Biol Psychiatry. Auteur manuscript; beschikbaar in PMC 2014 Jan 8.
Biol Psychiatry. 2013 mei 1; 73 (9): 10.1016 / j.biopsych.2012.11.027.
Gepubliceerd online 2013 Jan 8. doi: 10.1016 / j.biopsych.2012.11.027
PMCID: PMC3885159
NIHMSID: NIHMS537768
De definitieve bewerkte versie van dit artikel is beschikbaar op Biol Psychiatry
Zie commentaar "Diermodellen leiden de weg naar een beter begrip van voedselverslaving en bieden bewijs dat geneesmiddelen die met succes in verslavingen worden gebruikt, succesvol kunnen zijn bij het behandelen van overeten"In Biol Psychiatry, deel 10 op pagina e11.
Abstract
Achtergrond
Er is veel belangstelling om te onderzoeken of beloninggedreven voeding drugsachtige plasticiteit in de hersenen kan veroorzaken. Het gamma-aminoboterzuur (GABA) -systeem in de nucleus accumbens (Acb) -schaal, dat hypothalamische voersystemen moduleert, is goed geplaatst om homeostatische controle van voeding te 'overnemen'. Niettemin is het onbekend of door het voer veroorzaakte neuroadaptaties in dit systeem voorkomen.
Methoden
Afzonderlijke groepen van ad libitum-onderhouden ratten werden blootgesteld aan dagelijkse aanvallen van gezoet-vet-inname, predatorstress of intra-Acb-schaalinfusies van ofwel d-amfetamine (2 of 10 μg) of de μ-opioïde agonist D- [Ala2, N-MePhe4, Gly-ol] -enkephalin (DAMGO, 2.5 μg), vervolgens uitgedaagd met intra-Acb-schaalinfusie van de GABAA agonist, muscimol (10 ng).
Resultaten
Blootstelling aan gezoete vet robuust gesensibiliseerde voeding door muscimol. Sensibilisatie was 1 week na stopzetting van het smakelijke voedingsregime maar was afgenomen met 2 weken. Ratten blootgesteld aan gezoet vet vertoonden geen veranderde voedingsreactie op voedseldeprivatie. Herhaalde intra-Acb-schaalinfusies van DAMGO (2.5 μg) waren ook gevoelig voor intra-acb-schaal muscimol-aangedreven voeding. Noch echter herhaalde intra-Acb-schaal d-amfetamine-infusies (2 of 10 μg) noch intermitterende blootstelling aan een aversieve stimulus (predatorstress) veranderde de gevoeligheid voor muscimol.
Conclusies
Een smakelijke voeding veroorzaakt overgevoeligheid van de GABA-responsen van de Acb-schaal; dit effect kan een door voer veroorzaakte afgifte van opioïde peptiden inhouden. Verhoogde opwinding, aversieve ervaringen of verhoogde catecholaminetransmissie alleen zijn onvoldoende om het effect te produceren, en een door honger veroorzaakte voedingsdrive is onvoldoende om het effect te onthullen. Deze bevindingen onthullen een nieuw type voedselgeïnduceerde neuroadaptatie binnen de Acb; mogelijke implicaties voor het begrijpen van cross-over effecten tussen voedselbeloning en drugsprijs worden besproken.
Er wordt verondersteld dat een belangrijke factor die bijdraagt aan de huidige "epidemie" van obesitas de prevalentie is van goedkope, zeer smakelijke, energierijke voedingsmiddelen die niet-homeostatisch voedingsgedrag stimuleren door hun sterk lonende eigenschappen (1-3). Omdat deze voedingsmiddelen dezelfde centrale paden hebben die betrokken zijn bij verslaving (4-6), er is veel belangstelling geweest om te bepalen of hun inname neuroplastische veranderingen teweegbrengt die verwant zijn aan die geproduceerd door drugs van misbruik. De systemen die in dit opzicht de meeste aandacht krijgen, zijn de dopamine- en opioïde-systemen in de nucleus accumbens (Acb). Verschillende groepen hebben aangetoond dat herhaalde blootstelling aan eetbare voeding, vooral op met suiker of vet verrijkte voedingsmiddelen, de dynamiek van neurotransmitters, receptor-gevoeligheid en genexpressie binnen deze systemen sterk beïnvloedt en bingelike voedingspatronen en andere gedragsveranderingen veroorzaakt die doen denken aan verslavingsprocessen (7-13).
