Exp Neurobiol. 2015 Mar; 24 (1): 90-4. doi: 10.5607 / en.2015.24.1.90. Epub 2015 Jan 21.
- 1Jabatan Perubatan Nuklear, Hospital Universiti Bundang Seoul, Kolej Perubatan Universiti Kebangsaan Seoul, Seongnam 463-707, Korea.
- 2Jabatan Perubatan Nuklear, Hospital Universiti Bundang Seoul, Kolej Perubatan Universiti Kebangsaan Seoul, Seongnam 463-707, Korea. ; Jabatan Pengajian Disiplin, Sekolah Pengajian Siswazah Sains dan Teknologi Penentududukan, Seoul National University, Seoul 151-742, Korea. ; Institut Teknologi Konvergensi Lanjutan, Suwon 443-270, Korea.
Abstrak
Sistem dopaminergik terlibat dalam peraturan pengambilan makanan, yang penting untuk menjaga berat badan. Kami mengkaji hubungan antara reseptor dopamin (DA) D2 / 3 reseptor dan indeks jisim badan (BMI) dalam mata pelajaran lelaki yang tidak obes dengan 25 yang sihat menggunakan [11C] raclopride dan tomografi pelepasan positron. Tiada [11C] nilai potensi pengikatan raclopride (BP) (ukuran reseptor DA D2 / 3) dalam subregions striatal (dorsal caudate, dorsal putamen, dan striatum ventral) di bahagian hemisfer kiri dan kanan adalah berkorelasi dengan BMI. Walau bagaimanapun, terdapat hubungan positif antara indeks asimetri kiri kanan [11C] raclopride BP pada putamen dorsal dan BMI (r = 0.43, p <0.05), menunjukkan bahawa BMI yang lebih besar dihubungkan dengan ketersediaan reseptor yang lebih tinggi pada putamen dorsal kanan berbanding kiri pada individu yang tidak gemuk. Hasil sekarang, digabungkan dengan penemuan sebelumnya, mungkin juga menunjukkan mekanisme neurokimia yang mendasari peraturan pengambilan makanan pada individu yang tidak gemuk.
PENGENALAN
Pengambilan makanan sangat berkaitan dengan jenis badan individu (iaitu, kurus vs obes) dan sepatutnya dikawal oleh rasa lapar untuk mengekalkan keadaan semula jadi dari homeostasis. Hipotalamus telah dianggap sebagai struktur otak teras untuk mengawal penggunaan makanan [1]. Walau bagaimanapun, apabila terdapat makanan yang mencukupi, tingkah laku makan terutamanya dipicu oleh nilai ganjaran makanan seperti rasa atau kualiti [2], dan tingkah laku makan yang tidak normal nampaknya lebih berkaitan dengan laluan ganjaran yang biasa dimodulasi oleh dopamin (DA) [3].
Mengambil berat adalah salah satu akibat daripada defisit dalam modulasi dopaminergik, seperti yang dibuktikan oleh persatuan gejala depresi dan indeks jisim badan (BMI) [4] dan peningkatan berat badan selepas rangsangan otak yang mendalam [5] dan ubat dopaminergik [6] pada pesakit dengan penyakit Parkinson. Ketersediaan reseptor DA D2 / 3 yang menurun telah ditunjukkan pada subjek obes, yang berkorelasi terbalik dengan BMI [7]. Data-data ini mencadangkan penglibatan defisit dopaminergik dalam tingkah laku makan patologi dan obesiti.
Asimetri anatomi, fungsi, dan metabolik antara hemisfera di dalam otak yang sihat telah diterima secara meluas [8,9]. Baru-baru ini, terdapat minat yang semakin meningkat dalam asimetri neurokimia dan persatuannya dengan keadaan neuropsychiatrik seperti tekanan [10] dan kemerosotan kognitif [11] telah dilaporkan. Walaupun beberapa kajian mencadangkan hubungan antara fungsi dopaminergik dan BMI dalam tingkah laku makan patologi dan obesiti [12,13], bagaimana sistem dopaminergik dikaitkan dengan perbezaan individu BMI dalam subjek tidak gemuk sebahagian besarnya tidak diketahui. Selain itu, beberapa kajian juga cuba menguji persamaan antara asimetri dopaminergik dan BMI.
