Sự thiếu hụt dẫn truyền thần kinh dopamine mesolimbic trong bệnh béo phì ở chuột (2009)

Nhận xét: nghiên cứu cho thấy rằng ăn quá nhiều "thức ăn trong quán ăn" dẫn đến béo phì dẫn đến giảm mức dopamine và làm giảm phản ứng dopamine đối với những con chuột bình thường chow. Tuy nhiên, những con chuột vẫn đáp ứng phần thưởng với thức ăn trong nhà ăn. Một trong nhiều nghiên cứu cho thấy những thay đổi của não bộ tương tự như những người nghiện ma túy. Tiêu thụ quá mức các phiên bản siêu thường của phần thưởng tự nhiên có thể dẫn đến nghiện.


Khoa học thần kinh. 2009 tháng 4 10; 159 (4): 1193-9. doi: 10.1016 / j.neuroscience.2009.02.007. Epub 2009 Tháng 2 11.

BM Geiger,a M. Haburcak,a NM,b,c MC Moyer,c BG Hoebel,cEN ổ gàa,*

Phiên bản chỉnh sửa cuối cùng của nhà xuất bản của bài viết này có sẵn tại Khoa học thần kinh

Xem các bài viết khác trong PMC rằng quote bài báo được xuất bản.

Go to:

Tóm tắt

Tăng lượng calo trong bệnh béo phì có thể được điều khiển bởi các cơ chế trung tâm điều chỉnh hành vi tìm kiếm phần thưởng. Hệ thống dopamine mesolimbic, và đặc biệt là hạt nhân accumbens, làm cơ sở cho cả phần thưởng thực phẩm và thuốc. Chúng tôi đã điều tra xem liệu béo phì của chuột có liên quan đến những thay đổi trong dẫn truyền thần kinh dopaminergic ở khu vực đó hay không. Chuột Sprague trên Dawley được đặt trong chế độ ăn kiêng kiểu quán cà phê để gây béo phì hoặc chế độ ăn kiêng trong phòng thí nghiệm để duy trì tăng cân bình thường. Nồng độ dopamine ngoại bào được đo bằng trong cơ thể thẩm tách vi lượng. Sự phóng thích dopamine được kích hoạt bằng điện được đo ex vivo trong các lát cắt xung quanh của nhân acbens và thể vân lưng bằng phương pháp đo ampe kế sợi carbon thời gian thực. Trong hơn 15 tuần, những con chuột được cho ăn theo chế độ ăn trong nhà ăn trở nên béo phì (tăng> 20% trọng lượng cơ thể) và có mức dopamine dopamine ngoại bào thấp hơn so với những con chuột có trọng lượng bình thường (0.007 ± 0.001 so với 0.023 ± 0.002 pmol / mẫu; P<0.05). Sự giải phóng dopamine trong nhân của chuột béo phì được kích thích bởi thử thách ăn kiêng ở quán cà phê, nhưng nó vẫn không phản ứng với bữa ăn chow chow trong phòng thí nghiệm. Quản lý của d-amphetamine (1.5 mg / kg ip) cũng cho thấy phản ứng dopamine bị suy giảm ở chuột béo phì. Các thí nghiệm đo tín hiệu dopamine được gợi lên bằng điện ex vivo trong các lát accumbens của hạt nhân cho thấy phản ứng yếu hơn nhiều ở động vật béo phì (12 so với 25 × 106 phân tử dopamine mỗi kích thích, P<0.05). Kết quả chứng minh rằng sự thiếu hụt trong dẫn truyền thần kinh dopamine mesolimbic có liên quan đến tình trạng béo phì trong chế độ ăn uống. Sự giải phóng dopamine trầm cảm có thể khiến động vật béo phì bù đắp bằng cách ăn thức ăn “thoải mái” ngon miệng, một kích thích giải phóng dopamine khi thức ăn chow trong phòng thí nghiệm không thành công.

Từ khóa: hạt nhân accumbens, striatum, cho ăn, trọng lượng cơ thể, amphetamine, hyperphagia

Sự gia tăng nhanh chóng của bệnh béo phì trong chế độ ăn uống trong các xã hội công nghiệp cho thấy rằng các con đường truyền tín hiệu không cân bằng cho phép hấp thụ năng lượng tích cực mãn tính có thể là nguyên nhân. Một câu hỏi quan trọng là tại sao động vật trong phòng thí nghiệm và con người cứ ăn thức ăn giàu năng lượng, ngon miệng đến mức chúng trở nên béo phì. Từ góc độ tiến hóa, người ta dự đoán rằng bộ não đã phát triển một hệ thống để đáp ứng với các phần thưởng tự nhiên, chẳng hạn như thực phẩm. Các cơ chế trung tâm này được bảo tồn trên các loài để đảm bảo sự sống còn (Kelley và Berridge, 2002) và có thể tương tác với hoặc điều chỉnh các mạch điều chỉnh trọng lượng cơ thể. Do đó, sự sẵn có của thực phẩm bổ dưỡng có thể dẫn đến tăng lượng calo và tăng cân mà các cơ chế điều khiển cân bằng nội môi, có nguồn gốc chủ yếu ở vùng dưới đồi, có thể không khắc phục được. Khả năng này có thể giải thích, ít nhất là một phần, tỷ lệ dịch bệnh của bệnh béo phì.

