Circuite divergente care stau la baza recompensei și efectelor consumului de grelină: proiecția dopaminergică VTA-accumbens mediază efectul ghrelin asupra recompensei alimentare, dar nu și a consumului de alimente (2013)

Important de subliniat

• •

• Grelina intra-VTA angajează receptorii accumbal D1 și D2.

• •

• Privarea de alimente crește comportamentul de recompensă alimentară prin receptorii accumbal D1 și D2.

• •

• Aportul de alimente nu este afectat de manipulările accumbal D1 și D2.

• •

• Comportamentul de recompensă alimentară și aportul simplu de mâncare sunt controlate de circuite divergente.

• •

• Dopamina NAc joacă un rol important în recompensa alimentară, dar nu și în aportul de alimente.

Abstract

Obezitatea a atins proporții epidemice globale și a creat o nevoie urgentă de a înțelege mecanismele care stau la baza aportului alimentar excesiv și necontrolat. Grelina, singurul hormon orexigen circulant cunoscut, crește puternic comportamentul de recompensă alimentară. Circuitul neurochimic care leagă grelina de sistemul de recompensă mezolimbic și de comportamentul crescut de recompensă alimentară rămâne neclar.

Aici examinăm dacă semnalizarea dopaminergică VTA-NAc este necesară pentru efectele grelinei asupra recompensei și aportului alimentar. În plus, examinăm posibilitatea ca grelina endogenă să acționeze asupra neuronilor dopaminergici VTA-NAc. Un antagonist al receptorului D1 sau D2 a fost injectat în NAc în combinație cu microinjecția cu grelină în VTA pentru a investiga dacă această blocare atenuează comportamentul de recompensă alimentară indus de grelină. Injecțiile cu grelină cu VTA au produs o creștere semnificativă a motivației alimentare/comportamentului de recompensă, măsurată prin condiționarea operantă a raportului progresiv indus de zaharoză și aportul de alimente. Pretratamentul cu un antagonist al receptorului D1 sau D2 în NAc a blocat complet efectul de recompensă al grelinei, lăsând intact consumul de mâncare. Am constatat, de asemenea, că acest circuit este potențial relevant pentru efectele grelinei eliberate endogen, deoarece ambii antagoniști au redus postul (o stare de niveluri circulante ridicate de grelină) au crescut comportamentul motivat de zaharoză, dar nu și hiperfagia alimentară.

Luate împreună, datele noastre identifică proiecțiile dopaminergice VTA la NAc, împreună cu receptorii D1 și D2 din NAc, ca elemente esențiale ale circuitelor de răspuns la grelină care controlează comportamentul recompensei alimentare. În mod interesant, rezultatele sugerează, de asemenea, că comportamentul de recompensare alimentară și aportul simplu de mâncare sunt controlate de circuite divergente, în care dopamina NAc joacă un rol important în recompensa alimentară, dar nu și în aportul de alimente.

2.1. Procedura de condiționare operantă

Experimentele de condiționare operantă au avut loc în camere de condiționare operantă de șobolan (30.5 × 24.1 × 21.0 cm; Med-Associates, Georgia, VT, SUA). Procedura de antrenament utilizată pentru condiționarea operantă a fost adaptată din studiile anterioare (la Fleur și colab., 2007 și Hansson și colab., 2012). Pentru a facilita antrenamentul operant pentru zaharoză, toți șobolanii au fost supuși unei ușoare restricții alimentare în timpul căreia greutatea lor inițială a fost redusă treptat la 90% pe o perioadă de o săptămână. Înainte de plasarea în cutiile operante, șobolanii au fost expuși la granule de zaharoză (pelete de zaharoză de 45 mg; test Diet, Richmond, IN, SUA) în mediul cuștii de acasă de cel puțin două ori. Apoi, șobolanii au învățat să preseze cu pârghie pentru peleți de zaharoză sub un program FR1 cu raport fix, cu 2 sesiuni/zi. În FR1, o singură apăsare pe pârghia activă a dus la livrarea unei granule de zaharoză. Toate sesiunile FR au durat 30 de minute sau până când șobolanii au câștigat 50 de pelete, oricare a avut loc primul. Majoritatea șobolanilor au atins criteriul de 50 de pelete pe sesiune după 5-7 zile. Apăsările pe pârghia inactivă au fost înregistrate, dar nu au avut nicio consecință programată. Sesiunile de program FR1 au fost urmate de FR3 și FR5 (adică 3 și, respectiv, 5 presă pe pelet). Programul FR5 a fost urmat de programul cu raportul progresiv (PR) în timpul căruia costul unei recompense a fost crescut progresiv pentru fiecare recompensă următoare, pentru a determina cantitatea de muncă pe care șobolanul este dispus să o depună pentru obținerea recompensei. Cerința de răspuns a crescut conform următoarei ecuații: raportul de răspuns=(5e(0.2 × număr de perfuzie)) – 5 prin următoarea serie: 1, 2, 4, 9, 12, 15, 20, 25, 32, 40, 50 , 62, 77, 95, 118, 145, 178, 219, 268, 328. Sesiunea de PR s-a încheiat când șobolanul nu a reușit să câștige o recompensă în 60 de minute. Răspunsul a fost considerat stabil atunci când numărul de pelete de alimente câștigate pe sesiune nu a diferit cu mai mult de 15% pentru trei sesiuni consecutive. În cele mai multe cazuri, răspunsul s-a stabilizat în 5 sesiuni. Acei șobolani care nu au atins criteriile cerute în acea perioadă de timp au fost antrenați în sesiuni suplimentare. Testul PR a fost efectuat la 1 ședință/zi. Ulterior, șobolanii au fost transferați în cuștile lor de acasă pentru măsurarea consumului de mâncare timp de 1 oră. La sfârșitul antrenamentului și înainte de operație și testare, șobolanii au avut ad libitum acces la mâncare normală.

