Các thụ thể Dopamine D2 trong rối loạn chức năng thưởng giống như nghiện và ăn uống bắt buộc ở chuột béo phì (2010)

Nhận xét: Nghiên cứu này chứng minh rằng khi một con vật được tiếp cận không giới hạn, chất tăng cường tự nhiên mạnh (thức ăn rất kích thích) có thể gây ra sự suy giảm các thụ thể D2. Sự suy giảm này được thấy ở gần như tất cả các loài chuột, và diễn ra khá nhanh chóng. Khi loại bỏ thức ăn “ngon miệng”, lũ chuột không chịu ăn thức ăn bình thường. Những con chuột tiếp tục ngấu nghiến (khi chúng có thể) mặc dù đã kết hợp các cú sốc điện với việc tiêu thụ thức ăn "rất ngon miệng".

• Học đầy đủ

Nat Neurosci. 2010 tháng 5; 13(5): Xuất bản trực tuyến 2010 Tháng 3 28. doi:  10.1038 / nn.2519

Tóm tắt

Chúng tôi thấy rằng sự phát triển của béo phì được kết hợp với sự xuất hiện của thâm hụt ngày càng tồi tệ hơn trong các phản ứng khen thưởng thần kinh. Những thay đổi tương tự trong việc cân bằng nội môi do cocaine hoặc heroin gây ra được coi là rất quan trọng trong việc kích hoạt sự chuyển đổi từ sử dụng ma túy thông thường sang nghiện ma túy. Theo đó, chúng tôi đã phát hiện hành vi cho ăn giống như bắt buộc ở những con chuột béo phì nhưng không gầy, được đo là mức tiêu thụ thực phẩm hợp khẩu vị có khả năng chống lại sự gián đoạn bởi một kích thích có điều kiện gây khó chịu. Các thụ thể dopamine D2 tiền đình (D2R) đã được điều hòa ở chuột béo phì, như đã được báo cáo ở người nghiện ma túy. Hơn nữa, sự hạ gục qua trung gian lentillin của D2R nổi bật đã nhanh chóng thúc đẩy sự phát triển của thâm hụt phần thưởng giống như nghiện và bắt đầu tìm kiếm thức ăn giống như bắt buộc ở chuột với khả năng tiếp cận mở rộng với thực phẩm giàu chất béo. Những dữ liệu này chứng minh rằng việc tiêu thụ quá nhiều thực phẩm có thể gây ra phản ứng kích thích thần kinh giống như nghiện trong các mạch thưởng cho não và thúc đẩy sự phát triển của việc ăn uống bắt buộc. Do đó, các cơ chế khoái lạc thông thường có thể gây ra béo phì và nghiện ma túy.

Giới thiệu

Việc cho ăn bị ảnh hưởng bởi niềm vui và phần thưởng, và việc nhận được phần thưởng thức ăn có thể thúc đẩy mạnh mẽ việc tiêu thụ1, 2. Tuy nhiên, các cơ chế khoái cảm góp phần gây ra bệnh béo phì vẫn chưa được hiểu rõ. Ở người hyperphagic bị thiếu leptin bẩm sinh, hoạt động ở thể vân lưng và bụng, là những thành phần cốt lõi của mạch tưởng thưởng não tăng lên rõ rệt để phản ứng với hình ảnh của thức ăn3, và liệu pháp thay thế leptin làm giảm hoạt động của thể vân và mức độ 'thích' thức ăn của bản thân3 . Điều này cho thấy rằng thể vân rất quan trọng trong các khía cạnh khoái lạc của hành vi kiếm ăn. Gần đây, người ta đã chỉ ra rằng việc kích hoạt thể vân để phản ứng với thức ăn ngon miệng đã bị giảm bớt ở những người béo phì khi so sánh với đối chứng gầy4. Hơn nữa, sự suy giảm chức năng của thể vân lưng và tăng cân trong thời gian dài biểu hiện rõ rệt nhất ở những cá nhân có alen TaqIA của vị trí gen DRD2 – ANKK1, dẫn đến giảm biểu hiện D2R của thể vân và đã được chứng minh là khiến các cá nhân mắc chứng rối loạn phụ thuộc chất 4, 5. Những quan sát này và những quan sát tương tự đã dẫn đến đề xuất rằng sự thiếu hụt trong quá trình xử lý phần thưởng có thể là một yếu tố nguy cơ quan trọng đối với sự phát triển của bệnh béo phì và những người béo phì có thể buộc phải ăn thức ăn ngon để bù đắp cho chứng giảm mẫn cảm6. Đáng chú ý, vẫn chưa rõ liệu sự thiếu hụt trong quá trình chế biến phần thưởng có phải là nguyên nhân và dẫn đến bệnh béo phì hay không, hay việc tiêu thụ quá nhiều thức ăn ngon có thể dẫn đến rối loạn chức năng khen thưởng và do đó góp phần gây ra béo phì do chế độ ăn uống.

Một đặc điểm xác định của những người thừa cân và béo phì là họ tiếp tục ăn quá nhiều mặc dù có những hậu quả tiêu cực về sức khỏe và xã hội. Thật vậy, nhiều người thừa cân bày tỏ mong muốn hạn chế tiêu thụ thực phẩm của họ, nhưng đấu tranh để kiểm soát lượng ăn vào và tiêu thụ nhiều lần vượt quá yêu cầu năng lượng của họ 7, 8. Sự phát triển của hành vi cho ăn không nhạy cảm với kết quả tiêu cực tương tự như hành vi nghiện ma túy bắt buộc ở những người nghiện ma túy ở người, tương tự như vậy đối với các hậu quả tiêu cực9. Ở đây chúng tôi đã nghiên cứu các tác động của việc tiếp cận mở rộng đến chế độ ăn giàu chất béo có thể chấp nhận được đối với sự nhạy cảm của hệ thống thưởng cho não ở chuột. Chúng tôi cũng kiểm tra mối liên hệ giữa rối loạn điều hòa khoái cảm do chế độ ăn kiêng và sự xuất hiện của việc tìm kiếm thức ăn bắt buộc. Cuối cùng, chúng tôi đã nghiên cứu vai trò của D2R nổi bật trong các phản ứng hành vi giống như nghiện này.

Nghiện thưởng giống như nghiện ở chuột béo phì

Để kiểm tra tác động của việc tiếp cận hạn chế hoặc mở rộng đối với chế độ ăn giàu chất béo ngon miệng, chúng tôi đã chuẩn bị chuột Wistar đực (300-350 g) với một điện cực kích thích lưỡng cực ở vùng dưới đồi bên và huấn luyện chúng trong 10–14 ngày trong một thử nghiệm riêng biệt quy trình khen thưởng kích thích não ngưỡng hiện tại (BSR) cho đến khi ngưỡng thưởng ổn định được thiết lập4. Trong quy trình BSR, chuột phản ứng mạnh mẽ để nhận được sự tự kích thích điện bổ ích thông qua điện cực kích thích trong nhà, với cường độ kích thích tối thiểu duy trì hành vi tự kích thích được gọi là ngưỡng thưởng10. Bởi vì các ngưỡng phần thưởng vẫn ổn định và không thay đổi trong thời gian kéo dài trong các điều kiện cơ bản, quy trình này cung cấp một thước đo nhạy cảm về khả năng đáp ứng của hệ thống phần thưởng của não. Sau khi thiết lập các ngưỡng BSR ổn định (được định nghĩa là ngưỡng thay đổi <10% trong ba phiên liên tiếp), chúng tôi phân bổ chuột vào ba nhóm không có sự khác biệt về trọng lượng cơ thể trung bình hoặc ngưỡng thưởng giữa các nhóm. Ba nhóm được tiếp cận khác biệt với chế độ ăn 'kiểu quán cà phê' bao gồm thực phẩm giàu năng lượng ngon miệng sẵn có cho con người (xem Phương pháp Trực tuyến). Chuột có 0 giờ (chuột chỉ ăn thịt; n = 9), 1 giờ (chuột hạn chế tiếp cận; n = 11) hoặc 18–23 giờ (chuột tiếp cận mở rộng; n = 11) tiếp cận chế độ ăn mỗi ngày cho 40 ngày liên tục. Chế độ ăn trong quán cà phê được biết là dẫn đến chứng béo phì do chế độ ăn uống ở chuột11. Tất cả các con chuột cũng có quyền truy cập ad libitum chow tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm, với ngưỡng thưởng, mức tăng cân và lượng calo được ghi nhận trong suốt.

