazinājusies saslimstības gadījumā ar aptaukošanos salīdzinājumā ar vidējo svaru^54,55, pēc apjoma līdzīgs pacientu ar narkotiku atkarību samazinājumam⁵⁶, un dzīvniekiem ar aptaukošanās modeļiem⁵⁷. Grauzēju pētījumos D2 / 3 receptoru izspiešana striatumā veicina kompulsīvas barības meklēšanu žurkām ar piekļuvi garšīgam ēdienam⁵⁷.

Mūsu novērojumi par samazinātu D2 / 3 receptoru pieejamību cūkai var liecināt par paaugstinātu DA līmeni, reaģējot uz stimulējošo izpausmi, kas saistīta ar saharozes uzņemšanu, jo DA tiek atbrīvota kā daļa no narkotiku lietošanas, kas vērsta uz ļaunprātīgu izmantošanu un citām patīkamām darbībām^52,58,59,60. Tā kā attēlveidošanas laikā cūkas tika anestēzijas un 24 stundu laikā nebija saņēmušas saharozi, samazinājās D2 / 3 BP_ND visticamāk, atspoguļo receptoru skaita samazināšanos, reaģējot uz ilgstošu DA izdalīšanās pieaugumu katrā no 12 saharozes pieejamības dienām. Samazinājums var paaugstināt smadzeņu atalgojuma slieksni, kas saistīts ar striatālās DA D2 receptoru pazeminātu regulēšanu. Tas var izskaidrot paaugstinātu jutību pret ļaunprātīgas lietošanas narkotikām, kas novērota iepriekšējos pētījumos ar žurkām, kas pārēda saharozi, kas izraisīja krustenisko sensibilizāciju pret kokaīnu, hiperaktivitāti pēc mazas amfetamīna devas, palielinātu alkohola patēriņu, ja atturējās no saharozes, un toleranci pret opiātu pretsāpju iedarbību.⁶.

Iepriekšējā pētījumā par Göttingen minipig aptaukošanos tika atklāta samazināta smadzeņu asins plūsma uzkrāšanās kodolos, ventrālajā pamatvirsmā (VTA) un prefrontālajā garozā, ar smadzeņu atsevišķu fotonu emisijas datortomogrāfiju (SPECT).⁶¹. Atbilstoši šiem atklājumiem mēs novērojām samazinātu DA D2 / 3 saistīšanos ventroforebrain reģionā, kurā atrodas akumulators kodols, un prefrontālajā garozā. Ārpusšūnu DA līmenis pēc saharozes uzņemšanas kodolbumbu kodolā palielinās trīs reizes pēc brīvas pārvietošanās žurkām, kurām veic mikrodialīzi⁶². No saharozes atkarīgiem dzīvniekiem atkārtota saharozes uzņemšana var izraisīt DA izdalīšanos no akumulatora kodolu apvalka⁶³. Dzīvniekiem, kas baroti ar ierobežotu uzturu ar ierobežotu piekļuvi saharozei, bija mazāka DA D2 receptoru saistīšanās kodolbumbu čaulā un muguras smadzenēs⁶⁴. Ierobežotas diētas ar augstu tauku un saharozes līmeni var izraisīt ilgstošu D1 un D2 receptoru mRNS samazinātu regulēšanu kodolos⁶⁵. Mikrodialīzes pētījumā par garšīgas pārtikas iedarbību tika atklāts palielināts DA izdalīšanās uzkrāšanās kodolos un prefrontālajā garozā, kad pārtika joprojām tika uzskatīta par jaunu; Kad žurkas bija pieradušas pie jaunā ēdiena, palielinātā izdalīšanās bija izlikta uzkrāšanās kodolā, bet ne prefrontālajā garozā⁶⁶. Atšķirīgā jutība pret paradumiem un aktivitātes kondicionēšana divos reģionos var izskaidrot lielāku prefrontālajā garozā novēroto pieaugumu nekā minipigolu kodolu kodolos, kas pakļauti tai pašai garšīgajai vielai, kas pēc divpadsmit dienām zaudēja jaunumu. Tomēr, tā kā mēs neattēlojām minigigi ar [¹¹C] racloprīds pēc pirmās saharozes ievadīšanas, šis skaidrojums ir spekulatīvs.

