Primanjkljaji nevrotransmisije mezolimbičnega dopamina v prehranski debelosti podgan (2009)

Komentarji: študija razkriva, da prekomerno prehranjevanje s hrano v kavarni do debelosti vodi do zmanjšanja ravni dopamina in odmora odziva dopamina na normalno podganah. Vendar pa so podgane še vedno imele odziv na hrano v kavarni. Ena od mnogih študij, ki kaže na možganske spremembe, podobne tistim, ki so odvisni od mamil. Prekomerno uživanje nadnaravnih različic naravnih nagrad lahko vodi do zasvojenosti.

Nevroznanosti. 2009 april 10; 159 (4): 1193-9. doi: 10.1016 / j.neuroscience.2009.02.007. Epub 2009 feb 11.

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

Končno urejena različica tega članka založnika je na voljo na Nevroznanost

Oglejte si druge članke v PMC quote objavljeni članek.

Pojdi na:

Minimalizem

Povečan vnos kalorij pri prehranski debelosti bi lahko vodili osrednji mehanizmi, ki uravnavajo vedenje, ki išče plačilo. Mesolimbični dopaminski sistem in zlasti jedro sestavljata tako nagrado hrane kot zdravil. Raziskali smo, ali je prehrana debelosti pri podganah povezana s spremembami dopaminergične nevrotransmisije v tej regiji. Podgane Sprague – Dawley so bile postavljene na prehrano v kavarni, da bi spodbudile debelost ali laboratorijsko prehrano z jedmi za vzdrževanje normalne telesne teže. Izvencelične ravni dopamina so izmerili s vivo mikrodijaliza. Električno sproščeno sproščanje dopamina smo izmerili ex vivo v kroničnih rezinah jedra accumbens in hrbtnem striatumu z uporabo amperometrije ogljikovih vlaken v realnem času. V 15 tednih so podgane, ki so se hranile v kavarnah, postale debele (> 20% povečanje telesne mase) in pokazale nižje ravni zunajceličnih akumenskih dopaminov kot podgane normalne teže (0.007 ± 0.001 v primerjavi z 0.023 ± 0.002 pmol / vzorec; P<0.05). Sproščanje dopamina v nucleus accumbens debelih podgan je spodbudil izziv prehrane v kavarni, vendar se na laboratorijski obrok iz chow ostaja neodziven. Uprava za d-amfetamin (1.5 mg / kg ip) je pri debelih podganah odkril tudi oslabljen odziv na dopamin. Poskusi, ki so merili električno sproženi signal dopamina ex vivo v rezinah nukleus acumbens, so pokazali veliko šibkejši odziv pri debelih živalih (12 v primerjavi z 25 × 106 molekule dopamina na stimulacijo, P<0.05). Rezultati kažejo, da so primanjkljaji v mezolimbični nevrotransmisiji dopamina povezani s prehransko debelostjo. Depresivno sproščanje dopamina lahko povzroči, da bodo debele živali to nadomestile z uživanjem okusne hrane za udobje, dražljaja, ki je sproščal dopamin, ko je laboratorijska čaja odpovedala.

ključne besede: nucleus accumbens, striatum, hranjenje, telesna teža, amfetamin, hiperfagija

Hiter dvig prehranske debelosti v industrializiranih družbah kaže na to, da so morda krive nehomoostatske signalne poti, ki omogočajo kronični vnos pozitivne energije. Ključno vprašanje je, zakaj laboratorijske živali in ljudje nenehno uživajo hrano z energijo, ki je prijetna do te mere, da postanejo debeli. Z evolucijske perspektive je pričakovati, da so možgani razvili sistem za odzivanje na naravne nagrade, kot je hrana. Ti osrednji mehanizmi se ohranjajo med vrstami, da se zagotovi preživetje (Kelley in Berridge, 2002) in bi lahko vplival na vezje ali moduliral vezje, ki uravnava telesno težo. Zato lahko razpoložljiva hrana, ki je okusna, privede do povečanega vnosa kalorij in povečanja telesne teže, ki jih mehanizmi, ki temeljijo na homeostazi, predvsem iz hipotalamusa, ne morejo premagati. Ta možnost lahko vsaj deloma razloži deleže epidemije prehranske debelosti.

Med nevronskimi sistemi so pomembne mezolimbične dopaminske poti, kjer delovanje dopamina, zlasti v terminalih nukleus accumbens, znano, da posreduje mehanizme okrepitve. Aktiviranje tega sistema vključuje zvišanje ravni dopamina in spremembe v prometu dopamina po naravnem vedljivem vedenju, kot je hranjenje (Hernandez in Hoebel, 1988; Radhakishun et al., 1988). Poleg tega je znano, da se dopamin v jedru jedra (in sosednji dorzalni striatum) povečuje z izpostavljenostjo dražljajem, povezanim s hrano, in motorično aktivnostjo, povezano z doseganjem hrane (Mogenson in Wu, 1982; Bradberry et al., 1991; Salamone et al., 1991). Zato je smiselno pričakovati, da je prehranska debelost lahko povezana z mezolimbično sposobnostjo dopamina za sprostitev visoko energijske hrane.

