Cvičení zvyšuje dopaminový receptor D2 v myším modelu Parkinsonovy choroby In vivo zobrazování s (18F) fallypridem (2010)

Komentáře: Na myším modelu Parkinsonovy choroby běžecký pás zvýšil dopaminové D2 receptory. Závislosti způsobují pokles D2 receptorů, což je částečně příčinou desenzibilizace. Další důvod k cvičení.


Pohybové poruchy

Svazek 25, vydání 16, stránky 2777-2784, 15 Prosinec 2010

Konečná upravená verze tohoto článku vydavatele je k dispozici na adrese Mov Disord
Viz další články v PMC to citovat publikovaný článek.

Abstraktní

Účelem této studie bylo prozkoumat změny v expresi dopaminového D2 receptoru (DA-D2R) v bazálních gangliích myší MPTP podrobených intenzivnímu cvičení na běžícím pásu. Využití západní analýzy imunoblottingu synaptoneurosomů a in vivo zobrazování pozitronovou emisní tomografií (PET) pomocí ligandu specifického pro DA-D2R [18F] fallypride, jsme zjistili, že cvičení na běžícím pásu s vysokou intenzitou vedlo ke zvýšení striatální exprese DA-D2R, která byla nejvýraznější u MPTP ve srovnání s myšmi ošetřenými fyziologickým roztokem. Cvičením vyvolané změny v DA-D2R v dopaminem ochuzených bazálních gangliích jsou v souladu s potenciální rolí tohoto receptoru při modulaci funkce středních ostnatých neuronů (MSNs) a regeneraci chování. Důležité je, že zjištění z této studie podporují zdůvodnění použití PET zobrazování pomocí [18F] fallypride zkoumat změny DA-D2R u jedinců s Parkinsonovou nemocí (PD), kteří absolvují trénink na běžícím pásu s vysokou intenzitou.

Klíčová slova: pozitronová emisní tomografie, bazální ganglie, neuroplasticita, běžecký pás

Cvičení zlepšuje motorický výkon u pacientů s Parkinsonovou chorobou (PD).1-3 Zvířecí modely, jako je myš 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin (MPTP), představují kritický nástroj pro zkoumání molekulárních mechanismů zlepšeného motorického chování vyvolaného námahou.4-6 Receptory dopaminu D1 a D2 (DA-D1R a DA-D2R) jsou primární cíle dopaminu na striatálních středně ostnatých neuronech (MSN) a modulují fyziologické vlastnosti a buněčnou signalizaci. Konkrétně hraje DA-D2R hlavní roli v dlouhodobé depresi (LTD), což je forma synaptické plasticity, která zahrnuje integraci glutamatergické a dopaminergní neurotransmise vedoucí k kódování motorické funkce v dorsolaterálním striatu. Vzhledem k úloze DA-D2R v řízení motorů jsme se snažili prozkoumat, zda je zlepšené cvičení v motorickém výkonu částečně způsobeno zvýšením striatální exprese DA-D2R.

Zobrazování pomocí pozitronové emisní tomografie (PET) pomocí radioaktivních značkovačů DA-D2R nabízí možnost provádět podélné studie účinku cvičení u lidí. Předchozí studie s aerobním cvičením se pokusily změřit uvolňování dopaminu u normálních jedinců7 a žádná změna ve vazbě [11C] byl pozorován racloprid, což vedlo autory k závěru, že došlo k malé změně hladin dopaminu. Účinky cvičení na expresi a synaptickou aktivitu DA-D2R však nebyly studovány. Ligand zobrazující PET [18F] fallypride je vynikajícím nástrojem, který to zkoumá vzhledem k jeho vysoké afinitě a specificitě pro DA-D2R a DA-D3R, a na rozdíl od [11C] racloprid, není snadno nahrazen výchozími hladinami endogenního dopaminu.7-10 To bylo potvrzeno předběžnou léčbou zvířaty reserpinem (k vyčerpání endogenního dopaminu), která neměla žádný účinek na [18F] vazba fallypride,9,11 ale výrazně se zvýšila [11C] vazba raclopridu8 to bylo přičítáno změně zjevné vazebné afinity (Kd) spíše než číslo receptoru (Bmax).

Jako vazebný potenciál (BP) [18F] fallyprid je odolný vůči změnám v důsledku vyčerpání dopaminu, což naznačuje jeho malý účinek Kd or Bmax v základním stavu nebo v vyčerpaném stavu jsme použili [18F] fallypride, abychom otestovali naši hypotézu, že exprese DA-D2R se zvyšuje v modelu myší MPTP s intenzivním cvičením.9,10,12,13 Kromě toho jsme na podporu našich zobrazovacích opatření PET použili komplementární techniku ​​westernové imunoblotové analýzy synaptoneurozomálních přípravků k měření změn v expresi proteinu DA-D2R na úrovni synapsí u stejných zvířat. Uvádíme zde účinky cvičení na výraz DA-D2R a [18F] fallyprid ve skupinách myší léčených fyziologickým roztokem nebo MPTP.

