Matig vetarm dieet verhoogt Sucrose zelftoediening bij jonge ratten (2013)

Eetlust. Auteur manuscript; beschikbaar in PMC 2014 Feb 1.

Gepubliceerd in definitief bewerkte vorm als:

Trek. februari 2013; 61(1): 19-29.

Online gepubliceerd 2012 Sep 27. doi: 10.1016 / j.appet.2012.09.021

PMCID: PMC3538965

NIHMSID: NIHMS411020

Dianne P. Figlewicz,^1,² Jennifer L. Jay,² Molly A. Acheson, Irwin J. Magrisso,⁴ Constance H. West,¹ Aryana Zavosh,² Stephen C. Benoit,³ en Jon F. Davis³

Abstract

We hebben eerder gemeld dat een matig vetrijk dieet de motivatie voor sucrose bij volwassen ratten verhoogt. In deze studie testten we de motiverende, neurochemische en metabole effecten van het vetrijke dieet bij mannelijke ratten die door de puberteit gingen, gedurende een leeftijd van 5-8 weken. We zagen dat het vetrijke dieet de gemotiveerde respons op sucrose verhoogde, wat onafhankelijk was van metabole veranderingen of veranderingen in de metabolieten van catecholamine-neurotransmitters in de nucleus accumbens. AGRP-mRNA-niveaus in de hypothalamus waren echter significant verhoogd. We hebben aangetoond dat verhoogde activering van AGRP-neuronen geassocieerd is met gemotiveerd gedrag, en dat exogene (derde cerebroventriculaire) AGRP-toediening resulteerde in een significant verhoogde motivatie voor sucrose. Deze waarnemingen suggereren dat verhoogde expressie en activiteit van AGRP in de mediale hypothalamus mogelijk ten grondslag ligt aan de verhoogde respons op sucrose veroorzaakt door de vetrijke dieetinterventie. Ten slotte vergeleken we de motivatie voor sucrose bij puberale versus volwassen ratten en zagen we een verhoogde motivatie voor sucrose bij de puberale ratten, wat consistent is met eerdere rapporten dat jonge dieren en mensen een verhoogde voorkeur hebben voor zoete smaak, vergeleken met volwassenen. Samen suggereren onze studies dat achtergronddieet een sterk modulerende rol speelt in de motivatie voor zoete smaak bij adolescente dieren.

sleutelwoorden: Motivatie, voedselbeloning, vetrijk dieet, jeugd

Introductie

We hebben eerder gemeld dat een korte blootstelling aan een matig vetrijk (31.8%) dieet resulteert in een verhoogde motivatie voor sucrose bij volwassen ratten (Figlewicz et al., 2006). De milieu- versus biologische invloeden, of hun synergie, op voedselvoorkeuren en motivatie voor energierijke voedingsmiddelen zijn de afgelopen tien jaar gewaardeerd. Dit is relevanter geworden bij jongeren, aangezien obesitas bij kinderen de afgelopen tien jaar dramatisch is toegenomen (Ogden & Caroll, 2010). Een verhoogde voorkeur voor zoete smaak is gedocumenteerd bij zowel jonge dieren als de pediatrische populatie bij de mens (Coldwell, Oswald en Reed, 2009; Desor & Beauchamp, 1987; Desor, Greene en Maller, 1975; Mennella, Pepino en Reed, 2005; Meyers & Sclafani, 2006)), en is de vermoedelijke basis voor de voedingsindustrie om verpakte voedingsmiddelen en dranken met een hoog suikergehalte voor kinderen te ontwerpen en op de markt te brengen. De impact van omgevingsinvloeden, zoals een achtergronddieet, op de motivatie voor sucrose bij jonge ratten is echter niet systematisch geëvalueerd.

Huidige schattingen suggereren dat 10-20% van de kinderen en adolescenten in de VS als zwaarlijvig wordt beschouwd (Ogden & Caroll, 2010). Gemiddeld consumeert de Amerikaanse bevolking dagelijks 336 kcal toegevoegde suiker (National Cancer Institute Applied Research Program). Wanneer de populatie wordt gescheiden in volwassenen (19+ jaar oud) en pediatrische populatie (2-18 jaar oud), is dit aantal iets hoger voor kinderen/adolescenten en iets lager voor volwassenen. Voor adolescenten is het merendeel van de toegevoegde suikers afkomstig van frisdrank, energiedrankjes en sportdrankjes (National Cancer Institute Applied Research Program). Een uitgebreide systematische review en meta-analyse hebben aangetoond dat de inname van frisdrank geassocieerd is met een verhoogde energie-inname en lichaamsgewicht (Vartanian, Schwartz en Brownell, 2007). De adolescente bevolking (14-18 jaar oud) consumeert dagelijks 444 kcal toegevoegde suiker, en kinderen tussen de 9 en 13 jaar consumeren dagelijks 381 kcal toegevoegde suiker (National Cancer Institute Applied Research Program). Deze extra consumptie kan gedeeltelijk worden toegeschreven aan een verhoogde zoete voorkeur bij jongere individuen versus volwassenen (Coldwell, Oswald en Reed, 2009; Desor & Beauchamp, 1987; Desor, Greene en Maller, 1975; Mennella, Pepino en Reed, 2005). Studies hebben aangetoond dat kinderen tussen 9 en 15 jaar de voorkeur geven aan suikeroplossingen met hogere concentraties dan de voorkeursconcentratie van een volwassen monster (Desor, Greene en Maller, 1975). Longitudinale studies hebben de zoete voorkeur van deze kinderen tien jaar later in hun leven getest, waarna hun voorkeur was afgenomen en niet significant verschilde van de voorkeur van volwassenen (Desor & Beauchamp, 1987). Studies hebben ook een voorkeur aangetoond voor hogere sucroseconcentraties bij kinderen in vergelijking met hun moeders (Mennella, Pepino en Reed, 2005). Dit suggereert dat de verhoogde suikervoorkeur bij kinderen niet wordt veroorzaakt door genetica, maar eerder een ontwikkelingsfenomeen kan weerspiegelen. Studies hebben deze verhoogde voorkeur voor sucrose ook aangetoond bij ratten (Meyers & Sclafani, 2006).

Veel CZS-systemen en verbindingen zijn plastisch tijdens de adolescentie bij mensen en knaagdieren, waaronder het mesocorticolimbische systeem en dopaminerge activiteit in de nucleus accumbens, een belangrijke plaats voor de bemiddeling van beloning en motivatie (Ikemoto & Panksepp, 1996; Kelley & Berridge, 2002) (zien Andersen & Teicher [2008] voor recente beoordeling). De functionele betekenis van deze anatomische en neurochemische veranderingen wordt nu opgehelderd. Recent onderzoek van Bolaños en collega's, en anderen, heeft de effecten na de behandeling onderzocht van de dopamineheropname-transporterantagonist methylfenaat (Ritalin) bij het jonge knaagdier na het spenen. Er zijn meldingen van veranderde neurochemie en gedrag in het volwassen leven als een functie van peri-adolescente behandeling met methylfenidaat (Bolanos et al., 2003; Bolanos, Glatt, & Jackson, 1998; Brandon, Marinelli, Baker en White, 2001; Brandon, Marinelli en wit, 2003). Hoewel de bevindingen niet helemaal consistent zijn, misschien als gevolg van verschillende bestudeerde diermodellen, benadrukken deze onderzoeken gezamenlijk dat de adolescentieperiode een ontwikkelingsvenster lijkt te zijn voor het veranderen van de dopaminefunctie. Voedsel is een natuurlijke stimulans voor de afgifte van dopamine uit projecties van het ventrale tegmentale gebied (VTA) naar de nucleus accumbens, en operante inname van sucrose door ratten resulteert in een zeer acute afgifte van dopamine (Roitman et al., 2004). We veronderstellen dat motivatie voor sucrose geassocieerd is met toename van nucleus accumbens dopamine, en modulatie door omgevingsinvloeden kan uniek gevoelig zijn tijdens dit adolescente, peri-puberale stadium bij de rat.

Gezien de grote voorkeur voor zoete smaak bij kinderen en jonge knaagdieren, vonden we het belangrijk om ook parameters van motivatie voor sucrose bij adolescente knaagdieren te bepalen. In deze reeks onderzoeken evalueerden we het effect van een vetrijke dieetinterventie op de motivatie voor sucrose bij ratten toen ze groeiden van na het spenen tot de puberteit. Vervolgens hebben we metabole en CZS-evaluaties uitgevoerd om metabole, endocriene of neurale veranderingen te onderscheiden die verband houden met de dieetinterventie. Vergelijkbaar met wat we hebben gemeld bij volwassen ratten, was een dieet met een matig hoog vetgehalte (31.8%) effectief bij het verhogen van de zelftoediening van sucrose. We hebben ook getest of er een post-dieetbehandelingseffect was op de sucrose-motivatie bij de ratten als jonge volwassenen, vergelijkbaar met de soorten effecten op latere leeftijd die zijn gerapporteerd voor ander gedrag. Onze studies tonen aan dat jonge ratten een verhoogde motivatie voor sucrose vertonen wanneer ze een matig vetrijk dieet krijgen dat mogelijk wordt gemedieerd door het orexigenische, hypothalamische peptide AGRP; dat er geen overdrachtseffect lijkt te zijn van de vroege dieetinterventie naar de postpuberale volwassenheid; en dat het gedrag manifest is, hoewel de ratten metabolisch normaal zijn en pre-zwaarlijvig. Ten slotte vertonen peripuberale ratten een verhoogde motivatie voor sucrose in vergelijking met jonge volwassen ratten.

