Споживання цукрози знижує доступність рецепторів мк-опіоїду та дофаміну D2 / 3 у мозку свиней (2020)

Надмірне споживання сахарози викликає тягу до звикання, що може стати основою епідемії ожиріння. Опіоїди та дофамін опосередковують корисну дію від зловживання наркотиками та природні винагороди від стимулів, таких як смачна їжа. Ми досліджували ефекти сахарози з використанням ПЕТ-зображень за допомогою [¹¹C] карфентаніл (агоніст опіоїдних рецепторів мкг) та [¹¹C] раклоприд (антагоніст рецептора дофаміну D2 / 3) у семи міні-свинок Геттінген, знеболених. Потім ми давали міні-свинкам доступ до розчину сахарози протягом однієї години 12 днів поспіль і знову проводили візуалізацію через 24 години після остаточного доступу до сахарози. На меншій вибірці з п'яти міні-свинок ми виконали додатковий [¹¹C] сеанс ПЕТ карфентанілу після першого впливу сахарози. Ми обчислили потенціали зв'язування з урахуванням вокселів (BP)_ND) використовуючи мозочок як область незміщуваного зв'язування, проаналізував відмінності за допомогою статистичного непараметричного картографування та провів регіональний аналіз. Через 12 днів доступу сахарози, БП_ND обидва відслідковувача значно знизилися в стриатумі, ядерних корінцях, таламусі, мигдалині, корінчастої корі та префронтальній корі, що відповідає регуляції щільності рецепторів. Після одноразового впливу сахарози ми виявили зниження зв'язування [¹¹C] карфентанілу в ядрах ярусів і корінгової кори, що відповідає викиду опіоїдів. Низька доступність опіоїдних та дофамінових рецепторів може пояснити адиктивний потенціал, пов'язаний з прийомом сахарози.

П'ять відсотків світового населення клінічно страждають ожирінням¹. Як відмітна ознака метаболічного синдрому, ожиріння асоціюється з діабетом 2 типу, серцево-судинними захворюваннями, респіраторними проблемами та ризиком депресії та, можливо, деменції². Збільшення споживання енергетично щільної їжі перебільшує фізіологічну відмінність між гомеостатичним голодом, який слідує за позбавленням від їжі, і гедонічним голодом, або "тягою", що виникає за відсутності позбавлення^3,4. Оскільки гомеостатична регуляція сама по собі не може пояснити поточне зростання ожиріння, обов'язково перевірити вплив на мозкові механізми винагороди та задоволення аддиктивними властивостями дуже смачної їжі.

Споживання цукрози пов’язане з ожирінням, а сахароза все частіше вважається залежним речовиною⁵. Деякі висновки суперечать цій заяві через труднощі у відділенні споживання їжі, що не підходить для смаку, від реакцій на їжу гедонів, а також у визначенні звикання інгредієнта в обробленій їжі, а також різних механізмів, за допомогою яких їжа змінює схему мозку природними шляхами⁶. Тим не менш, у конкретних умовах споживання сахарози викликає винагороду та тягу, порівнянні за величиною з тими, викликаними наркотичними засобами, що призводять до надмірного споживання та можливого ожиріння.^6,7.

Голод асоціюється з "бажанням", що тісно пов'язане з ефектами дофамінергічної нейротрансмісії за ряду нагородних обставин⁸, але залишається незрозумілим, як дія дофаміну (DA) модулюється у відповідь на компульсивний прийом їжі. Споживання смачної їжі пов'язане з "симпатією", опосередкованою головним чином ендогенною опіоїдною системою, особливо мк-опіоїдним рецептором (μOR)^9,10, що може сприяти надмірному споживанню при дерегуляції. У цьому звіті ми перевіряємо твердження, що сахароза призводить до вивільнення опіоїдів та дофаміну, що знижує доступність рецепторів μOR та DA D2 / 3. Доступність - це показник кількості незайнятих рецепторів, доступних для зв'язування з трассером, і в принципі не розрізняє зайнятість ліганду та щільність рецепторів.¹¹.

Початок нав'язливого прийому їжі залежить від численних факторів, а причинно-наслідкові дослідження у людини викликають етичні проблеми. Тому більшість досліджень зосереджуються на поведінці кормів у щурів¹². Хоча щури мають "солодкий зуб", їхні гомеостатичні механізми, важливі для збільшення ваги, метаболізму та типу накопичення жиру, значно відрізняються від таких у людей. Геттінгенська мініпіга - велика всеїдна тварина з добре розвиненим гіренцефалічним мозком, яку можна зобразити з достатньою роздільною здатністю. Його чітко визначені підкіркові та префронтальні коркові ділянки¹³ дозволяють більш прямий переклад на функцію мозку людини. Тут для тестування ми використовуємо позитронно-емісійну томографію (ПЕТ) в природних умовах µOR та DA D2 / 3 в міні-свинарній моделі субхронічного опромінення сахарози. У меншій вибірці ми дослідили безпосередній вплив на заповнення мкОР після першого впливу сахарози. Нарешті, ми перевірили взаємозв'язок між зміною доступності рецепторів двох тракторів.