Prefrontālais garozs modulē izpildfunkciju, lēmumu pieņemšanu un paškontroli⁶⁷. Disfunkcionāla DA neirotransmisija prefrontālajā garozā pasliktina atalgojuma apstrādes modulāciju, liekot domāt par traucētām izpildfunkcijām un lēmumu pieņemšanas prasmēm aptaukojušos cilvēku gadījumā^68,69. Turklāt cilvēka PET pētījumā korolētā samazinājās frontālās garozas metabolisms ar samazinātu striatal D2 saistīšanos aptaukošanās gadījumā⁷⁰. Šeit mēs atrodam samazinātu D2 / 3 receptoru pieejamību prefrontālajā garozā, ieskaitot cūku orbitofrontālo garozu, kas pakļauti saharozes režīmam.

VTA dopamīnerģiskie neironi sūta projekcijas hipokampā un amigdalā, kur tie atbalsta ieradumiem līdzīgu uzvedību⁷¹ un starpnieks narkotiku kondicionēšanas kodēšanu un iegūšanu^72,73 un pārtikas norādes^74,75. Cilvēka smadzeņu attēlveidošana ir parādījusi hipokampu aktivizāciju, reaģējot uz alkas pēc ēdiena un nogaršošanu⁷⁶. Atbilstoši mūsu secinājumiem par samazinātu hipokampu un amygdalar D2 / 3 receptoru pieejamību, reaģējot uz saharozi, cilvēka smadzeņu kartēšanu ar [¹⁸F] falliprīds uzrādīja kokaīna kode izraisītu DA izdalīšanos amygdalā un hipokampā⁷⁷. Grauzēju smadzenēs kokaīna bižele iedarbība izraisīja DA izdalīšanos amigdalā⁷⁸, un amygdala DA līmeņa izmaiņas ietekmēja kou izraisītu uzvedību kokaīna meklējumos⁷⁹.

Pētījumā ar aptaukošanās gadījumiem ventrālajā striatumā tika izjaukta saistība starp D2 / 3 un μOR pieejamību, kas, kā zināms, pastāv liesu indivīdu striatūriskajos reģionos.⁸⁰. Mēs salīdzinājām BP vērtības_ND no diviem marķieriem, lai pārbaudītu, vai dati atkārto šo efektu. Atšķirībā no liesiem cilvēkiem, pašreizējām cūku smadzenēm nebija korelācijas starp BP vērtībām_ND no diviem marķieriem sākotnēji vai pēc saharozes iedarbības. Pēc tam mēs pārbaudījām, vai dzīvniekiem ar vislielāko marķiera racloprīda saistīšanās samazināšanos ir arī vislielākais marķiera karfentanila saistīšanās samazinājums, bet tā vietā vidējā vidējā ekstremālā apgabala reģionos mēs atradām negatīvu korelāciju, kas liek domāt, ka dzīvniekiem ar vislielākajām izmaiņām saistīšanās potenciāls marķiera racloprīdam bija vismazākās izmaiņas marķiera karfentanila saistīšanās potenciālā. Apgrieztā saistība starp izmaiņām liecina, ka saharozes uzņemšanas ietekme uz attiecīgo receptoru pieejamību tiek regulēta pretējos virzienos. Ir zināms, ka pārmērīgu garšīgu pārtikas produktu vai narkotiku patēriņu var izraisīt vēlme vai patika, vai arī abi^60,81. Iespējams, ka dopamīna virzītais gribēšanas lielums noliedz opioīdu izraisītās patikas apmēru vai otrādi. Jaunākie pierādījumi norāda uz GABA lomām_A receptori VTA un holīnerģiskie termināli striatumā un, iespējams, garozā, kas darbojas kā pārslēgumi starp opioīdu darbības mehānismiem, kas atkarīgi no dopamīna un neatkarīgiem no dopamīna^82,83 kas var izskaidrot dopamīna un opioīdu ietekmes savstarpīgumu šeit noteiktajos cūku ekstremiālajos reģionos.

