Ymarferiad yn dyrchafu derbynnydd dopamine D2 mewn model llygoden o glefyd Parkinsons Delweddu vivo gyda fflangwrn (18F) (2010)

Sylwadau: Mewn model llygoden o Parkinson's, cynyddodd ymarfer melin draed dderbynyddion D2 dopamin. Mae caethiwed yn achosi dirywiad mewn derbynyddion D2 sydd yn rhannol yn achos dadsensiteiddio. Rheswm arall i wneud ymarfer corff.

Anhwylderau Symud

Cyfrol 25, Rhifyn 16, tudalennau 2777-2784, 15 Rhagfyr 2010

Mae fersiwn derfynol y cyhoeddwr o'r erthygl hon ar gael yn Mov Anhrefn
Edrychwch ar erthyglau eraill yn y PMC dyfynnu yr erthygl a gyhoeddwyd.

Crynodeb

Pwrpas yr astudiaeth gyfredol oedd archwilio newidiadau mewn mynegiant derbynnydd dopamin D2 (DA-D2R) o fewn ganglia gwaelodol llygod MPTP a oedd yn destun ymarfer melin draed dwys. Gan ddefnyddio dadansoddiad immunoblotting y Gorllewin o synaptoneurosomau a in vivo delweddu tomograffeg allyriadau positron (PET) sy'n cyflogi'r ligand penodol DA-D2R [18F] fallypride, gwelsom fod ymarfer melin draed dwysedd uchel wedi arwain at gynnydd mewn mynegiant DA-D2R striatal a oedd fwyaf amlwg yn MPTP o'i gymharu â llygod wedi'u trin â halwynog. Mae newidiadau a achosir gan ymarfer corff yn y DA-D2R yn y ganglia gwaelodol wedi'i disbyddu dopamin yn gyson â rôl bosibl y derbynnydd hwn wrth fodiwleiddio swyddogaeth niwronau pigog canolig (MSNs) ac adferiad ymddygiadol. Yn bwysig, mae canfyddiadau'r astudiaeth hon yn cefnogi'r rhesymeg dros ddefnyddio delweddu PET gyda [18F] fallypride i archwilio newidiadau DA-D2R mewn unigolion â Chlefyd Parkinson (PD) sy'n cael hyfforddiant melin draed dwyster uchel.

Geiriau allweddol: tomograffeg allyriadau positron, ganglia gwaelodol, niwroplastigedd, ymarfer melin draed

Mae ymarfer corff yn gwella perfformiad modur mewn cleifion â chlefyd Parkinson (PD).1-3 Mae modelau anifeiliaid, fel y llygoden 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP), yn darparu offeryn beirniadol i ymchwilio i fecanweithiau moleciwlaidd gwelliant mewn ymddygiad modur a achosir gan ymarfer corff.4-6 Y derbynyddion dopamin D1 a D2 (DA-D1R a DA-D2R) yw prif dargedau dopamin ar niwronau pigog canolig striatal (MSNs) ac maent yn modiwleiddio priodweddau ffisiolegol a signalau cellog. Yn benodol, mae'r DA-D2R yn chwarae rhan fawr mewn iselder tymor hir (LTD), math o blastigrwydd synaptig sy'n cynnwys integreiddio niwrodrosglwyddiad glutamatergig a dopaminergig sy'n arwain at amgodio swyddogaeth modur yn y striatwm dorsolateral. O ystyried rôl y DA-D2R mewn rheoli modur, gwnaethom geisio archwilio a yw gwelliant mewn ymarfer modur yn gwella yn rhannol oherwydd cynnydd mewn mynegiant DA-D2R striatal.

Mae tomograffeg allyriadau posron (PET) - mae delweddu â radiotracers DA-D2R yn cynnig y gallu i gynnal astudiaethau hydredol ar effaith ymarfer corff mewn pobl. Mae astudiaethau blaenorol gydag ymarfer corff aerobig wedi ceisio mesur rhyddhau dopamin mewn unigolion arferol7 a dim newid yn rhwymiad [11Gwelwyd C] raclopride, gan arwain yr awduron i awgrymu mai ychydig o newid a ddigwyddodd yn lefelau dopamin. Fodd bynnag, ni astudiwyd effeithiau ymarfer corff ar fynegiant DA-D2R a gweithgaredd synaptig. Y ligand delweddu PET [18Mae F] fallypride yn offeryn rhagorol i archwilio hyn oherwydd ei affinedd uchel a'i benodolrwydd ar gyfer DA-D2R a DA-D3R, ac yn wahanol i [11C] raclopride, nid yw'n cael ei ddadleoli'n hawdd gan lefelau sylfaenol dopamin mewndarddol.7-10 Cadarnhawyd hyn trwy ragflaenu anifeiliaid yn ôl (i ddisbyddu dopamin mewndarddol) na chafodd unrhyw effaith ar [18F] rhwymo fallypride,9,11 ond wedi cynyddu'n sylweddol [11C] rhwymo raclopride8 priodolwyd hynny i newid yn yr affinedd rhwymol ymddangosiadol (Kd) yn hytrach na rhif y derbynnydd (Bmax).