Nổi bật trong số các hệ thống thần kinh là các con đường dopamine mesolimbic, trong đó hoạt động của dopamine, đặc biệt là trong các thiết bị đầu cuối accumbens, được biết là trung gian cho các cơ chế củng cố. Việc kích hoạt hệ thống này bao gồm tăng mức độ dopamine và thay đổi doanh thu dopamine sau các hành vi bổ ích tự nhiên như cho ăn (Thoát vị và Hoebel, 1988; Radhakishun và cộng sự, 1988). Ngoài ra, dopamine trong nhân accumbens (và vây lưng liền kề) được biết là tăng khi tiếp xúc với các kích thích liên quan đến thực phẩm và hoạt động vận động liên quan đến việc đạt được thức ăn (Mogenson và Wu, 1982; Bradberry và cộng sự, 1991; Salamone và cộng sự, 1991). Do đó, điều hợp lý là hy vọng rằng béo phì trong chế độ ăn uống có thể liên quan đến khả năng giải phóng dopamine mesolimbic của thực phẩm năng lượng cao có thể ăn được.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã nghiên cứu xem liệu phơi nhiễm mãn tính (tuần 15) của chuột với chế độ ăn uống ở quán cà phê có năng lượng cao, có thể ăn được có gây ra thay đổi trong nhân accumbens dopamine hay không. Chế độ ăn uống hợp khẩu vị này là thành công trong việc gây ra bệnh béo phì ở chuột và có liên quan nhất đến sự phát triển của bệnh béo phì ở người (Sclafani và Springer, 1976). Hơn nữa, chế độ ăn uống trong quán cà phê cho phép chúng tôi phân biệt giữa các ưu tiên giàu chất béo và carbohydrate cao và liệu các sở thích đó có ảnh hưởng đến việc giải phóng dopamine mesolimbic hay không. Chúng tôi thấy rằng chuột Sprague, Dawley đã lấy phần lớn lượng calo hàng ngày của chúng từ các nguồn carbohydrate cao và phát triển bệnh béo phì do chế độ ăn kiêng (DIO). Hơn nữa, họ đã chứng minh sự giải phóng dopamine cơ bản bị ức chế trong nhân accumbens và phản ứng dopamine bị suy giảm đối với một bữa ăn chow tiêu chuẩn hoặc quản trị toàn thân d-amphetamine.

THỦ TỤC THỰC NGHIỆM

Động vật

Những con chuột bạch tạng Sprague trên Dawley (Taconic, Hudson, NY, USA), được ghép với trọng lượng cơ thể là 300 g mỗi con ở tuổi 3. Động vật nữ được chọn vì trái ngược với chuột đực, trọng lượng cơ thể của con cái được nuôi trong phòng thí nghiệm tương đối ổn định theo thời gian. Các động vật được nuôi riêng trong cùng một phòng theo chu kỳ sáng / tối ngược 12-h (đèn sáng: 6 chiều, tắt đèn: 6 am). Trong những điều kiện này, chúng tôi quan sát thấy không có tác động của giai đoạn động dục đến việc giải phóng dopamine mesolimbic (Geiger và cộng sự, 2008). Tất cả các động vật được sử dụng theo hướng dẫn đã được công bố của Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ (NIH) và Ủy ban Chăm sóc và Sử dụng Động vật Thể chế (IACUC) của Đại học Tufts và Trung tâm Y tế Tufts. Tất cả các nỗ lực đã được thực hiện để hạn chế số lượng động vật được sử dụng để giảm thiểu việc sử dụng và đau khổ của động vật.

Thành phần ăn kiêng

Động vật được chia thành nhóm DIO căng tin (cũng được mô tả là nhóm béo phì chế độ ăn uống dưới đây) và nhóm ăn chow trong phòng thí nghiệm (nhóm cân nặng bình thường). Tất cả các nhóm được cho ăn quảng cáo tự do. Chế độ ăn uống tại quán cà phê bao gồm các thành phần giàu chất béo như Crisco (33% rút ngắn rau, bột 67% Purina), salami, phô mai cheddar và bơ đậu phộng; và các thành phần carbohydrate cao như sữa đặc có đường (nhãn hiệu Magnolia pha với nước, 1: 1), bánh quy sô cô la, sô cô la sữa, chuối, kẹo dẻo và dung dịch sucrose% 32. Chế độ ăn uống hợp khẩu vị này đã được chứng minh là rất hiệu quả trong việc gây ra bệnh béo phì ở chuột và bắt chước sự phát triển của bệnh béo phì ở người (Sclafani và Springer, 1976). Mỗi thành phần đều có sẵn ở mọi thời điểm và thay đổi bốn lần một tuần. Nhóm DIO của quán cà phê, ngoài đồ ăn ngon miệng, còn được tặng quảng cáo tự do truy cập vào phòng thí nghiệm Purina chow. Để xác định sở thích ăn kiêng, lượng tiêu thụ của từng thành phần của chế độ ăn trong quán cà phê được đo trong hai giai đoạn 48-h trong tuần thứ mười một của chế độ ăn kiêng. Trọng lượng cơ thể đã được ghi lại một lần mỗi tuần.

Phẫu thuật lập thể

Phẫu thuật stereotaxic được thực hiện trong tuần 7 của nghiên cứu (n= 24 chuột DIO chuột, n= Chuột trong phòng thí nghiệm 32). Các động vật đã được gây mê bằng ketamine (60 mg / kg ip) và xylazine (10 mg / kg ip) để cấy ghép 10 mm, ống dẫn hướng bằng phương pháp microdialysis bằng thép không gỉ. Các tọa độ lập thể là 21 mm trước so với số không giữa các hạt, 10 mm bên cạnh xoang giữa và bụng 1.2 mm trên bề mặt hộp sọ. Sợi lọc máu thăm dò đã mở rộng một tâm thất 4 mm khác để đến vị trí đích (Paxinos và Watson, 2007). Sau phẫu thuật, tất cả các động vật đã được đưa trở lại chuồng của chúng và tiếp tục chế độ ăn kiêng.

