糖尿病护理。 2012 May;35(5):1105-11. doi：10.2337 / dc11-2250。 Epub 2012 Mar 19。
邓恩JP1, 凯斯勒RM, Feurer ID, Volkow ND, 帕特森BW, 安萨里MS, 李瑞, Marks-Shulman P., Abumrad NN.
抽象
目的：
涉及奖励和动机的中脑多巴胺（DA）神经元受调节食物摄入的激素（胰岛素，瘦素和酰基ghrelin [AG]）调节。 我们假设这些激素与肥胖中DA信号传导的缺陷有关。
研究设计和方法：
我们评估了胰岛素和瘦素的禁食水平，AG，BMI和胰岛素敏感指数（S（I））与中枢DA型2受体（D2R）的可用性之间的关系。 我们使用正电子发射断层扫描和[（2）F] fallypride（与内源性DA竞争的放射性配体）在瘦（n = 18）和肥胖（n = 8）雌性中测量D14R可用性。 在扫描前收集空腹激素，并通过改良的口服葡萄糖耐量试验测定S（I）。
结果：
参数图像分析揭示了每种代谢测量与D2R之间的关联。 最广泛的发现是AG与涉及纹状体和下颞皮质的簇的负相关。 区域回归分析还发现AG和D2R在尾状核，壳核，腹侧纹状体（VS），杏仁核和颞叶中存在广泛的负相关。 S（I）与VS中的D2R呈负相关，而胰岛素则不然。 在尾状核中，BMI和瘦素与D2R可用性呈正相关。 瘦素和AG与D2R可用性的关联方向与它们对DA水平的相反影响（分别减少和增加）一致。 在调整BMI后，AG在VS中保持了显着的关系。 我们假设肥胖受试者中D2R的可用性增加反映了相对降低的DA水平与放射性配体的竞争。
结论：
我们的研究结果为肥胖女性神经内分泌激素与DA脑信号之间的关联提供了证据。
控制大脑的食物摄入需要稳态和享乐信息的复杂整合，其中断可导致肥胖（1）。 通过外周合成的神经内分泌激素，特别是胰岛素，瘦蛋白和酰基ghrelin（AG）传递的能量需求驱动下丘脑的稳态信号。 胰岛素和瘦素敏感性受损有助于维持肥胖状态（2）。 中脑边缘多巴胺（DA）途径是动机和奖励的核心，对食物摄入的快感控制也是必不可少的。 据推测，肥胖中多巴胺能神经传递减少可能促使过量食物摄入，以此作为弥补对奖励敏感性降低的手段（1）。 影像学研究表明，纹状体背部的DA释放与食物摄入的快感有关（3并且肥胖个体与精益受试者相比，当他们消耗高度可口的食物时，减少了背侧纹状体的神经活化（4）。 在极端肥胖的个体中（BMI> 40 kg / m2），与瘦对照受试者相比，DA型2受体（D2R）在背侧和腹侧纹状体中的可用性降低，并且类似于人类药物滥用者的发现（5).