Materialen en methoden

vakken

Onderwerpen waren mannelijke Albinoratten van Simonsen (Gilroy, CA). Ratten werden gehouden op chow (Laboratory Rodent Diet 5001, LabDiet) of matig vetrijk dieet (31.8%; Research Diets Inc) ad libitum. De diëten zijn afgestemd op het totale koolhydraatgehalte (respectievelijk 58% kcal vs. 51% kcal voor laag vet versus hoog vet). De vetarme chow heeft 6.23 g% vrije suikers en het vetrijke dieet heeft 29 g% sucrose. Ze werden onderhouden op een licht-donkercyclus van 12:12 uur met lichten aan om 6 uur 's ochtends. Tenzij anders aangegeven, werden ratten binnengebracht op een leeftijd van 3 weken, onmiddellijk na het spenen, en werden gehuisvest om te acclimatiseren tot een leeftijd van 5 weken. Op deze leeftijd werd begonnen met dieet- en/of gedragstraining en -testen. Specifieke protocollen worden hieronder in detail beschreven en samengevat in Tabel 1. Omdat mannelijke ratten op de 6 de puberteit doormaken^th-7^th week oud, was de timing van de studies ontworpen om ratten te bestuderen terwijl ze deze ontwikkelingsfase doorkruisen. Alle procedures die op de ratten werden uitgevoerd, volgden de NIH-richtlijnen voor dierenverzorging en werden goedgekeurd door de Animal Care and Use Sub-Committee of the Research and Development Committee van het VA Puget Sound Health Care System.

Experimentele protocollen

Sucrose zelftoediening

Algemeen protocol. Procedures waren gebaseerd op onze gepubliceerde methodologie (Figlewicz et al., 2008; Figlewicz et al., 2006). Alle training- en testprocedures werden uitgevoerd tussen 0700 en 1200 uur. Het experiment omvatte 2-3 fasen: autoshaping en fixed ratio (FR) training; chirurgie en herstel in gespecificeerde cohorten (zie Tabel 1); en progressive ratios (PR) training met behulp van het PR-algoritme van Richardson en Roberts (Richardson & Roberts, 1996). Het PR-algoritme vereist 1, 2, 4, 6, 9, 12, 16, 20, 28, 36, 48, 63, 83, 110, 145, 191, 251, 331, 437, 575, 759, 999, 999( enz.) hefboomdrukken voor succesvolle beloningsleveringen binnen een sessie, en is een rigoureuze test voor motivatie en beloning (27). Ratten werden getraind om zelf 5% sucrose (0.5 ml beloning) toe te dienen, afgeleverd in een vloeistofdruppelhouder. De operante dozen, bestuurd door een systeem van Med Associates (Georgia, VT), hadden twee hendels, maar slechts één hendel (een actieve, intrekbare hendel) activeerde de infuuspomp. Drukken op de andere hendel (een inactieve, stationaire hendel) werden ook geregistreerd. De sucrose-oplossing werd afgeleverd in een vloeistofdruppelhouder voor orale consumptie (Med Associates). De initiële training werd uitgevoerd tijdens sessies van een uur gedurende 10 dagen volgens een continu versterkingsschema (FR1: elke druk op de hendel werd versterkt), met een maximum van 50 sucrose-beloningen per sessie. Elke sessie begon met het inbrengen van de actieve hendel en het aansteken van een witte huislamp die de hele sessie aan bleef. Een toon van 5 seconden (2900 Hz, 20 dB boven de achtergrond) + licht (7.5 W wit licht boven de actieve hendel) afzonderlijke samengestelde cue vergezelde elke beloningsafgifte, gevolgd door een time-out van 20 seconden na elke sucrose-afgifte. PR-training werd gegeven gedurende maximaal 3 u/dag gedurende tien dagen. Dagelijkse sessies eindigden na 30 minuten zonder reactie op het indrukken van de actieve hendel, waarna het huislicht werd uitgeschakeld en de actieve hendel werd ingetrokken.

Effect van AGRP op zelftoediening van sucrose

Omdat onze resultaten een toename van AGRP-mRNA-expressie lieten zien bij puberale ratten die het vetrijke dieet kregen, wilden we bevestigen dat AGRP de zelftoediening van sucrose zou kunnen verhogen. 5 weken oude chow-fed ratten werden door FR-training geleid en ontvingen vervolgens canules in de derde cerebrale ventrikel (ICV). Na een week van herstel, bevestiging van plaatsing met een angiotensine II-drinkresponstest (zie Figlewicz et al., [2006]), en één sessie FR-hertraining, werden ratten gestart met het PR-paradigma voor zelftoediening. Na PR-dag 1 werden ratten toegewezen aan een van de twee groepen, zodat de gemiddelde prestaties van PR-dag 1 niet verschilden tussen de twee groepen (kunstmatig CSF-vehiculum, aCSF; of AGRP, 2 μl van 0.01 nmol). Ze kregen injecties met aCSF (n=8) of AGRP (n=7) op PR-dagen 2, 5 en 8. De totale dagelijkse voedselinname werd gekwantificeerd tijdens de PR-trainingstijd.

Effect van leeftijd op zelftoediening van sucrose

We vergeleken het gedrag van zelftoediening tussen de puberale ratten en jonge volwassenen, gevoerd met chow of het 31.8% vetdieet. Ratten hadden twee weken acclimatisatie aan het VAPSHCS-vivarium (3-5 weken of 8-10 weken). Vervolgens kregen ze de voeding gedurende de gehele test/trainingsperiode (4 weken). Dus, zoals in het eerste experiment, werden puberale ratten bestudeerd op een leeftijd van 5-8 weken. Jonge volwassenen werden bestudeerd op een leeftijd van 10-13 weken.

Bepaling van de lichaamssamenstelling

De lichaamssamenstelling werd gemeten met behulp van kwantitatieve magnetische resonantiespectroscopie (QMR [Nixon et al., 2010]) om het lichaamsvochtgehalte van individuele ratten te bepalen, waaruit het relatieve lichaamsvet wordt berekend. De dieren werden onverdoofd in cilindrische houders geplaatst en vervolgens werden de houders in de QMR-machine geplaatst voor een scan van 2 minuten, die metingen in drievoud uitvoert. Gegevens worden opgeslagen op een geïntegreerde computer (EchoMRI, Echo Medical Systems, Houston, TX) voor onmiddellijke berekening van water, vet en vetvrije massa in het hele lichaam.

Intraveneuze glucosetolerantietest (IVGTT)

Bewuste IVGTT's werden uitgevoerd bij ratten met chronisch geïmplanteerde IV-canules, die 's nachts voorafgaand aan het onderzoek werden gevast, met behulp van methodologie gebaseerd op Frangioudakis, Gyte, Loxham en Poucher (2008). Bilaterale intraveneuze canules werden twee weken voorafgaand aan het onderzoek geïmplanteerd, volgens onze gevestigde methodologie (Figlewicz et al., 2009). Basislijnmonsters werden getrokken op t-10 min (0.5 ml voor bepaling van insuline en glucose, op alle tijdstippen) en t0 min. Ratten kregen een infuus van 1 g glucose/2 ml/kg gedurende 15-20 seconden, gevolgd door een spoeling van 0.5 ml zoutoplossing. Bloedmonsters werden genomen op 5, 15, 30, 60, 90 en 120 minuten. Als gevolg van het verstopt raken van een katheter tijdens de procedure (vandaar het onvermogen om bloedmonsters te verkrijgen), zijn de uiteindelijke 'n's voor de gepresenteerde baseline/IVGTT-gegevens 7-8 voor ratten die voer krijgen met voer en 8 voor ratten die een dieet met 31.8% vet krijgen (Tabel 3). Plasma-insuline werd bepaald met behulp van Linco ratteninsuline RIA-kits (#RI-13K en SRI-13K, Linco) en plasmaglucose werd bepaald op een YSI Glucose Analyzer). De oppervlakte onder de curve (AUC) voor de respons ten opzichte van de uitgangswaarde werd berekend na 5 minuten en 120 minuten. De HOMA-index werd berekend als nuchter (glucose [mM] × insulinem[U/L]) / 22.5 en werd berekend met behulp van terminale nuchtere monsters gemeten voor insuline en glucose.

