垃圾食物引起的肥胖会增加腹侧被盖区的D2受体自身抑制，减少乙醇饮用（2017）

公共科学图书馆之一。 2017 Aug 31; 12（8）：e0183685。 doi：10.1371 / journal.pone.0183685。

库克JB^1,2, 亨德里克森LM^1,3, Garwood GM³, Toungate KM³, Nania CV¹, 森川H.^1,3.

抽象

与滥用药物类似，食物的享乐价值至少部分地由中等纹状体多巴胺（DA）系统介导。 长时间摄入高热量饮食或滥用药物都会导致DA系统变钝。 大多数研究都集中在纹状体的DAergic改变，但很少有人知道高卡路里饮食对腹侧被盖区（VTA）DA神经元的影响。 由于高卡路里饮食会产生类似成瘾性的DAergic适应症，因此这些饮食可能会增加成瘾易感性。 然而，高卡路里饮食会持续降低啮齿动物的精神刺激素摄入量和条件性位置偏好。 相反，高热量饮食可以增加或减少饮用乙醇，但不知道垃圾食品饮食（食堂饮食）如何影响饮用乙醇。 在目前的研究中，我们为雄性Wistar大鼠施用了由培根，薯片，芝士蛋糕，饼干，早餐谷物，棉花糖和巧克力糖组成的自助餐饮食，用于3-4周，产生肥胖表型。 之前的自助餐饮食喂养在2周试验中减少了家庭乙醇饮用，并且短暂地减少了蔗糖和食物的摄入量。 重要的是，自体饮食对2g / kg乙醇给药后的乙醇代谢率或血液乙醇浓度没有影响。 一世在中脑切片中，我们发现自助餐饮食喂养增强了VTA DA神经元中的DA D2受体（D2R）自身抑制。 这些结果表明，垃圾食品诱导的肥胖减少了乙醇饮用，并表明VTA中D2R自身抑制的增加可能导致DAergic信号传导缺陷和奖励与肥胖相关的功能减退。

结论：28859110

作者： 10.1371 / journal.pone.0183685

垃圾食物引起的肥胖会增加腹侧被盖区的D2受体自身抑制，并减少乙醇饮用。

公共科学图书馆之一。 2017 Aug 31; 12（8）：e0183685。 doi：10.1371 / journal.pone.0183685。 eCollection 2017。

库克JB^1,2, 亨德里克森LM^1,3, Garwood GM³, Toungate KM³, Nania CV¹, 森川H.^1,3.

抽象

与滥用药物类似，食物的享乐价值至少部分地由中等纹状体多巴胺（DA）系统介导。 长时间摄入高热量饮食或滥用药物都会导致DA系统变钝。 大多数研究都集中在纹状体的DAergic改变，但很少有人知道高卡路里饮食对腹侧被盖区（VTA）DA神经元的影响。 由于高卡路里饮食会产生类似成瘾性的DAergic适应症，因此这些饮食可能会增加成瘾易感性。 然而，高卡路里饮食会持续降低啮齿动物的精神刺激素摄入量和条件性位置偏好。 相反，高热量饮食可以增加或减少饮用乙醇，但不知道垃圾食品饮食（食堂饮食）如何影响饮用乙醇。 在目前的研究中，我们为雄性Wistar大鼠施用了由培根，薯片，芝士蛋糕，饼干，早餐谷物，棉花糖和巧克力糖组成的自助餐饮食，用于3-4周，产生肥胖表型。 之前的自助餐饮食喂养在2周试验中减少了家庭乙醇饮用，并且短暂地减少了蔗糖和食物的摄入量。 重要的是，自体饮食对2g / kg乙醇给药后的乙醇代谢率或血液乙醇浓度没有影响。 在中脑切片中，我们发现自助餐饮食喂养可增强VTA DA神经元中的DA D2受体（D2R）自身抑制。 这些结果表明，垃圾食品诱导的肥胖减少了乙醇饮用，并表明VTA中D2R自身抑制的增加可能导致DAergic信号传导缺陷和奖励与肥胖相关的功能减退。

结论：28859110

作者： 10.1371 / journal.pone.0183685

引文： Cook JB，Hendrickson LM，Garwood GM，Toungate KM，Nania CV，Morikawa H（2017）垃圾食品诱导的肥胖会增加腹侧被盖区域的D2受体自身抑制，减少乙醇饮用。 PLoS ONE 12（8）：e0183685。 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685

责任编辑： 詹姆斯埃德加麦卡琴，莱斯特大学，英国

收稿日期： 可能是24，2017; 公认： 八月9，2017; 出版日期： 2017 年 8 月 31 日

版权： ©2017 Cook等。 这是一份根据条款分发的开放获取文章 知识共享署名许可，如果原始作者和来源被记入贷方，则允许在任何媒体中不受限制地使用，分发和复制。