V tej raziskavi smo raziskali, ali kronična izpostavljenost podgan visokoenergijski, prijetni prehrani kafeterije povzroča spremembe v jedru, pridobljenem z dopaminom. Ta zelo prijetna prehrana je uspešna pri spodbujanju prehranske debelosti pri podganah in je najpomembnejša za razvoj človeške debelosti (Sclafani in Springer, 1976). Poleg tega nam je prehrana iz kavarne omogočila razlikovanje med preferencami z veliko maščobami in visoko vsebnostjo ogljikovih hidratov ter ali so takšne ugodnosti vplivale na sproščanje mezolimbičnega dopamina. Ugotovili smo, da so podgane Sprague – Dawley večino svojega dnevnega vnosa kalorij vzele iz virov z visoko vsebnostjo ogljikovih hidratov in razvile debelost, ki jo povzroča debelost. Poleg tega so pokazali depresivno bazalno sproščanje dopamina v jedru jedra in oslabljen odziv dopamina na običajen obrok za zajtrk ali sistemsko dajanje d-amfetamin.

EKSPERIMENTALNI POSTOPKI

živali

Podgane samcev albino Sprague – Dawley (Taconic, Hudson, NY, ZDA) so bile primerjane za telesno maso 300 g vsakega v starosti mesecev 3. Ženske so bile izbrane, ker je v nasprotju z moškimi podganami telesna teža samic, ki jih hranijo laboratorijske živali, s časom relativno stabilna. Živali so bile nameščene posamično v isti sobi pod ciklom vzvratne svetlobe / temne barve 12-h (luči so vključene: 6 pm, lučke ugasnejo: 6 am). V teh pogojih nismo opazili vpliva faze evolucijskega cikla na sproščanje mezolimbičnega dopamina (Geiger et al., 2008). Vse živali so bile uporabljene v skladu z objavljenimi smernicami ameriškega Nacionalnega zdravstvenega inštituta (NIH) in Institucionalnega odbora za oskrbo in uporabo živali (IACUC) Univerze Tufts in Tufts Medical Center. Vzpostavljeni so bili vsi napori za omejitev števila uporabljenih živali, da se čim bolj zmanjša uporaba in trpljenje živali.

Sestava prehrane v kavarnah

Živali smo razdelili v kafeterijsko skupino DIO (ki jo spodaj opisujejo tudi kot prehransko debelo skupino) in laboratorijsko hranjeno z zajčki (skupina z normalno težo). Vse skupine so bile nahranjene ad libitum. Dietna kafeterija je vključevala sestavine z veliko maščobami, kot so Crisco (33% rastlinskega krajšanja, 67% Purina v prahu), salame, cheddar sir in arašidovo maslo; in sestavine z visoko ogljikovimi hidrati, kot so sladkano kondenzirano mleko (blagovna znamka Magnolia, pomešana z vodo, 1: 1), piškoti iz čokoladnega čipa, mlečna čokolada, banane, marshmallows in raztopina saharoze 32%. Izkazalo se je, da je ta zelo prijetna prehrana zelo učinkovita pri spodbujanju prehranske debelosti pri podganah in posnema razvoj človeške debelosti (Sclafani in Springer, 1976). Vsaka komponenta je bila na voljo ves čas in se je menjala štirikrat na teden. Dobila je tudi kavarniška skupina DIO poleg okusne hrane ad libitum dostop do laboratorija Chow iz Purine. Za določitev prehranskih preferenc smo v enajstem tednu diete izmerili vnos vsake sestavine kafeterijske prehrane v dveh obdobjih 48-h. Telesno maso so beležili enkrat na teden.

Stereotaksična kirurgija

Stereotaksična operacija je bila izvedena med tednom 7 študije (n= Podgane DIO podružnice 24, n= 32 laboratorijske podgane za pare). Živali so bile anestezirane s ketaminom (60 mg / kg ip) in ksilazinom (10 mg / kg ip) za implantacijo dvostranskih 10 mm, 21 merilnih vodnikov za mikrodializiranje iz nerjavečega jekla, usmerjenih v predel jedra zadnjega jedra. Stereotaksične koordinate so bile 10 mm spredaj do interakcijske ničle, 1.2 mm lateralno od midsagittalnega sinusa in 4 mm ventralne do ravni lobanje. Dijalizno vlakno sonde je razširilo še en 4 mm ventral, da bi doseglo ciljno mesto (Paxinos in Watson, 2007). Po operaciji so bile vse živali vrnjene v kletke in nadaljevale s prehranskim režimom.