Metabole parameters¹

Nuchtere metabole parameters

Ratten van experiment 1 kregen een nacht vasten voorafgaand aan euthanasie, een paar dagen na voltooiing van de IVGTT. Ratten werden diep verdoofd met inademing van isofluraan en leeggebloed. Hersenen werden snel verwijderd en ingevroren in vloeibare stikstof voor meting van hypothalamus peptide mRNA en nucleus accumbens catecholamines. Eindplasma of serum werd gebruikt voor het meten van nuchtere insuline, glucose, leptine en triglyceriden. Voor triglyceriden werden Point Scientific Triglyceride GPO Kit #T7531-400 (Fisher #23-666-418) en standaard KIT #7531-STD (Fisher #23-666-422) gebruikt, en 3 μl serum werd in tweevoud getest. Plasmaleptine werd gemeten met Millipore Linco RIA Kit # RL 83K.

Catecholamine HPLC-methoden [Davis et al., 2008]

Ratten werden geëuthanaseerd met isofluraan-anesthesie en de hersenen werden snel verwijderd, ingevroren en bewaard bij -80 ° C. Bilaterale microstoten van de nucleus accumbens (NAcc) werden van elk dier geïsoleerd. Hoewel er aanzienlijke zorg is besteed aan het minimaliseren van besmetting door naburige hersengebieden, konden we vanwege de aard en grootte van elke micro-punch geen onderscheid maken tussen subregio's (dwz NAcc-kern versus shell) binnen het NAcc. Voor high-performance vloeistofchromatografie (HPLC)-analyse werd een antioxidantoplossing (0.4 N perchloraat, 1.343 mM ethyleendiaminetetra-azijnzuur (EDTA) en 0.526 mM natriummetabisulfiet aan de monsters toegevoegd, gevolgd door homogenisatie met behulp van een ultrasone weefselhomogenisator (Biologics; Gainesville, VA Een klein deel van het weefselhomogenaat werd opgelost in 2% natriumdodecylsulfaat (SDS) (w/v) voor eiwitbepaling (Pierce BCA Protein Reagent Kit; Rockford, IL). De resterende suspensie werd gedurende 14,000 min in een gekoelde centrifuge Het supernatant werd gereserveerd voor HPLC.

Monsters werden gescheiden op een Microsorb MV C-18-kolom (5 Am, 4.6_250 mm, Varian; Walnut Creek, CA) en gelijktijdig onderzocht op DA, 3,4-dihydroxyfenylazijnzuur (DOPAC) en homovanillinezuur (HVA), beide die markers zijn van dopamine-afbraak, 5-HT en 5-HIAA. Verbindingen werden gedetecteerd met behulp van een 12-kanaals coulometrische array-detector (CoulArray 5200, ESA; Chelmsford, MA) bevestigd aan een Waters 2695 Solvent Delivery System (Waters; Milford, MA) onder de volgende omstandigheden: stroomsnelheid van 1 ml/min; detectiepotentialen van 50, 175, 350, 400 en 525 mV, en; waspotentieel van 650 mV. De mobiele fase bestond uit een 10% methanoloplossing in gedestilleerd H₂O met 21 g/l (0.1 M) citroenzuur, 10.65 g/l (0.075 M) Na2HPO4, 176 mg/l (0.8 M) heptaansulfonzuur en 36 mg/l (0.097 mM) EDTA bij een pH van 4.1. Onbekende monsters werden gekwantificeerd tegen een 6-punts standaardcurve met een minimale R² van 0.97. Kwaliteitscontrolemonsters werden bij elke run afgewisseld om HPLC-kalibratie te garanderen.

Orexigeense peptiden mRNA qPCR

We hebben de expressie gemeten van hypothalamische peptiden die het voeden stimuleren en die betrokken zijn bij motivatie en beloningsgedrag (Figlewicz & Sipols, 2010): neuropeptide Y (NPY[ Hahn, Breininger, Baskin en Schwartz, 1998; Jewett et al., 1995; Kelley, Nannini, Bratt & Hodge, 2001]); agouti-gerelateerd peptide (AGRP [Aponte, Atasoy, & Sternson, 2011; Barnes, Argyropoulos en Bray, 2010; Broberger et al., 1998; Hagan et al., 2000; Hahn, Breininger, Baskin en Schwartz, 1998; Kaushik et al., 2011; Krashes et al., 2011; Rossi et al., 1998; Tracy et al., 2008]); en orexine (Cason et al., 2010; Choi, Davis, Fitzgerald en Benoit, 2010). Ratten werden geëuthanaseerd met isofluraan-anesthesie en de hersenen werden snel verwijderd, ingevroren en bewaard bij -80 ° C tot verwerking. De mediale en laterale hypothalamus werden microdissected als één blok met behulp van een AHP-1200CPV-vriesvlak (Thermoelectric Cooling America, Chicago, Il) dat gedurende het hele dissectieproces een constante temperatuur van 12°C handhaafde. Totaal RNA uit gemicrodissecteerd weefsel werd geïsoleerd door Trizol-reagens (Invitrogen, Carlsbad, CA) en gezuiverd met behulp van de RNeasy Mini Kit (Qiagen, Valencia, CA) volgens de instructies van de fabrikant. Het totale RNA werd behandeld om mogelijke genomische DNA-verontreiniging te verwijderen met behulp van RNase-vrij DNase (Promega, Madison, WI), en werd gekwantificeerd met behulp van een NanoVue-spectrofotometer (GE Healthcare, Cambridge, VK). De RNA-kwaliteit werd bevestigd door middel van standaard agarosegelelektroforese. Complementair DNA (cDNA) werd vervolgens geretrotranscribeerd (RT) van 1-2 μg totaal RNA door een mengsel van willekeurige hexameren en oligo-DT-priming met behulp van de iScript cDNA Synthesis Kit (Bio-Rad Laboratories, Inc., Hercules, CA). Van elk monster werden ook niet-geretrotranscribeerde (geen RT) reacties bereid om te controleren op mogelijke genomische DNA-verontreiniging. De cDNA- en geen-RT-controles werden verdund en 5-10 ng template-cDNA van elk monster werd gebruikt om de mRNA-expressie van geselecteerde genen te meten door real-time kwantitatieve PCR met behulp van het MyIQ Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad, Hercules Metingen in drievoud voor elk monster werden uitgevoerd op standaard iCycler-platen met 96 putjes, samen met geen sjablooncontroles (NTC) om mogelijke kruisbesmetting te detecteren, in reactievolumes van 20 μl bestaande uit 10 μl 2 x iQ Sybr Green Supermix (Bio- Rad, Hercules, CA), 2 μl van 0.2-0.5 μM per primer, 3 μl DEPC-water en 5 μl sjabloon. Alle qPCR-reacties omvatten een analyse van de smeltkromme om de specificiteit van het signaal te garanderen. Relatieve expressie voor elk van belang zijnd gen werd berekend door extrapolatie naar een standaardcurve die individueel op elke plaat werd uitgevoerd en afgeleid van seriële verdunningen van een samengevoegd monster van referentie-cDNA, en genormaliseerd naar relatieve expressie van referentiegenen (zuur ribosomaal fosfoproteïne 36B4 voor genexpressie in hypothalamusweefsel en mitochondriaal ribosomaal eiwit L32 voor expressie in de nucleus accumbens). De volgende primersequenties (IDT, San Diego, CA) werden gebruikt om prepro-orexine, NPY en AGRP van ratten te amplificeren: Prepro-orexine, Forward: 5'-TTCCTTCTACAAAAGGTTCCCT-3 ', 5'-GCAACAGTTCGTAGAGACGGCAG-3'; NPY: Doorsturen, 5- TACTCCGCTCTGCGACACTACATC-3'; Keerzijde: 5'-CACATGGAAGGGTCTTCAAGCC-3'; AGRP, vooruit: 5'-GCAGAAGGCAGAAGCTTTGGC-3'; Keerzijde: 5′-CCCAAGCAGGACTCGTGCAG-3′.

