Oefening verhef dopamien D2 reseptor in 'n muismodel van Parkinson se siekte In vivo beeldvorming met (18F) fallypride (2010)

Opmerkings: In 'n muismodel van Parkinson's, het die loopband oefening dopamien D2-reseptore verhoog. Verslawing veroorsaak 'n afname in D2-reseptore wat gedeeltelik die oorsaak van desensitisering is. Nog 'n rede om te oefen.

Bewegingsafwykings

Volume 25, Uitgawe 16, bladsye 2777-2784, 15 Desember 2010

Die uitgewery se finale geredigeerde weergawe van hierdie artikel is beskikbaar by Mov Disord
Sien ander artikels in PMC dat noem die gepubliseerde artikel.

Abstract

Die doel van die huidige studie was om veranderinge in eksponering van dopamien D2-reseptore (DA-D2R) binne die basale ganglia van MPTP-muise onderworpe aan intensiewe treadmill-oefening te ondersoek. Met behulp van Westerse immunoblotting analise van sinaptoneurosome en in vivo positron emissie tomografie (PET) beeldvorming wat die DA-D2R spesifieke ligand gebruik [18F] fallypride, het ons bevind dat hoë intensiteit tredmolen oefening het gelei tot 'n toename in striatale DA-D2R uitdrukking wat die meeste uitgespreek in MPTP in vergelyking met sout behandelde muise. Oefening-geïnduseerde veranderinge in die DA-D2R in die dopamien-uitgeputte basale ganglia is in ooreenstemming met die potensiële rol van hierdie reseptor in die modulering van medium spiny neurons (MSNs) funksie en gedragsherstel. Wat belangrik is, bevind bevindinge van hierdie studie die rasionaal vir die gebruik van PET beeldvorming met [18F] fallypride om DA-D2R veranderinge te ondersoek in individue met Parkinson's Disease (PD) wat hoë-intensiteit trapmeul-opleiding ondergaan.

sleutelwoorde: positron emissie tomografie, basale ganglia, neuroplasticity, tredmolen oefening

Oefening verbeter motoriese prestasie by pasiënte met Parkinson's disease (PD).1-3 Diere modelle, soos die 1-metiel-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahidropiridine (MPTP) -muis, bied 'n kritiese instrument om die molekulêre meganismes van oefen-geïnduseerde verbetering in motoriese gedrag te ondersoek.4-6 Die dopamien D1- en D2-reseptore (DA-D1R en DA-D2R) is die primêre doelwitte van dopamien op striatale medium-spinyneurone (MSNs) en moduleer fisiologiese eienskappe en sellulêre seinverwysings. Spesifiek speel die DA-D2R 'n belangrike rol in langtermyndepressie (LTD), 'n vorm van sinaptiese plastisiteit wat die integrasie van glutamatergiese en dopaminerge neurotransmissie insluit, wat lei tot die kodering van motoriese funksie in die dorsolaterale striatum. Gegewe die rol van die DA-D2R in motoriese beheer, het ons gesoek om te ondersoek of oefening verbeterde verbetering in motoriese funksie gedeeltelik te danke is aan 'n toename in striatale DA-D2R-uitdrukking.

Positron emissie tomografie (PET) -imaging met DA-D2R radiotracers bied die vermoë om longitudinale studies uit te voer oor die effek van oefening by mense. Vorige studies met aërobiese oefening het probeer om dopamien vrystelling in normale individue te meet7 en geen verandering in die binding van [11C] raclopride is waargeneem, wat die skrywers gelei het om voor te stel dat klein veranderinge in dopamienvlakke voorgekom het. Die uitwerking van oefening op DA-D2R-uitdrukking en sinaptiese aktiwiteit is egter nie bestudeer nie. Die PET-beeld ligand [18F] fallypride is 'n uitstekende instrument om dit te ondersoek as gevolg van sy hoë affiniteit en spesifisiteit vir beide DA-D2R en DA-D3R, en in teenstelling met [11C] raklopride, word dit nie maklik verplaas deur die basislynvlakke van endogene dopamien nie.7-10 Dit is bevestig deur reserpienvoorbehandeling van diere (om endogene dopamien af ​​te breek) wat geen effek op [18F] fallypride binding,9,11 maar aansienlik toegeneem [11C] raclopride binding8 Dit word toegeskryf aan 'n verandering in die oënskynlike bindende affiniteit (Kd) eerder as reseptor nommer (BMax).

As die bindende potensiaal (BP) van [18F] fallypride is bestand teen veranderinge as gevolg van uitputting van dopamien, wat min effek op sy voorstel voorstel Kd or BMax by basislyn of uitgeputte toestand, het ons gebruik [18F] fallypride om ons hipotese te toets dat DA-D2R uitdrukking toeneem in die MPTP-muismodel met intensiewe oefening.9,10,12,13 Verder, om ons PET-beeldingsmaatreëls te ondersteun, het ons die komplementêre tegniek van Westerse immunoblot-analise van sinaptoneurosomale preparate gebruik om veranderinge in DA-D2R proteïenexpressie op die vlak van sinaps in dieselfde diere te meet. Ons rapporteer hier die uitwerking van oefening op DA-D2R uitdrukking en [18F] fallypride in groepe muise wat met sout of MPTP behandel word.