Kajian ini bertujuan untuk menentukan hubungan reseptor DA D2 / 3 di subregional striatal dan asimetri dengan BMI dalam subjek yang tidak obes dengan menggunakan [11C] raclopride, radioligand reseptor DA D2 / 3, dan tomografi pelepasan positron (PET).
BAHAN DAN KAEDAH
Mata pelajaran
Lelaki sihat yang tidak obes telah direkrut oleh iklan. Kami mengecualikan individu dengan sejarah gangguan saraf atau psikiatri seperti epilepsi, kecederaan kepala, dan kemurungan. BMI, dikira sebagai berat (kg) / tinggi2 (m2), diperoleh semasa prosedur pengambilan, dan individu gemuk, yang ditakrifkan sebagai BMI> 30 kg / m2, dikecualikan. Subjek lelaki lelaki yang tidak obes pada usia dua puluh lima tahun (umur (SD) 23.3 ± 2.9 y [18-29 y]; bermakna BMI 22.0 ± 2.5 [17.6-28.0]; berat badan 67.5 ± 8.5 kg [54.0-85.0 kg ]) mengambil bahagian dalam kajian itu selepas memberikan persetujuan bertulis secara bertulis (Jadual 1). Semua mata pelajaran adalah tangan kanan. Lima mata pelajaran adalah perokok, yang diminta untuk tidak menukar tabiat merokok mereka sebelum imbasan.
Imbasan PET
Imbas PET diperolehi menggunakan pengimbas PET ECAT EXACT 47 (CTI / Siemens, Knoxville, TN, AS) dalam subjek 15 atau pengimbas PET GE Advance (GE Medical Systems, Waukesha, WI, Amerika Syarikat) dalam subjek 10. Protokol pemerolehan imej adalah sama untuk kedua-dua pengimbas dan imej telah dibina semula menggunakan parameter yang dicadangkan oleh pengeluar setiap pengimbas. Kami menganalisis imej semua subjek sebagai satu kumpulan. Selepas imbasan penghantaran 10-min, [11C] raclopride disampaikan dalam jarum 48-ml (aktiviti purata 29.3 ± 16.8 mCi) dan ditadbir oleh pam yang dikendalikan komputer dengan jadual waktu tetap: pada masa 0, satu dos bolus 21 ml diberikan lebih dari 1 min dan kemudian kadar infusi menurun kepada 0.20 ml / min dan dikekalkan untuk masa yang tinggal. Bolus kepada nisbah kadar infusi (Kmangkuk) ialah min 105. Protokol ini dipilih berdasarkan prosedur pengoptimuman yang dikembangkan oleh Watanabe dan rakan sekerja, yang diketahui optimum dalam mewujudkan keadaan keseimbangan dalam kira-kira 30 min selepas permulaan suntikan radioligand [14].
Data emisi dikumpulkan dalam mod tiga dimensi untuk min 120 sebagai bingkai imej 30 berturut-turut yang semakin meningkat (3 × 20 s, 2 × 1 min, 2 × 2 min, 1 × 3 min, dan 22 × 5 min) dicatatkan . Gambar PET yang diperoleh menggunakan pengimbas PET ECAT EXACT 47 telah dibina semula menggunakan penapis Shepp-Logan (frekuensi potong = 0.35 mm) dan dipaparkan dalam matriks 128 × 128 (saiz piksel = 2.1 × 2.1 mm dengan ketebalan kepingan 3.4 mm). Imej-imej dari pemacu PET GE Advance telah dibina semula dalam matriks 128 × 128 (saiz piksel = 1.95 × 1.95 mm dengan ketebalan 4.25 mm) menggunakan penapis Hanning (frekuensi cut = 4.5 mm).
