Jedzenie „niezdrowej żywności” powoduje szybki i długotrwały wzrost liczby receptorów NAc CP-AMPA; Implikacje dla zwiększonej motywacji wywołanej sygnałami i uzależnienia od jedzenia (2016)

Neuropsychopharmacology. 2016 Jul 7. doi: 10.1038 / npp.2016.111.

Oginsky MF1, Goforth PB1, Nobile CW1, Lopez-Santiago L1, Ferrario CR1.

Abstrakcyjny

Na bodźce do jedzenia wpływają bodźce w środowisku związane z jedzeniem (sygnały żywnościowe). Osoby otyłe są bardziej wrażliwe na sygnały pokarmowe, informując o silniejszym pragnieniu i spożywaniu większych porcji po ekspozycji na sygnał pokarmowy. Jądro półleżące (NAc) pośredniczy w wyzwalanych przez cue reakcjach motywacyjnych, a aktywacje w NAc wywołane sygnałami pokarmowymi są silniejsze u osób podatnych na otyłość. Doprowadziło to do wniosku, że zmiany funkcji NAc podobne do tych, które leżą u podstaw uzależnienia od narkotyków, mogą przyczyniać się do otyłości, szczególnie u osób podatnych na otyłość.

Odpowiedzi motywacyjne są częściowo mediowane przez transmisję receptora NAc AMPA (AMPAR), a ostatnie prace pokazują, że motywacja wyzwalana wskazówkami jest zwiększona u podatnych na otyłość szczurów po spożyciu diety typu „fast food”. Dlatego tutaj określiliśmy, czy ekspresja i funkcja NAc AMPAR są zwiększone przez spożycie diety „niezdrowej żywności” w populacjach podatnych na otyłość w porównaniu z opornymi, przy użyciu zarówno niekrewnianych, jak i selektywnie hodowanych modeli podatności. Ponadto aktywność lokomotoryczna wywołana kokainą została wykorzystana jako ogólny „odczyt” funkcji mezolimbicznej po spożyciu „niezdrowej żywności”. Odkryliśmy uwrażliwioną reakcję lokomotoryczną na kokainę u szczurów, które przybrały na wadze na diecie „niezdrowej żywności”, co jest zgodne z większą reaktywnością obwodów mezolimbicznych w grupach podatnych na otyłość.

Ponadto spożywanie „niezdrowej żywności” zwiększyło działanie AMPAR przepuszczalnego dla wapnia NAc (CP-AMPAR) tylko u szczurów podatnych na otyłość. Wzrost ten nastąpił szybko, utrzymywał się przez tygodnie po zaprzestaniu spożywania „niezdrowej żywności” i poprzedzał rozwój otyłości.

Dane te są rozpatrywane w świetle zwiększonej motywacji i funkcji prążkowia u szczurów podatnych na otyłość oraz roli NAc CP-AMPAR w zwiększonej motywacji i uzależnieniu.

PMID: 27383008

DOI: 10.1038 / npp.2016.111

Wprowadzenie

Chociaż pragnienia jedzenia są regulowane przez głód, sytość i zapotrzebowanie na energię, są one również pod silnym wpływem bodźców w środowisku, które są związane z jedzeniem (sygnały żywnościowe). Na przykład u osób nieotyłych, ekspozycja na sygnały żywności zwiększa głód żywności i ilość spożywanego jedzenia (Fedoroff i wsp, 1997; Soussignan i wsp, 2012). Osoby otyłe są bardziej wrażliwe na te motywacyjne właściwości sygnałów żywnościowych, informując o silniejszym wywoływanym przez cue pragnieniu jedzenia i spożywaniu większych porcji po ekspozycji na sygnał pokarmowy (Rogers and Hill, 1989; Yokum i wsp, 2011). Te behawioralne podobieństwa między głodem wywołanym przez żywność i narkotykami doprowadziły do ​​koncepcji, że „uzależnienie od żywności” wywołane spożyciem żywności o wysokiej zawartości cukru i tłuszczu może przyczynić się do epidemii otyłości (Carr i wsp, 2011; Epstein i Shaham, 2010; Kenny, 2011; Rogers and Hill, 1989; Volkow i wsp, 2013).

Dowody pochodzące głównie z badań na ludziach sugerują, że wywoływane przez sygnał głód pokarmowy u osób otyłych obejmuje zmiany w funkcjonowaniu jądra półleżącego (NAc), regionu, o którym od dawna wiadomo, że pośredniczy w motywacji do zdobywania żywności i leków, ale który jest coraz bardziej związany z otyłością . Na przykład badania fMRI u ludzi pokazują, że aktywacje w NAc wywołane sygnałami pokarmowymi są silniejsze u osób otyłych (Stice i wsp, 2012; Volkow i wsp, 2013; Mały, 2009). Ponadto zwiększona reakcja w NAc na sygnały pokarmowe przewiduje przyszły przyrost masy ciała i trudności z utratą wagi u ludzi (Demos i wsp, 2012; Murdaugh i wsp, 2012). U szczurów otyłość wywołana dietą powoduje wzmożone reakcje motywacyjne na sygnały pokarmowe, zwłaszcza w populacjach podatnych na otyłość (Ryż Basmati Brązowy i wsp, 2015; Robinson i wsp, 2015). Razem dane te sugerują, że spożywanie tłustych, słodkich pokarmów powoduje neuroadaptacje w funkcji NAc, które mogą wzmacniać procesy motywacyjne.

Zarówno u szczurów, jak iu ludzi, podatność na otyłość może odgrywać ważną rolę w działaniu smacznych, wysokokalorycznych „śmieciowych produktów” na funkcje i zachowanie nerwowe (Albuquerque i wsp, 2015; Geiger i wsp, 2008; Robinson i wsp, 2015; Stice and Dagher, 2010). Chociaż trudno jest odnieść się do roli podatności u ludzi, badania na szczurach wykazały, że wywołane dietą zmiany w układach mezolimbicznych i motywacji są bardziej widoczne u osób podatnych na otyłość vs -odporne szczury (Geiger i wsp, 2008; Vollbrecht i wsp, 2016; Robinson i wsp, 2015; Valenza i wsp, 2015; Oginsky i wsp, 2016). Ostatnie dane sugerują, że spożywanie „śmieciowej żywności” może powodować wyraźne zmiany neuronalne w podatnych vs odporne populacje.

Receptory glutaminianowe typu AMPA (AMPAR) stanowią główne źródło wzbudzenia dla NAc, a zdolność sygnałów żywnościowych do wywoływania poszukiwania pożywienia zależy częściowo od aktywacji AMPAR w rdzeniu NAc (Di Ciano i wsp, 2001). Ponadto spożywanie słodkich, tłustych potraw i otyłości może zmienić transmisję pobudzenia w NAc (Tukey i wsp, 2013; Ryż Basmati Brązowy i wsp, 2015). Ponadto ostatnie prace z naszego laboratorium i innych wykazały, że motywacja wywoływana przez sygnał jest zwiększona w populacjach podatnych na otyłość (Robinson i wsp, 2015; Ryż Basmati Brązowy i wsp, 2015). Celem obecnego badania było ustalenie, w jaki sposób konsumpcja śmieciowej żywności u szczurów wrażliwych na otyłość i opornych wpływa na ekspresję i transmisję AMPAR w rdzeniu NAc, jako że NAPC AMPAR pośredniczy w poszukiwaniu leków wywołanych przez cue, ale nie zostały zbadane w diecie modele otyłości. Dodatkowo, indukowana kokainą aktywność lokomotoryczna została wykorzystana jako ogólny „odczyt” funkcji mezolimbicznej, ponieważ zwiększona reakcja obwodów mezolimbicznych zwiększa motywacyjny wpływ sygnałów żywnościowych (Wyvell i Berridge, 2000, 2001).

Zastosowano dwa komplementarne modele gryzoni w celu określenia roli podatności w zmianach wywołanych przez „śmieciowe jedzenie” w AMc NAc. Po pierwsze, szczury rasy Sprague-Dawley otrzymujące „śmieciowe jedzenie” zostały zidentyfikowane jako „Gainers” i „Non-Gainers” (jak w Robinson i wsp, 2015), po czym zmierzono różnice behawioralne i neuronowe. Model ten, mimo że ma charakter informacyjny, wymaga indukcji przyrostu masy ciała i manipulacji dietą w celu identyfikacji podatnych populacji. W związku z tym zbadaliśmy również wpływ śmieciowego jedzenia u szczurów selektywnie hodowanych ze względu na ich skłonność lub odporność na otyłość wywołaną dietą (Levin i wsp, 1997; Vollbrecht i wsp, 2015, 2016).

