Conceptualizare roluri, curatarea datelor, analiză formală, investigație, metodologie, supraveghere, validare, vizualizare, scriere - schiță originală, scriere - revizuire și editare

nedorită

Adresa actuală: Laboratorul de neurobiologie in vivo, filiala de neurobiologie, Institutul Național de Științe ale Sănătății Mediului, Institutele Naționale de Sănătate, Research Triangle Park, Carolina de Nord, Statele Unite ale Americii

Affiliations Wagoner Center for Alcohol and Addiction Research, Universitatea din Texas la Austin, Austin, Texas, Statele Unite ale Americii, Divizia de farmacologie și toxicologie, Colegiul de farmacie, Universitatea din Texas la Austin, Austin, Texas, Statele Unite ale Americii

Roluri Conceptualizare, curatarea datelor, achiziționarea de fonduri, investigație, metodologie, validare, vizualizare

Affiliations Wagoner Center for Alcohol and Addiction Research, Universitatea din Texas la Austin, Austin, Texas, Statele Unite ale Americii, Departamentul de Neuroștiințe Universitatea din Texas la Austin, Austin, Texas, Statele Unite ale Americii

Roluri Arhivarea datelor, Investigații

Departamentul de Neuroștiințe de Afiliere Universitatea din Texas din Austin, Austin, Texas, Statele Unite ale Americii

Roluri Arhivarea datelor, Investigații

Departamentul de Neuroștiințe de Afiliere Universitatea din Texas din Austin, Austin, Texas, Statele Unite ale Americii

Roluri Curarea datelor, investigații, vizualizare

Affiliation Wagoner Center for Alcohol and Addiction Research, Universitatea Texas din Austin, Austin, Texas, Statele Unite ale Americii

Conceptualizare roluri, curatarea datelor, analiză formală, achiziție de finanțare, investigație, metodologie, administrare proiect, resurse, software, supraveghere, validare, scriere - revizuire și editare

Affiliations Wagoner Center for Alcohol and Addiction Research, Universitatea din Texas la Austin, Austin, Texas, Statele Unite ale Americii, Departamentul de Neuroștiințe Universitatea din Texas la Austin, Austin, Texas, Statele Unite ale Americii

  • Jason B. Cook,
  • Linzy M. Hendrickson,
  • Grant M. Garwood,
  • Kelsey M. Toungate,
  • Christina V. Nania,
  • Hitoshi Morikawa

Cifre

Abstract

Citare: Cook JB, Hendrickson LM, Garwood GM, Toungate KM, Nania CV, Morikawa H (2017) Obezitatea indusă de dietă în junk food mărește autoinhibiția receptorilor D2 în zona tegmentală ventrală și reduce consumul de etanol. PLOS ONE 12 (8): e0183685. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183685

Editor: James Edgar McCutcheon, Universitatea din Leicester, REGATUL UNIT

Primit: 24 mai 2017; Admis: 9 august 2017; Publicat: 31 august 2017

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierele sale de informații de suport.

Finanțarea: Această lucrare a fost susținută de RO1 AA015521 (HM), F32AA021640 (LMH) și T32-AA007471 (Universitatea Texas din Austin, Divizia de farmacologie și toxicologie, Colegiul de farmacie). Aceste subvenții au fost sau sunt finanțate de Institutul Național pentru Abuzul de Alcool și Alcoolism. https://www.niaaa.nih.gov/. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Proprietățile de întărire ale drogurilor dependente și ale alimentelor plăcute sunt mediate, parțial, de sistemul de dopamină mezostriatală (DA) [1]. Mai mult, expunerea extinsă la droguri de abuz, inclusiv etanol sau alimente gustoase cu densitate energetică produc neuroadaptări DAergice similare. De exemplu, expunerea cronică la etanol și alte medicamente de abuz reduce receptorii D2 (D2Rs) și nivelurile bazale de DA în striat [2-4], care se observă și în cazul consumului de alimente dense în energie [5-7]. Oamenii obezi au redus, de asemenea, expresia D2R în striat [8] și au redus activarea striatală ca răspuns la mâncarea gustabilă [9]. Prin urmare, întrucât neuroadaptările după alimentele cu densitate energetică sau expunerea cronică la medicamente sunt similare, consumul excesiv de alimente dense cu energie poate crește susceptibilitatea la dependența de droguri. Interesant este faptul că studiile pe rozătoare au arătat că consumul ridicat de grăsimi sau zahăr reduce consumul de psiho-stimulante și preferința condiționată a locului [10-13]. În schimb, consumul ridicat anterior de grăsimi sau zahăr/carbohidrați poate crește [14, 15] sau reduce [16, 17] consumul de etanol la rozătoare. Cu toate acestea, nu se știe cum consumul de produse alimentare consumate în mod regulat de oameni afectează consumul de etanol.