METODES

Diere, Behandelingsgroepe en MPTP Administrasie

Manlike C57BL / 6 muise 8 weke oud (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) is in groepe gehuisves in 'n temperatuurbeheerde kamer onder 12 h lig / 12 h donker siklus. Alle prosedures is uitgevoer in ooreenstemming met die NIH Gids vir die Sorg en Gebruik van Laboratoriumdiere soos goedgekeur deur die USC IACUC. 'N Totaal van 164-muise is in vier behandelingsgroepe gebruik: (1) sout (n = 42), (2) sout plus oefening (n = 55), (3) MPTP (n = 57) en (4) MPTP plus oefening (n = 42). Vir lesing het muise vier intraperitoneale inspuitings van 20 mg / kg MPTP (vrybasis, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) opgelos in 0.9% sout, by 2-h intervalle of vier intraperitoneale inspuitings van 0.1 ml 0.9% NaCl as beheer. Lesionering is gevalideer deur HPLC-analise van striatale dopamienvlakke. By 10 dae na MPTP-administrasie was daar 82.2% dopamien-uitputting in MPTP-muise (48.0 ± 8.4 ng / mg proteïen) in vergelyking met soutmuise (269.5 ± 24.9 ng / mg proteïen). Aan die einde van die studie was daar geen beduidende verskil in striatale dopamienvlakke tussen MPTP plus oefenmuise (69.8 ± 11.7 ng / mg proteïen) in vergelyking met MPTP (77.9 ± 12.0 ng / mg proteïen). Daar was egter 'n beduidende toename van striatale dopamien in soutoplossing plus oefenmuise (315.2 ± 9.0 ng / mg proteïen) in vergelyking met sout (246.9 ± 19.8 ng / mg proteïen) (F(3,16) = 7.78; P <0.05).

Treadmill Oefening

Oefening het 5 dae na lesing begin. Muise van die twee oefengroepe (saline plus oefening en MPTP plus oefening) is opgelei om op 'n 100-cm gemotoriseerde trapmeul (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) teen inkrementele spoed vir 6 weke (5 dae / week) te hardloop om duur te bereik van 60 min / dag en spoed van 18-20 m / min.5,6

Magnetiese Resonansie Beelding

'N Drie-dimensionele volumetriese T1-geweegde magnetiese resonansie (MR) beeld van die muisbrein is verkry met 'n 7-T mikro-MRI stelsel (Bruker Biospin, Billerica, MA). Parameters van beeldverwerwing was: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, 0.4-mm sny dikte, 0.45-mm tussenlaag dikte, 128 × 128 × 128 matriksgrootte.

Radiochemie

Sintese van [18F] fallypride is uitgevoer soos voorheen beskryf deur nukleofiele substitusiereaksie van die tosylvoorloper met [18F] met behulp van 'n op maat gemaakte radiochemiese apparaat.12 Suiwering is behaal deur omgekeerde fase HPLC op 'n C8 (2) Phenomenex Luna-kolom wat asfonitril- en natriumfosfaatbuffer as mobiele fase (55: 45) gebruik. UV-absorpsie is gemeet by 254 nm en AUFS 0.05. Radioaktiewe piek (retensietyd 17 min) wat ooreenstem met [18F] fallypride, is versamel en oplosmiddel verwyder op 'n roterende verdamper. Die finale produk is getoets vir pyrogenisiteit, steriliteit, pH en verwydering van organiese oplosmiddels deur middel van gaschromatografie. Spesifieke aktiwiteit en radiochemiese suiwerheid is geassesseer met 'n Waters HPLC-stelsel met behulp van 'n C8 (2) Phenomenex Luna-analitiese. Spesifieke aktiwiteit was in die reeks van 3,000-12,000 Ci / mmol.

