Diety obesogeniczne mogą różnicowo wpływać na kontrolę spożycia sacharozy i fruktozy przez dopaminę u szczurów (2011)

Physiol Behav. 2011 Jul 25; 104 (1): 111-6. doi: 10.1016 / j.physbeh.2011.04.048.

Pritchett CE1, Hajnal A.

Abstrakcyjny

Przewlekłe przejadanie się diet otyłych może prowadzić do otyłości, zmniejszonej sygnalizacji dopaminy i zwiększonego spożycia dodanych cukrów, aby zrekompensować tępe nagrody. Jednak specyficzna rola składu diety pozostaje nieznana. Aby to zbadać, samcom szczurów Sprague-Dawley karmiono wysokoenergetyczną dietą o wysokiej zawartości tłuszczu i niskiej zawartości węglowodanów (HFHE), dietetyczną mieszankę tłuszczowo-cukrową (FCHE) lub standardową karmę dla 24 tygodni. Odkryliśmy, że zarówno dieta wysokoenergetyczna przyniosła znaczny przyrost masy ciała w porównaniu do kontroli karmionych karmą. Aby zbadać kontrolę dopaminy przy krótkim (2-h) spożyciu smacznych roztworów sacharozy lub fruktozy, szczury poddano wstępnej obróbce obwodowej (IP) dawkami równomolowymi (0-600 nmol / kg) podtypu dopaminy D1 (SCH23390) i D2 (raclopopride) specyficznych antagonistów receptora.

Wyniki wykazały ogólny wzrost skuteczności antagonistów receptora D1 i D2 w tłumieniu spożycia u otyłych szczurów w porównaniu do szczurów szczupłych, przy czym efekty różniły się w zależności od diety i roztworów testowych. Konkretnie, SCH23390 silnie zmniejszał zarówno spożycie sacharozy, jak i fruktozy we wszystkich grupach; jednak niższe dawki były bardziej skuteczne u szczurów HFHE. W przeciwieństwie do tego, rakloprid był najbardziej skuteczny w zmniejszaniu spożycia fruktozy u otyłych szczurów FCHE.

Zatem wydaje się, że otyłość spowodowana spożyciem kombinacji tłuszczu i cukru w ​​diecie zamiast dodatkowych kalorii z samego tłuszczu w diecie może skutkować zmniejszeniem sygnalizacji receptora D2. Ponadto, takie deficyty wydają się preferencyjnie wpływać na kontrolę spożycia fruktozy.

Wyniki te pokazują po raz pierwszy prawdopodobne interakcje między składem diety a kontrolą dopaminy w spożyciu węglowodanów u otyłych szczurów indukowanych dietą. Dostarcza także dodatkowych dowodów na to, że spożycie sacharozy i fruktozy jest regulowane w sposób zróżnicowany przez układ dopaminowy.

PMID: 21549729

PMCID: PMC3119542

DOI: 10.1016 / j.physbeh.2011.04.048

1. Wprowadzenie

Dziesięciolecia badań Hoebela i jego uczniów dostarczyły niezbędnych informacji na temat roli układu dopaminergicznego mózgu w regulacji żywienia, rozwijając w ten sposób koncepcję „nagrody żywnościowej” [-]. Co ciekawe, wczesne eksperymenty Hoebela ustaliły, że dopamina w śródmózgowiu jest kluczowym czynnikiem w przewlekłym przejadaniu się i wynikającej z tego otyłości [-], na długo przed udostępnieniem bezpośrednich dowodów z badań obrazowych [, ].

Pogląd, że żywność wywiera kontrolę nad jedzeniem, a co za tym idzie, że długotrwały lub przerywany dostęp do bardzo smacznych posiłków (tj. Tych bogatych w cukry i tłuszcze) może powodować trwałe zmiany w systemach regulacji żywienia, od dawna ma kluczowe znaczenie dla teorii Hoebela dotyczących rozwoju zachowania typu binge. Na początku swojej kariery zastosował również elementy tego rozumowania do otyłości. W przeglądzie z 1977 roku Hoebel zauważył, że mogą istnieć „różne rodzaje otyłości, które wymagają innego leczenia” []. Od tego czasu wiele badań nad otyłością rzeczywiście zidentyfikowało różne czynniki genetyczne, metaboliczne i środowiskowe, które mogą wyjaśniać różnice w rozwoju, konsekwencjach i leczeniu otyłości [-]. Jednak nasze zrozumienie specyficznego wkładu makroskładników odżywczych w zmienione funkcje nagradzania żywności jest dalekie od pełnego. W niniejszym artykule podsumowano dane z badania zainspirowanego badaniami Barta i mającego na celu zmniejszenie tej luki w naszej wiedzy.

W ramach wieloaspektowej etiologii otyłości dieta pozostaje kluczowym czynnikiem rozwoju otyłości. Diety obesogeniczne to dieta o wysokiej wartości kalorycznej, często smacznej żywności, która prowadzi do otyłości po przedłużonej ekspozycji []. Jednak kompozycja makroskładników odżywczych diet otyłych może się różnić i ta zmienność może mieć wpływ na układy nerwowe zmienione w otyłości, takie jak dopamina. Wykazano, że utrzymywanie diety otyłej zmniejsza poziomy dopaminy w półleżących częściach ciała, jak również zmienia reaktywność układu mezokortykolimbicznego tak, że potrzebna jest bardziej smaczna dieta w celu uzyskania podobnego indukowanego pożywieniem wzrostu pozakomórkowej dopaminy, jak widać w chow -fed kontrolki []. Jednym z potencjalnych mechanizmów jest adaptacyjna regulacja w dół ze względu na zwiększoną i chroniczną stymulację przez smaczne pokarmy []. W rzeczywistości badania z naszego laboratorium wykazały, że nawet stymulacja orosensoryczna przez sacharozę lub tłuszcz jest wystarczająca do stymulacji uwalniania dopaminy w jądrze półleżącym [, ]. Szczególnie istotne wydaje się, że tłuszcz i cukry wpływają w różny sposób na systemy nagród, ponieważ wywnioskowano z większej mocy cukrów, aby wywołać uzależniające zachowania []. Inne ostatnie badania wykazały zróżnicowany wpływ na układ neuroendokrynny i późniejszą podatność na przyrost masy ciała na podstawie stosunku tłuszczu i węglowodanów w dietach otyłych [, ]. Ponadto zwrócono większą uwagę na potencjalne cechy charakterystyczne regulacji w odpowiedzi na dietę o wysokiej zawartości fruktozy w syropie kukurydzianym i rzekome konsekwencje widocznej łatwości, z jaką może ona powodować otyłość i zaburzenia regulacji żywności. Konkretnie, ostatnie badania Aveny i Hoebela wykazały, że szczury z dostępem do wysokofruktozowego syropu kukurydzianego (HFCS) dla 12 hrs każdego dnia w tygodniach 8 zyskały znacznie większą masę ciała niż zwierzęta, które miały równy dostęp do 10% sacharozy, chociaż spożywały tyle samo kalorii ogółem, ale mniej kalorii z HFCS niż sacharoza []. Rosnąca częstość występowania otyłości i możliwości odkrycia nowatorskich metod leczenia wymaga zbadania, w jaki sposób spożywanie powszechnej, wysokoenergetycznej i smacznej żywności, takiej jak sacharoza i fruktoza, jest kontrolowane w warunkach otyłości dietetycznej.