数据可用性： 所有相关数据均在论文及其支持信息文件中。

资金： 这项工作得到了RO1 AA015521（HM），F32AA021640（LMH）和T32-AA007471（德克萨斯大学奥斯汀分校，药理学和毒理学系，药学院）的支持。 这些补助金由国家酒精滥用和酒精中毒研究所资助或资助。 https://www.niaaa.nih.gov/。 资助者在研究设计，数据收集和分析，决定发表或准备手稿方面没有任何作用。

利益争夺： 作者宣称没有竞争利益存在。

介绍

成瘾药物和可口食物的增强特性部分由介入纹状体多巴胺（DA）系统介导[1]。 此外，长期接触滥用药物，包括乙醇或能量密集的可口食物会产生类似的DAergic神经适应症。 例如，长期接触乙醇和其他滥用药物会降低纹状体中的D2受体（D2Rs）和基础DA水平[2–4]，也观察到能量密集的食物消耗[5–7]。 肥胖人类也减少了纹状体中D2R的表达[8和减少纹状体激活响应可口的食物[9]。 因此，由于能量密集食物或慢性药物暴露后的神经适应相似，能量密集食物的过度消耗可能增加药物成瘾易感性。 有趣的是，啮齿动物研究表明，高脂肪或高糖消耗会降低精神兴奋剂的摄入量和条件性位置偏好[10–13]。 相比之下，之前的高脂肪或糖/碳水化合物消耗量会增加[14, 15]或减少[16, 17]在啮齿动物中饮用乙醇。 然而，目前尚不清楚人类经常食用的垃圾食品的消费如何影响乙醇饮用。

在美国，大约35％的成人和17％的儿童和青少年肥胖[18]。 肥胖症患病率上升与高脂肪，糖和其他碳水化合物“垃圾食品”的可及性增加有关[19]，这些饮食的消费在青春期特别突出[20–22]。 为了模拟导致肥胖的这种能量密集型饮食，调查人员给老鼠提供了垃圾食品，称为自助餐饮[5, 6, 23]。 自助餐饮食喂养已被证明可降低纹状体中的D2Rs和基础DA水平，降低使用颅内自我刺激的奖励回路的敏感性，并产生强迫性食物消耗[5, 6]。 然而，尚不清楚自助餐饮食喂养是否会改变腹侧被盖区（VTA）中DA神经元的电生理特性或影响乙醇饮用。

Somatndndritic DA释放激活DA神经元的somata和树突上的D2Rs导致自我抑制 体内 [24, 25]和 细胞/组织 [26, 27通过G激活G蛋白门控内向整流钾通道（GIRK）_{I / O} 信号。 因此，D2R激活GIRK导致超极化和降低神经元兴奋性[28]。 在VTA DA神经元中，重复给予乙醇或急性可卡因可增加D2R介导的自身抑制[29, 30]。 此外，在小鼠中反复给予乙醇后，D2R自身抑制的增加与家庭饮酒乙醇的增加有关[29]。 虽然很明显高卡路里饮食会在纹状体中产生类似成瘾的DAergic适应症，但高卡路里饮食对VTA DA神经元中D2R自身抑制的影响尚未得到表征。

在目前的研究中，我们研究了自助餐饮食对家用乙醇或蔗糖饮用，VTA DA神经元基础激发频率和D2R介导的VTA DA神经元自身抑制的影响。 在青春期饮​​食喂养的自助餐厅导致肥胖样表型和使用2 hr在黑暗（DID）乙醇呈现中产生适度乙醇摄入量的乙醇饮用的持久减少。 重要的是，在2 g / kg腹膜内（ip）乙醇注射后，自助餐饮食喂养对血液乙醇浓度（BEC）或乙醇代谢率没有影响。 此外，自助餐饮食喂养增加了D2R介导的VTA DA神经元的自我抑制。

方法和材料

受试者雄性Wistar大鼠获自Harlan laboratories（Indianapolis，IN），3周龄。 将大鼠单独圈养在有机玻璃笼中，其在笼子的一侧具有有机玻璃平台，其测量7“x 4”×1.25“固定在地板上用于自助餐饮食放置。 所有大鼠都有标准的实验室食物 随意 除乙醇或蔗糖饮用期外，所有时间都可以饮用水。 将饲养箱保持在反向12 hr光 - 暗循环（光照开始于0100 hr），恒定温度22±2℃和65％相对湿度。 动物护理和处理程序遵循德克萨斯大学奥斯汀分校机构动物护理和使用委员会批准的协议下的国家卫生研究院指南。

