храна

  • елементи
  • абстрактно
  • Въведение
  • Материали и методи
  • елементи
  • Диета на нездравословна храна и идентифициране на затлъстяване - податливи и устойчиви безплодни плъхове
  • Кокаин, предизвикан от локомотив
  • Изразяване на повърхността а вътреклетъчни протеини
  • електрофизиология
  • статистика
  • резултатът
  • Експеримент 1
  • По-голямо предизвикано от кокаин движение в нездравословни храни
  • Експресията на повърхността на GluA1, но не и на GluA2, NAc, е по-висока при нежеланите храни
  • CP-AMPAR-медиираното предаване се увеличава при нездравословни храни
  • Експеримент 2
  • Изходните нива на GluA1 са сходни, но нездравословната храна увеличава експресията на GluA1 при плъхове, склонни към затлъстяване.
  • Нежеланата храна увеличава предаването на NAc CP-AMPAR при плъхове, склонни към затлъстяване, при липса на разлики в теглото или консумацията на нездравословни храни.
  • дискусия
  • Повишена чувствителност на мезолимбичните системи при плъхове, чувствителни към затлъстяване
  • Нежеланата храна избирателно увеличава медиираното от NAc CP-AMPAR предаване при плъхове, чувствителни към затлъстяване.
  • Какво е функционалното значение на увеличаването на CP-AMPAR?
  • Повишеното регулиране на AMPAR е свързано с повишен двигател, предизвикан от кокаин, при плъхове, чувствителни към затлъстяване?
  • Обобщение и бъдещи указания
  • Финансиране и оповестяване

елементи

  • пристрастяване
  • Клетъчна неврология
  • Молекулярна неврология
  • мотивация
  • неврофизиология
  • Затлъстяване

абстрактно

Въпреки че желанието за ядене се регулира от глада, ситостта и енергийното търсене, те също са силно повлияни от стимули в околната среда, които са свързани с храната (намеци за храна). Например при лица със затлъстяване излагането на хранителни сигнали повишава апетита и количеството консумирана храна (Fedoroff et al., 1997; Soussignan et al., 2012). Затлъстелите хора са по-чувствителни към тези мотивационни свойства на хранителните стимули, които след излагане на хранителни сигнали съобщават за по-силно желание за храна и консумират по-високи дози (Rogers and Hill, 1989; Yokum et al., 2011). Тези поведенчески прилики между храна и предизвикано от наркотици желание доведоха до мнението, че „хранителната зависимост“, предизвикана от консумацията на храни с високо съдържание на захар и мазнини, може да допринесе за епидемията от затлъстяване (Carr et al., 2011; Epstein and Shaham, 2010 ).; Кени, 2011; Роджърс и Хил, 1989; Volkow et al., 2013).

Доказателствата до голяма степен от проучвания при хора сочат, че индуцираните от храната алюзии при затлъстели индивиди включват промени във функционирането на nucleus accumbens (NAc), регион, за който отдавна е известно, че медиира стимули за възнаграждения за храна и лекарства, но който например fMRI при хора проучвания показват, че активирането в NAc, индуцирано от хранителни сигнали, е по-силно при затлъстели хора (Stice et al., 2012; Volkow et al., 2013; small, 2009). В допълнение, повишената чувствителност на NAc към хранителни сигнали предсказва бъдещо наддаване на тегло и затруднения при отслабване при хората (Demos et al., 2012; Murdaugh et al., 2012). При плъхове индуцираното от диетата затлъстяване причинява повишен мотивационен отговор на хранителните навици, особено при чувствителни към затлъстяване популации (Brown et al., 2015; Robinson et al., 2015). Взети заедно, тези данни предполагат, че консумацията на мазни сладки храни причинява невроадаптация на функцията NAc, което може да увеличи мотивационния процес.

И при плъховете, и при хората податливостта към затлъстяване може да играе важна роля за ефектите на вкусните, висококалорични „боклуци“ върху нервната функция и поведението (Albuquerque et al., 2015; Geiger et al., 2008; Robinson et al ., 2015; Stice and Dagher., 2010). Въпреки че е трудно да се обърне внимание на ролята на податливостта при хората, проучвания при плъхове показват, че промените в мезолимбичните системи и индуцираната от диетата мотивация са по-изразени при чувствителни към затлъстяване плъхове, които са резистентни (Geiger et al., 2008; Vollbrecht et al ., 2016; Robinson and et al., 2015; Valenza et al., 2015; Oginsky et al., 2016). Следователно последните данни показват, че консумацията на „нездравословни храни“ може да доведе до значителни нервни промени в податливи популации на резистентни.