Dlatego w obecnym badaniu zbadano regulację dopaminy w przyjmowaniu sacharozy i fruktozy u szczurów, które stały się otyłe w wyniku przedłużonego utrzymywania dwóch standardowych diet o wysokiej energii, powszechnie stosowanych do wytwarzania otyłości w diecie u szczurów, oraz różnej zawartości tłuszczu i węglowodanów. W szczególności, oceniliśmy udział dwóch głównych klas receptorów dopaminowych przy podawaniu obwodowym (dootrzewnowym; ip) antagonisty receptora dopaminy D1 (D1R) SCH23390 lub antagonista receptora dopaminy D2 (D2R) rakloprid w szczupłych i dietetycznych otyłych szczurach w krótkim (2-hr) teście przyjmowania sacharozy lub fruktozy z jedną butelką. Te pospolite węglowodany są powszechne w ludzkich dietach, są łatwo spożywane przez szczury i mają pozytywne właściwości wzmacniające [-]. Wykazano, że spożycie sacharozy stymuluje uwalnianie dopaminy w jądrze półleżącym [, , ] i peryferyjne podawanie obu SCH23390 i racloprid zmniejsza karmienie pozorne sacharozy []. Chociaż zainteresowanie środowiska naukowego, a także mediów publicznych zwiększa zainteresowanie, podobne działania antagonistów dopaminy na spożycie fruktozy były badane jedynie w kontekście nabywania i wyrażania preferencji warunkowych, a badania te były również ograniczone do szczupłych szczurów [-]. Pomimo potencjalnych implikacji, wpływ antagonistów receptora dopaminowego na spożycie węglowodanów w różnych modelach otyłości i przy braku napędu homeostatycznego (tj. Po okresach ograniczenia jedzenia) nie został zbadany. Dlatego szczury w obecnym badaniu były utrzymywane w czystości, aby uniknąć zakłóceń spowodowanych niedoborem głodu i energii.

2. Metody

2.1 Zwierzęta i dieta

Dwadzieścia osiem dorosłych samców szczurów Sprague-Dawley (Charles River, Wilmington, MA) o wadze około 250 g na początku badania umieszczono w pojedynczych klatkach w wiwarium z kontrolowaną temperaturą i utrzymywano w cyklu 12: 12 światło-ciemność, z włączonymi światłami w 0700.

Zwierzęta zostały podane ad libitum dostęp do jednej z trzech następujących diet: standardowa karma laboratoryjna (Teklad # 2018, 3.4 kcal / g, 18 kcal% tłuszczu, 58 kcal% węglowodanów, 24 kcal% białka; Teklad Diets, Somerville, NJ) lub jedna z dwóch wysokich diety energetyczne (Diety badawcze, New Brunswick, NJ), jedna dieta, w której podstawowym źródłem energii był tłuszcz (dieta o wysokiej zawartości tłuszczu, dieta HFHE; diety badawcze #D12492: 5.24 kcal / g, 60 kcal% tłuszczu, 20 kcal% węglowodanów, 20 kcal% białka) lub wysokoenergetyczna dieta składająca się zarówno z tłuszczu, jak i węglowodanów (kombinacja tłuszczu z cukrem o wysokiej energii, dieta FCHE; Diety badawcze #D12266B; 4.41 kcal / g, 32 kcal% tłuszczu, 51 kcal% węglowodanów, 17 kcal% białka). Na początku badania grupy dopasowywano wagowo, aby utworzyć statystycznie równe kohorty oparte na masie ciała, a następnie utrzymywano je na odpowiednich dietach dla 24 tygodni przed i podczas eksperymentów behawioralnych. W tygodniach 18 i podczas całego eksperymentu codziennie mierzono masę ciała i spożycie pokarmu. Zwierzęta były badane w stanie nasyconym bez okresów ograniczenia pokarmu podczas eksperymentu.

Kompozycja 2.2 Body

Oprócz znacznego wzrostu masy ciała, w celu wykazania obecności otyłości, przeprowadzono analizę składu ciała 1H-NMR (proton-NMR Bruker LF90; Minispec; Brucker Optics, Woodlands, TX) po tygodniach utrzymywania diety 12.

Antagoniści dopaminy 2.3, rozwiązania testowe i procedura testowania

Antagonista dopaminy D1R SCH23390 (HFHE: n = 6; FCHE: n = 5; Chow: n = 4) i antagonista receptora dopaminy D2 raclopopride (HFHE: n = 5; FCHE: n = 6; Chow: n = 4). SCH23390 i racloprid (Tocris Biosciences, Ellisville, MO) rozpuszczono w jałowej soli fizjologicznej i podawano dootrzewnowo 10 minut przed dostępem 2-hr do sacharozy 0.3 M lub fruktozy 0.4 M. Stężenia te wybrano, ponieważ są one bardzo smaczne dla szczurów i dlatego były powszechnie stosowane w poprzednich badaniach [, , , ]. Sacharozę i fruktozę (Fisher-Scientific, Fair Lawn, NJ) rozpuszczono w filtrowanej wodzie z kranu nie więcej niż 24 godziny przed badaniem.