În SUA, aproximativ 35% dintre adulți și 17% dintre copii și adolescenți sunt obezi [18]. Prevalența în creștere a obezității a fost asociată cu o accesibilitate crescută la „alimente nedorite” bogate în grăsimi, zahăr și alți carbohidrați [19], iar consumul acestor diete este deosebit de important în adolescență [20-22]. În încercarea de a modela acest tip de dietă densă energetică care contribuie la obezitate, anchetatorii au oferit șobolanilor acces la produse alimentare nesemnificate, denumite dietă de cafenea [5, 6, 23]. S-a demonstrat că hrana pentru dietă de la cafenea reduce D2R și nivelurile bazale de DA în striat, reduce sensibilitatea circuitelor de recompensă utilizând auto-stimulare intracraniană și produce un consum compulsiv de alimente [5, 6]. Cu toate acestea, nu se știe dacă hrana prin dietă a cafenelei modifică proprietățile electrofiziologice ale neuronilor DA în zona tegmentală ventrală (VTA) sau influențează consumul de etanol.

Eliberarea DA somatodendritică activează D2R pe somata și dendritele neuronilor DA, rezultând autoinhibiția in vivo [24, 25] și in vitro [26, 27] prin activarea canalelor de potasiu (GIRK) protejate cu proteine ​​G rectificate în interior prin intermediul semnalizării Gi/o . Astfel, activarea D2R a GIRK are ca rezultat hiperpolarizarea și reducerea excitabilității neuronale [28]. În neuronii VTA DA, administrarea repetată de etanol sau administrarea acută de cocaină crește autoinhibiția mediată de D2R [29, 30]. Mai mult, după administrarea repetată a etanolului la șoareci, creșterea autoinhibiției D2R a fost asociată cu creșterea consumului de etanol la domiciliu [29]. Deși este clar că dietele bogate în calorii produc adaptări DAergice de tip addictiv în striat, efectele dietelor bogate în calorii asupra autoinhibiției D2R în neuronii VTA DA nu au fost caracterizate.

În studiul actual, am investigat efectele dietei de cafenea asupra etanolului de casă sau a consumului de zaharoză, a frecvenței de tragere bazală a neuronului VTA DA și a autoinhibiției mediate de D2R a neuronilor VTA DA. Hrana pentru dietă în cafenea în timpul adolescenței a dus la un fenotip asemănător cu obezii și la o reducere de lungă durată a consumului de etanol folosind o prezentare de etanol de 2 ore în întuneric (DID) care produce un aport moderat de etanol. Foarte important, hrana dietetică a cafenelei nu a avut niciun efect asupra concentrațiilor de etanol din sânge (BEC) sau asupra ratei metabolismului etanolului după o injecție de etanol intraperitoneal (i.p.) de 2 g/kg. Mai mult decât atât, hrana prin dietă a cafenelei a crescut autoinhibarea mediată de D2R a neuronilor VTA DA.

Metode și materiale

Șobolani Wistar masculi au fost obținuți din laboratoarele Harlan (Indianapolis, IN) la vârsta de 3 săptămâni. Șobolanii erau găzduiți singuri în cuști din plexiglas, care pe o parte a cuștii aveau o platformă din plexiglas de 7 ”x 4” x 1,25 ”fixată pe podea pentru plasarea dietei în cafenea. Toți șobolanii aveau chow de laborator disponibil ad libitum, iar apa era disponibilă în orice moment, cu excepția ședințelor de etanol sau zahăr. Vivariul a fost menținut pe un ciclu invers de 12 ore lumină-întuneric (debut luminos la 0100 ore), temperatura constantă de 22 ± 2 ° C și 65% umiditate relativă. Procedurile de îngrijire și manipulare a animalelor au urmat Ghidurile Institutelor Naționale de Sănătate, în conformitate cu protocoalele aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea Texas din Austin.

Hrana pentru dieta de cafenea

Consumul de etanol sau zaharoză

La o săptămână după obișnuință, șobolanilor li s-a acordat 2 ore/zi acces limitat la o soluție de etanol (10% v/v) sau zaharoză (5% g/v) pentru a evalua consumul inițial de alcool. În timpul tuturor sesiunilor de băut etanol sau zaharoză, sticla de apă din casă a fost înlocuită cu o sticlă care conține soluția de etanol sau zaharoză la 1 oră în ciclul întunecat. După consumul inițial de etanol sau zaharoză (7 zile), șobolanii au fost repartizați în mod aleatoriu în dieta de la cafenea sau în grupul de chow. Apoi, șobolanii au fost hrăniți cu dietă de cafenea sau chow doar timp de 4 săptămâni. La douăzeci și patru de ore de la ultima administrare a dietei la cafenea, șobolanii au început zilnic ședințe de etanol sau zaharoză.

