A obesidade induzida por dieta de junk food aumenta a autoinibição do receptor D2 na área tegmentar ventral e reduz o consumo de etanol (2017)

PLoS One. 2017 Aug 31; 12 (8): e0183685. doi: 10.1371 / journal.pone.0183685.

Cook JB^1,2, Hendrickson LM^1,3, GM de Garwood³, Toungate KM³, Nania CV¹, Morikawa H^1,3.

Sumário

Semelhante a drogas de abuso, o valor hedônico do alimento é mediado, pelo menos em parte, pelo sistema de dopamina mesostriatal (DA). Ingestão prolongada de dietas de alto teor calórico ou drogas de abuso ambos levam a um embotamento do sistema DA. A maioria dos estudos tem focado em alterações alérgicas no corpo estriado, mas pouco se sabe sobre os efeitos de dietas hipercalóricas nos neurônios DA da área tegmentar ventral (VTA). Uma vez que as dietas de alto teor calórico produzem adaptações DAergic viciantes, é possível que essas dietas aumentem a suscetibilidade ao vício. No entanto, dietas altamente calóricas reduzem consistentemente a ingestão de psicoestimulantes e condicionam a preferência de lugar em roedores. Em contraste, as dietas de alto teor calórico podem aumentar ou diminuir o consumo de etanol, mas não se sabe como uma dieta de junk food (dieta cafeteria) afeta o consumo de etanol. No presente estudo, administramos uma dieta de cafeteria consistindo de bacon, batatas fritas, cheesecake, biscoitos, cereais matinais, marshmallows e bombons de chocolate a ratos Wistar machos por semanas 3-4, produzindo um fenótipo obeso. Antes da alimentação na dieta da cafeteria, reduziu o consumo de etanol na homecagem ao longo de semanas 2 de testes e reduziu transitoriamente a ingestão de sacarose e ração. É importante ressaltar que a dieta da cafeteria não teve nenhum efeito na taxa de metabolismo do etanol ou nas concentrações de etanol no sangue após a administração de 2g / kg de etanol. Eun fatias do mesencéfalo, mostramos que a alimentação na dieta da cafeteria aumenta a autoinibição do receptor DA D2 (D2R) em neurônios da VTA DA. Estes resultados mostram que a obesidade induzida por dieta de junk food reduz o consumo de álcool e sugere que o aumento da auto-inibição de D2R na VTA pode contribuir para déficits na sinalização DAergic e recompensa a hipofunção observada com a obesidade.

PMID: 28859110

DOI: 10.1371 / journal.pone.0183685

A obesidade induzida por dieta de junk food aumenta a autoinibição do receptor D2 na área tegmentar ventral e reduz o consumo de etanol.

PLoS One. 2017 Aug 31; 12 (8): e0183685. doi: 10.1371 / journal.pone.0183685. eCollection 2017.

Cook JB^1,2, Hendrickson LM^1,3, GM de Garwood³, Toungate KM³, Nania CV¹, Morikawa H^1,3.

Sumário

Semelhante a drogas de abuso, o valor hedônico do alimento é mediado, pelo menos em parte, pelo sistema de dopamina mesostriatal (DA). Ingestão prolongada de dietas de alto teor calórico ou drogas de abuso ambos levam a um embotamento do sistema DA. A maioria dos estudos tem focado em alterações alérgicas no corpo estriado, mas pouco se sabe sobre os efeitos de dietas hipercalóricas nos neurônios DA da área tegmentar ventral (VTA). Uma vez que as dietas de alto teor calórico produzem adaptações DAergic viciantes, é possível que essas dietas aumentem a suscetibilidade ao vício. No entanto, dietas altamente calóricas reduzem consistentemente a ingestão de psicoestimulantes e condicionam a preferência de lugar em roedores. Em contraste, as dietas de alto teor calórico podem aumentar ou diminuir o consumo de etanol, mas não se sabe como uma dieta de junk food (dieta cafeteria) afeta o consumo de etanol. No presente estudo, administramos uma dieta de cafeteria consistindo de bacon, batatas fritas, cheesecake, biscoitos, cereais matinais, marshmallows e bombons de chocolate a ratos Wistar machos por semanas 3-4, produzindo um fenótipo obeso. Antes da alimentação na dieta da cafeteria, reduziu o consumo de etanol na homecagem ao longo de semanas 2 de testes e reduziu transitoriamente a ingestão de sacarose e ração. É importante ressaltar que a dieta da cafeteria não teve nenhum efeito na taxa de metabolismo do etanol ou nas concentrações de etanol no sangue após a administração de 2g / kg de etanol. Nas fatias do mesencéfalo, mostramos que a alimentação na dieta da cafeteria aumenta a autoinibição do receptor DA D2 (D2R) nos neurônios da VTA DA. Estes resultados mostram que a obesidade induzida por dieta de junk food reduz o consumo de álcool e sugere que o aumento da auto-inibição de D2R na VTA pode contribuir para déficits na sinalização DAergic e recompensa a hipofunção observada com a obesidade.

PMID: 28859110

DOI: 10.1371 / journal.pone.0183685

Citação: Cook JB, Hendrickson LM, GM Garwood, Toungate KM, Nania CV e Morikawa H (2017) A obesidade induzida por dieta de junk food aumenta a auto-inibição do receptor D2 na área tegmentar ventral e reduz o consumo de etanol. PLoS ONE 12 (8): e0183685. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685

Editor: James Edgar McCutcheon, Universidade de Leicester, REINO UNIDO

Recebido: May 24, 2017; Aceitaram: Agosto 9, 2017; Publicado em: 31 de agosto de 2017

Direitos de autor: © 2017 Cook et al. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos do Licença Creative Commons Attribution, que permite o uso irrestrito, distribuição e reprodução em qualquer meio, desde que o autor original e a fonte sejam creditados.

Disponibilidade de dados: Todos os dados relevantes estão dentro do documento e seus arquivos de informações de suporte.

