Komentari: Dva molekularna prekidača igraju istaknutu ulogu u svim ovisnostima, uključujući ovisnosti o ponašanju. Jedan naglašavam, zove se DeltaFosB, drugi je CREB, tema ovog članka.
Prije 20 godina, naučnici su se navukli na jedan faktor transkripcije koji reagira na brojne droge koje se zloupotrebljavaju. Hoće li njihov rad dovesti do liječenja?
Autor Kerry Grens
Stephen Mague, diplomirani student na Univerzitetu Pennsylvania, vozi kolica natovarena kavezima za miševe u prostoriju veličine velikog ormara. Soba liči na laboratoriju za razvijanje fotografije, osvijetljena samo crvenim svjetlom i pretrpana malim radnim stolovima i okačenim crnim zavjesama. U hodniku televizijski ekran prikazuje pogled sa video kamere iz unutrašnjosti sobe, gledajući dole na red kutija od pleksiglasa.
Jedna po jedna, ruka u rukavici od lateksa se pojavljuje na ekranu i gura smeđeg miša u svaku kutiju. Životinje jure okolo istražujući uglove; nekoliko pauza u sredini odaje i energično se dotjerati. Mague uslovljava životinje da povežu drogu s jednom stranom komore preko druge, na primjer, onom s prugastim zidovima umjesto čvrstih zidova. Dodavanje droge kao što je kokain u komore čini posao nevjerovatno lakim. Samo jedno izlaganje drogi će to učiniti, kaže diplomirani student Jess Cleck: „Jednom sam miša sjedio 13 minuta i 30 sekundi na strani gdje je prethodno dobio kokain.“
Vremenom, i kod životinja i kod ljudi, izlaganje drogi dovodi do zavisnosti, žudnje i povlačenja kada se lek oduzme. Anksioznost i depresija postaju sve češći, a svi drugi izvori nagrade gube svoju privlačnost jer droga postaje primarni izvor motivacije. Fiziološke promjene kod ljudi s ovisnošću su upečatljive. “Nije da su manje ili više osjetljivi na lijekove, to su različiti ljudi,” kaže Eric Nestler sa Jugozapadnog medicinskog centra Univerziteta Teksas u Dallasu. "Duboko mijenjate prirodu nervnih ćelija."
Silazna spirala od prve navale do trajne ovisnosti uključuje brojne neurobiološke adaptacije: dugotrajnu depresiju na sinapsama, neurodegeneraciju i trajne modifikacije u ekspresiji gena. Međutim, ne postoje dva ista lijeka, jer svaki ima svoje posebnosti. Na primjer, stimulansi kao što su amfetamin i kokain povećavaju grananje neurona u nucleus accumbens, dok morfij ima suprotan učinak.
Klasičan opis djelovanja lijeka na mozak usredsređen je na sistem nagrađivanja, posebno na neurone koji projiciraju ventralno iz ventralne tegmentalne oblasti (VTA) u nucleus accumbens. Ti neuroni oslobađaju dopamin, a alkohol i droge ih pobuđuju direktno ili indirektno. Kada se dopamin isporučuje u nucleus accumbens, on stimuliše zadovoljstvo.
Problem počinje kada, tokom vremena, ovaj sistem počne da nagriza i razvija toleranciju. Ista količina lijeka inducira manje dopaminske odgovore, VTA neuroni se mogu smanjiti, sinaptičke veze se raspadaju, gustoća receptora se mijenja, a ekspresija određenih gena se povećava, posebno onih koji se odnose na anksioznost i depresiju. Ovo je, prema George Koob-u sa Salk instituta u La Jolla, Kalifornija, “tamna strana ovisnosti”, kada zavisnik nastavlja da koristi drogu samo da bi ublažio loše osjećaje ovisnosti.
Džuli Blendi, Mejgov glavni istraživač na Univerzitetu Pensilvanije, Nestler, i drugi pregledavaju bezbroj molekularnih promena koje prate izloženost drogama i zavisnost da bi utvrdili upravo ono što se transkripcijski dešava u mozgu. Gotovo dvije decenije istraživači ovisnosti promatrali su aktivnost jednog transkripcionog faktora: cAMP-response-element-binding protein (CREB). Ovaj protein reaguje na razne droge, uključujući kokain, morfijum, alkohol, amfetamin i nikotin. Međutim, uprkos svom tom vremenu, Nestler kaže: „Sada smo na vrhu ledenog brega u identifikaciji CREB ciljnih“ gena. Ipak, nadaju se da će pronaći tragove za sprečavanje ili popravljanje tih promjena.