自助餐饮食

每天一次（在黑暗周期中1个小时），自助餐厅饮食包括高热量的垃圾食品，包括芝士蛋糕（佐治亚州肯尼索的亚特兰大芝士蛋糕公司），培根（德克萨斯州圣安东尼奥市的HEB），饼干（Chips Ahoy / Oreo， Nabisco，新泽西州东汉诺威；糖薄饼，Vista，Sheare's Foods，Massillon，俄亥俄州），薯片（Lays Classic / Ruffles，Frito Lay，普莱诺，德克萨斯州）高糖早餐谷物（CoCo Puff，General Mills，明尼阿波利斯，明尼苏达州）；向自助餐厅饮食组提供了Froot Loops，Kellog，密歇根州巴特尔克里克，棉花糖（克拉夫特，北菲尔德，伊利诺伊州）或巧克力糖（M＆M，MARS，麦克莱恩，弗吉尼亚州）。 每天管理食堂饮食食品中的四个，并且通过每天交替食用食物来维持饮食的多样化。 “仅食物”小组仅接受实验室食物（LabDiet，Prolab RMH 1800，密苏里州圣路易斯），也可自由用于自助餐厅饮食小组。 仅普通饮食的常量营养素含量（基于提供的卡路里）由14％脂肪，65％碳水化合物和21％蛋白质组成，而食堂饮食平均由42％脂肪，52％碳水化合物和6％蛋白质组成。 对于热量摄入和D3R外向电流实验（大约2-3周龄开始），自助餐厅饮食进行4周（对于大约4–5周龄开始）进行XNUMX周饮食。 对于热量摄入的测量，每天称重食堂饮食和食物的重量，并使用制造商提供的大量营养素信息计算热量摄入。

Homecage乙醇或蔗糖饮用

适应后一周，给予大鼠2 hr /天限制获得乙醇（10％v / v）或蔗糖（5％w / v）溶液以评估基线饮用。 在所有乙醇或蔗糖饮用期间，将笼装水瓶用含有乙醇或蔗糖溶液的瓶子在1 hr下更换为黑暗循环。 在基线乙醇或蔗糖饮用（7天）后，将大鼠随机分配到食堂饮食或仅食物组。 接下来，仅在4周喂养大鼠食堂饮食或食物。 在最后一次食堂饮食给药后二十四小时，大鼠每天开始乙醇或蔗糖饮用。

血乙醇浓度（BEC）

在4周的自体饮食或仅饲喂食物后，在最后一个食堂饮食给药后给大鼠施用乙醇（2g / kg，15％v / v，在盐水中，腹膜内）24小时。 在乙醇注射后，通过尾部剪切在10，30和60 min收集全血样品（120μL），并添加到含有90μL5M氯化钠的玻璃气相色谱（GC）小瓶中。 使用配备有火焰离子化检测器和Combi PAL自动进样器的Bruker 430-GC（Bruker Corporation，Fremont，CA），在GC收集血液的同一天分析样品乙醇浓度。 简而言之，在固相微萃取纤维（SPME;65μmCAR/ PDMS，熔融二氧化硅; Supelco）吸收乙醇蒸气3 min之前，将每个样品温热至75℃达3 min。 然后，SPME纤维在1°C下将样品解吸到GC进样口中220 min。 氦气（8.5 mL / min流速）用作载气，HP Innowax毛细管柱（30 mx 0.53 mm x1μm膜厚度; Agilent Technologies，Santa Clara，CA）用于分离。 分析外部乙醇标准品（25，50，100，200，400和600 mg / dL）以计算标准曲线。 使用CompassCDS Workstation软件（Bruker Corporation，Fremont，CA）分析色谱图，并使用乙醇的峰高（~2 min保留时间）构建标准曲线并插入样品乙醇浓度。

心脏电生理学

用异氟烷麻醉大鼠，取出脑并在含有（以mM计）205蔗糖，2.5 KCl，1.25 NaH的冷切割溶液中解剖。₂PO₄，7.5 MgCl₂，0.5 CaCl₂，10葡萄糖和25 NaHCO₃，用95％O饱和₂和5％CO₂ （〜300mOsm /公斤）。 将水平中脑切片（200μm）在振动切片机上切片，并使其在1℃下在人工脑脊液（aCSF）中恢复34 hr。 从附属视神经束的内侧末端核的内侧边界在横向VTA 50-150μm中进行记录。 在记录期间，切片用氧合，加热（34°C）aCSF（以mM计）126 NaCl，2.5 KCl，1.2 NaH灌注。₂PO₄，1.2 MgCl₂，2.4 CaCl₂，11葡萄糖，21.4 NaHCO₃。 用含有20mM NaCl的移液管进行细胞附着的松散贴片记录（~150MΩ密封）。 用含有（以mM计）115 K-甲基硫酸盐或K-葡萄糖酸盐，20 KCl，1.5 MgCl的细胞内溶液的移液管进行全细胞记录。₂，10 HEPES，0.025 EGTA，2 Mg-ATP，0.2 Na₂-GTP和10 Na₂- 磷酸肌酸（pH 7.2-7.3，~285 mOsm kg^-1）。 假定的DA神经元是通过自发的低频起搏器放电（1-5 Hz）和在细胞附着状态下的宽动作电位（> 1.2 ms）以及大I_h （> 200 pA）在全电池电压钳模式下响应从-1.5mV到-62 mV的112秒电压阶跃。 在-62mV的保持电势下进行电压钳记录，并针对-7 mV的液接电势进行了校正。 如果串联电阻增加到20MΩ以上或输入电阻下降到200MΩ以下，则丢弃全细胞记录。 数据以1-5 kHz进行过滤，并以2-10 kHz进行数字化。