Phương pháp vi phân và sắc ký lỏng hiệu năng cao với quy trình phát hiện điện hóa (HPLC-EC)

Microdialysis được thực hiện trong tuần 14 của nghiên cứu để cho phép phục hồi hoàn toàn sau phẫu thuật. Đối với mỗi phiên vi phân, động vật được đặt riêng trong các lồng lọc vi phân và các đầu dò được đặt trong các ống lọc vi phân 12 lối 15 h trước khi mẫu đầu tiên được thu thập. Vị trí cấy ghép (trái so với phải) là đối trọng. Các đầu dò siêu nhỏ là loại đồng tâm, được thực hiện tại địa phương và đã cho thấy sự phục hồi 10% của các chất hóa học thần kinh trong ống nghiệm các xét nghiệm như được mô tả trước đó (Thoát vị và cộng sự, 1986). Các đầu dò được tưới máu bằng dung dịch Ringer (142 mM NaCl, 3.9 mM KCl, 1.2 mM CaCl2, 1.0 mM MgCl2, 1.4 mM Na2HPO4, 0.3 mM NaN2PO4) với tốc độ 1 ° hộil / phút. Chất thẩm tách được thu thập trong các lọ 40, có chứa chất bảo quản 5, (0.1 M HCl và 100 ° mậtM EDTA) để làm chậm quá trình oxy hóa monoamin. Việc thu thập các mẫu bắt đầu vào giữa chu kỳ đen tối và tất cả thực phẩm đã được loại bỏ 3 h trước khi lấy mẫu cho tất cả động vật. Các mẫu được thu thập tại các khoảng thời gian 30-phút trong ít nhất là 2 h của đường cơ sở, sau đó tiêm một cách toàn thân d-amphetamine (1.5 mg / kg ip; Sigma, St. Louis, MO, Hoa Kỳ). Từ mỗi mẫu, 25 đám đông của dialysate đã được tiêm vào hệ thống Antec HPLC-EC (GBC, Inc., Boston, MA, USA) với cột 10 cm Rainin và bộ đệm pha di động phosphate, phân tách và phát hiện dopamine và các chất chuyển hóa dopamine dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC) và homovanillic acid (HVA). Các đỉnh kết quả sau đó được đo và ghi lại. Vị trí của đầu dò siêu nhỏ trong vị trí đích đã được xác minh vào cuối thí nghiệm bằng cách kiểm tra mô học của đường thăm dò sau khi cố định não bằng paraformaldehyd.

Đối với động vật được trình bày với thử thách trong phòng thí nghiệm 30-min hoặc thử thách chế độ ăn kiêng d-amphetamine, tất cả các nhóm đều bị thiếu thực phẩm cho 12 h trước thí nghiệm vi phân để đảm bảo đủ động lực để ăn.

Điện sinh lý lát

Não chuột nhanh chóng được đặt vào dịch não tủy nhân tạo có oxy lạnh (aCSF) trên máy rung Leica VT1000S (Leica microsystems, Wetzlar, Đức) và cắt trong các lát cắt coronal 300. Bồn tắm lát chứa aCSF (124 mM NaCl, 2.0 mM KCl, 1.25 mM KH2PO4, 2.0 mM MgSO4, 25 mM NaHCO3, 1.0 mM CaCl2, 11 mM glucose, pH = 7.3). Sau khi 1 h trong các lát aCSF được chuyển đến buồng ghi với tưới máu aCSF được oxy hóa thành 1 ml / phút ở 37 ° C. Các điện cực bằng sợi carbon, đường kính 5, với bề mặt mới cắt được đặt trong vỏ hạt nhân hoặc vỏ vây lưng ~ 50 mật vào trong lát cắt, với điện cực tham chiếu (dây Ag / AgCl) được đặt vào bể aCSF và đặt điện áp đến + 700 mV (Axopatch 200 B, Axon Cụ Inc., Union City, CA, USA). Điện cực lưỡng cực, dây xoắn, điện cực kích thích (đường kính dây 0.005 trong: MS 303 / 3, Chemicals One, Inc., Roanoke, VA, USA) được đặt trong 100 Thẻ 200 của điện cực sợi carbon. Một kích thích dòng điện đơn dòng không đổi của 2 ms tại + 500 TừA được cung cấp bởi một bộ cách ly kích thích Isoflex (AMPI, Inc., Jerusalem, Israel) được kích hoạt bởi một công cụ kích thích dòng không đổi (Model S88; Grass Technologies, West Warwick, RI, USA) . Phản ứng của điện cực ampe kế (thay đổi đường cơ sở) được theo dõi và định lượng bằng phần mềm Superscope (GW Cụ, Inc., Somerville, MA, USA). Các điện cực được hiệu chuẩn trước và sau khi sử dụng với các vôn kế trừ nền (năm sóng được áp dụng và trung bình, 300 V / s, −400 đến + 1000 mV, trong môi trường ghi và trung bình với 10 NottM dopamine). Các đỉnh ampe kế được xác định là các sự kiện lớn hơn 3.5 × tiếng ồn rms của đường cơ sở. Độ rộng sự kiện là khoảng thời gian giữa (a) giao thoa đường cơ sở của độ nghiêng tối đa từ đường cơ sở đến điểm đầu tiên vượt quá ngưỡng và (b) điểm dữ liệu đầu tiên sau biên độ cực đại đã đăng ký giá trị ≤0 pA. Biên độ cực đại (itối đa) của sự kiện là giá trị cao nhất trong sự kiện. Để xác định tổng số phân tử (N) được phát hành, tổng điện tích của sự kiện giữa các lần chặn cơ sở đã được xác định và số lượng phân tử được ước tính theo mối quan hệ N= Q /nF, trong đó Q là điện tích, n số lượng điện tử được tặng cho mỗi phân tử và F là hằng số của Faraday (96,485 C trên mỗi tương đương). Ước tính dựa trên giả định hai electron được tặng cho mỗi phân tử dopamine bị oxy hóa (Ciolkowski và cộng sự, 1994).

