当巧克力寻求变得强迫:基因 - 环境相互作用(2015)

  • Enrico Patrono,
  • Matteo Di Segni,
  • Loris Patella,
  • Diego Andolina,
  • 亚历山德罗·瓦尔扎尼亚,
  • Emanuele Claudio Latagliata,
  • 阿曼多·费尔萨尼,
  • Assunta Pompili,
  • Antonella Gasbarri,
  • Stefano Puglisi-Allegra,
  • Rossella Ventur

发布:三月17,2015

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0120191

抽象

背景

饮食失调似乎是由环境因素和遗传因素之间的复杂相互作用引起的,而强烈的饮食是应对不利环境的特征,是许多饮食失调的特征。

材料和方法

我们比较了强化C57BL / 6J和DBA / 2J小鼠(两种充分表征的近交系小鼠)在不利情况下对可口食物寻求的条件抑制形式的强迫性进食,以确定基因 - 环境相互作用对这种行为的影响。表型。 此外,我们测试了这样的假设:低累积D2受体(R)可用性是食物强迫行为的遗传风险因素,并且诱导强迫性进食的环境条件改变了纹状体中的D2R表达。 为此,我们通过蛋白质印迹分别测量纹状体中的D1R和D2R表达以及内侧前额叶皮质中的D1R,D2R和α1R水平。

成果

根据遗传背景,暴露于环境条件会诱发类似强迫的饮食行为。 这种行为模式与累积D2R的可用性降低有关。 此外,暴露于某些环境条件会上调D2R并分别下调强迫性动物的纹状体和内侧前额叶皮质中的α1R。 这些发现证实了基因 - 环境相互作用在强迫性饮食表现中的作用,并支持低累积D2R可用性是强迫性饮食行为的“组成型”遗传风险因素的假设。 最后,分别在纹状体和内侧前额叶皮质中的D2R上调和α1R下调是潜在的神经适应性反应,其平行于从动机到强迫进食的转变。

引文: Patrono E,Di Segni M,Patella L,Andolina D,Valzania A,Latagliata EC,et al。 (2015)当巧克力寻求变得强迫:基因 - 环境相互作用。 PLoS ONE 10(3):e0120191。 DOI:10.1371 / journal.pone.0120191

学术编辑: Henrik Oster,德国吕贝克大学

收稿日期: 八月7,2014; 公认: 二月4,2015; 出版日期: 2015 年 3 月 17 日

版权: ©2015 Patrono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: 这项工作得到了莱斯里卡大臣大学的支持:Ateneo 2013(C26A13L3PZ); FIRB 2010(RBFR10RZ0N_001),意大利。

利益争夺: 作者宣称没有竞争利益存在。

介绍

饮食失调是由环境和遗传因素及其复杂的相互作用引起的[1, 2]。 然而,关于人类饮食失调的基因环境研究很少[2和动物研究,检查强迫性食物寻求和摄入的环境和遗传因素[36].

压力经历与遗传因素相互作用,并增加成瘾行为的风险,诱导皮质纹状体多巴胺(DA)和去甲肾上腺素(NE)信号的变化,调节动机显着性归因[79]。 越来越多的证据表明多巴胺受体具有动机行为[1014]和D2Rs对强迫驱动行为的倾向,比如成瘾[1517].

近交系小鼠为研究遗传和环境因素之间的相互作用提供了有价值的模型[18]。 C57Bl6 / J(C57)和DBA2 / J(DBA)小鼠是关于心理生物学的最常研究的近交品系之一,因为它们的特征在于许多行为反应的明显差异。 他们的大脑神经递质系统的功能和解剖学特征,以及对强化和厌恶刺激的行为输出,已在这些菌株中进行了广泛的研究,从而提供了关于不同神经系统对相同环境刺激的反应如何相关的重要信息。遗传背景,导致不同(或相反)的行为输出[1923]。 特别是,C57和DBA小鼠常用于药物滥用研究,因为它们对酒精,精神运动兴奋剂和阿片类药物等成瘾药物的诱因特性和不同反应的敏感性不同[7, 20, 21, 2431]。 此外,关于精神病理学内表型[3234],D57R相关表型中C2和DBA小鼠之间的差异似乎依赖于基因 - 环境相互作用[3537].

