Rozbieżne obwody leżące u podstaw nagrody i skutków spożycia greliny: dopaminergiczna projekcja VTA-półleżąca pośredniczy we wpływie greliny na nagrodę pożywienia, ale nie na spożycie pokarmu (2013)

Najważniejsze

• •

• Grelina wewnątrz VTA angażuje półleżące receptory D1 i D2.

• •

• Brak pożywienia wzmaga zachowanie związane z nagrodą za jedzenie poprzez receptory półleżące D1 i D2.

• •

• Na przyjmowanie pokarmu nie mają wpływu manipulacje D1 i D2.

• •

• Zachowanie związane z nagrodami żywieniowymi i proste pobieranie pokarmu są kontrolowane przez rozbieżne obwody.

• •

• Dopamina dopaminy odgrywa ważną rolę w nagradzaniu żywności, ale nie w przyjmowaniu pokarmu.

Abstrakcyjny

Otyłość osiągnęła globalne rozmiary epidemii i stwarza pilną potrzebę zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw nadmiernego i niekontrolowanego przyjmowania pokarmu. Grelina, jedyny znany krążący hormon oreksygeniczny, silnie zwiększa zachowanie nagrody żywnościowej. Obwody neurochemiczne, które łączą grelinę z mezolimbicznym systemem nagradzania i ze zwiększonym zachowaniem w nagrodach za żywność, pozostają niejasne.

Tutaj sprawdzamy, czy sygnalizacja dopaminergiczna VTA-NAc jest wymagana dla działania greliny na nagrodę pokarmową i spożycie. Ponadto badamy możliwość działania endogennej greliny na neurony dopaminowe VTA-NAc. Antagonistę receptora podobnego do D1 lub D2 wstrzyknięto do NAc w połączeniu z mikroiniekcją greliny do VTA w celu zbadania, czy ta blokada osłabia wywołane przez grelinę zachowanie nagrody żywnościowej. Zastrzyki greliny z VTA powodowały znaczny wzrost motywacji / zachowań związanych z nagrodami, mierzonego kondycjonowaniem czynnika operacyjnego wywoływanego przez sacharozę i przyjmowaniem pokarmu. Wstępne leczenie antagonistą receptora podobnego do D1 lub D2 do NAc, całkowicie zablokowało efekt nagrody greliny, pozostawiając nietknięte spożycie karmy. Stwierdziliśmy również, że ten obwód jest potencjalnie istotny dla efektów endogennie uwalnianej greliny, ponieważ obaj antagoniści zmniejszali głód (stan wysokich poziomów krążącej greliny), zwiększając zachowanie motywowane sacharozą, ale nie przerastając hiperfagii.

Podsumowując, nasze dane identyfikują projekcje dopaminergiczne VTA z NAc, wraz z receptorami D1-podobnymi i D2 w NAc, jako istotne elementy obwodów reagujących na grelinę kontrolujących zachowanie nagrody żywności. Co ciekawe, wyniki sugerują również, że zachowania związane z nagrodami żywieniowymi i proste spożywanie karmy są kontrolowane przez rozbieżne obwody, w których dopamina odgrywa ważną rolę w nagradzaniu pokarmem, ale nie w przyjmowaniu pokarmu.

2.1. Procedura kondycjonowania operatora

Eksperymenty z warunkowaniem operacyjnym przeprowadzono w komorach do kondycjonowania instrumentalnego szczura (30.5 × 24.1 × 21.0 cm; Med-Associates, Georgia, VT, USA). Procedura treningowa zastosowana do warunkowania instrumentalnego została dostosowana z poprzednich badań (la Fleur i in., 2007 i Hansson i in., 2012). Aby ułatwić szkolenie operantów pod kątem sacharozy, wszystkie szczury poddano łagodnemu ograniczeniu pokarmu, podczas którego ich początkowa masa ciała była stopniowo zmniejszana do 90% w ciągu jednego tygodnia. Przed umieszczeniem w skrzynkach z operantami szczury co najmniej dwukrotnie wystawiano na działanie granulek sacharozy (45 mg granulek sacharozy; test Diet, Richmond, IN, USA) w środowisku klatek domowych. Następnie szczury nauczyły się naciskać dźwignią w celu uzyskania granulek sacharozy zgodnie z harmonogramem FR1 o ustalonym stosunku, z 2 sesjami dziennie. W FR1 pojedyncze naciśnięcie aktywnej dźwigni spowodowało dostarczenie jednej pastylki sacharozy. Wszystkie sesje FR trwały 30 minut lub do momentu, gdy szczury zebrały 50 peletek, w zależności od tego, co nastąpiło wcześniej. Większość szczurów osiągnęła kryterium 50 peletek na sesję po 5-7 dniach. Rejestrowano naciśnięcia nieaktywnej dźwigni, ale nie miały one zaprogramowanych konsekwencji. Po sesjach harmonogramu FR1 następowały FR3 i FR5 (tj. Odpowiednio 3 i 5 naciśnięć na peletkę). Po harmonogramie FR5 następował harmonogram progresywnego współczynnika (PR), podczas którego koszt nagrody był stopniowo zwiększany dla każdej następnej nagrody, w celu określenia ilości pracy, jaką szczur jest skłonny włożyć w uzyskanie nagrody. Wymaganie odpowiedzi wzrosło zgodnie z następującym równaniem: współczynnik odpowiedzi = (5e (0.2 × liczba infuzji)) - 5 w następujących seriach: 1, 2, 4, 9, 12, 15, 20, 25, 32, 40, 50 , 62, 77, 95, 118, 145, 178, 219, 268, 328. Sesja PR zakończyła się, gdy szczur nie zdobył nagrody w ciągu 60 minut. Odpowiedź uznawano za stabilną, gdy liczba granulek pożywienia uzyskanych na sesję nie różniła się o więcej niż 15% przez trzy kolejne sesje. W większości przypadków odpowiedź ustabilizowała się w ciągu 5 sesji. Te szczury, które nie spełniły wymaganych kryteriów w tym czasie, były szkolone w dodatkowych sesjach. Test PR był przeprowadzany 1 sesja dziennie. Następnie szczury przeniesiono do ich klatek domowych na 1 godzinę pomiaru spożycia karmy. Pod koniec treningu i przed operacją i testami szczury miały ad libitum dostęp do normalnej karmy.

