Deficity mezolimbickej dopamínovej neurotransmisie pri obezite s potkanovou stravou (2009)

Poznámky: Štúdia ukazuje, že prejedanie sa v jedálni obezity vedie k zníženiu hladín dopamínu a k spomaleniu reakcie dopamínu na normálne potkany. Potkany však stále mali odpoveď na jedlo v bufete. Jedna z mnohých štúdií, ktorá ukazuje zmeny mozgu podobné zmenám závislým od drog. Nadmerná konzumácia nadprirodzených verzií prírodných odmien môže viesť k závislosti.

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 a EN Pothosa,*

Konečná upravená verzia tohto článku vydavateľa je k dispozícii na stránke Neurovedy

Pozri ďalšie články v PMC to citát publikovaný článok.

Prejsť na:

abstraktné

Zvýšený kalorický príjem pri diétnej obezite by mohol byť poháňaný centrálnymi mechanizmami, ktoré regulujú správanie zamerané na odmeňovanie. Mesolimbický dopamínový systém, a najmä nucleus accumbens, je základom potravnej aj liekovej odmeny. Skúmali sme, či je potkaní diétna obezita spojená so zmenami dopaminergnej neurotransmisie v tejto oblasti. Potkany Sprague-Dawley boli umiestnené na stravu v kaviarni, aby vyvolali obezitu alebo laboratórnu stravu na udržanie normálneho prírastku hmotnosti. Extracelulárne hladiny dopamínu boli merané pomocou in vivo mikrodialýza. Elektricky vyvolané uvoľňovanie dopamínu sa meralo ex vivo v koronálnych rezoch nucleus accumbens a dorzálnom striate pomocou amperometrie uhlíkových vlákien v reálnom čase. Počas 15 týždňov potkany kŕmené stravou v jedálni dostali obéznu stravu (> 20% zvýšenie telesnej hmotnosti) a vykazovali nižšie extracelulárne hladiny accumbens dopamínu ako potkany s normálnou hmotnosťou (0.007 ± 0.001 oproti 0.023 ± 0.002 pmol / vzorka; P<0.05). Uvoľňovanie dopamínu v nucleus accumbens obéznych potkanov bolo stimulované výzvou v kaviarni a diéte, ale stále nereagovalo na laboratórne jedlo. Správa d-amfetamín (1.5 mg / kg ip) tiež odhalil zmiernenú odpoveď dopamínu u obéznych potkanov. Experimenty merajúce elektricky vyvolaný dopamínový signál ex vivo v rezoch nucleus accumbens ukázali oveľa slabšiu odpoveď u obéznych zvierat (12 vs. 25 × 106 molekuly dopamínu na stimuláciu, P<0.05). Výsledky ukazujú, že deficity mezolimbického neurotransmisie dopamínu súvisia s obezitou v strave. Depresia uvoľňovania dopamínu môže viesť u obéznych zvierat k kompenzácii konzumáciou chutného „pohodlného“ jedla, čo je stimul, ktorý uvoľňoval dopamín, keď zlyhalo laboratórne jedlo.

Kľúčové slová: nucleus accumbens, striatum, kŕmenie, telesná hmotnosť, amfetamín, hyperfágia

Rýchly nárast diétnej obezity v industrializovaných spoločnostiach naznačuje, že môžu byť zodpovedné ne-homeostatické signálne dráhy, ktoré umožňujú chronický pozitívny príjem energie. Rozhodujúcou otázkou je, prečo laboratórne zvieratá a ľudia stále jedia energeticky bohaté, chutné potraviny do takej miery, že sa stanú obéznymi. Z evolučného hľadiska sa dá očakávať, že mozog vyvinul systém, ktorý by reagoval na prirodzené odmeny, ako sú potraviny. Tieto centrálne mechanizmy sú zachované naprieč druhmi, aby sa zabezpečilo prežitie (Kelley a Berridge, 2002) a mohli by ovplyvňovať alebo modulovať obvody, ktoré regulujú telesnú hmotnosť. Preto dostupnosť odmeňovania chutných potravín môže viesť k zvýšenému príjmu kalórií a zvýšeniu telesnej hmotnosti, ktoré mechanizmy na homeostázu, pochádzajúce primárne z hypotalamu, nemusia prekonať. Táto možnosť môže aspoň čiastočne vysvetliť epidemické proporcie obezity v strave.

Prominentné medzi nervovými systémami sú mezolimbické dráhy dopamínu, kde je známe, že pôsobenie dopamínu, najmä v termináloch nucleus accumbens, sprostredkováva mechanizmy posilňovania. Aktivácia tohto systému zahŕňa zvýšenie hladiny dopamínu a zmeny obratu dopamínu po prirodzenom odmeňovacom správaní, ako je kŕmenie (Hernandez a Hoebel, 1988; Radhakishun a kol., 1988). Okrem toho je známe, že dopamín v nucleus accumbens (a priľahlé dorzálne striatum) sa zvyšuje s vystavením stimulom spojeným s potravou a motorickou aktivitou v súvislosti s dosiahnutím potravy (Mogenson a Wu, 1982; Bradberry a kol., 1991; Salamone a kol., 1991). Preto je rozumné očakávať, že obezita v potrave môže byť spojená s mesolimbickou schopnosťou uvoľňovať dopamín chutných vysokoenergetických potravín.

