Deficitele neurotransmisiei mezolimbice de dopamină în obezitatea alimentară a șobolanilor (2009)

Comentarii: studiul a arătat că supraalimentarea „alimentelor de la cafenea” la obezitate duce la scăderea nivelului de dopamină și la răspunsul dopamină tocit la șobolanii normali. Cu toate acestea, șobolanii au avut încă un răspuns de recompensă la mâncarea de la cafenea. Unul dintre numeroasele studii care arată schimbări ale creierului similare cu cele dependente de droguri. Consumul excesiv de versiuni supranormale de recompense naturale poate duce la dependență.

Neuroscience. 2009 Apr 10; 159 (4): 1193-9. doi: 10.1016 / j.neuroscience.2009.02.007. Epub 2009 Feb 11.

BM Geiger,a M. Haburcak,a NM Avena,b,c MC Moyer,c BG Hoebel,c și EN Pothosa,*

Versiunea editată finală a acestui articol este disponibilă la Neuroştiinţe

Vezi alte articole din PMC că citează articolul publicat.

Du-te la:

Abstract

Creșterea consumului caloric în obezitatea alimentară ar putea fi determinată de mecanismele centrale care reglează comportamentul care caută recompensa. Sistemul mezolimbic de dopamină, în special nucleul accumbens, subliniază atât răsplata alimentară, cât și consumul de droguri. Am investigat dacă obezitatea alimentară de șobolan este legată de modificările neurotransmisiei dopaminergice în regiunea respectivă. Șobolanii Sprague-Dawley au fost plasați pe o dietă tip bufet pentru a induce obezitatea sau o dietă de laborator pentru a menține o creștere normală în greutate. Nivelurile extracelulare de dopamină au fost măsurate prin in vivo microdializă. Eliberarea de dopamină evocată electric a fost măsurată ex vivo în felii coronare ale nucleului accumbens și striatului dorsal folosind amperometrie în timp real a fibrelor de carbon. Peste 15 săptămâni, șobolanii hrăniți în dietă au devenit obezi (creștere> cu 20% a greutății corporale) și au prezentat niveluri de dopamină accumbens extracelulare mai mici decât șobolanii cu greutate normală (0.007 ± 0.001 față de 0.023 ± 0.002 pmol / probă; P<0.05). Eliberarea de dopamină în nucleul accumbens al șobolanilor obezi a fost stimulată de o provocare de cafenea-dietă, dar a rămas fără răspuns la o masă de laborator. Administrarea de d-amfetamina (1.5 mg / kg ip) a arătat, de asemenea, un răspuns atenuat al dopaminei la șobolanii obezi. Experimentele care măsoară semnalul dopaminic evocat electric ex vivo în felii nucleu accumbens au prezentat un răspuns mult mai slab la animalele obeze (12 vs. 25 × 106 moleculele de dopamină per stimulare, P<0.05). Rezultatele demonstrează că deficitul neurotransmisiei dopaminei mezolimbice este legat de obezitatea alimentară. Eliberarea depresivă de dopamină poate determina animalele obeze să compenseze consumând alimente gustoase „de confort”, un stimul care a eliberat dopamină atunci când chow-ul de laborator a eșuat.

Cuvinte cheie: nucleul accumbens, striatum, hrană, greutate corporală, amfetamină, hiperfagie

Creșterea rapidă a obezității dietetice în societățile industrializate indică că căi de semnalizare non-homeostatice care permit o absorbție cronică pozitivă a energiei pot fi responsabile. O întrebare crucială este motivul pentru care animalele de laborator și oamenii continuă să mănânce alimente bogate în energie și gustoase în măsura în care devin obezi. Din perspectiva evoluționistă, este de așteptat ca creierul să dezvolte un sistem care să răspundă recompenselor naturale, cum ar fi alimentele. Aceste mecanisme centrale sunt conservate între specii pentru a asigura supraviețuirea (Kelley și Berridge, 2002) și ar putea interacționa sau modula circuitul care reglează greutatea corporală. Prin urmare, disponibilitatea alimentelor gustoase care pot fi recompensate pot duce la creșterea consumului de calorii și la creșterea în greutate, care nu pot depăși mecanismele bazate pe homeostazie, originare în primul rând din hipotalamus. Această posibilitate poate explica, cel puțin parțial, proporțiile epidemiei de obezitate alimentară.

Prominente printre sistemele neuronale sunt căile mezolimbice de dopamină, în care acțiunea dopaminei, în special în terminalele nucleului accumbens, este cunoscută că mediază mecanismele de întărire. Activarea acestui sistem include creșterea nivelelor de dopamină și modificări în cifra de afaceri a dopaminei după comportamente naturale recompensatoare cum ar fi hrănirea (Hernandez și Hoebel, 1988; Radhakishun și colab., 1988). În plus, este cunoscută că dopamina din nucleul accumbens (și striatumul dorsal adiacent) crește odată cu expunerea la stimuli asociate alimentelor și la activitatea motrică legată de obținerea alimentelor (Mogenson și Wu, 1982; Bradberry și colab., 1991; Salamone și colab., 1991). Prin urmare, este rezonabil să se aștepte ca obezitatea alimentară să poată fi legată de capacitatea mesolimbică de eliberare a dopaminei de alimente gustoase cu consum mare de energie.