食物摄入中涉及的稳态和非稳定性途径彼此相互作用。 下丘脑和多巴胺能核在神经解剖学上相互关联（6）和腹侧被盖区（VTA）中的DA神经元[腹侧纹状体（啮齿动物等同物是伏隔核））和黑质（项目到背侧纹状体）表达胰岛素，瘦素的受体（2）和AG（7）。 胰岛素和瘦素在饭前较低，随食物摄入量增加，在下丘脑中起主要的厌食症信号。 它们也会降低DA通路对食物奖励的敏感性（2），这可能反映了胰岛素的能力（8）和瘦素（9）增强DA转运蛋白从突触间隙中去除DA。 这些行为导致DA信令减少。 相反，AG刺激VTA DA神经元并导致伏隔核中的DA释放（6）。 AG是主要的促食欲信号并在饭前增加（10）。 不仅高脂肪饮食的奖励是必不可少的（11）还有滥用药物（12）。 在这里，我们假设肥胖中发生的胰岛素敏感性和胰岛素，瘦素和AG水平的变化导致人脑DA途径的功能障碍。
为此，我们研究了8瘦和14肥胖女性参与者中神经内分泌激素（空腹胰岛素，瘦素和AG水平），外周胰岛素敏感性和BMI与多巴胺能基调之间的关系。 使用正电子发射断层扫描（PET）测量多巴胺能张力[18F] fallypride，一种高亲和力的D2R放射性配体，对量化纹状体和纹状体外区域（即下丘脑）具有良好的敏感性（13）对D2R结合的内源性DA竞争也很敏感（14）; 因此，这个词 受体可用性 用于推断放射性配体结合电位的测量（BPND）反映了这场比赛。
研究设计和方法
协议批准书已从范德比尔特大学机构审查委员会获得，所有参与者均签署了知情同意书。 该研究包括肥胖（BMI> 14 kg / m）的12位女性（2位惯用右手，30位惯用左手）2）和8位健康，惯用右手的瘦女性（BMI <25 kg / m2）。 筛查评估包括心电图检查，实验室检查，尿液药物筛查以及全面的访谈和检查，包括体重史，以排除那些因肥胖症的继发原因（例如，肥胖和纹状体的快速发作或最近发作）而出现体征或症状的患者。 在筛查和进行PET扫描之前，有生育能力的女性接受了血清妊娠试验。 排除标准包括使用糖尿病药物（如二甲双胍和噻唑烷酮）； 重大疾病，例如神经系统，肾脏，肝脏，心脏或肺部疾病； 怀孕或哺乳； 以前或当前滥用烟草的历史； 药物滥用； 大量饮酒； 当前咖啡因摄入量较高（每天> 16盎司咖啡或同等水平）； 在过去6个月中使用中枢性药物（例如抗抑郁药，抗精神病药和厌食药）； 积极尝试减肥或增重或在过去10个月中体重变化≥12％或当前运动程度超过中等水平（例如，> 30分钟，每周行走20次或同等水平）的受试者； 精神疾病; 以及在访谈期间或贝克抑郁量表II（BDI-II）得分≥XNUMX时出现严重的抑郁症状（15).
一般研究方案
参与者使用PET图像对基线结构磁共振成像（MRI）进行了核心。 在PET研究的前两天和当天，要求参与者不要运动和饮酒，并且每天将咖啡限制在≤8oz。 在PET扫描当天，受试者吃早餐，然后在1000 h之前吃一顿小餐，之后只吃水。 在PET扫描开始前大约30至60分钟，收集血样以获得空腹激素水平。 PET扫描在大约1830 h开始并且稍后完成3.5。 扫描后，参与者在2300 h之前进行了体重维持晚餐，然后被要求进入睡眠状态。
口服葡萄糖耐量试验
从大约0730 h（时间0）开始，受试者摄取75-g葡萄糖负荷，通过动脉化手静脉获得血液采样0，10，20，30，60，90，120，150，180，240，和300分钟。 葡萄糖处理的胰岛素敏感指数（S.I）使用口服葡萄糖最小模型（通过改良口服葡萄糖耐量试验（OGTT）获得的血浆葡萄糖和胰岛素估计）16).