与C57小鼠相比,DBA小鼠对奖励刺激的反应很差,这是一种由慢性压力经历突显的状态,提高了DBA / 2小鼠的药物反应性[24]。 因此,我们假设慢性应激暴露(热量限制)引起DBA菌株对可口食物的类似动机驱动。 我们研究了在不利条件下对可口食物寻求的条件抑制的强迫性饮食[38],在C57和DBA小鼠中。 啮齿动物的食物限制通常被认为是一种压力条件,导致大脑奖励系统的敏感性改变和影响归因动机显着性过程[以及其他影响] [8, 24, 3942]。 此外,据报道,奖励制度的过敏会导致过量摄入高度可口的食物[38, 43, 44通过高度可口的食物反复刺激奖励途径可能导致神经生物学适应,使摄入行为更具强迫性[45]。 在影响某些饮食失调的环境因素中,诱人食物的供应是最明显的[45并且已经证明不同的食物会产生不同程度的强迫行为[45, 46]。 在所有可口的食物中,巧克力已被证明在动物身上具有回报特性[9, 4749],这是与人类食物渴望报告最相关的食物。 因此,人类已经提出了巧克力渴望和成瘾[50].

因为热量限制是一种压力的体验[24],动物被放置在适度的食物限制时间表[38],因为预先接触可口的食物是饮食失调的重要因素[51],他们也预先暴露于巧克力。 暴饮暴食与强迫性寻药共享几种神经基质[52, 53]。 基于DA受体在药物和食物相关行为中的作用[17, 51, 54, 55],我们在mpFC中测量尾状壳核(CP),伏隔核(NAc)和内侧前额叶皮质(mpFC)和α-1肾上腺素能受体(α2Rs)中的D1R和D1R亚型水平,因为强制性食物需要前额叶NE - 寻求[38]和α1Rs介导动机和药物强化作用[5658].

我们发现,根据遗传背景,暴露于环境条件会诱发类似强迫的饮食行为。 这种行为模式与累积D2R的可用性降低有关。 此外,这种暴露分别在强迫动物的纹状体和内侧前额叶皮质中上调D2R和下调α1R。

这些发现证实了基因 - 环境相互作用在强迫性饮食表达中的作用,并支持低累积D2R可用性是强迫性行为的“组成型”遗传风险因素的假设。 因此,我们建议分别在纹状体和内侧前额叶皮质中的D2R上调和α1R下调是潜在的神经适应性反应,其平行于从动机到强迫进食的转变。

材料和方法

动物

将实验时数周的雄性C57BL / 6JIco和DBA / 2J小鼠(Charles River,Como,Italy),8-9分组饲养并保持在12-h / 12-h光/暗循环(光照如上所述[在7 AM和7 PM之间)9, 38]。 所有实验均按照意大利法(Decreto Legislativo no.116,1992)和11月24的欧洲共同体委员会指令1986(86 / 609 / EEC)进行,以规范动物的研究使用。 本研究的所有实验均经意大利卫生部伦理委员会批准,因此根据意大利有关动物用于研究的法规(立法DL 10 / 2011),根据许可/批准ID#:116 / 92-B进行)和NIH动物护理指南。 采取了适当措施,以尽量减少动物的疼痛和不适。 对照组仅进行巧克力的“短暂预暴露”(2天); 在条件抑制程序开始之前,给予应激组对巧克力的“预暴露”,“热量限制”和“短暂预暴露”给巧克力(参见上面的方法学细节)。

所有实验均在光照阶段进行。

条件抑制程序

先前已经描述了用于条件抑制测试的装置[38]。 将有机玻璃杯(直径为3.8 cm)放入每个室中并固定以防止移动:1杯含有1 g牛奶巧克力(Kraft)(巧克力室,CC),另一杯是空的(空安全室) , 退出)。

简而言之,程序如下:从第1天到第4天(训练阶段),将小鼠(对照,每个菌株的应激组)单独放置在小巷中,打开滑动门以允许它们自由地进入两个室。并探索整个设备的30分钟。 在第5日,将动物暴露于轻足休克配对。 采集条件刺激(CS)(光) - 震动关联是在不同的装置中建立的,包括15×15×20 cm Plexiglas腔室,在2墙壁上具有黑白条纹图案(以区别于10墙壁)条件抑制装置)和不锈钢网格地板,通过它们传递冲击。 光线由栅格底板下的卤素灯(5W,Lexman)产生,该灯在20,100-sec周期每19秒开启; 在每个时期内,在光线开启1秒后,发出0.15-sec 10-mA扰乱的足部电击。 本次轻度休克协会持续10分钟,随后是10-min休息期,之后又进行了另一次相同的10-min轻度休克协会会议; 总体而言,小鼠在30-min期间接受6轻足休克配对。 在8-9天,小鼠不受干扰地放在他们的家笼中。 在第1天,在测试期间(条件抑制测试日)测量巧克力寻求的条件抑制,其中小鼠在2室的10中获得巧克力,其中在训练阶段已经放置了巧克力。 在含有巧克力(CC)的室中,CS(光)根据轻 - 足休克关联的范例呈现(除了20-min休息期,其被消除)。 光线由栅格底板下的卤素灯产生,每隔100秒开启一次20-sec周期。 本次会议持续了10分钟; 总体而言,小鼠在20-min会话中接受20 XNUMX-sec周期。