2.2. Leki

Acylowaną szczurzą grelinę (Tocris, Bristol, Wielka Brytania) podano do VTA w dawce 1.0 μg ze sztucznym płynem mózgowo-rdzeniowym (aCSF) jako nośnikiem (i kontrolą). Wcześniej wykazano, że dawka 1.0 μg greliny zwiększa odpowiedź operanta na cukier i indukuje odpowiedź oreksogenną po dostarczeniu do VTA (Naleid i in., 2005 i Skibicka i in., 2011). Antagonistę receptora podobnego do D1, SCH-23390, podano NAc w dawce 0.3 μg (Tocris), z aCSF jako nośnikiem (kontrola). W badaniu deprywacji pożywienia dawkę zwiększono do 0.5 μg ze względu na brak efektu pierwotnej dawki 0.3 μg. SCH-23390 jest silnym i wybiórczym antagonistą receptorów dopaminowych typu D1 z> 1000-krotnym powinowactwem do receptorów dopaminy typu D1 w porównaniu z receptorami D2 (Barnett i wsp., 1986). Ma podobne powinowactwo do receptorów D1 i D5 (Barnett i wsp., 1992), stąd w całym badaniu będziemy odnosić się do jego zdolności do blokowania receptorów D1-podobnych, termin obejmujący zarówno receptory D1, jak i D5. Początkową dawkę 0.3 μg SCH-23390 wybrano na podstawie (Grimm i in., 2011). Okazało się, że ta dawka wstrzyknięta do otoczki NAc jest skuteczna w zmniejszaniu nacisku na dźwignię dla wskazówki uprzednio sparowanej z podawaniem roztworu sacharozy, bez wpływu na działanie nieaktywnej dźwigni. Antagonistę receptora dopaminy D2, chlorowodorek etikloprydu (Tocris), podano NAc z aCSF jako nośnikiem (kontrola). Wybrano początkową dawkę etikloprydu (1.0 μg) na podstawie (Laviolette i in., 2008), ale została zwiększona do 1.5 μg w badaniu deprywacji pokarmu. Wszystkie leki były dostarczane w objętości 0.5 μl aCSF.

2.3. Projekt eksperymentalny

Wszystkie szczury otrzymały zastrzyki skierowane na NAc i VTA na początku cyklu światła, przy czym drugie wstrzyknięcie miało miejsce 10 minut przed rozpoczęciem testu operanta. Wszystkie warunki oddzielono przez minimum 48 godzin i prowadzono w zrównoważony sposób, tak że każdy szczur otrzymał wszystkie cztery stany: najpierw nośnik lub antagonistę receptora dopaminy dla NAc, a następnie, 10 minut później, nośnik lub grelinę dla VTA. Dla każdego szczura celem były ipsilateralne VTA i NAc. Szczegóły każdego eksperymentu są również zilustrowane w Ryc.1.

2.3.1. Wpływ blokady receptora podobnego do D1 na indukowaną greliną nagrodę pokarmową i spożycie karmy

Odpowiedzi były badane po ukierunkowanym VTA i NAc (n = 12-14) dostarczenie leku po czterech następujących warunkach: 1) stan kontrolny (roztwory nośników dla NAc i VTA), 2) nośnik NAc + VTA 1.0 μg greliny, 3) NAc 0.3 μg SCH-23390 + nośnik VTA, 4 ) NAc 0.3 μg SCH-23390 + VTA 1.0 μg greliny. Badanie przeprowadzono w stanie nasyconym (po okresie karmienia w ciemnym cyklu). W dni eksperymentalne szczury przenoszono do ich klatek domowych po 120 minutach testów operanta i mierzono spożycie karmy w ciągu 1 godziny w warunkach domowych (jak w harmonogramie 1, Ryc.1). Ten punkt czasowy odpowiada trzeciej godzinie po wstrzyknięciu greliny VTA, podczas której można oczekiwać odpowiedzi oreksigenicznej, opartej na wcześniejszych badaniach badających przebieg działania greliny w czasie, podawanej centralnie lub obwodowo ( Wren i in., 2000 i Faulconbridge i in., 2003) oraz nasze poprzednie badania, w których zastosowano podobną konfigurację eksperymentalną.

2.3.2. Wpływ blokady receptora D2 na indukowaną greliną nagrodę pokarmową i spożycie karmy

Odpowiedzi były badane po ukierunkowanym VTA i NAc (n = 7) dostarczanie leku w czterech następujących warunkach: 1) stan kontrolny (roztwory nośników dla NAc i VTA), 2) nośnik NAc + VTA 1.0 μg greliny, 3) NAc 1 μg chlorowodorku etikloprydu + nośnik VTA, 4) NAc 1 μg chlorowodorku etikloprydu + VTA 1.0 μg greliny. Badanie przeprowadzono w stanie nasyconym (po okresie karmienia w ciemnym cyklu). Szczury powrócono do ich klatek domowych po 120 minutach testowania operanta, a spożycie karmy mierzono w ciągu 1 godziny w środowisku klatki domowej (jak w harmonogramie 1, Ryc.1), ponieważ działanie oreksogenne, w którym pośredniczy grelina, jest nadal obecne po opóźnionym umieszczeniu pastylek karmy (po 2 godzinach).