METODY

Zvířata, léčebné skupiny a správa MPTP

Samci myší C57BL / 6 staré 8 (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) byli ustájeni ve skupinách v místnosti s řízenou teplotou pod cyklem 12 h light / 12 h dark. Všechny postupy byly provedeny v souladu s NIH příručkou pro péči a použití laboratorních zvířat schválenou USC IACUC. Celkem bylo 164 myší použito ve čtyřech léčebných skupinách: (1) solný roztok (n = 42), (2) solný roztok plus cvičení (n = 55), (3) MPTP (n = 57) a (4) MPTP plus cvičení (n = 42). Pro lézi dostaly myši čtyři intraperitoneální injekce 20 mg / kg MPTP (volná báze; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) rozpuštěné v 0.9% solném roztoku, v intervalech 2-h nebo čtyři intraperitoneální injekce 0.1 ml 0.9% NaCl jako kontrola. Lézování bylo validováno HPLC analýzou hladin dopiatu na striatalu. V 10 dny po podání MPTP došlo k 82.2% vyčerpání dopaminu u MPTP myší (48.0 ± 8.4 ng / mg proteinu) ve srovnání s fyziologickými myšmi (269.5 ± 24.9 ng / mg proteinu). Na konci studie nebyl žádný významný rozdíl ve hladinách striatálního dopaminu mezi MPTP plus cvičenými myšmi (69.8 ± 11.7 ng / mg proteinu) ve srovnání s MPTP (77.9 ± 12.0 ng / mg proteinu). Ve srovnání s fyziologickým roztokem (315.2 ± 9.0 ng / mg proteinu) však došlo k významnému zvýšení striatálního dopaminu u fyziologického roztoku plus cvičení (246.9 ± 19.8 ng / mg proteinu) (F(3,16) = 7.78; P <0.05).

Cvičení na běžícím pásu

Cvičení začalo 5 dny po lézi. Myši ze dvou skupin cvičení (fyziologický roztok plus cvičení a MPTP plus cvičení) byly trénovány tak, aby běžely na motorovém běžeckém pásu 100-cm (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) při přírůstkových rychlostech po dobu 6 týdnů (5 dny / týden) do dosažení doby trvání 60 min / den a rychlost 18 – 20 m / min.5,6

Magnetická rezonance

Trojrozměrný odměrný T1 vážený magnetický rezonanční obraz (MR) mozku myši byl získán pomocí systému 7-T micro-MRI (Bruker Biospin, Billerica, MA). Parametry získávání obrazu byly: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, tloušťka řezu 0.4-mm, tloušťka meziprostoru 0.45-mm, velikost matice 128 × 128 × 128.

Radiochemie

Syntéza [18F] fallyprid byl proveden, jak bylo popsáno výše, nukleofilní substituční reakcí tosyl prekurzoru s [18F] pomocí radiochemického přístroje na zakázku.12 Čištění bylo dosaženo pomocí HPLC s reverzní fází na koloně C8 (2) Phenomenex Luna s použitím acetonitrilu a pufru fosforečnanu sodného jako mobilní fáze (55: 45). UV absorbance byla měřena při 254 nm a AUFS 0.05. Radioaktivní pík (retenční čas 17 min.) Odpovídající [18F] fallyprid, se shromáždí a rozpouštědlo se odstraní na rotační odparce. Konečný produkt byl testován na pyrogenicitu, sterilitu, pH a odstranění organických rozpouštědel pomocí plynové chromatografie. Specifická aktivita a radiochemická čistota byla hodnocena pomocí systému Waters HPLC s použitím analytické analýzy C8 (2) Phenomenex Luna. Specifická aktivita byla v rozmezí 3,000 – 12,000 Ci / mmol.

