Psiquiatria Biol. 2008 Dec 1; 64 (11): 941-50. Epub 2008 Jul 26.
Teegarden SL, Nestler EJ, Bale TL.
fonte
Departamento de Biologia Animal, Universidade da Pensilvânia, Filadélfia, PA 19104-6046, EUA.
Sumário
TEMA:
A sensibilidade à recompensa tem sido implicada como um fator predisponente para comportamentos relacionados ao abuso de drogas, bem como excessos. No entanto, os mecanismos subjacentes que contribuem para recompensar a sensibilidade são desconhecidos. Nossa hipótese é que uma desregulação na sinalização da dopamina pode ser uma causa subjacente da elevada sensibilidade à recompensa, na qual estímulos recompensadores poderiam agir para normalizar o sistema.
MÉTODOS:
Usamos um modelo genético de camundongo de aumento da sensibilidade à recompensa, o rato sobreexpressivo FosB, para examinar as mudanças na via de recompensa em resposta a uma dieta rica em gordura e palatável. Marcadores de sinalização de recompensa nestes ratos foram examinados basalmente e após 6 semanas de exposição à dieta palatável. Os ratos foram examinados em um teste comportamental após a retirada da dieta rica em gordura para avaliar a vulnerabilidade deste modelo para a remoção de estímulos recompensadores.
RESULTADOS:
Nossos resultados demonstram uma ativação da via de recompensa alterada ao longo dos circuitos de área tegmentar do núcleo accumbens-hipotalâmico-ventral resultantes da superexpressão do Delta FosB no núcleo accumbens e nas regiões estriadas. Níveis de proteína de ligação ao elemento de resposta a monofosfato de adenosina cíclico monofosfato fosforilado (cAMP) (pCREB), fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), e a fosfoproteína dopaminérgica e regulada pela adenosina monofosfato cíclica com uma massa molecular de 32 kDa (DARPP-32) no nucleus accumbens foram reduzidas em camundongos Delta FosB, sugerindo redução da sinalização da dopamina. Seis semanas de exposição à dieta rica em gordura atenuaram completamente essas diferenças, revelando a capacidade de recompensa potente de uma dieta saborosa. Os murganhos Delta FosB também mostraram um aumento significativo na actividade locomotora e respostas relacionadas com a ansiedade 24 horas após a retirada de gordura elevada.
CONCLUSÕES:
Esses resultados estabelecem uma sensibilidade subjacente às mudanças na recompensa relacionadas à desregulação da sinalização de Delta FosB e da dopamina que pode ser normalizada com dietas saborosas e pode ser um fenótipo predisponente em algumas formas de obesidade..
Introdução
Apesar do nosso crescente conhecimento dos sistemas neurais que controlam o apetite e a saciedade, as taxas de obesidade continuam a aumentar nos Estados Unidos. Os tratamentos medicamentosos atuais têm eficácia limitada e as modificações comportamentais sofrem de uma adesão mínima a longo prazo (1). O consumo de alimentos caloricamente densos e palatáveis tem sido associado a mudanças nas vias de estresse e recompensa no cérebro, sugerindo que as propriedades recompensadoras de tais alimentos podem anular os sinais de balanço de energia (2-4). Alimentos ricos em gordura atuam como recompensas naturais, ativando centros de recompensa do cérebro de maneira similar às drogas de abuso e, como tal, têm sido usados em paradigmas de autoadministração (5-8). Assim, é provável que comportamentos e motivação para excessos e abuso de drogas compartilhem mecanismos subjacentes comuns, potencialmente abrindo novos caminhos de tratamento para ambas as condições.
Ao estudar a relação entre alimentos saborosos e vias que regulam a recompensa e o estresse no cérebro, Nós já identificamos marcadores moleculares e bioquímicos de redução de recompensa e aumento de estresse após a retirada de uma dieta rica em gorduras palatáveis (HF). Semelhante a drogas de abuso, a exposição a uma dieta palatável em nossos estudos resultou em níveis aumentados do fator de transcrição ΔFosB no nucleus accumbens (NAc), uma estrutura de recompensa central do cérebro (9, 10). Os camundongos que superexpressam indutivamente ΔFosB mostram aumento da resposta instrumental para uma recompensa alimentar (11), tornando-os uma ferramenta valiosa para examinar o papel da sensibilidade à recompensa e a desregulação do sistema de recompensa em longo prazo nas respostas bioquímicas e moleculares a uma dieta saborosa.
