التمرين يرفع مستقبل دوبامين D2 في نموذج فأر لمرض باركنسون في التصوير باستخدام الجسم الحي مع (18F) fallypride (2010)

تعليق: في نموذج فأر مصاب بمرض باركنسون ، أدت تمرين المطحنة إلى زيادة مستقبلات الدوبامين D2. تسبب الإدمان انخفاضًا في مستقبلات D2 وهو سبب جزئي في إزالة التحسس. سبب آخر لممارسة الرياضة.

اضطرابات الحركة

Volume 25، Issue 16، pages 2777-2784، 15 December 2010

مارتا ج.وفوكوفيتش، ماجستير ،1,2 تشيوان تشنغ لى، دكتوراه،3 بيت فيشر، PT ، دكتوراه ،4 أنجيلو ناكا، دكتوراه،5 ريتشارد م، دكتوراه،3 جون ب. والش، دكتوراه،6 جوغيش موخيرجي، دكتوراه،7 سيليا وليامز، بكالوريوس ،2 مايكل جورج جاكوفيتش، دكتوراه،2,4 و جيزيل م. بتزينغر، MD2,4,*
تتوفر النسخة النهائية المعدلة للناشر من هذه المقالة على MOV Disord
انظر المواد الأخرى في PMC ذلك استشهد المادة المنشورة.

ملخص

كان الغرض من الدراسة الحالية هو دراسة التغيرات في تعبير مستقبلات الدوبامين D2 (DA-D2R) ضمن العقد القاعدية للفئران MPTP الخاضعة للتمرين التداريكي المكثف. باستخدام تحليل immunoblotting الغربية من synaptoneurosomes و في الجسم الحي التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) التصوير باستخدام وصلة محددة DA-D2R [18F] fallypride ، وجدنا أن تمارين مفرغة عالية الكثافة أدت إلى زيادة في التعبير DA-D2R المخطط للجراثيم الذي كان أكثر وضوحا في MPTP مقارنة بالفئران المعالجة بالملح. تتوافق التغيرات التي يحدثها التمرين في DA-D2R في العقد القاعدية المستنفدة للدوبامين مع الدور المحتمل لهذا المستقبل في تحوير وظيفة الخلايا العصبية الشوكية المتوسطة (MSN) والانتعاش السلوكي. الأهم من ذلك ، تدعم نتائج هذه الدراسة الأساس المنطقي لاستخدام التصوير PET مع [18F] fallypride لفحص تغيرات DA-D2R في الأفراد المصابين بمرض باركنسون (PD) الذين يخضعون لتدريب حلقة مفرغة عالية الكثافة.

: الكلمات المفتاحية التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ، العقد القاعدية ، المرونة العصبية ، تمارين الجري

يحسن التمرين أداء المحرك في المرضى الذين يعانون من مرض باركنسون (PD).1-3 توفر النماذج الحيوانية ، مثل ماوس 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) ، أداة حاسمة للتحقيق في الآليات الجزيئية للتحسين الناجم عن التمارين الرياضية في السلوك الحركي.4-6 تعتبر مستقبلات الدوبامين D1 و D2 (DA-D1R و DA-D2R) هي الأهداف الرئيسية للدوبامين على الخلايا العصبية الشوكية المتوسطة المخطط (MSN) وتعديل الخصائص الفيزيولوجية والإشارات الخلوية. على وجه التحديد ، يلعب DA-D2R دورًا رئيسيًا في الاكتئاب طويل المدى (LTD) ، وهو شكل من اللدونة المشبكية التي تتضمن تكامل الناقل العصبي للجلوتاميرات والدوبامين مما يؤدي إلى ترميز وظيفة الحركة في المخطط الجانبي الظهاري. نظرًا لدور DA-D2R في التحكم في المحرك ، سعينا لفحص ما إذا كان التحسن المعزز للتمرينات في وظيفة الحركة يرجع جزئيًا إلى الزيادة في تعبير DA-D2R المخطط.

التصوير المقطعي للانبعاث البوزيتروني (PET) - يتيح التصوير بالموجات الراديوية DA-D2R القدرة على إجراء دراسات طولية حول تأثير التمرينات في البشر. وقد حاولت الدراسات السابقة مع التمارين الرياضية لقياس إطلاق الدوبامين في الأفراد العاديين7 ولا تغيير في ملزمة [11وقد لوحظ وجود Raclopride ، مما دفع المؤلفين إلى اقتراح حدوث تغير طفيف في مستويات الدوبامين. ومع ذلك ، لم يتم دراسة آثار التمرين على تعبير DA-D2R والنشاط المتشابك. و ligand التصوير PET18F] fallypride هو أداة ممتازة لفحص ذلك نظرًا لاختلافه وخصائصه العالية لكل من DA-D2R و DA-D3R ، وعلى عكس [11C] raclopride ، فإنه ليس من النازحين بسهولة من مستويات خط الأساس من الدوبامين الذاتية.7-10 تم تأكيد ذلك من خلال المعالجة الأولية للحيوانات (لاستنفاد الدوبامين الداخلي) الذي لم يكن له أي تأثير على18F] fallypride binding،9,11 لكن زيادة كبيرة [11ج] راكليلوبريدي ملزمة8 الذي تم نسبه إلى تغيير في تقارب الارتباط الظاهري (Kd) بدلا من رقم مستقبل (Bماكس).

