De rol van ghrelin in voedselbeloning: invloed van ghreline op sucrose zelftoediening en mesolimbische dopamine en acetylcholine receptor genexpressie (2012)

Ga naar:

Abstract

De beslissing om te eten wordt sterk beïnvloed door niet-homeostatische factoren, zoals eetbaarheid. Inderdaad, de lonende en motiverende waarde van voedsel kan homeostatische signalen negeren, wat leidt tot meer consumptie en dus tot obesitas. Ghreline, een van de darm afgeleid orexigeen hormoon, speelt een prominente rol bij homeostatische voeding. Onlangs is het echter naar voren gekomen als een krachtige modulator van de mesolimbische dopaminerge beloningsroute, wat een rol suggereert voor ghreline in voedselbeloning. Hier hebben we geprobeerd te bepalen of ghreline en zijn receptoren belangrijk zijn voor het versterken van de motivatie voor natuurlijke suikerbeloning door de rol van ghreline-receptor (GHS-R1A) -stimulatie en blokkade voor sucrose progressieve ratio operante conditionering te onderzoeken, een procedure die wordt gebruikt om motiverende drive te meten een beloning verkrijgen. Perifeer en centraal toegediende ghreline verhoogde de operante respons significant en daarom de motivatie voor sucrose. Met behulp van de GHS-R1A-antagonist JMV2959 hebben we aangetoond dat blokkering van GHS-R1A-signalering de respons van operanten op sucrose aanzienlijk verminderde. We hebben de effecten van ghreline op belangrijke mesolimbische beloningsknooppunten, het ventrale tegmentale gebied (VTA) en nucleus accumbens (NAcc) verder onderzocht door de effecten van chronische centrale ghreline-behandeling op de expressie van genen die coderen voor belangrijke beloningsneurotransmitterreceptoren, namelijk dopamine en acetylcholine, te evalueren. Ghreline-behandeling was geassocieerd met een verhoogde dopaminereceptor D5 en acetylcholinereceptor nAChRβ2-genexpressie in de VTA en verminderde expressie van D1, D3, D5 en nAChRα3 in de NAcc. Onze gegevens geven aan dat ghreline een belangrijke rol speelt bij de motivatie en versterking van sucrose en gevolgen heeft voor de expressie van voor dopamine en acetylcholine coderende genen in het mesolimbische beloningscircuit. Deze bevindingen suggereren dat ghreline-antagonisten therapeutisch potentieel hebben voor de behandeling van obesitas en om de overconsumptie van zoet voedsel te onderdrukken.

sleutelwoorden: Acetylcholine, dopamine, voedselmotivatie, ghreline, GHS-R1A, operante conditionering

INLEIDING

Het staat vast dat het circulerend hormoon ghreline een belangrijke rol speelt bij de regulering van de energiebalans (Kojima c.s.. 1999; Nogueiras, Tschöp & Zigman 2008). Vrijgegeven voornamelijk door de maag (Dornonville de la Cour c.s.. 2001), ghreline ontlokt krachtige orexigenic effecten zowel bij knaagdieren als bij de mens (Winterkoninkje c.s.. 2000, 2001) via stimulatie van de receptor van het centrale zenuwstelsel (CZS) (Salomec.s.. 2009a), de secreto-receptor voor groeihormoon (GHS-R1A) (Howard c.s.. 1996). Inderdaad, ghreline richt zich op hypothalamische en hersenstamcircuits die betrokken zijn bij voeder- en energiehomeostase (Dickson, Leng & Robinson 1993; Bailey c.s.. 2000; Hewson & Dickson 2000; Faulconbridge c.s.. 2003, 2008). Het voedingsgedrag wordt echter niet alleen ingegeven door de behoefte aan nutriëntenreproductie (dwz de noodzaak om de homeostase te herstellen); eetbare voedingsmiddelen met een hoog vet- en / of suikergehalte kunnen de inname motiveren ondanks een verzadigde toestand (Zheng c.s.. 2009). Het overconsumptie van smakelijke natuurlijke versterkingen zoals suiker is een belangrijke factor die de huidige obesitas-epidemie stuurt. Er moet nog worden bepaald of het centrale ghreline-signaleringssysteem belangrijk is voor niet-homeostatische suikerconsumptie, waardoor een mogelijk belangrijk therapeutisch doelwit wordt geboden om de inname van calorische, smakelijke en belonende zoete voedingsmiddelen te onderdrukken.

Geïnspireerd door recente bevindingen dat ghreline interageert met mesolimbische gebieden die betrokken zijn bij niet-homeostatische / beloningstoediening (Jerlhag c.s.. 2007), probeerden we de rol van ghrelin en zijn receptor in voedselmotivatie en doelgericht gedrag voor sucrosebeloning te beoordelen. Deze mesolimbische gebieden zijn lange tijd de focus geweest van onderzoek naar drugsverslaving, omdat ze een belangrijk doelwit zijn voor de meeste drugsmisbruiken (Engel 1977; Koob 1992). De doel-mesolimbische route voor ghreline omvat de dopamineprojectie van het ventrale tegmentale gebied (VTA) naar de nucleus accumbens (NAcc) (Jerlhag c.s.. 2006, 2007), een traject dat beloning uitlost van zowel verslavende chemische drugs als natuurlijke beloningen, inclusief voedsel (Koob 1992). Interessant is dat GHS-R1A wordt uitgedrukt op dopaminerge neuronen (Abizaid c.s.. 2006), wat mogelijke directe effecten van ghreline op het VTA-dopaminesysteem impliceert. Deze immunohistochemische gegevens worden aangevuld door het opeenstapelende gedrags- en elektrofysiologische bewijs van het effect van ghreline in de VTA. Intra-VTA-toediening van ghreline verhoogt bijvoorbeeld de activiteit van VTA-dopamine-neuronen (Abizaid c.s.. 2006) en verhoogt de afgifte van dopamine in de NAcc (Jerlhag c.s.. 2007). Ghreline verhoogt ook de activiteit van de cholinerge-dopaminerge link, een belangrijke beloningsroute. Inderdaad, ten minste een deel van de effecten van ghreline op dopamine lijken te worden gemedieerd door het cholinerge systeem (Jerlhag c.s.. 2007).

Hoewel vastgesteld dat ghrelin een krachtig orexigeen effect heeft wanneer voedsel gemakkelijk verkrijgbaar is, is het nog niet bekend of de orexigene effecten van ghreline kunnen worden uitgebreid met veranderende motivatie en versterkende aspecten van natuurlijke versterkingen zoals smakelijk zoet voedsel (dwz toenemend gebrek aan, en de moeite / werk die men bereid is te doen om een ​​zoete traktatie te krijgen). De motivatie en beloningsdoeltreffendheid van verslaafden kunnen worden geëvalueerd in het zelf-toedienende, operante conditioneringsmodel. Operante conditionering is een hoofdprocedure voor de analyse van gemotiveerd gedrag dat verworven en vrijwillig gedrag gericht op het verkrijgen van een beloning beoordeelt. Door de hoeveelheid werk te meten die een proefpersoon bereid is te besteden om de beloning te verkrijgen, biedt deze een objectieve maatstaf voor de beloningswaarde (Hodos 1961). Mesolimbische regio's zijn cruciaal voor motivationele aspecten van gedrag inclusief voeding en het is duidelijk dat ghreline de neuronale activiteit in relevante mesolimbische regio's beïnvloedt. Wat nog niet is aangetoond, is het directe effect van ghreline op de motivatie voor hoog-suiker voedsel. Het primaire doel van onze studie is om te onderzoeken of het centrale ghreline-signaleringssysteem een ​​rol speelt in de hedonistische / motivationele of positieve versterkende eigenschappen van voedselgerelateerde beloningen met hoog suikergehalte en of dit systeem onderdrukt wordt, met behulp van een nieuwe selectieve GHS-R1A-antagonist JMV2959 (Salomec.s.. 2009a), kan de motivatie om snoepjes te verkrijgen onderdrukken. GHS-R1A-antagonisten worden momenteel therapeutisch geëvalueerd bij type 2 diabetespatiënten, aangezien onderdrukking van ghreline-signalering gunstige effecten heeft op glucosehomeostase (Zon c.s.. 2006), effecten die ook zouden profiteren van een verminderde inname van zoet voedsel. Verschillende bewijslijnen suggereren dat dopaminerge en cholinerge neurotransmissie een belangrijke rol spelen bij gemotiveerd beloningsgedrag. Daarom evalueerden we, om de effecten van ghreline op de centrale beloningscircuits verder te karakteriseren, de impact van ghreline-behandeling op dopamine- en acetylcholinereceptorgenexpressieveranderingen in belangrijke beloningsknooppunten, de VTA en NAcc, na ghreline-behandeling.

