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.


Hoogtepunten

  • 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 voedselbeloning, maar niet bij 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). Onlangs is er echter een rol voor ghreline buiten deze homeostatische regio's 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 door prikkels gemotiveerd gedrag dat ook in verband is gebracht met "hedonische voeding" (dwz voedselinname gekoppeld aan zijn belonende eigenschappen). Ghreline kan de voedselinname van beide sites stimuleren en dit effect is waarschijnlijk gekoppeld aan zijn actie om de stimulerende en motiverende beloningswaarde van voedsel te verhogen (Naleid et al., 2005, Abizaid et al., 2006 en Skibicka et al., 2011). Dus bij volledig verzadigde ratten of muizen leidt ghreline perifeer of centraal (inclusief direct in de VTA) tot een verhoogde voedselinname en ook tot voedselbeloningsgedrag (Naleid et al., 2005, Perello et al., 2010, Skibicka et al., 2011 en Skibicka et al., 2012b) weerspiegeld, bijvoorbeeld door meer op de hendel te drukken voor een suikerbeloning in een opererend schema met progressieve verhoudingen. Deze actie weerspiegelt een opkomende rol voor ghreline binnen het mesolimbische beloningssysteem om beloningsgedrag te verbeteren, niet alleen voor voedsel, maar ook voor misbruik van alcohol en drugs (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 voedselbeloningsgedrag en onderstreept het belang en de noodzaak van het ghreline-signaal bij voedselbeloning.

Ghreline-actie op het niveau van de VTA is voldoende om voedselinname en gemotiveerd gedrag te stimuleren, 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). Desalniettemin zijn VTA-dopamineneuronen, waarvan eerder is aangetoond dat ze ghreline-receptoren tot expressie brengen (Abizaid et al., 2006), kan het uiteindelijke VTA-doel zijn voor de effecten van ghreline op voedselbeloning. Smakelijk/belonend voedsel activeert de VTA-dopamineneuronen en het dopaminesignaal in geselecteerde CZS-gebieden zoals het NAc, waardoor voedselbeloningsgedrag wordt gestimuleerd (Hernandez en Hoebel, 1988 en Joseph en Hodges, 1990). Er moet echter worden opgemerkt dat, hoewel dopamine-afgifte sterk is gekoppeld aan gemotiveerd gedrag voor voedsel, het ook noodzakelijk is voor basisvoeding, aangezien muizen die geen dopamine kunnen synthetiseren, sterven van de honger (Cannon et al., 2004). Een functioneel verband tussen ghreline en dopamine wordt gesuggereerd door de effecten van ghreline op de activiteit van VTA-dopamineneuronen 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 licht/donker-cyclus van 12 uur (licht aan om 6 uur) met regelmatig voer en water beschikbaar ad libitum in hun thuiskooien. Alle dierprocedures werden uitgevoerd met ethische toestemming en in overeenstemming met de richtlijnen van de Institutional Animal Care and Use Committee van de Universiteit van Göteborg.

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 van bregma en 6.5 mm ventraal vanaf het oppervlak van de schedel, met injector gericht op 8.0 mm ventraal naar schedel. Voor de NAc-schaal werden de volgende coördinaten gebruikt (gewijzigd van Quarta et al. (2009): ±0.75 vanaf de middellijn, 1.7 mm anterieur van bregma en 6.0 mm ventraal tot schedel, met injector gericht op 7.5 mm ventraal). Canules werden aan de schedel bevestigd met tandheelkundig acrylcement en juweliersschroeven en afgesloten 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 met hetzelfde micro-injectievolume (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 gebruikte experimentele ontwerpen vertegenwoordigen. Schema 1 werd gebruikt om gegevens gepresenteerd in te verkrijgen 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 van eerdere studies (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

Geacyleerde rattenghreline (Tocris, Bristol, VK) werd toegediend aan de VTA in een dosis van 1.0 μg met kunstmatige cerebrospinale vloeistof (aCSF) als drager (en controle). Eerder is aangetoond dat de dosis van 1.0 μg ghreline de operante respons op suiker verhoogt en een orexigenische respons induceert wanneer deze wordt afgegeven 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 in het hele onderzoek verwijzen naar het vermogen ervan 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 voedseldeprivatie. 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 voeropname

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-ghreline-injectie, waarin verwacht wordt dat een orexigenische respons aanhoudt, op basis van eerdere onderzoeken naar het tijdsverloop van de werking van ghreline, 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 voeropname

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) omdat het ghreline-gemedieerde orexigenische effect nog steeds aanwezig is na een vertraagde plaatsing van de voerkorrels (na 2 uur).