Середні параметричні карти [¹¹C] карфентаніл і [¹¹C] потенціал зв'язування раклоприду (БП)_ND) показані на рис. 1. Проаналізувати зміни, що відбулися після першої експозиції сахарози у п’яти міні-свиней порівняно з базовою лінією та через день після 12^th доступ сахарози в семи міні-свинях порівняно з базовою лінією, ми використовували теорію перестановки та нерегіональний аналіз цілого мозку, кращий метод для зразків такого розміру¹⁴.

Середній воксельський не зміщуваний потенціал зв’язування (ВР)_ND) карти, накладені на зображення МРТ у сагітальному вигляді. Дані представлені для [¹¹C] карфентанил BP_ND з 5 міні-свиней, зображених за базовою лінією, після початкового впливу сахарози та через 12 днів впливу сахарози (верхній ряд). [¹¹C] карфентанил BP_ND з усіх 7 міні-свинок, що були зроблені на початковому рівні та через 12 днів доступ сахарози представлений у середньому ряду. [¹¹C] раклоприд BP_ND з усіх 7 міні-свинок, які були зроблені на початковому рівні та через 12 днів доступу сахарози, показані в нижньому рядку. Зауважте, що кольорова шкала є експоненціальною для виділення [¹¹C] раклоприд BP_ND у позашлункових регіонах.

Повнорозмірне зображення

Початкове опромінення сахарози

У п'яти міні-свинях, зображених [¹¹C] карфентанілу на початковому рівні та одразу після першого опромінення сахарози ми виявили значно зменшене зв'язування мікроелементів у корі переднього цингулату та ядрі, що реагує на сахарозу, показане кольором на рис. 2, із зазначенням р <0.05. Ми виявили на 14% зменшення зв'язування індикаторів в обох областях порівняно з вихідним рівнем.

Значні зменшення в [¹¹C] карфентанил BP_ND після першого впливу води на сахарозу порівняно з базовим рівнем (n = 5). Лише вокселі зі значущими (p Зменшення <0.05) показані як кольорові ділянки, спроектовані на порізи МРТ, зважені на Т1, на рівні передньої порожнистої кори (ліворуч) та ядерного накопичення (посередині) зі стереотаксичного атласу мозку міні-свиней. Зверніть увагу, що максимальний рівень значущості, досягнутий для 5 тварин, становить 2^-5 ≈ 0.031 (див. Кольорову смугу). Дані представлені на корональних ділянках головного мозку свиней на рівнях, зазначених на сагітальному зображенні (праворуч).

Повнорозмірне зображення

12 днів доступу сахарози

Потім ми провели аналіз семи міні-свиней, зображених за допомогою [¹¹C] карфентаніл на початковому рівні та після 12 днів доступу сахарози та виявив значно знижене зв'язування мікроелементів у тварин, що зазнали дії сахарози, порівняно з вихідними. Найбільш сильно уражені регіони зображені червоним кольором на рис. 3 (p <0.01) і включають частини нюхових структур, nucleus accumbens / вентральний смугастий кісток і скроневу кору / частку, а потім ділянки, показані жовтим кольором (p <0.015), які включали частини префронтальної кори, мозочкової кори, мигдалини та стовбура мозку . Для того, щоб отримати BP_ND значення та оцінюючи відсоткові зміни, ми провели регіональний аналіз та отримали середні значення в кожному регіоні за базовою лінією та після споживання сахарози (рис. 4).

Значні зменшення в [¹¹C] потенціал зв'язування карфентанілу (БП)_ND) між базовою лінією та після 12 днів впливу сахарози на воду (n = 7). Вокселі зі значущими (p Зменшення <0.05) показано як кольорові ділянки, спроектовані на зважені М1 МРТ зрізи зі стереотаксичного атласу мозку міні-свиней. Дані представлені на корональних відділах мозку на рівнях, вказаних на сагітальному зображенні (праворуч унизу). Зверніть увагу, що максимальний рівень значущості, досягнутий для 7 тварин, становить 2^-7 ≈ 0.0078 (див. Кольорову смугу).

Повнорозмірне зображення

Регіональний аналіз [¹¹C] потенціал зв'язування карфентанілу (БП)_ND) між базовою лінією та після 12 днів впливу сахарози на воду (n = 7). Дані представлені у вигляді засобів ± стандартна помилка.