Mikrodijaliza in visokozmogljiva tekočinska kromatografija s postopkom elektrokemičnega odkrivanja (HPLC-EC)

Mikrodijaliza je bila izvedena med tednom 14 študije, da se omogoči ustrezno okrevanje po operaciji. Za vsako sejo mikrobiolize so bile živali nameščene posamično v kletke za mikrodializo, sonde pa so bile nameščene v mikrodializijske kanale 12 – 15 h, preden je bil odvzet prvi vzorec. Mesto implantacije (levo proti desni) je bilo uravnovešeno. Mikrobiološke sonde so bile koncentričnega tipa, narejene lokalno in so pokazale 10% okrevanje nevrokemičnih snovi v in vitro preskusi, kot je opisano prej (Hernandez et al., 1986). Sonde smo prelili z Ringerjevo raztopino (142 mM NaCl, 3.9 mM KCl, 1.2 mM CaCl21.0 mM MgCl2, 1.4 mM Na2HPO4, 0.3 mM NaN2PO4) s hitrostjo 1 ° µl / min. Dializat smo zbrali v 40 µl vialah, ki vsebujejo 5 µl konzervansa (0.1 M HCl in 100 ° µM EDTA), da upočasnijo oksidacijo monoaminov. Zbiranje vzorcev se je začelo sredi temnega cikla, vsa hrana pa je bila odvzeta 3 h pred vzorčenjem za vse živali. Vzorci so bili zbrani v intervalih 30-min za najmanj 2 h izhodiščne vrednosti, čemur je sledilo sistemsko injiciranje d-amfetamin (1.5 mg / kg ip; Sigma, St. Louis, MO, ZDA). Iz vsakega vzorca smo injicirali 25 µl dializata v amperometrični sistem Antec HPLC-EC (GBC, Inc., Boston, MA, ZDA) s 10 cm cm stolpcem Rainin in fosfatnim mobilnim faznim pufrom, ki ločuje in zazna dopamin in presnovki dopamina dihidroksifeniloctena kislina (DOPAC) in homovanilna kislina (HVA). Nato smo izmerili in zapisali nastale vrhove. Postavitev sonde za mikrodializo na ciljno mesto je bila preverjena na koncu poskusa s histološkim pregledom sondnega trakta po fiksaciji možganov s paraformaldehidom.

Za živali, ki so namesto z 30-minutnim laboratorijskim zajtrkom ali kafetično-dietno prehrano, namesto d-amfetamin, vse skupine so bile pred poskusom z mikrodializo prikrajšane za 12 h, da se je zagotovila ustrezna motivacija za prehranjevanje.

Elektrofiziologija rezine

Podgane možgane smo hitro namestili v ledeno hladno umetno cerebrospinalno tekočino (aCSF) na vibratom Leica VT1000S (Leica Microsystems, Wetzlar, Nemčija) in razrezali v 300 µm koronalne rezine. Kopel za rezine je vsebovala aCSF (124 mM NaCl, 2.0 mM KCl, 1.25 mM KH2PO4, 2.0 mM MgSO425 mM NaHCO31.0 mM CaCl2, 11 mM glukoza, pH = 7.3). Po 1 h smo rezine aCSF prenesli v snemalno komoro s perfuzijo oksigeniranega aCSF, nastavljeno na 1 ml / min pri 37 ° C. Elektrode iz ogljikovih vlaken, premera 5 µm, s sveže odrezano površino smo postavili v lupino nukleus acumbens ali dorzalni striatum ~ 50 µm v rezino, z referenčno elektrodo (Ag / AgCl žica), vstavljeno v kopel aCSF in napetost do + 700 mV (Axopatch 200 B, Axon Instruments Inc., Union City, Kalifornija, ZDA). Bipolarna, zvita žica, stimulacijska elektroda (premer žice 0.005 v: MS 303 / 3, Plastics One, Inc., Roanoke, VA, ZDA) je bila nameščena znotraj 100 – 200 µm elektrode iz ogljikovih vlaken. Stalni monofazni tok 2 ms pri + 500 µA je dal izolacijski dražilni izolator (AMPI, Inc., Jeruzalem, Izrael), ki ga sproži stimulator s konstantnim tokom (Model S88; Grass Technologies, West Warwick, RI, ZDA) . Odziv amperometrične elektrode (sprememba izhodiščne vrednosti) je spremljala in količinsko določila programska oprema Superscope (GW Instruments, Inc., Somerville, MA, ZDA). Elektrode smo kalibrirali pred in po uporabi z odštetimi voltammogrami (pet uporabljenih valov in povprečja, 300 V / s, −400 do + 1000 mV, v snemalnem mediju in mediju z 10 µM ​​dopaminom). Amperometrični vrhovi so bili opredeljeni kot dogodki, večji od 3.5 × rms-šuma osnovne črte. Širina dogodka je bilo trajanje med (a) prestrezanjem izhodiščne točke največjega naklona od osnovne črte do prve točke, ki je presegla mejo in (b) prvo podatkovno točko po največji amplitudi, ki je zabeležila vrednost ≤0 pA. Največja amplituda (imax) dogodka je bila najvišja vrednost znotraj dogodka. Za določitev skupnega števila molekul (N) sprostili, določili smo celoten naboj dogodka med osnovnimi prestrezki in število molekul, ocenjeno glede na razmerje N= Q /nF, kjer je Q naboj, n število darovanih elektronov na molekulo in F je Faradayeva konstanta (96,485 C na ekvivalent). Ocene so temeljile na predpostavki o dveh darovanih elektronih na oksidirano molekulo dopamina (Ciolkowski in sod., 1994).