2.3.3. Wpływ blokady D1-podobnej i D2 receptora (osobno lub łącznie) na spożycie karmy indukowanej greliną

Aby potwierdzić, że wyniki uzyskane przy spożyciu karmy w poprzednich doświadczeniach nie były zakłócone przez wcześniejszą ekspozycję na sacharozę w paradygmacie operantowym lub 2-godzinne opóźnienie, w oddzielnym badaniu zbadaliśmy skutki dostarczania NAc dwóch antagonistów receptora dopaminy, samodzielnie lub w połączeniu, na wywołanym przez VTA grelinę posiłku przez 2 i 3 godziny u nasyconych szczurów (n = 10–11; jak w załączniku 2, Ryc.1). W tym przypadku szczury nie były poddawane działaniu paradygmatu warunkowania instrumentalnego przed pomiarem karmy. Zatem spożycie pokarmu mierzono po docelowym podaniu leku VTA i NAc po czterech następujących warunkach: 1) stan kontrolny (roztwory nośników dla NAc i VTA), 2) podłoże NAc + VTA 1.0 μg greliny, 3) antagonista receptora dopaminy NAc + Nośnik VTA, 4) Antagonista receptora dopaminy NAc + VTA 1.0 μg greliny. Najpierw zbadaliśmy osobno dwóch antagonistów receptora dopaminy, tak że w warunkach 3 i 4 jedna grupa szczurów otrzymała 0.3 μg SCH-23390, a druga grupa otrzymała 1 μg chlorowodorku etiklopridu. Po 3 dniach wyzdrowienia, w przybliżeniu połowa szczurów z każdej grupy została ponownie przebadana, tym razem z kombinacją dwóch antagonistów w warunkach 3 i 4. W każdym z tych 3 eksperymentów stosowano plan z przeciwwagą pomiędzy leczeniami, jak poprzednio (wszystkie szczury otrzymywały wszystkie warunki w każdym eksperymencie dla porównania efektu w ramach podmiotu). Pozycja kaniul została zweryfikowana pośmiertnie jak poprzednio. Przedstawione dane obejmują tylko szczury, u których potwierdzono, że dotarły do ​​VTA i NAc.

2.3.4. Wpływ blokady receptora podobnego do D1 i D2 na nagrodę pokarmową indukowaną niedoborem żywności i spożyciem karmy

Antagonistów receptora dopaminy testowano w różnych eksperymentach 2. W pierwszym eksperymencie odpowiedzi były badane po docelowym NAc (n = 20) dostarczenie nośnika lub antagonisty receptora D1-podobnego (0.5 μg SCH-23390). Badanie przeprowadzono na czczo (po ograniczeniu jedzenia na czas trwania ciemnego cyklu). W drugim eksperymencie odpowiedzi badano po docelowym NAc (n = 7) dostawa nośnika lub 1.5 μg chlorowodorku etiklopridu NAc. Badanie przeprowadzono na czczo (po ograniczeniu jedzenia na czas trwania ciemnego cyklu; jak pokazano w harmonogramie 3, Ryc.1).

2.3.5. Zmiany wywołane niedoborem żywności w ekspresji genów związanych z dopaminą w NAc

W NAc mierzono zmiany ekspresji genów związane z deprywacją żywności kluczowych wybranych genów związanych z dopaminą [receptory dopaminy D1A, D2, D3, D5, O-metylotransferaza katecholowa (COMT) i monoaminooksydaza A (MAO)].

2.3.6. Izolacja RNA i ekspresja mRNA

Mózgi szybko usunięto i NAc wycięto przy użyciu macierzy mózgowej, zamrożono w ciekłym azocie i przechowywano w -80 ° C w celu późniejszego określenia ekspresji mRNA. Poszczególne próbki mózgu homogenizowano w Qiazol (Qiagen, Hilden, Niemcy) przy użyciu Tissue Lyser (Qiagen). Całkowite RNA ekstrahowano przy użyciu zestawu RNeasy Lipid Tissue Mini (Qiagen) z dodatkowym traktowaniem DNAzą (Qiagen). Jakość i ilość RNA oceniano za pomocą pomiarów spektrofotometrycznych (Nanodrop 1000, NanoDrop Technologies, USA). Do syntezy cDNA użyto zestawu iScript cDNA Synthesis (BioRad). Re-time RT PCR przeprowadzono przy użyciu TaqMan^® zestawy sond i starterów dla genów docelowych wybranych z katalogu on-line (Applied Biosystems). Wartości ekspresji genów obliczono na podstawie C_t metoda ( Livak i Schmittgen, 2001), gdzie ad libitum grupa karmiona została wyznaczona jako kalibrator. Jako gen odniesienia zastosowano dehydrogenazę fosforanową gliceraldehydu-3 (GAPDH).

2.3.7. Analiza statystyczna

Wszystkie parametry behawioralne analizowano za pomocą analizy wariancji z powtarzanymi pomiarami (ANOVA), a następnie post hoc Test Tukey HSD odpowiednio lub studenta t test, w którym porównano tylko dwa warunki. Wszystkie analizy statystyczne przeprowadzono za pomocą oprogramowania GraphPad. Różnice uznano za znaczące w p <0.05.

3. Wyniki

3.1. Wpływ blokady receptora podobnego do D1 (NAc) na nagrodę pokarmową indukowaną greliną VTA i spożycie karmy

W celu określenia, czy aktywność receptorów D1-podobnych jest konieczna dla indukowanego przez VTA wzrostu zachowania nagrody, badano wpływ wstępnego leczenia antagonistą podobnym do D1 (SCH-23390) na indukowaną ghreliną odpowiedź na sacharozę. Test post hoc Tukeya po jednokierunkowej ANOVA (F_(3,33) = 11.1, p <0.0005; F_(3,33) = 3.7, p <0.01; F_(3,39) = 3.6, p <0.05 dla nagród, odpowiednio aktywnej dźwigni i karmy) ujawniło znaczący wpływ greliny na zwiększenie liczby zdobywanych nagród (p <0.0005; Ryc.3A), liczba aktywnych naciśnięć dźwigni (p <0.05; Ryc.3B) i spożywaj pokarm (p <0.05; Ryc.3DO). Parametry związane z zachowaniem nagród, zdobyte nagrody i aktywne prasy dźwigniowe zostały wyraźnie zablokowane przez obróbkę wstępną SCH-23390 ( Ryc.3A, B). Aktywność przy nieaktywnej dźwigni była niewielka i nie różniła się znacząco między różnymi grupami leczenia ( Ryc.3B) sugerując, że leczenie nie powoduje nieswoistych, niecelowych zmian w aktywności. Hiperfagia chow obserwowana po mikroiniekcji greliny do VTA nie była zmieniona przez wstępne traktowanie SCH-23390 ( Ryc.3DO). Dane te pokazują, że receptory dopaminy i D1-podobne w powłoce NAc znajdują się za greliną i są niezbędne, aby grelina podawana VTA wywierała swój wpływ na zachowania związane z jedzeniem i nagrodą. Nie są one jednak niezbędne dla zdolności greliny do zwiększania spożycia karmy. Leczenie NAc SCH-23390 nie przyniosło efektu per se na obu operantach odpowiadających za jedzenie lub spożycie karmy ( Ryc.3).