Analisis imej
Negeri beristirehat DA D2 / 3 reseptor ketersediaan dinilai menggunakan imej PET 30-50 min selepas [11C] raclopride suntikan, di mana pengikatan radioligand mencapai keseimbangan. Empat bingkai PET selama tempoh ini disusun semula dan diringkaskan untuk pemerintahan berdaftar dengan imej MR individu dan transformasi ke dalam ruang stereotaoksik yang standard dengan pemadanan ciri automatik ke templat MNI. [11C] Potensi mengikat raclopride (BP) sebagai ukuran reseptor DA D2 / 3 dikira dengan cara voxel-bijak untuk menghasilkan imej BP parametrik, menggunakan cerebellum sebagai kawasan rujukan, sebagai (Cvoxel-Ccb) / Ccb [15], di mana Cvoxel adalah aktiviti dalam setiap voxel dan Ccb adalah aktiviti min di cerebellum. Kawasan kepentingan (ROI) ditarik secara manual ke atas kepingan coronal otak resolusi tinggi MR imej (otak Colin) di subregional kiri dan kanan striatal (dorsal putamen, dorsal caudate, dan striatum ventral). Batasan ROI ditakrifkan mengikut kaedah yang telah dibangunkan sebelum ini [16]. Dengan menggunakan ROI ini, nilai BP dalam subregion striatal diekstrak daripada imej BP individu (Rajah 1). Juga, indeks asimetri BP (AIBP) dikira sebagai (kanan kiri) / (kanan + kiri) untuk setiap subregion yang subi, supaya nilai positif menunjukkan AI yang lebih tinggiBP di sebelah kanan relatif ke sebelah kiri. Hubungan antara [11C] raclopride BP dan AIBP dengan BMI diuji menggunakan korelasi dua ekor Pearson dengan SPSS 16.0 (Chicago, Illinois).
KEPUTUSAN
[11C] Raclopride BP dalam salah satu daripada enam subkelompok striatal tidak mempunyai korelasi yang signifikan dengan BMI (r = -0.25, p = 0.23 di putamen dorsal kiri; r = -0.14, p = 0.52 di putamen dorsal kanan; r = -0.22 , p = 0.30 di bahagian belakang dorsal caudate; r = -0.18, p = 0.40 di bahagian kanan dorsal caudate; r = -0.18, p = 0.40 di striatum ventral kiri; r = -0.19, p = 0.36 striatum). Walau bagaimanapun, terdapat hubungan positif yang signifikan antara AIBP dalam putamen punggung dan BMI (r = 0.43, p <0.05) (Rajah 2), menunjukkan bahawa BMI yang lebih besar dikaitkan dengan ketersediaan reseptor D2 / 3 yang lebih tinggi di putamen dorsal kanan berbanding sebelah kiri. AIBP di kedua-dua bahagian dorsal caudate dan striatum ventral tidak mempunyai korelasi yang signifikan dengan BMI (r = 0.01, p = 0.98 dalam caudate dorsal; r = -0.13, p = 0.53 di striatum ventral).
PERBINCANGAN
Dalam kajian ini, kami mengkaji hubungan reseptor DA D2 / 3 di subregional striatal dan asimetri dengan BMI dalam subjek lelaki yang tidak obes dengan sihat menggunakan [11C] raclopride PET. Tiada hubungan langsung antara ketersediaan reseptor D2 / 3 dan BMI dalam subjek bukan obes kita. Ini selaras dengan laporan oleh Wang et al. [7] menggunakan [11C] raclopride PET. Walaupun mereka mendapati korelasi songsang antara ketersediaan penerima reseptor D2 dan BMI dalam individu gemuk, tiada korelasi seperti itu diperhatikan dalam kawalan bukan obes. Walau bagaimanapun, kami mendapati persatuan BMI dengan asimetri kiri-kanan dalam ketersediaan reseptor D2 / 3 dalam putamen dorsal dalam subjek tidak obes.