Tkivni mikropotiči

Cafeteria DIO ali laboratorijske podgane, hranjene z zajtrkom (n= 11 / skupina) so bili evtanazirani kot v prejšnjem poskusu, odrezki hrbtenice s premerom 1 mm pa so bili odvzeti iz možganskih rezin 300 µm. Udarci so bili nato izpostavljeni raztopini 40 mM KCl 3 min za spodbudo sproščanja dopamina. Izvencelične ravni dopamina smo nato izmerili z zgoraj opisano metodo HPLC.

Analiza podatkov

Za analizo podatkov mikrodilize smo uporabili dvosmerno ANOVA (skupina × čas) s ponovljenimi meritvami in po potrebi Fisherjevo post hoc analizo. Za vse druge teste je bila uporabljena enosmerna ANOVA. Pri poskusih z rezino so bili pred začetkom ANOVA povprečno na rezino povprečno dobljeni rezultati petih različnih stimulacij na isti rezini. Rezultati so izraženi kot srednja ± standardna napaka srednje (SEM).

REZULTATI

Prehranske debele podgane imajo močno prednost zelo okusni hrani

Podgane Cafeteria DIO so pokazale veliko prednost sladkemu mleku (74.4 ± 6.4 g; 241 ± 21 kcal) in raztopini saharoze 32% (31.4 ± 4.1 g; 40 ± 5 kcal) (Slika 1A, B, F(9,127) = 116.9854, P<0.01). Poleg tega so te živali pojedle bistveno manj čarovnice Purina (5.66 ± 1.02 g) v primerjavi z laboratorijsko hrano, ki so jo hranili (54.7 ± 2.3 g; F(1,27) = 419.681, P<0.01). Po 14 tednih prehrane v kavarni so podgane pridobile 53.7% svoje začetne telesne teže do končne teže 444.9 ± 19.0 g. Po istem obdobju so podgane na laboratorijski čaji dosegle končno težo 344.0 ± 10.8 (Slika 2A).

Slika 1 

Preferenc sestavin prehrane v kafeterijah pri debelih podganah. Povprečna poraba sestavin prehrane v kafeterijah v gramih (A) in kcal (B) v dveh obdobjih 48-h v tedenskem režimu prehrane 11 kaže prednost pred sladkim mlekom in raztopino saharoze (povprečje ± SEM; ...
Slika 2 

Bazalni, amfetaminski in laboratorijski zajtrki obrok, ki jih povzročajo jedra v jedru, se zmanjšajo pri prehranjenih podganah. (A) Telesna masa podgan DIO v kavarnah v obdobju tedna 14 je bila bistveno večja od laboratorijsko nahranjenih pasem ...

Diete pri debelih podganah imajo malo bazalnega dopamina in zmanjšano sproščanje amfetamina, dopamina

V tednu 14 študije so podgane DIO iz kafeterije pokazale nižje ravni zunajceličnega dopamina v nukleusu, v primerjavi z laboratorijskimi podganjimi podganami (vzorec 0.007 ± 0.001 pmols / 25 µL v primerjavi z vzorcem 0.023 ± 0.002 pmols / 25 µL; Slika 2B, F(1,19) = 11.205; P<0.01), merjeno z vivo mikrodializa. Za podgane DIO v kafeterijah so bile ugotovljene tudi osnovne vrednosti presnovkov dopamina, DOPAC in HVA. Stopnje DOPAC pri podganah DIO v kavarnah so bile pri podganah, hranjenih s čredami, z 3.13 ± 0.42 v primerjavi z 8.53 ± 0.56 pmol (F(1,10) = 14.727, P<0.01). Ravni HVA so bile 1.0 ± 0.28 v primerjavi s 4.28 ± 0.33 pmol (F(1,20) = 6.931, P<0.05). Po vzpostavitvi enakomerne izhodiščne vrednosti dopamina so podgane dobile 1.5 mg / kg ip injekcije amfetamina. Skupno sproščanje stimuliranih ravni dopamina je bilo pri podganah DIO v kavarnah manj kot pri laboratorijskih živalih, ki so jih hranili s čajem (Slika 2B, F(9,162) = 2.659, P<0.01).

Prehranske debele podgane sprostijo dopamin v jedru, ko jedo zelo okusno hrano, in ne navaden laboratorijski prirezi

Slika 2D kaže, da se ravni zunajceličnega dopamina v podganah DIO v kafeteriji niso odkrile zaznavno kot odgovor na obrok laboratorijske krave. Živali so v povprečju pojedle 1.3 ± 0.4 g črevesja v 30 min. Vendar, ko podvrsta teh živali (n= 8) so nato hranili kafeterično prehrano za 30 min, dopamin je zvišal 19.3% iz 0.027 ± 0.003 na 0.033 ± 0.004 pmols / 25 µL (F(11,187) = 8.757, P<0.05). Tudi ravni DOPAC so se povečale za 17.13% ± 6.14%. V nasprotju s tem pa so se ravni dopamina pri laboratorijskih živalih, ki so jih hranili s čajem, povečale za 51.10% ± 17.31% (F(7,119) = 3.902, P<0.05) 1 h po obroku iz čaja (živali so v povprečju pojedle 5.7 ± 0.8 g, kar je bistveno več kot živali DIO; F(1,33) = 26.459, P<0.01). Ne pričakujemo pa, da je nižji vnos hrane pri živalih DIO neposreden vzrok za pomanjkanje sproščanja dopamina pri teh živalih, saj naj bi bil vnos hrane, ki znaša samo 0.6 g, spodbudil sproščanje dopamina v jedru podgan (Martel in Fantino, 1996). Poleg tega so druge študije pokazale, da razlike v količini sproščenega dopamina niso nujno neposredno povezane s količino prisotne hrane, ampak lahko vplivajo tudi drugi dražljaji, kot so stopnja sitosti živali, okusnost in novosti predstavljene hrane. (Hoebel et al., 2007). Dietna kafeterija ni bila izziv za laboratorijske živali, ki so bile hranjene z zajtrkom, ker naj bi povzročila učinke novosti, ki bi pomešali kakršno koli primerjavo z živalmi iz kavarniške DIO.

