Makan 'Junk-Food' Menghasilkan Peningkatan Cepat dan Tahan Lama dalam Penerima CP-AMPA NAc; Implikasi untuk Motivasi dan Ketagihan Makanan yang Diperolehi oleh Cue (2016)

Neuropsychopharmacology. 2016 Jul 7. doi: 10.1038 / npp.2016.111.

Oginsky MF1, Goforth PB1, Nobile CW1, Lopez-Santiago L1, Ferrario CR1.

Abstrak

Gesaan untuk makan dipengaruhi oleh rangsangan dalam persekitaran yang berkaitan dengan makanan (isyarat makanan). Orang gemuk lebih sensitif terhadap isyarat makanan, melaporkan keinginan yang lebih kuat dan mengambil bahagian yang lebih besar selepas pendedahan makanan. Nukleus accumbens (NAc) mengetengahkan isyarat yang mencetuskan tindak balas motivasi, dan pengaktifan dalam NAc yang dicetuskan oleh isyarat makanan lebih kuat pada orang yang mudah terserang obesiti. Ini telah membawa kepada idea bahawa perubahan dalam fungsi NAc yang serupa dengan ketagihan dadah yang mendasari boleh menyumbang kepada obesiti, terutamanya dalam individu obesiti-rentan.

Respons motivasi dimediasi sebahagiannya oleh transmisi NAc AMPA reseptor (AMPAR) dan karya baru-baru ini menunjukkan bahawa motivasi yang dicetuskan ditingkatkan pada tikus yang mudah mengalami kegemukan setelah pengambilan makanan 'junk-food'. Oleh itu, kami menentukan sama ada ekspresi dan fungsi NAc AMPAR ditingkatkan dengan penggunaan makanan 'junk-food' pada populasi yang rentan terhadap obesiti berbanding tahan menggunakan kedua-dua model kerentanan yang luar biasa dan secara selektif. Selain itu, aktiviti lokomotor yang disebabkan oleh kokain digunakan sebagai 'pembacaan' umum fungsi mesolimbik setelah penggunaan 'makanan ringan'. Kami menjumpai respons lokomotor yang sensitif terhadap kokain pada tikus yang menambah berat badan pada makanan 'junk-food', selaras dengan daya tindak balas litar mesolimbik yang lebih besar pada kumpulan yang mudah menghidap obesiti.

Selain itu, makan 'junk-food' meningkatkan NAC kalsium-telap-AMPAR (CP-AMPAR) berfungsi hanya pada tikus yang mudah obesiti. Peningkatan ini berlaku dengan cepat, berterusan selama beberapa minggu setelah penggunaan 'makanan ringan' berhenti, dan mendahului perkembangan kegemukan.

Data-data ini dipertimbangkan berdasarkan motivasi cue-triggered yang dipertingkatkan dan fungsi striatal dalam tikus obesiti-mudah terdedah dan peranan NAc CP-AMPARs dalam meningkatkan motivasi dan ketagihan.

PMID: 27383008

DOI: 10.1038 / npp.2016.111

Pengenalan

Walaupun permintaan untuk makan dikawal oleh kelaparan, kenyang, dan permintaan tenaga, mereka juga dipengaruhi oleh rangsangan dalam persekitaran yang berkaitan dengan makanan (isyarat makanan). Sebagai contoh, pada orang bukan obes, pendedahan kepada isyarat makanan meningkatkan keinginan makanan dan jumlah makanan yang dimakan (Fedoroff et al, 1997; Soussignan et al, 2012). Orang gemuk lebih sensitif terhadap sifat-sifat motivasi isyarat makanan ini, melaporkan lebih kuat keinginan makanan yang dicetuskan oleh cue dan mengambil bahagian yang lebih besar selepas pendedahan makanan kiu (Rogers dan Hill, 1989; Yokum et al, 2011). Persamaan tingkah laku ini antara keinginan makanan dan obat-obatan yang disebabkan oleh dadah telah membawa kepada konsep bahawa 'ketagihan makanan' yang disebabkan oleh penggunaan makanan yang tinggi gula dan lemak boleh menyumbang kepada wabak obesitiCarr et al, 2011; Epstein dan Shaham, 2010; Kenny, 2011; Rogers dan Hill, 1989; Volkow et al, 2013).

Bukti yang didominasi oleh kajian manusia mencadangkan bahawa keinginan makanan yang dipicu oleh obes pada individu gemuk melibatkan perubahan dalam fungsi nukleus accumbens (NAc), sebuah wilayah yang telah lama dikenali untuk memotivasi motivasi untuk ganjaran makanan dan dadah, tetapi yang semakin terlibat dalam obesiti . Sebagai contoh, kajian fMRI manusia menunjukkan bahawa pengaktifan dalam NAc yang dicetuskan oleh isyarat makanan lebih kuat pada orang gemuk (Stice et al, 2012; Volkow et al, 2013; Kecil, 2009). Di samping itu, respons yang dipertingkatkan dalam NAc kepada isyarat makanan meramalkan peningkatan berat badan masa depan dan kesukaran untuk mengurangkan berat badan pada manusia (Demo et al, 2012; Murdaugh et al, 2012). Dalam tikus, obesiti yang disebabkan oleh diet menghasilkan respons motivasi yang meningkat terhadap isyarat makanan, terutamanya dalam populasi obesiti-rentan (Perang et al, 2015; Robinson et al, 2015). Bersama-sama dengan data ini mencadangkan bahawa penggunaan makanan berlemak, manis menghasilkan neuroadaptations dalam fungsi NAc yang dapat meningkatkan proses motivasi.

Dalam kedua-dua tikus dan manusia, kerentanan terhadap obesiti mungkin mempunyai peranan penting dalam kesan makanan ringan 'palatable' yang tinggi, kalori pada fungsi saraf dan tingkah laku (Albuquerque et al, 2015; Geiger et al, 2008; Robinson et al, 2015; Stice and Dagher, 2010). Walaupun sukar untuk menangani peranan kerentanan pada manusia, kajian pada tikus telah menunjukkan bahawa perubahan yang disebabkan oleh diet dalam sistem mesolimbic dan motivasi lebih ketara dalam obesiti-rentan vs -tikus tahan (Geiger et al, 2008; Vollbrecht et al, 2016; Robinson et al, 2015; Valenza et al, 2015; Oginsky et al, 2016). Oleh itu, data baru-baru ini mencadangkan bahawa penggunaan 'makanan ringan' mungkin menghasilkan perubahan saraf yang berbeza dalam mudah vs penduduk yang tahan.

Reseptor glutamat jenis AMPA (AMPARs) memberikan sumber utama pengujaan kepada NAc, dan keupayaan isyarat makanan untuk memicu mencari makanan bergantung sebahagiannya pada pengaktifan AMPARs dalam inti NA (Di Ciano et al, 2001). Tambahan pula, penggunaan makanan manis, lemak dan obesiti boleh mengubah penghantaran excitatory di NAc (Tukey et al, 2013; Perang et al, 2015). Di samping itu, kerja-kerja baru-baru ini dari makmal kami dan yang lain telah menunjukkan bahawa motivasi yang dicetuskan oleh cue ditingkatkan dalam populasi obesiti-rentan (obesiti-vulnerable populationsRobinson et al, 2015; Perang et al, 2015). Matlamat kajian semasa adalah untuk menentukan bagaimana penggunaan makanan ringan dalam tikus obesiti-mudah terdedah dan -mengurangi mempengaruhi kesan AMPAR dan penyebaran dalam teras NAc, kerana NAc AMPARs ditengahi penemuan dadah yang dicetuskan oleh cambuk tetapi tidak diperiksa dalam diet yang diinduksi model obesiti. Di samping itu, aktiviti locomotor yang disebabkan kokain digunakan sebagai 'membaca' fungsi mesolimbic umum, kerana responsif litar mesolimbik yang dipertingkat meningkatkan kesan motivasi isyarat makanan (Wyvell dan Berridge, 2000, 2001).

Dua model tikus pelengkap telah digunakan untuk menentukan peranan kerentanan dalam pengubahsuaian yang disebabkan oleh 'junk-food' dalam NAc AMPARs. Pertama, tikus Sprague-Dawley diberi 'makanan ringan' dikenal pasti sebagai 'Gainers' dan 'Non-Gainers' (seperti dalam Robinson et al, 2015), selepas perbezaan perilaku dan saraf diukur. Walaupun bermaklumat, model ini memerlukan induksi kenaikan berat badan dan manipulasi diet untuk mengenal pasti populasi mudah terpengaruh. Oleh itu, kita juga mengkaji kesan sampah makanan dalam tikus secara selektif dibiakkan untuk kecenderungan atau ketahanan mereka terhadap obesiti yang disebabkan oleh diet (Levin et al, 1997; Vollbrecht et al, 2015, 2016).

