Biol Psychiatry. Rękopis autora; dostępny w PMC 2014 Jan 8.
Biol Psychiatry. 2013 May 1; 73 (9): 10.1016 / j.biopsych.2012.11.027.
Opublikowane online 2013 Jan 8. doi: 10.1016 / j.biopsych.2012.11.027
PMCID: PMC3885159
NIHMSID: NIHMS537768
Ostateczna, zredagowana wersja tego artykułu jest dostępna pod adresem Biol Psychiatry
Zobacz komentarz „Modele zwierzęce prowadzą do dalszego zrozumienia uzależnienia od żywności, a także dostarczają dowodów, że leki stosowane z powodzeniem w uzależnieniach mogą być skuteczne w leczeniu przejadania się"W Biol Psychiatry, tom 10 na stronie e11.
Abstrakcyjny
Tło
Istnieje duże zainteresowanie badaniem, czy karmienie za pomocą nagród może powodować plastyczność druglików w mózgu. Układ kwasu gamma-aminomasłowego (GABA) w powłoce jądra półleżącego (Acb), który moduluje układy żywieniowe podwzgórza, jest dobrze przygotowany do „uzurpowania sobie” homeostatycznej kontroli karmienia. Niemniej jednak nie wiadomo, czy neuroadaptacje wywołane karmieniem występują w tym układzie.
Metody
Oddzielne grupy szczurów utrzymywanych ad libitum poddawano codziennym napadom spożycia słodzonego tłuszczu, stresowi u drapieżników lub naparom w skorupkach acbowych d-amfetaminy (2 lub 10 μg) lub agonisty μ-opioidowego D- [Ala2, N-MePhe4, Gly-ol] -enkephalin (DAMGO, 2.5 μg), a następnie poddano prowokacji wlewem GABA do wnętrza powłoki AcbA agonista, muscimol (10 ng).
Efekt
Narażenie na słodzony tłuszcz silnie uwrażliwia karmienie wywołane przez muscimol. Uczulenie występowało po tygodniu 1 po zaprzestaniu smacznego trybu karmienia, ale ustąpiło po 2 tygodniach. Szczury narażone na słodzone tłuszcze nie wykazały zmienionej reakcji żywieniowej na brak pożywienia. Wielokrotne infuzje powłoki DAMGO (2.5 μg) w obrębie Acb również uwrażliwiały karmienie wewnątrzszkieletowe z użyciem muszli musimolowej. Jednak ani wielokrotne wlewy d-amfetaminowe w powłoce Acb (2 ani 10 μg) ani okresowa ekspozycja na bodziec awersyjny (stres drapieżnika) nie zmieniły wrażliwości na muscymol.
wnioski
Smakowite karmienie wywołuje nadwrażliwość odpowiedzi GABA powłoki Acb; efekt ten może obejmować indukowane żywieniem uwalnianie peptydów opioidowych. Podwyższone pobudzenie, awersyjne doświadczenia lub zwiększona transmisja katecholamin są niewystarczające do wywołania efektu, a napęd karmienia wywołany głodem jest niewystarczający do ujawnienia efektu. Wyniki te ujawniają nowy rodzaj neuroadaptacji indukowanej pożywieniem w obrębie Acb; omówiono możliwe implikacje dla zrozumienia efektów krzyżowania między nagrodą za żywność a nagrodą za lek.
Przypuszcza się, że głównym czynnikiem przyczyniającym się do obecnej „epidemii otyłości” jest rozpowszechnienie taniej, smacznej, gęstej żywności, która napędza niehomeostatyczne zachowania żywieniowe dzięki ich wysoce satysfakcjonującym właściwościom (1-3). Ponieważ te pokarmy angażują się w te same główne ścieżki zaangażowane w uzależnienie (4-6), istnieje znaczne zainteresowanie określeniem, czy ich spożycie wywołuje zmiany neuroplastyczne podobne do tych wytwarzanych przez narkotyki. Systemy, na które zwraca się największą uwagę w tym zakresie, to systemy dopaminowe i opioidowe jądro półleżące (Acb). Kilka grup wykazało, że powtarzająca się ekspozycja na smaczne karmienie, zwłaszcza na żywność wzbogaconą w cukier lub tłuszcze, silnie zmienia dynamikę neuroprzekaźników, wrażliwość receptorów i ekspresję genów w tych systemach i wytwarza podobne do nich wzorce żywieniowe i inne zmiany behawioralne przypominające procesy podobne do uzależnień (7-13).