Električno stimulirano sproščanje dopamina se v akutnih koronalnih rezinah možganov zmanjša pri prehranskih debelih podganah

Slika 3A prikazuje reprezentativne amperometrične sledi odrezkov lupine nukleusov normalnih v primerjavi s prehranskimi debelimi podganami (n= Stimulacije 30 v sedmih rezinah v primerjavi s 24 stimulacijami v petih rezinah). Podgane kafeterije DIO so imele nižje sproščanje dopamina z električno energijo kot podgane, ki so bile hranjene z rejo (12 × 10)6± 4 × 106 v primerjavi z 25 × 106± 6 × 106 molekule; Slika 3B, F(1,52) = 2.1428, P<0.05). Ta razlika v sproščenem sproščanju dopamina odraža tako zmanjšanje amplitude dogodka (5.16 ± 1.10 pA pri podganah v kavarni DIO v primerjavi s 7.06 ± 0.80 pA pri podganah, ki se hranijo v laboratorijskih čajih; Slika 3C, F(1,52) = 2.4472, P<0.05) in širina (2.45 ± 0.73 s pri podganah DIO v kavarni v primerjavi s 4.43 ± 0.70 s pri podganah, hranjenih s čajem), Slika 3D, F(1,52) = 3.851, P<0.05).

Slika 3 

Izpuščanje dopamina iz jedra v možganskih rezinah (A) Reprezentativni sledovi akutnega koronalnega jedra vključujejo rezine živali, hranjenih s čredami (vrh; n= 30 stimulacije v sedmih rezinah) in kavarniške DIO živali (dno; n= 24 spodbude ...

Slika 4 kaže, da so bili isti trendi prisotni pri dorzalnih progastih rezinah prehranskih debelih podgan. Reprezentativni sledovi iz laboratorija, krmljeni z rejo (n= Stimulacija 31 v sedmih rezinah) in kafeterija DIO (n= 15 stimulacije v štirih rezinah) so prikazane v skupinah Slika 4A. Električno sproščeno sproščanje dopamina iz striatuma je bilo 0.8 × 106± 0.1 × 106 v kavarnah DIO podgane proti 44 × 106± 11 × 106 molekule (Slika 4B, F(1,45) = 6.0546, P<0.01) v laboratorijskih živalih, ki jih hranijo. Tudi to odraža zmanjšanje amplitude dogodka (2.77 ± 0.42 v primerjavi z 9.20 ± 1.88 pA; F(1,45) = 7.8468, P<0.01) in širina (0.22 ± 0.03 v primerjavi s 5.90 ± 0.98 s; F(1,45) = 17.2823, P<= 0.01) v skupini DIO v kavarni (Slika 4C, 4D).

Slika 4 

Izpuščanje dopamina iz dorzalnega striatuma v možganskih rezinah. (A) Reprezentativni sledovi akutnih koronalnih dorzalnih striatumskih rezin živali, hranjenih s pahljačami (zgoraj; n= 31 stimulacije v sedmih rezinah) in kavarniške DIO živali (dno; n= 15 spodbude v ...

S kalijem stimulirano sproščanje dopamina v tkivnih mikropuhah se zmanjša v jedru jedra in striatumu prehranjenih podgan prehrane.

Izvencelične ravni dopamina po stimulaciji KCl smo izmerili s HPLC-EC in prikazani v Slika 5. V zunajcelični ravni dopamina so bile 0.16 ± 0.08 pmol / vzorec v akumulacijskih mikropunkah debelih živali (n= 10 mikropečk) v primerjavi z 0.65 ± 0.23 pmol / vzorec v mikropuščkih kontrolnih živali (n= 11 mikropečiči; Slika 5A; F(1,19) = 4.1911, P<0.01). Raven zunajceličnega dopamina je bila v striatalnih mikrobančkih debelih 5.9 ± 1.7 pmol / vzorec (n= 8 mikročrpalke) podgane in 11.3 ± 1.9 pmol / vzorec na istem mestu od nadzora (n= 11 mikročrpalke) podgane (Slika 5B; F(1,17) = 7.5064, P<0.01).

Slika 5 

Zunajcelične ravni dopamina iz mikro kapi, stimulirane s kalijem. Količina dopamina, ki se sprosti iz jedra (A) jedra (n= 11 mikropuščkov iz vsake skupine) in (B) hrbtni striatum (n= 8 mikropeči iz debelih in n= 11 mikropeči od kontrolnikov) ...