V tejto štúdii sme skúmali, či chronická expozícia (15 týždňov) potkanov vysokoenergetickej, chutnej jedálenskej kaviarni spôsobuje zmeny dopamínu v nucleus accumbens. Táto vysoko chutná strava je úspešná pri indukcii diétnej obezity u potkanov a je najrelevantnejšia pre rozvoj ľudskej obezity (Sclafani a Springer, 1976). Okrem toho stravovanie v jedálni nám umožnilo rozlišovať medzi preferenciami s vysokým obsahom tuku a vysokým obsahom sacharidov a tým, či takéto preferencie ovplyvnili uvoľňovanie mezolimbického dopamínu. Zistili sme, že krysy Sprague – Dawley prevzali väčšinu svojho denného príjmu kalórií z vysoko sacharidových zdrojov a vyvinuli obezitu vyvolanú diétou (DIO). Okrem toho demonštrovali znížené uvoľňovanie bazálneho dopamínu v nucleus accumbens a oslabenú dopamínovú odpoveď na štandardnú stravu alebo systémovú aplikáciu damfetamínu.

EXPERIMENTÁLNE PROCEDÚRY

zver

Samice albino Sprague – Dawley potkanov (Taconic, Hudson, NY, USA) boli porovnané na telesnú hmotnosť 300 g každý vo veku 3 mesiacov. Samice zvierat boli vybrané, pretože na rozdiel od samcov potkanov je telesná hmotnosť samíc laboratórne kŕmených laboratórnymi krmivami v priebehu času relatívne stabilná. Zvieratá boli chované jednotlivo v tej istej miestnosti v cykle 12-h reverzného svetla / tmy (svetlá zapnuté: 6 pm, svetlá zhasnuté: 6 am). Za týchto podmienok sme nepozorovali žiadny vplyv fázy estrálneho cyklu na uvoľňovanie mezolimbického dopamínu (Geiger a kol., 2008). Všetky zvieratá boli použité v súlade s publikovanými smernicami US National Institutes of Health (NIH) a Inštitucionálnym výborom pre starostlivosť o zvieratá a použitie (IACUC) Tufts University a Tufts Medical Center. Vynakladalo sa maximálne úsilie na obmedzenie počtu použitých zvierat, aby sa minimalizovalo používanie zvierat a utrpenie.

Jedlo zloženie stravy

Zvieratá boli rozdelené do skupiny DIO pre kaviarne (tiež opísaná ako skupina pre obézne diéty nižšie) a pre laboratórnu skupinu kŕmenú krmivom (skupina s normálnou hmotnosťou). Všetky skupiny boli kŕmené podľa chuti, Strava v jedálni obsahovala zložky s vysokým obsahom tuku, ako napríklad Crisco (33% zeleninové skrátenie, 67% Purina prášok), saláma, syr čedar a arašidové maslo; a zložky s vysokým obsahom sacharidov, ako je sladené kondenzované mlieko (značka Magnolia zmiešaná s vodou, 1: 1), sušienky s čokoládovými lupienkami, mliečna čokoláda, banány, marshmallows a roztok sacharózy 32%. Ukázalo sa, že táto vysoko chutná strava je veľmi účinná pri indukcii diétnej obezity u potkanov a napodobňuje rozvoj ľudskej obezity (Sclafani a Springer, 1976). Každá zo zložiek bola vždy k dispozícii a menila sa štyrikrát týždenne. Okrem chutného jedla bola daná aj kaviareň DIO podľa chuti prístup do laboratória Purina. Na identifikáciu diétnych preferencií sa meria príjem každej zo zložiek stravy v jedálni v dvoch periódach 48-h počas jedenásteho týždňa diéty. Telesné hmotnosti sa zaznamenávali raz týždenne.

Stereotaxická chirurgia

Stereotaxická chirurgia bola vykonaná počas týždňa 7 štúdie (n= Krysy 24 cafeteria DIO, n= Laboratórne potkany 32). Zvieratá sa anestetizovali ketamínom (60 mg / kg ip) a xylazínom (10 mg / kg ip) na implantáciu bilaterálnych 10 mm, mikrodialyzačných vodiacich kanyl z nehrdzavejúcej ocele 21 s kalibrom 10 zameraných na zadnú oblasť jadra accumbens. Stereotaxické súradnice boli 1.2 mm anteriorné k interurálnej nule, 4 mm laterálne k sliznici stredného sagitálneho svalu a 4 mm ventrálne k hladine lebky. Dialyzačná sonda sondy rozšírila ďalšie ventily XNUMX mm, aby sa dostala na cieľové miesto (Paxinos a Watson, 2007). Po chirurgickom zákroku sa všetky zvieratá vrátili do svojich klietok a pokračovali v diétnom režime.

