致骨性饮食可能差异地改变多巴胺对大鼠蔗糖和果糖摄入量的控制（2011）

1. 简介

Hoebel和他的受训者进行了数十年的研究，提供了关于大脑多巴胺能系统在喂养调节中的作用的重要信息，从而发展了“食物奖励”的概念[1–4]。 值得注意的是，Hoebel的早期实验将中脑多巴胺确立为慢性暴饮暴食和肥胖症的关键因素[5–8早在成像研究提供直接证据之前[]9, 10].

食物控制饮食的观点，进而持续或间歇地获取高美味的食物（即糖和脂肪含量高的食物）可能导致进食管理体系内的持久变化这一观念长期以来一直是Hoebel关于食物的发展理论的核心。暴饮暴食型行为。 在职业生涯的早期，他还将这种推理的元素应用于肥胖症。 Hoebel在1977年的一次评论中指出，可能存在“不同种类的肥胖，需要不同的治疗方法” [11]。 从那时起，过多的肥胖研究确实发现了各种遗传，代谢和环境因素，可以解释肥胖的发展，后果和治疗的变化[12–15]。 但是，我们对大量营养素对改变食物奖励功能的具体贡献的理解还远远不够。 本文总结了一项受Bart研究启发的研究数据，目的是缩小我们的知识差距。

在肥胖的多方面病因学中，饮食仍然是肥胖发展的关键因素。 致肥胖的饮食是热量高的饮食，通常是可口的食物，长期接触后会导致肥胖[16]。 然而，致肥胖饮食的常量营养素组成可能不同，并且这种变化可能影响肥胖中改变的神经系统，例如多巴胺。 事实上，对致肥胖饮食的维持已被证明可降低伏隔核中的多巴胺水平，并改变中脑皮质系统的反应性，从而需要更加适口的饮食来实现类似的食物诱导的细胞外多巴胺增加，如食物中所见。 - 控制[17]。 一种可能的机制是由于可口食物的增强和慢性刺激而导致的适应性下调[18]。 事实上，我们实验室的研究表明，即使是蔗糖或脂肪的感觉刺激也足以刺激伏核中多巴胺的释放[19, 20]。 特别相关的是，脂肪和糖似乎会不同地影响奖励系统，因为从糖的更大效力推断出产生类似成瘾行为[21]。 最近的其他研究表明，基于肥胖饮食中脂肪和碳水化合物的比例，对神经内分泌系统的不同影响以及后来对体重增加的敏感性[22, 23]。 此外，人们越来越关注对高果糖玉米糖浆饮食的监管反应的潜在特殊性，以及它可能导致肥胖和食物调节紊乱的明显容易性的后果。 具体而言，Avena和Hoebel最近的研究表明，与12％蔗糖相同的动物相比，8周每天接受高果糖玉米糖浆（HFCS）治疗10小鼠的大鼠体重明显增加，即使它们消耗了XNUMX％蔗糖。相同数量的总卡路里，但HFCS的卡路里比蔗糖少[24]。 肥胖的发病率上升以及发现新疗法的可能性需要调查如何在饮食肥胖条件下控制常见的高能量和可口的食物（例如蔗糖和果糖）的摄入量。

因此，目前的研究调查了大鼠中蔗糖和果糖摄入量的多巴胺调节，这些大鼠由于对两种标准高能量饮食的延长维持而变得肥胖，所述两种标准高能量饮食广泛用于在大鼠中产生膳食肥胖，并且脂肪和碳水化合物含量不同。 具体来说，我们使用多巴胺D1受体（D1R）拮抗剂的外周（腹膜内; ip）给药评估了两类主要多巴胺受体的参与情况。 SCH23390 在蔗糖或果糖的短（2-hr）单瓶摄入试验中，瘦肉和饮食肥胖大鼠中的多巴胺D2 recpetor（D2R）拮抗剂raclopride。 这些常见的碳水化合物在人类饮食中很普遍，很容易被大鼠食用并具有正增强特性[25–28]。 先前已经证明蔗糖摄入能够刺激伏隔核内的多巴胺释放[3, 19, 29和两者的外周给药 SCH23390 和raclopride减少蔗糖假喂养[30]。 尽管科学界以及公共媒体对此感兴趣，但多巴胺拮抗剂对果糖摄入的类似影响仅在获得和表达条件偏好的背景下进行了研究，这些研究也仅限于瘦大鼠[31–33]。 尽管存在潜在的影响，但尚未研究多巴胺受体拮抗剂对各种肥胖模型中的碳水化合物摄入的影响以及在没有稳态驱动的情况下（即，在食物限制期后）。 因此，当前研究中的大鼠保持满足以避免饥饿和能量缺乏造成的混淆效应。