Повнорозмірне зображення

Ми використовували [¹¹C] раклоприд як відслідковуючи рецептори DA D2 / 3 у стритальних та екстрастратальних областях мозку у міні-свиней на початковому рівні та через 12 днів доступу сахарози (рис. 1). Ми виявили знижене зв'язування слідів у тварин, що зазнали дії сахарози, порівняно з вихідним рівнем із найбільшими ефектами (р <0.01) у зонах префронтальної кори, ядерного накопичення / вентрального смугастого мозку, мозочкової кори, мигдалини, таламуса, довгастого мозку, областей гіпокампа та нюхових ділянок (Рис. 5). Дані регіонального аналізу представлені на рис. 6.

Значні зменшення в [¹¹C] потенціал зв'язування раклоприду (БП)_ND) між базовою лінією та після 12 днів впливу сахарози на воду (n = 7). Вокселі зі значущими (p Зменшення <0.05) показано як кольорові ділянки, спроектовані на зважені М1 МРТ зрізи зі стереотаксичного атласу мозку міні-свиней. Дані представлені на корональних зрізах мозку свині на рівнях, вказаних на сагітальному зображенні (праворуч унизу). Зверніть увагу, що максимальний рівень значущості, досягнутий для 7 тварин, становить 2^-7 ≈ 0.0078 (див. Кольорову смугу).

Повнорозмірне зображення

Регіональний аналіз [¹¹C] потенціал зв'язування раклоприду (БП)_ND) між базовою лінією та після 12 днів впливу сахарози на воду (n = 7). Дані представлені у вигляді засобів ± стандартна помилка.

Повнорозмірне зображення

Кореляції між [¹¹C] раклоприд і [¹¹C] дані карфентанілу

Ми перевірили потенційну кореляцію між [¹¹C] раклоприд і [¹¹C] значення карфентанілу ВР_ND у стриатальних та нестрийних областях у міні-свиней на початковому рівні та після 12 днів прийому сахарози, без жодних асоціацій. Потім ми перевірили, чи корелюють зниження зв'язування з трассером, і порівняли зміни ВР_ND для [¹¹C] раклоприд зі змінами АД_ND для [¹¹C] карфентанілу лише в міні-свинях, які мали нижчий рівень АД_ND обох відслідковувачів після споживання сахарози (n = 6). Ми виявили значні негативні кореляції в усередненому екстрастріальному (r² = 0.91, p <0.01), але не в смугастих областях (рис. 7).

Кореляції між попередніми мінусовими відхиленнями [¹¹C] раклоприд і [¹¹С] потенціали зв'язування карфентанілу (БП)_ND) у міні-свиней зі зниженим зв'язуванням трасерів після споживання сахарози (n = 6). Наводяться дані із усереднених позастрахових областей (вгорі) та смугастого (знизу). Коефіцієнт визначення (r²) і значення p відображаються для кожного графіка.

Повнорозмірне зображення

Ми визначили вплив повторного періодичного доступу до сахарози на опіоїдну та нейромедіацію DA в мозку ссавців. Поздовжні в природних умовах ПЕТ-візуалізація рецепторів μOR та DA D2 / 3 виявила зменшення доступності рецепторів у всій схемі нагородження, включаючи нуклеуси ядра, префронтальну кору та кору передньої черепиці. Результати наочно показують, що сахароза впливає на механізми винагороди таким чином, як у зловживань наркотиками.

Відомо, що вживання сахарози як приємної речовини звільняє DA та викликає залежність у гризунів¹⁵, із цукрозою, яка виявляється навіть приємнішою, ніж кокаїн у гризунів у певних контекстах. Таким чином, гризуни працюють інтенсивніше, щоб отримувати сахарозу, ніж кокаїн, навіть за відсутності їжі⁵. Однак ефекти сахарози регулюються як гомеостатичною системою, так і гедонічними схемами винагороди^16,17 які можуть опосередковувати різницю між харчовими та гедонічними аспектами дії сахарози¹⁸. Ми вибрали графік на одну годину в день, щоб сприяти "перегукуванню", оскільки попередні дослідження на щурах виявили більшу кількість споживання протягом першої години щоденного доступу за перервним графіком^15,19. Поведінкові дослідження прийому їжі часто спрямовані на обмеження їжі тварин, але конструкція може не обов'язково відображати ті самі нейронні механізми, що діють при ожирінні. Свиней у цьому дослідженні не обмежувались їжею, а крім доступу до сахарози годували звичайними кількостями їх звичайного раціону.