Bahagian atas halaman

Bahan dan kaedah

Mata pelajaran

Tikus-tikus dipasangkan pada jadual gelap gelap (12 / 12) dengan akses percuma ke makanan dan air sepanjang hari dan berumur 60-70 pada awal percubaan. Tikus Sprague-Dawley lelaki telah dibeli dari Harlan. Tikus-tikus obesiti dan tikus-tikus telah dibiakkan di rumah. Garis-garis ini pada mulanya ditubuhkan oleh Levin et al (1997); penternak dibeli dari Taconic. Kemasukan tikus keluar membolehkan perbandingan dengan kesusasteraan yang sedia ada, manakala tikus secara serentak membolehkan kita membezakan perubahan disebabkan oleh obesiti vs manipulasi diet. Berat diukur 1-2 kali seminggu. Semua prosedur telah diluluskan oleh Jawatankuasa UM mengenai Penggunaan dan Penjagaan Haiwan.

Diet-Makanan Diet dan Pengenalpastian Tikus Keturunan Obesiti-Rasa Sakit dan -Resistant

'Makanan sampah' adalah mash: Ruffles cip kentang asli (40 g), Chip Ahoy cawan coklat asli cookies (130 g), Jif mentega kacang licin (130 g), Nesquik serbuk coklat perisa (130 g), serbuk Diet Lab 5001 (200 g;% kalori: lemak 19.6%, protein 14%, karbohidrat 58; 4.5 kcal / g), dan air (180 ml) digabungkan dalam pemproses makanan. Komposisi diet berasaskan kajian terdahulu yang menubuhkan subpopulasi (Levin et al, 1997; Robinson et al, 2015). K- Mengumpulkan clustering berdasarkan berat badan selepas makanan 1 yang digunakan untuk mengenal pasti obesiti-sensitif (Junk-Food-Gainer) dan kumpulan-kumpulan yang tahan obesiti (Junk-Food-Non-Gainer). Kaedah statistik ini memberikan pemisahan yang tidak berat sebelah yang boleh digunakan seragam merentasi kajian (MacQueen, 1967). Di samping itu, kami telah menentukan bahawa ini adalah titik masa yang optimum untuk mengenal pasti subpopulations (Robinson et al, 2015; Oginsky et al, 2016; pemerhatian yang tidak diterbitkan).

Loceng Tempahan Cocaine

Aktiviti Locomotor diukur dalam ruang (41cm × 25.4cm × 20.3 cm) dilengkapi dengan rasuk fotosel. Tikus diletakkan di dalam ruang untuk tempoh hab habuk 40 sebelum menerima suntikan saline (1 ml / kg, ip), diikuti dengan 1 h kemudian dengan kokain (15 mg / kg, ip). Dos ini dipilih berdasarkan kajian tindak balas dos sebelumnyaOginsky et al, 2016; Ferrario et al, 2005).

Permukaan vs Ekspresi Protein Intrasel

Tisu dari NAc (teras / shell) dan striatum medial punggung (DMS) dikumpulkan dan diproses menggunakan BS yang ditubuhkan3 pendekatan silang (Boudreau et al, 2012) yang membolehkan pengesanan permukaan sel vs ungkapan protein intraselular. Sampel DMS dimasukkan untuk menentukan sama ada perbezaan adalah selektif kepada NAc. Bagi setiap tikus, tisu diasingkan, dicincang (chopper McIllwain; 400 μm irisan; St Louis, MO), dan diinkubasi dalam aCSF yang mengandungi 2 mM BS3 (30 min, 4 ° C). Crosslinking ditamatkan dengan gliserin (100 mM; 10 min), kepingan-kepingan dihomogenkan dalam buffer lysis (400 μl; dalam mM: 25 HEPES; 500 NaCl, 2 EDTA, 1 DTT, 1 phenylmethyl sulfonyl fluoride, 20 NaF, 1: 100 protease set koktail inhibitor I (Calbiochem, San Diego, CA), dan 0.1% Nonidet P-40 [v / v]; pH 7.4), dan disimpan pada -80 ° C. Kepekatan protein ditentukan oleh ujian BCA. Lihat Boudreau et al (2012) untuk butiran metodologi penuh.

BS3 Sampel silang silang dipanaskan di buffer rawatan sampel Laemmli dengan 5% β-mercaptoethanol (70 ° C, 10 min), dimuatkan (protein 20 μg), dan elektroforik pada gel UV kecerahan 4-15% di bawah keadaan mengurangkan. Protein dipindahkan ke membran PVDF (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ). Membran telah dibilas, disekat (1 h, RT, 5% (w / v) dengan susu kering tanpa lemak di TBS-Tween 20 (TBS-T; 0.05% Tween 20, v / v)) dan diinkubasi semalaman (4 ° C ) dengan antibodi utama (1: 1000 dalam TBS) kepada GluA1 (Thermo Scientific; PA1-37776) atau GluA2 (NeuroMab, UCDavis / NIH: 75-002). Membran telah dibasuh di TBS-T, diinkubasi dengan HRP-conjugated sekunder (Invitrogen, Carlsbad, CA; 1 h, RT), dibasuh, dan direndam dalam substil pengesan chemiluminescence (GE Healthcare, Piscataway, NJ). Imej diperolehi dalam filem, dan Ponceau S (Sigma-Aldrich) digunakan untuk menentukan jumlah protein. Band minat ditaksir menggunakan Image J (NIH).

Elektrofisiologi

The BS3 Prosedur crosslinking yang diterangkan di atas memberikan maklumat mengenai ungkapan permukaan (synaptic dan extra synaptic) dari subunit AMPAR individu, sedangkan data elektrofisiologi memberikan maklumat mengenai AMPARs sinaptik (tetramer) berfungsi. Rakaman patch-clamp sel-sel neuron berduri sederhana (MSNs) dalam teras NAc telah dijalankan selepas pendedahan makanan ringan pada tikus dan tikus secara serentak. Sebelum penyediaan slice, tikus telah dibiakkan dengan hidrat chloral (400 mg / kg, ip), otak telah dikeluarkan dengan cepat dan diletakkan di dalam oksigen yang sejuk (95% O2-5% CO2) aCSF yang mengandungi (dalam mM): 125 NaCl, 25 NaHCO3, Glukosa 12.5, 1.25 NaH2PO4, 3.5 KCl, asid askorbat 1, 0.5 CaCl2, 3 MgCl2, dan 305 mOsm, pH 7.4. Kepingan coronal (300 μm) yang mengandungi NAc dibuat dengan menggunakan mikrotom getaran (Leica Biosystems, Buffalo Grove, IL, Amerika Syarikat) dan dibenarkan untuk berehat dalam aCSF yang oksigen (40 min). Untuk rakaman aCSF (2 ml / min), CaCl2 telah dinaikkan kepada 2.5 mM dan MgCl2 telah menurun kepada 1 mM. Patches ditarik dari kapilari kaca borosilikat 1.5 mm (rintangan WPI, Sarasota, FL; 3-7 MΩ) dan dipenuhi dengan larutan yang mengandungi (dalam mM): 140 CsCl, 10 HEPES, 2 MgCl2, 5 Na+-ATP, 0.6 Na+-GTP, 2 QX314, pH 7.3, dan 285 mOsm. Rakaman dilakukan dengan kehadiran picrotoxin (50 μM). EPSC yang dibangkitkan (eEPSCs) disebabkan oleh rangsangan tempatan (pulsa persegi 0.05-0.30 mA, 0.3 ms, dihantar setiap 20 s) menggunakan elektrod bipolar yang diletakkan ~ 300 μm lateral ke neuron yang direkodkan. Jumlah minimum arus yang diperlukan untuk mendapatkan tindak balas sinaptik dengan <15% kebolehubahan amplitud digunakan. Sekiranya> 0.30 mA diperlukan, neuron dibuang. EEPSC yang dimediasi AMPAR direkodkan pada −70 mV sebelum dan sesudah penerapan naspm antagonis selektif CP-AMPAR (200 μM; seperti dalam Conrad et al, 2008; Ferrario et al, 2011).

 

Statistik

Dua ekor t-test, satu arah atau dua langkah berulang ANOVA, Sidak post-hoc ujian perbandingan pelbagai, dan perbandingan yang dirancang antara kumpulan-kumpulan obesiti-rentan dan-keganasan digunakan (Prism 6, GraphPad, San Diego, CA).

 
Bahagian atas halaman  

Hasil

eksperimen 1

Tikus Sprague Dawley diberi makanan ringan menggunakan pendekatan yang menyebabkan obesiti di beberapa tikus (Junk-Food Gainers) tetapi bukan yang lain (Junk-Food Non-Gainers; Robinson et al, 2015; Oginsky et al, 2016). Kami kemudiannya mengukur tindak balas terhadap suntikan kokain tunggal (bacaan umum fungsi mesolimbi), permukaan vs ungkapan intraselular subunit AMPAR, dan transmisi AMPAR-pengantara dalam inti NAc menggunakan pendekatan penjepit sel-sel dalam kedua-dua populasi ini.