No presente estudo, utilizamos os camundongos com overFosB-overexpressing para examinar as alterações a longo prazo nos marcadores de recompensa no neurocircuito NAc-hipotálamo-área tegmentar (VTA) em resposta a uma dieta palatável de HF. Com base em estudos prévios nesses camundongos sensíveis à recompensa, hipotetizamos que as alterações induzidas pela ΔFosB na sensibilidade à recompensa envolvem uma desregulação na sinalização da dopamina resultante da realimentação da NAc para a VTA. Além disso, hipotetizamos que a exposição a uma recompensa natural de uma dieta HF densa em energia normalizaria o sistema dopaminérgico nesses camundongos, resultando em uma resposta exagerada ao estresse de abstinência desta dieta HF.. O aspecto único da utilização de uma dieta palatável como uma substância recompensadora nos permite incluir as entradas hipotalâmicas para recompensar os circuitos em um fenótipo que pode ser preditivo de uma população predisposta à obesidade resistente ao tratamento. Para examinar esta hipótese, estudamos marcadores de neurotransmissão de dopamina, incluindo pCREB, BDNF e DARPP-32 na NAc e tirosina hidroxilase e o transportador de dopamina na VTA, após a exposição a HF. Também examinamos marcadores específicos de balanço energético conhecidos por influenciar a produção de dopamina, incluindo receptores de leptina e orexina na expressão de VTA e orexina no hipotálamo lateral.
Materiais e Métodos
Animais
Ratinhos machos bitransgênicos que superexpressam indutivamente ΔFosB em neurônios positivos para dinorfina no NAc e estriado dorsal (Kelz et al., 1999) foram gerados em um ambiente misto (ICR: C57Bl6 / SJL) no Centro Médico da Universidade do Texas e mantido e testado na Universidade da Pensilvânia. Todos os camundongos foram mantidos em doxiciclina (100 μg / ml na água de bebida) até a chegada na Universidade da Pensilvânia. Para induzir superexpressão, a doxiciclina foi removida (n = 23) (12). Os ratos de controlo (n = 26) continuaram a receber o fármaco. Os ratinhos foram atribuídos a grupos de dieta oito semanas após a remoção da doxiciclina, altura em que se verificou que a expressão atinge níveis máximos (13). Os ratinhos foram mantidos num ciclo 12: 12 claro-escuro (luzes no 0700) com alimentos e água disponíveis ad libitum. Todos os estudos foram realizados de acordo com protocolos experimentais aprovados pelo Comitê Institucional de Uso e Cuidados com Animais da Universidade da Pensilvânia, e todos os procedimentos foram conduzidos de acordo com as diretrizes institucionais.
Exposição à dieta
Os ratinhos foram mantidos em comida caseira (n = 16) ou colocados em HF (n = 16-17) durante seis semanas. A dieta doméstica (Purina Lab Diet, St. Louis, MO) continha 4.00 kcal / g, consistindo em 28% de proteína, 12% de gordura e 60% de carboidrato. A dieta HF (Research Diets, New Brunswick, NJ) continha 4.73 kcal / g, consistindo em 20% de proteína, 45% de gordura e 35% de carboidrato.
Bioquímica e expressão gênica
Os ratos foram analisados após seis semanas de exposição à dieta. Os cérebros foram removidos do crânio e congelados inteiros em gelo seco ou NAc dissecado (aproximadamente 0.5 - 1.75 mm de bregma, a uma profundidade de 3.5 - 5.5 mm) e congelados em azoto líquido. O tecido foi armazenado a -80 ° C até ser ensaiado.
Análises bioquímicas
Métodos para Western blots são descritos em materiais suplementares. Os anticorpos utilizados foram: Cdk5, CREB e BDNF (1: 500, Biotecnologia Santa Cruz, Santa Cruz, CA) e fosfo-CREB (pCREB) (Ser 133) (1: 500, Cell Signalling Technology, Danvers, MA).
Autoradiografia do receptor
Métodos detalhados para autorradiografia são descritos em materiais suplementares. Os ligandos utilizados foram 2 nM H3 - SCH 23390 e 5 nM H3 - spiperone (Perkin Elmer, Boston, MA).
