Uiteenlopende circuits die ten grondslag liggen aan voedselbeloning en opname-effecten van ghreline: dopaminerge VTA-accumbens-projectie bemiddelt het effect van ghreline op voedselbeloning maar niet op voedselinname (2013)

Neurofarmacologie. 2013 okt; 73: 274-83. doi: 10.1016 / j.neuropharm.2013.06.004. Epub 2013 Jun 14.

Skibicka KP1, Shirazi RH, Rabasa-Papio C, Alvarez-Crespo M, Neuber C, Vogel H, Dickson SL.


In de spots

  • Intra-VTA ghreline koppelt accumulerende D1- en D2-receptoren

  • Voedseldeprivatie verhoogt het gedrag van voedselbeloningen via accumale D1- en D2-receptoren

  • Voedselinname wordt niet beïnvloed door opeenvolgende D1- en D2-manipulaties.

  • Voedselbeloningsgedrag en eenvoudige voerinname worden geregeld door verschillende schakelingen.

  • NAc dopamine speelt een belangrijke rol bij de beloning van voedingsmiddelen, maar niet bij de voedselinname.


Abstract

Obesitas heeft wereldwijde epidemische proporties aangenomen en het creëert een dringende behoefte om mechanismen te begrijpen die ten grondslag liggen aan excessieve en ongecontroleerde voedselinname. Ghreline, het enige bekende circulerende orexigeen hormoon, verhoogt het gedrag van voedselbeloningen potentie. Het neurochemische circuit dat ghreline koppelt aan het mesolimbische beloningssysteem en het verhoogde voedselbeloningsgedrag blijft onduidelijk.

Hier onderzoeken we of VTA-NAc dopaminerge signalering vereist is voor de effecten van ghreline op de beloning en inname van voedsel. Daarnaast onderzoeken we de mogelijkheid van endogene ghreline die inwerkt op de dopamine-neuronen van VTA-NAc. Een D1-achtige of een D2-receptorantagonist werd in het NAc geïnjecteerd in combinatie met ghreline-micro-injectie in de VTA om te onderzoeken of deze blokkade het door ghreline geïnduceerde voedselbeloningsgedrag verzwakt. VTA-injecties van ghrelin produceerden een significante toename van voedselmotivatie / beloningsgedrag, zoals gemeten door sucrose-geïnduceerde progressieve ratio operante conditionering en chow-inname. Voorbehandeling met een D1-achtige of D2-receptorantagonist in het NAc blokkeerde het beloningseffect van ghreline volledig, waardoor de inname van het voer intact bleef. We vonden ook dat dit circuit potentieel relevant is voor de effecten van endogeen vrijgegeven ghreline, omdat beide antagonisten het vasten (een toestand van hoge circulerende niveaus van ghrelin) verhoogd sucrose-gemotiveerd gedrag verminderden, maar geen hyperfagie van het voer.

Samengenomen identificeren onze gegevens de VTA tot NAc dopaminerge projecties, samen met D1-achtige en D2-receptoren in het NAc, als essentiële elementen van de ghrelin-responsieve circuits die het gedrag van voedselbeloningen controleren. Interessant resultaten suggereren ook dat voedselbeloningsgedrag en eenvoudige inname van chow worden geregeld door divergerende schakelingen, waarbij NAc-dopamine een belangrijke rol speelt bij voedselbeloning maar niet bij voedselinname.

trefwoorden

  • ghreline;
  • Voedselmotivatie;
  • Voedselinname;
  • Te veel eten;
  • Operante conditionering;
  • dopamine;
  • D1;
  • D2

1. Inleiding

Het circulerende hormoon ghreline en de neurale circuits waardoor het werkt, zijn goed onderzocht in de context van obesitas en eetlustbeheersing (Skibicka en Dickson, 2011), ook ingegeven door therapeutische mogelijkheden in dit ziektegebied (Cardona Cano et al., 2012). Ghreline is uniek in de circulerende darmpeptiden doordat het de voedselinname verhoogt (Wren et al., 2000, Inui, 2001, Shintani et al., 2001 en Kojima en Kangawa, 2002) een CZS-effect gemedieerd door speciale receptoren, GHS-R1A (Salome et al., 2009 en Skibicka et al., 2011), met name die in hersengebieden die betrokken zijn bij "homeostatische voeding" (dwz voeding gekoppeld aan energietekort), de hypothalamus en hersenstam (Melis et al., 2002, Faulconbridge et al., 2003 en Olszewski et al., 2003). Recent is echter een rol voor ghreline buiten deze homeostatische gebieden naar voren gekomen. GHS-R1A is ook aanwezig in belangrijke knooppunten van het mesolimbische beloningssysteem, in gebieden zoals het ventrale tegmentale gebied (VTA) en de nucleus accumbens (NAc) (Zigman et al., 2006 en Skibicka et al., 2011), gebieden die betrokken zijn bij stimulerend gemotiveerd gedrag en die ook zijn gekoppeld aan "hedonistische voeding" (dwz voedselinname gekoppeld aan zijn belonende eigenschappen). Ghrelin kan de voedselinname van beide sites stimuleren en dit effect is waarschijnlijk gekoppeld aan zijn actie om de stimulerende en motiverende beloningswaarde van voedingsmiddelen te verhogen (Naleid et al., 2005, Abizaid et al., 2006 en Skibicka et al., 2011). Dus, in volledig verzadigde ratten of muizen, zorgt ghrelin dat perifeer of centraal wordt toegediend (inclusief rechtstreeks in de VTA) voor een verhoogde voedselinname en ook voedselbeloningsgedrag (Naleid et al., 2005, Perello et al., 2010, Skibicka et al., 2011 en Skibicka et al., 2012b) weerspiegeld, bijvoorbeeld, door een grotere druk op de hefboom voor een suikerbeloning in een progressief ratio operant schema. Deze actie weerspiegelt een nieuwe rol voor ghreline in het mesolimbische beloningssysteem om beloningsgedrag te verbeteren, niet alleen voor voedsel, maar ook voor alcohol en drugsmisbruik (Dickson et al., 2011). Belangrijk is dat dit effect van ghreline op de motivatie van voedsel de verzadigingssignalen overstijgt, omdat ghreline voedselbeloningsgedrag bij verzadigde dieren oproept tot een niveau dat vergelijkbaar is met dat wat wordt waargenomen bij ratten die van voedsel zijn beroofd. Verder is het feit dat blokkade van het ghrelin-signaal, niet alleen systematisch maar ook selectief binnen de VTA (Skibicka et al., 2011), resulteert in een krachtige onderdrukking van het beloningsgedrag van eten en onderstreept het belang en de noodzaak van het ghrelinesignaal bij voedselbeloningen.

