L'exercici augmenta el receptor D2 de la dopamina en un model de ratolí de la malaltia de Parkinson a la imatge in vivo amb fallypride (18F) (2010)

Comentaris: en un model de ratolí de Parkinson, l'exercici de la cinta de córrer va augmentar els receptors de dopamina D2. Les addiccions provoquen una disminució dels receptors D2, que és en part la causa de la desensibilització. Un altre motiu per fer exercici.


Trastorns del moviment

Volum 25, número 16, pàgines 2777-2784, 15 desembre 2010

Marta G. Vučković, MSc,1,2 Quanzheng Li, Doctorat,3 Beth Fisher, PT, PhD,4 Angelo Nacca, Doctorat,5 Richard M. Leahy, Doctorat,3 John P. Walsh, Doctorat,6 Jogesh Mukherjee, Doctorat,7 Celia Williams, BSc,2 Michael W. Jakowec, Doctorat,2,4 i Giselle M. Petzinger, MD2,4,*
La versió editada final de l’editor d’aquest article està disponible a Mov Disord
Vegeu altres articles a PMC que citar l'article publicat.

abstracte

L’objectiu de l’actual estudi era examinar els canvis en l’expressió del receptor D2 de la dopamina (DA-D2R) dins dels ganglis basals de ratolins MPTP sotmesos a un exercici intensiu de cinta de córrer. Utilitzant l’anàlisi de l’immunoblotting occidental de sinaptoneurosomes i in vivo tomografia per emissió de positrons (PET) que utilitza el lligant específic DA-D2R [PET]18F] fallypride, hem trobat que l’exercici de cinta de cinta d’alta intensitat va provocar un augment de l’expressió estriatal DA-D2R més pronunciada en MPTP en comparació amb els ratolins tractats amb solució salina. Els canvis induïts per l’exercici de la DA-D2R en els ganglis basals empobrits de dopamina són coherents amb el paper potencial d’aquest receptor en la funció de modulació de neurones espinoses mitjanes (MSN) i en la recuperació del comportament. És important destacar que els resultats d’aquest estudi donen suport a la justificació d’utilitzar l’imatge de PET amb [18F] fallypride per examinar els canvis de DA-D2R en individus amb malaltia de Parkinson (PD) en formació de cinta rodant d'alta intensitat.

Paraules clau: tomografia per emissió de positrons, ganglis basals, neuroplasticitat, exercici de cinta

L’exercici millora el rendiment del motor en pacients amb malaltia de Parkinson (PD).1-3 Els models animals, com el ratolí 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP), proporcionen una eina crítica per investigar els mecanismes moleculars de millora induïda per l'exercici del comportament del motor.4-6 Els receptors de dopamina D1 i D2 (DA-D1R i DA-D2R) són els principals objectius de la dopamina en neurones espinoses mitjanes (MSN) i modulen les propietats fisiològiques i la senyalització cel·lular. Específicament, el DA-D2R té un paper important en la depressió a llarg termini (LTD), una forma de plasticitat sinàptica que implica la integració de la neurotransmissió glutamatèrgica i dopaminèrgica que condueix a la codificació de la funció motora en l'estria dorsolateral. Tenint en compte el paper del DA-D2R en el control del motor, vam intentar examinar si la millora millorada de l’exercici en la funció motriu es deu en part a l’augment de l’expressió DA-D2R.

La tomografia per emissió de positrons (PET) que imatges amb radiotrasparadors DA-D2R ofereix la possibilitat de realitzar estudis longitudinals sobre l'efecte de l'exercici en humans. Estudis previs amb exercicis aeròbics han intentat mesurar l'alliberament de dopamina en individus normals7 i cap canvi en la unió de [11Es va observar C] racloprida, que va provocar que els autors suggerissin que es va produir un petit canvi en els nivells de dopamina. No obstant això, els efectes de l’exercici sobre l’expressió DA-D2R i l’activitat sinàptica no s’han estudiat. El lligant d'imatge PET [18F] fallypride és una excel·lent eina per examinar-la a causa de la seva alta afinitat i especificitat tant per a DA-D2R com per a DA-D3R, i a diferència de [11C] racloprida, no és fàcilment desplaçable pels nivells basals de dopamina endògena.7-10 Això es va confirmar mitjançant el pretractament reserpí d’animals (per esgotar la dopamina endògena) que no va tenir cap efecte sobre [18F] fallypride binding,9,11 però augmentat significativament [11C] vinculació de racloprida8 que es va atribuir a un canvi en l’afinitat aparent d’enllaç (Kd) en lloc del nombre de receptors (Bmàx).