Innym kluczowym graczem w neuronalnej kontroli zachowania apetycznego jest zlokalizowany w Acb system gamma-aminomasłowy (GABA). Ostre hamowanie neuronów powłoki Acb agonistami GABA wywołuje masywną reakcję karmienia u nasyconych szczurów; efekt ten należy do najbardziej dramatycznych syndromów hiperfagii wywołanej przez narkotyki wywołanej z dowolnego miejsca w brain (14-19). Ta hiperfagia wynika częściowo z rekrutacji układów podwzgórzowych kodowanych peptydami, które biorą udział w regulacji równowagi energetycznej (20-22). Ponadto, przednia powłoka Acb jest jedynym miejscem telencefalicznym, o którym wiadomo, że wspiera indukowane przez GABA ułatwienie hedonicznej reaktywności smakowej (23). W związku z tym zaproponowano powłokę Acb jako istotny węzeł w sieci przodomózgowia, który moduluje dalsze układy bilansu energetycznego w zgodzie z przypadkami afektywnymi / motywacyjnymi (24-26). Węzeł sieci o tych właściwościach może zatem stanowić kluczowe miejsce dla smacznej neuroplastyczności indukowanej karmieniem; nieoczekiwanie jednak system GABA powłoki Acb nie był badany pod tym względem.
Naszym celem w tym badaniu była ocena, czy powtarzające się doświadczenia z karmieniem niehomeostatycznym napędzanym nagrodą wywołują neuroadaptacje w systemach GABA powłoki Acb. Odkryliśmy, że umiarkowany schemat przerywanego spożycia słodzonego tłuszczu silnie uwrażliwia reakcje żerowania wywoływane przez bezpośrednią stymulację GABAA receptory w powłoce Acb. Badaliśmy mechanizmy behawioralne i farmakologiczne leżące u podstaw tego efektu, z naciskiem na możliwy udział lokalnych mechanizmów opiatergicznych i dopaminergicznych w obrębie powłoki Acb.
Metody i materiały
Tematy
Samce szczurów Sprague-Dawley (Harlan Laboratories, Madison, Wisconsin) ważące 300 do 325 g po przybyciu były trzymane w parach w przezroczystych klatkach z dostępem ad libitum do żywności i wody (z wyjątkiem pewnych doświadczeń, jak opisano dalej) w świetle i temperaturze kontrolowane wiwarium. Zostały one utrzymane w cyklu światła / ciemności 12-h (światła włączone w 7: 00 AM). Wszystkie obiekty i procedury były zgodne z wytycznymi dotyczącymi używania i opieki nad zwierzętami przez Narodowy Instytut Zdrowia USA i były nadzorowane i zatwierdzane przez Institutional Animal Care and Use Committee z University of Wisconsin.
Weryfikacja operacji i umieszczenia
Dwustronne kaniule prowadnicy ze stali nierdzewnej skierowane na powłokę Acb (miernik 23) wszczepiono zgodnie ze standardowymi procedurami stereotaktycznymi [szczegóły, patrz Baldo i Kelley (27)]. Współrzędne miejsca infuzji (w milimetrach od bregmy) wynosiły + 3.2 (przednio-tylny); + 1.0 (lateromedial); −5.2 z powierzchni czaszki (dorsoventral). W kaniulach umieszczono mandrynki druciane, aby zapobiec zatorom, a szczury odzyskały dawkę do 7 dni przed testowaniem. Pod koniec każdego eksperymentu określano umiejscowienie kaniuli, oglądając skrawki mózgu wybarwione Nisslem pod mikroskopem świetlnym (dalsze szczegóły, patrz Uzupełnij 1). Szczury z nieprawidłowym umieszczeniem kaniuli zostały usunięte z analizy statystycznej; rozmiary grup podane w tej sekcji reprezentują ostateczne rozmiary grup po pominięciu podmiotów z nieprawidłowymi miejscami.
Narkotyki i mikroinfuzje
Wtryskiwacze ze stali nierdzewnej (miernik 30) obniżono, aby rozciągnąć 2.5 mm za końcówkę kaniuli prowadzącej. Zastrzyki obustronnego ciśnienia wykonano za pomocą pompy microdrive. Leki podawano we wlewie z szybkością .32 μl na minutę. Całkowity czas trwania wlewu wynosił 93 s, co skutkowało całkowitą objętością wlewu .5 μL na stronę. Po infuzjach iniektory pozostawiono na miejscu przez 1 min, aby umożliwić dyfuzję iniekcji przed wymianą mandryn. Muscimol, D- [Ala2, N-MePhe4, Gly-ol] -enkefalina (DAMGO) i d-amfetamina (AMPH) rozpuszczono w sterylnej soli fizjologicznej .9%.