Hibridização in situ
O processamento e a hibridao do tecido foram realizados como previamente descrito (14). A sonda DARPP-32 foi gentilmente cedida por P. Greengard (Universidade Rockefeller) e a sonda de orexina por J. Elmquist (Centro Médico do Sudoeste da Universidade do Texas). As lâminas analisadas para DARPP-32 foram aplicadas a película durante 3 dias e as lâminas analisadas quanto à orexina foram apostas a película durante 4 dias. A quantificação das imagens do filme foi realizada conforme descrito anteriormente (10).
QRT-PCR
Isolou-se ARN da VTA e express� de genes individuais avaliados utilizando ensaios de express� g�ica TaqMan (Applied Biosystems, Foster City, CA). Métodos detalhados e análises estatísticas podem ser encontrados em materiais suplementares.
Análises comportamentais
A fim de examinar os efeitos da sensibilidade à recompensa nas mudanças comportamentais induzidas pela dieta, um subgrupo de camundongos foi retirado da IC após quatro semanas de exposição e retornou à dieta doméstica (n = controle 9, n = 8 ΔFosB). Vinte e quatro horas após a retirada, os ratos foram expostos ao teste de campo aberto de acordo com o nosso paradigma de retirada de dieta publicado anteriormente (10). Resumidamente, o rato foi colocado no centro do aparelho de campo aberto e monitorado por cinco minutos. Linhas cruzadas totais, bolus fecal, tempo no centro e cruzamentos para o centro foram medidos.
Estatísticas
Todos os dados, exceto Western blots, foram analisados usando uma ANOVA de duas vias seguida pelo teste PLSD de Fisher com tratamento com doxiciclina (expressão de ΔFosB) e condição da dieta como variáveis independentes. Para análises de RT-PCR, um valor P reduzido foi utilizado para corrigir múltiplas comparações dentro de grupos de genes relacionados (ver materiais suplementares). Os Western blots foram analisados usando um teste t de student com tratamento com doxiciclina como variável independente, comparando as densidades ópticas dentro do mesmo blot. Todos os dados são apresentados como média ± SEM.
Resultados
Diferenças bioquímicas basais
Para elucidar as vias moleculares que fundamentam a sensibilidade de recompensa aumentada em camundongos com superexpressão de ΔFosB, os níveis de várias moléculas de sinalização chave foram examinados no NAc. Houve uma tendência de aumento dos níveis de Cdk5 no NAc de camundongos ΔFosB em comparação com os animais de controle da ninhada mantidos em doxiciclina (F = 5.1, P = 0.08; Fig. 1A). Os camundongos ΔFosB expressaram níveis significativamente reduzidos de pCREB (F = 7.4, P <0.05; Fig. 1B), bem como níveis totais de CREB (F = 5.4, P = 0.05; Fig. 1C). Uma redução significativa no BDNF também foi observada no NAc de camundongos ΔFosB (F = 10.6, P <0.05; Fig. 1D).
Figura 1
Camundongos superexpressando ΔFosB exibiram marcadores bioquímicos de sinalização reduzida de dopamina no NAc
Ingestão de alimentos e peso corporal na dieta hiperlipídica
Em seguida, examinamos os efeitos de uma dieta HF naturalmente gratificante nas alterações nas moléculas de sinalização nos camundongos com superexpressão de ΔFosB. Não houve diferenças entre os camundongos ΔFosB e controles na ingestão de alimentos em casa ou HF. No entanto, houve uma diminuição geral na ingestão calórica normalizada para o peso corporal quando exposto a HF que era específico para os camundongos ΔFosB (F = 11.2, P <0.01; Fig. 2A). No final de seis semanas de exposição à dieta, os camundongos que receberam HF pesavam significativamente mais do que aqueles em dieta alimentar (F = 17.2, P <0.001), e os camundongos ΔFosB pesavam menos no geral do que os controles (F = 5.6, P <0.05; Fig. 2B). Este efeito foi específico para diferenças entre os grupos na dieta alimentar (P <0.05).