Com el potencial d’enllaç (BP) de [18F] fallypride és resistent als canvis deguts a l'esgotament de la dopamina, cosa que suggereix poc efecte sobre la seva dopamina Kd or Bmàx a la línia de base o estat esgotat, hem utilitzat [18F] fallypride per provar la nostra hipòtesi que l’expressió DA-D2R augmenta en el model de ratolí MPTP amb exercici intensiu.9,10,12,13 A més, per donar suport a les nostres mesures d'imatge PET, hem utilitzat la tècnica complementària de l'anàlisi immunoblot occidental de preparats sinaptoneurosomals per mesurar els canvis en l'expressió de la proteïna DA-D2R al nivell de sinapsis en els mateixos animals. Presentem aquí els efectes de l’exercici sobre l’expressió DA-D2R i [18F] fallypride en grups de ratolins tractats amb solució salina o MPTP.

MÈTODES

Animals, grups de tractament i administració de MPTP

Els ratolins C57BL / 6 masculins 8 vells (Laboratoris Charles River, Wilmington, MA) es van allotjar en grup a una habitació controlada per la temperatura sota un cicle fosc 12 h light / 12 h. Tots els procediments es van realitzar d'acord amb la Guia NIH per a la cura i ús dels animals de laboratori, tal com va ser aprovada per la USC IACUC. S'han utilitzat un total de ratolins 164 en quatre grups de tractament: solució salina (1) (n = 42), exercici salí (2) més exercici (n = 55), (3) MPTP (n = 57) i (4) MPTP plus exercici (n = 42). Per a lesions, els ratolins van rebre quatre injeccions intraperitoneals de 20 mg / kg MPTP (base lliure; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) dissoltes en 0.9% de solució salina, a intervals de 2-h o quatre injeccions intraperitoneals de 0.1 ml 0.9% NaCl com a control. La lesió es va validar mitjançant anàlisi HPLC de nivells de dopamina estriatals. En els dies de post-MPTP de 10, es va produir un esgotament de la dopamina 82.2% en ratolins MPTP (48.0 ± 8.4 ng / mg de proteïna) en comparació amb ratolins salins (269.5 ± 24.9 ng / mg de proteïna). Al final de l'estudi, no hi va haver diferències significatives en els nivells de dopamina estriatals entre els ratolins MPTP més l'exercici (69.8 ± 11.7 ng / mg de proteïna) en comparació amb MPTP (77.9 ± 12.0 ng / mg de proteïna). Tanmateix, es va observar un augment significatiu de la dopamina estriatal en ratolins salins més l'exercici (315.2 ± 9.0 ng / mg de proteïna) en comparació amb la solució salina (246.9 ± 19.8 ng / mg de proteïna) (F(3,16) = 7.78; P <0.05).

Exercici de cinta de córrer

L’exercici va començar 5 dies després de la lesió. Els ratolins dels dos grups d’exercicis (exercici salí més l’exercici MPTP més) van ser entrenats per funcionar amb una cinta de córrer motoritzada 100-cm (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) a velocitats incrementals per a les setmanes 6 (dies 5 / setmana) per arribar a la durada de 60 min / dia i velocitat de 18 – 20 m / min.5,6

Imatges per ressonància magnètica

Es va obtenir una imatge de ressonància magnètica ponderada tridimensional T1 (MR) del cervell del ratolí amb un sistema micro-MRI 7-T (Bruker Biospin, Billerica, MA). Els paràmetres d’adquisició d’imatges van ser: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, gruix de tall de 0.4-mm, gruix de la intersecció de 0.45-mm, mida de matriu 128 × 128 × 128.

Radioquímica

Síntesi de [18F] fallypride es va realitzar tal com es va descriure anteriorment a través de la reacció de substitució nucleofílica del precursor del tosil amb [18F] utilitzant un aparell de radiochimia a mida.12 La purificació es va aconseguir mitjançant HPLC de fase inversa en una columna C8 (2) Phenomenex Luna utilitzant acetonitril i tampó de fosfat sòdic com a fase mòbil (55: 45). Es va mesurar l’absorbància UV a 254 nm i AUFS 0.05. Pico radioactiu (temps de retenció 17 min) corresponent a [18F] fallypride, es va recollir i es va eliminar el dissolvent en un evaporador rotatiu. El producte final es va provar per a la pirogenicitat, esterilitat, pH i eliminació de dissolvents orgànics per cromatografia de gasos. L’activitat específica i la puresa radioquímica es van avaluar amb un sistema Watches HPLC mitjançant una anàlisi de C8 (2) Phenomenex Luna. L’activitat específica estava en l’abast de 3,000 – 12,000 Ci / mmol.