METHODEN

Dieren

Volwassen mannelijke Sprague-Dawley-ratten (200-250 g, Charles River, Duitsland) werden gehuisvest in een 12-uur licht / donker cyclus met regulier voer en water beschikbaar ad libitum, behalve wanneer anders aangegeven. 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

Voor gedragsexperimenten gericht op het CZS, een derde ventriculaire geleidecanule (26 gauge; Plastics One, Roanoke, VA, VS; coördinaten: op de middellijn, 2 mm posterieur van bregma en 5.5 mm ventraal naar dura mater, met injector gericht op 7.5 mm ventraal van de dura) werd geïmplanteerd onder isofluraananesthesie. Canules werden aan de schedel bevestigd met tandheelkundige acryl- en juwelierschroeven en gesloten met een obturator, zoals eerder beschreven (Skibicka, Alhadeff & Grill 2009). Plaatsing van de canule in het derde ventrikel werd een week na de operatie geverifieerd door meting van de sympathoadrenaal-gemedieerde glycemische respons op centrale injectie van 5-thio-D-glucose [210 μg in 2 μl vehikel (zoutoplossing)] (Ritter, Slusser & Stone 1981). In dit protocol voor plaatsingsverificatie was een postinjectie-verhoging van ten minste 100% van het uitgangsniveau van het glucosegehalte in het plasma vereist voor opname van de proefpersoon. Voor het genexpressie-experiment werden de ratten geanesthetiseerd (60-75 mg / kg Ketalar en 0.5 mg / kg Domitor ip; Pfizer, Zweden; Orion Co, Finland) en een chronische intracerebroventriculaire (ICV) canule (Alzet Brain Infusion Kit II, DURECT Corp, Cupertino, CA, VS) werd ingebracht in het laterale ventrikel met behulp van de volgende coördinaten: 0.6 mm posterior van bregma, 1.4 mm lateraal van de middellijn, 2.3 ventrale van de schedel. De canule was via een polyethyleenkatheter verbonden met een osmotische minipomp (Alzet Mini-Osmotic Pump Model 2002, Durect, Cupertino, stroomsnelheid, 0.5 μl / uur voor 14-dagen) subcutaan geïmplanteerd in de rug van de dieren.

Operant conditioning model

Apparaat

Operante conditioneringsexperimenten vonden plaats in acht operante conditioneringskamers die waren ontworpen voor ratten (30.5 24.1 21.0 cm; Medical-Associates, Georgia, VT, USA), die in een verzwakte, zwak verlichte kast waren geplaatst. Elke kamer had een metalen roostervloer, twee intrekbare hefbomen met witte gloeilampen erboven en een dispenser voor voedselpellets die 45 mg sucrosepellets (GlaxoSmithKline, Testdieet, Richmond, IN, VS) in de voedselbak kan afleveren. Het verzamelen en verwerken van gegevens werd gecontroleerd door MED-PC-software (Medical-Associates, Georgia, VT, VS).

Training

De procedure die werd gebruikt voor operante conditionering werd aangepast van (De Bloem c.s.. 2007) en (Tracy c.s.. 2008). Alle ratten werden onderworpen aan een mild voedselbeperkingsparadigma waarbij hun initiële lichaamsgewicht geleidelijk werd verlaagd tot 90% gedurende een periode van een week. Voor de ICV-gecanuleerde ratten begon de training een week na de operatie. Voorafgaand aan plaatsing in de operante dozen werden de ratten op ten minste twee gelegenheden blootgesteld aan de sucrose-pellets in de thuiskooi-omgeving. Vervolgens leerden de ratten de pers in te drukken voor sucrosepellets onder een FR1-schema met vaste verhoudingen met twee sessies per dag. In FR1 resulteerde één druk op de actieve hendel in de levering van één sucrosepellet. Alle FR-sessies duurden 30 minuten of totdat de ratten 100-pellets verdienden, wat het eerst plaatsvond. De meeste ratten behaalden de 100-pellets per sessiecriterium na 10 tot 15-sessies. Drukken op de inactieve hendel werden geregistreerd maar hadden geen geprogrammeerd gevolg. FR1-planningssessies werden gevolgd door FR3 en FR5 (dat wil zeggen drie en vijf persen per pellet, respectievelijk). Nogmaals, een minimum van 100-reacties per sessie over de actieve hefboom was vereist voor de voortgang naar het volgende schema; de meeste ratten hadden slechts één tot twee FR3- en FR5-schema ('s) nodig om dit niveau te bereiken. Het FR5-schema werd gevolgd door het progressieve ratio (PR) -schema waarin de kosten van een beloning progressief worden verhoogd voor elke volgende beloning om te bepalen hoeveel werk de rat bereid is te doen om de beloning te krijgen. De responsbehoefte nam toe volgens de volgende vergelijking: responsverhouding = [5e (0.2 × infuusnummer)] - 5 door de volgende series: 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 binnen 60 minuten geen beloning had verdiend. Het breekpunt werd gedefinieerd als de uiteindelijke voltooide verhouding voordat de sessie werd beëindigd. Het reageren 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 de reactie zich binnen vijf tot zeven sessies. PR-test werd één sessie / dag uitgevoerd. De sessies duurden gemiddeld 75 minuten, maar alle ratten bleven tot de 120 minuten in de operante vakken staan ​​om alle sessies te laten eindigen. De ratten werden vervolgens overgebracht naar thuiskooien voor een meting van de voederinname van een uur met vrij voer. Aan het einde van de training en voorafgaand aan het testen werden de ratten teruggebracht naar een ad libitum voerschema.

Experimenteel ontwerp

Alle ratten ontvingen intraperitoneaal (IP) of in een afzonderlijke groep ratten, derde ventrikel (derde ICV) injecties vroeg in de lichtcyclus (voor ghrelin-tests) en laat in de lichtcyclus voor ghreline antagonist experimenten 20 minuten voorafgaand aan de start van operant testen. Alle condities werden gescheiden door een minimum van 48-uren en werden op een tegengewicht uitgevoerd (elke rat ontving alle omstandigheden op verschillende testdagen).

Experiment 1: invloed van perifere of centrale ghreline-toediening op PR-operant die reageert op sucrose bij ratten

Voor alle ratten werden hefboom-indrukkende responsen onderzocht na twee omstandigheden: IP-behandeling met zoutoplossing of geacyleerde ratten-ghreline (Tocris, Bristol, VK; 0.33 mg / kg lichaamsgewicht bij 1 ml / kg). De geselecteerde IP-ghreline-dosis is eerder aangetoond om een ​​voedingsreactie bij ratten te induceren (Winterkoninkje c.s.. 2000) en ook om dopamine-afgifte en locomotorische activiteit bij muizen te voorkomen (Jerlhag 2008). Volgend op operante testen kregen de ratten vrije toegang tot het voer en werd de inname van het voer gemeten na een periode van een uur. Vervolgens onderzochten we in een afzonderlijke groep ratten de responsen na gerichte aflevering van het CZS-geneesmiddel na drie condities als volgt: controleconditie met derde ventrikel-zoutoplossing, 0.5 μg of 1.0 μg geacyleerde ratten-ghrelin (Tocris) in een 1 μl-volume. Van de geselecteerde doses ghrelin is eerder aangetoond dat het voedingsreacties opwekt (Nakazato c.s.. 2001). Voor zowel de ICV- als de IP-ghreline-onderzoeken werden hendelpersexperimenten uitgevoerd in de verzadigde toestand (dwz wanneer de voedselinname zou worden aangestuurd door de belonende eigenschappen van het voedsel in plaats van door homeostatische aandrijvingen). Ook, in beide studies, na operante testen, kregen de ratten vrije toegang tot het voer en werd de inname van het voer gemeten na een periode van een uur.

Experiment 2: impact van perifere of centrale behandeling met een ghreline-receptor (GHS-R1A) -antagonist (JMV2959) op stimuleringsmotivatie voor een sucrose-beloning bij ratten

PR-operatieve responsen werden als volgt onderzocht na drie condities: controleconditie met IP-zoutoplossing, 1 mg / kg of 3 mg / kg JMV2959 (AEZS-123, AeternaZentaris GmBH, Frankfurt, Duitsland). De JMV2959-doses zijn geselecteerd op basis van Jerlhag c.s.. (2009) en Egecioglu c.s.. (2010) en voorlopige gegevens, waarvan eerder is aangetoond dat ze het geconditioneerd plaatsvoorkeurgedrag verlagen, maar geen onafhankelijk effect hebben op de locomotorische activiteit. Volgend op operant testen, kregen de ratten vrije toegang tot chow. Om de effecten van directe acute centrale antagonistwerking in een afzonderlijke groep ratten te beoordelen, werd het operatiegedrag onderzocht na de volgende drie aandoeningen: controleconditie met derde ventrikel-zoutoplossinginjectie, 5 μg of 10 μg JMV2959 in een 1 μl-volume. De geselecteerde ICV-doses JMV2959-dosis waren gebaseerd op Salomec.s.. (2009a) waarbij de orexigenische werking van 1 μg ghrelin-toegediend ICV was geblokkeerd. Volgend op operant testen, kregen de ratten vrije toegang tot chow en werd de chow-inname gemeten na een periode van een uur en ook op 24 uren na de initiële injectie. Onderzoeken met de GHS-R1A-antagonist, in tegenstelling tot die uitgevoerd met ghreline (zie eerder), werden uitgevoerd op de ratten na een 16-uur voedselbeperking voorafgaand aan de injecties om hoge niveaus van endogeen circulerend ghreline te verzekeren (Cummings c.s.. 2001).

