Neurala aktiveringsmönster som ligger till grund för basolateral amygdala påverkan på intio-accumbens opioid-driven konsumtion vs. aptitiv hög fetthalt utfodringsbeteende hos råtta (2015) - BINGE MECHANISM

Behav Neurosci. Författarmanuskript; tillgängligt i PMC 2015 Dec 1.

Publicerad i slutredigerad form som:

PMCID: PMC4658266

NIHMSID: NIHMS724902

Förlagets slutredigerade version av denna artikel finns tillgänglig på Behav Neurosci
 

Abstrakt

Den aktuella studien undersökte amygdala-rollens roll i att förmedla ett unikt mönster av matningsbeteende som drivs av intra-accumbens (Acb) opioidaktivering i råtta. Tillfällig inaktivering av basolateral amygdala (BLA) via GABAA-agonistmuscimoladministration förhindrar ökad konsumtion efter intra-Acb opioidadministrering av den selektiva μ-opioidagonisten D-Ala2, NMe-Phe4, Glyol5-enkephalin (DAMGO), men lämnar mat beteenden intakt, särskilt efter att konsumtionen är slut. En tolkning är att inaktivering av BLA selektivt blockerar nervaktivitet som ligger till grund för DAMGO-driven fullständig (konsumtion), men inte aptitlig (tillvägagångssätt) beteende. Föreliggande experiment utnyttjar denna tidsmässiga dissociation av konsumtions- och tillvägagångssätt för att undersöka deras tillhörande nervaktivitet. Efter antingen intra-Acb saltlösning eller DAMGO-administration, med eller utan BLA-muscimoladministrering, gavs råttor 2hr tillgång till en begränsad mängd fettsnål diet. Omedelbart efter utfodringen avlivades råttor och hjärnan analyserades för neurala aktivitetsmönster över kritiska hjärnregioner kända för att reglera både aptitligt och fullbordande utfodringsbeteende. Resultaten visar att intra-Acb DAMGO-administrering ökade c-Fos-aktivering i orexinneuroner inom det periforniska området av hypothalamus och att denna ökning av aktiveringen blockeras av BLA-muscimolinaktivering. Intra-Acb DAMGO-administration ökade signifikant c-Fos-aktivering inom dopaminerge neuroner i det ventrale tegmentala området, jämfört med saltlösningskontroller, och BLA-inaktivering hade ingen effekt på denna ökning. Sammantaget tillhandahåller dessa data underliggande kretsar som kan förmedla BLA: s selektiva påverkan på att driva fulländande, men inte aptitfulla, matningsbeteenden i en modell av hedoniskt driven matningsbeteende.

Nyckelord: motiverat beteende, system och kretsanalys, laboratoriebeteende (aptitlig / aversiv), djurmodell, opioidmatande neuralt aktiveringsmönster

Det distribuerade nätverket som bidrar till opioidförmedlad intra-accumbens (Acb) opioid har granskats omfattande (; ; ; ) och bidrag från basolaterala amygdala (BLA) har varit särskilt intressanta. Tillfällig inaktivering av BLA med GABAA agonistmuscimol förhindrar den kraftiga ökningen av intag med högt fett efter intra-Acb-administrering av den selektiva io-opioidagonisten D-Ala2, NMe-Phe4, Glyol5-enkephalin (DAMGO), men BLA-inaktivering har ingen påverkan på ökad utfodring som drivs av akut 24hr matberövning (). Detta inflytande av BLA på specifikt förmedling av en modell för hedonisk utfodring kännetecknades ytterligare för att visa att BLA-inaktivering förhindrade den ökade konsumtionen som drivs av intra-Acb DAMGO, men ändå lämnade ökat livsmedelsmetoder intakt, särskilt efter att konsumtionen av dieten hade avslutats. Medan en mer grundlig karaktärisering och tolkning av dessa uppgifter har tillhandahållits av , BLA-inaktivering verkar endast störa konsumtionsfasen för fettbeteende med hög fetthalt, men inte livsmedelsmetoden som drivs av opioidaktivering av Acb.

Historiskt sett har givande beteenden kategoriserats i en aptit fas, som inkluderar tillvägagångssätt beteende som är involverade i att söka givande stimuli som mat och consummatory fas, som inkluderar beteenden som konsumtion av mat (; ). Denna distinktion har observerats i årtionden och är fortfarande populär idag eftersom teorier om motivation relaterade till mat och andra belöningar utvecklas (; ; ; ; ). Försök att definiera fysiologin som ligger till grund för dessa distinkta faser av motiverat beteende har inkluderat modeller där behandlingar har stört uttrycket av en fas utan att påverka den andra (; ; ; ). Den nuvarande studien undersöker den underliggande fysiologin i en unik modell för utfodringsbeteende där den fulländande och aptitliga fasen dissocierades.

Föreliggande experiment undersökte de neurala aktivitetsmönstren som ligger till grund för det aptitliga och fullbordande matningsbeteendet som drivs av intra-Acb DAMGO. För det första, den första upptäckten () replikerades för att fastställa förutsättningen för det andra experimentet, inklusive behovet av att bestämma en lämplig mängd begränsad diet att tillhandahålla i den andra studien. I det andra experimentet, efter vart och ett av fyra olika läkemedelsbehandlingsförhållanden, gavs alla försökspersoner tillgång till en begränsad mängd diet med hög fetthalt, vilket gav varje behandlingsgrupp förutom den behandlade DAMGO-endast gruppen för att nå mättnad (dvs. lib-förhållanden från experiment 1). Omedelbart efter matningssessionen 2hr offrades råttor för att fånga de neurala aktivitetsmönstren som är associerade med uppvisade beteendemönster. Tidigare data demonstrerade att hela konsumtions- och mattratten beteende uppträder inom de första 30 min av testsessionen efter alla behandlingar, ändå intra-Acb DAMGO, med eller utan BLA inaktivering producerar robusta nivåer av livsmedelsmetoder under de sista 90 min av 2hr-testsessionen (). Därför nervaktivitet i samband med motivation till tillvägagångssätt och konsumera bör representeras hos råttor som får intra-Acb DAMGO-behandling utan BLA-inaktivering. Däremot bör neurala aktivitetsmönster hos råttor som får intra-Acb DAMGO-behandling med BLA-inaktivering återspegla lika motivation till tillvägagångssätt, men återspeglar minskad motivation till konsumera.