Zwierzęta trenowano do picia roztworów testowych podczas codziennych sesji, w których zapewniono 2-godzinny dostęp (rozpoczynający się od 1000 godzin) do sacharozy lub fruktozy przez 8 dni przed badaniem, aby osiągnąć stabilne podstawowe spożycie, tj. Zaznajomienie się z efektami ustno-czuciowymi i po spożyciu. Trening i testy odbywały się w domowej kolonii zwierząt, z plastikowymi butelkami o pojemności 100 ml tymczasowo przymocowanymi z przodu klatki domowej, tak że dziobki sięgały do ​​klatki. Podawanie nośnika (soli fizjologicznej) lub antagonistów dopaminy rozpoczęto po 24 tygodniach podtrzymywania diety, w którym to momencie obie grupy dietetyczne (HFHE i FCHE) miały znacznie większą masę ciała niż kontrolne karmy (Rysunek 1). Minimum godzin 48 podawano pomiędzy dniami wstrzyknięcia, aby umożliwić całkowite metabolizowanie leków. Po leczeniu antagonistami dopaminy nie nastąpiły zmiany masy ciała ani spożycia 24 w ciągu godziny.

Rysunek 1 

Masa ciała w okresie przed i podczas okresu badań farmakologicznych (szary pasek)

2.4 Analiza statystyczna

Masa ciała i 1Dane H-NMR analizowano przy użyciu jednokierunkowej niezależnej analizy próbek wariancji (ANOVA) z dietą jako zmienną niezależną.

Spożycie zmierzono jako zużyte ml i przedstawiono jako średnią ± SEM. Przyjmowanie wartości wyjściowej (po nośniku, tj. Wstrzyknięcie soli fizjologicznej) badano pod kątem różnic między grupami diet w trójstronnej ANOVA z dietą, lekiem i węglowodanami jako zmiennymi niezależnymi. Nie było znaczących efektów diety (F(2,48)= 0.3533, p= 0.704), lek (F(1,48)= 0.1482, p= 0.701), ani nie było znaczących efektów interakcji (dieta × lek: F(2,48)= 0.4144,p= 0.66; dieta × węglowodany: F(2,48)= 0.2759, p= 0.76; lek × węglowodan: F(1,48)= 0.0062, p= 0.73; dieta × lek × węglowodan: F(2,48)= 0.3108, p= 0.73). Jednak znaczący wpływ węglowodanów (F(1,48)= 8.8974, p<0.01) (Tabela 1). Dlatego dla wszystkich późniejszych analiz spożycie przeliczono na procentowe zmniejszenie względem wartości wyjściowej (spożycie po dawce × [ml] / spożycie po 0 μg / kg [ml]) i analizowano za pomocą analizy wariancji powtarzanych pomiarów (ANOVA) z dietą (HFHE, FCHE lub Chow) i Drug (raclopride lub SCH23390) jako zmienne niezależne i dawka (0, 50, 200, 400 lub 600 nmol / kg SCH23390 lub raclopridde) jako powtarzający się środek. Dawka hamująca (ID50) wymagane do zmniejszenia spożycia do 50% linii podstawowej (0 nmol / kg) obliczono jak opisano wcześniej []. Różnice w ID50 porównano jako funkcję diety i leku, stosując dwukierunkową analizę ANOVA. Wszystkie analizy przeprowadzono przy użyciu programu Statistica (wersja 6.0, StatSoft® Inc., Tulsa, OK), a istotne ustalenia zostały dalej przeanalizowane przy użyciu testów post-hoc Fischera najmniej znaczącej różnicy (LSD). Różnice uznawano za istotne statystycznie, jeśli p <0.05.

Tabela 1 

Spożycie sacharozy i fruktozy w testach 2-h. Bezwzględne wartości spożycia (w ml) spożycia sacharozy i fruktozy przez grupy diet po zastrzykach z nośnika (0 nmol / kg). Nie zaobserwowano różnic w wyjściowym spożyciu pomiędzy dietą lub grupami leków. Sacharoza wyjściowa ...

3. Wyniki

3.1 Wpływ diety na masę ciała i otyłość

Po tygodniach 12 na dietach otyłych grupy różniły się masą ciała (F(2,27)= 27.25, p<0.001), procent masy tłuszczu (F(2,27)= 14.96, p<0.001) i procent beztłuszczowej masy (F(2,27)= 15.77, p<0.001). Testy post hoc wykazały, że szczury Chow ważyły ​​znacznie mniej niż oba HFHE (p<0.001) i FCHE (p<0.001) szczurów. Porównanie składu ciała wykazało, że szczury HFHE i FCHE miały większy procent masy tłuszczowej w porównaniu z Chow (p<0.05). Po 18 tygodniach na początku badania (24 tygodnie) i przez cały okres badania utrzymywał się istotny wpływ diety na masę ciała (Rysunek 1; tydzień 18: F(2,27)= 13.05, p<0.001; tydzień 24: F(2,27)= 16.96, p<0.001; tydzień 26: F(2,27)= 13.99, p<0.001; tydzień 28: F(2,27)= 13.05, p<0.001). Analiza post hoc wykazała, że ​​szczury HFHE i FCHE miały znacznie większą masę ciała niż kontrole Chow (Rysunek 1; p<0.001, wszystkie punkty czasowe). Nie było statystycznych różnic w masie ciała między dwiema otyłymi grupami w żadnym punkcie czasowym.

3.2 Wpływ antagonizmu dopaminy D1R i D2R na spożycie sacharozy

Spożycie sacharozy zmniejszono o SCH23390 we wszystkich grupach (Rysunek 2a). Raclopryd zmniejszał spożycie sacharozy u szczurów HFHE, ale był znacznie mniej skuteczny u szczurów Chow i FCHE (Rysunek 2b). ANOVA z powtarzanymi pomiarami wykazała ogólny wpływ leku (F(1,24)= 8.8446, p<0.01), dawka (F(4,96)= 27.1269, p<0.001) i interakcji dawka przez lek (F(4,96)= 2.9799, p<0.05). Podczas gdy ogólny efekt diety nie był znaczący (F(1,24)= 2.5787, p= 0.09), porównania post hoc wykazały istotne różnice w leczeniu raclopriddeem między grupami HFHE i Chow (p<0.05) i między grupami HFHE i FCHE (p<0.05).