Na górze strony

Materiały i metody

Tematy

Szczury trzymano w pary na odwrotnym schemacie światło-ciemność (12 / 12) z wolnym dostępem do pożywienia i wody przez cały czas i były w wieku 60-70 na początku eksperymentu. Samce szczurów Sprague-Dawley zakupiono od Harlan. Szczury podatne na otyłość i odporne były hodowane w domu. Linie te zostały pierwotnie ustanowione przez Levin i wsp (1997); hodowcy kupili od Taconic. Włączenie szczurów rasowych umożliwia porównanie z szerszą istniejącą literaturą, podczas gdy selektywnie hodowane szczury umożliwiają nam różnicowanie zmian spowodowanych otyłością vs manipulacja dietą. Wagę mierzono 1 – 2 razy w tygodniu. Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez Komitet UM ds. Użycia i opieki nad zwierzętami.

Dieta typu „fast-food” i identyfikacja wrażliwych na otyłość i opornych szczurów rasy outbred

„Junk-food” to mieszanka: oryginalnych chipsów ziemniaczanych Ruffles (40 g), oryginalnych ciasteczek czekoladowych Chips Ahoy (130 g), gładkiego masła orzechowego Jif (130 g), aromatu czekolady Nesquik w proszku (130 g), pudru Dieta laboratoryjna 5001 (200 g;% kalorii: 19.6% tłuszczu, 14% białka, 58% węglowodanów; 4.5 kcal / g) i woda (180 ml) połączone w robot kuchenny. Skład diety opiera się na wcześniejszych badaniach ustanawiających subpopulacje (Levin i wsp, 1997; Robinson i wsp, 2015). K- oznacza klasteryzację opartą na przyroście masy ciała po 1 miesiącu złomowania żywności w celu zidentyfikowania podatnych na otyłość grup (Junk-Food-Gainer) i odpornych na otyłość (Junk-Food-Non-Gainer). Ta metoda statystyczna zapewnia bezstronną separację, która może być stosowana jednolicie w różnych badaniach (MacQueen, 1967). Ponadto ustaliliśmy, że jest to optymalny punkt czasowy dla niezawodnej identyfikacji subpopulacji (Robinson i wsp, 2015; Oginsky i wsp, 2016; niepublikowane obserwacje).

Lokomocja indukowana kokainą

Aktywność lokomotoryczną mierzono w komorach (41cm x 25.4cm x 20.3 cm) wyposażonych w wiązki fotokomórek. Szczury umieszczano w komorach na okres przyzwyczajania 40 min przed otrzymaniem zastrzyku soli fizjologicznej (1 ml / kg, ip), a następnie 1 h później za pomocą kokainy (15 mg / kg, ip). Dawka ta została wybrana na podstawie wcześniejszych badań dawka-odpowiedź (Oginsky i wsp, 2016; Ferrario i wsp, 2005).

Powierzchnia vs Wewnątrzkomórkowa ekspresja białka

Tkanki z NAc (rdzeń / skorupa) i grzbietowe prążkowate przyśrodkowe (DMS) zebrano i przetworzono przy użyciu ustalonego BS3 metody sieciowania (Boudreau i wsp, 2012), który umożliwia wykrywanie powierzchni komórki vs ekspresja białek wewnątrzkomórkowych. Próbki DMS zostały włączone w celu ustalenia, czy różnice były selektywne dla NAc. Dla każdego szczura, tkankę izolowano, siekano (siekacz McIllwaina; plasterki 400 μm; St Louis, MO) i inkubowano w aCSF zawierającym 2 mM BS3 (30 min, 4 ° C). Sieciowanie zakończono glicyną (100 mM; 10 min), plastry homogenizowano w buforze do lizy (400 μl; w mM: 25 HEPES; 500 NaCl, 2 EDTA, 1 DTT, 1 fenylometylosulfonylu, 20 NaF, 1: proteaza 100 NaF, 0.1: proteaza 40 zestaw koktajlowy inhibitora I (Calbiochem, San Diego, CA) i 7.4% Nonidet P-80 [v / v]; pH XNUMX) i przechowywany w -XNUMX ° C. Stężenie białka określono za pomocą testu BCA. Widzieć Boudreau i wsp (2012) pełne szczegóły metodologiczne.

BS3 usieciowane próbki ogrzewano w buforze do obróbki Laemmli z 5% β-merkaptoetanolem (70 ° C, 10 min), załadowano (białko 20 μg) i poddano elektroforezie na żelach gradientowych 4-15% Bis-Tris w warunkach redukujących. Białka przenoszono na membrany PVDF (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ). Błony przepłukano, zablokowano (1 h, RT, 5% (wag./obj.) Beztłuszczowym mlekiem w proszku w TBS-Tween 20 (TBS-T; 0.05% Tween 20, v / v)) i inkubowano przez noc (4 ° C ) z pierwszorzędowymi przeciwciałami (1: 1000 w TBS) do GluA1 (Thermo Scientific; PA1-37776) lub GluA2 (NeuroMab, UCDavis / NIH: 75-002). Błony przemyto TBS-T, inkubowano z wtórnym sprzężonym z HRP (Invitrogen, Carlsbad, CA; 1 h, RT), przemyto i zanurzono w substracie do wykrywania chemiluminescencji (GE Healthcare, Piscataway, NJ). Obrazy uzyskano na filmie, a Ponceau S (Sigma-Aldrich) zastosowano do określenia całkowitego białka. Pasma będące przedmiotem zainteresowania oznaczono ilościowo za pomocą Image J (NIH).

Elektrofizjologia

BS3 opisana powyżej procedura sieciowania dostarcza informacji o ekspresji powierzchniowej (synaptycznej i dodatkowej synaptycznej) poszczególnych podjednostek AMPAR, podczas gdy dane elektrofizjologiczne dostarczają informacji o funkcjonalnych synaptycznych AMPAR (tetramerach). Nagrania patch-clamp dla całych komórek średnich neuronów kolczastych (MSN) w rdzeniu NAc przeprowadzono po ekspozycji na śmieciowe jedzenie u szczurów hodowanych selektywnie i selektywnie. Przed przygotowaniem plastra szczury znieczulono wodzianem chloralu (400 mg / kg, ip), mózgi szybko usunięto i umieszczono w lodowatym natlenionym (95% O2–5% CO2) aCSF zawierający (w mM): 125 NaCl, 25 NaHCO3, 12.5 glukoza, 1.25 NaH2PO4, 3.5 KCl, 1 kwas L-askorbinowy, 0.5 CaCl2, 3 MgCl2i 305 mOsm, pH 7.4. Plastry koronalne (300 μm) zawierające NAc wytworzono przy użyciu mikrotomu wibracyjnego (Leica Biosystems, Buffalo Grove, IL, USA) i pozostawiono w utlenionym aCSF (40 min). Do nagrywania aCSF (2 ml / min), CaCl2 zwiększono do 2.5 mM i MgCl2 zmniejszono do 1 mM. Pipety krosowe pobrano z kapilarnych szkła borokrzemianowego 1.5 mm (opór WPI, Sarasota, FL; 3 – 7 MΩ) i wypełniono roztworem zawierającym (w mM): 140 CsCl, 10 HEPES, 2 MgCl2, 5 Na+-ATP, 0.6 Na+-GTP, 2 QX314, pH 7.3 i 285 mOsm. Nagrania prowadzono w obecności pikrotoksyny (50 μM). Wywołane EPSC (eEPSC) były wywoływane przez lokalną stymulację (impulsy kwadratowe 0.05–0.30 mA, 0.3 ms, dostarczane co 20 s) przy użyciu elektrody bipolarnej umieszczonej ~ 300 µm bocznie od zarejestrowanych neuronów. Zastosowano minimalną ilość prądu potrzebną do wywołania odpowiedzi synaptycznej z <15% zmiennością amplitudy. Jeśli wymagane było> 0.30 mA, neuron odrzucano. EEPSC, w których pośredniczy AMPAR rejestrowano przy -70 mV przed i po zastosowaniu selektywnego antagonisty CP-AMPAR naspm (200 μM; jak w Conrad i wsp, 2008; Ferrario i wsp, 2011).

 

Statistics

Dwurożny t-testy, jednokierunkowe lub dwukierunkowe ANOVA z powtarzanymi pomiarami, Sidaka post-hoc zastosowano testy wielokrotnych porównań i planowane porównania między grupami wrażliwymi na otyłość i opornymi (Prism 6, GraphPad, San Diego, CA).

 
Na górze strony  

Efekt

Experiment 1

Szczurom Sprague Dawley podawano śmieciowe jedzenie przy użyciu podejścia, które prowadzi do otyłości u niektórych szczurów (Junk-Food Gainers), ale nie u innych (Junk-Food Non-Gainers; Robinson i wsp, 2015; Oginsky i wsp, 2016). Następnie zmierzyliśmy odpowiedź na pojedynczą iniekcję kokainy (ogólny odczyt funkcji mezolimbicznej), powierzchnię vs wewnątrzkomórkowa ekspresja podjednostek AMPAR i transmisja za pośrednictwem AMPAR w rdzeniu NAc przy użyciu metod mocowania łat w całych komórkach w tych dwóch populacjach.