Měření PET a analýza obrazu

Pro zobrazení PET bylo použito dvacet myší (n = 6 solný roztok; n = 3 solný roztok plus cvičení; n = 5 MPTP; n = 6 MPTP plus cvičení). Skeny byly získány skenerem Concorde microPET R4 (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) s protokolem získávání seznamu režimů 60-min po 20-min přenosovém skenování pro korekci útlumu pomocí 68Zdroj Ge. [18F] fallyprid (10.92 – 11.28 MBq) byl injikován do ocasní žíly (jediný bolus) na začátku emisního skenování. Myši byly anestetizovány 2% isofluoranem a 98% kyslíkem. Data režimu dynamického seznamu byla roztříděna na sinogramy s 26 snímky (6 × 20 sec, 4 × 40 sec, 6 × 1 min a 10 × 5 min) a rekonstruována dvěma iteracemi OSEM (maximalizace očekávaných podskupin) následovaná 18 iterace algoritmu rekonstrukce MAP (maximum a posteriori).14 Rekonstruované obrazy byly oříznuty tak, aby obsahovaly hlavu, a lineárně interpolovány do Z- směr pro vytvoření obrazu 128 × 128 × 63 s izotropním 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 voxely. Obrazy striata s vysokým vazebným potenciálem (BP) striata byly vypočteny z rekonstruovaných dynamických obrazů pomocí referenčního modelu multilineární tkáně15 a Loganovy spiknutí16 s vysokou aktivitou ve striatu a velmi nízkou aktivitou v mozečku (referenční oblast). Anatomické oblasti zájmu (striatum a cerebellum) byly ručně definovány v obou polokoulích v PET obrazech registrovaných s MRI pomocí Rview (verze 8.21Beta).17 Kvantifikace specifické vazby [18F] fallyprid v myším striatu byl proveden s použitím hodnoty BP, která poskytuje míru poměru specifické / nespecifické vazby v rovnováze.18,19 Pro demonstraci vazebné specificity ve striatu byly čtyři myši odebrány 60 min. Po injekci ligandu, mozky rychle zmrazeny v tekutém dusíku, rozděleny na tloušťku 30-μm a řezy umístěny na fosfo-imager (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway) , NJ) (Obr. 1). Studie ukázaly, že [18F] fallyprid se specificky váže na DA-D2R, a protože ve striatu je jen velmi málo DA-D3R, vazba naznačuje obsazenost DA-D2R.9,10,12,13

OBR. 1 

[18F] Fallypride vykazuje vysokou vazebnou specificitu pro myší striatum. Levý panel zobrazuje anatomické vykreslení koronálního řezu na přibližné úrovni bregma 0.20. Pravý panel ukazuje reprezentativní autoradiograf s odpovídající intenzitou značení ...

Odběr tkáně pro HPLC a analýzu proteinů

Na konci studie byly mozky rychle odstraněny a dorzální striatum bylo vyříznuto čerstvé odpovídající anatomickým oblastem z bregma 1.2 do 0.6 s corpus callosum jako hřbetní hranice, laterální aspekt corpus callosum jako laterální hranice a nad přední komisí jako ventrální hranice.20

HPLC analýza dopaminu a jeho metabolitů

Hladiny dopaminu ve striatálních homogenátech (n = 4 na skupinu) byly stanoveny pomocí HPLC s elektrochemickou detekcí.6 Systém se skládal z automatického vzorkovače ESA (ESA, Chelmsford, MA) vybaveného kolonou X -UMNXX s reverzní fází 150 × 3.2 mm (průměr 18μm) a CoulArray 3A (ESA, Chelmsford, MA), vybaveným čtyřmi -kanálová analytická buňka s potenciály nastavenými na −5600, 75, 50 a 220 mV.

Western Immunoblot Analysis

Cvičební účinek na synaptickou expresi DA-D1R a DA-D2R byl analyzován v synaptoneurosomových přípravcích připravených z čerstvého osmi sdruženého dorsolaterálního striata.21 Tento postup byl proveden na třech sadách myší pro celkem 24 myší na experimentální skupinu (n = 3 prepsy na skupinu). Relativní exprese proteinů pro DA-D1R (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), tyrosinhydroxylázu (58 kDa), transportér dopaminu (68 kDa) a a-tubulin (50 kDa) (jako kontrola nakládání) byly analyzovány westernovým imunoblotem22 za použití komerčně dostupných primárních protilátek (králičí polyklonální a myší monoklonální protilátky, Millipore, Temecula, CA). Proteinové pásy byly vizualizovány afinitně čištěnými kozími anti-králičími nebo anti-myšími sekundárními protilátkami konjugovanými k IRDye680 nebo IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Fluorescenční signál byl detekován skenováním filtru v LI-COR Odyssey poblíž infračervené zobrazovací platformy a kvantifikován pomocí softwaru Odyssey 2.1 (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Výsledky jsou uvedeny jako relativní úrovně exprese ve srovnání se skupinou s fyziologickým roztokem (nastaveno na 100%).