În acest studiu, am investigat dacă expunerea cronică (săptămâni 15) la șobolani la o dietă de cantină cu consum mare de energie și gustare cauzează modificări ale nucleului accumbens dopamină. Această dietă extrem de gustoasă are succes în inducerea obezității dietetice la șobolani și este cea mai relevantă pentru dezvoltarea obezității umane (Sclafani și Springer, 1976). În plus, dieta de la cantină ne-a permis să facem distincția între preferințele de înaltă grăsime și carbohidrații și dacă astfel de preferințe au afectat eliberarea mezolimbică a dopaminei. Am descoperit că șobolanii Sprague-Dawley au luat majoritatea aportului zilnic de calorii din surse de carbohidrați și au dezvoltat obezitatea indusă de dietă (DIO). Mai mult, ei au demonstrat eliberarea bazală a dopaminei în nucleul accumbens și răspunsul atenuat al dopaminei la o masă de hrană standard sau administrarea sistemică a d-amphetamine.

PROCEDURI EXPERIMENTALE

animale

Sobolanii albinoși Sprague-Dawley (Taconic, Hudson, NY, SUA) au fost potriviți pentru o greutate corporală de 300 g, fiecare la vârsta de 3 luni. Animalele femele au fost alese deoarece, spre deosebire de șobolanii masculi, greutatea corporală a femelelor hrănite de laborator este relativ stabilă în timp. Animalele au fost adăpostite în mod individual în aceeași cameră, în cadrul unui ciclu 12-h de lumină inversă / întuneric (luminile sunt aprinse: 6 pm, luminează oprit: 6 am). În aceste condiții nu am observat niciun impact al fazei ciclului estros asupra eliberării mezolimbice a dopaminei (Geiger și colab., 2008). Toate animalele au fost utilizate conform liniilor directoare publicate de Institutul Național de Sănătate al Statelor Unite (NIH) și de Comitetul pentru îngrijirea și utilizarea animalelor instituționale (IACUC) al Tufts University și al Centrului Medical Tufts. S-au depus toate eforturile pentru a limita numărul de animale folosite pentru a minimiza utilizarea și suferința animalelor.

Cofetarie dieta compoziție

Animalele au fost împărțite în grupul DIO de la cafenea (descris, de asemenea, sub denumirea de grupul obez de alimentație de mai jos) și grupul de hrană de laborator (grup normal de greutate). Toate grupurile au fost hrănite ad libitum. Dieta pentru cafenea include componente cu conținut ridicat de grăsime, cum ar fi Crisco (33% shortening vegetale, praf 67% Purina), salam, brânză de cheddar și unt de arahide; și componente cu conținut ridicat de carbohidrați cum ar fi laptele condensat îndulcit (marca Magnolia amestecată cu apă, 1: 1), ciocolată cu ciocolată, ciocolată cu lapte, banane, marshmallows și o soluție de zaharoză 32%. Această dietă foarte gustoasă sa dovedit a fi foarte eficientă în inducerea obezității dietetice la șobolani și mimează dezvoltarea obezității umane (Sclafani și Springer, 1976). Fiecare componentă a fost disponibilă în permanență și schimbată de patru ori pe săptămână. Grupul DIO de la cafenea, în plus față de alimentele gustoase, a fost de asemenea dat ad libitum accesul la chava de laborator Purina. Pentru a identifica preferințele dietei, aportul fiecăruia dintre componentele dietei pentru cantină a fost măsurat pe două perioade 48-h în timpul celei de-a unsprezecea săptămâni de dietă. Greutățile corporale au fost înregistrate o dată pe săptămână.

Operație stereotaxică

Operația chirurgicală stereotaxică a fost efectuată în săptămâna 7 a studiului (n= 24 șobolani DIO șobolani, n= Șobolani de laborator 32). Animalele au fost anesteziate cu ketamină (60 mg / kg ip) și xilazină (10 mg / kg ip) pentru implantarea canulelor de ghidare pentru microdializă 10 mm, 21 din oțel inoxidabil, orientate către regiunea cochilială a nucleului accumbens posterior. Coordonatele stereotaxice au fost 10 mm anterior interacțiunii zero, 1.2 mm lateral la sinusul midsagittal și 4 mm ventral la suprafața craniană. Fibra de dializă a probelor a extins o altă ventrală 4 mm pentru a ajunge la locul țintă (Paxinos și Watson, 2007). După operație, toate animalele au fost returnate în cuștile lor și au continuat regimul dietetic.