 
Większa indukowana kokainą lokomocja u osób zbierających śmieci

 

Zgodnie z oczekiwaniami niektóre szczury, które otrzymały śmieciowe jedzenie, zyskały znaczną wagę (Junk-Food-Gainers, N= 6), podczas gdy inni nie (Junk-Food-Non-Gainers, N= 4; Rysunek 1a; dwukierunkowa ANOVA RM: główny efekt grupy: F(1,9)= 11.85, p= 0.007; interakcja grupowa × czas: F(18,162)= 6.85, p<0.001). Te szczury miały dostęp do niezdrowego pożywienia łącznie przez 5 miesięcy, aby umożliwić maksymalne rozdzielenie między grupami. Następnie powrócono do standardowej karmy laboratoryjnej (dieta laboratoryjna 5001: 4 kcal / g; 4.5% tłuszczu, 23% białka, 48.7% węglowodanów; procent kaloryczności) na 2-tygodniowy okres pozbawienia niezdrowej żywności, aby ocenić różnice, które utrzymują się po usuwanie śmieci. Następnie szczurom podano jednorazowy zastrzyk kokainy i monitorowano aktywność lokomotoryczną; celem tego było uzyskanie ogólnego odczytu czynności mezolimbicznej. Reakcja na kokainę była silniejsza w grupie „Junk-Food-Gainers” vs Junk-Food-Non-Gainers (Rysunek 1b; dwukierunkowa ANOVA RM: interakcja grupowa × czas: F(21,168)= 2.31, p= 0.0018; Test Sidaka, *p<0.05). Ponadto, podczas gdy junk-food-gainers wykazały znacznie silniejszą odpowiedź lokomotoryczną na kokainę niż sól fizjologiczną (dwukierunkowa RM ANOVA, interakcja czas × wstrzyknięcie: F(6,30)= 2.39, p<0.05), nie. Lokomocja podczas habituacji i po solance nie różniła się między grupami (Rysunek 1b wstawka), zgodne z wcześniejszymi raportami (Oginsky i wsp, 2016; Robinson i wsp, 2015).

 
Rysunek 1.

Rysunek 1 - Niestety nie możemy zapewnić dostępnego alternatywnego tekstu do tego. Jeśli potrzebujesz pomocy w uzyskaniu dostępu do tego obrazu, skontaktuj się z help@nature.com lub z autorem

GluA1, ale nie GluA2, ekspresja powierzchniowa jest większa u osób zbierających śmieci-żywność niż u osób, które nie zarabiają. (a) Śmieci powodują znaczny przyrost masy ciała w podgrupie podatnych szczurów. (b) Spożywanie śmieciowego jedzenia, po którym następuje deprywacja śmieciowej żywności, wiąże się z uwrażliwioną reakcją na kokainę u osób z „śmieciowym jedzeniem” (JF-G) w porównaniu z „śmieciowymi” żywicielami (JF-N). Wstawka pokazuje ruch podczas przyzwyczajenia i po wstrzyknięciu soli fizjologicznej. (c) Reprezentatywny blot ekspresji GluA1 w usieciowanych próbkach NAc. (d, e) GluA1, ale nie GluA2, ekspresja powierzchniowa jest większa u osób, które nie żywią się pokarmem, w porównaniu do osób, które nie otrzymały śmieci, co sugeruje obecność CP-AMPAR. Wszystkie dane przedstawiono jako średnią ± SEM; *p

Pełna figura i legenda (132K)Pobierz slajd Power Point (365 KB)

 

 

GluA1, ale nie GluA2, ekspresja powierzchni NAc jest większa u osób zbierających śmieci

 

Następnie zbadaliśmy ekspresję białek powierzchniowych i wewnątrzkomórkowych podjednostek AMPAR w podmiotach zajmujących się złomowaniem żywności i śmieciami-nie-zyskami. Większość AMPAR w NAc to GluA1 / GluA2 zawierający, z pewnymi AMPARami GluA2 / 3 i małą liczbą brakujących GluA2, CP-AMPARs (~ 10%; Reimery i wsp, 2011; Scheyer i wsp, 2014). Skupiliśmy się więc na poziomach ekspresji GluA1 i GluA2, ponieważ zapewnia to dobre wskazania zmian w tych różnych populacjach AMPAR. Obfitość powierzchniowego i wewnątrzkomórkowego białka GluA1 i GluA2 zmierzono tydzień 1 po testowaniu na indukowaną kokainą aktywność lokomotoryczną (Rysunek 1c – e). Poprzednie badania wykazały, że pojedyncze wstrzyknięcie kokainy nie zmienia obecnie AMPARs (Boudreau i Wolf, 2005; Ferrario i wsp, 2010; Kourrich i wsp, 2007), umożliwiając nam interpretację różnic AMPAR związanych z dietą (patrz także poniżej). Ekspresja powierzchniowa GluA1 na powierzchni ciała była większa u osób, które otrzymały śmieci vs Junk-Food-Non-Gainers (Rysunek 1d; t8= 2.7, p= 0.03). W przeciwieństwie do tego, ekspresja GluA2 NAc nie różniła się między grupami (Rysunek 1e). Ponadto, ekspresja GluA1 i GluA2 w DMS tych samych szczurów była podobna między grupami (dane nie pokazane), co sugeruje, że zmiany w ekspresji AMPAR występują selektywnie w NAc. Wzrost ekspresji powierzchniowej GluA1 NAc przy braku zmian w powierzchni GluA2 sugeruje obecność CP-AMPARs (receptorów zawierających GluA1 / 1 lub GluA1 / 3). Należy to jednak potwierdzić metodami elektrofizjologicznymi. W związku z tym przeprowadziliśmy nagrania patch clamp całej komórki po ekspozycji na śmieci, aby ustalić, czy nastąpił wzrost udziału CP-AMPARs w transmisji synaptycznej w NAc of Junk-Food-Gainers.

 
Transmisja za pośrednictwem CP-AMPAR jest zwiększona w podmiotach zajmujących się śmieciową żywnością

 

Do eksperymentów elektrofizjologicznych oddzielnej kohorcie szczurów podawano śmieciowe jedzenie dla 3 miesięcy i rejestrowano nagrania po 3 tygodniach pozbawiania żywności-śmieci. Procedura ta została wybrana, aby zminimalizować przepełnienie klatek z powodu przyrostu masy ciała i zbadać stosunkowo długotrwałe efekty śmieciowego jedzenia. W tej kohorcie wszystkie szczury z niezdrowym jedzeniem były „Gainerami”, zyskując jeszcze większą wagę niż Junk-Food-Gainers w kohorcie 1 (zysk 3-miesiąc: kohorta 1, 106.2 ± 9.7 g; kohorta 2, ~ 132 ± 5.4 g) . Dlatego dokonano porównań między Chow (N= Komórki 5, szczury 3) i grupy Junk-Food-Gainer (N= Komórki 10, szczury 7). Aby ocenić udział CP-AMPARs w całkowitej transmisji synaptycznej za pośrednictwem AMPAR, użyliśmy selektywnego antagonisty naspm CP-AMPAR (200 μM). Naspm spowodował niewielkie zmniejszenie amplitudy eEPSC w kontrolach karmionych Chow (Rysunek 2a; Dwukierunkowa ANOVA: główny efekt naspm, F(1,13)= 19.14, p= 0.0008), zgodnie z wcześniejszymi doniesieniami, że CP-AMPARs wnoszą 5 – 10% podstawowego eEPSC za pośrednictwem AMPAR (np. Scheyer i wsp, 2014). Jednak w grupie śmieciowej, naspm spowodował znacznie większą redukcję (Rysunek 2b; t13= 1.8; p= 0.046). Dane te pokazują, że CP-AMPARs są zwiększone u osób zbierających śmieci-żywność w porównaniu ze szczurami karmionymi Chow. Ponadto, ponieważ kohorty stosowanej w elektrofizjologii nie podawano kokainy, dane te silnie sugerują, że zmiany biochemiczne w poprzednim eksperymencie odzwierciedlały skutki śmieciowej żywności, a nie pojedynczej ekspozycji na kokainę.

 
Rysunek 2.