Ghreline-actie op het niveau van de VTA is voldoende om voedselinname en gemotiveerd gedrag aan te sturen, effecten die signalering via GHS-R1A lijken te vereisen (Abizaid et al., 2006 en Skibicka et al., 2011). Verrassend genoeg blijft het circuit stroomafwaarts van de beloningsbevorderende acties van ghreline in de VTA grotendeels onopgelost. Binnen de VTA houdt ghreline zich bezig met opioïde, NPY en GABAergische signalering (Abizaid et al., 2006 en Skibicka et al., 2012a). Niettemin, VTA-dopaminneuronen, waarvan eerder is aangetoond dat ze ghreline-receptoren tot expressie brengen (Abizaid et al., 2006), mogelijk het laatste VTA-doelwit voor de effecten van ghreline op voedselbeloning. Smakelijke / lonende voedingsmiddelen betrekken de VTA-dopamine-neuronen en het dopaminesignaal in geselecteerde CZS-gebieden zoals het NAc, waardoor het gedrag van voedselbeloningen wordt gestimuleerd (Hernandez en Hoebel, 1988 en Joseph en Hodges, 1990). Opgemerkt moet echter worden dat hoewel dopamine-afgifte sterk gekoppeld is aan gemotiveerd gedrag voor voedsel, het ook noodzakelijk is voor basale voeding als muizen die geen dopamine-afsterven van honger kunnen synthetiseren (Cannon et al., 2004). Een functionele link tussen ghreline en dopamine wordt gesuggereerd door de effecten van ghreline op de dopamine-neuronactiviteit van VTA en ook door het feit dat intacte VTA-dopaminerge neuronen nodig zijn voor de effecten van ghreline op voedselbeloning (Abizaid et al., 2006 en Weinberg et al., 2011). De VTA dopamine-neuronen projecteren echter op een aantal locaties en het blijft volledig onontgonnen of dopamine-signalering in het NAc vereist is voor VTA-gestuurde effecten van ghreline op voedsel-gemotiveerd gedrag. Bovendien is ghrelin betrokken bij de controle van andere gedragingen dan voedselinname of motivatie, namelijk het zoeken naar nieuwe eigenschappen, die ook zijn gekoppeld aan dopamine-afgifte in het NAc (Bardo et al., 1996 en Hansson et al., 2012).

In de huidige studie hebben we de hypothese getest dat de effecten van ghreline op voedselgemotiveerd gedrag en / of voedselinname op het niveau van de VTA dopamine receptor signalering in het NAc vereisen. Daartoe werd voedselinname en gemotiveerd voedselgedrag geïnduceerd door VTA-ghreline bepaald in de progressieve ratio-hefboom-persing voor sucroseparadigma samen met gelijktijdige NAc-dopamine-signaleringsblokkade. In afzonderlijke onderzoeken hebben we de individuele bijdrage van dopamine 1 (D1) -achtige receptoren en dopamine 2-receptoren (D2) getest. Verder hebben we, om de bijdrage van endogene ghrelin aan het NAc-dopaminesignaal te onderzoeken, vastgesteld of deze dopaminereceptoren een rol spelen bij door honger aangestuurde verbetering van het beloningsgedrag van voedingsmiddelen. Tenslotte, om de moleculaire gevolgen van endogeen verhoogd ghreline in NAc dopamine signalering te evalueren, hebben we het effect van honger / voedseldeprivatie op mRNA-expressie van NAc-dopaminereceptoren en enzymen bepaald.

2. materialen en methodes

Dieren: Volwassen mannelijke Sprague-Dawley-ratten (200-250 g, Charles River, Duitsland) werden gehuisvest in een 12-uurs licht / donker-cyclus (lichten aan om 6 uur 's ochtends) met regelmatig voer en water beschikbaar ad libitum in hun huiskooien. Alle dierprocedures werden uitgevoerd met ethische toestemming en in overeenstemming met de richtlijnen van de University of Gothenburg Institutional Animal Care and Use Committee.

Chirurgie: Alle ratten in de gedragsstudies werden geïmplanteerd met een geleidecanule (26 gauge; Plastics One, Roanoke, VA), gericht op de VTA en de NAc-schaal voor daaropvolgende unilaterale, ipsilaterale injecties. Ketamine-anesthesie werd gebruikt. Canules werden 1.5 mm boven de doelplaats geplaatst en een injector die zich 1.5 mm uitstrekte vanaf de geleidecanules werd gebruikt voor micro-injecties. Om de VTA te targeten, zijn de volgende coördinaten gekozen Skibicka et al. (2011): ± 0.75 vanaf de middellijn, 5.7 mm posterieur naar bregma en 6.5 mm ventraal vanaf het oppervlak van de schedel, met injector gericht 8.0 mm ventraal naar schedel. Voor de NAc-schaal zijn de volgende coördinaten gebruikt (gewijzigd van Quarta et al. (2009): ± 0.75 vanaf de middellijn, 1.7 mm anterieur tot bregma en 6.0 mm ventraal tot schedel, met injector gericht 7.5 mm ventraal). Canules werden aan de schedel bevestigd met tandheelkundig acrylcement en juweliersschroeven en gesloten met een obturator, zoals eerder beschreven (Skibicka et al., 2009). Bij alle ratten werd de micro-injectieplaats voor zowel VTA als NAc post mortem geverifieerd door micro-injectie van Oost-Indische inkt bij hetzelfde micro-injectie volume (0.5 μl) dat tijdens het onderzoek werd gebruikt. Alleen onderwerpen met de juiste plaatsing (figuur 2) werden opgenomen in de gegevensanalyse.

  • Afbeelding op volledige grootte (48 K)
  • Figuur 1.  

    Diagrammen die verschillende experimentele ontwerpen weergeven die worden gebruikt. Schema 1 werd gebruikt om gegevens te verkrijgen die zijn gepresenteerd in Fig. 3 en 4. Schema 2 werd gebruikt om gegevens te verkrijgen die zijn gepresenteerd in figuur 5 en programmeer 3 voor gegevens die worden weergegeven in Fig. 6 en 7. De effen grijze vakken vertegenwoordigen perioden waarin metingen werden verzameld.

  • Afbeelding op volledige grootte (77 K)
  • Figuur 2.  

    Representatieve NAc (A) en VTA (B) injectieplaats (aangegeven door de cirkel). Rechterpaneel vertegenwoordigt het coronale hersengedeelte van de rat met Indiase inkt micro-geïnjecteerd in de VTA- of NAc-schaal (NAcS) met een volume van 0.5 μl dat in het onderzoek werd gebruikt. Het linkerpaneel toont een overeenkomstige sectie van de atlas van de hersenen van de rat, 2.16 mm anterieur aan bregma voor het NAc en 5.64 posterieur aan bregma voor de VTA; Aq, aquaduct; cc, corpus collosum; CPu, caudate en putamen; LV, laterale ventrikel; NAcC, NAc-kern; SN, substantia nigra.

2.1. Operante conditioneringsprocedure

Operante conditioneringsexperimenten vonden plaats in operante conditioneringskamers van ratten (30.5 x 24.1 x 21.0 cm; Med-Associates, Georgia, VT, VS). De trainingsprocedure die wordt gebruikt voor operante conditionering is aangepast uit eerdere onderzoeken (la Fleur et al., 2007 en Hansson et al., 2012). Om de operante training voor sucrose te vergemakkelijken, werden alle ratten onderworpen aan een milde voedselbeperking, waarbij hun aanvankelijke lichaamsgewicht geleidelijk werd verminderd tot 90% over een periode van een week. Voorafgaand aan plaatsing in de operante dozen, werden ratten ten minste twee keer blootgesteld aan de sucrose-pellets (45 mg sucrose-pellets; testdieet, Richmond, IN, VS) in de thuiskooi-omgeving. Vervolgens leerden ratten om de pers voor sucrosepellets te gebruiken volgens een FR1-schema met vaste verhouding, met 2 sessies / dag. In FR1 resulteerde een enkele druk op de actieve hendel in de afgifte van één sucrose-pellet. Alle FR-sessies duurden 30 minuten of totdat de ratten 50 pellets verdienden, afhankelijk van wat zich het eerst voordeed. De meeste ratten bereikten het criterium van 50 pellets per sessie na 5-7 dagen. Drukken op de inactieve hendel werden geregistreerd, maar hadden geen geprogrammeerd gevolg. FR1-schemasessies werden gevolgd door FR3 en FR5 (dwz respectievelijk 3 en 5 persen per pellet). Het FR5-schema werd gevolgd door het progressieve ratio (PR) -schema waarin de kosten van een beloning geleidelijk werden verhoogd voor elke volgende beloning, om te bepalen hoeveel werk de rat bereid is te steken in het verkrijgen van de beloning. De responsvereiste nam toe volgens de volgende vergelijking: responsratio = (5e (0.2 × infusienummer)) - 5 door de volgende reeksen: 1, 2, 4, 9, 12, 15, 20, 25, 32, 40, 50 62, 77, 95, 118, 145, 178, 219, 268, 328. De PR-sessie eindigde toen de rat niet binnen 60 minuten een beloning had verdiend. De respons werd als stabiel beschouwd wanneer het aantal voedselpellets dat per sessie werd verdiend niet meer dan 15% verschilde gedurende drie opeenvolgende sessies. In de meeste gevallen stabiliseerde het reageren binnen 5 sessies. De ratten die in die tijd niet aan de vereiste criteria voldeden, werden in extra sessies getraind. De PR-test werd uitgevoerd op 1 sessie / dag. Ratten werden vervolgens overgebracht naar hun kooien voor 1 uur voeropname. Aan het einde van de training en voorafgaand aan de operatie en het testen hadden ratten ad libitum toegang tot normale chow.