cFos Immunocytochemie (ICC) en kwantificering

Fluorescentie ICC werd gebruikt om Fos-positieve en AGRP-positieve neuronale cellichamen in de mediale hypothalamus te identificeren, volgens onze gevestigde methodologie (Figlewicz et al., 2011). Op de laatste dag (PR-dag 10) werden de ratten zoals gewoonlijk gedurende 90 minuten in hun kamers voor zelftoediening geplaatst. Onmiddellijk na die laatste sessie van 90 minuten werden de ratten diep verdoofd met isofluraan-inhalatie en geperfundeerd met 0.9% NaCl gevolgd door koude 4% paraformaldehyde-oplossing. De timing voor anesthesie en euthanasie was gebaseerd op het bekende tijdsverloop van piekexpressie van cFos-eiwit op 90-120 minuten na het evenement. Dus cFos-expressie zou de activering van het CZS bij het begin van de gedragstaak weerspiegelen, in plaats van het resultaat te zijn van het feit dat de dieren de taak ervaren. Hersenen werden verwijderd en enkele dagen in paraformaldehyde gefixeerd, vervolgens in 20% sucrose-PBS en vervolgens 30% sucrose-PBS-oplossing geplaatst. Hersenen werden doorgesneden op een cryostaat (Leica CM 3050S cryostaat) voor immunohistochemie. We gebruikten onze gevestigde methodologie om immunoreactief cFos-eiwit in hersensecties te kwantificeren (Figlewicz et al., 2011). Op een glaasje gemonteerde coronale secties van 12 μm van de hersenen werden driemaal gewassen in met fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS, OXOID, Hampshire, Engeland). Secties werden gedurende 20 minuten gewassen met 100% ethanol/DI-water (50%, v/v) gevolgd door een PBS-wassing, vervolgens gedurende 1 uur bij kamertemperatuur geblokkeerd in PBS dat 5% normaal geiten- of ezelenserum bevatte. Secties werden vervolgens meerdere keren in PBS gewassen en overnacht bij 4°C geïncubeerd in primaire antilichaamoplossingen bereid in PBS. Secties werden drie keer in PBS gewassen en vervolgens in het donker bij kamertemperatuur geïncubeerd in secundaire antilichaamoplossing bereid in PBS gedurende 1 uur. Secties werden vervolgens opnieuw gewassen in PBS, en gemonteerd en afgedekt in Vectashield hard ingesteld montagemedium (Vector; Burlingame, CA) montagemedium. Digitale afbeeldingen van secties werden verkregen met behulp van een Nikon Eclipse E-800 fluorescentiemicroscoop die was aangesloten op een Qimaging Retiga digitale camera met behulp van NIS Elements (Nikon) -software.

Op basis van PCR-onderzoeken die verhoogde AGRP-mRNA-niveaus aantonen, hebben we ons gericht op mediale hypothalamische gebieden, met name de ventromediale nucleus en de arcuate nucleus (ARC)). Atlas-gematchte secties van 12 μm werden geëvalueerd op cFos-expressie en kwantificering in gematchte secties en regio's, gebaseerd op de atlas van Paxinos en Watson [2005]. Voor kwantificering (bij 40x vergroting) werden atlas-gematchte gebieden geselecteerd. NIS Elements-software (Nikon) werd gebruikt om een beeld van het gewenste gebied vast te leggen. Er werd een gebied afgebakend voor het tellen en er werd een drempel voor positieve celtellingen vastgesteld. Het identieke gebied en de identieke achtergrond (drempel) werden gebruikt voor secties van de respectieve experimentele groepen, en softwarematige telling van positieve cellen (kwantificering) werd uitgevoerd in dezelfde sessie voor alle experimentele groepen, om veranderingen in de achtergrondinstelling tussen sessies te voorkomen. Voor statistische analyse werden alleen tellingen van een individuele rat genomen als overeenkomstige of volledige secties door elk gebied beschikbaar waren; gegevens voor een bepaald gebied werden niet van een rat gehaald als er voor dat gebied een onvolledige bilaterale vertegenwoordiging was.

Naast cFos-kwantificering werd kwantitatieve dubbel-label immunohistochemie voor cFos en AGRP uitgevoerd. Omdat we de gedragsprestaties van de dieren niet wilden verstoren, werden ze niet voorbehandeld met colchicine om de visualisatie van AGRP te optimaliseren. Daarom kan de visualisatie van AGRP-positieve neuronen worden onderschat. De dubbele kleuringsprocedure voor AGRP was vergelijkbaar met de assay van cFos-immunoreactiviteit alleen, behalve dat secties gedurende een uur bij kamertemperatuur werden geblokkeerd in PBS-5% ezelenserum. Vervolgens werd een mengsel van primaire antilichamen fos-Ab en AGRP gebruikt voor incubatie gedurende de nacht bij 4°C; evenzo bevonden beide secundaire antilichamen zich in dezelfde oplossing en werden gedurende een uur in het donker bij kamertemperatuur geïncubeerd. Initiële optimalisatietesten werden uitgevoerd om een geschikte verdunning van de primaire antilichamen te bepalen. De gebruikte primaire antilichamen waren anti-cFos van konijnen (1:500) (sc-52) en anti-AGRP van geiten (1:100) (18634) (Santa Cruz Biotechnology, Inc., Santa Cruz, CA). Gebruikte secundaire antilichamen waren Cy3-geconjugeerd ezel-anti-konijn (Jackson Immunosearch; West Grove, PA) en Alexa fluor 488 ezel-anti-geit IgG (Molecular Probes, Eugene, OR); alle secundaire antilichamen werden verdund tot 1:500.

statistische analyse

Groepsgegevens worden gepresenteerd als gemiddelden ± standaardfout van het gemiddelde (SEM) in de tekst, tabellen en figuren. Significantie wordt gedefinieerd als p ≤ 0.05. Er worden statistische vergelijkingen gemaakt tussen experimentele groepen, zoals gepresenteerd onder “Resultaten” met behulp van ongepaarde Student's 't'-test (bijv. vergelijking van voeding, leeftijd of behandeling). 'Normalisatie' van gegevens wordt gedefinieerd zoals ze worden gebruikt.

Resultaten

Effect van een matig vetrijk dieet op de peri-puberale motivatie voor sucrose

Ratten die tijdens week 31.8-5 het 8% vetdieet kregen, hadden tijdens zelftoedieningssessies een significant verhoogde motivatie voor sucrose, vergeleken met ratten die voer kregen. Zoals getoond in Figuur 1a, was er geen verschil in prestatie tijdens de initiële FR-training (gemiddelde FRDagen 1-10 actieve hefboomdrukken, respectievelijk 38 ± 5 versus 39 ± 2 voor chow versus 31.8% vetdieet). Toen de ratten echter werden overgeschakeld naar de strengere PR-taak, was er een significante toename van het aantal actieve hendelpersen en het aantal genomen sucrose-beloningen, maar niet in de totale sessieduur (Figuur 1b). Er was geen effect van de chronische dieetbehandeling op het aantal inactieve hendelpersen. Toen ratten tijdens week 5-8 het vetrijke dieet kregen, maar vervolgens terugkeerden naar een voerdieet via FR- en PR-training in week 9-12, was er een trend maar geen significant verschil in actieve hendelpersen. Er lijkt dus geen gedragsoverdrachtseffect te zijn van een matig vetrijk dieet dat tijdens de peri-puberale periode wordt geconsumeerd. PR-parametergegevens voor deze cohorten zijn samengevat in Tabel 2. Om een begin te maken met het ophelderen van mechanismen die bijdragen aan de door voeding geïnduceerde toename van sucrosemotivatie, hebben we een aantal metabole en CZS-metingen uitgevoerd.

Figuur 1

PR-gemotiveerde respons voor sucrose-beloningen is verhoogd bij peripuberale ratten die een dieet met 31.8% vet kregen (n = 8). 1a. Tijdens de FR-sessies was er geen effect van het dieet, maar het dieeteffect is duidelijk wanneer ratten worden overgeschakeld naar het PR-paradigma. 1b. Gegevens zijn ...

Effect van peri-puberaal vetrijk dieet op progressieve verhoudingen voor sucrose

Effect van een matig vetrijk dieet op metabole parameters

Onmiddellijk na afloop van de gedragstesten werd de samenstelling van het lichaamsvet bepaald bij ratten die de dieetinterventie en het gedragsparadigma hadden gedurende week 5-8. Ratten kregen vervolgens chronische intraveneuze canules voor (bewuste) IV-glucosetolerantietests (IVGTT's). Vervolgens werden terminaal nuchter plasma en serum verkregen voor aanvullende metabole maatregelen. Zoals getoond in Tabel 3, waren er geen verschillen in lichaamssamenstelling, lichaamsgewicht, nuchtere insuline- of glucosemetingen, insulinegevoeligheid (HOMA-berekening) of reacties op de IVGTT tussen de chow-fed en vetrijke dieet-gevoede ratten. Terminale nuchtere metingen van leptine en triglyceriden verschilden niet tussen de twee groepen. Dus hoewel de dieetbehandeling een significant effect had op de motivatie voor sucrose, weerspiegelt het een gedragsreactie bij ratten met een hoog vetgehalte die pre-zwaarlijvig zijn.