Financiamento: Este trabalho foi apoiado por RO1 AA015521 (HM), F32AA021640 (LMH), e T32-AA007471 (Universidade do Texas em Austin, Divisão de Farmacologia e Toxicologia, Faculdade de Farmácia). Essas doações foram ou são financiadas pelo Instituto Nacional sobre Abuso de Álcool e Alcoolismo. https://www.niaaa.nih.gov/. Os financiadores não tiveram nenhum papel no desenho do estudo, coleta e análise de dados, decisão de publicar ou preparação do manuscrito.

Interesses competitivos: Os autores declararam que não existem interesses concorrentes.

Introdução

As propriedades reforçadoras de drogas viciantes e alimentos apetitosos são mediadas, em parte, pelo sistema de dopamina mesostriatal (DA) [1]. Além disso, a exposição prolongada a drogas de abuso, incluindo o etanol, ou alimentos palatáveis ​​densos em energia produzem neuroadaptações DAérgicas similares. Por exemplo, a exposição crônica ao etanol e outras drogas de abuso reduz os receptores D2 (D2Rs) e os níveis basais de DA no estriado [2-4], que também é observado com o consumo de alimentos densos em energia [5-7]. Humanos obesos também reduziram a expressão de D2R no estriado [8] e redução da ativação estriatal em resposta a alimentos saborosos [9]. Portanto, uma vez que as neuroadaptações após alimentos densos em energia ou exposição crônica a drogas são semelhantes, o consumo excessivo de alimentos densos em energia pode aumentar a suscetibilidade à dependência de drogas. Curiosamente, estudos com roedores mostraram que o alto consumo de gordura ou açúcar reduz a ingestão de psicoestimulantes e a preferência de lugar condicionado [10-13]. Em contraste, o consumo prévio de gordura alta ou açúcar / carboidrato pode aumentar [14, 15] ou diminuir [16, 17] beber etanol em roedores. No entanto, não se sabe como o consumo de itens de junk food consumidos regularmente pelos seres humanos afeta o consumo de etanol.

Nos EUA, aproximadamente 35% de adultos e 17% de crianças e adolescentes são obesos [18]. A crescente prevalência da obesidade tem sido associada à maior acessibilidade a “junk foods” ricos em gordura, açúcar e outros carboidratos [19], e o consumo dessas dietas é especialmente proeminente durante a adolescência [20-22]. Na tentativa de modelar esse tipo de dieta densa de energia que contribui para a obesidade, os investigadores deram aos ratos acesso a itens de junk food, denominados dieta de cafeteria.5, 6, 23]. Demonstrou-se que a dieta alimentar na cafeteria reduz os níveis de D2Rs e DA basais no corpo estriado, reduz a sensibilidade dos circuitos de recompensa usando a autoestimulação intracraniana e produz um consumo alimentar compulsivo [5, 6]. No entanto, não se sabe se a alimentação na dieta da cafeteria altera as propriedades eletrofisiológicas dos neurônios DA na área tegmentar ventral (VTA) ou influencia o consumo de etanol.

Liberação somatodendrítica DA ativa D2Rs no somata e dendritos de neurônios DA resultando em autoinibição in vivo [24, 25] e in vitro [26, 27] pela ativação de canais de potássio retificados internamente pela proteína G (GIRK) via G_{eu / o} sinalização. Assim, a ativação de D2R do GIRK resulta em hiperpolarização e redução da excitabilidade neuronal [28]. Em neurónios VTA DA, a administração repetida de etanol ou administração aguda de cocaína aumenta a auto-inibição mediada por D2R [29, 30]. Além disso, após a administração repetida de etanol em camundongos, o aumento na auto-inibição de D2R foi associado ao aumento do consumo de álcool na homecagem [29]. Embora esteja claro que dietas hipercalóricas produzem adaptações DAergic no estriado, do tipo aditivo, os efeitos de dietas de alto teor calórico na auto-inibição D2R em neurônios VTA DA não foram caracterizados.

No presente estudo, investigamos os efeitos da dieta de cafeteria sobre o consumo de etanol ou sacarose na homecagem, a frequência basal de disparo do neurônio VTA DA e a autoinibição mediada por D2R de neurônios VTA DA. A alimentação na dieta da cafeteria durante a adolescência resultou em um fenótipo do tipo obeso e uma redução duradoura no consumo de etanol, usando uma apresentação de etanol 2 hr bebendo no escuro (DID), que produz ingestão moderada de etanol. É importante ressaltar que a alimentação na dieta da cafeteria não teve nenhum efeito nas concentrações de etanol no sangue (BECs) ou na taxa de metabolismo do etanol após uma injeção de etanol 2g / kg intraperitoneal (ip). Além disso, a alimentação com dieta na cafeteria aumentou a autoinibição mediada por D2R dos neurônios VTA DA.

Métodos e materiais

Sujeitos Ratos Wistar machos foram obtidos de laboratórios Harlan (Indianapolis, IN) em 3 semanas de idade. Os ratos foram solteiros alojados em gaiolas de Plexiglass, que em um lado da gaiola tinham uma plataforma de Plexiglass medindo 7 ”x 4” x 1.25 ”presa ao chão para colocação de dieta na cafeteria. Todos os ratos tinham comida de laboratório padrão disponível ad libitum e a água estava sempre disponível, exceto durante as sessões de beber etanol ou sacarose. O biotério foi mantido em um ciclo reverso 12 hr claro-escuro (início de luz em 0100 hr), temperatura constante de 22 ± 2 ° C e 65% de umidade relativa. Os procedimentos de cuidados e manuseio de animais seguiram as Diretrizes dos Institutos Nacionais de Saúde, de acordo com os protocolos aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade do Texas em Austin.