Microdializă și cromatografie lichidă de înaltă performanță cu procedură de detecție electrochimică (HPLC-CE)

Microdializa a fost efectuată în timpul săptămânii 14 a studiului pentru a permite recuperarea adecvată din timpul intervenției chirurgicale. Pentru fiecare sesiune de microdializă animalele au fost plasate individual în cuști de microdializă și sondele au fost plasate în canulele de microdializă 12-15 h înainte de colectarea primei probe. Locul de implantare (stânga versus dreapta) a fost contrabalansat. Sondele de microdializă au fost de tip concentric, realizate local și au prezentat o recuperare 10% a neurochimicilor în in vitro testele descrise anterior (Hernandez și colab., 1986). Sondele au fost perfuzate cu o soluție de Ringer (142 mM NaCI, 3.9 mM KCI, 1.2 mM CaCI2, 1.0 mM MgCl2, 1.4 mM Na2HPO4, 0.3 mM NaN2PO4) la o rată de 1 ° μl / min. Dializatul a fost colectat în flacoane 40 μl conținând 5 μl de conservant (0.1 M HCI și 100 ° μM EDTA) pentru a încetini oxidarea monoaminelor. Colectarea probelor a început în mijlocul ciclului întunecat și toate alimentele au fost îndepărtate cu 3 h înainte de prelevarea probelor pentru toate animalele. Probele au fost colectate la intervale 30-min pentru cel puțin 2 h de bază, urmată de o injecție sistemică de d-amfetamină (1.5 mg / kg ip, Sigma, St. Louis, MO, SUA). Din fiecare probă, 25 μl de dializat a fost injectat într-un sistem Antec HPLC-EC amperometric (GBC, Inc., Boston, MA, SUA) cu o coloană 10 cm Rainin și un tampon de fază mobilă cu fosfat care separă și detectează dopamina acidul dihidroxifenilacetic (DOPAC) și acidul homovanilic (HVA). Picurile rezultate au fost apoi măsurate și înregistrate. Plasarea sondei de microdializă în situsul țintă a fost verificată la sfârșitul experimentului prin examinarea histologică a tractului de sondă după fixarea creierului cu paraformaldehidă.

Pentru animalele prezentate cu o chuvet de laborator 30-min sau cafenea-dieta provocare în loc de d-amfetamină, toate grupurile au fost lipsite de alimente pentru 12 h înainte de experimentul de microdializă pentru a asigura o motivație adecvată de a mânca.

Electrofiziologia plantei

Șobolanii de șobolan au fost plasați rapid în lichidul cefalorahidian artificial (GCSF) cu lichid gheață pe un vibratom Leica VT1000S (Leica Microsystems, Wetzlar, Germania) și tăiați în felii coronale 300 μm. Baia de felie conține aCSF (124 mM NaCI, 2.0 mM KCI, 1.25 mM KH2PO4, 2.0 mM MgS044, 25 mM NaHCO3, 1.0 mM CaCl2, 11 mM glucoză, pH = 7.3). După ce 1 h în fracțiuni aCSF au fost transferate în camera de înregistrare cu perfuzia aCSF oxigenată setată la 1 ml / min la 37 ° C. Fibrele cu fibră de carbon, cu diametrul 5 μm, cu o suprafață proaspăt tăiată, au fost plasate în cochilia nucleului accumbens sau striatum dorsal ~ 50 μm în felie, cu electrodul de referință (sârmă Ag / AgCl) introdus în baia aCSF și setul de tensiune la + 700 mV (Axopatch 200 B, Axon Instruments Inc., Union City, CA, USA). Sondajul bipolar, firul răsucite, electrodul stimulator (diametrul firului 0.005 în: MS 303 / 3, Plastics One, Inc., Roanoke, VA, SUA) a fost plasat în interiorul 100-200 μm al electrodului din fibră de carbon. Un stimul constant de curent monofazic de 2 ms la + 500 μA a fost livrat de un izolator de stimulare Isoflex (AMPI, Inc., Ierusalim, Israel) declanșat de un stimulator de curent constant (Model S88, Grass Technologies, West Warwick, RI, . Răspunsul electrodului amperometric (modificarea valorii inițiale) a fost monitorizat și cuantificat prin software-ul Superscope (GW Instruments, Inc., Somerville, MA, SUA). Electrozii au fost calibrați înainte și după utilizare cu voltamograme scurse de fond (cinci valuri aplicate și medii, 300 V / s, -400 până la + 1000 mV, în mediu de înregistrare și mediu cu dopamine 10 μM). Valorile vârfurilor amperometrice au fost identificate ca evenimente mai mari decât 3.5 × zgomotul rms al liniei de bază. Lățimea evenimentului a fost durata între (a) interceptarea liniei de bază a înclinației maxime de la linia de bază până la primul punct care a depășit cutoff-ul și (b) primul punct de date urmând amplitudinea maximă care a înregistrat o valoare de ≤0 pA. Amplitudinea maximă (imax) a evenimentului a fost cea mai mare valoare din cadrul evenimentului. Pentru determinarea numărului total de molecule (N) a fost determinată sarcina totală a evenimentului între interceptele de bază și numărul de molecule estimate de relație N= Q /nF, unde Q este taxa, n numărul de electroni donați pe moleculă și F este constanta lui Faraday (96,485 C pe echivalent). Estimările se bazează pe ipoteza a doi electroni donați pe molecula oxidată a dopaminei (Ciolkowski și colab., 1994).

