以类似狂欢的方式长时间摄入蔗糖，改变伏隔核壳中中等多刺神经元的形态（2016）

面前。 Behav。 Neurosci。，23 March 2016 | http://dx.doi.org/10.3389/fnbeh.2016.00054

Paul M. Klenowski¹, Masroor R. Shariff¹, Arnauld Belmer¹, 马修J.福格蒂², Erica WH Mu², Mark C. Bellingham² 和 Selena E. Bartlett¹^*

¹昆士兰科技大学转化研究所和健康与生物医学创新研究所，澳大利亚昆士兰州布里斯班
²澳大利亚昆士兰州布里斯班昆士兰大学生物医学科学学院

现代饮食已变得高度甜味，导致前所未有的糖消耗水平，特别是在青少年中。虽然已知慢性长期糖摄入会导致包括肥胖和II型糖尿病在内的代谢紊乱的发展，但对长期，类似暴食的糖消耗对大脑的直接后果知之甚少。乙与滥用药物类似，糖可导致伏隔核（NAc）中多巴胺的释放，我们研究了短期（4周）和长期（12周）暴食后该脑区神经元形态的变化。就像使用间歇性两瓶选择范例的蔗糖消费一样。我们使用Golgi-Cox染色来浸渍来自NAc核心和短期和长期蔗糖消耗大鼠的壳的中型多刺神经元（MSN），并将这些与年龄匹配的水对照进行比较。我们表明，与年龄匹配的对照大鼠相比，延长的类似饥饿的蔗糖消耗显着降低了NAc壳MSN的总树突长度。我们还发现这些神经元的重组主要是由于远端树突复杂性的降低。相反，我们观察到来自长期蔗糖消耗大鼠的NAc壳MSN的远端分支顺序的脊柱密度增加。结合起来，这些结果突出了延长的类似甘蔗摄入量对NAc壳MSN形态的神经元效应。

介绍

在过去的40年中，含糖饮料和含有添加糖的食品的消费量有所增加（Nielsen等，2002; Popkin，2010; Ng等人，2012），据报道估计所有食品和饮料中含有大量75％含有大量添加的糖（福特和迪茨，2013; Bray和Popkin，2014）。在此期间，肥胖和II型糖尿病患病率同时增加，尤其是青少年（Arslanian，2002; Reinehr，2013; Dabelea等，2014; Fryar等，2014）。最近的研究表明，超重和肥胖儿童常常摄入大量的糖，但高糖饮食对超重和肥胖儿童发病率增加的贡献仍然存在争议（胡，2013; Bray和Popkin，2014; Bucher Della Torre等人，2015).

虽然越来越多的证据表明，高糖饮食的消费可能部分有助于儿童和青少年的体重增加（Malik等，2010; Te Morenga等，2013; Bray和Popkin，2014），对过量摄入糖引起的不良代谢后果的关注较少。有趣的是，一些常见的行为和心理模式经常出现在过度食用和维持高糖含量饮食的人群中。最值得注意的是饮食失调的发展，包括暴饮暴食，同时伴随心理症状的发作，包括缺乏动力和抑郁症（综述于希恩和赫尔曼，2015). 此外，由于暴饮暴食的个体经常表现出失去控制和无法自我限制其糖摄入量，这些行为很可能是由于大脑区域的神经适应性评估高度可口的食物的享乐价值而产生的。 (Saper等，2002; Lutter和Nestler，2009; 肯尼，2011）。人类的证据表明，糖和甜味可以引起类似于酒精和尼古丁等成瘾药物诱发的渴望，这一理论基础也得到了支持。Volkow等人，2012).

虽然糖的成瘾特性仍然是推测性的，但这些观察结果与研究证明过量糖摄入对奖励回路变化的贡献以及动物模型中成瘾性行为和情绪状态的发展 (Avena等，2008; Benton，2010; Ventura等，2014), 保证需要进一步调查。 先前对啮齿动物的研究表明，间歇性获取蔗糖会改变中脑边缘系统内几种神经递质的活性，包括多巴胺，阿片类药物和乙酰胆碱。 Avena等，2008）。已经证明，类似于滥用药物，类似于蔗糖的消耗可以促进伏隔核（NAc）中的多巴胺释放。Avena等，2008）。此外，我们已经证明使用24 h间歇接入两瓶选择范例长期食用蔗糖（Simms等，2008）调节NAc中的烟碱乙酰胆碱受体（nAChR）表达（Shariff等人，正在报道中）。有趣的是，我们还观察到已知调节NAc中多巴胺和乙酰胆碱活性的nAChR化合物对短期和长期摄入后的蔗糖消耗有不同的影响（Shariff等人，正在报道中).