Глутаматните рецептори от типа AMPA (AMPARs) осигуряват основен източник на възбуждане за NAc, а способността на хранителните стимули да задействат търсенето на храна зависи отчасти от активирането на AMPAR в ядрото на NAc (Di Ciano et al, 2001). В допълнение, консумацията на сладки, мазни храни и затлъстяването могат да променят възбудимото предаване при NAc (Tukey et al., 2013; Brown et al., 2015). В допълнение, скорошна работа от нашата лаборатория и други показа, че индуцираната от реплика мотивация се увеличава в популациите, чувствителни към затлъстяване (Robinson et al., 2015; Brown et al., 2015). Целта на това проучване беше да се определи как консумацията на нездравословна храна при плъхове, чувствителни към затлъстяване и резистентност към плъхове, влияе върху експресията и предаването на AMPAR в ядрото на NAc, тъй като NAc AMPAR посредничи при търсенето на индуцирани от сигнали лекарства, но не е проучен при индуцирани от диетата модели на затлъстяване. В допълнение, индуцираната от кокаин двигателна активност се използва като общо "изваждане" на мезолимбичните функции, тъй като повишената чувствителност на мезолимбичните вериги увеличава мотивационния ефект на хранителните стимули (Wyvell и Berridge, 2000, 2001).

Използвани са два допълващи се модела на гризачи, за да се определи ролята на възприемчивостта при промени в NAc AMPAR на "нездравословна храна". Първо, обезкървените плъхове на Sprague-Dawley, които получават „нездравословна храна“, са идентифицирани като „Gainers“ и „Non-Gainers“ (както в Robinson et al., 2015), след което се измерват поведенческите и нервните различия. Въпреки че този модел е информативен, той изисква индуциране на наддаване на тегло и диетични манипулации за идентифициране на чувствителни популации. По този начин ние също изследвахме ефектите на нездравословната храна при селективно отглеждани плъхове върху тяхната податливост или устойчивост на индуцирано от диетата затлъстяване (Levin et al., 1997; Vollbrecht et al., 2015, 2016).

Материали и методи

елементи

Плъховете бяха настанени в двойки с обратна светлина и тъмни (12/12) със свободен достъп до храна и вода през целия период и бяха на възраст от 60 до 70 дни в началото на експеримента. Мъжки плъхове Sprague-Dawley са закупени от Harlan. Склонни към затлъстяване и устойчиви на плъхове плъхове са настанени в къщата. Тези линии първоначално са установени от Levin et al. (1997); животновъди са закупени от Taconic. Включването на угоени плъхове позволява сравнение с по-широката съществуваща литература, докато селективно отглежданите плъхове ни позволяват да различаваме промени, дължащи се на затлъстяване спрямо диетична манипулация. Теглото се измерва 1-2 пъти седмично. Всички процедури бяха одобрени от Комитета за употреба и грижи на UM за животните.

Диета на нездравословна храна и идентифициране на затлъстяване - податливи и устойчиви безплодни плъхове

„Нежелана храна“ е каша: Разрошава оригинален картофен чипс (40 g), Chips Ahoy, оригинален шоколадов чипс (130 g), Jif гладко фъстъчено масло (130 g), Nesquik прахообразен шоколадов вкус (130 g), прахообразна лабораторна храна 5001 (200 g;% калории: 19,6% мазнини, 14% протеини, 58% въглехидрати; 4,5 kcal/g) и вода (180 ml), комбинирани в кухненски робот. Съставът на диетата се основава на предишни проучвания, определящи субпопулации (Levin et al., 1997; Robinson et al., 2015). K- означава групиране въз основа на наддаване на тегло след 1 месец нездравословна храна, използвано за идентифициране на групи, чувствителни към затлъстяване (Junk-Food-Gainer) и към затлъстяване (Junk-Food-Non-Gainer). Този статистически метод осигурява безпристрастно разделяне, което може да се прилага еднакво във всички изследвания (MacQueen, 1967). Освен това установихме, че това е оптималната времева точка за надеждна идентификация на субпопулациите (Robinson et al., 2015; Oginsky et al., 2016; непубликувани наблюдения).