Micropuncții tisulare

Cafeteria DIO sau șobolani de laborator (n= 11 / grup) au fost eutanasiați ca în experimentul anterior și pumnii cu diametrul 1 mm ai striatumului dorsal și nucleului accumbens au fost luați din feliile creierului 300 μm. Dălțile au fost apoi expuse la soluție 40 mM KCI pentru 3 min pentru a stimula eliberarea dopaminei. Nivelurile de dopamină extracelulară au fost apoi măsurate utilizând metoda HPLC descrisă mai sus.

Analiza datelor

În analiza datelor de microdializă s-a utilizat ANOVA în două sensuri (grup × timp) cu măsuri repetate și analiză post hoc Fisher după caz. One-way ANOVA a fost utilizat pentru toate celelalte teste. Pentru experimentele cu felie, rezultatele a cinci stimulente diferite pe aceeași felie au fost medii pe felie înainte de a se efectua analiza ANOVA. Rezultatele sunt exprimate ca medie ± eroare standard a mediei (SEM).

REZULTATE

Șobolanii obezi obișnuiți au o preferință puternică pentru alimentele foarte gustoase

Cafeteria DIO șobolani au arătat o preferință puternică pentru laptele dulce (74.4 ± 6.4 g, 241 ± 21 kcal) și soluția 32% sucroză (31.4 ± 4.1 g, 40 ± 5 kcal) (Fig. 1A, B, F(9,127) = 116.9854, P<0.01). În plus, aceste animale au consumat semnificativ mai puțin din purina Chow (5.66 ± 1.02 g) comparativ cu animalele hrănite cu chow de laborator (54.7 ± 2.3 g; F(1,27) = 419.681, P<0.01). După 14 săptămâni la dieta de la cafenea, șobolanii au câștigat 53.7% din greutatea corporală inițială până la o greutate finală de 444.9 ± 19.0 g. După aceeași perioadă, șobolanii de pe chow de laborator au atins o greutate finală de 344.0 ± 10.8 (Fig. 2A).

Fig. 1 

Preferințele pentru componența dietei de cafea la șobolanii obezi. Consumul mediu al componentelor dietei de cafea în grame (A) și kcal (B) în două perioade 48-h în săptămâna 11 a regimului alimentar arată o preferință pentru laptele dulce și soluția de zaharoză (media ± SEM; ...
Fig. 2 

Concentrațiile bazale, amfetamină și de laborator, provocate de masă, provocate de nucleul accumbens sunt scăzute la șobolanii obezi alimentari. (A) Greutatea corporală a șobolanilor DIO de la cantină în timpul unei perioade de săptămână 14 a fost semnificativ mai mare decât cea alimentată de laborator ...

Șobolanii obezi obișnuiți au dopamină bazală scăzută și eliberare dopamină stimulată cu amfetamină redusă

În săptămâna 14 a studiului, șobolanii DIO din cafeteria au prezentat niveluri scăzute de dopamină extracelulară în nucleul accumbens, comparativ cu șobolanii hrăniți în laborator (0.007 ± 0.001 pmols / 25 μL probă vs 0.023 ± 0.002 pmols / 25 μL probă, respectiv, Fig. 2B, F(1,19) = 11.205; P<0.01), măsurat prin in vivo microdializă. Nivelurile de bază ale metaboliților dopaminei, DOPAC și HVA, au fost, de asemenea, găsite a fi semnificativ mai scăzute la șobolanii DIO din cantină. Nivelurile DOPAC din șobolanii DIO din cantină au fost 3.13 ± 0.42 vs 8.53 ± 0.56 pmol la șobolani de laborator hrăniți cu alimente (F(1,10) = 14.727, P<0.01). Nivelurile HVA au fost de 1.0 ± 0.28, respectiv de 4.28 ± 0.33 pmol (F(1,20) = 6.931, P<0.05). După stabilirea unei linii de bază constante de dopamină, șobolanilor li s-a administrat o injecție ip de 1.5 mg / kg de amfetamină. Eliberarea totală a nivelurilor de dopamină stimulată a fost mai mică la șobolanii DIO de la cafenea, comparativ cu animalele de laborator hrănite cu chow (Fig. 2B, F(9,162) = 2.659, P

Șobolanii obezi obișnuiți eliberează dopamina în nucleul accumbens atunci când mănâncă alimente extrem de gustoase,