 
Pergerakan akibat kokain yang lebih besar di Junk-Food-Gainers

 

Seperti yang dijangka, apabila diberi makanan ringan beberapa tikus mendapat sejumlah besar berat badan (Junk-Food-Gainers, N= 6) manakala yang lain tidak (Junk-Food-Non-Gainers, N= 4; Rajah 1a; dua arah RM ANOVA: kesan utama kumpulan: F(1,9)= 11.85, p= 0.007; kumpulan × interaksi masa: F(18,162)= 6.85, p<0.001). Tikus ini mempunyai akses ke makanan ringan selama 5 bulan untuk memungkinkan pemisahan maksimum antara kumpulan. Mereka kemudian dikembalikan ke makmal standard (Lab Diet 5001: 4 kcal / g; 4.5% lemak, 23% protein, 48.7% karbohidrat; peratusan kandungan kalori) untuk tempoh kekurangan makanan ringan selama 2 minggu untuk menilai perbezaan yang berterusan selepas pembuangan makanan ringan. Tikus seterusnya diberi suntikan kokain tunggal dan aktiviti lokomotor dipantau; tujuan ini adalah untuk mendapatkan pembacaan umum fungsi mesolimbik. Respon terhadap kokain adalah lebih baik pada Junk-Food-Gainers vs Junk-Makanan-Bukan-Gainers (Rajah 1b; dua arah RM ANOVA: kumpulan × interaksi masa: F(21,168)= 2.31, p= 0.0018; Ujian Sidak, *p<0.05). Di samping itu, sementara Junk-Food-Gainers menunjukkan tindak balas lokomotor yang jauh lebih kuat terhadap kokain daripada garam (interaksi suntikan RM ANOVA, masa ×: F(6,30)= 2.39, p<0.05), Makanan Sampah-Bukan-Pembeli tidak. Pergerakan semasa pembiasaan dan selepas garam tidak berbeza antara kumpulan (Rajah 1b inset), konsisten dengan laporan terdahulu (Oginsky et al, 2016; Robinson et al, 2015).

 
Rajah 1.

Rajah 1 - Malangnya, kami tidak dapat memberikan teks alternatif yang boleh diakses untuk ini. Sekiranya anda memerlukan bantuan untuk mengakses imej ini, sila hubungi help@nature.com atau pengarang

GluA1, tetapi bukan GluA2, ekspresi permukaan lebih besar dalam Junk-Food-Gainers daripada Non-Gainers. (a) Makanan sampah menghasilkan berat badan yang besar dalam subset tikus yang mudah dijangkiti. (b) Makan makanan ringan yang diikuti dengan kekurangan makanan ringan dikaitkan dengan tindak balas sensitif terhadap kokain dalam Junk-Food-Gainers (JF-G) berbanding dengan Junk-Food-Non-Gainers (JF-N). Inset menunjukkan locomotion semasa habituation dan selepas suntikan salin. (c) Butiran wakil GluA1 dalam sampel NAc crosslinked. (d, e) GluA1, tetapi bukan GluA2, ekspresi permukaan lebih besar dalam Junk-Food-Gainers berbanding Junk-Food-Non-Gainers selepas kekurangan makanan ringan, mencadangkan kehadiran CP-AMPARs. Semua data ditunjukkan sebagai min ± SEM; *p

Tokoh dan legenda penuh (132K)Muat turun slaid Power Point (365 KB)

 

 

GluA1, tetapi bukan GluA2, ungkapan permukaan NAc lebih besar dalam Junk-Food-Gainers

 

Selanjutnya, kami memeriksa permukaan dan perwakilan protein intraselular AMPAR subunit di Junk-Food-Gainers dan Junk-Food-Non-Gainers. Majoriti AMPARs di NAc adalah GluA1 / GluA2 yang mengandungi, dengan beberapa GluA2 / 3 AMPARs, dan sejumlah kecil GluA2-kurang, CP-AMPARs (~ 10%; Reimers et al, 2011; Scheyer et al, 2014). Oleh itu, kami memberi tumpuan kepada tahap ekspresi GluA1 dan GluA2, kerana ini memberikan petunjuk yang baik tentang perubahan dalam populasi AMPAR yang berbeza ini. Permukaan permukaan dan protein GluA1 dan GluA2 intraselular diukur 1 minggu selepas ujian untuk aktiviti locomotor yang disebabkan kokain (Rajah 1c-e). Kajian terdahulu telah menegaskan bahawa suntikan kokain tunggal tidak mengubah AMPARs pada masa ini (Boudreau dan Wolf, 2005; Ferrario et al, 2010; Kourrich et al, 2007), membolehkan kita mentafsirkan perbezaan AMPAR seperti yang berkaitan dengan pemakanan (lihat juga di bawah). Ekspresi permukaan NAc GluA1 lebih besar dalam Junk-Food-Gainers vs Junk-Makanan-Bukan-Gainers (Rajah 1d; t8= 2.7, p= 0.03). Sebaliknya, ekspresi NAc GluA2 tidak berbeza antara kumpulan (Rajah 1e). Di samping itu, ekspresi GluA1 dan GluA2 dalam DMS pada tikus yang sama adalah serupa di antara kumpulan (data tidak ditunjukkan), menunjukkan bahawa perubahan dalam ungkapan AMPAR berlaku secara terpilih dalam NAc. Peningkatan ekspresi permukaan NAc GluA1 dengan ketiadaan perubahan permukaan GluA2 mencadangkan kehadiran CP-AMPARs (reseptor yang mengandungi GluA1 / 1- atau GluA1 / 3). Walau bagaimanapun, ini mesti disahkan menggunakan kaedah elektrofisiologi. Oleh itu, kami telah melakukan rakaman percetakan patch sel-sel selepas pendedahan makanan ringan untuk menentukan sama ada terdapat peningkatan dalam sumbangan CP-AMPARs kepada penghantaran sinaptik dalam NAc Junk-Food-Gainers.

 
Transmisi CP-AMPAR meningkat dalam Junk-Food-Gainers

 

Untuk eksperimen elektrofisiologi, kohort tikus yang berasingan diberi makanan ringan untuk bulan 3 dan rakaman dibuat selepas minggu 3 kekurangan makanan ringan. Prosedur ini telah dipilih untuk meminimumkan kesesakan dalam sangkar kerana kenaikan berat badan, dan untuk mengkaji kesan-kesan yang agak tahan lama terhadap makanan ringan. Dalam kohort ini, semua tikus makanan ringan adalah 'Gainers', memperoleh lebih banyak berat daripada Junk-Food-Gainers dalam kohort 1 (keuntungan 3-bulan: kohort 1, 106.2 ± 9.7 g; kohort 2, ~ 132 ± 5.4 g) . Oleh itu, perbandingan telah dibuat antara Chow (N= Sel 5, tikus 3) dan kumpulan Junk-Food-Gainer (N= Sel 10, tikus 7). Untuk menilai sumbangan CP-AMPARs kepada jumlah transmisi sinaptik AMPAR, kami menggunakan selam antagonis CP-AMPAR selektif (200 μM). Naspm menghasilkan pengurangan kecil dalam amplitud eEPSC dalam kawalan Chow-fed (Rajah 2a; Dua hala ANOVA: kesan utama nasram, F(1,13)= 19.14, p= 0.0008), selaras dengan laporan terdahulu bahawa CP-AMPARs menyumbang 5-10% eEPSC yang berasaskan AMPAR (contohnya, Scheyer et al, 2014). Walau bagaimanapun, dalam kumpulan makanan ringan, nasm menghasilkan pengurangan yang lebih besar (Rajah 2b; t13= 1.8; p= 0.046). Data-data ini menunjukkan bahawa CP-AMPARs meningkat dalam Junk-Food-Gainers berbanding tikus Chow-fed. Selain itu, kerana kohort yang digunakan untuk elektrofisiologi tidak diberi kokain, data-data ini menunjukkan bahawa perubahan biokimia dalam eksperimen sebelumnya mencerminkan kesan makanan ringan, bukan pendedahan kokain tunggal.

 
Rajah 2.