Trọng lượng tăng rõ rệt ở những con chuột có quyền truy cập mở rộng vào chế độ ăn trong quán cà phê so với các nhóm chỉ truy cập chow hoặc hạn chế truy cập (Hình 1a). Trọng lượng cũng có xu hướng tăng ở những con chuột tiếp cận bị hạn chế so với những con chuột chỉ có chow, nhưng hiệu ứng này không đạt được ý nghĩa thống kê. Sự phát triển của béo phì ở chuột tiếp cận mở rộng có liên quan chặt chẽ với sự thiếu hụt ngày càng nghiêm trọng trong chức năng thưởng cho não, được phản ánh trong các ngưỡng BSR tăng dần (Hình 1b). Bởi vì không có sự khác biệt về độ trễ đáp ứng đối với BSR được quan sát giữa ba nhóm (Hình bổ sung 1), sự thiếu hụt trong hoạt động hành vi không thể giải thích cho quan sát này. Sự thiếu hụt tương tự trong chức năng thưởng cho não đã được báo cáo ở những con chuột có quyền truy cập mở rộng nhưng không bị hạn chế đối với cocaine hoặc heroin tự tiêm tĩnh mạch12, 13, 14. Do đó, việc tiếp cận mở rộng với thực phẩm giàu chất béo có thể gây ra sự thiếu hụt giống như nghiện trong chức năng thưởng cho não, được coi là nguồn động lực quan trọng có thể thúc đẩy ăn quá nhiều và góp phần vào sự phát triển của béo phì1, 6.

Hình 1: Tăng cân và rối loạn chức năng thưởng ở chuột với quyền truy cập mở rộng vào chế độ ăn uống trong quán cà phê.

(a) Tăng cân trung bình (± sem) ở chuột chỉ chow, tiếp cận hạn chế và tiếp cận mở rộng (truy cập × tương tác ngày: F39,702 = 7.9, P <0.0001; * P <0.05 so với nhóm chỉ chow, bài kiểm tra sau hoc). (b) Phần trăm thay đổi trung bình (± sem) so với ngưỡng thưởng ban đầu (truy cập × thời gian tương tác: F78,1092 = 1.7, P <0.0005; * P <0.05 so với nhóm chỉ chow, bài kiểm tra sau học).

Khi chúng tôi kiểm tra chi tiết hành vi cho ăn (Hình 2), chúng tôi thấy rằng tổng lượng calo hàng ngày tương tự nhau giữa chuột chow và chuột truy cập hạn chế (Hình 2a, d). Ngược lại, tổng lượng calo tiêu thụ ở chuột có quyền truy cập mở rộng gần gấp đôi so với chuột chỉ truy cập hạn chế và chỉ có chow (Hình 2a, d). Mặc dù những con chuột chỉ tiếp cận bị hạn chế và chỉ có chow duy trì lượng calo tiêu thụ hàng ngày như nhau (Hình 2a, d), những con chuột truy cập bị hạn chế chỉ thu được ~ 33% lượng calo hàng ngày của chúng từ chow (Hình. 2b, d), cho thấy rằng họ đã phát triển hành vi cho ăn giống như say sưa và tiêu thụ ~ 66% lượng calo tiêu thụ hàng ngày của họ trong phiên truy cập 1 h vào chế độ ăn uống của quán cà phê15 (Hình 2d). Chuột truy cập mở rộng chỉ thu được một phần nhỏ (~ 5%) trong tổng lượng calo của chúng từ chow (Hình 2b); họ tiêu thụ chế độ ăn kiêng gần như độc quyền (Hình 2d). Sự thay đổi trong sở thích chế độ ăn uống trong các nhóm truy cập hạn chế và mở rộng cũng được phản ánh trong sự gia tăng đáng kể lượng chất béo so với chuột chỉ chow (Hình 2c và Hình bổ sung. 2). Phù hợp với các báo cáo trước đây16, có xu hướng tiêu thụ chế độ ăn uống trong quán cà phê giảm theo thời gian ở những con chuột truy cập mở rộng. Điều này có thể phản ánh sự phát triển của khả năng chịu đựng sự ngon miệng của các mặt hàng thực phẩm được cung cấp như một phần của chế độ ăn kiêng theo thời gian. Tuy nhiên, sự ưu tiên cho chế độ ăn trong quán cà phê so với chow tiêu chuẩn vẫn luôn cao ở những con chuột này (Hình bổ sung 3). Những dữ liệu này chứng minh rằng việc mở rộng nhưng không hạn chế quyền truy cập vào chế độ ăn giàu chất béo có thể gây ra sự thiếu hụt giống như nghiện, ăn quá nhiều và mất cân bằng năng lượng cân bằng nội môi. Ngược lại, việc hạn chế truy cập vào thực phẩm hợp khẩu vị dẫn đến các mô hình tiêu thụ giống như say sưa, nhưng không phá vỡ cân bằng năng lượng cân bằng nội môi và chức năng thưởng cho não. Tuy nhiên, có thể việc hạn chế truy cập vào chế độ ăn trong quán cà phê trong hơn 2 ngày liên tiếp sẽ gây tăng cân đáng kể và làm gián đoạn chức năng thưởng cho não.

Hình 2: Mô hình tiêu thụ ở chuột với quyền truy cập mở rộng vào chế độ ăn uống trong quán cà phê.

(a) Lượng calo trung bình (± sem) hàng ngày ở chuột chỉ chow, tiếp cận hạn chế và tiếp cận mở rộng (truy cập: F1,324 = 100.6, P <0.0001; thời gian: F18,324 = 7.8, P <0.0001; truy cập × thời gian tương tác: F18,324 = 4.6, P <0.0001; * P <0.05 so với nhóm chỉ chow, bài kiểm tra sau học). (b) Lượng calo trung bình hàng ngày (± sem) từ chow (truy cập: F2,504 = 349.1, P <0.0001; thời gian: F18,504 = 5.9, P <0.0001; truy cập × thời gian tương tác: F36,504 = 3.52, P <0.0001; * P <0.05 so với nhóm chỉ dùng chow, bài kiểm tra sau học). (c) Lượng calo trung bình hàng ngày (± sem) từ chất béo (truy cập: F2,486 = 118.7, P <0.0001; thời gian: F18,486 = 8.8, P <0.0001; truy cập × thời gian tương tác: F36,486 = 6.2, P <0.0001; * P <0.05 so với nhóm chỉ chow, bài kiểm tra sau học). (d) So sánh tổng lượng calo trung bình (± sem) và lượng calo tiêu thụ riêng từ rau chow, trong toàn bộ khoảng thời gian 40 ngày truy cập (truy cập: F2,54 = 25.0, P <0.0001; nguồn calo: F2,54 = 1235.2, P <0.0001; truy cập × tương tác nguồn calo: F2,54 = 485.7, P <0.0001; *** P <0.001 so với tổng lượng calo ở nhóm chỉ ăn chow, ### P <0.001 so với tổng lượng calo trong nhóm cùng một nhóm chuột, bài kiểm tra sau hoc).

Sau 40 ngày, những con chuột không còn được phép tiếp cận với chế độ ăn uống ngon miệng nhưng vẫn tiếp tục có quyền truy cập ad libitum vào thức ăn chow tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm. Chúng tôi đã đánh giá ngưỡng thưởng và mức tiêu thụ chow hàng ngày trong thời gian 'kiêng' bắt buộc này. Sự gia tăng ngưỡng thưởng vẫn tồn tại trong ít nhất 2 tuần ở những con chuột tiếp cận mở rộng khi chúng không còn tiếp cận với chế độ ăn uống ngon miệng nữa (Hình 3a). Điều này trái ngược với sự thiếu hụt tương đối thoáng qua (~ 48 giờ) trong chức năng khen thưởng được báo cáo ở những con chuột đang kiêng cocaine tự sử dụng13. Cũng có sự giảm đáng kể trong lượng calo tiêu thụ (Hình 3b) và giảm dần trọng lượng cơ thể (Hình 3c) ở chuột tiếp cận mở rộng và ở mức độ thấp hơn ở chuột tiếp cận hạn chế, trong giai đoạn kiêng này, phù hợp với các báo cáo trước đó11, 15. Sau 14 ngày kiêng cữ, chuột bị giết và vị trí điện cực được xác định bằng phương pháp nhuộm cresyl tím (Hình 3d).

Hình 3: Rối loạn chức năng và phần thưởng liên tục trong quá trình kiêng khem ở chuột với quyền truy cập mở rộng vào chế độ ăn uống trong quán cà phê.

(a) Phần trăm thay đổi trung bình so với ngưỡng thưởng ban đầu (± sem) trong thời gian kiêng ăn chế độ ăn giàu chất béo ngon miệng (truy cập: F2,112 = 3.7, P <0.05; thời gian: F4,112 = 2.3, P> 0.05; * P <0.05 so với nhóm chỉ dùng chow, bài kiểm tra sau học). (b) Lượng calo trung bình (± sem) vào ngày cuối cùng tiếp cận với chế độ ăn nhiều chất béo (đường cơ bản) và trong 14 ngày kiêng khi chỉ có chow tiêu chuẩn (truy cập: F2,168 = 41.7, P <0.0001 ; thời gian: F6,168 = 65.6, P <0.0001; tương tác truy cập × thời gian: F12,168 = 38.3, P <0.0001; * P <0.05 so với nhóm chỉ chow, bài kiểm tra sau học). (c) Thay đổi trọng lượng cơ thể trung bình (± sem) so với trọng lượng cơ thể vào ngày cuối cùng tiếp cận với chế độ ăn nhiều chất béo (cơ bản) và trong 14 ngày kiêng khi chỉ có chow tiêu chuẩn (truy cập: F1,126 = 37.2, P <0.0001; thời gian: F7,126 = 3.1, P <0.01; truy cập × thời gian tương tác: F7,126 = 40.9, P <0.0001; * P <0.05 so với nhóm chỉ chow, bài kiểm tra sau học). (d) Tái tạo mô học vị trí của các điện cực kích thích BSR ở vùng dưới đồi bên của chuột chỉ tiếp cận (hình tam giác), chuột tiếp cận hạn chế (hình vuông) và chuột tiếp cận mở rộng (hình tròn).

