Потребление сахарозы снижает доступность рецепторов мю-опиоидов и допамина D2 / 3 в мозге свиньи (2020)

Чрезмерное потребление сахарозы вызывает страстное влечение, которое может лежать в основе эпидемии ожирения. Опиоиды и дофамин опосредуют полезные эффекты злоупотребления наркотиками и естественные выгоды от стимулов, таких как вкусная еда. Мы исследовали влияние сахарозы с помощью ПЭТ-визуализации с [¹¹C] карфентанил (агонист μ-опиоидных рецепторов) и [¹¹С] раклоприд (антагонист дофаминовых рецепторов D2 / 3) у семи самок анестезированных геттингенских мини-свиней. Затем мы предоставили минипигам доступ к раствору сахарозы в течение одного часа в течение 12 дней подряд и снова провели визуализацию через 24 часа после последнего доступа к сахарозе. В меньшей выборке из пяти мини-свиней мы выполнили дополнительную [¹¹C] Карфентанил ПЭТ сессия после первого воздействия сахарозы. Мы рассчитали воксельные потенциалы связывания (АД_ND) используя мозжечок в качестве области неперемещаемого связывания, проанализировал различия с помощью статистического непараметрического картирования и провел региональный анализ. После 12 дней доступа сахарозы, BP_ND у обоих индикаторов значительно уменьшилось в полосатом теле, прилежащем ядре, таламусе, миндалине, поясной коре и префронтальной коре, что согласуется с понижением регуляции плотности рецепторов. После однократного воздействия сахарозы мы обнаружили снижение связывания [¹¹C] карфентанил в прилежащем ядре и поясной коре, что соответствует высвобождению опиоидов. Более низкая доступность опиоидных и дофаминовых рецепторов может объяснить аддиктивный потенциал, связанный с потреблением сахарозы.

Пять процентов населения мира страдают от клинического ожирения¹, Как признак метаболического синдрома, ожирение связано с диабетом 2 типа, сердечно-сосудистыми заболеваниями, респираторными проблемами и риском депрессии и, возможно, деменции², Увеличенное потребление энергетически плотных продуктов преувеличило физиологическое различие между гомеостатическим голодом, который следует за лишением пищи, и гедонистическим голодом, или «жаждой», которая происходит в отсутствие депривации^3,4, Поскольку гомеостатическая регуляция сама по себе не может объяснить рост ожирения в настоящее время, необходимо проверить влияние на мозг механизмов вознаграждения и удовольствия от вызывающих привыкание свойств очень вкусной пищи.

Потребление сахарозы связано с ожирением, и сахароза все чаще считается веществом, вызывающим привыкание⁵, Некоторые результаты расходятся с этим утверждением из-за трудностей в отделении непривлекательного потребления пищи от гедонистических пищевых реакций и в определении вызывающего привыкание ингредиента в обработанной пище, а также из-за различных механизмов, посредством которых пища изменяет схемы мозга через естественные пути.⁶, Тем не менее, в определенных контекстах потребление сахарозы действительно вызывает вознаграждение и тягу, сравнимую по величине с теми, что вызваны наркотиками, вызывающими чрезмерное потребление и возможное ожирение^6,7.

Голод связан с «желанием», которое тесно связано с эффектами дофаминергической нейротрансмиссии при ряде выгодных обстоятельств.⁸, но остается неясным, как действие дофамина (DA) модулируется в ответ на компульсивное питание. Потребление вкусной пищи связано с «симпатией», опосредованной прежде всего эндогенной опиоидной системой, особенно μ-опиоидным рецептором (μOR)^9,10, что может способствовать чрезмерному потреблению при дерегулировании. В настоящем отчете мы проверяем утверждение о том, что сахароза приводит к высвобождению опиоидов и дофамина, что снижает доступность рецепторов μOR и DA D2 / 3. Доступность является показателем количества незанятых рецепторов, доступных для связывания метки, и в принципе не различает занятость лиганда и плотность рецептора.¹¹.

Начало компульсивного приема пищи зависит от множества факторов, и причинно-следственные связи на людях поднимают этические проблемы. Поэтому большинство исследований посвящено поведению кормления у крыс.¹², Хотя у крыс есть «сладкоежка», их гомеостатические механизмы, важные для увеличения веса, метаболизма и типа накопления жира, значительно отличаются от таковых у людей. Геттингенская мини-свинья - это большое всеядное животное с хорошо развитым гиренфалическим мозгом, которое можно получать с достаточным разрешением. Его четко определенные субкортикальные и префронтальные области коры¹³ обеспечить более прямой перевод на функции человеческого мозга. Здесь мы используем изображения позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) для тестирования в естественных условиях Наличие μOR и DA D2 / 3 в минипиговой модели субхронического воздействия сахарозы. В меньшей выборке мы исследовали непосредственное влияние на занятость μOR после первого воздействия сахарозы. Наконец, мы проверили взаимосвязь между изменениями в доступности рецепторов двух трассеров.

