Opmerkings: Twee molekulêre skakelaars speel prominente rolle in alle verslawings, insluitend gedragsverslawing. Een wat ek beklemtoon, genoem DeltaFosB, die ander is CREB, die onderwerp van hierdie artikel.
20 jaar gelede het wetenskaplikes 'n enkele transkripsiefaktor gekry wat reageer op 'n aantal dwelmmiddels. Sal hul werk tot behandeling lei?
Deur Kerry Grens
Stephen Mague, 'n gegradueerde student aan die Universiteit van Pennsylvania, ry 'n wa met muishokke in 'n kamer van ongeveer so groot as 'n groot inloopkas. Die kamer lyk soos 'n fotografie-ontwikkelingslaboratorium, slegs verlig deur rooi lig en vol met klein werkbankies en hang swart gordyne. In die gang vertoon 'n televisieskerm die uitsig van 'n videokamera vanuit die kamer en kyk neer op 'n ry pleksiglasbokse.
Een vir een kom 'n hand met latex-handskoen op die skerm te sien en plunder 'n bruin muis in elke boks. Die diere skarrel rond en verken die hoeke; 'n paar pouse in die middel van die kamer breek en hulself energiek versorg. Mague kondisioneer die diere om 'n middel aan die een kant van die kamer oor 'n ander te assosieer, byvoorbeeld die een met gestreepte mure in plaas van soliede mure. Die toevoeging van 'n dwelm soos kokaïen in die kamers maak die werk ongelooflik maklik. Slegs een blootstelling aan die dwelm sal dit doen, sê afgestudeerde student Jess Cleck: 'Een keer het ek 'n muis 13 minute en 30 sekondes aan die kant gesit waar hy voorheen kokaïen gekry het.'
Met verloop van tyd, by beide diere en mense, lei blootstelling aan die geneesmiddel tot afhanklikheid, drang en onttrekking wanneer die dwelm weggeneem word. Angs en depressie kom meer voor, en alle ander beloningsbronne verloor hul aantrekkingskrag omdat die middel 'n primêre bron van motivering word. Die fisiologiese veranderinge by mense met verslawing is opvallend. "Dit is nie dat hulle min of meer sensitief is vir 'n dwelm nie, hulle is verskillende mense," sê Eric Nestler aan die Universiteit van Texas in die Suidwestelike Mediese Sentrum in Dallas. 'U verander die aard van senuweeselle diep.'
Die afwaartse spiraal vanaf die eerste haas tot volgehoue verslawing behels talle neurobiologiese aanpassings: langtermyndepressie by sinapse, neurodegenerasie en permanente veranderinge in geen-uitdrukking. Geen twee dwelms is eenders nie, aangesien elkeen sy eie idiosyncrasies het. Byvoorbeeld, stimulante soos amfetamien en kokaïen verhoog neuronale vertakking in die nukleusakkapels, terwyl morfien die teenoorgestelde effek het.
Die klassieke beskrywing van die effek van 'n geneesmiddel op die brein is gefokus op die beloningstelsel, veral neurone wat sentraal projekteer vanaf die ventrale tegmentale area (VTA) na die nucleus accumbens. Daardie neurone gee dopamien vry, en alkohol en dwelmmiddels maak dit direk of indirek opgewonde. Wanneer dopamien aan die nucleus accumbens gelewer word, stimuleer dit plesier.
Die probleem begin wanneer hierdie stelsel mettertyd begin verweer en verdraagsaamheid ontwikkel. Dieselfde hoeveelheid geneesmiddel veroorsaak kleiner dopamienreaksies, VTA-neurone kan krimp, sinaptiese verbindings verval, reseptordigtheid verander en die uitdrukking van sekere gene neem toe, veral dié wat verband hou met angs en depressie. Dit is volgens George Koob van die Salk Institute in La Jolla, Kalifornië, die 'donker kant van verslawing', wanneer 'n verslaafde aanhou om dwelms te gebruik bloot om die slegte gevoelens van verslaafdheid te verlig.
Julie Blendy, hoofnavorser van Mague aan die Universiteit van Pennsylvania, Nestler, en ander sif deur die magdom molekulêre veranderinge wat gepaard gaan met dwelmblootstelling en verslawing om presies wat transkripsioneel in die brein gebeur vas te spyker. Vir byna twee dekades het navorsers van verslawing die aktiwiteit van een transkripsiefaktor gesien: cAMP-respons-element-bindende proteïen (CREB). Hierdie proteïen reageer op 'n verskeidenheid dwelmmiddels, waaronder kokaïen, morfien, alkohol, amfetamien en nikotien. Ten spyte van al die tyd, sê Nestler egter: 'Ons is nou net aan die punt van die ysberg om CREB-teiken'-gene te identifiseer. Tog hoop hulle om leidrade te vind om hierdie veranderinge te voorkom of te herstel.