Опіоїдні рецептори (АБО) широко експресуються в мозку, зокрема в структурах, відомих для модуляції процесів їжі та винагородження²⁰. АБО показали важливе значення для корисних ефектів кокаїну^21,22,23,24. Зміни в зв'язуванні також були пов'язані з гомеостатичними реакціями на їжу та задоволенням, пов'язаним з приємною їжею²⁵. Зокрема, «уподобання» їжі пов'язане з ендогенною опіоїдною системою, особливо з µOR^9,10 в оболонці ядра acumbens і вентрального блідості²⁶. Інфузії агоніста мкОР на окремі ділянки ядер ядра та вентрального блідості сильно посилюють поведінку, що сподобається, включаючи випинання язика та облизування лапи, після збільшення приємного прийому їжі.^27,28,29. Подальші докази опіоїдної сигналізації при обробці гедонової регуляції надходять від антагоністів мкОР, які зменшують споживання смачної чау в обох ad libitum- тварини з обмеженою годівлею та їжею, але мають більш обмежений вплив на споживання нестабільних стандартних гранул^30,31. У людини антагоністи мкОР знижують короткочасний прийом їжі та зменшують приємність смачної їжі^32,33,34. Опіоїдна сигналізація в базолатеральній мигдалині також сприяє бажанню їжі через модуляцію пошуку винагород та заохочувальної цінності їжі.³⁵.

З [¹¹C] карфентанілом, ми отримали зображення зв'язування трассера, чутливого як до рівнів мкОР, так і до вивільнення мозку ендогенних опіоїдів^36,37. Ми виявили негайну втрату наявності мкОР в областях ядер ядра та передній корінгової корі, специфічних областях мозку шляху нагородження, після початкового споживання сахарози п’ятьма міні-свинями, що відповідає ендогенному вивільненню опіоїдів. Попередні дослідження показали, що смачна їжа може призвести до почуття задоволення³⁸ стимулюючи вивільнення опіоїдів. Через 12 днів доступу сахарози ми спостерігали зменшення [¹¹C] зв'язування карфентанілу, яке має кілька можливих пояснень³⁹ включаючи вивільнення ендогенного опіоїду та зв'язування з мкОР, інтерналізацію мкОР внаслідок посилення зв'язування опіоїдів та посилення активації рецепторів DA D2 / 3, що призводить до гетерологічної десенсибілізації мкОР⁴⁰.

На підтвердження цих висновків [¹¹C] дослідження карфентанілу пацієнтів із булімією⁴¹, ожиріння^42,43,44і розлад їжі⁴⁵, показують зниження доступності рецепторів. Однак це хронічні стани, тоді як міні-свинки отримували сахарозу лише 12 днів. У дослідженні гострої поведінки при годівлі у здорових чоловіків годування призвело до надійного та широко розповсюдженого ендогенного мозкового опіоїдного вивільнення, як за наявності, так і за відсутності гедонії, припускаючи, що вивільнення опіоїдів відображає метаболічні та гомеостатичні, а також гедонічні реакції²⁵. Це дослідження разом з іншим, яке зобразило пацієнтів після рідкої їжі з ароматом шоколаду⁴⁴, має безпосереднє відношення до гострого дослідження п’яти міні-свиней після першого опромінення сахарози, але відрізняється від дослідження субхронічної експозиції сахарози протягом 12 днів, коли знижена доступність рецепторів швидше відображає повторну надсимуляцію та супутню пониження регуляції мкОР.

Префронтальна кора має важливе значення при прийнятті рішень і присвоюванні значень предметам, і тому μOR у префронтальній корі може бути відповідальним за змінену оцінку харчової здатності, яка може підвищити залежність потенціалу їжі. Ми виявили зниження зв'язування в префронтальній корі, що відповідає попереднім дослідженням, що показують, що дієта з високим вмістом жиру знижує рівень мРНК мКОР у префронтальній корі⁴⁶ і ця інфузія агоніста мкОР у префронтальній корі збільшує споживання солодкої їжі⁴⁷. Однак знову виникає питання, чи дієта з високим вмістом жиру є більш хронічним станом, який, швидше за все, опосередковує зниження рівня рецепторів, порівняно з короткостроковою схемою годування сахарозою, припускаючи стійке вивільнення ендогенних опіоїдів, що витісняє карцеентаніл, пов'язаний з мкОР , навіть через 12 днів сахарози.

Адвокатський склад був причетний до винагород як від наркотиків, так і від поведінки. Було виявлено, що хронічне вживання кокаїну гальмує сигналізацію DA⁴⁸. Рівень рецепторів DA D1 та D2 / 3 змінюється нікотином у головному мозку свиней⁴⁹, а також у приматів, що не мають людини, з історією зловживання кокаїном⁵⁰, що відповідає зменшенню регуляції D2 / 3 рецепторів у мозку людей, кокаїнових кокаїну^51,52. Що стосується зловживань наркотиками, показано, що сахароза збільшує рецептори DA D1¹⁹ і збільшити випуск DA⁵³, посилюючи роль DA в "бажанні" стосовно смачної їжі. Попередні дослідження ПЕТ продемонстрували зменшення наявності смугастих рецепторів DA D2 / 3 при хворобливому ожирінні та середній вазі^54,55, аналогічний за величиною зменшення у хворих на наркоманію⁵⁶, а також у тварин з моделями ожиріння⁵⁷. У дослідженнях на гризунах збиття рецепторів D2 / 3 у стриатумі сприяє розвитку компульсивного пошуку їжі у щурів, які мають доступ до смачної їжі⁵⁷.