测试阶段以第一次20-sec爆发光开始。 在整个会议期间记录了在每个2室中花费的时间。 所有实验均在实验性声衰减室中进行,所述实验室通过标准灯(60 W)间接点亮。 对于所有行为测试,使用全自动视频跟踪系统“EthoVision”(Noldus,荷兰)收集和分析数据。 然后由软件处理所获取的数字信号以提取腔室中的“花费的时间”(以秒为单位),其被用作每个对象的设备的每个扇区中的偏好/厌恶分数的原始数据。

在条件抑制实验中使用每组菌株的两组小鼠:对照(对照n = 6)和应激(强调n = 8)。

实验步骤

实验程序如图所示 图。 1.

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图1。 实验程序时间表。 (看到 方法 详情。)

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0120191.g001

预先暴露于巧克力

将受胁迫组(强调的C57和Stressed DBA)中的动物暴露于巧克力中7天直至18(从第-24天到第-18天, 图。 1在条件抑制程序开始前几天。 每天“随机”分离小鼠4小时; 牛奶巧克力和标准食品交付 随意。 该计划结束后两天(-15, 图。 1),对Stressed组中的小鼠进行热量限制(食物限制,FR)。

热量限制

将小鼠分配到喂养方案:他们要么接受食物 随意 (对照组)或受到食物限制方案(FR,强调组)。 在热量限制条件下,食物每天递送一次(07.00 pm),其量调整为诱导原始体重的15%的损失。 在里面 随意 条件,食物每日一次(07.00 pm),调整量超过每日食用量[38].

将动物置于中度FR时间表[29]对于10天(从-15天到-6天, 图。 1),直到条件抑制程序开始前的6天(1日, 图。 1)。 在训练阶段开始前六天,将动物送回 随意 为了排除饮食不足对条件抑制试验日的任何影响而进食。

简要预先暴露于巧克力

为了防止在未经历上述“暴露前”状态(对照组)的组中对巧克力的任何非特异性新颖反应,对照组和应激组均以相同的时间表暴露于巧克力中2天,2天在条件抑制程序开始之前(“短暂预曝光”)。

巧克力摄入量和动物体重

测量在条件抑制程序(暴露前,训练,试验)的各个阶段期间的巧克力摄入,并记录动物体重。 称重小鼠:实验的第一天(实验程序开始前),训练阶段天和条件抑制试验的当天。

多巴胺能和去甲肾上腺素能受体在对照和应激DBA小鼠中的表达

α1R,D1R和D2R受体在3脑区中的表达[mpFC(α1R,D1R,D2R); NAc(D1R,D2R); 通过对照(对照DBA n = 1)和应激动物(应激DBA n = 2)中的蛋白质印迹测量CP和(CPN(D6R,D8R)],与条件抑制实验中使用的相同组。

幼稚C57和DBA小鼠中的多巴胺能和去甲肾上腺素能受体表达

通过西方测量两种菌株[天真的C1(n = 2)和幼稚的DBA(n = 1)]的幼稚动物,测量mpFC,NAc和CP中的基线D57R和D6R受体以及基线α6R。印迹。 该实验在既不受环境条件(暴露于巧克力,FR)之前的动物中进行,也不进行条件抑制程序(幼稚组),以检验低纹状体D2受体可用性是食物强制的遗传风险因素的假设。类似的行为。

蛋白质印迹

通过断头处死小鼠,并且在条件抑制试验后除去脑,除了幼稚组之外的1 h。 解剖前额叶,累积组织和纹状体组织并保持在液氮中。 据报道,mpFC,NAc和CP的冲击是从冷冻脑切片中获得的[59](S1图。)并储存在液氮中直至测定当天。 将每种组织样品在4℃下在裂解缓冲液(20 mM Tris(pH 7.4),1 mM EDTA,1 mM EGTA,1%Triton X-100)中用蛋白酶抑制剂混合物(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)匀浆。 , 美国)。