Effect van een matig vetrijk dieet op de homeostatische CZS en beloningsneurochemie

Naast terminale metabolische metingen, werden hersenen van het cohort dat zowel dieetinterventie als gedragstraining had gedurende week 5-8 gemeten voor nucleus accumbens amineprofielen (n=4 per dieetgroep) of mRNA-niveaus van hypothalamische orexigeense peptiden. Zoals getoond in Tabel 4, was er geen significant effect van het vetrijke dieet op dopamine-, noradrenaline- of serotoninemetabolieten in de nucleus accumbens, een centrale plaats van beloning en motiverende activiteit (Ikemoto & Panksepp, 1996; Kelley & Berridge, 2002) waarin elk van deze neurotransmittersystemen een belangrijke regulerende rol speelt. Binnen hypothalamische extracten werden mRNA-niveaus van de orexigeense peptiden, NPY, AGRP en orexine gemeten. Een sterke maar niet-significante trend voor verhoogde AGRP bij de met vet gevoede ratten werd waargenomen in dit cohort (n=8 voor beide diëten); daarom herhaalden we het voedings- / gedragstrainingsparadigma in een extra cohort en maten we NPY-, AGRP- en orexine-mRNA in de hypothalamus. In de gecombineerde cohorten zagen we een significante (p<0.05) toename van AGRP-mRNA bij ratten die het vetrijke dieet kregen versus voercontroles (Figuur 2), maar geen significante verandering in NPY- of orexine-expressie. Om mogelijke verbanden tussen AGRP-expressie en zelftoedieningsgedrag te evalueren, hebben we cFos- en AGRP-immunopositieve neuronen in de mediobasale hypothalamus gemeten. Groepen ratten kregen voer met voer of 31.8% vet; sommige werden door het zelftoedieningsprotocol gehaald (week 5-8) en andere werden behandeld als gedragscontroles. Figuur 3a toont een voorbeeld van co-lokalisatie van cFos en AGRP in een arcuate nucleus neuron. Zoals samengevat in Tabel 5werd activering van AGRP-neuronen (co-expressie van cFos-ICC en AGRP-ICC binnen dezelfde cellen) geassocieerd met zelftoedieningsactiviteit. Dit wordt gedemonstreerd in Figuur 3b, waarbij het aantal geactiveerde (cFos-positieve) neuronen wordt weergegeven als het aantal neuronale cellen, of als percentage van de totale AGRP-positieve neuronen: er is een significante activering van AGRP-neuronen in de zelftoedienende sucrose van de rat, versus de hanteringscontroles , in de gecombineerde dieetgroepen. Een behandelingsvergelijking binnen het dieet voor het aantal geactiveerde AGRP-neuronen in de zelftoedieningsgroep vs. de behandelingscontroles vertoonde een trend die geen statistische significantie bereikte (chow, p=078; 31.8% vetdieet, p=073) . Belangrijk is dat deze gegevens AGRP-neuronenactivering niet alleen koppelen aan zelftoedieningsgedrag, maar vanwege de timing voor de cFos-meting (90 minuten nadat de ratten in hun kamers voor zelftoediening waren geplaatst), weerspiegelt cFos-expressie de activiteit van AGRP-neuronen in anticipatie op of bij het begin van activiteit voor zelftoediening. Er was een niet-significante trend voor een verhoogd totaal aantal AGRP-positieve neuronen in de zelftoedieningsgroep (vs. behandelingscontroles, p=0.16). Bij die ratten, waarbij het indrukken van een hendel werd afgestemd tussen de dieetgroepen, was ook het aantal AGRP-positieve neuronen afgestemd. Er was geen effect van de dieetbehandeling alleen op het aantal AGRP-positieve neuronen bij de gedragscontroleratten.

Figuur 2

Effect van 31.8% vetdieet op mRNA-expressie van mediaal hypothalamuspeptide. Gegevens zijn genormaliseerd voor ratten met een hoog vetgehalte (n=17) versus die van chow-controles (n=16). AGRP-mRNA is significant verhoogd (p<0.05).

Figuur 3

Activering van AGRP-neuronen bij het begin van zelftoediening van sucrose. 3a. Co-lokalisatie van cFos en AGRP in arcuate nucleus neuron, 60x vergroting. 3b. Aantal geactiveerde (cFos-immunopositieve) AGRP-immunopositieve neuronen in de mediobasale hypothalamus ...

Nucleus Accumbens Aminemetabolieten

Agrp Neuron-activering: dieet- en gedragsbehandeling

Effect van AGRP-toediening op sucrose-motivatie

Onze interpretatie van deze bevinding is dat AGRP-expressie in de puberale ratten een sleutelmechanisme is dat ten grondslag ligt aan de verbeterde sucrose-zelftoediening van de vetrijke, dieetgevoede ratten. Om de werkzaamheid van AGRP om de motivatie voor sucrose te vergroten te bevestigen, werd AGRP via het derde ventrikel toegediend aan chow-fed peri-puberale ratten tijdens het PR-gedeelte van het gedragsparadigma. Dit doseringsregime van AGRP was onder de drempel voor stimulatie van de inname van voer gedurende de twee weken van het PR-paradigma, maar resulteerde in een significant verhoogde zelftoediening van sucrose, zoals getoond in Figuur 4. (Merk op dat elke sucrose-beloning een calorische inhoud heeft van 0.1 kcal, daarom draagt de zelftoedieningsactiviteit van sucrose verwaarloosbare calorieën bij aan de totale dagelijkse inname.) Tabel 6 toont zelftoedieningsparametergegevens over het 9-daagse PR-paradigma, met AGRP of aCSF geïnjecteerde ICV op dag 2, 5 en 8. Bij met AGRP behandelde ratten was het aantal actieve hefboompersen over het algemeen aanzienlijk toegenomen gedurende PR-dagen 2- 10 (p=0.03), en op niet-injectiedagen (p=0.048) met een trend naar een stijging op de (gemiddelde) injectiedagen. Bovendien was de stoptijd (die de totale tijd weergeeft die is besteed aan de zelftoedieningstaak) significant toegenomen op dagen zonder injectie (p=0.02) met trends in de richting van een algehele toename en op injectiedagen. Het aantal sucrose-beloningen werd in het algemeen verhoogd gedurende PR-dagen 2-10 (p=0.03). Er was geen effect van AGRP-behandeling op het inactief indrukken van de hendel, vergeleken met aCSF-behandelde controles, of tussen injectie- en niet-injectiedagen. De resultaten ondersteunen een interpretatie van een aanhoudend effect van AGRP om de zelftoediening van sucrose te vergroten: ratten drukten meer op de beloningshendel, ontvingen meer sucrose-beloningen en besteedden meer tijd aan de taak.

Derde ventriculaire (ICV) AGRP (0.01 nmol) stimuleert zelftoediening van sucrose in het PR-paradigma, maar heeft geen effect op de dagelijkse voedselinname gedurende de onderzoeksperiode (PR-dag 2-10, met injecties op dag 2, 5 en 8) . AGRP (n=9) gegevens worden uitgedrukt ...

Effect van ICV AGRP vs. aCSF op progressieve ratio's Prestaties voor Sucrose

Effect van levensfase op voorkeur en motivatie voor sucrose

In het laatste experiment evalueerden we of de motivatie voor sucrose verschilt tussen puberale en volwassen ratten. Aanvankelijk kregen ratten van 5 en 10 weken oud een sucrose-voorkeurstest met keuzes van oplossingen variërend van 0 tot 20% sucrose, voorafgaand aan het testen en trainen van zelftoediening. Zoals getoond in Figuur 5a, en in overeenstemming met bevindingen in de literatuur, leken de prepuberale ratten de voorkeur te geven aan een zoetere oplossing dan de jongvolwassen ratten: de meeste prepuberale ratten hadden een piekopname van 20% sucrose-oplossing, terwijl de volwassen ratten een piekopname vertoonden van 15% sacharose. Vervolgens werden beide leeftijdsgroepen verdeeld tussen rattenvoer en een vetrijk dieet tijdens de zelftoedieningstraining en -testen. Er was een kleine maar statistisch significante toename in het aantal actieve hendelpersen door de peri-puberale versus volwassen ratten (45 ± 3 vs. 37 ± 2, p = 0.05) gemiddeld over de FR-sessies, zonder verschil in aantal sucrose-beloningen of het aantal drukken op de inactieve hendel. Zoals getoond in Figuur 5b, was er een zeer significant totaaleffect van leeftijd, over de PR-sessies heen, met significant meer actieve hefboomdrukken voor de puberale (n=15) vs. jongvolwassen (n=14) ratten (2-weg ANOVA, PRDay × leeftijd; effect van leeftijd, p=0.017, geen onafhankelijk effect van PRDay, geen significante interactie). Er was een trend voor een groter leeftijdseffect in de vetrijke dieetgevoede toestand, maar dit was niet statistisch significant (p=13). Tabel 7 somt PR-gedragsparameters op: naast meer actieve hendelpersen ontvingen peri-puberale ratten significant meer sucrose-beloningen en vertoonden ze een trend in de richting van langere stoptijd. Bovendien hadden de peri-puberale ratten een kleine maar significante toename in drukken op de inactieve (dwz niet-belonende) hendel, hoewel voor zowel peri-puberale als volwassen ratten het aantal inactieve hendeldrukken ongeveer 10% was van het aantal actieve hendeldrukken. Deze resultaten suggereren dat peri-puberale ratten de voorkeur geven aan zoet smakende voedingsmiddelen en deze sneller zullen opzoeken, en het effect kan worden versterkt met een achtergrond van een vetrijk dieet.