كإمكانية الربط (BP) لـ [18F] fallypride مقاومة للتغيرات بسبب نضوب الدوبامين ، مما يشير إلى تأثير ضئيل على Kd or Bماكس في الخط الأساسي أو الحالة المستنفدة ، استخدمنا [18F] fallypride لاختبار فرضيتنا بأن زيادة DA-D2R في نموذج فأر MPTP مع تمرين مكثف.9,10,12,13 وعلاوة على ذلك ، لدعم تدابير التصوير PET لدينا ، استخدمنا تقنية تكميلية للتحليل المناعي الغربي من الاستعدادات synaptoneurosomal لقياس التغيرات في تعبير بروتين DA-D2R على مستوى المشبك في نفس الحيوانات. نبلغ هنا عن آثار التمرين على تعبير DA-D2R و [18F] fallypride في مجموعات من الفئران المعالجة إما بمحلول ملحي أو MPTP.

طرق

الحيوانات ومجموعات العلاج وإدارة MPTP

كان C57BL / 6 ذكر الفئران 8 أسابيع (المختبرات تشارلز ريفر ، ويلمنجتون ، MA) مجموعة السكن في غرفة تسيطر عليها درجة الحرارة تحت 12 ح الضوء / 12 ح الظلام دورة. تم تنفيذ جميع الإجراءات وفقا لدليل المعاهد الوطنية للصحة للرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية كما وافق عليها USC IACUC. تم استخدام ما مجموعه فئران 164 في أربع مجموعات معالجة: محلول ملحي (1) (n = 42) و (2) بالإضافة إلى تمرين (n = 55) و (3) MPTP (n = 57) و (4) MPTP plus تمرين (n = 42). للحصول على الآفة ، تلقت الفئران أربعة حقن داخل الصفاق من 20 mg / kg MPTP (حرة القاعدة ؛ Sigma-Aldrich ، St. Louis ، MO) الذائبة في 0.9٪ محلول ملحي ، على فترات 2-h أو أربع حقن داخل الصفاق من 0.1 ml 0.9٪ NaCl كما السيطرة. تم التحقق من صحة الآفة بواسطة تحليل HPLC لمستويات الدوبامين المخطط لها. في 10 أيام بعد إدارة MPTP ، كان هناك استنفاد دوبامين 82.2٪ في الفئران MPTP (48.0 ± 8.4 ng / mg من البروتين) مقارنة مع الفئران المالحة (269.5 ± 24.9 ng / mg من البروتين). في نهاية الدراسة ، لم يكن هناك اختلاف كبير في مستويات الدوبامين المخطط بين MPTP زائد الفئران ممارسة (69.8 ± 11.7 نانوغرام / ملغ من البروتين) مقارنة مع MPTP (77.9 ± 12.0 نانوغرام / ملغ من البروتين). ومع ذلك ، كان هناك زيادة معنوية في الدوبامين المخطط في فئران التمارين المالحة زائد الفئران (315.2 ± 9.0 ng / mg من البروتين) مقارنة بالمحلول الملحي (246.9 ± 19.8 ng / mg من البروتين) (F(3,16) = 7.78؛ P <0.05).

ممارسة مفرغة

بدأ التمرين 5 يومًا بعد التقرح. تم تدريب الفئران من مجموعتي التمرين (تمرين زائد المالحة والتمرين MPTP زائد) على جهاز الجري 100-cm (Exer 6M، Columbus Instruments، OH) بسرعات متزايدة لأسابيع 6 (أيام 5 / الأسبوع) للوصول إلى المدة من 60 دقيقة / يوم وسرعة 18 – 20 m / min.5,6

التصوير بالرنين المغناطيسي

تم الحصول على صورة رنين مغناطيسي مرجعية ثلاثية الأبعاد (MRN) ذات حجم مغناطيسي من ذاكرة فأر بواسطة نظام 1-T micro-MRI (Bruker Biospin، Billerica، MA). كانت معلمات الحصول على الصور هي: TE = 7 ms ، و TR = 46.1 ms ، وسمك شريحة 6292.5-mm ، وسمك سماكة 0.4-mm ، و 0.45 × 128 × 128 matrix size.

الكيمياء الإشعاعية

توليف [18أجريت F] fallypride كما هو موضح سابقا من خلال رد فعل استبدال النيوكليوفيلية من السلائف tosyl مع [18F] باستخدام جهاز كيميائي راديوي مخصص.12 تم تحقيق التنقية من خلال HPLC الطور العكسي على عمود Cenomex (C8) Phenomenex لونا باستخدام أسيتونتريل ومخزن فوسفات الصوديوم كمرحلة متحركة (2: 55). تم قياس الامتصاصية فوق البنفسجية في 45 نانومتر و AUFS 254. الذروة المشعة (فترة الاحتفاظ 0.05 min) المقابلة لـ [18F] fallypride ، تم جمعها وإزالة المذيب على المبخر الدوار. تم اختبار المنتج النهائي للتحصين ، العقم ، الرقم الهيدروجيني ، وإزالة المذيبات العضوية بواسطة اللوني للغاز. تم تقييم النشاط المحدد والنقاء الكيميائي الإشعاعي باستخدام نظام HPLC Waters باستخدام C8 (2) Phenomenex لونا التحليلي. كان النشاط المحدد في نطاق 3,000 – 12,000 Ci / mmol.