Наші спостереження щодо зниженої доступності рецепторів D2 / 3 для свиней можуть вказувати на підвищення рівня DA у відповідь на стимулюючу значущість, пов’язану з прийомом сахарози, оскільки DA відпускається як частина бажань зловживання наркотиками та інших приємних заходів^52,58,59,60. Оскільки свиней під час візуалізації знеболювали та не отримували сахарозу протягом 24 годин, зниження D2 / 3 п.н._ND скоріше відображає зменшення кількості рецепторів у відповідь на тривале збільшення вивільнення DA на кожен з 12 днів доступу сахарози. Зниження може підвищити порогові показники винагороди мозку, пов'язані з низкою регуляцією смугастих D2-рецепторів. Це може пояснити підвищену сприйнятливість до наркотиків зловживань, виявлену в попередніх дослідженнях щурів, що переїдали сахарозу, що призвело до перехресної сенсибілізації до кокаїну, гіперактивності після амфетаміну з низькою дозою, збільшення споживання алкоголю при утриманні від сахарози та толерантності до знеболюючого впливу опіатів⁶.

Попереднє дослідження ожиріння в міні-поросі в Геттінгені виявило зменшення мозкового кровотоку в ядрах ядер, вентральній тегментальній зоні (ВТА) і префронтальній корі, з однокомпонентною комп’ютерною томографією емісії (SPECT) мозку⁶¹. Відповідно до цих висновків, ми спостерігали зменшене зв'язування DA D2 / 3 у вентрофоребральній ділянці, що містить ядро ​​ядра та в префронтальній корі. Позаклітинні рівні DA збільшуються в 3 рази в ядрах ядер після прийому сахарози у вільно рухаються щурів, які проходять мікродіаліз⁶². У тварин, залежних від сахарози, повторне споживання сахарози може призвести до вивільнення DA з оболонки ядер ядер⁶³. Тварини, які годували дієтою з обмеженим доступом до сахарози, мали нижчу зв'язування рецепторів DA D2 в оболонці ядра ядра та дорзальному стриатумі⁶⁴. Обмежені дієти з високим вмістом жиру та сахарози можуть призвести до тривалої регуляції мРНК рецепторів D1 та D2 в ядрах ядер.⁶⁵. Проведене дослідження мікродіалізу ефектів смачної їжі виявило збільшення вивільнення DA в ядрах ядра та передній корі, коли їжа ще вважалася новою; як тільки щури звикли до нової їжі, збільшене вивільнення притуплялося в ядрах ядер, але не в передній корі.⁶⁶. Різниця сприйнятливості до звикання та зумовлення активності у двох регіонах може пояснити більший приріст, що спостерігається у префронтальній корі, ніж у ядерних комах міні-свиней, що піддаються одній і тій же смачній речовині, яка втратила новизну через дванадцять днів. Однак, як ми не зображували міні-свиней із [¹¹C] раклоприд після першого введення сахарози, це пояснення є умоглядним.

Префронтальна кора модулює модуль виконавчої функції, прийняття рішень та самоконтроль⁶⁷. Нефункціональна нейротрансмісія ДА в префронтальній корі погіршує модуляцію обробки винагород, що говорить про порушення функцій виконавчої влади та навичок прийняття рішень у людей з ожирінням.^68,69. Крім того, дослідження ПЕТ людини у людини співвідносило зменшення метаболізму лобової кори зі зменшенням зв'язування смугастого D2 при ожирінні⁷⁰. Тут ми виявляємо зменшену доступність D2 / 3 рецепторів у префронтальній корі, включаючи орбітофронтальну кору свиней, що піддаються режиму сахарози.

Дофамінергічні нейрони VTA надсилають проекції до гіпокампу та мигдалини, де вони підтримують звичну поведінку⁷¹ і опосередковують кодування та отримання кондиціонування до наркотиків^72,73 і харчові підказки^74,75. Зображення мозку людини показало активацію гіпокампа у відповідь на тягу до їжі та дегустацію⁷⁶. Відповідно до наших висновків щодо зменшення доступності рецепторів D2 / 3 для гіпокампа та амігдалярного типу у відповідь на сахарозу, картографування мозку людини за допомогою [¹⁸F] fallypride показав викид DA, спричинений кокаїном, в мигдалинах та гіпокампі⁷⁷. У мозку гризунів вплив кокаїну на киї викликало вивільнення DA в мигдалині⁷⁸, а зміни рівня амігдали DA вплинули на поведінку, яка шукала кокаїн⁷⁹.