Rajah 2 - Malangnya, kami tidak dapat memberikan teks alternatif yang boleh diakses untuk ini. Sekiranya anda memerlukan bantuan untuk mengakses imej ini, sila hubungi help@nature.com atau pengarang

Sumbangan CP-AMPARs lebih besar dalam Junk-Food-Gainer vs tikus yang diberi makan selepas makan makanan ringan. (a) amplitud Normalized sebelum (BL) dan selepas permohonan mandi antaramala CP-AMPAR naspm (200 μM). Contoh menunjukkan contoh eEPSC sebelum (hitam) dan selepas naspm (merah). (b) Pengurangan oleh naspm lebih tinggi dalam Junk-Food-Gainer vs tikus yang diberi makan. (c) Lokasi rakaman sel seluruh untuk semua eksperimen. Kawasan yang berlorek menunjukkan lokasi rekaan umum yang dibuat dalam teras NAC. Rakaman jatuh kira-kira antara 2.04 dan 1.56 mm dari Bregma; angka disesuaikan daripada Paxinos dan Watson (2007). Semua data ditunjukkan sebagai min ± SEM; *p<0.05. Versi warna penuh angka ini boleh didapati di Neuropsychopharmacology jurnal dalam talian.

Tokoh dan legenda penuh (81K)Muat turun slaid Power Point (267 KB)

 

 

eksperimen 2

Data di atas dari tikus keluar adalah konsisten dengan idea bahawa makanan ringan secara pilihannya meningkatkan CP-AMPARs dalam tikus obesiti-mudah dijangkiti. Walau bagaimanapun, perbezaan ini boleh disebabkan oleh perkembangan obesiti atau kepada perbezaan sebelumnya dalam tikus yang mudah dijangkiti. Untuk menangani kemungkinan-kemungkinan ini, kami menjalankan kajian biokimia dan elektrofisiologi yang sama dalam tikus tikus obesiti dan tikus yang selektif dibesarkan dengan dan tanpa pendedahan makanan ringan. Kerana kita tahu a priori tikus yang terdedah kepada obesiti, kita boleh menggunakan model ini untuk membezakan perbezaan yang ada sebelumnya vs perubahan yang disebabkan oleh makanan ringan.

 
Tahap GluA1 asas adalah serupa, tetapi makanan ringan menambah ekspresi GluA1 dalam tikus yang rawan obesiti

 

Pertama, kita mengkaji ekspresi NAc AMPAR dalam tikus yang berlebihan dan rawan obesiti yang diberi chow atau makanan ringan. Tisu NAc dikumpulkan dan bersilang silang selepas 1 bulan makanan ringan diikuti oleh 1 bulan kekurangan makanan. Pendedahan makanan ringan yang lebih pendek digunakan di sini untuk meningkatkan kemungkinan eksperimen, seperti tikus yang mudah dibesarkan dengan keturunan yang obesiti secara selektif cenderung menaikkan berat badan lebih cepat daripada populasi pedang. Ekspresi GluA1 adalah serupa dengan tikus yang terdedah kepada obesiti dan tikus yang diberikan kepada chow (Rajah 3, bar pepejal; N= 6 / kumpulan), mencadangkan bahawa tahap asas GPARA1 yang mengandungi AMPARs adalah serupa dalam tikus yang mudah dijangkiti. Ini konsisten dengan keputusan elektrofisiologi terdahulu yang memperlihatkan penghantaran basal AMPAR yang sama dalam tikus ini (Oginsky et al, 2016). Dalam kumpulan makan makanan ringan, kelebihan permukaan untuk ekspresi selular (S / I) GluA1 meningkat pada rasis yang obesiti, tetapi bukan tikus yang tahan obesiti, berbanding dengan kawalan makanan yang diberi makan (Rajah 3a: satu arah ANOVA, F(3, 19)= 2.957, p= 0.058; OP-Chow vs OP-JF, p<0.05; OP-JF N= 5, OR-JF N= 6). Peningkatan S / I ini disebabkan oleh sedikit peningkatan dalam ekspresi permukaan GluA1 (Rajah 3b) dan pengurangan sedikit dalam GluA1 intraselRajah 3c). Sekali lagi, tiada perbezaan ditemui dalam ungkapan GluA2 (data tidak ditunjukkan). Keputusan di sini adalah konsisten dengan hasil biokimia di atas dalam tikus outbred dan menunjukkan bahawa perbezaan dalam ekspresi AMPAR dalam tikus yang berlebihan obesiti adalah hasil dari makanan ringan dan bukan disebabkan oleh perbezaan dasar antara kelompok-kelompok rawan obesiti dan -berbasis.

 
Rajah 3.

Rajah 3 - Malangnya, kami tidak dapat memberikan teks alternatif yang boleh diakses untuk ini. Sekiranya anda memerlukan bantuan untuk mengakses imej ini, sila hubungi help@nature.com atau pengarang

Kelimpahan relatif permukaan NAc GluA1 vs Ekspresi protein intraselular (S / I) dipertingkatkan selepas penggunaan makanan ringan dan kekurangan hanya dalam tikus yang berlebihan obesiti. Ini disebabkan perubahan dalam kedua-dua permukaan dan ungkapan protein intraselular. (a) Permukaan untuk nisbah intraselular, (b) permukaan dan (c) ungkapan intraselular protein GluA1 dalam tikus yang obesiti (OR) dan tikus obesiti (OP) diberikan chow atau junk-food. Semua data ditunjukkan sebagai min ± SEM; *p<0.05: OP-JF vs OP-Chow.

Tokoh dan legenda penuh (82K)Muat turun slaid Power Point (278 KB)

 

 

Makanan tambahan makanan tambahan NAc penghantaran CP-AMPAR dalam tikus yang rawan obesiti dengan ketiadaan perbezaan berat atau penggunaan makanan ringan

 

Seterusnya kami menentukan sama ada penggunaan makanan ringan jika tiada kenaikan berat badan mencukupi untuk meningkatkan NAc AMPARs. Kohort berasingan tikus yang dipelihara secara beransur diberi chow atau makanan ringan untuk 9-10 hari (untuk meminimumkan pembangunan obesiti) diikuti dengan minggu 2 kekurangan makanan ringan dan pengukuran penghantaran CP-AMPAR seperti yang diterangkan di atas. Naspm mengurangkan amplitud eEPSC yang dimediasi AMPAR dalam semua kumpulan (Rajah 4a; Dua arah RM ANOVA: kesan utama nasr: F(1,20)= 22.5, p= 0.0001; kumpulan × ubat interaksi: F(3,20)= 4.29, p= 0.02; OP-JF dan OR-JF: N= Sel 7, tikus 5; OP-Chow: N= Sel 4, tikus 3; OR-Chow N= Sel 5, tikus 3). Walau bagaimanapun, kesan nasrab adalah lebih besar dalam tikus-tikus yang obesiti yang diberi makanan ringan berbanding dengan semua kumpulan lain (Rajah 4b: dua arah RM ANOVA, kumpulan × interaksi masa: F(18,114)= 2.87, p= 0.0003; *p<0.05 OP-JF vs semua kumpulan lain; Rajah 4c: satu arah ANOVA, F(3,20)= 9.53, p= 0.0004; OP-JF vs OR-JF dan OP-Chow vs OP-JF, p<0.01). Di samping itu, kesan naspm serupa pada kumpulan OP-Chow, OR-Chow, dan OR-JF dan setanding dengan yang dilihat pada tikus kembar (di atas) dan transmisi CP-AMPAR basal yang dilaporkan sebelumnya (Conrad et al, 2008; Scheyer et al, 2014). Tambahan pula, kenaikan berat badan, berat pada hari rakaman, dan jumlah makanan sampah yang digunakan adalah sama antara kelompok-kelompok yang rawan obesiti danRajah 4d dan e). Oleh itu, data-data ini menunjukkan bahawa penggunaan makanan ringan secara sengaja meningkatkan CP-AMPARs dalam tikus yang berlebihan obesiti sebelum permulaan berat badan perbezaan berat.

Rajah 4.

Rajah 4 - Malangnya, kami tidak dapat memberikan teks alternatif yang boleh diakses untuk ini. Sekiranya anda memerlukan bantuan untuk mengakses imej ini, sila hubungi help@nature.com atau pengarang

Hari 10 hanya makanan ringan dan diikuti dengan minggu 2 kekurangan makanan ringan adalah mencukupi untuk mengarahkan regulasi CP-AMPAR dalam rasis yang obesiti tetapi tidak tikus tahan obesiti. Peningkatan ini berlaku apabila tiada perbezaan dalam pengambilan makanan dan kenaikan berat badan. (a) amplitud yang dinormalisasi sebelum dan selepas naspm (200 μM). Inset: Contoh eEPSC dari tikus makan makanan ringan sebelum (hitam) dan selepas naspm (merah). (b) Kursus masa eEPSC sebelum dan selepas permohonan naspm. (c) Pengurangan oleh naspm meningkat selepas makanan ringan dalam tikus obesiti tetapi tidak tikus tahan obesiti. (d) Keuntungan berat badan adalah sama antara kumpulan. (e) Penggunaan makanan sampah adalah serupa di antara kumpulan. Semua data ditunjukkan sebagai min ± SEM. *p<0.05; ***p<0.001 OP-JF vs semua kumpulan lain. Versi warna penuh angka ini boleh didapati di Neuropsychopharmacology jurnal dalam talian.