3.2. Wpływ blokady D2 (NAc) na nagrodę pokarmową indukowaną greliną VTA i spożycie karmy

W celu ustalenia, czy aktywność w D2 jest konieczna do ekspresji indukowanego przez VTA ghreliny podwyższenia zachowania nagrody pokarmowej, zbadano wpływ wstępnego leczenia selektywnym antagonistą D2 (chlorowodorek etiklopridu) na indukowane przez grelinę zwiększenie zachowania się sacharozy. Jednokierunkowa ANOVA wykazała istotny wpływ leczenia farmakologicznego (F_(3,18) = 9.5, p <0.0005; F_(3,18) = 8.1, p <0.001; F_(3,39) = 3.8, p <0.05 dla nagród, odpowiednio aktywnej dźwigni i karmy). Test post hoc Tukey wykazał znaczny wzrost zdobytych nagród (p <0.01; Ryc.4A) i aktywne prasy dźwigniowe (p <0.01; Ryc.4B) po leczeniu greliną zablokowanym wstępnym leczeniem etliklopidem. Aktywność przy nieaktywnej dźwigni była niewielka i nie różniła się znacząco między różnymi grupami leczenia ( Ryc.4B). W przeciwieństwie do danych odpowiadających na operanta, wstępne leczenie etliklopdeem nie zmieniło indukowanego przez grelinę wzrostu spożycia karmy (p <0.05; Ryc.4DO). W tym badaniu skojarzonym interakcję potwierdzono dwukierunkową analizą ANOVA między zabiegiem wstępnym a greliną w uzyskanych nagrodach: F_(1,24) = 4.8, p <0.05; aktywne prasy dźwigniowe: F_(1,24) = 4.7, p <0.05, ale nie spożycie karmy. Tak więc receptory D2 mogą być wykorzystywane przez grelinę do wywoływania zmian w zachowaniach związanych z nagrodą, ale nie do konsumpcji karmy.

3.3. Wpływ blokowania receptora podobnego do D1 i / lub D2 (NAc) na spożycie karmy indukowanej greliną VTA

Aby uzyskać dalsze potwierdzenie braku wpływu dwóch antagonistów dopaminy na karmienie karmą, powtórzyliśmy badanie, tym razem na szczurach, które nigdy nie były narażone na paradygmat warunkowania instrumentalnego. To badanie walidacyjne zostało rozszerzone o trzeci test, w którym zbadaliśmy wpływ jednoczesnego dostarczania antagonistów receptorów D1-podobnych i D2 do NAc na przyjmowanie pokarmu wywołanego przez grelinę VTA. Spożycie karmy było znacznie zwiększone przez grelinę VTA w 2 godziny po wstrzyknięciu (jednokierunkowa ANOVA: F_(3,30) = 6.4, p <0.005 i F_(3,27) = 9.0, p <0.0005 odpowiednio dla badania receptora D1 i D2) i nie miało na to wpływu wstępne leczenie preparatem podobnym do D1 ( Ryc.5A) lub antagonista receptora D2 ( Ryc.5B). W końcowym teście, badającym łączny wpływ dwóch antagonistów receptora dopaminy, nie mogliśmy wykryć znaczącego wpływu greliny VTA aż do punktu czasowego 3 h, być może odzwierciedlając wpływ potrójnego wstrzyknięcia miąższu potrzebnego w tym badaniu. Jednokierunkowa ANOVA wskazała na istotny efekt leczenia (F_(3,30) = 9.6, p <0.0005). Spożycie pokarmu po dostarczeniu greliny VTA osiągnęło istotne znaczenie w punkcie czasowym 3 h, jednak ponownie nie zostało to stłumione przez jednoczesne podanie antagonistów receptora dopaminy do NAc ( Ryc.5DO). Należy zauważyć, że połączone zastosowanie obu antagonistów receptora dopaminowego wobec NAc nie miało wpływu per se na spożycie żywności.

3.4. Wpływ blokady receptora podobnego do D1 i D2 na nagrodę pokarmową indukowaną niedoborem żywności i spożyciem karmy

Pozbawienie pożywienia podnosi zarówno odpowiedź operanta, jak i 1 godzinę spożycia karmy; szczury nacisnęły dźwignię aktywną prawie dwa razy częściej, gdy były głodne, i trzy do sześciu razy więcej jedzenia w punkcie pomiaru 1 godziny (porównaj stan pojazdu w Figs. 3 i 4). Blokada receptorów podobnych do D1 w skorupie NAc znacznie zmniejszyła wzrost zachowań związanych z nagrodami żywnościowymi spowodowany deprywacją pożywienia, gdy oceniono, że redukcja zdobytych nagród żywnościowych (p <0.01; Ryc.6A) i zmniejszenie liczby aktywnych dźwigni (p <0.01; Ryc.6B). To leczenie nie miało żadnego znaczącego wpływu na spożycie karmy spowodowane niedoborem żywności ( Ryc.6DO). Wlew antagonisty D2 do powłoki NAc znacznie zmniejszył wzrost zachowań związanych z nagrodami żywnościowymi spowodowany deprywacją pożywienia, gdy oceniano go jako zmniejszenie zdobytych nagród żywnościowych (p <0.01; Ryc.7ZA). Nawet jeśli każdy szczur zmniejszył aktywną dźwignię naciskając po blokadzie D2 w NAc, efekt wywołał trend (p = 0.08; Ryc.7B) prawdopodobnie ze względu na dużą zmienność linii bazowej w naciskaniu dźwigni (błąd standardowy = 86 dla pojazdu i 41 dla stanów lekowych, zakres aktywnego naciskania dźwigni na pojazd od 57 do 707 naciśnięć). Skutkuje usunięciem szczura o najwyższej odpowiedzi ze zbioru danych p = 0.001. Warto zauważyć, że usunięty szczur wykazał 707 naciśnięć na nośnik i tylko 303 naciśnięć na lek, co również potwierdza ogólny wniosek. Żaden z antagonistów receptora dopaminy nie zmienił dźwigni naciskającej na nieaktywną dźwignię. Spożycie karmy nie zostało zmienione przez blokadę D2 w NAc ( Ryc.7DO).