2.2. Drugs

Geacyleerd ghreline van de rat (Tocris, Bristol, VK) werd aan de VTA toegediend in een dosis van 1.0 μg met kunstmatige cerebrospinale vloeistof (aCSF) als drager (en controle). Van de dosis van 1.0 μg ghreline is eerder aangetoond dat het de respons van operanten op suiker verhoogt en een orexigene respons induceert bij afgifte aan de VTA (Naleid et al., 2005 en Skibicka et al., 2011). De D1-achtige receptorantagonist, SCH-23390, werd aan het NAc toegediend in een dosis van 0.3 μg (Tocris), met aCSF als vehikel (controle). Voor het onderzoek naar voedseldeprivatie werd de dosis verhoogd tot 0.5 μg omdat de oorspronkelijke dosis van 0.3 μg geen effect had. SCH-23390 is een krachtige en selectieve antagonist van D1-achtige dopaminereceptoren met> 1000-voudige affiniteit voor D1-achtige versus D2-achtige dopaminereceptoren (Barnett et al., 1986). Het heeft een vergelijkbare affiniteit voor D1- en D5-receptoren (Barnett et al., 1992) daarom zullen we tijdens de studie verwijzen naar het vermogen om D1-achtige receptoren te blokkeren, een term die zowel D1- als D5-receptoren omvat. De initiële dosis van 0.3 μg SCH-23390 werd gekozen op basis van (Grimm et al., 2011). Deze dosis geïnjecteerd in de schaal van NAc bleek effectief te zijn bij het verminderen van het indrukken van de hendel voor een keu die eerder was gekoppeld aan de afgifte van een sucrose-oplossing zonder de prestaties bij de inactieve hendel te beïnvloeden. De dopamine D2-receptorantagonist, eticlopride-hydrochloride (Tocris), werd aan het NAc toegediend met aCSF als vehikel (controle). De gekozen aanvangsdosis eticlopride (1.0 μg) was gebaseerd op (Laviolette et al., 2008) maar werd verhoogd tot 1.5 μg in het onderzoek naar voedselgebrek. Alle medicijnen werden afgeleverd in een volume van 0.5 μl aCSF.

2.3. Experimenteel ontwerp

Alle ratten ontvingen NAc- en VTA-gerichte injecties vroeg in de lichtcyclus, met de tweede injectie 10 minuten voorafgaand aan de start van operante testen. Alle condities werden gescheiden door minimaal 48 uur en werden op een uitgebalanceerde manier uitgevoerd, zodat elke rat alle vier de condities ontving: eerste vehikel of dopaminereceptorantagonist voor het NAc en vervolgens, 10 minuten later, vehikel of ghreline naar de VTA. Voor elke rat waren de ipsilaterale VTA en NAc het doelwit. Details van elk experiment worden ook geïllustreerd in figuur 1.

2.3.1. Effect van D1-achtige receptorblokkade op door ghreline geïnduceerde voedselbeloning en inname van voer

Antwoorden werden onderzocht na gerichte VTA en NAc (n = 12-14) medicijnafgifte na vier condities als volgt: 1) controleconditie (voertuigoplossingen voor de NAc en VTA), 2) NAc-drager + VTA 1.0, 3 μg ghreline, 0.3) NAc 23390, 4 μg SCH-0.3 + VTA-drager, 23390 ) NAc 1.0, 120 μg SCH-1 + VTA 1, XNUMX μg ghreline. Het testen werd uitgevoerd in de verzadigde toestand (na de donkere cyclusperiode van voeren). Op experimentele dagen werden ratten na XNUMX minuten operante testen teruggebracht naar hun thuiskooien en werd de voeropname gemeten gedurende XNUMX uur in de thuiskooi-omgeving (zoals in schema XNUMX, figuur 1). Dit tijdstip komt overeen met het derde uur na VTA ghrelin-injectie, waarin verwacht wordt dat een orexigenische respons zal voortduren, op basis van eerdere studies die het tijdsverloop van de werking van ghreline hebben onderzocht, centraal of perifeer toegediend ( Wren et al., 2000 en Faulconbridge et al., 2003) en onze eerdere onderzoeken die een vergelijkbare experimentele opzet gebruikten.

2.3.2. Effect van D2-receptorblokkade op door ghreline geïnduceerde voedselbeloning en inname van voer

Antwoorden werden onderzocht na gerichte VTA en NAc (n = 7) medicijnafgifte in vier omstandigheden als volgt: 1) controleconditie (voertuigoplossingen voor de NAc en VTA), 2) NAc-drager + VTA 1.0, 3 μg ghreline, 1) NAc 4 μg eticlopridehydrochloride + VTA-drager, 1) NAc 1.0 μg eticlopride-hydrochloride + VTA 120 μg ghreline. Het testen werd uitgevoerd in de verzadigde toestand (na de donkere cyclusperiode van voeren). Ratten werden na 1 minuten operante testen teruggebracht naar hun thuiskooien en de voeropname werd gemeten gedurende 1 uur in de thuiskooi-omgeving (zoals in schema XNUMX, figuur 1) als ghreline-gemedieerd orexigeen effect is nog steeds aanwezig na een vertraagde plaatsing van voerpellets (na 2 uur).

2.3.3. Effecten van D1-achtige en D2-receptorblokkade (afzonderlijk of gecombineerd) op de door ghreline geïnduceerde voerinname alleen

Om te bevestigen dat de resultaten die zijn verkregen bij de inname van voer in de vorige experimenten niet werden verstoord door de eerdere blootstelling aan de sucrose in het operante paradigma of de vertraging van 2 uur, onderzochten we in een afzonderlijke studie de effecten van NAc-afgifte van de twee dopaminereceptorantagonisten alleen of in combinatie op door VTA ghreline geïnduceerde 2 en 3 uur voedselinname bij verzadigde ratten (n = 10-11; zoals in schema 2, figuur 1). In dit geval werden de ratten niet blootgesteld aan het operante conditioneringsparadigma voorafgaand aan het meten van het voer. De voedselinname werd dus gemeten na gerichte VTA- en NAc-medicijnafgifte na vier omstandigheden als volgt: 1) controleconditie (voertuigoplossingen voor de NAc en VTA), 2) NAc-drager + VTA 1.0, 3 μg ghreline, 4) NAc dopamine-receptorantagonist + VTA-voertuig, 1.0) NAc dopaminereceptorantagonist + VTA 3, 4 μg ghreline. Eerst hebben we de twee dopaminereceptorantagonisten afzonderlijk onderzocht, zodat in omstandigheden 0.3 en 23390 de ene groep ratten 1 μg SCH-3 ontving en de andere groep 3 μg eticlopridehydrochloride. Na herstel gedurende 4 dagen werd ongeveer de helft van de ratten uit elke groep opnieuw getest, dit keer met een combinatie van de twee antagonisten in condities 3 en XNUMX. In elk van deze XNUMX experimenten werd een contragebalanceerd ontwerp gebruikt tussen de behandelingen, zoals eerder (alle ratten ontvingen alle voorwaarden in elk experiment voor vergelijking van het effect binnen de proefpersoon). De positie van de canules werd zoals hiervoor post-mortem geverifieerd. De getoonde gegevens omvatten alleen ratten met injectieplaats waarvan is bevestigd dat ze de VTA en NAc bereiken.