Experiment 3: ghreline-geïnduceerde veranderingen in expressie van dopamine- en acetylcholine-gerelateerde genen in de VTA en NAcc

Hier hebben we de effecten bepaald van chronische ICV-ghreline-infusie gedurende twee weken op de expressie van geselecteerde genen die betrokken zijn bij dopaminerge en cholinerge transmissie in twee belangrijke mesolimbische beloningsroute-knooppunten, de VTA en NAcc. De geselecteerde dopamine-gerelateerde genen waren genen die coderen voor de dopaminereceptoren (D1A, D2, D3, D5), catechol-O-methyltransferase, tyrosinehydroxylase (alleen in VTA) en monoamineoxidase A.De acetylcholine-gerelateerde genen waren: nicotinereceptorsubeenheden (α3 α6, β2, β3). De genen die we hebben gekozen om te evalueren, zijn eerder betrokken geweest bij de effecten van ghreline en / of bij het belonen / motiveren van gedrag (Kelley c.s.. 2002; Figlewicz c.s.. 2006; Jerlhag c.s.. 2006, 2007; Sibilia c.s.. 2006; Dalley c.s.. 2007; Kuzmin c.s.. 2009; Luwte c.s.. 2009; Nimitvilai & Brodie 2010; Perello c.s.. 2010). Een chronisch ghreline / zoutoplossing-infusieprotocol werd gebruikt in plaats van acute injectie om de kansen te vergroten om een ​​effect op genexpressie te zien; bovendien, als ghrelin op de lange termijn een belangrijke regulator is van het beloningssysteem, het bevorderen van overeten en obesitas, zijn de chronische effecten om belangrijke beloningsmechanismen te veranderen waarschijnlijk van groot belang.

Medicijntoediening en weefseldissectie

De katheter en de osmotische pomp werden gevuld met geacetyleerde humane ghreline (geschenk van Rose Pharma, Kopenhagen, Denemarken) oplossing (8.3 μg / rat / dag) of zoutoplossing van het vehikel (0.9% NaCl); het is eerder aangetoond dat deze dosis en duur van de behandeling de genexpressie in de hypothalamus beïnvloeden (Salomec.s.. 2009b). Veertien dagen na implantatie van de minipompen werden de ratten gedood door onthoofding. De hersenen werden snel verwijderd en de VTA en de NAcc werden ontleed met behulp van een hersenmatrix (grenzen van elke regio werden bepaald op basis van Paxinos en Watson 1986), ingevroren in vloeibare stikstof en bewaard bij -80 ° C voor latere bepaling van mRNA-expressie.

RNA-isolatie en mRNA-expressie

Individuele hersenmonsters werden gehomogeniseerd in Qiazol (Qiagen, Hilden, Duitsland) met behulp van een TissueLyzer (Qiagen). Totaal RNA werd geëxtraheerd met behulp van RNeasy Lipid Tissue Mini Kit (Qiagen) of RNeasy Micro Kit (Qiagen), beide met aanvullende DNAse-behandeling (Qiagen). RNA-kwaliteit en kwantiteit werden beoordeeld door spectrofotometrische metingen (Nanodrop 1000, NanoDrop Technologies, Wilmington, DE, VS). Voor cDNA-synthese werd totaal RNA omgekeerd getranscribeerd met behulp van willekeurige hexameren (Applied Biosystems, Sundbyberg, Zweden) en Superscript III reverse transcriptase (Invitrogen Life Technologies, Paisley, VK) volgens de beschrijving van de fabrikant. Recombinant RNaseout ribonucleaseremmer (Invitrogen) werd toegevoegd om door RNase gemedieerde afbraak te voorkomen. Alle cDNA-reacties werden in triplo uitgevoerd. Real-time reverse transcriptie PCR werd uitgevoerd met behulp van TaqMan Custom Array-assays. Ze zijn ontworpen met TaqMan-probe en primer-sets voor doelwitgenen gekozen uit een online catalogus (Applied Biosystems). Elke poort op de TaqMan Array-platforms werd geladen met cDNA overeenkomend met 100 ng totaal RNA gecombineerd met nucleasevrij water en 50 µl TaqMan Gene Expression Master Mix (Applied Biosystems) tot een eindvolume van 100 µl. De TaqMan Arrays werden geanalyseerd met behulp van het 7900HT-systeem met een TaqMan Array Upgrade (Applied Biosystems). Thermische cyclische omstandigheden waren: 50 ° C gedurende twee minuten, 94.5 ° C gedurende 10 minuten, gevolgd door 40 cycli van 97 ° C gedurende 30 seconden en 59.7 ° C gedurende één minuut.

Genexpressiewaarden werden berekend op basis van de ΔΔCt methode (Livak & Schmittgen 2001), waarbij de met zoutoplossing behandelde groep werd aangeduid als de kalibrator. Kort gezegd, ΔCt vertegenwoordigt de drempelcyclus (Ct) van het doelwitgen minus dat van het referentiegen en AΔCt vertegenwoordigt de ΔCt van de met ghrelin behandelde groep minus die van de kalibrator. Relatieve grootheden werden bepaald met behulp van de relatieve relatieve hoeveelheid = 2-ΔΔCt. Voor het kalibratorvoorbeeld is de vergelijking relatieve hoeveelheid = 2-0, dat is 1; daarom wordt elke andere steekproef ten opzichte hiervan uitgedrukt. Glyceraldehyde-3-fosfaatdehydrogenase werd gebruikt als referentie-gen.

Statistieken

Alle gedragsparameters werden geanalyseerd door analyse van de variantie gevolgd door post hoc Tukey-test of t-Test waar nodig. Statistische analyses werden uitgevoerd met behulp van Statistica-software (Tulsa, OK, VS). Om het effect van chronische centrale ghrelinebehandeling op genexpressie te analyseren, t-test werd gebruikt, met P-waarden berekend met behulp van de ΔCt-waarden. Verschillen werden als significant beschouwd op P <0.05. Gegevens worden uitgedrukt als gemiddelde ± SEM.

RESULTATEN

Experiment 1: invloed van perifere of centrale ghreline-toediening op PR-operant die reageert op sucrose bij ratten

Hier gebruiken we een paradigma dat gebruikt wordt in verslavingsonderzoek om de rol van ghreline in de natuurlijke motivatie van zoet eten en de versterkende eigenschappen van suiker te beoordelen. Om de rol van perifere ghreline-toediening op de werkzaamheid van sucroserelaties te bepalen, onderzochten we met name de zelftoediening van sucrose in een progressief responsschema bij de ratten 20 minuten na IP-injectie van vehikel of ghreline. Alle maten van operant gedrag waren significant verhoogd bij de ratten na acute perifere ghreline-injectie: actieve hefboompersing (P <0.05 voor alle tijdstippen), aantal verdiende suikerkorrels (P <0.005 voor alle tijdstippen) en 120 minuten pauze (P <0.005, 32.53 ± 3.4 en 41 ± 4.3 voor respectievelijk vehikel en ghreline; Fig. 1a, b). De literatuur ondersteunt in de eerste plaats een centrale actieterrein voor het orexigene effect van ghreline. GHS-R1A komt echter ook tot expressie buiten het CZS op plaatsen die relevant zijn voor de controle van voedselinname, bijvoorbeeld op de nervus vagus; daarom kan niet worden uitgesloten dat een deel van de waargenomen effecten van IP-ghreline wordt gemedieerd door die perifere receptoren. Centrale injectie van een laag volume en een lage dosis ghreline stimuleert echter alleen het CZS GHS-R1A. Daarom hebben we, om een ​​direct CNS-effect van ghreline op de werkzaamheid van sucrosebeloning te bepalen, een parallelle studie uitgevoerd waarin vehikel of ghreline werd toegediend door middel van derde ventrikelinjectie, ook 20 minuten voorafgaand aan het operante paradigma. In overeenstemming met een centrale plaats van effecthypothese, verhoogde acute ICV-ghreline-injectie bij ratten (zowel doses van 0.5 µg als 1.0 µg) alle bovengenoemde maatregelen van operant gedrag significant (Fig. 2a, b). Het tijdsverloop van de actieve hendelreacties in de ICV-ghreline-studie onthulde dat terwijl het effect langzaam opkwam tijdens de 10- en 30-minuten, het significant werd in 60 minuten [actieve hendel: 10 minuten F(2, 24) = 0.94, P = 0.41, 30 minuten F(2, 24) = 3.13, P = 0.06, 60 minuten F(2, 24) = 5.86, P <0.01, 90 minuten F(2, 24) = 6.42, P <0.01, 120 minuten F(2, 24) = 6.03, P <0.01; verdiende beloningen: 10 minuten F(2, 24) = 0.26, P = 0.78, 30 minuten F(2, 24) = 2.76, P = 0.08, 60 minuten F(2, 24) = 8.31, P <0.005, 90 minuten F(2, 24) = 10.16, P <0.001, 120 minuten F(2, 24) = 11.93, P <0.001; en breekpunt: F(2, 24) = 7.22, P <0.005 (17.31 ± 1.53, 33.15 ± 5.52, 36 ± 6.95 voor voertuig, respectievelijk 0.5 µg en 1.0 µg ghreline)], een tijdsverloop dat consistent is met andere rapporten van door ghreline geïnduceerde voedingslatentie bij toediening via deze route (Faulconbridge c.s.. 2003). In beide experimenten was de activiteit bij de inactieve hendel klein en verschilde deze niet significant tussen de verschillende behandelingsgroepen (IP 4.1 ± 1.1, 4.1 ± 1.1 voor vehiculum en ghrelin, respectievelijk; ICV 3.9 ± 1.1, 2.1 ± 0.7, 3.5 ± 1.6 voor drager, 0.5 μg en 1.0 μg ghreline, respectievelijk), wat suggereert dat de behandeling geen niet-specifieke niet-doelgerichte veranderingen in activiteit produceert. Onmiddellijk na operant testen werden de ratten teruggebracht naar hun huiskooien en kregen ze vrije toegang tot chow; de ratten geïnjecteerd met ghrelin, ongeacht of het perifeer werd toegediend (P <0.05) of centraal [F(2, 24) = 12.64, P <0.001], hun voeropname tijdens het eerste uur bijna verdubbeld in vergelijking met de met drager behandelde groepen (Afb. 1c en 2c). In overeenstemming met eerdere gegevens (Faulconbridge c.s.. 2003) die aangeeft dat het grootste deel van het hyperfage-effect van acute centrale ghreline-injectie binnen drie uur na de injectie plaatsvindt, werd geen effect op de chow-inname waargenomen in onze studie drie tot 24 uur na ICV-toediening van beide doses ghreline [17.4 ± 1.12, 18.42 ± 1.34, 19.12 ± 1.43 voertuig, 0.5 μg en 1.0 μg ghrelin, respectievelijk, F(2, 24) = 2.27, P = 0.13].