3.5. Zmiany wywołane niedoborem żywności w ekspresji genów związanych z dopaminą w NAc

Poszczenie przez noc miało znaczący wpływ na ekspresję mRNA kilku genów związanych z dopaminą w NAc. Ekspresja mRNA receptora dopaminy D2 była znacznie zmniejszona, podczas gdy mRNA receptora dopaminy D5 było podwyższone. Receptory dopaminy D1, D3, COMT i MAO mRNA nie były zmieniane przez nocny post (Ryc.8). Receptory D1 i D2 są uważane za najobficiej występujący receptor dopaminy w mózgu, podczas gdy obecność D3 i D5 w OUN jest znacznie bardziej ograniczona. Dlatego porównaliśmy poziomy mRNA w półleżących receptorach D5 z D1 i dotarliśmy do 2%; podobną zależność wykryto dla D3 i D2 (dane nie pokazane). Zatem tutaj potwierdzamy, że w NAc większość mRNA receptora dopaminy składa się z receptorów D1 i D2, podczas gdy receptory D3 i D5 reprezentują tylko niewielką część całkowitego mRNA receptora dopaminy wykrytego w NAc.

4. Dyskusja

Główne ustalenia obecnego badania wskazują, że sygnalizacja dopaminowa w powłoce NAc jest niezbędnym mediatorem w dalszej części łańcucha wpływu greliny na nagrodę żywnościową. Wyniki wskazują, że receptory D1-podobne i D2 w powłoce NAc są kluczowymi składnikami obwodów aktywowanych greliną i są niezbędne, aby grelina zastosowana VTA wywierała swój wpływ na zachowania związane z nagradzaniem pożywienia. Sygnalizacja receptora D1-podobnego i receptora D2 w NAc (powłoce) nie jest jednak niezbędna dla zdolności greliny do zwiększania spożycia karmy. Dane te sugerują rozbieżność między celami neuronowymi greliny, która kontroluje wzmocnienie pożywienia w porównaniu z przyjmowaniem pokarmu. Wreszcie nasze odkrycia wskazują, że ten obwód jest również zaangażowany w endogenną grelinę, ponieważ w stanie głodu, kiedy poziom krążącej greliny jest podwyższony, sygnalizacja dopaminy w NAc jest wymagana do zwiększonego zachowania nagrody pożywienia.

Zaskakująco, choć jasne jest, że grelina ma wpływ na układ dopaminergiczny (Abizaid i in., 2006, Jerlhag i in., 2007, Kawahara i in., 2009 i Weinberg i in., 2011), jest to pierwsze badanie, które wykazało, że wpływ greliny na nagrodę żywnościową wymaga sygnalizacji receptora dopaminy NAc (w tym przypadku sygnalizacji podobnej do D1 i D2). Pojawiło się to jako ważne pytanie, ponieważ ostatnio wykazano, że inne hormony lub neuropeptydy związane z kontrolą apetytu mają raczej nieoczekiwany związek z mezolimbicznym układem dopaminowym. Na przykład leptyna, podobnie jak grelina, ma receptory na neuronach dopaminy w VTA; większość neuronów dopaminergicznych wrażliwych na leptynę nie rzutuje jednak do prążkowia, ale zamiast tego unerwia ciało migdałowate (Hommel i in., 2006 i Leshan i in., 2010). Melanokortyna, silny anoreksygeniczny neuropeptyd z receptorami w VTA, w przeciwieństwie do tego, co można przewidzieć dla środka anoreksyjnego, faktycznie zwiększa aktywność dopaminergiczną i uwalnianie dopaminy w prążkowiu, wyraźnie zmniejszając zachowanie przyjmowania pokarmu (Torre i Celis, 1988, Lindblom i in., 2001 i Stożek, 2005). Kolejna warstwa złożoności jest dodawana przez dane wskazujące, że działanie greliny uwalniające dopaminę wydaje się być zależne od dostępności pożywienia: poziomy dopaminy NAc wykrywane przez mikrodializę były zwiększane tylko przez obwodowo podawaną grelinę u szczurów, którym pozwolono jeść po podaniu greliny (jak w warunkach eksperymentalnych stosowanych w niniejszym badaniu), a ghrelina nawet je stłumiła u osób, którym odmówiono dostępu do żywności (Kawahara i in., 2009), ostatnio wykazano, że w VTA występuje zróżnicowany szlak sygnalizacji opioidowej (Kawahara i in., 2013). Te dwa przykłady podkreślają złożoność relacji między peptydami żywieniowymi, dostępnością pożywienia i dopaminą oraz podkreślają znaczenie badań badających użyteczność wpływu greliny na układ dopaminowy w zachowaniach związanych z nagrodą żywieniową.