Schemat żywienia smacznego
Szczury były narażone na dwie sesje 30-min (sesja poranna i popołudniowa) dziennie przez 5 kolejne dni. Sesje te odbywały się w klatkach testowych z pleksiglasu, identycznych jak w klatkach domowych, z wyjątkiem podłóg z siatki drucianej, aby umożliwić łatwe zbieranie wycieku żywności. Podczas sesji porannej (11: 00 – 11: 30 AM) szczurom zaproponowano słodzony tłuszcz (grupa eksperymentalna; n = 14) lub standardowa karma (grupa kontrolna; n = 14) i wolno jeść swobodnie. Słodzonym tłuszczem była eksperymentalna dieta Teklad (TD 99200), polegająca na skracaniu z 10% sacharozy, o gęstości energii 6.2 kcal / g (więcej szczegółów, patrz Uzupełnij 1). Woda była dostępna dla obu grup. Następnie wrócono do ich klatek domowych, z jedzeniem i wodą swobodnie dostępnymi. W sesjach popołudniowych (3: 00 – 3: 30 PM) szczury umieszczono ponownie w klatkach testowych, ale obu grupom podano standardową karmę (i wodę). Zatem szczury w grupie doświadczalnej doświadczyły zarówno smacznego jedzenia, jak i standardowej karmy w środowisku testowym. Dokonano tego w celu zaaklimatyzowania grupy eksperymentalnej do przyjmowania karmy w klatkach testowych, ponieważ w drugiej fazie eksperymentu użyto karmy (patrz „Wyzwanie mięśniówki z niską dawką w środowisku testowym” poniżej). Spożycie w klatkach testowych rejestrowano każdego dnia. Standardowa karma dla zwierząt (dieta laboratoryjna Teklad dla gryzoni) i woda były dostępne przez cały czas w klatkach domowych.
Schemat ekspozycji na stres
Ta manipulacja naśladowała smaczny harmonogram karmienia 5-day, z wyjątkiem tego, że szczury w grupie eksperymentalnej (n = 11) w porannych sesjach otrzymywał bodziec awersyjny (stres drapieżnika) zamiast smacznego jedzenia. Każdego szczura umieszczano codziennie w ochronnej klatce z metalowej siatki (7 w × 8 w × 9 in), która była umieszczona na 5 min wewnątrz klatki domowej fretki (naturalny drapieżnik szczurów). Klatki ochronne pozwalały zwierzętom widzieć, słyszeć i wąchać się nawzajem, ale zabroniły fizycznego kontaktu. Wiadomo, że ten poziom narażenia znacznie podwyższa poziom kortykosteronu w osoczu i promuje podwyższone pobudzenie i czujność, które trwają co najmniej 30 min po zakończeniu ekspozycji na fretkę (28,29). Szczury kontrolne (n = 10) umieszczono w identycznych małych klatkach ochronnych i przeniesiono do nowego, ale neutralnego (tj. Bez fretek) pokoju. Po 5-min fretka lub obojętna ekspozycja, szczury doświadczalne i kontrolne usunięto z małych klatek i natychmiast umieszczono w standardowych klatkach testowych z pleksiglasu (patrz „Smaczny schemat karmienia” w celu uzyskania szczegółów) w pomieszczeniu testowym innym niż fretka lub pokój neutralny , dla sesji 30-min (11: 00 – 11: 30 AM). Żywność (standardowa karma dla szczurów) i woda były swobodnie dostępne. Po tej sesji wszystkie szczury wróciły do swoich klatek domowych. W celu dalszego naśladowania smacznego harmonogramu karmienia, wszystkie szczury poddano następnie drugiej codziennej sesji 30-min (3: 00-3: 30 PM) w tych samych klatkach testowych, co ich klatki poranne, ale bez ekspozycji na fretki (lub neutralne) . Ponownie, żywność i woda były swobodnie dostępne na tej popołudniowej sesji. Szczury wracały do swoich klatek domowych po zakończeniu testów.
Powtarzany schemat AMPH
Manipulacja ta naśladowała smaczny schemat karmienia 5-day, z tym wyjątkiem, że szczury w grupie doświadczalnej otrzymywały codziennie AMB wlewy powłoki Acb zamiast smacznego pożywienia na codzienne poranne sesje. Infuzje powłoki AMPH Intra-Acb (2 lub 10 μg, n = 11 dla każdej dawki) lub soli fizjologicznej (n = 20) podano bezpośrednio przed umieszczeniem szczurów w klatkach testowych na ich poranne sesje (11: 00 – 11: 30 AM). Standardowa karma dla szczurów i woda były swobodnie dostępne w tym czasie i rejestrowano spożycie. Hiperaktywność indukowana przez AMPH była monitorowana przez eksperymentatora niewidomego na leczenie, z wykorzystaniem procedury obserwacji zachowania w czasie, w której odnotowano w 20 liczbę wystąpień czterech zachowań (krzyżowanie klatek, wychowanie, wąchanie i pielęgnacja) czas kumuluje się co 5 min dla każdego szczura. Szczury z eksperymentu stresowego drapieżników zostały ponownie wykorzystane w grupie 2-μg AMPH.