قياسات PET وتحليل الصور

تم استخدام 20 الفئران للتصوير PET (ن = 6 المالحة ، ن = 3 المالحة بالإضافة إلى ممارسة ؛ ن = 5 MPTP ؛ و ن = 6 MPTP بالإضافة إلى ممارسة). تم الحصول على المسح الضوئي باستخدام ماسح ضوئي Concorde microPET R4 (CTI Concorde Microsystems، Knoxville، TN) مع بروتوكول اقتناء وضع قائمة 60-min بعد فحص انتقال 20-min للتصحيح التوهين مع 68مصدر قه. [18تم حقن F] fallypride (10.92 – 11.28 MBq) عبر الوريد الذيل (بلعة واحدة) في بداية فحص الانبعاثات. تم تخدير الفئران باستخدام 2٪ isofluorane و 98٪ oxygen. تم فرز بيانات وضع القائمة الديناميكية إلى sinograms مع إطارات 26 (6 × 20 ثانية و 4 × 40 ثانية و 6 × 1 min و 10 × 5 min) وأعيد تكوينها بواسطة تكرارين لـ OSEM (ترتيب تكبير توقعات المجموعات الفرعية) يليه 18 تكرارات خوارزمية إعادة الإعمار (MAP) (الحد الأقصى لاحقة) إعادة الإعمار.14 تم اقتصاص الصور المعاد احتواؤها لاحتواء الرأس وتقريبه خطيًا في Z-التوجيه لإنتاج صورة 128 128 63 مع 0.4 0.4 × 0.43 voxels. تم حساب صور الإلتصاق عالية الدقة (BP) للمخطط من الصور الديناميكية المعاد بناؤها باستخدام نموذج مرجعي متعدد الأنسجة15 ولوغان المؤامرات16 مع النشاط العالي في المخطط ونشاط منخفض جدا في المخيخ (المنطقة المرجعية). تم تعريف المناطق التشريحية ذات الأهمية (المخططة والمخيخ) يدويا في كل من نصفي الكرة الأرضية في صور الحيوانات الأليفة الأساسية مع التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام Rview (الإصدار 8.21Beta).17 الكمي لربط محدد لـ [18تم إجراء F] fallypride في مخطط الفأرة باستخدام قيمة BP التي توفر مقياسًا لنسبة الارتباط المحدد / غير المحدد عند التوازن.18,19 لإثبات خصوصية ملزمة في المخطط المخطط ، تم حصاد أربعة الفئران 60 دقيقة بعد حقن يجند ، وأدمغتها تتجمد بسرعة في النيتروجين السائل ، مقسمة على سمك 30-μm ، والأقسام التي تم اختيارها لمصمم فوسفو (Typhoon 9200 ، GE Healthcare Inc. ، بيسكاتواي ، نيو جيرسي) (التين 1). وقد أظهرت الدراسات ذلك [18F] fallypride يرتبط بشكل خاص بـ DA-D2R ، وبما أن DA-D3R قليل جدًا في المخطط ، يشير الربط إلى DA-D2R الإشغال.9,10,12,13

تين. 1 

[18F] تظهر Fallypride خصوصية عالية للمختبر المخطط. تعرض اللوحة اليسرى عرضًا تشريحيًا لقسم الاكليل على المستوى التقريبي bregma 0.20. تعرض اللوحة اليمنى مصورًا أصليًا تمثيليًا مع وضع العلامات المكثفة المطابقة ...

مجموعة الأنسجة ل HPLC وتحليل البروتين

في نهاية الدراسة ، تمت إزالة العقول بسرعة وتشريح المخطط الظهري الطازج المقابل للمناطق التشريحية من bregma 1.2 إلى 0.6 مع الجسم الثفني كحدود ظهري ، والجانب الوحشي للجسم الثفني كحدود جانبية ، وفوق الصوار الأمامي. الحدود البطنية.20

تحليل HPLC للدوبامين ومستقلباته

تم تحديد مستويات الدوبامين في المجانسة النسيجية (n = 4 لكل مجموعة) بواسطة HPLC مع الكشف الكهروكيميائي.6 يتألف النظام من جهاز أخذ العينات التلقائي من وكالة الفضاء الأوروبية (ESA ، Chelmsford ، MA) ومجهز بعمود 150 3.2 مم في المرحلة العكسية C-18 (قطر 3μm) و CoulArray 5600A (ESA ، Chelmsford ، MA) ، مزود بأربع خلية تحليلية للقنوات مع إمكانات محددة في −75 و 50 و 220 و 350 mV.

تحليل Immunoblot الغربية

تم تحليل تأثير التمرين على التعبير المتشابك من DA-D1R و DA-D2R في الاستعدادات synaptoneurosome الطازجة من ثمانية المخطط الظهاري المشترك المجاميع.21 تم تنفيذ هذا الإجراء على ثلاث مجموعات من الفئران لمجموع من الفئران 24 لكل مجموعة تجريبية (ن = 3 preps لكل مجموعة). تعبير نسبي للبروتينات لـ DA-D1R (~ 50 kDa) ، DA-D2R (~ 50 kDa) ، التيروزين hydroxylase (58 kDa) ، ناقل الدوبامين (68 kDa) ، α-tubulin (50 kDa) (للتحكم في التحميل) تم تحليلها من قبل immunoblot الغربية22 باستخدام الأجسام المضادة الأولية المتاحة تجاريا (الأضداد multicylal الأرنب والأرانب أحادية النسيلة ، ميليبور ، تيميكولا ، كاليفورنيا). تم تصور عصابات البروتين عن طريق تقارب الأضداد الماعز المضادة للأرانب أو المضاد للفأر الثانوي مترافق مع IRDye680 أو IRDye800 (روكلاند ، جيلبرتسفيل ، PA). تم الكشف عن إشارة الفلورسنت عن طريق مسح المرشح في منصة LI-COR Odyssey بالقرب من التصوير بالأشعة تحت الحمراء وتحديده باستخدام برنامج Odyssey 2.1 (LI-COR Biotechnology، Lincoln، NE). تظهر النتائج على هيئة مستويات تعبير نسبي مقارنة بالمجموعة المالحة (تم ضبطها على 100٪).