Concentrația de etanol din sânge (BEC)

După 4 săptămâni de dietă de cafenea sau hrănire numai cu chow, șobolanilor li s-a administrat etanol (2g/kg, 15% v/v în soluție salină, i.p.) 24 ore după ultima administrare a dietei de cafenea. Probele de sânge integral (10 μL) au fost colectate prin coadă la 30, 60 și 120 min după injectarea cu etanol și adăugate în flacoane de cromatografie cu gaz de sticlă (GC) conținând 90 μL de clorură de sodiu 5M. Concentrațiile de etanol ale probei au fost analizate în aceeași zi cu recoltarea de sânge cu GC folosind un Bruker 430-GC (Bruker Corporation, Fremont, CA) echipat cu un detector de ionizare a flăcării și un autosamplator Combi PAL. Pe scurt, fiecare probă a fost încălzită la 65 ° C timp de 3 minute înainte ca fibra de microextracție în fază solidă (SPME; 75 μm CAR/PDMS, silice condensată; Supelco) să absoarbă vaporii de etanol timp de 3 minute. Fibra SPME a desorbit apoi proba în orificiul de injecție GC timp de 1 min la 220 ° C. Heliu (debit de 8,5 ml/min) a fost utilizat ca gaz purtător și pentru separare s-a folosit o coloană capilară HP Innowax (30 m x 0,53 mm x 1 μm grosime; Agilent Technologies, Santa Clara, CA). Standardele de etanol extern (25, 50, 100, 200, 400 și 600 mg/dl) au fost analizate pentru a calcula o curbă standard. Cromatogramele au fost analizate utilizând software-ul CompassCDS Workstation (Bruker Corporation, Fremont, CA) și înălțimile maxime pentru etanol (

Timp de retenție de 2 min) au fost utilizate pentru a construi o curbă standard și a interpola concentrațiile de etanol din probă.

Electrofiziologie

Șobolanii au fost anesteziați cu izofluran și creierul a fost îndepărtat și disecat într-o soluție de tăiere la rece conținând (în mM) 205 zaharoză, 2,5 KCl, 1,25 NaH2PO4, 7,5 MgCl2, 0,5 CaCl2, 10 glucoză și 25 NaHCO3, saturat cu 95% O2, și 5% CO2 (

300mOsm/kg). Feliile orizontale ale creierului mediu (200 μm) au fost secționate pe un vibratom și lăsate să se recupereze timp de 1 oră în lichidul cefalorahidian artificial (aCSF) la 34 ° C. Înregistrările au fost efectuate în VTA lateral 50-150 μm de la marginea medială a nucleului terminal medial al tractului optic accesoriu. În timpul înregistrării, feliile au fost perfuzate cu oxigenat, încălzit (34 ° C) aCSF (în mM) 126 NaCI, 2,5 KCl, 1,2 NaH2PO4, 1,2 MgCl2, 2,4 CaCl2, 11 glucoză, 21,4 NaHCO3. Înregistrări cu patch-uri libere atașate la celulă (

Sigiliu de 20 MΩ) au fost efectuate cu pipete conținând 150mM NaCI. Înregistrările cu celule întregi au fost efectuate cu pipete conținând o soluție intracelulară constând din (în mM) 115 K-metilsulfat sau K-gluconat, 20 KCl, 1,5 MgCl2, 10 HEPES, 0,025 EGTA, 2 Mg-ATP, 0,2 Na2-GTP și 10 Na2-fosfocreatină (pH 7,2-7,3,

285 mOsm kg -1). Neuronii DA putativi au fost identificați prin declanșarea spontană a stimulatorului cu frecvență joasă (1-5 Hz) și potențialele largi de acțiune (> 1,2 ms) în configurație atașată la celulă și Ih mare (> 200 pA) ca răspuns la un pas de tensiune de 1,5 sec. -62mV la -112 mV în modul de tensiune cu celulă întreagă. Înregistrările cu tensiune-clemă au fost făcute la un potențial de reținere de -62mV, corectat pentru un potențial de joncțiune lichid de -7mV. Înregistrările cu celule întregi au fost eliminate dacă rezistența în serie a crescut peste 20 MΩ sau rezistența la intrare a scăzut sub 200 MΩ. Datele au fost filtrate la 1-5 kHz și digitalizate la 2-10 kHz.

Analiza datelor

Datele sunt exprimate ca medie ± SEM. Semnificația statistică a fost determinată de testul t Student sau ANOVA bidirecțional, urmat de testul post hoc Bonferroni.