Alimentação de dieta de cafetaria

Uma vez por dia (1 hora no ciclo escuro) uma dieta de lanchonete que consiste em itens de junk food com alto teor calórico, incluindo cheesecake (Atlanta Cheesecake Company, Kennesaw, GA), bacon (HEB, San Antonio, TX), biscoitos (Chips Ahoy / Oreo, Nabisco, East Hanover, NJ; wafer de açúcar, Vista, Sheare's Foods, Massillon, OH), batatas fritas (Lays Classic / Ruffles, Frito Lay, Plano, TX) cereais matinais com alto teor de açúcar (CoCo Puff, General Mills, Minneapolis, MN; Froot Loops, Kellog, Battle Creek, MI), marshmallows (Kraft, Northfield, IL) ou bombons de chocolate (M&M, MARS, McLean, VA) foram fornecidos ao grupo de dieta de refeitório. Quatro dos itens alimentares da dieta da cafeteria foram administrados por dia e a variedade da dieta foi mantida pela alternância dos itens alimentares diariamente. O grupo apenas com ração recebeu apenas ração de laboratório (LabDiet, Prolab RMH 1800, St. Louis, MO), que também estava disponível para o grupo de dieta de refeitório ad libitum. O conteúdo de macronutrientes (com base nas calorias fornecidas) da dieta alimentar consistia em 14% de gordura, 65% de carboidratos e 21% de proteína e, em média, a dieta de refeitório consistia em 42% de gordura, 52% de carboidrato e 6% de proteína. A dieta de lanchonete foi administrada por 3 semanas para ingestão calórica e experimentos atuais externos D2R (começando com aproximadamente 3-4 semanas de idade) e por 4 semanas para todos os outros experimentos (começando com aproximadamente 5 semanas de idade). Para medições de ingestão calórica, dieta de refeitório e ração apenas alimentos foram pesados ​​diariamente e a ingestão calórica foi calculada usando informações de macronutrientes fornecidas pelo fabricante.

Homecage etanol ou sacarose potável

Uma semana após a habituação, os ratos receberam acesso limitado a 2 h / dia a uma solução de etanol (10% v / v) ou sacarose (5% p / v) para avaliar o consumo de base. Durante todas as sessões de consumo de etanol ou sacarose, a garrafa de água de homecagem foi substituída por uma garrafa contendo a solução de etanol ou sacarose a 1 h no ciclo escuro. Após o consumo de etanol ou sacarose na linha de base (7 dias), os ratos foram aleatoriamente designados para a dieta de cafetaria ou apenas para o grupo de comida. Em seguida, os ratos foram alimentados com dieta ou comida da cafetaria apenas por semanas 4. Vinte e quatro horas após a última administração da dieta do refeitório, os ratos começaram sessões diárias de beber etanol ou sacarose.

Concentração de etanol no sangue (BEC)

A seguir a 4 semanas de dieta de cafetaria ou alimentação apenas de ração, administrou-se aos ratos etanol (2g / kg, 15% v / v em solução salina, ip) 24 h após a última administração da dieta de cafetaria. Amostras de sangue total (10 μL) foram colhidas por meio de um dispositivo de cauda em 30, 60 e 120 min após a injecção de etanol e adicionadas a frascos de cromatografia gasosa de vidro (GC) contendo 90 μL de cloreto de sódio 5M. As concentraes de etanol da amostra foram analisadas no mesmo dia que a recolha de sangue com GC utilizando um Bruker 430-GC (Bruker Corporation, Fremont, CA) equipado com um detector de ionizao de chama e um amostrador automico Combi PAL. Resumidamente, cada amostra foi aquecida a 65 ° C para 3 min antes que a fibra de microextração em fase sólida (SPME; 75 μm CAR / PDMS, sílica fundida; Supelco) absorvesse o vapor de etanol para 3 min. A fibra SPME, em seguida, desorveu a amostra na porta de injeção de GC para 1 min a 220 ° C. Utilizou-se hélio (8.5 mL / min) como gás transportador e uma coluna capilar HP Innowax (30 mx 0.53 mm x 1 μm de espessura de filme; Agilent Technologies, Santa Clara, CA) para separação. Padrões externos de etanol (25, 50, 100, 200, 400 e 600 mg / dL) foram analisados ​​para calcular uma curva padrão. Os cromatogramas foram analisados ​​utilizando o software CompassCDS Workstation (Bruker Corporation, Fremont, CA) e as alturas dos picos para etanol (~ 2 min tempo de retenção) foram utilizadas para construir uma curva padrão e interpolar as concentrações de etanol da amostra.

eletrofisiologia

Os ratos foram anestesiados com isoflurano e o cérebro foi removido e dissecado em solução fria contendo (em mM) 205 sacarose, 2.5 KCl, 1.25 NaH.₂PO₄7.5 MgCl₂, 0.5 CaCl₂, 10 glicose e 25 NaHCO₃saturado com 95% O₂e 5% CO₂ (~ 300mOsm / kg). Cortes horizontais do mesencéfalo (200 μm) foram seccionados em um vibratomo e deixados a recuperar por 1 h em líquido cefalorraquidiano artificial (aCSF) a 34 ° C. As gravações foram realizadas na VTA lateral 50-150 μm da borda medial do núcleo terminal medial do trato óptico acessório. Durante a gravação, as fatias foram perfundidas com aCSF oxigenado, aquecido (34 ° C) (em mM) 126 NaCl, 2.5 KCl, 1.2 NaH₂PO₄1.2 MgCl₂, 2.4 CaCl₂, 11 glicose, 21.4 NaHCO₃. As gravações de patch solto anexadas à célula (~ 20 MΩ seal) foram realizadas com pipetas contendo 150mM NaCl. As gravações de células inteiras foram realizadas com pipetas contendo uma solução intracelular que consiste em (em mM) 115 K-metilsulfato ou K-gluconato, 20 KCl, 1.5 MgCl₂, 10 HEPES, 0.025 EGTA, 2 Mg-ATP, 0.2 Na₂-GTP e 10 Na₂-fosfocreatina (pH 7.2 – 7.3, ~ 285 mOsm kg^-1) Neurônios DA putativos foram identificados por seus disparos espontâneos de marcapasso de baixa frequência (1-5 Hz) e amplos potenciais de ação (> 1.2 ms) na configuração anexada à célula, e grande I_h (> 200 pA) em resposta a uma etapa de tensão de 1.5 seg de -62mV a -112 mV no modo de fixação de tensão de célula inteira. As gravações do grampo de tensão foram feitas em um potencial de retenção de -62 mV, corrigido para um potencial de junção de líquido de -7 mV. Os registros de células inteiras eram descartados se a resistência em série aumentasse acima de 20 MΩ ou a resistência de entrada caísse abaixo de 200 MΩ. Os dados foram filtrados em 1–5 kHz e digitalizados em 2–10 kHz.

