Voorkant. Behav. Neurosci., 23 maart 2016 | http://dx.doi.org/10.3389/fnbeh.2016.00054
Masroor R. Shariff1, Arnauld Belmer1, Matthew J. Fogarty2, Erica WH Mu2, 
- 1Translationeel Onderzoeksinstituut en Instituut voor Gezondheid en Biomedische Innovatie, Queensland University of Technology, Brisbane, QLD, Australië
- 2School of Biomedical Sciences, The University of Queensland, Brisbane, QLD, Australië
Het moderne dieet is sterk gezoet, wat resulteert in ongekende niveaus van suikerconsumptie, vooral onder adolescenten. Hoewel bekend is dat chronische suikerinname op lange termijn bijdraagt tot de ontwikkeling van metabole stoornissen, waaronder obesitas en type II diabetes, is er weinig bekend over de directe gevolgen van langdurig, eetbuikachtig suikergebruik op de hersenen. Bomdat suiker de afgifte van dopamine in de nucleus accumbens (NAc) kan veroorzaken, vergelijkbaar met drugs van misbruik, onderzochten we veranderingen in de morfologie van neuronen in dit hersengebied na korte- (4 weken) en lange-termijn (12 weken) verslapping zoals sucroseconsumptie met behulp van een intermitterend twee-flessenkeuzeparadigma. We gebruikten kleuring met Golgi-Cox om middelgrote stekelige neuronen (MSN's) uit de NAc-kern en de schaal van ratten met sucroseconsumptie op korte en lange termijn te impregneren en vergeleken deze met watercontroles op basis van leeftijd. We laten zien dat langdurig binge-like-sucrosegebruik de totale dendritische lengte van NAc-schaal-MSN's significant verlaagde in vergelijking met op leeftijd afgestemde controleratten. We ontdekten ook dat de herstructurering van deze neuronen voornamelijk het gevolg was van verminderde distale dendritische complexiteit. Omgekeerd observeerden we verhoogde werveldichtheden bij de distale vertakkingsvolgorden van NAc-schaal-MSN's van ratten die langdurig sucrose consumeerden. Gecombineerd wijzen deze resultaten op de neuronale effecten van langdurige binge-achtige inname van sucrose op NAc-schaal MSN-morfologie.
Introductie
In de afgelopen 40-jaren is er een gedocumenteerde stijging in de consumptie van suiker-gezoete dranken en voedingsmiddelen met toegevoegde suikers (Nielsen et al., 2002; Popkin, 2010; Ng et al., 2012), met rapporten die schatten dat tot 75% van alle voedingsmiddelen en dranken grote hoeveelheden toegevoegde suikers bevatten (Ford en Dietz, 2013; Bray en Popkin, 2014). Tijdens deze periode was er ook een gelijktijdige toename van de prevalentie van obesitas en type II diabetes, met name bij adolescenten (Arslanian, 2002; Reinehr, 2013; Dabelea et al., 2014; Fryar et al., 2014). Recente onderzoeken hebben aangetoond dat kinderen met overgewicht en obesitas vaak grote hoeveelheden toegevoegde suikers consumeren, maar de bijdrage van hoge suikerbevattende voeding aan de toegenomen incidentie van kinderen met overgewicht en obesitas blijft controversieel (Hu, 2013; Bray en Popkin, 2014; Bucher Della Torre et al., 2015).
Hoewel een groeiend aantal gegevens erop wijst dat de consumptie van voedingssupplementen met een hoog suikergehalte mogelijk gedeeltelijk kan bijdragen aan de gewichtstoename bij kinderen en adolescenten (Malik et al., 2010; Te Morenga et al., 2013; Bray en Popkin, 2014), is minder aandacht besteed aan nadelige niet-metabole gevolgen die voortvloeien uit overmatige suikerinname. Interessant is dat sommige veelvoorkomende gedrags- en psychologische patronen vaak voorkomen bij een subgroep van diegenen die meer dan een hoog suikerbevattend dieet volgen en eten. Het meest in het oog springend zijn de ontwikkeling van eetstoornissen waaronder eetaanvallen, gecombineerd met het gelijktijdig optreden van psychische symptomen, waaronder een gebrek aan motivatie en depressie (besproken in Sheehan en Herman, 2015). Omdat bingeetende personen vaak verlies van controle vertonen en hun suikerinname niet zelf kunnen beperken, is het waarschijnlijk dat deze gedragingen optreden als gevolg van neurologische aanpassingen in hersengebieden die de hedonische waarde van zeer smakelijk voedsel evalueren. (Saper et al., 2002; Lutter en Nestler, 2009; Kenny, 2011). Deze redenering wordt ook gestaafd door bewijsmateriaal bij mensen dat aantoont dat suiker en zoetheid onbedwingbare trek kunnen veroorzaken die lijken op die veroorzaakt door verslavende middelen zoals alcohol en nicotine (Volkow et al., 2012).
Hoewel de verslavende eigenschappen van suiker nog steeds speculatief zijn, zijn deze observaties gecombineerd met studies die de bijdrage van overmatige suikerinname aan veranderingen in beloningscircuits en de ontwikkeling van verslavend gedrag en emotionele toestanden in diermodellen aantonen. (Avena et al., 2008; Benton, 2010; Ventura et al., 2014), rechtvaardigt de noodzaak van verder onderzoek. Eerdere studies bij knaagdieren hebben aangetoond dat intermitterende toegang tot sucrose de activiteit van verschillende neurotransmitters binnen het mesolimbische systeem verandert, waaronder dopamine, opioïden en acetylcholine (herzien in Avena et al., 2008). Van binge-achtige consumptie van sucrose is aangetoond dat het de dopamine-afgifte in de nucleus accumbens (NAc) vergemakkelijkt, vergelijkbaar met drugsmisbruik (Avena et al., 2008). Verder hebben we aangetoond dat langdurige consumptie van sucrose met behulp van een 24 h intermitterend toegangs-paradigma met twee flessen (Simms et al., 2008) moduleert de nicotinische acetylcholinereceptor (nAChR) -expressie in het NAc (Shariff et al., In druk). Interessant is dat we ook hebben waargenomen dat nAChR-verbindingen waarvan bekend is dat ze de dopamine- en acetylcholineactiviteit in het NAc moduleren, verschillende effecten hebben op de sucroseverbruik na een inname op korte en lange termijn (Shariff et al., In druk).
Hoewel deze studies overeenkomsten hebben aangetoond in de gedrags- en neurochemische veranderingen veroorzaakt door intermitterende toegang tot suiker en drugs van misbruik, is het niet bekend of deze effecten veranderingen in neuronale morfologie in het NAc mogelijk maken. Tzijn is in tegenstelling tot middelen van misbruik waaronder cocaïne, amfetamine en nicotine die goed gekarakteriseerde veranderingen in de morfologie van middelgrote stekelige neuronen (MSN's) in het NAc produceren, waaronder verhoogde wervelkolomdichtheid en veranderde dendritische complexiteit (Robinson en Kolb, 1999, 2004; Li et al., 2003; Crombag et al., 2005). Omdat we eerder hebben aangetoond dat langdurige blootstelling (12-week) aan alcohol en sucrose met behulp van het intermitterende twee-flessenkeuzeparadigma een differentiële respons op farmacotherapeutische interventies produceert in vergelijking met kortetermijninname (4-weken; Steensland et al., 2007; Shariff et al., In druk), evalueerden we de effecten van sucroseconsumptie op de korte en lange termijn op de MSN-morfologie in het NAc. We lieten adolescente ratten toe om sucrose te consumeren op een binge-achtige manier voor 4 (korte termijn) of 12 (lange termijn) weken en analyseerden vervolgens de morfologie van NAc MSN's van ratten die op korte en lange termijn sucrose consumeerden en vergeleken dit met op leeftijd afgestemde bedieningselementen die alleen toegang tot water hebben gekregen. Onze resultaten laten zien dat MSN's uit de NAc-schaal zijn veranderd na langdurig maar niet op korte termijn sucrose-consumptie, met een verminderde dendritische lengte, maar een verhoogde distale dendritische wervelkolomdichtheid. Verder vonden we dat de morfologie van MSN's uit de NAc-kern relatief intact bleef na sucroseconsumptie op de korte en lange termijn. Deze resultaten benadrukken een direct neurologisch gevolg van langdurig gebruik van sucrose op een binge-achtige manier. Bovendien tonen deze gegevens de behoefte aan verdere studies gericht op het ophelderen van de moleculaire en neurochemische veranderingen die gepaard gaan met de morfologische herstructurering van NAc-schaal-MSN's geïnduceerd door langdurige, binge-achtige sucrose-inname.