PET trūkums, arī salīdzinoši lieliem dzīvniekiem, ir tomogrāfijas ierobežotā telpiskā izšķirtspēja, kas ietekmē mazo smadzeņu reģionu rezultātus, kas saistīti ar uzvedību. Tomēr, neraugoties uz šīm bažām, [¹¹C] racloprīda saistīšanās iepriekš tika reģistrēta gan striatālajā, gan ekstremiālajā reģionā^84,85,86,87. Pielietojums [¹¹C] racloprīds tāda paša veida receptoru marķēšanai nerada bažas par iespējamām afinitātes atšķirībām, kas var ietekmēt atsevišķu marķieru izmantošanu tiem pašiem receptoriem dažādos reģionos. Jaunākie pētījumi ietvēra ierakstus par [¹¹C] racloprīds. Alakurtti un citi. konstatēja labu striatumālā raloprīda saistīšanās mērījumu atkārtojamību striatumā un tikai labu līdz mērenu reproducējamību garozā⁸⁵. Vēlākā pētījumā Svensons un citi. apsprieda vairākus jautājumus, kas ietekmē [¹¹C] racloprīds kā ekstremiāla D2 / 3 receptoru marķieris veselīgu cilvēku pētījumā, ieskaitot sliktu reproducējamību garozā un ierobežotu ekstrastriatomiskās saistīšanās samazināšanos frontālajā garozā, reaģējot uz D2 / 3 bloķējošu līdzekli⁸⁸. Testu atkārtotu salīdzinājumu rezultāti atklāja mainīgumu 4–7% striatumā un 13–59% garozas reģionos, bet laiks starp izmeklējumiem bija vidēji 20 dienas atšķirībā no informatīvākajiem 1–2 dienām lielākajā daļā pētījumu. Vairākiem faktoriem šo personu dzīvē varēja būt laiks ietekmēt atklājumus. Patiešām, mēs šeit parādām, ka tikai saharozes patēriņa pievienošana rīta dienai 12 dienu laikā, iespējams, ir ietekmējusi saistošos pasākumus, kas iegūti pēc divām nedēļām. Citi faktori, kas bieži sastopami, piemēram, videospēļu spēlēšana, iepirkšanās, jaunu romantisku attiecību uzsākšana un seksuālas aktivitātes, narkotiku lietošana vai diētas un fizisko aktivitāšu maiņa, var ietekmēt ekstremiālo dopamīna līmeni ar lielu datu kopumu variāciju. Pašreizējais minipigžu pētījums ieviesa labi kontrolētu struktūru, vienīgais mainīgais lielums bija saharozes neesamība vai klātbūtne uzturā. Šajā kontekstā datiem par septiņiem dzīvniekiem bija pietiekami zema mainība attiecīgajos ekstremiālajos reģionos, lai identificētu statistiski nozīmīgu saistīšanās samazinājumu, reaģējot uz saharozi.

Pašreizējā pētījuma ierobežojums ir anestēzijas līdzekļu lietošana, kas nepieciešama, lai nodrošinātu nekustīgumu laikā in vivo dzīvnieku attēlveidošana. Īpašu anestēzijas līdzekļu iedarbība un to mijiedarbība ar zālēm vai cita veida iejaukšanās var sajaukt radioligandu saistību.^89,90. Ketamīns ir anti-glutamaterģiskas zāles ar ātru antidepresantu iedarbību subanestezējošās devās^91,92,93, kas nesamazina striatūru [¹¹C] Rasloprīda saistīšana cilvēkiem⁹⁴. Tomēr tika atklāts, ka S-ketamīns samazina dopamīna D2 / 3 receptoru saistošo pieejamību apzinātiem primātiem, kas nav cilvēkveidīgie primāti, striatumā⁹⁵. Izoflurāns ir izplatīts anestēzijas līdzeklis dzīvnieku PET. Iepriekšējos pētījumos mēs atradām striatālā uzkrāšanos [¹¹C] SCH23390, D1 dopamīna receptoru radioligands, kas ir ievērojami augstāks minipigās, kas anestēzēti ar izoflurānu, nevis propofolu, kas liecina par dopamīnerģiskās neirotransmisijas jutīgumu pret anestēzijas sekām⁹⁶. Pašreizējā pētījumā visi minipigi tika attēloti abos laika punktos ar ketamīna pirmsmedicīnas un izoflurāna anestēzijas palīdzību, padarot pašreizējos salīdzinājumus derīgus.

