Cuvinte cheie: Serotonină, dopamină, noradrenalină, obezitate, depresie, dietă bogată în grăsimi

O legătură strânsă între obezitate și tulburările de dispoziție a fost bine stabilită (Needham și colab., 2010) și numeroase studii epidemiologice o susțin (Ma și Xiao, 2010). Într-adevăr, multe studii au demonstrat că schimbările de dispoziție pot fi asociate cu condiții de supraponderalitate (McElroy și colab., 2004), dar dezbaterile împotriva acesteia nu încetează să continue, datorită la fel de multe linii de dovezi contradictorii (Friedman și Brownell, 1995; Atlantis și Baker, 2008; Pickering și colab., 2011). Mai mult, studiile mecaniciste care explică relația dintre obezitate și tulburările de dispoziție sunt extrem de limitate datorită dificultății tehnice în evaluarea cantitativă a sănătății mintale sau a dispozițiilor în modele animale.

Rolurile neurotransmițătorilor de monoamină precum serotonina, norepinefrina și dopamina în modularea dispoziției au fost bine stabilite (Lanni și colab., 2009). S-au făcut încercări de măsurare a nivelului de neurotransmițători din țesuturile creierului pentru a vedea o privire asupra schimbărilor de dispoziție asociate cu obezitatea (Kimbrough și Weekley, 1984). Cu toate acestea, țesutul cerebral nu este ușor de colectat și chiar mai rău, greu accesibil în studiile clinice la om. În loc de țesuturi cerebrale, în diverse tulburări ale dispoziției, mai multe studii au examinat nivelurile neurotransmițătorilor din sânge, le-au extrapolat la nivelurile creierului și au explorat legătura cu caracteristicile comportamentului (Madsen și McGuire, 1984; Moffitt și colab., 1998). Cu toate acestea, nu a existat nici un raport privind nivelurile neurotransmițătorilor din sânge în modelul obezitate-animal, după cunoștințele noastre.

Aici am dezvoltat o metodă de cantare sensibilă, simultană și rapidă pentru determinarea serotoninei, dopaminei și norepinefrinei în plasmă utilizând UPLC/MSMS (spectrometrie de masă ultra-performantă în tandem) și am examinat impactul obezității induse de dieta bogată în grăsimi (HFD) asupra nivelurile plasmatice ale neurotransmițătorilor de monoamină la șoareci masculi C57BL/6 pentru a explora legătura dintre modificările dispoziției și obezitate.

Șoarecii masculi C57BL/6J, de 5-6 săptămâni, cu o greutate de 20 ± 2 g (Orientbio, Seoul, Coreea), au fost adăpostiți individual în cuști de polietilenă într-un mediu cu temperatura controlată de 24 ± 2 ℃, o umiditate constantă de 50 ± 10 % și un ciclu de întuneric ușor de 12 h. Șoarecii au fost aclimatizați în ultima săptămână înainte de experiment și au fost repartizați aleatoriu în diferite grupuri. Animalele au avut acces gratuit la o dietă standard din Purina Korea sau o dietă bogată în grăsimi de 60% Kcal (D12492, Research Diets, New Brunswick, NJ, SUA) și apă de la robinet ad libitum .

Activitățile fizice ale șoarecilor au fost măsurate la 4 săptămâni de HFD prin numărarea numărului de mișcări de la capătul cuștii până la partea opusă. După 8 săptămâni, sângele a fost colectat din plexul venos retro-orbital folosind tubul capilar de heparină de sodiu pentru modificările chimice clinice folosind un analizor automat Selectra E ® și măsurarea neurotransmițătorilor. Toți șoarecii au fost mulțumiți și ficatul și țesutul adipos epididimal au fost îndepărtați și cântăriți.

Bioanaliza preparării probei de neurotransmițători

Bioanaliza simultană a monoaminelor din plasma sanguină a fost făcută cu UPLC/MSMS conform metodei descrise anterior (Hammad și colab., 2009) cu modificări minore. La 50 μl alicote de plasmă, s-au adăugat 10 μl de 100 ng/ml dopamină-d4 (ca standard intern). După precipitarea proteinelor prin amestecarea vortexului cu 200 μl acetonitril: metanol (75:25, acid formic 2%) timp de 5 minute, probele au fost centrifugate la 14.000 rpm, 4 ℃ timp de 10 min. Stratul organic superior a fost transferat și evaporat la sec folosind Speedvac (EZ-2 Plus, Genevac, Swiss) la 40 (. Reziduurile au fost reconstituite în 100 μl de acetonitril: metanol (75:25, 0,1% acid formic) și 5 μl de soluții de probă au fost injectate pe un sistem UPLC/MS.

Valorile au fost exprimate ca medii ± deviație standard (SD). Comparații statistice au fost făcute folosind testul t al elevilor pentru compararea a două grupuri și testul ANOVA pentru compararea mai multor grupuri cu Minitab® (State College, PA, SUA). Analiza de corelație a lui Pearson a fost utilizată pentru a testa corelația dintre variabile. Analiza componentelor principale (PCA), o analiză multivariată care poate examina inter-relația mai multor factori într-o manieră nesupravegheată, a fost efectuată pentru nivelurile respective de trei neurotransmițători de animale obeze și neobeze.