Mô micropunches

Cafeteria DIO hoặc chuột thí nghiệm ăn chow (n= 11 / nhóm) đã được phú dưỡng như trong thí nghiệm trước đó và các cú đấm đường kính 1 mm của vây lưng và các hạt nhân được lấy từ các lát não 300. Các cú đấm sau đó được tiếp xúc với dung dịch 40 mM KCl trong 3 phút để kích thích giải phóng dopamine. Nồng độ dopamine ngoại bào sau đó được đo bằng phương pháp HPLC được mô tả ở trên.

Phân tích dữ liệu

ANOVA hai chiều (nhóm × thời gian) với các biện pháp lặp đi lặp lại và phân tích bài Fisher sau khi thích hợp đã được sử dụng để phân tích dữ liệu vi phân. ANOVA một chiều đã được sử dụng cho tất cả các xét nghiệm khác. Đối với các thử nghiệm lát, kết quả từ năm kích thích khác nhau trên cùng một lát được tính trung bình trên mỗi lát trước khi ANOVA được chạy. Kết quả được biểu thị bằng trung bình ± sai số chuẩn của giá trị trung bình (SEM).

KẾT QUẢ

Chuột béo phì ăn kiêng có một ưu tiên mạnh mẽ cho thực phẩm rất ngon miệng

Chuột DIO Cafeteria cho thấy sự ưa thích mạnh mẽ đối với sữa ngọt (74.4 ± 6.4 g; 241 ± 21 kcal) và dung dịch sucrose 32% (31.4 ± 4.1 g; 40 ± 5 kcal) (Hình 1A, B, F(9,127) = 116.9854, P<0.01). Ngoài ra, những con vật này ăn ít hơn đáng kể Purina chow (5.66 ± 1.02 g) so với những con chow chow ăn trong phòng thí nghiệm (54.7 ± 2.3 g; F(1,27) = 419.681, P<0.01). Sau 14 tuần ăn kiêng trong nhà ăn, chuột đã tăng 53.7% trọng lượng cơ thể ban đầu lên trọng lượng cuối cùng là 444.9 ± 19.0 g. Sau cùng khoảng thời gian đó, chuột được nuôi trong phòng thí nghiệm chow đạt trọng lượng cuối cùng là 344.0 ± 10.8 (Hình. 2A).

Sung. 1 

Ưu tiên thành phần chế độ ăn uống ở chuột béo phì. Tiêu thụ trung bình các thành phần chế độ ăn uống trong quán cà phê tính bằng gam (A) và kcal (B) trong hai giai đoạn 48-h trong tuần 11 của chế độ ăn kiêng cho thấy sự ưa thích đối với sữa ngọt và dung dịch sucrose (có nghĩa là ± SEM; ...
Sung. 2 

Cơ bản, amphetamine- và bữa ăn chow trong phòng thí nghiệm Các hạt nhân bị thách thức accumbens dopamine bị giảm ở chuột béo phì trong chế độ ăn uống. (A) Trọng lượng cơ thể của chuột DIO trong quán cà phê trong khoảng thời gian tuần 14 nhiều hơn đáng kể so với thức ăn trong phòng thí nghiệm ...

Chuột béo phì trong chế độ ăn uống có dopamine cơ bản thấp và giảm giải phóng dopamine kích thích amphetamine

Vào tuần lễ 14 của nghiên cứu, chuột DIO của quán cà phê đã thể hiện nồng độ dopamine ngoại bào thấp hơn trong nhân accumbens, so với chuột được cho ăn trong phòng thí nghiệm (mẫu 0.007 ± 0.001 pmols / 25 NottL so với 0.023 ± 0.002 Hình. 2B, F(1,19) = 11.205; P<0.01), được đo bằng trong cơ thể vi phân. Mức cơ bản của các chất chuyển hóa dopamine, DOPAC và HVA, cũng được tìm thấy là thấp hơn đáng kể trong các quán cà phê DIO. Mức DOPAC trong chuột DIO của quán cà phê là 3.13 ± 0.42 so với 8.53 ± 0.56 pmol trong chuột được cho ăn trong phòng thí nghiệm (F(1,10) = 14.727, P<0.01). Mức HVA lần lượt là 1.0 ± 0.28 so với 4.28 ± 0.33 pmol (F(1,20) = 6.931, P<0.05). Sau khi thiết lập đường cơ sở ổn định của dopamine, chuột được tiêm amphetamine 1.5 mg / kg. Tổng mức giải phóng dopamine được kích thích ở chuột DIO trong nhà ăn ít hơn so với những con được cho ăn thức ăn trong phòng thí nghiệm (Hình. 2B, F(9,162) = 2.659, P

Chuột béo phì ăn kiêng giải phóng dopamine trong nhân accumbens khi ăn thức ăn có vị giác cao, không phải trong phòng thí nghiệm đơn giản