Pārmērīgs garšīgu ēdienu patēriņš var izraisīt atkarību un kļūt par tās rezultātu, jo aptaukošanās tieši ietekmē veselību. Mēs pārbaudījām apgalvojumu, ka opioīdi un dopamīns mediē ieguvumus, kas ir svarīgi izdzīvošanai, kā arī narkotiku ļaunprātīgai izmantošanai. Minipigiem ar pārtrauktu piekļuvi saharozes šķīdumam 12 dienas pēc kārtas tika novērota samazināta dopamīna D2 / 3 un μ-opioīdu receptoru pieejamība smadzeņu striatūros un ekstremioatālos reģionos, kas nozīmē, ka pārtikas produkti, kas satur daudz saharozes, ietekmē smadzeņu atalgojuma shēmas līdzīgi tiem, kas novēroti atkarību izraisošo zāļu gadījumā tiek patērēti. Sākotnējā vienreizēja saharozes iedarbība atbilda opioīdu izdalīšanai smadzeņu reģionos, kas aktīvi darbojās kā atlīdzība. Opioīdu un dopamīna pieejamības izmaiņas izskaidro pārmērīgi patērētās saharozes atkarības potenciālu.

Dzīvnieku ētika

Šo pētījumu apstiprināja un regulēja Dānijas Dzīvnieku eksperimentu inspekcija, un visi eksperimenti tika veikti saskaņā ar Eiropas Parlamenta un Padomes Direktīvu 2010/63 / ES par zinātniskiem mērķiem izmantojamo dzīvnieku aizsardzību un ARRIVE vadlīnijām. Mēs izmantojām septiņus četrpadsmit mēnešus vecu sieviešu Getingenes minipigžus (Ellegaard, Dalmose, Dānija). Minipigiem tika piegādāts granulu uzturs (6 dL, 2 reizes dienā, īpašo diētu pakalpojumi, Orhūsa, Dānija) ar pieejamu krāna ūdeni ad libitum. Vides temperatūra bija 20–22 ° C, relatīvais mitrums 50–55%, un gaiss astoņas reizes mainījās stundā.

Ar pārtraukumiem saharozes patēriņš

Mēs attēlojām septiņus mini tagus ar [¹¹C] raclopīds un [¹¹C] karfentanils sākotnēji un atkal vienu dienu pēc saharozes ūdens iedarbības 12 dienas pēc kārtas. Saharozes iedarbība sastāvēja no vienas stundas saharozes (saharoze, Dansukker, Kopenhāgena, Dānija) piekļuves ūdenim (500 grami saharozes 2 litros ūdens) katru dienu 12 dienu laikā. Reģistrēja saharozes daudzumu, un visi minigigi katru dienu patērēja 2 litrus. Mēs arī esam attēlojuši piecus tos pašus mini tagus ar [¹¹C] karfentanils 30 minūtes pēc pirmās saharozes piekļuves, lai izpētītu akūtu opioīdu izdalīšanos.

Pēc 13.6 dienu ilgas saharozes iedarbības minicūkas ieguva vidēji 25.4% ķermeņa svara no 0.73 kg (± 28.9 SEM) sākotnējā stāvoklī līdz 0.69 kg (± 12 SEM), kas bija ievērojami augstāka (vienas astes t-tests, p < 0.001) nekā pieaugums, kas novērots iepriekšējos pētījumos iegūtajā kontrolmini cūku paraugā, kur svars tajā pašā attīstības periodā palielinājās vidēji tikai par 4.9%.