2.2. Droguri

Grelina acilată de șobolan (Tocris, Bristol, Marea Britanie) a fost administrată la VTA la o doză de 1.0 μg cu lichid cefalorahidian artificial (aCSF) ca vehicul (și control). Sa demonstrat anterior că doza de 1.0 μg de grelină crește răspunsul operant la zahăr și induce un răspuns orexigen atunci când este livrat la VTA (Naleid și colab., 2005 și Skibicka și colab., 2011). Antagonistul receptorului asemănător D1, SCH-23390, a fost administrat la NAc la o doză de 0.3 μg (Tocris), cu aCSF ca vehicul (martor). Pentru studiul privind privarea de alimente, doza a fost crescută la 0.5 μg din cauza lipsei de efect a dozei inițiale de 0.3 μg. SCH-23390 este un antagonist puternic și selectiv al receptorilor de dopamină asemănătoare D1 cu afinitate > 1000 de ori pentru receptorii de dopamină asemănătoare D1 față de receptorii de dopamină asemănătoare D2 (Barnett şi colab., 1986). Are o afinitate similară pentru receptorii D1 și D5 (Barnett şi colab., 1992) prin urmare, pe parcursul studiului, ne vom referi la capacitatea sa de a bloca receptorii asemănători D1, un termen care cuprinde atât receptorii D1, cât și D5. Doza inițială de 0.3 μg de SCH-23390 a fost aleasă pe baza (Grimm și colab., 2011). Această doză injectată în învelișul de NAc s-a dovedit a fi eficientă în reducerea apăsării pârghiei pentru un indiciu asociat anterior cu livrarea unei soluții de zaharoză fără a afecta performanța la pârghia inactivă. Antagonistul receptorului de dopamină D2, clorhidratul de eticlopridă (Tocris), a fost administrat la NAc cu aCSF ca vehicul (martor). Doza inițială de eticlopridă aleasă (1.0 μg) sa bazat pe (Laviolette și colab., 2008), dar a fost crescută la 1.5 μg în studiul privind privarea de alimente. Toate medicamentele au fost livrate într-un volum de 0.5 μl de aCSF.

2.3. Proiectare experimentală

Toți șobolanii au primit injecții direcționate cu NAc și VTA la începutul ciclului de lumină, cu a doua injecție la 10 minute înainte de începerea testării operante. Toate condițiile au fost separate cu un minim de 48 de ore și rulate într-o manieră contrabalansată, astfel încât fiecare șobolan a primit toate cele patru condiții: primul vehicul sau antagonist al receptorului dopaminergic la NAc și apoi, 10 minute mai târziu, vehicul sau grelină la VTA. Pentru fiecare șobolan au fost vizate VTA și NAc ipsilateral. Detaliile fiecărui experiment sunt, de asemenea, ilustrate în Fig. 1.

2.3.1. Efectul blocării receptorului asemănător D1 asupra recompensei alimentare și a aportului de alimente induse de grelină

Răspunsurile au fost examinate după VTA și NAc vizate (n = 12–14) livrarea medicamentului după patru condiții, după cum urmează: 1) stare de control (soluții vehicul la NAc și VTA), 2) vehicul NAc + VTA 1.0 μg grelină, 3) NAc 0.3 μg SCH-23390 + vehicul VTA, 4 ) NAc 0.3 μg SCH-23390 + VTA 1.0 μg grelină. Testarea a fost efectuată în stare de satură (după perioada ciclului întunecat de hrănire). În zilele experimentale, șobolanii au fost înapoiați în cuștile lor de acasă după 120 de minute de testare operantă și aportul de mâncare a fost măsurat timp de 1 oră în mediul cuștii de acasă (ca în programul 1, Fig. 1). Acest punct de timp corespunde celei de-a treia ore după injectarea grelinei cu VTA, timp în care ar fi de așteptat să continue un răspuns orexigen, pe baza studiilor anterioare care explorează cursul în timp al acțiunii grelinei, administrată central sau periferic ( Wren și colab., 2000 și Faulconbridge et al., 2003) și studiile noastre anterioare care au folosit o configurație experimentală similară.

2.3.2. Efectul blocării receptorului D2 asupra recompensei alimentare și a aportului de alimente induse de grelină

Răspunsurile au fost examinate după VTA și NAc vizate (n = 7) livrarea medicamentului în patru condiții, după cum urmează: 1) stare de control (soluții vehicul la NAc și VTA), 2) vehicul NAc + VTA 1.0 μg grelină, 3) NAc 1 μg clorhidrat de eticlopridă + vehicul VTA, 4) NAc 1 μg clorhidrat de eticlopridă + VTA 1.0 μg grelină. Testarea a fost efectuată în stare de satură (după perioada ciclului întunecat de hrănire). Șobolanii au fost returnați în cuștile lor de acasă după 120 de minute de testare operantă și aportul de mâncare a fost măsurat timp de 1 oră în mediul cuștii de acasă (ca în programul 1, Fig. 1), deoarece efectul orexigen mediat de grelină este încă prezent după o plasare întârziată a peletelor de mâncare (după 2 ore).