Средние параметрические карты [¹¹C] карфентанил и [¹¹C] раклопридный потенциал связывания (BP_ND) показаны на рис. 1, Проанализировать изменения, происходящие после первого воздействия сахарозы на пяти мини-свиньях по сравнению с исходным уровнем и через один день после 12^th Доступ к сахарозе у семи мини-свиней по сравнению с исходным уровнем, мы использовали теорию перестановок и нерегионально ограниченный анализ всего мозга, предпочтительный метод для образцов такого размера¹⁴.

Средний вокселевый не смещаемый потенциал связывания (АД_ND) карты наложены на изображения МРТ в сагиттальном виде. Данные представлены для [¹¹C] карфентанил BP_ND из 5 мини-свиней, изображенных в начале исследования, после первоначального воздействия сахарозы и после 12 дней воздействия сахарозы (верхний ряд). [¹¹C] карфентанил BP_ND из всех 7 мини-свиней, изображенных в начале исследования и после 12 дней доступа к сахарозе, представлены в среднем ряду. [¹¹C] раклоприд BP_ND из всех 7 мини-свиней, изображенных в начале исследования и после 12-дневного доступа сахарозы, показаны в нижнем ряду. Обратите внимание, что цветовая шкала экспоненциально, чтобы выделить [¹¹C] раклоприд BP_ND в внеземных регионах.

Изображение полного размера

Начальное воздействие сахарозы

На пяти мини-свинках, изображенных с [¹¹C] Карфентанил на исходном уровне и сразу после первого воздействия сахарозы, мы обнаружили значительное снижение связывания трассера в передней части поясной извилины и прилежащем ядре в ответ на сахарозу, как показано цветом на рис. 2, что указывает на p <0.05. Мы обнаружили снижение связывания индикатора на 14% в обеих областях по сравнению с исходным уровнем.

Значительное снижение в [¹¹C] карфентанил BP_ND после первого воздействия воды сахарозой по сравнению с исходным уровнем (n = 5). Только вокселы со значительным (p <0.05) показаны как цветные области, проецируемые на Т1-взвешенные разрезы МРТ на уровне передней поясной коры (слева) и прилежащего ядра (в центре) из стереотаксического атласа головного мозга мини-свиней. Обратите внимание, что максимальный уровень значимости, достижимый с 5 животными, равен 2.^-5 ≈ 0.031 (см. Цветную полосу). Данные представлены на срезах головного мозга свиньи на уровнях, указанных на сагиттальном изображении (справа).

Изображение полного размера

12 дней доступа сахарозы

Затем мы выполнили анализ семи мини-свиней с изображением [¹¹C] карфентанил в начале исследования и после 12 дней доступа к сахарозе; обнаружено значительное снижение связывания метки у животных, подвергшихся воздействию сахарозы, по сравнению с исходным уровнем. Наиболее сильно пораженные области показаны красным на рис. 3 (p <0.01) и включают части обонятельных структур, прилежащего ядра / брюшного полосатого тела и височной коры / доли, за которыми следуют области, показанные желтым (p <0.015), которые включают части префронтальной коры, поясной коры, миндалины и ствола мозга. . Для получения БП_ND Значения и оценки изменения в процентах, мы провели региональный анализ и получили средние значения в каждом регионе на исходном уровне и после потребления сахарозы (рис. 4).

Значительное снижение в [¹¹C] потенциал связывания карфентанила (BP_ND) между исходным уровнем и после 12 дней воздействия сахарозы водой (n = 7). Воксели со значительным (p <0.05) уменьшение показано как цветные области, проецируемые на Т1-взвешенные срезы МРТ из стереотаксического атласа головного мозга мини-свиньи. Данные представлены на коронарных срезах головного мозга на уровнях, указанных на сагиттальном изображении (справа внизу). Обратите внимание, что максимальный уровень значимости, достижимый с 7 животными, равен 2.^-7 ≈ 0.0078 (см. Цветную полосу).

Изображение полного размера

Региональный анализ [¹¹C] потенциал связывания карфентанила (BP_ND) между исходным уровнем и после 12 дней воздействия сахарозы водой (n = 7). Данные представлены как среднее значение ± стандартная ошибка.

Изображение полного размера

Мы использовали [¹¹C] раклоприд как индикатор DA D2 / 3 -рецепторов в полосатом и экстрастриатальном отделах головного мозга у мини-свиней в начале исследования и через 12 дней доступа к сахарозе (рис. 1). Мы обнаружили снижение связывания индикаторов у животных, подвергшихся воздействию сахарозы, по сравнению с исходным уровнем с наибольшими эффектами (p <0.01) в областях префронтальной коры, прилежащего ядра / вентрального полосатого тела, поясной коры, миндалевидного тела, таламуса, среднего мозга, областей гиппокампа и обонятельных областей. (Инжир. 5). Данные регионального анализа представлены на рис. 6.