Mesures de PET i anàlisi d'imatges

S'han utilitzat vint ratolins per a la realització d’imatges PET (n = solució salina 6; n = exercici de solució salina 3; n = MPTP 5; i n = exercici 6 MPTP més). Es van obtenir exploracions amb un escàner Concorde microPET R4 (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) amb un protocol d’adquisició del mode de llista 60-min després de l’exploració de transmissió 20-min per a la correcció de l’atenuació amb 68Font Ge. [18F] fallypride (10.92 – 11.28 MBq) es va injectar a través de la vena de la cua (bolus únic) al començament de l’exploració d’emissions. Els ratolins es van anestesitzar amb 2% isofluorà i 98% d'oxigen. Les dades del mode de llista dinàmica es van classificar per a senogrames amb marcs 26 (6 × 20 sec, 4 × 40 sec, 6 × 1 min i 10 × 5 min) i reconstruïts per dues iteracions d’OSEM (ordres de subconjunts de maximització d’expectatives) seguides de 18 iteracions de l’algorisme de reconstrucció MAP (màxim a posteriori).14 Les imatges reconstruïdes van ser retallades per contenir el cap i interpolades linealment a la imatge Z-direcció per produir una imatge 128 × 128 × 63 amb 0.4 isotròpic × 0.4 × 0.4 mm3 voxels. Les imatges de potencial d’enllaç (BP) d’alta resolució de l’estudi es van calcular a partir de les imatges dinàmiques reconstruïdes amb un model de referència de teixit multilineal15 i les trames de Logan16 amb una alta activitat en l’estria i una activitat molt baixa en el cerebel (regió de referència). Les regions anatòmiques d’interès (estriat i cerebel) es van definir manualment en els dos hemisferis en imatges de PET que es van registrar amb MRI mitjançant Rview (versió 8.21Beta).17 Quantificació de la unió específica de [18F] fallypride al striatum del ratolí es va realitzar utilitzant el valor BP que proporciona una mesura de la relació de la unió específica / inespecífica en equilibri.18,19 Per demostrar la seva especificitat d’enllaç al striat, es van recol·lectar quatre ratolins 60 min després d’injecció de lligands, cervells ràpidament congelats en nitrogen líquid, seccionats a un gruix 30-μm i seccions apuntades a un fosfoimager (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway , NJ) (. Figura 1). Els estudis han demostrat que [18F] fallypride s'uneix específicament a la DA-D2R, i com que molt poc DA-D3R es troba en l'estri, la unió indica l'ocupació DA-D2R.9,10,12,13

FIG. 1 

[18F] El fallypride mostra una especificitat elevada per a l'estirament del ratolí. El plafó esquerre mostra una representació anatòmica de la secció coronal a un nivell aproximat de bregma 0.20. El panell dret mostra una autoradiografia representativa que correspon a l’etiquetatge intensiu ...

Recollida de teixits per HPLC i anàlisi de proteïnes

Al final de l’estudi, es van eliminar ràpidament els cervells i es va disseccionar l’estriat dorsal fresc corresponent a les regions anatòmiques del bregma 1.2 a 0.6 amb el cos callós com a vora dorsal, l’aspecte lateral del cos callós com a vora lateral i per sobre de la comissura anterior com la frontera ventral.20

Anàlisi HPLC de la dopamina i els seus metabolits

Els nivells de dopamina en homogeneïtats estriatals (n = 4 per grup) es van determinar per HPLC amb detecció electroquímica.6 El sistema consistia en un automàtic sampler ESA (ESA, Chelmsford, MA) equipat amb una columna C-150 de fase inversa 3.2 × 18 mm (diàmetre 3μm) i 5600A CoulArray (ESA, Chelmsford, MA), equipada amb quatre -cèl·lula analítica de canals amb potencials establerts a −75, 50, 220 i 350 mV.

Anàlisi Immunoblot Occidental

L’efecte d’exercici sobre l’expressió sinàptica de DA-D1R i DA-D2R es va analitzar en preparats de sinaptoneurosoma elaborats a partir de vuit estriat dorsolateral agrupat.21 Aquest procediment s’ha realitzat en tres conjunts de ratolins per a un total de ratolins 24 per grup experimental (prep = n = 3 per grup). Expressió relativa de proteïnes per a DA-D1R (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), tirosina hidroxilasa (58 kDa), transportador de dopamina (68 kDa) i α-tubulina (50 kDa) (com a control de càrrega) s’han analitzat per immunoblot occidental22 utilitzant anticossos primaris disponibles comercialment (anticossos monoclonals policlonals i de ratolí, Millipore, Temecula, CA). Les bandes de proteïnes es van visualitzar mitjançant anticossos secundaris anti-conill o anti-ratolí purificats per afinitat conjugats amb IRDye680 o IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). El senyal fluorescent es va detectar escanejant el filtre en una plataforma d'imatges per infrarojos a prop de LI-COR Odyssey i es va quantificar mitjançant el programari Odyssey 2.1 (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Els resultats es mostren com a nivells d'expressió relatius en comparació amb el grup salí (fixat a 100%).