Rysunek 2 - Niestety nie możemy zapewnić dostępnego alternatywnego tekstu do tego. Jeśli potrzebujesz pomocy w uzyskaniu dostępu do tego obrazu, skontaktuj się z help@nature.com lub z autorem

Wkład CP-AMPARs jest większy w Junk-Food-Gainer vs karmione karmą szczury po pozbawieniu żywności śmieciowej. (a) Znormalizowana amplituda przed (BL) i po zastosowaniu kąpieli antagonisty CP-AMPAR naspm (200 μM). Wstawka pokazuje przykład eEPSC przed (czarny) i po naspm (czerwony). (b) Redukcja przez naspm jest większa w przypadku Junk-Food-Gainer vs szczury karmione karmą. (c) Lokalizacja zapisów całokomórkowych dla wszystkich eksperymentów. Zacieniony obszar wskazuje ogólną lokalizację nagrań wykonanych w rdzeniu NAc. Nagrania spadły w przybliżeniu między 2.04 i 1.56 mm od Bregmy; postać dostosowana z Paxinos i Watson (2007). Wszystkie dane przedstawiono jako średnią ± SEM; *p<0.05. Pełnokolorowa wersja tej figury jest dostępna pod adresem Neuropsychopharmacology dziennik online.

Pełna figura i legenda (81K)Pobierz slajd Power Point (267 KB)

 

 

Experiment 2

Powyższe dane pochodzące od szczurów rasowych są zgodne z ideą, że żywność-śmieci preferencyjnie zwiększa CP-AMPAR u szczurów podatnych na otyłość. Jednak ta różnica może być spowodowana rozwojem otyłości lub istniejącymi wcześniej różnicami u podatnych szczurów. Aby sprostać tym możliwościom, przeprowadziliśmy podobne badania biochemiczne i elektrofizjologiczne u selektywnie hodowanych szczurów ze skłonnością do otyłości i opornych, z ekspozycją na śmieci i bez nich. Ponieważ wiemy apriorycznie które szczury są podatne na otyłość, możemy użyć tego modelu, aby odróżnić istniejące wcześniej różnice vs zmiany wywołane przez śmieciowe jedzenie.

 
Podstawowe poziomy GluA1 są podobne, ale śmieciowe jedzenie zwiększa ekspresję GluA1 u szczurów podatnych na otyłość

 

Po pierwsze, zbadaliśmy ekspresję NAPAR AMPAR u szczurów podatnych na otyłość i opornych na karmę z chow lub fast foodów. Tkanka NAc została zebrana i usieciowana po miesiącu 1 żywności-śmieci, a następnie 1 miesiąca pozbawienia żywności-śmieci. W celu zwiększenia wykonalności eksperymentów wykorzystano tu krótszą ekspozycję na śmieciowe jedzenie, ponieważ szczury podatne na wybiórczą hodowlę otyłości mają tendencję do szybszego przybrania na wadze niż populacja niekrewna. Ekspresja GluA1 była podobna u szczurów podatnych na otyłość i opornych na karmę (Rysunek 3, solidne słupki; N= 6 / grupa), sugerując, że poziomy wyjściowe AMPAR zawierających GluA1 są podobne u podatnych szczurów. Jest to zgodne z wcześniejszymi wynikami elektrofizjologicznymi pokazującymi, że podstawowa transmisja za pośrednictwem AMPAR jest podobna u tych szczurów (Oginsky i wsp, 2016). W grupach karmionych niezdrową żywnością, obfitość ekspresji GluA1 na powierzchni do wewnątrzkomórkowej (S / I) była zwiększona u szczurów podatnych na otyłość, ale nie opornych na otyłość, w porównaniu z kontrolami karmionymi karmą dla niemowląt (Rysunek 3a: jednokierunkowa ANOVA, F(3, 19)= 2.957, p= 0.058; OP-Chow vs OP-JF, p<0.05; OP-JF N= 5, OR-JF N= 6). Ten wzrost S / I był spowodowany niewielkim wzrostem ekspresji powierzchniowej GluA1 (Rysunek 3b) i niewielkie zmniejszenie wewnątrzkomórkowego GluA1 (Rysunek 3c). Ponownie, nie stwierdzono różnic w ekspresji GluA2 (dane nie pokazane). Wyniki tutaj są zgodne z powyższymi wynikami biochemicznymi u szczurów pochodzących z hodowli i pokazują, że różnice w ekspresji AMPAR u szczurów podatnych na otyłość są wynikiem śmieciowego jedzenia, a nie z powodu podstawowych różnic między grupami podatnymi na otyłość i opornymi.

 
Rysunek 3.

Rysunek 3 - Niestety nie możemy zapewnić dostępnego alternatywnego tekstu do tego. Jeśli potrzebujesz pomocy w uzyskaniu dostępu do tego obrazu, skontaktuj się z help@nature.com lub z autorem

Względna obfitość powierzchni NAc GluA1 vs ekspresja białka wewnątrzkomórkowego (S / I) jest zwiększona po konsumpcji śmieciowej i deprywacji tylko u szczurów podatnych na otyłość. Było to spowodowane przesunięciami zarówno w ekspresji białek powierzchniowych, jak i wewnątrzkomórkowych. (a) Stosunek powierzchni do wewnątrzkomórkowej, (b) powierzchnia i (c) wewnątrzkomórkowa ekspresja białka GluA1 u szczurów z opornością na otyłość (OR) i ze skłonnością do otyłości (OP), którym podano karmę lub fast foody. Wszystkie dane przedstawiono jako średnią ± SEM; *p<0.05: OP-JF vs OP-Chow.

Pełna figura i legenda (82K)Pobierz slajd Power Point (278 KB)

 

 

Junk-food zwiększa transmisję NAc CP-AMPAR u szczurów podatnych na otyłość przy braku różnic w wadze lub konsumpcji śmieciowej żywności

 

Następnie ustaliliśmy, czy konsumpcja śmieciowej żywności przy braku przyrostu masy ciała jest wystarczająca do wzmocnienia AMPAR NAc. Osobnej kohorcie selektywnie hodowanych szczurów podawano karmę lub fast foody dla 9-10 dni (w celu zminimalizowania rozwoju otyłości), a następnie 2 tygodni pozbawienia żywności-śmieci i pomiaru transmisji za pośrednictwem CP-AMPAR, jak opisano powyżej. Naspm obniżył amplitudę eEPSC za pośrednictwem AMPAR we wszystkich grupach (Rysunek 4a; Dwukierunkowa ANOVA RM: główny efekt naspm: F(1,20)= 22.5, p= 0.0001; grupa × interakcja lekowa: F(3,20)= 4.29, p= 0.02; OP-JF i OR-JF: N= Komórki 7, szczury 5; OP-Chow: N= Komórki 4, szczury 3; OR-Chow N= Komórki 5, szczury 3). Jednak wpływ naspm był znacznie większy u szczurów podatnych na otyłość, którym podawano fast foody w porównaniu ze wszystkimi innymi grupami (Rysunek 4b: dwukierunkowa ANOVA RM, interakcja grupowa × czas: F(18,114)= 2.87, p= 0.0003; *p<0.05 OP-JF vs wszystkie inne grupy; Rysunek 4c: jednokierunkowa ANOVA, F(3,20)= 9.53, p= 0.0004; OP-JF vs OR-JF i OP-Chow vs OP-JF, p<0.01). Ponadto, wpływ naspm był podobny w grupach OP-Chow, OR-Chow i OR-JF i był porównywalny z efektem obserwowanym u szczurów niekrewnianych (powyżej) oraz z wcześniej opisywaną podstawową transmisją CP-AMPAR (Conrad i wsp, 2008; Scheyer i wsp, 2014). Co więcej, przyrost masy ciała, waga w dniu rejestracji oraz ilość spożywanego fast foodów były podobne w grupach podatnych na otyłość i opornych (Rysunek 4d i e). Zatem dane te pokazują, że spożycie śmieciowego jedzenia preferencyjnie zwiększa CP-AMPARs u szczurów podatnych na otyłość przed początkiem zróżnicowanego przyrostu masy ciała.

Rysunek 4.

Rysunek 4 - Niestety nie możemy zapewnić dostępnego alternatywnego tekstu do tego. Jeśli potrzebujesz pomocy w uzyskaniu dostępu do tego obrazu, skontaktuj się z help@nature.com lub z autorem

Tylko 10 dni fast-food, a następnie 2 tygodni deprywacji fast foodów są wystarczające do wywołania regulacji w górę CP-AMPAR u szczurów podatnych na otyłość, ale nie opornych na otyłość. Ten wzrost wystąpił przy braku różnic w przyjmowaniu pokarmu i przyroście masy ciała. (a) Znormalizowana amplituda przed i po naspm (200 μM). Wstawka: Przykład eEPSC od szczurów karmionych śmieciowym jedzeniem przed (czarny) i po naspm (czerwony). (b) Przebieg czasowy eEPSC przed i po zastosowaniu naspm. (c) Redukcja przez naspm jest zwiększona po śmieciowym jedzeniu u szczurów podatnych na otyłość, ale nie opornych na otyłość. (d) Przyrost masy ciała jest podobny między grupami. (e) Spożycie śmieciowej żywności jest podobne w różnych grupach. Wszystkie dane przedstawiono jako średnią ± SEM. *p<0.05; ***p<0.001 OP-JF vs wszystkie inne grupy. Pełna wersja tego rysunku jest dostępna na stronie Neuropsychopharmacology dziennik online.