Значительное снижение в [¹¹C] раклопридный потенциал связывания (BP_ND) между исходным уровнем и после 12 дней воздействия сахарозы водой (n = 7). Воксели со значительным (p <0.05) уменьшение показано как цветные области, проецируемые на Т1-взвешенные срезы МРТ из стереотаксического атласа головного мозга мини-свиньи. Данные представлены на корональных срезах головного мозга свиньи на уровнях, указанных на сагиттальном изображении (внизу справа). Обратите внимание, что максимальный уровень значимости, достижимый с 7 животными, равен 2.^-7 ≈ 0.0078 (см. Цветную полосу).

Изображение полного размера

Региональный анализ [¹¹C] раклопридный потенциал связывания (BP_ND) между исходным уровнем и после 12 дней воздействия сахарозы водой (n = 7). Данные представлены как среднее значение ± стандартная ошибка.

Изображение полного размера

Корреляции между [¹¹C] раклоприд и [¹¹C] Карфентанил данные

Мы проверили потенциальную корреляцию между [¹¹C] раклоприд и [¹¹C] Карфентанил значения АД_ND в полосатых и не полосатых областях у мини-свиней в начале исследования и после 12 дней приема сахарозы без каких-либо ассоциаций. Затем мы проверили, коррелировали ли снижения связывания трассера, и сравнили изменения АД_ND за [¹¹C] raclopride с изменениями BP_ND за [¹¹С] карфентанил только в мини-свиньях с более низким АД_ND обоих индикаторов после приема сахарозы (n = 6). Мы обнаружили значительные отрицательные корреляции в усредненных² = 0.91, p <0.01), но не в полосатом теле (рис. 7).

Корреляции между минусом после спада [¹¹C] раклоприд и [¹¹C] Карфентанил связывающие потенциалы (АД_ND) у мини-свиней со сниженным связыванием метки после приема сахарозы (n = 6). Представлены данные по усредненным экстрастриатальным регионам (вверху) и стриатуме (внизу). Коэффициент детерминации (р²) и значения p показаны для каждого графика.

Изображение полного размера

Мы определили влияние многократного прерывистого доступа к сахарозе на опиоидную и DA нейротрансмиссию в мозге млекопитающих. продольный в естественных условиях ПЭТ-визуализация рецепторов µOR и DA D2 / 3 показала снижение доступности рецепторов по всей цепи вознаграждения, включая прилежащее ядро, префронтальную кору и переднюю поясную извилину. Результаты ясно показывают, что сахароза воздействует на механизмы вознаграждения аналогично наркотикам.

Известно, что потребление сахарозы в качестве приятного на вкус вещества высвобождает DA и вызывает зависимость у грызунов.¹⁵с сахарозой, показанной в некоторых случаях даже более приятной, чем кокаин у грызунов. Таким образом, грызуны работают более интенсивно, чтобы получить сахарозу, чем кокаин, даже в отсутствие недостатка пищи⁵, Однако эффекты сахарозы регулируются как гомеостатической системой, так и гедонистическими схемами вознаграждения.^16,17 которые могут опосредовать различие между питательными и гедоническими аспектами действия сахарозы¹⁸, Мы выбрали один час в день, чтобы способствовать «перееданию», так как предыдущие исследования на крысах показали более высокое потребление в течение первого часа ежедневного доступа в периодическом режиме.^15,19, Поведенческие исследования потребления пищи часто нацелены на животных с ограниченным кормом, но дизайн может не обязательно отражать те же нервные механизмы, активные при ожирении. Свиньи в настоящем исследовании не были ограничены в еде и получали обычные рационы в дополнение к доступу к сахарозе.

Опиоидные рецепторы (OR) широко экспрессируются в мозге, особенно в структурах, которые, как известно, модулируют процессы приема пищи и поощрения²⁰, Было показано, что OR важны для полезного и рецидивирующего воздействия кокаина^21,22,23,24, Изменения в связывании также были связаны с гомеостатическими реакциями на еду и удовольствием, связанным с приемлемой едой²⁵, В частности, «симпатия» пищи связана с эндогенной опиоидной системой, особенно с µOR^9,10 в оболочке прилежащего ядра и вентрального паллидума²⁶, Вливания агониста μOR в отдельные части прилежащего ядра и вентрального паллидума значительно усиливают «симпатичные» поведения, включая выпячивания языка и лизание лап, после увеличения приемлемого потребления пищи^27,28,29, Еще одним доказательством опиоидной передачи сигналов при обработке гедонической регуляции являются антагонисты μOR, которые ослабляют потребление приемлемой пищи в обоих случаях. вволюкорма и животные с ограниченным кормом, но с более ограниченным влиянием на потребление невкусных стандартных гранул^30,31, У людей антагонисты µOR уменьшают кратковременное потребление пищи и снижают приятность вкуса^32,33,34, Опиоидная передача сигналов в базолатеральной миндалине также способствует «желанию» пищи посредством модуляции поиска награды и стимулирующей ценности пищи³⁵.