Figuur 5

Jonge ratten hebben een verhoogde motivatie voor sucrose-beloningen in vergelijking met volwassen ratten. 5a. Sucrose-voorkeurstests voor juveniele (peri-puberale, n=15) en jongvolwassen (n=14) ratten. Ratten hadden 30 minuten om te drinken uit het bereik van concentraties (0-20% sucrose). ...

Effect van leeftijd op de prestaties van Progressive Ratio's^a voor sucrose

Discussie

De belangrijkste bevinding van deze studie is dat een matig vetrijk dieet tijdens de peri-puberale periode (net voor, tijdens en net na de overgang naar de puberteit) de motivatie voor sucrose-oplossingen significant verhoogde. Deze bevinding komt overeen met onze eerdere, vergelijkbare observatie bij volwassen ratten (Figlewicz et al., 2006). Bij deze dieren, en in aanvullende op leeftijd en behandeling afgestemde cohorten, hebben we door middel van uitgebreide metabole karakterisering vastgesteld dat de ratten niet-zwaarlijvig of pre-zwaarlijvig waren en niet perifeer insulineresistent waren. We kunnen echter niet uitsluiten dat de ratten CZS-gelokaliseerde resistentie tegen de werking van insuline of leptine hadden: beide hormonen dragen bij aan CZS-plaatsspecifieke modulatie van voedselbeloning (Davis, Choi en Benoit, 2010; Davis et al., 2011a; Figlewicz & Sipols, 2010).

In een subset van ratten hebben we amine-neurotransmitters en verwante metabolieten in de nucleus accumbens gemeten, die een zware investering van dopaminerge projecties van de middenhersenen ontvangt en wordt beschouwd als een belangrijke en centrale CZS-site voor de bemiddeling van beloning en gemotiveerd gedrag (Ikemoto & Panksepp, 1996; Kelley & Berridge, 2002). We hebben geen verandering waargenomen in absolute niveaus of verhoudingen van een van deze transmittermetabolieten, wat suggereert dat veranderde catecholaminerge of serotonerge activiteit in de nucleus accumbens geen primair of belangrijk CZS-mechanisme is dat ten grondslag ligt aan de verhoogde sucrose-motivatie. Dit komt overeen met het recente rapport van Davis et al. [2011 b], die bij volwassen ratten aantoonde dat ICV AGRP de dopamine-turnover in de mediale prefrontale cortex verhoogt, maar niet in de nucleus accumbens. Verder hebben we geen 'gedragsoverdracht'-effect van het dieet waargenomen bij testen op ratten direct na de puberteit, als jonge volwassenen. Dit staat in contrast met de bevindingen van Bolaños en anderen, over zowel gedrags- als catecholaminerge parameters, bij volwassen knaagdieren die werden behandeld met methylfenidaat (Bolanos et al., 2003; Bolanos, Glatt, & Jackson, 1998; Brandon, Marinelli, Baker en White, 2001; Brandon, Marinelli en wit, 2003). Dit is waarschijnlijk het gevolg van de directe aansturing van dopaminerge neuronen door methylfenidaat, en kan ook een functie zijn van de timing van de dieetinterventie en het tijdstip van het testen van dieren. Ten slotte hebben we mogelijk geen carry-over-effecten waargenomen, omdat in deze studie de mediale hypothalamus een primaire locus van het voedingseffect lijkt te zijn.

In deze studie ondersteunen drie bewijslijnen een sleutelrol voor het mediale hypothalamische neuropeptide AGRP bij de verhoogde zelftoediening van sucrose bij de vetrijke, dieetgevoede ratten. Ten eerste zagen we een toename van AGRP-expressie (mRNA) in extracten van de hele hypothalamus bij ratten die het 31.8% vetdieet kregen in vergelijking met chow-controles. De orexine-mRNA- en NPY-mRNA-niveaus waren echter niet veranderd. Het effect van het vetrijke dieet/gedragsparadigma lijkt dus specifiek te zijn voor AGRP en niet gegeneraliseerd te zijn voor orexigene neuropeptiden. Dit benadrukt een rol voor AGRP bij de motivatie voor of het zoeken naar voedsel, en komt overeen met een aantal recente rapporten in de literatuur (hieronder besproken). Ons recente werk heeft een sleutelrol aangetoond van mediale hypothalamische activering in associatie met PR-prestaties in ons motivatieparadigma, met verhoogde cFos-expressie in verschillende mediale hypothalamische kernen (Figlewicz et al., 2011). We hebben de ARC ook geïdentificeerd als een sleutelregio voor het effect van (exogene) insuline om de zelftoediening van sucrose te verminderen (Figlewicz et al., 2008). De ARC bevat AGRP/NPY-neuronen (Broberger et al., 1998; Hahn, Breininger, Baskin en Schwartz, 1998) die in de mediale hypothalamus werken om voeding via meerdere mechanismen te stimuleren. In deze studie toonde immunocytochemische kwantificering van geactiveerde AGRP-neuronen een toename van cFos/AGRP-neuronen aan bij ratten die waren getraind om sucrose zelf toe te dienen, in vergelijking met niet-getrainde gedragscontroles. Dit is een tweede benadering die leidt tot de interpretatie dat neuronale activering van AGRP bijdraagt aan (het begin van) zelftoediening van sucrose. Zowel eerdere als recentere studies brachten AGRP-expressie en -actie in verband met een preferentiële inname van vet, hetzij als dieet (Hagan et al., 2000) of in de context van een motiverend paradigma (Tracy et al., 2008); en bij volwassen ratten conditioneert ICV AGRP bij voorkeur een plaatsvoorkeur boven vet (Davis et al., 2011b). Recente studies die gebruikmaken van gerichte moleculaire technieken die specifieke activering van AGRP-neuronen in muizen mogelijk maken (Aponte, Atasoy, & Sternson, 2011; Krashes et al., 2011) hebben bevestigd dat AGRP krachtig voeding stimuleert, het zoeken naar voedsel verhoogt en het energieverbruik verlaagt. Het is interessant om op te merken dat in de experimentele groepen die het vetrijke dieet kregen, de totale calorie-inname significant lager was in vergelijking met de controleratten die chow-fed kregen (Tabel 8), wat consistent zou zijn met een endogeen AGRP-effect om het energieverbruik te verlagen. Deze effecten komen overeen met de eerdere bevindingen van Hagan et al. [2000], dat exogene AGRP-effecten op sommige aspecten van de energiebalans vrij langdurig kunnen zijn. Dus, als derde benadering, suggereren onze resultaten die een verhoogde zelftoediening van sucrose laten zien door (voergevoede) puberale ratten die ICV AGRP kregen, eveneens een aanhoudende werking. De specifieke toename van AGRP-mRNA-expressie bij ratten die gedurende vier weken het vetrijke dieet kregen, komt overeen met het recente onderzoek van Kaushik en collega's [2011] die exogene vetzuren, intracellulair gegenereerde vetzuren en verhoogde AGRP-expressie in hypothalamische neuronen verbindt. Toevoeging van oliezuur of palmitinezuur aan gekweekte hypothalamuscellen resulteerde dus in verhoogde AGRP-expressie. Hoewel het dieet dat we gebruikten meer stearinezuur, palmitinezuur en oliezuur bevatte, is het niet mogelijk om te weten of deze vetzuren in de in vivo hypothalamus milieu, of hun gelokaliseerde concentraties zouden overeenkomen met het vetzuurprofiel in de voeding, en of een of meer hiervan specifiek zouden leiden tot verhoogde AGRP-expressie. Desalniettemin is het verleidelijk om te speculeren dat voedingssubcomponenten kunnen bijdragen aan een verhoogde motivatie voor snoep door een primaire actie op de mediale hypothalamus.