Tokoh dan legenda penuh (158K)Muat turun slaid Power Point (416 KB)

 

 

Satu kemungkinan adalah bahawa makanan ringan menghasilkan penghasilan CP-AMPAR dalam tikus tahan obesiti tetapi kesan ini berkurangan selepas minggu 2 kekurangan makanan ringan. Untuk menangani masalah ini, rakaman dibuat selepas hari kekurangan makanan ringan 1 dalam kohort lain tikus tikus yang obesiti dan rawan yang diberi pendedahan makanan ringan yang sama (9-10 hari OR-JF: N= Sel 7, tikus 4; OP-JF: N= Sel 6, tikus 3). Sekali lagi, kami mendapati bahawa kesan naspm lebih besar dalam kumpulan OP-JF (Rajah 5a; dua arah RM ANOVA: kesan utama naspm: F(1,11)= 53.94, p<0.0001; kumpulan × interaksi naspm: F(1,11)= 13.75, p= 0.0035; Rajah 5b: kesan utama nasram: F(7,77)= 13.39, p<0.0001; kumpulan × interaksi naspm: F(7,77)= 7.57, p<0.0001, ujian pasca *p<0.05; Rajah 5c: tidak berpasangan t-test: p= 0.001). Di samping itu, magnitud kesan naspm dalam kumpulan OR-JF adalah setanding dengan kawalan chow. Bersama-sama dengan data ini menunjukkan bahawa kenaikan makanan ringan yang disebabkan oleh CP-AMPARs tidak hadir dalam tikus yang obesiti selepas kedua-dua tempoh kekurangan awal dan lewat. Lebih-lebih lagi, pengambilan berat badan dan pengambilan makanan sekali lagi serupa dengan tikus yang rasis dan obesitiRajah 5d dan e). Oleh itu, kenaikan makanan ringan yang disebabkan oleh CP-AMPARs dalam tikus yang berlebihan obesiti bukan disebabkan oleh berat badan atau perbezaan dalam jumlah makanan ringan yang dimakan. Akhirnya, tiada perbezaan yang terdapat dalam amplitud eEPSC asas di semua kumpulan yang dikaji (Rajah 5f amplitud asas garis ANOVA: F(7,44)= 1.993, p= 0.09). Oleh itu, perbezaan sensitiviti di atas tidak disebabkan oleh perbezaan dalam respon asas. Amplitud mentah sebelum dan selepas naspm untuk semua data ditunjukkan dalam Rajah 5f.

Rajah 5.

Rajah 5 - Malangnya, kami tidak dapat memberikan teks alternatif yang boleh diakses untuk ini. Sekiranya anda memerlukan bantuan untuk mengakses imej ini, sila hubungi help@nature.com atau pengarang

Peningkatan berasaskan makanan yang dijangkiti dalam CP-AMPARs hadir selepas hanya hari 1 kehilangan makanan ringan di dalam rahim yang obesiti tetapi bukan tikus tahan obesiti. (a) amplitud Normalized sebelum (Baseline) dan selepas naspm (200 μM). Inset: Contoh eEPSC dari tikus makan makanan ringan sebelum (hitam) dan selepas naspm (merah). (b) Kursus masa sebelum dan selepas permohonan naspm. (c) Pengurangan oleh naspm lebih besar dalam rawan obesiti vs tikus tahan obesiti diberi makanan ringan. (d) Keuntungan berat badan adalah sama antara kumpulan. (e) Penggunaan makanan sampah adalah serupa di antara kumpulan. Semua data ditunjukkan sebagai min ± SEM. * = p<0.05, **p<0.01. (f) Ringkasan amplitud eEPSC individu di semua kajian (BL = garis dasar, N = + naspm; simbol terbuka = ​​kumpulan chow, simbol tertutup = kumpulan makanan ringan, segitiga = tikus keluar, lingkaran = tikus tahan obesiti, dan kotak = tikus rawan obesiti). Versi warna penuh angka ini terdapat di Neuropsychopharmacology jurnal dalam talian.

Tokoh dan legenda penuh (175K)Muat turun slaid Power Point (444 KB) 

Perbincangan

Peningkatan cue-triggered urges untuk makan dan perubahan dalam fungsi mesolimbic dianggap menyumbang kepada obesiti manusia. Di sini kita dapati bahawa respons respons umum bagi litar mesolimbik dipertingkatkan dalam tikus yang mudah terdedah kepada obesiti yang disebabkan oleh diet. Di samping itu, makanan ringan meningkatkan fungsi CP-AMPAR NAc pada tikus obesiti-mudah dijangkiti. Peningkatan ini berlaku selepas kekurangan makanan ringan 1, 14, atau 21, menunjukkan bahawa upregulation CP-AMPAR berlaku dengan cepat dan berterusan selepas penggunaan makanan ringan berhenti. Selanjutnya, tempoh pendedahan makanan ringan tidak sepadan dengan magnitud CP-AMPAR bertambahnya tikus obesiti-mudah dijangkiti. Akhirnya, upregulation ini berlaku lebih mudah dalam tikus obesiti-terdedah dan mendahului perkembangan obesiti.

Responsiveness Greater Mesolimbic Systems in Obesity-Susceptible Rats

Selepas kekurangan makanan ringan, pergerakan akibat kokain lebih besar dalam Junk-Food-Gainers berbanding Non-Gainers, iaitu, Junk-Food-Gainers adalah sensitif berbanding dengan Non-Gainers. Pemekaran Locomotor menunjukkan petunjuk perubahan dalam fungsi litar mesolimbik yang meningkatkan motivasi insentif untuk ganjaran makanan dan ubat (Robinson dan Berridge, 2008; Vezina, 2004; Wolf dan Ferrario, 2010). Oleh itu, tindak balas sensitif yang terdapat di sini adalah konsisten dengan fungsi mesolimbik yang dipertingkatkan dan peningkatan tindak balas motivasi yang dilaporkan sebelum ini dalam tikus obesiti-mudah terdedah (Robinson et al, 2015; Perang et al, 2015). Yang penting, perbezaan dalam lokomotif yang disebabkan kokain tidak mungkin disebabkan perbezaan dalam tahap kokain yang dicapai. Secara spesifik, menggunakan dos yang sama seperti dalam kajian semasa, kami telah menunjukkan bahawa kepekatan kokain di striatum adalah sama antara tikus yang rawan obesiti dan yang tidak terlepas tanpa mengira perbezaan berat badan (Vollbrecht et al, 2016) dan obesinya vs tikus tanpa obes yang obes yang berbeza-beza berat menunjukkan reaksi lokomotor yang sama kepada kokain sebelum kekurangan makanan ringan (Oginsky et al, 2016).

Sensitisasi dalam Junk-Food-Gainers mungkin disebabkan oleh kesan sampingan makanan ringan pada sistem mesolimbik dalam tikus obesiti yang mudah terserang atau mungkin mencerminkan perbezaan yang ada sebelumnya. Selaras dengan perbezaan yang ada sekarang, tikus yang mudah dibesarkan dengan selektif yang lebih tinggi akan lebih sensitif terhadap kesan pengaktifan locomotor kokain daripada tikus tahan obesiti sebelum manipulasi diet mana-mana (Oginsky et al, 2016; Vollbrecht et al, 2016). Di samping itu, apabila diuji selepas pendedahan makanan ringan tetapi tanpa kekurangan makanan ringan, amphetamine dan kokain yang disebabkan oleh kokain adalah sama antara Junk-Food-Gainers dan Junk-Food-Non-Gainers tetapi dipertingkatkan berbanding dengan kawalan makanan yang dimakan (Oginsky et al, 2016; Robinson et al, 2015). Bersama-sama, data ini mencadangkan bahawa sistem mesolimbic sensitif pada tikus obesiti-mudah terdedah sebelum manipulasi diet dan penggunaan makanan ringan menyebabkan induksi neuroadaptations yang dapat meningkatkan kereaktifan lagi dalam sistem mesolimbi (lihat Oginsky et al, 2016; Vollbrecht et al, 2016 untuk perbincangan lanjut).

Junk-Food Secara Selektif Meningkatkan Penghantaran CP-AMPAR-Mediasi NAc pada Tikus Obesiti-Rawan

Apabila perbezaan permukaan vs ungkapan intraselular subunit NAc AMPAR telah diperiksa, kami mendapati peningkatan dalam GluA1, tetapi bukan GluA2, ekspresi permukaan pada tikus obesiti-mudah terdedah. Corak ini ditemui dalam tikus jantan yang dikenal pasti sebagai Junk-Food-Gainers dan dalam tikus obesiti yang mudah dibesarkan selektif diberikan akses percuma kepada makanan ringan. Yang penting, data biokimia dan elektrofisiologi dari kawalan menunjukkan bahawa tahap asas dan ungkapan AMPAR asasnya sama dalam kelompok-kelompok rawan obesiti yang mudah dibesarkan dan selektif, selaras dengan data elektrofisiologi sebelumnya (Oginsky et al, 2016). Oleh itu, perbezaan dalam ungkapan subunit AMPAR mungkin disebabkan oleh manipulasi diet dan bukannya perbezaan asas antara kumpulan-kumpulan yang obesiti-rentan dan -bahan (lihat juga di bawah).

