Az agy hedonikus értékelési rendszerének nyugalmi állapotú kapcsolódása megjósolja a fogyást és korrelál a leptinnel

Absztrakt

A súlygyarapodás gyakran a kalóriában gazdag ételek fogyasztásának örömével és az ilyen étvágy csökkentésére irányuló akaraterő hiányával jár, de az empirikus bizonyítékok ritkák. Itt vizsgáltuk azt a szerepet, amelyet az agy hedonikus értékelési rendszerében (BVS, a ventrális striatum és a ventromedialis prefrontális kéreg) nyugalmi állapotban játszanak (1) a súlygyarapodás vagy -veszteség előrejelzésére az idő előrehaladtával, és (2) a homeosztatikus hormon szabályozására. Megállapítottuk, hogy a nyugalmi BVS-en belüli belső kapcsolat (RSC) előre jelezte a mintán kívüli súlyváltozásokat a karcsú és elhízott résztvevőkben. Ellenintuitív módon az ilyen BVS RSC magasabb volt a sovány és elhízott résztvevőknél, mielőtt az elhízott résztvevők drasztikus súlycsökkentő beavatkozáson estek át (Roux-en-Y gyomor bypass műtét, RYGB). A RYGB műtét növelte a BVS RSC-t az elhízottaknál a műtét után. Az elhízott résztvevők BVS RSC növekedése korrelált az éhomi állapotban előforduló szisztémás leptin, a jóllakottságot jelző homeosztatikus hormon csökkenésével, amely korábban a dopamin működéséhez kapcsolódott. Eredményeink együttesen azt mutatják, hogy az agyi kapcsolat a nyugalmi állapotban lévő, tónusosabb állapotban lévő jutalomkörökben, a dopamin működésében szerepet játszó homeosztatikus hormonszabályozás és a fogyás képessége között van.

Jelentőségi nyilatkozat Mivel az elhízás aránya növekszik, elengedhetetlen annak megértése, hogy milyen tényezők vezérlik az emberek fogyókúráját és hízását. Ez a kutatás az első, amely összekapcsolja az agy hedonikus értékelési rendszeréről (BVS) a fogyást és a homeosztatikus hormon szabályozását. Megállapítottuk, hogy a BVS rendszeren belüli nyugalmi kapcsolat (RSC) megjósolta a súly változását, megkülönböztette a sovány és elhízott résztvevőket, és növekedett egy súlycsökkentő beavatkozás (gyomor bypass műtét) után. Érdekes módon a BVS RSC műtét utáni javulásának mértéke korrelált a jóllakottsági hormon leptin keringési szintjének csökkenésével. Ezek az eredmények elsőként tárják fel a fogyás idegi és hormonális meghatározóit, kombinálva a (túl) étkezés hedonikus és homeosztatikus mozgatórugóit.

Bevezetés

A nyugati társadalmakban manapság a felnőttek több mint fele túlsúlyos vagy elhízott, és az előrejelzések szerint az elhízás aránya tovább növekszik (OECD 2017). Az elhízás elterjedtsége és súlyossága ellenére annak neurobiológiai alapjai és az emberek súlyvesztés során bekövetkező változása nem jól ismert.

A legtöbb korábbi kognitív idegtudományi kutatás az elhízott és a sovány résztvevők közötti feladat-alapú aktivitás különbségeit vizsgálta funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) segítségével. Ezek a tanulmányok azt találták, hogy a magas kalóriatartalmú élelmiszereknek való kitettség megváltoztatta az aktivitást az agyi régiókban, amelyek részt vesznek az ételbevitel hedonikus aspektusaiban, például a jutalom és a motiváció feldolgozásában (Rothemund et al. 2007; Stice et al. 2008; Volkow et al. 2008; Stoeckel et al. 2009), ízfeldolgozás (Dagher 2007; Scharmuller et al. 2012) és kognitív kontroll (Brooks et al. 2013; Pursey et al. 2014). Egészséges résztvevőknél kiderült, hogy ezek az agyi rendszerek kódolják, hogy a résztvevők mennyit akarnak enni a különféle ételektől (Plassmann és mtsai. 2007, 2011), és hogy ellenőrizzék a lehetséges vágyakat (Hare és mtsai. 2009, 2011; Hutcherson és mtsai. 2012).