A análise dos dados

Os dados são expressos como média ± SEM. A significância estatística foi determinada pelo teste t de Student ou ANOVA two-way, seguida pelo teste post hoc de Bonferroni.

Resultados

O acesso à dieta na lanchonete resulta em alta ingestão calórica e um fenótipo semelhante à obesidade

A ingestão de calorias para a dieta da lanchonete e os grupos de ração apenas, bem como a fonte de calorias para o grupo de dieta da cafeteria, foram avaliadas durante as semanas 3. O grupo de dieta cafeteria consumiu mais calorias do que o grupo de comida apenas durante as semanas 3 de alimentação (interação: F_(2,62) = 22.43, p <0.0001; dieta: F_(1,62) = 17.41, p <0.001; tempo F_(2,62) = 254.7, p <0.0001; Fig 1A). O grupo de dieta da cafeteria consumiu significativamente mais calorias dos itens alimentícios da dieta da cafeteria do que das pastilhas de ração durante as semanas de alimentação da 3 (interação: F_(2,72) = 57.22, p <0.0001; dieta: F_(1,72) = 117.2, p <0.0001; tempo F_(2,72) = 110.5, p <0.0001; Fig 1B). Calorias derivadas de pellets de ração foram significativamente maiores para o grupo chow only durante a avaliação da semana 3 (interação: F_(2,62) = 28.80, p <0.0001; dieta: F_(1,62) = 196.3, p <0.0001; tempo F_(2,62) = 150.0, p <0.0001; Fig 1C). Em última análise, o grupo de dieta cafeteria apresentou um maior grau de ganho de peso durante as semanas 3 de alimentação (interação: F_(2,62) = 8.188, p <0.001; dieta: F_(1,62) = 10.62, p <0.005; tempo F_(2,62) = 18.48, p <0.0001; Fig 1D). Quatro semanas de alimentação na dieta da cafeteria resultaram em um fenótipo do tipo obeso com pesos corporais significativamente mais pesados ​​do que o grupo somente para a ração (interação: F_(27,2376) = 44.48, p <0.0001; dieta: F_(1,2376) = 14.89, p <0.001; tempo F_(27,2376) = 2634, p <0.0001; Fig 1E). Além disso, em um grupo diferente de animais, mostramos que o grupo da dieta da cafeteria come muito pouca comida durante as semanas 4 de alimentação na dieta da cafeteria, em comparação com os controles (interação: F_(27,486) = 3.039, p <0.0001; dieta: F_(1,486) = 601.7, p <0.0001; tempo F_(27,486) = 8.097, p <0.0001; Fig 1F). Esses resultados mostram que o acesso à dieta da cafeteria resultou em comer em excesso alimentos altamente palatáveis ​​e a subseqüente perda do balanço energético homeostático.

A ingestão calórica e a fonte de calorias foram avaliadas ao longo de 3 semanas. (A) Ratos com acesso diário à dieta de lanchonete consumiram significativamente mais calorias nas 3 semanas de alimentação do que o grupo apenas com ração (n = 14-19 / grupo). (B) O grupo da dieta de lanchonete consumiu significativamente mais calorias de itens alimentares da dieta de lanchonete do que de ração (n = 19). (C) O grupo apenas com ração consumiu mais calorias do ração em pellets do que o grupo com dieta de cafeteria (n = 14-19 / grupo). (D) O acesso à dieta de refeitório resultou em aumento do ganho de peso ao longo das 3 semanas de alimentação (n = 14-19 / grupo). (E) Quatro semanas de alimentação com dieta de refeitório aumentou significativamente o peso corporal, em comparação com ração alimentada apenas com controles (efeito principal da dieta, p <0.001, ANOVA de duas vias, n = 44-46 / grupo). (F) Ao longo das 4 semanas de acesso à dieta de lanchonete, o grupo de dieta de lanchonete consome significativamente menos ração do que o grupo de ração apenas (efeito principal da dieta, p <0.0001, ANOVA bidirecional, n = 10-11 / grupo). * p <0.05, ** p <0.01, *** p <0.001, teste post hoc de Bonferroni.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685.g001

Anteriormente, a alimentação com dieta na cafeteria reduziu o consumo de álcool na homecagem sem afetar a taxa de metabolismo do etanol ou BECs

Para determinar os efeitos de uma dieta anterior de cafeteria que se alimentava de bebida alcoólica, usamos um procedimento para beber DID 2hr de acesso limitado ao etanol (uma garrafa, 10% v / v) que produz níveis moderados de ingestão de etanol. O consumo de etanol na linha de base (g / kg) em média nos dias 7 anteriores ao acesso à dieta da cafeteria foi semelhante entre os grupos (t₍₁₁₎ = 0.3295, p = 0.7480; Fig 2A). No entanto, após semanas 4 de alimentação com dieta de cafetaria, o volume total de etanol consumido foi reduzido durante as semanas 2 de teste (dieta: F_(1,143) = 5.635, p <0.05; tempo F_{(13, 143)} = 3.638, p <0.0001; Fig 2B). A magnitude da redução no consumo de etanol foi maior quando a ingestão de etanol foi plotada em g / kg, uma vez que os pesos corporais para a dieta de cafeteria e para os grupos de ração somente são marcadamente diferentes. O consumo de etanol em g / kg, em média, durante as semanas 2 do teste foi de 0.67 ± 0.11g / kg para o grupo somente de ração e 0.25 ± 0.06g / kg para o grupo de dieta cafeteria. O consumo de água ao longo de 2 semanas de teste não foi diferente entre os grupos (dieta: F_(1,143) = 0.1280, p = 0.7273; Fig 2C).