Een andere belangrijke speler in de neurale controle van appetitief gedrag is het Acb-gelokaliseerde gamma-aminoboterzuur (GABA) -systeem. Acute remming van Acb-shell-neuronen met GABA-agonisten roept een massieve voedingsrespons op bij verzadigde ratten; dit effect behoort tot de meest dramatische syndromen van medicijngeïnduceerde hyperfagie opgewekt vanaf elke plek in de brain (14-19). Deze hyperfagie is gedeeltelijk het gevolg van de rekrutering van peptide-gecodeerde hypothalamische systemen die betrokken zijn bij energiebalansregulering (20-22). Verder is de anterieure Acb-schaal de enige telencephalische plaats waarvan bekend is dat deze GABA-geïnduceerde facilitering van hedonistische smaakreactiviteit ondersteunt (23). De Acb-shell is daarom voorgesteld als een essentieel knooppunt in het voorhersenenetwerk dat stroomafwaartse energie-evenwichtssystemen moduleert in overeenstemming met affectieve / motivationele onvoorziene omstandigheden. (24-26). Een netwerkknooppunt met deze eigenschappen zou daarom een cruciale plaats kunnen vormen voor smakelijke door voer geïnduceerde neuroplasticiteit; verrassend is echter dat het Acb shell GABA-systeem in dit opzicht niet is bestudeerd.
Ons doel in deze studie was om te beoordelen of herhaalde ervaringen met beloninggedreven, niet-homeostatische voeding neuroadaptaties in GABA-systemen met Acb shell tot gevolg hebben. We ontdekten dat een bescheiden regime van intermitterende zoet-vetinname robuust voedingsreacties gevoelig maakt die worden opgewekt door directe stimulering van GABAA receptoren in de Acb-schaal. We onderzochten de gedrags- en farmacologische mechanismen die ten grondslag liggen aan dit effect, met de nadruk op de mogelijke betrokkenheid van lokale intra-Acb-shell opiatergische en dopaminerge mechanismen.
Methods and Materials
vakken
Mannelijke Sprague-Dawley-ratten (Harlan Laboratories, Madison, Wisconsin) met een gewicht van 300 tot 325 g bij aankomst werden gehuisvest in paren in heldere kooien met ad libitum toegang tot voedsel en water (behalve bepaalde experimenten zoals later beschreven) in een licht- en temperatuurbereik. gecontroleerd vivarium. Ze werden onderhouden onder een 12-h licht / donker-cyclus (licht aan bij 7: 00 AM). Alle faciliteiten en procedures waren in overeenstemming met de richtlijnen met betrekking tot het gebruik en de verzorging van dieren van de Amerikaanse National Institutes of Health en werden gecontroleerd en goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee van de University of Wisconsin.
Chirurgie en plaatsingverificatie
Bilaterale roestvrijstalen geleidecanules gericht op de Acb-schaal (23-gauge) werden geïmplanteerd volgens standaard stereotaxische procedures [voor details, zie Baldo en Kelley (27)]. Coördinaten van de infusieplaats (in millimeters vanaf de bregma) waren + 3.2 (anteroposterior); + 1.0 (lateromediaal); -5.2 van het schedeloppervlak (dorsoventral). Draadstijlen werden in de canules geplaatst om blokkering te voorkomen en ratten werden tot 7 dagen vóór het testen hersteld. Aan het einde van elk experiment werden de canulesplaatsingen bepaald door Nissl-gekleurde hersensecties te bekijken onder lichtmicroscopie (voor meer informatie, zie Supplement 1). Ratten met onjuiste canulesplaatsingen werden uit de statistische analyse verwijderd; de groepsgroottes in deze sectie vertegenwoordigen de definitieve groepsgroottes nadat onderwerpen met onjuiste plaatsingen werden weggelaten.
Geneesmiddelen en micro-infusies
Roestvrijstalen injectoren (30-gauge) werden neergelaten om 2.5 mm voorbij de punt van de geleidecanules uit te strekken. Bilaterale drukinjecties werden uitgevoerd met behulp van een microdrive-pomp. Geneesmiddelen werden toegediend met een snelheid van .32 pL per minuut. De totale duur van de infusie was 93 sec, wat resulteerde in een totaal infusievolume van .5 μL per zijde. Na infusies werden injectoren op hun plaats gelaten voor 1 min om diffusie van het injectaat mogelijk te maken vóór vervanging van stilets. Muscimol, D- [Ala2, N-MePhe4, Gly-ol] -enkephaline (DAMGO) en d-amfetamine (AMPH) werden allemaal opgelost in .9% steriele zoutoplossing.