PET-metings en beeldontleding

Twintig muise is gebruik vir PET beelding (n = 6 sout, n = 3 sout plus oefening; n = 5 MPTP; en n = 6 MPTP plus oefening). Skanderings is verkry met 'n Concorde microPET R4 skandeerder (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) met 'n 60-min lys modus verkryging protokol na 20-min transmissie skandering vir verswakking regstelling met 'n 68Ge bron. [18F] fallypride (10.92-11.28 MBq) is aan die begin van die emissieskand via die stertaar (enkel bolus) ingespuit. Muise is verdovende met 2% isofluoraan en 98% suurstof. Die dinamiese lysmodusdata is gesorteer na sinogramme met 26-rame (6 × 20 sek, 4 × 40 sek, 6 × 1 min en 10 × 5 min) en herbou deur twee iterasies van OSEM (bestel subsets verwagtings maksimering) gevolg deur 18 iterasies van die MAP (maksimum 'n posteriori) rekonstruksie algoritme.14 Heropboude beelde is geknip om die kop te bevat en lineêr geïnterpoleer in die Z-rigting om 'n 128 × 128 × 63-beeld te produseer met isotropiese 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 voxels. Hoë resolusie bindende potensiaal (BP) beelde van die striatum is bereken uit die gerekonstrueerde dinamiese beelde deur gebruik te maak van 'n meervoudige weefselverwysingsmodel15 en Logan erwe16 met hoë aktiwiteit in die striatum en baie lae aktiwiteit in die serebellum (verwysingsgebied). Anatomiese streke van belangstelling (striatum en serebellum) is manueel gedefinieer in beide hemisfere in PET-beelde, gekorregeer met MRI met behulp van Rview (weergawe 8.21Beta).17 Kwantifisering van spesifieke binding van [18F] fallypride in die muis striatum is uitgevoer met behulp van die BP waarde wat 'n mate van die verhouding van spesifieke / nie-spesifieke binding by ewewig verskaf.18,19 Om bindende spesifisiteit in die striatum te demonstreer, is vier muise geoes 60 min na ligand inspuiting, brein vinnig gevries in vloeibare stikstof, gesny by 30-μm dikte en afdelings toegepas op 'n fosfoimager (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway , NJ) (Fig 1). Studies het getoon dat [18F] fallypride bind spesifiek aan die DA-D2R, en aangesien baie min DA-D3R in die striatum is, dui binding op DA-D2R besetting.9,10,12,13

FIG. 1 

[18F] Fallypride toon hoë biding spesifisiteit aan die muis striatum. Die linkerkantse paneel toon 'n anatomiese weergawe van die koronale gedeelte op benaderde vlak bregma 0.20. Die regter paneel toon 'n verteenwoordigende autoradiograaf met intensiewe etikettering wat ooreenstem ...

Weefselversameling vir HPLC en proteïenanalise

Aan die einde van die studie is die brein vinnig verwyder en dorsale striatum is vers dissekteer wat ooreenstem met anatomiese streke van bregma 1.2 tot 0.6 met die corpus callosum as dorsale grens, die laterale aspek van die corpus callosum as laterale grens en bo die anterior kommissie as die ventrale grens.20

HPLC-analise van dopamien en sy metaboliete

Dopamienvlakke in striatale homogenate (n = 4 per groep) is bepaal deur HPLC met elektrochemiese opsporing.6 Die stelsel bestaan ​​uit 'n ESA-outomatiese sampler (ESA, Chelmsford, MA) wat toegerus is met 'n 150 × 3.2 mm-omgekeerde fase C-18-kolom (3μm-diameter) en 'n CoulArray 5600A (ESA, Chelmsford, MA) -kanaal analitiese sel met potensiale gestel op -75, 50, 220, en 350 mV.

Westerse Immunoblot Analise

Oefeningseffek op sinaptiese uitdrukking van DA-D1R en DA-D2R is geanaliseer in sintaptoneurosoompreparate wat vars gemaak is van agt gekolde dorsolaterale striatum.21 Hierdie prosedure is uitgevoer op drie stelle muise vir 'n totaal van 24-muise per eksperimentele groep (n = 3 preps per groep). Relatiewe uitdrukking van proteïene vir DA-D1R (50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), tyrosienhidroksilase (58 kDa), dopamien transporter (68 kDa) en α-tubulien (50 kDa) is deur Westerse immunoblot ontleed22 gebruik van kommersieel beskikbare primêre teenliggaampies (konyn polyklonale en muis monoklonale teenliggaampies, Millipore, Temecula, CA). Proteïenbande is gevisualiseer deur affiniteit gesuiwerde bok anti-konyn of anti-muis sekondêre teenliggaampies gekonjugeer aan IRDye680 of IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Fluorescent sein is opgespoor deur die filter in 'n LI-COR Odyssey naby die infrarooi beeldplatform te scan en gekwantifiseer met behulp van Odyssey 2.1 sagteware (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Die resultate word getoon as relatiewe uitdrukkingsvlakke in vergelyking met die soutgroep (ingestel op 100%).