Pełna figura i legenda (158K)Pobierz slajd Power Point (416 KB)

 

 

Jedną z możliwości jest to, że śmieciowe jedzenie powoduje zwiększenie ekspresji CP-AMPAR u szczurów opornych na otyłość, ale efekt ten ustępuje po tygodniach pozbawienia żywności-śmieci 2. Aby rozwiązać ten problem, dokonano nagrań po dniu pozbawionym żywności 1 w innej kohorcie szczurów podatnych na otyłość i opornych, którym podawano taką samą ekspozycję na śmieci (9 – 10 dni; OR-JF: N= Komórki 7, szczury 4; OP-JF: N= Komórki 6, szczury 3). Ponownie stwierdziliśmy, że efekt naspm był znacznie większy w grupie OP-JF (Rysunek 5a; dwukierunkowa ANOVA RM: główny efekt naspm: F(1,11)= 53.94, p<0.0001; interakcja grupa × naspm: F.(1,11)= 13.75, p= 0.0035; Rysunek 5b: główny efekt naspm: F(7,77)= 13.39, p<0.0001; interakcja grupa × naspm: F.(7,77)= 7.57, p<0.0001, po teście *p<0.05; Rysunek 5c: niesparowany t-test: p= 0.001). Ponadto wielkość efektu naspm w grupie OR-JF była porównywalna do kontroli chow. Razem dane te pokazują, że wzrosty CP-AMPAR wywołane przez fast foody są nieobecne u szczurów opornych na otyłość zarówno po wczesnym, jak i późnym okresie deprywacji. Ponadto przyrost masy ciała i przyjmowanie pokarmu były ponownie podobne u szczurów podatnych na otyłość i opornych (Rysunek 5d i e). Tak więc wzrosty CP-AMPAR wywołane przez fast foody u szczurów podatnych na otyłość nie są spowodowane przyrostem masy ciała lub różnicami w ilości spożywanego fast-foodu. Wreszcie nie stwierdzono różnic w wyjściowej amplitudzie eEPSC we wszystkich badanych grupach (Rysunek 5f jednokierunkowe amplitudy wyjściowe ANOVA: F(7,44)= 1.993, p= 0.09). Tak więc różnice w czułości naspm powyżej nie wynikają z różnic w odpowiedziach wyjściowych. Surowe amplitudy przed i po naspm dla wszystkich danych są pokazane w Rysunek 5f.

Rysunek 5.

Rysunek 5 - Niestety nie możemy zapewnić dostępnego alternatywnego tekstu do tego. Jeśli potrzebujesz pomocy w uzyskaniu dostępu do tego obrazu, skontaktuj się z help@nature.com lub z autorem

Wzrosty CP-AMPAR wywołane przez fast foody są obecne po zaledwie 1 deprywacji śmieciowej żywności u szczurów podatnych na otyłość, ale nie opornych na otyłość. (a) Znormalizowana amplituda przed (linia bazowa) i po naspm (200 μM). Wstawka: Przykład eEPSC od szczurów karmionych śmieciowym jedzeniem przed (czarny) i po naspm (czerwony). (b) Przebieg czasu przed i po aplikacji naspm. (c) Redukcja przez naspm jest większa u osób ze skłonnością do otyłości vs szczury odporne na otyłość, otrzymujące śmieciowe jedzenie. (d) Przyrost masy ciała jest podobny między grupami. (e) Spożycie śmieciowej żywności jest podobne w różnych grupach. Wszystkie dane przedstawiono jako średnią ± SEM. * = p<0.05, **p<0.01. (f) Podsumowanie poszczególnych amplitud eEPSC we wszystkich badaniach (BL = linia bazowa, N = + naspm; symbole otwarte = grupy karmy, symbole zamknięte = grupy fast foodów, trójkąty = niekrewniane szczury, kółka = szczury odporne na otyłość i kwadraty = szczury ze skłonnością do otyłości). Pełnokolorowa wersja tej figury jest dostępna pod adresem Neuropsychopharmacology dziennik online.

Pełna figura i legenda (175K)Pobierz slajd Power Point (444 KB) 

Dyskusja

Uważa się, że zwiększone bodźce wywołujące bodźce do jedzenia i zmiany w funkcji mezolimbicznej przyczyniają się do otyłości u ludzi. Tutaj stwierdziliśmy, że ogólna reakcja obwodów mezolimbicznych jest zwiększona u szczurów podatnych na otyłość wywołaną dietą. Ponadto śmieciowe jedzenie zwiększyło funkcję NAc CP-AMPAR u szczurów podatnych na otyłość. Wzrost ten nastąpił po dniach 1, 14 lub 21 deprywacji śmieciowej żywności, co sugeruje, że podwyższenie poziomu CP-AMPAR następuje szybko i utrzymuje się długo po ustaniu konsumpcji śmieciowej żywności. Ponadto czas trwania ekspozycji na śmieciowe jedzenie nie odpowiadał wielkości wzrostu CP-AMPAR u szczurów podatnych na otyłość. Wreszcie, ta zwiększona regulacja była łatwiejsza u szczurów podatnych na otyłość i poprzedzała rozwój otyłości.

Większa czułość układów mezolimbicznych u szczurów podatnych na otyłość

Po deprywacji śmieciowej żywności lokomocja wywołana kokainą była większa u osób, które otrzymały śmieciowe jedzenie niż nie-zyskowne, tj. Osoby-śmieci-food-gainery były uczulone w porównaniu z nie-zyskownymi. Uczulenie narządów ruchu wskazuje na zmiany w funkcjonowaniu obwodów mezolimbicznych, które zwiększają motywację motywacyjną do zdobywania żywności i leków (Robinson i Berridge, 2008; Vezina, 2004; Wolf and Ferrario, 2010). Zatem uczulona odpowiedź znaleziona tutaj jest zgodna ze wzmocnioną funkcją mezolimbiczną i zwiększonymi odpowiedziami motywacyjnymi opisywanymi wcześniej u szczurów podatnych na otyłość (Robinson i wsp, 2015; Ryż Basmati Brązowy i wsp, 2015). Co ważne, różnice w poruszaniu się kokainy nie są prawdopodobne ze względu na różnice w poziomie osiągniętej kokainy. W szczególności, stosując tę ​​samą dawkę, co w bieżącym badaniu, wykazaliśmy, że stężenie kokainy w prążkowiu jest podobne u szczurów podatnych na otyłość i opornych, niezależnie od różnic w wadze (Vollbrecht i wsp, 2016) i to otyłe vs nieotyłe szczury, które różnią się znacznie masą ciała, wykazują taką samą odpowiedź lokomotoryczną na kokainę przed deprywacją śmieciowego jedzenia (Oginsky i wsp, 2016).

Uczulenie u osób z uzależnieniem od żywności może być spowodowane różnymi skutkami śmieciowego jedzenia na układach mezolimbicznych u szczurów podatnych na otyłość lub może odzwierciedlać istniejące wcześniej różnice. Zgodnie z istniejącymi wcześniej różnicami, selektywnie hodowane szczury podatne na otyłość są bardziej wrażliwe na działanie aktywujące lokomotywę kokainy niż szczury oporne na otyłość przed jakąkolwiek manipulacją dietą (Oginsky i wsp, 2016; Vollbrecht i wsp, 2016). Ponadto, po przetestowaniu po ekspozycji na śmieciowe jedzenie, ale bez deprywacji śmieciowej żywności, ruchy wywołane przez amfetaminę i kokainę są podobne w przypadku osób zbierających śmieci i żywności-śmieci, ale zwiększone w porównaniu do kontroli karmionych karmą (Oginsky i wsp, 2016; Robinson i wsp, 2015). Łącznie dane te sugerują, że układy mezolimbiczne są uczulone u szczurów podatnych na otyłość przed manipulacją dietą i że konsumpcja śmieciowego jedzenia indukuje neuroadaptacje, które mogą dodatkowo zwiększać reaktywność w układach mezolimbicznych (patrz Oginsky i wsp, 2016; Vollbrecht i wsp, 2016 do dalszej dyskusji).