将组织提取物在12,000 g下以4 g离心30 min。 以与组织提取物相同的方式处理上清液。 最后,除去上清液并在80℃下储存。

通过Bradford测定法(BioRad Laboratories,Hercules,CA,USA)测量蛋白质含量。

在加入样品缓冲液(60 M Tris,30%甘油,30%SDS,0.5 M二硫苏糖醇,30)后,分别使用10 ug,0.6 ug和0.012 ug分析mpFC,NAc和CP。 %溴酚蓝)并在5℃下沸腾95 min。 通过在10%丙烯酰胺/双丙烯酰胺凝胶上电泳分离蛋白质,并电泳转移至硝酸纤维素膜,然后在1°C-22℃下在Tris缓冲盐水中封闭25 h(在mM:137 NaCl和20 Tris-HCl中) ,pH 7.5),含有0.1%Tween 20(TBS-T)和5%低脂牛奶。

将膜与一抗[兔抗多巴胺D1(免疫学科学)和兔抗多巴胺D2受体(Immunological Sciences),用1%低脂肪稀释的800:5在TBS-T中孵育,或兔抗α1-孵育。肾上腺素能受体(Abcam),在1℃下用400%低脂牛奶稀释1:4过夜。 在TBS-T中充分洗涤后,将膜在室温下孵育1 h(22°C-25℃),其中HRP连接的第二抗体[抗兔IgG 1稀释:8000(免疫学)在TBS-含有5%低脂牛奶的T]并用ECL-R(Amersham)开发。 使用光密度图像软件(imagej 64)对信号进行数字扫描和量化,标准化为微管蛋白。

统计报表

条件抑制实验。

对于条件抑制测试,在训练阶段(包括巧克力(CC)和空安全室(ES-C)中心(CT)和空安全室(ES-C)中花费的时间(秒)进行统计分析(总体)训练的4天数的平均值和条件抑制试验的当天。 使用重复测量ANOVA分析数据,2组间因子(菌株,2水平:C57,DBA;治疗,2水平:对照,应激)和1组内因子(室,3水平:CT,CC) , 退出)。 使用每组内的重复测量ANOVA比较在CC和ES-C室中花费的平均时间。 在适当时通过单向ANOVA分析组间比较。

巧克力摄入量和重量。

通过双向ANOVA(菌株,4水平:C2,DBA;治疗,57水平:对照,压力)分析训练期间的巧克力摄入(2天的总体平均值)和条件抑制测试日。 通过单向ANOVA(菌株:Stressed C57,Stressed DBA)分析预暴露阶段期间的巧克力摄入。 还在实验的第一天(实验程序之前),训练阶段期间和条件抑制试验当天记录动物体重。 通过双向ANOVA(菌株,2水平:C57,DBA;处理,2水平:对照,压力)分析数据。

多巴胺能和去甲肾上腺素能受体在对照和应激DBA小鼠中的表达。

通过单向ANOVA(治疗,1水平:对照DBA,应激DBA)分析强化DBA与对照DBA中的mpFC,NAc和CP以及D2R,D1R和α2R水平中的D1R和D2R表达。

多巴胺能和去甲肾上腺素能受体在幼稚C57和DBA小鼠中表达。

通过单向ANOVA(菌株,1水平:C2,DBA)分析幼稚C1和DBA动物(幼稚C2,幼稚DBA)中的mpFC,NAc和CP以及D1R,D57R和α57R水平中的D2R和D57R表达。 。

成果

条件抑制实验:强化DBA小鼠的寻食行为

为了评估遗传背景和环境条件暴露对强迫性饮食行为表达之间的相互作用,CC和ES-C花费在强调和对照组显示的条件抑制程序的不同阶段(训练和测试)上的时间评估两种菌株的比较(对照C57,对照DBA,强调的C57,强调的DBA)。

在训练阶段的分析中,我们观察到了显着的应变x处理x腔室相互作用(F(1,72)= 6.52; p <0.001)。 比较每组在CC和ES-C中所花费的时间,表明在训练阶段,只有对照组C57和压力DBA组更喜欢CC与ES-C(对照组C57:F(1,10)= 6.32; p <0.05;压力DBA:F(1,14)= 15.60; p <0.05)(图。 2),在CC上花费的时间比ES-C多。