2。 方法

2.3多巴胺拮抗剂，测试溶液和测试程序

多巴胺D1R拮抗剂 SCH23390 （HFHE：n = 6; FCHE：n = 5; Chow：n = 4）和多巴胺D2受体拮抗剂raclopride（HFHE：n = 5; FCHE：n = 6; Chow：n = 4）。 SCH23390 将raclopride（Tocris Biosciences，Ellisville，MO）溶解于无菌盐水中，并在10-hr获得2 M蔗糖或0.3 M果糖之前腹膜内施用0.4分钟。 选择这些浓度是因为它们对大鼠非常适口，因此在以前的研究中常用[3, 19, 32, 34]。 在测试之前，将蔗糖和果糖（Fisher-Scientific，Fair Lawn，NJ）溶解在过滤的自来水中不超过24小时。

训练动物每天喝测试溶液，其中在测试前2天提供1000小时（从8小时开始）蔗糖或果糖的摄入量，以达到稳定的基线摄入量，即熟悉口感和后刺激作用。 训练和测试是在动物的家禽饲养室进行的，将100毫升塑料瓶临时装在家禽笼的前面，以便将壶嘴伸入笼子中。 在维持饮食24周后开始施用媒介物（盐水）或多巴胺拮抗剂，此时两个致肥胖饮食组（HFHE和FCHE）的体重均显着高于正常对照组（图1）。 注射天数之间至少给予48小时，以使药物完全代谢。 用多巴胺拮抗剂治疗后没有发生体重变化或24小时食物摄入。

 

图1

在药理试验期间和整个药理试验期间的体重（灰色条）

2.4统计分析

体重和 ¹使用单向独立样品方差分析（ANOVA）以饮食作为独立变量分析H-NMR数据。

摄入量以消耗的ml测量，并表示为平均值±SEM。 在饮食，药物和碳水化合物作为独立变量的三向ANOVA中测试基线摄入（跟踪载体，即盐水注射）之间的差异。 饮食没有显着影响（F_(2,48)= 0.3533， p= 0.704），药物（F_(1,48)= 0.1482， p= 0.701），也没有明显的相互作用效应（饮食×药物： F_(2,48)= 0.4144，p= 0.66; 饮食×碳水化合物： F_(2,48)= 0.2759， p= 0.76; 药物×碳水化合物： F_(1,48)= 0.0062， p= 0.73; 饮食×药物×碳水化合物： F_(2,48)= 0.3108， p= 0.73）。 然而，碳水化合物的显着作用（F_(1,48)= 8.8974， p<0.01）被观察到表1）。 因此，对于所有后续分析，摄入量转换为从基线降低的百分比（剂量后摄入量×[ml] /摄入量0μg/ kg [ml]），并使用重复测量方差分析（ANOVA）与饮食（HFHE， FCHE，或Chow）和药物（raclopride或 SCH23390）作为自变量和剂量（0，50，200，400或600 nmol / kg） SCH23390 或raclopride）作为重复测量。 抑制剂量（ID₅₀）如前所述计算需要减少摄入量至基线的50％（0 nmol / kg）[35]。 ID的差异₅₀ 使用双向方差分析比较饮食和药物的功能。 所有分析均使用Statistica（v6.0，StatSoft®Inc.，塔尔萨，俄克拉荷马州）进行，重大发现使用Fischer的最小显着差异（LSD）事后检验进一步分析。 如果p <0.05，则认为差异具有统计学意义。

 

表1

在2-h测试中摄入蔗糖和果糖。 在载体（0 nmol / kg）注射后饮食组的蔗糖和果糖摄入的绝对摄入量（以ml计）。 饮食或药物组之间的基线摄入没有观察到差异。 基线蔗糖 ...