DISKUSIJA

V tej študiji so podgane postale prekomerne telesne teže, če so uživale prehrano iz kavarne s prednostjo hrane z visoko vsebnostjo ogljikovih hidratov. V stanju s prekomerno telesno težo so imele nižji bazalni zunajcelični dopamin, pa tudi dopamin, ki ga stimulira klinček ali amfetamin. V študijah, ki uporabljajo zlorabe drog, se bodo živali trudile ohranjati raven dopamina v jedru jedra nad določeno raven (Wise in sod., 1995a,b; Ranaldi et al., 1999). V tej študiji je zlorabljena „snov“ okusna hrana, zato nizka zunajcelična dopamina v akumulih vodi do večjega uživanja okusne hrane.

Debele podgane so pokazale tudi oslabljeno raven električno stimuliranega dopamina v možganskih rezinah in kalij, stimuliranega dopamina v tkivnih mikropuhah iz jezerskega naselka in dorzalnega striatuma. Zato je osrednji presinaptični primanjkljaj v eksocitozi dopamina očiten pri prehranski debelosti, saj je prisotna depresija evociranega sproščanja dopamina. vivo, pri akutnih strijatalnih in akumbalnih možganskih rezinah in v tkivnih mikropuhah pri prehranskih debelih živalih. Podoben učinek smo opazili v genetskem modelu nagnjenosti k debelosti. V tem modelu se mRNA in beljakovinska ekspresija regulatorjev sinteze dopamina in eksocitoze, vključno s tirozin hidroksilazo in nevronskim vezikularnim monoaminskim prenašalcem (VMAT2), zmanjšajo v ventralnem tegmentalnem območju (VTA) dopaminskih nevronih živali, nagnjenih k debelosti (Geiger et al., 2008). Drugo potencialno mesto pred-sinaptične spremembe je transporter ponovnega prevzema dopamina v plazemski membrani, DAT. Študije elektrofiziologije rezine nam omogočajo razlikovanje med razlikami v sproščanju dopamina in kinetiko ponovnega privzema. Razlika v širini konice načeloma kaže na to, da lahko pri prehranjenih debelih živalih ne pride samo do manj sproščenega sproščanja, temveč tudi do sprememb pri ponovnem zaužitju zaradi razlik v aktivnih mestih prenosnikov DAT na plazemski membrani. V Zuckerjevi maščobi (fa / fa) podgane, o povišani ravni mRNA transporterja DAT so poročali v VTA (Figlewicz et al., 1998). Možnost povečanega očistka dopamina je združljiva z zmanjšanim evociranim dopaminskim signalom pri podganah DIO v tej študiji.

Upoštevati moramo, da sposobnost prepuščanja amfetamina pri debelih živalih ni bila oslabljena (glede na odstotek spremembe glede na izhodiščno vrednost) in lahko to "zaroti" skupaj z nižjimi absolutnimi vrednostmi dopamina, da spodbudi motiviranost debelih živali za pridobivanje dražljajev, ki sproščajo dopamin. Amfetamin je šibka baza, ki izpodriva dopamin iz veziklov v citosol in vodi do povečanja zunajceličnega dopamina s povratnim transportom (Sulzer in Rayport, 1990). V primeru močnega primanjkljaja v vezikularnih bazenih dopamina, kot na primer pri miših s pomanjkanjem mišic s pomanjkanjem VMAT2 vezikularnega transportera, injiciranje amfetamina prehodno spodbudi sintezo novega dopamina v citosolu (Fon in sod., 1997). Prehodno povečanje citosolnega dopamina, ki ga povzroča amfetamin, lahko razloži začasno povečanje odstotka spremembe prirastka dopamina pri debelih živalih v primerjavi z opaženimi pri živalih z normalno telesno maso in lahko prispeva k občutljivosti debelih živali na dražljaje, ki sproščajo dopamin, skupaj z nižjo absolutno zunajcelično ravni dopamina v okoliščinah.