图2。 C57和DBA小鼠的条件抑制训练。

对照组C57 / DBA组(每组n = 6)(A)和压力C57 /在训练阶段在装有巧克力(CC)的腔室和空安全腔室(ES-C)中花费的时间(sec±SE) DBA小鼠(每组n = 8)(B)。 *与ES-C相比,p <0.05。

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0120191.g002

关于测试结果,我们观察到应变,处理和腔室之间的显着相互作用(F(1,72)= 6.0; p <0.001)。 两种菌株在CC和ES-C中的花费时间模式不同。 与装有巧克力(CC)的小室相比,两个对照组(C57,DBA)在ES-C上花费的时间都更多,其中存在有条件刺激(CS)(C57:F(1,10)= 6.04; p <0.05; DBA:F(1,10)= 12.32; p <0.01),表明在CS出现期间有条件地抑制了巧克力搜寻。 相比之下,受压的C57小鼠在任一腔室中均没有显示出明显的倾向或厌恶感(F(1,14)= .381; ns),而与ES-C相比,受压的DBA动物在CC上花费的时间更长(F( 1,14)= 7.38; p <0.05)(图。 3),因此表明寻求食物的行为尽管可能产生有害后果。

 

图3。 C57和DBA小鼠的条件抑制试验。

在对照组C57 / DBA组(每组n = 6)(A)和压力C57进行条件抑制测试期间,在装有巧克力(CC)的腔室和空安全腔室(ES-C)中花费的时间(sec±SE) / DBA小鼠(每组n = 8)(B)。 * p <0.05; **与CC相比p <0.01。

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0120191.g003

这些结果表明,暴露于我们的环境条件使巧克力寻求不受惩罚信号的影响,将适应性寻求食物的行为转变为仅在DBA小鼠中的强迫性寻求(图。 3).

巧克力摄入量和重量

为了评估两种菌株的对照组和对照组所显示的巧克力摄入量(对照C57,对照DBA,强调的C57,强调的DBA),在条件的不同阶段(暴露前,训练,测试)期间评估巧克力的消耗。抑制程序。

关于暴露前阶段的巧克力摄入量,应激C57和强迫DBA小鼠之间没有显着差异(F(1,14)= 0.83; ns)(图。 4).

 

图4。 C57 / DBA控制和强调组中的巧克力摄入量。

在暴露前(A),训练(B)和测试(C)期间记录的C57 / DBA对照(每组n = 6)和应激(每组n = 8)动物的巧克力摄入量。 数据表示为平均克数(A和B的总天数平均值±SE)。 * p <0.05; ***与相同菌株的对照组相比,p <0.001。 与其他菌株的同一组相比,### p <0.001。

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0120191.g004

关于训练阶段的巧克力摄入量,应变与治疗之间存在显着的相互作用F(1,24)= 20.10; p <0.001)。 在各个组之间的比较中,我们注意到对照DBA与压力DBA((F(1,12)= 46.17; p <0.001),对照C57与压力C57((F(1,12)= 24.25 ; p <0.001)和应激C57与应激DBA小鼠((F(1,14)= 27.52; p <0.001)(图。 4)。 与所有其他组相比,强调的DBA动物显示出显着更高的巧克力摄入量。

在测试当天对巧克力摄入量的分析显示出显着的菌株x治疗相互作用(F(1,24)= 21.48; p <0.005)。 各个组之间的比较显示对照和压力DBA((F(1,12)= 38.49; p <0.001),对照和压力C57((F(1,12)= 7.90; p <0.05)和应激的C57和应激的DBA小鼠((F(1,14)= 33.32; p <0.001)(图。 4)。 与所有其他组相比,强调的DBA动物经历了显着更大的巧克力摄入量,表明强制性巧克力消耗,与条件抑制测试中的寻求行为一致。

最后,关于体重结果,统计分析显示,在实验的第一天(实验程序开始前(F(1,24)= 2.22; ns),在训练阶段(F(F),动物体重在各组之间没有显着差异。 1,24)= 2.97; ns)和条件抑制测试当天(F(1,24)= 0.58; ns)(图。 5).

图5。 动物体重。

对照中的重量(每组n = 6)和强调(每组n = 8)在操作开始前(A),第一个训练日(B)和测试日(C)测量的C57 / DBA组。 数据表示为克±SE。

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0120191.g005

总体而言,我们的数据显示了强迫性饮食表达中遗传因素和环境条件之间的强烈相互作用,这与先前的研究一致,这些研究报告了这些因素在某些饮食失调中的关键作用[35, 38].