Seperti yang disebutkan di atas, majoriti NAc AMPARs adalah GluA1 / GluA2 atau GluA2 / GluA3 yang mengandungi, dengan GluA2-kurang CP-AMPARs yang terdiri hanya ~ 10% AMPARs (Reimers et al, 2011; Scheyer et al, 2014; lihat juga Wolf dan Tseng, 2012 untuk semakan). Oleh itu, peningkatan dalam ekspresi permukaan GluA1 tanpa perubahan ekspresi GluA2 selepas penggunaan makanan ringan dalam tikus yang mudah dijangkakan mencadangkan kenaikan diet yang disebabkan oleh CP-AMPARs. Untuk secara langsung mengukur penghantaran CP-AMPAR, kami menggunakan pendekatan penjepit sel sel-sel dalam teras NAc dan mengukur perbezaan sensitiviti terhadap antagonis CP-AMPAR selektif, naspm, dalam kumpulan makanan ringan dan makanan ringan. Kami mendapati bahawa penggunaan makanan ringan meningkat sensitiviti kepada naspm dalam obesiti-susceptible, tetapi tidak obesiti-tahan, tikus. Khususnya, CP-AMPARs menyumbang kepada ~ 10% semasa dalam Junk-Makanan-Bukan-Gainers dan dalam tikus yang mudah diserang dengan tikus obesiti dan konsisten, selaras dengan laporan terdahulu, tetapi telah dikawal dengan ketara dalam Junk-Food-Gainers dan tikus obesiti yang terdedah kepada makanan ringan. Menariknya, magnitud yang sama dari BP-AMPAR upregulation ditemui tanpa mengira tempoh pendedahan (3 bulan, bulan 1, atau 10 hari). Tambahan pula, peningkatan ini berlaku selepas kekurangan makanan ringan 1, 14, atau 21, menunjukkan bahawa upregulation CP-AMPAR berlaku dengan cepat dan berterusan selepas penggunaan makanan ringan berhenti.

Kami seterusnya menentukan sama ada kenaikan berat badan atau makan makanan ringan itu sendiri adalah bertanggungjawab untuk peningkatan jangka panjang CP-AMPARs ini. Eksperimen ini memerlukan penggunaan tikus secara serentak, kerana berat badan yang disebabkan oleh diet digunakan untuk mengenal pasti tikus empedu yang mudah dijumpai. Tikus-tikus yang mudah dijangkiti dan tikus diberi makanan ringan untuk hanya 9-10 hari sebelum rakaman dibuat. Ini menghasilkan berat badan yang sama dan pengambilan makanan ringan di kedua-dua kumpulan. Bagaimanapun, penghantaran CP-AMPAR yang ditengah-tengah masih meningkat dengan ketara hanya pada tikus yang rawan obesiti. Oleh itu, makanan ringan lebih mudah meningkatkan penghantaran CP-AMPAR dalam tikus yang berlebihan obesiti. Di samping itu, hakikat bahawa peningkatan ini mendahului perkembangan obesiti menunjukkan bahawa perubahan saraf ini boleh mendorong perbezaan perilaku berikutnya (lihat juga di bawah). Sudah tentu, ini tidak menghalang kemungkinan kelelahan tambahan dapat menampung perkembangan obesiti.

Walaupun beberapa kajian telah mengkaji peranan kerentanan, satu kajian menggunakan 'inkubasi' model craving 'craving' yang ditimbulkan oleh cue mendapati pengurangan nisbah NAc AMPA / NMDA 21 hari selepas sesi pentadbiran diri sucrose terakhir (Counotte et al, 2014). Sebaliknya, kajian berasingan menunjukkan bahawa penggunaan sukrosa dihasilkan dengan segera (dalam 24 h) tetapi kenaikan sederhana dalam CP-AMPARs dalam NAc (Tukey et al, 2013). Walaupun beberapa perbezaan prosedur mungkin menyumbang, satu perbezaan yang perlu diberi perhatian ialah Counotte et al (2014) menggunakan bahagian sagittal di mana input PFC ke NAc sebahagian besarnya dirangsang, sedangkan kajian semasa dan yang Tukey et al (2013) menggunakan kepingan coronal di mana campuran input glutamatergik dirangsang. Ini menimbulkan kemungkinan menarik bahawa upregulasi CP-AMPAR mungkin terhad kepada input glutamatergik yang berbeza kepada NAc (lihat juga Lee et al, 2013; Ma et al, 2014). Ini perlu ditangani dalam kajian masa depan.

Mekanisme yang mendorong kenaikan jangka panjang dalam CP-AMPARs NAc kurang difahami. Walau bagaimanapun, kami baru-baru ini mendapati bahawa kegembiraan intrinsik MSN dalam inti NAc dipertingkatkan dalam rahim obesiti vs tikus-tikus (Oginsky et al, 2016). Hal ini dapat menurunkan ambang untuk induksi plastisitas dalam individu yang gemuk obesiti. Sebagai contoh, pengaktifan reseptor D1-dopamin meningkatkan ekspresi permukaan AMPAR (Wolf et al, 2003) dan makanan enak meningkatkan tahap dopamin NAc. Oleh itu, ketinggian makanan yang disebabkan oleh makanan ringan dalam dopamine boleh menyumbang kepada peratusan CP-AMPAR, walaupun masih belum jelas apa yang mentadbir penambahbaikan jangka panjang selektif CP- vs bukan CP-AMPARs.

Untuk pengetahuan kita, tiada kajian telah mengkaji perubahan dalam AMPARs dalam shell NAc selepas manipulasi diet setanding dengan yang digunakan di sini. Walau bagaimanapun, satu kajian mendapati bahawa diet tinggi lemak tidak mengubah kepadatan tulang belakang dendritik dalam kulit NAc (Dingess et al, 2016). Inti dan cangkang mempunyai peranan berbeza dalam mencari makanan vs makan dan menerima input glutamatergik yang berbeza (Sesack dan Grace, 2010). Oleh itu kemungkinan bahawa kesan mungkin berbeza di subregion ini harus diselidiki di masa depan.

Apakah Fungsian Signifikansi CP-AMPAR Upregulation?

Di samping mempengaruhi plastisitas seterusnya (Cull-Candy et al, 2006), AMPARs menjadi perantara tingkah laku mencari makanan yang dipicu oleh kiu (Di Ciano et al, 2001) dan CP-AMPARs dalam inti NAc memeterai peningkatan kokain yang dicetuskan oleh kokain dalam pengambilan model 'keinginan'Wolf dan Tseng, 2012; Wolf, 2016). Kami baru-baru ini mendapati bahawa tikus obesiti-mudah terdedah menunjukkan pendekatan yang dipertingkatkan, pencapaian pencarian makanan yang lebih besar (PIT) dan pengukuhan udara yang lebih besar sebagai tindak balas kepada isyarat makanan selepas penggunaan makanan ringan (Robinson et al, 2015; dan pemerhatian yang tidak diterbitkan). Tingkah laku ini diantarkan sebahagiannya oleh penghantaran glutamatergik di NAc. Oleh itu, kami membuat spekulasi bahawa kenaikan CP-AMPARs NAc yang disebabkan oleh pengambilan makanan manis dan lemak boleh menyumbang kepada pencapaian makanan yang dicetuskan oleh obesiti dalam populasi obesiti-terdedah. Sudah tentu, hipotesis ini perlu diuji secara langsung, tetapi ia konsisten dengan peranan CP-AMPARs dalam pencarian kokain yang dicetuskan oleh kokain.

Terdapat beberapa perbezaan yang perlu diperhatikan antara makanan-dan cocaine-induced upregulation CP-AMPARs. Peningkatan kokain yang disebabkan oleh teras NAc CP-AMPARs memerlukan pendedahan yang berpanjangan kepada kokain intravena dan sekurang-kurangnya minggu pengeluaran 3 (Wolf dan Tseng, 2012). Sebaliknya, peningkatan yang ditemui di sini berlaku selepas hanya hari 1 kekurangan makanan ringan dan hanya 9-10 pendedahan makanan ringan. Keupayaan makanan ringan untuk menghasilkan perubahan segera dan tahan lama dalam CP-AMPARs agak mengejutkan memandangkan ip cocaine atau amphetamine berulang atau akses terhad kepada pentadbiran diri cocaine tidak meningkatkan CP-AMPARs (Nelson et al, 2009; Wolf dan Tseng, 2012). Tambahan pula, magnitud kenaikan makanan ringan yang disebabkan oleh CP-AMPARs adalah setanding dengan kenaikan yang ditemui selepas pengambilan diri dan penarikan diri kokain yang berpanjangan yang memantapkan peningkatan kokain yang dicetuskan oleh kokain (~ 40% di sini dan ~ 30% selepas pengambilan kokain) . Walaupun perbandingan langsung dengan kokain adalah sukar untuk dibuat, nampaknya makanan ringan mungkin lebih mudah mengarahkan upregulation CP-AMPAR daripada kokain dan / atau boleh menghasilkan kenaikan ini melalui mekanisme yang berbeza.