虽然这些研究已经证明了由间歇性获取糖和滥用药物引起的行为和神经化学变化的相似性，但尚不清楚这些效应是否促进NAc中神经元形态的变化。 T与包括可卡因，安非他明和尼古丁在内的滥用物质形成对比，后者在NAc中产生中等多刺神经元（MSNs）形态的明显变化，包括脊柱密度增加和树突复杂性改变 (Robinson和Kolb，1999, 2004; Li等人，2003; Crombag等，2005）。因为我们之前已经证明，与短期摄入相比，使用间歇性双瓶选择范例对酒精和蔗糖进行长期暴露（12周）会产生对药物治疗干预的不同反应（4周; Steensland等，2007; Shariff等人，正在报道中），我们评估了短期和长期蔗糖消耗对NAc中MSN形态的影响。我们允许青少年大鼠以类似暴食的方式摄入4（短期）或12（长期）周的蔗糖，然后分析短期和长期蔗糖消耗大鼠的NAc MSN的形态，并将其与年龄匹配的对照者只能获得水。我们的研究结果表明，来自NAc壳的MSN在长期但不是短期的蔗糖消耗后发生改变，树突长度减少，但远端树突棘密度增加。此外，我们发现在短期和长期蔗糖消耗后，来自NAc核心的MSN的形态保持相对完整。这些结果突出了以类似狂欢的方式长期摄取蔗糖的直接神经学后果。此外，该数据表明需要进一步研究，旨在阐明伴随由长期，类似暴食的蔗糖摄入诱导的NAc壳MSN的形态重建所伴随的分子和神经化学变化。

材料和方法

道德声明

所有实验程序均按照澳大利亚科学目的动物护理和使用规范，8th Edition（国家健康与医学研究委员会，2013）进行。该协议经昆士兰科技大学动物伦理委员会和昆士兰大学动物伦理委员会批准。

动物和住房

将5周龄（青春期）雄性Wistar大鼠（对照：176.4±4.8 g;蔗糖：178.3±5.0 g）（ARC，WA，Australia）分别饲养在通风的双层有机玻璃中^® 笼子里。在实验开始前的几天，使大鼠适应各个住房条件，处理和逆光循环5天。将所有大鼠圈养在气候控制的12-hr逆转光/暗循环（在9 am点亮）房间，用标准大鼠食物和水提供随意.

间歇性访问两瓶选择饮酒范式

间歇性进入5％蔗糖两瓶选择饮用范例（Simms等，2008）改编自智者（1973）。所有液体都在300 ml刻度塑料瓶中呈现，在暗光循环开始后，在笼子前面通过两个垫圈插入不锈钢饮用喷嘴。在瓶子呈现之前记录每个瓶子的重量。同时提供两瓶：一瓶含水; 第二瓶含有5％（w / v）蔗糖。每次暴露交替放置5％（w / v）蔗糖瓶以控制侧面偏好。在提供流体后，将瓶子称重24 h，并且测量到最接近的0.1 g。还测量每只大鼠的体重以计算每千克体重的蔗糖摄入量的克数。在饮酒期的第1日，大鼠（n = 6-9）可获得一瓶5％（w / v）蔗糖和一瓶水。在24 h之后，将蔗糖瓶替换为可用于下一个24 h的第二个水瓶。这种模式在周三和周五重复出现。在所有其他日子里，老鼠无限制地获得水。类似甘蔗的蔗糖消耗导致总蔗糖摄入量（ml）随时间升高（补充图 1并且伴随着基于体重的稳定基线饮酒水平[20±5 g / kg 5％（w / v）]在短期[~4周（13饮酒期）]和长期[ ~12周（37饮酒会议）]饮酒期。一组独立的对照大鼠（n 在上述相同条件下，两个瓶子（即没有蔗糖）可以获得水（6-9）。在短期暴露结束时对照和蔗糖消耗大鼠的平均体重分别为405.7±40.8 g和426.4±31.2 g。在长期暴露结束时，对照组和蔗糖组的平均体重为578.8±53.4 g和600.2±45.2 g。