التحليل الإحصائي

الاختلافات بين المجموعات في BP من [18تم تحليل F] fallypride ، DA-D1R ، ومستويات بروتين DA-D2R باستخدام تحليل اتجاهين للتغاير (ANOVA) مع العلاج بين عامل الموضوع (المالحة مقابل MPTP) ، وممارسة كما في عامل الموضوع (لا تمرين مقابل. ممارسه الرياضه). للحصول على أفضل اختبار سرعة جهاز الجري ، تم استخدام الوقت بين عامل الموضوع (الأسبوع 1 ، 2 ، إلخ) ، وتم استخدام العلاج كعامل موضوع (المالحة مقابل MPTP). تم استخدام اختبار Bonferroni post hoc لتصحيح مقارنات متعددة عند تقييم أهمية الاهتمام. تم تعيين مستوى أهمية ل P <0.05. لاستكشاف الأهمية العملية لاختلافات المجموعة ، تم حساب تقدير لحجم الفروق بين المجموعات باستخدام حجم التأثير (ES) (ES = متوسطمجموعة 1 - تعنيمجموعة 2/ SDالمجمعة). يعكس ES تأثير العلاج داخل مجموعة من الاهتمامات ويتم الإبلاغ عنها وفقًا لمعايير محددة مثل صغيرة (<0.41) أو متوسطة (0.41-0.70) أو كبيرة (> 0.70).23 تم إجراء التحليل باستخدام Prism5 لنظام Windows (GraphPad ، سان دييغو ، كاليفورنيا).

النتائج

تمرين مفرغ عالي الكثافة تمرين سلوك محسَّن في الفئران MPTP-Lasioned

قبل MPTP-lesioning وبدء التمرين ، كان متوسط ​​السرعات الأساسية لكل الفئران في مجموعتي تمرين متشابهين (تمرين زائد المالحة: 11.7 ± 1.1 m / min ، والتمرين MPTP plus: 11.2 ± 1.1 m / min). ساعد التمرين اليومي لأسابيع 6 على تحسين سرعات جهاز الجري الأقصى في كل من مجموعتي التمرين مع فئران التمرين زائد المالحة التي تعرض سرعة قصوى أكبر بكثير مقارنة بالفئران ممارسة MPTP زائد في الأسابيع 1 من خلال 4 (التين 2). ومع ذلك ، كان لدى الفئران ممارسة MPTP بالإضافة إلى سرعات حلقة مفرغة مماثلة مثل الفئران ممارسة زائد المالحة في الأسبوع 5 (ممارسة MPTP زائد: 17.2 ± 3.6 م / دقيقة والممارسة زائد المالحة: 22.0 ± 1.5 م / دقيقة) والأسبوع 6 (19.2 ± 1.2 م / min و 22.2 ± 0.9 m / min ، على التوالي). كما ذكرت سابقا ، لم تظهر الفئران MPTP-lesioned التي لم تخضع لتدريب حلقة مفرغة أي استرجاع عفوي للسلوك الحركي مع سرعتها القصوى من 7.0 ± 0.3 م / دقيقة في نهاية فترة ممارسة 6- أسبوع.5

تين. 2 

تعمل التمارين على تحسين سلوك المحرك في ماوس MPTP. تم اختبار الحد الأقصى لسرعة تشغيل الأملاح المالحة (n = 12) و MPTP (n = 12) على جهاز المشي الدائري في نهاية كل أسبوع. تم قياس سرعات حلقة مفرغة الأساس قبل lesioning MPTP. ...

تمرين مفرغه عالية الكثافة زيادة DA-D2R Striatal ولكن ليس DA-D1R بروتين

تمارين مفرغة عالية الكثافة تأثرت بشكل تفاضلي DA-D2R ومستويات DA-D1R في المستحضرات synaptoneurosomal من المخطط الظهري كما هو موضح في تحليل لطخة غربية (التين 3). كان لدى الفئران ممارسة MPTP زائد زيادة 48.8 ٪ في DA-D2R مخطط مقارنة مع الفئران MPTP (الشكل. 3B) ، والتفاعل الكبير بين التمرين والتأثير MPTP على مستوى بروتين DA-D2R (F(1,8) = 6.0؛ P <0.05). على العكس من ذلك ، لم يكن هناك تأثير على ممارسة الرياضة على مستويات بروتين DA-D1R بين المجموعات (الشكل. 3A; F(1,8) = 0.1، P = 0.78). MPTP lesioning وحده لم يغير بشكل كبير إما DA-D2R (F(1,8) = 0.0؛ P = 0.88) أو تعبير DA-D1R (F(1,8) = 0.0؛ P = 0.92). بالإضافة إلى ذلك ، واثنين من علامات البروتين مختلفة من سلامة ألياف دوبرين الدماغ المتوسط ​​، التيروزين هيدروكسيلاز (TH. الشكل. 3C) وناقل الدوبامين (DAT؛ الشكل. 3D) ، أظهرت أن MPTP انخفض بشكل ملحوظ البروتين TH THF(1,8) = 757.3؛ P <0.05) وتعبير DAT (F(1,8) = 218.0؛ P <0.05).

تين. 3 

ممارسة انتقائي لأعلى ينظم DA-D2R ولكن ليس البروتين DA-D1R المخطط. فريق (A) يبين تحليل مناعي غربي من الاستعدادات synaptoneurosome من المخطط الظهري ل DA-D1R البروتين. لم يكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية بين ...