Kakšni bi bili mehanizmi, ki bi lahko posredovali priminaptični primanjkljaj dopamina pri debelih živalih in vplivali na njihove prehranske preference? Povezava med naklonjenostjo hrani in dopaminom iz nukleusov je jasno razvidna v izčrpanem odzivu prehranjenih prekomernih debelih živali na prigrizke, ne pa tudi s prijetno prehrano. Naše ugotovitve dopolnjujejo nedavno delo, ki kaže, da je agonist receptorjev tipa D1 tipa D1 povečal prednost podgan za visoko okusno hrano (Cooper in Al-Naser, 2006). Poleg tega se pri podganah, ki so usposobljene za pihanje saharoze, aktivira dopamin nucleus accumbens (jedro).Avena et al., 2008), ki še naprej podpirajo vključitev centralnega dopamina v prednost za okusno hrano, bogato z ogljikovimi hidrati. V pričujoči študiji smo pokazali osrednji primanjkljaj dopamina v dodatnih modelih debelosti, vključno z ob / ob miška s pomanjkanjem leptina in podgana, ki je nagnjena k debelosti (Fulton et al., 2006; Geiger et al., 2008). Tako bi lahko bil en signal, ki bi povezoval prijetno uživanje hrane in obilno sproščanje dopamina, leptin. Pri ljudeh s prirojenim pomanjkanjem leptina zamenjava leptina zmanjša njihovo hiperfagijo in spremeni aktivacijo njihovega ventralnega striatuma glede na vizualizacijo okusne hrane (Farooqi et al., 2007). Pri podganah je bilo tudi dokazano, da bo leptin zmanjšal samo dajanje saharoze (Figlewicz et al., 2006, 2007). Izkazalo se je, da tudi drugi vnos oreksigena, kot sta grelin in oreksin, sodelujejo pri aktivaciji dopaminskega sistema srednjega možganov (Rada et al., 1998; Helm et al., 2003; Abizaid in sod., 2006; Narita et al., 2006). Zanimivo bi bilo še podrobneje preučiti, ali bi prehranjevanje prehranjenih prehranjenih debelih živali z običajnimi laboratorijskimi hrenovkami na kronični osnovi ohranilo prednost za okusno hrano in s tem povezano odzivnost dopamina, ne glede na pričakovane spremembe leptina, grelina ali oreksina in drugih signalov povezane z regulacijo apetita.

ZAKLJUČEK

V zaključku ugotovitve te študije kažejo, da ima mezolimbični dopaminski sistem ključno vlogo pri prehrani z visoko energijo, hiperfagiji in posledični prehranski debelosti. Pri prehranskih debelih podganah so depresivni jedri in dorzalni striatumski dopaminergični nevrotransmisija. Živali lahko začasno obnovijo raven dopamina z uživanjem hrane, ki je zelo prijetna, z visoko energijo. Ti rezultati kažejo, da selektivno ciljanje presinaptičnih regulatorjev mezolimbičnega dopaminskega sistema predstavlja obetaven pristop za zdravljenje prehranske debelosti.

Priznanja

To delo so podprli DK065872 (ENP), F31 DA023760 (BMG, ENP), nagrada Smith Family Foundation za odličnost biomedicinskih raziskav (ENP) in P30 NS047243 (Tufts Center for Neuroscience Research).

Okrajšave

  • aCSF
  • umetna cerebrospinalna tekočina
  • DAT
  • transporter dopaminskih plazemskih membran
  • DIO
  • prehrana, ki jo povzroča debelost
  • DOPAC
  • dihidroksifeniloctena kislina
  • HPLC-EC
  • tekočinska kromatografija visoke ločljivosti z elektrokemijskim odkrivanjem
  • HVA
  • homovanilne kisline
  • VMAT2
  • nevronski vezikularni transporter monoamina
  • VTA
  • ventralno tegmentalno območje