Mikrodialýza a vysokoúčinná kvapalinová chromatografia s elektrochemickou detekciou (HPLC-EC)

Mikrodialýza sa uskutočnila v priebehu týždňa 14 štúdie, aby sa umožnilo adekvátne zotavenie z operácie. Pre každú mikrodialyzačnú reláciu sa zvieratá umiestnili jednotlivo do mikrodialyzačných klietok a sondy sa umiestnili do mikrodialýzového kanylu 12-15 h predtým, ako sa odobrala prvá vzorka. Miesto implantácie (vľavo / vpravo) bolo vyvážené. Mikrodialyzačné sondy boli koncentrického typu, vyrobené lokálne a vykazovali 10% regeneráciu neurochemikálií v in vitro testov, ako je opísané vyššie (Hernandez a kol., 1986). Sondy boli premývané Ringerovým roztokom (142 mM NaCl, 3.9 mM KCl, 1.2 mM CaCl2, 1.0 mM MgCl2, 1.4 mM Na2HPO40.3 mM NaN2PO4) pri rýchlosti 1 ° ul / min. Dialyzát sa zhromaždil v 40 ul fľaštičkách obsahujúcich 5 ul konzervačnej látky (0.1 M HCI a 100 ° uM EDTA) na spomalenie oxidácie monoamínov. Odber vzoriek sa začal uprostred cyklu tmy a všetky potraviny sa odobrali 3 h pred odberom vzoriek pre všetky zvieratá. Vzorky sa odoberali v intervaloch 30-min po dobu najmenej 2 h základnej línie, po ktorej nasledovala systémová injekcia d-amfetamín (1.5 mg / kg ip; Sigma, St. Louis, MO, USA). Z každej vzorky sa injektoval 25 ul dialyzátu do amperometrického systému Antec HPLC-EC (GBC, Inc., Boston, MA, USA) s 10 cm Rainin kolónou a fosfátovým mobilným fázovým pufrom, ktorý separuje a detekuje dopamín a dopamínové metabolity kyseliny dihydroxyfenyloctovej (DOPAC) a kyseliny homovanilovej (HVA). Výsledné píky sa potom merali a zaznamenávali. Umiestnenie mikrodialyzačnej sondy do cieľového miesta sa overilo na konci experimentu histologickým vyšetrením sondového traktu po fixácii mozgu paraformaldehydom.

Pre zvieratá, ktorým sa namiesto 30-min laboratórne krmivo alebo kaviareň-diéta jedlo výzvou miesto d-amfetamín, všetky skupiny boli zbavené potravy pre 12 h pred experimentom mikrodialýzy, aby sa zabezpečila adekvátna motivácia k jedlu.

Elektrofyziológia rezov

Potkanie mozgy sa rýchlo umiestnili do ľadovo okysličenej umelej cerebrospinálnej tekutiny (aCSF) na vibračnom prístroji Leica VT1000S (Leica Microsystems, Wetzlar, Nemecko) a narezali sa v 300 um koronálnych rezoch. Plátok plátok obsahoval aCSF (124 mM NaCl, 2.0 mM KCl, 1.25 mM KH2PO42.0 mM MgS044, 25 mM NaHCO3, 1.0 mM CaCl2, 11mM glukóza, pH = 7.3). Po 1 h v aCSF rezoch sa preniesli do záznamovej komory s perfúziou okysličeného aCSF nastaveného na 1 ml / min pri 37 ° C. Elektródy z uhlíkových vlákien s priemerom 5 μm, s čerstvo narezaným povrchom, sa umiestnili do plášťa nucleus accumbens alebo dorzálneho striata ~ 50 μm do rezu s referenčnou elektródou (drôt Ag / AgCl) vloženou do kúpeľa aCSF a napäťovej sady do + 700 mV (Axopatch 200 B, Axon Instruments Inc., Union City, CA, USA). Bipolárny, krútený drôt, stimulačná elektróda (priemer drôtu 0.005 v: MS 303 / 3, Plastics One, Inc., Roanoke, VA, USA) bol umiestnený v rámci 100 – 200 µm elektródy z uhlíkových vlákien. Konštantný monofázický prúdový stimul 2 ms pri + 500 uA bol podávaný izolátorom stimulu Isoflex (AMPI, Inc., Jeruzalem, Izrael) spúšťaný stimulátorom konštantného prúdu (Model S88; Grass Technologies, West Warwick, RI, USA) , Odozva amperometrickej elektródy (zmena základnej čiary) bola monitorovaná a kvantifikovaná softvérom Superscope (GW Instruments, Inc., Somerville, MA, USA). Elektródy sa kalibrovali pred a po použití s ​​voltammogrammi odčítanými pozadia (päť aplikovaných a spriemerovaných vĺn, 300 V / s, -400 až + 1000 mV, v záznamovom médiu a médiu s 10 uM dopamínom). Amperometrické píky boli identifikované ako udalosti väčšie ako 3.5 × šum rms základnej línie. Šírka udalosti bola doba trvania medzi (a) základným priesečníkom maximálneho sklonu od základnej čiary k prvému bodu, ktorý prekročil hranicu a (b) prvým údajovým bodom nasledujúcim maximálnu amplitúdu, ktorá zaznamenala hodnotu ≤0 pA. Maximálna amplitúda (imax) udalosti bola najvyššia hodnota v rámci podujatia. Určenie celkového počtu molekúl (N), bol stanovený celkový náboj udalosti medzi základným zachytením a počet molekúl odhadnutý vzťahom N= Q /nF, kde Q je poplatok, n počet elektrónov darovaných na molekulu a F je Faradayova konštanta (96,485 C na ekvivalent). Odhady boli založené na predpoklade dvoch elektrónov darovaných na oxidovanú molekulu dopamínu (Ciolkowski a kol., 1994).