多巴胺能和去甲肾上腺素能受体在强化DBA与对照DBA小鼠的mpFC,NAc和CP中的表达

为了评估多巴胺能和去甲肾上腺素能受体在动物中的表达,表现出类似强迫的进食行为(强调DBA),α1R,D1R和D2R在mpFC中的表达以及在NAc和CP中的D1R和D2R在压力vs.控制DBA小鼠(图。 6).

 

图6。 DBA株DA和NE受体的表达。

压力DBA(n = 1)和对照组(n = 2)的CP和NAc(A)中的D1R和D2R的表达以及mpFC(B)中的D1R,D8R和α6的表达。 * p <0.05; **与对照组相比,p <0.01。 数据显示为相对比率±SE。

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0120191.g006

与对照DBA小鼠相比,应激DBA的NAc(F(2)= 1,12; p <5.58)和CP(F(0.05)= 1,12; p <10.74)中的D0.01Rs上调(图。 6),表明对动物具有强迫性进食行为的纹状体D2受体具有选择性作用。 对于D1受体没有明显的作用。 与对照组DBA小鼠相比,应激DBA组的mpFC中的α1Rs表达较低(F(1,12)= 7.27; p <0.05)(图。 6)。 对于前额叶D1R或D2R受体表达没有观察到显着效果。

初生DBA与幼稚C57小鼠的mpFC,NAc和CP中的多巴胺能和去甲肾上腺素能受体表达

为了评估α1R,D1R和D2R的基线受体可用性,在两种不同的幼稚动物中评估了mpFC中α1R,D1R和D2R以及NAc和CP中D1R和D2R的表达(天真的C57和幼稚的DBA)(图。 7).

 

图7。 在幼稚C57和DBA动物中DA和NE受体的表达。

原始C1 / DBA组的CP和NAc(A)中的D2R和D1R的表达(A),mpFC(B)中的D2R,D1R和α57的表达(每组n = 6)。 **与其他菌株的未处理组相比,p <0.01。 数据显示为相对比率±SE。

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0120191.g007

我们观察到幼稚DBA的NAc相对于幼稚C2小鼠的NAc选择性D57R利用率明显降低(F(1,10)= 11.80; p <0.01)。 在大脑其他区域的D1R,D2R或α1R中没有发现其他显着差异(图。 7)。 这些结果与以前的数据一致[4, 54, 60, 61],支持这样的假设,即低D2R可用性是一种“组成型”风险遗传因素,可能导致适应不良饮食的脆弱性。

讨论

我们根据在不利条件下对可口食物寻求/摄入的条件抑制来评估强迫性饮食[38]在C57和DBA小鼠中。 根据遗传背景,暴露于环境条件会诱发类似强迫的饮食行为。 此外,这种行为模式似乎与累积的D2受体的低可用性有关。 我们还分别在纹状体和mpFC中观察到D2R上调和α1R下调 - 这是一种潜在的神经适应性反应,与从动机到强迫性饮食行为的转变相似。

我们的实验表明,获取巧克力前暴露与热量限制之间的相互作用使巧克力寻求不受惩罚信号的影响,将适应性寻求食物的行为转化为类似强迫的饮食行为。 值得注意的是,这种行为很大程度上取决于基因型。 条件抑制试验结果表明,只有强调的DBA动物表现出追求食物的行为,尽管可能产生有害后果。

这种效应不能归因于C57和DBA小鼠之间的休克敏感性差异,如支持实验所示(见 S1方法S2图。)和其他团体报告的[62]。 此外,在强化DBA动物中,与摄入行为平行地发展寻求食物的行为,如该组所示的高巧克力摄入量所证明的。 虽然食用大量可口的食物可以表明食物的动机增加,但这样做尽管有害后果,例如容忍惩罚以获得它,反映了食物的病理动机(强迫)[5].

因此,DBA小鼠构成了对滥用药物的抵抗的“理想模型”[24和正常情况下的食物相关疾病(目前的结果),它们对药物最敏感 - [24和受到特定环境压力的食物相关影响。 此外,初步实验表明,仅接触这些变量中的一个(分别暴露于巧克力或热量限制)不能诱导这种表型(S1方法S3图。)。 因此,只有环境条件的成瘾效应(预先暴露于巧克力和热量限制)使得饮食行为难以受到惩罚(强迫性饮食行为)。 这个结果与证据表明可口的可用性一致[46, 51],压力暴露[1, 6365]和压力与热量限制之间的协同关系是促进人类和动物模型饮食失调的最重要因素[6567].