D2R xuất hiện ở chuột béo phì: vai trò trong thâm hụt phần thưởng

Tiếp theo, chúng tôi thử nghiệm giả thuyết rằng việc tiêu thụ quá nhiều chế độ ăn uống ở quán cà phê ngon miệng có thể làm giảm mật độ D2R của thể vân, góp phần vào sự phát triển của chứng giảm mẫn cảm phần thưởng giống như nghiện. Một nhóm mới gồm những con chuột chỉ ăn thức ăn chow, những con chuột tiếp cận hạn chế và tiếp cận mở rộng đã được phép sử dụng chế độ ăn uống trong nhà ăn cho đến khi có sự gia tăng có ý nghĩa thống kê về trọng lượng cơ thể ở những con chuột được tiếp cận mở rộng so với nhóm chỉ ăn thịt gà (P <0.05 ; Hình 4a). Biểu hiện sọc của dạng liên kết màng được báo cáo là bị glycosyl hóa nặng (~ 70 kDa) của D2R ở chuột tiếp cận mở rộng thấp hơn so với chuột chỉ tiếp cận hạn chế hoặc chỉ ăn thịt (Hình 4b; xem Phương pháp trực tuyến). Khi chúng tôi chia những con chuột trong mỗi nhóm tiếp cận thành hai nhóm con trên cơ sở phân chia trung bình trọng lượng cơ thể (nhẹ hoặc nặng), chúng tôi nhận thấy mối quan hệ nghịch đảo rõ ràng giữa trọng lượng cơ thể và biểu hiện D2R thể vân (Hình 4a, c). Chúng tôi không phát hiện thấy sự giảm biểu hiện có ý nghĩa thống kê của các dạng chưa trưởng thành chưa được phân giải (~ 39 kDa) và tế bào chất được glycosyl hóa ngay lập tức (~ 51 kDa) của D2R (Hình bổ sung 4) 17, cho thấy rằng biểu hiện D2R thể vân ở chuột tiếp cận mở rộng có lẽ là được điều hòa thông qua các cơ chế sau phiên mã.

Hình 4: Tăng cân có liên quan nghịch với mức D2R nổi bật.

(a) Chuột chỉ chow, tiếp cận hạn chế và tiếp cận mở rộng được chia thành hai nhóm theo điều kiện tiếp cận dựa trên sự phân chia trung bình của trọng lượng cơ thể: nhẹ (L) hoặc nặng (H). (b) Toàn bộ phức hợp thể vân được thu thập từ tất cả chuột và mức D2R trong mỗi nhóm được đo bằng phương pháp thấm phương tây. Dải D2R liên kết với màng được phân giải ở 70 kDa, và kiểm soát tải protein được hiển thị bên dưới (β-actin, 43 kDa). Các khe miễn dịch có chiều dài đầy đủ được thể hiện trong Hình bổ sung 12. (c) Lượng tương đối của D2R trong thể vân của chuột chỉ chow, tiếp cận hạn chế và tiếp cận mở rộng được định lượng bằng phương pháp đo mật độ (F2,6 = 5.2, P <0.05, chính ảnh hưởng của truy cập; * P <0.05 và ** P <0.01 so với nhóm chow-only-L).

Tiếp theo, để kiểm tra mức độ phù hợp về chức năng của việc giảm chế độ ăn kiêng trong D2R nổi bật đối với chức năng thưởng cho não, chúng tôi đã thiết kế và xác nhận một vec tơ lentivirus để cung cấp một RNA kẹp tóc ngắn (shRNA) để hạ gục D2R (Lenti-D2R; 5 và hình bổ sung 5). Ngưỡng thưởng bắt đầu tăng ở chuột được điều trị bằng Lenti-D2Rsh gần như ngay lập tức khi được phép truy cập mở rộng vào chế độ ăn của quán cà phê, trong khi ngưỡng thưởng vẫn không thay đổi ở chuột truy cập mở rộng được điều trị bằng vec tơ lent trống rỗng (kiểm soát Lenti) trong khoảng thời gian tương đối ngắn quyền truy cập vào chế độ ăn uống của quán cà phê (14 d; Fig. 6a). Độ trễ phản hồi không được thay đổi trong cả hai nhóm chuột, cho thấy hiệu ứng này không phải là thứ yếu so với thâm hụt trong thực hiện nhiệm vụ (Hình bổ sung. 6). Ngưỡng phần thưởng cũng không được thay đổi ở những con chuột được điều trị bằng Lenti-D2Rsh hoặc Lenti-control chỉ có quyền truy cập chow trong cùng khoảng thời gian (Hình 6b).

Ngưỡng vẫn duy trì ở mức cao trong suốt thời gian kiêng thêm 15 d khi tất cả chuột chỉ có quyền truy cập vào chow tiêu chuẩn (Hình bổ sung. 7). Do đó, việc loại bỏ D2R nổi bật đã làm tăng tính dễ bị tổn thương đối với sự suy giảm phần thưởng do chế độ ăn kiêng nhưng không làm thay đổi hoạt động cơ bản của các hệ thống thưởng cho não.

Hình 5: Sự sụp đổ qua trung gian Lentillin của biểu hiện D2R nổi bật.

(a) Biểu diễn bằng đồ thị của các vùng vân trong đó Lenti-D2Rsh được thể hiện quá mức. Các vòng tròn màu xanh lá cây ở bán cầu thể vân bên trái đại diện cho các vị trí nhắm mục tiêu truyền virus. Nhuộm màu xanh lá cây ở bán cầu thể vân bên phải là phương pháp nhuộm hóa học miễn dịch đại diện cho protein huỳnh quang xanh lục (GFP) từ não của chuột Lenti-D2Rsh. (b) Biểu hiện miễn dịch đại diện của sự giảm biểu hiện D2R trong thể vân của chuột Lenti-D2Rsh. Các khe miễn dịch có độ dài đầy đủ được thể hiện trong Hình bổ sung 13. (c) Lượng tương đối của D2R trong thể vân của chuột Lenti-đối chứng và Lenti-D2Rsh, được định lượng bằng phương pháp đo mật độ (* P <0.05 so với nhóm đối chứng Lenti, thử nghiệm post hoc ). (d) Không phát hiện được sự xâm nhiễm của tế bào thần kinh đệm trong thể vân bởi vectơ Lenti-D2Rsh. Màu xanh lá cây là GFP từ vi rút; màu đỏ là protein axit xơ thần kinh đệm hình sao đánh dấu tế bào hình sao (GFAP); nhân tế bào được nhuộm DAPI màu xanh lam nổi bật. Các mũi tên màu trắng chỉ ra một khu vực cục bộ của bệnh thần kinh đệm chỉ được tìm thấy ở vị trí tiêm vi rút trong thể vân chứ không phải ở các mô xung quanh nơi vi rút đã khuếch tán vào. Ngay cả trong lĩnh vực này, không có tế bào hình sao nào dương tính với GFP. Các mũi tên màu vàng trong hình ảnh phóng đại làm nổi bật các tế bào hình sao âm tính với GFP điển hình đã được phát hiện. (e) Mức độ nhiễm trùng tế bào thần kinh cao trong thể vân bởi vector Lenti-D2Rsh. Màu xanh lá cây là GFP từ vi rút; màu đỏ là chất đánh dấu nhân thần kinh NeuN; nhân tế bào được nhuộm DAPI màu xanh lam nổi bật. Các mũi tên màu vàng trong hình ảnh phóng đại làm nổi bật các tế bào thần kinh dương tính với GFP và NeuN trong thể vân. (f) Hình ảnh phóng đại cao hơn của tế bào thần kinh bị nhiễm virus (GFP dương tính) trong thể vân của chuột Lenti-D2Rsh cho thấy các đặc điểm hình thái điển hình của tế bào thần kinh có gai trung bình.

Hình 6: Knockdown của D2R nổi bật làm tăng tính dễ bị tổn thương đối với rối loạn chức năng ở chuột với quyền truy cập mở rộng vào chế độ ăn uống trong quán cà phê.