Rysunek 2 

Zmiany w spożyciu sacharozy po antagonistach receptora dopaminy

Analiza post hoc ujawniła to SCH23390 był znacznie bardziej skuteczny w zmniejszaniu ogólnego spożycia sacharozy w porównaniu z raclopridem (p<0.01). SCH23390 tłumił spożycie sacharozy u szczurów HFHE przy wszystkich testowanych dawkach i tłumił spożycie u szczurów FCHE i Chow przy 200 nmol i wyższych dawkach (Rysunek 2a). Spożycie sacharozy było tłumione u szczurów HFHE wszystkimi dawkami raclopridde, ale tylko najwyższa dawka znacznie zmniejszała spożycie sacharozy u szczurów FCHE, podczas gdy żadna z dawek nie hamowała spożycia sacharozy przez szczury Chow (Rysunek 2b).

Analiza ID50 (Tabela 2) nie ujawnił żadnego wpływu diety (F(2,24)= 0.576, p= 0.57) lub Drug (F(1,24)= 2.988, p= 0.09), pomimo widocznych różnic w identyfikatorze50 dla raklopridu. Ten brak efektu może być spowodowany znaczną zmiennością w grupach.

Tabela 2 

Skuteczność antagonistów receptora dopaminy wyrażona przez ID50. ID50 reprezentuje dawkę, przy której spożycie zostanie zmniejszone do 50% linii podstawowej (nośnik). Nie zaobserwowano różnic między grupami ...

3.3 Wpływ antagonizmu dopaminy D1R i D2R na spożycie fruktozy

SCH23390 zmniejszone spożycie fruktozy we wszystkich grupach (Rysunek 3a). Z drugiej strony raclopryd zmniejszał znacznie spożycie w grupie FCHE (Rysunek 3b). ANOVA z powtarzanymi pomiarami ujawniła ogólny wpływ leku (F(1,24)= 5.7400, p<0.05), dawka (F(4,96)= 33.9351, p<0.001) i istotną interakcją dawka-lek (F(4,96)= 3.0296, p<0.05), ale bez wpływu diety (F(2,24)= 1.5205, p= 0.24). Ponownie jednak analizy post hoc wykazały znaczącą różnicę w leczeniu raklopridem między grupami HFHE i FCHE (p<0.05).

Rysunek 3 

Zmiany w spożyciu fruktozy po podaniu antagonistów receptora dopaminy

Analiza post hoc ujawniła to SCH23390 był ogólnie bardziej skuteczny w tłumieniu spożycia fruktozy niż rakloprid (p<0.05) i robił to w sposób zależny od dawki (Rysunek 3). SCH23390 zmniejszone przyjmowanie wszystkich grup dietetycznych w 400 i 600 nmol i zmniejszenie spożycia fruktozy już w dawce 200 nmol u szczurów (HFHERysunek 3a). Jednakże działanie racroproprydu na spożycie fruktozy było ograniczone do szczurów FCHE z analizą post hoc wykazującą znaczące zmniejszenie spożycia fruktozy u szczurów FCHE przy 200 nmol i wyższych dawkach, przy czym żadna z dawek racloprydu nie hamowała przyjmowania fruktozy u szczurów HFHE lub Chow (Rysunek 3b).

ANOVA na identyfikatorze50 (Tabela 2) ujawnił wpływ leku (F(1,24)= 4.548, p<0.05), ale nie dieta (F(2,24)= 1.495, p= 0.25). SCH23390 wymagało niższych dawek ogólnie niż raklopridu, aby zmniejszyć spożycie do połowy linii podstawowej (p<0.05). Zgodnie z analizą dawek rzeczywistych, analiza post hoc ID50 ujawniają również znacznie zwiększoną wrażliwość w obu grupach otyłych w porównaniu ze szczurami Chow (p<0.05).

4. Dyskusja

W niniejszym badaniu porównano wrażliwość na blokadę receptora dopaminowego w zmniejszaniu spożycia dwóch smacznych roztworów węglowodanów, sacharozy lub fruktozy, w dwóch dietetycznych modelach otyłych zwierząt. Użyliśmy dwóch diet naśladować przewlekłe zużycia albo dietą głównie o wysokiej zawartości tłuszczu (HFHE) lub kombinacja tłuszczu i cukru dietą (FCHE), jak widać w diecie zachodniej []. Zgodnie z oczekiwaniami obie diety przyniosły znaczny przyrost masy ciała i otyłość począwszy od tygodni 12, przy ciągłym wzroście masy ciała w trakcie eksperymentu (Rysunek 1). Grupy porównano następnie z dopasowanymi do wieku kontrolami karmy dla karmy pod kątem ich względnej wrażliwości na blokadę specyficzną dla podtypu receptora D1 i D2 za pomocą SCH23390 lub odpowiednio racloprid. Odkryliśmy, że blokada receptorów D1 zmniejsza zarówno spożycie sacharozy, jak i fruktozy we wszystkich grupach dietetycznych. Niezależnie od tego, czy szczury spożywały roztwory sacharozy czy fruktozy, szczury HFHE zareagowały na nieco niższe dawki SCH23390 w porównaniu z otyłymi odpowiednikami FCHE lub chudymi chow (Rysunek 2a, , 3a) .3a). Ten widoczny wzrost wrażliwości na antagonizm receptora dopaminy D1 przez szczury HFHE zaobserwowano również po blokadzie receptora D2 podczas testu sacharozy. Rzeczywiście, szczury HFHE zareagowały na wszystkie dawki racloprideu ze zmniejszeniem spożycia sacharozy, podczas gdy szczury FCHE zareagowały tylko na najwyższą dawkę, a szczury Chow nie wykazały znaczącej supresji spożycia sacharozy po leczeniu raclopridem (Rysunek 3b). Co ciekawe, szczury HFHE nie zmniejszyły spożycia fruktozy po leczeniu raklopridem. Zamiast tego raclopopride znacząco tłumił spożycie fruktozy tylko u szczurów FCHE. Zwiększona wrażliwość na antagonistów receptora dopaminy jest wskaźnikiem zmniejszenia sygnalizacji dopaminy, to znaczy z uwagi na mniejszą liczbę receptorów zmniejszonym konkurencji z endogennym DA w miejscach receptorowych, lub kombinacja obu tych metod. W rzeczywistości istnieją dowody, że każdy z tych mechanizmów może mieć zastosowanie do naszego modelu. Na przykład narażenie na dietę wysokotłuszczową nawet przed porodem może spowodować zmniejszenie D2R []. Co więcej, jedzenie wysokotłuszczowego pokarmu okazało się zmniejszać naturalne lub elektrycznie wywoływane uwalnianie dopaminy i łagodzić obrót dopaminy [-]. Podczas gdy podstawowy mechanizm uzasadnia dalsze badania, nasze dane wraz z tymi i innymi wcześniejszymi obserwacjami potwierdzają pogląd, że spożywanie pewnych pokarmów - potencjalnie niezależnych od otyłości - może powodować zmiany w układzie dopaminowym przypominające neuroplastyczność do nadużywania narkotyków []. W rzeczywistości ostatnie badania sugerują, że dieta wysokotłuszczowa zwiększa uczulenie na leki działające na układy dopaminowe [, ].