Interesującym aspektem wyników jest kontrastujący wpływ blokady receptora dopaminowego NAc na motywację pokarmową w porównaniu z przyjmowaniem pokarmu. W szczególności potwierdziliśmy brak efektu tłumionej sygnalizacji dopaminowej NAc na indukowane przez VTA spożywanie greliny w niezależnych badaniach 2: w jednym z paradygmatów pomiar spożycia pokarmu dokonano bezpośrednio po teście odpowiedzi operanta (dla którego jedzenie cukru mogło zmienić później spożycie karmy), a u innych mierzono jedynie spożycie pokarmu u zwierząt bez wcześniejszego badania operantowego. Dodatkowo, w drugim eksperymencie byliśmy w stanie wykazać, że jednoczesne stosowanie obu antagonistów receptora dopaminy z NAc nie miało wpływu na pobór pokarmu indukowany przez VTA ghrelinę, zwiększając poparcie dla hipotezy, że sygnalizacja dopaminowa NAc przez receptory D1-podobne i D2 nie jest wymagany dla hiperfagii greliny. Biorąc pod uwagę fakt, że antagoniści przerywają zachowania motywowane przez VTA ghreliną, te zbiorowe wyniki sugerują rozbieżność układu nerwowego poniżej greliny VTA, z jedną gałęzią kontrolującą przyjmowanie pokarmu i inną motywację / nagrodę pokarmową. Wydaje się, że grelina wykorzystuje dopaminę do zmiany motywacji pokarmowej, ale nie do spożycia. Wcześniej wykazaliśmy, że grelina VTA angażuje neuropeptyd Y w VTA selektywnie do kontrolowania przyjmowania pokarmu i opioidów w odwrotny sposób (Skibicka i in., 2012a). Zatem istnieje już pierwszeństwo dla rozbieżności obwodów zaangażowanych przez grelinę w przyjmowanie pokarmu w stosunku do zachowań motywowanych żywnością.

Akumulacyjne receptory podobne do D1 mają dobrze ugruntowaną rolę zarówno we wzmacnianiu leków, jak i żywności, z szeregiem wcześniejszych dowodów wskazujących, że infuzja antagonisty D1-podobnego do NAc redukuje zorientowane na cel zachowania wobec jedzenia. Ogólnoustrojowi antagoniści receptora podobnego do D1 zmniejszają wywołane przez cue lub kontekst samo-podawanie kokainy, heroiny, nikotyny i alkoholu [na przykład (Weissenborn i wsp., 1996, Liu i Weiss, 2002, Bossert i in., 2007 i Liu i in., 2010)], podkreślając kluczową rolę tych receptorów w procesach zorientowanych na nagrodę. Obecne dane wskazują, że receptory D1 podobne do NAc są niezbędnym elementem układu aktywowanego przez grelinę działającą na VTA. Wspierająco wykazano, że obwodowe stosowanie tego antagonisty D1 zmniejsza rozpoznawanie obiektów wzmocnionych greliną (Jacoby i Currie, 2011). Jednakże, biorąc pod uwagę, że zastosowanie obwodowe celuje we wszystkie populacje neuronalne wyrażające D1 w mózgu i że populacje poza NAc (na przykład w hipokampie) mogą odgrywać główną rolę w uczeniu się i pamięci, nie jest jasne, czy populacja NAc badana przyczyniają się tutaj do zwiększenia pamięci greliny.

Receptory D2 często działają wspólnie z D1; w związku z tym wiele badań wskazuje na rolę receptorów D2 w aspektach przetwarzania nagrody i zachowania ukierunkowanego na nagrodę. Warto jednak zauważyć, że receptory D1 i D2 nie zawsze działają w ten sam sposób, co funkcja nagrody. Na przykład w ciele migdałowatym blokada receptorów D1 osłabia przywrócenie do poszukiwania kokainy, podczas gdy antagoniści D2 mogą w rzeczywistości zwiększyć to zachowanie (Berglind i in., 2006). Ta funkcjonalna dysocjacja może również mieć wkład neuroanatomiczny, ponieważ receptory D2 w NAc wydają się pełnić raczej przeciwną funkcję niż te w podwzgórzu. Podczas stymulacji NAc receptory D2 mogą zwiększać motywację pokarmową, co zwiększa prawdopodobieństwo, że zwierzę będzie starało się uzyskać pożywienie, w stymulacji podwzgórza receptorami D2 jest wyraźnie anoreksja (Leibowitz i Rossakis, 1979 i Nowend i in., 2001). Wynika z tego, że interpretacja wyników po obwodowym zastosowaniu leków celujących w D2, dla których populacje docelowego receptora są powiązane z przeciwstawną funkcją, może być trudne. Może to być jeden z powodów wyjaśniających, dlaczego w poprzednim badaniu obwodowe wstrzyknięcie antagonisty D2 nie miało wpływu na reakcję indukowaną greliną na roztwór sacharozy. Innym możliwym wyjaśnieniem jest to, że D2 jest autoreceptorem neuronów wytwarzających dopaminę w istocie czarnej i VTA, gdzie jego aktywacja może prowadzić do zahamowania aktywności dopaminergicznej (Lacey i wsp., 1987). Tak więc, po wstrzyknięciu obwodowym, leki celujące w D2 mogą potencjalnie uzyskać dostęp do tej populacji receptorów, podczas gdy w naszym badaniu celowano tylko receptor D2 powłoki NAc. Warto zauważyć, że efekt netto ogólnoustrojowej blokady receptora D1 blokował reakcję na napój sacharozowy w tym samym modelu (Overduin i in., 2012). Ponadto, ogólnoustrojowe, podskórne wstrzyknięcie agonisty D1 wydaje się zwiększać preferencję do smacznego jedzenia, podczas gdy ogólnoustrojowe wstrzyknięcie agonisty D2 zmniejsza go (Cooper i Al-Naser, 2006). Wydaje się zatem, że nasze dane wskazujące na efekt tłumienia antagonistów D1 na indukowaną greliną motywację pokarmową są zgodne z ogólnym efektem netto (supresji) stymulowania receptorów D1 na funkcję nagrody. Natomiast efekt netto populacji receptorów D2 jest bliższy temu, co wiadomo na temat podwzgórzowych receptorów D2, niż dane przedstawione tutaj dla NAc.