Experimentele protocollen: verbruikte kcal

Onze studie toont aan dat jonge ratten meer gemotiveerd zijn voor sucrose in vergelijking met volwassen ratten. Dit was duidelijk gedurende de hele tijd dat PR zelf werd toegediend, en er was een trend dat het vetrijke dieet het leeftijdseffect versterkte. Het is mogelijk dat dit vanwege de relatief kleine groepsgroottes geen statistische significantie heeft bereikt; dus suggereren de gegevens dat bij puberale dieren (en misschien mensen) een matig verhoogd vetgehalte in het dieet kan bijdragen aan verbeterd zoekgedrag om gezoete dranken of voedingsmiddelen te verkrijgen. Vanuit een maatschappelijk perspectief benadrukt het de noodzaak om aandacht te besteden aan de vetcomponent van "tweens"- of tienerdiëten, niet alleen vanwege de directe, negatieve metabole gevolgen van overtollig vet in de voeding, maar ook omdat het kan bijdragen aan gedrag dat resulteert in bij een verhoogde inname van suikers. Zoals onlangs beoordeeld door Stanhope [2012], kan gelijktijdige inname van suikers met vet substantiële negatieve metabole gevolgen hebben. Combinaties met veel vet en suiker bij mensen vormen ook een relatief minder verzadigend dieet (Drewnowski, 1998). Met de toename van de incidentie van diabetes (Cizza, Brown en Rother, 2012) en leververvetting (Kohli et al., 2010) voorkomend in de pediatrische populatie, is het belang van een gezonde en evenwichtige voeding bij jongeren duidelijk. We zagen een significante toename in drukken op de inactieve hendel bij de puberale ratten (versus volwassen ratten), hoewel het aantal hendeldrukken nog steeds erg laag was. Het is mogelijk, maar lijkt onwaarschijnlijk, dat het sterker indrukken van de actieve hendel kan worden verklaard als een 'niet-specifiek' effect van de algehele activiteit, aangezien de meeste activiteit gericht was op de actieve hendel. Hoewel het werkelijke aantal inactieve hendelpersen was toegenomen, was het aandeel ten opzichte van actieve hendelpersen vergelijkbaar tussen peri-puberale en volwassen ratten, en de toegenomen hendelpersen kunnen de langere actieve tijd in de kamers voor zelftoediening weerspiegelen. In een ander paradigma (enige voedselbeperking, gebruik van voedselpellets in plaats van een zoete beloning en een FR1-schema) Sturman, Mandell en Moghaddam [2010] hebben onlangs gewijzigde instrumentele prestaties gemeld bij adolescente versus volwassen ratten. Ze zagen geen verschil in neusprikken die voedselpellets afleverden, tussen jonge en volwassen ratten. Ze observeerden echter een verhoogd volhardend gedrag tijdens uitsterven, bij de juveniele ratten. Alles bij elkaar genomen benadrukken de twee onderzoeken een invloed van leeftijd en ontwikkelingsstadium op de motivatie voor voedsel, consistent met de snelle groei van puberale ratten. In deze studie evalueerden we mannelijke, maar niet vrouwelijke ratten. Momenteel zijn er beperkte studies die mannelijke en vrouwelijke ratten rechtstreeks vergelijken in voedselmotivatieparadigma, en systematische evaluatie tijdens de puberteit is gerechtvaardigd. Opgemerkt moet worden dat in de studie van (menselijke) adolescenten, Coldwell en collega's (2009) constateerde een associatie tussen een groeimarker en niet gonadale steroïden werkt. Desalniettemin verdienen geslachtseffecten in deze leeftijdsgroep nader onderzoek.

Concluderend tonen onze onderzoeken een verhoogde motivatie voor sucrose aan bij puberale ratten in vergelijking met volwassenen, en dit wordt versterkt door toegang tot een matig vetrijk dieet. Het effect van een vetrijk dieet op sucrosemotivatie kan worden gemedieerd door verhoogde AGRP-activiteit in de mediale hypothalamus. Dit is een verder bewijs van de sterke intrinsieke CZS-functionele connectiviteit van circuits die energiehomeostase reguleren met circuits die beloning en motivatie reguleren. De verbetering van de motivatie voor sucrose door een matig vetrijk dieet gaat vooraf aan metabole stoornissen en openlijke zwaarlijvigheid en suggereert dat gedrag aanvankelijk metabolische veranderingen kan veroorzaken, in plaats van andersom. Inname van vetrijk en fructosehoudend zoet voedsel zou samen bijdragen aan een metabool profiel dat een hoog risico inhoudt voor zowel diabetes type 2 als hart- en vaatziekten. Deze bevindingen benadrukken het belang van het focussen op eetpatronen en dieet tijdens de puberteit, omdat deze niet alleen worden beïnvloed door sociaal-milieu-invloeden, maar ook door neurochemische en gedragsaanpassingen van het CZS wanneer een dier of mens door een periode van meerdere rijpingsveranderingen voor de verwerving gaat. van reproductieve competentie.

Matig vetrijk dieet verhoogt de motivatie voor sucrose bij volwassen ratten.
In deze studie verhoogt een vetrijk dieet de sucrosemotivatie bij peri-puberale ratten.
Peri-puberale ratten hadden een verhoogde sucrose-motivatie in vergelijking met volwassenen.
De verhoogde sucrose-motivatie kan worden gemedieerd door hypothalamische AGRP.
Conclusie: een vetrijk dieet stimuleert de motivatie voor snoep, onafhankelijk van obesitas.

Dankwoord

Dit onderzoek werd ondersteund door NIH subsidie DK40963. Dianne Figlewicz Lattemann is Senior Research Career Scientist, Biomedical Laboratory Research Program, Department of Veterans Affairs Puget Sound Health Care System, Seattle, Washington. Stephen Benoit werd ondersteund door NIH DK066223 en Ethicon Endosurgery Inc. De auteurs bedanken Dr. Tami Wolden-Hanson voor ondersteuning bij metingen van de lichaamssamenstelling; Dr. William Banks en Lucy Dillman voor ondersteuning bij de triglyceridenmetingen; en Amalie Alver en Samantha Thomas-Nadler voor hulp bij de gedragsstudies.