Smadzeņu PET attēlveidošana

Pirms attīrīšanas cūkas nakti gavēja, ar brīvu piekļuvi ūdenim. Mēs iepriekš ārstējām un anestēzējām sīpolus, kā aprakstīts iepriekš⁹⁷ un novietoja tos guļus stāvoklī PET / CT ierīcē (Siemens Biograph 64 Truepoint PET). Pirms katras PET iegūšanas mēs veicām mazu devu CT skenēšanu, lai anatomiski noteiktu un izdalītu PET emisijas datus. Mēs intravenozi ievadījām [¹¹C] racloprīds sākumā (360 ± 18 MBq, īpatnējā aktivitāte 77 ± 76 GBq / μmol, ievadītā masa 0.12 ± 0.08 μg / kg) un pēc 12 dienu saharozes (374 ± 54 MBq, īpatnējā aktivitāte 127 ± 85 GBq / μmol, ievadītā masa 0.06 ± 0.05 μg / kg) un [¹¹C] karfentanils sākumā (377 ± 43 MBq, īpatnējā aktivitāte 311 ± 195 GBq / μmol, ievadītā masa 0.03 ± 0.02 μg / kg) un pēc 12 dienu saharozes (337 ± 71 MBq, īpatnējā aktivitāte 177 ± 157 GBq / μmol, ievadītā masa 0.06 ± 0.08 μg / kg) caur auss vēnu 10 ml fizioloģiskā šķīduma, 90 minūšu skenēšanas pirmajā minūtē. Mēs rekonstruējām PET datus, izmantojot TrueX 3D OSEM (3 atkārtojumus, 21 apakškopu), 256 × 256 × 109 matricu un 2 mm Gausa filtru, izmantojot laika grafika struktūru 5 × 60, 3 × 300, 4 × 600 , 2 × 900 sekundes (kopā 14 kadri, 90 minūtes). Sākotnēji un pēc 12 dienu ilgas saharozes minipigīdi tika attēloti ar abiem marķieriem, kas tika ievadīti vismaz ar 100 minūšu intervālu, ņemot vērā [¹¹C] PET marķieri. Pabeidzot pēdējo PET sesiju, dziļā anestēzijā mēs iznīcinājām minipigolus, intravenozi ievadot pentobarbitālu (100 mg / kg).

Kvantitatīvās analīzes un statistika

Mēs veicām priekšapstrādes darbības, izmantojot PMOD 3.7 (PMOD Technologies Ltd, Cīrihe, Šveice). Lai noteiktu stereotaktiskās transformācijas parametrus no laika vidējiem PET attēliem, mēs izmantojām ligandiem raksturīgas veidnes. Ģenerētās transformācijas matricas un deformācijas laukus mēs piemērojām attiecīgajām dinamiskajām PET laika rindām. Mēs izveidojām parametru attēlus no [¹¹C] racloprīda saistīšanās potenciāls (BP_ND), izmantojot Ihīzes un līdzstrādnieku daudzlīniju audu metodi⁹⁸. Mēs izveidojām smadzenīšu masku pēc pasūtījuma, kas izslēdza vermu, lai laika gaitā iegūtu smadzenīšu audu radioaktivitāti reģionā ar nenozīmīgu DA D2 / 3 receptoru blīvumu. Mēs izveidojām parametru attēlus no [¹¹C] karfentanils, izmantojot Logan atsauces audu modeļa ieviešanu^99,100 ar t * = 30 min. Pētījumi par [¹¹C] Karfentanila saistīšana cilvēka smadzenēs ir izmantojusi pakauša garozu kā atsauces reģionu³⁶; tomēr cūkām saskaņā ar laika aktivitātes līknēm neizbīdāma saistīšanās smadzenēs bija zemāka nekā pakauša garozā, kas atbilst secinājumiem no žurku autoradiogrāfijas pētījuma¹⁰¹. Tāpēc šajā pētījumā mēs izvēlējāmies smadzenītes kā atsauces reģionu.