Egy másik kutatási irány az elhízott és sovány résztvevők agyi aktivitásának tónusos különbségeit vizsgálta azáltal, hogy rögzítette a belső kapcsolatokat a nyugalmi állapotban lévő nagyméretű agyhálózatok között. Az ezen a területen végzett vizsgálatok a nyugalmi állapotú kapcsolódási (RSC) különbségeket találták a nyál, a jutalom, az alapértelmezett mód, a prefrontális és az időbeli lebeny hálózatokban (Coveleskie et al. 2015; Doornweerd et al. 2017; Garcia-Garcia et al. 2015; Kullmann et al. 2012; Wijngaarden et al. 2015) elhízott és sovány résztvevők. Nevezetesen, az RSC-t ezekben az agyi rendszerekben bariatrikus műtéten alapuló súlycsökkentő beavatkozásokkal kimutatták (Li et al. 2018; Wiemerslage et al. 2017; Frank et al. 2014) röviddel ezen beavatkozások után (pl. 4-12.) hét).

A cikk célja, hogy ezeket a különböző kutatási irányokat összefogja, és rávilágítson az agy RSC és a súlyváltozások közötti lehetséges kapcsolatra. Elmélet által vezérelt megközelítést alkalmaztunk (1) az RSC eltéréseinek vizsgálatára az agy hedonikus értékelésében (azaz a ventromediális prefrontális kéregben [vmPFC] és a striatumban (Bartra et al. 2013)) és a kontrollrendszerekben (azaz a dorso- és ventrolaterális prefrontális kéreg) (Hare és mtsai, 2009, 2011; Hutcherson és mtsai, 2012) a súlyos elhízással és a sovány kontrollal küzdő résztvevők között, és (2) hogy a bariatrikus műtét miatti hosszabb távú (azaz 24 hetes) súlyváltozás hatással lenne-e RSC ezekben a rendszerekben. Ezután az RSC változását használtuk ezekben a régiókban, hogy formálisan megjósoljuk karcsú és elhízott résztvevőink időbeli változását.

A bariatrikus műtét - különösen a Roux-en-Y gyomor bypass (RYGB) - egyedülálló és hatékony elméleti modellként szolgál munkánk kérdéseihez, mert nemcsak gyors és jelentős súlycsökkenéshez vezet (formális előrejelzési elemzésünkhöz szükséges szükséges variancia), hanem a táplálékbevitel homeosztatikus szabályozásában szerepet játszó hormonprofilok javulása is (Sjöström et al. 2012; Abdennour et al. 2014). Ez lehetővé teszi számunkra, hogy túllépjünk a korábbi korrelációs bizonyítékokon, és kvázi-oksági kapcsolatokat teremtsünk az agy hedonikus értékelési rendszerében található RSC és az élelmiszer-bevitel hormonális homeosztatikus szabályozói között.

A különálló klinikai kutatások jelentős előrelépést tettek az energia homeosztázis szabályozásában szerepet játszó idegsejtek megértésében, ideértve a bariatrikus műtét szerepét is. Például a műtét előtt a legtöbb elhízott egyénnek rendkívül magas az éhezési állapota, de a leptin a jóllakottság jelzésére kifejtett hatása károsodott (Myers és mtsai 2010). RYGB műtét után a keringő leptin szintje gyorsan csökken, és a jóllakottság jelzésére való képessége javul (Faraj és mtsai 2003). Sőt, a leptin közvetlen és közvetett kapcsolatban áll az agy hedonikus értékelési rendszerével. Például gátolja a ventrális tegmentális terület (VTA) dopaminneuronjait (Palmiter és mtsai 2007), amelyekről ismert, hogy közvetlenül az agy hedonikus értékelési rendszerébe vetítenek (Haber és mtsai 2003). Ennek hátterében ennek a cikknek a végső célja annak feltárása volt, hogy miért változtathatja meg a műtét az agy hedonikus értékelési rendszerének RSC-jét, feltárva annak kapcsolatát az éhomi állapotban lévő szérum leptin műtét által kiváltott változásaival.