Smaakvol voedingsschema
Ratten werden gedurende 30 opeenvolgende dagen blootgesteld aan twee 5-min-sessies (een ochtend- en middagsessie) per dag. Deze sessies vonden plaats in plexiglas-testkooien die identiek zijn aan de huiskooien, behalve met draadroostervloeren om gemakkelijk voedselresten te verzamelen. Tijdens de ochtendsessie (11: 00-11: 30 AM) werden ratten ofwel gezoet vet aangeboden (experimentele groep; n = 14) of standaard voer (controlegroep; n = 14) en toegestaan om vrij te eten. Het gezoete vet was een Teklad experimenteel dieet (TD 99200) bestaande uit bakvet met 10% sucrose, met een energiedichtheid van 6.2 kcal / g (voor meer informatie, zie Supplement 1). Water was beschikbaar voor beide groepen. Ze werden vervolgens teruggebracht naar hun huiskooien, met voedsel en water vrij beschikbaar. In de middagsessies (3: 00-3: 30 PM) werden de ratten opnieuw in de testkooien geplaatst, maar beide groepen kregen standaard voer (en water). Aldus ervoeren ratten in de experimentele groep zowel smakelijke voeding als standaardvoer in de testomgeving. Dit werd gedaan om de experimentele groep te acclimatiseren met het ontvangen van chow in de testkooien, omdat chow werd gebruikt in de tweede fase van het experiment (zie 'Lage dosis Muscimol-uitdaging in de testomgeving' hieronder). De inname in de testkooien werd elke dag geregistreerd. Standaard voer (laboratorium-dieet van Teklad knaagdieren) en water waren te allen tijde beschikbaar in de kooien.
Stressor-blootstellingsregime
Deze manipulatie imiteerde het smakelijke voedingsschema van de 5-dag, behalve dat ratten in de experimentele groep (n = 11) kreeg een aversieve stimulus (predatorstress), in plaats van smakelijk voedsel, in de ochtendsessies. Elke rat werd dagelijks in een beschermende metalen roosterkooi geplaatst (7 in × 8 in × 9 in) die voor 5 min in de huiskooi van de fret (een natuurlijk roofdier van ratten) werd geplaatst. De beschermende kooien lieten de dieren elkaar zien, horen en ruiken, maar verboden fysiek contact. Van dit blootstellingsniveau is bekend dat het de plasma-corticosteronspiegels aanzienlijk verhoogt en een verhoogde opwinding en waakzaamheid bevordert die ten minste 30 min. Blijft duren na beëindiging van de blootstelling aan fret (28,29). Controleratten (n = 10) werden in identieke kleine beschermende kooien geplaatst en verplaatst naar een nieuwe, maar neutrale (dwz geen fretten) kamer. Na 5-min-fret of neutrale blootstelling werden experimentele en controleratten uit de kleine kooien verwijderd en direct in de standaard plexiglas testkooien geplaatst (zie "Eetbaar voedingsschema" voor details) in een testkamer die verschilt van ofwel de fret of neutrale ruimte , voor een 30-min-sessie (11: 00-11: 30 AM). Voedsel (standaard rattenvoer) en water waren vrij verkrijgbaar. Alle ratten werden na deze sessie naar hun thuiskooien teruggebracht. Om het smakelijke voedingsschema verder na te bootsen, werden alle ratten vervolgens blootgesteld aan een tweede dagelijkse 30-min-sessie (3: 00-3: 30 PM) in dezelfde testkooien als hun ochtendkooien, maar zonder fret (of neutrale) blootstelling . Nogmaals, voedsel en water waren vrij beschikbaar voor deze middagsessie. Ratten werden na voltooiing van het testen naar hun thuiskooien teruggebracht.
Herhaald AMPH-regime
Deze manipulatie bootste het smakelijke voedingsschema van 5-dag na, behalve dat ratten in de experimentele groep dagelijks intra-acb-schaalinfusies van AMPH ontvingen in plaats van smakelijke voeding voor hun dagelijkse ochtendsessies. Intra-Acb-schaalinfusies van AMPH (2 of 10 μg, n = 11 voor elke dosis) of zoutoplossing (n = 20) werden gegeven onmiddellijk voordat de ratten in de testkooien werden geplaatst voor hun ochtendsessies (11: 00-11: 30 AM). Standaard rattenvoer en water waren gedurende deze tijd vrij beschikbaar en opname werd geregistreerd. AMPH-geïnduceerde hyperactiviteit werd gemonitord door een experimentator die blind was voor de behandeling, met behulp van een tijdbemonstergedrag observatieprocedure waarbij het aantal keren dat vier gedragingen plaatsvonden (kooi-kruising, opvoeding, gericht snuiven en verzorgen) werd vastgelegd in 20-sec. tijdbakken elke 5 min voor elke rat. Ratten van het predator-stress-experiment werden hergebruikt voor de 2-μg AMPH-groep.