数据分析

数据表示为平均值±SEM。 统计学显着性通过Student's t检验或双向ANOVA确定，然后进行Bonferroni事后检验。

成果

自助餐饮食获取导致高热量摄入和肥胖样表型

在3周内评估自助餐饮食和仅食用组的热量摄入量以及自助餐饮食物组的热量来源。 在3喂养周期间，自助餐饮食组比仅食用组消耗更多的卡路里（互动：F_(2,62) = 22.43，p <0.0001； 饮食：F_(1,62) = 17.41，p <0.001； 时间F_(2,62) = 254.7，p <0.0001； 图1A）。 在整个3喂养周期间，自助餐饮食组从食堂减肥食品消耗的卡路里明显多于食物（相互作用：F）_(2,72) = 57.22，p <0.0001； 饮食：F_(1,72) = 117.2，p <0.0001； 时间F_(2,72) = 110.5，p <0.0001； 图1B）。 在3周评估期间，来自食物颗粒的卡路里显着大于仅食物组（相互作用：F_(2,62) = 28.80，p <0.0001； 饮食：F_(1,62) = 196.3，p <0.0001； 时间F_(2,62) = 150.0，p <0.0001； 图1C）。 最终，食堂饮食组在3喂养周内表现出更大程度的体重增加（相互作用：F_(2,62) = 8.188，p <0.001； 饮食：F_(1,62) = 10.62，p <0.005； 时间F_(2,62) = 18.48，p <0.0001； 图1D）。 四周的自助餐饮食喂养导致肥胖样表型，体重显着高于仅食物组（相互作用：F）_(27,2376) = 44.48，p <0.0001； 饮食：F_(1,2376) = 14.89，p <0.001； 时间F_(27,2376) = 2634，p <0.0001； 图1E）。 此外，在一组不同的动物中，我们发现与对照组相比，自助餐饮食组在食堂4饮食喂养期间吃的食物非常少（互动：F_(27,486) = 3.039，p <0.0001； 饮食：F_(1,486) = 601.7，p <0.0001； 时间F_(27,486) = 8.097，p <0.0001； 图1F）。 这些结果表明，自助餐饮的获取导致暴饮暴食的高度可口的垃圾食品和随后的稳态能量平衡的丧失。

在3周内评估了卡路里的摄入和卡路里的来源。 （A）每天进食自助餐的大鼠在进食3周后比仅单独进食的组消耗的卡路里要多得多（n = 14-19 /组）。 （B）食堂饮食组从食堂饮食中摄取的卡路里比食物颗粒中的卡路里要多得多（n = 19）。 （C）仅自家饮食组比自食堂饮食组从自家饮食中摄取的卡路里更多（n = 14-19 /组）。 （D）在饮食的3周中，自助餐厅的饮食获取导致体重增加增加（n = 14-19 /组）。 （E）与只喂食物的对照组相比，食堂四个星期的饮食喂养显着增加了体重（饮食的主要作用，p <0.001，双向方差分析，n = 44-46 /组）。 （F）在自助餐厅饮食的整个4周中，自助餐厅饮食组的饮食消耗比仅单独饮食的组少得多（饮食的主要作用，p <0.0001，双向ANOVA，n = 10-11 /组）。 * p <0.05，** p <0.01，*** p <0.001，Bonferroni事后检验。

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685.g001

之前的自助餐饮食减少了家庭饮用乙醇，对乙醇代谢率或BEC没有影响

为了确定先前自助餐饮食喂养乙醇饮用的影响，我们使用DID 2hr限制进入家用乙醇（一瓶，10％v / v）饮用程序，产生中等水平的乙醇摄入量。 在自助餐饮食入口前的7天平均饮酒量（g / kg）在各组间相似（t）₍₁₁₎ = 0.3295，p = 0.7480; 图2A）。 然而，在4周的自助餐饮食喂养后，在2测试周期间消耗的乙醇总量减少（饮食：F_(1,143) = 5.635，p <0.05； 时间F_{（13，143）} = 3.638，p <0.0001； 图2B）。 当乙醇摄入量以g / kg为单位时，乙醇饮用量减少的幅度较大，因为食堂饮食和仅食用组的体重明显不同。 在2测试周的平均乙醇摄入量（g / kg）为仅食物组的0.67±0.11 g / kg和食堂饮食组的0.25±0.06 g / kg。 2周测试的耗水量在各组之间没有差异（饮食：F_(1,143) = 0.1280，p = 0.7273; 图2C).