Statistická analýza

Rozdíly mezi skupinami v BP [18Hladiny F] fallypridu, DA-D1R a DA-D2R byly analyzovány pomocí obousměrné analýzy rozptylu (ANOVA) s léčbou mezi subjektovým faktorem (fyziologický roztok vs. MPTP) a cvičením jako v rámci subjektového faktoru (bez cvičení vs. cvičení). Pro test maximální rychlosti běžeckého pásu byl použit čas mezi faktorem subjektu (týden 1, 2 atd.) A léčba byla použita jako faktor faktoru (fyziologický roztok vs. MPTP). Bonferroniho post hoc test byl použit pro korekci pro mnohonásobná srovnání při hodnocení významnosti zájmu. Úroveň významnosti byla nastavena na P <0.05. Abychom prozkoumali praktický význam skupinových rozdílů, byl pomocí velikosti efektu (ES) (ES = průměr) vypočítán odhad velikosti rozdílů mezi skupinamiSkupina 1 - ZnamenatSkupina 2/ SDsloučeny). ES odráží dopad léčby v populaci, která je předmětem zájmu, a uvádí se podle stanovených kritérií jako malá (<0.41), střední (0.41–0.70) nebo velká (> 0.70).23 Analýza byla provedena pomocí Prism5 pro Windows (GraphPad, San Diego, CA).

VÝSLEDKY

Cvičení na běžeckém pásu s vysokou intenzitou Zlepšené chování motoru u myší s L MPT

Před lézí MPTP a začátkem cvičení byly průměrné základní rychlosti všech myší ve dvou cvičebních skupinách podobné (fyziologický roztok plus cvičení: 11.7 ± 1.1 m / min a MPTP plus cvičení: 11.2 ± 1.1 m / min). Denní cvičení po dobu 6 týdnů zlepšilo maximální rychlosti běžeckého pásu v obou cvičebních skupinách s fyziologickým roztokem plus cvičení myši vykazující výrazně vyšší maximální rychlost ve srovnání s MPTP plus cvičenými myšmi v týdnech 1 až 4 (Obr. 2). Nicméně myši MPTP plus cvičení měly podobné maximální rychlosti běžeckého pásu jako fyziologický roztok plus myši cvičení v týdnu 5 (MPTP plus cvičení: 17.2 ± 3.6 m / min a fyziologický roztok plus cvičení: 22.0 ± 1.5 m / min) a týden 6 (19.2 ± 1.2 m) / min a 22.2 ± 0.9 m / min). Jak bylo dříve uvedeno, myši lézované MPTP, které nepodstoupily trénink na běžícím pásu, nevykazovaly žádné spontánní zotavení motorického chování s maximální rychlostí 7.0 ± 0.3 m / min na konci doby cvičení 6-týden.5

OBR. 2 

Cvičení zlepšuje motorické chování myši MPTP. Na konci každého týdne byla testována maximální rychlost běhu fyziologického roztoku (n = 12) a MPTP (n = 12) na motorovém běžeckém pásu. Výchozí rychlosti běžeckého pásu byly měřeny před lézí MPTP. ...

Cvičení na běžeckém pásu s vysokou intenzitou Zvýšený striatální protein DA-D2R, ale nikoli protein DA-D1R

Cvičení na běžeckém pásu s vysokou intenzitou různě ovlivnilo hladiny DA-D2R a DA-D1R v synaptoneurozomálních přípravcích z dorzálního striata, jak ukazuje Western blot analýza (Obr. 3). MPTP plus cvičené myši měly 48.8% zvýšení striatálního DA-D2R ve srovnání s MPTP myšmi (Obr. 3B) a významná interakce mezi cvičením a lézí MPTP na hladině proteinu DA-D2R (F(1,8) = 6.0; P <0.05). Naopak mezi skupinami nebyl žádný cvičební účinek na hladiny proteinu DA-D1R (Obr. 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Léčení MPTP samotné významně nezměnilo ani DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) nebo výraz DA-D1R (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Kromě toho dva různé proteinové markery integrity dopaminergních vláken midbrainu, tyrosinhydroxyláza (TH; Obr. 3C) a dopaminový transportér (DAT; Obr. 3D), ukázalo, že MPTP významně snížilo striatální TH protein (F(1,8) = 757.3; P <0.05) a výraz DAT (F(1,8) = 218.0; P <0.05).

OBR. 3 

Cvičte selektivně up-reguluje DA-D2R, ale ne DA-D1R striatální protein. Panel (A) ukazuje Western immunoblot analýzu synaptoneurosomových preparátů z dorzálního striata na DA-D1R protein. Nebyl mezi nimi statisticky významný rozdíl ...