Fig. 2D arată că nivelurile de dopamină extracelulară în șobolanii DIO de la cantină nu au crescut în mod detectabil ca răspuns la o masă de băuturi de laborator. Animalele au mâncat în medie 1.3 ± 0.4 g de hrană peste 30 min. Cu toate acestea, atunci când un subset de animale (n= 8) a fost apoi alimentat cu dieta pentru cafea pentru 30 min, dopamina a crescut 19.3% de la 0.027 ± 0.003 la 0.033 ± 0.004 pmols / 25 μL probă (F(11,187) = 8.757, P<0.05). Nivelurile DOPAC au crescut, de asemenea, cu 17.13% ± 6.14%. În schimb, nivelurile de dopamină la animalele hrănite cu chow de laborator au crescut cu 51.10% ± 17.31% (F(7,119) = 3.902, P<0.05) 1 oră după masa chow (animalele au mâncat în medie 5.7 ± 0.8 g, semnificativ mai mult decât animalele DIO; F(1,33) = 26.459, P<0.01). Cu toate acestea, nu ne așteptăm ca aportul mai mic de alimente de către animalele DIO să fie cauza directă a lipsei de eliberare de dopamină la aceste animale, deoarece consumul de alimente de până la 0.6 g a fost raportat pentru a stimula eliberarea de dopamină în nucleul accumbens al șobolanilor (Martel și Fantino, 1996). În plus, alte studii au arătat că diferențele în cantitatea de dopamină eliberată nu sunt în mod necesar corelate direct cu cantitatea de alimente prezente, dar pot fi, de asemenea, afectate de alți stimuli, cum ar fi nivelul de sațietate al animalului, gustul și efectele de noutate ale alimentelor prezentate (Hoebel și colab., 2007). O dietă de cantină nu a fost pusă ca o provocare pentru animalele de laborator hrănite deoarece se aștepta să genereze efecte de noutate care ar fi confundate cu orice comparație cu animalele DIO din cafenea.

Declanșarea stimulată electric a dopaminei este atenuată în felii de creier coronarian acut de la șobolani obezi alimentari

Fig. 3A prezintă urme amperometrice reprezentative din feliile de coajă de nucleu accumbens ale șobolanilor obișnuiți normali vs. dietetice (n= Stimulente 30 în șapte felii vs. stimulente 24 în cinci felii). Șobolanii DIO de la cafeteria au avut o eliberare mai scăzută de dopamină evocată electric decât șobolanii cu hrănire de laborator (12 × 106± 4 10 ×6 vs. 25 × 106± 6 10 ×6 molecule; Fig. 3B, F(1,52) = 2.1428, P<0.05). Această diferență în eliberarea evocată de dopamină reflectă atât o scădere a amplitudinii evenimentului (5.16 ± 1.10 pA la șobolanii DIO de la cafenea față de 7.06 ± 0.80 pA la șobolanii hrăniți de laborator; Fig. 3C, F(1,52) = 2.4472, P<0.05) și lățime (2.45 ± 0.73 s la șobolani DIO de la cafenea față de 4.43 ± 0.70 s la șobolani hrăniți de laborator, Fig. 3D, F(1,52) = 3.851, P

Fig. 3 

Evacuarea eliberării de dopamină din nucleul accumbens în feliile creierului (A) Urme reprezentative din feliile acută de coronuclei acute acumbens de animale hrănite (top; n= Stimulente 30 în șapte felii) și animale DIO din cafenea (fund; n= Stimulări 24 ...

Fig. 4 arată că aceleași tendințe au fost prezente și în feliile dorsale striatale ale șobolanilor obezi alimentari. Urmele reprezentative din laboratorul de hrănire de laborator (n= Stimulente 31 în șapte felii) și cantină DIO (n= Stimulentele 15 în patru felii) sunt afișate în Fig. 4A. Eliberarea dopaminei provocată electric din striatum a fost 0.8 × 106± 0.1 10 ×6 în șobolani DIO pentru cafeteria vs. 44 × 106± 11 10 ×6 molecule (Fig. 4B, F(1,45) = 6.0546, P<0.01) în animalele de laborator hrănite cu chow. Din nou, aceasta reflectă o scădere atât a amplitudinii evenimentului (2.77 ± 0.42 față de 9.20 ± 1.88 pA; F(1,45) = 7.8468, P<0.01) și lățime (0.22 ± 0.03 vs. 5.90 ± 0.98 s; F(1,45) = 17.2823, P<= 0.01) în grupul DIO al cafenelei (Fig. 4C, 4D).

Fig. 4 

Eliberarea dopaminei eliberată din striatul dorsal în felii de creier. (A) Urmele reprezentative din feliile coronale acute ale striatului dorsal de animale hrănite (top; n= Stimulente 31 în șapte felii) și animale DIO din cafenea (fund; n= Stimularea 15 în ...

Eliberarea dopaminei stimulată de potasiu în micropuncinele de țesut este redusă în nucleul accumbens și striatum al șobolanilor obezi alimentari

Nivelurile de dopamină extracelulare după stimularea cu KCI au fost măsurate prin HPLC-EC și sunt prezentate în Fig. 5. Nivelurile extracelulare de dopamină au fost 0.16 ± 0.08 pmol / eșantion în micropuncțiile accumbens de animale obeze (n= Micropunci 10) comparativ cu 0.65 ± 0.23 pmol / eșantion în micropunchetele de la animalele de control (n= Micropunci 11; Fig. 5A; F(1,19) = 4.1911, P<0.01). Nivelurile de dopamină extracelulară au fost de 5.9 ± 1.7 pmol / probă în micropunții striatali de la obezi (n= Micropunci 8) șobolani și 11.3 ± 1.9 pmol / eșantion în același loc de la control (n= Micropunci 11) șobolani (Fig. 5B; F(1,17) = 7.5064, P

Fig. 5 

Nivelurile extracelulare de dopamină din micropuncțiile țesuturilor stimulate cu potasiu. Cantitatea de dopamină eliberată din (A) nucleul accumbens (n= Micropunci 11 din fiecare grupă) și (B) striat dorsal (n= Micropuncțiile 8 de la cei obezi și n= Micropunci 11 din controale) ...