تمارين الجري عالي الكثافة تمرين زيادة معدل الارتجاج18F] Fallypride Binding Potential (BP)

في حين أن التحليل الغربي للخبث المناعي للتعبير عن بروتين المستقبلات يقاس إجمالي حاتمات الأجسام المضادة (كل من المخازن السطحية والخلوية الداخلية) ، في الجسم الحي التصوير بتقنية PET مع جهاز الإشعاع DA-D2R المحدد بدقة18F] يمكن أن يحدد fallypride تأثيرات التمرين على توافر DA-D2R لربط الربيطة (التين 4). كشف التحليل الإحصائي أنه كان هناك تأثير كبير للتمرينات الرياضية (F(1,16) = 12.3؛ P <0.05) وكذلك آفة MPTP (F(1,16) = 160.3؛ P <0.05) مع عدم وجود تفاعل كبير بين MPTP والتمرين (F(1,16) = 3.5؛ P = 0.07) على [18F] fallypride BP. أظهر تحليل Bonferroni post hoc فرقاً كبيراً في قيم BP بين MPTP و MPTP بالإضافة إلى فئران التمرين (t = 1.1، Df = 1، 16؛ P <0.01) ، ولا يوجد فرق كبير بين فئران التمارين المالحة والمالحة بالإضافة إلى الفئران (t = 4.1، Df = 1، 16؛ P > 0.05). على وجه التحديد ، حققت الفئران MPTP plus زيادة بنسبة 73.1٪ في [18F] fallypride BP مقارنة بالفئران MPTP (متوسط ​​قيم BP لـ MPTP بالإضافة إلى التمرين: 7.1 ± 0.7 ؛ متوسط ​​قيم BP للفئران MPTP: 4.1 ± 0.3) (الشكل. 4B). بالإضافة إلى ذلك ، كان لدى فئران التمارين المالحة بالإضافة إلى تمارين زيادة بنسبة 8.2٪ في [18F] fallypride BP (13.2 ± 1.0) مقارنة بالفئران المالحة (12.2 ± 0.3). بالتوافق مع هذه النتائج ، كشفت حسابات "حجم التأثير" تأثير تمرين أكبر بين مجموعات MPTP (ES = 2.61) من تلك التي لوحظت بين مجموعات المالحة (ES = 0.94).

تين. 4 

التمرين يزيد انتقائيًا [18F] felipride الربط المحتملة (BP) في مخطط الفئران MPTP. فريق (A) عروض [18F] صور ممثل felipride BP في الاتجاه الاكليلية (الجانب الأيسر) والتوجه الأفقي (الجانب الأيمن). شريط مقياس ...

مناقشة

توضح هذه الدراسة أن تمارين الدرس عالية الكثافة تؤدي إلى زيادة في18F] fallypride BP (DA-D2R توافر) في مخطط الفئران المعالجة MPTP. وبالعكس ، لم يكن هناك أي تغير ملحوظ في مستويات الدوبامين الإجمالية في المراحل بين ممارسة MPTP زائد مقارنة مع MPTP لا تمارس الفئران. [18F] fallypride هو خصم DA-D2 / D3R انتقائي للغاية والذي تعكس BP في الجسم الحي قياس المستقبلات المتاحة (Bماكس)/قابلية الارتباط (Kd). كما DA-D2Rs هي النوع الفرعي لمستقبلات الدوبامين السائدة داخل المخطط الظهري ، وهي الزيادة التي يحدثها التمرين في [18F] fallypride BP تمثل زيادة في عدد DA-D2R وتدعمها زيادة في تعبير البروتين باستخدام immunoblotting الغربية ودراساتنا السابقة تظهر زيادة في التعبير الدال المميت DA-D2R mRNA باستخدام كيمياء النسيجة التهجين في الموقع.5 هذا التفسير لارتفاع BP مدعوم أكثر بحقيقة أن تشريد [18من غير المرجح أن تحدث fpylypide بواسطة الدوبامين في الفئران MPTP مع بقاء مستويات الدوبامين منخفضة.24 وبالتالي ، التغييرات في تقارب الربط الواضح (Kd) لا يكاد يذكر والتي من غير المحتمل أن تؤثر BP. قد يعكس التأثير المعزز للتمرينات في فئران MPTP محاولة الدماغ المصاب بتحسين النقل العصبي الدوباميني من خلال زيادة عدد المستقبلات بينما تبقى مستويات الدوبامين مستنفدة. زيادة استجابة الفئران MPTP لممارسة يكشف عن إمكانات أكبر من الجرحى في مقابل الدماغ سليمة للخضوع المرونة العصبية ، والتي قد لا تكون ضرورية عندما تكون الدوائر المخطط لها سليمة. تشير حقيقة أن مستويات الدوبامين لا تتغير بشكل كبير مع التمرين في فئران MPTP إلى أن التغييرات التعويضية في DA-D2R تعتبر حاسمة لأداء المحرك المحسن ذي الصلة بالتدريب.

باستخدام التصوير PET ، لاحظنا انخفاضا في DA-D2R BP بعد الآفة MPTP نسبة إلى الفئران المعالجة بالملح. وكان هذا على النقيض من immunoblotting الغربية التي لوحظت أي تغيير في التعبير البروتين DA-D2R. يوجد DA-D2R في توازن ديناميكي بين الأجزاء السطحية والخلايا الداخلية ، مع عدم توفر الأخير بشكل عام للارتباط بشبكات الإشعاع الشمسي PET. في الحالة المستنفدة للدوبامين ، قد تؤدي الآليات التعويضية إلى تغيرات في تجمع داخل الخلايا لـ DA-D2R ، والتي قد تكون غير متاحة لـ [18F] fallypride ملزمة ولكن متاحة للكشف في immunoblotting الغربية.