Neural aktivitet undersöktes i hjärnregioner kända för att förmedla det aptitliga och fulländande beteendet av intresse, inklusive det ventrale tegmentalområdet (VTA), dorsal medial hypothalamus (DMH), periforniskt område av hypothalamus (PeF) och lateral hypothalamus (LH) (; ; ). Intra-Acb DAMGO-administration ökar c-Fos-uttrycket i periforniska hypotalamiska neuroner och detta uttryck kräver orexinsignalering inom VTA (). Sammantaget tyder dessa och andra data på att denna modell av smakbarhetsinducerad utfodring genom Acb μ-opioidreceptoraktivering kan rekrytera PeF orexin-nervceller och förbättra orexin-signalering inom VTA som i sin tur kan modulera DA-utflöde till Acb och mPFC, vilket driver foderbeteenden (). Effekten av BLA-aktivering som är nödvändig för att observera en ökning av intra-Acb DAMGO-konsumtion med hög fetthalt, men inte beteende med hög fetthalt, kommer att undersökas.

Metoder

råttor

Trettioseks vuxna Sprague – Dawley-råttor av män (Harlan Sprague-Dawley, Inc., Indianapolis, IN) som väger 300 – 400 g, hölls i par i plexiglasburar i ett klimatstyrt kolonirum vid en temperatur av 22 ° C. Råttorna hölls på en 12-timmars ljus-mörk cykel, och alla experiment genomfördes under ljusfasen (0700 –1900) mellan timmarna 1200 och 1500. Om inte annat anges hade råttor fri tillgång till laboratorie chow och dricksvatten före och under hela experimentet. Grupper innehöll 6 – 8 råttor. Alla experimentella förfaranden gjordes i enlighet med protokoll godkända av University of Missouri Institutional Animal Care and Use Committee.

Kirurgi

Råttor bedövades med en blandning av ketamin och xylazin (90 mg / kg respektive 9 mg / kg; Sigma, St. Louis, MO) och 2-uppsättningar av rostfria stålkanyler (23-mätare, 10 mm) var sterotaxiskt riktade bilateralt ovanför gränsen till Acb-kärnan och sidoskalet och BLA och fästs till skallen med rostfria stålskruvar och lätt härdbart harts (Dental Supply of New England, Boston). Efter operationen placerades trådstyletter i guidekanulorna för att förhindra tilltäppning. Koordinater för de riktade webbplatserna är följande: Acb: AP, + 1.4; ML, ± 2.0; DV, -7.8; BLA: AP, -2.8; ML, ± 4.7; DV, -8.6 (DV-koordinat representerar placering av 12.5mm injektionsnål som sträcker sig 2.5mm ventralt i kanylen).

Apparater

Beteende bedömning av utfodring ägde rum i ett rum separat från kolonirummet i åtta Plexiglas (30.5 cm × 24.1 cm × 21.0 cm) matningskammare (Med Associates, St. Albans, VT). Råttor hade tillgång till vatten ad libitum och ungefär 35g välsmakande diet förutom där anges. Matningskamrarna var utrustade med fyra infraröda lokomotoriska aktivitetsstrålar belägna 6 cm från varandra över kammarens längd och 4.3 cm över golvet. En automatisk vägskala för mattratten övervakade konsumtionen av mat. En ytterligare infraröd stråle som sträcker sig över mattratterns ingång bestämde antalet och varaktigheten för varje huvudinträde i trattområdet. Matbehållaren och vattenflaskan var belägen på samma sida (motsatta hörn) av en kammarvägg, och ett löstagbart avfallsbricka var beläget under bargolvet. Mätningarna inkluderade lokomotorisk aktivitet (antal horisontella strålbrott), varaktighet på trattens inträde (genomsnittlig varaktighet av strålbrott vid inloppet till tratten), trattinföring (antal strålbrott vid ingången till tratten) och mängd förbrukad ( gram konsumerad diet). Testperioderna bestod av beteendemässig övervakning i matningskamrarna av en dator som kör Med-PC-programvara (Med Associates version IV, St. Albans, VT).

Tillvägagångssätt

Läkemedelsmikroinjektion

D-Ala2, NMe-Phe4, Glyol5-enkephalin (DAMGO; Research Biochemicals, Natick, MA) och muscimol (Sigma, St. Louis, MO) löstes båda i steril 0.9% saltlösning. Kontrollen av fordonet var alltid steril 0.9% saltlösning. Infusioner levererades med en mikrodrivpump (Harvard Apparatus, South Natick, MA), ansluten med polyetylenrör (PE-10), medan råttor var försiktigt handhållna. Trettiotre-gauge 12.5-mm injektorer användes, som sträckte sig 2.5 mm bortom änden av styrkanylerna. Injektionshastigheten var 0.32 | il / min för Acb och 0.16 | il / min för BLA, varvid den totala infusionsvaraktigheten var 93 s, vilket resulterade i 0.5-ul respektive 0.25-ul volymer. En ytterligare minut tilläts för diffusion.