Blendy onthou presies toe haar eerste muise met CREB-tekort gebore is. 'Hulle is 15 jaar oud,' sê sy laggend, 'ek het my dogter gebaar [in Junie] en twee weke later is die eerste mutant gebore.' Destyds was Blendy 'n postdoc in Gunther Schutz se laboratorium by die Duitse kankernavorsingsentrum in Heidelberg, en daar was baie entoesiasme oor uitkloptegnologie. Ander groepe het gekla om die muise te gebruik.
Dit het egter tot stilstand gekom toe Schutz se groep die muise begin karakteriseer het. 'Ons het besef dat ons nog nie 'n volledige uitslag gehad het nie,' sê Blendy. Die mutante diere het alternatiewe splitsvorms van die CREB-geen gehad, maar dit was 'n toevallige ongeluk. CREB-uitklopdiere oorleef nie die perinatale periode nie. Met slegs 'n klein hoeveelheid CREB kon hierdie mutante tot volwassenheid oorleef, met funksionele veranderinge waarmee navorsers die rol van CREB in 'n aantal neurologiese aspekte kon ondersoek, insluitend leer, geheue, gemoedsversteurings en verslawing.
Teen die tyd, in die middel 90's, was die transkripsiefaktor reeds 'n teiken vir verslawing. Dit het in die 1970's begin met die ensiem adenylyl cyclase in die locus ceruleus, 'n blouagtige area van die breinstam wat norepinefrien in talle dele van die brein aflewer. Adenylyl cyclase sintetiseer cAMP, wat weer CREB aktiveer. Nobelpryswenner Marshall Nirenberg en sy kollegas het in locus ceruleus neurone bewys gelewer van 'n "sellulêre verdraagsaamheid" teen morfien. Hulle het getoon dat, terwyl die aktiwiteit van adenielsiklase daal na blootstelling aan morfien, die geneesmiddel langer as 'n dag by die selle inkubeer, die adenielsiklase-aktiwiteit terugbons.1 Toe die geneesmiddel verwyder is, het die ensiem se aktiwiteit gestyg, wat die outeurs interpreteer as 'n sellulêre onttrekking aan afhanklikheid: 'Hierdie verskynsel kan vergelyk word met die onthoudingsindroom by diere.'
'U verander die aard van senuweeselle diep.' -Eric Nestler
Dit was eers meer as 'n dekade later, in die vroeë negentigerjare, toe Nestler, toe aan die Yale Universiteit, en sy groep die resultate in vivo herhaal het en twee stappe stroom-af beweeg van adenylylsiklase na die aktivering van CREB. Hulle het getoon dat 'n dosis morfien die fosforilering van CREB ('n merker van CREB-aktivering) benadeel, maar dat die aktiwiteit na normaal terugkeer na 'n langer blootstelling aan die dwelm.1990 'Ongeveer dieselfde tyd,' onthou Nestler, 'het ons gevra: Die locus ceruleus is slegs 'n modelstelsel vir die opiate stelsel, maar reageer ander neurone? " Hy wend hom tot die nucleus accumbens, 'n groep neurone wat dopaminerge insette van die ventrale tegmentale area ontvang, en wat betrokke is by die beloningstelsel van die brein. Daar het Nestler soortgelyke resultate gevind: Chroniese gebruik van morfien verhoog die aktiwiteit van CREB.
Die CREB-tekorte muise in Schtz se laboratorium het die geleentheid gebied om te meet of CREB nodig was in die verslawingproses. Met Rafael Maldonado, wat toe aan die Universiteit van Parys was, het Blendy in 1996 getoon dat haar mutante muise nie die simptome van morfienonttrekking het wat normale diere vertoon nie.3 'Per definisie beteken afhanklikheid die teenwoordigheid van 'n onttrekkingsindroom wanneer die geneesmiddel verwyder word , ”Sê Blendy. "Die vraag is of die diere in die eerste plek nooit van die middel afhanklik was nie?" Blendy het tot die gevolgtrekking gekom dat CREB belangrik was om verslawing te begin. Maar so 'n eenvoudige verduideliking was te goed om waar te wees.