على عكس النتائج التي توصلنا إليها ، تم الإبلاغ عن زيادة تعويضية في DA-D2R لدى الأفراد الذين يعانون من PD وبعد إعطاء MPTP في الرئيسيات غير البشرية ، أو 6-OHDA في الجرذان.25 في الأدب ، يقال أن فقدان DA-D2Rs يرجع إلى انحطاط الخلايا العصبية الدوبامينية ، في حين أن الزيادة في DA-D2Rs ناتجة عن زيادة التعبير عن المطاريف الدوبامينية المتبقية و / أو زيادة التوليف داخل الخلايا العصبية للخلايا العصبية أو الممرضات الداخلية الكولينية. قد يكون هذا التناقض بين دراسة PET لدينا ، وتلك المتعلقة بالأدبيات ، بسبب الاختلافات في شدة الآفة بين الدراسات.11 على وجه التحديد ، قد يكون فقدان عدد أكبر من DA-D2Rs قبل المشبكي من خلال فقدان الخلايا الناجم عن MPTP كافياً لتعويض أي تغييرات تعويضية ما بعد التضمين الناجمة عن الآفة وحدها. بدلاً من ذلك ، قد يكون عدم قدرتنا على ملاحظة زيادة في DA-D2R BP ومستويات التعبير في فئران MPTP (عدم التمرين) ناتجة عن استعادة متواضعة لمستويات الدوبامين في نهاية الدراسة (82٪ dopamine depletion في 10 يوم مقابل 68 النسبة المئوية للنضوب في 42 من أيام التعداد). ومع ذلك ، فمن غير المرجح أن الفئران ممارسة MPTP زائد ، والتي أظهرت أيضا استعادة صغيرة من الدوبامين (لا تختلف كثيرا عن MPTP لا تمارس أي فئران) زيادة DA-D2R BP.

يتم التعبير عن غالبية DA-D1Rs و D2Rs في العمود الفقري شجيري من MSNs مع مستقبلات إضافية أعرب عن interneurons cholinergic ونهايات من الخلايا العصبية glutamatergic والدوبامين التي تنشأ من القشرة (أو المهاد) و materialia nigra pars compacta ، على التوالي.26 يتمثل أحد الأدوار الرئيسية للدوبامين في تعديل الناقل العصبي للالتهاب الوريدي في المكورات القشرية أو المهادية عند مرض التصلب العصبي المتعدد. يتم تعزيز النقل العصبي الجلوتاماتيكي من خلال DA-D1Rs وتناقص من خلال DA-D2Rs.27-29 في ظل ظروف استنفاد الدوبامين ، يتم فقدان الشوك و الوصلات المشبكية بشكل انتقائي على DA-D2R المحتوي على MSN من المسار غير المباشر.30 ترافق هذه الخسارة مع حالة فرط الاستثارة داخل MSNs بسبب زيادة neurotransmission القوارصية.31-33 في النماذج الحيوانية من PD ، يرتبط هذا المحرك المتزايد للجلوتاماتيك بالسلوك الحركي الشبيه بالمركب الشوكي.34 إن تخفيف هذه الحالة المفرطة الحساسية من خلال تطبيق الدوبامين أو ناهضاته يؤدي إلى انحسار عجز في المحركات الهوائية.35,36 في ضوء هذه التقارير والنتائج التي توصلنا إليها ، افترضنا أن فوائد التمرين عالي الكثافة هي تعزيز التشوير الدوباميني من خلال زيادة تعبير DA-D2R في المسار غير المباشر (ولكن ليس المسار المباشر DA-D1R) ولتحسين الوظيفة الحركية من خلال قمع استثارة glutamatergic.

الاستنتاج الرئيسي من دراستنا هو أن التمرين في شكل تشغيل مفرغة مكثفة يسهل المرونة العصبية من خلال زيادة التعبير عن DA-D2Rs المخطط ، وهي عملية واضحة أكثر في الدماغ المصاب. استناداً إلى النتائج التي توصلنا إليها ، نهج PET التصوير غير الباضعة مع [18F] يمكن استخدام fallypride للتحقيق في ما إذا كانت التمارين الجراحية المكثفة تؤدي أيضًا إلى حدوث تغييرات في DA-D2R لدى الأفراد المصابين بـ PD. تبرز دراستنا قيمة البحوث قبل السريرية في النماذج الحيوانية لاستنفاد الدوبامين وأهمية البحوث متعدية لتوفير كل من المنطق والبصيرة نحو فهم التصوير ودراسات ممارسة في الأفراد مع PD.

شكر وتقدير

تم دعم هذا العمل من خلال منحة من برنامج USC CTSI Full Pilot Grant ، وأموال سخية من مؤسسة مرض باركنسون ، و Team Parkinson (لوس أنجلوس) ، و Parkinson Alliance ، ومجموعة Whittier Parkinson Education Group ، و NINDS RO1 NS44327-1 ، و NIA ( AG 21937) والجيش الأمريكي NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV هو من الحاصلين على زمالة برنامج الدراسات العليا بجامعة نيويورك للعلوم العصبية. نود أن نشكر ريان بارك والدكتور بيتر كونتي من مركز تصوير الحيوانات الصغيرة USC للمساعدة في التصوير بالميكروبات الصغيرة والدكتور ريكس موتس من مركز أبحاث الحيوانات الصغيرة في معهد سابان للأبحاث للمساعدة في التصوير بالرنين المغناطيسي للماوس. نود أن نشكر Yi-Hsuan (Lilian) Lai للمساعدة في ممارسة التمارين الرياضية ، و Avery Abernathy لخبرته في تحليل HPLC. نحن ممتنون لأصدقاء مجموعة أبحاث مرض باركنسون للأمراض المنقولة جنسيا بما في ذلك جورج وماريلو بون ، والتر وسوزان دونيغر ، وروبرتو غونزاليس لدعمهم السخي.