Designa

experiment 1

Med hjälp av en design inom ämnen fick alla grupper av råttor var och en av fyra läkemedelsbehandlingskombinationer på fyra separata behandlingsdagar i en motbalanserad ordning. Alla beteendemässiga tester för båda experimenten började 1 veckan efter operationen i Med-Associates-kammaren för livsmedelsintag. Råttor fick tillgång till kosten i dessa kammare under 2hr dagligen under 6 på varandra följande dagar. På 5th dag infördes en 10-mm injektor och lämnades på plats under 2 min, utan någon volym injicerad. På 6th dag infördes en 12.5-mm injektor och saltlösning administrerades under 93. På varje testdag infuserades muscimol (20 ng / 0.25 | il / sida bilateralt) eller saltlösning i BLA, följt omedelbart av DAMGO (0.25 mg / 0.5 | il / sida bilateralt) eller saltlösning i Acb, vilket resulterade i fyra möjliga behandling kombinationer. 2hr-testsessionen började omedelbart efter den sista injektionen och råttor fick ad libitum tillgång till fettsnål diet. Det fanns minst 1 dag mellan behandlingsdagarna.

experiment 2

Fyra grupper av råttor, som använder en design mellan olika ämnen, var och en med bilaterala kanyler riktade mot Acb och BLA. Råttor gavs tillgång till kosten i dessa kamrar under 2hr dagligen under 6 på varandra följande dagar och injektionsförfaranden var identiska med experiment 1, men varje råtta skulle emellertid endast få 1 av möjliga 4 läkemedelsbehandlingskombinationer. Konsumtionen av fettsnål diet den 6th dagen för baslinjebehandling användes för att motverka läkemedelsbehandlingens tilldelning för att säkerställa liknande intagsmönster för baslinjekontroll. På 8th dag gavs djur 1 av 4 möjliga läkemedelsbehandlingar och tillgång till 8g välsmakande diet för 2hr.

Histologisk verifiering av placering av kanyler

Omedelbart efter matningssessionen 2hr avlägsnades djuren från utfodringskamrarna, dövades djupt med ketamin och xylazin (90 mg / kg och 9 mg / kg) och perfekterades transkardiellt. Hjärnorna avlägsnades och nedsänktes i formalin (10%) över natt vid 4 ° C och krotskyddades sedan genom överföring till en sackaroslösning (20%) vid 4 ° C. Frysta seriella sektioner (50 um) uppsamlades genom hela injektionsställets utsträckning, monterades på gelatinerade objektglas och motfärgades med cresylviolett. Profiler för placering av kanyler analyserades sedan för noggrannhet och data från råttor med felaktig kanyl ingick inte i analyserna.

immunohistokemi

Hjärnorna skivades i tjocklek 40 um och lagrades i 0.1M fosfatbuffertlösning (PB, pH 7.4) vid 4 ° C. Det fritt flytande immunofluorescerande färgningsprotokollet var som följer: Sektioner tvättades (3 × 10 min) i PBS. Icke-specifika bindningsställen blockerades med användning av blockeringslösning [en blandning 10% normalt getserum (Jackson Immuno Research, West Grove, PA) och 0.3% Triton X-100 (Sigma) i PBS)] under 2 timmar. Därefter inkuberades sektionerna i en cocktailblandning innehållande kanin-anti-c-Fos-antikropp (1: 5000; Calbiochem) och kyckling-anti-tyrosinhydroxylas (VTA) eller mus-anti-orexin-A (hypothalamus) över natten. Avsnitt tvättades (4 × 30 min) i PBS innehållande 0.05% Tween-20 (PBST). Därefter inkuberades sektioner under 2 timmar i en blockerande buffert, med en cocktail av sekundära antikroppar: Alexa Fluor 555 get Anti-rabbit IgG och Alexa Fluor 488 get Anti-chicken IgG (Invitrogen). Alla sekundära antikroppar användes i den rekommenderade koncentrationen av 1: 500. Avsnitt tvättades (4 × 30 min) i PBST och PB (2 × 10 min). Sektionerna monterades på superfrostskyddsglas (VWR International, USA) och fick torka vid rumstemperatur medan de var skyddade från ljus. Med hjälp av ProLong Anti-fade-monteringssats (Invitrogen) täcktes skivorna och förvarades vid 4 ° C. Alla inkubationer utfördes vid rumstemperatur utom de primära antikropparna som inkuberades vid 4 ° C. För att kontrollera för variation i den immunohistokemiska reaktionen, reagerades vävnad från de olika behandlingsgrupperna tillsammans. Dessutom var färgning frånvarande i kontrollexperiment med utelämnande av de primära antikropparna.

Beteende statistisk analys

För experiment 1 analyserades alla utfodringsåtgärder under den totala 2-timmars sessionen och över de olika behandlingsvillkoren med en tvåfaktor inom ämnet ANOVA (Acb Treatment X Amygdala Treatment), varvid nivåerna för varje faktor var antingen bärare eller läkemedel . För experiment 2 analyserades alla utfodringsåtgärder med användning av en två-faktor ANOVA mellan personer (Acb Treatment X Amygdala Treatment), varvid nivåerna för varje faktor var antingen bärare eller läkemedel.