Materialen en methoden
ethische uitspraak
Alle experimentele procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de Australische code voor de zorg en het gebruik van dieren voor wetenschappelijke doeleinden, 8th Edition (Nationale Raad voor gezondheid en medische research, 2013). De protocollen zijn goedgekeurd door de Animal Ethics Committee van de Queensland University of Technology en de Animal Ethics Committee van de University of Queensland.
Dieren en huisvesting
Wistar-ratten van vijf weken oud (adolescente) (Control: 176.4 ± 4.8 g; Sucrose: 178.3 ± 5.0 g) (ARC, WA, Australië) werden individueel gehuisvest in geventileerd duaal niveau plexiglas® kooien. De ratten waren gewend aan de individuele huisvestingsomstandigheden, behandeling en omgekeerde lichte cyclus 5 dagen voor het begin van de experimenten. Alle ratten werden gehuisvest in een geconditioneerde 12-uur omgekeerde licht / donker cyclus (licht uit bij 9 am) kamer met standaard rattenvoer en water beschikbaar ad libitum.
Intermitterend-toegang twee-flessen keuze drinkparadigma
De intermitterende toegang 5% sucrose twee-fles keuze drinken paradigma (Simms et al., 2008) is aangepast van Wijs (1973). Alle vloeistoffen werden gepresenteerd in 300 ml van een schaalverdeling voorziene plastic flessen met roestvrijstalen drinktuiten ingebracht door twee doorvoertules aan de voorkant van de kooi na het begin van de cyclus van donker licht. De gewichten van elke fles werden genoteerd voorafgaand aan de presentatie van de fles. Twee flessen werden tegelijkertijd gepresenteerd: één fles met water; de tweede fles met 5% (w / v) sucrose. De plaatsing van de 5% (w / v) sucrosefles werd afgewisseld met elke blootstelling aan controle voor zijvoorkeuren. Flessen werden gewogen 24 h nadat de vloeistoffen waren gepresenteerd en metingen werden uitgevoerd naar de dichtstbijzijnde 0.1 g. Het gewicht van elke rat werd ook gemeten om de grammen sucrose-inname per kilogram lichaamsgewicht te berekenen. Op de dag 1 van de drinkperiode, ratten (n = 6-9) kregen toegang tot één fles 5% (w / v) sucrose en één fles water. Na 24 h werd de sucrosefles vervangen door een tweede waterfles die beschikbaar was voor de volgende 24 h. Dit patroon werd herhaald op woensdag en vrijdag. De ratten hadden op alle andere dagen onbeperkte toegang tot water. Binge-achtige consumptie van sucrose resulteerde in een escalatie van de totale sucrose-inname (ml) in de tijd (aanvullend figuur 1) en ging gepaard met stabiele baselinegehalte op basis van het lichaamsgewicht [20 ± 5 g / kg van de 5% (w / v)] tijdens de korte periode [~ 4 weken (13 drinksessies)] en de lange termijn [ ~ 12 weken (37 drinksessies)] drinkperioden. Een afzonderlijke groep controleratten (n = 6-9) kregen toegang tot water in beide flessen (dwz geen sucrose) onder dezelfde omstandigheden als hierboven beschreven. Het gemiddelde lichaamsgewicht van ratten waaraan controle en sucrose zijn geconsumeerd aan het einde van kortdurende blootstelling was respectievelijk 405.7 ± 40.8 g en 426.4 ± 31.2 g. Aan het einde van de langetermijnblootstelling was het gemiddelde lichaamsgewicht voor controle- en sucrosegroepen 578.8 ± 53.4 g en 600.2 ± 45.2 g.
Golgi-Cox-kleuring
Na de laatste drinksessie werden ratten uit de dierenfaciliteit overgebracht om verwerking van de hersenmonsters mogelijk te maken in de histologische faciliteit van de School of Biomedical Sciences, University of Queensland (St. Lucia, Australië). Alle goedgekeurde maatregelen werden genomen om stress tijdens transport te verminderen, waarna ratten gedurende de nacht konden herstellen. De volgende dag werden de ratten opgeofferd door overdosering met natriumpentobarbital (60-80 mg / kg, ip Vetcare, Brisbane, Australië) en intracardiaal geperfuseerd met ~ 300 ml kunstmatige cerebrospinale vloeistof met (in mM): 130 NaCl, 3 KCl, 26 NaHCO3, 1.25 NaH2PO4, 5 MgCl2, 1 CaCl2en 10 D-glucose. Elk dier werd vervolgens onthoofd en de hersenen werden verwijderd en geïncubeerd in het donker in Golgi-Cox-oplossing die 5% kaliumdichromaat, 5% kaliumchromaat en 5% mercuric chloride (alle chemicaliën van Sigma-Aldrich) bevatte dat vers 3 dagen was gemaakt voorafgaand aan het offer, zoals eerder beschreven (Rutledge et al., 1969). Golgi-Cox-vlekincubatie en nabewerkingsmethoden werden gewijzigd van Ranjan and Mallick (2010). Hersenen van dieren die op korte termijn sucrose consumeerden, werden 6 dagen bij 37 ° C geïncubeerd, terwijl hersenen van langdurig gebruikte sucrose-consumerende dieren werden geïncubeerd gedurende 10-dagen, met één verandering in verse Golgi-Cox-oplossing na 4-dagen van incubatie.
Na incubatie werden 300 μm coronale secties gesneden met behulp van een vibrerende Zeiss Hyrax V50-microtoom (Carl Zeiss, Duitsland). Plakjes werden vervolgens achtereenvolgens geplaatst in 24-putjesplaten gevuld met 30% (w / v) sucrose in 0.1 M fosfaat-gebufferde zoutoplossing en verwerkt zoals beschreven in (Ranjan en Mallick, 2010). In het kort werden secties gedehydrateerd in 50% ethanol gedurende 5 min. En vervolgens in 0.1 M NH geplaatst.4OH-oplossing voor 30 min., Tweemaal gespoeld met gedestilleerd water voor 5 min. En in het donker in Fujihunt-film fixeermiddel (Fujifilm, Singapore) voor 30 min geplaatst. De plakjes werden vervolgens tweemaal gespoeld in gedestilleerd water gedurende 2 min elk en gedehydrateerd in 70, 90, 95 en 100% ethanol tweemaal elk voor 5 min elk. De secties werden vervolgens geklaard in CXA-oplossing (1: 1: 1 chloroform: xyleen: alcohol) voor 10 min en gemonteerd in DPX (Sigma-Aldrich) op Superfrost Plus dia's (Menzel-Glaser, Lomb Scientific, Australië) en bedekt (Menzel-Glaser, Duitsland). De objectglaasjes werden in het donker bewaard om een nacht bij kamertemperatuur te drogen.
Neuronale selectie en tracering binnen de Nucleus Accumbens
Coronale plakjes tussen bregma + 2.8 en + 1.7 werden onderzocht voor MSN's in de kern en schil van de NAc, met behulp van het laterale ventrikel en de voorste commissuur als oriëntatiepunten met behulp van een atlas van rattenhersenen (Paxinos en Watson, 2007) (Figuur 1). De contourfunctie in Neurolucida 7 (MBF Bioscience, VT, VS) werd gebruikt om de NAc-kern en de NAc-schaal in elke plak af te bakenen (figuur 2). Tussen 2 en 9 werden neuronen per regio per dier getraceerd op dendritische lengteparameters met behulp van een 63x-doelstelling of voor wervelkolomdichtheden (gerapporteerd als stekels per 100 μm) met behulp van een 100x-doelstelling op een Zeiss Axioskop II (Carl Zeiss, Duitsland) met behulp van een geautomatiseerd xyz podium gedreven door Neurolucida® 7-software (MBF Biosciences, VT, VS). Alle tracering werd uitgevoerd op een geblindeerde manier met betrekking tot de behandeling. Morfologische parameters van Golgi-Cox geïmpregneerde neuronen werden geanalyseerd op een manier vergelijkbaar met eerdere rapporten (Klenowski et al., 2015).