الحواشي

 

تعارض مصالح محتمل: لا يوجد شيء للإبلاغ عنه.

تمت إضافة ملاحظة في الإثبات: تم نشر هذا المقال عبر الإنترنت على 19 October 2010. تم تحديد خطأ لاحقًا. يتم تضمين هذا الإشعار في الإصدارات عبر الإنترنت والطباعة للإشارة إلى أنه تم تصحيح كليهما.

افصاحات مالية USC علم الأعصاب برنامج الدراسات العليا زمالة الجدارة (MV) ، NINDS RO1 NS44327-1 (MV ، CW ، JW ، MJ و GP) ، برنامج USC CTSI Full Pilot Grant (QL، AN، MJ، GP).

أدوار المؤلف: جميع المؤلفين كان لهم دور فعال في توليد هذه المخطوطة. فكرة المشروع البحثية: GP، BF، MJ، RL، JW. تنفيذ المشروع: MV، QL، AN، CW، MJ، GP. جمع البيانات والمعالجة والتحليل الإحصائي: MV، QL، BF، AN، RL، MJ، GP. إعداد المخطوطات: MV، QL، BF، RL، JW، MJ، GP.

مراجع حسابات

1. Bergen JL، Toole T، Elliott RGr، Wallace B، Robinson K، Maitland CG. يحسن تدخل التمارين الرياضية من القدرة الهوائية وبدء الحركة في مرضى مرض باركنسون. NeuroRehabilitation. 2002، 17: 16-168. [مجلات]
2. Comella CL، Stebbins GT، Brown-Toms N، Goetz CG. العلاج الطبيعي ومرض باركنسون: تجربة سريرية خاضعة للرقابة. الأعصاب. 1994 و 44 (3 Part 1): 376 – 378. [مجلات]
3. Schenkman M، Hall D، Kumar R، Kohrt WM. تمرين التحمل لتحسين مستوى حركة الأشخاص المصابين بمرض باركنسون: ثلاثة تقارير حالة. فيز ث. 2008، 88: 63-76. [مجلات]
4. Pothakos K، Kurz MJ، Lau YS. التأثير التصالحي لممارسة التحمل على العجز السلوكي في نموذج الفئران المزمنة لمرض باركنسون مع تنكس عصبي شديد. BMC Neurosci. 2009، 10: 1-14. [بك المادة الحرة] [مجلات]
5. Fisher BE، Petzinger GM، Nixon K، et al. الاسترداد السلوكي الناجم عن التمرين والمرونة العصبية في العقد القاعدية للماوسوم 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-lesioned. J Neurosci Res. 2004، 77: 378-390. [مجلات]
6. Petzinger GM، Walsh JP، Akopian G، et al. تأثيرات تمارين جهاز المشي على انتقال الدوبامينات في نموذج فأر 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-lesioned من إصابة العقد القاعدية. ي Neurosci. 2007، 27: 5291-5300. [مجلات]
7. Wang GJ، Volkow ND، Fowler JS، et al. دراسات PET من آثار التمارين الهوائية على إطلاق الدوبامين الجنين. J Nucl Med. 2000، 41: 1352-1356. [مجلات]
8. Ginovart N، Farde L، Halldin C، Swahn CG. تأثير استنزاف الدوبامين المتسبب في ريسيربين على [11C] ربط راكلوبرايد لمستقبلات الدوبامين D2 في دماغ القرود. تشابك عصبى. 1997، 25: 321-325. [مجلات]
9. Mukherjee J، Christian BT، Narayanan TK، Shi B، Mantil J. تقييم لمستقبلات الدوبامين D-2 من قبل كلوزابين وريسبيريدون وهالوبيريدول في الجسم الحي في دماغ القوارض وغير البشرية باستخدام 18F-fallypride. Neuropsychopharmacology. 2001، 25: 476-488. [مجلات]
10. Honer M، Bruhlmeier M، Missimer J، Schubiger AP، Ametamey SM. التصوير الديناميكي لمستقبلات D2 الجدارية في الفئران باستخدام HIDAC PET رباعية. J Nucl Med. 2004، 45: 464-470. [مجلات]
11. Falardeau P، Bedard PJ، Di Paolo T. Relation between brain do-pamine loss and D2 dopamine receptor density in MPTP monkeys. Neurosci Lett. 1988، 86: 225-229. [مجلات]
12. Mukherjee J، Yang ZY، Brown T، et al. تقييم أولي لمستقبلات الدوبامين D-2 المستقبلة للدهون في أدمغة القوارض وغير البشرية باستخدام ألقاب الراديوليجادة العالية ، 18F-fallypride. Nucl Med Biol. 1999، 26: 519-527. [مجلات]
13. Christian BT، Narayanan TK، Shi B، Mukherjee J. الكميات من مستقبلات الدوبامين D-2 اللاصقة والمستقبلية باستخدام التصوير PET لـ [(18) F] fallypride في الرئيسيات غير البشرية. تشابك عصبى. 2000، 38: 71-79. [مجلات]
14. Qi J، Leahy RM، Cherry SR، Chatziioannou A، Farquhar TH. عالية resuulution 3D إعادة الإعمار صورة Bayesian باستخدام الماسح الضوئي الحيوانات الصغيرة الصغيرة PET. فيز ميد بيول. 1998، 43: 1001-1013. [مجلات]
15. Ichise M، Toyama H، Innis RB، Carson RE. استراتيجيات لتحسين تقدير معلمة المستقبلات العصبية بواسطة تحليل الانحدار الخطي. J Cereb Blood Flow Metab. 2002، 22: 1271-1281. [مجلات]