2.3.3. Efectele blocării receptorilor D1 și D2 (separate sau combinate) asupra aportului de hrană indusă de grelină numai

Pentru a confirma că rezultatele obținute asupra aportului de mâncare în experimentele anterioare nu au fost confundate de expunerea anterioară la zaharoză în paradigma operantă sau de întârzierea de 2 ore, într-un studiu separat, am explorat efectele eliberării NAc a doi antagonişti ai receptorilor dopaminergici, singuri sau în combinaţie, la aportul alimentar de 2 şi 3 ore indus de grelină VTA la şobolanii săturaţi (n = 10–11; ca în programul 2, Fig. 1). În acest caz, șobolanii nu au fost expuși la paradigma de condiționare operantă înainte de măsurarea alimentelor. Astfel, aportul de alimente a fost măsurat după administrarea țintită a medicamentelor VTA și NAc după patru condiții, după cum urmează: 1) stare de control (soluții vehicul pentru NAc și VTA), 2) vehicul NAc + VTA 1.0 μg grelină, 3) antagonist al receptorului dopaminergic NAc + Vehicul VTA, 4) antagonist al receptorului de dopamină NAc + VTA 1.0 μg grelină. Mai întâi am explorat cei doi antagoniști ai receptorilor dopaminergici separat, astfel încât, în condițiile 3 și 4, un grup de șobolani a primit 0.3 μg SCH-23390, iar celălalt grup a primit 1 μg clorhidrat de eticlopridă. După recuperare timp de 3 zile, aproximativ jumătate din șobolanii din fiecare grup au fost retestați, de data aceasta cu o combinație a celor doi antagoniști în condițiile 3 și 4. În fiecare dintre aceste 3 experimente a fost utilizat un design contrabalansat între tratamente, ca înainte (toate șobolanii au primit toate condițiile în fiecare experiment pentru compararea efectului în cadrul subiectului). Poziția canulelor a fost verificată post-mortem ca și înainte. Datele prezentate includ numai șobolani cu plasarea injecției confirmată pentru a atinge VTA și NAc.

2.3.4. Efectul blocării receptorilor D1 și D2 asupra recompensei alimentare și a aportului de alimente induse de privarea de alimente

Antagoniştii receptorilor de dopamină au fost testaţi în 2 experimente diferite. În primul experiment, răspunsurile au fost examinate după NAc țintit (n = 20) livrarea fie a vehiculului, fie a antagonistului receptorului asemănător D1 (0.5 ug SCH-23390). Testarea a fost efectuată în stare de post (după ce mâncarea a fost restricționată pe durata perioadei ciclului întunecat). În al doilea experiment răspunsurile au fost examinate după NAc țintit (n = 7) livrarea unui vehicul sau a 1.5 μg clorhidrat de eticlopridă NAc. Testarea a fost efectuată în stare de post (după ce mâncarea a fost restricționată pe durata perioadei ciclului întunecat; așa cum este ilustrat în programul 3, Fig. 1).

2.3.5. Modificări induse de privarea de alimente ale expresiei genelor legate de dopamină în NAc

Modificările determinate de privarea de alimente ale expresiei genelor ale genelor cheie ale dopaminei selectate [receptorii de dopamină D1A, D2, D3, D5, catecol-O-metiltransferaza (COMT) și monoaminoxidaza A (MAO)] au fost măsurate în NAc.

2.3.6. Izolarea ARN și expresia ARNm

Creierele au fost îndepărtate rapid și NAc a fost disecat folosind o matrice cerebrală, congelată în azot lichid și depozitată la -80 ° C pentru determinarea ulterioară a expresiei ARNm. Probele individuale de creier au fost omogenizate în Qiazol (Qiagen, Hilden, Germania) folosind un lizitor de țesuturi (Qiagen). ARN-ul total a fost extras folosind RNeasy Lipid Tissue Mini Kit (Qiagen) cu tratament suplimentar cu ADNază (Qiagen). Calitatea și cantitatea ARN au fost evaluate prin măsurători spectrofotometrice (Nanodrop 1000, NanoDrop Technologies, SUA). Pentru sinteza cADN-ului a fost utilizat kitul iScript de sinteză cADN (BioRad). RT PCR în timp real a fost efectuată utilizând TaqMan^® seturi de sonde și primeri pentru genele țintă alese dintr-un catalog on-line (Applied Biosystems). Valorile expresiei genelor au fost calculate pe baza C_t metoda ( Livak și Schmittgen, 2001), unde ad libitum grupul alimentat a fost desemnat ca calibrator. Ca genă de referință a fost utilizată gliceraldehida-3-fosfat dehidrogenaza (GAPDH).

2.3.7. analize statistice

Toți parametrii comportamentali au fost analizați prin analiza de varianță cu măsuri repetate (ANOVA), urmată de post hoc Testul Tukey HSD după caz ​​sau al elevului t test în care au fost comparate doar două condiții. Toate analizele statistice au fost efectuate folosind software-ul GraphPad. Diferențele au fost considerate semnificative la p <0.05.

3. Rezultate

3.1. Efectul blocării receptorului asemănător D1 (NAc) asupra recompensei alimentare și a aportului de alimente induse de grelină VTA

Pentru a determina dacă activitatea receptorilor asemănători D1 este necesară pentru creșterea indusă de grelină VTA a comportamentului de recompensă alimentară, a fost testat impactul pretratării cu un antagonist asemănător D1 (SCH-23390) asupra operantului indus de grelină care răspunde la zaharoză. Un test Tukey post hoc în urma unui ANOVA unidirecțional (F_(3,33) = 11.1, p <0.0005; F_(3,33) = 3.7, p <0.01; F_(3,39) = 3.6, p < 0.05 pentru recompense, pârghie activă și respectiv mâncare) a evidențiat un efect semnificativ al grelinei de a crește numărul de recompense câștigate (p <0.0005; Fig. 3A), numărul de apăsări active ale pârghiei (p <0.05; Fig. 3B), și consumul de mâncare (p <0.05; Fig. 3C). Parametrii asociați comportamentului recompensei, recompensele câștigate și apăsările de pârghie active, au fost în mod clar blocați de pretratarea SCH-23390 ( Fig. 3A, B). Activitatea la pârghia inactivă a fost minoră și nu a diferit semnificativ între diferitele grupuri de tratament ( Fig. 3B) sugerând că tratamentul nu produce modificări nespecifice nedirecționate în activitate. Hiperfagia Chow observată după ce grelina a fost microinjectată în VTA nu a fost modificată de pretratamentul SCH-23390 ( Fig. 3C). Aceste date demonstrează că receptorii de dopamină și D1-like din învelișul NAc sunt în aval de grelină și sunt necesari pentru ca grelina administrată de VTA să își exercite efectele asupra comportamentului de recompensă alimentară. Ele nu sunt, totuși, esențiale pentru capacitatea grelinei de a crește consumul de mâncare. Tratamentul cu NAc cu SCH-23390 nu a avut niciun efect în sine pe oricare dintre operanți care răspund la aportul de alimente sau de mâncare ( Fig. 3).