У ході дослідження ожирінь, асоціація між доступністю D2 / 3 та μOR, як відомо, існує у смугастих ділянках худорлявих осіб, була порушена у вентральній смузі⁸⁰. Ми порівняли значення ВР_ND з двох трасерів, щоб перевірити, чи дані відтворили цей ефект. На відміну від худорлявих людей, теперішній мозок свиней не мав кореляції між значеннями ВР_ND двох прослідників, на початку або після впливу сахарози. Потім ми перевірили, чи не матимуть тварини з найбільшим зниженням зв'язування рацеклоприду трассерів також найбільші зменшення зв'язування карцертанілу з трассером, але натомість ми виявили негативну кореляцію в усереднених позастрахових районах, що дозволяє припустити, що тварини з найбільшою зміною потенціалу зв'язування трекер-раклоприд мав найменшу зміну потенціалу зв'язування карцертанілу. Зворотне співвідношення між змінами говорить про те, що вплив прийому сахарози на доступність відповідних рецепторів регулюється в протилежних напрямках. Відомо, що надмірне споживання смачної їжі або наркотиків може бути спричинене бажанням чи сподобанням, або обом^60,81. Можливо, що величина бажань, керованих дофаміном, заперечує величину сподобань, спричинену опіоїдами, або навпаки. Останні дані свідчать про роль GABA_A рецептори ВТА та холінергічні термінали в стриатумі та, можливо, корі, які діють як перемикачі між дофамінозалежними та дофамінозалежними механізмами опіоїдної дії^82,83 Це може пояснити взаємність ефектів дофаміну та опіоїдів у визначених тут екстрастратичних районах свиней.

Недоліком ПЕТ, також у порівняно великих тварин, є обмежена просторова роздільна здатність томографії, яка впливає на результати малих областей мозку, що беруть участь у поведінці, пов'язаному з їжею. Однак, незважаючи на ці побоювання, [¹¹З] зв'язування раклоприду раніше реєструвалося як у смугастих, так і в позашлункових областях^84,85,86,87. Використання [¹¹C] раклоприд для маркування одного і того ж типу рецепторів не викликає занепокоєння щодо потенційних різниць спорідненості, які можуть вплинути на використання окремих трекерів для одних і тих же рецепторів у різних регіонах. Останні дослідження включали записи позашлюбного зв’язування [¹¹С] раклоприд. Алакурті та ін. виявив хорошу відтворюваність заходів зв'язування смугастого раклоприду в стриатумі, з лише хорошою до помірної відтворюваності в корі⁸⁵. У більш пізньому дослідженні Свенсон та ін. обговорили кілька питань, що стосуються використання [¹¹C] раклоприд як маркер екстрастратальних D2 / 3 -рецепторів при дослідженні здорових людей, включаючи погану відтворюваність кори і обмежене зниження екстрастрітального зв’язування лобової кори у відповідь на блокуючий агент D2 / 3⁸⁸. Порівняння тесту-повторного тестування виявило варіабельність 4–7% у стриатумі та 13–59% у кортикальних областях, але час між обстеженнями становив у середньому 20 днів, на відміну від більш інформативних 1–2 днів більшості досліджень. Ряд факторів у житті цих суб'єктів, можливо, встиг вплинути на результати. Дійсно, ми показуємо тут, що просто додавання вживання споживання сахарози до ранкової програми протягом 12 днів може впливати на обов'язкові заходи, отримані через два тижні. Інші фактори, настільки поширені, як грати у відеоігри, шопінг, вступати в нові романтичні стосунки та сексуальну активність, вживати наркотики або змінювати дієту та фізичні навантаження, можуть впливати на екстрастрітальний рівень дофаміну, що може відрізнятись великими наборами даних. Поточне дослідження міні-свиней запровадило чітко контрольовану систему, єдиною змінною якої було відсутність або присутність в раціоні сахарози. У цьому контексті дані семи тварин мали достатньо низьку варіабельність у відповідних позашлункових областях для виявлення статистично значущого зниження зв'язування у відповідь на сахарозу.

Обмеженням цього дослідження є використання анестетиків, необхідних для забезпечення нерухомості протягом в природних умовах зображення тварин. Вплив специфічних анестетиків та їх взаємодія з лікарськими препаратами чи іншими втручаннями можуть зірвати зв'язування радіолігандів^89,90. Кетамін - антиглутатергічний препарат з швидким антидепресивним ефектом у субанестетичних дозах^91,92,93, які не зменшують смугасті [¹¹З] зв'язування раклоприду у людини⁹⁴. Однак було виявлено, що S-кетамін знижує доступність зв'язування рецепторів дофаміну D2 / 3 у стриматі свідомих приматів, які не є людиною⁹⁵. Ізофлюран - поширений анестетик у ПЕТ тварин. У попередніх дослідженнях ми виявили смугасте скупчення [¹¹C] SCH23390, радіоліганд рецепторів дофаміну D1 значно більший у міні-свиней, знеболених ізофлураном, а не пропофолом, що говорить про сприйнятливість дофамінергічної нейротрансмісії до ефектів анестезії⁹⁶. У поточному дослідженні всіх міні-свиней зображували в обох часових точках під попереднім лікуванням кетаміном та анестезією ізофлурана, що робить ці порівняння дійсними.