Figuur 1 

Perifere ghreline-injectie verhoogt de motivatie om smakelijk voedsel te verkrijgen in een PR-ratio operant conditioneringsmodel. Het aantal responsen op de actieve hendel (a) en het aantal verkregen 45 mg sucrose-beloningen (b) worden aanzienlijk verhoogd met ...
Figuur 2 

CNS (derde ICV) ghreline aflevering verhoogt de lonende waarde van sucrose in een PR-ratio operant conditioneringsmodel. Het aantal responsen op de actieve hendel (a) en het aantal verkregen 45 mg sucrose-beloningen (b) is aanzienlijk verhoogd met een derde ...

Experiment 2: impact van perifere of centrale behandeling met een ghreline-receptor (GHS-R1A) -antagonist (JMV2959) op stimuleringsmotivatie voor sucrose-beloning bij ratten

Vervolgens onderzochten we de effecten van farmacologische blokkade van GHS-R1A op de doeltreffendheid van sucrose-beloning. Aldus werd zelftoediening van sucrose in een progressief responsschema onderzocht in de nachtelijke voedselbeperkte ratten om hoge niveaus van endogeen circulerend ghreline 20 minuten na IP-injectie van vehiculum of 1 mg / kg of 3 mg / kg JMV2959, een GHS te waarborgen -R1A-antagonist. Alle metingen van operant gedrag waren significant verminderd bij de ratten na perifere injectie van JMV2959 [actieve hendel: vijf minuten F(2, 24) = 11.53 P <0.0005, 120 minuten F(2, 24) = 11.27, P <0.001; verdiende beloningen: vijf minuten F(2, 24) = 23.39 P <0.0005, 120 minuten F(2, 24) = 9.26, P <0.001 en breekpunt bij 120: F(2, 24) = 5.98, P <0.01 (45.31 ± 6.45, 42.08 ± 5.80, 30.0 ± 5.89 voor voertuig, respectievelijk 1 mg / kg en 3 mg / kg JMV2959)]. Post hoc analyse onthulde dat het hoofdeffect werd bepaald door de dosis 3 mg / kg (Fig. 3a, b). Om de rol van de centrale ghrelinereceptor in de doeltreffendheid van de sucrose-beloning te bepalen, werd een soortgelijk onderzoek uitgevoerd waarin het vehikel of JMV2959 (5 μg of 10 μg) minuten voor de operatiemetingen aan het derde ventrikel 20 werd toegediend. Alle bovengenoemde maten van operant gedrag waren significant verlaagd bij de ratten na een acute infusie met de derde kamer van beide doses JMV2959 (Fig. 4a, b). Het waargenomen effect was onmiddellijk als post hoc analyse onthulde significante verschillen tussen de behandelingsgroepen alleen na 10 minuten activiteit in de operante kamer die tijdens de testperiode werden gehandhaafd [actieve hendel: 10 minuten F(2, 24) = 10.16, P <0.0005, 30 minuten F(2, 24) = 11.48, P <0.0005, 60 minuten F(2, 24) = 9.11, P <0.001, 90 minuten F(2, 24) = 8.30, P <0.001, 120 minuten F(2, 24) = 4.95, P <0.05; verdiende beloningen: 10 minuten F(2, 24) = 21.23, P <0.0001, 30 minuten F(2, 24) = 25.08, P <0.0001, 60 minuten F(2, 24) = 19.24, P <0.0001, 90 minuten F(2, 24) = 20.04, P <0.0001, 120 minuten F(2, 24) = 5.44, P <0.01; en breekpunt: F(2, 24) = 3.78, P <0.05 (51.4 ± 8.58, 38.13 ± 5.07, 33.67 ± 5.21 voor voertuig, respectievelijk 5 µg en 10 µg JMV2959)].

Figuur 3 

Perifere afgifte van een ghreline-receptorantagonist, JMV2959. vermindert de motivatie om smakelijk voedsel te verkrijgen in een PR-ratio operant conditioneringsmodel. Het aantal antwoorden op de actieve hendel (a) en het aantal verkregen 45 mg sucrose-beloningen ...
Figuur 4 

Centrale blokkade van GHS-R1A met JMV2959 vermindert de motivatie om een ​​voedselbeloning te krijgen in een PR-ratio operant conditioneringsmodel. Het aantal antwoorden op de actieve hendel (a) en het aantal verkregen 45 mg sucrose-beloningen (b) zijn aanzienlijk afgenomen ...

Zoals verwacht (Hodos 1961; Jewett c.s.. 1995), in alle behandelingsgroepen, waaronder zowel IP- als ICV-toedieningsroutes, was het effect van voedseldeprivatie op de operante respons op sucrose duidelijk (Afb. 3a en 4a) en contrasteert met die waargenomen in de verzadigde toestand (Afb. 1a en 2a). De activiteit op de inactieve hendel was klein (IP 9.6 ± 3.0, 6.8 ± 2.2, 5.6 ± 1.9 voor voertuig en 1 mg / kg of 3 mg / kg JMV2959; ICV 6.4 ± 1.3, 4.6 ± 1.3, 4.4 ± 1.7 voor voertuig, 5 μg en 10 μg van JMV2959, respectievelijk) en ongeacht of het perifeer of centraal werd toegediend, JMV2959 had geen significant effect op die activiteit (deze activiteit verschilde niet significant tussen de verschillende behandelingsgroepen). Voor de ICV-studie werden de ratten onmiddellijk na het testen door de operateur teruggebracht naar hun huiskooien en kregen ze vrije toegang tot chow; interessant is dat er geen effect werd waargenomen op de inname van chow op het een uur (Fig. 4c) of 24-uurtijd (gegevens niet getoond). Dit zou erop kunnen wijzen dat hoewel ghreline-signalering vereist is voor de deprivatie-geïnduceerde voedselmotivatie, het niet essentieel is voor de vrije voeding geïnduceerd door 16 uur voedseldeprivatie waarschijnlijk vanwege andere overbodige mechanismen geactiveerd tijdens een periode van deprivatie. Alle gratis voedingsmetingen vonden 140 minuten na injectie van het medicijn plaats en daarom kunnen we niet uitsluiten dat het gebrek aan effect gedeeltelijk te wijten is aan het uitwassen van het medicijn.

Experiment 3: ghreline-geïnduceerde veranderingen in expressie van dopamine- en acetylcholine-gerelateerde genen in de VTA en NAcc

In de huidige studie hebben we ook onderzocht of de dopamine- en acetylcholine-gerelateerde genen zijn veranderd door ghreline in belangrijke mesolimbische knooppunten, de VTA en NAcc, door de effecten van chronische centrale ghrelinebehandeling op de expressie van geselecteerde dopaminereceptoren en betrokken enzymen te onderzoeken in dopamine productie en metabolisme, in een paradigma al vastgesteld om ghreline geassocieerde veranderingen in genexpressie in de hypothalamus te produceren (Salomec.s.. 2009b). In de VTA dopamine receptor D5 en nicotine acetylcholine receptor (nAChRβ2) had een verhoogde mRNA expressie in de ghreline behandelde ratten in vergelijking met de zoutoplossing behandelde groep (Fig. 5a). In de NAcc was er een verminderde mRNA-expressie van de genen die coderen voor de dopaminereceptoren D1A, D3 en D5 en ook de nicotine-acetylcholinereceptor nAChRα3 in de ghreline-behandelde ratten in vergelijking met de met zoutoplossing behandelde groep (Fig. 5b).

Figuur 5 

Met Dopamine en acetylcholine geassocieerde genexpressie in VTA (a) en NAcc (b) na chronische ICV-ghreline- of vehikelbehandeling. Gegevens vertegenwoordigen het gemiddelde van vouwverandering ten opzichte van zoutoplossing. D1, dopamine D1-receptor; D2 dopamine D2-receptor; D3, dopamine ...