Figura 2
Camundongos superexpressivos ΔFosB não mostraram diferenças na ingestão de alimentos tanto na ração ou dieta rica em gordura (HF)
Diferenças bioquímicas na dieta rica em gordura
Para determinar como as diferenças basais na sinalização de NAc podem ser alteradas pela dieta de HF, as mesmas proteínas de sinalização estudadas no início do estudo foram examinadas em animais que receberam seis semanas de IC. Não houve diferenças significativas nos níveis de Cdk5 (Fig. 3A). Os níveis de pCREB e CREB total não foram mais diferentes após seis semanas de IC (Fig. 3B, C). Os níveis de BDNF foram significativamente elevados em camundongos ΔFosB após seis semanas de exposição a HF (F = 6.5, P = 0.05; Fig. 3D).
Figura 3
Dieta hiperlipídica (HF) melhora as diferenças de sinalização observadas no NAc de camundongos superexpressando ΔFosB
Autoradiografia do receptor de dopamina
Usamos a autorradiografia do receptor para avaliar se as alterações induzidas por ΔFosB na sinalização da dopamina no NAc estão relacionadas às mudanças na expressão do receptor de dopamina (Fig. 4A). A dieta rica em gordura pareceu aumentar ligeiramente a densidade de ligação ao receptor de dopamina D1 (P = 0.14), e esta diferença foi maior em camundongos ΔFosB (Fig. 4B). Houve também uma tendência para um aumento na área de ligação D1 após HF (P = 0.06), e o teste post hoc mostrou que isso é significativo nos camundongos ΔFosB (P <0.05; Fig. 4C). Em contraste com os receptores D1, nenhuma mudança na densidade de ligação do receptor D2 (controle de comida = 97.6 ± 6.9, controle HF = 101.1 ± 8.2, ΔFosB chow = 91.6 ± 1.0, ΔFosB HF = 94.8 ± 9.5) ou área de ligação (controle de comida = 47.3 ± 3.4, controle HF = 53.8 ± 6.0, ΔFosB chow = 51.9 ± 3.7, ΔFosB HF = 49.0 ± 3.3) no NAc.
Figura 4
Dieta hiperlipídica (HF) levou a alterações na ligação do receptor de dopamina D1 e expressão de DARPP-32 no nucleus accumbens (NAc) de camundongos superexpressando ΔFosB
Expressão de DARPP-32 no NAc
A hibridização in situ foi usada para determinar os níveis de expressão de DARPP-32 no NAc (Fig. 4D). A dieta rica em gordura aumentou significativamente a expressão de DARPP-32 nesta região do cérebro (F = 5.1, P <0.05), e houve uma interação significativa entre a dieta e a expressão de ΔFosB (F = 8.9, P <0.05), com camundongos ΔFosB mostrando uma maior mudança induzida pela dieta (Fig. 4E). Uma diferença basal na expressão de DARPP-32 entre camundongos de controle e ΔFosB foi revelada por teste post hoc (P <0.01), bem como um aumento significativo na expressão de DARPP-32 nos camundongos ΔFosB em HF (P <0.01).
Expressão gênica na VTA
QRT-PCR foi utilizado para avaliar as alterações na expressão gênica no VTA, visando vários genes-chave previamente implicados na regulação da recompensa. Todas as amostras foram normalizadas para β-actina. Para garantir que a expressão da β-actina não foi alterada pelo tratamento, um ensaio separado foi executado para comparar a β-actina a um segundo controle interno, GAPDH. Não houve diferenças significativas na expressão de β-actina (valores de ΔCT, β-actina - GAPDH: ração de controle = 2.29 ± 0.21, HF de controle = 2.01 ± 0.04, ração de ΔFosB = 2.32 ± 0.49, ΔFosB HF = 2.37 ± 0.10).
Uma tendência para uma interação entre a expressão de ΔFosB e o tratamento com dieta foi observada para a expressão de tirosina hidroxilase (F = 3.6, P <0.06; Fig. 5A). Seis semanas de exposição ao HF pareceram diminuir a expressão da tirosina hidroxilase em camundongos de controle e aumentar a expressão em camundongos ΔFosB. Uma interação significativa entre a expressão de ΔFosB e a exposição à dieta foi observada para a expressão do transportador de dopamina (F = 6.7, P <0.03; Fig. 5B). Semelhante à tirosina hidroxilase, a exposição a HF reduziu a expressão do transportador de dopamina em camundongos controle e aumentou significativamente a expressão em camundongos ΔFosB (P <0.05). A diferença basal na expressão do transportador de dopamina entre os camundongos controle e ΔFosB não atingiu significância (P = 0.16), mas após 6 semanas de HF, os camundongos ΔFosB expressaram níveis significativamente elevados de transportador de dopamina em comparação com os controles (P <0.05).