3.2. Efectul blocării D2 (NAc) asupra recompensei alimentare și a aportului de alimente induse de grelină VTA

Pentru a determina dacă activitatea la D2 este necesară pentru exprimarea creșterii comportamentului recompensei alimentare indusă de grelină VTA, a fost testat impactul pretratării cu un antagonist selectiv D2 (clorhidrat de eticlopridă) asupra creșterii induse de grelină a comportamentului operant de zaharoză. Un mod ANOVA a demonstrat un efect semnificativ al tratamentului medicamentos (F_(3,18) = 9.5, p <0.0005; F_(3,18) = 8.1, p <0.001; F_(3,39) = 3.8, p < 0.05 pentru recompense, pârghie activă și respectiv mâncare). Un test post-hoc Tukey a indicat o creștere semnificativă a recompenselor câștigate (p <0.01; Fig. 4A) și apăsări de pârghie active (p <0.01; Fig. 4B) după tratamentul cu grelină care au fost blocate cu pretratament cu eticlopridă. Activitatea la pârghia inactivă a fost minoră și nu a diferit semnificativ între diferitele grupuri de tratament ( Fig. 4B). Spre deosebire de datele de răspuns operant, pretratamentul cu eticlopridă nu a modificat creșterea indusă de grelină a aportului de alimente (p <0.05; Fig. 4C). În acest studiu combinat, interacțiunea a fost confirmată prin ANOVA bidirecțională între pretratament × grelină în recompense câștigate: F_(1,24) = 4.8, p < 0.05; apăsări active ale pârghiei: F_(1,24) = 4.7, p < 0.05, dar nu aportul de mâncare. Astfel, receptorii D2 pot fi utilizați de grelină pentru a induce schimbări în comportamentele legate de recompensă, dar nu și consumul de mâncare.

3.3. Efectul blocării receptorului D1 și/sau D2 (NAc) asupra aportului de alimente indus de grelină VTA

Pentru a căuta o validare suplimentară a lipsei de efect a celor doi antagoniști ai dopaminei asupra hrănirii alimentelor, am repetat studiul, de data aceasta la șobolani niciodată expuși la paradigma de condiționare operantă. Acest studiu de validare a fost extins pentru a include un al treilea test în care am explorat efectele co-livrării antagoniștilor receptorilor D1-like și D2 la NAc asupra aportului alimentar VTA condus de grelină. Aportul de Chow a fost semnificativ crescut de grelină VTA la 2 ore după injectare (ANOVA într-un singur sens: F_(3,30) = 6.4, p <0.005 și F_(3,27) = 9.0, p < 0.0005 pentru studiul receptorilor D1 și, respectiv, D2) și acest lucru nu a fost afectat de pretratamentul cu D1-like ( Fig. 5A) sau antagonistul receptorului D2 ( Fig. 5B). În testul final, care explorează efectul combinat al celor doi antagoniști ai receptorilor dopaminergici, nu am putut detecta un efect semnificativ al grelinei VTA până la momentul de 3 ore, reflectând probabil impactul injecției parenchimatoase triple necesare în acest studiu. Un mod ANOVA a indicat un efect semnificativ al tratamentului (F_(3,30) = 9.6, p < 0.0005). Aportul de alimente după livrarea grelinei VTA a atins semnificație la momentul de 3 ore, cu toate acestea, acest lucru nu a fost din nou suprimat prin co-aplicarea antagoniștilor receptorilor dopaminergici la NAc ( Fig. 5C). Rețineți că aplicarea combinată a ambilor antagonişti ai receptorilor de dopamină la NAc nu a avut niciun efect în sine asupra aportului alimentar.

3.4. Efectul blocării receptorilor D1 și D2 asupra recompensei alimentare și a aportului de alimente induse de privarea de alimente

Privarea de alimente crește atât răspunsul operant, cât și aportul de mâncare la 1 oră; șobolanii au apăsat pârghia activă aproape de două ori mai mult atunci când erau foame și de trei până la șase ori mai multă mâncare la punctul de măsurare de 1 oră (comparați starea vehiculului în Figurile. 3 și 4). Blocarea receptorilor asemănători D1 din învelișul NAc a redus semnificativ creșterea indusă de privarea de alimente a comportamentului de recompensă alimentară atunci când a fost evaluată ca o reducere a recompenselor alimentare câștigate (p <0.01; Fig. 6A) și o reducere a presărilor active pe pârghie (p <0.01; Fig. 6B). Acest tratament nu a avut efecte semnificative asupra aportului de mâncare indus de privarea de alimente ( Fig. 6C). Infuzia unui antagonist D2 în coaja NAc a redus semnificativ creșterea indusă de privarea de alimente a comportamentului de recompensă alimentară atunci când a fost evaluată ca o reducere a recompenselor alimentare câștigate (p <0.01; Fig. 7A). Chiar dacă fiecare șobolan și-a redus apăsarea pârghiei active după blocarea D2 în NAc, efectul a dus la o tendință (p = 0.08; Fig. 7B) probabil din cauza variabilității inițiale mari în apăsarea pârghiei (eroare standard = 86 pentru vehicul și 41 pentru afecțiuni de droguri, intervalul de apăsare activă a pârghiei pe vehicul de la 57 la 707 apăsări). Eliminarea celui mai mare răspuns din setul de date are ca rezultat p = 0.001. În special, șobolanul îndepărtat a arătat 707 de apăsări pe vehicul și doar 303 pe droguri, susținând astfel și concluzia generală. Nici antagonistul receptorului dopaminergic nu a modificat pârghia apăsând la pârghia inactivă. Aportul de mâncăruri nu a fost modificat de blocarea D2 în NAc ( Fig. 7C).