3。 结果

3.2多巴胺D1R和D2R拮抗剂对蔗糖摄入的影响

蔗糖摄入量减少了 SCH23390 在所有组中（图2a）。 Raclopride降低了HFHE大鼠的蔗糖摄入量，但在Chow和FCHE大鼠中的效果要差得多（图2b）。 重复测量ANOVA显示药物的整体效果（F_(1,24)= 8.8446， p<0.01），剂量（F_(4,96)= 27.1269， p<0.001），以及药物相互作用的剂量（F_(4,96)= 2.9799， p<0.05）。 饮食的整体效果并不显着（F_(1,24)= 2.5787， p= 0.09），事后比较确实显示了HFHE和Chow组之间raclopride治疗的显着差异（p<0.05）以及HFHE和FCHE组之间（p

 

图2

多巴胺受体拮抗剂后蔗糖摄入量的变化

事后分析显示 SCH23390 与raclopride相比，在降低蔗糖总摄入量方面显着更有效（p SCH23390 在所有测试剂量下抑制HFHE大鼠的蔗糖摄入量，并在200 nmol和更高剂量下抑制FCHE和Chow大鼠的摄入量（图2a）。 所有剂量的raclopride均可抑制HFHE大鼠的蔗糖摄入量，但只有最高剂量才能显着降低FCHE大鼠的蔗糖摄入量，而这些剂量均未抑制Chow大鼠的蔗糖摄入量（图2b).

分析ID₅₀ (表2）显示没有饮食的影响（F_(2,24)= 0.576， p= 0.57）或药物（F_(1,24)= 2.988， p尽管ID明显不同，但是= 0.09）₅₀ 对于raclopride。 这种效果的缺乏可能是由于群体内的实质性差异造成的。

 

表2

由ID50表达的多巴胺受体拮抗剂的有效性。 ID50表示摄入量将减少至基线（载体）的50％的剂量。 两组之间没有观察到差异 ...

3.3多巴胺D1R和D2R拮抗剂对果糖摄入的影响

SCH23390 减少所有组的果糖摄入量（图3a）。 另一方面，Raclopride仅在FCHE组中显着减少摄入量（图3b）。 重复测量方差分析显示药物的整体效果（F_(1,24)= 5.7400， p<0.05），剂量（F_(4,96)= 33.9351， p<0.001）和显着的药物相互作用剂量（F_(4,96)= 3.0296， p<0.05），但对饮食没有影响（F_(2,24)= 1.5205， p= 0.24）。 然而，事后分析再次表明，HFHE和FCHE组之间的raclopride治疗存在显着差异（p

 

图3

给予多巴胺受体拮抗剂后果糖摄入量的变化

事后分析显示 SCH23390 总体上比raclopride更有效地抑制果糖摄入量（p<0.05），并且以剂量依赖性方式进行（图3). SCH23390 早在XHUMX和400 nmol的所有饮食组中摄入量减少，并且在HFHE大鼠中早在600 nmol剂量下减少果糖摄入量（图3a）。 然而，Raclopride对果糖摄入的影响仅限于FCHE大鼠，事后分析显示在200 nmol和更高剂量的FCHE大鼠中果糖消耗显着减少，没有raclopride剂量抑制HFHE或Chow大鼠的果糖摄入量（图3b).