Figura 5
A exposição à dieta rica em gordura (HF) e à expressão de ΔFosB levaram a mudanças na expressão de várias moléculas-chave na VTA
Houve uma tendência indicando um efeito do aumento da expressão de ΔFosB para reduzir os níveis de TrkB no VTA (F = 5.7, P <0.04; Fig. 5C). Embora não tenha havido nenhum efeito principal na expressão do receptor κ-opioide, houve uma tendência para a expressão reduzida em camundongos ΔFosB (P = 0.08; Fig. 5D). A expressão do receptor de leptina também foi determinada no VTA. Um efeito significativo de exposição à dieta foi encontrado (F = 6.1, P <0.03), com HF reduzindo significativamente os níveis do receptor de leptina no VTA em ambos os camundongos ΔFosB e controle (Fig. 5E). A expressão do receptor 1 da orexina no VTA também foi examinada. Houve um efeito significativo da dieta na expressão do receptor de orexina (F = 9.0, P <0.02), com camundongos expostos a HF expressando níveis mais elevados no VTA (Fig. 5F). Houve também uma tendência para os camundongos ΔFosB expressarem níveis gerais mais elevados do receptor 1 da orexina nesta região do cérebro (P <0.05).
Expressão de orexina no hipotálamo lateral
Medimos os níveis de orexina no hipotálamo lateral, a origem da inervação orexinérgica do VTA, por hibridização in situ (Fig. 6A). Houve uma interação significativa entre a expressão de ΔFosB e a exposição à dieta na expressão de orexina (F = 9.1, P <0.01), com HF aumentando significativamente os níveis de orexina em camundongos controle (P <0.05) e diminuindo a expressão em camundongos ΔFosB (Fig. 6B). Embora não tenha havido diferenças significativas na expressão de orexina no estado basal, após 6 semanas de HF, os camundongos ΔFosB expressaram níveis significativamente reduzidos de orexina em comparação com os controles (P <0.05).
Figura 6
A dieta hiperlipídica (HF) teve efeitos diferenciais na expressão da orexina em camundongos superexpressores de controle (Ctrl) e ΔFosB
BeAnálises Técnicas
Para avaliar as alterações na excitação e na emocionalidade devido à mudança na dieta, os camundongos foram expostos ao teste de campo aberto 24 horas após a retirada da dieta de HF (10). Cruzamentos de linha total, que foram pontuados como uma medida de excitação, foram significativamente afetados pela expressão de ΔFosB (F = 6.6, P <0.05) e dieta (F = 4.6, P <0.05; Fig. 7A). Os camundongos ΔFosB foram mais ativos no ambiente novo do que os controles, e o teste post hoc mostrou que os camundongos retirados da HF foram significativamente mais ativos do que aqueles expostos à ração (P <0.05). Boli fecal foi contado como uma medida de comportamento semelhante à ansiedade (10). Houve um efeito principal da expressão de ΔFosB (F = 10.2, P <0.01), com camundongos com superexpressão de ΔFosB produzindo mais boli fecal no novo ambiente, particularmente nos grupos de alimentação doméstica e de abstinência de HF (Fig. 7B). Os camundongos ΔFosB mantidos com dieta HF produziram menos boli fecal do que aqueles mantidos em ração e aqueles retirados 24 horas antes do teste. Os ratos de controle não parecem ser afetados pela dieta. Não houve efeitos significativos da expressão de ΔFosB ou da dieta no tempo gasto no centro do campo aberto (ração de controle = 14.5 ± 3.1 s, HF de controle = 18.0 ± 3.2 s, W / D de controle = 15.4 ± 1.9 s, ração de ΔFosB = 16.9 ± 2.4 s, ΔFosB HF = 13.1 ± 3.9 s, ΔFosB W / D = 19.8 ± 2.6 s).