Alle ratten kregen een tweede dagelijkse blootstelling aan de testkooien (3: 00-3: 30 PM) met standaardvoer en water aanwezig, maar zonder medicijninfusies. Ratten werden na voltooiing van het testen naar hun thuiskooien teruggebracht.
Low-Dose Muscimol-uitdaging in de testomgeving
Na 5-dagen van blootstelling aan het gezoete vet, predatorstress of herhaalde AMPH-manipulaties, ontvingen ratten bilaterale intra-Acb-schaaluitdagingen met zoutoplossing en muscimol (10 ng / .5 μL per zijde) in de testomgeving. Zoutoplossing werd op de zesde dag aan alle ratten gegeven (dwz 1-dag na stopzetting van hun respectieve behandelingsmanipulaties op de 5-dag) en intra-acb-schaal muscimol op de zevende dag. Op elk van deze dagen ontvingen ratten hun intra-Acb-schaalinfusies onmiddellijk voorafgaand aan plaatsing in de testkooien voor hun gebruikelijke middagsessie (3: 00-3: 30 PM). Er werden op deze dagen geen ochtendsessies gegeven. Voedsel (standaardvoer) en water waren vrij verkrijgbaar. Inname werd gemeten en ratten werden na voltooiing van het testen naar hun thuiskooien teruggebracht. Chow werd gebruikt voor deze fase van het experiment omdat alle groepen eerder chow hadden ontvangen in de testomgeving, waardoor de verwarring van voedselnieuwigheid werd geëlimineerd. Bovendien was er, omdat de baselinewaarden van de inname van voer laag waren, minder kans op plafondeffecten voor muscimol-geïnduceerde hyperfagie.
Een subset van de ratten blootgesteld aan het smakelijke voedingsregime (n = 10 gezoet vet, n = 10-controles voor het voer) kregen extra zout- en muscimolinfusies 7 dagen na het einde van het blootstellingsschema met gezoet vetgehalte, zonder daartussen gezoete vetstof. Een derde zoutoplossing / muscimol-infusiesequentie werd aan deze ratten 14 dagen na het einde van het protocol gegeven, wederom zonder tussentijdse blootstelling aan gezoet vet.
Merk op dat de volgorde van zoutoplossing en muscimolinfusies niet was gecompenseerd (dat wil zeggen, zoutoplossing was altijd eerst), zodat elke mogelijke context of cue-geïnduceerde geconditioneerde voedingsresponsen konden worden gedetecteerd op de zoutoplossing-uitdagingsdag zonder de interpretatieve verwarring van een voorgaande muscimol. uitdaging. Merk ook op dat er voor de 10-μg AMPH-groep op 50 een extra muscimoluitdaging (8 ng) werd gegeven.
Food-Deprivation Challenge in de testomgeving
Ratten werden onderworpen aan het smakelijke voedingsregime voor 5-dagen zoals eerder beschreven (n = 10 voor de groep met gezoete vetten, n = 11 voor de chow-besturingsgroep). Op de zesde dag kregen alle dieren een infusie met zoutoplossing en werden ze getest in hun gebruikelijke middagsessie (3: 00-3: 30 PM) met standaard voer en water beschikbaar. Er was geen ochtendsessie. Vervolgens ontvingen alle ratten een uitdaging om voedsel te onthouden, waarbij het eten 18 uren voor het testen werd verwijderd uit de thuissegmenten (dwz op de avond van de dag waarop de zoutoplossing werd uitgedaagd). De volgende dag kregen deze voedselarme ratten intra-Acb-schaal zoutoplossinginfusies en werden ze in de testkooien geplaatst (met standaardvoer en water aanwezig) in de middagtesttijd, zonder ochtendsessie. Inname werd gemeten en ratten werden na voltooiing van het testen naar hun thuiskooien teruggebracht.
DAMGO / Muscimol kruissensibilisatie
We hebben voor dit experiment een iets ander ontwerp gebruikt, omdat 2.5-μg DAMGO sedatie veroorzaakt bij de eerste blootstelling aan geneesmiddelen door de rat; deze sedatie neemt af in ongeveer 30 tot 45 min (waarna ratten beginnen te eten voor ~ 90 min). Daarom gebruikten we een enkele dagelijkse 2-uur durende sessie zonder middagsessie. Ad libitum-onderhouden ratten kregen vier intra-Acb-schaalinfusies (één infuus per dag, elke andere dag) van ofwel steriel .9% zoutoplossing (n = 7) of DAMGO (2.5 μg / .5 μL per zijde; n = 6). Na infusie werden ratten onmiddellijk in testkooien geplaatst voor 2 h (11: 00 AM-1: 00 PM) met toegang tot standaard voer en water. Achtenveertig uur na de laatste van de herhaalde behandelingen ontvingen de proefpersonen een intra-Acb-schaalinfusie van steriele zoutoplossing en werden ze gedurende 2-uren in de testkooien geplaatst met standaard voer en water. Twee dagen later werden ze uitgedaagd met muscimol (10 ng / .5 μL), opnieuw geplaatst onmiddellijk na infusie in de testkooien gedurende 2 uren met standaard voer en water. Op elke testdag werd de inname geregistreerd en ratten werden onmiddellijk na afloop van de testsessie teruggebracht naar hun thuiskooien.