DISCUŢIE

În acest studiu, șobolanii au devenit supraponderali din consumul unei diete de cofetărie, preferând alimentele bogate în carbohidrați. În starea lor supraponderală, aveau dopamină bazală extracelulară inferioară, precum și dopamină stimulată prin chow sau amfetamină stimulată în nucleul accumbens. În studiile care utilizează medicamente de abuz, animalele vor lucra pentru a menține nivelurile de dopamină în nucleul accumbens deasupra unui anumit nivel (Wise și colab., 1995a,b; Ranaldi și colab., 1999). În studiul de față, "substanța" abuzată este o hrană gustoasă, astfel încât dopamina extracelulară scăzută în acumbens duce la creșterea consumului de alimente gustoase.

Sobolanii obezi au arătat, de asemenea, niveluri atenuate de dopamină stimulată electric în felii de creier și dopamină stimulată stimulată de potasiu în micropunșele de țesut de la nucleul accumbens și striatum dorsal. Un deficit central presinaptic în exocitoza dopaminei este, prin urmare, evident în obezitatea alimentară, deoarece depresia eliberării provocate de dopamină este prezentă in vivo, în feliile creierului acut striat și acumbal și în micropuncțiile de țesut de la animalele obeze dietetice. Am observat un efect similar într-un model genetic al predispoziției la obezitate. În acest model, expresia mRNA și proteină a regulatorilor de sinteză și exocitoză a dopaminei incluzând hidroxilaza tirozinei și transportorul monoamină veziculară neuronală (VMAT2) sunt scăzute în neuronii dopaminei din zona tegmentală ventrală (VTA) a animalelor predispuse la obezitateGeiger și colab., 2008). Un alt potențial site al modificării pre-sinaptice este transportorul de recuperare a dopaminei cu membrană plasmatică, DAT. Studiile de electrofiziologie a felie ne permit să facem distincția între diferențele de eliberare a dopaminei față de cinetica recaptării. Diferența în lățimea vârfului sugerează, în principiu, că animalele animale obeze dietetice pot avea nu numai o eliberare mai puțin evocată, ci și schimbări în reabsorbție datorită diferențelor în locurile de transport DAT activ pe membrana plasmatică. În grăsimi Zucker (fa / fa) șobolani, au fost raportate nivele crescute ale ARNm ale transportorului DAT în VTA (Figlewicz și colab., 1998). Posibilitatea creșterii clearance-ului dopaminei este compatibilă cu semnalul scăzut de dopamină evocat la șobolanii DIO din prezentul studiu.

Trebuie să reținem faptul că capacitatea de eliberare a dopaminei din amfetamină nu a fost atenuată la animalele obeze (în termeni de schimbare procentuală față de valoarea inițială) și acest lucru poate "conspira" împreună cu nivelurile scăzute de dopamină absolută pentru a stimula motivația animalelor obeze de a obține stimulente eliberatoare de dopamină. Amfetamina este o bază slabă care îndepărtează dopamina din vezicule de citozol și conduce la creșterea dopaminei extracelulare prin transport invers (Sulzer și Rayport, 1990). În cazul unor deficite severe în bazinele veziculoase ale dopaminei, cum ar fi, de exemplu, în cazul șoarecilor cu deficit de VMAT2 ai transportorului vezicular, injectarea de amfetamină stimulează tranzitoriu noua sinteză a dopaminei în citozol (Fon și colab., 1997). O creștere tranzitorie indusă de amfetamină a dopaminei citosolice poate explica creșterea temporară a schimbării procentuale a dopaminei accumbens la animalele obeze față de cea observată la animalele cu greutate normală și poate contribui la susceptibilitatea animalelor obeze la stimulentele eliberatoare de dopamină împreună cu extracelularul absolut inferior nivelurile de dopamină din accumbens.