DISCUSSIE

Hier onthullen we een rol voor het centrale ghreline-signaleringssysteem in de modulatie van stimulerende motivatie en versterkende eigenschappen van sucrosebeloning en geven we een impact aan van chronische centrale ghreline-behandeling op genexpressie van dopaminerge en cholinerge receptoren in belangrijke mesolimbische beloningsknooppunten. De resultaten tonen aan dat zowel de centrale als perifere aflevering van ghreline de hoeveelheid werk die een dier bereid is te doen om sucrose-beloning te verkrijgen aanzienlijk verhoogt. Bovendien onderdrukte de systemische of centrale blokkade van de ghrelinereceptor de operant die reageerde op sucrose. We kunnen dus concluderen dat endogene ghreline-signalering van belang is voor de stimulerende motivatie voor een sucrose-beloning. Onze bevindingen zijn in overeenstemming met de hypothese dat een belangrijke rol van het centrale ghreline-signaleringssysteem erin bestaat de stimulerende waarde van beloningen, inclusief voedsel, te verhogen. Aangezien voedselbeperking de lonende waarde van sucrose verhoogt (Hodos 1961; Jewett c.s.. 1995) en dat de ghrelinewaarden verhoogd zijn tijdens kortetermijnvoedselrestricties (Gualillo c.s.. 2002), is het mogelijk dat ghrelin tijdens een staat van voedselbeperking / -ontbering een van de bijdragende factoren is die de lonende waarde van voedsel / voedselmotivatie verhoogt. Inderdaad verhoogde blootstelling aan perifere ghreline het operante gedrag tot niveaus die vergelijkbaar waren met die waargenomen bij ratten die van voedsel werden onthouden, en omgekeerd, blokkade van ghrelinesignalering verlaagde het operante gedrag tot niveaus genoteerd in de niet-beroofde ratten.

Het lijkt nu duidelijk dat een problematisch verhoogde voedselinname waarschijnlijk een ontregeling van de centrale mechanismen van voedselbeloning weerspiegelt, waarbij zowel hedonistische als motiverende aspecten zijn betrokken. Aangezien vrije voeding en beloning gemotiveerde voeding twee te onderscheiden verschijnselen blijken te zijn met differentieel controlerende neuroanatomische substraten (Salamone c.s.. 1991), is het belangrijk om beide te onderzoeken bij het beoordelen van een rol van agenten die betrokken zijn bij voedingsgedrag. De krachtige orexigene effecten van Ghreline zijn grotendeels bestudeerd in modellen voor vrije toegang tot voeding, waarbij het moeilijk zou zijn om onderscheid te maken tussen de rol ervan bij het aanvullen van voedingsstoffen versus door beloning gemotiveerde voeding. In de huidige studie ontdekten we dat GHS-R1A-liganden de motivatie voor sucrose-beloning verstoren, met behulp van een experimenteel model dat in andere contexten is gebruikt om de wens en motivatie voor verslavende drugsmisbruik te tonen. Een toename van gemotiveerd gedrag komt vaak voor bij zowel chemische drugsverslaving als caloriebeperking en omvat waarschijnlijk overlappende neurobiologische mechanismen. In de huidige studie hebben we ook een door ghreline geïnduceerde toename van het gratis voeren van normaal voer gedetecteerd bij dezelfde dieren die aanzienlijk meer werk hebben besteed aan voedsel in de operatiekamer. Daarom zijn onze gegevens, samen met eerdere rapporten van ghreline-effecten in gratis voedingsmodellen (Winterkoninkje c.s.. 2000), geven aan dat ghrelin het vermogen heeft om zowel de vrije voeding als de voedingsmotivatie te moduleren.

Gezien het feit dat de ghreline-receptor GHS-R1A aanwezig is in de belangrijkste hypothalamus-, achterhersenen en mesolimbische gebieden die betrokken zijn bij energiebalans en beloning (Zigman c.s.. 2006) en dat centrale ventriculaire injectie van GHS-R1A-liganden waarschijnlijk wijdverspreide toegang tot deze CNS-gebieden krijgt, kunnen er verschillende relevante neuroanatomische substraten zijn voor het sucrose-beloningsmotivatie-effect van ghreline dat hier wordt getoond. Het lijkt waarschijnlijk dat ghrelin direct werkt op belangrijke mesolimbische gebieden, omdat ghreline de VTA dopamine-neuronen activeert (Abizaid c.s.. 2006) en directe toediening van ghreline aan de VTA verhoogt de accumulatie van dopamine-afgifte (Jerlhag c.s.. 2007). In overeenstemming daarmee hebben we eerder effecten van intra-VTA ghrelin gerapporteerd om de consumptie van belonend / eetbaar voedsel in vrije keuze voedingsparadigma's te verhogen en ook dat laesies van het VTA afgestompt ghrelin-geïnduceerd verkennend gedrag van smakelijk voedsel (Egecioglu c.s.. 2010). De NAcc kan ook een direct doelwit zijn voor ghrelin bij het moduleren van motivationele aspecten van voedselinname; indien rechtstreeks in dit gebied geïnjecteerd, induceert ghreline een voedingsreactie (Naleid c.s.. 2005), hoewel de aanwezigheid van GHS-R1A in dit gebied bij knaagdieren niet door andere onderzoekers werd beschreven (Zigman c.s.. 2006) en vereist daarom verdere verduidelijking.

Consequent, met zijn essentiële rol in gemotiveerd gedrag, werden verschillende genen binnen het dopaminesysteem veranderd door centrale ghrelinebehandeling. Deze gegevens verhogen de mogelijkheid dat regulatie van dopamine-receptorexpressie een mechanisme op lange termijn is via dewelke ghreline invloed heeft op de beloningsgerelateerde functie en signalering. Evaluatie van dopamine-receptoren is niet alleen belangrijk op de plaats van afgifte, zoals de NAcc maar ook in de VTA als gevolg van de afgifte van dendritische dopamine (Cragg en Greenfield 1997), is het waarschijnlijk dat het lokaal werkt om beloning gemotiveerd gedrag te beïnvloeden. Hier vonden we een verhoogde expressie van D5 in de VTA na behandeling met ghrelin. Dopamine D5-receptoren zijn aanwezig op de cellichamen van dopaminerge VTA-neuronen (Ciliax c.s.. 2000) en hun activiteit is vereist om de VTA dopamine-neuronactiviteit te herstellen na een periode van desensitisatie (Nimitvilai & Brodie 2010). In de NAcc noteerden we een verminderde expressie van D1. In feite is de verminderde expressie van deze receptor recentelijk aangetoond in de NAcc van obesitasgevoelige maar niet obesitas-resistente ratten met een hoog vetdieet, wat wijst op de potentiële rol ervan in NAcc bij obesitas en overconsumptie (Alsio c.s.. 2010). Ook was de expressie van genen die coderen voor D3 verminderd door ghreline, een vondst van bijzonder belang gezien de verminderde beschikbaarheid van D2 / D3-receptoren bij zowel drugsgebruikers van ratten als mensen correleert met toegenomen impulsiviteit (Dalley c.s.. 2007; Luwte c.s.. 2009). Interessant genoeg hebben we geen significante veranderingen gezien in de enzymen die betrokken zijn bij de synthese of productie van dopamine.

De belangrijke rol van het acetylcholine-systeem voor drugs- en voedselbeloningen is goed gedocumenteerd; hier laten we zien dat ghreline-behandeling geassocieerd was met veranderingen in expressie van genen die coderen voor verschillende acetylcholine-nicotinereceptorsubeenheden, wat een andere route verschaft waardoor ghrelin mogelijk de beloningsfunctie kan veranderen. Ghrelin kan indirect dopaminerge neuronen van VTA reguleren via zijn werking op de cholinerge neuronen in het laterodorsale tegmentale gebied (LDTg), een gebied dat rijk is aan GHS-R1A, wat belangrijk is voor alcoholbeloning met een cholinerge projectie op het VTA-dopaminesysteem. In feite toonden we eerder aan dat bilaterale ghreline-injectie in de LDTg bij muizen dopamine-afgifte op een cholinerge-afhankelijke manier stimuleert (Jerlhag c.s.. 2007, 2008) en verhoogt de consumptie van alcohol in een keuzeparadigma (alcohol / water) (Jerlhag c.s.. 2009). Inderdaad, recente studies hebben de cholinerge-dopaminerale beloningslink in voedselbeloning geïmpliceerd (Dickson c.s.. 2010). Een andere interessante mogelijkheid is dat ghreline de cholinerge signalering in de VTA kan versterken via opregulatie van cholinerge receptoren. Inderdaad, onze huidige genexpressiegegevens lijken dat mechanisme te ondersteunen als VTA nAChRβ2 mRNA-niveaus waren verhoogd in de ghrelin-behandelde ratten.