Надмірне споживання смачної їжі може як викликати, так і стати наслідком звикання, що має прямі наслідки для здоров’я через ожиріння. Ми перевірили твердження, що опіоїди та допамін опосередковують винагороду, важливу для виживання, а також зловживання наркотиками. Міні-свинки з переривчастим доступом до розчину сахарози протягом 12 днів поспіль демонстрували зменшення доступності дофаміну D2 / 3 та мк-опіоїдних рецепторів у стритальних та позашлункових областях мозку, маючи на увазі, що продукти з високим вмістом сахарози впливають на схему винагороди головного мозку аналогічно тій, що спостерігалася при наркоманії споживаються. Початкове одиничне опромінення сахарози відповідало викиду опіоїдів у ділянках мозку, що діють на користь. Зміни наявності опіоїдів та дофаміну пояснюють залежність потенціалу цукрози, що споживається в надлишку.

Етика тварин

Це дослідження було затверджено та регламентовано Датською інспекцією з експериментів над тваринами, і всі експерименти були проведені відповідно до Директиви Європарламенту та Ради 2010/63 / ЄС про захист тварин, що використовуються для наукових цілей, та вказівок ARRIVE. Ми використовували сім чотирнадцятимісячних самок Геттінген (Ellegaard, Dalmose, Данія). Міні-свиней годували гранульованою дієтою (6 дл, 2 рази на день, Спеціальні дієтичні послуги, Орхус, Данія) доступною водопровідною водою ad libitum. Температура навколишнього середовища становила 20–22 ° C, відносна вологість повітря 50–55%, повітря змінювали вісім разів щогодини.

Постійне споживання сахарози

Ми зобразили сім міні-свинок за допомогою [¹¹C] раклоприд і [¹¹C] карфентанілу на початковому рівні, і знову через день після 12 днів дії сахарози. Експозиція цукрози складалася з однієї години доступу сахарози (сахароза, Дансукер, Копенгаген, Данія) (500 грамів сахарози на 2 літри води) щодня протягом 12 днів. Кількість споживання сахарози було зафіксовано, і всі міні-свинки щодня споживали 2 літри. Ми також зобразили п'ять таких самих міні-свинок із [¹¹C] карфентаніл через 30 хвилин після першого доступу до сахарози для дослідження гострого вивільнення опіоїдів.

Міні-свині набирали в середньому 13.6% маси тіла від 25.4 кг (± 0.73 СЕМ) на початковому рівні до 28.9 кг (± 0.69 СЕМ) після 12-денного впливу сахарози, що було значно вищим (однобічний t-тест, p < 0.001), ніж збільшення, яке спостерігається у зразку контрольних свиней, отриманих у попередніх дослідженнях, де ваги зростали в середньому лише на 4.9% за той самий період розвитку.

Мозок PET зображення

Ми голодували свиней протягом ночі з вільним доступом до води перед зображенням. Ми попередньо лікували і знеболювали міні-свинки, як описано раніше⁹⁷ і помістили їх на спині в пристрої ПЕТ / КТ (Siemens Biograph 64 Truepoint PET). Ми провели низькодозовий КТ перед кожним придбанням ПЕТ для анатомічного визначення та корекції ослаблення даних викидів ПЕТ. Нам внутрішньовенно вводили [¹¹C] раклоприд на початковому рівні (360 ± 18 МБкк, питома активність 77 ± 76 ГБк / мкмоль, введена маса 0.12 ± 0.08 мкг / кг) та через 12 днів сахарози (374 ± 54 МБкк, питома активність 127 ± 85 ГБк / мкмоль, введена маса 0.06 ± 0.05 мкг / кг), і [¹¹C] карфентанілу на початковому рівні (377 ± 43 МБкк, питома активність 311 ± 195 ГБк / мкмоль, введена маса 0.03 ± 0.02 мкг / кг) та через 12 днів сахарози (337 ± 71 МБкк, питома активність 177 ± 157 ГБк / мкмоль, вводили масу 0.06 ± 0.08 мкг / кг через вушну вену в 10 мл фізіологічного розчину протягом першої хвилини 90-хвилинного сканування. Ми реконструювали дані PET, використовуючи TrueX 3D OSEM (3 ітерації, 21 підмножина), матрицю 256 × 256 × 109 та 2-мм фільтр Гаусса, використовуючи структуру часових кадрів 5 × 60, 3 × 300, 4 × 600 , 2 × 900 секунд (всього 14 кадрів, 90 хвилин). На початковому етапі та після 12 днів сахарози було зображено міні-свиней за допомогою обох відслідковувачів, які були введені не менше 100 хвилин один від одного, через період напіввиведення [¹¹C] ПЕТ-трекери. Після завершення останнього сеансу ПЕТ ми евтаназували міні-свиней під глибокою анестезією шляхом внутрішньовенної передозування пентобарбіталу (100 мг / кг).