Sebagai sebahagian daripada sistem pembelajaran dan ganjaran, striatum adalah struktur teras litar neuron dopaminergik yang mengantara kesan pengukuhan makanan dan ganjaran lain, termasuk ubat yang disalahgunakan oleh manusia. Perbezaan fungsi antara dorsal dan striatum ventral dalam motivasi makanan dilaporkan. Tindakan striatum dorsal lebih penting untuk tingkah laku makan itu sendiri dan keseronokannya [13], sementara striatum ventral lebih sensitif terhadap isyarat makanan dan tahap jangkaan rangsangan makanan yang diberikan [17]. Juga, kajian pada tikus [12] serta manusia [18] mencadangkan peranan pembezaan DA dalam dorsal dan striatum ventral dalam mengawal pengambilan makanan. Idea ini ialah DA dalam striatum dorsal terbabit dalam mengekalkan keperluan kalori untuk kelangsungan hidup, sementara DA di stratum ventral terlibat dalam sifat ganjaran makanan. Ini boleh dikaitkan, secara langsung atau tidak langsung, dengan persatuan antara BMI dan asimetri dalam reseptor D2 / 3 di putamen dorsal dalam subjek bukan obes kita, kerana pengambilan makanan pada individu berat badan biasa mungkin dikawal oleh keperluan kalori, tidak dengan mengukuhkan harta makanan.
Banyak bukti menunjukkan bahawa otak manusia secara anatomis dan berfungsi secara lancar. Walaupun asimetri di DA dan neurotransmitter lain telah dilaporkan dalam postmortem otak manusia [19, teknik pengimejan molekular dan fungsional mendedahkan bukti untuk asimetri neurokimia dalam otak manusia yang hidup, memberikan lebih banyak peluang untuk secara langsung meneliti hubungan antara laterality otak dan tingkah laku manusia dan fungsi. Kajian PET dan SPECT (tomografi kalkulus tunggal foton) dalam subjek yang sihat telah menunjukkan asimetri hemispherik dalam penanda dopaminergik di striatum, termasuk ketersediaan reseptor DA D2 / 3 [20], Ketumpatan transpor DA [21], dan kapasiti sintesis DA [22]. Walaupun kajian ini melaporkan kecenderungan populasi terhadap nilai radioligand yang lebih tinggi di sebelah kanan berbanding striatum kiri berdasarkan purata kumpulan, terdapat perbezaan individu yang besar, bukan sahaja dalam magnitud, tetapi juga arah arah asimetri. Pada haiwan, perbezaan individu dalam asimetri dopaminergik telah ditunjukkan dengan perihal, atau meramalkan, perbezaan individu dalam tingkah laku ruang dan kereaktifan tekanan, serta kerentanan terhadap patologi stres dan kepekaan dadah [23]. Pada manusia, persatuan antara fungsi kognitif dan pola asimetri dalam ketersediaan reseptor DA D2 / 3 telah dilaporkan [24]. Penemuan kami mendedahkan hubungan yang signifikan antara BMI dan arah dan magnitud asimetri dalam reseptor D2 / 3 striatal dalam subjek yang tidak obes.
Dalam subjek bukan obes kita, BMI yang lebih tinggi dikaitkan dengan ketersediaan reseptor D2 / 3 yang lebih tinggi di putamen dorsal kanan berbanding sebelah kiri. Ini adalah berbeza dengan kajian sebelumnya yang menunjukkan bahawa motivasi insentif yang positif dikaitkan dengan ketersediaan reseptor D2 / 3 yang lebih tinggi di sebelah kiri berbanding putamen yang betul [24]. Arah yang berlawanan dari asimetri mungkin memberi petunjuk pada mekanisme neurokimia yang berbeza yang mendasari peraturan pengambilan makanan antara individu gemuk dan tidak obes.
