长期糖摄入改变伏隔核壳（NACsh）细胞外多巴胺（DA）和乙酰胆碱（ACh）水平：熟悉度依赖性神经适应

《Frontiers in Behavioral Neuroscience》：Long-term sugar consumption alters extracellular dopamine and acetylcholine levels in the nucleus accumbens shell

　　

高膳食糖摄入与多种疾病风险增加相关，因此必须识别膳食习惯背后的神经、营养和行为机制，以更好理解和改善健康。然而，关于长期摄入的神经机制知之甚少，难以确定慢性蔗糖摄入在强化和记忆通路（包括伏隔核）中引起的改变。以往啮齿动物研究表明，长期糖摄入改变食欲性再学习，可能因难以学习与同一味道相关的新负面后果而导致摄入增加，这可能涉及中脑边缘多巴胺能系统以及胆碱能信号。本研究目的是评估成年雄性Wistar大鼠在新型糖消耗（SN）、熟悉糖消耗（2天，SF）以及暴露于10%糖溶液随意摄入14天后（高度熟悉组，SH）期间，伏隔核壳（nucleus accumbens shell, NAC_sh）中多巴胺（dopamine, DA）和乙酰胆碱（acetylcholine, ACh）的细胞外水平。随后，在第19–21天，使大鼠适应微透析室；在第22天和第23天，在消耗新型、熟悉或高度熟悉糖期间进行微透析。高效液相色谱-电化学检测（HPLC-EC）微透析分析显示，高度熟悉组和轻度熟悉组（SF）与新型糖暴露组之间，NAC_sh中DA和ACh细胞外水平存在显著差异。具体而言，SH组基线NAC_sh-ACh水平显著更高，并在糖消耗期间下降，而新型糖组在糖消耗期间及之后ACh显著增加；SF组ACh水平无变化。相反，DA水平在熟悉糖消耗（SF）期间显著增加，但在长期消耗（SH）后或新型糖（SN）消耗期间无变化。结果表明，NAC_sh中胆碱能和多巴胺能信号变化与高度强化刺激（如糖）熟悉度增加呈负相关。具体而言，高糖熟悉化后ACh和DA释放减少提示NAC_sh神经适应，这可能与无法与甜味形成新的厌恶关联相关。

研究背景与问题：高膳食糖摄入与多种疾病风险增加相关，识别膳食习惯的神经、营养和行为机制对理解和改善健康至关重要。然而，长期摄入的神经机制仍不清楚，难以确定慢性蔗糖摄入对享乐、稳态或强化记忆通路的影响。中脑边缘多巴胺系统参与奖赏和动机，伏隔核（nucleus accumbens, NAC）多巴胺信号对高适口食物奖励价值的关联学习至关重要。NAC的core（NACc）和shell（NAC_sh）在传入、传出连接和功能上不同；NACc参与价值决策和线索预测，NAC_sh与奖赏结果、动机效价和新异性有关。NAC_sh多巴胺活动可能调节享乐味道编码，并随熟悉度不同而不同。胰岛素可兴奋纹状体胆碱能中间神经元并增加多巴胺末端DA释放，调节食欲动机、葡萄糖享乐反应和味道-营养学习。长期高热量摄入后NAC_sh多巴胺能和胆碱能活动改变，可能关联味道食欲学习，增加高糖偏好。先前研究发现糖在三次急性呈现或14天连续消耗后偏好相似，NAC诱导的多巴胺干扰对急性和长期糖消耗后厌恶关联有差异。问题在于，尚无研究直接比较NAC_sh亚区在不同熟悉度食欲记忆中的DA活动；NAC中胆碱能活动变化报道有限，NAC_sh的ACh水平在糖消耗和长期熟悉化后是否改变未知。因此，研究人员用微透析在自由活动大鼠中检查新异、熟悉和高度熟悉糖消耗期间NAC_sh细胞外DA和ACh水平。

方法概述：研究人员使用35只成年雄性Wistar大鼠（280–300 g，来自墨西哥国立自治大学神经生物学研究所（INB-UNAM）繁殖群），分为新异糖（SN，n=9）、熟悉糖（SF，n=10）和高度熟悉糖（SH，n=10）组。SN和SF饮水，SH随意摄入10%蔗糖水21天。第14天在NAC_sh植入单侧微透析导引套管；第19–21天适应微透析室；第22和23天进行微透析，第5份样品期间给予糖。用高效液相色谱-电化学检测（HPLC-EC）定量细胞外ACh和DA，组织学确认套管/探针位置。