Junk-Food selektywnie zwiększa transmisję za pośrednictwem CP NA-AMPAR u szczurów ze skłonnością do otyłości

Kiedy różnice w powierzchni vs zbadano wewnątrzkomórkową ekspresję podjednostek AMPAR NAc, stwierdziliśmy wzrost GluA1, ale nie GluA2, ekspresję powierzchni u szczurów podatnych na otyłość. Taki wzorzec występował u szczurów rasowych zidentyfikowanych jako zdobywcy śmieci i selektywnie hodowanych szczurów podatnych na otyłość, którym zapewniono swobodny dostęp do śmieciowego jedzenia. Co ważne, dane biochemiczne i elektrofizjologiczne z kontroli wykazują, że podstawowe poziomy ekspresji i funkcji AMPAR są podobne w selektywnie hodowanych grupach podatnych na otyłość i opornych, zgodnie z wcześniejszymi danymi elektrofizjologicznymi (Oginsky i wsp, 2016). Zatem różnice w ekspresji podjednostki AMPAR są prawdopodobnie spowodowane manipulacją dietą, a nie podstawowymi różnicami między grupami wrażliwymi na otyłość i opornymi (patrz także poniżej).

Jak wspomniano powyżej, większość AMPAR NAc to GluA1 / GluA2 lub GluA2 / GluA3 zawierające, z brakującym GluA2 CP-AMPARs zawierające tylko ~ 10% AMPARs (Reimery i wsp, 2011; Scheyer i wsp, 2014; Zobacz też Wolf and Tseng, 2012 do przeglądu). Zatem wzrost ekspresji powierzchniowej GluA1 bez zmian w ekspresji GluA2 po konsumpcji śmieciowej żywności u wrażliwych szczurów sugerował wzrost CP-AMPAR wywołany dietą. Aby bezpośrednio zmierzyć transmisję za pośrednictwem CP-AMPAR, zastosowaliśmy podejścia do mocowania łaty w całych komórkach w rdzeniu NAc i zmierzono różnice w czułości na selektywnego antagonistę CP-AMPAR, naspm, w grupach z niedoborem żywności i karmionych karmą. Odkryliśmy, że konsumpcja śmieciowego jedzenia zwiększa wrażliwość na naspm u szczurów podatnych na otyłość, ale nie opornych na otyłość. Konkretnie, CP-AMPARs przyczyniły się do ~ 10% prądu u nie-Gainerów-śmieciowych i szczurów ze skłonnością do otyłości i karmienia karmionych karmą, zgodnie z wcześniejszymi doniesieniami, ale były znacznie zwiększone w Gainerach Junk-Food i szczury podatne na otyłość narażone na fast foody. Co ciekawe, podobną wielkość regulacji w górę CP-AMPAR stwierdzono niezależnie od czasu trwania ekspozycji (3 miesiące, 1 miesiąc lub 10 dni). Co więcej, wzrost ten nastąpił po dniach 1, 14 lub 21 deprywacji śmieciowej żywności, co sugeruje, że podwyższenie poziomu CP-AMPAR następuje szybko i utrzymuje się długo po ustaniu konsumpcji śmieciowej żywności.

Następnie ustaliliśmy, czy przyrost masy ciała czy samo jedzenie fast-foodów jest odpowiedzialny za ten długotrwały wzrost CP-AMPARs. Eksperyment ten wymaga zastosowania selektywnie hodowanych szczurów, ponieważ przyrost masy ciała wywołany dietą jest wykorzystywany do identyfikacji podatnych szczurów hodowlanych. Szczury podatne na otyłość i oporne na leczenie otrzymywały fast-food przez zaledwie 9-10 dni przed nagraniami. Dało to podobny przyrost masy ciała i spożycie śmieciowej żywności w obu grupach. Jednak transmisja za pośrednictwem CP-AMPAR była nadal istotnie zwiększona tylko u szczurów podatnych na otyłość. Zatem śmieciowe jedzenie łatwiej zwiększa transmisję za pośrednictwem CP-AMPAR u szczurów podatnych na otyłość. Ponadto fakt, że wzrost ten poprzedza rozwój otyłości, sugeruje, że ta zmiana neuronalna może napędzać późniejsze różnice behawioralne (patrz także poniżej). Oczywiście nie wyklucza to możliwości, że dodatkowej plastyczności może towarzyszyć rozwój otyłości.

Chociaż w niewielu badaniach zbadano rolę podatności, w jednym badaniu wykorzystującym „inkubację” indukowanego przez cue sacharozy modelu „głodu” stwierdzono zmniejszenie stosunku AMA / NMDA NAc dni 21 po ostatniej sesji samo-podawania sacharozy (Counterte i wsp, 2014). W przeciwieństwie do tego, oddzielne badanie wykazało, że spożycie sacharozy powodowało natychmiastowe (w 24 h), ale niewielkie wzrosty CP-AMPARs w NAc (Tukey i wsp, 2013). Chociaż prawdopodobnie przyczynia się do tego kilka różnic proceduralnych, jedną z godnych uwagi różnic jest to Counterte i wsp (2014) wykorzystano przekroje strzałkowe, w których dane wejściowe PFC do NAc były głównie stymulowane, podczas gdy obecne badania i badania Tukey i wsp (2013) używane plastry koronalne, w których stymulowano mieszankę nakładów glutaminergicznych. Rodzi to interesującą możliwość, że regulacja w górę CP-AMPAR może być ograniczona do różnych wejść glutaminergicznych do NAc (patrz także Lee i wsp, 2013; Ma i wsp, 2014). Należy to uwzględnić w przyszłych badaniach.

Mechanizm (y), które wywołują długotrwałe wzrosty w NAc CP-AMPARs są słabo poznane. Jednak niedawno odkryliśmy, że wewnętrzna pobudliwość MSN w rdzeniu NAc jest zwiększona w podatnych na otyłość vs odporne na szczury (Oginsky i wsp, 2016). Może to obniżyć próg indukcji plastyczności u osób podatnych na otyłość. Na przykład, aktywacja D1-receptorów dopaminowych zwiększa ekspresję powierzchni AMPAR (wilk i wsp, 2003) i smaczne potrawy zwiększają poziom dopaminy w NAc. Tak więc podwyższenie dopaminy wywołane przez śmieciowe jedzenie może przyczynić się do podwyższenia poziomu CP-AMPAR, chociaż nadal nie jest jasne, co reguluje selektywne długoterminowe wzmocnienie CP- vs inne niż CP-AMPAR.

Według naszej wiedzy, żadne badania nie badały zmian w AMPAR w powłoce NAc po manipulacjach dietą porównywalną do tych stosowanych tutaj. Jedno z badań wykazało jednak, że dieta wysokotłuszczowa nie zmienia gęstości kręgosłupa dendrytycznego w powłoce NAc (Obskurny i wsp, 2016). Rdzeń i skorupa mają różne role w poszukiwaniu pożywienia vs jedzenie i otrzymywanie wyraźnych nakładów glutaminergicznych (Sesack and Grace, 2010). Dlatego w przyszłości należy zbadać, czy efekty mogą się różnić w tych podregionach.

Jakie jest znaczenie funkcjonalne regulacji w górę CP-AMPAR?

Oprócz wpływu na późniejszą plastyczność (Cull-Candy i wsp, 2006), AMPARs pośredniczą w wywoływanych przez cue zachowań związanych z poszukiwaniem żywności (Di Ciano i wsp, 2001) i CP-AMPAR w rdzeniu NAc pośredniczą w zwiększonym pobudzaniu do wywoływania bodźców kokainowych w inkubacji modelu „pragnienia” (Wolf and Tseng, 2012; Wolf, 2016). Niedawno odkryliśmy, że podatne na otyłość szczury wykazują lepsze podejście, większe ożywienie pożywienia (PIT) i większe uwarunkowane wzmocnienie w odpowiedzi na sygnał pokarmowy po konsumpcji śmieciowej żywności (Robinson i wsp, 2015; i niepublikowane obserwacje). Zachowania te pośredniczą częściowo w transmisji glutaminergicznej w NAc. Tak więc spekulujemy, że wzrosty NAc CP-AMPARs indukowane przez spożywanie słodkich, tłustych pokarmów mogą przyczyniać się do zwiększonego wywoływania sygnalizacji pokarmowej w populacjach podatnych na otyłość. Oczywiście, ta hipoteza musi być bezpośrednio przetestowana, ale jest zgodna z rolą CP-AMPAR w wywołanym przez cue poszukiwaniu kokainy.

Istnieją pewne znaczące różnice między regulacją CP-AMPARs wywołaną przez żywność i kokainę. Indukowane kokainą wzrosty CP-AMPAR rdzenia NAc wymagają przedłużonej ekspozycji na dożylną kokainę i co najmniej 3 tygodni odstawienia (Wolf and Tseng, 2012). W przeciwieństwie do tego, wzrost tutaj stwierdzony nastąpił po zaledwie dniu 1 deprywacji śmieciowej żywności i tylko 9 – 10 dni ekspozycji na śmieciowe jedzenie. Zdolność fast-foodów do natychmiastowych i długotrwałych zmian w CP-AMPARs jest nieco zaskakująca, biorąc pod uwagę, że powtarzająca się kokaina i amfetamina lub ograniczony dostęp do kokainy nie zwiększają CP-AMPARs (Nelson i wsp, 2009; Wolf and Tseng, 2012). Co więcej, skala wzrostu CP-AMPAR wywołanego przez śmieciowe jedzenie jest porównywalna ze wzrostami stwierdzonymi po przedłużonym samopodawaniu kokainy i odstawieniu, które pośredniczą w zwiększonym pobudzaniu do wywoływania kokainy (~ 40% tutaj i ~ 30% po odstawieniu kokainy) . Chociaż bezpośrednie porównanie z kokainą jest trudne, wydaje się, że śmieciowe jedzenie może łatwiej wywołać regulację CP-AMPAR niż kokaina i / lub może spowodować ten wzrost za pomocą różnych mechanizmów.