Blendy se tačno sjeća kada su rođeni njeni prvi miševi s nedostatkom CREB-a. „Imaju 15 godina“, kaže ona kroz smeh, „rodila sam svoju ćerku [u junu] i dve nedelje kasnije im se rodio prvi mutant.“ U to vrijeme Blendy je bio postdoktor u laboratoriji Gunthera Schutza u njemačkom centru za istraživanje raka u Heidelbergu, i bilo je puno entuzijazma oko nokaut tehnologije. Druge grupe su tražile da koriste miševe.
Međutim, sve se to zaustavilo kada je Schutzova grupa počela da karakteriše miševe. „Shvatili smo da nismo napravili potpuni nokaut“, kaže Blendy. Životinje mutant imale su alternativne oblike spajanja gena CREB, ali se ispostavilo da je to bila slučajna nesreća. CREB nokaut životinje ne prežive perinatalni period. Samo mala količina CREB-a omogućila je ovim mutantima da prežive do odrasle dobi, uz funkcionalne promjene koje bi omogućile istraživačima da ispitaju ulogu CREB-a u brojnim neurološkim aspektima, uključujući učenje, pamćenje, poremećaje raspoloženja i ovisnost.
U to vrijeme, sredinom 90-ih, faktor transkripcije je već bio meta istraživanja ovisnosti. Počelo je 1970-ih s enzimom adenilil ciklazom u locus ceruleusu, području moždanog stabla plavkastog izgleda koje isporučuje norepinefrin u brojne dijelove mozga. Adenilil ciklaza sintetiše cAMP, koji zauzvrat aktivira CREB. Nobelovac Marshall Nirenberg i njegove kolege pružili su dokaze u neuronima locus ceruleusa o "ćelijskoj toleranciji" na morfij. Pokazali su da, dok aktivnost adenilil ciklaze opada nakon izlaganja morfiju, kada se lijek ostavi da inkubira sa stanicama duže od jednog dana, aktivnost adenilil ciklaze se vraća nazad.1 Kada je lijek uklonjen, aktivnost enzima je porasla, što autori tumače kao ćelijsko povlačenje od zavisnosti: “Ovaj fenomen se može uporediti sa apstinencijskim sindromom kod životinja.”
"Duboko mijenjate prirodu nervnih ćelija." -Eric Nestler
Tek više od decenije kasnije, početkom 1990-ih, kada su Nestler, tada na Univerzitetu Yale, i njegova grupa ponovili rezultate in vivo i prešli dva koraka nizvodno od adenilil ciklaze do aktivacije CREB-a. Pokazali su da doza morfija smanjuje fosforilaciju CREB-a (marker aktivacije CREB-a), ali da se ta aktivnost vraća u normalu nakon dužeg izlaganja lijeku.2 „Približno u isto vrijeme“, prisjeća se Nestler, „pitali smo: Locus ceruleus je samo model sistema za opijatni sistem, ali da li drugi neuroni reaguju?" Okrenuo se nucleus accumbensu, grupi neurona koji primaju dopaminergičke inpute iz ventralnog tegmentalnog područja i koji su uključeni u sistem nagrađivanja mozga. Tamo je Nestler pronašao slične rezultate: hronična upotreba morfijuma povećava aktivnost CREB-a.
Miševi s nedostatkom CREB-a u Schtzovoj laboratoriji pružili su priliku da se izmjeri da li je CREB neophodan u procesu ovisnosti. Sa Rafaelom Maldonadom, koji je tada bio na Univerzitetu u Parizu, Blendy je 1996. pokazala da njeni mutantni miševi nemaju simptome povlačenja morfija koje pokazuju normalne životinje.3 „Po definiciji, ovisnost znači prisustvo sindroma ustezanja kada se lijek ukloni “, kaže Blendy. “Pitanje je da li životinje uopće nisu ovisile o drogi?” Blendy je zaključio da je CREB važan u pokretanju ovisnosti. Ali tako jednostavno objašnjenje bilo je previše dobro da bi bilo istinito.