高尔基 - 考克斯染色

在最后一次饮酒之后，将大鼠从动物设施转移，以允许在昆士兰大学生物医学科学学院（澳大利亚圣卢西亚）的组织学设施处理脑样品。采取所有批准的措施以减少运输过程中的压力，然后使大鼠恢复过夜。第二天，用戊巴比妥钠过量（60-80 mg / kg，ip Vetcare，Brisbane，Australia）处死大鼠，并用含有（以mM计）：300 NaCl，130的~3 ml人工脑脊髓液心内灌注。 KCl，26 NaHCO₃，1.25 NaH₂PO₄，5 MgCl₂，1 CaCl₂和10 D-葡萄糖。然后将每只动物断头并取出脑并在黑暗中在含有5％重铬酸钾，5％铬酸钾和5％氯化汞（来自Sigma-Aldrich的所有化学物质）的Golgi-Cox溶液中孵育，该新鲜3天在牺牲前如前所述（Rutledge等人，1969）。高尔基 - 考克斯染色培养和后处理方法进行了修改 Ranjan和Mallick（2010）。将来自短期蔗糖消耗动物的脑在6℃下孵育37天，同时将来自长期蔗糖消耗动物的脑孵育10天，在孵育4天后更换为新鲜的Golgi-Cox溶液。

孵育后，使用振动的Zeiss Hyrax V300切片机（Carl Zeiss，Germany）切割50μm冠状切片。然后将切片依次放入装有24％磷酸盐缓冲盐水中的30％（w / v）蔗糖的0.1-孔板中，并如（中所述）处理。Ranjan和Mallick，2010）。简而言之，将切片在50％乙醇中脱水至5 min，然后置于0.1 M NH中₄用于30 min的OH溶液，用蒸馏水冲洗两次，持续5 min，并在黑暗中放置在Fujihunt膜固定器（Fujifilm，Singapore）中30 min。然后将切片在蒸馏水中冲洗两次，每次2 min，并在70，90，95和100％乙醇中脱水两次，每次5 min。然后将切片在CXA溶液（1：1：1氯仿：二甲苯：醇）中清除10 min并在Superfrost Plus载玻片（Menzel-Glaser，Lomb Scientific，Australia）上安装在DPX（Sigma-Aldrich）中并盖上盖玻片。（Menzel-Glaser，德国）。将载玻片置于黑暗中，在室温下干燥过夜。

伏核中的神经元选择和追踪

前囟+ 2.8和+ 1.7之间的冠状切片在NAc的核心和壳内进行了MSNs的调查，使用侧脑室和前连合作为标志借助于大鼠脑图谱（Paxinos和Watson，2007）（图 1）。 Neurolucida 7（MBF Bioscience，VT，USA）中的轮廓功能用于划分每个切片中的NAc核心和NAc壳（图 2）。在2和9神经元之间使用63x物镜或脊柱密度（报告为每100μm的脊柱）使用100x物镜在Zeiss Axioskop II（Carl Zeiss，Germany）上使用自动化跟踪每个动物的每个区域的树突长度参数。 XYZ 由Neurolucida驱动的阶段^® 7软件（MBF Biosciences，VT，USA）。对于治疗，所有追踪均以盲法进行。以与先前报道类似的方式分析Golgi-Cox浸渍的神经元的形态学参数（Klenowski等，2015).

图1

图1。图显示了从伏核的核心和壳体取样的中型多刺神经元的位置，4和12周蔗糖消耗大鼠和年龄匹配的对照。前两个图显示了从伏核核心和4周对照（三角形）和蔗糖（圆形）动物的壳中取样的神经元的位置。底部两个图显示从12周对照（三角形）和蔗糖（圆形）动物取样的神经元的位置。

统计分析

计算每个数据集的平均值和标准误差（SEM），动物为 n，使用来自所有核心或壳NAc MSN的平均形态测量数据（n = NAN shell的7和 n = 6为NAc核心4周， n = 9周组为12）。注明时，未配对的两尾学生 t使用GraphPad Prism版本6.02（GraphPad Software，San Diego，CA）对涉及组平均值比较的所有分析进行具有Bonferroni后测试的测试或双向ANOVA。统计意义被接受 P <0.05。结果部分中的所有数据均以平均值±SEM表示。计算相对于控制值的百分比变化。

成果

来自伏隔核壳的中型多刺神经元的树突长度减少，树突复杂度降低，但在长期但非短期蔗糖消耗后远端分支订单的平均脊柱密度增加

在短期（4周）蔗糖消耗后，NAc壳MSN形态参数没有显着差异（表 1）。在与离心分支顺序相关的分析中，短期蔗糖消耗量和水控制NAc壳MSN之间也没有显着差异。即，每个分支订单的树枝状细分（P = 0.4111），表示每个分支顺序的树枝状长度（P = 0.5581）和每个分支顺序的平均脊柱密度（P = 0.2977，双因素方差分析）组间没有显着差异。显示采样神经元的近似位置的位置图如图所示 1.