结果：
长期糖消耗不导致体重增加。SH组14天体重增长与对照相似；长期糖暴露减少颗粒饲料消耗并增加糖水摄入，提示代偿机制维持稳定热量摄入。
套管和探针位置验证。仅确认导引套管和/或微透析探针位于NAC_sh的大鼠纳入数据分析；错位或损伤者被排除。
微透析期间糖消耗。第5份微透析期间测糖摄入体积；ACh分析组间无显著差异（F_2,9=2.262；p=0.16），尽管SH有增加趋势；DA分析组间无差异（F_2,14=1.647；p=0.22）。
高糖熟悉后乙酰胆碱水平显著升高，但消耗期间下降。以微透析前4份平均值为基线，重复测量ANOVA显示ACh组间、分数间及交互显著。SH基线ACh显著高于SN和SF；糖消耗时SH也与其他组不同；SN与SF不同。SN组在糖消耗期间ACh显著增加并持续30 min，1 h后恢复基线；SF组无变化；SH组消耗后30 min ACh下降，但仍F6–F11高于SF，F10–F11高于SN。结论：NAC_sh基础胆碱能含量依赖预暴露程度，消耗期间和之后ACh变化方向不同。
多巴胺水平仅在中度熟悉糖记忆提取期间显著增加。基线DA各组相似；重复测量ANOVA显示组间、分数和交互显著。F5时SF显著高于其他两组，SN与SH也显著不同。仅SF组糖消耗时DA显著增加并维持45 min（F6–F8），F9恢复基线；SN组无升高，F7–F11略降；SH组在F5–F7显著低于基线。消费后SH低于SN和SF，F6–F10低于SF，F6–F7低于SN。结论：DA细胞外变化方向依赖预暴露程度。

讨论与结论：讨论部分指出，结果证明NAC_sh胆碱能和多巴胺能信号（细胞外神经递质水平）与更高糖熟悉度呈负相关。长期（21天）以糖作为唯一液体后，NAC_sh ACh基础水平显著高于从未暴露或仅一次暴露者；但糖消耗后30 min ACh显著下降并维持低2 h。轻度熟悉（第二次消耗）无此变化。ACh由局部NAC中间神经元释放，调节摄食；自由摄食颗粒和水时餐末ACh增加，每日间歇蔗糖使NAC_sh ACh在蔗糖餐结束后第一份样品增加；但剥夺和21天饮食模式不同。NAC中ACh烟碱受体激活中脑边缘DA系统，与蔗糖偏好和摄入增强或抑制有关，提示烟碱受体参与适口食物动机降低。结果支持NAC_sh ACh在味道食欲记忆中的重要作用，依熟悉度调节神经传递，可能标志长期糖消耗后强化和享乐属性变化。ACh和DA细胞外水平下降提示NAC_sh神经适应，可能与不能形成新的甜味厌恶关联相关。长期高热量消耗后NAC_sh多巴胺能活动改变，可能关联味道食欲学习，导致对高葡萄糖浓度偏好显著增加，转译意义包括加剧体重增加和代谢疾病。胰岛素影响DA释放，高糖高脂连续摄入或NAC_sh胰岛素失活会阻断此效应；胰岛素兴奋纹状体胆碱能中间神经元并增加DA释放；NAC胆碱能中间神经元通过轴突烟碱受体刺激DA释放。需进一步研究烟碱受体在简单糖熟悉化模型中的差异作用。NAC_sh DA在奖赏和享乐加工中的确切贡献尚不清楚，但多数认为参与摄食行为。DA神经元对新食物配对线索反应，后续暴露不放电；线索激活DA神经元而非食物，提示条件学习。高度适口食物进食时DA增加随重复暴露减弱，但刺激学习放大DA传递至预测刺激。食欲食物刺激增加NACc而非NAC_sh DA传递，NAC_sh DA释放受抑制，提示NACc而非shell是动机反应运动表达关键。本结果提示NAC_sh多巴胺能传递可能与无外显情境或厌恶关联的强化刺激食欲记忆表达有关，高熟悉后显著降低。近期证据显示NAC_sh多巴胺受体激动降低新糖先天食欲反应，但不破坏熟悉或高度熟悉糖记忆识别，说明NAC_sh多巴胺平衡随高度享乐刺激体验改变；药理操纵结果有矛盾。NAC_sh在摄食中重要，但行为模型、情境、学习类型、饥饿、口渴、间歇消耗、年龄和性别等变量影响解释；固体食物、蔗糖浓度和组合的差异也复杂化解释。本研究结果：首次接触热量享乐自然强化物时NAC_sh细胞外ACh升高而DA不升高；糖消耗自由、无情境变量，仅液体剥夺。食欲（非条件）糖学习后，糖一旦熟悉，ACh水平不变；相反，第二次急性呈现时DA显著升高。表明长期（24 h）味道食欲记忆形成导致NAC_sh ACh/DA平衡相反转变。当糖通过每日连续消耗（21天）高度熟悉后，基线ACh显著升高但消耗时下降；基线DA不变但高度熟悉糖记忆提取时下降，提示NAC_sh胆碱能和多巴胺能传递负调节。需进一步实验区分糖记忆熟悉化与重复糖体验对代谢、情境和强化学习的更广泛影响。研究结论：总之，本研究表明，NAC_sh中胆碱能和多巴胺能信号变化与高度强化刺激（如糖）熟悉度增加呈负相关。具体而言，高糖熟悉化后ACh和DA细胞外水平下降提示NAC_sh神经适应，这可能与对糖的再学习和新关联相关。