Poprzednie badania u szczupłych szczurów wykazały różnicę skuteczności blokady receptora D1 i D2 zmniejszenie spożycia węglowodanów stosując stężenia zgodne z tymi, które stosuje się w niniejszym studium [-, ]. Efekty te uważa się częściowo za pośrednictwem obszarów mózgu związane z żywności nagrodę receptory D2 w tych obszarach może być szczególnie wrażliwe na zmiany wywołane otyłością [, , -]. W niniejszym badaniu rozszerzony na ustaleniach modulacją receptora dopaminy z węglowodanów w chude szczury i komplementy tych badań pokazano trwałego odkształcenia w układ nagrody otyłości. O ile złożoność systemów i czynników, które mogą wpływać na takie wzajemne oddziaływanie (ostra kontrola przyjmowania przez przewlekle zmieniony system) wyraźnie zwiększa indywidualne wariancje, a zatem zmniejsza wpływ interakcji w ogólnych ANOVA, bezpośrednie (post hoc) porównania efektów dawka-odpowiedź miały ujawniają różnicową wrażliwość na dawki izomolarne antagonisty receptora między grupami diety. Zmiany wpływające na D2Rs specjalnie wydawał się być zależny od zawartości węglowodanów również obecne w wysokich diet tłuszczu, co wskazuje na zawartość makroskładników diety mogła różnie zmieniać układ nagrody.

Różnicowe skutki wrażliwości na racloprid w teście sacharozy mogą wynikać z obecności sacharozy w dietach. Chociaż obie diety otyłościowe zawierały trochę sacharozy, dieta FCHE zawierała 23% więcej sacharozy niż dieta HFHE. Tak więc, brak odpowiedzi na raklopryd w wyzwaniu szczurów FCHE sacharozy, ale nie HFHE szczurów może być wynikiem zwiększonej ekspozycji na sacharozę w diecie HFHE. Jednak ani dieta obesogenna nie zawierała fruktozy, ale zaobserwowano różnice w odpowiedziach grup otyłych na raclopride w teście fruktozy. Ponadto sacharozy był obecny w diecie Chow, ale reakcje przez grupę Chow raklopryd w teście sacharozy była bardziej zbliżona do reakcji wykonanych przez FCHE niż szczury HFHE. Wskazuje to, że inne czynniki mogą być przyczyną różnicowych odpowiedzi na leczenie raklopridem w zależności od diety i węglowodanów testowych.

Alternatywne wyjaśnienia mogą obejmować zróżnicowane neuronalne i hormonalne efekty poststestacyjne wywierane przez fruktozę i sacharozę. Podczas gdy dokładne mechanizmy pozostają niejasne, istnieje coraz więcej dowodów na poparcie tego pojęcia [, ]. W tym kontekście nie można wykluczyć możliwości, że dwie diety zmieniły preferencje sacharozy i fruktozy w wyniku ich zróżnicowanego wpływu na sygnały ustne i żołądkowo-jelitowe przed systemem nagrody, i uzasadniają dalsze badania.

Otyłość i smaczne pokarmy zostały niezależnie przypisane do zmiany sygnalizacji dopaminy [, , , ], a zatem może również odpowiadać za odpowiedź różnicową obserwowaną w niniejszym badaniu. Rzeczywiście, nasze dane potwierdzają wcześniejsze ustalenia wskazujące, że sygnalizacja dopaminy D2R jest zmniejszona w otyłości [, ]. Jednak powieść stwierdzenie niniejszego badania było to, że natura tego związku może być zależny od zawartości makroskładników diety sprzyjającym otyłości zamiast otyłości lub związanych z nią powikłań. Dodatkowym ważnym odkryciem były różnice w skuteczności antagonistów D2R między badanymi węglowodanami. Odnotowaliśmy trend w naszych danych, że spożycie fruktozy wydaje się być ściślej kontrolowane przez D2Rs niż spożycie sacharozy, co prowadzi do pytania, w jaki sposób spożycie różnych węglowodanów może być regulowane w różny sposób, a jeśli nagroda wywoływana przez różne węglowodany może rekrutować różne mechanizmy. Poprzednie dane wskazywały, że spożycie sacharozy i fruktozy powoduje odmienne reakcje fizjologiczne. Wykazano, że sacharoza wytwarza uwarunkowane efekty w oparciu zarówno o jej smak, jak i właściwości po spożyciu [, , ] podczas gdy fruktoza wydaje się wywierać istotną dla zachowania stymulację wyłącznie przez jej smak, a nie przez wzmacnianie efektów po spożyciu [, ]. Dlatego też, czas reakcji na nagrodę obwodami fruktozy może pozostać nienaruszona nawet po zwrotne wywołane przez sacharozy zostaje naruszona z powodu zaburzeń wtórnych do otyłości (np zmniejszona wrażliwość na insulinę / leptyny). Odwrotna sytuacja może być również prawdziwa: przeciwregulacyjna reakcja na ograniczenie spożycia sacharozy może nie sprawdzać spożycia fruktozy. Potrzebne są dalsze badania na ludziach w celu zbadania, czy preferencje dla produktów bogatych w fruktozę faktycznie zwiększyć z otyłością, czy preferencje sacharozy i fruktozy względne są różne u pacjentów otyłych, którzy są także dla diabetyków.