Кокаин, предизвикан от локомотив

Локомоторната активност се измерва в камери (41 cm x 25.4 cm x 20.3 cm), оборудвани с фотоклетки. Плъховете се поставят в камери за 40 минути. Преди инжектирането на физиологичен разтвор (1 ml/kg, ip), след това 1 час по-късно кокаин (15 mg/kg, ip). Тази доза е избрана въз основа на предишни проучвания на дозата-отговор (Oginsky et al., 2016; Ferrario et al., 2005).

Експресия на повърхностни и вътреклетъчни протеини

Тъкани от NAc (сърцевина/обвивка) и дорзален медиален стриатум (DMS) се събират и обработват, като се използват установени BS 3 омрежващи подходи (Boudreau et al, 2012), които позволяват откриване на клетъчна повърхност спрямо експресия на вътреклетъчен протеин. DMS пробите бяха включени в пробата, за да се определи дали разликите са селективни за NAc. За всеки плъх се изолира тъкан, нарязва се (резачка McIllwain; 400 μm филийки; Сейнт Луис, МО) и се инкубира в aCSF, съдържащ 2 mM BS3 (30 минути, 4 ° С). Омрежването се прекратява с глицин (100 mM; 10 минути), резените се хомогенизират в лизисен буфер (400 μl; в mM: 25 HEPES; 500 NaCl, 2 EDTA, 1 DTT, 1 фенилметилсулфонил флуорид, 20 NaF, 1: 100 протеаза) . инхибиторен коктейл при I (Calbiochem, Сан Диего, Калифорния) и 0,1% Nonidet P-40 [v/v]; рН 7, 4) и се съхранява при -80 ° С. Концентрацията на протеин се определя чрез анализ на BCA. За пълни методологични подробности вижте Boudreau et al. (2012).

Омрежените BS3 проби се нагряват в пробен буфер на Laemmli с 5% β-меркаптоетанол (70 ° С, 10 минути), зареждат се (20 μg протеин) и се електрофорезират върху 4-15% Bis-Tris градиентни гелове при редуциращи условия. Протеините бяха прехвърлени в PVDF мембрани (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ). Мембраните се измиват, блокират (1 h, RT, 5% (w/v) с обезмаслено мляко на прах в TBS-Tween 20 (TBS-T; 0,05% Tween 20, v/v)) и се инкубират за една нощ (4 ° C) ) с първични антитела (1: 1000 в TBS) срещу GluA1 (Thermo Scientific; PA1-37776) или GluA2 (NeuroMab, UCDavis/NIH: 75-002). Мембраните се промиват в TBS-T, инкубират се с конюгирана с HRP вторична среда (Invitrogen, Carlsbad, CA; 1 h, RT), промиват се и се потапят в субстрат за откриване на хемилуминесценция (GE Healthcare, Piscataway, NJ). Изображенията бяха получени на филм и Ponceau S (Sigma-Aldrich) беше използван за определяне на общия протеин. Необходимите ленти бяха количествено определени с помощта на Фигура J (NIH).

електрофизиология

300 μm странично върху записани неврони. Изисква се минималното количество ток, необходимо за предизвикване на синаптичен отговор с 0,30 mA, и невронът се изхвърля. AMEP-медиираните EEPSC са записани при -70 mV преди и след приложението на селективния антагонист на naspm CP-AMPAR (200 μM; както в Conrad et al., 2008; Ferrario et al., 2011).

статистика

Използвани са двустранни t-тестове, еднопосочни или двупосочни повторни измервания ANOVA, многократни сравнителни тестове на Sidak и планирани сравнения между чувствителни към затлъстяване и групи за резистентност (Prism 6, GraphPad, Сан Диего, Калифорния). ).

резултатът

Експеримент 1

Плъховете на Sprague Dawley получават нездравословна храна, използвайки подход, който води до затлъстяване при някои плъхове (Junk-Food Gainers), но не и при други (Junk-Food Non-Gainers; Robinson et al., 2015; Oginsky et al., 2016) . След това измерихме отговора на еднократно инжектиране на кокаин (четене на обща мезолимбична функция), повърхностно срещу. вътреклетъчна експресия на AMPAR субединици и AMPAR-медииран трансфер в ядрото на NAc, използвайки подходи за затягане на цели клетки в тези две популации.