2.3.4. Effect van D1-achtige en D2-receptorblokkade op door voedselontbering geïnduceerde voedselbeloning en inname van voer

De dopaminereceptorantagonisten werden getest in 2 verschillende experimenten. In het eerste experiment werden de responsen onderzocht na gerichte NAc (n = 20) afgifte van ofwel vehikel ofwel de D1-achtige receptorantagonist (0.5 μg SCH-23390). Het testen werd uitgevoerd in nuchtere toestand (nadat voedsel werd beperkt voor de duur van de donkere cyclusperiode). In het tweede experiment werden reacties onderzocht na gerichte NAc (n = 7) afgifte van een drager of 1.5 μg NAc eticlopridehydrochloride. De tests werden uitgevoerd in nuchtere toestand (nadat voedsel werd beperkt gedurende de donkere cyclusperiode; zoals geïllustreerd in schema 3, figuur 1).

2.3.5. Door voedsel deprivatie geïnduceerde veranderingen in dopamine-gerelateerde genexpressie in NAc

Door voedseldeprivatie aangedreven veranderingen in genexpressie van belangrijke geselecteerde dopamine-gerelateerde genen [dopaminereceptoren D1A, D2, D3, D5, catechol-O-methyltransferase (COMT) en monoamineoxidase A (MAO)] werden gemeten in het NAc.

2.3.6. RNA-isolatie en mRNA-expressie

Hersenen werden snel verwijderd en het NAc werd ontleed met behulp van een hersenmatrix, ingevroren in vloeibare stikstof en bewaard bij -80 ° C voor latere bepaling van mRNA-expressie. Individuele hersenmonsters werden gehomogeniseerd in Qiazol (Qiagen, Hilden, Duitsland) met behulp van een Tissue Lyser (Qiagen). Totaal RNA werd geëxtraheerd met behulp van RNeasy Lipid Tissue Mini Kit (Qiagen) met aanvullende DNAse-behandeling (Qiagen). RNA-kwaliteit en kwantiteit werden beoordeeld door spectrofotometrische metingen (Nanodrop 1000, NanoDrop Technologies, VS). Voor cDNA-synthese werd iScript cDNA-synthesekit (BioRad) gebruikt. Real-time RT PCR werd uitgevoerd met TaqMan® sonde- en primersets voor doelgenen gekozen uit een online catalogus (Applied Biosystems). Genexpressiewaarden werden berekend op basis van de Ct methode ( Livak en Schmittgen, 2001), waar de ad libitum gevoede groep werd de kalibrator genoemd. Glyceraldehyde-3-fosfaatdehydrogenase (GAPDH) werd gebruikt als referentie-gen.

2.3.7. statistische analyse

Alle gedragsparameters werden geanalyseerd door herhaalde metingen, analyse van variantie (ANOVA) gevolgd door post hoc Tukey HSD-test indien van toepassing of student t test waarbij slechts twee voorwaarden werden vergeleken. Alle statistische analyses zijn uitgevoerd met behulp van de GraphPad-software. Verschillen werden als significant beschouwd op p <0.05.

3. Resultaten

3.1. Effect van D1-achtige receptorblokkade (NAc) op VTA ghrelin-geïnduceerde voedselbeloning en voerinname

Om te bepalen of activiteit op de D1-achtige receptoren noodzakelijk is voor de door VTA ghrelin geïnduceerde toename in voedselbeloningsgedrag, werd de impact van voorbehandeling met een D1-achtige antagonist (SCH-23390) op ghreline-geïnduceerde operant die reageerde op sucrose getest. Een post hoc Tukey-test na een unidirectionele ANOVA (F(3,33) = 11.1, p <0.0005; F(3,33) = 3.7, p <0.01; F(3,39) = 3.6, p <0.05 voor beloningen, respectievelijk actieve hefboom en voer) onthulden een significant effect van ghreline om het aantal verdiende beloningen te verhogen (p <0.0005; figuur 3A), het aantal actieve hefboompersen (p <0.05; figuur 3B), en voerinname (p <0.05; figuur 3C). Beloningsgedrag-geassocieerde parameters, de verdiende beloningen en actieve hendelpersen werden duidelijk geblokkeerd door SCH-23390-voorbehandeling ( figuur 3A, B). Activiteit bij de inactieve hendel was klein en verschilde niet significant tussen de verschillende behandelingsgroepen ( figuur 3B) suggereert dat de behandeling niet leidt tot niet-specifieke niet-doelgerichte veranderingen in de activiteit. Chow hyperphagia waargenomen na ghrelin was micro-geïnjecteerd in de VTA was niet veranderd door SCH-23390 voorbehandeling ( figuur 3C). Deze gegevens tonen aan dat dopamine- en D1-achtige receptoren in de NAc-schaal stroomafwaarts van ghreline zijn en noodzakelijk zijn voor VTA-toegediende ghreline om zijn effecten op voedselbeloningsgedrag uit te oefenen. Ze zijn echter niet essentieel voor het vermogen van ghreline om de voeropname te verhogen. NAc-behandeling met SCH-23390 had geen effect per se op beide operanten die reageren op voedsel of voerinname ( figuur 3).

  • Afbeelding op volledige grootte (37 K)
  • Figuur 3.  

    De effecten van intra-NAc shell D1-receptorblokkade op intra-VTA-ghreline-geïnduceerd voedselbeloningsgedrag en chowhyperfagie. Voorbehandeling met de D1-achtige receptorantagonist, SCH-23390, blokkeerde volledig de door ghreline geïnduceerde toename van verdiende sucrose-beloningen (A) en het aantal actieve hefboomdrukken (zwarte balken) terwijl de activiteit bij de inactieve hendel (grijze balken) was niet beïnvloed door een van de behandelingen (B). Intra-VTA-ghreline-hyperfagie werd niet verzwakt door NAc-shell-selectieve blokkade van D1-receptoren (C). Waarden worden weergegeven als gemiddelden + SE. n = 12-14. *p <0.05, ***p <0.005.