Cvičení na běžícím pásu s vysokou intenzitou Zvýšený striatal [18F] Potenciál vázání fallypridu (BP)

Zatímco westernová imunoblottingová analýza exprese receptorového proteinu měřila celkové protilátkové epitopy (povrchové i vnitřní buněčné zásoby), in vivo Zobrazování PET pomocí vysoce afinitního radioligandu specifického pro DA-D2R [18F] fallypride může stanovit účinky cvičení na dostupnost DA-D2R k vazbě ligandu (Obr. 4). Statistická analýza odhalila, že došlo k významnému účinku cvičení (F(1,16) = 12.3; P <0.05) stejně jako MPTP léze (F(1,16) = 160.3; P <0.05) bez významné interakce mezi MPTP a cvičením (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) na [18F] fallypride BP. Bonferroniho post hoc analýza ukázala významný rozdíl v hodnotách BP mezi MPTP a MPTP plus cvičenými myšmi (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01) a žádný významný rozdíl mezi solným roztokem a solným roztokem plus cvičební myši (t = 4.1, Df = 1; P > 0.05). Konkrétně MPTP plus cvičební myši měly 73.1% nárůst v [18F] fallypride BP ve srovnání s MPTP myšmi (průměrné hodnoty BP pro MPTP plus cvičení: 7.1 ± 0.7; průměrné hodnoty BP pro myši MPTP: 4.1 ± 0.3) (Obr. 4B). Kromě toho myši s fyziologickým roztokem plus cvičení měly 8.2% nárůst v [18F] fallyprid BP (13.2 ± 1.0) ve srovnání se solnými myšmi (12.2 ± 0.3). V souladu s těmito nálezy výpočty „velikosti efektu“ odhalily větší cvičební účinek mezi skupinami MPTP (ES = 2.61) než účinek pozorovaný mezi skupinami s fyziologickým roztokem (ES = 0.94).

OBR. 4 

Cvičení selektivně zvyšuje [18F] fallypridový vazebný potenciál (BP) ve striatu MPTP myší. Panel (A) ukazuje [18F] fallypride BP reprezentativní obrazy v koronální orientaci (levá strana) a horizontální orientaci (pravá strana). Měřítko ...

DISKUSE

Tato studie prokazuje, že cvičení na běžícím pásu s vysokou intenzitou vede ke zvýšení [18F] fallyprid BP (dostupnost DA-D2R) ve striatu myší léčených MPTP. Naopak nedošlo k žádné významné změně v celkové striatální hladině dopaminu mezi MPTP plus cvičení ve srovnání s MPTP bez cvičených myší. [18F] fallypride je vysoce selektivní antagonista DA-D2 / D3R, jehož BP odráží in vivo míra dostupných receptorů (Bmax) / vazebná afinita (Kd). Protože DA-D2R jsou převládajícím subtypem dopaminového receptoru v dorzálním striatu, je zvýšením [18F] fallypride BP představuje zvýšení počtu DA-D2R a je podporováno zvýšením exprese proteinu pomocí westernového imunoblottingu a našich předchozích studií, které ukazují zvýšení exprese transkriptů mRNA transkripce DA-D2R pomocí in situ hybridizační histochemie.5 Tato interpretace zvýšení BP je dále podporována skutečností, že posun [18F] fallyprid dopaminem není pravděpodobný u myší MPTP, protože hladiny dopaminu zůstávají nízké.24 Změny ve zjevné vazebné afinitě (Kd) jsou zanedbatelné a je nepravděpodobné, že by BP ovlivnily. Zvýšený účinek cvičení u myší MPTP může odrážet pokus poraneného mozku optimalizovat dopaminergní neurotransmise zvýšeným počtem receptorů, zatímco hladiny dopaminu zůstávají vyčerpané. Zvýšená citlivost MPTP myší na cvičení odhaluje větší potenciál zraněných oproti neporušenému mozku, aby podstoupili neuroplasticitu, což nemusí být nezbytné, pokud je striatální obvody neporušené. Skutečnost, že hladiny dopaminu se nemění významně s cvičením u MPTP myší, naznačuje, že kompenzační změny v DA-D2R jsou kritické pro zlepšení výkonu motoru související s cvičením.

Pomocí zobrazování PET jsme pozorovali pokles DA-D2R BP po léze MPTP ve srovnání s myšmi ošetřenými fyziologickým roztokem. To bylo na rozdíl od westernového imunoblottingu, ve kterém nebyla pozorována žádná změna v expresi proteinu DA-D2R. DA-D2R existuje v dynamické rovnováze mezi povrchovými a intracelulárními kompartmenty, přičemž druhá není obecně dostupná pro vazbu na PET radioligandy. Ve stavu vyčerpání dopaminu mohou kompenzační mechanismy vést ke změnám v intracelulárním fondu pro DA-D2R, který nemusí být dostupný pro [18F] vazba fallypridu, ale přesto dostupná pro detekci při westernovém imunoblottingu.