Anàlisi estadística

Diferències entre grups de BP de [18Els nivells de proteïna F] fallypride, DA-D1R i DA-D2R es van analitzar utilitzant un anàlisi bidimensional de la variància (ANOVA) amb el tractament entre el factor subjecte (salina vs MPTP) i l'exercici com a factor subjecte (sense exercici vs. exercici). Per a la prova de velocitat màxima de la cinta, es va utilitzar el temps entre el factor subjecte (setmana 1, 2, etc.) i es va utilitzar el tractament com a factor subjecte (salina vs MPTP). Es va utilitzar la prova post hoc de Bonferroni per corregir múltiples comparacions en avaluar la importància dels interessos. El nivell d’importància s’ha establert a P <0.05. Per explorar la significació pràctica de les diferències de grup, es va calcular una estimació de la magnitud de les diferències entre grups mitjançant la mida de l’efecte (ES) (ES = MitjanaGrup 1 - SignificarGrup 2/SDagrupats). L’ES reflecteix l’impacte del tractament dins d’una població d’interès i s’informa segons els criteris establerts com a petit (<0.41), mitjà (0.41-0.70) o gran (> 0.70).23 L’anàlisi es va realitzar mitjançant Prism5 per a Windows (GraphPad, San Diego, CA).

RESULTATS

La cinta rodant d'alta intensitat exerceix un comportament motoritzat millorat en ratolins amb lesions MPTP

Abans de lesió MPTP i inici de l’exercici, les velocitats basals mitjanes de tots els ratolins en dos grups d’exercici eren similars (exercici salí més exercici: 11.7 ± 1.1 m / min i exercici MPTP més: 11.2 ± 1.1 m / min). L'exercici diari per a les setmanes 6 va millorar les velocitats màximes de la cinta de córrer tant en els grups d'exercici com en els ratolins salins i l'exercici que mostren una velocitat màxima significativament major en comparació amb els ratolins MPTP i l'exercici en setmanes 1 a través de 4 (XNUMX). Figura 2). No obstant això, els ratolins MPTP plus exercici van tenir velocitats de cinta màxima similars com a ratolins salins i exercici durant la setmana 5 (exercici MPTP més: 17.2 ± 3.6 m / min i exercici més salí: 22.0 ± 1.5 m / min) i setmana 6 (19.2 ± 1.2 m / min i 22.2 ± 0.9 m / min, respectivament). Com es va informar anteriorment, els ratolins lesionats MPTP que no van experimentar formació en corredissa no van mostrar recuperació espontània del comportament del motor amb la seva velocitat màxima de 7.0 ± 0.3 m / min al final del període d'exercici de la setmana 6.5

FIG. 2 

L’exercici millora el comportament del motor del ratolí MPTP. Al final de cada setmana es va provar la velocitat màxima de funcionament dels ratolins salins (n ​​= 12) i MPTP (n = 12) a la cinta de córrer motoritzada. Les velocitats de la cinta de la cinta bàsica es van mesurar abans de lesió MPTP. ...

Exercici de cinta rodant d'alta intensitat augmentat DA-D2R estriatal però no proteïna DA-D1R

L’exercici de la cinta de córrer d’alta intensitat afecta els nivells DA-D2R i DA-D1R de forma diferencial en preparats sinaptoneurosomals a partir de l’estriat dorsal, tal com mostra l’anàlisi de Western blot (. Figura 3). Els ratolins MPTP plus Exercici van tenir un augment de 48.8% en DA-D2R estriatal en comparació amb ratolins MPTPFig. 3B), i interacció significativa entre l’exercici i les lesions MPTP al nivell de proteïna DA-D2R (F(1,8) = 6.0; P <0.05). Per contra, no hi va haver cap efecte sobre els nivells de proteïna DA-D1R entre els grups (Fig. 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Les lesions MPTP per si soles no van alterar significativament tampoc DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) o expressió DA-D1R (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). A més, dos marcadors de proteïnes diferents de la integritat de les fibres dopaminèrgiques cerebrals mitjanes, la tirosina hidroxilasa (TH; Fig. 3C) i transportador de dopamina (DAT; Fig. 3D), va mostrar que la MPTP va disminuir significativament la proteïna TH estriatal (F(1,8) = 757.3; P <0.05) i expressió DAT (F(1,8) = 218.0; P <0.05).

FIG. 3 

Exerciti de manera selectiva un regulador ascendent DA-D2R però no una proteïna estriatal DA-D1R. Panell (A) mostra l’anàlisi de l’immunoblot occidental de les preparacions de sinaptoneurosoma a partir de l’estriat dorsal per a la proteïna DA-D1R. No hi va haver diferències estadísticament significatives entre ...