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

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 voedseldeprivatie-geïnduceerde voedselbeloning en chow-inname

De dopaminereceptorantagonisten werden getest in 2 verschillende experimenten. In het eerste experiment werden reacties onderzocht na gericht NAc (n = 20) afgifte van een van beide dragers of de D1-achtige receptorantagonist (0.5 μg SCH-23390). Het testen werd uitgevoerd in nuchtere toestand (nadat voedsel beperkt was gedurende de donkere cyclusperiode). In het tweede experiment werden reacties onderzocht na gerichte NAc (n = 7) levering van een drager of 1.5 μg NAc eticlopride hydrochloride. De tests werden uitgevoerd in nuchtere toestand (nadat voedsel beperkt was 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 voedselgebrek veroorzaakte 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® probe- 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 aangewezen als de kalibrator. Glyceraldehyde-3-fosfaatdehydrogenase (GAPDH) werd gebruikt als referentiegen.

2.3.7. statistische analyse

Alle gedragsparameters werden geanalyseerd door variantieanalyse met herhaalde metingen (ANOVA), gevolgd door post hoc Tukey HSD-test indien van toepassing of student t test waarbij slechts twee condities 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 door VTA ghreline geïnduceerde voedselbeloning en voeropname

Om te bepalen of activiteit op de D1-achtige receptoren noodzakelijk is voor de VTA-ghreline-geïnduceerde toename van voedselbeloningsgedrag, werd de impact van voorbehandeling met een D1-achtige antagonist (SCH-23390) op ghreline-geïnduceerde operante respons op sucrose getest. Een post-hoc Tukey-test na een ANOVA in één richting (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 respectievelijk beloningen, actieve hefboom en chow) onthulde 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). Aan beloningsgedrag gerelateerde parameters, de verdiende beloningen en actieve hefboomdrukken, werden duidelijk geblokkeerd door SCH-23390-voorbehandeling ( figuur 3A, B). Activiteit bij de inactieve hendel was gering en verschilde niet significant tussen de verschillende behandelingsgroepen ( figuur 3B) suggereren dat de behandeling geen aspecifieke niet-doelgerichte veranderingen in activiteit veroorzaakt. Chow-hyperfagie waargenomen nadat ghreline was gemicro-injecteerd in de VTA, werd niet veranderd door SCH-23390-voorbehandeling ( figuur 3C). Deze gegevens tonen aan dat dopamine- en D1-achtige receptoren in de NAc-schaal zich stroomafwaarts van ghreline bevinden en noodzakelijk zijn voor door VTA toegediende ghreline om zijn effecten op voedselbeloningsgedrag uit te oefenen. Ze zijn echter niet essentieel voor het vermogen van ghreline om de inname van voer te verhogen. NAc-behandeling met SCH-23390 had geen effect werkt 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 voeropname

Om te bepalen of activiteit op de D2s noodzakelijk is voor expressie van de door VTA door ghreline geïnduceerde verhoging van voedselbeloningsgedrag, werd de impact van voorbehandeling met een selectieve D2-antagonist (eticlopride hydrochloride) op door ghreline geïnduceerde toename van sucrose-operant gedrag getest. Eenrichtings-ANOVA toonde een significant effect van medicamenteuze behandeling aan (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 chow). Een post-hoc Tukey-test wees op een significante toename van verdiende beloningen (p <0.01; figuur 4A) en actieve hendelpersen (p <0.01; figuur 4B) na behandeling met ghreline die werden geblokkeerd met voorbehandeling met eticlopride. Activiteit bij de inactieve hendel was gering en verschilde niet significant tussen de verschillende behandelingsgroepen ( figuur 4B). In tegenstelling tot de operante responsgegevens, veranderde de voorbehandeling met eticlopride de door ghreline geïnduceerde toename van de inname van voer niet (p <0.05; figuur 4C). In deze combinatiestudie werd de interactie bevestigd door tweezijdige ANOVA tussen voorbehandeling × ghreline in verdiende beloningen: F(1,24) = 4.8, p < 0.05; actieve hendelpersen: 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 veroorzaken, maar niet om consumptie van voer.

  • 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 inname van voer

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 ofwel 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 pas op het tijdstip van 3 uur een significant effect van VTA-ghreline detecteren, misschien als gevolg van de impact van de drievoudige parenchymale injectie die in dit onderzoek nodig was. Eenrichtings-ANOVA wees op een significant effect van de behandeling (F(3,30) = 9.6, p < 0.0005). Voedselinname na toediening van VTA-ghreline bereikte significantie op het tijdstip van 3 uur, maar dit werd opnieuw niet onderdrukt door gelijktijdige toepassing van de dopaminereceptorantagonisten op het NAc ( figuur 5C). Merk op dat de gecombineerde toepassing van beide dopaminereceptorantagonisten op het NAc geen effect had werkt 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 voedseldeprivatie-geïnduceerde voedselbeloning en chow-inname