(A) A ingestão média de etanol na linha de base (g / kg) nos 7 dias anteriores à alimentação com dieta de refeitório foi semelhante entre os grupos (p = 0.7480, teste t de Student, n = 6-7 / grupo). (B) A alimentação de dieta de refeitório anterior (4 semanas) reduziu o volume total de etanol (10%, v / v, 2h / dia) consumido durante as 2 semanas de teste (efeito principal da dieta, p <0.05, ANOVA de duas vias , n = 6-7 / grupo), (C) sem efeito no consumo total de água (n = 6-7 / grupo). (D) Não houve diferença nas inclinações de BECs (30-120 min após uma administração de 2g / kg, ip) entre os grupos (p = 0.6535, regressão linear, n = 4-5 / grupo). BECs foram semelhantes entre os grupos em 30, 60 e 120 minutos após a administração do etanol. BEC, concentração de etanol no sangue; ip, intraperitoneal.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685.g002

Como a alimentação na dieta da cafeteria pode alterar os processos metabólicos, incluindo o metabolismo do etanol, administramos etanol (2g / kg, ip) e medimos BECs em 30, 60 e 120 min pós-injeção após dieta de cafeteria ou somente alimentação. Usando a regressão linear para comparar as inclinações BEC (30-120 min pós-injeção) entre os grupos, a alimentação na dieta da cafeteria não teve efeito sobre a taxa de metabolismo do etanol (p = 0.6535; Fig 2D). Além disso, não houve diferença nas CEBs entre os grupos (dieta: F_(1,14) = 2.056). Portanto, mudanças na taxa de metabolismo do etanol ou absorção do etanol na corrente sanguínea não podem explicar a redução do consumo de etanol após a alimentação na dieta da cafeteria.

Anteriormente dieta cafeteria alimentação transitoriamente alterada ingestão de sacarose homecage e ingestão de comida

Para determinar se a dieta da cafeteria altera o consumo de outras soluções de reforço, testamos os efeitos da alimentação prévia na cafeteria sobre a ingestão de sacarose. Usando um procedimento similar de consumo de sucrose DID 2hr de acesso limitado (uma garrafa, 5% w / v), o consumo de sacarose na linha de base (mL / kg) foi semelhante entre os grupos (t₍₂₉₎ = 0.4600, p = 0.6489; Fig 3A). Anteriormente, a alimentação na cafeteria reduzia transitoriamente o consumo de sacarose (interação dieta x tempo: F_(13,377) = 2.520, p <0.005; Fig 3B). Embora tenha havido uma interação significativa entre dieta e tempo, a análise post hoc não alcançou significância em nenhum momento. No entanto, com base nos dados (Fig 3B), a interação entre grupo de dieta e tempo pode ser explicada por uma redução transitória na ingestão de sacarose após a alimentação na dieta da cafeteria. Na segunda semana de testes, no entanto, a ingestão de sacarose foi semelhante ao grupo de apenas comida. O consumo de água ao longo de 2 semanas de teste não foi diferente entre os grupos (dieta: F_(1,377) = 1.176, p = 0.2870; Fig 3C). Semelhante a um estudo anterior [31], dieta de cafeteria alimentando ingestão de ração transitoriamente reduzida (interação: F_(6,110) = 12.46, p <0.0001; dieta: F_(1,110) = 15.46, p <0.005; tempo F_(6,110) = 10.97, p <0.0001; Fig 3D) por 2 dias após a alimentação com dieta de refeitório (teste posthoc de Bonferroni, p <0.001; Fig 3D). Portanto, a exposição à dieta da cafeteria produz uma redução duradoura no consumo de etanol e reduções transitórias na ingestão de sacarose e ração.

(A) A ingestão média de sacarose (mL / kg) ao longo dos 7 dias anteriores à alimentação com dieta de refeitório foi semelhante entre os grupos (p = 0.6489, teste t de Student, n = 15-16 / grupo). (B) Alimentação de dieta de refeitório anterior (4 semanas) alterou transitoriamente o consumo de sacarose (5%, p / v, 2 horas / dia) (interação dieta x tempo, p <0.005, ANOVA bidirecional, n = 15-16 / grupo) . (C) Não houve diferença no consumo de água entre os grupos (n = 15-16 / grupo). (D) A alimentação anterior com dieta de refeitório reduziu temporariamente a ingestão de ração (n = 10 / grupo). *** p <0.001, teste post hoc de Bonferroni.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685.g003

Dieta da cafeteria aumenta autoinibição de D2R em neurônios VTA DA

A eletrofisiologia da fatia de cérebro foi usada para examinar os efeitos da dieta de cafeteria na freqüência de disparo basal e auto-inibição mediada por D2R de neurônios VTA DA. A alimentação na dieta da cafetaria não teve efeito na frequência de disparo do marcapasso tônico basal dos neurônios VTA DA (t₍₇₂₎ = 0.7294, p = 0.4681; Fig 4A e 4B). Em seguida, testamos os efeitos da dieta da cafeteria nas correntes de saída mediadas por D2R usando o quinpirole agonista D2R. A alimentação na dieta da cafeteria aumentou a amplitude média de pico das correntes de saída inibitórias mediadas pelo quinpirol (100nM) (t₍₃₉₎ = 3.167, p <0.005; Fig 5A) em comparação com controles. Além disso, a dieta da cafeteria aumentou os efeitos inibitórios do 10nM quinpirole na freqüência de queima dos neurônios VTA DA durante 10 min de administração de quinpirol (interação: F_(19,513) = 5.425, p <0.0001; dieta: F_(1,513) = 16.40, p <0.0005; tempo F_(19,513) = 39.24, p <0.0001; Fig 5B) e percentual de inibição da freqüência de disparo produzida pelo quinpirole (t₍₂₇₎ = 3.824, p <0.001; Fig 5C). Em uma concentração maior de quinpirole (30nM) não houve diferença na inibição da freqüência de queima durante 10 min da administração de quinpirol (dieta: F_(1,304) = 0.1049, p = 0.7502; Fig 5D) ou percentual de inibição de disparo entre grupos (t₍₁₆₎ = 0.05265, p = 0.9587; Fig 5E). Portanto, a exposição à dieta da cafeteria aumentou as correntes de saída mediadas pelo quinpirole (100nM) e aumentou a sensibilidade da inibição da freqüência de disparo mediada pelo quinpirol.