De functie van NAcc cholinerge neuronen en acetylcholine in de NAcc, aan de andere kant, zijn meer controversieel geweest, met enkele rapporten die wijzen op een rol van acetylcholine in het verhogen van op beloning gericht gedrag (Pratt en Kelley 2005; Pratt en Blackstone 2009) maar anderen geven aan dat Ach in NAcc kan werken om het eten te remmen en een rol te spelen in het verzadigingsmechanisme (Stuurstand c.s.. 2003; Hoebel c.s.. 2007). Onze resultaten lijken inderdaad consistent te zijn met de laatste, aangezien behandeling met ghreline geassocieerd was met een verminderde expressie van een van de nicotinereceptorsubeenheden, de nAChRα3. Het is belangrijk op te merken dat de genexpressie-onderzoeken, hoewel zeer waardevol bij het aangeven van potentiële stroomafwaartse doelen van ghreline, alleen het type relatie suggereren (opwaartse of neerwaartse regulatie) dat nodig is voor expressie van de orexigene / beloningsgerichte respons, maar deze niet definiëren. omdat het moeilijk zou zijn om direct los te zien van compenserende veranderingen. Daarom wijzen onze genexpressieonderzoeken op een verband en bieden ze een platform voor toekomstige genetische en farmacologische onderzoeken die de rol van die genen bepalen in de effecten van ghreline op gratis en op beloning gemotiveerde voeding.

Hoewel hypothalamische en hersenstamgebieden hoogstwaarschijnlijk bijdragen aan homeostatische voeding, kunnen we een indirecte rol voor hypothalamische en / of hersenstamafferente systemen in ghreline-geïnduceerde voedselbeloningsmotivatie niet uitsluiten. Inderdaad, de orexinerge neuronen projecteren van de laterale hypothalamus naar mesolimbische beloningscircuits inclusief de VTA en NAcc (Toshinai c.s.. 2003; Harris c.s.. 2005; Perello c.s.. 2010). De neuropeptide Y (NPY) / AgRP-neuronen van de boogvormige nucleus, een ander doelwit voor GHS-R1A-liganden (Dickson & Luckman 1997; Keen-Rhinehart & Bartness 2007a,b), kan ook een belangrijke rol spelen. Het is aangetoond dat NPY de effectiviteit van de beloning van chow en sucrose verhoogt (Bruin, Fletcher & Coscina 1998), terwijl AgRP de rendementsverbetering van alleen hoog vet voedsel lijkt te verhogen (Tracy c.s.. 2008). Ghrelin lijkt een rol te spelen bij zowel sucrose-beloning (huidige studie) als bij beloning met veel vet (Perello c.s.. 2010); het relatieve belang van de NPY / AgRP-neuronen voor deze effecten van ghreline moet echter nog worden opgehelderd. Samenvattend, heeft ghreline voedselmotivatie-eigenschappen verspreid over voedingscomponenten en treft waarschijnlijk verschillende hersengebieden om een ​​gecoördineerde gedragsreactie te synchroniseren om het voeden te bevorderen.

Hoewel ghreline-transport in de hersenen beperkt is (Banken c.s.. 2002), lijkt perifere ghreline toegang te krijgen tot doelgebieden zoals de hippocampus (Diano c.s.. 2006) en VTA (Jerlhag 2008). Hoewel er enige discussie blijft bestaan ​​over de relevantie van de nervus vagus als een indirecte route voor de centrale effecten van ghreline (Dornonville de la Cour c.s.. 2005; Datum c.s.. 2002; Arnold c.s.. 2006) lijkt een directe werking binnen het centraal zenuwstelsel waarschijnlijk, omdat de effecten van perifere ghreline op de voedselinname kunnen worden onderdrukt door intra-VTA-toediening van ghreline-antagonisten (Abizaid c.s.. 2006). Ghrelin wordt geproduceerd in de hersenen (Cowley c.s.. 2003), hoewel nog moet worden vastgesteld hoe dit wordt gereguleerd en of van de hersenen afgeleide ghreline een belangrijk centraal gegenereerd signaal verschaft voor de voedselinname en voor de motivatie om te eten. Samengenomen met het feit dat de ghreline-receptor GHS-R1A constitutief actief is (dwz activiteit heeft bij afwezigheid van ghreline-ligand) (Holst c.s.. 2003), rijst de vraag of circulerend ghreline een fysiologisch relevant darm-hersensignaal verschaft voor stimulerende motivatie voor voedselbeloning. De resultaten van de huidige studie, die vergelijkbare effecten op sucrose-beloningswerk tonen, kunnen worden verkregen via centrale en perifere toediening van GHS-R1A-liganden, kunnen aangeven dat zowel centraal vrijgekomen als perifeer vrijgegeven ghrelin mogelijk voedselmotivatie kan beïnvloeden.

Concluderend leveren onze nieuwe gegevens nieuw bewijs dat ghreline-signalering belangrijk is voor de motivatie om sucrose-beloning en impact op dopaminerge en cholinerge genexpressie in mesolimbische beloningsroute te verkrijgen. Onze bevindingen inspireren tot belangrijke vragen met betrekking tot de rol van de endogene ghreline bij het bepalen van de stimuleringswaarde voor natuurlijke beloningen zoals suiker, bij normaal eetlustgedrag en bij de pathofysiologie van eetstoornissen en obesitas. Hoewel er nog veel werk is om de moleculaire veranderingen in het dopamine- en acetylcholine-systeem causaal in verband te brengen met de impact van ghreline op de beloning, duiden onze gegevens mogelijk op een nieuw mechanisme waarmee ghreline invloed heeft op het beloningsgedrag. Het begrijpen van de rol van ghreline in beloningsprocessen is belangrijk voor het begrip van de overlappende neurobiologie van eetstoornissen en chemische drugsverslaving en biedt een mogelijke manier om de etiologie van deze ziekten te begrijpen en voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën. Ten slotte kan de mogelijkheid om problematisch te veel eten van smakelijke zoete voedingsmiddelen te onderdrukken met behulp van GHS-R1A-antagonisten klinische en therapeutische relevantie hebben voor de opkomende gunstige effecten van dergelijke verbindingen voor de regulering van de bloedglucose (Zon c.s.. 2006) bij type 2 diabetespatiënten (Esler c.s.. 2007).

Dankwoord

Onderzoek ondersteund door de Swedish Research Council for Medicine (VR 2006-5663; 2009-S266), het 7-framework van de Europese Unie (FP7-HEALTH-2009-241592; FP7-KBBE-2009-3-245009), ALF Göteborg (SU7601), het Zweedse instituut en de Zweedse stichting voor strategisch onderzoek bij Sahlgrenska Centrum voor cardiovasculair en metabool onderzoek (A305-188). We willen ook Dr. Daniel Perrissoud (AeternaZentaris, GmBH, Duitsland) bedanken voor het verstrekken van de GHS-R1A-antagonist JMV2959 en Anders Friberg voor hulp bij het indienen.

Auteursbijdrage

KPS heeft alle gedragsstudies geïnitieerd, ontworpen, uitgevoerd en geanalyseerd. CH heeft alle genexpressiestudies uitgevoerd en geanalyseerd. EE heeft bijgedragen aan de start van het onderzoek. SLD was senior auteur en gaf supervisie en financiële ondersteuning voor alle onderzoeken. Het manuscript is gemaakt door KPS en SLD, alle auteurs hebben bijgedragen aan de definitieve tekst.