Czy regulacja AMPAR związana jest ze zwiększoną lokomocją indukowaną kokainą u szczurów podatnych na otyłość?

Chociaż większa indukcja kokainy u szczurów podatnych na otyłość jest zgodna ze wzmocnioną funkcją mezolimbiczną, jest mało prawdopodobne, że wynika to ze zmian w ekspresji lub funkcji AMPAR. Po pierwsze, wrażliwość na ruchy wywołane kokainą jest zwiększona u selektywnie hodowanych szczurów podatnych na otyłość, gdy ekspresja i funkcja AMPAR nie różnią się między tymi grupami (Oginsky i wsp, 2016; Vollbrecht i wsp, 2016; aktualne wyniki). Ponadto, wcześniejsze badania wykazały, że uczulenie narządu ruchu wywołane przez powtarzane wstrzyknięcie kokainy powoduje wzrost ekspresji i funkcji AMPAR, ale ta zmiana nie pośredniczy bezpośrednio w ekspresji uczulenia narządu ruchu (Ferrario i wsp, 2010). Wywołany doświadczeniem wzrost ekspresji i funkcji AMP w NAc jest raczej ściślej związany z większą motywacją motywacyjną (Wang i wsp, 2013; Ferrario i wsp, 2010; Wolf and Ferrario, 2010).

Podsumowanie i przyszłe wskazówki

Pokazujemy, że jedzenie śmieciowego jedzenia łatwiej zwiększa ekspresję i funkcję NAC CP-AMPAR u szczurów podatnych na otyłość. Spekulujemy, że regulacja w górę CP-AMPAR przyczynia się do wcześniej obserwowanych wzrostów motywacji wywoływanej przez sygnał u otyłych i podatnych na otyłość populacji (np. Robinson i wsp, 2015), chociaż bezpośrednie testy tego powinny być przeprowadzone w przyszłości. Biorąc pod uwagę trwającą dyskusję na temat wkładu „uzależnienia od żywności” w otyłość (Ryż Basmati Brązowy i wsp, 2015; Carr i wsp, 2011; Epstein i Shaham, 2010; Kenny, 2011; Volkow i wsp, 2013), ważne będzie określenie, w jakim stopniu te wywołane przez żywność zmiany w funkcji prążkowia mogą być częścią normalnych procesów adaptacyjnych vs nieprzystosowalne zachowania „uzależniające”.

Na górze strony

Finansowanie i ujawnianie

Kokainę dostarczał program zaopatrzenia w narkotyki NIDA. Praca ta była wspierana przez NIDDK R01DK106188 do CRF; MFO było wspierane przez NIDA T32DA007268. Wsparcie badawcze dla PBG dostarczyło Michigan Diabetes Research Center (NIH Grant P30 DK020572) oraz Michigan Nutrition and Obesity Research Center (P30 DK089503). Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Na górze strony