Hình. 2D cho thấy mức độ dopamine ngoại bào trong chuột DIO của quán cà phê không tăng lên đáng kể để đáp ứng với một bữa ăn trong phòng thí nghiệm. Động vật đã ăn trung bình 1.3 ± 0.4 g của chow trên 30 phút. Tuy nhiên, khi một tập hợp con của những con vật này (n= 8) sau đó được cho ăn chế độ ăn tự phục vụ trong 30 min, dopamine tăng 19.3% từ 0.027 ± 0.003 lên 0.033 ± 0.004 pmols / 25 đấmL (F(11,187) = 8.757, P<0.05). Mức DOPAC cũng tăng 17.13% ± 6.14%. Ngược lại, mức dopamine trong các động vật được cho ăn thức ăn trong phòng thí nghiệm tăng 51.10% ± 17.31% (F(7,119) = 3.902, P<0.05) 1 giờ sau bữa ăn chow chow (động vật ăn trung bình 5.7 ± 0.8 g, nhiều hơn đáng kể so với động vật DIO; F(1,33) = 26.459, P<0.01). Tuy nhiên, chúng tôi không kỳ vọng rằng việc các động vật DIO ăn ít thức ăn hơn là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến việc thiếu giải phóng dopamine ở những động vật này vì lượng thức ăn thấp tới 0.6 g đã được báo cáo là có thể kích thích giải phóng dopamine trong nhân của chuột (Martel và Fantino, 1996). Hơn nữa, các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng sự khác biệt về lượng dopamine được giải phóng không nhất thiết tương quan trực tiếp với lượng thức ăn hiện tại, nhưng cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các kích thích khác như mức độ no của động vật, độ ngon miệng và tác dụng mới lạ của thức ăn được trình bày (Hoebel và cộng sự, 2007). Một chế độ ăn trong quán cà phê không được đưa ra như một thách thức đối với động vật được nuôi trong phòng thí nghiệm vì nó được cho là sẽ tạo ra các hiệu ứng mới lạ có thể gây ra bất kỳ sự so sánh nào với các động vật DIO của quán cà phê.

Sự phóng thích dopamine được kích thích bằng điện bị suy giảm trong các lát não vành cấp tính từ những con chuột béo phì trong chế độ ăn uống

Hình. 3A cho thấy dấu vết ampe kế đại diện từ hạt nhân accumbens lát vỏ của chuột béo phì bình thường so với chế độ ăn kiêng (n= Kích thích 30 trong bảy lát so với kích thích 24 trong năm lát tương ứng). Chuột DIO Cafeteria có sự phóng thích dopamine điện thấp hơn so với chuột ăn trong phòng thí nghiệm (12 × 106± 4 × 106 so với 25 × 106± 6 × 106 phân tử; Hình. 3B, F(1,52) = 2.1428, P<0.05). Sự khác biệt về giải phóng dopamine gợi lên này phản ánh cả sự giảm biên độ sự kiện (5.16 ± 1.10 pA ở chuột DIO trong nhà ăn so với 7.06 ± 0.80 pA ở chuột được cho ăn chow trong phòng thí nghiệm; Hình. 3C, F(1,52) = 2.4472, P<0.05) và chiều rộng (2.45 ± 0.73 giây ở chuột DIO trong quán cà phê so với 4.43 ± 0.70 giây ở chuột ăn chow trong phòng thí nghiệm, Hình. 3D, F(1,52) = 3.851, P

Sung. 3 

Giải phóng dopamine từ nhân accumbens trong lát não (A) Dấu vết đại diện từ nhân coronal cấp tính accumbens lát của động vật ăn chow (trên cùng; n= Kích thích 30 trong bảy lát) và động vật DIO ở quán ăn (phía dưới; n= Kích thích 24 ...

Sung. 4 cho thấy các xu hướng tương tự đã xuất hiện trong các lát cắt trên lưng của những con chuột béo phì trong chế độ ăn uống. Dấu vết đại diện từ phòng thí nghiệm chow-fed (n= Kích thích 31 trong bảy lát) và quán cà phê DIO (n= Kích thích 15 trong bốn lát) nhóm được hiển thị trong Hình. 4A. Sự giải phóng dopamine được gợi lên bằng điện từ striatum là 0.8 × 106± 0.1 × 106 trong quán cà phê chuột DIO so với 44 × 106± 11 × 106 phân tử (Hình. 4B, F(1,45) = 6.0546, P<0.01) trong phòng thí nghiệm cho súc vật ăn thức ăn. Một lần nữa, điều này phản ánh sự giảm cả biên độ sự kiện (2.77 ± 0.42 so với 9.20 ± 1.88 pA; F(1,45) = 7.8468, P<0.01) và chiều rộng (0.22 ± 0.03 so với 5.90 ± 0.98 s; F(1,45) = 17.2823, P<= 0.01) trong nhóm DIO trong quán cà phê (Hình 4C, 4D).

Sung. 4 

Khơi gợi dopamine giải phóng từ vây lưng ở lát não. (A) Dấu vết đại diện từ các lát vây lưng cấp tính của động vật ăn chowal (trên cùng; n= Kích thích 31 trong bảy lát) và động vật DIO ở quán ăn (phía dưới; n= Kích thích 15 trong ...

Sự giải phóng dopamine được kích thích bằng kali trong micropunches mô bị giảm trong nhân accumbens và striatum của chuột béo phì trong chế độ ăn uống

Nồng độ dopamine ngoại bào sau kích thích KCl được đo bằng HPLC-EC và được thể hiện trong Sung. 5. Nồng độ dopamine ngoại bào là 0.16 ± 0.08 pmol / mẫu trong vi khuẩn accumbens của động vật béo phì (n= 10 micropunches) so với 0.65 ± 0.23 pmol / mẫu trong micropunches từ động vật đối chứng (n= Micropunches 11; Hình. 5A; F(1,19) = 4.1911, P<0.01). Mức dopamine ngoại bào là 5.9 ± 1.7 pmol / mẫu trong vi vân thể vân từ người béo phì (n= 8 micropunches) chuột và 11.3 ± 1.9 pmol / mẫu trong cùng một vị trí từ kiểm soát (n= 11 micropunches) chuột (Hình. 5B; F(1,17) = 7.5064, P

Sung. 5 

Nồng độ dopamine ngoại bào từ micropunches mô kích thích kali. Lượng dopamine được giải phóng từ (A) accumbens hạt nhân (n= 11 micropunches từ mỗi nhóm) và (B) vây lưng (n= 8 micropunches từ béo phì và n= 11 micropunches từ các điều khiển) ...