（A）自助餐厅饮食喂养前7天的平均基线饮酒量（g / kg）在各组之间相似（p = 0.7480，Student's t检验，n = 6-7 /组）。 （B）先前的自助餐厅饮食喂养（4周）减少了测试10周内的乙醇摄入总量（2％，v / v，2小时/天）（饮食的主要影响，p <0.05，双向ANOVA ，n = 6-7 /组），（C）对总耗水量没有影响（n = 6-7 /组）。 （D）组之间BECs的斜率（以30g / kg给药后120–2分钟，ip）没有差异（p = 0.6535，线性回归，n = 4-5 /组）。 乙醇给药后30、60和120分钟，各组之间的BEC相似。 BEC，血中乙醇浓度； 腹膜内注射。

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685.g002

由于自助餐饮食喂养可能改变代谢过程，包括乙醇代谢，我们给予乙醇（2g / kg，ip），并在食堂减肥或仅食用喂食后在30，60和120分钟后测量BEC。 使用线性回归比较各组之间的BEC斜率（注射后30-120 min），自助餐饮食喂养对乙醇代谢率没有影响（p = 0.6535; 图2D）。 此外，两组之间的BEC没有差异（饮食：F_(1,14) = 2.056）。 因此，乙醇代谢率的变化或乙醇对血液的吸收不能解释自助餐饮食喂养后饮用乙醇的减少。

以前的自助餐饮食喂养瞬间改变家庭蔗糖饮用和食物摄入量

为了确定自助餐饮食是否改变其他增强溶液的消耗，我们测试了先前自助餐饮食对家庭蔗糖饮用的影响。 使用类似的DID 2hr限制进入蔗糖（一瓶，5％w / v）饮用程序，基线蔗糖饮用（mL / kg）在各组之间相似（t₍₂₉₎ = 0.4600，p = 0.6489; 图3A）。 以前的自助餐饮食短暂减少蔗糖饮用（饮食x时间相互作用：F_(13,377) = 2.520，p <0.005； 图3B）。 尽管存在显着的饮食x时间相互作用，但事后分析在任何时间点都没有达到显着性。 但是，根据数据（图3B），饮食组和时间之间的相互作用可以通过自助餐饮食喂养后蔗糖饮用的短暂减少来解释。 然而，到测试的第二周，蔗糖饮用与仅食用组相似。 2周测试的耗水量在各组之间没有差异（饮食：F_(1,377) = 1.176，p = 0.2870; 图3C）。 与之前的研究相似[31]，自助餐饮食短暂减少食物摄入量（互动：F_(6,110) = 12.46，p <0.0001； 饮食：F_(1,110) = 15.46，p <0.005； 时间F_(6,110) = 10.97，p <0.0001； 图3D）食堂饮食喂养后2天（Bonferroni posthoc测试，p <0.001； 图3D）。 因此，自助餐饮食暴露会导致乙醇饮用的持久减少以及蔗糖饮用和食物摄入的短暂减少。

（A）自助餐厅饮食喂养前7天的平均基线蔗糖饮用量（mL / kg）在各组之间相似（p = 0.6489，Student's t检验，n = 15-16 /组）。 （B）先前食堂饮食喂养（4周）的蔗糖消耗量（5％，w / v，2hr / day）暂时改变（饮食x时间相互作用，p <0.005，双向方差分析，n = 15-16 /组） 。 （C）各组之间的耗水量没有差异（n = 15-16 /组）。 （D）以前的食堂饮食喂养会暂时减少食物摄入量（n = 10 /组）。 *** p <0.001，Bonferroni事后检验。

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685.g003

自助餐饮食增加了VTA DA神经元中的D2R自身抑制

脑切片电生理学用于检查自助餐饮食对基础射击频率和D2R介导的VTA DA神经元自我抑制的影响。 自助餐饮食喂养对VTA DA神经元的基础强直起搏器射击频率没有影响（t₍₇₂₎ = 0.7294，p = 0.4681; 图4A和4B）。 接下来，我们使用D2R激动剂喹吡罗测试了自助餐饮食对D2R介导的外向电流的影响。 自助餐饮食增加了喹吡罗介导的（100nM）抑制性外向电流的平均峰值幅度（t₍₃₉₎ = 3.167，p <0.005； 图5A）与对照组相比。 此外，食堂饮食增加了10nM喹吡罗对喹吡罗治疗10 min期间VTA DA神经元放电频率的抑制作用（相互作用：F_(19,513) = 5.425，p <0.0001； 饮食：F_(1,513) = 16.40，p <0.0005； 时间F_(19,513) = 39.24，p <0.0001； 图5B）和喹吡罗产生的发射频率抑制百分比（t₍₂₇₎ = 3.824，p <0.001； 图5C）。 在较高浓度的喹吡罗（30nM）中，在喹吡罗给药的10 min期间对射频的抑制没有差异（饮食：F_(1,304) = 0.1049，p = 0.7502; 图5D）或组间烧制的抑制百分比（t₍₁₆₎ = 0.05265，p = 0.9587; 图5E）。 因此，自助餐饮暴露增加了喹吡罗介导的（100nM）外向电流，增加了喹吡罗介导的抑制射频的敏感性。