Statistische analyse
Twee-factor variantieanalyses (behandeling × dag of behandelingsgeschiedenis x drugprovocatie, zoals van toepassing) met geplande vergelijkingen werden gebruikt om verschillen tussen experimentele manipulaties (dieet, medicamenteuze behandeling, stress) en respectieve controles te beoordelen. Alpha was ingesteld op p <.05. Analyses werden uitgevoerd met StatView-software (SAS Institute, Cary, North Carolina).
Resultaten
Intermitterende periodes van gezoete vetopname Sensibiliseren de voedingsrespons uitgegeven door Intra-Acb Shell Muscimol
De inname van gezoet vet in de ochtend-voedselsessies escaleerde in de loop van het 5-dag intermitterend-toegangsprotocol [F(4,52) = 13.3; p <.0001; Figuur 1A]. Op de vijfde dag was de gemiddelde inname van gezoet vet 4.9 g, equivalent aan 30.4 kcal, vergeleken met de gemiddelde inname van 1.8 kcal van chow in de controlegroep. Belangrijk is dat er in de loop van het 5-dag protocol [geen algemeen verschil in lichaamsgewicht tussen de gezoete vet- en chow-groepen was [F(1,26) = .3; niet significant (ns)], en geen dieet × daginteractie op lichaamsgewicht [F(4,104) = 1.2; NS]. Vandaar dat ratten in de experimentele groep de verhoogde calorie-inname leken te compenseren, waarschijnlijk door hun ad libitum-chow-inname in de thuiskooien te verminderen (dwz de korte afleveringen van blootstelling aan gezoet vet veroorzaakten geen obesitas-achtige effecten). Voor de middagsessies, waarin beide groepen chow werden aangeboden, waren er geen tussentijdse verschillen in inname en geen interactie tussen dieet × dag (Fs = .2-1.3; NS). Vandaar dat de ochtend-gezoete vetblootstelling geen invloed had op de lage voedingssnelheid die werd gezien in de namiddagsessie voor inname van melk.
Na voltooiing van dit protocol met intermitterende toegang werden alle ratten uitgedaagd met intra-Acb-schaalinfusies van zoutoplossing en muscimol (10 ng). Ratten blootgesteld aan gezoet vet vertoonden geen veranderde voedingsreactie op zoutoplossing in vergelijking met controles die blootgesteld waren aan chow. Ze vertoonden echter een robuuste, zeer significante sensibilisatie voor door muscimol geïnduceerde voedselinname (interactie tussen dieet × geneesmiddel [F(1,26) = 13.6, P = .001; Figuur 2 voor specifieke vergelijkingen]. Waterinname was onaangetast. Zoals getoond in Figuur 2, muscimol-sensibilisatie was nog steeds 7 dagen na het gezoete-vetregime [F(1,18) = 9.3; p = .007]; 14 dagen na blootstelling was de gevoeligheidsrespons echter afgenomen [F(1,14) = 1.6; NS]. Ten slotte vertoonden ratten die waren blootgesteld aan het gezoete-vetregime geen verhoogde voedingsrespons op een 18-uur uitdaging van voedselontzegging in vergelijking met hun aan chow blootgestelde tegenhangers [F(1,19) = .004, ns; Figuur 2].
Kruisgevoeligheid tussen μ-Opioïde Receptor en GABA Receptorstimulatie in de Acb Shell
Zoals getoond in Figuur 3, intra-Acb-schaal DAMGO genereerde robuuste hyperfagie op elk van de 4-injectiedagen van de "herhaalde DAMGO" -fase [F(1,11) = 62.3; p <.0001]. Na deze herhaalde behandelingen hebben we de ratten uitgedaagd met zoutoplossing en muscimol; voor deze uitdagingen leverde variantieanalyse sterke hoofdeffecten op van de geschiedenis van chronische behandeling [F(1,11) = 7.8; p = .018] en druguitdaging [F(1,11) = 12.1; p = .005], maar geen interactie [F(1,11) = 1.4; NS]. Desondanks toonden geplande vergelijkingen tussen de DAMGO- en zoutgroep voor elk van de challenge-injecties aan dat de voedselinname als reactie op de intra-acb-schaalmuscimoluitdaging significant hoger was bij met DAMGO behandelde ratten vergeleken met zoutoplossing-voorbehandelde ratten (p <.05), maar dat de respons op een provocatie met zoutoplossing niet verschilde tussen de groepen.