Tkanivové mikročipy

Cafeteria DIO alebo laboratórne potkany kŕmené laboratórnym krmivom (n= 11 / skupina) boli usmrtené rovnako ako v predchádzajúcom experimente a razníky 1 mm priemeru dorzálneho striata a nucleus accumbens boli odobraté z 300 um mozgových rezov. Razníky sa potom vystavili pôsobeniu roztoku 40M KCl pre 3 min, aby sa stimulovalo uvoľňovanie dopamínu. Potom sa merali extracelulárne hladiny dopamínu pomocou vyššie opísanej HPLC metódy.

Analýza dát

Na analýzu údajov o mikrodialýze sa použila obojsmerná ANOVA (skupina x čas) s opakovanými meraniami a Fisherovou post hoc analýzou. Jednosmerná ANOVA bola použitá pre všetky ostatné testy. Pre experimenty s rezmi boli výsledky z piatich rôznych stimulácií na rovnakom reze spriemerované na jeden rez pred uskutočnením ANOVA. Výsledky sú vyjadrené ako priemer ± štandardná chyba priemeru (SEM).

VÝSLEDKY

Obézne potkany v potrave majú silnú preferenciu pre vysoko chutné jedlo

Potkany Cafeteria DIO ukázali silnú preferenciu pre sladké mlieko (74.4 ± 6.4 g; 241 ± 21 kcal) a roztok 32% sacharózy (31.4 ± 4.1 g; 40 ± 5 kcal) (Obr. 1A, B, F(9,127) = 116.9854, P<0.01). Okrem toho tieto zvieratá jedli významne menej potravy Purina (5.66 ± 1.02 g) v porovnaní so zvieratami kŕmenými laboratórnymi zvieratami (54.7 ± 2.3 g; F(1,27) = 419.681, P<0.01). Po 14 týždňoch stravovania v bufete potkany pribrali 53.7% svojej pôvodnej telesnej hmotnosti na konečnú hmotnosť 444.9 ± 19.0 g. Po rovnakom období dosiahli laboratórne potkany konečnú hmotnosť 344.0 ± 10.8 (Obrázok 2A).

Obr. 1 

U obéznych potkanov uprednostňuje stravovanie stravovacích zložiek. Priemerná spotreba zložiek stravy v jedálňach v gramoch (A) a kcal (B) počas dvoch periód 48-h počas týždňa 11 diétneho režimu ukazuje uprednostňovanie sladkého mlieka a roztoku sacharózy (priemer ± SEM); ...
Obr. 2 

Hladiny bazálneho, amfetamínového a laboratórneho krmiva - napadnuté jadro accumbens hladiny dopamínu sa znižujú u potkanov s obezitou v potrave. (A) Telesná hmotnosť potkanov kaviarne DIO v období 14 týždňa bola významne vyššia ako laboratórna kŕmna dávka krmiva. ...

Obézne potkany v potrave majú nízky bazálny dopamín a znížené uvoľňovanie dopamínu stimulované amfetamínom

V týždni 14 zo štúdie potkany s kaviarňou DIO vykazovali nižšie hladiny extracelulárneho dopamínu v nucleus accumbens v porovnaní s laboratórnymi potkanmi kŕmenými laboratórnymi krmivami (vzorka 0.007 ± 0.001 pmols / 25 µL vs. vzorka 0.023 ± 0.002 pmols / 25 µL; Obrázok 2B, F(1,19) = 11.205; P<0.01), merané ako in vivo mikrodialýza. Zistilo sa tiež, že východiskové hladiny metabolitov dopamínu DOPAC a HVA boli významne nižšie v potkanoch kaviarne DIO. Úrovne DOPAC v potkanoch kaviarne DIO boli 3.13 ± 0.42 vs. 8.53 ± 0.56 pmol v laboratórnych potkanoch kŕmených krmivom (F(1,10) = 14.727, P<0.01). Hladiny HVA boli 1.0 ± 0.28 oproti 4.28 ± 0.33 pmol (v uvedenom poradí)F(1,20) = 6.931, P<0.05). Po stanovení stabilnej základnej úrovne dopamínu sa potkanom podala injekcia amfetamínu v dávke 1.5 mg / kg. Celkové uvoľnenie stimulovaných hladín dopamínu bolo u potkanov DIO v jedálni nižšie v porovnaní s laboratórnymi zvieratami, ktoré sa kŕmili krmivom (Obrázok 2B, F(9,162) = 2.659, P

Obézne potkany v potrave uvoľňujú dopamín v nucleus accumbens, keď jedia vysoko chutné potraviny, nie obyčajné laboratórne krmivo