С [¹¹C] Карфентанил, мы получили изображения связывания трассера, который чувствителен как к уровням μOR, так и к выбросу в мозг эндогенных опиоидов.^36,37, Мы обнаружили немедленную потерю доступности μOR в областях прилежащего ядра и передней поясной извилины, специфических областях мозга пути вознаграждения, после первоначального потребления сахарозы пятью мини-свиньями, что согласуется с высвобождением эндогенного опиоида. Предыдущие исследования показали, что вкусная еда может вызывать чувство удовольствия³⁸ стимулируя высвобождение опиоидов. После 12 дней доступа сахарозы мы наблюдали снижение [¹¹C] Карфентанил связывание, которое имеет несколько возможных объяснений³⁹ включая высвобождение эндогенного опиоида и связывание с µOR, интернализацию µOR в результате повышенного связывания опиоида и усиление активации рецептора DA D2 / 3, приводящее к гетерологичной десенсибилизации µOR⁴⁰.

В поддержку настоящих выводов [¹¹C] Карфентанил исследования пациентов с булимией⁴¹ожирение^42,43,44и переедание⁴⁵, показать снижение доступности рецепторов. Тем не менее, это хронические заболевания, тогда как мини-свиньи получали сахарозу только в течение 12 дней. В исследовании острого пищевого поведения у здоровых мужчин кормление приводило к сильному и широко распространенному выделению эндогенного церебрального опиоида, как при наличии, так и при отсутствии гедонии, предполагая, что высвобождение опиоида отражает метаболические и гомеостатические, а также гедонические реакции.²⁵, Это исследование, вместе с другим, которое показало пациентов после жидкой муки со вкусом шоколада⁴⁴, имеет непосредственное отношение к острому исследованию пяти мини-свиней после первого воздействия сахарозы, но отличается от исследования субхронического воздействия сахарозы в течение 12 дней, где снижение доступности рецепторов более вероятно отражает повторную чрезмерную стимуляцию и сопутствующее подавление μOR.

Префронтальная кора важна для принятия решений и приписывания ценности предметам, и, следовательно, μOR в префронтальной коре может быть ответственным за измененную оценку пищевой значимости, которая может повысить аддиктивный потенциал пищи. Мы обнаружили снижение связывания в префронтальной коре, что согласуется с предыдущими исследованиями, показывающими, что диета с высоким содержанием жира снижает уровень мРНК µOR в префронтальной коре.⁴⁶ и что введение агониста μOR в префронтальную кору увеличивает потребление сладкой пищи⁴⁷, Опять же, однако, возникает вопрос, является ли диета с высоким содержанием жиров более хроническим состоянием, которое, скорее всего, опосредует подавление рецепторов по сравнению с более короткой схемой кормления сахарозой, что предполагает длительное высвобождение эндогенных опиоидов, которые вытесняют индикаторный карфентанил, связанный с µOR даже после 12 дней сахарозы.

DA был замешан в наградах как от наркотиков, так и от поведения. Было обнаружено, что хроническое употребление кокаина ингибирует передачу сигналов DA⁴⁸, Уровни рецепторов DA D1 и D2 / 3 изменяются никотином в мозге свиньи⁴⁹и у приматов, не являющихся людьми, с историей злоупотребления кокаином⁵⁰в соответствии с подавлением рецепторов D2 / 3 в мозге людей, употребляющих кокаин^51,52, Что касается наркотиков, было показано, что сахароза активирует рецепторы DA D1¹⁹ и увеличить выпуск DA⁵³усиливая роль DA в «желании» по отношению к приемлемой еде. Предыдущие исследования ПЭТ продемонстрировали снижение доступности рецепторов DA D2 / 3 в полосатом теле при патологическом ожирении по сравнению со средним весом^54,55, сходный по величине с сокращением у наркозависимых пациентов⁵⁶и у животных с моделями ожирения⁵⁷, В исследованиях на грызунах нокдаун рецепторов D2 / 3 в стриатуме способствует развитию компульсивного поиска пищи у крыс, имеющих доступ к приемлемой пище⁵⁷.