Wszystkie szczury otrzymały drugą codzienną ekspozycję na klatki testowe (3: 00-3: 30 PM) przy użyciu standardowej karmy i wody, ale bez infuzji leku. Szczury wracały do swoich klatek domowych po zakończeniu testów.
Wyzwanie mięśniówki o niskiej dawce w środowisku testowym
Po dniach ekspozycji 5 na słodzone tłuszcze, stres drapieżników lub powtarzające się manipulacje AMPH, szczury otrzymały obustronne prowokacje w obrębie powłoki Acb solą fizjologiczną i muscimolem (10 ng / .5 μL na stronę) w środowisku testowym. Sól fizjologiczną podawano wszystkim szczurom w szóstym dniu (tj. W dniu 1 po zaprzestaniu odpowiednich manipulacji 5 w dniu leczenia) i wewnątrzkomórkowym muszlowym muskulacie w siódmym dniu. W każdym z tych dni szczury otrzymywały infuzje powłoki wewnątrz Acb bezpośrednio przed umieszczeniem w klatkach testowych dla ich zwyczajowej sesji popołudniowej (3: 00-3: 30 PM). W tych dniach nie dano żadnych porannych sesji. Żywność (standardowa karma) i woda były swobodnie dostępne. Mierzono spożycie i szczury wracały do swoich klatek domowych po zakończeniu testów. Chow został użyty w tej fazie eksperymentu, ponieważ wszystkie grupy wcześniej otrzymały karmę w środowisku testowym, eliminując tym samym zamieszanie związane z nowością żywności. Ponadto, ponieważ wyjściowe poziomy spożycia karmy były niskie, istniała mniejsza szansa napotkania efektu pułapowego na hiperfagię wywołaną przez musimol.
Podzbiór szczurów narażonych na smaczny tryb żywienia (n = Słodzony tłuszcz 10, n = Kontrole 10 chow) otrzymały dodatkowe infuzje soli fizjologicznej i musymolu 7 dni po zakończeniu protokołu ekspozycji na słodzone tłuszcze bez ekspozycji na słodzone tłuszcze pomiędzy. Trzecią sekwencję infuzji soli fizjologicznej / muscimolu podano szczurom 14 dni po zakończeniu protokołu, ponownie bez żadnej tymczasowej ekspozycji na słodzone tłuszcze.
Należy zauważyć, że kolejność wlewów z solą fizjologiczną i musimolem nie była zrównoważona (tj. Sól fizjologiczna zawsze była pierwsza), tak że w dniu prowokacji solą fizjologiczną można było wykryć ewentualny kontekst lub uwarunkowane cue reakcje żywieniowe bez zakłóceń interpretacyjnych poprzedzającego muscimolu wyzwanie. Należy również zauważyć, że dla grupy AMPH 10-μg podano dodatkowe prowokowanie muscimolem (50 ng) w dniu 8.
Wyzwanie związane z deprywacją żywności w środowisku testowym
Szczury poddawano smacznemu trybowi karmienia dla dni 5, jak opisano wcześniej (n = 10 dla grupy słodzonego tłuszczu, n = 11 dla grupy kontrolnej chow). Szóstego dnia wszystkie zwierzęta otrzymały infuzję soli fizjologicznej i zostały przetestowane w zwykłej sesji popołudniowej (3: 00 – 3: 30 PM) z dostępną standardową karmą i wodą. Nie podano sesji porannej. Następnie wszystkie szczury otrzymały wyzwanie pozbawienia żywności, w którym żywność usunięto z klatek domowych 18 godzin przed badaniem (tj. Wieczorem w dniu prowokacji solą fizjologiczną). Następnego dnia te pozbawione pokarmu szczury otrzymały infuzje soli fizjologicznej w powłoce Acb i umieszczono w klatkach testowych (ze standardową karmą i wodą) o czasie popołudniowym, bez sesji porannej. Mierzono spożycie i szczury wracały do swoich klatek domowych po zakończeniu testów.
DAMGO / Muscimol Uczulenie krzyżowe
W tym eksperymencie zastosowaliśmy nieco inną konstrukcję, ponieważ 2.5-μg DAMGO powoduje sedację na pierwszej ekspozycji na szczury; ta sedacja zmniejsza się w przybliżeniu 30 do 45 min (po czym szczury zaczynają jeść przez ~ 90 min). Dlatego wykorzystaliśmy pojedynczą sesję 2-godzinną, bez sesji popołudniowej. Szczurom utrzymywanym ad libitum podawano cztery wlewy dożylne (jeden wlew dziennie, co drugi dzień) jałowej soli fizjologicznej XXUMX (n = 7) lub DAMGO (2.5 μg / .5 μL na stronę; n = 6). Po infuzji szczury natychmiast umieszczono w klatkach testowych dla 2 h (11: 00 AM-1: 00 PM) z dostępem do standardowej karmy i wody. Czterdzieści osiem godzin po ostatnim z powtarzanych zabiegów, pacjenci otrzymywali wlew jałowy soli fizjologicznej w powłoce Acb i umieszczano w klatkach testowych dla godzin 2 ze standardową karmą i wodą. Dwa dni później prowokowano je muscimolem (10 ng / .5 μL), ponownie umieszczano bezpośrednio po infuzji w klatkach testowych przez godziny 2 przy użyciu standardowej karmy i wody. W każdym dniu testowym rejestrowano spożycie, a szczury wracały do swoich klatek domowych natychmiast po zakończeniu sesji testowej.