Augment d’exercici de la cinta rodant d’alta intensitat [18F] Potencial d'enquadernació de Fallypride (BP)

Tot i que l’anàlisi de l’immunotransferència occidental de l’expressió de la proteïna receptora mesurava els epítops totals d’anticossos (tant de superfície com de botigues cel·lulars internes), in vivo Imatge PET amb radioligand específic DA-D2R d'alta afinitat [18F] fallypride pot delimitar els efectes de l’exercici sobre la disponibilitat de DA-D2R per lligar el lligand (. Figura 4). L’anàlisi estadística va revelar que hi havia un efecte significatiu de l’exercici (F(1,16) = 12.3; P <0.05), així com lesió MPTP (F(1,16) = 160.3; P <0.05) sense interacció significativa entre MPTP i exercici (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) a [18F] fallypride BP. L’anàlisi post hoc de Bonferroni va mostrar una diferència significativa en els valors de PA entre els ratolins MPTP i MPTP i l’exercicit = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01), i no hi ha diferències significatives entre la salina i la solució salina més els ratolins d’exercici (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). Concretament, els ratolins MPTP i exercici van augmentar un 73.1% en [18F] fallypride BP en comparació amb ratolins MPTP (valors mitjans de BP per MPTP més exercici: 7.1 ± 0.7; valors mitjans de BP per a ratolins MPTP: 4.1 ± 0.3) (Fig. 4B). A més, els ratolins salins més l'exercici tenien un increment de 8.2% en [18F] fallypride BP (13.2 ± 1.0) en comparació amb els ratolins salins (12.2 ± 0.3). De manera coherent amb aquestes troballes, els càlculs de "mida de l’efecte" van revelar un major efecte de l’exercici entre els grups MPTP (ES = 2.61) que els observats entre els grups salins (ES = 0.94).

FIG. 4 

L’exercici augmenta de forma selectiva [18F] fallypride potential potential (BP) en el estria dels ratolins MPTP. Panell (A) mostra [18F] reproduïu imatges representatives de BP en l’orientació coronal (costat esquerre) i en l’orientació horitzontal (costat dret). La barra d’escala ...

DISCUSSIÓ

Aquest estudi demostra que l’exercici de cinta rodant d’alta intensitat comporta un augment de [18F] Fallypride BP (disponibilitat de DA-D2R) en l'estri dels ratolins tractats amb MPTP. A la inversa, no hi va haver un canvi significatiu en els nivells totals de dopamina estriatal entre MPTP i exercici en comparació amb MPTP sense ratolins d'exercici. [18F] fallypride és un antagonista DA-D2 / D3R altament selectiu el BP reflecteix una in vivo mesura dels receptors disponibles (Bmàx) / afinitat d’enllaç (Kd). Com DA-D2Rs són el subtipus de receptors de dopamina predominant dins de l’estriat dorsal, un augment induït de l’exercici a [18F] fallypride BP representa un augment del nombre DA-D2R i està recolzat per un augment en l'expressió de proteïnes utilitzant Western immunoblotting i els nostres estudis anteriors que mostren un augment de l'expressió de la transcripció de l'ARNm de DA-D2R estriatal utilitzant histoquímica hibridació in situ.5 Aquesta interpretació de l'elevació de la PA es recolza encara més en el fet que el desplaçament de [...]18No és probable que F] fallypride per dopamina succeeixi en ratolins MPTP, ja que els nivells de dopamina segueixen sent baixos.24 Per tant, els canvis en l’afinitat aparent d’enllaç (Kd) són insignificants i és improbable que produeixi BP. L’efecte millorat de l’exercici en ratolins MPTP pot reflectir un intent del cervell ferit per optimitzar la neurotransmissió dopaminèrgica a través d’un augment del nombre de receptors, mentre que els nivells de dopamina romanen esgotats. L'augment de la capacitat de resposta dels ratolins MPTP per exercitar revela un major potencial dels ferits enfront del cervell intacte a experimentar neuroplasticitat, la qual cosa pot no ser essencial quan els circuits estriatals estan intactes. El fet que els nivells de dopamina no canvien significativament amb l’exercici en ratolins MPTP suggereixen que els canvis compensatoris en DA-D2R són fonamentals per al rendiment del motor relacionat amb l’exercici.

Utilitzant imatges PET, es va observar una disminució de DA-D2R BP després de lesió MPTP en relació amb ratolins tractats amb solució salina. Això va ser en contrast amb la immunoblotització occidental en la qual no es va observar cap canvi en l’expressió de la proteïna DA-D2R. El DA-D2R existeix en un equilibri dinàmic entre compartiments superficials i intracel·lulars, i aquest últim no està generalment disponible per unir-se a radioligandes de PET. En l'estat esgotat de dopamina, els mecanismes compensatoris poden conduir a canvis en la piscina intracel·lular de DA-D2R, que pot no estar disponible per a [18F] fallypride binding però, encara, disponible per a la detecció en Western immunoblotting.