Care ar fi mecanismele care ar putea să medieze deficitul de dopamină presinaptică la animalele obeze și să-și determine preferințele alimentare? Legătura dintre preferința alimentară și nucleul accumbens dopamină este clar indicată în răspunsul blunted al animalelor obeze dietetice de a mânca, dar nu și la o dietă gustoasă. Descoperirile noastre completează lucrările recente care arată că un agonist al receptorului de tip dopamin D1 (D1) a îmbunătățit preferința șobolanilor pentru alimente foarte gustoase (Cooper și Al-Naser, 2006). În plus, nucleul accumbens dopamina este activat la șobolanii instruiți să se aplece asupra sucrozei (Avena și colab., 2008), susținând în continuare implicarea dopaminei centrale în preferința pentru alimentele gustoase bogate în carbohidrați. Am demonstrat deficitul central de dopamină raportat în prezentul studiu în modele suplimentare de obezitate, incluzând ob / ob leptină și șobolanul predispus la obezitate (Fulton și colab., 2006; Geiger și colab., 2008). Astfel, un posibil semnal care leagă consumul alimentar gustos și eliberarea de dopamină accumbens ar putea fi leptina. La oameni cu deficiență congenitală de leptină, înlocuirea leptinei reduce hiperfagia și modifică activarea striatumului ventral în ceea ce privește vizualizarea alimentelor gustoase (Farooqi și colab., 2007). La șobolani s-a arătat, de asemenea, că leptina va scădea autoadministrarea zaharzei (Figlewicz și colab., 2006, 2007). Alte intrări orexigene, cum ar fi ghrelin și orexin, s-au dovedit, de asemenea, implicate în activarea sistemului dopaminei midbrain (Rada și colab., 1998; Helm și colab., 2003; Abizaid și colab., 2006; Narita și colab., 2006). Ar fi interesant să se examineze în continuare dacă schimbarea animalelor obeze dietetice într-o cavă de laborator obișnuită pe o bază cronică ar menține preferința lor pentru alimentele gustoase și răspunsul accumbens asociat dopaminei asociat acesteia, independent de modificările preconizate ale leptinei, ghrelinului sau orexinului și alte semnale legate de reglementarea apetitului.

CONCLUZIE

În concluzie, constatările din acest studiu arată că sistemul mezolimbic de dopamină joacă un rol esențial în preferința pentru dietele cu o înaltă energie, hiperfagia și obezitatea alimentară rezultată. Nucleul accumbens și neurotransmisia dopaminergică a striatului dorsal sunt deprimate la șobolanii obezi alimentari. Animalele pot restabili temporar nivelele de dopamină prin consumul de alimente extrem de gustoase, cu consum mare de energie. Aceste rezultate sugerează că direcționarea selectivă a regulatorilor presinaptici ai sistemului dopaminic mezolimbic constituie o abordare promițătoare pentru tratamentul obezității alimentare.

recunoasteri

Această lucrare a fost susținută de DK065872 (ENP), F31 DA023760 (BMG, ENP), un premiu acordat de Smith Family Foundation pentru excelență în cercetarea biomedicală (ENP) și P30 NS047243 (Centrul Tufts pentru cercetare neurologică).

Abrevieri

  • aCFS
  • lichidul cefalorahidian artificial
  • DAT
  • dopamina cu membrană plasmatică
  • DIO
  • dieta indusă de obezitate
  • DOPAC
  • dihidroxifenilacetic
  • HPLC-CE
  • cromatografie lichidă de înaltă performanță cu detecție electrochimică
  • HVA
  • acidul homivinilic
  • VMAT2
  • transportor monoamină veziculară neuronală
  • VTA
  • zona tegmentală ventrală