Figuur 1. Kaart met locaties van middelgrote stekelige neuronen die zijn bemonsterd uit de nucleus accumbens-kern en schaal van 4 en 12 week-sucroseverbruikende ratten en op leeftijd afgestemde besturingselementen. De bovenste twee panelen tonen locaties van neuronen die zijn bemonsterd uit de nucleus accumbens-kern en de schaal van 4-weekbestrijding (driehoeken) en sucrose (cirkels) dieren. De onderste twee panelen tonen posities van neuronen die zijn bemonsterd uit 12-weekbesturing (driehoeken) en sucrose (cirkels) dieren.
Statistische analyse
Gemiddelde en standaardfout van het gemiddelde (SEM) werden berekend voor elke gegevensverzameling met het dier als n, met behulp van de gemiddelde morfometriedata van alle core of shell NAc MSN's (n = 7 voor NAc-schaal en n = 6 voor NAc core 4-week, n = 9 voor groepen van 12 weken). Waar aangegeven, ongepaarde tweezijdige Student's t-tests of tweewegs-ANOVA's met Bonferroni-posttests werden uitgevoerd voor alle analyses waarbij groepsmiddelen werden vergeleken, met behulp van GraphPad Prism-versie 6.02 (GraphPad Software, San Diego, CA). Statistische significantie werd geaccepteerd op P <0.05. Alle gegevens in de resultatensectie worden weergegeven als gemiddelden ± SEM. Veranderingspercentages worden berekend ten opzichte van de controlewaarde.
Resultaten
Medium Spiny Neurons van de Nucleus Accumbens Shell hebben een verminderde Dendritische lengte, afgenomen Dendritische complexiteit maar een verhoogde gemiddelde werveldichtheid bij distale nivellering na langdurig maar niet op korte termijn sucroseconsumptie
Na kortdurend (4 weken) sucrose verbruik waren er geen significante verschillen in NAc schaal MSN morfometrische parameters (Tabel 1). Er waren ook geen significante verschillen tussen de sucroseconsumptie op de korte termijn en NAc-shell MSN's met waterregeling in analyses met betrekking tot de centrifugale vertakkingsvolgorde. Namelijk, dendritische segmenten per filiaalorder (P = 0.4111), gemiddelde dendritische lengte per takorde (P = 0.5581) en gemiddelde wervingsdichtheid per vertakkingsorder (P = 0.2977, tweewegs-ANOVA's) waren niet significant verschillend tussen groepen. Een locatiekaart met de geschatte posities van de gesamplede neuronen wordt getoond in figuur 1.
Tabel 1. Algemene morfologische parameters van middelgrote stekelige neuronen uit de nucleus accumbens schaal van ratten die kortdurend sucrose consumeren en watercontroles op leeftijd.
Na langdurige (12 weken) sucrose-consumptie was de totale dendritische aslengte van NAc-schaal MSN's verminderd met 21% in vergelijking met waterverbruikende controles (Water: 1827 ± 148 μm, n = 9; Sucrose 1449 ± 78 μm, n = 9, *P = 0.0384, tweezijdige ongepaarde studenten t-test, figuur 2, Tafel 2). Vergelijking van het gemiddelde aantal dendritische bifurcaties (knooppunten) en dendritische uiteinden tussen de water- en sucrosegroepen onthulde een verminderd (hoewel niet significant) niveau van dendritische complexiteit in NAc-schaal MSN's (knooppunten: Water 12.9 ± 1.4 n = 9, Sucrose 10.1 ± 0.8 n = 9, P = 0.0879; eindes: Water 17.9 ± 1.4 n = 9, Sucrose 14.8 ± 0.7 n = 9, P = 0.0657, tweezijdige ongepaarde studenten t-test, tabel 2). Er was geen verandering in het soma-volume (P = 0.9400), gemiddelde lengte van de dendritische boom (P = 0.1646) of totale ruggengraatdichtheid (P = 0.3662) in NAc-schaal MSN's van ratten die langdurig sucrose consumeren vergeleken met waterbeheersing. Deze morfometrische parameters zijn gedetailleerd in de tabel 2.
Figuur 2. Verminderde dendritische aslengte en verhoogde distale dendritische wervelkolomdichtheid van middelgrote stekelige neuronen (MSN's) uit de nucleus accumbens (NAc) schaal van langdurig met sucrose behandelde ratten vergeleken met controleratten. (A, B) toon representaties van controle (boven) en lange termijn (12 week) met sucrose (onder) behandeld helderveld z-stap-mozaïeken van met Golgi geïmpregneerde MSN's uit de NAc-schaal (63x-vergroting). Inzet van (A, B) toont controle en langdurige sucrose-behandelde helderveldafbeeldingen van met Golgi geïmpregneerde MSN-dendrieten en dendritische uitsteeksels uit de NAc-schaal (100x-vergroting). (C) toont de anatomische regio's waaruit MSN's zijn gesampled in deze studie. (D) toont een scatter-plot van een afgenomen totale MSN dendritische prieel (gemiddelde ± SEM) van de NAc-schaal in lange-termijn sucrosedieren (vierkanten) vergeleken met controles (cirkels), ongepaarde studenten t-test, *P <0.05, n = 9; controle en n = 9; 12 week sucrose. (E) toont een scatter-plot van onveranderde gemiddelde MSN dendritische boomlengte (gemiddelde ± SEM) van de NAc-schaal in sucrose-dieren op de lange termijn (vierkanten) vergeleken met controles (cirkels), ongepaarde studenten t-test, P > 0.05 XNUMX, n = 9; controle en n = 9; 12 week sucrose. Aftakorde-analyse (gemiddelde ± SEM) van het aantal dendritische segmenten per filiaalopdracht (F), gemiddelde dendritische lengte per takorde (G) en dendritische wervelkolomdichtheid per vertakkingsvolgorde (H). Langdurige consumptie van sucrose verminderde de dendritische lengte bij distale aftakkingsvolgorden (5 +) en verhoogde dendritische wervelkolomdichtheid bij distale aftakkingsorders (4 +) vergeleken met controles (G, H), bidirectionele ANOVA's met Bonferroni-posttesten, *P <0.05, **P <0.01, n = 9; controle en n = 9; langdurige sucrose. Schaal bars: (A, B) = 20 μm; inzet van (A, B) = 10 μm; (C) = 1 mm.
Tabel 2. Algemene morfologische parameters van middelgrote stekelige neuronen uit de nucleus accumbens schaal van ratten die langdurig sucrose consumeren en waterbeheersing die qua leeftijd overeenkomt.
Volgend op de karakterisering van de algemene dendritische morfologie van langdurig sucrose die NAc-schaal-MSN's consumeert, analyseerden we dendritische arborizations en wervelkolomdichtheden met betrekking tot hun vertakkingsorde-karakteristieken. Onze uitgebreide beoordeling van de dendritische bomen kwantificeerde het aantal dendritische segmenten per vertakkingsvolgorde, de gemiddelde lengte van dendritische segmenten per vertakkingsvolgorde en gemiddelde werveldichtheid per vertakkingsvolgorde van NAc-schaal-MSN's van waterbeheersing en ratten die langdurig sucrose consumeren. Een overzicht van de ordergegevens en analyse van de branche wordt gepresenteerd in de tabel 3.
Tabel 3. Takvolgorde-eigenschappen van middelgrote stekelige neuronen van langdurige sucrose- en waterdrinkratten.Het gemiddelde aantal dendritische aftaksegmenten per vertakkingsvolgorde NAHC-MSN's was significant lager bij ratten die langdurig sucrose consumeerden in vergelijking met watercontroles (**P = 0.0015, bidirectionele ANOVA). Uit Bonferroni-posttesten bleek een trend naar een kleiner aantal filiaalsegmenten bij 4th (Water: 5.2 ± 0.9, n = 9; Sucrose 3.3 ± 0.8, n = 9, P = 0.0675, afbeelding 2F, Tafel 3), en 5th volgorde en boven filiaalorders (Water: 3.3 ± 0.7, n = 9; Sucrose 1.2 ± 0.3, n = 9, P = 0.0566, afbeelding 2F, Tafel 3). De gemiddelde dendritische segmentlengte per vertakkingsvolgorde van NAc-schaal-MSN's was ook significant verminderd bij ratten die langdurig sucrose consumeerden in vergelijking met watercontroles (*P = 0.0444, bidirectionele ANOVA). Na de tests van Bonferroni was er een reductie van 55% bij 5th-ordetakken en daarbuiten (Water: 53.9 ± 7.2 μm, n = 9; Sucrose 24.1 ± 7.5 μm, n = 9, **P = 0.0038, afbeelding 2G, Tafel 3).