强迫DBA小鼠显示从动机到强迫性进食行为的转变似乎与pFC-NAc-CP回路中改变的多巴胺能和去甲肾上腺素受体表达有关。 事实上,与对照DBA相比,表现出强迫进食行为的强化DBA小鼠(如没有条件抑制所示)显示NAc和CP中D2R的上调和mpFC中α-1AR的下调。 为了排除观察到的效果可能由对照和强化DBA所示的测试期间不同量的巧克力消耗引起,进行了另外的实验。 实验条件和程序如对照和强化DBA所述,但是在没有巧克力消耗的小鼠中取出的脑上进行受体表达(在测试当天)。 该实验的结果(S1方法S4图。),明确排除了强迫DBA显示的NAc和CP中D2R的上调以及mpFC中α-1AR的下调可以诱导巧克力消耗。

在强迫DBA小鼠的NAc和CP中观察到的结果不允许我们确定对DA传递的影响 - 即,这些变化是否增加多巴胺能基调,需要关于D2受体形式的更详细信息 - 例如,2的比例替代mRNA剪接变体,D2R-long(D2L)和D2R-short(D2S) - 在2区域,因为纹状体中同种型的相对比例影响D1R和D2 / 3R共激活的神经和行为结果[6870]。 我们假设突触后受体的增加和随之而来的多巴胺传递的增加维持了动力并激发了寻求食物的行为[11]。 然而,需要更多细节研究来研究在我们的实验过程中哪种类型的D2R受到影响。

强化的DBA小鼠中纹状体D2R表达的增加似乎与假设纹状体D2R的下调是对可食用食物的过度消耗的神经适应性反应的假设形成对比。 然而,据报道,纹状体D2R的下调是对人类和动物过度消费可食性和药物摄入的神经适应性反应[4, 44, 60, 7175]也是一个潜在的适应不良饮食易受影响的遗传风险因素[4, 54, 60, 61, 75]。 我们在本研究中观察到的纹状体D2R表达可能是对我们的环境条件(暴露前,卡路里限制)的神经适应性反应的结果,这种反应是由其他更复杂的饮食失调所共有的特定症状(强迫性进食)所致。 关于这个问题的辩论经常考虑肥胖和暴饮暴食,其中复杂的行为模式(如体重增加,间歇性喂养事件,延长高脂肪饮食的获得)发展 - 而非强迫性饮食行为 本身,如本研究所评估。

越来越多的证据表明纹状体D1R和D2R在成本效益计算中决定了在获得优先奖励上花费精力的意愿,从而影响了动机行为[1014]。 此外,最佳的目标导向行为和动机似乎与纹状体中较高的D2R水平相关[12, 7679]。 我们的研究表明过度纹状体D2R表达也与病理行为表型有关,促使最佳D2R表达是理想目标导向行为和动机的神经相关性的假设。

另一个重要结果是初始DBA与初始C2小鼠的NAc中D57R的可用性较低。 正如所讨论的,减少的D2R表达被认为是易受适应不良饮食的遗传风险因素[4, 54, 60, 61, 75]。 此外,已经提出降低腹侧纹状体中D2 / D3多巴胺能受体的可用性,以增加药物摄入的倾向并且与高冲动性相关[16, 79, 80]。 此外,据报道DBA / 2小鼠具有高冲动水平[81, 82]。 因此,我们推测在幼稚DBA小鼠中观察到的低累积D2R可用性解释了在特定环境条件下强迫进食的不同倾向,例如热量限制和可食用食物的可用性 - 影响饮食失调的发展和表达的因素[4, 46, 64, 83, 84].