Podczas gdy wpływ sacharozy na dopaminę był szeroko badany [, , , ] Mniej wiadomo o oddziaływanie pomiędzy fruktozą i układu dopaminy nagrodę, chociaż Wczesne doniesienia z laboratorium Hoebela wskazują, że fruktoza może wytwarzać swoje specyficzne reakcje fizjologiczne []. Niniejsze badanie dodaje kolejną informację do tej złożonej zagadki, sugerując, że diety o różnej zawartości makroskładników odżywczych mogą w różny sposób zmieniać kontrolę dopaminy na spożycie fruktozy. Konieczne są dalsze badania, aby w pełni zrozumieć podstawowe mechanizmy, dzięki którym tłuszcz i cukier w diecie mogą wpływać na sygnalizację jelitowo-mózgową i wywoływać zmiany w mózgu.

5. Wnioski

Badanie to pokazuje, że diety otyłościowe (wysokoenergetyczne) różniące się zawartością tłuszczu i węglowodanów, a nie samą otyłością, mogą różnicowo zwiększać wrażliwość na antagonistów receptora D1 i D2 w zmniejszaniu spożycia węglowodanów. Odkrycie to jest zgodne z ogólnym poglądem, że sygnalizacja dopaminy w otyłości dietetycznej jest stępiona, i sugeruje nowy związek między dietą a centralnym działaniem dopaminy. Dodatkowym ważnym odkryciem było to, że diety odmiennie zmieniały siłę działania antagonistów receptora dopaminy w hamowaniu przyjmowania sacharozy i fruktozy. W porównaniu z dietami normalnymi (o niskiej zawartości tłuszczu) lub wysokotłuszczowymi, wysokowęglowodanowymi, otyłość wytwarzana przez dietę o bardzo wysokiej zawartości tłuszczu, ale o niskiej zawartości cukru, spowodowała zwiększoną wrażliwość na antagonizm receptora D1 i D2 w zmniejszaniu spożycia sacharozy, ale kontrola receptora D2 w przyjmowaniu fruktozy była zachowane. W przeciwieństwie do tego, szczury karmione dietą wysokoenergetyczną z połączeniem wysokotłuszczowego tłuszczu i węglowodanów wykazały zwiększoną regulację receptora fruktozy przez D2. Tak więc wydaje się, że historia diety może zmienić rozwój deficytów dopaminy przypisywanych wcześniej otyłości w ogóle. Obecne dane sugerują również, że te cechy plastyczności dopaminy mogą wpływać na to, w jaki sposób niektóre węglowodany, takie jak fruktoza i sacharoza, wywierają swoje korzyści. Takie różnice mogą wyjaśnić niektóre różnice w skuteczności różnych terapii i terapii przeciw otyłości. Konieczne są dalsze badania w celu przetestowania przydatności tych wyników dla ludzi i zbadania mechanizmów leżących u ich podstaw.

Najważniejsze

  • Dieta wysokoenergetyczna niezależna od zawartości makroskładników odżywczych może powodować otyłość.
  • Skład diety wydaje się różnicować wrażliwość receptora dopaminy.
  • Blokada receptora D1 zmniejszyła spożycie sacharozy i fruktozy u szczurów szczupłych i otyłych.
  • Blokada receptora D2 zmniejszała spożycie sacharozy u szczurów karmionych wysokotłuszczowym, ale nie szczupłym.
  • Blokada receptora D2 zmniejszała spożycie fruktozy tylko u szczurów karmionych tłuszczem.

Podziękowanie

Badanie było wspierane przez National Institute of Diabetes & Digestive & Kidney Diseases Grant DK080899, National Institute on Deafness and Other Communication Disorders Grant DC000240 oraz The Jane B. Barsumian Trust Fund. Autorzy dziękują panu NK Acharyi za doskonałą pomoc w utrzymaniu szczurów i przeprowadzaniu testów NMR.

Przypisy

Zastrzeżenie wydawcy: Jest to plik PDF z nieedytowanym manuskryptem, który został zaakceptowany do publikacji. Jako usługa dla naszych klientów dostarczamy tę wczesną wersję manuskryptu. Rękopis zostanie poddany kopiowaniu, składowi i przeglądowi wynikowego dowodu, zanim zostanie opublikowany w ostatecznej formie cytowania. Należy pamiętać, że podczas procesu produkcyjnego mogą zostać wykryte błędy, które mogą wpłynąć na treść, a wszystkie zastrzeżenia prawne, które odnoszą się do czasopisma, dotyczą.