3.2. Effect van D2-blokkade (NAc) op door VTA ghreline geïnduceerde voedselbeloning en inname van voer

Om te bepalen of activiteit op de D2s noodzakelijk is voor expressie van de VTA ghrelin-geïnduceerde verhoging van voedselbeloningsgedrag, werd de impact van voorbehandeling met een selectieve D2-antagonist (eticlopridehydrochloride) op ghrelin-geïnduceerde toename in sucrose-operandegedrag getest. Eenmalige ANOVA vertoonde een significant effect van medicamenteuze behandeling (F(3,18) = 9.5, p <0.0005; F(3,18) = 8.1, p <0.001; F(3,39) = 3.8, p <0.05 voor respectievelijk beloningen, actieve hefboom en voer). Een post-hoc Tukey-test wees op een aanzienlijke toename van de verdiende beloningen (p <0.01; figuur 4A) en actieve hendelpersen (p <0.01; figuur 4B) na behandeling met ghrelin die waren geblokkeerd met voorbehandeling met eticlopride. Activiteit bij de inactieve hendel was klein en verschilde niet significant tussen de verschillende behandelingsgroepen ( figuur 4B). In tegenstelling tot de operante reagerende gegevens veranderde de voorbehandeling met eticlopride de ghrelin-geïnduceerde toename van de inname van voer niet (p <0.05; figuur 4C). In deze combinatiestudie werd de interactie bevestigd door tweeweg-ANOVA tussen voorbehandeling × ghreline in verdiende beloningen: F(1,24) = 4.8, p <0.05; actieve hendel persen: F(1,24) = 4.7, p <0.05 maar geen voeropname. D2-receptoren kunnen dus door ghreline worden gebruikt om veranderingen in beloningsgerelateerd gedrag te induceren, maar niet om consumptie te eten.

  • Afbeelding op volledige grootte (39 K)
  • Figuur 4.  

    De effecten van intra-NAc shell D2-receptorblokkade op intra-VTA-ghreline-geïnduceerd voedselbeloningsgedrag en chowhyperfagie. Voorbehandeling met de D2-receptorantagonist, eticlopridehydrochloride (ETC), maakte een einde aan de door ghreline veroorzaakte toename van de verdiende sucrose-beloningen (A) en het aantal actieve hefboomdrukken (zwarte balken) terwijl de activiteit bij de inactieve hendel (grijze balken) niet was beïnvloed door een van de behandelingen (B). Daarentegen werd intra-VTA-ghreline-hyperfagie niet verzwakt door NAc-shell-selectieve blokkade van D2-receptoren (C). Waarden worden weergegeven als gemiddelden + SE. n = 7. *p <0.05, **p <0.01.

3.3. Effect van D1-achtige en / of D2-receptorblokkade (NAc) op door VTA ghreline geïnduceerde voerinname

Om verdere validatie van het gebrek aan effect van de twee dopamine-antagonisten op voer te zoeken, herhaalden we de studie, dit keer bij ratten die nooit waren blootgesteld aan het operante conditioneringsparadigma. Deze validatiestudie werd uitgebreid met een derde test waarin we de effecten van gelijktijdige levering van de D1-achtige en D2-receptorantagonisten aan het NAc op VTA-ghreline-gestuurde voedselinname onderzochten. De inname van voer was significant verhoogd door VTA-ghreline 2 uur na injectie (eenmalige ANOVA: F(3,30) = 6.4, p <0.005 en F(3,27) = 9.0, p <0.0005 voor respectievelijk de D1- en D2-receptorstudie) en dit werd niet beïnvloed door voorbehandeling met de D1-achtige ( figuur 5A) of de D2-receptorantagonist ( figuur 5B). In de laatste test, waarin het gecombineerde effect van de twee dopaminereceptorantagonisten werd onderzocht, konden we geen significant effect van VTA-ghreline detecteren tot het tijdstip van 3 uur, mogelijk als gevolg van de impact van de drievoudige parenchymale injectie die nodig is in deze studie. Eenrichtings-ANOVA wees op een significant effect van de behandeling (F(3,30) = 9.6, p <0.0005). Voedselinname na afgifte van VTA-ghreline bereikte significantie op het tijdstip van 3 uur, maar dit werd opnieuw niet onderdrukt door gelijktijdige toediening van de dopaminereceptorantagonisten op het NAc ( figuur 5C). Merk op dat de gecombineerde toepassing van beide dopaminereceptorantagonisten tegen het NAc geen effect had per se over voedselinname.

  • Afbeelding op volledige grootte (48 K)
  • Figuur 5.  

    De effecten van intra-NAc-shell dopamine-receptorblokkade op intra-VTA-ghreline-geïnduceerde chowhyperfagie bij ratten zonder voorafgaande operante training of blootstelling aan sucrose. VTA-ghreline-geïnduceerde hyperfagie gemeten 2 uur na injectie werd niet onderdrukt door NAc-voorbehandeling met ofwel (A) een D1-achtige receptorantagonist, SCH-23390 (SCH) of (B) een D2-receptorantagonist, eticlopridehydrochloride ( ENZOVOORT). In (C) werd chowhyperfagie geïnduceerd door ghreline gemeten op het tijdstip van 3 uur niet onderdrukt door NAc-gelijktijdige toediening van beide antagonisten. Waarden worden weergegeven als gemiddelden + SE. n = 10-11. *p <0.05, **p <0.01.

3.4. Effect van D1-achtige en D2-receptorblokkade op door voedselontbering geïnduceerde voedselbeloning en inname van voer

Voedselgebrek verhoogt zowel de respons van de operante als de voeropname van 1 uur; ratten drukten de actieve hendel bijna twee keer zo vaak als ze honger hadden en drie tot zes keer meer voer op het meetpunt van 1 uur (vergelijk de toestand van het voertuig in Fig. 3 en 4). Blokkade van D1-achtige receptoren in de NAc-schaal verminderde de door voedselgebrek veroorzaakte verhoging van het beloningsgedrag van voedingsmiddelen significant als beoordeeld als een vermindering van verdiende voedselbeloningen (p <0.01; figuur 6A) en een vermindering van actieve hefboompersen (p <0.01; figuur 6B). Deze behandeling had geen significante effecten op de voedselinname geïnduceerde voerinname ( figuur 6C). Infusie van een D2-antagonist in de NAc-schaal verminderde de door voedselgebrek veroorzaakte verhoging van het beloningsgedrag van voedingsmiddelen aanzienlijk als beoordeeld als een vermindering van verdiende voedselbeloningen (p <0.01; figuur 7EEN). Hoewel elke rat zijn actieve hendel drukte na D2 blokkade in het NAc, resulteerde het effect in een trend (p = 0.08; figuur 7B) waarschijnlijk vanwege de grote variabiliteit in de basislijn bij het indrukken van de hendel (standaardfout = 86 voor voertuig en 41 voor medicijncondities, bereik van actieve hendel drukken op voertuig van 57 tot 707 persen). Verwijdering van de hoogst reagerende rat uit de dataset resulteert in p = 0.001. Met name de verwijderde rat vertoonde 707 persen op het voertuig en slechts 303 op het medicijn, wat dus ook de algemene conclusie ondersteunde. Geen van beide dopamine-receptorantagonisten veranderde de hendel die op de inactieve hendel drukt. Chow-inname werd niet gewijzigd door de D2-blokkade in het NAc ( figuur 7C).

  • Afbeelding op volledige grootte (29 K)
  • Figuur 6.  

    De effecten van intra-NAc shell D1-receptorblokkade op door voedselgebrek geïnduceerde verhoging van voedselbeloningsgedrag en chowhyperfagie. Voorbehandeling met de D1-receptorantagonist, SCH-23390, verzwakte de door voedselgebrek geïnduceerde toename van de verdiende sucrose-beloningen (A) en het aantal actieve hefboomdrukken terwijl de activiteit bij de inactieve hefboom niet werd beïnvloed door een van de behandelingen (B) . Chow-hyperfagie werd niet verzwakt door NAc-shell-selectieve blokkade van D1-receptoren (C). Waarden worden weergegeven als gemiddelden + SE. n = 20. **p <0.01.

  • Afbeelding op volledige grootte (30 K)
  • Figuur 7.  