W niniejszym badaniu zarówno antagoniści D1, jak i antagoniści D2 byli w stanie zablokować zachowanie operanta dla sacharozy po podaniu greliny VTA i po pozbawieniu pokarmu, co sugeruje, że potrzebne jest wspólne działanie w obu receptorach w NAc, aby grelina mogła wywierać swoje działanie. Ma to sens, gdy weźmiemy pod uwagę endogenną sytuację, w której pochodne dopaminergiczne pochodzące z VTA uwalniają dopaminę w powłoce NAc jednocześnie aktywując wszystkie dostępne receptory dopaminy. Potrzeba jednoczesnej aktywacji zarówno receptorów D1, jak i D2 została już opisana dla innych zachowań, w tym dla wzmocnienia (Ikemoto i wsp., 1997) i aktywność ruchowa (Plaznik i wsp., 1989) jak również odpalanie neuronów (Biały, 1987). Wyniki niniejszego badania wskazują, że blokada tylko jednego z dwóch receptorów dopaminergicznych była wystarczająca do zmniejszenia tych zachowań, tak jak blokada któregokolwiek z tych receptorów była wystarczająca do zmniejszenia zachowania operantu sacharozy zależnego od greliny. Mechanizm tej interakcji jest niejasny. Niektóre neurony w NAc współwytwarzają zarówno receptory D1, jak i D2. Jedną z możliwości jest zaangażowanie heterodimerów do reakcji nagrody, ostatnio pojawiło się tworzenie heterodimerów przez receptory D1 i D2 i wykazano, że to sprzężenie przyczynia się do zachowania podobnego do depresji (Pei i in., 2010). Niemniej jednak nasze wyniki wskazują, że sygnał D1 i D2 w NAc nie jest zbędny, a każdy receptor jest potrzebny, aby przekazać efekt greliny na nagrodę pokarmową, ponieważ indywidualna blokada skutecznie osłabiała reakcję nagrody. Ponadto, ponieważ indywidualna blokada nie była skuteczna w przypadku hiperfagii greliny, osobno oceniliśmy możliwość, czy sygnał D1 i D2 był zbędny dla przyjmowania karmy, tj. Jednoczesna blokada obu byłaby potrzebna do wyeliminowania odpowiedzi. Nie miało to jednak miejsca, ponieważ na hiperfagię greliny nie miała wpływu jednoczesna blokada receptorów D1 i D2 w NAc. Tak więc sama lub w kombinacji sygnalizacja receptora NAc D1 i receptora D2 nie jest wykorzystywana przez grelinę do zwiększania spożycia karmy.

Tutaj celowaliśmy w receptory D1-podobne i D2 w powłoce NAc. Funkcja powłoki i jądra NAc wydaje się być do pewnego stopnia dysocjatywna, zwłaszcza gdy rdzeń leżący u podstaw zmian w samopodawaniu leku związany jest z dyskretną wskazówką i powłoka jest bardziej wpływowa w kontekście zależnego od kontekstu samopodawania lekuBossert i in., 2007). Ta funkcjonalna dysocjacja jest wspierana przez połączenia neuroanatomiczne, w których rdzeń otrzymuje większy wkład z ciała migdałowatego, a powłoka jest bardziej gęsto unerwiona przez hipokamp (Groenewegen i in., 1999 i Floresco i in., 2001). Szczury będą również samodzielnie podawać kombinację agonistów receptora D1 i D2 tylko w osłonce NAc, a nie w rdzeniu (Ikemoto i wsp., 1997), wskazując, że ich wspólne działanie na nagrodę jest przede wszystkim związane z regionem powłoki, do którego jest skierowany.

W niniejszym badaniu zbadaliśmy konkretnie wpływ tłumionej sygnalizacji dopaminowej NAc na przyjmowanie pokarmu i zachowania motywowane jedzeniem, napędzane grecką metodą VTA. Należy jednak zauważyć, że grelina może również napędzać zachowania żywieniowe poprzez aktywowanie aferentnych ścieżek do VTA. Na przykład wykazano, że grelina wzmacnia zachowania wzmocnione pożywieniem, aktywując neurony oreksynowe w bocznym podwzgórzu (Perello i in., 2010), oreksynergiczna grupa komórek, która wyświetla VTA i stymuluje uwalnianie dopaminy (Narita i in., 2006). Podczas gdy nasze badanie z wykorzystaniem neuroanatomii i neurofarmakologii specyficznie analizuje szlak VTA-NAc, w sytuacji endogennej grelina uwalniana w krążeniu prawdopodobnie stymuluje VTA, jak również inne jądra mózgu wyrażające receptor greliny z projekcjami eferentnymi do VTA. Tak więc w sytuacji fizjologicznej wpływ greliny rozkłada się na wiele miejsc w mózgu, które prawdopodobnie działają wspólnie. Koncepcja hormonu lub neuropeptydu działającego na wiele rozproszonych miejsc w mózgu, z których może wywołać podobny wynik, na przykład zmiana w przyjmowaniu pokarmu, nie jest nowa i została już zaproponowana i oceniona pod kątem leptyny i melanokortyny (Grill, 2006, Leinninger i in., 2009, Skibicka i Grill, 2009 i Faulconbridge i Hayes, 2011).

Niedobór pokarmu wiąże się z wysokim poziomem krążącej greliny. W warunkach niedostatku żywności prezentacja żywności wywołuje uwalnianie dopaminy w NAc (Kawahara i in., 2013). Wynika z tego, że stan odżywienia może również wpływać na sygnalizację dopaminy w NAc, wpływ deprywacji żywności na ekspresję mRNA receptorów dopaminowych (receptory D1-podobne (D1, D5) i receptory D2-podobne (D2, D3)) i rozkładanie dopaminy enzymy (MAO, COMT) ocenione w niniejszym badaniu. Podczas gdy pozbawienie żywności nie zmieniło ekspresji mRNA żadnego z mierzonych enzymów degradujących dopaminę, zauważyliśmy różnicową regulację receptorów D5 vs. D2. Ekspresję receptorów D5 zwiększono o prawie 30%, podczas gdy mRNA receptora D2 zmniejszono o około 20%. Zgodnie z tą rozbieżnością wykazano, że jednoczesne stosowanie agonistów receptorów D1-podobnych i D2 obniża poziom receptorów D2, ale zwiększa aktywność receptorów D1 w istocie czarnej (i z podobną tendencją w NAc) (Subramaniam i wsp., 1992). Co ciekawe, skutki deprywacji żywności na ekspresję receptora dopaminowego NAc zbiegają się z naszymi danymi wykazującymi rolę receptorów D1-podobnych (w tym D5) i D2 w motywacji do jedzenia na czczo.