(A) frequência de disparo tônico basal dos neurônios VTA DA foi semelhante entre os grupos (p = 0.4681, teste t de Student, n = 36-38 / grupo). (B) vestígios representativos de queima de neurônios VTA DA após 4 semanas de alimentação apenas (azul) ou dieta cafeteria (vermelho) de alimentação. DA, dopamina; VTA; área tegmental ventral.

(A) A dieta da cafeteria aumentou a amplitude média do pico das correntes GIRK externas inibitórias mediadas pelo quinpirol (100 nM) em comparação com os controles somente para ração. Quinpirole foi banho aplicado para 10 min e sulpiride (1 μM) rapidamente reverteu a corrente mediada por quinpirole. Exemplos de correntes de saída mediadas por quinpirole (V_h = -62 mV) apenas para ração (azul) ou ratos alimentados com dieta de cafeteria (vermelho) (n = 16-25 / grupo). (B) A alimentação com dieta de refeitório aumentou os efeitos inibitórios de quinpirol 10 nM na frequência de disparo dos neurônios VTA DA ao longo de 10 min da aplicação do banho de quinpirol (efeito principal da dieta, p <0.0005, ANOVA de duas vias, n = 13-16 / grupo) e (C) inibição percentual da frequência de disparo mediada por quinpirol (p <0.001, teste t de Student). Traços representativos da frequência de disparo do neurônio DA durante a linha de base ou aplicação de quinpirol 10 nM após alimentação apenas com ração (azul) ou dieta de refeitório (vermelho). (DE) A inibição da frequência de disparo do neurônio DA por quinpirol 30 nM foi semelhante entre os grupos (n = 9 / grupo). Após 10 min de aplicação do banho de quinpirol 30 nM, sulpirida (1 μM) foi aplicada ao banho para reverter rapidamente a inibição da frequência de disparo mediada por quinpirol. Traços representativos da frequência de disparo do neurônio DA durante a linha de base ou aplicação de quinpirol 30 nM após alimentação apenas com ração (azul) ou dieta de refeitório (vermelho). *** p <0.001, teste t de Student. DA, dopamina; D2R, receptor D2 da dopamina; GIRK, canais de potássio controlados internamente pela proteína G; VTA; área tegmental ventral.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685.g005

Discussão

O objetivo do presente estudo foi examinar os efeitos da alimentação da cafeteria sobre o consumo de álcool no domicílio e fisiologia dos neurônios VTA DA. Anteriormente, a dieta da cafetaria reduzia o consumo de etanol durante as semanas 2 de testes, mas não teve efeito na taxa de metabolismo do etanol ou BECs após uma administração de 2g / kg (ip) etanol. Está bem documentado que as dietas hipercalóricas e a obesidade induzida por dieta levam a uma sinalização DAergic atenuada no estriado, que foi postulado como contribuindo para déficits na recompensa [32-34]. No entanto, os efeitos da obesidade induzida por dieta nos neurônios do mesencéfalo DA não foram caracterizados. Aqui, mostramos que o acesso prolongado à dieta da cafeteria aumenta a autoinibição de D2R nos neurônios da VTA DA, sem efeito na freqüência de disparo do marcapasso tônico basal na fatia. Não está claro se o aumento da auto-inibição de D2R após a dieta da cafeteria contribui para a redução do consumo de etanol, no entanto, o aumento da auto-inibição do neurônio pode contribuir para recompensar a hipofunção observada com a obesidade.

Efeitos da dieta cafeteria sobre o consumo de etanol

A alimentação anterior na dieta da cafeteria levou a uma redução prolongada no consumo de etanol nas casas. O volume total de etanol consumido foi reduzido nas semanas 2 após a exposição à dieta da cafeteria. Além disso, a alimentação na dieta da cafeteria não teve efeito sobre os BECs ou a taxa de metabolismo do etanol após a administração de 2g / kg de etanol. Portanto, o consumo reduzido de etanol não pode ser explicado por mudanças induzidas pela dieta ou pelo peso corporal na taxa de metabolismo do etanol ou pela absorção de etanol na corrente sanguínea. Em contraste com o consumo de etanol, a ingestão de sacarose e a ingestão de ração foram reduzidas transitoriamente. Em última análise, a exposição anterior à dieta da cafeteria produziu uma redução mais duradoura na ingestão de etanol, em comparação com a ingestão de recompensa natural.

Ainda não está claro como a composição da dieta afeta o consumo de etanol em roedores. Portanto, no presente estudo, os ratos foram alimentados com uma dieta composta por itens de junk food consumidos regularmente por seres humanos. Os resultados atuais estão de acordo com um estudo recente mostrando que a obesidade induzida por dieta rica em gordura ou camundongos não obesos alimentados com dieta rica em gorduras mostram uma preferência reduzida pelo etanol [16]. Além disso, uma dieta rica em carboidratos e baixa proteína mostrou reduzir o consumo de etanol em ratos [17], no entanto, a ingestão de etanol foi medida durante a exposição à dieta. Portanto, o consumo de etanol pode ter sido reduzido com base na necessidade calórica, em vez de uma redução nas propriedades de reforço do etanol. Em contraste, o consumo prévio de sacarose intermitente (21 dias) ou uma dieta rica em gordura (7 dias) foram mostrados para aumentar o consumo de álcool na homecagem [14, 15]. Ambos os estudos utilizaram a apresentação de 12 hr de 4-5 aumentando as concentrações de etanol (1,2,4,7 ou 9%) por 4 dias cada, o que é muito diferente do acesso de 2 h a 10% de etanol utilizado no presente estudo. Discrepâncias nos efeitos de dietas hipercalóricas sobre o consumo de álcool podem ser devidas a diferenças no conteúdo nutricional da dieta, duração e tempo de exposição à dieta, o paradigma de consumo de etanol usado ou efeitos específicos de cepa / espécie.