我们观察到Stressed对照DBA小鼠的前额叶α1R表达降低。 虽然有人建议前额叶NE传播需要与食物有关的动机行为[9虽然NE神经元(特别是通过α1Rs)介导滥用药物的增强作用[57, 58, 85没有研究检查过前额的去甲肾上腺素能受体在强迫性饮食行为中的作用。 我们的研究结果扩展了先前关于食前相关动机行为的前额叶NE传递功能的研究结果,表明特定受体可控制与强迫性进食相关的异常动机。 mpFC中α1R的下调可能表明适应过程是由于皮质的褪色作用和纹状体的主要功能所驱动的从动机到强迫行为的转变的基础。 然而,需要进一步研究来研究这一假设。

下丘脑是调节食物摄入的最重要的脑区之一[8688]。 然而,除了那些控制饥饿和饱腹感的大脑回路之外,有人建议参与食物消费[60, 89]。 此外,一些神经递质和激素,包括DA,NE,乙酰胆碱,谷氨酸,大麻素,阿片类药物和5-羟色胺,以及参与食物摄入的稳态调节的神经肽,如食欲素,瘦素和生长素释放肽,都与食物的有益效果有关。 [60, 9092]。 因此,下丘脑对食物摄入的调节似乎与处理食物摄入的奖励和动机方面的不同神经回路有关[60],例如前额叶系统。 值得注意的是,C57和DBA小鼠表现出多种行为差异,并且在这些近交系中已经广泛检查了其大脑神经递质系统的功能和解剖特征[19, 23因此,建议对动机,奖励,学习和控制回路进行不同的,依赖于应变的调节。

处理食物(和药物)奖励和激励方面的最佳机制是大脑的多巴胺能奖励回路[45, 51, 60]。 DA奖励途径的反复刺激被认为在各种神经回路中引发神经生物学适应,从而使寻求行为“强迫”并导致​​失去对一个人摄入食物(或药物)的控制[51, 60].

有人提出,在不同的获取条件下,可口食物的强效奖励诱导能力可以通过与动机,学习,认知和决策相关的大脑区域的神经化学改变来驱动行为改变,这反映了药物滥用引起的变化[83, 9399]。 特别是,反复接触可口食物后的奖赏,动机,记忆和控制回路的变化与重复接触药物后观察到的变化相似[60, 95]。 在易受这些变化影响的个体中,食用大量可口的食物(或药物)会破坏动机,奖励,学习和控制回路之间的平衡,从而增加可口食物(或药物)的增强价值并削弱控制电路[51, 60].

基于这一观察和本研究的结果,可以提出在DBA小鼠中观察到的从动机行为到强迫性进食行为的转变可能与遗传易感性之间的相互作用有关(本研究中观察到的低累积D2受体可用性以及其他神经递质和激素参与食物相关脑回路的差异和暴露于环境条件,分别导致纹状体和mpFC中的D2R上调和α1R下调,可导致激发行为的电路之间的“不平衡”相互作用。控制和抑制强效反应的电路[60, 95].

结论

关于人类饮食失调中基因 - 环境相互作用的研究很少[2]。 我们在这里提出的动物模型可以用来理解环境因素如何与遗传责任和神经生物学因素相互作用,以促进强迫性饮食行为的表达,也为药物成瘾提供新的见解。

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在内侧前额叶皮质(mpFC)(A),核神经核(NAc)和尾状核 - 壳核(CP)(B)中冲孔的代表性位置。

S1图。 冲压位置。

在内侧前额叶皮质(mpFC)(A),核神经核(NAc)和尾状核 - 壳核(CP)(B)中冲孔的代表性位置。

DOI:10.1371 / journal.pone.0120191.s001

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S2图。 C57和DBA小鼠的休克敏感性阈值。

C57和DBA动物的休克敏感性(方法S1)。 在C57和DBA动物中观察到的平均(μA±SE)休克阈值。

DOI:10.1371 / journal.pone.0120191.s002

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S3图。 DBA小鼠的条件抑制试验。

在DBA预暴露和DBA食品限制组的条件性抑制测试期间,在含有巧克力(CC)空安全室(ES-C)的室中花费的时间(秒±SE)。

DOI:10.1371 / journal.pone.0120191.s003

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S4图。 DAA和NE受体在DBA小鼠中的表达。

应激和对照DBA小鼠的CP和NAc中的D2受体表达以及mpFC中的α1表达(每组n = 6)。 *与对照组相比,p <0.05。 数据显示为相对比率±SE。

DOI:10.1371 / journal.pone.0120191.s004

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S1方法。 支持材料和方法。

DOI:10.1371 / journal.pone.0120191.s005

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致谢

我们感谢Sergio Papalia博士的娴熟帮助。

作者贡献

构思并设计了实验:RV EP MDS。 进行实验:EP MDS DA ECL AF LP AV。 分析数据:RV AP AG SPA。 贡献的试剂/材料/分析工具:AF EP MDS。 写了这篇论文:RV SPA EP MDS。

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