Obrázok 2D ukazuje, že hladiny extracelulárneho dopamínu v potkanoch DIO v kaviarni sa nezvýšili detekovateľne v reakcii na jedlo laboratórneho krmiva. Zvieratá jedli v priemere 1.3 ± 0.4 g krmiva cez 30 min. Ak je však podskupina týchto zvierat (\ tn= 8) bol potom kŕmený stravou v jedálni pre 30 min, dopamín zvýšil 19.3% z 0.027 ± 0.003 na vzorku 0.033 ± 0.004 pmols / 25 µL (F(11,187) = 8.757, P<0.05). Hladiny DOPAC sa tiež zvýšili o 17.13% ± 6.14%. Naproti tomu sa hladiny dopamínu u laboratórnych chovaných zvierat zvýšili o 51.10% ± 17.31% (F(7,119) = 3.902, P<0.05) 1 hodinu po kŕmení (zvieratá jedli v priemere 5.7 ± 0.8 g, významne viac ako zvieratá DIO; F(1,33) = 26.459, P<0.01). Neočakávame však, že nižší príjem potravy zvieratami DIO je priamou príčinou nedostatku uvoľňovania dopamínu u týchto zvierat, pretože sa uvádza, že príjem potravy iba 0.6 g stimuluje uvoľňovanie dopamínu v nucleus accumbens potkanov (Martel a Fantino, 1996). Okrem toho iné štúdie ukázali, že rozdiely v množstve uvoľneného dopamínu nie sú nevyhnutne priamo korelované s množstvom prítomnej potravy, ale môžu byť ovplyvnené aj inými stimulmi, ako je úroveň sýtosti zvieraťa, chutnosť a nové účinky potravín. (Hoebel a kol., 2007). Strava pre kaviarne nebola podávaná ako výzva pre laboratórne zvieratá kŕmené krmivom, pretože sa očakávalo, že vyvolá nové účinky, ktoré by zmätili akékoľvek porovnania so zvieratami DIO pre kaviarne.

Elektricky stimulované uvoľňovanie dopamínu je zoslabené v akútnych koronárnych rezoch mozgu z obéznych potkanov

Obrázok 3A ukazuje reprezentatívne amperometrické stopy z jadra nucleus accumbens plátok normálnych verzus diétnych obéznych potkanov (n= Stimulácie 30 v siedmich rezoch oproti stimuláciám 24 v piatich rezoch). Potkany Cafeteria DIO mali nižšie elektricky vyvolané uvoľňovanie dopamínu ako laboratórne potkany kŕmené laboratórnym krmivom (12 × 106± 4 x 106 vs. 25 × 106± 6 x 106 molekuly; Obrázok 3B, F(1,52) = 2.1428, P<0.05). Tento rozdiel v vyvolanom uvoľňovaní dopamínu odráža jednak zníženie amplitúdy udalosti (5.16 ± 1.10 pA u potkanov DIO v bufete oproti 7.06 ± 0.80 pA u laboratórnych potkanov kŕmených chow; Obrázok 3C, F(1,52) = 2.4472, P<0.05) a šírka (2.45 ± 0.73 s u potkanov DIO v jedálni oproti 4.43 ± 0.70 s u laboratórnych potkanov kŕmených chow, Obrázok 3D, F(1,52) = 3.851, P

Obr. 3 

Uvoľnené uvoľňovanie dopamínu z jadra accumbens v rezoch mozgu (A) Reprezentatívne stopy z rezov akútneho koronárneho jadra accumbens u zvierat kŕmených krmivom (hore; n= Stimulácie 30 v siedmych rezoch) a zvieratá DIO pre kaviarne (dno; n= Stimulácie 24 ...

Obr. 4 ukazuje, že rovnaké trendy boli prítomné v dorzálnych striatálnych rezoch potkanov s obezitou v potrave. Reprezentatívne stopy z laboratórneho krmiva (\ tn= Stimulácie 31 v siedmych rezoch a kaviareň DIO (n= 15 stimulácie v štyroch rezoch) sú uvedené v Obrázok 4A, Elektricky vyvolané uvoľňovanie dopamínu zo striata bolo 0.8 × 106± 0.1 x 106 v kaviarni DIO potkanov vs. 44 × 106± 11 x 106 molekuly (Obrázok 4B, F(1,45) = 6.0546, P<0.01) u laboratórnych chovaných zvierat. To opäť odráža pokles amplitúdy oboch udalostí (2.77 ± 0.42 oproti 9.20 ± 1.88 pA; F(1,45) = 7.8468, P<0.01) a šírka (0.22 ± 0.03 oproti 5.90 ± 0.98 s; F(1,45) = 17.2823, P<= 0.01) v skupine DIO v kaviarni (Obr. 4C, 4D).

Obr. 4 

Uvoľnené uvoľňovanie dopamínu z dorzálneho striata v rezoch mozgu. (A) Reprezentatívne stopy po rezoch akútnych koronálnych dorzálnych striatum kŕmených zvierat (hore; n= Stimulácie 31 v siedmych rezoch) a zvieratá DIO pre kaviarne (dno; n= 15 stimulácie v ...

Draslík stimulované uvoľňovanie dopamínu v tkanivových mikročastiach je redukované v nucleus accumbens a striatum obéznych potkanov v potrave

Extracelulárne hladiny dopamínu po stimulácii KCl boli merané pomocou HPLC-EC a sú znázornené na obr Obr. 5, Hladiny extracelulárneho dopamínu boli 0.16 ± 0.08 pmol / vzorka v alikvotných mikročastiach obéznych zvierat (n= 10 mikropunches) v porovnaní s 0.65 ± 0.23 pmol / vzorka v mikročastiach kontrolných zvierat (n= 11 mikropunches; Obrázok 5A; F(1,19) = 4.1911, P<0.01). Hladiny extracelulárneho dopamínu boli 5.9 ± 1.7 pmol / vzorka v striatálnych mikrotlačkách od obéznych (n= 8 mikropunches) potkany a 11.3 ± 1.9 pmol / vzorka na rovnakom mieste z kontroly (n= 11 mikropunches) potkany (Obrázok 5B; F(1,17) = 7.5064, P

Obr. 5 

Extracelulárne hladiny dopamínu z draslíkových stimulov stimulovaných draslíkom. Množstvo dopamínu uvoľneného z (A) nucleus accumbens (n= 11 mikropunches z každej skupiny) a (B) dorzálne striatum (n8 mikropunches z obéznych a n= Mikropunčeky 11 z ovládacích prvkov) ...