THẢO LUẬN

Trong nghiên cứu này, chuột trở nên thừa cân do ăn chế độ ăn tự phục vụ với sở thích ăn nhiều carbohydrate. Ở trạng thái thừa cân, họ có dopamine ngoại bào cơ bản thấp hơn cũng như dopamine kích thích chow hoặc kích thích amphetamine trong nhân accumbens. Trong các nghiên cứu sử dụng thuốc lạm dụng, động vật sẽ làm việc để giữ mức độ dopamine trong nhân được tích tụ trên một mức nhất định (Khôn ngoan và cộng sự, 1995a,b; Ranaldi và cộng sự, 1999). Trong nghiên cứu hiện tại, chất gây nghiện được lạm dụng là một loại thực phẩm có thể ăn được, do đó, dopamine ngoại bào thấp trong chất kết dính dẫn đến tăng tiêu thụ thực phẩm có thể ăn được.

Những con chuột béo phì cũng cho thấy mức độ giảm dần của dopamine được kích thích bằng điện trong các lát não và dopamine được kích thích bằng kali trong các micropunches từ nhân accumbens và vây lưng. Do đó, một sự thiếu hụt tiền sinh trung ương trong việc ngoại bào dopamine là rõ ràng trong bệnh béo phì do chế độ ăn kiêng được giải phóng dopamine trong cơ thể, trong các lát não cấp tính và tích lũy và trong các vi mô mô từ động vật béo phì trong chế độ ăn uống. Chúng tôi đã thấy một hiệu ứng tương tự trong một mô hình di truyền của khuynh hướng béo phì. Trong mô hình này, mRNA và biểu hiện protein của các chất điều hòa tổng hợp dopamine và exocytosis bao gồm tyrosine hydroxylase và chất vận chuyển monoamin tế bào thần kinh (VMAT2) bị giảm ở các tế bào thần kinh dopamine (VTA)Geiger và cộng sự, 2008). Một vị trí tiềm năng khác của sự thay đổi tiền synap là chất vận chuyển tái hấp thu màng dopamine trong huyết tương, DAT. Các nghiên cứu điện sinh lý học cho phép chúng ta phân biệt sự khác biệt trong giải phóng dopamine so với động học tái hấp thu. Sự khác biệt về chiều rộng tăng đột biến cho thấy về nguyên tắc, động vật béo phì trong chế độ ăn uống có thể không chỉ giải phóng ít hơn mà còn thay đổi trong tái hấp thu do sự khác biệt trong các vị trí vận chuyển DAT hoạt động trên màng plasma. Trong Zucker béo (fa / fa) chuột, mức độ mRNA tăng của vận chuyển DAT đã được báo cáo trong VTA (Figlewicz và cộng sự, 1998). Khả năng tăng độ thanh thải dopamine tương thích với tín hiệu dopamine bị giảm ở chuột DIO trong nghiên cứu này.

Chúng ta nên lưu ý rằng khả năng giải phóng dopamine của amphetamine không bị suy giảm ở những con vật béo phì (về phần trăm thay đổi so với đường cơ sở) và điều này có thể, Conspire có thể kết hợp với mức độ tuyệt đối của dopamine để thúc đẩy động lực của những con béo phì. Amphetamine là một cơ sở yếu thay thế dopamine từ các túi đến cytosol và dẫn đến tăng dopamine ngoại bào thông qua vận chuyển ngược (Sulzer và Rayport, 1990). Trong trường hợp thiếu hụt nghiêm trọng ở bể chứa dopamine, ví dụ như trong trường hợp chuột bị thiếu vận chuyển VMAT2, tiêm amphetamine thoáng qua sẽ kích thích tổng hợp dopamine mới trong cytosol (Fon và cộng sự, 1997). Sự gia tăng tạm thời do amphetamine gây ra bởi dopamine cytosolic có thể giải thích sự gia tăng tạm thời về sự thay đổi phần trăm của accumbens dopamine ở động vật béo phì so với các động vật có cân nặng bình thường và có thể góp phần vào sự nhạy cảm của dopamine đối với sự kích thích của dopamine mức độ dopamine trong accumbens.

Điều gì sẽ là các cơ chế có khả năng làm trung gian sự thiếu hụt dopamine trước tuổi ở động vật béo phì và thúc đẩy sở thích ăn kiêng của chúng? Mối liên hệ giữa sở thích thực phẩm và nhân accumbens dopamine được thể hiện rõ ràng trong phản ứng thẳng thừng của động vật béo phì trong chế độ ăn uống, nhưng không phải là chế độ ăn kiêng. Những phát hiện của chúng tôi bổ sung cho nghiên cứu gần đây cho thấy rằng chất chủ vận thụ thể loại dopamine D1 (D1) đã tăng cường sự ưa thích của chuột đối với thực phẩm có vị giác cao (Cooper và Al-Naser, 2006). Ngoài ra, hạt nhân accumbens dopamine được kích hoạt ở những con chuột được huấn luyện để say sưa trên sucrose (Avena và cộng sự, 2008), hỗ trợ thêm cho sự tham gia của dopamine trung tâm trong việc ưu tiên cho thực phẩm ngon miệng giàu carbohydrate. Chúng tôi đã chứng minh sự thiếu hụt dopamine trung tâm được báo cáo trong nghiên cứu hiện tại trong các mô hình béo phì bổ sung, bao gồm cả ob / ob chuột thiếu leptin và chuột dễ bị béo phìFulton và cộng sự, 2006; Geiger và cộng sự, 2008). Do đó, một tín hiệu có thể liên quan đến việc tiêu thụ thực phẩm hợp lý và giải phóng dopamine có thể là leptin. Ở những người bị thiếu hụt leptin bẩm sinh, việc thay thế leptin sẽ làm giảm chứng tăng sản của họ và thay đổi sự kích hoạt của vây bụng đối với việc hình dung thức ăn ngon miệng (Farooqi và cộng sự, 2007). Ở chuột cũng đã được chứng minh rằng leptin sẽ làm giảm sự tự quản của sucrose (Figlewicz và cộng sự, 2006, 2007). Các đầu vào orexigenic khác như ghrelin và orexin cũng đã được chứng minh có liên quan đến việc kích hoạt hệ thống dopamine midbrain (Rada và cộng sự, 1998; Helm và cộng sự, 2003; Abizaid và cộng sự, 2006; Narita và cộng sự, 2006). Sẽ rất thú vị khi kiểm tra thêm xem việc chuyển động vật béo phì sang chế độ ăn bình thường trên cơ sở mãn tính sẽ duy trì sở thích của chúng đối với thức ăn ngon miệng và phản ứng dopamine liên quan đến nó không phụ thuộc vào sự thay đổi dự kiến ​​của leptin, ghrelin hoặc orexin và các tín hiệu khác liên quan đến sự điều chỉnh sự thèm ăn.