Referencje

  1. Albuquerque D, Stice E, Rodriguez-Lopez R, Manco L, Nobrega C (2015). Aktualny przegląd genetyki ludzkiej otyłości: od mechanizmów molekularnych do perspektywy ewolucyjnej. Mol Genet Genomics 290: 1190–1221. | Artykuł |
  2. Boudreau AC, Milovanovic M, Conrad KL, Nelson C, Ferrario CR, Wolf ME (2012). Test sieciowania białek do pomiaru ekspresji na powierzchni komórek podjednostek receptora glutaminianu w mózgu gryzonia in vivo zabiegi. Curr Protoc Neurosci Rozdział 5: Jednostka 5.30.1 – 5.30.19.
  3. Boudreau AC, Wolf ME (2005). Behawioralne uwrażliwienie na kokainę jest związane ze zwiększoną ekspresją powierzchniową receptora AMPA w jądrze półleżącym. J Neurosci 25: 9144–9151. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  4. Brown RM, Kupchik YM, Spencer S, Garcia-Keller C, Spanswick DC, Lawrence AJ i wsp (2015). Uszkodzenia synaptyczne podobne do uzależnienia w otyłości wywołanej dietą. Biol Psychiatry (e-pub przed drukiem).
  5. Carr KA, Daniel TO, Lin H, Epstein LH (2011). Patologia zbrojenia i otyłość. Curr Drug Abuse Rev 4: 190–196. | Artykuł | PubMed |
  6. Conrad KL, Tseng KY, Uejima JL, Reimers JM, Heng LJ, Shaham Y i wsp (2008). Tworzenie receptorów AMPA pozbawionych GluR2 pośredniczy w inkubacji głodu kokainowego. Naturę 454: 118–121. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  7. Counotte DS, Schiefer C, Shaham Y, O'Donnell P (2014). Zależne od czasu zmniejszenie stosunku AMPA / NMDA w jądrze półleżącym i inkubacja głodu sacharozy u szczurów dorastających i dorosłych. Psychopharmacology 231: 1675–1684. | Artykuł | PubMed | CAS |
  8. Cull-Candy S, Kelly L, Farrant M (2006). Regulacja receptorów AMPA przepuszczalnych dla Ca2 +: plastyczność synaps i nie tylko. Curr Opin Neurobiol 16: 288–297. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  9. Demos KE, Heatherton TF, Kelley WM (2012). Indywidualne różnice w aktywności jądra półleżącego względem jedzenia i obrazów seksualnych przewidują przyrost masy ciała i zachowania seksualne. J Neurosci 32: 5549–5552. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  10. Di Ciano P, kardynał RN, Cowell RA, Little SJ, Everitt BJ (2001). Zróżnicowany udział receptorów NMDA, AMPA / kainianu i dopaminy w rdzeniu jądra półleżącego w nabywaniu i wykonywaniu zachowań w podejściu pawłowskim. J Neurosci 21: 9471–9477. | PubMed | ISI | CAS |
  11. Obskurny PM, Darling RA, Kurt Dolence E, Culver BW, Brown TE (2016). Narażenie na dietę bogatą w tłuszcze osłabia gęstość kręgosłupa dendrytycznego w przyśrodkowej korze przedczołowej. Brain Struct Funct (e-pub przed drukiem).
  12. Epstein DH, Shaham Y (2010). Szczury sernikożerne a kwestia uzależnienia od jedzenia. Nat Neurosci 13: 529–531. | Artykuł | PubMed | ISI |
  13. Fedoroff IC, Polivy J, Herman CP (1997). Wpływ wstępnej ekspozycji na bodźce pokarmowe na zachowania żywieniowe osób powściągliwych i niepohamowanych. Appetite 28: 33–47. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  14. Ferrario CR, Gorny G, Crombag HS, Li Y, Kolb B, Robinson TE (2005). Plastyczność neuronalna i behawioralna związana z przejściem od kontrolowanego używania kokainy do eskalacji. Biol Psychiatry 58: 751–759. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  15. Ferrario CR, Li X, Wang X, Reimers JM, Uejima JL, Wolf ME (2010). Rola redystrybucji receptorów glutaminianu w uczuleniach lokomotorycznych na kokainę. Neuropsychopharmacology 35: 818–833. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  16. Ferrario CR, Loweth JA, Milovanovic M, Ford KA, Galinanes GL, Heng LJ i wsp (2011). Zmiany w podjednostkach receptora AMPA i TARP w jądrze półleżącym szczura związane z powstawaniem receptorów AMPA przepuszczalnych dla Ca (2) (+) podczas inkubacji głodu kokainowego. Neuropharmacology 61: 1141–1151. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  17. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG i wsp (2008). Dowody na wadliwą egzocytozę dopaminy mezolimbicznej u szczurów ze skłonnością do otyłości. FASEB J 22: 2740–2746. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  18. Kenny PJ (2011). Wspólne mechanizmy komórkowe i molekularne w otyłości i narkomanii. Nat Rev Neurosci 12: 638–651. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  19. Kourrich S, Rothwell PE, Klug JR, Thomas MJ (2007). Doświadczenie kokainowe kontroluje dwukierunkową plastyczność synaptyczną w jądrze półleżącym. J Neurosci 27: 7921–7928. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  20. Lee BR, Ma YY, Huang YH, Wang X, Otaka M, Ishikawa M. i wsp (2013). Dojrzewanie cichych synaps w projekcji ciała migdałowatego-półleżącego przyczynia się do inkubacji głodu kokainowego. Nat Neurosci 16: 1644–1651. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  21. Levin BE, Dunn-Meynell AA, Balkan B, Keesey RE (1997). Wybiórcza hodowla pod kątem otyłości wywołanej dietą i oporności u szczurów rasy Sprague-Dawley. Am J Physiol 273 (2 Pt 2): R725 – R730. | PubMed | ISI | CAS |
  22. Ma YY, Lee BR, Wang X, Guo C, Liu L, Cui R. i wsp (2014). Dwukierunkowa modulacja inkubacji głodu kokainowego poprzez cichą opartą na synapsie przebudowę kory przedczołowej na projekcje półleżące. Neuron 83: 1453–1467. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  23. MacQueen JB. Niektóre metody klasyfikacji i analizy obserwacji wielowymiarowych. Materiały z 5th Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability. University of California Press: Berkeley, CA, 1966, pp 281 – 297.
  24. Murdaugh DL, Cox JE, Cook EW 3rd, Weller RE (2012). Reaktywność fMRI na wysokokaloryczne obrazy żywności przewiduje krótko- i długoterminowe wyniki programu odchudzania. Neuroimage 59: 2709–2721. | Artykuł | PubMed |
  25. Nelson CL, Milovanovic M, Wetter JB, Ford KA, Wolf ME (2009). Behawioralnemu uczuleniu na amfetaminę nie towarzyszą zmiany w ekspresji powierzchni receptora glutaminianu w jądrze półleżącym szczura. J Neurochem 109: 35–51. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  26. Oginsky MF, Maust JD, Corthell JT, Ferrario CR (2016). Zwiększona indukowana kokainą uczulenie lokomotoryczne i wewnętrzna pobudliwość średnich neuronów kolczastych NAc u dorosłych, ale nie u dorastających szczurów podatnych na otyłość wywołaną dietą. Psychopharmacology 233: 773–784. | Artykuł | PubMed |
  27. Paxinos G, Watson CJMózg szczura w współrzędnych stereotaksyjnych, 6th edn. Academic Press: Burlington, MA, USA, 2007.
  28. Reimers JM, Milovanovic M, Wolf ME (2011). Analiza ilościowa składu podjednostek receptora AMPA w regionach mózgu związanych z uzależnieniami. Brain Res 1367: 223–233. | Artykuł | PubMed | CAS |
  29. Robinson MJ, Burghardt PR, Patterson CM, Nobile CW, Akil H, Watson SJ i wsp (2015). Indywidualne różnice w motywacji wywołanej wskazówkami i układach prążkowia u szczurów podatnych na otyłość dietą. Neuropsychopharmacology 40: 2113–2123. | Artykuł | PubMed |
  30. Robinson TE, Berridge KC (2008). Przejrzeć. Teoria uzależnienia od motywacyjnej sensytyzacji: niektóre aktualne zagadnienia. Philos Trans R Soc Lond Ser B Biol Sci 363: 3137–3146. | Artykuł |
  31. Rogers PJ, Hill AJ (1989). Przełamanie ograniczeń żywieniowych po samej ekspozycji na bodźce pokarmowe: powiązania między powściągliwością, głodem, ślinieniem i przyjmowaniem pokarmu. Addict Behav 14: 387–397. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  32. Scheyer AF, Wolf ME, Tseng KY (2014). Mechanizm zależny od syntezy białek utrzymuje przepuszczalną dla wapnia transmisję receptora AMPA w synapsach jądra półleżącego podczas odstawienia kokainy na samodzielne podawanie. J Neurosci 34: 3095–3100. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  33. Sesack SR, Grace AA (2010). Sieć nagród zwojów podstawno-korowych: mikroukłady. Neuropsychopharmacology 35: 27–47. | Artykuł | PubMed | ISI |
  34. Mały DM (2009). Indywidualne różnice w neurofizjologii nagrody i epidemii otyłości. Int J Obesity 33: S44 – S48. | Artykuł |
  35. Soussignan R, Schaal B, Boulanger V, Gaillet M, Jiang T (2012). Reaktywność ustno-twarzowa na widok i zapach bodźców pokarmowych. Dowody na przewidywanie upodobań związanych z nagrodami za jedzenie u dzieci z nadwagą. Appetite 58: 508–516. | Artykuł | PubMed | ISI |
  36. Stice E, Dagher A (2010). Zmienność genetyczna nagrody dopaminergicznej u ludzi. Forum Nutr 63: 176–185. | PubMed |
  37. Stice E, Figlewicz DP, Gosnell BA, Levine AS, Pratt WE (2012). Udział obwodów nagrody w mózgu w epidemii otyłości. Neurosci Biobehav Rev 37 (Pt A): 2047–2058. | Artykuł | PubMed | ISI |
  38. Tukey DS, Ferreira JM, Antoine SO, D'Amour JA, Ninan I, Cabeza de Vaca S i wsp (2013). Spożycie sacharozy wywołuje szybki transport receptorów AMPA. J Neurosci 33: 6123–6132. | Artykuł | PubMed |
  39. Valenza M, Steardo L, Cottone P, Sabino V (2015). Otyłość wywołana dietą i szczury odporne na dietę: różnice w satysfakcjonującym i anorektycznym działaniu D-amfetaminy. Psychopharmacology 232: 3215–3226. | Artykuł | PubMed |
  40. Vezina P (2004). Uczulenie reaktywności neuronów dopaminowych śródmózgowia i samodzielne podawanie leków pobudzających psychomotorię. Neurosci Biobehav Rev 27: 827–839. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  41. Volkow ND, Wang GJ, Tomasi D, Baler RD (2013). Otyłość i uzależnienie: zazębianie się neurobiologii. Obes Ap 14: 2–18. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  42. Vollbrecht PJ, Mabrouk OS, Nelson AD, Kennedy RT, Ferrario CR (2016). Istniejące wcześniej różnice i zmiany spowodowane dietą w prążkowanych układach dopaminowych u szczurów ze skłonnością do otyłości. Otyłość 24: 670–677. | Artykuł | PubMed | CAS |
  43. Vollbrecht PJ, Nobile CW, Chadderdon AM, Jutkiewicz EM, Ferrario CR (2015). Istniejące wcześniej różnice w motywacji do pożywienia i wrażliwości na lokomocję wywołaną kokainą u szczurów ze skłonnością do otyłości. Physiol Behav 152 (Pt A): 151–160. | Artykuł | PubMed |
  44. Wang X, Cahill ME, Werner CT, Christoffel DJ, Golden SA, Xie Z i wsp (2013). Kalirin-7 pośredniczy w indukowanym przez kokainę receptorze AMPA i plastyczności kręgosłupa, umożliwiając uczulenie bodźce. J Neurosci 33: 11012–11022. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  45. Wolf ME (2016). Synaptyczne mechanizmy leżące u podstaw uporczywego głodu kokainy. Nat Rev Neurosci 17: 351–365. | Artykuł | PubMed |
  46. Wolf ME, Ferrario CR (2010). Plastyczność receptora AMPA w jądrze półleżącym po wielokrotnym narażeniu na kokainę. Neurosci Biobehav Rev 35: 185–211. | Artykuł | PubMed | ISI | CAS |
  47. Wolf ME, Mangiavacchi S, Sun X (2003). Mechanizmy, za pomocą których receptory dopaminy mogą wpływać na plastyczność synaps. Ann NY Acad Sci 1003: 241–249. | Artykuł | PubMed | CAS |
  48. Wolf ME, Tseng KY (2012). Przepuszczalne dla wapnia receptory AMPA w VTA i jądrze półleżącym po ekspozycji na kokainę: kiedy, jak i dlaczego? Przód Mol Neurosci 5: 72. | Artykuł | PubMed | CAS |
  49. Wyvell CL, Berridge KC (2000). Amfetamina w stanie półleżącym zwiększa uwarunkowaną istotność bodźca w postaci nagrody sacharozy: wzmocnienie „pragnienia” nagrody bez zwiększonego „lubienia” lub wzmocnienia reakcji. J Neurosci 20: 8122–8130. | PubMed | ISI | CAS |
  50. Wyvell CL, Berridge KC (2001). Zachęcające uczulenie spowodowane wcześniejszą ekspozycją na amfetaminę: zwiększone wywoływane przez sygnał „pragnienie” nagrody za sacharozę. J Neurosci 21: 7831–7840. | PubMed | ISI | CAS |
  51. Yokum S, Ng J, Stice E (2011). Zwracające uwagę na obrazy żywności związane z podwyższoną wagą i przyszłym przyrostem masy ciała: badanie fMRI. Otyłość (Silver Spring) 19: 1775–1783. | Artykuł | PubMed |