TABLE 1

表1。短期蔗糖消耗大鼠伏核壳中等多刺神经元的一般形态学参数和年龄匹配的水对照.

在长期（12周）蔗糖消耗后，与耗水对照相比，NAc壳MSN的总树枝状乔木长度减少了21％（水：1827±148μm， n = 9; 蔗糖1449±78μm， n = 9，*P = 0.0384，两尾不成对学生 t- 测试，图 2，表 2）。水和蔗糖组之间的树枝状分叉（节点）和树枝状末端的平均数量的比较揭示了NAc壳MSN中的树枝状复杂性的降低（尽管不显着）水平（节点：水12.9±1.4） n = 9，蔗糖10.1±0.8 n = 9， P = 0.0879; 结尾：水17.9±1.4 n = 9，蔗糖14.8±0.7 n = 9， P = 0.0657，两尾不成对学生 t- 测试，表 2）。体细胞体积没有变化（P = 0.9400），平均树枝状树长（P = 0.1646）或总脊柱密度（P 与水对照相比，来自长期蔗糖消耗大鼠的NAc壳MSN中的= 0.3662）。这些形态测量参数详见表 2.

图2

图2。与对照大鼠相比，长期蔗糖处理的大鼠的伏隔核（NAc）壳中的树突状乔木长度和远端树突棘密度的增加减少。（A，B） 显示对照（顶部）和长期（12周）蔗糖（底部）处理的明场的表示 z - 来自NAc壳的高尔基体浸渍的MSN的堆叠马赛克（63x放大率）。插图 （A，B） 图1显示了来自NAc壳的高尔基浸渍的MSN树突和树突棘的对照和长期蔗糖处理的明场图像（100x放大率）。 （C） 显示了本研究中MSN取样的解剖区域。 （D） 图中显示了长期蔗糖动物（正方形）与对照（圆圈），未配对学生相比，来自NAc壳体的总MSN树突状乔木（平均值±SEM）减少的散点图 t- 测试，*P <0.05， n = 9; 控制和 n = 9; 12周蔗糖。 （E） 图中显示了与对照（圆圈），未配对的学生相比，长期蔗糖动物（正方形）中NAc壳的MSN树突树长度（平均值±SEM）未改变的散点图。 t-测试， P > 0.05， n = 9; 控制和 n = 9; 12周蔗糖。每个分支顺序的树枝状分段数的分支顺序分析（平均值±SEM） （六），表示每个分支订单的树枝状长度 （G） 和每个分支顺序的树突棘密度 （H）。与对照相比，长期蔗糖消耗减少远端分支顺序（5 +）的树突长度和远端分支顺序（4 +）的树突棘密度增加 （G，H），使用Bonferroni后测试的双向ANOVA，*P <0.05，**P <0.01， n = 9; 控制和 n = 9; 长期蔗糖。比例尺： （A，B） =20μm; 插图 （A，B） =10μm; （C） = 1 mm。

TABLE 2

表2。来自长期蔗糖消耗大鼠伏隔核壳体的中型多刺神经元的一般形态学参数和年龄匹配的水对照.

在表征长期蔗糖消耗NAc壳MSN的一般树突形态之后，我们分析了树枝状树枝状结构和脊柱密度的分支顺序特征。我们对树突树的综合评估量化了每个分枝顺序的树突片段的数量，每个分枝顺序的树突片段的平均长度和水控制和长期蔗糖消耗大鼠的NAc壳MSN的每个分支顺序的平均脊柱密度。表中列出了分支订单数据和分析的摘要 3.

TABLE 3

表3。长期蔗糖和饮水大鼠中型多刺神经元的分支顺序特征.