Analiza statystyczna
Dwuskładnikowe analizy wariancji (leczenie × dzień lub historia leczenia × prowokacja lekowa, odpowiednio) z planowanymi porównaniami zastosowano do oceny różnic między manipulacjami eksperymentalnymi (dieta, leczenie lekami, stres) i odpowiednimi kontrolami. Alfa została ustawiona na p <05. Analizy przeprowadzono przy użyciu oprogramowania StatView (SAS Institute, Cary, North Carolina).
Efekt
Przerywane napady spożycia słodzonego tłuszczu uczulają reakcję żywieniową wywołaną przez Intra-Acb Shell Muscimol
Spożycie słodzonego tłuszczu w porannych sesjach karmienia nasiliło się w trakcie protokołu przerywanego dostępu 5-day [F(4,52) = 13.3; p <0001; Rysunek 1A]. Piątego dnia średnie spożycie słodzonego tłuszczu wynosiło 4.9 g, co odpowiada 30.4 kcal, w porównaniu ze średnim spożyciem 1.8 kcal chow w grupie kontrolnej. Co ważne, w trakcie protokołu 5-day nie było ogólnych różnic w masie ciała między grupami słodzonego tłuszczu i karmy [F(1,26) = .3; nieistotne (ns)] i brak interakcji dieta × dzień na masę ciała [F(4,104) = 1.2; ns]. Stąd, szczury w grupie doświadczalnej wydawały się kompensować zwiększone spożycie kalorii, prawdopodobnie przez zmniejszenie ich spożycia karmy ad libitum w klatkach domowych (tj. Krótkie epizody ekspozycji na słodzone tłuszcze nie powodowały efektów podobnych do otyłości). W sesjach popołudniowych, w których obu grupom zaproponowano karmę, nie było różnic między grupami w zakresie spożycia i interakcji bez diety × dzień (Fs = .2 – 1.3; ns). Dlatego rano słodzona ekspozycja na tłuszcz nie wpłynęła na niski wskaźnik karmienia obserwowany w popołudniowych sesjach chow-intake.
Po zakończeniu tego protokołu o przerywanym dostępie wszystkie szczury prowokowano wlewami otoczki Acb soli fizjologicznej i muscimolu (10 ng). Szczury narażone na słodzone tłuszcze nie wykazywały zmienionej odpowiedzi żywieniowej na prowokację solą fizjologiczną w porównaniu z grupą kontrolną narażoną na chow. Jednakże wykazały one silne, bardzo znaczące uczulenie na spożycie pokarmu indukowanego przez muscimol (dieta × interakcja lekowa [F(1,26) = 13.6, Str. = .001; Rysunek 2 do konkretnych porównań]. Pobór wody był niezmieniony. Jak pokazano w Rysunek 2, uczulenie na muscimol nadal występowało po dniach 7 po reżimie słodzonego tłuszczu [F(1,18) = 9.3; p = .007]; 14 dni po ekspozycji, jednak uczulona odpowiedź zmniejszyła się [F(1,14) = 1.6; ns]. Wreszcie szczury narażone na działanie słodzonego tłuszczu nie wykazały zwiększonej odpowiedzi żywieniowej na wyzwanie związane z deprywacją pożywienia 18 w porównaniu z ich odpowiednikami narażonymi na chow [[F(1,19) = .004, ns; Rysunek 2].
Wzbudzanie krzyżowe między receptorem opioidowym μ a stymulacją receptora GABA w powłoce Acb
Jak pokazano w Rysunek 3, powłoka wewnątrz Acb DAMGO wywołała silną hiperfagię w każdym z dni wstrzyknięcia 4 fazy „powtórzonego DAMGO” [F(1,11) = 62.3; p <.0001]. Po tych powtarzających się traktowaniach, poddaliśmy szczury solance i muscymolowi; dla tych wyzwań analiza wariancji przyniosła silne główne skutki historii leczenia przewlekłego [F(1,11) = 7.8; p = .018] i wyzwanie narkotykowe [F(1,11) = 12.1; p = .005], ale bez interakcji [F(1,11) = 1.4; ns]. Niemniej jednak, planowane porównania pomiędzy grupami DAMGO i solą fizjologiczną dla każdego z wstrzyknięć prowokacyjnych ujawniły, że przyjmowanie pokarmu w odpowiedzi na prowokację musimolem w powłoce Acb było znacząco wyższe u szczurów leczonych DAMGO w porównaniu ze szczurami poddanymi działaniu soli fizjologicznej (p <05), ale odpowiedź na prowokację solanką nie różniła się między grupami.