Bill Carlezon, sada vanredni profesor psihijatrije na Harvardovoj bolnici McLean u Belmontu, Mass., bio je postdoktor u Nestlerovoj laboratoriji sredinom 1990-ih, proučavajući kokain u nucleus accumbensu. U to vrijeme nije postojao dobar način da se direktno cilja CREB, pa je Nestlerova grupa razvila virusni vektor s mutiranim oblikom CREB-a koji se takmiči s endogenim CREB-om i blokira njegovu aktivnost. Kada su mutantske životinje dobile kokain, pokazivale su povećanu sklonost prema drogi, dok su kada je CREB bio pretjerano izražen kod životinja, pokazivale su averziju prema njemu.4
Blendy je pronašla slične rezultate nakon što se preselila na Univerzitet u Pensilvaniji 1997. s linijom miša s nedostatkom CREB-a. Kada su ovim životinjama date male doze kokaina (doze dovoljno male da se ne mogu razlikovati od fiziološkog rastvora do životinja divljeg tipa), životinje su pokazale jaku preferenciju za stranu kutije na kojoj su primale kokain.5 „Životinje sa nedostatkom CREB-a pokazuju povećanje nagrade za kokain”, kaže Blendy.
Iako su se Blendyni podaci slagali s rezultatima Nestlera i Carlezona, to su bili nalazi koji su se činili neusklađenim s njenim rezultatima za morfij. Dok se činilo da je nedostatak CREB-a zainteresovao životinje za kokain, s morfijumom je djelovao suprotno. Blendy sumnja da je neslaganje povezano s različitim regijama mozga na koje svaki lijek djeluje. Iako sve droge koje zloupotrebljavaju na kraju povećavaju dopamin u nucleus accumbens, one djeluju kroz različite mehanizme: kokain blokira transportere dopamina u nucleus accumbens, dok morfij dezinhibira dopaminske stanice u ventralnom tegmentalnom području.
Složenost molekularnih promjena koje su uključene u ovisnost o drogama ne prestaje tu. Alkohol i nikotin djeluju drugačije na CREB nego kokain i morfij. Štaviše, drugi faktor transkripcije, DFosB, je reguliran na sličan način kao CREB, ali s suprotnim efektima na ponašanje.6
Odgovor DFosB-a na droge može biti jednako važan za ovisnost kao i CREB, posebno u pogledu dugoročnih promjena. Prema Nestleru, CREB u suštini isporučuje negativne povratne informacije o lijekovima, a DFosB promovira efekte lijekova.
„DFosB se na mnogo načina može posmatrati kao suprotnost CREB-u“, kaže Nestler. Ipak, uz zbunjujuću složenost, oba transkripciona faktora mogu biti regulirana naviše u istoj ćeliji. "Neke ćelije pokazuju CREB aktivaciju, neke indukuju DFosB, a neke se preklapaju", objašnjava Nestler. “To je veoma složen proces koji treba razraditi.”
Uprkos ovim prazninama u znanju, do 1990-ih, naučnici su bili sigurni da je CREB važan u regulisanju efekata zloupotrebe droga. Takođe su shvatili, međutim, da to očigledno nije marker za sve lekove u svim delovima mozga, a kamoli za lečenje. “CREB nikada neće biti terapeutska meta. Previše je važno, previše je sveprisutno”, kaže Blendy.
Odlučila je da skrene nizvodno. Njena grupa prati ekspresiju brojnih ciljnih gena CREB-a tokom procesa ovisnosti o drogama, od početnog izlaganja preko ovisnosti do odvikavanja. “Nadamo se da će neki od meta [gena] za koje je odgovoran biti idealni.”
Jedan nizvodni ciljni gen koji je pokazao najdramatičnije rezultate u diferencijalnoj ekspresiji kroz ove faze je kortikotropin-oslobađajući faktor (CRF, također poznat kao kortikotropin-oslobađajući hormon, CRH). CRF je važan u posredovanju odgovora na stres, ali je također uključen u Koobovu mračnu stranu ovisnosti. „Ono što otkrivamo“, kaže Koob, „a to je posebno tačno za alkohol, opijate i nikotin i možda malo manje za kokain – kada životinje uzimaju mnogo droge, CRF sistem se uključuje i doprinosi prekomernoj količini droge -uzimanje.”