与水对照相比，长期蔗糖消耗大鼠的NAc壳MSNs的每个分枝顺序的平均树突分支段数显着减少（**）P = 0.0015，双向ANOVA）。 Bonferroni后测试显示4th分支段数量减少的趋势（水：5.2±0.9， n = 9; 蔗糖3.3±0.8， n = 9， P = 0.0675，图 2F，表 3），和5th订单及以上分支订单（水：3.3±0.7， n = 9; 蔗糖1.2±0.3， n = 9， P = 0.0566，图 2F，表 3）。与水对照相比，长期蔗糖消耗大鼠的NAc壳MSNs的每个分枝顺序的平均树突片段长度也显着降低（*P = 0.0444，双向ANOVA）。 Bonferroni后测试显示55th阶分支及其以上的5％减少（水：53.9±7.2μm， n = 9; 蔗糖24.1±7.5μm， n = 9，**P = 0.0038，图 2G，表 3).

分支顺序分析显示，与对照组相比，长期蔗糖消耗大鼠的NAc壳MSN树突棘密度显着增加（*P = 0.0124，双向ANOVA）。 Bonferroni后测试显示在57th阶远端和更远处的脊柱密度增加4％（水：33.4±4.2， n = 9; 蔗糖52.5±6.8， n = 9， P = 0.0271 *，图中的插图 2A，B，H，表 3）。图中描绘了整体MSN结构和远端脊柱密度（插图）的代表性图像 2A，B.

总之，这些结果表明短期蔗糖消耗对NAc壳内MSN的形态参数几乎没有影响。然而，在长期食用后，神经元乔木长度和复杂性显着降低，特别是在远端树突分支中。伴随的远端脊柱密度增加在长期蔗糖消耗大鼠的NAc壳MSN中也是明显的。

来自伏核核心的中型多刺神经元在长期但非短期蔗糖消耗后降低了分枝复杂性

在短期蔗糖消耗后，NAc核心MSN形态学参数没有显着差异（表 4）。在与离心分支顺序相关的分析中，4-周蔗糖消耗量和水控制核心MSN之间也没有显着差异。即，每个分支订单的树枝状细分（P = 0.7717），表示每个分支顺序的树枝状长度（P = 0.2096），每个分支顺序的平均脊柱密度（P = 0.3521，双向ANOVA）在组之间没有差异。

TABLE 4

表4。短期蔗糖消耗大鼠伏核核心中型多刺神经元的一般形态学参数及年龄匹配水对照.

延长的蔗糖消耗对NAc核心MSN形态测定参数也没有显着影响（表 5）。与水对照相比，长期蔗糖消耗大鼠的NAc核心MSN的每个分枝顺序的平均树突分支数量显着减少（*P = 0.0416，双向ANOVA），但每个分支顺序的平均树突长度没有显着差异（P = 0.0995）和每个分支顺序的平均脊柱密度（P 与水对照相比，长期蔗糖消耗大鼠的NAc核心中的MSN之间的0.4888，双向ANOVA。总之，我们的数据显示，与来自NAc壳区域的MSN相比，NAc核心对长期蔗糖消耗没有响应。

TABLE 5

表5。长期蔗糖消耗大鼠伏核核心中型多刺神经元的一般形态学参数和年龄匹配的水对照.

讨论

西方饮食中高甜味食物的供应增加不仅导致肥胖和II型糖尿病患病率增加和经济负担增加，还导致饮食失调如暴食（Swanson等，2011; Kessler等，2013; 戴维斯，2015). 虽然包括果糖和蔗糖在内的糖的成瘾性质仍然是推测性的，但是由于过度进食和长期吸毒导致的行为和神经相关性存在惊人的相似性。 (Avena等，2008, 2011). 此外，糖以类似于滥用药物的方式激活大脑的奖励电路（Volkow等人，2012人类研究的结果表明，糖和甜味可以诱导出与酒精和尼古丁等成瘾药物引起的渴望相当的渴望。 (Volkow等人，2012）。因此，我们使用大鼠中的暴食 - 蔗糖消耗模型来确定短期（4周）和长期（12周）蔗糖消耗对NAc中MSN的神经元形态的影响，NAc是重叠奖励电路的关键组成部分。由糖和成瘾药物调节。我们显示慢性长期蔗糖消耗大鼠的NAc壳的MSN具有显着降低的树突长度和复杂性，但增加了远端树突棘密度。长期蔗糖消耗对NAc核心的MSN形态没有影响，而短期蔗糖消耗也对NAc核心或壳体的MSN形态没有显着影响。这些结果不仅证明了延长类似饥饿的蔗糖摄入量对NAc壳MSN的神经元形态的直接影响，而且它们还突出了长期食用含糖高的饮食的潜在有害后果。