Referenties

  • Abizaid A, Liu ZW, Andrews ZB, Shanabrough M, Borok E, Elsworth JD, Roth RH, Sleeman MW, Picciotto MR, Tschop MH, Gao XB, Horvath TL. Ghreline moduleert de activiteit en synaptische inputorganisatie van dopamineneuronen van de middenhersenen en bevordert de eetlust. J Clin Invest. 2006, 116: 3229-3239. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Alsio J, Olszewski PK, Norback AH, Gunnarsson ZE, Levine AS, Pickering C, Schioth HB. Dopamine D1-receptor-genexpressie neemt af in de nucleus accumbens bij langdurige blootstelling aan eetbaar voedsel en verschilt afhankelijk van door voeding geïnduceerd obesitasfenotype bij ratten. Neuroscience. 2010, 171: 779-787. [PubMed]
  • Arnold M, Mura A, Langhans W, Geary N. Gut vagale afferenten zijn niet nodig voor het eetstimulerende effect van intraperitoneaal geïnjecteerd Ghrelin bij de rat. J Neurosci. 2006, 26: 11052-11060. [PubMed]
  • Bailey ART, Von Englehardt N, Leng G, Smith RG, Dickson SL. Groeihormoonsecretagogue activering van de boogvormige nucleus en hersenstam vindt plaats via een niet-noradrenerge route. J Neuroendocrinol. 2000, 12: 191-197. [PubMed]
  • Banken WA, Tschop M, Robinson SM, Heiman ML. De omvang en richting van ghrelinevervoer door de bloed-hersenbarrière wordt bepaald door zijn unieke primaire structuur. J Pharmacol Exp Ther. 2002, 302: 822-827. [PubMed]
  • Brown CM, Fletcher PJ, Coscina DV. Neuropeptide Y-geïnduceerde operant die reageert op sucrose wordt niet gemedieerd door dopamine. Peptiden. 1998, 19: 1667-1673. [PubMed]
  • Ciliax BJ, Nash N, Heilman C, Sunahara R, Hartney A, Tiberi M, Rye DB, Caron MG, Niznik HB, Levey AI. Dopamine D (5) receptor immunolokalisatie in hersenen van ratten en apen. Synapse. 2000, 37: 125-145. [PubMed]
  • Cowley MA, Smith RG, Diano S, Tschop M, Pronchuk N, Grove KL, Strasburger CJ, Bidlingmaier M, Esterman M, Heiman ML, Garcia-Segura LM, Nillni EA, Mendez P, Low MJ, Sotonyi P, Friedman JM, Liu HY, Pinto S, Colmers WF, Cone RD, Horvath TL. De verdeling en werkingsmechanisme van ghrelin in het CZS demonstreert een nieuw hypothalamisch circuit dat energiehomeostase reguleert. Neuron. 2003, 37: 649-661. [PubMed]
  • Cragg SJ, Greenfield SA. Differentiële autoreceptorcontrole van somatodendritische en axon terminale dopamine-afgifte in substantia nigra, ventraal tegmentaal gebied en striatum. J Neurosci. 1997, 17: 5738-5746. [PubMed]
  • Cummings DE, Purnell JQ, Frayo RS, Schmidova K, Wisse BE, Weigle DS. Een prerandiale stijging van de plasma-ghrelinewaarden suggereert een rol bij de maaltijdinitiatie bij de mens. Diabetes. 2001, 50: 1714-1719. [PubMed]
  • Dalley JW, Fryer TD, Brichard L, Robinson ES, Theobald DE, Laane K, Pena Y, Murphy ER, Shah Y, Probst K, Abakumova I, Aigbirhio FI, Richards HK, Hong Y, Baron JC, Everitt BJ, Robbins TW . Nucleus accumbens D2 / 3-receptoren voorspellen trekimpulsiviteit en cocaïnewapening. Wetenschap. 2007, 315: 1267-1270. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Datum Y, Murakami N, Toshinai K, Matsukura S, Niijima A, Matsuo H, Kangawa K, Nakazato M. De rol van de afferente vagale zenuw van de maag bij ghreline-geïnduceerde secretie van voeding en groeihormoon bij ratten. Gastroenterology. 2002, 123: 1120-1128. [PubMed]
  • Diano S, Farr SA, Benoit SC, McNay EC, da Silva I, Horvath B, Gaskin FS, Nonaka N, Jaeger LB, Banks WA, Morley JE, Pinto S, Sherwin RS, Xu L, Yamada KA, Sleeman MW, Tschop MH, Horvath TL. Ghreline regelt de dichtheid van de synaps van de hippocampus en de geheugenprestaties. Nature Neuroscience. 2006, 9: 381-388. [PubMed]
  • Dickson SL, Hrabovszky E, Hansson C, Jerlhag E, Alvarez-Crespo M, Skibicka KP, Molnar CS, Liposits Z, Engel JA, Egecioglu E. Blokkade van centrale nicotine-acetylcholinereceptorsignalering verzwakken de door ghreline geïnduceerde voedselinname bij knaagdieren. Neuroscience. 2010, 171: 1180-1186. [PubMed]
  • Dickson SL, Leng G, Robinson ICAF. Systemische toediening van groeihormoon-afgevende peptide activeert hypothalamische boogvormige neuronen. Neuroscience. 1993, 53: 303-306. [PubMed]
  • Dickson SL, Luckman SM. Inductie van c-fos messenger ribonucleïnezuur in neuropeptide Y en groeihormoon (GH) -releasing factor neuronen in de boogvormige nucleus van de rat na systemische injectie van de GH-secretagoog, GH-vrijmakend peptide-6. Endocrinology. 1997, 138: 771-777. [PubMed]
  • Dornonville de la Cour CD, Björkqvist M, Sandvik AK, Bakke I, Zhao CM, Chen D, Håkanson R. A-achtige cellen in de maag van de rat bevatten ghreline en werken niet onder gastrinecontrole. Regul Pept. 2001, 99: 141-150. [PubMed]
  • Dornonville de la Cour CD, Lindqvist A, Egecioglu E, Tung YCL, Surve V, Ohlsson C, Jansson JO, Erlanson-Albertsson C, Dickson SL, Hakanson R. Ghrelin-behandeling keert de vermindering in gewichtstoename en lichaamsvet bij gastrectomiseerde muizen om. Darm. 2005, 54: 907-913. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Egecioglu E, Jerlhag E, Skibicka S, Salomé N, Haage D, Bohlooly YM, Andersson D, Bjursell M, Perrissoud D, Engel JA, Dickson SL. Ghreline verhoogt de inname van smakelijk voedsel bij knaagdieren. Addict Biol. 2010, 15: 304-311. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Engel JA. Recente vooruitgang in de studie van alcoholisme (Excerpta Medica International Congress Series) Amsterdam: Excerta Medica; 1977. Neurochemische aspecten van de europhoria geïnduceerd door afhankelijkheid producerende geneesmiddelen; pp. 16-22.
  • Esler WP, Rudolph J, Claus TH, Tang WF, Barucci N, Brown SE, Bullock W, Daly M, DeCarr L, Li YX, Milardo L, Molstad D, Zhu J, Gardell SJ, Livingston JN, Sweet LJ. Glyrelinereceptorantagonisten met een klein molecuul verbeteren de glucosetolerantie, onderdrukken de eetlust en bevorderen het gewichtsverlies. Endocrinology. 2007, 148: 5175-5185. [PubMed]
  • Faulconbridge LF, Cummings DE, Kaplan JM, Grill HJ. Hyperfagische effecten van toediening van ghreline in de hersenstam. Diabetes. 2003, 52: 2260-2265. [PubMed]
  • Faulconbridge LF, Grill HJ, Kaplan JM, Daniels D. Caudale hersenstamafgifte van ghreline induceert fos-expressie in de kern van het solitaire kanaal, maar niet in de boogvormige of paraventriculaire nucleus van de hypothalamus. Brain Res. 2008, 1218: 151-157. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Intraventriculaire insuline en leptine verminderen de zelftoediening van sucrose bij ratten. Physiol Behav. 2006, 89: 611-616. [PubMed]
  • Gualillo O, Caminos JE, Nogueiras R, Seoane LM, Arvat E, Ghigo E, Casanueva FF, Dieguez C. Effect van voedselbeperking op ghreline in normaal cyclische vrouwelijke ratten en tijdens de zwangerschap. Obes Res. 2002, 10: 682-687. [PubMed]
  • Harris GC, Wimmer M, Aston-Jones G. Een rol voor laterale hypothalamische orexine neuronen bij beloning zoeken. Natuur. 2005, 437: 556-559. [PubMed]
  • Helm KA, Rada P, Hoebel BG. Cholecystokinine in combinatie met serotonine in de hypothalamus beperkt accumbens dopamine-afgifte en verhoogt acetylcholine: een mogelijk verzadigingsmechanisme. Brain Res. 2003, 963: 290-297. [PubMed]
  • Hewson AK, Dickson SL. Systemische toediening van ghreline induceert Fos- en Egr-1-eiwitten in de hypothalamische boogvormige nucleus van gevaste en gevoede ratten. J Neuroendocrinol. 2000, 12: 1047-1049. [PubMed]
  • Hodos W. Progressieve ratio als maatstaf voor beloningssterkte. Wetenschap. 1961, 134: 943-944. [PubMed]
  • Hoebel BG, Avena NM, Rada P. Accumbens dopamine-acetylcholine balans bij benadering en vermijding. Curr Opin Pharmacol. 2007, 7: 617-627. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Holst B, Cygankiewicz A, Jensen TH, Ankersen M, Schwartz TW. Hoge constitutieve signalering van de ghreline-receptor - identificatie van een krachtige inverse agonist. Mol Endocrinol. 2003, 17: 2201-2210. [PubMed]
  • Howard AD, Feighner SD, Cully DF, Arena JP, Liberator PA, Rosenblum CI, Hamelin M, Hreniuk DL, Palyha OC, Anderson J, Paress PS, Diaz C, Chou M, Liu KK, McKee KK, Pong SS, Chaung LY , Elbrecht A, Dashkevicz M, Heavens R, Rigby M, Sirinathsinghji DJS, Dean DC, Melillo DG, Patchett AA, Nargund R, Griffin PR, DeMartino JA, Gupta SK, Schaeffer JM, Smith RG, VanderPloeg LHT. Een receptor in de hypofyse en hypothalamus die functioneert bij afgifte van het groeihormoon. Wetenschap. 1996, 273: 974-977. [PubMed]
  • Jerlhag E. Systemische toediening van ghrelin induceert geconditioneerde plaatsvoorkeur en stimuleert accumulatieve dopamine. Addict Biol. 2008, 13: 358-363. [PubMed]