    De effecten van intra-NAc shell D2-receptorblokkade op door voedselgebrek geïnduceerde verhoging van voedselbeloningsgedrag en chowhyperfagie. Voorbehandeling met de D2-receptorantagonist, eticlopridehydrochloride (ETC), verminderde de door voedselgebrek geïnduceerde toename van de verdiende sucrose-beloningen (A) en had de neiging om het aantal actieve hefboompersen te verminderen (B). De activiteit bij de inactieve hendel werd niet beïnvloed door een van de behandelingen (B). Chow-hyperfagie werd niet verzwakt door NAc-shell-selectieve blokkade van D2-receptoren (C). Waarden worden weergegeven als gemiddelden + SE. n = 7. **p <0.01.

3.5. Door voedsel deprivatie geïnduceerde veranderingen in dopamine-gerelateerde genexpressie in NAc

'S nachts vasten had een significante invloed op de mRNA-expressie van verschillende dopamine-gerelateerde genen in het NAc. Expressie van mRNA van dopamine-receptor D2 was significant verminderd, terwijl dopamine-receptor D5-mRNA was verhoogd. Dopamine receptor D1, D3, COMT en MAO mRNA's werden niet veranderd door het 's nachts vasten (figuur 8). D1- en D2-receptoren worden beschouwd als de meest voorkomende dopaminereceptor in de hersenen, terwijl de aanwezigheid van D3 en D5 in het CZS veel beperkter is. We vergeleken daarom de mRNA-niveaus in de accumbens van D5-receptoren met D1 en kwamen uit op 2%; een vergelijkbare relatie werd gedetecteerd voor D3 en D2 (gegevens niet getoond). Dus hier bevestigen we dat binnen NAc het merendeel van het dopaminereceptor-mRNA bestaat uit dat van de D1- en D2-receptoren, terwijl D3- en D5-receptoren slechts een kleine fractie vertegenwoordigen van het totale mRNA voor dopaminereceptoren dat in het NAc is gedetecteerd.

  • Afbeelding op volledige grootte (21 K)
  • Figuur 8.  

    Nucleus accumbens dopamine-signalering-gerelateerde genexpressie gedetecteerd na voedselbeperking. Waarden worden weergegeven als gemiddelden + SE. *p <0.05.

4. Discussie

De belangrijkste bevindingen van de huidige studie geven aan dat dopamine-signalering in de schaal van het NAc een noodzakelijke stroomafwaartse mediator is van de effecten van ghreline op voedselbeloning. De resultaten geven aan dat D1-achtige en D2-receptoren in de schaal van NAc sleutelcomponenten zijn van de door ghreline geactiveerde circuits en essentieel zijn voor door VTA toegepaste ghreline om zijn effecten op voedselbeloningsgedrag uit te oefenen. D1-achtige en D2-receptorsignalering in het NAc (schaal) zijn echter niet essentieel voor het vermogen van ghreline om de voeropname te verhogen. Deze gegevens suggereren een divergentie in de neurale doelen voor ghreline die voedselversterking versus voedselinname beheersen. Ten slotte geven onze bevindingen aan dat dit circuit ook wordt gebruikt door endogene ghreline, omdat in een staat van honger, wanneer de circulerende ghreline-niveaus verhoogd zijn, dopamine-signalering in het NAc vereist is voor het verhoogde voedselbeloningsgedrag.

Verrassend, hoewel het duidelijk is dat ghreline een effect heeft op het dopaminerge systeem (Abizaid et al., 2006, Jerlhag et al., 2007, Kawahara et al., 2009 en Weinberg et al., 2011), is dit de eerste studie die aantoont dat de effecten van ghreline op voedselbeloning NAc-dopaminereceptorsignalering vereisen (in dit geval D1-achtige en D2-signalering). Dit kwam naar voren als een belangrijke vraag, aangezien onlangs is aangetoond dat andere hormonen of neuropeptiden die verband houden met eetlustbeheersing een nogal onverwachte relatie hebben met het mesolimbische dopaminesysteem. Leptine heeft bijvoorbeeld, net als ghreline, receptoren op de dopamine-neuronen in de VTA; de meeste van deze leptine-gevoelige dopaminerge neuronen projecteren echter niet naar het striatum, maar innerveren in plaats daarvan de amygdala (Hommel et al., 2006 en Leshan et al., 2010). Melanocortine, een krachtig anorexigenisch neuropeptide met receptoren in de VTA, verhoogt in tegenstelling tot wat kan worden voorspeld voor een anorexia-middel, de dopaminerge activiteit en de afgifte van dopamine in het striatum, terwijl het gedrag van de voedselopname duidelijk wordt verminderd (Torre en Celis, 1988, Lindblom et al., 2001 en Kegel, 2005). Een andere laag van complexiteit wordt toegevoegd door gegevens die aangeven dat het dopamine-vrijmakende effect van ghreline afhankelijk lijkt te zijn van de beschikbaarheid van voedsel: NAc-dopaminegehalten gedetecteerd door microdialyse werden alleen verhoogd door perifeer aangebrachte ghreline in ratten die mochten eten na toediening van ghrelin (zoals in de experimentele omstandigheden gebruikt in de huidige studie) en werden zelfs onderdrukt door ghreline in die welke toegang tot voedsel werd ontzegd (Kawahara et al., 2009), een effect waarvan onlangs is aangetoond dat het verschillende opioïde signaleringstrajecten in de VTA omvat (Kawahara et al., 2013). Deze twee voorbeelden benadrukken de complexiteit in de relatie tussen voedingspeptiden, voedselbeschikbaarheid en dopamine en benadrukken het belang van onderzoeken naar de bruikbaarheid van de effecten van ghreline op het dopaminesysteem in voedselbeloningsgedrag.

Een interessant aspect van de resultaten is het contrasterende effect van NAc dopamine-receptorblokkade op voedselmotivatie versus voedselinname. We bevestigden met name het gebrek aan effect van onderdrukte NAc-dopamine-signalering op VTA ghrelin-geïnduceerde voedselinname in onafhankelijke 2-onderzoeken: in één paradigma werd de voedselinnamemeting onmiddellijk uitgevoerd na de operante reagerende test (waarvoor het eten van suikerbeloningen latere wijzigingen had kunnen veroorzaken) voerinname) en, in de andere, werd alleen voedselinname gemeten in de dieren zonder voorafgaande operante testen. Bovendien konden we in het tweede experiment aantonen dat co-applicatie van beide dopamine-receptorantagonisten tegen het NAc geen effect had op de door VTA ghreline geïnduceerde voedselinname, waardoor de hypothese werd versterkt dat NAc-dopamine-signalering via D1-achtige en D2-receptoren is niet vereist voor ghrelin hyperphagia. Samen genomen met het feit dat de antagonisten VTA ghrelin-geïnduceerd voedselgemotiveerd gedrag onderbreken, suggereren deze collectieve resultaten een divergentie van neurocircuits stroomafwaarts van VTA-ghreline, waarbij één tak de voedselinname en de andere voedselmotivatie / -beloning regelt. Het lijkt erop dat ghreline dopamine gebruikt om de voedselmotivatie te veranderen, maar niet de inname. Eerder hebben we laten zien dat VTA ghreline neuropeptide Y in de VTA selectief inschakelt om voedselinname en opioïden op een tegenovergestelde manier te beheersen (Skibicka et al., 2012a). Er bestaat dus al voorrang voor een divergentie in de schakeling die ghrelin gebruikt voor voedselinname versus voedselgemotiveerd gedrag.