Наши наблюдения о снижении доступности D2 / 3-рецепторов у свиньи могут указывать на повышенные уровни DA в ответ на стимулирующую значимость, связанную с потреблением сахарозы, поскольку DA высвобождается как часть желания злоупотреблять наркотиками и других приятных действий^52,58,59,60, Поскольку свиньи были анестезированы во время визуализации и не получали сахарозу в течение 24 часов, снижение D2 / 3 BP._ND более вероятно, отражает уменьшение количества рецепторов в ответ на длительное увеличение высвобождения DA на каждом из 12 дней доступа сахарозы. Снижение может повысить пороги вознаграждения мозга, связанные с пониженной регуляцией стриатальных DA D2-рецепторов. Это может объяснить повышенную восприимчивость к злоупотреблению наркотиками, наблюдаемую в предыдущих исследованиях по перееданию сахарозы на крысах, что привело к перекрестной сенсибилизации к кокаину, гиперактивности после приема амфетамина в низких дозах, увеличению потребления алкоголя при воздержании от сахарозы и устойчивости к обезболивающему действию опиатов.⁶.

Предыдущее исследование ожирения на мини-свинье в Геттингене выявило снижение мозгового кровотока в прилежащем ядре, вентральном сегменте (VTA) и префронтальной коре с однофотонной эмиссионной компьютерной томографией (SPECT) головного мозга.⁶¹, В соответствии с этими данными мы наблюдали снижение связывания DA D2 / 3 в области вентрофоребрана, содержащей прилежащее ядро, и в префронтальной коре. Внеклеточные уровни DA увеличиваются в 3 раза в прилежащем ядре после приема сахарозы у свободно движущихся крыс, подвергающихся микродиализу.⁶², У сахарозозависимых животных повторное потребление сахарозы может привести к высвобождению DA из оболочки accumbens core⁶³, Животные, получавшие ограниченную диету с ограниченным доступом к сахарозе, имели более низкое связывание с рецептором DA D2 в оболочке accumbens kernel и дорсальном стриатуме.⁶⁴, Ограниченные диеты с высоким содержанием жиров и сахарозы могут привести к длительной понижающей регуляции мРНК рецепторов D1 и D2 в прилежащем ядре⁶⁵, Микродиализное исследование влияния вкусовой пищи выявило повышенное высвобождение DA в прилежащем ядре и префронтальной коре, когда пища еще считалась новой; как только крысы привыкли к новой пище, повышенное выделение притуплялось в прилежащем ядре, но не в префронтальной коре.⁶⁶, Дифференциальная восприимчивость к привыканию и обусловливанию активности в двух областях может объяснить большее увеличение, наблюдаемое в префронтальной коре, чем в прилежащем ядре мини-свиней, подвергшихся воздействию того же вкусового вещества, которое утратило новизну через двенадцать дней. Однако, поскольку мы не изображали мини-свиньи с [¹¹C] raclopride после первого введения сахарозы, это объяснение является спекулятивным.

Префронтальная кора головного мозга модулирует исполнительную функцию, принятие решений и самоконтроль⁶⁷, Дисфункциональная нейротрансмиссия DA в префронтальной коре нарушает модуляцию обработки вознаграждения, предполагая нарушение исполнительной функции и навыков принятия решений у людей с ожирением^68,69, Кроме того, исследование на ПЭТ на человеке коррелировало снижение метаболизма лобной коры со снижением связывания стриатального D2 при ожирении.⁷⁰, Здесь мы обнаруживаем снижение доступности D2 / 3-рецепторов в префронтальной коре, включая орбитофронтальную кору свиней, подвергшихся воздействию режима сахарозы.

Дофаминергические нейроны VTA посылают проекции в гиппокамп и миндалину, где они поддерживают привычное поведение⁷¹ и опосредуют кодирование и поиск кондиционирования для наркотиков^72,73 и еда киев^74,75, Визуализация человеческого мозга показала активацию гиппокампа в ответ на тягу к еде и дегустацию⁷⁶, В соответствии с нашими данными о снижении доступности D2 / 3-рецепторов гиппокампа и миндалины в ответ на сахарозу, картирование мозга человека с помощью [¹⁸F] fallypride показал индуцированное кокаиновым выделением DA в миндалинах и гиппокампе⁷⁷, В мозге грызунов воздействие кокаиновой метки вызывало высвобождение DA в миндалине⁷⁸и изменения уровня DA миндалины влияли на индуцированное кием поведение при поиске кокаина⁷⁹.