3.5. Modificări induse de privarea de alimente în expresia genelor legate de dopamină în NAc

Postul peste noapte a avut un impact semnificativ asupra expresiei ARNm a mai multor gene legate de dopamină în NAc. Expresia ARNm a receptorului de dopamină D2 a fost redusă semnificativ în timp ce ARNm a receptorului de dopamină D5 a fost crescută. ARNm-urile receptorilor de dopamină D1, D3, COMT și MAO nu au fost modificate de postul peste noapte (Fig. 8). Receptorii D1 și D2 sunt considerați cei mai abundenți receptori de dopamină din creier, în timp ce prezența D3 și D5 în SNC este mult mai restrânsă. Prin urmare, am comparat nivelurile de ARNm din accumbens ale receptorilor D5 cu D1 și am ajuns la 2%; o relație similară a fost detectată pentru D3 și D2 (datele nu sunt prezentate). Astfel, aici confirmăm că în cadrul NAc majoritatea ARNm a receptorului dopaminergic este alcătuită din cea a receptorilor D1 și D2, în timp ce receptorii D3 și D5 reprezintă doar o mică parte din ARNm total al receptorului dopaminergic detectat în NAc.

4. Discuţie

Descoperirile majore ale studiului actual indică faptul că semnalizarea dopaminei în coaja NAc este un mediator necesar în aval al efectelor grelinei asupra recompensei alimentare. Rezultatele indică faptul că receptorii D1 și D2 din învelișul NAc sunt componente cheie ale circuitelor activate de grelină și sunt esențiale pentru ca grelina aplicată VTA să își exercite efectele asupra comportamentului de recompensă alimentară. Semnalizarea receptorilor asemănători D1 și D2 în NAc (înveliș) nu sunt, totuși, esențiale pentru capacitatea grelinei de a crește aportul de alimente. Aceste date sugerează o divergență în țintele neuronale pentru grelină care controlează întărirea alimentelor față de aportul de alimente. În cele din urmă, descoperirile noastre indică faptul că acest circuit este angajat și de grelina endogenă, deoarece, într-o stare de foame, atunci când nivelurile circulante de grelină sunt crescute, semnalizarea dopaminei în NAc este necesară pentru creșterea comportamentului de recompensă alimentară.

În mod surprinzător, deși este clar că grelina are un impact asupra sistemului dopaminergic (Abizaid și colab., 2006, Jerlhag și colab., 2007, Kawahara și colab., 2009 și Weinberg et al., 2011), acesta este primul studiu care demonstrează că efectele grelinei asupra recompensei alimentare necesită semnalizarea receptorului de dopamină NAc (în acest caz, semnalizare asemănătoare D1 și D2). Aceasta a apărut ca o întrebare importantă, deoarece alți hormoni sau neuropeptide legate de controlul apetitului s-au dovedit recent a avea o relație destul de neașteptată cu sistemul dopaminergic mezolimbic. Leptina, de exemplu, ca și grelina, are receptori pe neuronii dopaminergici din VTA; majoritatea acestor neuroni dopaminergici sensibili la leptina, cu toate acestea, nu se proiectează spre striat, ci inervează amigdala (Hommel și colab., 2006 și Leshan și colab., 2010). Melanocortina, o neuropeptidă anorexigenă puternică cu receptori în VTA, spre deosebire de ceea ce poate fi prezis pentru un agent anorexic, crește de fapt activitatea dopaminergică și eliberarea de dopamină în striat, în timp ce reduce în mod clar comportamentul de aport alimentar (Torre și Celis, 1988, Lindblom și colab., 2001 și Con, 2005). Un alt strat de complexitate este adăugat de datele care indică faptul că efectul de eliberare de dopamină al grelinei pare să fie dependent de disponibilitatea alimentelor: nivelurile de dopamină NAc detectate prin microdializă au fost crescute doar de grelina aplicată periferic la șobolani cărora li sa permis să mănânce după administrarea grelinei. (ca și în condițiile experimentale utilizate în studiul de față) și chiar au fost suprimate de grelină la cei cărora li s-a interzis accesul la alimente (Kawahara și colab., 2009), un efect recent demonstrat că implică căi diferențiale de semnalizare a opioidelor în VTA (Kawahara și colab., 2013). Aceste două exemple subliniază complexitatea relației dintre peptidele de hrănire, disponibilitatea alimentelor și dopamină și evidențiază importanța studiilor care explorează utilitatea efectelor ghrelinei asupra sistemului dopaminergic în comportamentul de recompensă alimentară.