Jedynym zastrzeżeniem naszego badania jest to, że niedobór pokarmu zwiększa poziom krążącej greliny, tak że potencjalnie można aktywować inne populacje receptorów greliny poza VTA. Tak więc, podczas gdy pozbawienie żywności jest endogennym i bardziej fizjologicznie odpowiednim sposobem na zwiększenie greliny, nie pozwala na selektywną stymulację VTA. Nie możemy zatem wyeliminować możliwości, że zmiany receptora dopaminy wykryte w NAc są wynikiem aktywności greliny na obszarach poza VTA z pośrednim wpływem na NAc. Na koniec, należy zauważyć, że nasze dane łączą się z zmianami w ekspresji receptora dopaminowego NAc, ale konieczne byłyby dalsze eksperymenty, aby wykazać mediację projekcji dopaminergicznej VTA-NAc (stymulowanej greliną) w tym zakresie i rzeczywiście zbadać rolę innych szlaków i układów nadajnika w tym efekcie, jak boczne podwzgórze (jak omówiono powyżej).

Ponieważ wiele substratów neurobiologicznych jest wspólnych zarówno dla uzależnienia od narkotyków, jak i dla nieuporządkowanego jedzenia, możliwe jest, że obecne odkrycia wskazują na rolę receptorów D1-podobnych i D2 w działaniu greliny na wzmacnianie leków i alkoholu (Dickson i in., 2011). Nagroda za żywność i kokainę prowadzi do uwolnienia dopaminy w NAc (Hernandez i Hoebel, 1988). Blokada receptorów D1 lub D2 zmniejsza zachowanie nagrody w przypadku narkotyków, alkoholu i nikotyny. Ponieważ wcześniej doniesiono o znacznym udziale greliny w zachowaniu lub nagradzaniu wszystkich tych substancji, jest raczej prawdopodobne, że opisane tutaj obwody grelina-VTA-dopamina-NAc są odpowiednie dla szeregu zachowań nagradzających, a nie wyłącznie dla żywności. Wstępne poparcie dla tego pomysłu można wyciągnąć z danych wykazujących, że deprywacja żywności może przywrócić poszukiwanie heroiny, które jest blokowane przez blokadę receptorów podobnych do D1 (Tobin i in., 2009).

Nasze dane dostarczają nowej wiedzy na temat integracji dwóch kluczowych systemów sygnalizacyjnych powiązanych z nagrodą w pożywieniu: obwodów sterowanych VTA, które reagują na hormon oreksogenny, grelinę i obwody reagujące na dopaminę NAc. W szczególności pokazujemy, że dobrze udokumentowany wpływ greliny związany z VTA na zachowania motywowane jedzeniem wymaga sygnalizacji D1 i D2 w NAc. Nasze dane wskazują również, że zależny od VTA (zależny od D1 / D2) wpływ greliny na nagrodę żywnościową obejmuje obwody różniące się od obwodów ważnych dla spożycia pokarmu, ponieważ żaden z antagonistów nie wpływał na spożycie pokarmu indukowanego przez grelinę po dostarczeniu do NAc. Wreszcie, badania przeprowadzone na głodnych (głodzonych przez noc, a zatem i hiperglinemicznych) szczurach wskazują na sygnalizację NAc D1 / D2 w wpływie endogennej greliny na zachowania motywowane jedzeniem. Zatem mechanizmy i terapie zakłócające sygnalizację dopaminową w NAc wydają się mieć znaczenie dla wpływu greliny na układ nagrody, w tym tych związanych z kontrolą karmienia, a tym samym otyłości i jej leczenia.

Oświadczenie o ujawnieniu

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Referencje

• Weissenborn i wsp., 1996
• R. Weissenborn, V. Deroche, GF Koob, F. Weiss
• Wpływ agonistów i antagonistów dopaminy na indukowaną kokainą odpowiedź operanta na bodziec związany z kokainą
• Psychopharmacology (Berl), 126 (1996), str. 311 – 322
• Zobacz rekord w Scopus

   | 

  Cytowanie artykułów (74)
•  
• Zigman i in., 2006
• JM Zigman, JE Jones, CE Lee, CB Saper, JK Elmquist
• Ekspresja mRNA receptora greliny u szczura i mózgu myszy
• J. Comp. Neurol., 494 (2006), str. 528–548
• Zobacz rekord w Scopus

  |

  Pełny tekst przez CrossRef

   | 

  Cytowanie artykułów (381)
• Wren i in., 2000
• AM Wren, CJ Small, HL Ward, KG Murphy, CL Dakin, S. Taheri, AR Kennedy, GH Roberts, DG Morgan, MA Ghatei, SR Bloom
• Nowa grelowa peptyd podwzgórzowy stymuluje przyjmowanie pokarmu i wydzielanie hormonu wzrostu
• Endokrynologia, 141 (2000), str. 4325 – 4328
• Zobacz rekord w Scopus

  |

  Pełny tekst przez CrossRef

   | 

  Cytowanie artykułów (1107)
• Biały, 1987
• FJ White
• Stymulacja receptora dopaminy D-1 umożliwia hamowanie neuronów półleżących jądra jądra przez agonistę receptora D-2
• Eur. J. Pharmacol., 135 (1987), str. 101 – 105
• Artykuł

  |

   PDF (342 K)

  |

  Zobacz rekord w Scopus

   | 

  Cytowanie artykułów (88)
•  
•  

•  
• Autor korespondujący. Katedra Endokrynologii, Instytut Neuronauki i Fizjologii, Akademia Sahlgrenska na Uniwersytecie w Gothenburgu, Medicinaregatan 11, PO Box 434, SE-405 30 Gothenburg, Szwecja. Tel .: +46 31 786 3818 (biuro); faks: +46 31 786 3512.