Voedselgebrek verhoogt zowel de operante respons als de 1 uur durende voeropname; ratten drukten bijna twee keer zo vaak op de actieve hendel 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). Blokkering van D1-achtige receptoren in de NAc-schaal verminderde significant de door voedselgebrek veroorzaakte verhoging van het voedselbeloningsgedrag wanneer beoordeeld als een vermindering van de 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 significant de door voedselgebrek veroorzaakte verhoging van het voedselbeloningsgedrag wanneer beoordeeld als een vermindering van de verdiende voedselbeloningen (p <0.01; figuur 7A). Hoewel elke rat zijn actieve hefboomdruk verminderde na D2-blokkade in het NAc, resulteerde het effect in een trend (p = 0.08; figuur 7B) waarschijnlijk als gevolg van hoge basisvariabiliteit bij het indrukken van de hendel (standaardfout = 86 voor voertuig en 41 voor medicijnaandoeningen, bereik van actieve hendeldrukken op voertuig van 57 tot 707 drukken). Verwijdering van de best reagerende rat uit de dataset resulteert in p = 0.001. Met name de verwijderde rat vertoonde 707 drukken op drager en slechts 303 op geneesmiddel, wat ook de algemene conclusie ondersteunde. Noch de dopaminereceptorantagonist veranderde het indrukken van de hendel op de inactieve hendel. Chow-inname werd niet veranderd 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 dopaminereceptor D2 was significant verminderd, terwijl mRNA van dopaminereceptor D5 was verhoogd. Dopaminereceptor D1-, D3-, COMT- en MAO-mRNA's werden niet veranderd door het nachtelijk 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 anorexigeen neuropeptide met receptoren in de VTA, verhoogt, in tegenstelling tot wat kan worden voorspeld voor een anorexia-agens, in feite de dopaminerge activiteit en dopamine-afgifte in het striatum, terwijl het voedselinnamegedrag 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 betrekking heeft op differentiële opioïde signaalroutes in de VTA (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 het nut van de effecten van ghreline op het dopaminesysteem bij 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 circuits die door ghreline worden 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)], wat de sleutelrol van deze receptoren in op beloning gerichte processen benadrukt. De huidige gegevens geven aan dat NAc D1-achtige receptoren een essentieel onderdeel zijn van de circuits die worden geactiveerd door VTA-werkende ghreline. Ondersteunend is ook aangetoond dat perifere toepassing van deze D1-antagonist de ghreline-versterkte objectherkenning vermindert (Jacoby en Currie, 2011). Gezien het feit dat perifere toepassing gericht is op alle D1-uitdrukkende neuronale populaties in de hersenen en dat populaties buiten het NAc (bijvoorbeeld in de hippocampus) een belangrijke rol kunnen spelen bij leren en geheugen, is het niet duidelijk of de onderzochte NAc-populatie dragen hier bij aan de geheugenverbeterende 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, wanneer ze perifeer worden geïnjecteerd, kunnen op D2 gerichte medicijnen mogelijk toegang krijgen tot deze receptorpopulatie, terwijl in onze studie alleen de NAc shell D2-receptor het doelwit was. Met name blokkeerde het netto-effect van systemische D1-achtige receptorblokkade de respons voor een sucrosedrank in hetzelfde paradigma (Overduin et al., 2012). Bovendien lijkt systemische, subcutane injectie van een D1-agonist de voorkeur voor smakelijk voedsel te versterken, terwijl systemische injectie van een D2-agonist deze 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 ons gericht op de D1-achtige en D2-receptoren in de schaal van het NAc. De functie van de schaal en de kern van het NAc lijkt tot op zekere hoogte te kunnen worden losgekoppeld, vooral met de kern die ten grondslag ligt aan veranderingen in de zelftoediening van medicijnen gekoppeld aan discrete cue en de schaal die meer invloed heeft op de contextafhankelijke zelftoediening van medicijnen (Bossert et al., 2007). Deze functionele dissociatie wordt ondersteund door de neuroanatomische verbindingen, waar 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 zelf de combinatie van D1- en D2-receptoragonisten alleen in de schil van NAc toedienen en niet in de kern (Ikemoto et al., 1997), wat aangeeft dat hun coöperatieve actie op het gebied van beloning voornamelijk verband houdt met de hier beoogde schelpenregio.

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).

Voedselgebrek wordt in verband gebracht met hoge niveaus van circulerende ghreline. In omstandigheden van voedselgebrek wekt 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 voedselgebrek op NAc-dopaminereceptorexpressie samenvallen met onze gegevens die een rol aantonen voor D1-achtige (waaronder D5) en D2-receptoren in vasten-geïnduceerde 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 gemeenschappelijk zijn voor zowel drugsverslaving als eetstoornissen, is het mogelijk dat de huidige bevindingen indicatief zijn voor een rol van D1-achtige en D2-receptoren bij drugs- en alcoholversterkende effecten van ghreline (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 subsidies (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, The Sahlgrenska Academy aan de Universiteit van Göteborg, Medicinaregatan 11, PO Box 434, SE-405 30 Göteborg, Zweden. Tel.: +46 31 786 3818 (kantoor); faxen: +46 31 786 3512.

Copyright © 2013 De auteurs. Gepubliceerd door Elsevier Ltd.