Figura 7
Camundongos superexpressando ΔFosB foram mais sensíveis aos efeitos da retirada da dieta hiperlipídica (HF)
Discussão
No tratamento da obesidade, existe uma necessidade crítica de identificação de fatores que influenciam a suscetibilidade a excessos e ganho de peso. Caminhos de recompensa do cérebro desempenham um papel importante na motivação e resposta a alimentos saborosos e mudanças na dieta (6, 10, 15, 16). Como os sinais orexígenos e anorexigênicos podem influenciar diretamente a sinalização de recompensa via circuito hipotálamo-VTA-NAc, a elucidação de genes responsivos a dietas palatáveis ricas em energia dentro de centros de recompensa pode fornecer novos alvos terapêuticos no tratamento da obesidade (17, 18). Portanto, nós examinamos marcadores bioquímicos e moleculares de recompensa e balanço de energia sinalizando ao longo do hipotálamo-VTA-NAc circuito em resposta a uma dieta HF em ΔFosB-overexpressing ratos como um modelo de maior sensibilidade às mudanças na recompensa (13, 19, 20) e a sensibilidade comportamental após a retirada da dieta. Nós hipotetizamos que a desregulação basal da sinalização da dopamina em camundongos ΔFosB seria normalizada pelos efeitos recompensadores de uma dieta de IC, englobando a interseção dos sinais de balanço de energia e do sistema de dopamina.
Para examinar marcadores indicativos de uma desregulação na sinalização da dopamina no NAc, examinamos os níveis do receptor D1 e efetores a jusante. Embora não houvesse diferenças significativas na ligação do receptor D1, houve uma tendência para a exposição ao HF aumentar a área de ligação nos camundongos ΔFosB. Isso é interessante, já que a indução de ΔFosB por drogas e recompensas naturais parece predominar no subtipo positivo para dinorfina de neurônios espinhosos médios que expressam primariamente os receptores D1. (9, 21). Os níveis do alvo de sinalização de dopamina a jusante pCREB foram significativamente reduzidos em ratinhos ΔFosB, suportando a redução da ativação do receptor D1 nesta região do cérebro (22, 23). Curiosamente, também detectamos uma diminuição significativa nos níveis totais de CREB em camundongos ΔFosB, sugerindo uma capacidade ainda mais reduzida de transdução de sinal de dopamina que pode ser secundária à realimentação resultante de uma diminuição prolongada de pCREB (24). A express do BDNF regulada por pCREB, elevada com a activao de D1 e um importante mediador da neuroplasticidade relacionada com a recompensa no NAc (25, 26). Assim, detectamos uma diminuição significativa na proteína BDNF no NAc de camundongos ΔFosB.
Todos os neurônios espinhosos médios no NAc expressam DARPP-32 (27). Seus numerosos efetores downstream fazem dele um participante vital em caminhos de recompensa (28), e tem sido implicado na dependência de drogas e em outros distúrbios envolvendo o sistema de dopamina, incluindo distúrbios afetivos e esquizofrenia. (27, 29). Detectamos profundas reduções basais na expressão de DARPP-32 no NAc de camundongos ΔFosB. A expressão de DARPP-32 é regulada pelo BDNF e, portanto, a expressão reduzida pode estar diretamente relacionada às reduções nos níveis de BDNF detectados em camundongos ΔFosB (27, 29, 30). Mesmo mudanças moderadas no estado de fosforilação do DARPP-32 podem levar a alterações substanciais na sinalização intracelular dentro do NAc (27). Estudos anteriores não relataram nenhuma mudança na proteína DARPP-32 em camundongos ΔFosB após uma remoção com 12 da doxiciclina quando uma avaliação estriatal mais ampla foi conduzida (31), sugerindo que os efeitos de ΔFosB em DARPP-32 podem ser específicos do tempo e da região.