Branch-ordeanalyse toonde een significante toename in de dichtheid van de dendritische wervelkolom van NAc-schaal MSN's van ratten die langdurig sucrose consumeren vergeleken met controles (*P = 0.0124, bidirectionele ANOVA). Posttests van Bonferroni lieten een toename van de wervelkolom zien met 57% op distale 4th-ordentakken en daarbuiten (Water: 33.4 ± 4.2, n = 9; Sucrose 52.5 ± 6.8, n = 9, P = 0.0271 *, inzet van figuren 2A, B, H, Tafel 3). Representatieve beelden van de algemene MSN-architectuur en distale ruggengraatdichtheid (inzet) zijn afgebeeld in de figuren 2A, B.
Alles bij elkaar geven deze resultaten aan dat de consumptie van sucrose op de korte termijn weinig effect heeft op de morfologische parameters van MSN's binnen de NAc-schaal. Na langdurige consumptie is er echter een significante afname van de neuronale prieellengte en complexiteit, vooral in distale dendritische vertakkingen. Gelijktijdige toename van de distale stekeldichtheid worden ook duidelijk in NAc-schaal-MSN's van ratten die langdurig sucrose consumeren.
Medium Spiny Neurons van de Nucleus Accumbens Core hebben verminderde vertakkingscomplexiteit na langdurig maar niet op korte termijn sucrosegebruik
Na korte-termijngebruik van sucrose waren er geen significante verschillen in NAc-kern-MSN-morfometrische parameters (tabel 4). Er waren ook geen significante verschillen tussen 4-week sucroseconsumptie en waterbeheersing kern-MSN's in analyses gerelateerd aan centrifugale vertakkingsvolgorde. Namelijk, dendritische segmenten per filiaalorder (P = 0.7717), gemiddelde dendritische lengte per takorde (P = 0.2096) en gemiddelde wervelkolomdichtheid per vertakkingsvolgorde (P = 0.3521, tweewegs-ANOVA's) waren niet verschillend tussen groepen.
Tabel 4. Algemene morfologische parameters van middelgrote stekelige neuronen uit de nucleus accumbens-kern van ratten die kortdurend sucrose consumeren en watergerelateerde watercontroles.Langdurige consumptie van sucrose had ook geen significant op NAc kern MSN morfometrische parameters (tabel 5). Het gemiddelde aantal dendritische aftaksegmenten per vertakkingsvolgorde van NAc-kern-MSN's was significant lager in ratten die langdurig sucrose consumeerden in vergelijking met watercontroles (*P = 0.0416, tweeweg ANOVA), maar er waren geen significante verschillen in gemiddelde dendritische lengte per vertakkingsvolgorde (P = 0.0995) en gemiddelde wervingsdichtheid per vertakkingsorder (P = 0.4888, tweeweg-ANOVA's) tussen MSN's in de NAc-kern van ratten die langdurig sucrose consumeren in vergelijking met waterbeheersing. Alles bij elkaar genomen laten onze gegevens zien dat de NAc-kern niet zo gevoelig is voor langdurige sucroseconsumptie vergeleken met MSN's uit de NAc-schaalregio.
Tabel 5. Algemene morfologische parameters van middelgrote stekelige neuronen uit de nucleus accumbens-kern van ratten die langdurig sucrose consumeren en watergerelateerde watercontroles.Discussie
De toegenomen beschikbaarheid van sterk gezoete voeding in het westerse dieet heeft niet alleen bijgedragen aan de verhoogde prevalentie en economische last van obesitas en diabetes type II, maar heeft ook geleid tot het ontstaan van eetstoornissen zoals eetaanvallen (Swanson et al., 2011; Kessler et al., 2013; Davis, 2015). Hoewel de verslavende eigenschappen van suikers zoals fructose en sucrose speculatief blijven, is er een opvallende gelijkenis in de gedrags- en neurale correlaten die zich manifesteren als gevolg van overmatig eten en langdurig gebruik van drugs. (Avena et al., 2008, 2011). Bovendien activeert suiker het beloningscircuit van de hersenen op een manier die vergelijkbaar is met drugsmisbruik (Volkow et al., 2012), en de resultaten van studies bij mensen suggereren dat suiker en zoetheid onbedwingbare trek kunnen induceren die vergelijkbaar zijn met die veroorzaakt door verslavende drugs zoals alcohol en nicotine. (Volkow et al., 2012). We gebruikten daarom een model van binge-sucrose consumptie bij ratten om de effecten van korte- (4 weken) en langdurige (12 weken) sucrose consumptie op neuronale morfologie van MSN's in het NAc te bepalen, een belangrijk onderdeel van het overlappende beloningscircuit. dat wordt gemoduleerd door suiker en verslavende drugs. We laten zien dat MSN's van de NAc-schaal van chronische ratten die langdurig sucrose consumeren een significant lagere dendritische lengte en complexiteit hebben, maar een verhoogde distale dichtheid van de dendritische wervelkolom. Consumptie van sucrose op lange termijn had geen effect op de morfologie van MSN's uit de NAc-kern, terwijl sucroseconsumptie op korte termijn ook geen significant effect had op de MSN-morfologie van de NAc-kern of schaal. Deze resultaten demonstreren niet alleen een direct effect van langdurige binge-achtige sucrose-inname op neuronale morfologie van NAc-schaal MSN's, maar ze wijzen ook op de mogelijk schadelijke gevolgen van de verlengde consumptie van diëten met een hoge suikerinname.
Het NAc, dat deel uitmaakt van het ventrale striatum, bestaat voornamelijk uit MSN's, die morfologisch worden gekarakteriseerd als middelgrote neuronen met uitgebreide dendritische vernauwingen en hoge ruggengraatdichtheid (Kemp en Powell, 1971; Graveland en DiFiglia, 1985; Rafols et al., 1989; Kawaguchi et al., 1990). Glutamaterge en dopaminerge neuronen zijn de twee primaire afferente inputs voor het NAc, voornamelijk in contact met de dendritische schachten en stekels van MSN's (Groves, 1980; Kaiya en Namba, 1981; Groves et al., 1994). In het bijzonder ontvangen de NAc schaal en kern glutamaterge invoer vanuit functioneel verschillende corticale gebieden (Brog et al., 1993). De NAc-schaal wordt ook geïnnerveerd door exciterende afferenten van subcorticale gebieden zoals de hippocampus, thalamus en basolaterale amygdala (Brog et al., 1993; Wright en Groenewegen, 1995). Eerdere studies hebben aangetoond dat deze glutamaterge inputs een centrale rol spelen in motivatie en doelgericht gedrag, zoals voedsel en beloning zoeken (Maldonado-Irizarry et al., 1995; Kelley en Swanson, 1997; Reynolds en Berridge, 2003; Richard en Berridge, 2011). De andere overheersende invoer op NAc MSN's is van dopaminerge afferenten die uitsteken uit het ventrale tegmentale gebied (Lindvall en Björklund, 1978; Veening et al., 1980; Kalivas en Miller, 1984). Interessant is dat eerdere studies met vergelijkbare modellen van intermitterende suikertoegang hebben aangetoond dat de resulterende binge-achtige consumptie resulteert in een toename van extracellulair dopamine in het NAc op vergelijkbare wijze (hoewel in mindere mate) tot drugsmisbruik (Rada et al., 2005; Avena et al., 2006), en kan dopamine-receptorexpressie moduleren (Colantuoni et al., 2001, 2002) in de kern en shell van de NAc. Interessant is dat een binge-achtige consumptie van sucrose leidt tot een escalatie van de inname in de loop van de tijd, vergelijkbaar met zelftoediening van drugs van misbruik zoals cocaïne en heroi.n (Ahmed en Koob, 1998; Ahmed et al., 2000, 2003) die geassocieerd is met de ontwikkeling van een "verslavend als" staat.