Bill Carlezon, deesdae medeprofessor in psigiatrie aan die McLean-hospitaal van Harvard in Belmont, Massachusetts, was in die middel negentigerjare 'n postdoktor in Nestler se laboratorium en studeer kokaïen in die nucleus accumbens. Destyds was daar geen goeie manier om CREB direk te teiken nie, dus het die groep van Nestler 'n virusvektor ontwikkel met 'n mutante vorm van CREB wat met endogene CREB meeding en die aktiwiteit daarvan blokkeer. Toe kokaïen aan mutante diere gegee is, het hulle 'n verhoogde voorkeur vir die dwelm getoon, terwyl CREB by diere te veel uitgespreek was, het hulle 'n afkeer daarvoor getoon.
Blendy het soortgelyke resultate gevind nadat sy in 1997 met die CREB-gebreklike muislyn na die Universiteit van Pennsylvania verhuis het. Toe hierdie diere lae dosisse kokaïen gekry het (dosisse klein genoeg om dit nie van sout tot wilde diere te onderskei nie), het die diere 'n sterk voorkeur getoon vir die kant van die boks waar hulle kokaïen gekry het. 5 "CREB-tekorte diere toon 'n verbetering in kokaïenbeloning, 'sê Blendy.
Alhoewel Blendy se data ooreenstem met die resultate van Nestler en Carlezon, was dit bevindings wat nie in lyn was met haar resultate vir morfien nie. Hoewel dit lyk asof CREB-tekorte diere meer in kokaïen laat belangstel, het dit teenoorgestelde met morfien opgetree. Blendy vermoed dat die teenstrydigheid verband hou met die verskillende breingebiede waaraan elke middel werk. Alhoewel alle misbruikmiddels uiteindelik dopamien in die nucleus accumbens verhoog, werk dit deur verskillende meganismes: kokaïen blokkeer dopamientransporteurs in die nucleus accumbens, terwyl morfien dopamien selle in die ventrale tegmentale area ontwrig.
Die kompleksiteit van molekulêre veranderinge wat betrokke is by dwelmverslawing stop nie daar nie. Alkohol en nikotien werk anders op CREB as wat kokaïen en morfien doen. Daarbenewens word 'n ander transkripsiefaktor, DFosB, op soortgelyke wyse as CREB gereguleer, alhoewel dit die teenoorgestelde uitwerking op gedrag het.
Die DFosB-respons op dwelms kan net so belangrik wees vir verslawing as CREB, veral ten opsigte van langtermynveranderinge. Volgens Nestler lewer CREB in wese negatiewe terugvoer van dwelms, enDFosB bevorder die belonende effekte van dwelms.
"DFosB kan op baie maniere gesien word as die omgekeerde van CREB," sê Nestler. Tog, met verwarrende kompleksiteit, kan albei transkripsiefaktore in dieselfde sel gereguleer word. "Sommige selle toon CREB-aktivering, ander veroorsaak DFosB, en ander oorvleuel," verduidelik Nestler. 'Dit is 'n baie ingewikkelde proses wat uitgewerk moet word.'
Ondanks hierdie leemte in kennis, het wetenskaplikes in die negentigerjare seker gevoel dat CREB belangrik is om die gevolge van dwelmmiddels te reguleer. Hulle het egter ook besef dat dit blykbaar nie 'n eenduidige merker is vir alle middels in alle streke van die brein nie, wat nog te sê van 'n behandeling. 'CREB sal nooit 'n terapeutiese teiken wees nie. Dit is te belangrik, dit is te alomteenwoordig, ”sê Blendy.
Sy besluit om stroomaf te draai. Haar groep hou die uitdrukking van 'n aantal CREB-teikengene tydens die proses van dwelmverslawing dop, van aanvanklike blootstelling tot afhanklikheid tot onttrekking. "Die hoop is dat sommige van die teiken [gene] waarvoor dit verantwoordelik is, ideaal sal wees."
Een stroomaf teikengeen wat die mees dramatiese resultate in differensiële uitdrukking deur hierdie fases getoon het, is kortikotropien-vrystellingsfaktor (CRF, ook bekend as kortikotrofien-vrystellende hormoon, CRH). CRF is belangrik om stresreaksies te bemiddel, maar dit is ook betrokke by Koob se donker kant van verslawing. “Wat ons vind,” sê Koob, “en dit is veral waar met alkohol en opiate en nikotien, en miskien 'n bietjie minder vir kokaïen - as diere baie dwelms gebruik, raak die CRF-stelsel betrokke en dra dit by tot oormatige dwelms neem. ”
Markus Heilig, die kliniese direkteur van die National Institute for Alcohol Abuse and Alcoholism, sê die opregulering van die CRF-stelsel blyk permanent te wees. "In die afgelope jaar is 'n reeks artikels vasgelê in knaagdiere dat as u 'n lang geskiedenis van afhanklikheid van alkohol het, en siklusse van dronkenskap en onttrekking, dit opvallend langdurige veranderinge in die endogene [CRF] -stelsel sal veroorsaak," Heilig sê.