Un aspect interesant al rezultatelor este efectul contrastant al blocării receptorilor de dopamină NAc asupra motivației alimentare față de aportul de alimente. În special, am confirmat lipsa efectului semnalizării suprimate a dopaminei NAc asupra aportului alimentar indus de grelină VTA în 2 studii independente: într-o paradigmă, măsurarea aportului alimentar a fost făcută imediat după testul de răspuns operant (pentru care recompensele consumate de zahăr ar fi putut modifica ulterioare). aportul de mâncare) și, în cealaltă, doar aportul de alimente a fost măsurat la animale fără testare operativă prealabilă. În plus, în cel de-al doilea experiment am reușit să arătăm că co-aplicarea ambilor antagoniști ai receptorilor dopaminergici la NAc nu a avut niciun efect asupra aportului alimentar indus de grelină VTA, crescând sprijinul pentru ipoteza că semnalizarea dopaminei NAc prin receptorii D1 și D2. nu este necesar pentru hiperfagia grelinei. Luați împreună cu faptul că antagoniștii întrerup comportamentul motivat alimentar indus de VTA grelină, aceste rezultate colective sugerează o divergență a neuro-circuitelor în aval de grelina VTA, cu o ramură controlând aportul alimentar și cealaltă motivația/recompensa alimentară. Se pare că grelina utilizează dopamina pentru a modifica motivația alimentară, dar nu și aportul. Anterior, am arătat că grelina VTA angajează neuropeptida Y în VTA în mod selectiv pentru a controla aportul alimentar și opioidele într-un mod opus (Skibicka și colab., 2012a). Astfel, există deja o prioritate pentru o divergență în circuitele angajate de grelină pentru aportul alimentar față de comportamentul motivat de alimente.

Receptorii asemănători Accumbal D1 au un rol bine stabilit atât în ​​întărirea medicamentelor, cât și a alimentelor, cu o serie de dovezi anterioare care indică faptul că infuzia de antagonist asemănător D1 intra-NAc reduce comportamentul orientat spre hrană. Antagoniştii sistemici ai receptorilor D1-like reduc autoadministrarea indusă de indicii sau de context a cocainei, heroinei, nicotinei şi alcoolului [de exemplu (Weissenborn și colab., 1996, Liu și Weiss, 2002, Bossert și colab., 2007 și Liu și colab., 2010)], evidențiind rolul cheie al acestor receptori în procesele orientate spre recompensă. Datele prezente indică faptul că receptorii de tip NAc D1 sunt un element esențial al circuitelor activate de grelina care acționează cu VTA. De asemenea, s-a demonstrat că aplicarea periferică a acestui antagonist D1 reduce recunoașterea obiectelor îmbunătățită cu grelină (Jacoby și Currie, 2011). Cu toate acestea, având în vedere că aplicația periferică vizează toate populațiile neuronale care exprimă D1 din creier și că populațiile din afara NAc (de exemplu, în hipocamp) pot avea un rol major în învățare și memorie, nu este clar dacă populația NAc examinată. aici contribuie la efectele de îmbunătățire a memoriei ale grelinei.

Receptorii D2 acţionează adesea în concordanţă cu D1; astfel încât multe studii indică un rol al receptorilor D2 în aspectele procesării recompensei și comportamentului orientat către recompensă. Cu toate acestea, este de remarcat faptul că receptorii D1 și D2 nu acționează întotdeauna în același mod față de funcția de recompensă. În amigdală, de exemplu, blocarea receptorilor D1 atenuează repunerea în căutarea de cocaină indusă de indicii, în timp ce antagoniştii D2 pot intensifica acest comportament (Berglind și colab., 2006). Această disociere funcțională poate avea, de asemenea, o contribuție neuroanatomică, deoarece receptorii D2 din NAc par să servească o funcție destul de opusă celor din hipotalamus. În timp ce în NAc stimularea receptorilor D2 poate crește motivația alimentară, făcând un animal mai probabil să depună efort pentru a obține hrană, în hipotalamus stimularea receptorilor D2 este în mod clar anorexică (Leibowitz și Rossakis, 1979 și Nowend și colab., 2001). Rezultă că poate fi dificil de interpretat rezultatele după aplicarea periferică a medicamentelor care vizează D2 pentru care populațiile de receptori țintă sunt legate de funcția opusă. Acesta ar putea fi unul dintre motivele care explică de ce, într-un studiu anterior, injecția periferică a unui antagonist D2 nu a avut niciun efect asupra răspunsului indus de grelină pentru o soluție de zaharoză. O altă posibilă explicație este că D2 este un autoreceptor pe neuronii producători de dopamină din substanța neagră și VTA, unde activarea sa poate duce la o suprimare a activității dopaminergice (Lacey et al., 1987). Astfel, atunci când sunt injectate periferic, medicamentele care vizează D2 ar putea avea acces la această populație de receptori, în timp ce în studiul nostru au fost vizați doar receptorul D2 de coajă NAc. În special, efectul net al blocării sistemice a receptorului D1 a blocat răspunsul la o băutură cu zaharoză în aceeași paradigmă (Overduin și colab., 2012). În plus, injectarea sistemică, subcutanată a unui agonist D1 pare să sporească preferința pentru alimente gustoase, în timp ce injectarea sistemică a unui agonist D2 o reduce (Cooper și Al-Naser, 2006). Astfel, se pare că datele noastre care indică un efect de suprimare al antagoniștilor D1 asupra motivației alimentare induse de grelină sunt în conformitate cu efectul net (supresiv) general al stimulării receptorilor D1 asupra funcției de recompensă. Prin contrast, efectul net al populației de receptori D2 urmează mai îndeaproape cu ceea ce se știe despre receptorii D2 hipotalamici decât datele prezentate aici pentru NAc.