Onze analyse van de morfometrie van de vertakkingsorde toont aan dat de algehele vermindering van de dendritische lengte van NAc-omhullende MSN's veroorzaakt door langdurige sucrose-inname voornamelijk het gevolg is van verminderingen in de complexiteit van de bestellingen van distale vertakkingen. We observeerden een verminderde distale vertakking (4th- en 5th-volgorde en meer dan filiaalbestellingen) en significant verminderde gemiddelde lengte bij 5th-orde en boven dendrieten, gecombineerd met verhoogde werveldichtheden bij deze vertakkingopdrachten. Een gemeenschappelijke factor die van invloed kan zijn op dit type dendritische herstructurering, omvat veranderingen in synaptische connectiviteit en / of functie (Russo et al., 2010). Eerdere studies hebben aangetoond dat glutamaterge synapsen op MSN's voornamelijk op stekels worden gevormd, met name op distale dendrieten (Groenewegen et al., 1999). Daarnaast co-lokalisatie van dopamine en glutamaterge inputs van de prefrontale cortex (Sesack en Pickel, 1992), hippocampus (Totterdell en Smith, 1989; Sesack en Pickel, 1990), en amygdala (Johnson et al., 1994) zijn waargenomen op dendritische stekels van MSN's. Deze waarnemingen, gecombineerd met de verhoogde ruggengraatdichtheid na langdurig gebruik van sucrose in onze studie, ondersteunen de vorming van verhoogde exciterende inputs. Daarom doet zich de mogelijkheid voor dat persistente effecten veroorzaakt door langdurige binge-achtige sucrose-inname een verhoogde exciterende synaptische activiteit bij de distale dendrieten van MSN's in de NAc-schaal kunnen bevorderen. Dientengevolge kan reductie en / of terugtrekking van distale dendrieten resulteren via een synaptisch homeostatisch mechanisme (Reissner en Kalivas, 2010), maar dit moet nog worden bepaald.
Het is interessant op te merken dat Crombag en zijn collega's aantoonden dat er geen toename van de ruggengraatdichtheid was in de NAc-schaal na 4-week sucroseconsumptie via het neus-zelf-toedienings paradigma ondanks een meer robuuste acquisitie en een hogere respons op sucrose in vergelijking met amfetamine (Crombag et al., 2005). Hun waarneming van een afwezigheid van verandering in ruggengraatdichtheid bij 4 weken weerspiegelt onze bevindingen. In tegenstelling hiermee toont ons onderzoek echter aan dat na langdurige blootstelling aan chronische sucroseconsumptie (12 week) de distale stekeldichtheid op de MSN's van de met sucrose ervaren ratten aanzienlijk toeneemt. Bovendien heeft ons laboratorium eerder aangetoond dat langdurig gebruik van (12 week) sucrose een differentiële farmacologische respons op farmacotherapeutica bevordert waarvan is aangetoond dat deze dopamine en acetylcholine-responsen moduleren op het niveau van het NAc (Shariff et al., In druk). Alles bij elkaar genomen, suggereert dit dat blootstelling aan sucrose op lange termijn (12 weken en daarna), die meer accuraat is voor real-world scenario's, leidt tot morfologische aanpassingen op het niveau van het NAc.
In termen van drugsgebruik veroorzaakt herhaalde blootstelling aan verschillende geneesmiddelen langdurige veranderingen in de structuur van dendrieten en dendritische stekels. Amfetaminen en cocaïne verhogen bijvoorbeeld beide de wervelkolomdichtheid in het NAc in zowel de schaal als de kern (Robinson en Kolb, 2004). Van blootstelling aan nicotine is ook aangetoond dat het de dichtheid van de wervelkolom in de NAc-schaal doet toenemen. Omgekeerd leidt blootstelling aan morfine tot een afname van de dichtheid van de wervelkolom en de complexiteit van de dendritische vertakking (Robinson en Kolb, 2004). In termen van langdurig gebruik van sucrose, zagen we een toename in ruggengraat dichtheid vergelijkbaar met amfetamine, cocaïne en nicotine en tegengesteld aan het effect van morfine. In tegenstelling tot amfetamine en cocaïne, maar vergelijkbaar met nicotine, is de toename van de wervelkolomdichtheid bij langdurige blootstelling aan sucrose beperkt tot de NAc-schaal. Het is ook interessant dat veranderingen in beide dendritische vertakkingen (Robinson en Kolb, 1999) en ruggengraatdichtheid (Li et al., 2003) geproduceerd door amfetamine of cocaïne zijn beperkt tot distale dendrieten van MSN's in het NAc, hetgeen de bevindingen in ons onderzoek weerspiegelt. Verder, en bevestigend voor de hierboven beschreven veranderingen, is eerder aangetoond dat sucroseconsumptie de exciterende synaptische sterkte op dopamine-neuronen accumuleert (Stuber et al., 2008b) alsook andere componenten van de mesolimbische beloningsroute (Stuber et al., 2008a; Chen et al., 2010). Tezamen genomen stelt dit sucrose als een krachtige modulator van neuronmorfologie na langdurig zwaar gebruik, hetgeen vergelijkbaar is met de effecten die worden waargenomen van drugs van misbruik.
Hoewel verder onderzoek nodig is om de cellulaire en synaptische mechanismen te ontdekken die bijdragen aan de morfologische veranderingen die in dit onderzoek zijn waargenomen, laten onze resultaten significante neuronale effecten zien die worden veroorzaakt door langdurig gebruik van sucrose. Een overweging die in ons onderzoek niet is onderzocht, is met name of de waargenomen morfologische effecten van sucrose ook kunnen worden opgewekt met niet-calorische zoetstoffen zoals sacharine. In dit verband is het belangrijk op te merken dat Lenoir en collega's hebben aangetoond dat intense zoetheid de cocaïnebelofte overtreft, of het nu wordt gegenereerd door saccharine of sucrose (Lenoir et al., 2007). Verder een recente studie gepubliceerd door ons lab (Shariff et al., In druk) toont aan dat varenicline, een nicotinische acetylcholinereceptor-partiële agonist, zowel de sucrose- als de sacharine-inname bij knaagdieren reduceerde na hetzelfde langdurige intermitterende toegangsregime dat in de onderhavige studie werd gebruikt. Interessant is dat eerdere studies overeenkomsten hebben aangetoond in de acute effecten van niet-calorische zoetstoffen zoals sacharine en sucrose op het niveau van het NAc (Scheggi et al., 2013; Tukey et al., 2013; Carelli en West, 2014). Echter, verdere studies zijn nodig om te bepalen of niet-calorische zoetstoffen langetermijneffecten kunnen induceren die vergelijkbaar zijn met veranderingen in de morfologie van de NAc-schaal MSN's veroorzaakt door de hier beschreven langdurige sucroseconsumptie.
Het gebrek aan effect op de NAc MSN-morfologie na kortdurend gebruik van sucrose, benadrukt het belang van het uitvoeren van langetermijnstudies om de impact van langdurig misbruik van medicijnen of natuurlijke voordelen zoals sucrose te beoordelen. In termen van afhankelijkheid zijn niet alleen herhaalde cycli van binge-inname en onthouding sleutelcomponenten van de verslavingscyclus, een groeiend aantal bewijzen heeft onthuld dat de overgang naar afhankelijkheid een progressief proces is dat vaak gedurende langere tijd plaatsvindt. Hoewel de verslavende eigenschappen van suikers nog steeds onzeker zijn, wordt de plausibiliteit van verslaving aan andere niet-medicamenteuze beloningen zoals seks, gokken en voedsel steeds vaker onderzocht. De resultaten van dit onderzoek voegen de hypothese toe dat suikers zoals sucrose potentieel verslavende eigenschappen hebben na langdurig, eetbui-achtig gebruik. Onze resultaten hebben ook implicaties voor het groeiend aantal kinderen en adolescenten die ongezonde eetgewoonten (hoog suikerverbruik en eetaanvallen) in de volwassenheid handhaven. In overeenstemming met het verhoogde risico van het ontwikkelen van metabole effecten is het ook mogelijk dat neurologische en psychiatrische gevolgen die van invloed zijn op de stemming en motivatie ook het gevolg zijn van dit gedrag.