По-голямо предизвикано от кокаин движение в нездравословни храни

Както се очакваше, някои плъхове натрупаха значително количество тегло, когато ядат нездравословна храна (нежелана храна, печалби, N = 6), докато други не (нежелана храна, която не печели, N = 4; Фигура 1а; двупосочна) RM ANOVA: основен ефект на групата: F (1, 9) = 11, 85, p = 0, 007; група x време взаимодействие: F (18 162) = 6, 85, p

GluA1, но не и GluA2, повърхностната експресия е по-висока при нездравословните храни, отколкото при нехранителните. а) Нежеланата храна причинява значително увеличаване на теглото при подмножество от податливи плъхове. б) Яденето на нездравословна храна, последвано от липса на нездравословна храна, е свързано със сенсибилизиран отговор на кокаин в нездравословната храна (JF-G) в сравнение с нехранителната нездравословна храна (JF-N). Партидата показва движение по време на навик и след инжектиране на физиологичен разтвор. (c) Представително петно ​​на експресия на GluA1 в омрежени NAc проби. (d, e) GluA1, но не и GluA2, повърхностната експресия е по-висока при нездравословни хранителни печалби в сравнение с нездравословните хранителни продукти, които не получават храна след дефицит на нездравословна храна, което предполага наличието на CP-AMPAR. Всички данни са представени като средно ± SEM; * стр

Приносът на CP-AMPARs е по-висок при плъхове, на които се дава нежелана храна, в сравнение с плъхове, хранени с фураж след дефицит на нездравословна храна. а) Нормализирана амплитуда преди (BL) и след прилагане на naspm (200 μM) CP-AMPAR антагонист към ваната. Вмъкването показва примери за eEPSC преди (черно) и след naspm (червено). (б) Намаляването на naspm е по-голямо при плъхове, хранени с Junk-Food-Gainer vs. в) местоположение на цели клетъчни записи за всички експерименти. Излюпената област показва общото местоположение на записите, направени в ядрото NAc. Записите паднаха приблизително между 2,04 и 1,56 мм от Bregma; изображение, адаптирано от Paxinos and Watson (2007). Всички данни са представени като средно ± SEM; * стр

Относителното количество на NAc GluA1 повърхност спрямо вътреклетъчната (S/I) експресия на протеин се увеличава след ядене на нездравословна храна и лишаване само при плъхове, чувствителни към затлъстяване. Това се дължи на промени в експресията както на повърхностни, така и на вътреклетъчни протеини. а) Съотношение повърхност към вътрешноклетъчно, б) повърхност и в) вътреклетъчна експресия на протеин GluA1 при плъхове, устойчиви на затлъстяване (OR) и плъхове със затлъстяване (OP), на които се дава храна или нездравословна храна. Всички данни са представени като средно ± SEM; * стр

За да се предизвика повишено регулиране на CP-AMPAR при затлъстяване, предразположено към затлъстяване, но не и устойчиво на затлъстяване, са достатъчни само 10 дни нежелана храна, последвани от 2 седмици лош прием на нежелана храна. Това увеличение се е случило при липса на разлики в приема на храна и наддаването на тегло. а) Нормализирана амплитуда преди и след naspm (200 μM). Начало: Пример за eEPSC от плъхове, хранени с нездравословна храна преди (черно) и след naspm (червено). б) Времеви ход на eEPSC преди и след прилагане на naspm. в) Намаляването на naspm се увеличава след нездравословни храни при плъхове, склонни към затлъстяване, но не и затлъстяване. г) Наддаването на тегло е подобно между групите. д) Консумацията на нездравословни храни е сходна между групите. Всички данни са представени като средно ± SEM. * стр

Увеличението на CP-AMPAR, предизвикано от нездравословна диета, е налице след 1 ден без храна при плъхове, склонни към затлъстяване, но не и срещу затлъстяване. а) Нормализирана амплитуда преди (базова линия) и след naspm (200 μM). Начало: Пример за eEPSC плъхове, хранени с нездравословна храна преди (черно) и след naspm (червено). б) времеви курс преди и след прилагането на naspm. в) Намаляването на naspm е по-голямо при чувствителни към затлъстяване плъхове в сравнение с плъхове, устойчиви на затлъстяване, които получават нездравословна храна. г) Наддаването на тегло е подобно между групите. д) Консумацията на нездравословни храни е сходна между групите. Всички данни са представени като средно ± SEM. * = p