Afwezigheid van overgevoeligheid voor Muscimol na herhaalde, intermitterende blootstelling aan stress of intra-acb shell AMPH-infusies
Twee experimenten werden uitgevoerd om de effecten van predatorblootstelling en herhaalde AMPH-behandelingen op daaropvolgende gevoeligheid voor muscimol te testen. Eerst ondergingen ratten een 5-dag intermitterend predator-blootstellingsregime gevolgd door intra-Acb-shell zoutoplossing en muscimol (10 ng) uitdagingen. Zoals getoond in Figuur 4, deze voorgeschiedenis van stressor blootstelling veranderde niets aan de voedingsrespons op een volgende muscimol challenge [F(1,19) = 1.1, ns]. Vervolgens werden dezelfde ratten onderworpen aan een 5-dagschema van dagelijkse intra-Acb shell AMPH-infusies (2 μg). Zoals verwacht, produceerde AMPH robuuste motoractivatie zoals weerspiegeld in "samengestelde activiteitsscores" van kooikruising, opfok, gericht snuiven en grooming (zie methoden en materialen) in vergelijking met met zoutoplossing behandelde ratten [F(1,22) = 53.9; p <.0001; Figuur 5A], wat aangeeft dat de dosis duidelijk gedragsmatig actief was. Acute AMPH-behandelingen hadden echter geen invloed op het ingenomen gedrag [interactie behandeling × dag: F(4,76) = .5, ns; data niet weergegeven]. Na voltooiing van de herhaalde AMPH- of zoutoplossing-behandelingsfase van het experiment werden alle ratten uitgedaagd met intra-Acb-schaal zoutoplossing en muscimol. AMPH veranderde de gevoeligheid voor door muscimol veroorzaakte voeding niet significant (Figuur 5B). Er was een significant voorbehandeling × behandeleffect [F(1,19) = 3.6; p = .02]; geplande vergelijkingen brachten echter aan het licht dat deze interactie voornamelijk te wijten was aan een groot verschil in antwoorden op zoutoplossing versus muscimoluitdagingen in de AMPH-groep (p = .0009). Er was echter geen significant verschil tussen de zout- en AMPH-groepen als reactie op de muscimol-challenge (p = .11).
Om de effecten van meerdere AMPH-infusies op de gevoeligheid voor muscimol verder te onderzoeken (aangezien gestreste ratten werden hergebruikt voor het AMPH-experiment en deze eerdere stresservaring hun AMPH-respons had kunnen veranderen), werd een tweede experiment uitgevoerd in een aparte groep naïeve ratten waarin proefpersonen ondergingen een 5-dagschema van intra-Acb-schaalinfusies met een hogere AMPH-dosis (10 μg), gevolgd door intra-Acb-schaaluitdagingen met zoutoplossing en twee doses muscimol (10 en 50 ng). We hebben opnieuw een robuuste acute motoractivatie gezien als reactie op de AMPH-infusies [F(1,22) = 83.7; p <.0001; Figuur 6], maar geen effecten op het eten [F(4,76) = 1.7, ns]. Wanneer deze ratten werden geprovoceerd met 10-ng of 50-ng intra-Acb-schaal muscimol, slaagden ze er niet in gesensibiliseerde voedingsreacties [F(2,38) = 1.4; NS]. Als een positieve controle werden ratten in de AMPH-groep vervolgens blootgesteld aan het 5-dag-gezoet-vetregime (en ratten in de zoutgroep aan het voerregime); alle ratten werden daarna uitgedaagd met een intra-Acb-schaalinfuus van 10-ng muscimol. We hebben een gevoeligheidsreactie van muscimol waargenomen bij deze ratten na blootstelling aan gezoet vet [F(1,19) = 5.8; p = .027; inzet, Figuur 6], wat aantoont dat dezelfde ratten die geen sensibilisatie vertoonden na herhaalde AMPH-infusies in staat waren tot het ontwikkelen en tot expressie brengen van muscimol-sensibilisatie in reactie op blootstelling aan gezoet vet.