Nós hipotetizamos que as reduções dramáticas nos índices de sinalização de dopamina no NAc de camundongos ΔFosB provavelmente envolviam mudanças nos neurônios de projeção de dopamina de VTA, mesmo que ΔFosB não seja superexpressado dentro desses neurônios.. Portanto, examinamos a expressão de genes relacionados à dopamina na ATV, incluindo a tirosina hidroxilase e o transportador de dopamina. Níveis de tirosina hidroxilase e transportador de dopamina estão positivamente correlacionados com a produção de dopamina. Houve uma tendência para que os camundongos ΔFosB exibissem redução da tirosina hidroxilase e uma redução significativa no transportador de dopamina, de acordo com a desregulação da sinalização da dopamina no NAc.. Como essas reduções basais em genes relacionados à dopamina na VTA de camundongos ΔFosB, presumivelmente, refletem o feedback alterado do NAc durante a superexpressão de ΔFosB a longo prazo, examinamos a expressão do receptor BDNF, TrkB, como um possível mecanismo de realimentação do NAc para o VTA (32). Semelhante à tirosina hidroxilase e ao transportador de dopamina, a expressão de TrkB também mostrou uma tendência a ser reduzida basalmente em camundongos ΔFosB que não alcançaram significância quando corrigidos para comparações múltiplas. O complexo BDNF-TrkB pode ser transportado retrogradamente e atuar dentro do VTA para afetar a expressão gênica local e promover o crescimento e manutenção celular (33). Além disso, a activação do BDNF do TrkB pré-sináptico dentro do NAc pode estimular directamente a neurotransmissão da dopamina (32), suportando uma diminuição subjacente da sinalização da dopamina nestes ratinhos.
A ativação da dinorfina dos receptores κ-opioides regula a sinalização da dopamina e é outro mecanismo pelo qual o NAc fornece feedback à VTA (34) Descobrimos que a expressão do receptor κ-opióide no VTA mostrou uma tendência a ser reduzida em camundongos ΔFosB. Como a superexpressão de ΔFosB mostrou diminuir a expressão de dinorfina no NAc (20), os camundongos ΔFosB provavelmente têm reduções profundas naativação de opiáceos. Embora a sinalização da dinorfina normalmente exerça um efeito inibitório sobre os neurônios da dopamina (35), os ratos que apresentam autoadministração aumentada de drogas de abuso exibem níveis reduzidos de dinorfina no NAc, apontando para um papel para a sinalização da dinorfina basalmente reduzida no aumento da sensibilidade à recompensa (36 , 37). A desregulação do sistema dinorfina - κ-opioide tem sido associada à aquisição e persistência do abuso de drogas, apoiando um balanço crítico da sinalização de opioide na normalização das vias da dopamina (38).
Com base na capacidade recompensadora de uma dieta de alta densidade energética, supomos que uma desregulação na sinalização de recompensa de opióides e dopamina em camundongos ΔFosB predisponha esses camundongos a respostas de recompensa aumentadas a essa dieta, normalizando assim o sistema de recompensa via ativação do hipotálamo Circuito -VTA-NAc. Durante as seis semanas de exposição à dieta, não foram observadas diferenças na ingestão alimentar entre os ratos ΔFosB e controle, sugerindo que as mudanças encontradas nos marcadores bioquímicos e moleculares de sinalização de recompensa em camundongos ΔFosB não foram devidas a diferenças nas calorias consumidas. Como esperado, as diferenças basais detectadas nos níveis de pCREB, CREB, BDNF, DARPP-32 e κ-opióide entre os camundongos ΔFosB e controle foram atenuadas, provavelmente devido ao aumento da produção de dopamina em camundongos ΔFosB em HF (29, 39-41) .
O exame da tirosina hidroxilase e do transportador de dopamina na VTA revelou surpreendentes respostas opostas de ΔFosB e controle de camundongos após HF. Camundongos de controle mostraram uma diminuição na expressão do transportador de tirosina hidroxilase e dopamina, enquanto os camundongos ΔFosB apresentaram expressão aumentada de ambos os genes relacionados à dopamina. Curiosamente, a expressão da tirosina hidroxilase é alterada na VTA pela administração crônica de cocaína ou metanfetamina (42-44), sugerindo que os camundongos ΔFosB podem achar a recompensa natural da IC mais saliente do que os ratos controle.