Brak nadwrażliwości na mięśniak po wielokrotnym, przerywanym narażeniu na stres lub naparach AMPH Shell AMPH
Przeprowadzono dwa eksperymenty w celu zbadania skutków narażenia drapieżnika i powtarzanych terapii AMPH po późniejszej reakcji na muscimol. Po pierwsze, szczury poddano przerywanemu reżimowi ekspozycji na drapieżniki 5-day, a następnie wyzwaniu soli fizjologicznej powłoki wewnątrz Acb i muslimolu (10 ng). Jak pokazano w Rysunek 4, ta historia narażenia na stresor nie zmieniła odpowiedzi żywieniowej na kolejne wyzwanie muscimol [F(1,19) = 1.1, ns]. Następnie te same szczury poddano reżimowi 5-dnia codziennych wlewów AMPH otoczki (2 μg). Zgodnie z oczekiwaniami, AMPH spowodował silną aktywację silnika, co znalazło odzwierciedlenie w „złożonych ocenach aktywności” w krzyżowaniu klatek, chowie, wąchaniu i pielęgnacji (patrz Metody i materiały) w porównaniu ze szczurami traktowanymi solanką [F(1,22) = 53.9; p <0001; Rysunek 5A], wskazując, że dawka była wyraźnie aktywna behawioralnie. Leczenie ostrego AMPH nie zmieniło jednak zachowania pokarmowego [interakcja leczenie × dzień: F(4,76) = .5, ns; dane nie pokazane]. Po zakończeniu powtarzanej fazy eksperymentu AMPH lub traktowania solą fizjologiczną, wszystkie szczury prowokowano solą skorupkową wewnątrz Acb i muscimolem. AMPH nie zmieniał znacząco wrażliwości na karmienie indukowane muscimolem (Rysunek 5B). Wystąpił znaczący efekt leczenia przed zabiegiem [F(1,19) = 3.6; p = .02]; jednak planowane porównania ujawniły, że ta interakcja była głównie spowodowana dużą różnicą w odpowiedziach na wyzwania saline versus muscimol w grupie AMPH (p = .0009). Jednakże nie było znaczącej różnicy między grupami soli fizjologicznej i AMPH w odpowiedzi na prowokację muscimolem (p = .11).
Aby dokładniej zbadać wpływ wielu wlewów AMPH na czułość muscimolu (biorąc pod uwagę, że stresujące szczury były ponownie wykorzystywane do eksperymentu AMPH i to wcześniejsze doświadczenie stresowe mogło zmodyfikować ich odpowiedzi AMPH), przeprowadzono drugi eksperyment w oddzielnej grupie szczurów naiwnych, w których pacjenci przeszli reżim 5-dniowy wlewów w obrębie Acb o wyższej dawce AMPH (10 μg), po którym następowały prowokacje wewnątrz-Acb z użyciem soli fizjologicznej i dwóch dawek muscimolu (10 i 50 ng). Ponownie zaobserwowaliśmy silną aktywację ostrego silnika w odpowiedzi na infuzje AMPH [F(1,22) = 83.7; p <0001; Rysunek 6], ale nie ma wpływu na karmienie [F(4,76) = 1.7, ns]. Gdy te szczury prowokowano albo 10-ng albo 50-ng wewnątrz-Acb muszlą musimolową, nie wykazały one uczulonych odpowiedzi żywieniowych [F(2,38) = 1.4; ns]. Jako kontrolę pozytywną szczury z grupy AMPH poddano następnie reżimowi słodzonego tłuszczu 5-dni (i szczurom z grupy soli fizjologicznej do reżimu chow); wszystkie szczury prowokowano następnie wlewem otoczkowym Acb 10-ng muscimol. U tych szczurów zaobserwowaliśmy uczuloną reakcję żywieniową muscimolu po ekspozycji na słodzone tłuszcze [F(1,19) = 5.8; p = .027; wstawka, Rysunek 6], wykazując, że te same szczury, które nie wykazały uczulenia po wielokrotnych wlewach AMPH, były zdolne do rozwoju i wyrażania uczulenia na muscimol w odpowiedzi na ekspozycję na słodzone tłuszcze.