Na rozdíl od našich nálezů bylo u jedinců s PD a po podání MPTP u primátů nelidských nebo 2-OHDA u potkanů ​​hlášeno kompenzační zvýšení DA-D6R.25 V literatuře je ztráta DA-D2R údajně způsobena degenerací dopaminergních neuronů, zatímco zvýšení DA-D2R je výsledkem zvýšené exprese na zbývajících dopaminergních terminálech a / nebo zvýšené syntéze v striatopallidních neuronech nebo cholinergních interneuronech. Tento nesoulad mezi naší studií PET a rozdíly v literatuře může být způsoben rozdíly v závažnosti léze mezi studiemi.11 Konkrétně ztráta většího počtu presynaptických DA-D2R v důsledku ztráty buněk vyvolané MPTP může být dostatečná k vyrovnání jakýchkoli postsynaptických kompenzačních změn vyvolaných samotnou lézí. Alternativně může být naše neschopnost pozorovat zvýšení DA-D2R BP a hladin exprese u MPTP (necvičených) myší způsobena mírným zotavením hladin dopaminu na konci studie (82% vyčerpání dopaminu v 10 dnech versus 68 % vyčerpání v 42 dnech po slevě). To je však nepravděpodobné, protože MPTP plus cvičební myši, které také vykazovaly malé zotavení dopaminu (výrazně se neliší od MPTP bez cvičebních myší), měly nárůst DA-D2R BP.

Většina DA-D1R a D2R je exprimována na dendritických páteřích MSN s dalšími receptory exprimovanými na cholinergních interneuronech a terminálech glutamatergických a dopaminergních neuronů pocházejících z kůry (nebo thalamu) a substantia nigra pars compacta.26 Hlavní úlohou dopaminu je modulovat kortikostriální nebo thalamostriatální glutamatergickou neurotransmise na MSN. Glutamatergická neurotransmise je vylepšena pomocí DA-D1R a snížena prostřednictvím DA-D2R.27-29 Za podmínek vyčerpání dopaminu jsou páteře a synaptické spojení selektivně ztraceny na DA-D2R obsahující MSN nepřímé dráhy.30 Tato ztráta je doprovázena hyperexcitabilitou uvnitř MSN kvůli zvýšené glutamatergické kortikostriální neurotransmise.31-33 U zvířecích modelů PD tato zvýšená glutamatergická mechanika koreluje s motorickým chováním podobným parkinsonovi.34 Zmírnění tohoto hyperexcibilního stavu aplikací dopaminu nebo jeho agonistů vede k obrácení parkinsonovských motorických deficitů.35,36 Ve světle těchto zpráv a našich zjištění předpokládáme, že přínosem cvičení s vysokou intenzitou je zvýšení dopaminergní signalizace prostřednictvím zvýšené exprese DA-D2R v nepřímé dráze (ale nikoli přímé dráhy DA-D1R) a zlepšení motorické funkce prostřednictvím potlačení glutamatergické excitability.

Primárním závěrem naší studie je, že cvičení ve formě intenzivního běhu na běžeckém pásu usnadňuje neuroplasticitu zvýšenou expresí striatálních DA-D2R, což je proces nejzjevnější v poraněném mozku. Na základě našich zjištění je neinvazivní PET zobrazovací přístup s [18F] fallypride lze použít ke zkoumání, zda intenzivní běžecký pás také vede ke změnám DA-D2R u jedinců s PD. Naše studie zdůrazňuje význam předklinického výzkumu na zvířecích modelech vyčerpání dopaminu a důležitost translačního výzkumu pro zajištění racionality a pochopení porozumění zobrazovacím a cvičebním studiím u jedinců s PD.

Poděkování

Tato práce byla podpořena grantem z úplného pilotního grantového programu USC CTSI a velkorysými finančními prostředky od Nadace Parkinsonovy choroby, Team Parkinson (Los Angeles), Parkinsonovy aliance, Whittier Parkinsonovy skupiny pro vzdělávání v nemoci, NINDS RO1 NS44327-1, NIA ( AG 21937) a US Army NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV je příjemcem stipendijního stipendia USC Neurovědy. Rádi bychom poděkovali Ryanovi Parkovi a Dr. Peterovi Conti z USC Small Animal Imaging Core za pomoc při zobrazování micro-PET a Dr. Rexovi Moatsovi z Small Research Imaging Research Core ve výzkumném ústavu Saban za pomoc s myší MRI. Rádi bychom poděkovali Yi-Hsuan (Lilian) Lai za pomoc s cvičením na běžeckém pásu a Avery Abernathy za jeho odbornost v HPLC analýze. Děkujeme přátelům skupiny USC Parkinson's Disease Research Group, včetně George a MaryLou Boone, Walter a Susan Doniger, a Roberto Gonzalesovi za jejich velkorysou podporu.

Poznámky pod čarou

 

Potenciální střet zájmů: Nic nahlásit.

Poznámka byla přidána jako důkaz: Tento článek byl publikován online na 19 2010 v říjnu. Následně byla identifikována chyba. Toto oznámení je součástí online a tištěné verze, což znamená, že obě byly opraveny.

Zveřejňování finančních údajů: Absolventský program USC Neurovědy za zásluhy (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ a GP), USC CTSI Plný pilotní grantový program (QL, AN, MJ, GP).