Räkningsprocedurer, avbildning och statistisk analys

För den kvantitativa bedömningen av immunoreaktivitetsuttryck i hypothalamus (inklusive sidohypothalamus, periforniskt område, dorsomedial hypothalamus) och VTA analyserades och anställdes tre anatomiskt parallella vävnadsskivor från varje halvklot (totalt 6 per region). Alla bilder genererades genom antingen 4 × eller 10 × objektiv med ett konfokalt mikroskop med bildprogramvaran Slidebook 4.3 (Intelligent Imaging Innovations, Denver, CO). Beroende på den specifika regionen avbildades fluorescerande immunreaktivitet inom en 40 um skiva för antingen c-Fos endast, c-Fos / TH eller c-Fos / OrexinA-märkta kanaler, separerade med en exklusiv tröskeluppsättning. Bilder visades sedan på en helskärm med java-baserad fri programvara ImageJ (National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA), som ett bildbehandlings- och analysprogram som möjliggjorde märkning av varje enskild neuron och positiv färgning för varje kanal räknade på ett blind-till-behandlings sätt. Neuroner klassificerades endast som c-Fos, endast peptid eller dubbelmärkt enligt närvaron av antikroppsreaktionsprodukt ovan i cellkärnan.

Alla områden utsågs och kartlagdes med The Rat Brain Atlas (Paxinos & Watson, 1998). Ventralt tegmentalt område och tyrosinhydroxylas; valda sektioner var mellan −5.2 och −5.5 mm främre än bregma. Vid varje nivå räknades regionen innehållande tyrosinhydroxylas (TH-IR) celler och c-Fos-IR i båda halvklotet. Hypothalamus och Orexin-A; valda sektioner var mellan -2.8 och -3.3 mm främre än bregma. Den hypotalamiska regionen (mellan -2.8 och -3.3 mm) som visade sig innehålla orexin-A-positiva celler delades in i tre regioner från medial till lateral. Alla celler inuti, ventrala och dorsala till fornixen inkluderades mittregionen märkt som perifornisk (PeF). Orexin-A-märkta celler lateralt till denna region ingick i lateral hypotalamus (LH), och de mediala från fornixen var i medialgruppen (DMH), som överlappade den dorsomediala hypotalamus. Neuroner räknades i båda halvklotet.

Resultat

Alla behandlingseffekter anges med hänvisning till lokalisering (er) för läkemedels- eller vehikeladministration (dvs. intra-Acb DAMGO). Eftersom alla råttor också fick tillgång till och konsumerade en begränsad mängd fettsnål diet, är alla förändringar i tillhörande utfodringsbeteende (Exp. 1 och 2) och neurala aktiveringsmönster (Exp. 2) nödvändigtvis den kombinerade effekten av respektive läkemedel behandling och kost konsumeras.

Matningsbeteende

experiment 1

Påverkan av BLA-inaktivering på matande beteende med hög fetthalt drevet av intra-Acb DAMGO-administration.

Konsumtion

Som visas i Fig. 1a, en ANOVA genomförd på livsmedelskonsumtionsdata avslöjade en betydande huvudeffekt av Acb-behandling (F (1, 7) = 13.9, p <.01), BLA-behandling (F (1, 7) = 8.6, p <.05) och Acb × BLA-behandlingsinteraktion (F (1, 7) = 8.9, p <.05). Post-hoc-analys avslöjade att intra-Acb DAMGO + intra-BLA-saltlösning ledde till signifikant högre konsumtionsnivåer (p <.05) jämfört med både kontrollbehandlingar (intra-Acb saltlösning + intra-BLA saltlösning; intra-Acb saltlösning + intra-BLA muscimol) och intra-BLA muscimolbehandling blockerade denna ökning (p <.05).

Figur 1 

Beteendeundersökning: A) Mängd fett som konsumeras med fett (ad libitum tillgång), B) total varaktag för mattratten, C) det totala antalet mattransporter och lokomotorisk aktivitet räknas (dvs. horisontellt strålbrott). 4-behandlingar administrerades i .
Mattransportens varaktighet

Som visas i Fig. 1b, en ANOVA utförd på uppgifterna om matningsbehållarens inloppstid avslöjade en signifikant huvudeffekt av Acb-behandling (F (1, 7) = 36.3, p <.001), BLA-behandling (F (1, 7) = 12.1, p <.05) och Acb × BLA-behandlingsinteraktion (F (1, 7) = 16.5, p <.005). Post-hoc-analys avslöjade att intra-Acb DAMGO + intra-BLA muscimolbehandling ledde till signifikant högre total intagstid för matbehållare jämfört med alla andra behandlingar (p <.001), utan någon annan behandling som skiljer sig signifikant från varandra.

Mattratsposter

Som visas i Fig. 1c, en ANOVA genomförd på mattratten inmatningsdata avslöjade en betydande huvudeffekt av Acb-behandling (F (1, 7) = 10.6, p <.05), medan BLA-behandling närmade sig betydelse (F (1, 7) = 3.89, p = .08) och Acb × BLA-behandlingsinteraktion (F (1, 7) = 7.9, p <.05). Post-hoc-analys avslöjade att intra-Acb DAMGO + intra-BLA muscimolbehandling ledde till signifikant fler matintagningar jämfört med alla andra behandlingar (p <.05), utan någon annan behandling som skiljer sig signifikant från varandra.

Lokomotorisk aktivitet

Som visas i Fig. 1c, en ANOVA genomförd på mattratten inmatningsdata avslöjade en betydande huvudeffekt av Acb-behandling (F (1, 7) = 23.5, p <.005), men ingen huvudeffekt av BLA-behandling (F (1, 7) = 1.4, p > .05) och ingen interaktion med Acb × BLA-behandling (F (1, 7) = .056, p > .05).

experiment 2

Påverkan av BLA-inaktivering på fettbeteende med hög fetthalt och neurala aktiveringsmönster som drivs av intra-Acb DAMGO-administration.

Tilldelningen av läkemedelsbehandlingen motverkades av högt fettintag från 6th dag för baslinjen. Dessa intagnivåer var följande: SAL-SAL, 5.1g; SAL-DAM, 4.9g; MUSC-SAL, 4.9g; MUSC-DAM, 4.8g.