В исследовании лиц с ожирением связь между доступностью D2 / 3 и μOR, известная как существующая в полосатых областях худых людей, была нарушена в вентральном полосатом теле⁸⁰, Мы сравнили значения БП_ND из двух трассеров, чтобы проверить, воспроизводят ли данные этот эффект. В отличие от худых людей, в настоящее время мозг свиней не имел корреляции между значениями АД_ND из двух индикаторов, на исходном уровне или после воздействия сахарозы. Затем мы проверили, будут ли животные с наибольшим снижением связывания трассера раклоприда также иметь наибольшее снижение связывания трассера карфентанила, но вместо этого мы обнаружили отрицательную корреляцию в усредненных экстрастриатальных областях, предполагая, что животные с наибольшим изменением потенциала связывания Трассер раклоприд имел самое низкое изменение потенциала связывания трассера карфентанила. Обратная зависимость между изменениями предполагает, что влияние потребления сахарозы на доступность соответствующих рецепторов регулируется в противоположных направлениях. Известно, что чрезмерное потребление приемлемой еды или лекарств может быть вызвано желанием или симпатией, или и тем, и другим.^60,81, Вполне возможно, что величина желания, вызванного допамином, сводит на нет величину симпатии, вызванной опиоидами, или наоборот. Последние данные указывают на роль ГАМК_A рецепторы в VTA и холинергические терминалы в стриатуме и, возможно, в коре, которые действуют как переключатели между дофамин-зависимым и дофамин-независимым механизмами действия опиоидов^82,83 это может объяснить взаимность эффектов допамина и опиоидов в экстрастриатальных областях свиньи, определенных здесь.

Недостатком ПЭТ, также у сравнительно крупных животных, является ограниченное пространственное разрешение томографии, которое влияет на результаты от небольших областей мозга, вовлеченных в поведение, связанное с пищей. Однако, несмотря на эти опасения, [¹¹Связывание C] raclopride ранее было зафиксировано как в стриатальной, так и в экстрастриатальной областях.^84,85,86,87, Использование [¹¹C] raclopride для маркировки одного и того же типа рецепторов не вызывает беспокойства по поводу потенциальных различий аффинности, которые могут повлиять на использование отдельных трассеров для одних и тех же рецепторов в разных регионах. Недавние исследования включали записи об экстрастриатальном связывании [¹¹С] раклоприда. Алакуртти и др., обнаружил хорошую воспроизводимость мер связывания стриатального раклоприда в стриатуме с воспроизводимостью только от хорошей до умеренной в коре⁸⁵, В более позднем исследовании Свенссон и др., обсудили несколько вопросов, влияющих на использование [¹¹C] раклоприд как маркер экстрастриатальных рецепторов D2 / 3 в исследовании здоровых людей, включая плохую воспроизводимость в коре и ограниченное снижение связывания экстрастриатальных клеток в лобной коре в ответ на блокирующий агент D2 / 3⁸⁸, Сравнение тест-повторное тестирование выявило вариабельность 4–7% в стриатуме и 13–59% в кортикальных областях, но время между осмотрами в среднем составляло 20 дней, в отличие от более информативных 1-2 дней в большинстве исследований. Ряд факторов в жизни этих субъектов, возможно, успел повлиять на результаты. Действительно, мы здесь показываем, что простое добавление потребления сахарозы к утренней рутине в течение 12 дней могло повлиять на меры связывания, полученные через две недели. Другие факторы, такие как видеоигры, покупки, вступление в новые романтические отношения и сексуальные отношения, употребление наркотиков или изменение диеты и физических упражнений, могут влиять на уровень экстрастриатального дофамина с потенциалом для большого разнообразия наборов данных. Текущее исследование на мини-свиньях представило хорошо контролируемую схему с единственной переменной - отсутствием или присутствием сахарозы в рационе. В этом контексте данные по семи животным имели достаточно низкую вариабельность в соответствующих экстрастриатальных областях, чтобы идентифицировать статистически значимое снижение связывания в ответ на сахарозу.

Ограничением текущего исследования является использование анестетиков, необходимых для обеспечения неподвижности во время в естественных условиях изображение животных. Эффекты специфических анестетиков и их взаимодействия с лекарственными средствами или другими вмешательствами могут нарушить связывание радиолигандов.^89,90, Кетамин является антиглутаматергическим препаратом с быстрым антидепрессивным действием в субанестезирующих дозах.^91,92,93, которые не уменьшают полосатость [¹¹C] раклоприд связывание у людей⁹⁴, Однако было обнаружено, что S-кетамин снижает доступность связывания дофаминовых рецепторов D2 / 3 в полосатом теле сознательных приматов, не являющихся человеком⁹⁵, Изофлуран является распространенным анестетиком в ПЭТ животных. В предыдущих исследованиях мы обнаружили скопление полосатого тела [¹¹C] SCH23390, радиолиганд дофаминовых D1-рецепторов, который должен быть значительно выше у мини-свиней, анестезированных изофлураном, а не пропофолом, что предполагает восприимчивость дофаминергической нейротрансмиссии к эффектам анестезии⁹⁶, В текущем исследовании все мини-свиньи были визуализированы в оба момента времени под предварительным лечением кетамином и изофлурановой анестезией, что делает настоящие сравнения достоверными.