Role autora: Všichni autoři byli nápomocní při tvorbě tohoto rukopisu. Koncepce výzkumného projektu: GP, BF, MJ, RL, JW. Realizace projektu: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Sběr dat, zpracování, statistická analýza: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Příprava rukopisu: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.

Reference

1. Bergen JL, Toole T, Elliott RGr, Wallace B, Robinson K, Maitland CG. Aerobní zátěžový výkon zlepšuje aerobní kapacitu a iniciaci pohybu u pacientů s Parkinsonovou chorobou. NeuroRehabilitace. 2002; 17: 16 – 168. [PubMed]
2. Comella CL, Stebbins GT, Brown-Toms N, Goetz CG. Fyzikální terapie a Parkinsonova choroba: kontrolovaná klinická studie. Neurologie. 1994; 44 (3 část 1): 376 – 378. [PubMed]
3. Schenkman M, hala D, Kumar R, Kohrt WM. Trénink vytrvalostního tréninku s cílem zlepšit ekonomiku pohybu lidí s Parkinsonovou chorobou: tři případové zprávy. Phys Ther. 2008; 88: 63 – 76. [PubMed]
4. Pothakos K, Kurz MJ, Lau YS. Restorativní účinek vytrvalostního cvičení na deficity chování u modelu chronické myši u Parkinsonovy choroby se závažnou neurodegenerací. BMC Neurosci. 2009; 10: 1 – 14. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
5. Fisher BE, Petzinger GM, Nixon K, et al. Cvičením vyvolané zotavení a neuroplasticita u bazálních ganglií myší poškozených 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridinem. J Neurosci Res. 2004; 77: 378 – 390. [PubMed]
6. Petzinger GM, Walsh JP, Akopian G, et al. Účinky cvičení na běžícím pásu na dopaminergní přenos v modelu myší bazálního poškození ganglií poškozených 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridinem. J Neurosci. 2007; 27: 5291 – 5300. [PubMed]
7. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS, a kol. Studie PET o účincích aerobního cvičení na uvolňování striatálního dopaminu u člověka. J Nucl Med. 2000; 41: 1352 – 1356. [PubMed]
8. Ginovart N, Farde L, Halldin C, Swahn CG. Vliv reserpinem indukované deplece synaptického dopaminu na [11C] raclopridovou vazbu na D2-dopaminové receptory v mozku opice. Synapse. 1997; 25: 321 – 325. [PubMed]
9. Mukherjee J, Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mantil J. Hodnocení obsazenosti dopaminového D-2 receptoru klozapinem, risperidonem a haloperidolem in vivo v mozku hlodavců a nehumánních primátů pomocí 18F-fallypridu. Neuropsychofarmakologie. 2001; 25: 476 – 488. [PubMed]
10. Honer M, Bruhlmeier M, Missimer J, Schubiger AP, Ametamey SM. Dynamické zobrazování striatálních D2 receptorů u myší pomocí quad-HIDAC PET. J Nucl Med. 2004; 45: 464 – 470. [PubMed]
11. Falardeau P, Bedard PJ, Di Paolo T. Vztah mezi mozkovou do-paminovou ztrátou a hustotou D2 dopaminového receptoru u opic MPTP. Neurosci Lett. 1988; 86: 225 – 229. [PubMed]
12. Mukherjee J, Yang ZY, Brown T, et al. Předběžné hodnocení vazby extrastriatálního dopaminového D-2 receptoru v mozcích hlodavců a primátů s primáty pomocí vysokoafinitního radioligandu, 18F-fallypridu. Nucl Med Biol. 1999; 26: 519 – 527. [PubMed]
13. Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mukherjee J. Kvantifikace striatálních a mimstriatálních D-2 dopaminových receptorů pomocí PET zobrazování [(18) F] fallypridu u nelidských primátů. Synapse. 2000; 38: 71 – 79. [PubMed]
14. Qi J, Leahy RM, Cherry SR, Chatziioannou A, Farquhar TH. Vysoce resuulurní rekonstrukce obrazu Bayesian 3D pomocí skeneru pro drobné zvíře micro-PET. Phys Med Biol. 1998; 43: 1001 – 1013. [PubMed]
15. Ichise M, Toyama H, Innis RB, Carson RE. Strategie pro zlepšení odhadu neuroreceptorových parametrů pomocí lineární regresní analýzy. J Metabolismus krevního toku J. 2002; 22: 1271 – 1281. [PubMed]
16. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wang GJ, Ding YS, Alexoff DL. Distribuční objemové poměry bez odběru krve z grafické analýzy PET dat. J Metabolismus krevního toku J. 1996; 16: 834 – 840. [PubMed]