（A）VTA DA神经元的基础强直射击频率在组间相似（p = 0.4681，学生t检验，n = 36-38 /组）。 （B）仅在食物（蓝色）或食堂饮食（红色）喂食4周后的VTA DA神经元发射的代表性痕迹。 DA，多巴胺; VTA; 腹侧被盖区。

（A）与仅食物对照相比，食堂饮食增加了喹吡罗介导的（100 nM）抑制性外向GIRK电流的平均峰值振幅。 喹吡罗用于10 min的浴，舒必利（1μM）迅速逆转了喹吡罗介导的电流。 喹吡罗介导的外向电流的例子（V._h （= -62 mV）仅用于普通食物（蓝色）或食堂饮食喂养（红色）大鼠（n = 16-25 /组）。 （B）食堂饮食喂养在使用喹吡罗浴的10分钟内增加了10 nM喹吡罗对VTA DA神经元放电频率的抑制作用（饮食的主要作用，p <0.0005，双向ANOVA，n = 13-16 /组） （C）喹吡罗介导的射击频率抑制百分比（p <0.001，Student's t检验）。 在仅喂食（蓝色）或食堂饮食（红色）喂养后，基线或10 nM喹吡罗施用期间DA神经元放电频率的代表性示踪。 （DE）30 nM喹吡罗对DA神经元放电频率的抑制作用在各组之间相似（n = 9 /组）。 施用10 nM喹吡罗浴30分钟后，将舒必利（1μM）涂于浴中，以快速逆转喹吡罗介导的触发频率抑制作用。 在仅饲喂（蓝色）或食堂饮食（红色）喂养后，基线或30 nM喹吡罗施用期间DA神经元放电频率的代表性示踪。 *** p <0.001，Student's t检验。 DA，多巴胺； D2R，多巴胺D2受体； GIRK，G蛋白门控的内向整流钾通道； VTA； 腹侧被盖区。

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685.g005

讨论

本研究的目的是检查自助餐饮食喂养对家庭乙醇饮用和VTA DA神经元生理学的影响。 在2测试期间，先前的自助餐饮食喂养减少了乙醇饮用，但在2g / kg（ip）乙醇给药后对乙醇代谢率或BEC没有影响。 有充分证据表明，高热量饮食和饮食诱导的肥胖导致纹状体中的DAergic信号传导减弱，这被认为有助于奖励的不足[32–34]。 然而，饮食诱导的肥胖对中脑DA神经元的影响尚未得到表征。 在这里，我们显示扩展进入自助餐饮食增加了VTA DA神经元中的D2R自动抑制，对切片中的基础强直起搏器发射频率没有影响。 目前尚不清楚自助餐饮后增加的D2R自动抑制是否有助于减少乙醇饮用，然而，增加的DA神经元自身抑制可能有助于奖励与肥胖相关的功能减退。

自助餐饮对饮酒的影响

之前的自助餐饮食喂养导致家庭乙醇饮用的长期减少。 在自助餐饮食暴露后的2周，消耗的乙醇总量减少。 此外，自体食物喂养对2g / kg乙醇给药后的BEC或乙醇代谢率没有影响。 因此，减少乙醇饮用不能通过饮食或体重引起的乙醇代谢率变化或乙醇吸收进入血流来解释。 与乙醇饮用相反，蔗糖饮用和食物摄入量暂时降低。 最终，与自然奖励摄入量相比，先前的自助餐饮食暴露使乙醇摄入量持续减少。

目前尚不清楚饮食成分如何影响啮齿动物的乙醇饮用。 因此，在目前的研究中，给大鼠喂食由人类经常食用的垃圾食品组成的饮食。 目前的研究结果与最近的研究结果一致，该研究显示高脂肪饮食诱导的肥胖或高脂肪饮食喂养的非肥胖小鼠显示出对乙醇的偏好降低[16]。 此外，高碳水化合物 - 低蛋白质饮食已被证明可以减少大鼠的乙醇饮用[17然而，在饮食暴露期间测量乙醇摄入量。 因此，可以基于热量需求而不是降低乙醇的增强性能来减少乙醇饮用。 相比之下，先前间歇性蔗糖消费（21天）或高脂肪饮食（7天）已被证明可增加家庭饮用乙醇[14, 15]。 这两项研究均使用12-hr表示4-5增加乙醇浓度（1,2,4,7或9％），每次4天，这与2 hr获得本研究中使用的10％乙醇非常不同。 高热量饮食对饮用乙醇的影响差异可能是由于饮食中营养素含量，饮食暴露的持续时间和时间，使用的乙醇饮用范例或菌株/物种特异性影响的差异。