Accumbal D1-achtige receptoren hebben een gevestigde rol in zowel drugs- als voedselversterking met een scala aan eerder bewijsmateriaal dat aangeeft dat intra-NAc D1-achtige antagonistinfusie doelgericht gedrag naar voedsel vermindert. Systemische D1-achtige receptorantagonisten verminderen cue- of context-geïnduceerde zelftoediening van cocaïne, heroïne, nicotine en alcohol [bijvoorbeeld (Weissenborn et al., 1996, Liu en Weiss, 2002, Bossert et al., 2007 en Liu et al., 2010)], met de nadruk op de sleutelrol van deze receptoren in beloningsgerichte processen. De huidige gegevens geven aan dat NAc D1-achtige receptoren een essentieel element zijn van de schakeling geactiveerd door VTA-werkend ghrelin. Ondersteunend is ook aangetoond dat perifere toediening van deze D1-antagonist de door ghrelin verbeterde objectherkenning vermindert (Jacoby en Currie, 2011). Gezien het feit dat perifere toepassing zich richt op alle neuronenpopulaties die D1 tot expressie brengen in de hersenen en dat populaties buiten het NAc (bijvoorbeeld in de hippocampus) een belangrijke rol kunnen spelen bij het leren en het geheugen, is het niet duidelijk of de NAc-populatie werd onderzocht hier dragen bij aan de geheugenversterkende effecten van ghreline.

D2-receptoren werken vaak samen met D1; zo wijzen veel studies op een rol van D2-receptoren in aspecten van beloningsverwerking en beloningsgericht gedrag. Het is echter opmerkelijk dat de D1- en D2-receptoren niet altijd op dezelfde manier reageren op de beloningsfunctie. In de amygdala verzwakt blokkering van D1-receptoren bijvoorbeeld het herstel van cue-geïnduceerde cocaïne zoeken, terwijl D2-antagonisten dit gedrag daadwerkelijk kunnen verbeteren (Berglind et al., 2006). Deze functionele dissociatie kan ook een neuroanatomische bijdrage hebben, omdat D2-receptoren in NAc een nogal tegengestelde functie lijken te hebben als die in de hypothalamus. Terwijl in de NAc stimulatie van D2-receptoren de voedselmotivatie kan verhogen, waardoor een dier meer moeite zal doen om voedsel te verkrijgen, is stimulatie van D2-receptoren in de hypothalamus duidelijk anorexia (Leibowitz en Rossakis, 1979 en Nowend et al., 2001). Hieruit volgt dat het moeilijk kan zijn om resultaten te interpreteren na perifere toediening van D2-gerichte geneesmiddelen waarvoor de doelreceptorpopulaties zijn gekoppeld aan een tegengestelde functie. Dit zou een van de redenen kunnen zijn die verklaren waarom in een eerder onderzoek perifere injectie van een D2-antagonist geen effect had op door ghreline geïnduceerde reactie op een sucrose-oplossing. Een andere mogelijke verklaring is dat D2 een autoreceptor is op de dopamine producerende neuronen in de substantia nigra en VTA, waar de activatie ervan kan leiden tot een onderdrukking van dopaminerge activiteit (Lacey et al., 1987). Dus, indien perifeer geïnjecteerd, zouden D2-gerichte geneesmiddelen potentieel toegang kunnen krijgen tot deze receptorpopulatie, terwijl in ons onderzoek alleen de NAc-schaal D2-receptor het doelwit was. Met name blokkeerde het netto-effect van systemische D1-achtige receptorblokkade het reageren op een sucrosedrank in hetzelfde paradigma (Overduin et al., 2012). Bovendien lijkt systemische, subcutane injectie van een D1-agonist de voorkeur voor smakelijk voedsel te verhogen, terwijl systemische injectie van een D2-agonist dit vermindert (Cooper en Al-Naser, 2006). Het lijkt er dus op dat onze gegevens die wijzen op een onderdrukkend effect van D1-antagonisten op door ghreline geïnduceerde voedselmotivatie in overeenstemming zijn met het algemene netto (onderdrukkende) effect van stimulering van D1-receptoren op beloningsfunctie. Daarentegen volgt het netto-effect van de D2-receptorpopulatie nauwer met datgene wat bekend is over de hypothalamische D2-receptoren dan de hier gepresenteerde gegevens voor het NAc.

In de huidige studie waren zowel D1-achtige als D2-antagonisten in staat om operant gedrag voor sucrose te blokkeren na toediening van VTA ghrelin en na voedseldeprivatie, wat suggereert dat een coöperatieve werking bij beide receptoren in het NAc nodig is om ghrelin zijn effecten te laten uitoefenen. Dit is logisch als we kijken naar de endogene situatie waarin dopamine-afhankelijke VTA-dopaminerge uiteinden dopamine afgeven in de NAc-schaal en tegelijkertijd alle toegankelijke dopaminereceptoren activeren. De noodzaak van gelijktijdige activering van zowel D1-achtige als D2-receptoren is al gerapporteerd voor ander gedrag, waaronder wapening (Ikemoto et al., 1997) en locomotorische activiteit (Plaznik et al., 1989) evenals neuronale schietpartijen (Wit, 1987). De resultaten van de huidige studie geven aan dat blokkade van slechts één van de twee dopaminerge receptoren voldoende was om die gedragingen te verminderen, net zoals blokkade van één van die receptoren voldoende was om het door ghreline aangestuurde sucrose-operante gedrag te verminderen. Het mechanisme achter deze interactie is onduidelijk. Sommige neuronen in het NAc brengen beide D1- en D2-receptoren samen tot expressie. Een mogelijkheid is dat de betrokkenheid van heterodimeren nodig is voor de respons op beloning, de vorming van heterodimeren door de D1- en D2-receptoren werd onlangs gemeld en deze koppeling bleek een bijdrage te leveren aan depressiviteitsgedrag (Pei et al., 2010). Desalniettemin geven onze resultaten aan dat het D1- en D2-signaal in het NAc niet overbodig is en dat elke receptor nodig is om het ghreline-effect op de voedselbeloning over te dragen, aangezien individuele blokkade effectief was in het verzachten van de respons op beloning. Aangezien individuele blokkade niet effectief was voor ghreline hyperphagia, hebben we bovendien afzonderlijk de mogelijkheid onderzocht of het D1- en D2-signaal overbodig was voor de inname van voer, dat wil zeggen dat een gelijktijdige blokkade van beide nodig zou zijn om de respons te elimineren. Dit was echter niet het geval, omdat ghreline hyperfagie niet beïnvloed werd door de gelijktijdige blokkering van D1- en D2-receptoren in het NAc. Dus alleen of in combinatie wordt de NAc-schaal D1- en D2-receptorsignalering niet gebruikt door ghrelin om de inname van voer te verhogen.

Hier hebben we de D1-achtige en D2-receptoren in de schaal van het NAc gericht. De functie van schaal en kern van het NAc lijkt tot op zekere hoogte dissocieerbaar, vooral met de onderliggende kernveranderingen in de zelfsturing van het geneesmiddel gekoppeld aan de discrete keu en de schaal die meer invloed heeft in contextafhankelijke zelftoediening van het geneesmiddel (Bossert et al., 2007). Deze functionele dissociatie wordt ondersteund door de neuroanatomische verbindingen, waarbij de kern meer input ontvangt van de amygdala en de schaal dichter wordt geïnnerveerd door de hippocampus (Groenewegen et al., 1999 en Floresco et al., 2001). Ratten zullen ook de combinatie van D1- en D2-receptoragonisten zelf toedienen in de schaal van NAc en niet in de kern (Ikemoto et al., 1997), wat aangeeft dat hun coöperatieve actie op beloning in de eerste plaats gekoppeld is aan de hier bedoelde shell-regio.