Miejsca docelowe kaniuli
Rysunek 7 pokazuje schemat mapowania umieszczeń kaniuli ze wszystkich eksperymentów w tym badaniu. Jak widać na rysunku, zdecydowana większość miejsc (95%) mieściła się w przedniej części środkowej powłoki Acb, w tym w odległym sektorze dziobowym. Pięć procent miejsc docelowych spadło tylko do ogona do środkowego punktu przedniej części skorupy, w obrębie sektora, który przynosi apetyczne odpowiedzi, ale rostral do strefy, która daje zachowania defensywne (18). We wszystkich eksperymentach rozmieszczenie w tych strefach było równomiernie reprezentowane i nie było systematycznych różnic w skutkach behawioralnych lub farmakologicznych z powodu zmienności położenia w osi przednio-tylnej.
Dyskusja
W tym badaniu zademonstrowaliśmy nowy rodzaj adaptacji żywieniowej w mózgu. Przerywane napady spożycia słodzonego tłuszczu silnie uwrażliwiają efekt karmienia wywołany przez niską dawkę prowokacji muscimolem w powłoce Acb; uczulony efekt był w przybliżeniu równy działaniu wytwarzanemu przez pięciokrotnie wyższą dawkę muscimolu u naiwnych szczurów. Ta nadwrażliwość nie wydaje się być niespecyficzną konsekwencją uogólnionego pobudzenia lub zróżnicowania środowiskowego związanego z okresowym narażeniem na słodzone tłuszcze. W związku z tym powtarzające się narażenie na silnie pobudzające bodźce (okresowa ekspozycja na stresory), nawet te o pozytywnej wartościowości motywacyjnej (wewnątrzszpikowy AMPH) (30-33), nie były wystarczające do uczulenia na karmienie indukowane muscimolem. W przeciwieństwie do tego, wlewy DAMGO w powłoce wewnątrz Acb, które wywoływały karmienie podczas fazy uwrażliwienia-indukcji eksperymentu, powodowały silne uczulenie krzyżowe na muscymol. W związku z tym do indukcji uczulenia na GABA wymagana jest powszechna właściwość spożycia słodzonego tłuszczu i spożycia karmy przez opioidy oparte na μ-opioidach, oprócz zwiększenia pobudzenia ogólnego. Niewątpliwie świadczy to o tym, że właściwości orosensoryczne lub postestestacyjne właściwe dla cukru lub tłuszczu nie są obowiązkowe dla rozwoju uczulenia na muscimol. Zamiast tego, wspólnym mechanizmem indukującym może być powtarzające się sygnalizowanie μ-opioidami w powłoce Acb, wytwarzane przez egzogenne podawanie DAMGO lub uwalnianie endogennego peptydu opioidowego µ wywołane przez obżarstwo słodzonego tłuszczu.
W tym względzie wykazano, że stymulacja receptorów opioidowych μ w obrębie Acb na poziomie Acb powoduje uwrażliwienie na opioidy i warunkową reakcję żywieniową na kolejne prowokacje solą fizjologiczną (34). Efekty te są niezależne od dopaminy (35), podobnie jak inne zlokalizowane w Acb, μ-procesy, w których pośredniczą opioidy, takie jak zwiększenie hedonicznej reaktywności smakowej (30,36,37). Ogólnie rzecz biorąc, niepowodzenie powtarzających się wlewów AMPH w celu uwrażliwienia karmienia wywołanego przez muscimol zgadza się z tymi ustaleniami; zatem uczulenie krzyżowe na opioid-GABA może stanowić rodzaj neuroadaptacji niezależnej od dopaminy w Acb. Co ciekawe, nie zaobserwowaliśmy warunkowej odpowiedzi żywieniowej na prowokację solą fizjologiczną u szczurów leczonych DAMGO. Należy jednak pamiętać, że indukcja efektu karmienia warunkowanego opioidami może być zmienna i wymagać więcej niż czterech powtarzanych zabiegów (V. Bakshi, komunikacja osobista, czerwiec 2012). Niezależnie od tego, wyniki te wskazują, że warunkowy efekt karmienia (przynajmniej taki, który można ujawnić przez prowokację solą fizjologiczną) nie jest wymagany do ekspresji krzyżowego uczulenia na opioid-GABA. Co więcej, nigdy nie zaobserwowaliśmy wzmożonej reakcji żywieniowej u szczurów narażonych na słodzone tłuszcze w popołudniowych sesjach chow lub w odpowiedzi na wyzwania związane z solą fizjologiczną lub głodem, co wskazuje na pewien stopień swoistości mechanizmu wywoływania dla uczulonej odpowiedzi żywieniowej.