Markus Heilig, klinički direktor u Nacionalnom institutu za zloupotrebu alkohola i alkoholizam, kaže da se čini da je regulacija CRF sistema trajna. „U protekloj godini niz radova prikovan je za glodare da, ako imate dugu istoriju zavisnosti od alkohola, i cikluse intoksikacije i odvikavanja, to će izazvati izuzetno dugotrajne promene u endogenom (CRF) sistemu“, Heilig kaže.
Koob je nedavno pokazao da životinje zavisne od alkohola piju manje tokom odvikavanja kada im je dat antagonist CRF1 receptora.7 „Moglo bi se predvideti da bi [antagonist CRF1 receptora] mogao biti odličan lek za odvikavanje,“ kaže Nestler. Međutim, bilo je teško pronaći antagonist koji je siguran za upotrebu kod ljudi. Klinička ispitivanja jednog lijeka, NBI 30775, prekinuta su prije nekoliko godina nakon što su dva pacijenta razvila povišene nivoe enzima jetre.8 Koob i Heilig, između ostalih, rade na pronalaženju antagonista CRF1 receptora koji se može bezbedno koristiti za lečenje zavisnosti.
U martu ove godine, Heilig je objavio obećavajuće rezultate kod pacova zavisnih od alkohola, pokazujući da je lijek spriječio zavisne životinje da traže alkohol kada su bile izložene stresoru.9 Ako bi se antagonist CRF1 receptora mogao razviti u lijek, kaže Koob, najvjerovatnija primjena bi bila tokom akutne apstinencije.
“CREB nikada neće biti terapeutska meta. Previše je važno, previše je sveprisutno.”-Julie Blendy
Oko 300 milja sjeverno od laboratorije Blendy's Penn, naučnik u sličnoj odjeći, rukavicama i čizmama u bolnici McLean na Harvardu vozi kolica sa životinjama niz hodnik. Ovo su Carlezonovi eksperimentalni pacovi, svaki opremljen elektrodom nalik na antenu hirurški postavljenom na vrh glave. Elektroda dovodi ugodnu stimulaciju, u obliku pravokutnih impulsa električne struje, u centar nagrađivanja mozga. U Carlezonovom uredu pušta video kako miš neprestano vrti kotač kako bi primio struju koja pruža zadovoljstvo. “To se vjerovatno čini kao najbolja stvar ikada. Životinje će to izabrati u odnosu na drogu, hranu, seks – bilo šta”, kaže on.
U određenom trenutku, miš prestaje da okreće kotač kada struja padne ispod frekvencije na kojoj je nagrada smanjena, kaže Carlezon. Kada životinje prođu kroz odvikavanje od kokaina, minimalna količina struje za koju su spremne raditi – njihov „prag nagrade” – raste.10 „Pošto stimulacija nije toliko nagrađujuća tokom odvikavanja, miševima je potrebna veća frekvencija da bi ih dobili raditi [za stimulaciju].“ Carlezonov zaključak: "Mislimo da prave više dinorfina."
Dinorfin je endogeni opioid koji djeluje na k-opioidne receptore i nizvodni je ciljni gen CREB-a. Carlezon je pokazao da kada je funkcija CREB-a ili dinorfina povišena u nucleus accumbensu, kokain je manje koristan, a ponekad čak i odbojan. Ali kada su k-receptori blokirani, efekat nestaje.4 Carlezon sada eksperimentiše sa davanjem antagonista k-opioidnih receptora pacovima koji pate od odvikavanja od kokaina i merenjem da li ovi lekovi mogu da drže stabilne pragove nagrade. Ako antagonisti djeluju, Carlezon kaže da bi oni mogli biti kandidati za liječenje simptoma ustezanja od droge.
Koob i Brendan Walker, također u Scrippsu, koristili su antagonist k-opioidnih receptora, nor-binaltorphimin, kod pacova zavisnih od etanola i otkrili da piju manje. Kod životinja koje nisu bile zavisne, ponašanje u vezi sa pićem se nije promenilo. Walker kaže da podržava ideju da je dinorfin-k-opioidni sistem uključen u "tamnu stranu" ovisnosti11. “Općenito,” kaže Walker, “to je hipoteza – kada su životinje zavisne i vi uklonite alkohol, pojačani negativni efekti tjeraju ih da žele više alkohola. Čini se da ako možemo blokirati taj sistem, onda možemo, u određenom smislu, blokirati motivaciju aninala da prekomjerno konzumira alkohol.”
