Калорійне обмеження досвіду перепрограмує стресові та орексигенні шляхи та сприяє харчуванню
Діана Є. Панькевич
Кафедра біології тварин, Університет Пенсільванії, Філадельфія, Пенсильванія 19104
Сара Л. Тігарден
Кафедра біології тварин, Університет Пенсільванії, Філадельфія, Пенсильванія 19104
Андрій Д. Хедін
Кафедра біології тварин, Університет Пенсільванії, Філадельфія, Пенсильванія 19104
Кетрін Л. Дженсен
Кафедра біології тварин, Університет Пенсільванії, Філадельфія, Пенсильванія 19104
Трейсі Л. Бейл
Кафедра біології тварин, Університет Пенсільванії, Філадельфія, Пенсільванія 19104
Анотація
Вступ
Дієта як спосіб поведінкової модифікації в управлінні вагою виявилася мало успішною в довгостроковій перспективі з частотою відмов> 80% (Wing and Phelan, 2005). Підвищений рівень відновлення ваги та підвищений ризик діабету та пов’язаних із цим метаболічних захворювань після дієти роблять визначення нових терапевтичних цілей критичним (Lissner et al., 1991; Brownell and Rodin, 1994; Guagnano et al., 2000). Сучасні методи лікування переважно зосереджені на зниженні апетиту, хоча менше відомо про центральні механізми, що сприяють стійкості та відмові від лікування, особливо щодо залучення стресових шляхів.
Оскільки стрес і гормон стресу кортикотропін-вивільняючий фактор (ХНН) є відомими промоторами збільшення споживання калорійно щільної їжі, перепрограмування схеми стресу може бути центральним механізмом, що приводить до повторних дієт, або ефекту "йо-йо", що призводить до збільшення ризик збільшення ваги та пізніше ожиріння (Epel et al., 2001; Dallman et al., 2006; Amigo and Fernández, 2007; Teegarden and Bale, 2008). Індукована стресом активація осі стресу гіпоталамус-гіпофіз – наднирники (ГПА) та вивільнення ХНН збільшує поведінку, що прагне винагороди (Dallman et al., 2005; Ghitza et al., 2006). Антагонізм ХНН в ядрі ліжка stria terminalis (BNST) зменшує спричинене стресом відновлення ліків, тоді як ін’єкція ХНН сприяє пошуку наркотиків, демонструючи перетин шляхів стресу та винагороди (Erb and Stewart, 1999; Koob, 2009). Докази цих та інших досліджень свідчать про те, що стрес відіграє вирішальну роль у підвищенні споживчої поведінки корисних речовин, включаючи калорійну їжу (Shaham et al., 2000; Sinha, 2001; Wang et al., 2005; Dallman et al., 2006; Teegarden and Bale, 2008).
Ми припустили, що попередній досвід обмежень призведе до змін у нейроциркуляції стресу, що призведе до подальшої підвищеної чутливості до стресу та тенденції до надмірного споживання їжі з високим вмістом жиру. Для вивчення цієї гіпотези ми порівняли фізіологічні та поведінкові стресові реакції на мишій моделі обмеження калорій, яка забезпечує зниження маси тіла на 10–15%, рівні, характерні для схуднення людини під час дієти (Redman et al., 2007; Sarwer et al. ., 2009). Визначено довгостроковий вплив та програмний ефект цього помірного обмеження на поведінкові заходи та реагування на стрес. Механічно досліджували експресію ХНН та метилювання промотору. На додаток до зменшення калорійності, головним компонентом дієти людини є зменшення вмісту жиру та смаку дієти. Раніше ми показали на мишах, що вихід з дієти з високим вмістом жиру збільшує відносний стрес і сприяє відновленню поведінки, при якій миші вибирають неприємне середовище, щоб отримати доступ до бажаної дієти з високим вмістом жиру (Teegarden and Bale, 2007). Тому ми аналогічним чином порівняли моделі експресії та метилювання ХНН до 8 тижнів після відмови від дієти з високим вмістом жиру, демонструючи довгострокове програмування, яке відбувається.
Щоб дослідити поведінковий вплив епігенетичних модифікацій схем стресу на споживання їжі, ми дослідили переїдання їжі з високим вмістом жиру після хронічного стресу у раніше обмежених мишей. Крім того, оцінювали чутливість до антагоніста рецептора-1 до концентрації меланіну (МСН) щодо цієї поведінки. Разом ці результати можуть забезпечити нові терапевтичні напрямки, за допомогою яких розробляються більш ефективні та тривалі методи лікування ваги.
Матеріали і методи
Тварини
Усі миші в цих дослідженнях були самцями (C57BL/6J; віком 7–8 тижнів), отриманих з лабораторії Джексона та розміщених індивідуально за графіком 12 годин світло/темно з наявністю їжі та води за бажанням, за винятком випадків, коли зазначено інше. Домашня чау містила 28% білка, 60% вуглеводів і 12% жиру за калоріями та 4,00 ккал/г (дієта Purina Lab). Дієта з високим вмістом жиру містила 20% білка, 35% вуглеводів і 45% жиру за калоріями та 4,73 ккал/г (Дієти досліджень). Цю дієту вкрай бажано використовувати у домашніх умовах на мишах C57BL/6J (Teegarden and Bale, 2007). Всі дослідження проводились відповідно до Університету Пенсільванії, Університетської лабораторії тваринних ресурсів та інституційних стандартів та рекомендацій Комітету з догляду та використання тварин.
Обмеження калорійності
Середньодобове споживання їжі було встановлено протягом 10 днів. Миші були випадковим чином призначені для обмеження калорій (Rstr), 75% середнього споживання калорій або груп лікування ad libitum (Rstr, n = 41; ad libitum, n = 37). Це зниження було обрано з метою зниження маси тіла на 10–15% для імітації типових режимів харчування у людей. Для обмежених груп попередньо зважені гранули домашнього чау поміщали в клітини за 2,5 год до вимкнення світла на 21 день. Цей графік використовувався для того, щоб забезпечити доступ мишей до їжі до і після вимкнення світла, коли відбувається більша частина споживання їжі, та щоб уникнути захоплених їжею осциляторів, дозволяючи споживання в темну фазу (Mendoza, 2007). Вагу тіла реєстрували кожні 2–3 дні.