Konsumtion

Som visas i Fig. 2a, en ANOVA genomförd på livsmedelskonsumtionsdata avslöjade en betydande huvudeffekt av Acb-behandling (F (3, 24) = 26.60, p <.001), men ingen effekt av BLA-behandling (F (3, 24) = 0.02, ns) eller en Acb × BLA-behandlingsinteraktion (F (3, 24) = 0.61, ns).

Figur 2 

Beteendeundersökning: a) Mängd konsumerad diet med fetthalt (streckad linje speglar begränsad tillgång till 8g); b) antal mattransporter, c) total inmatningstid för mattratten och d) lokomotorisk aktivitet räknas (dvs. horisontella strålbrott). 4-behandlingar .
Mattratsposter

Som visas i Fig. 2b, en ANOVA genomförd på det totala antalet behållarposter över hela utfodringssessionen avslöjade en betydande huvudeffekt av Acb-behandling (F (3, 24) = 8.55, p <.01), men ingen behandlingseffekt av BLA-behandling (F (3, 24) = 1.68, ns) eller en Acb × BLA-behandlingsinteraktion (F (3, 24) = 0.39, ns).

Mattransportens varaktighet

Som visas i Fig. 2c, en ANOVA genomförd på den totala varaktigheten för alla behållarposter över hela utfodringssessionen avslöjade en betydande huvudeffekt av Acb-behandling (F (3, 24) = 12.45, p = .001), men ingen effekt av BLA-behandling (F (3, 24) = .62, ns) eller en Acb × BLA-behandlingsinteraktion (F (3, 24) = 0.07, ns).

Lokomotorisk aktivitet

Som visas i Fig. 2d, en ANOVA genomförd på den totala rörliga aktiviteten över utfodringssessionen avslöjade en signifikant huvudeffekt av Acb-behandling (F (3, 24) = 12.93, p = .001), men ingen effekt av BLA-behandling (F (3, 24) = .198, ns) eller Acb × BLA-behandlingsinteraktion (F (3, 24) = 0.61, ns).

immunohistokemi

Ventral Tegmental Area

Som visas i Fig. 3a, en ANOVA utförd på c-Fos IR-celler i VTA avslöjade en signifikant effekt av Acb-behandling (F (3, 24) =, 25.67 p <.001), men ingen effekt av BLA-behandling (F (3, 24) = 1.13, ns) eller interaktion mellan behandlingar (F (3, 24) = 2.80, ns). En ANOVA utförd på procent av TH-IR-celler som visar c-Fos IR avslöjade en effekt av Acb-behandling (F (3, 24) = 6.33, p <05), men ingen effekt av BLA-behandling på procentandelen TH- IR-celler som visar c-Fos IR (F (3, 24) = 07, ns) ingen signifikant interaktion mellan behandlingar (F (3, 24) = .63, ns).

Figur 3 

a) Antal VTA-celler som uttrycker c-Fos IR; b) Procentandel av VTA TH-IR-celler som uttrycker c-Fos IR. c) Antal celler som uttrycker c-Fos-IR i det periforniska området av hypotalamus (PeF) d) Procentandel av PeF Orexin-A IR-celler som uttrycker c-Fos-IR. 4-behandlingar .

Perifornisk hypotalamus

Som visas i Fig. 3b, en ANOVA genomförd på c-Fos IR i PeF (analyserad region avbildad i fig. 5b) avslöjade en signifikant effekt av Acb-behandling (F (3, 24) = 30.78, p <.001), BLA-behandling (F (3, 24) = 30.52, p <.001) och en Acb × BLA-behandlingsinteraktion (F (3, 24) = 8.75, p <.01). En ANOVA utförd på procentandelen OrxA-IR-celler som visar c-Fos IR avslöjade en signifikant effekt av Acb-behandling (F (3, 24) = 55.85, p <.001), BLA-behandling (F (3, 24) = 23.52, p <.001) och en Acb × BLA-behandlingsinteraktion (F (3, 24) = 14.32, p <.001). I figurerna 5a och 5b visar post hoc-analyser att BLA-inaktivering signifikant minskar intra-Acb DAMGO-inducerat c-Fos-uttryck och minskar antalet orexinceller som uttrycker c-Fos (p <.05).

Dorsomedial hypothalamus

Som visas i Tabell 1, avslöjade en ANOVA för antalet c-Fos IR-celler i DMH en signifikant effekt av intra-Acb-behandling (F (3, 24) = 20.19, p <001), men ingen effekt av intra-BLA-behandling ( F (3, 24) = 1.63, ns) eller en Acb × BLA-behandlingsinteraktion (F (3, 24) = 0.05, ns). En ANOVA utförd på procentandelen OrxA-IR-celler som visar c-Fos IR avslöjade en signifikant effekt av Acb-behandling (F (3, 24) = 13.39, p <.001), BLA-behandling (F (3, 24) = 5.85, p <05), men ingen Acb × BLA-behandlingsinteraktion (F (3, 24) = .89, p = .36).

Tabell 1 

Antal celler som uttrycker c-Fos-IR (totalt) i lateral hypothalamus och dorsomedial hypothalamus och procentandel av PeF Orexin-A IR-celler som uttrycker c-Fos-IR (% orexin-A). 4-behandlingar administrerades, inklusive intra-Acb DAMGO eller saltlösning (SAL) omedelbart .

Lateral hypotalamus

Som visas i Tabell 1, en ANOVA utförd för antalet c-Fos IR-celler i LH avslöjade ingen effekt av Acb ((F (3,24) = .11, ns) eller BLA-behandling ((F (3, 24 = 6.82, p < 05) och ingen interaktion (F (3,24) = 26, ns). En ANOVA utförd på procentandelen OrxA-IR-celler som visar c-Fos IR avslöjade ingen signifikant effekt av Acb-behandling (F (3, 24 ) = .64, ns), BLA-behandling (F (3, 24) = .08, ns) eller en interaktion mellan behandlingar (F (3, 24) = .77, ns.)