Kajian kami mempunyai beberapa batasan. Pertama, tiga mata pelajaran kami mempunyai BMI lebih tinggi daripada 25 BMI mereka boleh diklasifikasikan ke dalam kelompok berlebihan berat badan (23.0-24.9) atau obesiti (≥25.0) mengikut kriteria Asia. Walau bagaimanapun, kumpulan subjek kami terdiri daripada orang dewasa muda yang sihat dan mengambil kira bahawa BMI tidak hanya berkaitan dengan jisim bebas lemak tetapi juga sedikit demi sedikit, juga untuk membina badan, kita mengkelaskan subjek tersebut sebagai subjek berlebihan berat obes berikutan pendapat Perundingan Pakar WHO [25] yang mencadangkan mengekalkan klasifikasi antarabangsa semasa untuk obesiti (≥30.0). Untuk mengecualikan kemungkinan kesan termasuk sempadan ke atas subjek berat dalam kajian semasa kami, kami telah menguji analisis statistik kami dengan subjek 22 selepas mengecualikan ketiga-tiga subjek tersebut. Hasilnya memperlihatkan korelasi yang lebih tinggi daripada analisis yang dilakukan dengan subjek 25 dan menunjukkan juga tahap peningkatan yang signifikan (r = 0.55, p = 0.008). Kedua, sejak [11C] mengikat raclopride sensitif terhadap persaingan dengan DA endogen, sukar untuk menentukan sama ada asimetri DA reseptor DA D2 / 3 mewakili ketumpatan reseptor atau tahap DA endogen. DA D2 / 3 mengikat sebagaimana diukur oleh [11C] raclopride adalah heterogen dalam kawasan-kawasan yang striatal dengan mengikat lebih tinggi pada striatum dorsal daripada pada striatum ventral [26]. Oleh itu, [11C] raclopride PET mungkin tidak mempunyai sensitiviti yang cukup baik untuk mengesan perbezaan interindividual dan interregional yang halus dalam ketersediaan reseptor D2 / 3 di striatum ventral. Kajian lanjut diperlukan untuk menerokai sistem dopaminergik dalam kawasan limbik striatal dan ekstrastrial menggunakan radioligaran yang mempunyai pertalian dan selektiviti yang lebih tinggi untuk reseptor DA D3. Akhirnya, sampel yang agak kecil yang hanya terdiri daripada lelaki, mengehadkan kebolehpercayaan penemuan kami.
Kesimpulannya, keputusan sekarang mencadangkan persatuan antara BMI dan pola asimetri dalam reseptor DA D2 / 3 dalam putamen dorsal pada individu yang tidak obes, sehingga BMI yang lebih besar dikaitkan dengan ketersediaan reseptor yang lebih tinggi di putamen dada yang betul berbanding dengan sebelah kiri. Sesungguhnya, maklumat yang berkaitan dengan lateralization neurokimia DA tidak hanya memberi petunjuk dalam meramalkan perjalanan klinikal permulaan obesiti atau perkembangan penyakit yang berkaitan dengan pengambilan makanan seperti anoreksia nervosa dan bulimia nervosa yang lebih penting, ia akan berfungsi sebagai biomarker untuk meramalkan prognosis rawatan pada penyakit tersebut. Hasil kami, digabungkan dengan penemuan sebelumnya, mungkin juga menunjukkan mekanisme neurokimia yang mendasari peraturan pengambilan makanan pada individu yang tidak gemuk. Ini mungkin mempunyai implikasi penting untuk memahami dan meramalkan perbezaan individu dalam menanggapi ganjaran yang berkaitan dengan makanan dan perkembangan "kegemukan" dari "keadaan tidak gemuk."
PENGHARGAAN
Kajian ini disokong oleh geran dari National Research Foundation of Korea (NRF-2009-0078370, NRF-2006-2005087) yang dibiayai oleh Kementerian Sains, ICT dan Perancangan Masa Depan Republik Korea dan pemberian R&D Teknologi Kesihatan Korea Projek, Kementerian Kesihatan dan Kesejahteraan, Republik Korea (HI09C1444 / HI14C1072). Kajian ini juga disokong oleh geran dari Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (02-2012-047).
Rujukan
;