A diferència dels nostres resultats, s'ha registrat un augment compensatori de la DA-D2R en individus amb PD i després de l'administració de MPTP en primats no humans, o 6-OHDA en rates.25 Segons informes, la pèrdua de DA-D2Rs és deguda a la degeneració de neurones dopaminèrgiques, mentre que l’augment de DA-D2Rs resulta de l’expressió augmentada dels terminals dopaminèrgics restants i / o de la síntesi augmentada dins de neurones estriatopal·lides o interneurones colinèrgiques. Aquesta discrepància entre el nostre estudi de PET i la literatura, pot ser deguda a diferències en la gravetat de la lesió entre estudis.11 Concretament, la pèrdua d'un major nombre de DA-D2Rs presinàptics a través de la pèrdua de cèl·lules induïda per MPTP pot ser suficient per compensar els canvis compensatoris postsinàptics induïts únicament per la lesió. Alternativament, la nostra incapacitat per observar un augment de DA-D2R BP i els nivells d'expressió en ratolins MPTP (sense exercici) poden ser degudes a una modesta recuperació dels nivells de dopamina al final de l'estudi (l'esgotament de dopamina 82% a dies 10 versus 68 % esgotament en postlesió de dies 42). No obstant això, això és poc probable, ja que els ratolins MPTP més l'exercici, que també mostren una petita recuperació de dopamina (no significativament diferent del MPTP sense ratolins d'exercici), van augmentar la DA-D2R BP.

La majoria de DA-D1Rs i D2Rs s'expressen en espines dendrítiques de MSN amb receptors addicionals expressats en interneurones colinèrgiques i terminals de neurones glutamatergiques i dopaminèrgiques procedents de l'escorça (o tàlem) i substància negra pars compacta, respectivament.26 Un paper important de la dopamina és modular la neurotransmissió glutamatèrgica corticostriatal o talamiatriu en el MSN. La neurotransmissió glutamatèrgica es millora mitjançant DA-D1Rs i es redueix a través de DA-D2Rs.27-29 En condicions d’esgotament de la dopamina, les espines i les connexions sinàptiques es perden de manera selectiva en DA-D2R que conté els MSN de la via indirecta.30 Aquesta pèrdua va acompanyada d’un estat d’hiperexcitabilitat dins dels MSN a causa de l’augment de la neurotransmissió corticostriatal glutamatèrgica.31-33 En els models animals de PD, aquest increment en la unitat glutamatèrgica es correlaciona amb el comportament del motor de tipus parkinsonià.34 L’atenuació d’aquest estat hiperexcitable mitjançant l’aplicació de la dopamina o els seus agonistes condueix a la reversió dels dèficits motors parkinsonians.35,36 A la llum d’aquests informes i de les nostres troballes, es planteja la hipòtesi que els beneficis de l’exercici d’alta intensitat són millorar la senyalització dopaminèrgica a través d’una major expressió DA-D2R a la via indirecta (però no a la via directa DA-D1R) i millorar la funció motora. supressió de l’excitabilitat glutamatèrgica.

La conclusió principal del nostre estudi és que l’exercici en forma de córrer de cinta intensiva facilita la neuroplasticitat mitjançant l’expressió augmentada de DA-D2Rs estriatals, un procés més evident al cervell lesionat. Basant-nos en els nostres resultats, un enfocament d'imatge PET no invasiva amb [18F] fallypride es pot utilitzar per investigar si l’exercici intensiu de la cinta de córrer també provoca canvis en el DA-D2R en individus amb PD. El nostre estudi posa de manifest el valor de la investigació preclínica en models animals d’esgotament de la dopamina i la importància de la recerca translacional per proporcionar fonaments i coneixements per entendre els estudis d’imatge i exercici en persones amb PD.

Agraïments

Aquest treball va comptar amb el suport d’una subvenció del Programa de subvenció de pilot complet de l’USC CTSI i de generosos fons de Parkinson's Disease Foundation, l’equip Parkinson (Los Angeles), l’Alliance de Parkinson, el grup d’educació per malaltia de Parkinson de Whittier, NINDS RO1 NS44327-1, NIA. AG 21937) i l’exèrcit nord-americà NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV és becària del programa de postgrau de neurociències USC de la USC. Desitgem donar les gràcies a Ryan Park i al Dr. Peter Conti de la USC Small Animal Imaging Core per obtenir ajuda amb micro-PET imatges i Dr. Rex Moats del Small Animal Imaging Research Core del Saban Research Institute per obtenir ajuda amb la RM del ratolí. Volem donar les gràcies a Yi-Hsuan (Lilian) Lai per obtenir ajuda en l'exercici de la cinta de córrer i Avery Abernathy per la seva experiència en l'anàlisi de HPLC. Estem agraïts als Amics de la USC Parkinson Disease Group, entre els quals hi ha George i MaryLou Boone, Walter i Susan Doniger i Roberto Gonzales pel seu generós suport.

Notes al peu

 

Potencial conflicte d'interessos: res a informar

Nota afegida a la prova: Aquest article es va publicar en línia a 19 2010 d'octubre. Posteriorment, s’ha identificat un error. Aquest avís està inclòs en les versions en línia i en impressió per indicar que tots dos han estat corregits.

Informació financera: Programa de postgrau de Neurociències de la USC Beques de Mèrit (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ i GP), Programa de subvenció de pilot complet CTSI de la USC (QL, AN, MJ, GP).