Charles O'Brien, potpredsjednik psihijatrije na Univerzitetu u Pennsylvaniji i direktor Centra za studije o ovisnosti, kaže da istraživanje o antagonistima dinorfina i CRF1 receptora izgleda obećavajuće, ali da bi se istinski liječila ovisnost, meta mora biti moždani memorijski centar , što može, ali i ne mora uključivati CREB.
"Zavisnost je kompulzivno ponašanje u potrazi za drogom", kaže O'Brien. “To nisu promjene koje proizvode alkohol, kokain ili sam heroin. Činjenica je da nakon što droga nestane, postoji učenje, trag pamćenja, koji proizvodi žudnju, koji proizvodi traženje droge i recidiv.” Nestler kaže da su ta sjećanja doživotna. „Kao klinci smo dodirivali vrući šporet i setili se da nikada ne vredi eksperimentisati sa vrućim šporetom... Sjećanja na drogu mogu biti jednako moćna kao i ta sjećanja.”
Neizvjesno je da li učenje o ovisnosti uključuje CREB. Ipak, Nestler kaže da manipulacija ciljnim genima CREB-a radi ublažavanja simptoma odvikavanja može pomoći drugim tretmanima ovisnosti, poput kognitivno-bihejvioralne terapije, koja može utjecati na sjećanja. „Po mom mišljenju, što prije unesete ove [potencijalne lijekove] ljudima, to bolje“, kaže O'Brien. “Životinjski modeli mogu pokazati put, ali prije ili kasnije morate ih uvesti u ljudska bića.”
reference
1. SK Sharma et al., “Dvojna regulacija adenilat ciklaze objašnjava ovisnost o narkoticima i toleranciju,” Proc Nat Acad Sci, 72:3092-6, 1975. [PUBMED]
2. X. Guitart et al., “Regulacija fosforilacije proteina koji veže elemente cikličkog AMP odgovora (CREB) akutnim i hroničnim morfijumom u locus ceruleusu štakora,” J Neurochem, 58:1168-71, 1992. [PUBMED]
3. R. Maldonado i saradnici, “Smanjenje apstinencije morfijuma kod miševa sa mutacijom u genu koji kodira CREB,” Science, 273:657-9, 1996.[PUBMED]
4. WA Carlezon, Jr. et al., “Regulation of cocaine reward by CREB,” Science, 282:2272-5, 1998. [PUBMED]
5. CL Walters, JA Blendy, “Različiti zahtjevi za proteinom koji vezuje element odgovora na cAMP u pozitivnim i negativnim pojačavajućim svojstvima droga za zloupotrebu,” J Neurosci, 21:9438-44, 2001. [PUBMED]
6. EJ Nestler, "Postoji li zajednički molekularni put za ovisnost?" Nat Neurosci, 8:1445-9, 2005. [PUBMED]
7. CK Funk et al., “Antagonisti faktora 1 oslobađanja kortikotropina selektivno smanjuju samoprimenu etanola kod pacova zavisnih od etanola,” Biol Psych, 61:78-86, 2007. [PUBMED]
8. C. Chen, DE Grigoriadis, “NBI 30775 (R121919), oralno aktivni antagonist kortikotropin-oslobađajućeg faktora (CRF) tip-1 receptora za liječenje anksioznosti i depresije,” Drug Dev Res, 65:216- 26, 2005. [PUBMED]
9. DR Gehlert et al., “3-(4-kloro-2-morfolin-4-il-tiazol-5-il)-8-(1-etilpropil)-2,6-dimetil-imidazo[1,2 -b]piridazin: novi antagonist receptora 1 faktora oslobađanja kortikotropina koji penetrira mozak, koji je dostupan oralno, s djelotvornošću u životinjskim modelima alkoholizma,” J Neurosci, 27:2718-26, 2007. [PUBMED]
10. I. Goussakov et al., “LTP u lateralnoj amigdali tokom odvikavanja od kokaina,” Eur J Neurosci, 23:239-50, 2006. [PUBMED]
11. Walker BM i Koob GF, “Farmakološki dokazi za motivacijsku ulogu ??-opioidnih sistema u ovisnosti o etanolu,” Neuropsychopharmacology, online publikacija 2. maja 2007. [PUBMED]
Pročitajte više: Istraživanje ovisnosti – The Scientist – Časopis za nauku o životu http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n