Adakah AMPAR Upregulation Berkaitan dengan Peningkatan Keupayaan Cocaine-Induced dalam Tikus Obesiti-mudah tersentuh?

Walaupun pergerakan yang disebabkan oleh kokain yang lebih besar dalam tikus obesiti-mudah dijangkiti adalah konsisten dengan fungsi mesolimbik yang dipertingkatkan, tidak mungkin ini disebabkan oleh perubahan dalam ungkapan atau fungsi AMPAR. Pertama, kepekaan terhadap lokomotif yang disebabkan oleh kokain dipertingkatkan dalam tikus tikus obesiti terpilih yang dibesarkan apabila ungkapan dan fungsi AMPAR tidak berbeza antara kumpulan-kumpulan ini (Oginsky et al, 2016; Vollbrecht et al, 2016; keputusan semasa). Di samping itu, kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa pemekaan lokomotor yang diinduksi oleh suntikan kokain berulang menghasilkan peningkatan dalam ungkapan dan fungsi AMPAR tetapi perubahan ini tidak secara langsung menengahi ungkapan pemekaran locomotor (Ferrario et al, 2010). Sebaliknya, peningkatan yang dialami pengalaman dalam ekspresi dan fungsi NAc AMPAR lebih berkaitan dengan motivasi insentif yang dipertingkatkan (Wang et al, 2013; Ferrario et al, 2010; Wolf dan Ferrario, 2010).

Ringkasan dan Arah Masa Depan

Kami menunjukkan bahawa makan makanan ringan lebih mudah meningkatkan ekspresi NAC CP-AMPAR dan berfungsi dalam tikus obesiti-mudah terdedah. Kami membuat spekulasi bahawa upregulasi CP-AMPAR menyumbang kepada kenaikan sebelumnya dalam motivasi yang dicetuskan oleh obesiti dalam populasi obesiti-rentan dan gemuk (contohnya, Robinson et al, 2015), walaupun ujian langsung ini perlu dilakukan pada masa akan datang. Memandangkan perbincangan berterusan mengenai sumbangan 'ketagihan makanan' kepada obesiti (Perang et al, 2015; Carr et al, 2011; Epstein dan Shaham, 2010; Kenny, 2011; Volkow et al, 2013), adalah penting untuk menentukan sejauh mana perubahan yang disebabkan oleh makanan dalam fungsi striatal ini boleh menjadi sebahagian daripada proses yang normal, adaptif vs maladaptive, 'tingkah laku seperti ketagihan'.

Bahagian atas halaman

Pembiayaan dan pendedahan

Cocaine disediakan oleh program bekalan dadah NIDA. Kerja ini disokong oleh NIDDK R01DK106188 kepada CRF; MFO disokong oleh NIDA T32DA007268. Sokongan penyelidikan ke PBG disediakan oleh Pusat Penyelidikan Diabetes Michigan (NIH Grant P30 DK020572) dan Pusat Penyelidikan Nutrisi dan Obesitas Michigan (P30 DK089503). Penulis mengisytiharkan tiada konflik kepentingan.