Referenties

Andersen SL, Teicher MH. Stress, gevoelige periodes en rijpingsgebeurtenissen bij depressie bij adolescenten. Trends in de neurowetenschappen. 2008;31:183-191. [PubMed]
Aponte Y, Atasoy D, Sternson SM. AGRP-neuronen zijn voldoende om het voedingsgedrag snel en zonder training te orkestreren. Natuur Neurowetenschappen. 2011;14:351-355. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Barnes MJ, Argyropoulos G, Bray GA. Voorkeur voor een vetrijk dieet, maar geen hyperfagie na activering van mu-opioïde receptoren wordt geblokkeerd in AgRP knock-out muizen. Hersenonderzoek. 2010; 1317: 100-107. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Bolaños CA, Barrot M, Berton O, Wallace-Black D, Nestler EJ. Behandeling met methylfenidaat tijdens de pre- en periadolescentie verandert gedragsreacties op emotionele prikkels op volwassen leeftijd. Biologische psychiatrie. 2003;54:1317-1329. [PubMed]
Bolaños CA, Glatt SJ, Jackson D. Ongevoeligheid voor dopaminerge geneesmiddelen bij periadolescente ratten: een gedrags- en neurochemische analyse. Hersenonderzoek Ontwikkelingshersenonderzoek. 1998; 111: 25-33. [PubMed]
Brandon CL, Marinelli M, Baker LK, White FJ. Verhoogde reactiviteit en kwetsbaarheid voor cocaïne na behandeling met methylfenidaat bij adolescente ratten. Neuropsychofarmacologie. 2001; 25: 651-61. [PubMed]
Brandon CL, Marinelli M, Witte FJ. Adolescente blootstelling aan methylfenidaat verandert de activiteit van dopamine-neuronen in de middenhersenen van de rat. Biologische psychiatrie. 2003;54:1338-1344. [PubMed]
Broberger C, Johansen J, Johansson C, Schalling M, Hokfelt T. Het neuropeptide Y / agouti-gen-gerelateerde eiwit (AGRP) hersencircuits in normale, anorectische en met mononatriumglutamaat behandelde muizen. Procedures van de National Academy of Science. 1998;95:15043–15048. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Cason AM, Smith RJ, Tahsili-Fahadan P, Moorman DE, Sartor GC, Aston-Jones G. De rol van orexine / hypocretine bij het zoeken naar beloningen en verslaving: implicaties voor obesitas. Fysiologie & Gedrag. 2010;100:419-428. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Choi DL, Davis JF, Fitzgerald ME, Benoit SC. De rol van orexine-A in voedselmotivatie, op beloning gebaseerd voedingsgedrag en voedselgeïnduceerde neuronale activering bij ratten. Neuroscience. 2010, 167: 11-20. [PubMed]
Cizza G, Brown RJ, Rother KI. Stijgende incidentie en uitdagingen van diabetes bij kinderen. Een mini-recensie. Journal of endocrinologisch onderzoek. 2012 epub 8 mei 2012. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Coldwell SE, Oswald TK, Reed DR. Een marker van groei verschilt tussen adolescenten met een hoge versus lage suikervoorkeur. Fysiologie & Gedrag. 2009;96:574-580. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Davis JF, Choi DL, Benoit SC. Insuline, leptine en beloning. Trends in endocrinologie en metabolisme. 2010;21:68-74. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Davis JF, Choi DL, Schurdak JD, Fitzgerald MF, Clegg DJ, Lipton JW, Figlewicz DP, Benoit SC. Leptine reguleert de energiebalans en motivatie door actie op verschillende neurale circuits. Biologische psychiatrie. 2011a;69:668-674. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Davis JF, Choi DL, Schurdak JD, Krause EG, Fitzgerald MF, Lipton JW, Sakai RR, Benoit SC. Centrale melanocortines moduleren mesocorticolimbische activiteit en voedselzoekgedrag bij de rat. Fysiologie & Gedrag. 2011b;102:491–495. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Davis JF, Tracy AL, Schurdak JD, Tschop MH, Clegg DJ, Benoit SC, Lipton JW. Blootstelling aan verhoogde niveaus van vet in de voeding verzwakt de psychostimulantia-beloning en de mesolimbische dopamine-turnover bij de rat. Gedragsneurowetenschappen. 2008; 122: 1257-1263. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Desor JA, Beauchamp GK. Longitudinale veranderingen in zoete voorkeuren bij mensen. Fysiologie & Gedrag. 1987; 39: 639-641. [PubMed]
Desor JA, Greene LS, Maller O. Voorkeuren voor zoet en zout bij 9- tot 15-jarige en volwassen mensen. Wetenschap. 1975; 190: 686-687. [PubMed]
Drewnowski A. Energiedichtheid, smakelijkheid en verzadiging: implicaties voor gewichtsbeheersing. Voeding beoordelingen. 1998; 56: 347-353. [PubMed]
Figlewicz DP, Bennett JL, Aliakbari S, Zavosh A, Sipols AJ. Insuline werkt op verschillende CZS-plaatsen om acute sucrosevoeding en zelftoediening van sucrose bij ratten te verminderen. Amerikaans tijdschrift voor fysiologie. 2008;295:R388-R394. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Intraventriculaire insuline en leptine verminderen de zelftoediening van sucrose bij ratten. Fysiologie & Gedrag. 2006;89:611-616. [PubMed]
Figlewicz DP, Bennett-Jay JL, Kittleson S, Sipols AJ, Zavosh A. Sucrose zelftoediening en CZS-activering bij de rat. Ben J Physiol. 2011;300:R876–R884. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Figlewicz DP, Ioannou G, Bennett Jay J, Kittleson S, Savard C, Roth CL. Effect van matige inname van zoetstoffen op de metabole gezondheid bij de rat. Fysiologie & Gedrag. 2009;98:618-624. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Figlewicz DP, Sipols AJ. Energieregelgevingssignalen en voedselbeloning. Farmacologie, biochemie en gedrag. 2010, 97: 15-24. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Frangioudakis G, Gyte AC, Loxham SJ, Poucher SM. De intraveneuze glucosetolerantietest bij gecanuleerde Wistar-ratten: een robuuste methode voor de in vivo beoordeling van door glucose gestimuleerde insulinesecretie. Journal of farmacologische en toxicologische methoden. 2008; 57: 106-113. [PubMed]
Hagan MM, Rushing PA, Pritchard LM, Schwartz MW, Strack AM, Van der Ploeg LHT, Woods SC, Seeley RJ. Langdurige orexigenische effecten van AgRP-(83-132) omvatten andere mechanismen dan blokkade van de melanocortinereceptor. Amerikaans tijdschrift voor fysiologie. 2000;279:R47-R52. [PubMed]
Hahn TM, Breininger JF, Baskin DG, Schwartz MW. Co-expressie van Agrp en NPY in door vasten geactiveerde hypothalamische neuronen. Natuur Neurowetenschappen. 1998;1:271-272. [PubMed]
Hodos W. Progressieve ratio als maatstaf voor beloningssterkte. Wetenschap. 1961; 134: 943-944. [PubMed]
Ikemoto S, Panksepp J. Dissociaties tussen positieve en consumerende reacties door farmacologische manipulaties van voor de beloning relevante hersengebieden. Gedrags-neurowetenschap. 1996, 110: 331-345. [PubMed]
Jewett DC, Cleary J, Levine AS, Schaal DW, Thompson T. Effecten van neuropeptide Y, insuline, 2-deoxyglucose en voedselgebrek op door voedsel gemotiveerd gedrag. Psychofarmacologie. 1995; 120: 267-271. [PubMed]
Kaushik S, Rodriguez-Navarro JA, Arias E, Kiffin R, Sahu S, Schwartz GJ, Cuervo AM, Singh R. Autofagie in hypothalamische AgRP-neuronen reguleert de voedselinname en energiebalans. Cel Metabolisme. 2011;14:173-183. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Kelley AE, Berridge KC. De neurowetenschap van natuurlijke beloningen: relevantie voor verslavende drugs. Journal of Neuroscience. 2002, 22: 3306-3311. [PubMed]
Kelley SP, Nannini MA, Bratt AM, Hodge CW. Neuropeptide-Y in de paraventriculaire kern verhoogt de zelftoediening van ethanol. Peptiden. 2001; 22: 515-522. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Kohli R, Boyd T, Lake K, Dietrich K, Nicholas L, Balistreri WF, Ebach D, Shashidkar H, Xanthakos SA. Snelle progressie van NASH in de kindertijd. Journal of Pediatric gastro-enterologie en voeding. 2010;50:453-456. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Krashes MJ, Koda S, Ye CP, Rogan SC, Adams AC, Cusher DS, Maratos-Flier E, Roth BL, Lowell BB. Snelle reversibele activering van AgRP-neuronen stimuleert het voedingsgedrag bij muizen. Journal of Clinical Investigation. 2011, 121: 1424-1428. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Mennella JA, Pepino MIJN, Reed DR. Genetische en omgevingsdeterminanten van bittere perceptie en zoete voorkeuren. Kindergeneeskunde. 2005; 115: 216-222. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Myers KP, Sclafani A. Ontwikkeling van aangeleerde smaakvoorkeuren. Ontwikkelingspsychobiologie. 2006;48:380-388. [PubMed]
Programma voor toegepast onderzoek van het Nationaal Kankerinstituut. Bronnen van calorieën uit toegevoegde suikers onder de Amerikaanse bevolking, 2005-06. Bijgewerkt op 21 december 2010. [Betreden op 21 september 2011];2010 Beschikbaar vanaf: http://riskfactor.cancer.gov/diet/foodsources/added_sugars/
Nixon JP, Zhang M, Wang CF, Kuskowski MA, Novak CM, Levine JA, Billington CJ, Kotz CM. Evaluatie van een kwantitatief magnetisch resonantiebeeldvormingssysteem voor de analyse van de lichaamssamenstelling bij knaagdieren. Obesitas. 2010;18:1652-1659. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Ogden CL, Carroll MD. Afdeling Gezondheids- en Voedingsonderzoeken. Prevalentie van obesitas bij kinderen en adolescenten: Verenigde Staten, trends 1963-1965 tot en met 2007-2008. [Betreden op 21 september 2011];Gezondheid E-Stat. 2010 2010 Beschikbaar vanaf: http://www.cdc.gov/nchs/fastats/overwt.htm.
Paxinos G, Watson C. Atlas van de hersenen van de rat in stereotaxische coördinaten. 5e. San Diego CA: Elsevier Academic Press; 2005.
Richardson NR, Roberts DC. Progressieve verhoudingsschema's in onderzoeken naar zelftoediening van geneesmiddelen bij ratten: een methode om de versterkende werkzaamheid te evalueren. Journal of Neuroscience-methoden. 1996; 66: 1–11. [PubMed]
Roitman MF, Stuber GD, Phillips PE, Wightman RM, Carelli RM. Dopamine werkt als een subseconde modulator van het zoeken naar voedsel. Tijdschrift voor neurowetenschap. 2004;24:1265-1271. [PubMed]
Rossi M, Kim M, Morgan D, Small C, Edwards C, Sunter D, Abusnana S, Goldstone A, Russell S, Stanley S, Smith D, Yagaloff K, Ghatei M, Bloom S. Een C-terminaal fragment van Agouti- verwant eiwit verhoogt de voeding en antagoneert het effect van alfa-melanocytstimulerend hormoon in vivo. Endocrinologie. 1998; 139: 4428-4431. [PubMed]
Stanhope KL. De rol van fructose-bevattende suikers in de epidemieën van obesitas en metabool syndroom. Jaaroverzichten van de geneeskunde. 2012;63:329-343. [PubMed]
Sturman DA, Mandell DR, Moghaddam B. Adolescenten vertonen gedragsverschillen van volwassenen tijdens insturmetnal leren en uitsterven. Gedragsneurowetenschappen. 2010; 124: 16-25. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Tracy AL, Clegg DJ, Johnson JD, Davidson TL, Woods SC. De melanocortine-antagonist AgRP(83-132) verhoogt de eetlust voor een vetversterker, maar niet voor een koolhydraatversterker. Farmacologie Biochemie en Gedrag. 2008;89:263-271. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Vartanian LR, Schwartz MB, Brownell KD. Effecten van frisdrankconsumptie op voeding en gezondheid: een systematische review en meta-analyse. Amerikaans tijdschrift voor volksgezondheid. 2007;97:667-75. [PMC gratis artikel] [PubMed]