Statistiese analise

Verskille tussen groepe in BP van [18F] fallypride-, DA-D1R- en DA-D2R proteïenvlakke is geanaliseer met behulp van tweerigtinganalise van variansie (ANOVA) met behandeling tussen vakfaktor (sout vs. MPTP) en oefening as binne vakfaktor (geen oefening vs. oefening). Vir die maksimum treadmill spoed toets, is die tyd gebruik tussen vakfaktor (week 1, 2, ens.) En behandeling is gebruik as binne-vakfaktor (sout teen MPTP). Die Bonferroni post hoc toets is gebruik om te korrigeer vir veelvuldige vergelykings by die beoordeling van belang van belangstelling. Betekenisvlak is ingestel op P <0.05. Om die praktiese betekenisvolheid van groepverskille te ondersoek, is 'n skatting van die grootte van die verskille tussen groepe bereken met behulp van die effekgrootte (ES) (ES = GemiddeldeGroep 1 - BetekenGroep 2/ SDsaamgevoeg). Die ES weerspieël die impak van behandeling binne 'n populasie van belang en word volgens vasgestelde kriteria gerapporteer as klein (<0.41), medium (0.41-0.70) of groot (> 0.70).23 Analise is uitgevoer met behulp van Prism5 vir Windows (GraphPad, San Diego, CA).

RESULTATE

Hoë Intensiteit Loopband Oefening Verbeterde Motoriese Gedrag in MPTP-Lesioned Muise

Voor MPTP-lesing en aanvang van oefening was die gemiddelde baseline-snelhede van alle muise in twee oefengroepe soortgelyk (sout plus oefening: 11.7 ± 1.1 m / min en MPTP plus oefening: 11.2 ± 1.1 m / min). Daaglikse oefening vir 6 weke verbeter maksimum treadmill snelhede in beide oefening groepe met die sout plus oefening muise vertoon aansienlik groter maksimum snelheid in vergelyking met die MPTP plus oefening muise in weke 1 deur 4 (Fig 2). MPTP Plus oefenmuise het egter dieselfde maksimum treadmill spoed as sout plus oefening muise in week 5 (MPTP plus oefening: 17.2 ± 3.6 m / min en sout plus oefening: 22.0 ± 1.5 m / min) en week 6 (19.2 ± 1.2 m / min en 22.2 ± 0.9 m / min onderskeidelik). Soos voorheen gerapporteer, het MPTP-lesionele muise wat nie tredmetaalopleiding ondergaan het, spontaan herstel van motoriese gedrag met hul maksimum snelheid van 7.0 ± 0.3 m / min aan die einde van die 6-week oefenperiode.5

FIG. 2 

Oefening verbeter motoriese gedrag in die MPTP-muis. Die maksimum spoed van sout (n = 12) en MPTP (n = 12) muise op die gemotoriseerde treadmill is aan die einde van elke week getoets. Die basislyn trapmole snelhede is gemeet voor MPTP lesing. ...

Hoë Intensiteit Loopband Oefening Verhoogde Striatal DA-D2R, maar nie DA-D1R Proteïen

Hoë intensiteit trapmeul oefening differensieel beïnvloed DA-D2R en DA-D1R vlakke in sintaptoneurosomale voorbereidings van die dorsale striatum soos getoon deur Western blot analise (Fig 3). MPTP plus oefenmuise het 48.8% toename in striatale DA-D2R in vergelyking met MPTP-muise gehad (Fig. 3B), en beduidende interaksie tussen oefening en MPTP lesing op DA-D2R proteïenvlak (F(1,8) = 6.0; P <0.05). Omgekeerd was daar geen oefeningseffek op die DA-D1R proteïenvlakke tussen die groepe nie (Fig. 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). MPTP lesing alleen het nie 'n beduidende verandering van DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) of DA-D1R uitdrukking (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Daarbenewens het twee verskillende proteïenmarkers van integriteit van dopaminerge veselintegrasie, tyrosienhidroksielase (TH; Fig. 3C) en dopamien vervoerder (DAT; Fig. 3D), het getoon dat MPTP aansienlik verminderde straling-TH-proteïen (F(1,8) = 757.3; P <0.05) en DAT-uitdrukking (F(1,8) = 218.0; P <0.05).

FIG. 3 

Oefening selektief reguleer DA-D2R, maar nie DA-D1R striatale proteïen nie. Paneel (A) toon Westerse immunoblot-analise van sinaptoneurosoompreparate van die dorsale striatum vir DA-D1R proteïene. Daar was geen statisties betekenisvolle verskil tussen ...

Hoë Intensiteit Loopband Oefening Verhoogde Striatal [18F] Fallypride Binding Potential (BP)