Чрезмерное потребление вкусной пищи может как вызывать, так и становиться результатом зависимости с прямыми последствиями для здоровья при ожирении. Мы проверили утверждение, что опиоиды и дофамин обеспечивают награды, важные для выживания, а также для злоупотребления наркотиками. Мини-свиньи с прерывистым доступом к раствору сахарозы в течение 12 дней подряд продемонстрировали снижение доступности дофамина D2 / 3 и μ-опиоидных рецепторов в стриатальном и экстрастриатальном отделах головного мозга, подразумевая, что продукты с высоким содержанием сахарозы влияют на схемы вознаграждения мозга так же, как это наблюдается при употреблении наркотических средств, вызывающих зависимость потребляются. Первоначальное однократное воздействие сахарозы соответствовало выбросу опиоидов в области мозга, активные в награду. Изменения доступности опиоидов и допамина объясняют аддиктивный потенциал сахарозы, потребляемой в избытке.

Этика животных

Это исследование было одобрено и регламентировано Датской инспекцией по экспериментам на животных, и все эксперименты проводились в соответствии с директивой Европейского парламента и Совета по защите животных, используемых в научных целях, 2010/63 / EU и руководящими принципами ARRIVE. Мы использовали семь четырнадцатимесячных самок гёттингенских мини-свиней (Ellegaard, Dalmose, Denmark). Минипигам давали гранулированную диету (6 дл, 2 раза в день, Special Diets Services, Орхус, Дания) с доступной водопроводной водой вволю, Температура окружающей среды составляла 20–22 ° C, относительная влажность 50–55%, а воздух менялся восемь раз каждый час.

Прерывистое потребление сахарозы

Мы представили семь мини-свиней с [¹¹C] раклоприд и [¹¹С] карфентанил на исходном уровне, и снова один день после 12 последовательных дней воздействия воды сахарозой. Воздействие сахарозы состояло из одного часа доступа воды к сахарозе (сахароза, Dansukker, Копенгаген, Дания) (500 г сахарозы в 2 литрах воды) ежедневно в течение 12-дневного периода. Количество потребляемой сахарозы регистрировали, и все мини-свиньи потребляли 2 литра в день. Мы также представили пять таких же мини-свиней с [¹¹C] карфентанил, через 30 минут после первого доступа сахарозы, для изучения острого высвобождения опиоидов.

Мини-свиньи набрали в среднем 13.6% массы тела с 25.4 кг (± 0.73 SEM) на исходном уровне до 28.9 кг (± 0.69 SEM) после 12-дневного воздействия сахарозы, что было значительно выше (односторонний t-критерий, p < 0.001), чем увеличение, наблюдаемое в выборке контрольных мини-свиней, полученной в предыдущих исследованиях, где вес увеличился в среднем всего на 4.9% за тот же период развития.

Визуализация мозга ПЭТ

Мы голодали свиней в течение ночи и имели свободный доступ к воде до визуализации. Мы предварительно лекарства и анестезировали мини-свиньи, как описано ранее⁹⁷ и поместили их на спину в устройство ПЭТ / КТ (Siemens Biograph 64 Truepoint PET). Мы провели низкодозовое КТ-сканирование перед каждым получением ПЭТ для анатомического определения и коррекции ослабления данных о выбросах ПЭТ. Нам внутривенно вводят [¹¹C] раклоприд в начале исследования (360 ± 18 МБк, удельная активность 77 ± 76 ГБк / мкмоль, инъецированная масса 0.12 ± 0.08 мкг / кг) и через 12 дней с сахарозой (374 ± 54 МБк, удельная активность 127 ± 85 ГБк / мкмоль, впрыскиваемая масса 0.06 ± 0.05 мкг / кг) и [¹¹В] карфентанил в начале исследования (377 ± 43 МБк, удельная активность 311 ± 195 ГБк / мкмоль, инъецированная масса 0.03 ± 0.02 мкг / кг) и через 12 дней сахарозы (337 ± 71 МБк, удельная активность 177 ± 157 ГБк / мкмоль, вводили массу 0.06 ± 0.08 мкг / кг через ушную вену в 10 мл физиологического раствора в течение первой минуты 90-минутного сканирования. Мы реконструировали данные ПЭТ с использованием TrueX 3D OSEM (3 итерации, 21 подмножество), матрицы 256 × 256 × 109 и 2-мм фильтра Гаусса, используя временную структуру 5 × 60, 3 × 300, 4 × 600. , 2 × 900 секунд (всего 14 кадров, 90 минут). На исходном уровне и после 12 дней сахарозы мини-свиньи были визуализированы с обоими трейсерами, введенными с интервалом не менее 100 минут, из-за периода полураспада [¹¹C] ПЭТ трассеры. После завершения последнего сеанса ПЭТ мы умерщвляли мини-свиней под глубоким наркозом путем внутривенной передозировки пентобарбитала (100 мг / кг).