Bijdragen van auteurs
Deelgenomen aan onderzoeksontwerp: PK, SB. Uitgevoerde experimenten: PK, MS, AB, MF, EM. Gegevensanalyse: PK, MF, MS. Interpreteerde de gegevens en leverde een bijdrage aan het schrijven van het manuscript: PK, MS, MF, EM, MB, SB. Alle auteurs lezen en keuren het definitieve manuscript goed voor inzending.
Belangenconflict verklaring
De auteurs verklaren dat het onderzoek is uitgevoerd in afwezigheid van commerciële of financiële relaties die kunnen worden beschouwd als een potentieel belangenconflict.
De reviewers SC, SA en handling-editor verklaarden hun gedeelde affiliatie, en de handling-editor stelt dat het proces toch voldoet aan de normen van een eerlijke en objectieve beoordeling.
Dankwoord
Dit werk werd ondersteund door financiering door subsidies van de Australian Research Council (FT1110884) aan SB en de National Health and Medical Research Council (1061979) aan SB en MB.
Aanvullend materiaal
Het aanvullende materiaal voor dit artikel is online te vinden op: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fnbeh.2016.00054
Aanvullend figuur 1. Sucrose-inname en voorkeur van 4 en 12 week-sacharose consumerende ratten. (A, B) laat de escalatie zien van de totale inname van sucrose (ml) gedurende 4 en 12 weken van blootstelling. (CD) vertonen een hoge voorkeur voor sucrose boven water tijdens perioden van sucrose-presentatie.
Referenties
Ahmed, SH en Koob, GF (1998). Overgang van matige naar excessieve inname van geneesmiddelen: verandering in hedonisch setpoint. Wetenschap 282, 298-300. doi: 10.1126 / science.282.5387.298
Ahmed, SH, Lin, D., Koob, GF en Parsons, LH (2003). Escalatie van cocaïne zelftoediening is niet afhankelijk van veranderde door cocaïne geïnduceerde nucleus accumbens dopamine niveaus. J. Neurochem. 86, 102-113. doi: 10.1046 / j.1471-4159.2003.01833.x
Ahmed, SH, Walker, JR en Koob, GF (2000). Aanhoudende toename van de motivatie om heroïne te nemen bij ratten met een voorgeschiedenis van drugsescalatie. Neuropsychopharmacology 22, 413–421. doi: 10.1016/S0893-133X(99)00133-5
Arslanian, S. (2002). Type 2-diabetes bij kinderen: klinische aspecten en risicofactoren. Horm Res 57 (suppl. 1), 19-28. doi: 10.1159 / 000053308
Avena, NM, Bocarsly, ME, Hoebel, BG en Gold, MS (2011). Overlappingen in de nosologie van drugsmisbruik en te veel eten: de translationele implicaties van 'voedselverslaving'. Curr. Drugsmisbruik Rev. 4, 133-139. doi: 10.2174 / 1874473711104030133
Avena, NM, Rada, P. en Hoebel, BG (2008). Bewijs voor suikerverslaving: gedrags- en neurochemische effecten van intermitterende, overmatige suikerinname. Neurosci. Biobehav. Rev. 32, 20-39. doi: 10.1016 / j.neubiorev.2007.04.019
Avena, NM, Rada, P., Moise, N., en Hoebel, BG (2006). Sucrose-schijnbehandeling op een binge-schema geeft accumbens dopamine herhaaldelijk vrij en elimineert de acetylcholine-verzadigingsreactie. Neurowetenschap leerprogramma 139, 813-820. doi: 10.1016 / j.neuroscience.2005.12.037
Benton, D. (2010). De plausibiliteit van suikerverslaving en zijn rol bij obesitas en eetstoornissen. Clin. Nutr. 29, 288-303. doi: 10.1016 / j.clnu.2009.12.001
Bray, GA en Popkin, BM (2014). Dieetsuiker en lichaamsgewicht: hebben we een crisis bereikt in de epidemie van obesitas en diabetes ?: gezondheid verdomde! Giet op de suiker. Diabetes Care 37, 950-956. doi: 10.2337 / dc13-2085
Brog, JS, Salyapongse, A., Deutch, AY en Zahm, DS (1993). De patronen van afferente innervatie van de kern en schil in het "accumbens" -deel van het rattenventrale striatum: immunohistochemische detectie van retrogradely getransporteerd fluor-goud. J. Comp. Neurol. 338, 255-278. doi: 10.1002 / cne.903380209
Bucher Della Torre, S., Keller, A., Laure Depeyre, J., en Kruseman, M. (2015). Suikerhoudende dranken en zwaarlijvigheidsrisico bij kinderen en adolescenten: een systematische analyse van de manier waarop de methodologische kwaliteit de conclusies kan beïnvloeden. J. Acad. Nutr. Dieet. [E-publicatie voorafgaand aan druk]. doi: 10.1016 / j.jand.2015.05.020
Carelli, RM en West, EA (2014). Wanneer een goede smaak slecht wordt: neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan de opkomst van negatief affect en bijbehorende natuurlijke beloningsdevaluatie door cocaïne. Neurofarmacologie 76 (Pt B), 360-369. doi: 10.1016 / j.neuropharm.2013.04.025
Chen, BT, Hopf, FW en Bonci, A. (2010). Synaptische plasticiteit in het mesolimbische systeem: therapeutische implicaties voor middelenmisbruik. Ann. NY Acad. Sci. 1187, 129-139. doi: 10.1111 / j.1749-6632.2009.05154.x
Colantuoni, C., Rada, P., McCarthy, J., Patten, C., Avena, NM, Chadeayne, A., et al. (2002). Bewijs dat intermitterende, overmatige suikerinname endogene opioïde afhankelijkheid veroorzaakt. Obes. Res. 10, 478-488. doi: 10.1038 / oby.2002.66
Colantuoni, C., Schwenker, J., McCarthy, J., Rada, P., Ladenheim, B., Cadet, JL, et al. (2001). Overmatige suikerinname verandert de binding aan dopamine en mu-opioïde receptoren in de hersenen. Neuroreport 12, 3549–3552. doi: 10.1097/00001756-200111160-00035
Crombag, HS, Gorny, G., Li, Y., Kolb, B., en Robinson, TE (2005). Tegengestelde effecten van amfetamine zelftoediening op dendritische stekels in de mediale en orbitale prefrontale cortex. Cereb. schors 15, 341-348. doi: 10.1093 / cercor / bhh136
Dabelea, D., Mayer-Davis, EJ, Saydah, S., Imperatore, G., Linder, B., Divers, J., et al. (2014). Prevalentie van type 1 en type 2-diabetes bij kinderen en adolescenten van 2001 tot 2009. JAMA 311, 1778-1786. doi: 10.1001 / jama.2014.3201
Davis, C. (2015). De epidemiologie en genetica van eetbuistoornis (BED). CNS Spectr. 20, 522-529. doi: 10.1017 / s1092852915000462
Ford, ES en Dietz, WH (2013). Trends in energie-inname bij volwassenen in de Verenigde Staten: bevindingen van NHANES. Am. J. Clin. Nutr. 97, 848-853. doi: 10.3945 / ajcn.112.052662
Fryar, CD, Carroll, MD en Ogden, CL (2014). Prevalentie van overgewicht, obesitas en extreme obesitas bij volwassenen: Verenigde Staten, 1960-1962 via 2011-2012. Atlanta, GA: CDC.