In de huidige studie hebben we specifiek de impact onderzocht van onderdrukte NAc-dopamine-signalering op voedselinname en gemotiveerd voedselgedrag, aangedreven door VTA-ghrelin. Er moet echter worden opgemerkt dat ghrelin ook het voedingsgedrag kan stimuleren door afferente paden naar de VTA te activeren. Het is bijvoorbeeld aangetoond dat ghreline het voedselversterkte gedrag verbetert door orexine-neuronen in de laterale hypothalamus te activeren (Perello et al., 2010), een orexinerge celgroep die naar de VTA projecteert en dopamine-afgifte stimuleert (Narita et al., 2006). Hoewel onze studie met neuroanatomie en neurofarmacologie specifiek de VTA-NAc-route ontleedt, stimuleert ghrelin in een endogene situatie waarschijnlijk de VTA en andere hersenkernen die ghreline-receptor tot expressie brengen met efferente projecties naar de VTA. Dus, in een fysiologische situatie, is de impact van ghreline verdeeld over vele plaatsen in de hersenen die waarschijnlijk in overleg optreden. Het concept van een hormoon of een neuropeptide dat op veel verspreide plaatsen in de hersenen werkt en een vergelijkbaar resultaat kan veroorzaken, bijvoorbeeld een verandering in voedselinname, is niet nieuw en wordt al voorgesteld en geëvalueerd voor leptine en melanocortine (Grill, 2006, Leinninger et al., 2009, Skibicka and Grill, 2009 en Faulconbridge en Hayes, 2011).

Voedseldeprivatie gaat gepaard met hoge niveaus van circulerend ghreline. In omstandigheden van voedseldeprivatie roept voedselpresentatie een dopamine-afgifte op in het NAc (Kawahara et al., 2013). Hieruit volgt dat voedingstoestand ook dopamine-signalering in het NAc kan beïnvloeden, de impact van voedseldeprivatie op mRNA-expressie van dopaminereceptoren (D1-achtige receptoren (D1, D5) en D2-achtige receptoren (D2, D3)) en dopamine-afbrekende enzymen (MAO, COMT) geëvalueerd in de onderhavige studie. Hoewel voedseldeprivatie de mRNA-expressie van een van de gemeten dopamine-afbrekende enzymen niet veranderde, zagen we een differentiële regulatie van D5 versus D2-receptoren. De expressie van D5-receptoren was met bijna 30% toegenomen, terwijl het mRNA van de D2-receptor met ongeveer 20% was verlaagd. Consistent met deze divergentie, is eerder aangetoond dat gelijktijdige toediening van D1-achtige en D2-receptoragonisten de D2-receptoren naar beneden reguleert, maar dat ze de D1-receptoren opwaarts reguleren in de substantia nigra (en met een vergelijkbare trend in het NAc) (Subramaniam et al., 1992). Interessant is dat de effecten van voedseldeprivatie op NAc-dopamine-receptorexpressie convergeren met onze gegevens die een rol laten zien voor D1-achtige (die D5 omvatten) en D2-receptoren in vastengeïnduceerde motivatie voor voedsel.

Een waarschuwing van onze studie is dat voedselontbering de circulerende ghrelinewaarden verhoogt, zodat andere ghrelinereceptorenpopulaties buiten de VTA potentieel kunnen worden geactiveerd. Alhoewel voedseldeprivatie een endogene en meer fysiologisch relevante manier is om ghreline te verhogen, staat het geen selectieve VTA-stimulatie toe. We kunnen daarom niet de mogelijkheid elimineren dat de dopaminereceptorveranderingen die worden gedetecteerd in het NAc een resultaat zijn van ghreline-activiteit in gebieden buiten de VTA met een indirecte invloed op het NAc. Ten slotte moet worden opgemerkt dat onze datalink vast zit aan veranderingen in NAc-dopaminereceptor-expressie, maar verdere experimenten zouden vereist zijn om bemiddeling van de (ghrelin-gestimuleerde) VTA-NAc dopaminerge projectie in dit effect te tonen en, inderdaad, om de rol te onderzoeken van andere paden en zendersystemen in dit effect, zoals de laterale hypothalamus (zoals hierboven besproken).

Aangezien veel van de neurobiologische substraten hetzelfde zijn voor zowel drugsverslaving als ongeordend eten, is het mogelijk dat de huidige bevindingen wijzen op een rol van D1-achtige en D2-receptoren in versterkende effecten van ghreline op drugs en alcohol (Dickson et al., 2011). Zowel de beloning van voedsel als cocaïne leidt tot een afgifte van dopamine in het NAc (Hernandez en Hoebel, 1988). Blokkade van D1- of D2-receptoren vermindert het beloningsgedrag voor drugsgebruik, alcohol en nicotine. Aangezien een aanzienlijke bijdrage van ghrelin aan opname- of beloningsgedrag voor al deze stoffen eerder is gemeld, is het vrij waarschijnlijk dat de ghrelin-VTA-dopamine-NAc-schakeling die hier wordt beschreven relevant is voor een reeks beloningsgedragingen en niet uitsluitend voor voedsel. Voorlopige steun voor dit idee kan worden ontleend aan gegevens waaruit blijkt dat voedselontbering het zoeken naar heroïne kan herstellen en wordt geblokkeerd door blokkade van D1-achtige receptoren (Tobin et al., 2009).

Onze gegevens bieden nieuwe kennis over een integratie van twee belangrijke voedselbeloningsgebonden signaleringssystemen: de VTA-aangedreven circuits die reageren op het orexigenic hormoon, ghreline, en de NAc dopamine-responsieve circuits. In het bijzonder laten we zien dat de goed gedocumenteerde VTA-gekoppelde effecten van ghreline op voedselgemotiveerd gedrag D1- en D2-signalering in het NAc vereisen. Onze gegevens geven ook aan dat de VTA-gestuurde (D1 / D2-afhankelijke) effecten van ghreline op voedselbeloning divergerende circuits omvatten die belangrijk zijn voor voedselinname, aangezien geen van beide antagonisten de door ghreline geïnduceerde voedselinname beïnvloedde bij aflevering aan het NAc. Ten slotte impliceren studies bij hongerige ('s nachts gevaste en dus hyperghrelinemische) ratten NAc D1 / D2-signalering in de effecten van endogeen ghreline op door voedsel gemotiveerd gedrag. Mechanismen en therapieën die interfereren met dopamine-signalering in het NAc lijken dus relevant te zijn voor door ghreline gemedieerde effecten op het beloningssysteem, inclusief die welke verband houden met voedingscontrole en dus obesitas en de behandeling ervan.

Disclosure statement

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankwoord

Dit werk werd ondersteund door de Zweedse Onderzoeksraad voor Geneeskunde (2011-3054 naar KPS en 2012-1758 naar SLD), Europese Commissie zevende kader beurzen (FP7-KBBE-2010-4-266408, Full4Health; FP7-HEALTH-2009-241592; EurOCHIP; FP7-KBBE-2009-3-245009, NeuroFAST), Forskning och Utvecklingsarbete / Avtal om Läkarutbildning och Forskning Göteborg (ALFGBG-138741), de Zweedse stichting voor strategisch onderzoek naar Sahlgrenska Centrum voor Cardiovasculair en Metabolisch Onderzoek (A305-188), en NovoNordisk Fonden. De financiers hadden geen rol in onderzoeksontwerp, gegevensverzameling en -analyse, besluit tot publicatie of voorbereiding van het manuscript.

Referenties

  •  
  • Corresponderende auteur. Afdeling Endocrinologie, Instituut voor Neurowetenschappen en Fysiologie, De Sahlgrenska Academie aan de Universiteit van Göteborg, Medicinaregatan 11, Postbus 434, SE-405 30 Göteborg, Zweden. Tel .: +46 31 786 (kantoor); fax: +3818 46 31.

Copyright © 2013 De auteurs. Gepubliceerd door Elsevier Ltd.