Количественный анализ и статистика

Мы выполнили этапы предварительной обработки с использованием PMOD 3.7 (PMOD Technologies Ltd, Цюрих, Швейцария). Чтобы определить параметры стереотаксической трансформации из усредненных по времени ПЭТ-изображений, мы использовали лиганд-специфичные шаблоны. Мы применили сгенерированные матрицы преобразования и поля деформации к соответствующим динамическим временным рядам ПЭТ. Мы сгенерировали параметрические изображения [¹¹C] раклопридный потенциал связывания (BP_NDс помощью полилинейного эталонного метода ткани Ичизе и его коллег⁹⁸, Мы создали изготовленную на заказ маску мозжечка, которая исключала черви, чтобы получить радиоактивность ткани мозжечка с течением времени в области незначительной плотности рецептора DA D2 / 3. Мы сгенерировали параметрические изображения [¹¹C] карфентанил с использованием реализации эталонной модели ткани Логана^99,100 с t * = 30 мин Исследования [¹¹C] связывание карфентанила в мозге человека использовало затылочную кору в качестве контрольной области³⁶; однако у свиньи, согласно кривым временной активности, неперемещаемое связывание в мозжечке было ниже, чем в затылочной коре, что согласуется с результатами авторадиографического исследования на крысах.¹⁰¹, Поэтому мы выбрали мозжечок в качестве контрольной области в текущем исследовании.

статистический анализ

Мы подвергли карты анализу вокселей с помощью статистического непараметрического отображения (SnPM v13.01, http://warwick.ac.uk/snpm) SPM инструментарий, который использует непараметрическую теорию перестановок, чтобы обеспечить основу для статистического вывода, подход, показавший себя хорошо для небольших выборок благодаря строгому контролю ложных срабатываний¹⁴ и применяется, как описано ранее¹⁰², Эксперт в области нейроанатомии свиней (DO) сравнил полученные изображения с пороговым значением до уровня 5% значимости с высоким разрешением Göttingen minipig atlas^103,104 определить и обозначить области пониженного DA D2 / 3 и µOR BP_ND от исходного уровня до состояния после сахарозы. Затем мы выполнили анализ области интереса (ROI), чтобы извлечь BP_ND Значения определенных областей, представляющих интерес, основаны на анализе SnPM, в том числе полосатое тело, прилежащее ядро, таламус, миндалина, поясная извилина и префронтальная кора. Никакой дополнительной статистики по анализу ROI не проводилось, так как было обнаружено, что эти регионы являются значимыми при использовании SnPM.

Финансирование исследования финансировалось Орхусским университетом «Грант на разработку проекта AU» для AML. Мы благодарны за техническую поддержку со стороны сотрудников ПЭТ-центра Орхусской университетской больницы и Фермы Орхусского университета за помощь в лечении животных. Мы благодарим профессора Мортена Крингельбаха, профессора Йоргена Шил-Крюгера и доцента Арне Мёллера за помощь в начале этих исследований.

Принадлежность

1. Кафедра ядерной медицины и ПЭТ-центр, Орхусский университет, Орхус, Дания
   • Майкл Винтердал
   • , Уве Ноер
   • , Анна К. Шахт
   • , Стин Якобсен
   • , Aage KO Alstrup
   • , Альберт Джедде
   •  И Энн М. Ландау
2. Отделение нейрохирургии и CENSE, Орхусская университетская больница, Орхус, Дания
   • Дариуш Орловский
3. Отделение ядерной медицины, Университет Южной Дании и Университетская больница Оденсе, Оденсе, Дания
   • Альберт Гедде
4. Кафедра неврологии, Копенгагенский университет, Копенгаген, Дания
   • Альберт Гедде
5. Кафедра неврологии и нейрохирургии, Университет Макгилла, Монреаль, Канада
   • Альберт Гедде
6. Отдел трансляционной нейропсихиатрии, Орхусский университет, Орхус, Дания
   • Энн М. Ландау

Публикации

MW и AML разработали исследование и анализ; ACS и SJ синтезировали трассеры ПЭТ; MW, AKOA и AML обрабатывали мини-свиньи и выполняли сканирование ПЭТ; MW, ON и AML провели анализ данных; DO предоставил анатомическую экспертизу, MW, AG и AML интерпретировали данные; MW и AML написали рукопись при поддержке AG; все авторы одобрили окончательный вариант рукописи.

Соответствующий автор

Соответствие Энн М. Ландау.

Конфликт интересов

Авторы не заявляют никаких конкурирующих интересов.

Примечание издателя Природа Спрингера остается нейтральной в отношении юрисдикционных требований в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Перепечатки и разрешения