KẾT LUẬN

Tóm lại, những phát hiện trong nghiên cứu này cho thấy hệ thống dopamine mesolimbic đóng một vai trò quan trọng trong việc ưu tiên cho chế độ ăn giàu năng lượng, chứng tăng huyết áp và dẫn đến béo phì. Các hạt nhân accumbens và dorsamin striatum dopaminergic dẫn truyền thần kinh bị trầm cảm ở chuột béo phì chế độ ăn uống. Các động vật có thể tạm thời khôi phục mức độ dopamine bằng cách ăn thực phẩm năng lượng cao, ngon miệng. Những kết quả này cho thấy rằng việc nhắm mục tiêu có chọn lọc của các cơ quan điều tiết trước sinh của hệ thống dopamine mesolimbic tạo thành một phương pháp đầy hứa hẹn để điều trị bệnh béo phì.

Lời cảm ơn

Công trình này được hỗ trợ bởi DK065872 (ENP), F31 DA023760 (BMG, ENP), một giải thưởng xuất sắc của Smith Family Foundation về nghiên cứu y sinh (ENP) và P30 NS047243 (Trung tâm nghiên cứu khoa học thần kinh).

Các từ viết tắt

  • aCSF
  • dịch não tủy nhân tạo
  • DAT
  • vận chuyển màng plasma dopamine
  • DIO
  • béo phì do chế độ ăn kiêng
  • DOPAC
  • axit dihydroxyphenylacetic
  • HPLC-EC
  • sắc ký lỏng hiệu năng cao với phát hiện điện hóa
  • HVA
  • axit homovanillic
  • VMAT2
  • tế bào thần kinh vận chuyển monoamin vận chuyển
  • VTA
  • khu vực tegmental thông gió