  • Jerlhag E, Egecioglu E, Dickson SL, Andersson M, Svensson L, Engel JA. Ghrelin stimuleert locomotorische activiteit en accumbal dopamine-overloop via centrale cholinerge systemen bij muizen: implicaties voor zijn betrokkenheid bij hersenbeloning. Addict Biol. 2006, 11: 45-54. [PubMed]
  • Jerlhag E, Egecioglu E, Dickson SL, Douhan A, Svensson L, Engel JA. Ghreline-toediening in tegmentale gebieden stimuleert de locomotorische activiteit en verhoogt de extracellulaire concentratie van dopamine in de nucleus accumbens. Addict Biol. 2007, 12: 6-16. [PubMed]
  • Jerlhag E, Egecioglu E, Dickson SL, Svensson L, Engel JA. Alfa-conotoxine MII-gevoelige nicotinische acetylcholinereceptoren zijn betrokken bij het mediëren van de ghreline-geïnduceerde locomotorische stimulatie en dopamine-overloop in nucleus accumbens. Eur Neuropsychopharmacol. 2008, 18: 508-518. [PubMed]
  • Jerlhag E, Egecioglu E, Landgren S, Salomé N, Heilig M, Moechars D, Datta R, Perrissoud D, Dickson SL, Engel JA. Vereiste van centrale ghreline-signalering voor alcoholbeloning. Proc Natl Acad Sci US A. 2009; 106: 11318-11323. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Jewett DC, Cleary J, Levine AS, Schaal DW, Thompson T. Effecten van neuropeptide Y, insuline, 2-deoxyglucose en voedseldeprivatie op voedsel-gemotiveerd gedrag. Psychopharmacology. 1995, 120: 267-271. [PubMed]
  • Keen-Rhinehart E, Bartness TJ. MTII verzwakt door ghreline- en voedsel deprivatie geïnduceerde verhogingen van hamsteren en voedselinname. Horm Behav. 2007a; 52: 612-620. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Keen-Rhinehart E, Bartness TJ. De NPY Y1-receptor is betrokken bij door ghreline en vasten veroorzaakte verhogingen van foerageren, voedselopslag en voedselinname. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2007b; 292: R1728-1737. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Kelley AE, Bakshi VP, Haber SN, Steininger TL, Will MJ, Zhang M. Opioïde modulatie van smaak-hedonics in het ventrale striatum. Physiol Behav. 2002, 76: 365-377. [PubMed]
  • Kojima M, Hosoda H, datum Y, Nakazato M, Matsuo H, Kangawa K. Ghreline is een groeihormoonafgevend geacyleerd peptide uit de maag. Natuur. 1999, 402: 656-660. [PubMed]
  • Koob GF. Drugs van misbruik - anatomie, farmacologie en functie van beloningsroutes. Trends Pharmacol Sci. 1992, 13: 177-184. [PubMed]
  • Kuzmin A, Jerlhag E, Liljequist S, Engel J. Effecten van subeenheid-selectieve nACh-receptoren op operant ethanol zelf-toediening en terugval-achtig ethanol-drinkgedrag. Psychopharmacology. 2009, 203: 99-108. [PubMed]
  • la Fleur SE, Vanderschuren LJ, Luijendijk MC, Kloeze BM, Tiesjema B, Adan RA. Een wederkerige interactie tussen voedingsgemotiveerd gedrag en door voeding geïnduceerde obesitas. Int J Obes. 2007, 31: 1286-1294. [PubMed]
  • Lee B, Londen ED, Poldrack RA, Farahi J, Nacca A, Monterosso JR, Mumford JA, Bokarius AV, Dahlbom M, Mukherjee J, Bilder RM, Brody AL, Mandelkern MA. De beschikbaarheid van striatal dopamine d2 / d3-receptor is verminderd bij methamfetamine-afhankelijkheid en is gekoppeld aan impulsiviteit. J Neurosci. 2009, 29: 14734-14740. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Livak KJ, Schmittgen TD. Analyse van relatieve genexpressiegegevens met behulp van real-time kwantitatieve PCR en de 2 (-delta delta C (T)) methode. Methoden. 2001, 25: 402-408. [PubMed]
  • Nakazato M, Murakami N, datum Y, Kojima M, Matsuo H, Kangawa K, Matsukura S. Een rol voor ghreline in de centrale regulering van voeding. Natuur. 2001, 409: 194-198. [PubMed]
  • Naleid AM, Grace MK, Cummings DE, Levine AS. Ghreline induceert het voeden van de mesolimbische beloningsroute tussen het ventrale tegmentale gebied en de nucleus accumbens. Peptiden. 2005, 26: 2274-2279. [PubMed]
  • Nimitvilai S, Brodie MS. Omkering van langdurige dopamine-remming van dopaminerge neuronen van het ventrale tegmentale gebied. J Pharmacol Exp Ther. 2010, 333: 555-563. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Nogueiras R, Tschöp MH, Zigman JM. Regeling van het centraal zenuwstelsel voor energiemetabolisme - ghreline versus leptine. Ann NY Acad Sci. 2008, 1126: 14-19. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Paxinos G, Watson C. De hersenen van ratten in stereotaxische coördinaten. New York: Academic Press, New York; 1986.
  • Perello M, Sakata I, Birnbaum S, Chuang JC, Osborne-Lawrence S, Rovinsky SA, Woloszyn J, Yanagisawa M, Lutter M, Zigman JM. Ghrelin verhoogt de lonende waarde van een vetrijk dieet op een orexine-afhankelijke manier. Biol Psychiatry. 2010, 67: 880-886. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Pratt WE, Blackstone K. Nucleus accumbens acetylcholine en voedselinname: verminderde muscarinerge tonus vermindert voeding maar geen voedselzoekende. Gedrag Brain Res. 2009, 198: 252-257. [PubMed]
  • Pratt WE, Kelley AE. Striataal muscarinereceptor-antagonisme vermindert 24-h voedselinname in combinatie met verminderde preproenkephalinegenexpressie. Eur J Neurosci. 2005, 22: 3229-3240. [PubMed]
  • Ritter RC, Slusser PG, Stone S. Glucoreceptoren die de voeding en de bloedsuikerspiegel onder controle houden - locatie in de achterhersenen. Wetenschap. 1981, 213: 451-453. [PubMed]
  • Salamone JD, Steinpreis RE, McCullough LD, Smith P, Grebel D, Mahan K. Haloperidol en nucleus accumbens dopamine-uitputting onderdrukt het persen van de hendel voor voedsel, maar verhoogt de vrije voedselconsumptie in een nieuwe voedingskeuzeprocedure. Psychopharmacology. 1991, 104: 515-521. [PubMed]
  • Salomé N, Haage D, Perrissoud D, Moulin A, Demange L, Egecioglu E, Fehrentz JA, Martinez J, Dickson SL. Anorexigene en elektrofysiologische werkingen van nieuwe ghreline-receptor (GHS-R1A) antagonisten bij ratten. Eur J Pharmacol. 2009a; 612: 167-173. [PubMed]
  • Salomé N, Hansson C, Taube M, Gustafsson-Ericson L, Egecioglu E, Karlsson-Lindahl L, Fehrentz JA, Martinez J, Perrissoud D, Dickson SL. Over het centrale mechanisme dat ten grondslag ligt aan de chronische pro-obesitas-effecten van ghreline bij ratten: nieuwe inzichten uit onderzoeken met een krachtige ghreline-receptorantagonist. J Neuroendocrinol. 2009b; 21: 777-785. [PubMed]
  • Sibilia V, Lattuada N, Rapetti D, Pagani F, Vincenza D, Bulgarelli I, Locatelli V, Guidobono F, Netti C. Ghrelin remt inflammatoire pijn bij ratten: betrokkenheid van het opioïde systeem. Neurofarmacologie. 2006, 51: 497-505. [PubMed]
  • Skibicka KP, Alhadeff AL, Grill HJ. Hindbrain cocaïne- en amfetamine-gereguleerd transcript induceert hypothermie gemedieerd door GLP-1-receptoren. J Neurosci. 2009, 29: 6973-6981. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Sun Y, Asnicar M, Saha PK, Chan L, Smith RG. Ablatie van ghreline verbetert het diabetische maar niet obese fenotype van ob / ob-muizen. Cel Metab. 2006, 3: 379-386. [PubMed]
  • Toshinai K, Datum Y, Murakami N, Shimada M, Mondal MS, Shimbara T, Guan JL, Wang QP, Funahashi H, Sakurai T, Shioda S, Matsukura S, Kangawa K, Nakazato M. Ghrelin-geïnduceerde voedselinname wordt gemedieerd via de orexin-route. Endocrinology. 2003, 144: 1506-1512. [PubMed]
  • Tracy AL, Clegg DJ, Johnson JD, Davidson TL, Benoit SC. De melanocortine-antagonist AgRP voor een vet, maar niet voor een (83-132) verhoogt het appetitief reagerende koolhydraat, versterkende werking. Pharmacol Biochem Behav. 2008, 89: 263-271. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Wren AM, Seal LJ, Cohen MA, Brynes AE, Frost GS, Murphy KG, Dhillo WS, Ghatei MA, Bloom SR. Ghreline verhoogt de eetlust en verhoogt de voedselinname bij de mens. J Clin Endocrinol Metab. 2001, 86: 5992-5995. [PubMed]
  • Wren AM, Small CJ, Ward HL, Murphy KG, Dakin CL, Taheri S, Kennedy AR, Roberts GH, Morgan DGA, Ghatei MA, Bloom SR. Het nieuwe hypothalamische peptide ghreline stimuleert de voedselinname en groeihormoonsecretie. Endocrinology. 2000, 141: 4325-4328. [PubMed]
  • Zheng H, Lenard NR, Shin AC, Berthoud HR. Eetlustbeheersing en regeling van de energiebalans in de moderne wereld: door beloning aangedreven herhalingen van de hersenen vervangen de signalen. Int J Obes. 2009; 33 (suppl. 2): S8-S13. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Zigman JM, Jones JE, Lee CE, Saper CB, Elmquist JK. Expressie van ghreline-receptor-mRNA in de hersenen van ratten en muizen. J Comp Neurol. 2006, 494: 528-548. [PubMed]