Funcions de l'autor: Tots els autors van contribuir decisivament a generar aquest manuscrit. Projecte de recerca Concepció: GP, BF, MJ, RL, JW. Execució del projecte: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Recopilació de dades, processament, anàlisi estadística: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Preparació del manuscrit: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.

referències

1. Bergen JL, Toole T, Elliott RGr, Wallace B, Robinson K, Maitland CG. La intervenció d’exercici aeròbic millora la capacitat aeròbica i l’inici del moviment en pacients amb malaltia de Parkinson. NeuroRehabilitació. 2002; 17: 16 – 168. [PubMed]
2. Comella CL, Stebbins GT, Brown-Toms N, Goetz CG. Fisioteràpia i malaltia de Parkinson: assaig clínic controlat. Neurologia. 1994; 44 (3 Part 1): 376 – 378. [PubMed]
3. Schenkman M, Hall D, Kumar R, Kohrt WM. Entrenament d’exercici de resistència per millorar l’economia del moviment de persones amb malaltia de Parkinson: tres informes de casos. Phys Ther. 2008; 88: 63 – 76. [PubMed]
4. Pothakos K, Kurz MJ, Lau YS. Efecte restaurador de l’exercici de resistència sobre dèficits de comportament en el model crònic de ratolí de la malaltia de Parkinson amb neurodegeneració severa. BMC Neurosci. 2009; 10: 1 – 14. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
5. Fisher BE, GM Petzinger, Nixon K, et al. La recuperació del comportament induïda per l'exercici i la neuroplasticitat en els ganglis basals del ratolí 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina. J Neurosci Res. 2004; 77: 378 – 390. [PubMed]
6. Petzinger GM, Walsh JP, Akopian G, et al. Efectes de l'exercici de cinta rodant sobre transmissió dopaminèrgica en el model de ratolí de les ganglions basals de les cèl·lules de ratolí 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina. J Neurosci. 2007; 27: 5291 – 5300. [PubMed]
7. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS, et al. Estudis de PET sobre els efectes de l’exercici aeròbic sobre alliberament de dopamina estriatal humana. J Nucl Med. 2000; 41: 1352 – 1356. [PubMed]
8. Ginovart N, Farde L, Halldin C, Swahn CG. Efecte de l'esgotament induït per la reserpina de la dopamina sinàptica en la unió de [11C] racloprida als receptors D2-dopamina al cervell mico. Sinapsis. 1997; 25: 321 – 325. [PubMed]
9. Mukherjee J, Christian BT, TK de Narayanan, Shi B, Mantil J. Avaluació de l'ocupació del receptor D-2 de dopamina per clozapina, risperidona i haloperidol in vivo al cervell de primats no humans i de rosegadors utilitzant 18F-fallypride. Neuropsicofarmacologia. 2001; 25: 476 – 488. [PubMed]
10. M honorable, Bruhlmeier M, Missimer J, Schubiger AP, Ametamey SM. Imatge dinàmica dels receptors estriatals D2 en ratolins que utilitzen PET quad-HIDAC. J Nucl Med. 2004; 45: 464 – 470. [PubMed]
11. Falardeau P, Bedard PJ, Di Paolo T. Relació entre la pèrdua del cervell-pamina i la densitat dels receptors de dopamina D2 en micos MPTP. Neurosci Lett. 1988; 86: 225 – 229. [PubMed]
12. Mukherjee J, Yang ZY, Brown T, et al. Avaluació preliminar de la unió del receptor D-2 de dopamina extrastriatal en cervells de primats no humans i de rosegadors utilitzant radioligand d'alta afinitat, 18F-fallypride. Nucl Med Biol. 1999; 26: 519 – 527. [PubMed]
13. Christian BT, TK Narayanan, Shi B, Mukherjee J. Quantificació de receptors dopaminèrgics estriatals i extrastriatals D-2 utilitzant imatges de PET de [(18) F] fallypride en primats no humans. Sinapsis. 2000; 38: 71 – 79. [PubMed]
14. Qi J, Leahy RM, Cherry SR, Chatziioannou A, Farquhar TH. Reconstrucció d'imatge bayesiana 3D d'alta resolució mitjançant un escàner micro-PET de petits animals. Phys Med Biol. 1998; 43: 1001 – 1013. [PubMed]
15. Ichise M, Toyama H, Innis RB, Carson RE. Estratègies per millorar l'estimació dels paràmetres neuroreceptor mitjançant anàlisi de regressió lineal. J Cereb Blood Flow Metab. 2002; 22: 1271 – 1281. [PubMed]
16. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wang GJ, Ding YS, Alexoff DL. Relacions de volum de distribució sense mostreig de sang des de l'anàlisi gràfica de dades de PET J Cereb Blood Flow Metab. 1996; 16: 834 – 840. [PubMed]