Bahagian atas halaman

Rujukan

  1. Albuquerque D, Stice E, Rodriguez-Lopez R, Manco L, Nobrega C (2015). Ulasan semasa mengenai genetik obesiti manusia: dari mekanisme molekul ke perspektif evolusi. Gen Genomik Mol 290: 1190–1221. | Artikel |
  2. Boudreau AC, Milovanovic M, Conrad KL, Nelson C, Ferrario CR, Wolf ME (2012). Ujian silang silang protein untuk mengukur ungkapan permukaan sel subunit reseptor glutamat di otak tikus selepas dalam vivo rawatan. Curr Protoc Neurosci Bab 5: Unit 5.30.1-5.30.19.
  3. Boudreau AC, Wolf ME (2005). Pemekaan tingkah laku terhadap kokain dikaitkan dengan peningkatan ekspresi permukaan reseptor AMPA pada nukleus. J Neurosci 25: 9144–9151. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  4. Brown RM, Kupchik YM, Spencer S, Garcia-Keller C, Spanswick DC, Lawrence AJ et al (2015). Kecacatan synaptic seperti ketagihan dalam diet yang disebabkan oleh obesiti. Biol Psikiatri (e-pub lebih awal cetakan).
  5. Carr KA, Daniel TO, Lin H, Epstein LH (2011). Patologi pengukuhan dan kegemukan. Penyalahgunaan Dadah Curr Rev 4: 190–196. | Artikel | PubMed |
  6. Conrad KL, Tseng KY, Uejima JL, Reimers JM, Heng LJ, Shaham Y et al (2008). Pembentukan reseptor AMPA yang kekurangan GluR2 memantapkan inkubasi keinginan kokain. Alam 454: 118–121. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  7. Counotte DS, Schiefer C, Shaham Y, O'Donnell P (2014). Penurunan bergantung pada masa nukleus accumbens nisbah AMPA / NMDA dan inkubasi keinginan sukrosa pada tikus remaja dan dewasa. Psikofarmakologi 231: 1675–1684. | Artikel | PubMed | CAS |
  8. Cull-Candy S, Kelly L, Farrant M (2006). Peraturan reseptor AMPA yang dapat ditembusi Ca2 +: keplastikan sinaptik dan seterusnya. Curr Opin Neurobiol 16: 288–297. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  9. Demo KE, Heatherton TF, Kelley WM (2012). Perbezaan individu dalam aktiviti nukleus terhadap makanan dan gambar seksual meramalkan kenaikan berat badan dan tingkah laku seksual. J Neurosci 32: 5549-5552. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  10. Di Ciano P, Cardinal RN, Cowell RA, Little SJ, Everitt BJ (2001). Penglibatan pembezaan reseptor NMDA, AMPA / kainate, dan dopamin dalam inti inti nukleus dalam pemerolehan dan prestasi tingkah laku pendekatan pavlovian. J Neurosci 21: 9471–9477. | PubMed | ISI | CAS |
  11. PM Dingess, Darling RA, Kurt Dolence E, Culver BW, Brown TE (2016). Pendedahan kepada diet yang tinggi dalam lemak mengatasi kepadatan tulang belakang dendritik dalam korteks prefrontal medial. Fungsi Struktur Otak (e-pub lebih awal dicetak).
  12. Epstein DH, Shaham Y (2010). Tikus makan kek keju dan persoalan ketagihan makanan. Nat Neurosci 13: 529-531. | Artikel | PubMed | ISI |
  13. Fedoroff IC, Polivy J, Herman CP (1997). Kesan pendedahan awal terhadap isyarat makanan terhadap tingkah laku pemakanan yang tidak terkawal dan tidak terkawal. Selera makan 28: 33–47. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  14. Ferrario CR, Gorny G, Crombag HS, Li Y, Kolb B, Robinson TE (2005). Keplastikan saraf dan tingkah laku yang berkaitan dengan peralihan dari penggunaan kokain terkawal ke peningkatan. Biol Psikiatri 58: 751–759. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  15. Ferrario CR, Li X, Wang X, Reimers JM, Uejima JL, Wolf ME (2010). Peranan pengagihan semula reseptor glutamat dalam pemekaan lokomotor terhadap kokain. Neuropsikofarmakologi 35: 818-833. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  16. Ferrario CR, Loweth JA, Milovanovic M, Ford KA, Galinanes GL, Heng LJ et al (2011). Perubahan pada subunit reseptor AMPA dan TARP pada nukleus tikus yang berkaitan dengan pembentukan Ca (2) (+) - reseptor AMPA yang telap semasa inkubasi keinginan kokain. Neuropharmacology 61: 1141–1151. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  17. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, MC Beinfeld, Kokkotou EG et al (2008). Bukti eksositosis dopamin mesolimbik yang cacat pada tikus rawan obesiti. FASEB J 22: 2740-2746. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  18. Kenny PJ (2011). Mekanisme selular dan molekul biasa dalam kegemukan dan ketagihan dadah. Nat Rev Neurosci 12: 638–651. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  19. Kourrich S, Rothwell PE, Klug JR, Thomas MJ (2007). Pengalaman kokain mengawal keplastikan sinaptik dua arah di dalam nukleus. J Neurosci 27: 7921–7928. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  20. Lee BR, Ma YY, Huang YH, Wang X, Otaka M, Ishikawa M et al (2013). Pematangan sinaps yang senyap dalam unjuran amigdala-accumbens menyumbang kepada pengeraman keinginan kokain. Nat Neurosci 16: 1644–1651. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  21. Levin BE, Dunn-Meynell AA, Balkan B, Keesey RE (1997). Pembiakan selektif untuk kegemukan dan ketahanan yang disebabkan oleh diet pada tikus Sprague-Dawley. Am J Physiol 273 (2 Pt 2): R725 – R730. | PubMed | ISI | CAS |
  22. Ma YY, Lee BR, Wang X, Guo C, Liu L, Cui R et al (2014). Modulasi dua arah inkubasi keinginan kokain dengan penyusunan semula korteks prefrontal berdasarkan sinaps yang senyap ke unjuran. Neuron 83: 1453–1467. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  23. MacQueen JB. Beberapa Kaedah untuk klasifikasi dan Analisis Pemerhatian Multivariate. Prosiding Simposium 5th Berkeley mengenai Statistik Matematik dan Kemungkinan. University of California Press: Berkeley, CA, 1966, pp 281-297.
  24. Murdaugh DL, Cox JE, Cook EW 3rd, Weller RE (2012). Kereaktifan fMRI terhadap gambar makanan berkalori tinggi meramalkan hasil jangka pendek dan jangka panjang dalam program penurunan berat badan. Neuroimage 59: 2709-2721. | Artikel | PubMed |
  25. Nelson CL, Milovanovic M, Wetter JB, Ford KA, Wolf ME (2009). Pemekaan tingkah laku terhadap amfetamin tidak disertai dengan perubahan ekspresi permukaan reseptor glutamat pada nukleus tikus. J Neurochem 109: 35–51. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  26. Oginsky MF, Maust JD, Corthell JT, Ferrario CR (2016). Peningkatan kepekaan lokomotor disebabkan kokain dan kegembiraan intrinsik neuron berduri NAc pada orang dewasa tetapi tidak pada tikus remaja yang terdedah kepada obesiti yang disebabkan oleh diet. Psikofarmakologi 233: 773-784. | Artikel | PubMed |
  27. Paxinos G, Watson CJ Otak Rat dalam Koordinat Stereotaxic, 6th edn. Akademik Akhbar: Burlington, MA, Amerika Syarikat, 2007.
  28. Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME (2011). Analisis kuantitatif komposisi subunit reseptor AMPA di kawasan otak yang berkaitan dengan ketagihan. Otak Res 1367: 223-233. | Artikel | PubMed | CAS |
  29. Robinson MJ, PR Burghardt, Patterson CM, Nobile CW, Akil H, Watson SJ et al (2015). Perbezaan individu dalam isyarat motivasi dan sistem striatal pada tikus rentan terhadap obesiti yang disebabkan oleh diet. Neuropsikofarmakologi 40: 2113-2123. | Artikel | PubMed |
  30. Robinson TE, Berridge KC (2008). Kaji semula. Teori ketagihan insentif insentif: beberapa isu semasa. Philos Trans R Soc Lond Ser B Biol Sci 363: 3137–3146. | Artikel |
  31. Rogers PJ, Hill AJ (1989). Pecahan pengekangan makanan berikutan pendedahan kepada rangsangan makanan: hubungan antara menahan diri, kelaparan, air liur, dan pengambilan makanan. Penagih Behav 14: 387–397. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  32. Scheyer AF, Wolf ME, Tseng KY (2014). Mekanisme yang bergantung kepada sintesis protein mengekalkan transmisi reseptor AMPA yang meresap kalsium dalam sinapsis nukleus accumbens semasa penarikan diri dari pentadbiran kokain. J Neurosci 34: 3095–3100. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  33. Sesack SR, Grace AA (2010). Rangkaian ganjaran kortico-basal ganglia: mikrosirkuit. Neuropsikofarmakologi 35: 27–47. | Artikel | PubMed | ISI |
  34. DM Kecil (2009). Perbezaan individu dalam neurofisiologi ganjaran dan wabak kegemukan. Obesiti Int J 33: S44 – S48. | Artikel |
  35. Soussignan R, Schaal B, Boulanger V, Gaillet M, Jiang T (2012). Kereaktifan orofacial terhadap penglihatan dan bau rangsangan makanan. Bukti keinginan antisipatif berkaitan dengan petunjuk ganjaran makanan pada kanak-kanak yang berlebihan berat badan. Selera makan 58: 508–516. | Artikel | PubMed | ISI |
  36. Stice E, Dagher A (2010). Variasi genetik dalam ganjaran dopaminergik pada manusia. Forum Nutr 63: 176–185. | PubMed |
  37. Stice E, Figlewicz DP, Gosnell BA, Levine AS, Pratt WE (2012). Sumbangan litar ganjaran otak terhadap wabak kegemukan. Neurosci Biobehav Rev 37 (Pt A): 2047–2058. | Artikel | PubMed | ISI |
  38. Tukey DS, Ferreira JM, Antoine SO, D'Amour JA, Ninan I, Cabeza de Vaca S et al (2013). Pengambilan sukrosa mendorong perdagangan reseptor AMPA yang cepat. J Neurosci 33: 6123-6132. | Artikel | PubMed |
  39. Valenza M, Steardo L, Cottone P, Sabino V (2015). Kegemukan yang disebabkan oleh diet dan tikus yang tahan diet: perbezaan kesan dan anorektik D-amphetamine. Psikofarmakologi 232: 3215–3226. | Artikel | PubMed |
  40. Vezina P (2004). Pemekaan kereaktifan neuron dopamin otak tengah dan pentadbiran diri ubat perangsang psikomotor. Neurosci Biobehav Rev 27: 827-839. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  41. Volkow ND, Wang GJ, Tomasi D, Baler RD (2013). Obesiti dan ketagihan: pertindihan neurobiologi. Obes Rev 14: 2–18. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  42. Vollbrecht PJ, Mabrouk OS, Nelson AD, Kennedy RT, Ferrario CR (2016). Perbezaan yang ada sebelumnya dan perubahan yang disebabkan oleh diet dalam sistem dopamin striatal tikus yang cenderung obesiti. Obesiti 24: 670–677. | Artikel | PubMed | CAS |
  43. Vollbrecht PJ, Nobile CW, Chadderdon AM, Jutkiewicz EM, Ferrario CR (2015). Perbezaan yang ada sebelumnya dalam motivasi untuk makanan dan kepekaan terhadap pergerakan yang disebabkan kokain pada tikus yang mengalami kegemukan. Physiol Behav 152 (Pt A): 151-160. | Artikel | PubMed |
  44. Wang X, Cahill ME, Werner CT, Christoffel DJ, Golden SA, Xie Z et al (2013). Kalirin-7 memantapkan reseptor AMPA yang disebabkan oleh kokain dan keplastikan tulang belakang, yang membolehkan pemekaan insentif. J Neurosci 33: 11012-11022. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  45. Wolf ME (2016). Mekanisme sinaptik yang mendasari keinginan kokain yang berterusan. Nat Rev Neurosci 17: 351–365. | Artikel | PubMed |
  46. Wolf ME, Ferrario CR (2010). Keplastikan reseptor AMPA dalam nukleus terkumpul setelah pendedahan berulang kepada kokain. Neurosci Biobehav Rev 35: 185–211. | Artikel | PubMed | ISI | CAS |
  47. Wolf ME, Mangiavacchi S, Sun X (2003). Mekanisme di mana reseptor dopamin boleh mempengaruhi keplastikan sinaptik. Ann NY Acad Sci 1003: 241–249. | Artikel | PubMed | CAS |
  48. Wolf ME, Tseng KY (2012). Reseptor AMPA yang meresap kalsium dalam VTA dan nukleus terkena selepas pendedahan kokain: kapan, bagaimana, dan mengapa? Mol Depan Neurosci 5: 72. | Artikel | PubMed | CAS |
  49. Wyvell CL, Berridge KC (2000). Amfetamin intra-accumbens meningkatkan kelebihan insentif pemberian sukrosa yang dikondisikan: peningkatan ganjaran 'mahu' tanpa peningkatan 'suka' atau peneguhan respons. J Neurosci 20: 8122-8130. | PubMed | ISI | CAS |
  50. Wyvell CL, Berridge KC (2001). Pemekaan insentif oleh pendedahan amfetamin sebelumnya: peningkatan 'keinginan' yang dicetuskan untuk mendapat sukrosa. J Neurosci 21: 7831–7840. | PubMed | ISI | CAS |
  51. Yokum S, Ng J, Stice E (2011). Bias perhatian terhadap gambar makanan yang berkaitan dengan peningkatan berat badan dan kenaikan berat badan masa depan: kajian fMRI. Obesiti (Musim Semi Perak) 19: 1775–1783. | Artikel | PubMed |