(a) Phần trăm thay đổi trung bình (± sem) so với ngưỡng thưởng ban đầu ở chuột Lenti-đối chứng và Lenti-D2Rsh đã mở rộng quyền truy cập vào chế độ ăn uống trong nhà ăn trong 14 ngày liên tiếp (vi rút: F1,156 = 5.9, P <0.05; thời gian: F13,156 = 2.2, P <0.05; tương tác giữa virus × thời gian: F13,156 = 2.2, P <0.05; #P <0.05, hiệu ứng tương tác). (b) Tỷ lệ phần trăm thay đổi trung bình (± sem) so với ngưỡng thưởng ban đầu ở chuột Lenti-control và Lenti-D2Rsh chỉ có quyền truy cập chow. (c) Lượng calo trung bình (± sem) của chuột trong 14 ngày chỉ chow chow hoặc tiếp cận mở rộng (truy cập: F2,28 = 135.6, *** P <0.0001). (d) Tăng cân trung bình (± sem) trong 14 ngày chỉ chow hoặc truy cập mở rộng (truy cập: F2,28 = 96.4, P <0.0001; *** P <0.001, tác động chính của truy cập).

Chúng tôi thấy rằng lượng calo tiêu thụ (Hình 6c) và tăng cân (Hình 6d) tương tự nhau trong Lenti-D2Rsh và các nhóm kiểm soát Lenti tương ứng trong điều kiện truy cập chỉ chow hoặc mở rộng (Figs bổ sung. 8 và 9). Do đó, việc hạ gục D2R trong giai đoạn đầu đã thay đổi không ưu tiên cho chế độ ăn uống tại quán cà phê cũng như tổng lượng calo khi thực phẩm có thể ăn được miễn phí để tiêu thụ.

Ăn uống bắt buộc ở chuột béo phì: vai trò của D2R nổi bật

Tiếp theo, chúng tôi kiểm tra giả thuyết rằng việc ăn uống giống như cưỡng chế có thể xuất hiện ở những con chuột có khả năng tiếp cận lâu hơn với chế độ ăn ở quán cà phê và sự thiếu hụt tín hiệu D2R thể vân có thể góp phần gây ra hiệu ứng này. Một nhóm mới gồm những con chuột chỉ ăn thức ăn chow, hạn chế tiếp cận và tiếp cận mở rộng được phép vào chế độ ăn uống trong nhà ăn trong> 40 ngày cho đến khi xảy ra sự gia tăng trọng lượng có ý nghĩa thống kê ở những con chuột kéo dài (P <0.05 so với chuột chỉ ăn thịt; dữ liệu không cho xem). Cả ba nhóm chuột sau đó chỉ được phép tiếp cận 30 phút mỗi ngày với chế độ ăn uống tại nhà ăn trong 5–7 ngày trong buồng mở cho đến khi đạt được lượng ăn vào ổn định (được định nghĩa là sự thay đổi <10% trong lượng ăn hàng ngày). Một nửa số chuột trong mỗi điều kiện tiếp cận sau đó được tiếp xúc với ánh sáng (kích thích có điều kiện) kết hợp với việc bị sốc chân (nhóm bị trừng phạt), trong khi số chuột còn lại trong mỗi nhóm được tiếp xúc với ánh sáng tín hiệu trong trường hợp không bị sốc chân (nhóm không bị trừng phạt ). Vào ngày thử nghiệm, chúng tôi đã xem xét tác động của việc tiếp xúc với ánh sáng tín hiệu đối với việc tiêu thụ thức ăn ngon miệng (Hình 7; xem Phương pháp Trực tuyến). Chúng tôi nhận thấy rằng lượng calo trung bình tiêu thụ trong các phiên cơ bản 30 phút cao hơn ở những con chuột chỉ ăn thịt và hạn chế tiếp cận so với những con chuột tiếp cận mở rộng (Hình 7a, b). Điều này cho thấy rằng những con chuột chỉ được chow và những con chuột tiếp cận bị hạn chế sẽ ngấu nghiến thức ăn ngon miệng trong các phiên truy cập liên tục kéo dài 30 phút, phản ánh trong thực tế là những con chuột này tiêu thụ ~ 40–50% lượng calo hàng ngày của chúng, thường là ~ 100 kCal, trong các phiên này (Hình 7a, b). Ngược lại, những con chuột tiếp cận mở rộng dường như không thể phát triển hành vi ăn theo kiểu ăn uống vô độ này, có lẽ bởi vì lịch sử của chúng gần như không giới hạn đối với thức ăn ngon trong hơn 40 ngày liên tục đã thiết lập các kiểu ăn uống tương đối khó thay đổi. Vào ngày thử nghiệm, chúng tôi không quan sát thấy ảnh hưởng có ý nghĩa thống kê nào của việc phát lại ánh sáng tín hiệu đối với việc tiêu thụ thức ăn ở những con chuột không bị trừng phạt từ nhóm chỉ ăn thịt, tiếp cận hạn chế hoặc tiếp cận mở rộng khi so sánh với lượng ăn vào trong giai đoạn cơ bản (Hình 7a). Do đó, một mình đèn tín hiệu không có khả năng động viên. Ở những con chuột bị trừng phạt, ánh sáng tín hiệu được ghép nối với cú sốc làm giảm đáng kể lượng thức ăn hấp thụ ở những con chuột chỉ ăn thịt và bị hạn chế tiếp cận. Tuy nhiên, đèn tín hiệu không ảnh hưởng đến lượng thức ăn ngon miệng ở những con chuột tiếp cận mở rộng, cho thấy rằng việc tiêu thụ của chúng không nhạy cảm với các tín hiệu môi trường thù địch dự đoán nghịch cảnh. Năng lượng tiêu thụ cơ bản ở chuột tiếp cận mở rộng thấp hơn so với các nhóm khác. Tuy nhiên, vì lượng thức ăn chow ăn vào trong các khoảng thời gian tương tự thấp hơn nhiều (Hình 7d), nên không chắc rằng điều này thể hiện 'hiệu ứng sàn' làm nhầm lẫn phát hiện của chúng tôi. Cùng với nhau, dữ liệu của chúng tôi ủng hộ ý tưởng rằng hành vi ăn uống giống như cưỡng chế có thể xuất hiện ở những con chuột tiếp cận kéo dài theo cách tương tự như hành vi bắt buộc uống cocaine ở những con chuột có tiền sử tiếp cận nhiều với ma túy18.

Hình 7: Phản ứng giống như bắt buộc đối với thực phẩm hợp khẩu vị.

(a) Mức tiêu thụ chế độ ăn uống ngon miệng trung bình (± sem) ở những con chuột không bị trừng phạt trong các phiên cơ bản 30 phút và vào ngày thử nghiệm khi những con chuột tiếp xúc với một kích thích điều hòa trung tính mà trước đó không được ghép nối với sốc chân độc hại (truy cập: F2,20 = 5.2, P <0.05; #P <0.05 so với chuột chỉ chow). (b) Mức tiêu thụ chế độ ăn uống ngon miệng trung bình (± sem) ở những con chuột bị trừng phạt trong 30 phút ban đầu và vào ngày thử nghiệm khi những con chuột tiếp xúc với một kích thích có điều kiện mà trước đó đã kết hợp với sốc chân độc hại (truy cập: F2,21 = 3.9 , P <0.05; tín hiệu: F1,21 = 8.6, P <0.01; truy cập × tương tác tín hiệu: F2,21 = 4.7, P <0.05; * P <0.05 so với lượng tiêu thụ trong phiên cơ bản, #P <0.05 so với chuột chỉ chow). (c) Mức tiêu thụ chế độ ăn uống ngon miệng trung bình (± sem) trong các phiên cơ bản kéo dài 30 phút và vào ngày thử nghiệm ở chuột Lenti-đối chứng và Lenti-D2Rsh trước đây chỉ ăn chow hoặc mở rộng quyền truy cập vào chế độ ăn ở quán cà phê (gợi ý: F1,26, 29.7 = 0.0001, P <0.05; * P <0.01, ** P <30 so với lượng ăn vào trong các buổi ban đầu, bài kiểm tra sau học tập). (d) Mức tiêu thụ trung bình (± sem) chow chow trong các phiên cơ bản 2 phút và vào ngày thử nghiệm ở chuột Lenti-đối chứng và Lenti-D1,26Rsh mà trước đây chỉ có chow hoặc mở rộng quyền truy cập vào chế độ ăn tại nhà ăn (cue: F44.9 = 0.0001, P <0.05; * P <0.01, ** P <XNUMX so với lượng ăn vào trong các buổi ban đầu, bài kiểm tra sau học tập).