17. Studholme C, Hill DL, Hawkes DJ. Registre automatitzat tridimensional de ressonància magnètica i tomografia per emissió de positrons d'imatges cerebrals per optimització multiresolució de mesures de similitud de voxel. Med Phys. 1997; 24: 25 – 35. [PubMed]
18. Mintun MA, Raichle ME, Kilbourn MR, Wooten GF, Welch MJ. Un model quantitatiu per a l'avaluació in vivo de llocs de vinculació de fàrmacs amb tomografia per emissió de positrons. Ann Neurol. 1984; 15: 217 – 227. [PubMed]
19. Lammertsma AA, Hume SP. Model de teixit de referència simplificat per a estudis de receptors de PET. Neuroimatge. 1996; 4 (3 Part 1): 153 – 158. [PubMed]
20. Paxinos G, Franklin KBJ. El cervell del ratolí en coordenades estereotàxiques. 2. Nova York: Academic Press; 2001.
21. Johnson MW, Chotiner JK, Watson JB. Aïllament i caracterització de sinaptoneurosomes a partir de rodanxes d’hipocamp de rata única. J Mètodes Neurosci. 1997; 77: 151 – 156. [PubMed]
22. Laemmli UK. Clivatge de proteïnes estructurals durant el muntatge del capçal del bacteriòfag T4. Naturalesa. 1970; 227: 680 – 685. [PubMed]
23. Thomas JR, Salazar W, Landers DM. Què falta a p <05? Mida de l'efecte. Res Q Exerc Sport. 1991; 62: 344-348. [PubMed]
24. Cropley VL, Innis RB, Nathan PJ, et al. Un petit efecte de l'alliberament de dopamina i cap efecte de l'esgotament de la dopamina en la unió ([(18) F]) a la unió de fallypride en humans sans. Sinapsis. 2008; 62: 399 – 408. [PubMed]
25. Hurley MJ, Jenner P. Què s'ha après amb l'estudi dels receptors de dopamina en la malaltia de Parkinson? Pharmacol Ther. 2006; 111: 715 – 728. [PubMed]
26. Smith Y, Villalba R. Striatal i dopamina extrastriatal als ganglis basals: una visió general de la seva organització anatòmica en cervells normals i parkinsonians. Mov Disord. 2008; 23 (Suppl 3): S534 – S547. [PubMed]
27. Cepeda C, Buchwald NA, Levine MS. Les accions neuromoduladores de la dopamina en el neostriatum depenen dels subtipos receptors d’aminoàcids excitators activats. Proc Natl Acad Sci USA. 1993; 90: 9576 – 9580. [Article gratuït de PMC] [PubMed]
28. MS Levine, Altemus KL, Cepeda C, et al. Les accions moduladores de la dopamina sobre les respostes mediades per receptors NMDA es redueixen en ratolins mutants amb dèficit de D1A. J Neurosci. 1996; 16: 5870 – 5882. [PubMed]
29. Umemiya M, Raymond LA. Modulació dopaminèrgica de corrents postsinàptiques excitadores en neurones neostriatals de rata. J Neurophysiol. 1997; 78: 1248 – 1255. [PubMed]
30. Dia M, Wang Z, Ding J, et al. Eliminació selectiva de sinapsis glutamatergiques en neurones estriatopallidals en models de malaltia de Parkinson. Nat Neurosci. 2006; 9: 251 – 259. [PubMed]
31. VanLeeuwen JE, Petzinger GM, Walsh JP, Akopian GK, Vuckovic M, Jakowec MW. Expressió modificada del receptor AMPA amb exercici de cinta rodant en el model de ratolí de les lesions dels ganglis basals de 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina. J Neurosci Res. 2010; 88: 650 – 668. [PubMed]
32. Hernández-Echeagaray E, Starling AJ, Cepeda C, Levine MS. Modulació dels corrents AMPA per receptors de dopamina D2 a neurones espinoses de mida mitjana: són necessàries les dendrites? Eur J Neurosci. 2004; 19: 2455 – 2463. [PubMed]
33. Surmeier DJ, Ding J, Dia M, Wang Z, Shen W. D1 i D2 modulació del receptor de dopamina de la senyalització glutamatèrgica estriada en neurones espinoses mitjanes. Tendències Neurosci. 2007; 30: 228 – 235. [PubMed]
34. Calabresi P, Mercuri, NB, Sancesario G, Bernardi G. Electrofisiologia de les neurones estriatals denervades amb dopamina. Implicacions per a la malaltia de Parkinson. Cervell. 1993; 116 (Part 2): 433 – 452. [PubMed]
35. Ballion B, Frenois F, Zold CL, Chetrit J, Murer MG, Gonon F. D2, estimulació del receptor, però no D1, restaura l'equilibri estriatic en un model de rata de parkinsonisme. Neurobiol Dis. 2009; 35: 376 – 384. [PubMed]

36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Plasticitat sinàptica i interaccions fisiològiques entre la dopamina i la gluta