NAc是腹侧纹状体的一部分，主要由MSN构成，其形态学特征为具有广泛的树突状树突和高脊柱密度的中型神经元（肯普和鲍威尔，1971; Graveland和DiFiglia，1985; Rafols等，1989; Kawaguchi等人，1990). 谷氨酸能和多巴胺能神经元是NAc的两个主要传入输入，主要接触MSN的树突轴和脊柱。 (Groves，1980; Kaiya和Namba，1981; Groves等，1994). 具体而言，NAc壳和核心从功能上不同的皮层区域接收谷氨酸能输入 (Brog等，1993). NAc壳也受来自皮质下区域的兴奋性传入神经支配，例如海马，丘脑和基底外侧杏仁核 (Brog等，1993; Wright和Groenewegen，1995). 以前的研究表明，这些谷氨酸能输入在动机和目标导向行为（如食物和奖励寻求）中起着关键作用 (Maldonado-Irizarry等，1995; Kelley和Swanson，1997; Reynolds和Berridge，2003; Richard和Berridge，2011）。 NAc MSN的另一个主要输入来自腹侧被盖区投射的多巴胺能传入（Lindvall和Björklund，1978; Veening等，1980; Kalivas和Miller，1984). 有趣的是，先前使用类似间歇性糖通路模型的研究表明，由此产生的类似食物的消耗导致NAc中细胞外多巴胺的增加与滥用药物类似（尽管程度较小） (拉达等人，2005; Avena等，2006），并可调节多巴胺受体的表达（Colantuoni等，2001, 2002）在NAc核心和shell中。 有趣的是，与可卡因和英雄的滥用药物的自我管理相似，类似暴饮的蔗糖消费导致摄入量逐渐增加N（Ahmed和Koob，1998; 艾哈迈德等人，2000, 2003与“上瘾的”状态的发展有关。

我们对分支顺序形态测定的分析表明，由长期蔗糖摄入引起的NAc壳MSN的树突长度的总体减少主要是由于远端分支顺序的复杂性的降低。 我们观察到远端分支减少（4th和5th阶及以上分支顺序）并且在5th级和以上树突处显着减少平均长度，并且在这些分支顺序处增加了脊柱密度。可能影响这种树突状重组的一个共同因素包括突触连接和/或功能的变化（Russo等，2010). 以前的研究表明MSN上的谷氨酸能突触主要在脊柱上形成，特别是在远端树突上。 (Groenewegen等，1999). 此外，来自前额皮质的多巴胺和谷氨酸能输入的共定位 (Sesack和Pickel，1992), 海马 (Totterdell和Smith，1989; Sesack和Pickel，1990), 和杏仁核 (约翰逊等人，1994) 已经在MSN的树突棘上观察到。 这些观察结果与我们研究中观察到的长期蔗糖消耗后脊柱密度增加相结合，支持形成增加的兴奋性输入。 因此，出现这样的可能性，即由延长的类似蔗糖摄入引起的持续效应可促进NAc壳中MSN的远端树突的兴奋性突触活动。因此，远端树突的减少和/或收缩可以通过突触稳态机制产生 (Reissner和Kalivas，2010），但这仍有待确定。

值得注意的是，Crombag及其同事表明，尽管获得了更强的采集和对蔗糖的更高响应率，但通过鼻 - 自我管理范例，在4周蔗糖消耗后NAc壳中没有脊柱密度增加。用安非他明（Crombag等，2005）。他们在4周观察到脊柱密度没有变化反映了我们的发现。 然而，相比之下，我们的研究表明，长期（12周）暴露于慢性蔗糖消耗后，蔗糖体验大鼠的MSN上的远端脊柱密度显着增加。 此外，我们的实验室此前已表明，长期（12周）蔗糖消耗促进了对药物治疗的不同药理学反应，已显示其在NAc水平调节多巴胺和乙酰胆碱反应（Shariff等人，正在报道中). 总之，这表明长期（12周及以上）蔗糖暴露，其更准确地反映现实世界情景，导致NAc水平的形态适应。