VIRI

  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 modulira aktivnost in sinaptično vnosno organizacijo dopaminskih nevronov, medtem ko spodbuja apetit. J Clin Invest. 2006, 116: 3229 – 3239. [PMC brez članka] [PubMed]
  2. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Dokazi za zasvojenost s sladkorjem: vedenjski in nevrokemični učinki intermitentnega, prekomernega vnosa sladkorja. Neurosci Biobehav Rev. 2008; 32: 20 – 39. [PMC brez članka] [PubMed]
  3. Bradberry CW, Gruen RJ, Berridge CW, Roth RH. Posamezne razlike v vedenjskih ukrepih: korelacije z jedrom poživijo dopamin, merjeno z mikrodializo. Farmakol Biochem Behav. 1991; 39: 877 – 882. [PubMed]
  4. Ciolkowski EL, Maness KM, Cahill PS, Wightman RM, Evans DH, Fosset B, Amatore C. Nerazmernost med elektrooksidacijo kateholaminov na mikroelektrodah iz ogljikovih vlaken. Analni kem. 1994; 66: 3611 – 3617.
  5. Cooper SJ, Al-Naser HA. Dopaminergični nadzor izbire hrane: kontrastni učinki SKF 38,393 in kvinpirola na prehransko prednost pri živilih z okusom. Nevrofarmakologija. 2006; 50: 953 – 963. [PubMed]
  6. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptin uravnava strijatalne regije in človekovo prehranjevalno vedenje. Znanost. 2007; 317: 1355. [PMC brez članka] [PubMed]
  7. Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Intraventrikularni insulin in leptin pri podganah zmanjšata samo-dajanje saharoze. Physiol Behav. 2006, 89: 611 – 616. [PubMed]
  8. Figlewicz DP, MacDonald Naleid A, Sipols AJ. Modulacija nagrajevanja hrane s signali adiposity. Physiol Behav. 2007; 91: 473 – 478. [PMC brez članka] [PubMed]
  9. Figlewicz DP, Patterson TA, Johnson LB, Zavosh A, Izrael PA, Szot P. mRNA transporterja dopamina se poveča v CNS pri Zuckerjevih maščobnih (fa / fa) podganah. Brain Res Bull. 1998; 46: 199 – 202. [PubMed]
  10. Fon EA, Pothos EN, Sun BC, Killeen N, Sulzer D, Edwards RH. Veskularni transport ureja shranjevanje in sproščanje monoamina, vendar ni nujno potreben za delovanje amfetamina. Neuron. 1997; 19: 1271 – 1283. [PubMed]
  11. Fulton S, Pissios P, Manchon RP, Stiles L, Frank L, Pothos EN, Maratos-Flier E, Flier JS. Uravnavanje leptinske poti dopaminskih mezoakumulacij. Neuron. 2006; 51: 811 – 822. [PubMed]
  12. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG, Pothos EN. Dokazi za pomanjkljivo mezolimbično eksocitozo dopamina pri podganah, nagnjenih k debelosti. FASEB J. 2008; 22: 2740 – 2746. [PMC brez članka] [PubMed]
  13. Helm KA, Rada P, Hoebel BG. Holekistokinin v kombinaciji s serotoninom v hipotalamusu omejuje sproščanje dopamina, medtem ko povečuje acetilholin: možen mehanizem zasičenja. Brain Res. 2003, 963: 290 – 297. [PubMed]
  14. Hernandez L, Hoebel BG. Hranjenje in hipotalamična stimulacija povečujeta promet dopamina v okoliščinah. Physiol Behav. 1988; 44: 599 – 606. [PubMed]
  15. Hernandez L, Stanley BG, Hoebel BG. Majhna odstranljiva sonda za mikrodializo. Life Sci. 1986; 39: 2629 – 2637. [PubMed]
  16. Hoebel BG, Avena NM, Rada P. Približuje ravnotežje dopamin-acetilholina v pristopu in izogibanju. Curr Opin Pharmacol. 2007, 7: 617 – 627. [PMC brez članka] [PubMed]
  17. Kelley AE, Berridge KC. Nevroznanost naravnih nagrad: pomembnost odvisnosti od odvisnosti. J Nevrosci. 2002; 22: 3306 – 3311. [PubMed]
  18. Martel P, Fantino M. Vpliv količine zaužite hrane na delovanje mezolimbičnega dopaminergičnega sistema: raziskava z mikrodializo. Farmakol Biochem Behav. 1996; 55: 297 – 302. [PubMed]
  19. Mogenson GJ, Wu M. Nevrofarmakološki in elektrofiziološki dokazi, ki vplivajo na mezolimbični dopaminski sistem pri odzivih na hranjenje, ki se sprožijo z električno stimulacijo snopa medialnega sprednjega mozga. Možgani 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. Neposredno vključevanje oreksinergičnih sistemov v aktivacijo mezolimbične poti dopamina in s tem povezanih vedenja z morfinom. J Neurosci. 2006, 26: 398 – 405. [PubMed]
  21. Paxinos G, Watson C. Možgani podgane v stereotaksičnih koordinatah. Amsterdam: Academic Press; 2007.
  22. Rada P, Mark GP, Hoebel BG. Galanin v hipotalamusu vzbuja dopamin in znižuje sproščanje acetilholina v nucleus accumbens: možen mehanizem za hipotalamično iniciranje prehranjevalnega vedenja. Brain Res. 1998, 798: 1 – 6. [PubMed]
  23. Radhakishun FS, van-Ree JM, Westerink BH. Načrtovano prehranjevanje poveča sproščanje dopamina v jedru podgan, ki so bile podgane hrano, kar ocenjujemo z možgansko dializo na spletu. Nevrosci Lett. 1988; 85: 351 – 356. [PubMed]
  24. Ranaldi R, Pocock D, Zereik R, Wise RA. Nihanje dopamina v nukleusu accumbens med vzdrževanjem, izumrtjem in ponovno uvedbo intravenskega dajanja D-amfetamina. J Neurosci. 1999, 19: 4102 – 4109. [PubMed]
  25. Salamone JD, Steinpreis RE, McCullough LD, Smith P, Grebel D, Mahan K. Izčrpavanje dopamina iz haloperidola in nucleus accumbens preprečujejo, da bi ročica stiskali za hrano, vendar povečali prosto porabo hrane v postopku izbire nove hrane. Psihofarmakologija. 1991, 104: 515 – 521. [PubMed]
  26. Sclafani A, Springer D. Dietna debelost pri odraslih podganah: podobnost s hipotalamičnimi in človeškimi sindromi debelosti. Physiol Behav. 1976; 17: 461 – 471. [PubMed]
  27. Sulzer D, Rayport S. Amfetamin in drugi psihostimulansi zmanjšujejo pH gradiente v dopaminergičnih nevronih srednjih možganov in kromafinskih zrncih: mehanizem delovanja. Neuron. 1990; 5: 797 – 808. [PubMed]
  28. Wise RA, Leone P, Rivest R, Leeb K. Povišanje nivoja jedra in dopamina med intravenskim dajanjem heroina. Sinopsija. 1995a; 21: 140 – 148. [PubMed]
  29. Wise RA, Newton P, Leeb K, Burnette B, Pocock D, Justice JB., Jr Nihanja v jedru povečujejo koncentracijo dopamina med intravenskim samokopiranjem kokaina pri podganah. Psihoparmakologija (Berl) 1995b; 120: 10 – 20. [PubMed]