THAM KHẢO

  1. Abizaid A, Liu ZW, Andrew ZB, Shanabrough M, Borok E, Elsworth JD, Roth RH, Sleeman MW, Picciotto MR, Tschop MH, Gao XB, Horvath TL. Ghrelin điều chỉnh hoạt động và tổ chức đầu vào synap của các tế bào thần kinh dopamine midbrain trong khi thúc đẩy sự thèm ăn. J Đầu tư lâm sàng. 2006; 116: 3229 tầm 3239. [Bài viết miễn phí của PMC] [PubMed]
  2. Avena NM, Rada P, Hoebel BG. Bằng chứng cho chứng nghiện đường: tác động hành vi và hóa học thần kinh của việc uống không liên tục, lượng đường quá mức. Neurosci Biobehav Rev. 2008; 32: 20 XN 39. [Bài viết miễn phí của PMC] [PubMed]
  3. Bradberry CW, Gruen RJ, Berridge CW, Roth. Sự khác biệt cá nhân trong các biện pháp hành vi: mối tương quan với hạt nhân accumbens dopamine được đo bằng phương pháp vi phân. Pharmacol Biochem Behav. 1991; 39: 877 tầm 882. [PubMed]
  4. Ciolkowski EL, Maness KM, Cahill PS, Wightman RM, Evans DH, Fosset B, Amatore C. Mất cân xứng trong quá trình điện hóa catecholamine ở các vi điện cực sợi carbon. Hóa trị hậu môn. 1994; 66: 3611 tầm 3617.
  5. Cooper SJ, Al-Naser HA. Kiểm soát Dopaminergic trong lựa chọn thực phẩm: tác dụng tương phản của SKF 38,393 và quinpirole đối với ưu tiên thực phẩm có độ ngon miệng cao ở chuột. Thần kinh học. 2006; 50: 953 tầm 963. [PubMed]
  6. Farooqi IS, Bullmore E, Keogh J, Gillard J, O'Rahilly S, Fletcher PC. Leptin điều chỉnh các vùng thai kỳ và hành vi ăn uống của con người. Khoa học. 2007; 317: 1355. [Bài viết miễn phí của PMC] [PubMed]
  7. Figlewicz DP, Bennett JL, Naleid AM, Davis C, Grimm JW. Insulin tiêm tĩnh mạch và leptin làm giảm sucrose tự quản ở chuột. Hành vi vật lý. 2006; 89: 611 tầm 616. [PubMed]
  8. Figlewicz DP, MacDonald Naleid A, Sipols AJ. Điều chế phần thưởng thực phẩm bằng tín hiệu adiposity. Hành vi vật lý. 2007; 91: 473 tầm 478. [Bài viết miễn phí của PMC] [PubMed]
  9. Figlewicz DP, Patterson TA, Johnson LB, Zavosh A, Israel PA, Szot P. Dopamine vận chuyển mRNA được tăng lên trong CNS của chuột Zucker béo (fa / fa). Não Res Bull. 1998; 46: 199 tầm 202. [PubMed]
  10. Fon EA, Pothos EN, Sun BC, Killeen N, Sulzer D, Edwards RH. Vận chuyển tĩnh mạch điều chỉnh việc lưu trữ và giải phóng monoamin nhưng không cần thiết cho hoạt động của amphetamine. Thần kinh. 1997; 19: 1271 tầm 1283. [PubMed]
  11. Fulton S, Pissios P, Manchon RP, Stiles L, Frank L, Pothos EN, Maratos-Flier E, Flier JS. Điều hòa leptin của con đường mesoaccumbens dopamine. Thần kinh. 2006; 51: 811 tầm 822. [PubMed]
  12. Geiger BM, Behr GG, Frank LE, Caldera-Siu AD, Beinfeld MC, Kokkotou EG, Pothos EN. Bằng chứng về khiếm khuyết dopamine mesolimbic ở chuột dễ bị béo phì. FASEB J. 2008; 22: 2740 tầm 2746. [Bài viết miễn phí của PMC] [PubMed]
  13. Helm KA, Rada P, Hoebel BG. Cholecystokinin kết hợp với serotonin ở vùng dưới đồi hạn chế giải phóng dumbamine trong khi tăng acetylcholine: một cơ chế bão hòa có thể. Não Res. 2003; 963: 290 tầm 297. [PubMed]
  14. Thoát vị L, Hoebel BG. Cho ăn và kích thích vùng dưới đồi làm tăng doanh thu dopamine trong vùng bồi. Hành vi vật lý. 1988; 44: 599 tầm 606. [PubMed]
  15. Thoát vị L, Stanley BG, Hoebel BG. Một đầu dò siêu nhỏ có thể tháo rời. Cuộc sống khoa học. 1986; 39: 2629 tầm 2637. [PubMed]
  16. Hoebel BG, Avena NM, Rada P. Accumbens cân bằng dopamine-acetylcholine trong cách tiếp cận và tránh. Curr Opin Pharmacol. 2007; 7: 617 tầm 627. [Bài viết miễn phí của PMC] [PubMed]
  17. Kelley AE, Berridge KC. Khoa học thần kinh của phần thưởng tự nhiên: liên quan đến thuốc gây nghiện. J Neurosci. 2002; 22: 3306 tầm 3311. [PubMed]
  18. Martel P, Fantino M. Ảnh hưởng của lượng thức ăn ăn vào hoạt động của hệ thống dopaminergic mesolimbic: một nghiên cứu vi phân. Pharmacol Biochem Behav. 1996; 55: 297 tầm 302. [PubMed]
  19. Mogenson GJ, Wu M. Neuropharmacological và điện sinh lý bằng chứng liên quan đến hệ thống dopamine mesolimbic trong phản ứng cho ăn được khơi gợi bằng cách kích thích điện của bó tiền não giữa. Não Res. 1982; 253: 243 tầm 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. Sự tham gia trực tiếp của các hệ thống orexinergic liên quan đến việc kích hoạt đường dẫn dopamine bởi morphin. J Neurosci. 2006; 26: 398 tầm 405. [PubMed]
  21. Paxinos G, Watson C. Bộ não chuột trong tọa độ lập thể. Amsterdam: Nhà xuất bản học thuật; KHAI THÁC.
  22. Rada P, Mark GP, Hoebel BG. Galanin ở vùng dưới đồi làm tăng dopamine và làm giảm giải phóng acetylcholine trong nhân accumbens: một cơ chế có thể để bắt đầu hành vi cho ăn dưới đồi. Não Res. 1998; 798: 1 tầm 6. [PubMed]
  23. Radhakishun FS, van-Ree JM, Westerink BH. Ăn theo lịch trình làm tăng giải phóng dopamine trong nhân của chuột bị thiếu thức ăn khi được đánh giá bằng lọc máu não trực tuyến. Thần kinh Lett. 1988; 85: 351 tầm 356. [PubMed]
  24. Ranaldi R, Pocock D, Zereik R, khôn ngoan RA. Dopamine dao động trong nhân accumbens trong quá trình duy trì, tuyệt chủng và phục hồi tự tiêm D-amphetamine tiêm tĩnh mạch. J Neurosci. 1999; 19: 4102 tầm 4109. [PubMed]
  25. Salamone JD, Steinpreis RE, McCullough LD, Smith P, Grebel D, Mahan K. Haloperidol và nucleus accumbens dopamine làm suy yếu đòn bẩy ép thực phẩm nhưng tăng tiêu thụ thực phẩm miễn phí trong một quy trình lựa chọn thực phẩm mới. Tâm sinh lý. 1991; 104: 515 tầm 521. [PubMed]
  26. Sclafani A, Springer D. Béo phì trong chế độ ăn uống ở chuột trưởng thành: tương đồng với hội chứng béo phì ở vùng dưới đồi và ở người. Hành vi vật lý. 1976; 17: 461 tầm 471. [PubMed]
  27. Sulzer D, Rayport S. Amphetamine và các chất kích thích tâm thần khác làm giảm độ pH trong các tế bào thần kinh dopaminergic trung gian và hạt chromaffin: một cơ chế hoạt động. Thần kinh. 1990; 5: 797 tầm 808. [PubMed]
  28. Wise RA, Leone P, Rivest R, Leeb K. Độ cao của nhân accumbens mức độ dopamine và DOPAC trong quá trình tự tiêm heroin tiêm tĩnh mạch. Khớp thần kinh. 1995a; 21: 140 tầm 148. [PubMed]
  29. Wise RA, Newton P, Leeb K, Burnette B, Pocock D, Justice JB., Jr Biến động trong nhân accumbens nồng độ dopamine trong quá trình tự tiêm cocaine tiêm tĩnh mạch ở chuột. Tâm sinh lý học (Berl) 1995b; 120: 10 ĐẦU 20. [PubMed]