自助餐饮对D2R自身抑制的影响

自助餐饮食喂养增加了D2R自身抑制，这也是在重复乙醇给药后观察到的。 我们的实验室之前已经证明，在小鼠体内重复使用乙醇会增加D2R介导的VTA外向电流的效力，并减少Ca²⁺ 依赖于这些电流的脱敏[29]。 在该研究中，重复的乙醇暴露增加了喹吡罗对10 nM和30 nM浓度的放电频率的抑制作用。 然而，自助餐饮食暴露增加了喹吡罗对射击频率的抑制作用仅在10 nM浓度下（图5B和5C）。 虽然我们没有确定喹吡罗的效力/功效是否被食堂饮食改变，但这些结果表明，食堂饮食增加了喹吡罗抑制DA神经元放电的敏感性。 急性可卡因给药（20 mg / kg）也被证明可以增加小鼠黑质致密部中D2R介导的外向电流[30]。 相比之下，甲基苯丙胺自我管理已被证明可以减少VTA中D2R介导的电流，这也是Ca²⁺ 依赖[35]。 因此，与纹状体中的神经适应相反，暴露于滥用药物或高热量饮食通常会降低D2R表达，特定的滥用药物对D2R / GIRK介导的电流具有不同的影响。 应该指出，限制食物会增加药物摄入量[36]，包括乙醇[37]，并减少D2R自动抑制[38]。 由于自助餐饮食暴露会增加D2R自身抑制并减少乙醇摄入量，因此确定食物摄入量，D2R自动抑制和乙醇饮用的变化之间的关系非常重要。 据我们所知，只有一项研究检测了饮食诱导的肥胖对D2R自身抑制的影响。 在该研究中，高脂肪饮食诱导的肥胖并未改变单剂量喹吡罗（3-100 nM）对小鼠VTA DA神经元放电率的抑制作用[39]。 然而，逐步应用喹吡罗（3，10，30和100 nM）导致喹吡罗对激发的抑制作用降低，这使得作者认为与对照瘦小鼠相比，肥胖小鼠表现出加速的D2R脱敏。 目前尚不清楚在D2R自身抑制小鼠中，大鼠食堂饮食与小鼠高脂饮食的影响存在差异。 需要进一步的研究来确定能量密集饮食和饮食诱导的肥胖对VTA DA神经元和D2R自身抑制的影响。

在目前的研究中，目前尚不清楚减少乙醇饮用量或电生理结果是否受体重增加的影响。 然而，高卡路里饮食可以抑制DA系统[13]减少乙醇饮用[16]在没有肥胖的情况下。 肥胖增加与瘦素，胰岛素和生长素释放肽的变化有关，所有这些都可以调节DA系统的活性[40–42]。 因此，我们不能排除稳态摄食机制的变化可能会影响结果。 我们也不能排除自助餐饮食喂养可能改变摄食行为的昼夜节律模式的可能性，因为乙醇和蔗糖饮用仅在2 hr访问期间测量。

目前的研究与以往的研究不同[5, 6通过在青春期而不是成年期提供自助餐饮食喂养，研究了自助餐饮食对DA系统的影响。 总之，数据表明，青少年和成人自助餐饮食喂养产生神经适应，抑制DA系统并有助于奖励功能减退。 虽然不知道成年期自助餐饮食如何影响D2R自身抑制，但滥用药物的使用可以增加青春期施用D2R自身抑制作用[29]或在成年期[30].