Rezultate

Accesul la dieta pentru cafenea are ca rezultat un aport caloric ridicat și un fenotip asemănător obezității

Aportul caloric pentru grupurile de dietă de la cafenea și chow doar, precum și sursa de calorii pentru grupul de dietă de cafenea au fost evaluate pe parcursul a 3 săptămâni. Grupul de dietă de cafenea a consumat mai multe calorii decât grupul de chow numai în cele 3 săptămâni de hrănire (interacțiune: F (2,62) = 22,43, p Fig 1. Accesul la dieta de la cafenea are ca rezultat un aport caloric ridicat și un fenotip asemănător cu obezii.

Aportul caloric și sursa de calorii au fost evaluate pe parcursul a 3 săptămâni. (A) Șobolanii cu acces zilnic la dieta de la cafenea au consumat semnificativ mai multe calorii pe parcursul celor 3 săptămâni de hrănire decât grupul numai chow (n = 14-19/grup). (B) Grupul de dietă de la cafenea a consumat semnificativ mai multe calorii din produsele alimentare de dietă de la cafenea decât din peletele de chow (n = 19). (C) Numai grupul de chow a consumat mai multe calorii din peletele de chow decât grupul de dietă de la cantină (n = 14-19/grup). (D) Accesul la dieta pentru cafenea a dus la creșterea în greutate crescută în cele 3 săptămâni de hrănire (n = 14-19/grup). (E) Patru săptămâni de hrană în dietă pentru cafenea au crescut semnificativ greutatea corporală, comparativ cu martorii hrăniți numai (efectul principal al dietei, Fig.

(A) Consumul mediu de etanol inițial (g/kg) pe parcursul celor 7 zile anterioare hrănirii cu dieta de la cafenea a fost similar între grupuri (p = 0,7480, test t Student, n = 6-7/grup). (B) Hrana anterioară a dietei pentru cafenea (4 săptămâni) a redus volumul total de etanol (10%, v/v, 2 ore/zi) consumat în timpul celor 2 săptămâni de testare (efectul principal al dietei, p Fig. consumul de zaharoză redus tranzitoriu și aportul de chow.

(A) Consumul mediu inițial de zaharoză (ml/kg) pe parcursul celor 7 zile anterioare hrănirii cu dieta de la cafenea a fost similar între grupuri (p = 0,6489, test t Student, n = 15-16/grup). (B) Hrana anterioară a dietei pentru cafenea (4 săptămâni) consumul de zaharoză (5%, greutate/volum, 2 ore/zi) modificat tranzitoriu (interacțiunea dietă x timp, p Fig. 4. Hrănirea din dietă a cafeteriei nu a avut niciun efect asupra Neuroni VTA DA.

(A) Frecvența de declanșare tonică bazală a neuronilor VTA DA a fost similară între grupuri (p = 0,481, testul t Student, n = 36-38/grup). (B) Urme reprezentative de ardere a neuronilor VTA DA după 4 săptămâni de hrănire numai (albastru) sau de dietă de cafenea (roșu). DA, dopamina; WTA; zona tegmentală ventrală.

Nu este clar dacă consumul redus de etanol sau rezultatele electrofiziologice au fost influențate de greutatea corporală crescută în studiul actual. Cu toate acestea, dietele bogate în calorii pot diminua sistemul DA [13] și pot reduce consumul de etanol [16] în absența obezității. Creșterea adipozității este asociată cu modificări ale leptinei, insulinei și grelinei, toate acestea putând modula activitatea sistemului DA [40-42]. Prin urmare, nu putem exclude faptul că modificările mecanismelor de hrănire homeostatică ar fi putut afecta rezultatele. De asemenea, nu putem exclude posibilitatea ca hrana dietetică a cafenelei să fi modificat tiparele circadiene de comportament ingestiv, deoarece consumul de etanol și zaharoză a fost măsurat doar pe o perioadă de acces de 2 ore.

Studiul actual diferă de studiile anterioare [5, 6] care au examinat efectele dietei de cafenea asupra sistemului DA prin furnizarea hranei pentru dieta de cafenea în timpul adolescenței în loc de maturitate. Luate împreună, datele sugerează că atât hrana pentru dietă la adolescenți, cât și la adulți, produce neuroadaptări care diminuează sistemul DA și contribuie la recompensarea hipofuncției. Deși nu se știe cum afectează autoinhibiția D2R a hranei prin dietă la cafenea, administrarea de droguri de abuz poate crește autoinhibiția D2R atunci când este administrată în timpul adolescenței [29] sau în perioada adultă [30].

Semnificația creșterii autoinhibiției D2R și a unei stări hipodopaminergice după dieta de la cafenea privind consumul de etanol și comportamentul consumator

Semnificația creșterii autoinhibiției D2R în obezitatea indusă de dietă