Referencje

1. Hernandez L, Hoebel BG. Karmienie i stymulacja podwzgórza zwiększają obrót dopaminy w ciele półleżącym. Fizjologia i zachowanie. 1988; 44: 599–606. [PubMed]
2. Hernandez L, Hoebel BG. Nagroda pokarmowa i kokaina zwiększają pozakomórkową dopaminę w jądrze półleżącym, jak zmierzono metodą mikrodializy. Nauki o życiu. 1988; 42: 1705 – 12. [PubMed]
3. Avena NM, Rada P, Moise N, Hoebel BG. Karmienie fałszywą sacharozą w harmonogramie napadowym uwalnia wielokrotnie dopaminę i eliminuje reakcję sytości acetylocholiny. Neuroscience. 2006; 139: 813 – 20. [PubMed]
4. Rada P, Avena NM, Hoebel BG. Codzienne objadanie się cukrem wielokrotnie uwalnia dopaminę w skorupie błonnicy. Neuronauka. 2005; 134: 737-44. [PubMed]
5. Ahlskog JE, Randall PK, Hernandez L, Hoebel BG. Zmniejszona anoreksja amfetaminowa i zwiększona anoreksja fenfluraminy po 6-hydroksydopaminie śródmózgowia. Psychofarmakologia. 1984; 82: 118 – 21. [PubMed]
6. Hernandez L, Hoebel BG. Przejadanie się po śródmózgowiu 6-hydroksydopamina: Zapobieganie poprzez centralne wstrzyknięcie selektywnych blokerów wychwytu zwrotnego katecholaminy. Brain Research. 1982; 245: 333 – 43. [PubMed]
7. Ahlskog J. Odpowiedź żywieniowa na wyzwania regulacyjne po wstrzyknięciu 6-hydroksydopaminy do mózgu szlaków noradrenergicznych. Fizjologia i zachowanie. 1976; 17: 407–11. [PubMed]
8. Hoebel BG, Hernandez L, Monaco A, Miller W. Objawy i nadwaga wywołana amfetaminą u szczurów. Nauki o życiu. 1981; 28: 77 – 82. [PubMed]
9. Volkow ND, Wang GJ, Baler RD. Nagroda, dopamina i kontrola spożycia żywności: implikacje dla otyłości. Trendy w naukach kognitywnych. 15: 37 – 46. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
10. Stice E, Spoor S, Bohon C, Small DM. Relacja między otyłością a stępioną odpowiedzią prążkowia na jedzenie jest moderowana przez allel TaqIA A1. Nauka. 2008; 322: 449 – 52. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
11. Hoebel BG. Kontrola farmakologiczna żywienia. Ann Rev Pharmacol Toxicol. 1977; 17 [PubMed]
12. Bouchard C. Aktualne rozumienie etiologii otyłości: czynniki genetyczne i niegenetyczne. American Journal of Clinical Nutrition. 1991; 53: 1561S – 5S. [PubMed]
13. Vogele C. Etiologia otyłości. W: Munsch S, Beglinger C, redaktorzy. Otyłość i zaburzenia objadania się. Szwajcaria: S. Karger; 2005. str. 62 – 73.
14. Weinsier RL, Hunter GR, Heini AF, Goran MI, Sprzedam SM. Etiologia otyłości: względny udział czynników metabolicznych, dieta i aktywność fizyczna. The American Journal of Medicine. 1998; 105: 145 – 50. [PubMed]
15. Mały DM. Indywidualne różnice w neurofizjologii nagrody i epidemii otyłości. Int J Obes. 2009; 33: S44 – S8. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
16. Archer ZA, Mercer JG. Odpowiedzi mózgu na dietę otyłą i otyłość wywołaną dietą. Postępowanie Towarzystwa Żywienia. 2007; 66: 124 – 30. [PubMed]
17. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG, et al. Dowody na wadliwą mezolimbiczną egzocytozę dopaminy u szczurów podatnych na otyłość. FASEB J. 2008; 22 [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
18. Volkow ND, Wang GJ, Baler RD. Nagroda, dopamina i kontrola spożycia żywności: implikacje dla otyłości. Trendy w naukach kognitywnych. 2011; 15: 37 – 46. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
19. Hajnal A, Smith GP, Norgren R. Doustna stymulacja sacharozy zwiększa u szczurów dopaminę. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2004; 286: R31 – 7. [PubMed]
20. Liang NC, Hajnal A, Norgren R. Fałszywe karmienie olejem kukurydzianym zwiększa półleżącą dopaminę u szczurów. American Journal of Physiology - Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 2006; 291: R1236 – R9. [PubMed]
21. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Cukier i tłuste zawijanie mają znaczące różnice w zachowaniach uzależniających. J Nutr. 2009; 139: 623 – 8. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
22. Shahkhalili Y, Mace K, Moulin J, Zbinden I, Acheson KJ. Tłuszcz: Stosunek energii węglowodanów w programach diety odchudzającej Późniejsza podatność na otyłość u samców szczurów Sprague Dawley. Journal of Nutrition. 2011; 141: 81 – 6. [PubMed]
23. van den Heuvel JK, van Rozen AJ, Adan RAH, la Fleur SE. Przegląd sposobu, w jaki składniki systemu melanokortyny reagują na różne diety o wysokiej energii. European Journal of Pharmacology. 2011 Epub przed drukiem. [PubMed]
24. Bocarsly ME, Powell ES, Avena NM, Hoebel BG. Syrop kukurydziany o wysokiej zawartości fruktozy powoduje cechy otyłości u szczurów: zwiększona masa ciała, poziom tkanki tłuszczowej i poziom trójglicerydów. Farmakologia i zachowanie biochemiczne. 2010; 97: 101 – 6. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
25. Reedy J, Krebs-Smith SM. Dietetyczne źródła energii, tłuszcze stałe i dodane cukry wśród dzieci i młodzieży w Stanach Zjednoczonych. Journal of American Dietetic Association. 2010; 110: 1477 – 84. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
26. Sclafani A. Smak węglowodanów, apetyt i otyłość: przegląd. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 1987; 11: 131–53. [PubMed]
27. Ackroff K, Touzani K, Peets TK, Sclafani A. Preferencje smakowe uwarunkowane wewnątrzżołądkową fruktozą i glukozą: różnice w sile wzmocnienia. Fizjologia i zachowanie. 2001; 72: 691–703. [PubMed]
28. Sclafani A, Thompson B, Smith JC. Akceptacja i preferencja szczura dla sacharozy, maltodekstryny oraz roztworów i mieszanin sacharyny. Fizjologia i zachowanie. 1998; 63: 499–503. [PubMed]
29. Hajnal A, Norgren R. Wielokrotny dostęp do sacharozy zwiększa obrót dopaminy w jądrze półleżącym. Neuroreport. 2002; 13: 2213 – 6. [PubMed]