ID上的ANOVA₅₀ (表2）揭示了药物的作用（F_(1,24)= 4.548， p<0.05）但不饮食（F_(2,24)= 1.495， p= 0.25）。 SCH23390 总需要比raclopride更低的剂量，以减少摄入量到基线的一半（p<0.05）。 与实际剂量分析一致，对ID进行事后分析₅₀ 与Chow大鼠相比，肥胖组的敏感性也显着增加（p

4。 讨论

本研究在两种饮食肥胖动物模型中比较了对多巴胺受体阻断的敏感性，以减少两种可口碳水化合物溶液（蔗糖或果糖）的摄入。 我们使用两种饮食来模拟长期饮食中主要是高脂肪饮食（HFHE）或脂肪 - 糖组合饮食（FCHE），如西方饮食中所见[25]。 正如预期的那样，两种饮食均在12周开始产生显着的体重增加和肥胖，整个实验期间体重持续增加（图1）。 然后将这些组与年龄匹配的食物喂养对照进行比较，以确定它们对D1和D2受体亚型特异性阻断的相对敏感性。 SCH23390 或分别为racl​​opride。 我们发现D1受体的阻断降低了所有饮食组的蔗糖和果糖摄入量。 无论大鼠是否摄入蔗糖或果糖溶液，HFHE大鼠的剂量都略低 SCH23390 与他们的肥胖FCHE或瘦周食物相比（图2a, ，3a）.3a）。 在蔗糖试验期间，在D1受体阻断后也观察到HFHE大鼠对多巴胺D2受体拮抗作用的这种明显增加。 实际上，HFHE大鼠对所有raclopride剂量的反应都会降低蔗糖摄入量，而FCHE大鼠只对最高剂量有反应，而Chow大鼠在raclopride处理后没有显着抑制蔗糖消耗（图3b）。 然而有趣的是，HFHE大鼠在raclopride处理后没有减少果糖摄入量。 相反，raclopride仅在FCHE大鼠中显着抑制果糖摄入。 对多巴胺受体拮抗剂的敏感性增加表明多巴胺信号传导减少，即由于受体较少，受体位点处内源性DA的竞争减少，或两者的组合。 实际上有证据表明这两种机制都适用于我们的模型。 例如，即使在出生前接触高脂饮食也可能导致D2R降低[36]。 此外，吃高脂肪食物已经显示出减少自然或电诱发的多巴胺释放，并减少多巴胺的转换[37–39]。 尽管潜在的机制值得进一步研究，但我们的数据以及这些和其他先前的观察结果支持以下观点：食用某些食物（可能与肥胖无关）可能会导致多巴胺系统发生变化，让人联想到滥用药物的神经可塑性[40]。 事实上，最近的研究表明高脂肪饮食会增加对多巴胺系统作用的药物的敏感性[41, 42].

先前对瘦大鼠的研究显示D1和D2受体阻断在使用与本研究中使用的浓度一致的浓度下减少碳水化合物摄入的不同功效[31–33, 43]。 这些影响被认为部分是由参与食物奖励的大脑区域介导的，并且这些区域的D2受体可能特别容易受到肥胖引起的变化的影响[31, 33, 44–46]。 本研究扩展了多巴胺受体调节瘦大鼠碳水化合物摄入量的研究结果，并赞扬那些显示肥胖奖励系统持久可塑性的研究。 虽然系统的复杂性和可能影响这种相互作用的因素（长期改变的系统对摄入的急性控制）显然会增加个体差异，从而减少整体方差分析中的相互作用效应，但剂量反应效应的直接（事后）比较确实如此。揭示饮食组之间对等摩尔剂量的受体拮抗剂的不同敏感性。 影响D2R的变化具体地似乎取决于高脂肪饮食中也存在的碳水化合物的含量，表明饮食的常量营养素含量可以差异地改变奖励系统。

在蔗糖试验中对raclopride敏感性的不同影响可能是由于饮食中存在蔗糖。 尽管这两种致肥食物都含有一些蔗糖，但FCHE饮食含有比HFHE饮食多23％的蔗糖。 因此，FCHE大鼠（而非HFHE大鼠）在蔗糖攻击中缺乏对raclopride的响应可能是由于HFHE饮食中蔗糖暴露增加。 然而，致肥食物都不含果糖，但果糖测试中致肥胖组对raclopride的反应也有差异。 此外，Chow饮食中不存在蔗糖，但Chow组在蔗糖试验中对raclopride的反应更类似于FCHE对HFHE大鼠的反应。 这表明作为饮食和测试碳水化合物的函数，其他因素可能是对raclopride治疗的差异反应的基础。