17. Studholme C, Hill DL, Hawkes DJ. Automatizovaná trojrozměrná registrace snímků mozkové magnetické rezonance a pozitronové emisní tomografie pomocí multirevolční optimalizace opatření podobnosti voxelu. Med Phys. 1997; 24: 25 – 35. [PubMed]
18. Mintun MA, Raichle ME, Kilbourn MR, Wooten GF, Welch MJ. Kvantitativní model pro in vivo hodnocení vazebných míst pro léčivo s pozitronovou emisní tomografií. Ann Neurol. 1984; 15: 217 – 227. [PubMed]
19. Lammertsma AA, Hume SP. Zjednodušený referenční tkáňový model pro studie PET receptorů. Neuroimage. 1996; 4 (3 část 1): 153 – 158. [PubMed]
20. Paxinos G, Franklin KBJ. Mozek myši ve stereotaxických souřadnicích. 2. New York: Academic Press; 2001.
21. Johnson MW, Chotiner JK, Watson JB. Izolace a charakterizace synaptoneurosomů z hippocampálních řezů jednoho potkana J Neurosciho metody. 1997; 77: 151 – 156. [PubMed]
22. Laemmli UK. Štěpení strukturálních proteinů během sestavování hlavy bakteriofága T4. Příroda. 1970; 227: 680 – 685. [PubMed]
23. Thomas JR, Salazar W, Landers DM. Co chybí v p <05? Velikost efektu. Res Q Exerc Sport. 1991; 62: 344–348. [PubMed]
24. Cropley VL, Innis RB, Nathan PJ, et al. Malý účinek uvolňování dopaminu a žádný účinek vyčerpání dopaminu na vázání [(18) F] fallypridu u zdravých lidí. Synapse. 2008; 62: 399 – 408. [PubMed]
25. Hurley MJ, Jenner P. Co se naučili ze studie dopaminových receptorů u Parkinsonovy choroby? Pharmacol Ther. 2006; 111: 715 – 728. [PubMed]
26. Smith Y, Villalba R. Striatální a mimstriatální dopamin v bazálních gangliích: Přehled jeho anatomické organizace v normálních a parkinsonských mozcích. Mov Disord. 2008; 23 (dodatek 3): S534 – S547. [PubMed]
27. Cepeda C, Buchwald NA, Levine MS. Neuromodulační působení dopaminu v neostrii závisí na aktivovaných podtypech receptorů excitačních aminokyselin. Proc Natl Acad Sci USA. 1993; 90: 9576 – 9580. [PMC bezplatný článek] [PubMed]
28. Levine MS, Altemus KL, Cepeda C, et al. U mutantních myší s deficitem D1A je snížen modulační účinek dopaminu na odpovědi zprostředkované receptorem NMDA. J Neurosci. 1996; 16: 5870 – 5882. [PubMed]
29. Umemiya M, Raymond LA. Dopaminergní modulace excitačních postsynaptických proudů v krysích neostriatálních neuronech. J Neurophysiol. 1997; 78: 1248 – 1255. [PubMed]
30. Den M, Wang Z, Ding J, et al. Selektivní eliminace glutamatergických synapsí na striatopallidních neuronech v modelech Parkinsonovy choroby. Nat Neurosci. 2006; 9: 251 – 259. [PubMed]
31. VanLeeuwen JE, Petzinger GM, Walsh JP, Akopian GK, Vuckovic M, Jakowec MW. Pozměněná exprese receptoru AMPA s cvičením na běžícím pásu v modelu myší bazálního poškození ganglií poškozených 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridinem. J Neurosci Res. 2010; 88: 650 – 668. [PubMed]
32. Hernandez-Echeagaray E, Starling AJ, Cepeda C, Levine MS. Modulace AMPA proudů pomocí D2 dopaminových receptorů ve striatálních středně velkých ostnatých neuronech: jsou dendrity nezbytné? Eur J Neurosci. 2004; 19: 2455 – 2463. [PubMed]
33. Surmeier DJ, Ding J, den M, Wang Z, Shen W. D1 a D2 dopamin-receptorová modulace striatální glutamatergické signalizace ve striatálních středně ostnatých neuronech. Trendy Neurosci. 2007; 30: 228 – 235. [PubMed]
34. Calabresi P, Mercuri NB, Sancesario G, Bernardi G. Elektrofyziologie dopaminem denervovaných striatálních neuronů. Důsledky pro Parkinsonovu chorobu. Mozek. 1993; 116 (část 2): 433 – 452. [PubMed]
35. Ballion B, Frenois F, Zold CL, Chetrit J, Murer MG, stimulace receptoru Gonon F. D2, ale ne D1, obnovuje striatální rovnováhu na potkanském modelu parkinsonismu. Neurobiol Dis. 2009; 35: 376 – 384. [PubMed]

36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Synaptická plasticita a fyziologické interakce mezi dopaminem a glutou