DISKUSIA

V tejto štúdii sa potkany stali obéznymi z konzumácie stravy v jedálni s preferenciou potravín s vysokým obsahom sacharidov. V stave s nadváhou mali nižší bazálny extracelulárny dopamín, ako aj dopamín stimulovaný chowom alebo amfetamínom v jadre nucleus accumbens. V štúdiách používajúcich drogy zneužívania budú zvieratá pracovať na udržaní hladín dopamínu v jadre accumbens nad určitú úroveň (Wise a kol., 1995a,b; Ranaldi a kol., 1999). V tejto štúdii je zneužívaná „látka“ chutné jedlo, takže nízky extracelulárny dopamín v akumulátoroch vedie k zvýšenej konzumácii chutných potravín.

Obézne potkany tiež ukázali oslabené hladiny elektricky stimulovaného dopamínu v rezoch mozgu a stimulovaného dopamínu stimulovaného draslíkom v mikropáskových tkanivách tkaniva z nucleus accumbens a dorzálneho striata. Centrálny presynaptický deficit v exocytóze dopamínu je preto zrejmý pri obezite v potrave, pretože je prítomná depresia vyvolaného uvoľňovania dopamínu. in vivo, v akútnych striatálnych a akumulovaných mozgových rezoch a v tkanivových mikročastiach zo stravy obéznych zvierat. V genetickom modeli predispozície obezity sme pozorovali podobný účinok. V tomto modeli sa expresia mRNA a proteínov regulátorov syntézy dopamínu a exocytózy vrátane tyrozínhydroxylázy a transportéra neuronálneho vezikulárneho monoamínu (VMAT2) znižuje v neurónoch dopamínových neurónov ventrálnej tegmentálnej oblasti (zvierat s náchylnosťou na obezitu).Geiger a kol., 2008). Ďalším potenciálnym miestom pre-synaptickej zmeny je transportér spätného vychytávania plazmatickej membrány DAT. Štúdie elektrofyziológie rezov nám umožňujú rozlišovať medzi rozdielmi v kinetike uvoľňovania dopamínu v porovnaní s kinetikou spätného vychytávania. Rozdiel v šírke hrotov v zásade naznačuje, že diétne obézne zvieratá môžu mať nielen menej vyvolané uvoľňovanie, ale aj zmeny v spätnom vychytávaní v dôsledku rozdielov v aktívnych DAT transportných miestach na plazmatickej membráne. V Zucker mastných (fa / fa) potkany, zvýšené hladiny mRNA transportéra DAT boli zaznamenané vo VTA (Figlewicz a kol., 1998). Možnosť zvýšeného klírensu dopamínu je v predloženej štúdii kompatibilná so zníženým evokovaným dopamínovým signálom u potkanov DIO.

Mali by sme si všimnúť, že schopnosť uvoľňovania dopamínu amfetamínom nebola u obéznych zvierat zmiernená (pokiaľ ide o percentuálnu zmenu oproti východiskovej hodnote) a toto môže „konspirovať“ spolu s nižšími absolútnymi hladinami dopamínu, aby motivovali obézne zvieratá k získaniu stimulov uvoľňujúcich dopamín. Amfetamín je slabá báza, ktorá vytesňuje dopamín z vezikúl do cytozolu a vedie k zvýšeniu extracelulárneho dopamínu prostredníctvom reverzného transportu (Sulzer a Rayport, 1990). V prípadoch závažného deficitu v vezikulárnych bazénoch dopamínu, ako napríklad v prípade vezikulárneho transportéra VMAT2 deficientných myší, injekcia amfetamínu prechodne stimuluje syntézu nových dopamínov v cytosóle (Fon et al., 1997). Prechodné zvýšenie cytozolického dopamínu indukovaného amfetamínom môže vysvetliť dočasné zvýšenie percenta zmeny dopamínu u obéznych zvierat v porovnaní s normálnou hmotnosťou zvierat a môže prispieť k náchylnosti obéznych zvierat k stimulom uvoľňujúcim dopamín spolu s nižšou absolútnou extracelulárnou hladinou. hladiny dopamínu v akumulátoroch.