Koob het onlangs getoon dat diere wat afhanklik is van alkohol, minder drink tydens onttrekking wanneer hulle 'n antagonis vir die CRF1-reseptor gekry het.7 ''n Mens sou voorspel ['n CRF1-reseptor-antagonis] kan 'n uitstekende middel vir onttrekking wees,' sê Nestler. Dit was egter moeilik om 'n antagonis wat veilig is vir gebruik by mense te vind. Kliniese proewe op een geneesmiddel, NBI 30775, is 'n paar jaar gelede gestaak nadat twee pasiënte verhoogde lewerensiemvlakke ontwikkel het. Koob en Heilig, onder andere, is besig om 'n CRF8-reseptorantagonis te vind wat veilig gebruik kan word om verslawing te behandel.
In Maart vanjaar het Heilig gepubliseer belowende resultate in alkoholafhanklike rotte, wat toon dat die dwelm afhanklike diere opgehou het om alkohol te soek wanneer hulle aan 'n stressor blootgestel is. 9 As 'n CRF1-reseptor antagonis ontwikkel kan word tot 'n dwelm, sê Koob, Die mees waarskynlike aansoek sal tydens akute onttrekking wees.
'CREB sal nooit 'n terapeutiese teiken wees nie. Dit is te belangrik, dit is te alomteenwoordig. ”- Julie Blendy
Ongeveer 300 kilometer noord van Blendy's Penn-laboratorium, 'n soortgelyke gegloede, handskoen en buitegewone wetenskaplike aan die Harvard se McLean-hospitaal, ry 'n karretjie diere in die gang af. Dit is Carlezon se eksperimentele rotte, elk toegerus met 'n antenna-agtige elektrode wat chirurgies bo-op sy kop gemonteer is. Die elektrode voer aangename stimulasie, in die vorm van vierkantsgolfpulse van elektriese stroom, in die beloningsentrum van die brein in. In Carlezon se kantoor speel hy 'n video van 'n muis wat onophoudelik 'n wiel draai om die plesier te ontvang. 'Dit voel waarskynlik na die beste ding ooit. Diere sal dit kies bo dwelms, kos, seks - enigiets, ”sê hy.
Op 'n sekere punt hou die muis op om die wiel te draai as die stroom onder 'n frekwensie daal waar die beloning verminder word, sê Carlezon. Wanneer diere aan kokaïen onttrek, styg die minimum hoeveelheid stroom waarvoor hulle bereid is om te werk - hul "beloningsdrempel" --.10 "Omdat die stimulasie nie so lonend is tydens onttrekking nie, benodig die muise hoër frekwensies om dit te kry om te werk [vir die stimulasie]. ” Carlezon se gevolgtrekking: "Ons dink hulle maak meer dynorfien."
Dynorphin is 'n endogene opioïed wat by k-opioïed-reseptore optree en is 'n stroomafwaartse doelwit van CREB. Carlezon het getoon dat wanneer CREB of die dinorforffunksie verhef is in die nucleus accumbens, kokaïen minder belonend is, en soms selfs afersief. Maar wanneer k-reseptore geblokkeer word, gaan die effek weg. 4 Carlezon eksperimenteer nou met die gee van k-opioïed-reseptorantagoniste aan rotte wat kokaïen-onttrekking ondervind en meet of hierdie middels stabiel kan wees. As die antagoniste werk, sê Carlezon hulle kan kandidate wees vir die behandeling van die simptome van dwelmonttrekking.
Koob en Brendan Walker, ook by Scripps, het 'n k-opioïede reseptor antagonis, nor-binaltorfimien, in etanol-afhanklike rotte gebruik en gevind dat hulle minder drink. By diere wat nie afhanklik was nie, het hulle nie gedrink nie. Walker sê dit ondersteun die idee dat die dynorfine-k-opioïedstelsel betrokke is by die 'donker kant' van verslawing11. 'Oor die algemeen,' sê Walker, 'is dit die hipotese: wanneer diere afhanklik is en u alkohol verwyder, sal die verhoogde negatiewe invloed hulle meer alkohol wil kry. Dit lyk asof ons die stelsel kan blokkeer, dan kan ons die motivering van die anina om oormatig alkohol te verbruik, in 'n sekere sin blokkeer. '
Charles O'Brien, die ondervoorsitter van psigiatrie aan die Universiteit van Pennsylvania en direkteur van die Center for Studies in Addiction, sê navorsing oor dynorfine en CRF1-reseptorantagoniste lyk belowend, maar om verslawing werklik te behandel, moet die teiken die geheue-sentrum van die brein wees. , wat CREB al dan nie mag betrek.
