Niveluri endocannabinoide în creierul limbic de șobolan și hipotalamus în raport cu postul, hrănirea și
Tim C Kirkham
1 1 Departamentul de Psihologie, Universitatea din Reading, Earley Gate, Whiteknights, Reading RG6 6AL
Claire M Williams
1 1 Departamentul de Psihologie, Universitatea din Reading, Earley Gate, Whiteknights, Reading RG6 6AL
Filomena Fezza
2 2 Grupul de cercetare endocannabinoidă, Institutul de Chimie Biomoleculară, Consiliul Național de Cercetare, Compresorul Olivetti, Fabbr. 70, 80078, Pozzuoli (Napoli), Italia
Vincenzo Di Marzo
2 2 Grupul de cercetare endocannabinoidă, Institutul de Chimie Biomoleculară, Consiliul Național de Cercetare, Compresorul Olivetti, Fabbr. 70, 80078, Pozzuoli (Napoli), Italia
Abstract
Endocannabinoizii sunt implicați în reglarea apetitului și a greutății corporale. La rozătoare, anandamida stimulează alimentația prin acțiuni la receptorii centrali CB1, iar endocanabinoizii hipotalamici pot fi sub controlul negativ al leptinei. Cu toate acestea, modificările nivelurilor endocannabinoide ale creierului în relație directă cu hrănirea sau modificarea stării nutriționale nu au fost investigate.
Am măsurat nivelurile de anandamidă și 2-arahidonoil glicerol (2-AG) în regiunile cerebrale asociate hrănirii șobolanilor, în timpul postului, hrănirii unui aliment plăcut sau după saturare. Nivelurile endocannabinoide au fost comparate cu cele la șobolani hrăniți ad libitum, într-un moment al ciclului lor zilnic, când motivația de a mânca era absentă. Postul a crescut nivelurile de anandamidă și 2-AG în creierul limbic și, într-o măsură mai mică, de 2-AG în hipotalamus. Prin contrast, hipotalamicul 2-AG a scăzut pe măsură ce mâncau animalele. Nu au fost detectate modificări la șobolanii sățioși. Nivelurile endocannabinoide din cerebel, o regiune de control care nu este implicată direct în controlul aportului de alimente, nu au fost afectate de nicio manipulare.
Întrucât 2-AG a fost cel mai sensibil la variații în timpul hrănirii și la reglarea leptinei într-un studiu anterior, am examinat efectele comportamentale ale 2-AG atunci când a fost injectat în coaja nucleului accumbens, o zonă limbică a creierului puternic legată de motivația alimentară. 2-AG hrănire stimulată puternic și dependentă de doză. Acest efect a fost atenuat de antagonistul receptorului CB1 SR141716.
Aceste constatări furnizează primele dovezi directe ale nivelurilor modificate ale creierului de endocannabinoizi și, în special, de 2-AG, în timpul postului și al hrănirii. Natura acestor efecte susține un rol pentru endocannabinoizi în controlul motivației apetitive.
Introducere
Descoperirea receptorilor canabinoizi din sistemul nervos central (Devane și colab., 1988; Matsuda și colab., 1990) și liganzii lor endogeni, endocannabinoizii arahidonoil etanolamidă (anandamidă; Devane și colab., 1992), 2-arahidonoil glicerol (2-AG; Mechoulam și colab., 1995; Sugiura și colab., 1995) și eterul 2-arahidonil gliceril (eter noladin; Hanus și colab., 2001) au generat cercetări considerabile asupra semnificației lor comportamentale. Există dovezi din ce în ce mai mari pentru rolul sistemelor endocannabinoide în reglarea poftei de mâncare (Kirkham & Williams, 2001a), atât cu canabinoidul exogen, Δ 9-tetrahidrocannabinol (Δ 9-THC), cât și cu anandamida raportată că induc în mod fiabil supraalimentarea (Foltin et al ., 1988; Williams și Kirkham, 1998; Williams și Kirkham, 1999; 2002a; Hao și colab., 2000; Jamshidi și Taylor, 2001; Koch, 2001; Koch și Matthews, 2001). Aceste acțiuni hiperfagice sunt mediate de receptorii canabinoizi CB1 de tip central (Williams și Kirkham, 1999; 2002a), deoarece sunt blocați selectiv de antagonistul CB1, SR141716, dar nu și SR144258, un antagonist al receptorilor CB2 exprimați periferic (Munro și colab., 1993; Rinaldi-Carmona și colab., 1998). Prin contrast, blocarea selectivă CB1, singură, suprimă hrănirea (Arnone și colab., 1997; Simiand și colab., 1998; Colombo și colab., 1998; Kirkham și Williams, 2001b; Le Fur și colab., 2001), în timp ce șoarecii cu receptorii CB1 cu deficiențe genetice mănâncă mai puțin decât șoarecii de tip sălbatic ca răspuns la lipsa alimentelor (di marzo și colab., 2001).