增强D2R自身抑制和自体饮食后的降低多巴胺能状态对乙醇饮酒和完成行为的意义

体内，增加D2R自动抑制可以减少基础DA神经元发射频率，从而抑制DA系统并促成低多巴胺能状态。 在本研究和我们实验室以前的研究中[29]，我们没有检测到切片中的基础DAergic音，因为舒必利不能改变DA神经元的发射频率。 然而， 体内 DA神经元的活动受局部DA和D2R自身抑制的影响。 因此，饮食后饮食中D2R自身抑制的增加应导致完整动物DA基因神经元的基础激发率降低，并导致一种被认为会导致摄入过多食物的hypodopaminergic状态[19]。 同样，来自临床前和人类研究的广泛证据已经导致了一个假设，即hypodopaminergic状态有助于强制性乙醇摄入和复发[43, 44]。 目前的结果增加了越来越多的文献表明自助餐饮食喂养产生上瘾的DAergic变化与hypodopaminergic状态一致[5, 6]。 虽然长期以来假设一种低多巴胺能状态会导致饮酒过量，但自助餐饮食引起的低剂量过敏并不能转化为饮酒量的增加。 我们实验室以前的工作表明，重复使用乙醇会增加D2R自身抑制，这与小鼠体内乙醇饮用量的增加有关[29]。 在该研究中，我们得出结论，重复乙醇给药后增加的D2R自身抑制有助于通常在慢性乙醇暴露下观察到的低多巴胺能状态。 总之，似乎合理的是，长期食用能量密集的垃圾食品所产生的hypodopaminergic状态的表达导致过度/强迫性的完成特定的强化行为。 实际上，能量密集食物的过度消费通常不会转化为滥用药物的过量消费，而是通常减少药物摄入。 以前的证据和目前的结果支持这一点，因为延长食堂饮食可以产生强制性的食物摄入量[6]，但减少乙醇和蔗糖饮用，如我们在这里所示。 此外，在自助餐饮食喂养后，食物摄入也会短暂减少。 此外，高脂肪饮食或糖摄入已被证明可减少大鼠的精神兴奋剂摄入量和条件性位置偏好[10–13]。 几项大型流行病学研究也表明，人类肥胖通常与酒精或物质使用障碍无关[45–48]。 相比之下，有限的研究表明，以前的高脂肪饮食或蔗糖给药可以增加大鼠饮酒的含量[14, 15]或肥胖与人类酒精使用障碍有关[49]。 慢性乙醇给药也可能对药物消耗产生强化剂特异性影响。 例如，先前的慢性乙醇暴露会增加乙醇的自我给药[50]，但对可卡因自我管理没有影响[51即使长期使用乙醇或可卡因也会在DA系统中产生类似的适应性。 此外，就多巴胺能状态如何影响乙醇饮用和复发而言，最近的一项研究检查了大鼠和人类成瘾周期中DA系统的变化，并表明禁欲的特征是早期的低剂量痛，然后在长期禁欲期间出现高多巴胺能。其中可能导致复发漏洞[52]。 因此，DAergic信号传导的偏差与乙醇消耗和酒精使用障碍有关，但DA信号传导与乙醇饮酒或复发之间的确切关系仍不清楚。

D2R自身抑制在饮食诱导的肥胖中的意义

增加的D2R自身抑制可能导致纹状体DA传播缺陷和奖励与饮食诱导的肥胖症相关的功能减退。 肥胖与奖励缺陷以及动机和情绪障碍有关，这通常部分归因于纹状体中DA信号的减少[32, 33, 53]。 自助餐饮食喂养已被证明可降低基础DA水平以及NAc中DA代谢物3,4-二羟基苯乙酸（DOPAC）和高香草酸（HVA）的水平[5]。 此外，另一项研究表明，与对照组相比，肥胖倾向大鼠NAc中基础DA的50％降低了[54]。 这两项研究提供了证据表明食堂饮食和肥胖倾向的大鼠在使用冠状NAc切片制剂的DA释放中具有突触前缺陷。 例如，肥胖倾向大鼠的DA生物合成酶酪氨酸羟化酶和囊泡单胺转运蛋白2（VMAT2）减少可能减少DA合成和释放[54]。 然而，该领域中被忽视的方面是VTA中的生理过程的参与，其中许多DA神经元起源于此。 目前的结果表明，增加的D2R自身抑制可能导致饮食诱导的肥胖观察到的DAergic缺陷。 因此，研究NAc和VTA中的突触前中脑边缘机制的研究可以提供对导致肥胖的神经生物学机制的了解。

结论

肥胖人和大鼠纹状体中DA传播的减少已被充分证明[6, 8, 19]。 本研究表明，VTA中D2R自身抑制的增加也可能导致饮食诱导的DA信号传导缺陷，并奖励肥胖时观察到的功能减退。 虽然高卡路里饮食和滥用药物在中脑边缘DA系统中产生类似的变化，但我们表明，自助餐饮食减少了大鼠饮酒。 总体而言，似乎自助餐饮食诱导的DA系统中类似上瘾的变化可能会特别推动食堂饮食消费[6虽然从食堂饮食中退出导致长期抑制乙醇饮用并且短暂地抑制自然奖励（即蔗糖和食物颗粒）的消耗。 这些发现增加了越来越多的文献，表明饮食诱导的肥胖和药物成瘾在奖励回路中产生类似的神经适应。 在能量密集的食物或药物摄入过量后对中脑DAergic适应性的进一步调查可能会导致对导致这些主要公共卫生问题的机制的重要见解。

支持信息

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S1数据。 原始数据 图1.

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致谢

我们要感谢Jorge Tovar Diaz，Regina Mangieri，Nhi Le，Jeremiah Ling和Trevor Hadley的技术支持。 我们还要感谢Michela Marinelli进行了宝贵的科学讨论，感谢Christopher Mazzone帮助编辑了手稿。

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