Terwyl die Westerse immunoblottende analise van reseptor proteïen uitdrukking gemeet totale antilichaam epitope (beide oppervlak en interne sellulêre winkels), in vivo PET-beeldvorming met die hoë-affiniteit DA-D2R-spesifieke radioligand [18F] fallypride kan die effekte van oefening op die beskikbaarheid van DA-D2R afbreek om ligand te bind (Fig 4). Statistiese analise het getoon dat daar 'n beduidende effek van oefening was (F(1,16) = 12.3; P <0.05) sowel as MPTP-letsel (F(1,16) = 160.3; P <0.05) sonder beduidende interaksie tussen MPTP en oefening (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) op [18F] fallypride BP. Die Bonferroni post hoc analise het 'n beduidende verskil in BP waardes tussen MPTP en MPTP plus oefenmuise getoon (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01), en geen beduidende verskil tussen sout en sout plus oefenmuise nie (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). Spesifiek, MPTP plus oefenmuise het 'n toename van 73.1% gehad in [18F] fallypride BP in vergelyking met MPTP-muise (gemiddelde BP-waardes vir MPTP plus oefening: 7.1 ± 0.7; gemiddelde BP-waardes vir MPTP-muise: 4.1 ± 0.3) (Fig. 4B). Daarbenewens het sout plus oefeningmuise 'n 8.2% toename in [18F] fallypride BP (13.2 ± 1.0) in vergelyking met soutmouse (12.2 ± 0.3). In ooreenstemming met hierdie bevindings, het "effekgrootte" berekeninge 'n groter oefening effek tussen MPTP groepe (ES = 2.61) geopenbaar as wat tussen die soutgroepe (ES = 0.94) waargeneem word.

FIG. 4 

Oefening selektief verhoog [18F] fallypride bindende potensiaal (BP) in die striatum van MPTP-muise. Paneel (A) toon [18F] fallypride BP verteenwoordigende beelde in die koronale oriëntasie (linkerkant) en horisontale oriëntasie (regterkantse). Die skaalbalk ...

BESPREKING

Hierdie studie toon dat hoë intensiteit trapmeul oefening lei tot 'n toename in [18F] fallypride BP (DA-D2R beskikbaarheid) in die striatum van MPTP behandelde muise. Daarenteen was daar geen beduidende verandering in totale striatale dopamienvlakke tussen MPTP plus oefening in vergelyking met MPTP nie oefenmuise nie. [18F] fallypride is 'n hoogs selektiewe DA-D2 / D3R antagonis wie se BP 'n in vivo mate van beskikbare reseptore (BMax) / bindende affiniteit (Kd). Aangesien DA-D2R's die oorheersende dopamien-reseptorsubtipe binne dorsale striatum is, is 'n oefen-geïnduceerde toename in [18F] fallypride BP verteenwoordig 'n toename in DA-D2R-getal en word ondersteun deur 'n toename in proteïenexpressie deur gebruik te maak van Westerse immunoblotting en ons vorige studies wat 'n toename in striatale DA-D2R mRNA transcriptie-uitdrukking toon deur gebruik te maak van in situ-hybridisasie histochemie.5 Hierdie interpretasie van BP-verheffing word verder ondersteun deur die feit dat verplasing van [18F] fallypride deur dopamien sal waarskynlik nie in MPTP-muise voorkom nie, aangesien dopamienvlakke laag bly.24 Dus, veranderinge in oënskynlike bindende affiniteit (Kd) is onbeduidend en is onwaarskynlik dat dit BP sal beïnvloed. Die verhoogde effek van oefening in MPTP-muise kan 'n poging van die beseerde brein weerspieël om dopaminerge neurotransmissie te optimaliseer deur verhoogde reseptor nommer terwyl dopamienvlakke uitgeput bly. Verhoogde responsiwiteit van MPTP-muise om te oefen, toon 'n groter potensiaal van die beseerde teenoor die intakte brein om neuroplastisiteit te ondergaan, wat moontlik nie noodsaaklik is as die striatale stroombaan ongeskonde is nie. Die feit dat dopamienvlakke nie aansienlik verander met oefening in MPTP-mus nie, dui daarop dat kompenserende veranderinge in DA-D2R van kritieke belang is vir oefenverwante verbeterde motoriese prestasie.

Met behulp van PET beelding het ons 'n afname in DA-D2R BP waargeneem nadat MPTP lesing relatief tot sout behandelde muise. Dit was in teenstelling met die Westerse immunoblotting waarin geen verandering in DA-D2R proteïen ekspression waargeneem is nie. Die DA-D2R bestaan ​​in 'n dinamiese ewewig tussen oppervlak- en intrasellulêre kompartemente, met laasgenoemde nie algemeen beskikbaar om aan PET radioligands te bind nie. In die dopamien-uitgeputte toestand kan kompenserende meganismes lei tot veranderinge in die intracellulêre swembad vir DA-D2R, wat moontlik nie beskikbaar is vir [18F] fallypride binding maar nog beskikbaar vir opsporing in die Westerse immunoblotting.