影像学
获得脑部的MRI结构扫描用于配准目的。 薄切片T1加权图像在1.5T（通用电气; 1.2至1.4-mm切片厚度，平面体素尺寸1×1 mm）或3T MRI扫描仪（Philips Intera Achieva; 1-mm切片）上完成平面体素尺寸的厚度为1×1 mm）。 用D扫描PET扫描2/D3 受体放射性配体[18F] fallypride在通用电气发现STE扫描仪上进行，具有三维发射采集和透射衰减校正，其平面重建分辨率为2.34 mm，轴向为〜5 mm，并在47-cm上提供30平面轴向视野。 在3.5-h期间获得连续PET扫描。 第一次扫描序列（70 min）在15-s期间通过推注注射开始以递送5.0 mCi [18F] falpride（比活度> 2,000 Ci / mmol）。 第二和第三次扫描序列分别从85分钟和150分钟开始，分别持续50和60分钟，扫描序列之间间隔15分钟。
成像分析
完成PET成像分析，如我们之前所述（17）。 采用两种方法来识别与DA D2R BP显着相关的大脑区域ND 和选定的代谢措施： 1）感兴趣区域（ROI）分析和 2）参数图像分析。 由于具有高密度的DA D2R并且与奖励和/或饮食行为相关，因此先前选择了大脑中的大量ROI。 对于ROI的分析，我们对每个代谢测量进行了单变量分析，并使用多变量回归分析来确定与BMI无关的关系。 参数图像分析用于确定整个大脑中基于体素的显着关联以及每个单独的代谢测量。 这允许确定未先验选择的区域中的关系。
连续PET扫描彼此共同注册并进行薄切片T1加权MRI扫描，并使用互信息刚体算法进行配准。 将图像重新定向到前连合 - 后连合线。 参考区域方法用于计算区域DA D2R BPND (18）以小脑为参照区。 ROI包括右侧和左侧尾状核，壳核，腹侧纹状体，扁桃体，黑质，颞叶和内侧丘脑，它们在脑部MRI扫描中描绘并转移到共同注册的PET扫描。 我们还如前所述描绘了下丘脑（13）。 对于双边划定的地区，BPND 来自右侧和左侧区域的平均值用于分析，因为我们的小组已显示肥胖（13）和非肥胖受试者有限的偏侧效应（17).
DA D2R的参数图像通过弹性变形算法在所有受试者中共同注册（19）。 所有受试者的协变量（BMI，胰岛素敏感性和胰岛素，瘦素和AG水平）与参数DA D2R图像的相关性在逐个体素的基础上（4×4×4 mm体素）与Pearson积矩相关性计算，并用双尾评估显着性 t 试验。 Forman等人提出的多重比较校正。 （20）用于评估显着相关的聚类的重要性。 集群的划分为 P 每个体素<0.01 P <对于每个簇，最小簇大小为0.01的21。具有小于21个体素的簇的显着性水平为 P <0.05，除非完成小体积校正以使显着性水平达到 P <0.01（17）。 在大型集群中，报告了平均相关系数。
测定
收集样品用于血浆葡萄糖，胰岛素，瘦蛋白和AG。 将10-mL样品收集到含有10μL/ mL Ser蛋白酶抑制剂Pefabloc SC（4-脒基苯基甲磺酰氟; Roche Applied Science，Indianapolis，IN）的管中。 用1 N盐酸（50μL/ mL血浆）酸化AG的血浆。 通过放射免疫测定法测定血浆胰岛素浓度，其中测定内变异系数为3％（Linco Research，Inc.，St.Charles，MO）。 瘦素和AG浓度也通过放射免疫测定法（Linco Research，Inc。）测定。 胰岛素，瘦蛋白和AG一式两份进行。 使用Beckman葡萄糖分析仪通过葡萄糖氧化酶方法一式三份测量血浆葡萄糖。
统计方法