Graveland, GA en DiFiglia, M. (1985). De frequentie en verdeling van middelgrote neuronen met ingesprongen kernen in de primaat en knaagdierneostriatum. Brain Res. 327, 307–311. doi: 10.1016/0006-8993(85)91524-0
Groenewegen, HJ, Wright, CI, Beijer, AV en Voorn, P. (1999). Convergentie en segregatie van ventraal striatale inputs en outputs. Ann. NY Acad. Sci. 877, 49–63. doi: 10.1111/j.1749-6632.1999.tb09260.x
Groves, PM (1980). Synaptische uiteinden en hun postsynaptische doelen in neostriatum: synaptische specialisaties onthuld door analyse van seriële secties. Proc. Natl. Acad. VS 77, 6926-6929. doi: 10.1073 / pnas.77.11.6926
Groves, PM, Linder, JC en Young, SJ (1994). 5-hydroxydopamine-gelabelde dopaminerge axonen: driedimensionale reconstructies van axonen, synapsen en postsynaptische doelen in rattenneostriatum. Neurowetenschap leerprogramma 58, 593–604. doi: 10.1016/0306-4522(94)90084-1
Hu, FB (2013). Vastbesloten: er is voldoende wetenschappelijk bewijs dat afnemende suikerverzoete drankconsumptie de prevalentie van zwaarlijvigheid en obesitas gerelateerde ziekten zal verminderen. Obes. Rev. 14, 606-619. doi: 10.1111 / obr.12040
Johnson, LR, Aylward, RL, Hussain, Z. en Totterdell, S. (1994). Invoer van de amygdala naar de rattenkern accumbens: de relatie met tyrosine hydroxylase immunoreactiviteit en geïdentificeerde neuronen. Neurowetenschap leerprogramma 61, 851–865. doi: 10.1016/0306-4522(94)90408-1
Kaiya, H. en Namba, M. (1981). Twee soorten dopaminerge zenuwuiteinden in de neostriatum van de rat. Een ultrastructureel onderzoek. Neurosci. Lett. 25, 251–256. doi: 10.1016/0304-3940(81)90400-6
Kalivas, PW en Miller, JS (1984). Neurotensine-neuronen in het ventrale tegmentale gebied projecteren naar de mediale nucleus accumbens. Brain Res. 300, 157–160. doi: 10.1016/0006-8993(84)91351-9
Kawaguchi, Y., Wilson, CJ en Emson, PC (1990). Projectiesubtypen van rattenneostriatale matrixcellen onthuld door intracellulaire injectie van biocytine. J. Neurosci. 10, 3421-3438.
Kelley, AE en Swanson, CJ (1997). Voeding veroorzaakt door blokkering van AMPA- en kainaatreceptoren in het ventrale striatum: een onderzoek naar micro-infusie. Behav. Brain Res. 89, 107–113. doi: 10.1016/S0166-4328(97)00054-5
Kemp, JM en Powell, TP (1971). De synaptische organisatie van de caudate nucleus. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 262, 403-412. doi: 10.1098 / rstb.1971.0103
Kenny, PJ (2011). Beloningsmechanismen bij obesitas: nieuwe inzichten en toekomstige richtingen. Neuron 69, 664-679. doi: 10.1016 / j.neuron.2011.02.016
Kessler, RC, Berglund, PA, Chiu, WT, Deitz, AC, Hudson, JI, Shahly, V., et al. (2013). De prevalentie en correlaten van eetbuistoornis in de World Mental Health Surveys van de Wereldgezondheidsorganisatie. Biol. Psychiatrie 73, 904-914. doi: 10.1016 / j.biopsych.2012.11.020
Klenowski, PM, Fogarty, MJ, Belmer, A., Noakes, PG, Bellingham, MC en Bartlett, SE (2015). Structurele en functionele karakterisatie van dendritische prothesen en GABAergische synaptische inputs op interneuronen en hoofdcellen in basolaterale amygdala van de rat. J. Neurophysiol. 114, 942-957. doi: 10.1152 / jn.00824.2014
Lenoir, M., Serre, F., Cantin, L., en Ahmed, SH (2007). Intense zoetheid overtreft de cocaïnebeloning. PLoS ONE 2: e698. doi: 10.1371 / journal.pone.0000698
Li, Y., Kolb, B., en Robinson, TE (2003). De locatie van aanhoudende amfetamine-geïnduceerde veranderingen in de dichtheid van dendritische stekels op middelgrote stekelige neuronen in de nucleus accumbens en caudate-putamen. Neuropsychopharmacology 28, 1082-1085. doi: 10.1038 / sj.npp.1300115
Lindvall, O. en Björklund, A. (1978). Anatomie van de dopaminerge neuron-systemen in de hersenen van de rat. Adv. Biochem. Psychopharmacol. 19, 1-23.
Lutter, M. en Nestler, EJ (2009). Homeostatische en hedonische signalen beïnvloeden de regulatie van de voedselinname. J. Nutr. 139, 629-632. doi: 10.3945 / jn.108.097618
Maldonado-Irizarry, CS, Swanson, CJ en Kelley, AE (1995). Glutamaatreceptoren in het nucleus accumbens omhulsel controleren het voedingsgedrag via de laterale hypothalamus. J. Neurosci. 15, 6779-6788.
Malik, VS, Popkin, BM, Bray, GA, Després, JP en Hu, FB (2010). Suikerzoete dranken, obesitas, type 2 diabetes mellitus en risico op hart- en vaatziekten. Circulatie 121, 1356-1364. doi: 10.1161 / CIRCULATIONAHA.109.876185
Ng, SW, Slining, MM en Popkin, BM (2012). Gebruik van calorie- en niet-calorische zoetstoffen in consumentenverpakkingen in de VS, 2005-2009. J. Acad. Nutr. Dieet. 112, 1828-1834 e1821-e1826. doi: 10.1016 / j.jand.2012.07.009
Nielsen, SJ, Siega-Riz, AM en Popkin, BM (2002). Trends in energie-inname in de VS tussen 1977 en 1996: vergelijkbare verschuivingen in verschillende leeftijdsgroepen. Obes. Res. 10, 370-378. doi: 10.1038 / oby.2002.51
Paxinos, G. en Watson, C. (2007). De rattenhersenen in stereotaxische coördinaten. Amsterdam; Boston, MA: Academic Press / Elsevier.
Popkin, BM (2010). Wat is er mis met de Amerikaanse benadering van obesitas? Virtuele mentor 12, 316–320. doi: 10.1001/virtualmentor.2010.12.4.pfor2-1004
Rada, P., Avena, NM en Hoebel, BG (2005). Dagelijks spetteren op suiker geeft herhaaldelijk dopamine vrij in de accumbens-schaal. Neurowetenschap leerprogramma 134, 737-744. doi: 10.1016 / j.neuroscience.2005.04.043
Rafols, JA, Cheng, HW en McNeill, TH (1989). Golgi-onderzoek van het striatum van de muis: leeftijdsgerelateerde dendritische veranderingen in verschillende neuronale populaties. J. Comp. Neurol. 279, 212-227. doi: 10.1002 / cne.902790205
Ranjan, A. en Mallick, BN (2010). Een gemodificeerde methode voor consistente en betrouwbare Golgi-cox-kleuring in aanzienlijk kortere tijd. Voorkant. Neurol. 1: 157. doi: 10.3389 / fneur.2010.00157
Reinehr, T. (2013). Type 2 diabetes mellitus bij kinderen en adolescenten. Wereld J. Diabetes 4, 270-281. doi: 10.4239 / wjd.v4.i6.270
Reissner, KJ en Kalivas, PW (2010). Het gebruik van glutamaat homeostase als doelwit voor de behandeling van verslavende aandoeningen. Behav. Pharmacol. 21, 514–522. doi: 10.1097/FBP.0b013e32833d41b2
Reynolds, SM en Berridge, KC (2003). Glutamaat motiverende ensembles in nucleus accumbens: rostrocaudale shell-gradiënten van angst en voeding. EUR. J. Neurosci. 17, 2187-2200. doi: 10.1046 / j.1460-9568.2003.02642.x
Richard, JM en Berridge, KC (2011). Nucleus accumbens dopamine / glutamaat-interactie schakelt tussen modi om verlangen versus angst te genereren: D (1) alleen voor appetitief eten maar D (1) en D (2) samen voor angst. J. Neurosci. 31, 12866-12879. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1339-11.2011
Robinson, TE en Kolb, B. (1999). Veranderingen in de morfologie van dendrieten en dendritische stekels in de nucleus accumbens en prefrontale cortex na herhaalde behandeling met amfetamine of cocaïne. EUR. J. Neurosci. 11, 1598-1604. doi: 10.1046 / j.1460-9568.1999.00576.x
Robinson, TE en Kolb, B. (2004). Structurele plasticiteit geassocieerd met blootstelling aan drugs of misbruik. Neurofarmacologie 47 (suppl. 1), 33-46. doi: 10.1016 / j.neuropharm.2004.06.025
Russo, SJ, Dietz, DM, Dumitriu, D., Morrison, JH, Malenka, RC en Nestler, EJ (2010). De verslaafde synaps: mechanismen van synaptische en structurele plasticiteit in nucleus accumbens. Trends Neurosci. 33, 267-276. doi: 10.1016 / j.tins.2010.02.002
Rutledge, LT, Duncan, J., en Beatty, N. (1969). Een studie van piramidale cel-axon collateralen in intacte en gedeeltelijk geïsoleerde volwassen hersenschors. Brain Res. 16, 15–22. doi: 10.1016/0006-8993(69)90082-1
Saper, CB, Chou, TC en Elmquist, JK (2002). De behoefte om te voeden: homeostatische en hedonistische controle van eten. Neuron 36, 199–211. doi: 10.1016/S0896-6273(02)00969-8
Scheggi, S., Secci, ME, Marchese, G., De Montis, MG, en Gambarana, C. (2013). Invloed van smakelijkheid op de motivatie om te werken voor calorie- en niet-calorisch voedsel in ratten die niet voedselarm zijn en van voedsel beroofd. Neurowetenschap leerprogramma 236, 320-331. doi: 10.1016 / j.neuroscience.2013.01.027
Sesack, SR en Pickel, VM (1990). In de mediale kern van rat komen accumbens, hippocampus- en catecholaminerge terminals samen op stekelige neuronen en staan ze in een onderlinge positie. Brain Res. 527, 266–279. doi: 10.1016/0006-8993(90)91146-8
Sesack, SR en Pickel, VM (1992). Prefrontale corticale efferenten in de synapsen van ratten op niet-gemerkte neuronale doelwitten van catecholamineklemmen in de nucleus accumbens septi en op dopamine-neuronen in het ventrale tegmentale gebied. J. Comp. Neurol. 320, 145-160. doi: 10.1002 / cne.903200202
Shariff, M., Quik, M., Holgate, JY, Morgan, M., Patkar, OL, Tam, V., et al. (in de pers). Neuronale nicotine acetylcholine receptor modulatoren verminderen de suikerinname. PLoS ONE.