În studiul de față, atât antagoniștii D1 cât și D2 au fost capabili să blocheze comportamentul operant pentru zaharoză după administrarea de greline VTA și după privarea de alimente, sugerând că este necesară o acțiune de cooperare la ambii receptori din NAc pentru ca grelina să își exercite efectele. Acest lucru are sens atunci când se consideră situația endogenă în care terminalele dopaminergice derivate din VTA eliberează dopamină în învelișul NAc activând simultan toți receptorii de dopamină accesibili. Necesitatea activării simultane a receptorilor de tip D1 și D2 a fost deja raportată pentru alte comportamente, inclusiv întărirea (Ikemoto și colab., 1997) și activitatea locomotorie (Plaznik și colab., 1989), precum și declanșarea neuronală (Alb, 1987). Rezultatele studiului de față indică faptul că blocarea doar a unuia dintre cei doi receptori dopaminergici a fost suficientă pentru a reduce acele comportamente, la fel cum blocarea oricăruia dintre acești receptori a fost suficientă pentru a reduce comportamentul operant de zaharoză determinat de grelină. Mecanismul din spatele acestei interacțiuni este neclar. Unii neuroni din NAc coexprimă atât receptorii D1 cât și D2. O posibilitate este că implicarea heterodimerilor este necesară pentru răspunsul de recompensă, formarea heterodimerilor de către receptorii D1 și D2 a fost raportată recent și s-a demonstrat că această cuplare contribuie la un comportament asemănător depresiei (Pei și colab., 2010). Cu toate acestea, rezultatele noastre indică faptul că semnalul D1 și D2 din NAc nu este redundant și fiecare receptor este necesar pentru a transmite efectul grelinei asupra recompensei alimentare, deoarece blocarea individuală a fost eficientă în atenuarea răspunsului la recompensă. În plus, deoarece blocarea individuală nu a fost eficientă pentru hiperfagia grelinei, am evaluat separat posibilitatea ca semnalele D1 și D2 să fie redundante pentru aportul de alimente, adică blocarea simultană a ambelor ar fi necesară pentru a elimina răspunsul. Acest lucru, cu toate acestea, nu a fost cazul, deoarece hiperfagia grelinei nu a fost afectată de blocarea simultană a receptorilor D1 și D2 din NAc. Astfel, singur sau în combinație, semnalizarea receptorului D1 și D2 de înveliș NAc nu este utilizată de grelină pentru a crește aportul de mâncare.

Aici, am vizat receptorii asemănători D1 și D2 din învelișul NAc. Funcția învelișului și a miezului NAc pare să fie disociabilă într-o oarecare măsură, în special cu schimbările fundamentale subiacente în auto-administrarea medicamentelor legate de un indiciu discret, iar învelișul fiind mai influent în autoadministrarea drogurilor dependentă de context (Bossert și colab., 2007). Această disociere funcțională este susținută de conexiunile neuroanatomice, unde miezul primește mai mult input de la amigdală, iar învelișul este mai dens inervat de hipocamp (Groenewegen și colab., 1999 și Floresco și colab., 2001). De asemenea, șobolanii se vor auto-administra combinația de agonişti ai receptorilor D1 și D2 numai în coaja NAc și nu în miez (Ikemoto și colab., 1997), indicând faptul că acțiunea lor de cooperare în ceea ce privește recompensă este legată în primul rând de regiunea shell vizată aici.

În studiul de față, am explorat în mod specific impactul semnalizării dopaminei NAc suprimate asupra aportului de alimente și a comportamentului motivat de alimente determinat de grelina aplicată de VTA. Trebuie remarcat, totuși, că grelina poate determina, de asemenea, comportamentele de hrănire prin activarea căilor aferente către VTA. De exemplu, s-a demonstrat că grelina îmbunătățește comportamentele întărite cu alimente prin activarea neuronilor orexini în hipotalamusul lateral (Perello și colab., 2010), un grup de celule orexinergice care se proiectează către VTA și stimulează eliberarea de dopamină (Narita și colab., 2006). În timp ce studiul nostru folosind neuroanatomia și neurofarmacologia disecă în mod specific calea VTA-NAc, într-o situație endogenă, grelina eliberată în circulație stimulează probabil VTA, precum și alți nuclei cerebrali care exprimă receptorul de grelină cu proiecții eferente către VTA. Astfel, într-o situație fiziologică, impactul grelinei este distribuit pe multe locuri din creier care probabil acționează în mod concertat. Conceptul de hormon sau neuropeptidă care acționează pe mai multe locuri distribuite în creier din care poate provoca un rezultat similar, de exemplu o modificare a aportului alimentar, nu este nou și a fost deja propus și evaluat pentru leptină și melanocortină (Grill, 2006, Leininger și colab., 2009, Skibicka and Grill, 2009 și Faulconbridge și Hayes, 2011).

Deprivarea de alimente este asociată cu niveluri ridicate de grelină circulantă. În condiții de privare de hrană, prezentarea alimentelor determină o eliberare de dopamină în NAc (Kawahara și colab., 2013). Rezultă că starea nutrițională poate influența, de asemenea, semnalizarea dopaminei în NAc, impactul privării de alimente asupra expresiei ARNm a receptorilor de dopamină (receptori de tip D1 (D1, D5) și receptori de tip D2 (D2, D3)) și degradarea dopaminei. enzime (MAO, COMT) evaluate în studiul de față. În timp ce privarea de hrană nu a modificat expresia ARNm a vreuneia dintre enzimele de degradare a dopaminei măsurate, am observat o reglare diferențială a receptorilor D5 față de D2. Expresia receptorilor D5 a fost crescută cu aproape 30%, în timp ce ARNm a receptorului D2 a fost redus cu aproximativ 20%. În concordanță cu această divergență, s-a demonstrat anterior aplicarea simultană a agoniștilor de receptori D1 și D2 pentru a regla în jos receptorii D2, dar pentru a regla în sus receptorii D1 în substanța nigra (și cu o tendință similară în NAc) (Subramaniam și colab., 1992). Interesant este că efectele privării de alimente asupra expresiei receptorului de dopamină NAc converg cu datele noastre care demonstrează un rol pentru receptorii D1 (care includ D5) și D2 în motivația indusă de post pentru alimente.