学生 t 测试用于比较瘦组和肥胖组之间的描述和代谢测量。 摘要数据表示为平均值和SD以及频率。 探讨个体代谢指标与DA D2R BP的关系ND，Pearson乘积矩相关系数用于在逐个体素的基础上以及先验选择的ROI计算参数DA D2R图像。 多变量回归用于定义D2R BP之间的关系ND 与OGTT S.I 和控制BMI后的空腹激素水平。 因为之前的文献报道了BMI和DA D2R BP之间的重要关系ND (5,21），我们的目的是确定空腹神经内分泌激素或胰岛素敏感性之间的任何显着关系是否与BMI无关。 对于描述性统计和组间比较，使用0.05α水平的非定向测试评估统计学显着性。 对于八个区域的ROI分析，我们设置了≤0.006的阈值，用于统计显着性，以解决家庭方面的错误并降低产生I类错误的可能性（误报）。 使用SPSS版本18.0（IBM Corporation，Somers，NY）进行分析。
成果
人口统计和代谢措施
该研究包括22雌性（6黑，16白），瘦组中的8（BMI = 23±2 kg / m）2）和肥胖组的14（BMI = 40±5 kg / m2），年龄相当（P = 0.904）和BDI-II上的得分（P = 0.430）（表1）。 空腹激素值可用于所有受试者，而来自OGTT的胰岛素敏感性可用于肥胖受试者的所有瘦和12。 一名肥胖受试者患有饮食控制型2糖尿病。 通过OGTT S测量，肥胖受试者的胰岛素敏感性低于瘦受试者I (P <0.001），并且一致地，肥胖受试者的血浆胰岛素浓度更高（P = 0.004）。 虽然肥胖组的平均空腹血糖水平较高，但与瘦组相比没有显着差异（P = 0.064）。 肥胖的参与者也有较高的瘦素水平（P <0.001）和较低的AG浓度（P = 0.001）与精益参与者相比。
参数化成像分析
D2R BP之间的相关性ND 并使用参数图像分析确定个体代谢指标（BMI，胰岛素敏感性和空腹胰岛素，瘦素和AG水平）（表2）。 与DA D2R BP显着相关的最大聚类ND 与AG水平相关。 AG与双边集群有负面关系（图。 1A–C），包括腹侧纹状体，并延伸至腹侧尾状和壳状核。 同样，AG水平与下颞叶的大型双侧簇（每个> 400个体素）呈负相关，双侧簇延伸到颞极和双侧岛突皮层的一部分以及颞侧杏仁核和右侧杏仁核。
与BMI和DA D2R BP的相关性ND 比用AG观察到的更受限制。 与涉及双侧腹侧尾状物的小簇（20和26体素，分别为左和右）存在正相关（补充图1A）沿着侧支沟的左颞叶（33体素）中的一小块区域（补充图1B）。 胰岛素敏感性（补充图2A 和 B）与尾状核左侧的簇有负相关。 空腹胰岛素水平在纹状体中没有关系，但与背侧内侧丘脑所在的聚类正相关（补充图3A）和右侧岛叶皮层中较小的星团（补充图3B）。 瘦素水平与DA D2R BP呈正相关ND 在下丘脑（补充图4A 和 B），侧枝沟的双侧区域（补充图4C），左腹侧纹状体和尾状（补充图4D).
代谢测量与区域DA D2R BP之间关联的ROI分析ND
地区DA D2R BP的协会ND 证实了参数成像分析的许多发现，如详述 补充表1。 最广泛的发现再次与AG水平。 AG水平与D2R BP显着负相关ND 在尾状（r = -0.665， P = 0.001），putamen（r = -0.624， P = 0.002），腹侧纹状体（r = -0.842， P <0.001），杏仁核（r = -0.569， P = 0.006）和颞叶（r = -0.578， P = 0.005）。 区域分析也支持与BMI的积极关联（r = 0.603， P = 0.003）和瘦素水平（r = 0.629， P = 0.002）在尾状。 与BMI的正相关性表明，肥胖与DA D2R BP增加有关ND 在尾状区（表示为点状图 补充图5）。 胰岛素敏感性与D2R BP呈负相关ND 在腹侧纹状体（r = -0.613， P = 0.004）。 胰岛素水平与任何区域D2R BP没有显着关系ND.