16. Logan J، Fowler JS، Volkow ND، Wang GJ، Ding YS، Alexoff DL. نسب حجم التوزيع دون أخذ عينات الدم من التحليل البياني لبيانات PET. J Cereb Blood Flow Metab. 1996، 16: 834-840. [مجلات]
17. Studholme C، Hill DL، Hawkes DJ. التسجيل الآلي ثلاثي الأبعاد للرنين المغناطيسي وصور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني للانبعاثات عن طريق تحسين تعدد الذرات لمقاييس تشابه فوكسل. ميد فيز. 1997، 24: 25-35. [مجلات]
18. Mintun MA، Raichle ME، Kilbourn MR، Wooten GF، Welch MJ. نموذج كمي للتقييم في الجسم الحي لمواقع ارتباط الدواء مع التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. آن نيورول. 1984، 15: 217-227. [مجلات]
19. Lammertsma AA، Hume SP. نموذج نسيج مرجعي مبسط لدراسات مستقبلات PET. Neuroimage. 1996 و 4 (3 Part 1): 153 – 158. [مجلات]
20. Paxinos G، Franklin KBJ. عقل الفأر في الإحداثيات التجسيمي. 2. New York: Academic Press؛ 2001.
21. Johnson MW، Chotiner JK، Watson JB. عزل وتوصيف synaptoneurosomes من شرائح الحصين الجرذ واحد. طرق J Neurosci. 1997، 77: 151-156. [مجلات]
22. Laemmli UK. انشقاق البروتينات الإنشائية خلال تجميع رأس البكتريولوجي T4. طبيعة. 1970، 227: 680-685. [مجلات]
23. Thomas JR، Salazar W، Landers DM. ما هو مفقود في p <05؟ حجم التأثير. الدقة Q Exerc Sport. 1991 ؛ 62: 344-348. [مجلات]
24. Cropley VL، Innis RB، Nathan PJ، et al. التأثير الصغير لإفراز الدوبامين وعدم وجود تأثير لاستنفاد الدوبامين على رابط [(18) F] fallypride في البشر الأصحاء. تشابك عصبى. 2008، 62: 399-408. [مجلات]
25. هيرلي MJ ، جينر P. ما الذي تم تعلمه من دراسة مستقبلات الدوبامين في مرض باركنسون؟ Pharmacol ث. 2006، 111: 715-728. [مجلات]
26. Smith Y، Villalba R. Striatal والدوبامين الخارج عن المستحضر في العقد القاعدية: نظرة عامة على تنظيمه التشريحي في أدمغة طبيعية وباركنسون. موف ديسورد. 2008 و 23 (Suppl 3): S534 – S547. [مجلات]
27. Cepeda C، Buchwald NA، Levine MS. تعتمد الإجراءات العصبية من الدوبامين في neostriatum على الأنواع الفرعية لمستقبلات الأحماض الأمينية الاستثارية المنشطة. Proc Natl Acad Sci USA. 1993، 90: 9576-9580. [بك المادة الحرة] [مجلات]
28. Levine MS، Altemus KL، Cepeda C، et al. يتم تقليل الإجراءات التحويلية من الدوبامين على الاستجابات بوساطة مستقبل NMDA في الفئران متحولة D1A. ي Neurosci. 1996، 16: 5870-5882. [مجلات]
29. Umemiya M، Raymond LA. التعديل الدوباميني للتيارات ما بعد المشع الاستثارية في الخلايا العصبية الفئران الحديثة. ي Neurophysiol. 1997، 78: 1248-1255. [مجلات]
30. Day M، Wang Z، Ding J، et al. إزالة انتقائية من نقاط الاشتباك العصبي الجلدي على الخلايا العصبية للخلية في نماذج مرض باركنسون. نات نيوروسكي. 2006، 9: 251-259. [مجلات]
31. VanLeeuwen JE، Petzinger GM، Walsh JP، Akopian GK، Vuckovic M، Jakowec MW. تعبير مستقبل AMPA تغير مع ممارسة حلقة مفرغة في نموذج الفأر 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-lesioned من إصابة العقد القاعدية. J Neurosci Res. 2010، 88: 650-668. [مجلات]
32. Hernandez-Echeagaray E، Starling AJ، Cepeda C، Levine MS. تعديل تيارات AMPA من قبل مستقبلات الدوبامين D2 في الخلايا العصبية الشوكية المتوسطة الحجم المخطط لها: هي dendrites اللازمة؟ Eur J Neurosci. 2004، 19: 2455-2463. [مجلات]
33. Surmeier DJ، Ding J، Day M، Wang Z، Shen W. D1 and D2 dopamine-receptor modulation of striat glutamatergic signaling in striatal medium spiny neurons. اتجاهات neurosci. 2007، 30: 228-235. [مجلات]
34. Calabresi P، Mercuri NB، Sancesario G، Bernardi G. Electrophysiology of neorbons-denerved-denervated neurons. الآثار المترتبة على مرض باركنسون. الدماغ. 1993 و 116 (الجزء 2): 433 – 452. [مجلات]
35. Ballion B، Frenois F، Zold CL، Chetrit J، Murer MG، Gonon F. D2 stimulation stimulation، but D1، restates striatal equilibrium in a rat model of Parkinsonism. Neurobiol Dis. 2009، 35: 376-384. [مجلات]

36. Calabresi P، Pisani A، Centonze D، Bernardi G. اللدونة متشابك والتفاعلات الفسيولوجية بين الدوبامين والجلوتا