替代解释可包括由果糖和蔗糖施加的差异性神经和激素后消化作用。 虽然确切的机制仍然模糊不清，但越来越多的证据支持这一观点[47, 48]。 在这种情况下，由于它们对奖励系统上游的口腔和胃肠信号的不同影响，两种饮食改变蔗糖和果糖偏好的可能性不能被排除，并且需要进一步研究。

肥胖和可口的食物独立地暗示改变多巴胺信号[3, 45, 49, 50]，因此也可以解释本研究中观察到的差异反应。 事实上，我们的数据支持先前的研究结果显示多巴胺D2R信号在肥胖中减少[45, 50]。 然而，本研究的新发现是这种关系的性质可能取决于致肥食物的常量营养素含量而不是肥胖或其相关的并发症。 另一个主要发现是D2R拮抗剂在测试碳水化合物之间的功效差异。 我们注意到我们的数据显示，D2Rs对果糖摄入量的控制比蔗糖摄入量更严格，导致人们质疑不同碳水化合物的摄入量如何受到差异调节，以及不同碳水化合物引起的奖励是否会招募不同的机制。 以前的数据表明，蔗糖和果糖的摄入会产生不同的生理反应。 蔗糖已被证明可以根据其味道和摄入后的特性产生条件效应[28, 51, 52虽然果糖似乎只通过其味道而不是通过增强后摄入效应来发挥行为相关的刺激[27, 53]。 因此，即使当由蔗糖引起的反馈由于肥胖继发的损伤（例如降低的胰岛素/瘦素敏感性）而受损时，奖励回路对果糖的响应性也可保持完整。 相反的情况也可能是这样：对抑制蔗糖摄入的反调节反应可能无法检查果糖摄入量。 需要对人类进行未来的研究，以研究对富含果糖的食物的偏好是否会随着肥胖而增加，或者对于同样患有糖尿病的肥胖患者的相对蔗糖和果糖偏好是否不同。

虽然蔗糖对多巴胺的影响已被广泛研究[3, 19, 43, 50虽然早期的Hoebel实验室报告表明果糖可能产生其独特的生理反应，但对果糖与多巴胺奖赏系统之间的相互作用知之甚少。24]。 本研究为这一复杂难题增加了一条信息，表明不同常量营养素含量的饮食可能会差异地改变多巴胺对果糖摄入量的控制。 需要进一步调查，以充分了解膳食脂肪和糖可能影响肠道 - 大脑信号传导和引起大脑内部变化的潜在机制。

5。 结论

这项研究表明，脂肪和碳水化合物含量不同的致肥胖（高能量）饮食，而不是肥胖本身，可能会减少D1和D2受体拮抗剂对减少碳水化合物摄入量的敏感性。 这一发现与膳食肥胖中多巴胺信号传导减弱的一般概念相一致，并暗示饮食与中枢多巴胺效应之间存在新的关系。 另一个主要发现是饮食差异地改变了多巴胺受体拮抗剂抑制蔗糖和果糖摄入的效力。 与正常（低脂肪）或高脂肪，高碳水化合物饮食相比，由高脂肪但低糖饮食产生的肥胖导致对D1和D2受体拮抗作用降低蔗糖摄入量的敏感性增加，但D2受体对果糖摄入的控制是保存。 相比之下，饲喂高能量饮食与高膳食脂肪和碳水化合物相结合的大鼠表现出D2受体对果糖摄入的调节作用增强。 因此，饮食史似乎可能改变以前归因于肥胖的多巴胺缺乏的发展。 目前的数据还表明，多巴胺可塑性的这些特性可能会影响某些碳水化合物（如果糖和蔗糖）如何发挥其奖赏效果。 这种差异可以解释不同抗肥胖治疗和疗法的成功率的一些变化。 需要进一步的研究来测试这些发现对人类的适用性并研究潜在的机制。

致谢

脚注

参考资料