Cuối cùng, chúng tôi đã kiểm tra tác động của kích thích có điều kiện kết hợp trừng phạt đối với lượng thức ăn ở chuột Lenti-đối chứng và Lenti-D2Rsh mà trước đây chỉ được ăn chow hoặc được tiếp cận nhiều hơn với chế độ ăn ở quán cà phê (chuột từ Hình 6). Chúng tôi nhận thấy rằng lượng thức ăn ban đầu hợp khẩu vị trong các phiên cơ sở kéo dài 30 phút là tương tự cao (~ 40 kCal) ở cả bốn nhóm (Hình 7c). Ngoài ra, tổng lượng tiêu thụ chow hàng ngày (trong chuồng gia đình) là tương tự giữa tất cả bốn nhóm chuột trong các buổi điều hòa và trong ngày thử nghiệm (Hình 10). Do đó, 14 ngày trước khi tiếp cận với chế độ ăn uống trong nhà ăn không đủ để ngăn chặn hành vi ăn uống say sưa theo cách tương tự như đã thấy ở những con chuột có hơn 40 ngày tiếp cận với chế độ ăn uống trong nhà ăn (Hình 7a, b). Kích thích ánh sáng tín hiệu phản đối làm gián đoạn lượng thức ăn ngon miệng ở chuột Lenti-control và Lenti-D2Rsh mà trước đây chỉ có quyền tiếp cận chow (Hình 7c). Tương tự, tác nhân kích thích có điều kiện thù địch làm gián đoạn lượng thức ăn ngon miệng ở những con chuột đối chứng với Lenti mà trước đó đã được 14 ngày tiếp cận với chế độ ăn uống trong nhà ăn. Ngược lại, tác nhân kích thích có điều kiện thù địch không ảnh hưởng đến việc tiêu thụ thức ăn ngon miệng ở chuột Lenti-D2Rsh trước đó đã được 14 ngày tiếp cận lâu hơn với chế độ ăn uống trong nhà ăn (Hình 7c). Ngưỡng BSR vẫn tăng đáng kể ở những con chuột này khi được ghi lại 48 giờ sau phiên thử nghiệm, trong khi ngưỡng này vẫn ổn định và không thay đổi ở ba nhóm chuột khác

(Hình bổ sung 11). Để xác minh rằng khả năng chống lại kích thích có điều kiện, việc ức chế lượng thức ăn có thể ăn được ở chuột Lenti-D2Rsh không phải là thứ yếu đối với sự suy giảm trong các quy trình điều hòa cổ điển, chúng tôi đã thử nghiệm tác động của kích thích có điều kiện khó chịu đối với việc tiêu thụ ít tiêu chuẩn Tất cả bốn nhóm chuột. Trái ngược với việc tiêu thụ thực phẩm ngon miệng, chúng tôi thấy rằng cả bốn nhóm chuột đều ăn ít chow (~ 2 kCal) trong các phiên cơ bản tối thiểu của 30 (Hình 7d) và việc ăn chow bị gián đoạn trong cả bốn nhóm một cường độ tương tự khi tiếp xúc với các kích thích có điều kiện gây khó chịu (Hình 7d). Những dữ liệu này chứng minh rằng sự sụp đổ của D2R nổi bật đã thúc đẩy nhanh chóng sự xuất hiện của việc ăn thức ăn ngon miệng bắt buộc, nhưng chỉ ở những con chuột có lịch sử tiếp cận mở rộng. Hơn nữa, vì việc ăn uống bắt buộc chỉ được phát hiện ở những con chuột Lenti-D2Rsh có ngưỡng BSR tăng cao, nên việc giảm cân bằng chế độ ăn kiêng có thể là một tiền đề cần thiết cho sự xuất hiện của việc tìm kiếm thức ăn bắt buộc.

Thảo luận

Dễ tiếp cận với thực phẩm giàu chất béo ngon miệng được coi là một yếu tố rủi ro môi trường quan trọng đối với bệnh béo phì19. Chúng tôi thấy rằng việc truy cập mở rộng vào chế độ ăn uống theo phong cách quán cà phê rất ngon miệng dẫn đến ăn quá nhiều và tăng cân cùng với việc tăng dần ngưỡng BSR ở chuột. Tác động này đối với ngưỡng BSR có thể được giải thích bằng cách giảm dần khả năng đáp ứng của các mạch thưởng não, một cách giải thích phù hợp với thực tế là hạn chế thực phẩm và giảm cân có thể làm tăng 20, trong khi việc cho ăn quá mức có thể làm giảm tạm thời 21, đáp ứng với BSR ở chuột. Phát hiện này đại diện cho một phần mở rộng của công việc cho thấy rằng việc cho chuột ăn quá mức cấp tính thông qua một ống cho ăn nội tâm21, và gây khó chịu ở dạ dày hoặc truyền glucagon tiêm tĩnh mạch bắt chước phản ứng của thuốc hạ sốt sau phẫu thuật đối với phản ứng sau của BS kích thích22. Công việc trước đây cũng đã chỉ ra rằng chuột cho ăn nhiều lần qua ống nội khí quản cho đến khi trọng lượng của chúng tăng ~ 23 g tương tự làm giảm tỷ lệ đáp ứng với BSR, một hiệu ứng vẫn tồn tại cho đến khi trọng lượng cơ thể bình thường hóa 24. Như trong những phát hiện này ở chuột, phản ứng ở mèo đối với BSR vùng dưới đồi bị ức chế khi cho ăn trước đó với satiation25, cho thấy sự tương tác giữa chức năng thưởng của não và trạng thái trao đổi chất cũng được bảo tồn và do đó cũng có khả năng xảy ra ở người. Dễ tiếp cận và do đó ăn quá nhiều chế độ ăn kiêng kiểu quán cà phê ở người được coi là một đóng góp môi trường quan trọng cho dịch bệnh béo phì hiện nay trong xã hội phương Tây200. Dữ liệu của chúng tôi cho thấy rằng sự suy giảm phần thưởng phát sinh ở những con chuột ăn quá nhiều một chế độ ăn kiêng ngon miệng tương tự như con người tiêu thụ và hiệu ứng này trở nên tồi tệ hơn khi chúng tăng cân. Đáng chú ý, tất cả những con chuột có độ cao ngưỡng thưởng ≥23% đều có các điện cực BSR nằm trong ~ 26 μm của fornix dorsolaterally. Độ nhạy của các tế bào thần kinh liên quan đến phần thưởng trong khu vực này được tăng lên do hạn chế thực phẩm theo cách nhạy cảm với hormone leptin có nguồn gốc từ chất béo, và vùng não này được coi là chất nền quan trọng cho phần thưởng thực phẩm19. Do đó, các mạch não điều chỉnh khoái cảm thực phẩm bị ức chế bởi các tín hiệu dự báo dự đoán về cảm giác no, phù hợp với các nghiên cứu hình ảnh gần đây của con người cho thấy sự xáo trộn dạ dày 20 và yếu tố sau bữa ăn có nguồn gốc từ ruột của YY500-27 (PYY) tham gia xử lý khen thưởng. Ngoài ra, hệ thống thưởng cũng bị ức chế do tăng cân quá mức. Các báo cáo gần đây chỉ ra rằng leptin tuần hoàn, một chất điều hòa chính của cân bằng năng lượng, có thể xâm nhập vào các mô não và ức chế hoạt động của các mạch thưởng28, 3, 36, 29.

Sự thiếu hụt phần thưởng ở những con chuột thừa cân có thể phản ánh sự suy giảm mang tính phản truyền trong độ nhạy cơ bản của các mạch khen thưởng của não để chống lại sự kích thích quá mức của chúng bởi thức ăn ngon. Sự suy giảm chức năng phần thưởng do chế độ ăn uống gây ra như vậy có thể góp phần vào sự phát triển của bệnh béo phì bằng cách tăng động lực tiêu thụ các chế độ ăn kiêng có phần thưởng cao để tránh hoặc giảm bớt trạng thái phần thưởng tiêu cực này6, 32. Điều này có thể giải thích cho chứng giảm ăn mà chúng tôi đã quan sát được trong tiếp cận mở rộng chuột và ở một mức độ thấp hơn ở những con chuột bị hạn chế tiếp cận khi thức ăn ngon đã được rút ra và chỉ có loại chow ít ngon hơn. Một kịch bản như vậy cũng phù hợp với dữ liệu từ các nghiên cứu hình ảnh não người, trong đó làm giảm quá trình kích hoạt thể vân để phản ứng với thức ăn ngon miệng, đặc biệt ở những người có đa hình di truyền được cho là làm giảm biểu hiện D2R của thể vân, có liên quan đến tăng cân lâu dài Vẫn chưa rõ liệu sự giảm nhạy cảm với phần thưởng ở những người béo phì có biểu hiện trước khi phát triển bệnh béo phì và chỉ liên quan đến các yếu tố di truyền ('hội chứng thiếu phần thưởng') hay việc ăn quá nhiều có thể gây ra gián đoạn trong quá trình xử lý phần thưởng. Dữ liệu của chúng tôi chứng minh rằng khả năng tiếp cận mở rộng với thực phẩm năng lượng cao hợp khẩu vị và việc ăn uống quá nhiều sau đó thưởng cho sự nhạy cảm và do đó có thể đại diện cho một cơ chế khoái cảm quan trọng thúc đẩy sự phát triển của bệnh béo phì. Rối loạn chức năng khen thưởng tương tự như được báo cáo ở đây ở chuột béo phì cũng được phát hiện ở những con chuột có tiền sử tiếp cận nhiều với cocaine tiêm tĩnh mạch hoặc tự dùng heroin, nhưng không phải ở những con có tiền sử hạn chế tiếp cận 4, 12, 13. Hơn nữa, quá trình chuyển đổi từ Việc tìm kiếm ma túy không thường xuyên để cưỡng chế đã được đề xuất là kết quả của nỗ lực làm giảm bớt tình trạng dai dẳng của phần thưởng giảm đi do rối loạn chức năng khen thưởng do ma túy gây ra này14, 12, 32. Do đó, dữ liệu của chúng tôi chỉ ra rằng béo phì và nghiện ma túy có thể có chung cơ chế hưởng thụ cơ bản.