Diskussion

Under ad libitum förhållanden med hög fettåtkomst minskade BLA-inaktivering det ökade intaget med högt fett som producerades av intra-Acb DAMGO, samtidigt som överdrivna beteenden för mattratten närmar sig intakt, vilket bekräftar den föregående rapporten (). Det andra experimentet undersökte samma fenomen, men under begränsade tillgångar med hög fetthaltdiet, vilket möjliggjorde att alla behandlingsgrupper utom den endast behandlade gruppen AcB DAMGO uppnådde mättnad (dvs. konsumerar mängder som observerats under ad lib-förhållanden i Exp. 1). Intra-Acb-saltbehandlade djur, med eller utan BLA-inaktivering, konsumerade liknande nivåer av fettsnål diet och uppvisade liknande nivåer av tillvägagångssätt, som förutsagt. De två behandlingsgrupperna av särskilt intresse, de som fick intra-Acb DAMGO med eller utan BLA-inaktivering, konsumerade nästan all fetthaltig diet som var tillgänglig under de första 30-minuterna av 2hr-testsessionen och visade identiska mönster av aptitligt beteende (dvs. antal av mattransportering, mattratten varaktighet) under den sista 90 min, som förutsagt. Intra-Acb DAMGO-behandling överdriven både antalet och varaktigheten av mattratten beteende beteende oavsett BLA inaktivering, jämfört med båda intra-Acb saltbehandlade grupper som tidigare rapporterats (). Det är viktigt, som observerats i experiment 1 och tidigare (, ), intra-Acb DAMGO-behandling, utan BLA-inaktivering, leder till konsumtionsnivåer som är minst dubbelt så mycket som tillhandahålls under begränsat åtkomstvillkor. Därför bör neurala aktivitetsmönster hos råttor som fick intra-Acb DAMGO-behandling utan BLA-inaktivering reflektera både motivationen att tillvägagångssätt och konsumera ytterligare mat utöver vad som var tillgängligt. Däremot bör neurala aktivitetsmönster hos råttor som får intra-Acb DAMGO-behandling, med BLA inaktiverat, reflektera en ökad motivation att tillvägagångssätt maten, men en minskad motivation att konsumera ytterligare mat jämfört med råttor behandlade med intra-Acb DAMGO utan BLA-inaktivering. Detta är avgörande för inte bara skälen för designen, utan tolkningen av nuvarande data. Den tillgängliga dietnivån valdes inte bara för att hålla konsumtionsnivåer inom ett begränsat intervall mellan grupper, utan också för att säkerställa råttor i varje behandlingsgrupp, förutom den endast DAMGO-gruppen, nådde eller närmade mättnad (som bestämts av experiment 1 och tidigare fynd, se ).

Intra-Acb DAMGO-administration ökade signifikant VTA c-Fos IR i dopaminerga nervceller jämfört med saltlösningskontrollbehandling, och intra-BLA muscimoladministration hade inget inflytande på denna ökning. Tidigare forskning tyder på att ökningar av c-Fos IR i VTA och särskilt VTA-dopamin (DA) -neuroner, spelar en central roll i belöning, motivation och drogberoende (; ; ). Administrering av dopaminantagonister i Acb blockerar beteende livsmedelsmetoder beteende ännu har ingen effekt på hunger-inducerad chow konsumtion () eller intra-Acb DAMGO fettförbrukning (). Intra-Acb-administration av dopaminagonister ökar det progressiva förhållandet som svarar för en matförstärkare, men har ingen effekt på fri utfodring (). Dessa data och andra antyder att det överdrivna beteendet med aptitligt livsmedelsmetoder som observerats i båda behandlingsgrupperna som administrerades intra-Acb DAMGO, med och utan BLA-inaktivering, förmedlas av ökad aktivitet i VTA-dopaminerge neuroner.

Mönstret av PeF orexin-A neuronal aktivitet överensstämmer med konsumtionsmönstret som normalt observeras efter samma behandlingseffekter under ad lib-åtkomstvillkor (, ), med intra-Acb DAMGO-behandling som leder till högre konsumtion än någon annan behandling. Vi fann också att intra-Acb DAMGO ökade DMH c-Fos-aktivitet oavsett BLA-behandling, men endast intra-DAMGO enbart ökade andelen orexin-neuroner som uttrycker c-Fos jämfört med kontroller. Trots sin roll i DAMGO-inducerat utfodringsbeteende (; DAMGO ökade inte signifikant LH c-Fos-aktiviteten, även om tillät inte djur att nå mättnad.

Hypotalamus har länge betraktats som ett centrum för autonom reglering av energihomeostas; inklusive utfodringsreglering, upphetsning och belöning (, ). Neuroner som uttrycker orexigeniska peptider orexin-A och melaninkoncentrerande hormon (MCH) är kända för att täta befolka sidoområdena i hypotalamus (), särskilt det periforniska området. Konsumtionen av en fettrik diet som observerats drivas av centralt administrerat orexin-A () blockeras av tidigare administrering av opioidantagonisten naloxon (), vilket antyder en interaktion mellan opioid- och orexinpeptider för att förmedla smaklig matkonsumtion. Intra-VTA-administration av orexin-A väcker också dopaminneuroner (Borgland et al., 2006). Blockering av orexinsignalering i VTA minskar DAMGO-inducerad utfodring av en fettrik diet (), men i vilken utsträckning detta är genom att minska det aptitliga beteendet som kan bidra till ökad konsumtion är okänt. Därför ökar den nuvarande upptäckten att den ökade VTA-dopaminerge aktiviteten efter intra-Acb DAMGO inte påverkades av BLA-inaktivering, trots att PeF-orexinaktiviteten minskas, ökar vikten av beteendekaraktärisering av både de aptitliga och fullbordande faserna av foderbeteende. Dessutom tillhandahåller dessa data testbara hypoteser för att undersöka påverkan av PeF-orexin- och VTA-dopaminerg modulering på opioiddrivna tillvägagångssätt och fullbordande faser av utfodring.