结论
我们的研究结果揭示了DA D2R可用性和代谢测量之间的强关联，包括神经内分泌激素，胰岛素敏感性和BMI，这些都通过参数成像分析和ROI分析得到证实（17）。 ROI分析的重要发现并不像参数成像分析中观察到的那样广泛; 然而，这并不出乎意料，因为我们在解释中调整了家庭方面的错误 PROI分析的值阈值。 虽然通过BMI和所有代谢参数获得相关性，但最强和最广泛的相关性与AG水平相关。
在腹侧纹状体中，胰岛素敏感性与D2R可用性呈负相关，而空腹胰岛素浓度则不然。 这些发现与之前的报道一致，即富含DA的腹侧纹状体中胰岛素诱发的神经元活动在胰岛素抵抗患者中降低（22）。 胰岛素对奖励的负面影响已经有一段时间了解（2），而最近的研究表明胰岛素的第二信使信号调节DA转运蛋白的细胞表面表达（23）。 相反，增强DA信号可改善肥胖啮齿动物的胰岛素敏感性（24）。 此外，在临床试验中，溴隐亭（DA D2R激动剂）的快速释放制剂改善了2型糖尿病患者的胰岛素敏感性和血糖控制（25）。 我们的数据支持胰岛素敏感性与中枢DA信号传导之间的关系与人类相关; 有必要进一步研究来定义这种关系。
空腹瘦素和AG浓度均可预测背侧纹状体的D2R可用性，但方向相反。 这与瘦素和AG对DA信号传导的相反作用一致。 具体而言，瘦素减少VTA DA神经元放电和伏隔核释放（26），而AG增加VTA DA神经元放电和伏隔核释放（27）。 作为本研究中使用的DA D2R可用性的度量，[18F] fallypride BPND 对细胞外DA水平敏感; 细胞外DA水平的增加或减少将导致BP的明显减少或增加ND， 分别 （14）。 由于leptin和AG之间的关联方向与D2R BPND 与这些激素对DA水平的影响一致，我们假设这些关联是由细胞外DA水平的差异而不是D2R水平表达的差异驱动的。 这可以解释随着BMI的增加，D2R的可用性增加，如本研究所示。 在之前的临床前研究中，我们发现与瘦对应物相比，成年肥胖大鼠具有更高的纹状体D2R可用性，如PET和[11C] raclopride（放射性配体对内源性DA竞争敏感）和D2R水平降低，用放射自显影评估和[3H] spiperone（对内源性DA竞争不敏感的方法）（28）。 这被解释为表明肥胖大鼠的DA释放减少，因此竞争减少[11C] raclopride与D2R结合，导致放射性配体的纹状体结合增加。 这与我们目前的研究结果一致。 需要进一步的人体研究来证实肥胖中降低的DA水平。
我们在BMI和涉及纹状体的D2R可用性之间观察到的正相关性与先前报道的发现相反（5,21）。 我们怀疑这与成像条件有关，特别是一天中的时间。 我们的参与者在8快速播放后的夜间成像，而其他人则主要在早晨以相对较短的快速（最小2 h）完成成像（5）或过夜禁食后（21）。 一天中的时间被认为是相关的，因为DA D2R介导的神经传递和DA清除在昼夜变化，奖励相关行为也是如此（29）。 DA神经传递的神经内分泌调节因子，包括胰岛素，瘦素和AG，也遵循昼夜节律模式，其昼夜分泌在肥胖中发生改变（30）。 此外，支持DA信号传导的昼夜节律的相关性，快速释放溴隐亭治疗2型糖尿病的有效性被认为是以其早晨给药导致中枢节律“重置”为条件的。 当在早晨服用时，尽管药物快速清除，但血糖水平在整个一天中降低。 然而，该代理人的开发人员确实认为“需要额外的研究”才能理解人类的机制（25）。 最后，我们假设晚期成像有助于我们的结果'反映肥胖和瘦人之间DA水平的相对差异。 这些发现可能是禁食状态所特有的。 我们的数据反映细胞外DA水平差异的解释得到了瘦素和AG水平与D2R可用性的关联方向的支持。 在肥胖的动物模型中报道了低DA水平（28,31）和人类成瘾（32），另一种享乐特征受损的状态。 因此，我们对减肥DA水平与肥胖的解释与目前的假设一致，即肥胖是奖励和动机电路中DA信号减少的状态（1).