Mechanizm neuronalny leżący u podstaw zachowania żywieniowego wywołanego przez muscimol i inne manipulacje aminokwasami w powłoce Acb wydaje się być zaburzeniem równowagi wzbudzania i pośredniczonej przez GABA zależnej od AMPA sygnalizacji hamowania na neuronach o średniej kolczastości. Gdy efektem netto jest zmniejszenie aktywności tych neuronów, albo przez hamowanie za pośrednictwem GABA, albo przez blokowanie receptorów glutaminianowych typu AMPA, wyzwalana jest silna hiperfagia (14,23,38,39). Stąd, oszczędnym wyjaśnieniem naszych wyników jest to, że powtarzająca się aktywacja receptorów opioidowych μ (przez egzogennie podawane DAMGO lub uwalnianie endogennego peptydu opioidowego wywołane przez wąchanie słodzonego tłuszczu) powoduje albo bezpośrednią zmianę w GABAA wrażliwość receptora per se lub bardziej ogólna zmiana równowagi transmisji pobudzającej / hamującej, tak że próg hamowania za pośrednictwem GABA jest łatwiejszy do osiągnięcia. Powtarzane leczenie agonistą opioidowym (morfiną) powoduje pewne efekty w tym kierunku, takie jak regulacja w górę GABAA miejsca wiązania i stymulowany przez muscimol wychwyt chlorków w synaptosomach (40), powiększenie GABAA wyrażenie podjednostki δ w powłoce Acb (41) i internalizacja podjednostki GluR1 receptorów AMPA w powłoce Acb (42). Każdy z tych mechanizmów (lub ich kombinacja) na poziomie powłoki Acb mógłby wywołać nadwrażliwość na indukowane przez muscimol hamowanie nerwów. Niemniej jednak możliwe są inne wyjaśnienia; na przykład mogą również występować neuroadaptacje w „wyjściowych” węzłach sieci, przez które wyrażane są zachowania żywieniowe za pośrednictwem powłoki Acb (takie jak boczne podwzgórze). Potrzebne są dodatkowe badania, aby przetestować tę możliwość.
Jeśli chodzi o znaczenie kliniczne tych wyników, interesującą możliwością jest to, że nadwrażliwość GABA w powłoce Acb rozwija się w odpowiedzi na okoliczności środowiskowe, które powodują przerywane, fazowe podwyższenie sygnalizacji μ-opioidów, takie jak powtarzające się „skoki” smacznego karmienia. W tym kontekście zmiana GABA może stanowić mechanizm wyprzedzający dla dalszego rozregulowanego zachowania apetycznego. Nasze wyniki mogą mieć również implikacje dla zrozumienia efektów „crossover” między nagrodą za żywność a niektórymi narkotykami. Jednym z oczywistych kandydatów jest alkohol (EtOH), którego efekty są modulowane zarówno przez opioidy μ, jak i GABA w Acb (43-45). Co ciekawe, niektóre badania donoszą o związkach między zachciankami pokarmowymi, objadaniem się a patologicznym używaniem alkoholu u ludzi (46,47). W badaniach na zwierzętach GABA lub blokada receptora opioidowego w powłoce Acb zmniejszają spożycie EtOH [(48,49), ale patrz Stratford i Wirtshafter (50)], i, uderzająco, EtOH jest samo-zarządzany bezpośrednio do powłoki Acb (51). Co więcej, ostatnie badanie pozytronowej tomografii emisyjnej ujawniło, że sygnalizacja μ-opioidowa w Acb towarzyszy spożyciu słodzonego napoju alkoholowego (52). Na poziomie komórkowym wykazano, że GABA zlokalizowany w powłoce AcbA receptory zawierające podjednostkę δ modulują wpływ behawioralny konsumpcji EtOH w niskiej dawce (53); jak wspomniano wcześniej, ekspresja genu dla tej podjednostki jest zwiększona w powłoce Acb przez powtarzaną stymulację receptora opioidowego μ (41). Stąd możliwe jest, że uwalnianie peptydów opioidowych μ przez „przekąskę” smacznego pożywienia w kontekście picia EtOH lub spożycia słodzonych napojów EtOH (takich jak te sprzedawane młodym pijącym) może zaangażować się szybko rozwijających się neuroadaptacji zależnych od opioidów w obwodach kodowanych aminokwasami powłoki Acb. Hipoteza ta, choć spekulatywna, prowadzi do sprawdzalnych przewidywań dotyczących możliwego kontekstu, w którym uczulenie GABA w obwodach nagradzania mózgów osób podatnych na zagrożenia mogłoby umożliwić smaczny pokarm służący jako „narkotyk bramkowy” dla eskalacji porcji żywności i spożycia EtOH.
Materiał uzupełniający
Dodatkowy plik
Podziękowanie
Praca ta była wspierana przez National Institutes of Health Grant Nos. DA 009311 i MH 074723. Podzbiór tych danych przedstawiono w formie abstrakcyjnej na spotkaniu 2009 w ramach konferencji Society for Study of Ingestive Behaviour w Portland w stanie Oregon.
Przypisy
Autorzy nie zgłaszają żadnych biomedycznych interesów finansowych ani potencjalnych konfliktów interesów.
Materiał uzupełniający cytowany w tym artykule jest dostępny online.
Referencje
;