In teenstelling met ons bevindinge, is 'n kompenserende toename in die DA-D2R aangemeld by individue met PD en na toediening van MPTP in nie-menslike primate, of 6-OHDA by rotte.25 In die literatuur is die verlies van DA-D2R's na bewering te danke aan die degenerasie van dopaminerge neurone, terwyl die toename in DA-D2Rs voortspruit uit verhoogde uitdrukking op oorblywende dopaminerge terminale en / of verhoogde sintese binne striatopallidale neurone of cholinergiese interneurone. Hierdie teenstrydigheid tussen ons PET-studie en dié van die literatuur kan wees as gevolg van verskille in die erns van die letsel tussen studies.11 Spesifiek, die verlies van 'n groter aantal presynaptiese DA-D2R's deur MPTP-geïnduseerde selverlies kan voldoende wees om enige postsynaptiese kompenserende veranderinge wat deur die letsel alleen veroorsaak word, te vergoed. Alternatiewelik kan ons onvermoë om 'n toename in DA-D2R BP en ekspressievlakke in MPTP (nie-oefening) muise waar te neem, weens 'n beskeie herstel van dopamienvlakke aan die einde van die studie (82% dopamien uitputting by 10 dae teenoor 68 % uitputting by 42 dae postlesion). Dit is egter onwaarskynlik, aangesien die MPTP plus-oefeningsmuise, wat ook 'n klein herstel van dopamien vertoon het (nie betekenisvol verskil van die MPTP-oefenmuise nie) het toename van DA-D2R BP.

Die meerderheid van DA-D1Rs en D2Rs word uitgedruk op dendritiese stekels van MSNs met bykomende reseptore wat uitgedruk word op cholinergiese interneurone en terminale van glutamatergiese en dopaminerge neurone wat onderskeidelik uit die korteks (of thalamus) en substantia nigra pars compacta kom.26 'N Belangrike rol van dopamien is om kortikostriatale of thalamostriatale glutamatergiese neurotransmissie by die MSN te moduleer. Glutamatergiese neurotransmissie word versterk deur DA-D1Rs en verminder deur DA-D2Rs.27-29 Onder toestande van dopamienuitputting, word stekels en sinaptiese verbindings selektief verlore op DA-D2R wat MSN's van die indirekte weg bevat.30 Hierdie verlies word gepaard met 'n hipereksibiliteitsstaat binne die MSNs as gevolg van verhoogde glutamatergiese kortikostriatale neurotransmissie.31-33 In dieremodelle van PD is hierdie verhoogde glutamatergiese dryf korreleer met parkinson-agtige motoriese gedrag.34 Die verswakking van hierdie hiperexcitable staat deur die toepassing van dopamien of sy agoniste lei tot die omkering van motoriese motoriese tekortkominge.35,36 In die lig van hierdie verslae en ons bevindinge, veronderstel ons dat die voordele van hoëintensiteitsoefening dopaminerge seinverhoging deur verhoogde DA-D2R-uitdrukking in die indirekte pad (maar nie die DA-D1R-direkte pad) verhoog nie en om die motoriese funksie te verbeter deur onderdrukking van glutamatergiese opwinding.

Die primêre gevolgtrekking van ons studie is dat oefening in die vorm van intensiewe treadmill hardloop die neuroplastisiteit fasiliteer deur verhoogde uitdrukking van striatale DA-D2R's, 'n proses wat die mees voorkomende in die beseerde brein voorkom. Op grond van ons bevindinge, 'n noninvasive PET-imaging benadering met [18F] fallypride kan gebruik word om te ondersoek of intensiewe treadmill-oefening ook lei tot veranderinge in die DA-D2R by individue met PD. Ons studie beklemtoon die waarde van prekliniese navorsing in diermodelle van dopamienuitputting en die belangrikheid van translasionele navorsing om beide rasionaal en insig in die verbeelding van beeld- en oefenstudies in individue met PD te voorsien.

Erkennings

Hierdie werk is ondersteun deur 'n toekenning van die USC CTSI Full Pilot Grant Program, en vrygewige fondse van die Parkinson-siekte-stigting, Team Parkinson (Los Angeles), die Parkinson Alliance, die Whittier Parkinson-siekteonderwysgroep, NINDS RO1 NS44327-1, NIA AG 21937) en die Amerikaanse weermag NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV is 'n ontvanger van USC Neuroscience Graduate Program Merit Fellowship. Ons wil Ryan Park en dr. Peter Conti van die USC Small Animal Imaging Core bedank vir hulp met mikro-PET-beelding en dr. Rex Moats van die Research Research Institute for Small Animal Imaging by die Saban Research Institute vir hulp met die muis MRI. Ons bedank Yi-Hsuan (Lilian) Lai vir hulp met tredmolen-oefening, en Avery Abernathy vir sy kundigheid in HPLC-analise. Ons is dankbaar aan die vriende van die USC Parkinson's Disease Research Group, waaronder George en MaryLou Boone, Walter en Susan Doniger, en Roberto Gonzales vir hul vrygewige ondersteuning.

voetnote

 

Potensiële botsing van belange: Niks om te rapporteer nie.

Nota bygevoeg in bewyse: Hierdie artikel is aanlyn gepubliseer op 19 October 2010. 'N Fout is daarna geïdentifiseer. Hierdie kennisgewing is ingesluit in die aanlyn- en drukversies om aan te dui dat albei reggestel is.