Кількісний аналіз та статистика

Ми виконали етапи попередньої обробки за допомогою PMOD 3.7 (PMOD Technologies Ltd, Цюріх, Швейцарія). Для визначення параметрів стереотактичної трансформації від усереднених за часом зображень ПЕТ ми використовували шаблони, характерні для ліганду. Ми застосували згенеровані матриці перетворення та поля викривлення на відповідний динамічний часовий ряд ПЕТ. Ми створили параметричні зображення [¹¹C] потенціал зв'язування раклоприду (БП)_ND) методом багатолінійної референтної тканини Ichise та колег⁹⁸. Ми створили на замовлення маску мозочка, яка виключала верміс для отримання радіоактивності тканин мозочка з часом в області незначної щільності рецепторів DA D2 / 3. Ми створили параметричні зображення [¹¹C] карфентанілу, використовуючи реалізацію моделі Логанської тканини^99,100 з t * = 30 хв. Дослідження [¹¹З] зв'язування карфентанілу в мозку людини використовували потиличну кору в якості референтної області³⁶; однак у свиней, згідно з кривими часу активності, незмінне зв'язування було нижчим у мозочку, ніж у потиличній корі, що відповідає результатам дослідження авторадіографії щурів¹⁰¹. Тому ми вибрали мозочок як опорний регіон у поточному дослідженні.

Статистичний аналіз

Ми піддавали карти воксельному аналізу зі статистичним непараметричним картографуванням (SnPM v13.01, http://warwick.ac.uk/snpm) Пакет інструментів SPM, який використовує непараметричну теорію перестановки, щоб забезпечити основу для статистичного висновку; підхід показано, що він працює добре для малих вибірок завдяки суворому контролю помилкових позитивних результатів¹⁴ і застосовується, як описано раніше¹⁰². Експерт з невроанатомії свиней (DO) порівняв отримані зображення з порогом до 5% рівня значущості з високою роздільною здатністю Геттінген мініатюрний атлас^103,104 визначити та позначити області знижених DA D2 / 3 та μOR BP_ND від базової лінії до стану постсахарози. Потім ми провели аналіз регіонального інтересу (ROI), щоб витягти ВР_ND Значення конкретних регіонів, які виявляють інтерес, ґрунтуються на аналізі SnPM, включаючи стриатум, ядро ​​ярусів, таламус, мигдалину, кору черепа і префронтальну кору. Жодних додаткових статистичних даних щодо аналізу рентабельності інвестицій не проводилося, оскільки в цих регіонах вже було виявлено значне використання SnPM.

Університет Орхуса «Грант на розвиток проектів на ідеї АС» АМЛ фінансував дослідження. Ми вдячні за технічну підтримку з боку персоналу ПЕТ-центру Орхуської університетської лікарні та Орхуського університетського господарства за допомогу в лікуванні тварин. Ми дякуємо професору Мортену Крингельбаху, професору Йорген Шель-Крюгеру та доценту Арне Меллеру за допомогу в започаткуванні цих досліджень.

Приналежність

1. Кафедра ядерної медицини та ПЕТ-центру, Орхуський університет, Орхус, Данія
   • Майкл Вінтердал
   • , Ове Ноер
   • , Анна С. Шахт
   • , Стін Якобсен
   • , Aage KO Alstrup
   • , Альберт Джедде
   •  & Енн М. Ландау
2. Відділення нейрохірургії та CENSE, Орхуська університетська лікарня, Орхус, Данія
   • Даріуш Орловський
3. Кафедра ядерної медицини, Університет Південної Данії та університетська лікарня Оденсе, Оденсе, Данія
   • Альберт Гедде
4. Кафедра нейронауки, Копенгагенський університет, Копенгаген, Данія
   • Альберт Гедде
5. Кафедра неврології та нейрохірургії, Університет Макгілл, Монреаль, Канада
   • Альберт Гедде
6. Трансляційна нейропсихіатрія, Орхуський університет, Орхус, Данія
   • Енн М. Ландау

Внески

MW та AML розробили дослідження та аналіз; ACS і SJ синтезували ПЕТ-тракери; MW, AKOA та AML обробляли міні-свинки та проводили ПЕТ-сканування; MW, ON та AML виконували аналіз даних; DO надав анатомічну експертизу, MW, AG та AML інтерпретували дані; MW та AML написали рукопис за підтримки AG; усі автори затвердили остаточну версію рукопису.

Відповідний автор

Кореспонденція Енн М. Ландау.

Конфлікт інтересів

Автори не оголошують жодних конкуруючих інтересів.

Примітка видавця Природа Springer залишається нейтральною щодо претензій юрисдикції на опублікованих картах та інституційних підставах.

Передруки та дозволи