Sheehan, DV en Herman, BK (2015). De psychologische en medische factoren die samenhangen met een onbehandelde eetbuistoornis. Prim. Zorg Companion CNS Disord. 17. doi: 10.4088 / PCC.14r01732
Simms, JA, Steensland, P., Medina, B., Abernathy, KE, Chandler, LJ, Wise, R., et al. (2008). Intermitterende toegang tot 20% ethanol induceert een hoog ethanolverbruik bij Long-Evans en Wistar-ratten. Alcohol. Clin. Exp. Res. 32, 1816-1823. doi: 10.1111 / j.1530-0277.2008.00753.x
Steensland, P., Simms, JA, Holgate, J., Richards, JK en Bartlett, SE (2007). Varenicline, een alfa4beta2 nicotine acetylcholinereceptor gedeeltelijke agonist, vermindert selectief het ethanolverbruik en het zoeken. Proc. Natl. Acad. VS 104, 12518-12523. doi: 10.1073 / pnas.0705368104
Stuber, GD, Hopf, FW, Hahn, J., Cho, SL, Guillory, A., en Bonci, A. (2008a). Vrijwillige inname van ethanol verhoogt de exciterende synaptische kracht in het ventrale tegmentale gebied. Alcohol. Clin. Exp. Res. 32, 1714-1720. doi: 10.1111 / j.1530-0277.2008.00749.x
Stuber, GD, Klanker, M., de Ridder, B., Bowers, MS, Joosten, RN, Feenstra, MG, et al. (2008b). Beloning-voorspellende aanwijzingen versterken de exciterende synaptische kracht op de dopamineneuronen van de middenhersenen. Wetenschap 321, 1690-1692. doi: 10.1126 / science.1160873
Swanson, SA, Crow, SJ, Le Grange, D., Swendsen, J., en Merikangas, KR (2011). Prevalentie en correlaten van eetstoornissen bij adolescenten. Resultaten van de nationale comorbiditeitsonderzoek replicatie adolescente supplement. Boog. Gen. Psychiatry 68, 714-723. doi: 10.1001 / archgenpsychiatry.2011.22
Te Morenga, L., Mallard, S., en Mann, J. (2013). Dieetsuikers en lichaamsgewicht: systematische review en meta-analyses van gerandomiseerde gecontroleerde studies en cohortonderzoeken. BMJ 346: e7492. doi: 10.1136 / bmj.e7492
Totterdell, S. en Smith, AD (1989). Convergentie van hippocampus en dopaminerge input op geïdentificeerde neuronen in de nucleus accumbens van de rat. J. Chem. Neuroanat. 2, 285-298.
Tukey, DS, Ferreira, JM, Antoine, SO, D'Amour, JA, Ninan, I., Cabeza de Vaca, S., et al. (2013). Inname van sucrose veroorzaakt een snelle handel in AMPA-receptoren. J. Neurosci. 33, 6123-6132. doi: 10.1523 / JNEUROSCI.4806-12.2013
Veening, JG, Cornelissen, FM en Lieven, PA (1980). De actuele organisatie van de afferenten voor de caudatoputamen van de rat. Een mierikswortelperoxidase-onderzoek. Neurowetenschap leerprogramma 5, 1253–1268. doi: 10.1016/0306-4522(80)90198-0
Ventura, T., Santander, J., Torres, R., en Contreras, AM (2014). Neurobiologische basis van verlangen naar koolhydraten. Voeding 30, 252-256. doi: 10.1016 / j.nut.2013.06.010
Volkow, ND, Wang, GJ, Fowler, JS, Tomasi, D., en Baler, R. (2012). Voedsel- en drugsbeloning: overlappende circuits in menselijke obesitas en verslaving. Curr. Top. Behav. Neurosci. 11, 1–24. doi: 10.1007/7854_2011_169
Wijs, RA (1973). Vrijwillige ethanolinname bij ratten na blootstelling aan ethanol in verschillende schema's. Psychopharmacologia 29, 203-210. doi: 10.1007 / BF00414034
Wright, CI en Groenewegen, HJ (1995). Convergentie- en segregatiepatronen in de mediale kern accumbens van de rat: relaties van prefrontale corticale, middellijn thalamische en basale amygdaloïde afferenten. J. Comp. Neurol. 361, 383-403. doi: 10.1002 / cne.903610304
Sleutelwoorden: eetbui-achtige consumptie, middellange stekelige neuron, nucleus accumbens, sucrose
Aanbeveling: Klenowski PM, Shariff MR, Belmer A, Fogarty MJ, Mu EWH, Bellingham MC en Bartlett SE (2016) Langdurig verbruik van sucrose op een eetbui-achtige manier, verandert de morfologie van medium-spiny-neuronen in de Nucleus Accumbens Shell. Voorkant. Behav. Neurosci. 10: 54. doi: 10.3389 / fnbeh.2016.00054
Ontvangen: 03 december 2015; Geaccepteerd: 07 maart 2016;
Gepubliceerd: 23 maart 2016.
Bewerkt door:
Djoher Nora Abrous, Institut des Neurosciences de Bordeaux, Frankrijk
Beoordeeld door:
Serge H. Ahmed, Centre National de la Recherche Scientifique, Frankrijk
Stéphanie Caille, Centre National de la Recherche Scientifique, Frankrijk
Copyright © 2016 Klenowski, Shariff, Belmer, Fogarty, Mu, Bellingham en Bartlett. Dit is een open access-artikel dat wordt verspreid onder de voorwaarden van de Creative Commons Attribution License (CC BY). Het gebruik, de distributie of de reproductie in andere fora is toegestaan, op voorwaarde dat de oorspronkelijke auteur (s) of licentiegever zijn gecrediteerd en dat de originele publicatie in dit tijdschrift wordt vermeld, in overeenstemming met de geaccepteerde academische praktijk. Geen gebruik, distributie of reproductie is toegestaan die niet aan deze voorwaarden voldoet.
* Correspondentie: Selena E. Bartlett, [e-mail beveiligd]
;