就滥用药物而言，反复接触各种药物会使树突和树突棘的结构发生长期变化。 例如，安非他明和可卡因都增加了壳和核心NAc中的脊柱密度（Robinson和Kolb，2004). 尼古丁暴露也被证明可以增加NAc壳中的脊柱密度。相反，吗啡暴露导致脊柱密度和树突分枝复杂性降低 (Robinson和Kolb，2004). 就长期蔗糖消耗而言，我们观察到脊柱密度的增加与苯丙胺，可卡因和尼古丁类似，与吗啡的作用相反。 然而，与安非他明和可卡因不同，但与尼古丁类似，长期接触蔗糖时脊柱密度的增加仅限于NAc壳。 树枝状分支的变化也很有趣（Robinson和Kolb，1999）和脊柱密度（Li等人，2003由安非他明或可卡因产生的限制在NAc中MSN的远端树突，这反映了我们研究中的发现。此外，并且证实了上述变化，蔗糖消耗也已经显示出可以增强累积多巴胺神经元的兴奋性突触强度（Stuber等，2008b）以及中脑边缘奖励途径的其他组成部分（Stuber等，2008a; 陈等人，2010). 总之，这使得蔗糖在长期大量使用后成为神经元形态的有效调节剂，这类似于从滥用药物中观察到的效果。

虽然需要进一步研究以揭示导致本研究中所见形态变化的细胞和突触机制，但我们的研究结果表明长期蔗糖消耗导致了显着的神经元效应。特别是，在我们的研究中未考虑的一个考虑因素是，观察到的蔗糖形态效应是否也可以用非热量甜味剂如糖精引发。在这方面，值得注意的是，Lenoir及其同事已经表明，强烈的甜味超过了可卡因奖励，无论是由糖精还是蔗糖产生（Lenoir等，2007）。此外，我们实验室最近发表的一项研究（Shariff等人，正在报道中）表明伐尼克兰，一种烟碱乙酰胆碱受体部分激动剂，在本研究中使用相同的长期间歇性进入方案后，减少了啮齿动物中的蔗糖和糖精摄入量。有趣的是，之前的研究表明，在NAc水平上，无热量甜味剂如糖精和蔗糖的急性效应相似（Scheggi等人，2013; Tukey等，2013; Carelli和West，2014）。然而，需要进一步研究以确定无热量甜味剂是否可以诱导长期效应，类似于由此处报道的长期蔗糖消耗引起的NAc壳MSN形态的变化。

短期蔗糖消耗后对NAc MSN形态缺乏影响，强调了实施长期研究以评估长期滥用药物或蔗糖等自然奖励的影响的重要性。在依赖性方面，不仅是暴饮暴食的重复循环和戒毒成瘾周期的关键组成部分，越来越多的证据表明，向依赖的过渡是一个经常在很长一段时间内发生的渐进过程。虽然糖的成瘾性质仍然不确定，但是对性，赌博和食品等其他非药物奖励成瘾的合理性正在得到越来越多的研究。这项研究的结果增加了一个假设，即蔗糖等糖类可能会在长期，类似食物的消费后具有成瘾性。我们的结果也对越来越多的儿童和青少年产生影响，这些儿童和青少年在成年期保持不健康的饮食习惯（高糖消耗和暴饮暴食）。与发生代谢作用的风险增加一致，影响情绪和动机的神经和精神疾病后果也可能由这些行为引起。

作者贡献

参与研究设计：PK，SB。进行实验：PK，MS，AB，MF，EM。数据分析：PK，MF，MS。解释数据并撰写稿件：PK，MS，MF，EM，MB，SB。所有作者都阅读并批准了最终稿件以供提交。

利益冲突声明

作者声明，研究是在没有任何可被解释为潜在利益冲突的商业或金融关系的情况下进行的。

评审员SC，SA和处理编辑声明了他们的共享联系，处理编辑表明该流程符合公平客观审查的标准。

致谢

这项工作得到了澳大利亚研究理事会（FT1110884）向SB和国家健康与医学研究委员会（1061979）拨款给SB和MB的资助。

补充材料

本文的补充材料可在以下网址找到： http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fnbeh.2016.00054

补充图1。蔗糖摄入量和4和12周蔗糖消耗大鼠的偏好。（A，B） 显示4和12暴露周的总蔗糖摄入量（ml）升高。 （光盘） 在蔗糖呈递期间表现出对蔗糖相对于水的高度偏爱。

参考资料

Ahmed，SH和Koob，GF（1998）。从中度到过量的药物摄入过渡：享乐设定点的变化。科学 282，298-300。 doi：10.1126 / science.282.5387.298

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