Sự điều hòa giảm của biểu hiện D2R nổi bật là một phản ứng thần kinh đáng chú ý đối với việc tiêu thụ quá mức thực phẩm có thể ăn được. Thật vậy, giảm mật độ D2R nổi bật ở những người thừa cân4, 34 và động vật gặm nhấm35, 36. Ngược lại, những người mắc chứng chán ăn tâm thần đã tăng D2R37 trong giai đoạn đầu, và giảm cân ở những người béo phì sau khi phẫu thuật cắt bỏ dạ dày (cắt dạ dày) có liên quan đến mật độ D2R tăng cao28. Sự đa hình gen được gọi là alen TaqIA A1 dẫn đến giảm mật độ D2R xuất hiện và các cá thể chứa alen này được đại diện quá mức trong quần thể béo phì4. Các alen TaqIA cũng làm tăng tính dễ bị tổn thương do nghiện rượu, thuốc phiện và thuốc kích thích tâm thần38. Do đó, việc giảm mật độ D2R xuất hiện xảy ra hoặc thông qua các yếu tố di truyền cấu thành hoặc do hậu quả của việc ăn quá nhiều có thể góp phần vào các cơ chế sinh lý thần kinh của bệnh béo phì. Chúng tôi thấy rằng mức độ nổi bật của đồng dạng 70 kDa D2R, được cho là phản ánh D2R liên quan đến màng, có liên quan nghịch đảo đến trọng lượng cơ thể ở chuột từ các nhóm truy cập mở rộng, chỉ truy cập hạn chế và truy cập mở rộng (Hình. 4). Gõ xuống biểu hiện D2R nổi bật, nổi bật nhất là ở vùng vây lưng (Hình 5), khiến ngưỡng BSR tăng gần như ngay lập tức khi tiếp xúc với chế độ ăn kiêng. Do đó, giảm biểu hiện D2R nổi bật đã nhanh chóng đẩy nhanh sự xuất hiện của suy giảm phần thưởng ở chuột với khả năng tiếp cận mở rộng với thực phẩm có vị giác cao, một phát hiện phù hợp với dữ liệu hình ảnh não người cho thấy sự thiếu hụt mật độ D2R xuất hiện góp phần giảm thiểu ở những người béo phì.

Ba tính năng của chuột Lenti-D2Rsh cũng rất đáng chú ý. Đầu tiên, mặc dù hạ gục D2R nổi bật kết hợp với quyền truy cập mở rộng vào chế độ ăn uống hợp lý dẫn đến tăng ngưỡng BSR, không có sự khác biệt về lượng calo hoặc tăng cân ở những con chuột này so với chuột kiểm soát. Điều này có thể phản ánh rằng thực tế là chuột chỉ có 14 d truy cập vào chế độ ăn kiêng; thời gian truy cập lâu hơn có thể dẫn đến tăng cân cao hơn theo thời gian, tương tự như mức độ nhạy cảm cao hơn đối với việc tăng cân gặp ở người bị thiếu hụt tín hiệu D2R nổi bật4. Tuy nhiên, lợi thế của việc giới hạn quyền truy cập vào chế độ ăn uống ở quán cà phê chỉ với 14 d là những con chuột bị hạ gục với quyền truy cập mở rộng là nhóm duy nhất cho thấy ngưỡng BSR tăng cao và điều này cho phép chúng tôi đánh giá vai trò tiềm năng của việc hạ thấp phần thưởng trong sự phát triển bắt buộc ăn uống (xem bên dưới). Thứ hai, ngưỡng BSR vẫn ổn định và không bị thay đổi trong những con chuột bị hạ gục chỉ có quyền truy cập vào chow. Điều này chỉ ra rằng chỉ riêng biểu hiện D2R giảm là không đủ để gây mẫn cảm với phần thưởng; thay vào đó, nó dường như tương tác với việc tiêu thụ quá nhiều thực phẩm có thể ăn được để đẩy nhanh sự xuất hiện của tình trạng giảm độ nhạy thưởng này. Do đó, các phản ứng thích nghi khác trong các mạch thưởng cho não có thể kích hoạt sự mẫn cảm ở chuột với quyền truy cập mở rộng vào chế độ ăn uống của quán cà phê. Với suy nghĩ này, chúng tôi lưu ý rằng chất chủ vận D2R bromocriptine làm giảm mức độ lưu hành của leptin39 và leptin ức chế việc cho ăn ít nhất một phần bằng cách ức chế các vùng xuất hiện kiểm soát phản ứng hedonic đối với thực phẩm3, 30, 31. Do đó, có thể điều hòa giảm D2R trong điều trị đáp ứng với việc tăng trọng lượng cơ thể làm tăng tín hiệu leptin và do đó làm tăng tác dụng ức chế của adipokine này trên các hệ thống thưởng cho não. Cuối cùng, chúng tôi lưu ý rằng chúng tôi đã nhắm mục tiêu các vectơ lentillin của chúng tôi vào vùng vây lưng. Điều này chủ yếu là vì lý do kỹ thuật, vì việc đặt cannulae bên để đưa virus vào vùng thượng vị cũng cho phép chúng tôi điều chỉnh điện cực kích thích vùng dưới đồi để xác định ngưỡng BSR. Do đó, có thể việc nhắm mục tiêu của D2R để hạ gục ở các khu vực khác của vùng, đặc biệt là vùng lưng và vùng bụng (lõi accumbens và vỏ), có thể đã tăng ngưỡng BSR ngay cả khi không có chế độ ăn kiêng.

Thể vân lưng có liên quan nhiều đến việc học loại thói quen đáp ứng kích thích, thể hiện trong sự phát triển của hành vi tiêu thụ không nhạy cảm với sự mất giá bằng cách cho ăn trước khi no hoặc bằng cách kết hợp với các kích thích độc hại40. Bằng cách nhắm mục tiêu chủ yếu vào thể vân lưng, chúng tôi có thể đã đánh bật các quần thể D2R điều chỉnh tính dễ bị tổn thương của chuột đối với sự phát triển của thói quen ăn uống cưỡng chế. Để phù hợp với vai trò của D2Rs thể vân trong các hành vi cưỡng chế, alen TaqIA của vị trí gen DRD2 – ANKK1 ở người — dẫn đến mật độ D2R thể vân thấp 5, làm mờ sự hoạt hóa của thể vân để đáp ứng với thức ăn ngon miệng4 và làm tăng khả năng dễ bị béo phì4 — cũng liên quan đến những thiếu sót trong học tập để tránh những hành động gây hậu quả tiêu cực41. Mất kiểm soát ức chế đối với hành vi có thể gây ra kết quả tiêu cực là đặc điểm đặc trưng của cả béo phì và nghiện ma túy, trong đó các hành vi tiêu cực vẫn tồn tại bất chấp những hậu quả tiêu cực về xã hội, sức khỏe hoặc tài chính. Hành vi uống cocain ở những con chuột có tiền sử uống nhiều ma túy có thể trở nên không linh hoạt và có khả năng chống lại sự gián đoạn bởi một kích thích có điều kiện dự đoán kết quả tiêu cực (sốc chân) 18. Tương tự, những con chuột trước đây được tiếp cận với chế độ ăn nhiều chất béo ngon miệng sẽ dành nhiều thời gian hơn trong môi trường không thích hợp (ánh sáng rực rỡ) để có được thức ăn ngon miệng hơn những con chuột không có kinh nghiệm về chế độ ăn này42. Chúng tôi nhận thấy rằng việc tiêu thụ thức ăn hợp khẩu vị ở những con chuột được tiếp cận nhiều hơn với chế độ ăn ở quán cà phê tương tự không nhạy cảm với một tác nhân kích thích có điều kiện. Phù hợp với vai trò đối với D2Rs ở thể vân trong tác dụng này, việc ăn uống giống như ép buộc đã được tìm thấy ở những con chuột ăn thịt D2R thể vân trước đây đã được 14 ngày tiếp cận với chế độ ăn uống trong nhà ăn nhưng không phải ở nhóm đối chứng. Từ góc độ hệ thần kinh, khả năng tiếp cận nhiều hơn với thức ăn ngon miệng có thể kích hoạt tính dẻo trong các con đường corticostriatal, do đó khiến động vật dễ bị tổn thương hơn khi phát triển các hành vi giống như cưỡng chế, với sự thiếu hụt trong tín hiệu D2R thể vân tăng cường quá trình này. Thật vậy, mật độ D2R thể vân giảm ở những người béo phì có tương quan với giảm chuyển hóa ở các khu vực vỏ não trước trán và quỹ đạo phía trước43 có tác dụng kiểm soát hành vi ức chế44.