REFERINȚE

  1. Abizaid A, Liu ZW, Andrews ZB, Shanabrough M, Borok E, Elsworth JD, Roth RH, Sleeman MW, Picciotto MR, Tschop MH, Gao XB, Horvath TL. Ghrelin modulează activitatea și organizarea sinaptică de intrare a neuronilor dopaminergici midbrain în timp ce promovează pofta de mâncare. J Clin Invest. 2006; 116: 3229-3239. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
  2. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Dovezi privind dependența de zahăr: efectele comportamentale și neurochimice ale aportului intermitent, excesiv de zahăr. Neurosci Biobehav Rev. 2008; 32: 20-39. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
  3. Bradberry CW, Gruen RJ, Berridge CW, Roth RH. Diferențe individuale în măsurile comportamentale: corelațiile cu nucleul accumbens dopamină măsurate prin microdializă. Pharmacol Biochem Behav. 1991; 39: 877-882. [PubMed]
  4. Ciolkowski EL, Maness KM, Cahill PS, Wightman RM, Evans DH, Fosset B, Amatore C. Disproporționarea în timpul electrooxidării catecolaminelor la microelectrozi din fibră de carbon. Anal Chem. 1994; 66: 3611-3617.
  5. Cooper SJ, Al-Naser HA. Controlul dopaminergic al alegerii alimentelor: efectele contrastante ale SKF 38,393 și quinpirole asupra preferinței de hrănire a hranei la șobolani. Neuropharmacology. 2006; 50: 953-963. [PubMed]
  6. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptina reglează regiunile striatale și comportamentul alimentar uman. Ştiinţă. 2007; 317: 1355. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
  7. Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Insulina intraventriculară și leptina scad autoadministrarea sucrozei la șobolani. Physiol Behav. 2006; 89: 611-616. [PubMed]
  8. Figlewicz DP, MacDonald Naleid A, Sipols AJ. Modularea recompensării alimentare prin semnale de adipozitate. Physiol Behav. 2007; 91: 473-478. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
  9. Fig. 2, Fig. 2, Fig. 2, Fig. 2, Fig. 2, Fig. 2, Fig. Brain Res Bull. 1998; 46: 199-202. [PubMed]
  10. Fon EA, Pothos RO, Sun BC, Killeen N, Sulzer D, Edwards RH. Transportul vezicular reglementează stocarea și eliberarea monoamină, dar nu este esențial pentru acțiunea amfetaminei. Neuron. 1997; 19: 1271-1283. [PubMed]
  11. Fulton S, Pissios P, Manchon RP, Stiles L, Frank L, Pothos EN, Maratos-Flier E, Flier JS. Reglementarea cu leptină a căii dopaminei mezoaccumbens. Neuron. 2006; 51: 811-822. [PubMed]
  12. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG, Pothos EN. Dovezi pentru exocitoza mesolimbică defectuoasă la șobolanii predispuși la obezitate. FASEB J. 2008; 22: 2740-2746. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
  13. Helm KA, Rada P, Hoebel BG. Cholecystokininul combinat cu serotonina în hipotalamus limitează eliberarea dopumbinei accumbens în timp ce creșterea acetilcolinei: un posibil mecanism de satializare. Brain Res. 2003; 963: 290-297. [PubMed]
  14. Hernandez L, Hoebel BG. Hrănirea și stimularea hipotalamică măresc cifra de afaceri a dopaminei în accumbens. Physiol Behav. 1988; 44: 599-606. [PubMed]
  15. Hernandez L, Stanley BG, Hoebel BG. O mică sondă de microdializă detașabilă. Life Sci. 1986; 39: 2629-2637. [PubMed]
  16. Hoebel BG, Avena NM, Rada P. Accumbens balanța dopamină-acetilcolină în abordare și evitare. Curr Opin Pharmacol. 2007; 7: 617-627. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
  17. Kelley AE, Berridge KC. Neuroștiința recompenselor naturale: relevanța pentru drogurile dependente. J Neurosci. 2002; 22: 3306-3311. [PubMed]
  18. Martel P, Fantino M. Influența cantității de alimente ingerate asupra activității sistemului dopaminergic mezolimbic: un studiu de microdializă. Pharmacol Biochem Behav. 1996; 55: 297-302. [PubMed]
  19. Mogenson GJ, Wu M. Dovezile neurofarmacologice și electrofiziologice care implică sistemul dopolamin mezolimbic în răspunsurile alimentare, provocate de stimularea electrică a mănunchiului anterior al creierului. Brain Res. 1982; 253: 243-251. [PubMed]
  20. Narita M, Nagumo Y, Hashimoto S, Narita M, Khotib J, Miyatake M, Sakurai T, Yanagisawa M, Nakamachi T, Shioda S, Suzuki T. Implicarea directă a sistemelor orexinergice în activarea căii dopaminergice mezolimbice și comportamentele asociate de morfină. J Neurosci. 2006; 26: 398-405. [PubMed]
  21. Paxinos G, Watson C. Creierul șobolanului în coordonate stereotaxice. Amsterdam: Academic Press; 2007.
  22. Rada P, Mark GP, Hoebel BG. Galanina din hipotalamus ridică dopamina și scade eliberarea acetilcolinei în nucleul accumbens: un posibil mecanism pentru inițierea hipotalamică a comportamentului alimentar. Brain Res. 1998; 798: 1-6. [PubMed]
  23. Radhakishun FS, van-Ree JM, Westerink BH. O alimentație programată mărește eliberarea de dopamină în nucleul accumbens al șobolanilor lipsiți de hrană, așa cum este evaluat cu dializa cerebrală on-line. Neurosci Lett. 1988; 85: 351-356. [PubMed]
  24. Ranaldi R, Pococ D, Zereik R, Wise RA. Fluctuațiile dopaminei în nucleul accumbens în timpul întreținerii, extincției și reintroducerii administrării intravenoase de D-amfetamină. J Neurosci. 1999; 19: 4102-4109. [PubMed]
  25. Salamone JD, Steinpreis RE, McCullough LD, Smith P, Grebel D, Mahan K. Haloperidol și nucleul accumbens epuizarea dopaminei suprimă apăsarea pârghiei pentru alimente, dar crește consumul alimentar liber într-o nouă procedură de alegere a alimentelor. Psychopharmacology. 1991; 104: 515-521. [PubMed]
  26. Sclafani A, Springer D. Obezitatea dietei la șobolanii adulți: similitudini cu sindroamele hipotalamice și obezitatea umană. Physiol Behav. 1976; 17: 461-471. [PubMed]
  27. Sulzer D, Rayport S. Amfetamina și alți psihostimulanți reduc gradienții pH-ului în neuronii dopaminergici ai midbrainului și granulele de cromafină: un mecanism de acțiune. Neuron. 1990; 5: 797-808. [PubMed]
  28. Wise RA, Leone P, Rivest R, Leeb K. Creșterea nivelelor nucleului accumbens dopamină și DOPAC în timpul administrării intravenoase de heroină. Synapse. 1995a; 21: 140-148. [PubMed]
  29. Wut RA, Newton P, Leeb K, Burnette B, Pocock D, JB., Jr Fluctuațiile concentrației de dopamină a nucleului accumbens în timpul administrării intravenoase de cocaină la șobolani. Psihofarmacologie (Berl) 1995b; 120: 10-20. [PubMed]