Aké mechanizmy by pravdepodobne sprostredkovali presynaptický deficit dopamínu u obéznych zvierat a riadili ich stravovacie preferencie? Spojenie medzi preferenciou jedla a dopamínom nucleus accumbens je jasne preukázané v otupenej reakcii obéznych zvierat na výživu, ale nie na chutnej strave. Naše zistenia dopĺňajú nedávnu prácu, ktorá ukazuje, že agonista receptora dopamínového typu D1 (D1) zvýšil preferenciu potkanov pre vysoko chutné potraviny (Cooper a Al-Naser, 2006). Naviac, nukleus accumbens dopamín je aktivovaný u potkanov trénovaných na falošnú reakciu na sacharózu (Avena a kol., 2008), ďalej podporujúce zapojenie centrálneho dopamínu do preferencie chutných potravín bohatých na sacharidy. Preukázali sme centrálny deficit dopamínu uvedený v tejto štúdii v ďalších modeloch obezity, vrátane ob / ob myš s nedostatkom leptínu a inbrednú krysu náchylnú na obezitu (Fulton a kol., 2006; Geiger a kol., 2008). Jedným z možných signálov spájajúcich chutnú spotrebu potravy a uvoľňovanie dopamínu z akumulátorov môže byť leptín. U ľudí s vrodeným deficitom leptínu znižuje náhrada leptínu hyperfágiu a mení aktiváciu ich ventrálneho striata vzhľadom na vizualizáciu chutných potravín (Farooqi a kol., 2007). U potkanov sa tiež preukázalo, že leptín zníži samopodanie sacharózy (\ tFiglewicz a kol., 2006, 2007). Ukázalo sa, že aj iné orexigénne vstupy, ako napríklad ghrelín a orexín, sa podieľajú na aktivácii dopamínového systému stredného mozgu (Rada et al., 1998; Helm a kol., 2003; Abizaid a kol., 2006; Narita a kol., 2006). Bolo by zaujímavé ďalej skúmať, či by prechodná obézna strava zvierat na normálne laboratórne krmivo na chronickej báze zachovala ich preferenciu pre chutnú potravu a asociovanú reakciu dopamínu na neho nezávisle od očakávaných zmien leptínu, ghrelínu alebo orexínu a iných signálov. týkajúce sa regulácie chuti do jedla.

ZÁVER

Na záver, zistenia v tejto štúdii ukazujú, že mezolimbický dopamínový systém hrá rozhodujúcu úlohu v preferovaní diéty s vysokou energiou, hyperfágie a následnej diétnej obezity. U obéznych potkanov v potrave dochádza k depresii nukleus accumbens a dopaminergnej neurotransmisii dorzálnej striatum. Zvieratá môžu dočasne obnoviť hladiny dopamínu konzumáciou vysoko chutných, vysokoenergetických potravín. Tieto výsledky naznačujú, že selektívne zacielenie presynaptických regulátorov mezolimbického dopamínového systému predstavuje sľubný prístup na liečbu diétnej obezity.

Poďakovanie

Táto práca bola podporená DK065872 (ENP), F31 DA023760 (BMG, ENP), Smith Family Foundation Award of Excellence v biomedicínskom výskume (ENP) a P30 NS047243 (Tufts Center for Neuroscience Research).

Skratky

  • ACSF
  • umelej cerebrospinálnej tekutiny
  • DAT
  • transportér plazmatickej membrány dopamínu
  • DIO
  • obezita vyvolaná diétou
  • DOPAC
  • kyselina dihydroxyfenyloctová
  • HPLC-EC
  • vysokoúčinná kvapalinová chromatografia s elektrochemickou detekciou
  • HVA
  • kyselina homovanilová
  • VMAT2
  • neuronálny vezikulárny monoamínový transportér
  • VTA
  • ventrálna tegmentová oblasť