Ennek a munkának az az első bizonyítéka, hogy az agy hedonikus értékelési rendszerében a nyugalmi állapot összekapcsolódása (1) előre jelzi a fogyást, (2) különbözik a karcsú és elhízott egyének között, (3) az RYGB műtét megváltoztatja és (4) a RYGB műtét által kiváltott leptinszint-változásokhoz kapcsolódik (azaz a táplálékbevitel szabályozásának hormonális homeosztatikus rendszerének markeréhez). Ez a munka az elsők között integrálja a hedonikus és homeosztatikus tényezőket az élelmiszer-bevitel szabályozásába (Berthoud 2006).

Anyagok és metódusok

Kísérleti elrendezés

A kísérleti eljárást a Helsinki Nyilatkozatnak megfelelően hajtották végre, és az elhízott résztvevők helyi etikai bizottsága és a sovány résztvevők számára az INSERM (Comités de Protection des Personnes [CPP], Ile-de-France) jóváhagyását kapta. A tanulmány felvétele előtt minden résztvevő tájékozott írásbeli beleegyezést kapott. Az elhízott résztvevők részt vettek a Microbaria és a Leaky-gut protokollokban, amelyeket az NCT01454232 (Microbaria) és az NCT02292121 (Leaky gut) klinikai vizsgálatokként regisztráltak. Az ebben a cikkben bemutatott nyugalmi állapot adatait egy több tanulmányból álló projekt részeként szereztük be, amely különféle kísérleti feladatokat tartalmazott, mint például feladat alapú fMRI, anyagcsere és székletminták a mikrobiota elemzéséhez. Ezen egyéb feladatok eredményeit másutt mutatják be (Aron-Wisnewsky et al. 2018); A tanulmány középpontjában a karcsú és elhízott egyének közötti nyugalmi állapotban való kapcsolat különbségei állnak, valamint a bariatrikus műtétek által kiváltott fogyás előtt és után. A szkennelés egy rövid bevezetésből és tréningből, két feladat-alapú fMRI munkamenetből, egy strukturális MRI-vizsgálatból és a nyugalmi állapotú fMRI-vizsgálatból állt, amelyet ebben a cikkben bemutattunk.

Az adatokat két időpontban (T0 és T6) gyűjtöttük, hat hónaptól elválasztva. A súlyos elhízásban szenvedő résztvevők RYGB műtéten estek át röviddel a T0-nál végzett pásztázásuk után; követték őket a párizsi Pitié-Salpêtrière Kórház elhízási és elhízási sebészeti szakközpontjának speciális táplálkozási osztályán. Az MRI-adatokat a párizsi Pitié-Salpêtrière Kórház Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM) Neuroimaging Centerjében (Cenir) gyűjtötték. A sovány résztvevők agyát szintén kétszer vizsgálták a Cenir ugyanazon létesítményeiben, hogy ellenőrizzék az idő hatását.

Résztvevők

Összesen 64 női résztvevőt neveztek be a T0-ra, köztük 45 karcsú és 19 súlyos elhízással küzdő résztvevőt. Kizárólag női résztvevőket toboroztunk annak érdekében, hogy a nemi befolyásokat állandóan tartsuk 43. További szabványos fMRI-felvételi kritériumok voltak a jobbkezesség, a normális és a normális látáshoz viszonyított normális látás, a kórelőzményben nem volt kábítószer-visszaélés vagy bármilyen neurológiai vagy pszichiátriai rendellenesség, és nem voltak olyan gyógyszerek vagy fémes eszközök, amelyek befolyásolhatták az fMRI teljesítményét. Az elhízással és a sovány kontrollokkal rendelkező résztvevőket a testtömeg-indexük (BMI) alapján toborozták, amely a sovány résztvevők esetében átlagosan 22 ± 0,3 kg/m 2 és a bariatrikus műtétre jelentkezők esetében 45 ± 1 kg/m 2 volt. súlyos elhízás a nemzetközi irányelveknek megfelelően (a klinikai jellemzőkről és a testösszetételről lásd az 1. és 2. táblázatot).