'Verslawing is dwangsoekende gedrag,' sê O'Brien. 'Dit is nie die veranderinge wat deur alkohol, kokaïen of heroïne self veroorsaak word nie. Dit is die feit dat daar, nadat die middel verdwyn is, 'n leer, 'n geheue-spoor, wat drang veroorsaak, wat dwelmsoek en terugval veroorsaak. ' Nestler sê dat die herinneringe lewenslank is. 'As kind het ons 'n warm stoof aangeraak en onthou dat dit nooit die moeite werd is om met 'n warm stoof te eksperimenteer nie ... Dwelmsherinneringe is miskien net so kragtig soos dié herinneringe. ”
Of die aanleer van verslawing CREB behels, is nie seker nie. Nietemin sê Nestler dat die manipulering van CREB se teikengene om onttrekkingsimptome te verlig ander verslawingbehandelings kan help, soos kognitiewe gedragsterapie, wat geheue kan beïnvloed. "Na my mening, hoe gouer u hierdie [potensiële geneesmiddels] in mense onderwerp, hoe beter," sê O'Brien. "Die diermodelle kan die weg aandui, maar vroeër of later moet u dit by mense inbring."
Verwysings
1. SK Sharma et al., "Dubbele regulering van adenilaatsiklase is verantwoordelik vir verdowingsmiddels en verdraagsaamheid," Proc Nat Acad Sci, 72: 3092-6, 1975. [PUBMED]
2. X. Guitart et al., "Regulering van sikliese AMP-reaksie-element-bindende proteïene (CREB) fosforilering deur akute en chroniese morfien in die rot locus ceruleus," J Neurochem, 58: 1168-71, 1992. [PUBMED]
3. R. Maldonado et al., "Vermindering van morfien onthouding by muise met 'n mutasie in die geen wat CREB kodeer," Science, 273: 657-9, 1996. [PUBMED]
4. WA Carlezon, Jr. et al., "Regulering van kokaïenbeloning deur CREB," Science, 282: 2272-5, 1998. [PUBMED]
5. CL Walters, JA Blendy, "Verskillende vereistes vir die cAMP-reaksie-element wat proteïene bind in positiewe en negatiewe versterkende eienskappe van dwelmmiddels," J Neurosci, 21: 9438-44, 2001. [PUBMED]
6. EJ Nestler, "Is daar 'n algemene molekulêre weg vir verslawing?" Nat Neurosci, 8: 1445-9, 2005. [PUBMED]
7. CK Funk et al., "Kortikotropien-vrystellende faktor 1-antagoniste verminder etanol se selfadministrasie in etanol-afhanklike rotte," Biol Psych, 61: 78-86, 2007. [PUBMED]
8. C. Chen, DE Grigoriadis, "NBI 30775 (R121919), 'n oraal aktiewe antagonis van die kortikotropien-vrystellingsfaktor (CRF) tipe 1-reseptor vir die behandeling van angs en depressie," Drug Dev Res, 65: 216- 26, 2005. [PUBMED]
9. DR Gehlert et al., “3- (4-Chloor-2-morfolien-4-yl-tiasol-5-yl) -8- (1-etielpropyl) -2,6-dimetiel-imidazo [1,2 -b] pyridazine: 'n nuwe breinpenetrerende, mondelings beskikbare kortikotropien-vrystellende faktor reseptor 1 antagonis met effektiwiteit in diermodelle van alkoholisme, ”J Neurosci, 27: 2718-26, 2007. [PUBMED]
10. I. Goussakov et al., “LTP in die laterale amygdala tydens onttrekking van kokaïen,” Eur J Neurosci, 23: 239-50, 2006. [PUBMED]
11. Walker BM en Koob GF, "Farmakologiese bewyse vir 'n motiverende rol van ?? - opioïedstelsels in etanolafhanklikheid," Neuropsigofarmakologie, aanlynpublikasie 2 Mei 2007. [PUBMED]
Lees meer: Verslawende navorsing - The Scientist - Magazine of the Life Sciences http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n
;