Den nuvarande studien använde begränsad kosttillgång (dvs tillgängliga gram) för att kontrollera påverkan av differentierad konsumtionsnivå efter olika läkemedelsbehandlingar. Studien begränsade dess undersökning till en enda diet; därför kvarstår möjligheten att opioidstyrd matning av andra smakliga dieter kan regleras på liknande sätt. Valet av diet med hög fetthalt drevs av tidigare karakteriseringar av det tillhörande nätverket som avslöjades för att ligga till grund för intra-Acb DAMGO högfettfodring (; för granskning), särskilt BLA: s roll (, ). Det är okänt om de aktuella resultaten är specifika för fettsnål diet eller om de också skulle observeras med hjälp av en alternativ diet. Intressant nog fann en ny studie att även bland mycket smakliga dieter finns det en markant skillnad i c-fos-aktiveringsmönster över viktiga foderreglerande regioner i mesocorticolimbic kretsen (). Framtida studier kommer att krävas för att avgöra om de nuvarande fynden är specifika för dieter med hög fetthalt.

Sammanfattningsvis ger dessa data insikt i hur BLA reagerar på opioidaktivering av Acb för att specifikt driva konsumtion, men inte närma beteenden, förknippade med en fettsnål diet. Data tyder på att konsumtionsbeteendet som drivs av intra-Acb DAMGO kan bero på ökad aktivitet av orexin-A-neuroner i PeF, medan ökat livsmedelsmetoder verkar vara förknippat med ökad VTA-dopaminergisk aktivitet, med BLA-aktivering endast krävs för att observera konsumtionsfasen. Dessa data ger en bättre förståelse för två dissocierbara utfodringsbeteenden inom en väl karakteriserad utfodringsmodell. Denna forskning utvidgar vår kunskap om nervkretsarna som är avgörande för smakbarhetsdriven utfodring och har implikationer för att förstå de felaktiga matningsbeteenden som är involverade i utvecklingen av fetma och matberoende beteenden.

â € <

Figur 4 

Schematiska ritningar, anpassade från Paxinos & Watson (1998) atlas, som visar koronala sektioner som innehåller analyserade hjärnregioner skisserade i blått område (grått område) och förstorade direkt nedanför. Regioner: (A) ventral tegmental område, VTA; (B) dorsomediala .

Tack

Författarna vill erkänna stödet från DA024829 från National Institute of Drug Abuse till MJW.

fotnoter

Författarna förklarar ingen intressekonflikt.