Finansiële Openbaarmaking: USC Neuroscience Graduate Program Merit Fellowship (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ en GP), USC CTSI Full Pilot Grant Program (QL, AN, MJ, GP).

Skrywer Rolle: Alle outeurs was instrumenteel in die opwekking van hierdie manuskrip. Navorsingsprojek Begrip: GP, BF, MJ, RL, JW. Uitvoering van die projek: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Data-insameling, verwerking, statistiese analise: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Manuskrip Voorbereiding: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.

Verwysings

1. Bergen JL, Toole T, Elliott RGr, Wallace B, Robinson K, Maitland CG. Aërobiese oefeningintervensie verhoog aërobiese kapasiteit en beweginginisiasie by pasiënte met Parkinson se siekte. Neuro revalidatie. 2002; 17: 16-168. [PubMed]
2. Comella CL, Stebbins GT, Brown-Toms N, Goetz CG. Fisiese terapie en Parkinson se siekte: 'n beheerde kliniese proef. Neurologie. 1994; 44 (3 Deel 1): 376-378. [PubMed]
3. Schenkman M, Hall D, Kumar R, Kohrt WM. Uithouvermoë oefening om die bewegingsekonomie van mense met Parkinson siekte te verbeter: drie geval verslae. Phys Ther. 2008; 88: 63-76. [PubMed]
4. Pothakos K, Kurz MJ, Lau YS. Herstellende effek van uithouvermoë oefening op gedragstekorte in die chroniese muismodel van Parkinson se siekte met ernstige neurodegenerasie. BMC Neurosci. 2009; 10: 1-14. [PMC gratis artikel] [PubMed]
5. Fisher BE, Petzinger GM, Nixon K, et al. Oefen-geïnduseerde gedragsherstel en neuroplastisiteit in die basale ganglia van die 1-metiel-4-feniel-1,2,3,6-tetrahidropiridien-lesion. J Neurosci Res. 2004; 77: 378-390. [PubMed]
6. Petzinger GM, Walsh JP, Akopian G, et al. Effekte van treadmill oefening op dopaminerge oordrag in die 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahidropiridien-lesion muis model van basale ganglia besering. J Neurosci. 2007; 27: 5291-5300. [PubMed]
7. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS, et al. PET studies van die effekte van aërobiese oefening op menslike striatale dopamien vrystelling. J Nucl Med. 2000; 41: 1352-1356. [PubMed]
8. Ginovart N, Farde L, Halldin C, Swahn CG. Effek van reserpine-geïnduseerde uitputting van sinaptiese dopamien op [11C] raclopride binding aan D2-dopamien reseptore in die aapbrein. Sinaps. 1997; 25: 321-325. [PubMed]
9. Mukherjee J, Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mantil J. Evaluering van dopamien D-2 reseptor besetting deur clozapine, risperidone en haloperidol in vivo in die knaagdier en nie-menslike primate brein met behulp van 18F-fallypride. Neuropsychopharmacology. 2001; 25: 476-488. [PubMed]
10. Honer M, Bruhlmeier M, Missimer J, Schubiger AP, Ametamey SM. Dinamiese beelding van striatale D2-reseptore in muise deur gebruik te maak van quad-HIDAC PET. J Nucl Med. 2004; 45: 464-470. [PubMed]
11. Falardeau P, Bedard PJ, Di Paolo T. Verhouding tussen brein-pammin verlies en D2 dopamien reseptor digtheid in MPTP ape. Neurosci Lett. 1988; 86: 225-229. [PubMed]
12. Mukherjee J, Yang ZY, Brown T, et al. Voorlopige evaluering van ekstrastriatale dopamien D-2-receptor binding in die knaagdier en niehuman primate brein met behulp van die hoë affiniteit radioligand, 18F-fallypride. Nucl Med Biol. 1999; 26: 519-527. [PubMed]
13. Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mukherjee J. Kwantitasie van striatale en ekstrastriatale D-2 dopamienreseptore deur gebruik te maak van PET-beelding van [(18) F] fallypride in niehuman primate. Sinaps. 2000; 38: 71-79. [PubMed]
14. Qi J, Leahy RM, Cherry SR, Chatziioannou A, Farquhar TH. High-resuulution 3D Bayesiaanse beeldheropbou met behulp van mikro-PET klein-dier skandeerder. Phys Med Biol. 1998; 43: 1001-1013. [PubMed]
15. Ichise M, Toyama H, Innis RB, Carson RE. Strategieë om die neuroreceptorparameter skatting te verbeter deur lineêre regressie analise. J Cereb Bloedvloeistof Metab. 2002; 22: 1271-1281. [PubMed]
16. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wang GJ, Ding YS, Alexoff DL. Verspreidingsvolume verhoudings sonder bloedmonsters van grafiese ontleding van PET data. J Cereb Bloedvloeistof Metab. 1996; 16: 834-840. [PubMed]
17. Studholme C, Hill DL, Hawkes DJ. Outomatiese driedimensionele registrasie van magnetiese resonansie- en positron-emissie-tomografie breinbeelde deur multiresolusie-optimalisering van voxel-ooreenstemmingsmaatreëls. Med Phys. 1997; 24: 25-35. [PubMed]
18. Mintun MA, Raichle ME, Kilbourn MR, Wooten GF, Welch MJ. 'N Kwantitatiewe model vir die in vivo assessering van geneesmiddelbindingsplekke met positronemissie-tomografie. Ann Neurol. 1984; 15: 217-227. [PubMed]
19. Lammertsma AA, Hume SP. Vereenvoudigde verwysingsweefselmodel vir PET-reseptorstudies. Neuro Image. 1996; 4 (3 Deel 1): 153-158. [PubMed]
20. Paxinos G, Franklin KBJ. Die muis brein in stereotaksiese koördinate. 2. New York: Academic Press; 2001.
21. Johnson MW, Chotiner JK, Watson JB. Isolasie en karakterisering van sinaptoneurosome uit enkel-rat-hippocampale snye. J Neurosci Metodes. 1997; 77: 151-156. [PubMed]
22. Laemmli UK. Klovering van strukturele proteïene tydens die samestelling van die kop van die bakteriofage T4. Aard. 1970; 227: 680-685. [PubMed]
23. Thomas JR, Salazar W, Landers DM. Wat ontbreek in p <05? Effekgrootte. Res Q Oefening Sport. 1991; 62: 344–348. [PubMed]
24. Cropley VL, Innis RB, Nathan PJ, et al. Klein effek van dopamien vrylating en geen effek van dopamien uitputting op [(18) F] fallypride binding in gesonde mense. Sinaps. 2008; 62: 399-408. [PubMed]
25. Hurley MJ, Jenner P. Wat is geleer uit die studie van dopamienreseptore in Parkinson se siekte? Pharmacol Ther. 2006; 111: 715-728. [PubMed]
26. Smith Y, Villalba R. Striatale en ekstrastriatale dopamien in die basale ganglia: 'n Oorsig van sy anatomiese organisasie in normale en Parkinsoniese brein. Mov Disord. 2008; 23 (Suppl 3): S534-S547. [PubMed]
27. Cepeda C, Buchwald NA, Levine MS. Neuromodulatoriese aksies van dopamien in die neostriatum is afhanklik van die geaktiveerde aminosure-reseptor subtipes geaktiveer. Proc Natl Acad Sci VSA. 1993; 90: 9576-9580. [PMC gratis artikel] [PubMed]
28. Levine MS, Altemus KL, Cepeda C, et al. Modulerende aksies van dopamien op NMDA-reseptor-gemedieerde response word verminder in D1A-deficiënte mutante muise. J Neurosci. 1996; 16: 5870-5882. [PubMed]
29. Umemiya M, Raymond LA. Dopaminerge modulasie van eksitatoriese postsynaptiese strome in rat neostriatale neurone. J Neurofisiolo. 1997; 78: 1248-1255. [PubMed]
30. Dag M, Wang Z, Ding J, et al. Selektiewe eliminasie van glutamatergiese sinapse op striatopallidale neurone in modelle van Parkinson-siekte. Nat Neurosci. 2006; 9: 251-259. [PubMed]
31. VanLeeuwen JE, Petzinger GM, Walsh JP, Akopian GK, Vuckovic M, Jakowec MW. Veranderde AMPA reseptor uitdrukking met tredmolen oefening in die 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-lesion muis model van basale ganglia besering. J Neurosci Res. 2010; 88: 650-668. [PubMed]
32. Hernandez-Echeagaray E, Starling AJ, Cepeda C, Levine MS. Modulasie van AMPA strome deur D2 dopamienreseptore in striatale mediumgrootte spinyneurone: is dendriete nodig? Eur J Neurosci. 2004; 19: 2455-2463. [PubMed]
33. Surmeier DJ, Ding J, Dag M, Wang Z, Shen W. D1 en D2 dopamien-reseptormodulasie van striatale glutamatergiese sein in striatale medium-spinyneurone. Neigings Neurosci. 2007; 30: 228-235. [PubMed]
34. Calabresi P, Mercuri NB, Sancesario G, Bernardi G. Elektrofisiologie van dopamien-gedeneerde striatale neurone. Implikasies vir Parkinson se siekte. Brein. 1993; 116 (Deel 2): 433-452. [PubMed]
35. Ballon B, Frenois F, Zold CL, Chetrit J, Murer MG, Gonon F. D2 reseptor stimulasie, maar nie D1, herstel striatale ewewig in 'n rotsmodel van Parkinsonisme. Neurobiol Dis. 2009; 35: 376-384. [PubMed]

36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Synaptiese plastisiteit en fisiologiese interaksies tussen dopamien en gluta