Există și alte indicații că endocannabinoizii sunt componente cheie ale sistemelor care reglează atât hrănirea, cât și greutatea corporală. De exemplu, endocannabinoizii par a fi cruciale pentru alăptarea nou-născuților (Fride și colab., 2001) și sunt implicați în răspunsurile de hrănire pe scara filogenetică (de petrocellis și colab., 1999). În plus, biosinteza anandamidei hipotalamice și a 2-AG poate fi supusă controlului de către leptină, un hormon peptidic produs de adipocite despre care se crede că semnalează starea nutrițională regiunilor creierului care controlează apetitul (Friedman și Halaas, 1998). Astfel, administrarea de leptină suprimă nivelurile endocannabinoide hipotalamice la șobolanii normali; în timp ce șobolanii și șoarecii cu obezitate genetică, cronic hiperfagici exprimă niveluri ridicate, reversibile de leptină, anandamidă hipotalamică sau 2-AG (di marzo și colab., 2001).
Capacitatea de blocare sau ștergere genetică a receptorilor CB1 de a suprima alimentația indică faptul că eliberarea tonică de endocannabinoizi poate fi crucială pentru exprimarea normală a hrănirii. Cu toate acestea, până acum nu au existat măsuri directe ale nivelurilor endocannabinoide ale creierului legate în mod specific de apariția hrănirii sau de factori motivaționali care influențează consumul de alimente.
În studiul de față am explorat modificările legate de hrănire ale endocannabinoizilor cerebrali și am ales să examinăm nivelurile de anandamidă și 2-AG în hipotalamus și în creierul limbic al șobolanilor. După cum sa subliniat mai sus, există dovezi indirecte ale endocannabinoizilor hipotalamici susceptibili la manipulări care afectează comportamentul de hrănire, cum ar fi efectele potențial anorectice ale administrării leptinei și hiperfagia afișată de animalele obeze genetic. Creierul anterior limbic conține o serie de zone legate de hrănire, inclusiv zona învelișului nucleului accumbens (AcbSh). Regiunea cochiliei accumbens este mai sever implicată în generarea excitării emoționale și activării comportamentale ca răspuns la stimuli recompensați, inclusiv stimularea consumului (Kelley, 1999; Ikemoto & Panksepp, 1999; Stratford și colab., 1998). Ca control, am examinat, de asemenea, nivelurile de anandamidă și 2-AG în cerebel, o zonă a creierului care nu este implicată direct în motivația hrănirii.
Folosind o analiză sensibilă și specifică de cromatografie a gazelor-spectrometrie de masă (Bisogno și colab., 1999), am examinat nivelurile regionale de anandamidă și 2-AG la animale care au fost ucise: după lipsa de hrană; în timp ce se angajează în consumul unui aliment plăcut sau după ce s-a săturat de acel aliment. Nivelurile endocannabinoide la aceste animale au fost comparate cu cele de la șobolani neprivați, uciși la un moment dat în timpul ciclului lor zilnic de hrănire, când motivația de a mânca a fost minimă și hrănirea absentă. Am argumentat că, dacă activitatea endocannabinoidă este esențială pentru faza apetitivă a motivației pentru alimentație, atunci privarea de alimente, cu capacitatea sa evidentă de a provoca foamea, ne-ar maximiza capacitatea de a detecta modificările relevante ale anandamidei și 2-AG. Alternativ, dacă activitatea endocannabinoidă contribuie mai direct la recompensa orosenzorială în timpul ingestiei, modificările relevante ar trebui să fie maximizate, permițând animalelor să consume avid un aliment foarte gustos. În cele din urmă, examinarea creierului animalelor care mâncaseră până la sațietate a oferit un control suplimentar pentru a evalua implicarea specifică a endocannabinoizilor în toate etapele apetitului și hrănirii.
În plus față de aceste teste, am examinat și acțiunile acute asupra consumului de alimente din administrarea 2-AG. Deși s-a demonstrat că anandamida administrată exogen induce hiperfagia la șobolani și șoareci (Williams și Kirkham, 1999; Hao și colab., 2000; Jamshidi și Taylor, 2001) și 2-AG pot restabili alăptarea la șoarecii neonatali tratați cu SR141716 și colab. ., 2001), efectele hiperfagice directe ale 2-AG nu au fost încă publicate. Am ales să investigăm efectele 2-AG injectate direct în coaja nucleului accumbens. Această regiune exprimă receptorii CB1, precum și este asociată cu stimularea hrănirii și procesarea valorii de stimulare și recompensă a alimentelor și, în consecință, este un site potențial sensibil pentru acțiunile hiperfagice ale agoniștilor receptorilor canabinoizi. Pentru a evalua localizarea oricăror efecte comportamentale ale 2-AG pe coaja accumbens, am administrat și endocannabinoidul în ventriculul lateral.