Referensprojekt

  1. Badiani A, Leone P, Noel MB, Stewart J. Ventral opioidmekanismer för mönster i området och modulering av intagande beteende. Hjärnforskning. 1995; 670 (2): 264-276. [PubMed]
  2. Baldo BA, Sadeghian K, Basso AM, Kelley AE. Effekter av selektiv dopamin D1- eller D2-receptorblockad inom kärnans accumbens subregioner på intagande beteende och tillhörande motorisk aktivitet. Behav Brain Res. 2002 Dec 2; 137 (1 – 2): 165 – 177. [PubMed]
  3. Baldo BA, Pratt WE, Will MJ, Hanlon EC, Bakshi VP, Cador M. Motiveringsprinciper avslöjade av de olika funktionerna i neurofarmakologiska och neuroanatomiska underlag som ligger bakom foderbeteendet. Neurosci Biobehav Rev. 2013 Nov; 37 (9 Pt A): 1985 – 1998. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  4. Ball GF, Balthazart J. Hur användbar är den aptitfulla och fulländande skillnaden för vår förståelse av den neuroendokrina kontrollen av sexuellt beteende? Horm Behav. 2008 Feb; 53 (2): 307 – 311. författarsvar 315-8. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  5. Berridge KC. Motivationskoncept inom beteende neurovetenskap. Physiol Behav. 2004 Apr; 81 (2): 179 – 209. Recension. [PubMed]
  6. Berridge KC. 'Gilla' och 'vilja' matbelöningar: hjärnsubstrat och roller i ätstörningar. Fysiologi och beteende. 2009; 97 (5): 537–550. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  7. Cason AM, Smith RJ, Tahsili-Fahadan P, Moorman DE, Sartor GC, Aston- Jones G. Roll av orexin / hypocretin i belöningssökande och beroende: implikationer för fetma. Fysiologi och beteende. 2010; 100 (5): 419-428. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  8. Clegg DJ, Air EL, Woods SC, Seeley RJ. Ät som framkallas av orexin-A, men inte melaninkoncentrerande hormon, är opioidmedierat. Endokrinologi. 2002; 143 (8): 2995-3000. [PubMed]
  9. Craig W. Appetiter och motvilja som beståndsdelar av instinkter. Biologisk bulletin. 1918; 34: 91-107. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  10. Date Y, Ueta Y, Yamashita H, Yamaguchi H, Matsukura S, Kangawa K, Sakurai T, Yanagisawa M, Nakazato M. Orexins, orexigenic hypothalamic peptides, interagerar med autonoma, neuroendokrina och neuroregulatoriska system. Proc Natl Acad Sci USA. 1999; 96 (2): 748-753. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  11. Dela Cruz JA, Coke T, Karagiorgis T, Sampson C, Icaza-Cukali D, Kest K, Ranaldi R, Bodnar RJ. c-Fos-induktion i mesotelencefalisk dopaminvägprojektionsmål och ryggstratum efter oralt intag av socker och fett i råttor. Brain Res Bull. 2015 Feb; 111: 9 – 19. [PubMed]
  12. Fields HL, Hjelmstad GO, Margolis EB, Nicola SM. Neuroner i ventralt tegmentalt område i lärt aptitligt beteende och positiv förstärkning. Årlig översyn av neurovetenskap. 2007; 30: 289-316. [PubMed]
  13. Hanlon EC, Baldo BA, Sadeghian K, Kelley AE. Ökningar i matintag eller livsmedelssökande beteende inducerat av GABAergic, opioid eller dopaminerg stimulering av nucleus accumbens: är det hunger? Psykofarmakologi (Berl) 2004 Mar; 172 (3): 241 – 247. [PubMed]
  14. Harris GC, Aston-Jones G. upphetsning och belöning: en dikotomi i orexin-funktion. Trender i neurovetenskap. 2006; 29 (10): 571-577. [PubMed]
  15. Ikemoto S, Panksepp J. Skillnader mellan aptitliga och fulländande svar genom farmakologiska manipulationer av belöningsrelevanta hjärnregioner. Behav Neurosci. 1996 Apr; 110 (2): 331 – 345. [PubMed]
  16. Jager G, Witkamp RF. Endocannabinoid-systemet och aptiten: relevans för matbelöning. Nutr Res Rev. 2014 juni 2; 27 (1): 172 – 185. [PubMed]
  17. Jennings JH, Ung RL, Resendez SL, Stamatakis AM, Taylor JG, Huang J, Veleta K, Kantak PA, Aita M, Shilling-Scrivo K, Ramakrishnan C, Deisseroth K, Otte S, Stuber GD. Visualisering av hypotalamisk nätverksdynamik för aptitfulla och fulländande beteenden. Cell. 2015 Jan 29; 160 (3): 516 – 527. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  18. Kalra SP, Dube MG, Pu S, Xu B, Horvath TL, Kalra PS. Samverkande aptitreglerande vägar i den hypotalamiska regleringen av kroppsvikt. Endokrina recensioner. 1999; 20 (1): 68-110. [PubMed]
  19. Kelley AE, Baldo BA, Pratt WE, Will MJ. Corticostriatal-hypothalamic kretsar och livsmedelsmotivation: integration av energi, handling och belöning. Physiol Behav. 2005 Dec 15; 86 (5): 773 – 795. [PubMed]
  20. Lorenz K. Den jämförande metoden för att studera medfödda beteendemönster. Symp. Soc. Exp. Biol. 1950; 4: 221-268.
  21. Nicola SM, Deadwyler SA. Avfyrningshastighet för nervkärnor i kärnan är dopaminberoende och återspeglar tidpunkten för kokain-sökande beteende hos råttor i ett progressivt förhållande schema för förstärkning. J Neurosci. 2000 Jul 15; 20 (14): 5526 – 5537. [PubMed]
  22. Park TH, Carr KD. Neuranatomiska mönster av Fos-liknande immunreaktivitet inducerad av en smaklig måltid och måltidsparad miljö i salt- och naltrexonbehandlade råttor. Hjärnforskning. 1998; 805: 169-180. [PubMed]
  23. Will MJ, Franzblau EB, Kelley AE. Nucleus accumbens mu-opioider reglerar intag av en fettsnål diet via aktivering av ett distribuerat hjärnnätverk. J Neurovetenskap. 2003; 23 (7): 2882-2888. [PubMed]
  24. Will MJ, Franzblau EB, Kelley AE. Amygdala är avgörande för opioidförmedlad binge ätande av fett. Neuroreport. 2004; 15 (12): 1857-1860. [PubMed]
  25. Will MJ, Pratt WE, Kelley AE. Farmakologisk karakterisering av fett med hög fetthalt inducerad av opioidstimulering av det ventrala striatum. Physiol Behav. 2006 Sep 30; 89 (2): 226 – 234. [PubMed]
  26. Will MJ, Pritchett CE, Parker KE, Sawani A, Ma H, Lai AY. Beteende karakterisering av amygdala engagemang i att förmedla intra-accumbens opioid-driven matningsbeteende. Beteende neurovetenskap. 2009; 123 (4): 781-793. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  27. Yamanaka A, Kunii K, Nambu T, Tsujino N, Sakai A, Matsuzaki I, Miwa Y, Goto K, Sakurai T. Orexininducerat matintag involverar neuropeptid Y-väg. Hjärnforskning. 2000; 859 (2): 404-409. [PubMed]
  28. Zhang M, Kelley AE. Förbättrat intag av fettrik mat efter striatal mu-opioidstimulering: mikroinjektionskartläggning och fos-uttryck. Neuroscience. 2000; 99 (2): 267-277. [PubMed]
  29. Zhang M, Kelley AE. Intaget av sackarin, salt och etanollösningar ökas genom infusion av en mu opioidagonist i nucleus accumbens. Psykofarmakologi (Berl) 2002; 159 (4): 415 – 423. [PubMed]
  30. Zhang M, Balmadrid C, Kelley AE. Nucleus accumbens opioid, GABaergic och dopaminerg modulation av smaklig matmotivation: kontrasterande effekter avslöjade genom en progressiv förhållandestudie hos råtta. Behav Neurosci. 2003 Apr; 117 (2): 202 – 211. [PubMed]
  31. Zheng H, Patterson LM, Berthoud HR. Orexinsignalering i det ventrale tegmentalområdet krävs för aptit med hög fett inducerad av opioidstimulering av nucleus accumbens. J of Neuroscience. 2007; 27 (41): 11075-11108. [PubMed]