30. Weatherford SC, Greenberg D, Gibbs J, Smith GP. Siła działania antagonistów receptora D-1 i D-2 jest odwrotnie proporcjonalna do wartości nagrody dla karmionego kukurydzianego oleju i sacharozy u szczurów. Farmakologia i zachowanie biochemiczne. 1990; 37: 317 – 23. [PubMed]
31. Bernal SY, Dostova I, Kest A, Abayev Y, Kandova E, Touzani K, et al. Rola receptorów dopaminy D1 i D2 w jądrze półleżącym w nabyciu i ekspresji preferencji smakowo-zapachowych uwarunkowanych fruktozą u szczurów. Behavioral Brain Research. 2008; 190: 59 – 66. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
32. Baker RM, Shah MJ, Sclafani A, Bodnar RJ. Antagoniści dopaminy D1 i D2 zmniejszają nabywanie i ekspresję preferencji smakowych uwarunkowanych fruktozą u szczurów. Farmakologia i zachowanie biochemiczne. 2003; 75: 55 – 65. [PubMed]
33. Bernal S, Miner P, Abayev Y, Kandova E, Gerges M, Touzani K, et al. Rola receptorów dopaminowych ciała migdałowatego D1 i D2 w nabywaniu i wyrażaniu preferencji smakowych uwarunkowanych fruktozą u szczurów. Behavioral Brain Research. 2009; 205: 183 – 90. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
34. Smith GP. Akumulacja dopaminy pośredniczy w nagradzającym efekcie stymulacji orosensorycznej przez sacharozę. Apetyt. 2004; 43: 11 – 3. [PubMed]
35. Hajnal A, De Jonghe BC, Covasa M. Receptory dopaminy D2 przyczyniają się do zwiększenia awidności sacharozy u otyłych szczurów bez receptorów CCK-1. Neuroscience. 2007; 148: 584 – 92. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
36. Naef L, Moquin L, Dal Bo G, Giros B, Gratton A, Walker CD. Spożycie wysokotłuszczowe przez matkę zmienia presynaptyczną regulację dopaminy w jądrze półleżącym i zwiększa motywację do nagromadzenia tłuszczu u potomstwa. Neuroscience. 2010; 176: 225 – 36. [PubMed]
37. Rada P, Bocarsly ME, Barson JR, Hoebel BG, Leibowitz SF. Zmniejszona ilość dopaminy w półleżącej u szczurów rasy Sprague-Dawley ze skłonnością do przejadania się na diecie bogatej w tłuszcz. Fizjologia i zachowanie. 2010; 101: 394–400. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
38. Geiger BM, Haburcak M, Avena NM, Moyer MC, Hoebel BG, Pothos EN. Deficyty mezolimbicznej neuroprzekaźnictwa dopaminy w otyłości związanej z dietą szczurów. Neuronauka. 2009; 159: 1193-9. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
39. Davis JF, Tracy AL, Schurdak JD, Tschöp MH, Lipton JW, Clegg DJ, et al. Narażenie na podwyższony poziom tłuszczu w diecie osłabia nagrodę psychostymulującą i mezolimbiczny obrót dopaminowy u szczura. Neurobiologia behawioralna. 2008; 122: 1257 – 63. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
40. Koob GF, Volkow ND. Neurocircuitry of Addiction. Neuropsychofarmakologia. 2009; 35: 217 – 38. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
41. Baladi MG, France CP. Jedzenie wysokotłuszczowej karmy zwiększa wrażliwość szczurów na indukowane chinpirolem rozróżniające bodźce i ziewanie. Farmakologia behawioralna. 2010; 21: 615 – 20. doi: 10.1097 / FBP.0b013e32833e7e5a. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed] [Cross Ref]
42. McGuire BA, Baladi MG, France CP. Jedzenie wysokotłuszczowej karmy zwiększa uczulenie na działanie metamfetaminy na poruszanie się u szczurów. European Journal of Pharmacology. 2011; 658: 156 – 9. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
43. Tyrka A, Smith GP. SCH23390, ale nie rakloprid, zmniejsza spożycie sacharozy 10% podawanej dożylnie u dorosłych szczurów. Farmakologia i zachowanie biochemiczne. 1993; 45: 243 – 6. [PubMed]
44. Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Telang F. Nakładające się obwody neuronalne w uzależnieniu i otyłość: dowody patologii systemów. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008; 363: 3191-200. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
45. Johnson PM, Kenny PJ. Receptory dopaminy D2 w uzależnieniowych dysfunkcjach nagrody i kompulsywnym jedzeniu u otyłych szczurów. Nat Neurosci. 2010; 13: 635-41. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
46. Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, Zhu W, et al. Dopamina mózgowa i otyłość. Nazwa naukowego czasopisma medycznego. 2001; 357: 354 – 7. [PubMed]
47. Ackroff K, Sclafani A. Preferencje szczurów dla wysokofruktozowego syropu kukurydzianego w porównaniu z mieszankami sacharozy i cukru. Fizjologia i zachowanie. 2011; 102: 548–52. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
48. Glendinning JI, Breinager L, Kyrillou E, Lacuna K, Rocha R, Sclafani A. Różnicowy wpływ sacharozy i fruktozy na otyłość dietetyczną u czterech szczepów myszy. Fizjologia i zachowanie. 2010; 101: 331–43. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
49. Hajnal A, Margas WM, Covasa M. Zmieniona funkcja receptora dopaminy D2 i wiązanie u otyłych szczurów OLETF. Brain Res Bull. 2008; 75: 70 – 6. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
50. Bello NT, Lucas L, Hajnal A. Powtarzający się dostęp do sacharozy wpływa na gęstość receptora dopaminy D2 w prążkowiu. NeuroReport. 2002; 13: 1565 – 8. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
51. Ackroff K. Nauczył się preferencji smakowych. Zmienna moc wzmacniaczy pokarmowych po podaniu doustnym. Apetyt. 2008; 51: 743 – 6. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
52. Bonacchi KB, Ackroff K, Sclafani A. Smak sacharozy, ale nie smak Polycose warunkuje preferencje smakowe u szczurów. Fizjologia i zachowanie. 2008; 95: 235–44. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
53. Sclafani A, Ackroff K. Preferencje smakowe uwarunkowane glukozą i fruktozą u szczurów: smak a kondycjonowanie po spożyciu. Fizjologia i zachowanie. 1994; 56: 399–405. [PubMed]