Đáng chú ý, việc tiêu thụ thực phẩm ngon miệng giống như bắt buộc chỉ được phát hiện ở những con chuột bị đánh đập mà trước đó đã mở rộng quyền truy cập vào chế độ ăn uống của quán cà phê, không phải trong những con chuột kiểm soát đã mở rộng chế độ ăn uống trong quán cà phê trong cùng khoảng thời gian truy cập chỉ chow. Sự khác biệt chính giữa những con chuột bị hạ gục với quyền truy cập mở rộng trước đó và với các nhóm khác là ngưỡng BSR tăng cao liên tục của chúng. Điều này có thể phản ánh nguồn gốc sinh học thần kinh phổ biến của sự suy giảm khen thưởng và sự xuất hiện của việc ăn uống giống như bắt buộc, là hiện tượng trùng khớp tạm thời nhưng hiện tượng độc lập. Ngoài ra, sự suy giảm phần thưởng do chế độ ăn kiêng có thể đóng vai trò là chất nền cho sự củng cố tiêu cực tạo điều kiện cho sự phát triển của việc ăn uống giống như bắt buộc14, 32, 33. Dù là cơ chế cơ bản nào, những phát hiện của chúng tôi chứng minh rằng phản ứng bắt buộc giống như nghiện đối với thực phẩm có thể ăn được có thể xuất hiện ở chuột béo phì và chỉ ra rằng thâm hụt trong D2R nổi bật làm tăng tính dễ bị tổn thương đối với sự phát triển của hành vi này.

Tóm lại, chúng tôi thấy rằng việc kích thích quá mức các hệ thống thưởng cho não thông qua việc tiêu thụ quá nhiều thực phẩm đậm đặc, giàu năng lượng sẽ gây ra tình trạng mẫn cảm với phần thưởng và sự phát triển của việc ăn uống bắt buộc. Những phản ứng hành vi không lành mạnh ở chuột béo phì có thể phát sinh từ sự thiếu hụt do chế độ ăn kiêng trong tín hiệu D2R nổi bật. Việc tiêu thụ quá nhiều thuốc lạm dụng tương tự làm giảm mật độ D2R trong giai đoạn đầu, gây ra tình trạng suy giảm khả năng và gây ra sự xuất hiện của các hành vi dùng thuốc giống như bắt buộc. Do đó, những phát hiện của chúng tôi hỗ trợ công việc trước đây 4, 19, 42, 45, 46, 47 trong việc chỉ ra rằng béo phì và nghiện ma túy có thể phát sinh từ các phản ứng kích thích thần kinh tương tự trong các mạch thưởng não.

Phương pháp

Chuột

Chuột Wistar đực có trọng lượng 300 đấu 350 g khi bắt đầu thí nghiệm được lấy từ Charles River. Khi đến nơi, chuột được nhốt riêng ở nhiệt độ không đổi trên chu kỳ tối ánh sáng 12-h (đèn sáng ở 2200 h). Chuột được phép truy cập libitum quảng cáo vào chow trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩn và nước trong suốt thời gian thử nghiệm. Tất cả các thủ tục đã được phê duyệt bởi Ủy ban Chăm sóc và Sử dụng Động vật Thể chế của Florida, và chuột được điều trị theo các hướng dẫn được đưa ra bởi Viện Y tế Quốc gia về các nguyên tắc chăm sóc động vật.

Quy trình phẫu thuật.

Chuột được điều chế bằng điện cực kích thích BSR lần đầu tiên được gây mê bằng cách hít 1 đấu 3% isoflurane trong oxy và đặt trong khung hình lập thể (Kopf). Các điện cực lưỡng cực BSR (dài 11 mm) được cấy vào vùng dưới đồi phía sau (phía trước, 0.5 mm từ bregma; trung gian, ± 1.7 mm từ đường giữa; dorsoventral, 8.3 mm từ đường giữa; ) 5. Những con chuột được tiêm virus cũng được chuẩn bị bằng ống dẫn hướng song phương (thước đo 47, dài 23 mm) nằm phía trên vân (trước mắt, 14 mm từ bregma; trung gian, ± 2.8 mm từ đường giữa; dorsoventral, X với bút cảm ứng 3.1-mm. Bốn ốc vít hộp sọ bằng thép không gỉ và acrylic nha khoa giữ điện cực và ống thông hơi tại chỗ. Vết thương phẫu thuật được điều trị bằng kháng sinh tại chỗ mỗi lần 2.4 h cho 48 d sau phẫu thuật. Chuột được cho phép 14 Gian 12 d phục hồi sau phẫu thuật và sau đó được huấn luyện về quy trình ngưỡng BSR.

Thủ tục BSR.

Chuột được huấn luyện để đáp ứng kích thích BSR theo quy trình ngưỡng hiện tại thử nghiệm rời rạc tương tự như mô tả ở nơi khác 10, 14. Tóm lại, các mức hiện tại của BSR rất đa dạng trong các chuỗi giảm dần và tăng dần xen kẽ trong các bước 5-A. Trong mỗi phiên kiểm tra, bốn loạt giảm dần / tăng dần xen kẽ đã được trình bày. Ngưỡng cho mỗi chuỗi được xác định là trung điểm giữa hai cường độ hiện tại liên tiếp mà chuột phản ứng trong ít nhất ba trong năm thử nghiệm và hai cường độ hiện tại liên tiếp mà chuột không đáp ứng trong ba hoặc nhiều hơn trong năm thử nghiệm. Ngưỡng chung của phiên được xác định là giá trị trung bình của ngưỡng cho bốn chuỗi riêng lẻ. Mỗi phiên kiểm tra có thời lượng xấp xỉ 30 tối thiểu. Ngưỡng BSR ổn định được xác định là biến đổi 10% trong ngưỡng so với 5 ngày liên tục, thường được thiết lập sau khi 10 XN 14 d đào tạo. Độ trễ phản hồi cho mỗi phiên kiểm tra được xác định là độ trễ phản hồi trung bình của tất cả các thử nghiệm trong đó xảy ra phản ứng tích cực.

Viral đóng gói và giao hàng.

RNA kẹp tóc ngắn được phân phối và biểu hiện một cách cấu thành bằng cách sử dụng hệ thống vectơ pRNAT-U6.2 / Lenti (GenScript). Các hạt virus được chuẩn bị theo quy trình của nhà sản xuất. Một cách ngắn gọn, các tế bào HEK 293FT được truyền bằng vectơ chứa đoạn chèn shRNA (5′-GGATCCCGCGCAGCAGTCGAGCTTTCTTCAAGAGAGAGAAAGCTCGACTGCTGCGCTTTTTTCCAACTCGAG-3 ′) hoặc vectơ trống, cộng với Hỗn hợp đóng gói ViraPower (Invitrogen) sau 72 giờ (môi trường được thay thế sau 24 giờ). Sau đó, dịch nổi được thu thập và cô đặc bằng phương pháp siêu ly tâm (76,755g, Beckman Coulter SW 32 TI rotor., 90 phút, 4 ° C) và hiệu giá virus được xác định bằng cách phân loại tế bào kích hoạt huỳnh quang theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Virus đã được trích dẫn và lưu trữ trong hộp được bảo vệ bằng ánh sáng ở -80 ° C cho đến khi sử dụng.

Những con chuột có ngưỡng BSR ổn định đã được tiêm virut hai bên tại ba vị trí trong khối của mỗi bán cầu não (2 μl mỗi lần tiêm, 1 l min − 1, 1 min giữa các lần tiêm, tổng cộng sáu lần tiêm cho mỗi con chuột). Chuột được cho phép phục hồi tối thiểu 2, 3 d sau khi tiêm nội sinh trước khi đánh giá ngưỡng BSR được nối lại. Đánh giá ngưỡng BSR hàng ngày tiếp tục cho 33 d sau khi tiêm vi-rút để đảm bảo hạ gục D2R tối đa đã đạt được trước khi cho phép chuột truy cập vào chế độ ăn của quán cà phê. Không có sự khác biệt về ngưỡng BSR giữa chuột Lenti-control và Lenti-D2Rsh trong những 33 d này (dữ liệu không được hiển thị).

Miễn dịch.