Cannulae-plaatsingen
Figuur 7 toont een schematische afbeelding van canulesplaatsingen van alle experimenten in deze studie. Zoals te zien is in de figuur, viel de overgrote meerderheid van de plaatsingen (95%) binnen de voorste helft van de mediale Acb-schaal, inclusief de verre rostrale sector. Vijf procent van de plaatsingen daalde slechts caudaal naar het middelpunt van de anteroposterieure omvang van de schaal, binnen de sector die positieve reacties oplevert, maar rostraal naar de zone die defensiefachtig gedrag oplevert (18). Plaatsingen binnen deze zones waren gelijkmatig vertegenwoordigd in alle experimenten en er waren geen systematische verschillen in gedrags- of farmacologische effecten als gevolg van de plaatsingsvariabiliteit in de anteroposterieure as.
Discussie
In deze studie demonstreren we een nieuw type door voer geïnduceerde aanpassing in de hersenen. Met tussenpozen van gezoete vetconsumptie werd het voedingseffect dat werd opgewekt door een lage dosis muscimoluitdaging in de Acb-schaal robuust gesensibiliseerd; het gesensibiliseerde effect was ruwweg gelijk aan dat van een vijfmaal hogere dosis muscimol bij naïeve ratten. Deze overgevoeligheid leek niet het niet-specifieke gevolg te zijn van gegeneraliseerde opwinding of omgevingsdiversificatie geassocieerd met de intermitterende blootstelling aan gezoet vet. Dienovereenkomstig herhaalde blootstelling aan zeer opwindende stimuli (intermitterende stressorblootstelling), zelfs die met positieve motivatievalentie (intra-Acb shell AMPH) (30-33), waren niet voldoende om muscimol-geïnduceerde voeding te sensibiliseren. Daarentegen leverden intra-Acb-omhullende DAMGO-infusies, die tijdens de sensibilisatie-inductiefase van het experiment voeding opwekten, robuuste kruisgevoeligheid voor muscimol. Vandaar dat een gemeenschappelijke eigenschap van de inname van gezoet vet en de door μ-opioïden geregelde chow-inname, afgezien van hun verhoging van algemene opwinding, vereist is voor de inductie van GABA-sensitisatie. Dit impliceert impliciet dat orosensorische of postingestieve eigenschappen die specifiek zijn voor suiker of vet niet verplicht zijn voor de ontwikkeling van muscimol-sensibilisatie. In plaats daarvan kan het algemene inducerende mechanisme herhaalde μ-opioïde signalering in de Acb-schaal zijn, geproduceerd hetzij door exogene DAMGO-toediening hetzij door endogene p-opioïde peptideafgifte veroorzaakt door gezoete vetgorging.
In dit verband is aangetoond dat stimulatie van intra-Acb μ-opioïde receptoren op het niveau van de Acb opioïde-sensitisatie en een geconditioneerde voedingsrespons op daaropvolgende zoutuitdaging (34). Deze effecten zijn dopamine-onafhankelijk (35), evenals andere door Acb gelokaliseerde, μ-opioïde-gemedieerde processen zoals de versterking van de hedonische smaakreactiviteit (30,36,37). In algemene zin is het falen van herhaalde AMPH-infusies om door muscimol geïnduceerde voeding te sensibiliseren, in overeenstemming met deze bevindingen; dus kan kruisovergevoeligheid van opioïd-GABA een type van dopamine-onafhankelijke neuroadaptatie in het acb vertegenwoordigen. Interessant genoeg hebben we geen geconditioneerde voedingsreactie waargenomen op de zoutuitdaging bij met DAMGO behandelde ratten. Merk echter op dat de inductie van het opioïd-geconditioneerde voedingseffect variabel kan zijn en meer dan vier herhaalde behandelingen vereist (V. Bakshi, persoonlijke communicatie, juni 2012). Desalniettemin geven deze resultaten aan dat een geconditioneerd voedingseffect (ten minste één dat kan worden onthuld door zoutuitdaging) niet vereist is voor de expressie van opioïde-GABA kruissensibilisatie. Bovendien hebben we nooit verhoogde voedingsresponsen gezien bij op vetweefsel blootgestelde ratten in de middag-chow-sessies, of als reactie op zout- of hongerproblemen, wat wijst op een zekere mate van specificiteit in het opwekkingsmechanisme voor de gesensitiseerde voedingsrespons.