Statistiskā analīze

Kartēm tika veikta vokseļu analīze, izmantojot statistisko neparametrisko kartēšanu (SnPM v13.01, http://warwick.ac.uk/snpm) SPM rīklodziņš, kas izmanto neparametriskas permutācijas teoriju, lai nodrošinātu statistisko secinājumu sistēmu, pieeja, kas parādīta, lai labi darbotos maziem paraugiem, jo ​​stingri kontrolē viltus pozitīvos rezultātus¹⁴ un piemēro, kā aprakstīts iepriekš¹⁰². Cūku neiroanatomijas (DO) eksperts salīdzināja iegūtos attēlus līdz 5% nozīmīguma līmenim ar augstas izšķirtspējas Getingenes minipigla atlasu^103,104 definēt un marķēt samazināta DA D2 / 3 un μOR BP reģionus_ND no sākotnējā stāvokļa līdz stāvoklim pēc saharozes. Pēc tam mēs veica interešu reģiona (ROI) analīzi, lai iegūtu BP_ND to īpašo reģionu vērtības, par kuriem ir interese, pamatojoties uz SnPM analīzi, ieskaitot striatum, nucleus carrbens, talamusu, amygdala, cingulate garozu un prefrontālo garozu. Par ROI analīzi netika veikta papildu statistika, jo šie reģioni jau tika atzīti par nozīmīgiem, izmantojot SnPM.

Pētījumu finansēja Orhūsas Universitātes “AU Ideju projekta attīstības dotācija” AML. Mēs esam pateicīgi par tehnisko atbalstu no Orhūsas universitātes slimnīcas PET centra un Orhūsas universitātes fermas darbiniekiem par palīdzību dzīvnieku ārstēšanā. Mēs pateicamies profesoram Mortenam Kringelbacham, profesoram Jørgen Scheel-Kruger un asociētajam profesoram Arne Møller par palīdzību šo pētījumu uzsākšanā.

Saistīts

1. Orhūsas Universitātes Kodolmedicīnas un PET centra nodaļa, Orhūsa, Dānija
   • Maikls Vinterdāls
   • , Ove Noer
   • , Anna C. Šaha
   • , Steen Jakobsen
   • , Aage KO Alstrup
   • , Alberts Gjedde
   •  & Anne M. Landau
2. Neiroķirurģijas un CENSE nodaļa, Orhūsas Universitātes slimnīca, Orhūsa, Dānija
   • Darjušs Orlovskis
3. Dienviddānijas Universitātes Kodolmedicīnas nodaļa un Odenses Universitātes slimnīca, Odense, Dānija
   • Alberts Gjedde
4. Kopenhāgenas Universitātes Neirozinātņu nodaļa, Kopenhāgena, Dānija
   • Alberts Gjedde
5. McGill universitātes Neiroloģijas un neiroķirurģijas nodaļa, Monreāla, Kanāda
   • Alberts Gjedde
6. Tulkojošās neiropsihiatrijas nodaļa, Orhūsas Universitāte, Orhūsa, Dānija
   • Anne M. Landau

Iemaksas

MW un AML izstrādāja pētījumu un analīzi; ACS un SJ sintezēja PET marķierus; MW, AKOA un AML apstrādāja sīktēlus un veica PET skenēšanu; MW, ON un AML veica datu analīzi; DO sniedza anatomiskas ekspertīzes, MW, AG un AML interpretēja datus; MW un AML uzrakstīja manuskriptu ar AG atbalstu; visi autori apstiprināja manuskripta galīgo versiju.

Atbilstošais autors

Sarakste ar Anne M. Landau.

Konkurējošas intereses

Autori apgalvo, ka nav nevienas konkurējošas intereses.

Izdevēja piezīme Springer Nature joprojām ir neitrāla attiecībā uz jurisdikcijas prasībām publicētajās kartēs un iestāžu sarakstos.

Atkārtotas izdrukas un atļaujas