Chuột đã bị giết khoảng 1 h sau khi chúng được truy cập thường xuyên vào chế độ ăn kiêng, và bộ não nhanh chóng bị loại bỏ. Các phần não có độ dày ~ 1, 2 mm đã được chuẩn bị bằng cách sử dụng ma trận não coron (khoảng lát cắt 1-mm; Nhựa One) trên một khối băng và các cú đấm mô của vây lưng (bregma: ~ 2.2 đến −0.26 mm). Các cú đấm mô tiền đình được thu thập nhanh chóng, chụp đông lạnh và được bảo quản ở −80 ° C cho đến khi sử dụng. Các mẫu riêng lẻ được làm tan băng và số lượng mô tương đương được gộp lại trên cơ sở phân chia trung bình các nhóm truy cập phụ thuộc vào trọng lượng (7 Thẻ 10 trên mỗi hồ bơi). Mô được nối lại trong bộ đệm RIPA lạnh băng 500 (Thermo Khoa học) có chứa natri orthovanadate, chất ức chế cocktail phosphatase 1 và 2 (Sigma-Aldrich), leupeptin và pepstatin trước khi đồng nhất hóa. Các lysate mô được đun sôi trong 10 min trong bộ đệm mẫu và được nạp vào các loại gel 4% HP20% hoặc 10% Tris-glycine (Invitrogen). Protein được chuyển đến màng nitrocellulose, bị chặn trong 1 h ở ~ 23, 25 ° C (5% sữa khô không béo và 0.2% Tween-20 trong PBS, pH 7.4) và được ủ trong kháng thể chính qua đêm ở 4. Các kháng thể chính sau đây đã được pha loãng trong dung dịch khối: đơn dòng chuột D2R (Santa Cruz, 1: 100) hoặc đơn dòng chuột mouse-actin (Santa Cruz, 1: 200). Thuốc thử ECL phát quang đã được thêm vào sau khi ủ với các kháng thể thứ cấp liên hợp peroxidase quạt (Amersham, 1: 2,000). Hình thức liên kết màng trưởng thành của D2DR (~ 70 kDa) 17, 49 đã được chuẩn hóa thành điều khiển nạp protein (-actin; 43 kDa) và định lượng bằng mật độ bằng phần mềm NIH Image J.

Phân tích miễn dịch.

Chuột được gây mê và tưới máu qua da với 4% paraformaldehyd trong PBS (pH 7.6). Não được loại bỏ, hậu tố qua đêm và được lưu trữ trong sucrose (dung dịch 30% trong PBS, pH 7.4) trong ít nhất 72 h. Các phần mô đông lạnh (độ dày 30) m) được thu thập từ microtome và bị chặn (3% BSA, 5% huyết thanh dê bình thường và 0.3% Triton X-100 trong PBS) cho 1 h ở ~ 23 XN 25 ° C. Các kháng thể chính sau đây đã được thêm vào dung dịch khối và được ủ qua đêm ở 4 ° C: polyclonal gà thành GFP (Abcam, 1: 1,000); thỏ đơn dòng đến GFAP (Millipore, 1: 1,000); chuột đơn dòng đến NeuN (Millipore, 1: 1,000). Các phần được ủ với các kháng thể thứ cấp liên hợp với thuốc nhuộm huỳnh quang ở ~ 23, 25 ° C: thuốc nhuộm chống gà 488 -nm (Jackson ImmunoResearch, 1: 1,000), thuốc nhuộm chống chuột 594 -nm (Invitrogen, 1 ) và thuốc nhuộm chuột chống chuột 1,000-nm (Invitrogen, 594: 1). Các phần được gắn với phương tiện gắn Vectashield chứa DAPI (Vector Labs) và bao phủ. Hình ảnh được chụp bằng kính hiển vi huỳnh quang Olympus BX1000 (vật kính × 61) hoặc kính hiển vi đồng tiêu Olympus (mục tiêu × 2 và × 10).

Quy trình cho ăn.

Chuột được đặt riêng trên giường giấy (miếng lót alpha; Giấy tờ đặc biệt của người chăn cừu) để ngăn sản phẩm thực phẩm không bị dính vật liệu giường lỏng lẻo. Chế độ ăn uống trong quán cà phê bao gồm thịt xông khói, xúc xích, bánh pho mát, bánh pao, kem phủ sương và sô cô la, được cân riêng trước khi đưa ra cho chuột. Các mặt hàng thực phẩm chế độ ăn uống được cung cấp trong các thùng kim loại nhỏ. Tất cả các mặt hàng thực phẩm, bao gồm cả chow phòng thí nghiệm tiêu chuẩn, đã được cân nhắc lại khi hoàn thành phiên cho ăn. Lượng calo từ các chất dinh dưỡng đa lượng khác nhau được tính toán bằng cách sử dụng thông tin dinh dưỡng được cung cấp bởi nhà sản xuất.

Ức chế gây ra hành vi cho ăn.

Quy trình cho ăn diễn ra trong các buồng vận hành giảm âm thanh có kích thước giống hệt với kích thước được sử dụng trong các thí nghiệm BSR. Chuột được đưa vào một buồng mở và được tiếp cận với chế độ ăn kiêng hoặc chow ở nhà ăn trong 30 phút. Các sản phẩm thực phẩm được phân phối trong các thùng kim loại nhỏ. Tất cả các loại thức ăn được cân trước và sau khi cho ăn, được tiến hành trong giai đoạn cho ăn bình thường của chuột. Mức tiêu thụ thức ăn chow được đánh giá bằng cách tiêu thụ 45 mg thức ăn viên chow có thành phần giống hệt thức ăn chow được cung cấp trong chuồng tại nhà của chuột. Sau đó, chuột được phép truy cập 30 phút mỗi ngày vào chế độ ăn uống trong nhà ăn cho đến khi đạt được lượng tiêu thụ ổn định (được định nghĩa là sự thay đổi <10% trong lượng ăn hàng ngày), cần 5–7 ngày. Sau khi ổn định lượng thức ăn ăn vào trong giai đoạn cơ bản này, chuột ở mỗi điều kiện tiếp cận được phân thành hai nhóm: bị trừng phạt (những con bị sốc chân) và không bị trừng phạt (không bị sốc chân). Sau đó, chuột phải trải qua bốn phiên điều hòa vào những ngày liên tiếp trong cùng một buồng mở mà trước đó chúng đã được tiếp cận với thức ăn ngon miệng. Trong các phiên điều chỉnh 30 phút, đèn tín hiệu (kích thích có điều kiện) được kích hoạt trong 10 phút, tắt trong 10 phút và sau đó bật lại trong 10 phút. Những con chuột bị trừng phạt chỉ bị sốc chân khi chiếu đèn tín hiệu (0.5 mA trong 1.0 giây; 10 lần kích thích với khoảng thời gian ~ 1 phút). Những con chuột không bị trừng phạt cũng được chiếu đèn tín hiệu theo cách tương tự, nhưng không gây sốc chân. Vào ngày thử nghiệm, một ngày sau đợt điều chỉnh cuối cùng, những con chuột trong nhóm bị trừng phạt nhận được cú sốc chân không liên tục (tổng cộng năm lần kích thích) kết hợp với việc kích hoạt đèn tín hiệu trong 5 phút. Những con chuột không bị trừng phạt một lần nữa được tiếp xúc với ánh sáng tín hiệu mà không bị giật chân. Sau thời gian trừng phạt 5 phút, tất cả chuột được phép tiếp cận thức ăn ngon miệng trong thời gian 30 phút với kích thích điều hòa được kích hoạt không liên tục (10 phút bật đèn tín hiệu, 10 phút tắt đèn báo, 10 phút đèn báo sáng).

Phân tích thống kê.

Ngưỡng phần thưởng cơ bản được xác định là giá trị ngưỡng trung bình cho 5 d trước khi truy cập vào chế độ ăn uống cho quán ăn cho mỗi đối tượng. Ngưỡng phần thưởng được biểu thị bằng phần trăm thay đổi so với giá trị ngưỡng cơ sở. Dữ liệu về tỷ lệ phần trăm của các giá trị ngưỡng cơ bản, tăng cân, tiêu thụ calo và tiêu thụ calo từ chất béo được phân tích bằng hai yếu tố, phân tích đo lường phương sai lặp đi lặp lại, với quyền truy cập (chỉ chow, truy cập hạn chế hoặc truy cập mở rộng), nguồn calo ( chow tiêu chuẩn hoặc chế độ ăn uống tự phục vụ), vi rút (Lenti-control hoặc Lenti-D2Rsh) và cue (kết hợp hoặc không ghép đôi với hình phạt) là các yếu tố giữa các chủ thể và thời gian là yếu tố bên trong chủ thể. Khi thích hợp, các hiệu ứng chính trong các phân tích phương sai được phân tích sâu hơn bằng các bài kiểm tra hậu hoc Bonferroni. Tất cả các phân tích thống kê được thực hiện bằng phần mềm GraphPad Prism.

dự án

dự án

Tương ứng với:

· Paul J Kenny ([email được bảo vệ])