Pentru a investiga legătura dintre obezitate și tulburările de dispoziție, obezitatea a fost indusă la șoarecii masculi C57BL/6J prin dietă bogată în grăsimi (HFD, 60% din caloriile totale timp de 8 săptămâni). HFD a indus creșteri semnificativ mai mari în greutate în corp (+ 37,8%) și țesut adipos (epididim, + 306%) (Fig. 1 A și B) și în mod constant, nivelurile LDL, HDL și colesterol au crescut semnificativ (Fig. 1 C), indicând dezvoltarea robustă a obezității. Cu toate acestea, activitățile fizice ale șoarecilor obezi nu au fost diferite de cele ale animalelor slabe (obez vs slab, 9,9 ± 2,5 vs 11,9 ± 3,9 ca medie ± SD, p = 0,297, Fig. 1 D), reflectând faptul că activitățile fizice ar putea să nu fie adecvate sau suficient de sensibil pentru a diagnostica modificările de dispoziție asociate obezității.

În special, s-a găsit o corelație semnificativă între nivelurile individuale de serotonină și creșterea în greutate corporală (Fig. 3 A), determinată de analiza de corelație a lui Pearson (Coeff. = - 0,512, pp = 0,070, Fig. 3 B) și între serotonină și norepinefrină (Coeff. = 0,489, p = 0,054, Fig. 3 C).

FIG. 3. Relația dintre neurotransmițătorii plasmatici și obezitate. (A) Curba de corelație a creșterii în greutate corporală (BWG) vs serotonină (SER), (B) dopamină (DOP) vs norepinefrină (NEP). (C) SER vs NEP. Analiza componentelor principale a fost efectuată cu nivelurile normalizate de neurotransmițători. (D) grafic de scor 3D pentru PC1, PC2 și PC3. Cercurile umplute reprezintă șoareci hrăniți cu HFD și cercuri goale, șoareci alimentați cu dietă normală (E) Grafic de încărcare pentru PC2.

obezității

Pentru a aborda în continuare relația neurotransmițătorilor respectivi cu obezitatea indusă de HFD, a fost efectuată o analiză multivariată, analiza componentelor principale (PCA) care poate examina inter-relația mai multor metaboliți sau ARNm într-o manieră nesupravegheată (Xia și Wishart, 2011). cu nivelurile de neurotransmițător. PCA cu nivelurile de neurotransmițători în plasmă a relevat că șoarecii obezi (șoareci hrăniți cu HFD, cercuri umplute) pot fi diferențiați de cei slabi (șoareci alimentați cu dietă normală, cercuri goale) de-a lungul axei componentei principale 2 (PC2). ). După cum se arată în încărcările PC2 (Fig. 3 E), nivelurile de dopamină și serotonină contribuie la separarea șoarecilor obezi de cei slabi în moduri opuse. Încărcarea pozitivă a dopaminei și a serotoninei negative au sugerat că dopamina poate fi legată pozitiv de obezitate în timp ce serotonina, corelată negativ.

În studiul de față, am demonstrat că nivelurile de serotonină din sânge au fost semnificativ mai mici la animalele obeze induse de HFD decât la cele slabe. Se știe că deficitul de serotonină este asociat cu apariția și dezvoltarea depresiei (Jans și colab., 2007), indicând faptul că deficitul de serotonină la șoarecii obezi ar putea explica stările depresive asociate cu obezitatea. Într-adevăr, Kimbrough și Weekley (1984) au demonstrat deja că HFD scade nivelul serotoninei trunchiului cerebral la șobolanii SD. Am descoperit recent aici că nivelul serotoninei circulante poate fi, de asemenea, redus de obezitate. Cu toate acestea, nivelurile plasmatice de serotonină pot fi un biomarker surogat mai bun pentru modificarea stării de spirit în obezitate decât nivelurile de serotonină din creier în ceea ce privește accesibilitatea țesuturilor.

Am putea constata, de asemenea, că pot exista corelații între nivelurile neurotransmițătorilor de monoamină din sângele animalelor individuale. Analiza componentelor principale a relevat că nivelurile de dopamină din sânge, precum și serotonina au fost puternic corelate cu gradul de obezitate. Spre deosebire de relația dintre serotonină și obezitate, cea dintre dopamină și obezitate a fost dificil de interpretat. La pacienții depresivi, dopamina este în general reglată în jos (Klimek și colab., 2002), sugerând că dopamina mai mare la depresia șoarecilor obezi nu poate fi explicată prin tendința spre depresie. Dopamina este implicată în sistemul de recompense al creierului, trezind sentimente de plăcere și întărire pentru a motiva o persoană să efectueze sau să repete anumite activități (Wang și colab., 2002). Prin urmare, dereglarea căii dopaminergice este frecvent implicată în comportamente dependente, cum ar fi alimentele excesive, sexul și drogurile de abuz. Recent, s-a demonstrat că șobolanii obezi au receptori dopamina D2 neregulați, ceea ce induce comportamente de hrănire necontrolate și compulsive la diete plăcute bogate în grăsimi (Johnson și Kenny, 2010). În acest sens, creșterea dopaminei la șoarecii obezi poate fi asociată cu semnalizarea dopaminergică neregulată și pofta de HFD (Corwin și colab., 2011), deși sunt necesare studii suplimentare pentru a o confirma.

În concluzie, am descoperit recent că nivelurile plasmatice de serotonină au fost scăzute de obezitatea indusă de HFD și că cele ale dopaminei pot fi, de asemenea, legate. Aceste rezultate susțin că starea de spirit poate fi profund afectată de obezitate prin modificările nivelurilor de neurotransmițători. În plus, neurotransmițătorii plasmatici pot fi folosiți pentru a evalua modificările stării de spirit asociate obezității.