Un avertisment al studiului nostru este că privarea de alimente crește nivelurile circulante de grelină, astfel încât alte populații de receptori de grelină din afara VTA pot fi potențial activate. Astfel, în timp ce privarea de alimente este o modalitate endogenă și mai relevantă din punct de vedere fiziologic de a crește grelina, nu permite stimularea selectivă a VTA. Prin urmare, nu putem elimina posibilitatea ca modificările receptorilor de dopamină detectate în NAc să fie un rezultat al activității grelinei în zonele din afara VTA, cu o influență indirectă asupra NAc. În cele din urmă, trebuie remarcat faptul că datele noastre leagă postul de modificări ale expresiei receptorului de dopamină NAc, dar ar fi necesare experimente suplimentare pentru a arăta medierea proiecției dopaminergice VTA-NAc (stimulată de grelină) în acest efect și, într-adevăr, pentru a explora rolul. a altor căi și sisteme transmițătoare în acest efect, cum ar fi hipotalamusul lateral (așa cum sa discutat mai sus).

Deoarece multe dintre substraturile neurobiologice sunt comune atât pentru dependența de droguri, cât și pentru alimentația dezordonată, este posibil ca descoperirile prezente să indice rolul receptorilor D1 și D2 în efectele de întărire a drogurilor și a alcoolului ale grelinei (Dickson și colab., 2011). Atât hrana, cât și recompensa pentru cocaină duc la eliberarea de dopamină în NAc (Hernandez și Hoebel, 1988). Blocarea receptorilor D1 sau D2 reduce comportamentul de recompensă pentru droguri de abuz, alcool și nicotină. Deoarece o contribuție considerabilă a grelinei la comportamentul de aport sau de recompensă pentru toate aceste substanțe a fost raportată anterior, este destul de probabil ca circuitul grelin-VTA-dopamină-NAc descris aici să fie relevant pentru o serie de comportamente de recompensă și nu exclusiv pentru alimente. Sprijinul preliminar pentru această idee poate fi extras din datele care demonstrează că privarea de hrană poate restabili căutarea de heroină care este blocată de blocarea receptorilor asemănători D1 (Tobin și colab., 2009).

Datele noastre oferă noi cunoștințe despre o integrare a două sisteme cheie de semnalizare legate de recompensa alimentară: circuitele conduse de VTA care răspund la hormonul orexigen, grelina și circuitele sensibile la dopamină NAc. În special, arătăm că efectele bine documentate ale grelinei legate de VTA asupra comportamentului motivat de alimente necesită semnalizare D1 și D2 în NAc. Datele noastre indică, de asemenea, că efectele grelinei determinate de VTA (dependente de D1/D2) asupra recompensei alimentare implică circuite divergente față de cele importante pentru aportul alimentar, deoarece niciunul dintre antagonişti nu a afectat aportul alimentar indus de grelină atunci când este livrat la NAc. În cele din urmă, studiile la șobolani înfometați (post peste noapte și, prin urmare, hipergrelinemici) implică semnalizarea NAc D1/D2 în efectele grelinei endogene asupra comportamentului motivat de alimente. Astfel, mecanismele și terapiile care interferează cu semnalizarea dopaminei în NAc par să aibă relevanță pentru efectele mediate de grelină asupra sistemului de recompensă, inclusiv cele legate de controlul hrănirii și, prin urmare, obezitatea și tratamentul acesteia.

Declarație de dezvăluire

Autorii nu au nimic de dezvăluit.

Referinte

• Weissenborn și colab., 1996
• R. Weissenborn, V. Deroche, GF Koob, F. Weiss
• Efectele agoniștilor și antagoniștilor dopaminei asupra operantului indus de cocaină care răspunde la un stimul asociat cocainei
• Psihofarmacologie (Berl), 126 (1996), p. 311–322
• Vedeți înregistrarea în Scopus

   | 

  Citează articole (74)
•  
• Zigman și colab., 2006
• JM Zigman, JE Jones, CE Lee, CB Saper, JK Elmquist
• Exprimarea mRNA a receptorului ghrelin la șobolan și la creierul de șoarece
• J. Comp. Neurol., 494 (2006), pp. 528-548
• Vedeți înregistrarea în Scopus

  |

  Full text prin CrossRef

   | 

  Citează articole (381)
• Wren și colab., 2000
• AM Wren, CJ Small, HL Ward, KG Murphy, CL Dakin, S. Taheri, AR Kennedy, GH Roberts, DG Morgan, MA Ghatei, SR Bloom
• Noua peptidă hipotalamică grelina stimulează aportul de alimente și secreția de hormon de creștere
• Endocrinologie, 141 (2000), p. 4325–4328
• Vedeți înregistrarea în Scopus

  |

  Full text prin CrossRef

   | 

  Citează articole (1107)
• Alb, 1987
• FJ White
• Stimularea receptorului de dopamină D-1 permite inhibarea neuronilor nucleului accumbens de către un agonist al receptorului D-2
• Euro. J. Pharmacol., 135 (1987), pag. 101-105
• Articol

  |

   PDF (342 K)

  |

  Vedeți înregistrarea în Scopus

   | 

  Citează articole (88)
•  
•  

•  
• Autorul corespunzator. Departamentul de Endocrinologie, Institutul de Neuroscience și Fiziologie, Academia Sahlgrenska de la Universitatea din Gothenburg, Medicinaregatan 11, PO Box 434, SE-405 30 Gothenburg, Suedia. Tel.: +46 31 786 3818 (oficiu); fax: +46 31 786 3512.