只有AG浓度与DA D2R可用性有任何显着关系，与BMI无关，BMI发生在腹侧纹状体。 膳食中AG水平增加，并且通过增强寻找食物的动机是开始进餐的重要因素（10）。 先前的人类神经影像学支持腹侧纹状体对于食物预期特别重要，而实际食物摄入量则较少（33）。 我们的参与者在成像前禁食8 h并且意识到他们会在扫描过程结束时进食。 肥胖中AG水平降低，有些人假设肥胖中的低AG信号传导是适当的下调以降低食欲（34）。 然而，证据支持AG除了提高食欲外还有其他作用，因为它对高脂肪食物的有益价值至关重要（11）以及滥用药物（12）。 我们对AG水平较低且内源性DA水平较低的解释与AG在奖励中的作用一致。 我们假设至少在禁食状态下，AG在多巴胺能基调中具有重要作用，因此奖励可能导致对食物奖励的敏感性改变。
参数图像分析显示AG与颞叶的关联更加特异于下颞叶和颞极。 这些是新皮质的进化先进区域，参与各种认知功能，包括记忆感觉整合，以前曾涉及肥胖（35）和药物滥用（36）。 下颞皮层与视觉感知有关（37）还参加饱食（38）。 时间极点涉及传达各种刺激的情绪显着性（39）。 考虑到这些功能，当面对过度食物提示和高度可口食物的环境时，该区域可能是相关的。 然而，在调整BMI后，AG水平和D2R可用性之间的颞叶中的关联不再显着。 必须进一步研究以证实这一观点。
我们研究的局限性包括样本量相对较小。 我们只研究了女性，而其他报告包括男性和女性（5,21）。 此外，我们没有基于饮食行为进行任何区分，据报道这些行为与DA信号相关（40）。 如上所述，我们假设我们对D2R可用性增加的发现反映了禁食晚期状态下肥胖女性细胞外DA水平的相对降低。 测量突触DA水平的研究对于证实我们的研究结果是必要的，正如涉及DA信号传导的早期和晚期测量的研究一样。
在这里，我们报告DA D2R介导的纹状体和BMI信号，胰岛素敏感性和空腹瘦素和AG水平之间的关系。 我们解释了与BMI的正相关性，以反映在禁食状态下，肥胖女性可能具有降低的多巴胺能基调，这可能是晚期特异性的。 最强的关系发生在腹侧纹状体的AG水平和DA D2R可用性之间，这表明在禁食状态下，AG水平对DA信号传导尤其重要。 这些发现支持了AG在奖励和动机中的作用的日益认识。 尽管个体具有改变其状况的高度期望，但肥胖对大多数目前可用的疗法具有抗性。 更好地理解调节食物摄入和脑DA神经传递的神经内分泌激素之间的相互作用将有助于开发改进的肥胖治疗方法。
致谢
这项研究是由来自国家糖尿病研究所，消化和肾脏疾病（NIDDK国家研究资源中心（范德比尔特临床与转化科学奖），DK-1卫生赠款UL024975-RR-20593国家研究院的支持;范德比尔特糖尿病研究和培训奖），DK-058404从NIDDK（范德比尔特消化疾病研究中心），P30-DK-56341从华盛顿大学营养与肥胖研究中心，K12-ES-015855从环境健康科学研究所（范德比尔特环境健康科学学者计划）到JPD，以及从NIDDK到NNA的DK-70860
没有报告与本文相关的潜在利益冲突。
JPD获得资金; 构思，指导和监督研究; 获取，分析和解释数据; 并撰写，批判性修订并批准了手稿。 RMK获取，分析和解释数据，并批判性地修订和批准了手稿。 以色列国防军进行了统计分析，并对该手稿进行了批判性修订和批准。 NDV解释数据并严格修订并批准了手稿。 BWP对数据进行了分析和解释，并对该手稿进行了批判性修订和批准。 MSA和RL提供了技术支持，并对手稿进行了批判性修订和批准。 PM-S。 获得的数据，提供行政支持，并批判性地修订和批准了手稿。 NNA获得资金; 构思，指导和监督研究; 分析和解释数据; 并批判性地修订并批准了手稿。 JPD和NNA是这项工作的保证人，因此可以完全访问研究中的所有数据，并负责数据的完整性和数据分析的准确性。
作者要感谢Vanderbilt临床研究中心的工作人员和RN的Marcia Buckley以及范德比尔特大学医学院外科学部的Joan Kaiser，他们对本研究的临床支持。
脚注
临床试验注册 没有。 NCT00802204， clinicaltrials.gov.
本文在线提供补充数据 http://care.diabetesjournals.org/lookup/suppl/doi:10.2337/dc11-2250/-/DC1.
总结本文的幻灯片集可在线获取。
参考资料
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