Het neurale mechanisme dat ten grondslag ligt aan het voedingsgedrag veroorzaakt door muscimol en andere aminozuurmanipulaties in de Acb-schaal lijkt de verstoring van de balans van door AMPA gemedieerde excitatoire en door GABA gemedieerde remmende signalering op middellang-spiny-neuronen te zijn. Wanneer het netto-effect een vermindering van de activiteit van deze neuronen is, hetzij door GABA-gemedieerde remming of door blokkering van glutamaatreceptoren van het AMPA-type, wordt robuuste hyperfagie getriggerd (14,23,38,39). Vandaar dat een klakkige verklaring voor onze resultaten is dat herhaalde activering van μ-opioïde receptoren (door exogeen toegediende DAMGO of door endogene opioïde peptide-afgifte opgewekt door gezoete vet-gorging) hetzij een directe verandering in GABA bewerkstelligt.A receptor-gevoeligheid op zich, of een meer algemene verandering in de balans van excitatoire / remmende transmissie, zodat de drempel voor door GABA gemedieerde remming gemakkelijker te bereiken is. Herhaalde behandeling met opioïde agonisten (morfine) veroorzaakt bepaalde effecten in deze richting, zoals opregulatie GABAA bindingsplaatsen en door muscimol gestimuleerde chlorideopname in synaptosomen (40), vergroting van GABAA δ-subunit-expressie in de Acb-shell (41) en internalisatie van de GluR1-subeenheid van AMPA-receptoren in de Acb-shell (42). Elk van deze mechanismen (of hun combinatie) op het niveau van de Acb-schaal zou mogelijk overgevoelig kunnen zijn voor door muscimol geïnduceerde neurale remming. Niettemin zijn andere verklaringen mogelijk; er kunnen bijvoorbeeld ook neuroadaptaties zijn in "output" knooppunten van het netwerk waardoor Acb-shell-gemedieerd voedingsgedrag tot expressie wordt gebracht (zoals de laterale hypothalamus). Aanvullende studies zijn nodig om deze mogelijkheid te testen.
Wat de klinische relevantie van deze bevindingen betreft, is een interessante mogelijkheid dat GABA-overgevoeligheid in de Acb-shell zich ontwikkelt als reactie op onvoorziene omstandigheden in de omgeving die intermitterende, fasische verhogingen in μ-opioïde signalering veroorzaken, zoals herhaalde "binges" van eetbare voeding. DeIn deze context zou de GABA-verandering een feed-forward mechanisme kunnen zijn voor verder ontregeld appetijtgedrag. Onze resultaten kunnen ook implicaties hebben voor het begrip van "cross-over" -effecten tussen voedselbeloning en bepaalde drugsmisbruik. Een voor de hand liggende kandidaat is alcohol (EtOH), waarvan de effecten worden gemoduleerd door zowel μ-opioïde als GABA-systemen in de Acb (43-45). Interessant is dat sommige studies associaties hebben gerapporteerd tussen eetbuien, eetbuien en pathologisch alcoholgebruik bij mensen (46,47). In dierstudies verminderde GABA- of opioïdreceptorblokkade in de Acb-schaal de inname van EtOH [(48,49), maar zie Stratford en Wirtshafter (50)] en, opvallend genoeg, wordt EtOH direct zelf toegediend in de Acb-schaal (51). Bovendien onthulde een recente positron emissie tomografie studie dat μ-opioïde signalering in de Acb gepaard gaat met de inname van een gezoete alcoholische drank (52). Op cellulair niveau is aangetoond dat ACb-shell gelokaliseerd GABA isA receptoren die de δ-subeenheid bevatten, moduleren de gedragseffecten van een lage dosis EtOH-consumptie (53); zoals eerder vermeld, wordt expressie van het gen voor deze subeenheid opgereguleerd in de Acb-schaal door herhaalde stimulatie van de μ-opioïde receptor (41). Daarom is het mogelijk dat de afgifte van μ-opioïde peptiden door smakelijk eten "tussendoortjes" in de context van EtOH-drinken of de consumptie van gezoete EtOH-dranken (zoals die verkocht aan jeugdige drinkers) kan leiden tot snel ontwikkelende opioïd-afhankelijke neuroadaptaties. in Acb shell aminozuurgecodeerde circuits. Deze hypothese, hoewel speculatief, leidt tot toetsbare voorspellingen met betrekking tot een mogelijke context waarin GABA-sensitisatie in hersenbeloningscircuits van kwetsbare individuen smakelijke voedingsmiddelen als een "gateway-medicijn" zou kunnen gebruiken voor de escalatie van voedselbesmetting en EtOH-inname.
Aanvullend materiaal
Aanvullend bestand
Dankwoord
Dit werk werd ondersteund door National Institutes of Health Grant Nos. DA 009311 en MH 074723. Een deel van deze gegevens werd in abstracte vorm gepresenteerd tijdens de 2009-bijeenkomst van de Society for the Study of Ingestive Behavior-conferentie in Portland, Oregon.
voetnoten
De auteurs rapporteren geen biomedische financiële belangen of potentiële belangenconflicten.
Aanvullend materiaal geciteerd in dit artikel is online beschikbaar.
Referenties
;