A fim de examinar como o potencial de entrada hipotalâmico para o VTA pode ser retransmitindo sinais que refletem o balanço de energia, a expressão do receptor de leptina e receptor de orexina 1 também foram examinados. Os níveis circulantes de leptina são aumentados pela IC, e a leptina pode, por sua vez, atuar na VTA para alterar a sinalização da dopamina (18, 45). A expressão do receptor de leptina VTA foi similarmente diminuída por HF em ambos os ratos ΔFosB e controle, em consonância com ganho de peso e ingestão de dieta semelhantes, enquanto em HF. A gordura elevada também aumentou a expressão do receptor de orexina-1 na VTA de ambos os ratos ΔFosB e controle. A orexina ativa os neurônios dopaminérgicos na VTA, promove a plasticidade da VTA e aumenta os níveis de dopamina no NAc (46-48). Dieta rica em gordura tem demonstrado aumentar a expressão da orexina em camundongos, de acordo com nossas observações (49, 50). Assim, o aumento da expressão do receptor de orexina, bem como alterações na sinalização da leptina na VTA poderia promover recompensa dieta em ambos os ratos ΔFosB e controle, apoiando uma dissociação entre as vias de transmissão de sinais de balanço de energia e aqueles ligados diretamente a recompensa.
Para examinar os efeitos provocadores de estresse da retirada de recompensa, os camundongos foram examinados em um teste de campo aberto 24 horas após a remoção do HF. Camundongos ΔFosB foram mais sensíveis aos efeitos agudos da retirada da dieta preferida, mostrando maior atividade de excitação e produção de bolus fecal na nova arena aberta em comparação com todos os outros grupos controle e dieta. Camundongos ΔFosB também mostraram um padrão comportamental interessante neste teste, sugestivo de recompensa e sensibilidade ao estresse, com a dieta de IC inicialmente reduzindo a produção de boli fecal em relação ao alimento, e a retirada novamente aumentando essa resposta relacionada à ansiedade. Este aumento observado na atividade de campo aberto não se correlacionou com as mudanças na expressão da orexina, sugerindo uma relação com a excitação induzida pelo estresse que não é meramente um efeito das mudanças na sinalização mediada pela orexina. No geral, esses dados confirmam nossa hipótese de que os camundongos ΔFosB seriam mais sensíveis aos efeitos agudos da retirada da dieta preferida devido à sua elevada sensibilidade à recompensa..
Como a superexpressão a longo prazo de ΔFosB no NAc leva a tais mudanças no comportamento e na sinalização de recompensa?? Propusemos um modelo de detecção coincidente de VTA em que o feedback alterado do NAc e do hipotálamo transmite sinais em relação ao estado de recompensa para determinar a regulação do sistema dopaminérgico que pode apoiar uma ligação entre a desregulação da via de recompensa e uma predisposição à obesidade (Fig. 8). Durante a exposição a HF, múltiplas entradas refletindo tanto o balanço de energia quanto o estado de recompensa convergem no VTA. Aumentos na sinalização de leptina e orexina, bem como a alteração do feedback do NAc para o hipotálamo lateral, podem afetar a forma como esses sinais orexígenos respondem ao HF nos camundongos ΔFosB (17, 18, 45, 47, 51-53). Elevações induzidas por dieta rica em gordura no BDNF podem fornecer feedback de recompensa para a VTA, promovendo ainda mais mudanças na expressão gênica relacionada à dopamina.
Figura 8
Dieta rica em gordura (HF) normaliza sinalização de recompensa desregulada em camundongos ΔFosB
Estes resultados delineiam marcadores moleculares de sensibilidade à recompensa e indicam que a desregulação a longo prazo do sistema dopaminérgico pode predispor um indivíduo a dependência e obesidade. Além disso, esses dados fornecem um passo importante na identificação de novos alvos terapêuticos em potencial no tratamento e prevenção da obesidade e outros distúrbios que podem centrar-se no sistema de recompensa. No futuro, será importante investigar como este sistema responde à remoção da dieta HF, bem como investigar quaisquer diferenças sexuais na sensibilidade à recompensa e exposição à dieta rica em gordura.
Material suplementar
Supl. Métodos
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Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer a Cathy Steffen pela assistência na criação e transferência de animais. Este trabalho foi apoiado por uma bolsa do Centro de Diabetes da Universidade da Pensilvânia (DK019525) e por doações do Instituto Nacional de Saúde Mental (R01 MH51399 e P50 MH66172) e do Instituto Nacional sobre Abuso de Drogas (R01 DA07359).
Notas de rodapé
Divulgações financeiras: Todos os autores declaram não ter interesses financeiros biomédicos ou potenciais conflitos de interesse.
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