REFERENCIE

  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 moduluje aktivitu a synaptickú vstupnú organizáciu dopamínových neurónov stredného mozgu a zároveň podporuje chuť do jedla. J Clin Invest. 2006, 116: 3229-3239. [Článok bez PMC] [PubMed]
  2. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Dôkaz závislosti od cukru: behaviorálne a neurochemické účinky prerušovaného nadmerného príjmu cukru. Neurosci Biobehav Rev. 2008, 32: 20 – 39. [Článok bez PMC] [PubMed]
  3. Bradberry CW, Gruen RJ, Berridge CW, Roth RH. Individuálne rozdiely v behaviorálnych opatreniach: korelácie s nukleus accumbens dopamínom merané mikrodialýzou. Pharmacol Biochem Behav. 1991, 39: 877-882. [PubMed]
  4. Ciolkowski EL, Maness KM, Cahill PS, Wightman RM, Evans DH, Fosset B, Amatore C. Disproporcionácia pri elektrooxidácii katecholamínov na mikroelektródach s uhlíkovými vláknami. Anal Chem. 1994, 66: 3611-3617.
  5. Cooper SJ, Al-Naser HA. Dopaminergná kontrola voľby potravín: kontrastné účinky SKF 38,393 a chinpirolu na vysoko chutnú potravu u potkanov. Neuropharmacology. 2006, 50: 953-963. [PubMed]
  6. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptín reguluje striatálne oblasti a stravovacie správanie ľudí. Science. 2007, 317: 1355. [Článok bez PMC] [PubMed]
  7. Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Intraventrikulárny inzulín a leptín znižujú samopodanie sacharózy u potkanov. Physiol Behav. 2006, 89: 611-616. [PubMed]
  8. Figlewicz DP, MacDonald Naleid A, Sipols AJ. Modulácia potravinovej odmeny signálmi adipozity. Physiol Behav. 2007, 91: 473-478. [Článok bez PMC] [PubMed]
  9. Figlewicz DP, Patterson TA, Johnson LB, Zavosh A, Izrael PA, Szot P. Dopamínová transportná mRNA je zvýšená v CNS Zucker mastných (fa / fa) potkanov. Brain Res Bull. 1998, 46: 199-202. [PubMed]
  10. Fon EA, Pothos EN, Sun BC, Killeen N, Sulzer D, Edwards RH. Vezikulárny transport reguluje ukladanie a uvoľňovanie monoamínu, ale nie je nevyhnutný na pôsobenie amfetamínu. Neurón. 1997, 19: 1271-1283. [PubMed]
  11. Fulton S, Pissios P, Manchon RP, Stiles L, Frank L, Pothos EN, Maratos-Flier E, Flier JS. Leptínová regulácia dopamínovej dráhy mezoaccumbens. Neurón. 2006, 51: 811-822. [PubMed]
  12. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG, Pothos EN. Dôkazy o defektnej mezolimbickej exocytóze dopamínu u potkanov náchylných na obezitu. FASEB J. 2008, 22: 2740 – 2746. [Článok bez PMC] [PubMed]
  13. Helm KA, Rada P, Hoebel BG. Cholecystokinín v kombinácii so sérotonínom v hypotalamu obmedzuje uvoľňovanie adambínu accumbens pri súčasnom zvyšovaní acetylcholínu: možný satiací mechanizmus. Brain Res. 2003, 963: 290-297. [PubMed]
  14. Hernandez L, Hoebel BG. Kŕmenie a hypotalamická stimulácia zvyšujú obrat dopamínu v akumulátoroch. Physiol Behav. 1988, 44: 599-606. [PubMed]
  15. Hernandez L, Stanley BG, Hoebel BG. Malá snímateľná mikrodialyzačná sonda. Život Sci. 1986, 39: 2629-2637. [PubMed]
  16. Hoebel BG, Avena NM, Rada P. Accumbens rovnováhu dopamín-acetylcholínu v prístupe a vyhýbaní sa. Curr Opin Pharmacol. 2007, 7: 617-627. [Článok bez PMC] [PubMed]
  17. Kelley AE, Berridge KC. Neuroveda prírodných odmien: význam pre návykové drogy. J Neurosci. 2002, 22: 3306-3311. [PubMed]
  18. Martel P, Fantino M. Vplyv množstva potravy prijímanej na aktivitu mesolimbického dopaminergného systému: štúdia mikrodialýzy. Pharmacol Biochem Behav. 1996, 55: 297-302. [PubMed]
  19. Mogenson GJ, Wu M. Neurofarmakologický a elektrofyziologický dôkaz implikujúci mezolimbický dopamínový systém v reakciách kŕmenia vyvolaných elektrickou stimuláciou mediálneho zväzku predného mozgu. 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. Priame zapojenie orexinergných systémov do aktivácie mezolimbickej dopamínovej cesty a súvisiacich správ vyvolaných morfínom. J Neurosci. 2006, 26: 398-405. [PubMed]
  21. Paxinos G, Watson C. Mozog potkana v stereotaxických súradniciach. Amsterdam: Akademická tlač; 2007.
  22. Rada P, Mark GP, Hoebel BG. Galanín v hypotalame zvyšuje dopamín a znižuje uvoľňovanie acetylcholínu v nucleus accumbens: možný mechanizmus na začatie podávania hypotalamu. Brain Res. 1998, 798: 1-6. [PubMed]
  23. Radhakishun FS, van-Ree JM, Westerink BH. Plánované stravovanie zvyšuje uvoľňovanie dopamínu v jadre accumbens potkanov zbavených potravy, ako bolo hodnotené on-line dialýzou mozgu. Neurosci Lett. 1988, 85: 351-356. [PubMed]
  24. Ranaldi R, Pocock D, Zereik R, Wise RA. Kolísanie dopamínu v nucleus accumbens počas udržiavania, zániku a obnovenia intravenóznej samo-podávania D-amfetamínu. J Neurosci. 1999, 19: 4102-4109. [PubMed]
  25. Salamón JD, Steinpreis RE, McCullough LD, Smith P, Grebel D, Mahan K. Haloperidol a nucleus accumbens dopamínová deplécia potláča stlačenie páky pre potraviny, ale zvyšuje voľnú spotrebu potravín v procese výberu nových potravín. Psychopharmacology. 1991, 104: 515-521. [PubMed]
  26. Sclafani A, Springer D. Obezita v potrave u dospelých potkanov: podobnosť so syndrómami hypotalamickej a ľudskej obezity. Physiol Behav. 1976, 17: 461-471. [PubMed]
  27. Sulzer D, Rayport S. Amfetamín a iné psychostimulanty znižujú gradienty pH v dopaminergných neurónoch stredného mozgu a chromafínových granulátoch: mechanizmus účinku. Neurón. 1990, 5: 797-808. [PubMed]
  28. Wise RA, Leone P, Rivest R, Leeb K. Zvýšenie nukleus accumbens hladiny dopamínu a DOPAC počas intravenózneho vlastného podávania heroínu. Synapsie. 1995; 21: 140-148. [PubMed]
  29. Wise RA, Newton P, Leeb K, Burnette B, Pocock D, Justice JB., Jr Fluktuácie v nucleus accumbens koncentrácie dopamínu počas intravenózneho vlastného podávania kokaínu u potkanov. Psychofarmakológia (Berl) 1995b; 120: 10 – 20. [PubMed]