Efeitos da dieta cafeteria na autoinibição D2R

A alimentação na dieta da cafetaria aumenta a auto-inibição de D2R, que também é observada após administração repetida de etanol. Nosso laboratório demonstrou anteriormente que a administração repetida de etanol em camundongos aumenta a potência das correntes de saída mediadas por D2R na VTA e reduz o Ca²⁺ dessensibilização dependente dessas correntes [29]. Nesse estudo, a exposição repetida ao etanol aumentou os efeitos inibitórios do quinpirole na frequência de disparo nas concentrações de 10 nM e 30 nM. No entanto, a exposição à dieta na cafetaria aumentou o efeito inibitório do quinpirole na frequência de tiro apenas na concentração de 10 nM (Fig 5B e 5C). Embora não tenhamos determinado se a potência / eficácia do quinpirol foi alterada pela dieta da cafeteria, esses resultados sugerem que a dieta da cafeteria aumentou a sensibilidade do quinpirol para inibir a ativação do neurônio DA. Foi também demonstrado que a administração aguda de cocaína (20 mg / kg) aumenta as correntes de saída mediadas por D2R na substância negra pars compacta dos ratinhos [30]. Em contraste, a autoadministração de metanfetaminas mostrou reduzir as correntes mediadas por D2R na VTA, que também era Ca²⁺ dependente [35]. Portanto, em contraste com as neoadaptações no corpo estriado onde a exposição a drogas de abuso ou dietas altamente calóricas geralmente reduzem a expressão de D2R, drogas específicas de abuso têm efeitos divergentes sobre as correntes mediadas por D2R / GIRK. Deve-se notar que a restrição alimentar aumenta a ingestão de drogas [36], incluindo etanol [37] e diminui a autoinibição de D2R [38]. Como a exposição à dieta na cafeteria aumenta a autoinibição de D2R e reduz a ingestão de etanol, será importante determinar a relação entre a ingestão de alimentos, mudanças na auto-inibição de D2R e consumo de etanol. Até onde sabemos, há apenas um outro estudo que examinou os efeitos da obesidade induzida por dieta na auto-inibição de D2R. Nesse estudo, a obesidade induzida por dieta rica em gordura não alterou os efeitos inibitórios de uma dose única de quinpirole (3-100 nM) na taxa de disparo de neurônios VTA DA em camundongos [39]. No entanto, a aplicação gradual de quinpirol (3, 10, 30 e 100 nM) resultou na redução dos efeitos inibitórios do quinpirole na queima, levando os autores a sugerirem que os ratos obesos apresentavam dessensibilização acelerada com D2R em comparação com ratos controle. Não está claro o que está subjacente a estas discrepâncias nos efeitos da dieta de cafetaria em ratos versus dieta rica em gordura em ratinhos na auto-inibição de D2R. Mais estudos são necessários para determinar os efeitos de dietas densas em energia e obesidade induzida por dieta em neurônios VTA DA e auto-inibição D2R.

Não está claro se o consumo reduzido de etanol ou os resultados eletrofisiológicos foram influenciados pelo aumento do peso corporal no presente estudo. No entanto, dietas hipercalóricas podem atenuar o sistema DA [13] e reduzir o consumo de etanol [16] na ausência de obesidade. O aumento da adiposidade está associado a alterações na leptina, insulina e grelina, que podem modular a atividade do sistema DA [40-42]. Portanto, não podemos descartar que mudanças nos mecanismos de alimentação homeostática possam ter influenciado os resultados. Também não podemos descartar a possibilidade de que a alimentação com dieta na cafeteria possa ter alterado os padrões circadianos de comportamento ingestivo, uma vez que o consumo de etanol e sacarose foi medido apenas durante um período de acesso 2 hr.

O presente estudo difere de estudos anteriores [5, 6] que examinaram os efeitos da dieta da cafeteria no sistema DA, fornecendo alimentação na dieta da cafeteria durante a adolescência em vez da idade adulta. Tomados em conjunto, os dados sugerem que tanto a alimentação com dieta de cafetaria de adolescentes como os adultos produzem neuroadaptações que amortecem o sistema DA e contribuem para recompensar a hipofunção. Embora não se saiba como a alimentação na dieta da cafeteria durante a vida adulta afeta a autoinibição de D2R, a administração de drogas de abuso pode aumentar a autoinibição de D2R quando administrada durante a adolescência [29] ou durante a idade adulta [30].

Significância da maior auto-inibição de D2R e do estado hipodopaminérgico após dieta de cafeteria sobre consumo de álcool e comportamento consumatório

Na VivoA auto-inibição aumentada de D2R pode reduzir a frequência de disparo do neurônio DA basal, assim, amortecendo o sistema DA e contribuindo para um estado hipodopaminérgico. No presente estudo e em um estudo anterior do nosso laboratório [29], não detectamos tom DAergic basal na fatia, pois o sulpiride não altera a frequência de disparo dos neurônios DA. Contudo, in vivo a atividade dos neurônios DA é continuamente influenciada pela autoinibição local de DA e D2R. Portanto, o aumento da auto-inibição de D2R após a dieta da cafeteria deve levar à redução da taxa de disparo basal dos neurônios DA no animal intacto e contribuir para um estado hipodopaminérgico que pode levar a ingestão excessiva de alimentos [19]. Da mesma forma, evidências extensas de estudos pré-clínicos e humanos levaram à hipótese de que um estado hipodopaminérgico contribui para a ingestão compulsiva de etanol e recaída [43, 44]. Os resultados atuais acrescentam à crescente literatura que sugere que a alimentação na cafeteria produz mudanças DAergic-like-viciante consistentes com um estado hipodopaminérgico [5, 6]. Embora a hipótese de um estado hipodopaminérgico contribuir para o consumo excessivo de etanol, a hipodopaminergia induzida por dieta de cafeteria não se traduz em aumento do consumo de etanol. Trabalhos anteriores em nosso laboratório mostraram que a administração repetida de etanol aumentou a auto-inibição de D2R, que foi associada ao aumento do consumo de etanol em camundongos em camundongos [29]. Nesse estudo, concluímos que o aumento da auto-inibição D2R após administração repetida de etanol contribuiu para o estado hipodopaminérgico comumente observado com a exposição crônica ao etanol. Em conjunto, parece plausível que a expressão de um estado hipodopaminérgico produzido pelo consumo crônico de junk food denso e energético leve a um comportamento consumatório excessivo / compulsivo que é específico do reforçador. De fato, o consumo excessivo de alimentos densos em energia não se traduz tipicamente em consumo excessivo de drogas de abuso, mas, em vez disso, tipicamente reduz o consumo de drogas. Evidências anteriores e os resultados atuais sustentam isso, uma vez que o acesso prolongado à dieta da cafeteria produz uma ingestão compulsiva de alimentos saborosos [6], mas reduz o consumo de etanol e sacarose como mostramos aqui. Além disso, a ingestão de ração também foi reduzida transitoriamente após a alimentação na dieta da cafeteria. Além disso, uma dieta com alto teor de gordura ou administração de açúcar tem mostrado reduzir a ingestão de psicoestimulantes e a preferência de lugar condicionado em ratos [10-13]. Vários grandes estudos epidemiológicos também mostram que a obesidade humana geralmente não está associada a transtornos relacionados ao uso de álcool ou substâncias [45-48]. Em contraste, há estudos limitados fornecendo evidências de que a dieta rica em gordura ou a administração de sacarose aumentam o consumo de etanol em ratos [14, 15] ou que a obesidade está associada a distúrbios do uso de álcool em humanos [49]. A administração crônica de etanol também pode produzir efeitos específicos de reforço no consumo de drogas. Por exemplo, a exposição crônica prévia ao etanol aumenta a auto-administração do etanol [50], mas não tem efeito sobre a auto-administração de cocaína [51], embora a administração crônica de etanol ou cocaína produza adaptações semelhantes no sistema DA. Além disso, em termos de como um estado hipodopaminérgico afeta o consumo de álcool e recaída, um estudo recente examinou mudanças no sistema DA ao longo do ciclo de dependência em ratos e humanos, e mostrou que a abstinência é caracterizada por hipodopaminergia precoce seguida por hiperdopaminergia durante abstinência prolongada, ambos dos quais podem contribuir para a vulnerabilidade de recaída [52]. Portanto, os desvios na sinalização DAergic estão associados ao consumo de etanol e aos transtornos relacionados ao uso de álcool, mas a relação exata entre a sinalização de DA e o consumo de álcool ou recaída ainda não está clara.

Significância do aumento da auto-inibição de D2R na obesidade induzida por dieta

A auto-inibição aumentada de D2R pode contribuir para déficits na transmissão do DA estriatal e recompensa a hipofunção observada com a obesidade induzida por dieta. A obesidade está associada a déficits de recompensa, bem como deficiências motivacionais e emocionais, muitas vezes atribuídas em parte à redução da sinalização de DA no estriado [32, 33, 53]. Demonstrou-se que a dieta de cafeteria reduz os níveis de DA basal, bem como os níveis dos metabólitos DA ácido 3,4-dihidroxifenilacético (DOPAC) e ácido homovanílico (HVA) no NAc [5]. Além disso, outro estudo mostrou que ratos propensos à obesidade exibiram 50% menos DA basal no NAc comparado aos controles [54]. Estes dois estudos fornecem evidências de que os ratos alimentados com dieta de cafeteria e propensos à obesidade têm déficits pré-sinápticos na liberação de DA usando preparações coronal de fatias de NAc. Por exemplo, ratos propensos à obesidade tiveram reduções na enzima tirosina hidroxilase biossintética DA e no transportador de monoamina vesicular 2 (VMAT2) que podem reduzir a síntese e a liberação de DA [54]. No entanto, um aspecto negligenciado no campo é o envolvimento de processos fisiológicos no VTA, onde muitos desses neurônios DA se originam. Os resultados atuais sugerem que o aumento da auto-inibição de D2R pode contribuir para déficits DAergic observados com a obesidade induzida por dieta. Portanto, estudos examinando mecanismos mesolímbicos pré-sinápticos no NAc e VTA podem fornecer informações sobre os mecanismos neurobiológicos que contribuem para a obesidade.

Conclusões

Redução da transmissão da DA no estriado de humanos e ratos obesos tem sido bem documentada [6, 8, 19]. O presente estudo sugere que o aumento da auto-inibição de D2R na VTA também pode contribuir para déficits de sinalização de dieta induzidos por DA e recompensar a hipofunção observada com a obesidade. Embora dietas de alto teor calórico e drogas de abuso produzam mudanças similares no sistema de DA mesolímbico, mostramos que a alimentação na dieta da cafeteria reduz o consumo de etanol em ratos. No geral, parece que as mudanças do tipo vício induzidas pela dieta da cafeteria no sistema DA podem especificamente direcionar o consumo da dieta da cafeteria [6], enquanto a retirada da dieta da cafeteria resulta em supressão prolongada do consumo de etanol e suprime, de forma transitória, o consumo de recompensas naturais (isto é, sacarose e pastilhas de ração). Esses achados se somam à crescente literatura mostrando que a obesidade induzida por dieta e a dependência de drogas produzem neuroadaptações semelhantes nos circuitos de recompensa. Investigações posteriores sobre adaptações DAergic mesencefálicas após consumo excessivo de energia ou consumo de drogas podem levar a importantes insights sobre os mecanismos que contribuem para esses grandes problemas de saúde pública.

Informações de Apoio

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Dados brutos para Fig 1.

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Dados S1. Dados brutos para Fig 1.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685.s001

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Dados S2. Dados brutos para Fig 2.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685.s002

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Dados S3. Dados brutos para Fig 3.

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Dados S4. Dados brutos para Fig 4.

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Dados S5. Dados brutos para Fig 5.

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Agradecimentos

Gostaríamos de agradecer a Jorge Tovar Diaz, Regina Mangieri, Nhi Le, Jeremiah Ling e Trevor Hadley por sua assistência técnica. Também gostaríamos de agradecer Michela Marinelli por valiosas discussões científicas e Christopher Mazzone pela assistência na edição do manuscrito.

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