Fel potensial rhwymol (BP) [18Mae f] fallypride yn gallu gwrthsefyll newidiadau oherwydd disbyddu dopamin, gan awgrymu ychydig o effaith ar ei Kd or Bmax ar waelodlin neu gyflwr disbydd, gwnaethom ddefnyddio [18F] fallypride i brofi ein rhagdybiaeth bod mynegiant DA-D2R yn cynyddu ym model llygoden MPTP gydag ymarfer corff dwys.9,10,12,13 Ar ben hynny, i gefnogi ein mesurau delweddu PET, gwnaethom ddefnyddio techneg gyflenwol dadansoddiad immunoblot y Gorllewin o baratoadau synaptoneurosomal i fesur newidiadau mewn mynegiant protein DA-D2R ar lefel y synaps yn yr un anifeiliaid. Rydym yn adrodd yma effeithiau ymarfer corff ar fynegiant DA-D2R a [18F] fallypride mewn grwpiau o lygod sy'n cael eu trin â naill ai halwynog neu MPTP.

DULLIAU

Anifeiliaid, Grwpiau Triniaeth, a Gweinyddiaeth MPTP

Roedd llygod gwrywaidd C57BL / 6 8 wythnos oed (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) wedi'u cartrefu mewn grŵp mewn ystafell a reolir gan dymheredd o dan gylchred tywyll 12 h ysgafn / 12 h. Perfformiwyd yr holl weithdrefnau yn unol â Chanllaw NIH ar gyfer Gofal a Defnydd Anifeiliaid Labordy fel y'i cymeradwywyd gan IACUC USC. Defnyddiwyd cyfanswm o lygod 164 mewn pedwar grŵp triniaeth: (1) halwynog (n = 42), (2) halwynog ynghyd ag ymarfer corff (n = 55), (3) MPTP (n = 57), a (4) MPTP plws ymarfer corff (n = 42). Ar gyfer briwio, derbyniodd llygod bedwar pigiad intraperitoneol o 20 mg / kg MPTP (sylfaen rydd; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) wedi'i hydoddi mewn halwynog 0.9%, ar gyfnodau 2-h neu bedwar pigiad intraperitoneol o 0.1 ml 0.9% NaCl fel rheolaeth. Dilyswyd Lesioning gan ddadansoddiad HPLC o lefelau dopamin striatal. Yn 10 diwrnod o weinyddiaeth ôl-MPTP, roedd disbyddu dopamin 82.2% mewn llygod MPTP (48.0 ± 8.4 ng / mg o brotein) o'i gymharu â llygod halwynog (269.5 ± 24.9 ng / mg o brotein). Ar ddiwedd yr astudiaeth, nid oedd gwahaniaeth arwyddocaol yn lefelau dopamin striatal rhwng MPTP ynghyd â llygod ymarfer corff (69.8 ± 11.7 ng / mg o brotein) o'i gymharu â MPTP (77.9 ± 12.0 ng / mg o brotein). Fodd bynnag, bu cynnydd sylweddol o dopamin striatal mewn halwynog ynghyd â llygod ymarfer corff (315.2 ± 9.0 ng / mg o brotein) o'i gymharu â halwynog (246.9 ± 19.8 ng / mg o brotein) (F(3,16) = 7.78; P <0.05).

Ymarfer Melin Draed

Dechreuodd ymarfer corff 5 ddyddiau ar ôl briwio. Hyfforddwyd llygod o'r ddau grŵp ymarfer corff (ymarfer corff halwynog a mwy ac ymarfer corff MPTP) i redeg ar felin draed modur 100-cm (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) ar gyflymder cynyddrannol am wythnosau 6 (5 diwrnod / wythnos) i gyrraedd hyd o 60 min / dydd a chyflymder 18-20 m / min.5,6

Delweddu Cyseiniant Magnetig

Cafwyd delwedd cyseiniant magnetig (MR) pwysol cyfeintiol tri dimensiwn o ymennydd y llygoden gyda system micro-MRI 1-T (Bruker Biospin, Billerica, MA). Paramedrau caffael delwedd oedd: TE = 7 ms, TR = 46.1 ms, trwch tafell 6292.5-mm, trwch rhyngserol 0.4-mm, maint matrics 0.45 × 128 × 128.

Radiochemistry

Synthesis o [18Perfformiwyd f] fallypride fel y disgrifiwyd o'r blaen trwy adwaith amnewid niwcleoffilig y rhagflaenydd tosyl gyda [18F] gan ddefnyddio cyfarpar radiocemeg wedi'i wneud yn arbennig.12 Cyflawnwyd y puro trwy HPLC gwrthdroi ar golofn LX Phenomenex C8 (2) gan ddefnyddio byffer acetonitrile a sodiwm ffosffad fel cyfnod symudol (55: 45). Mesurwyd amsugnedd UV yn 254 nm ac AUFS 0.05. Uchafbwynt ymbelydrol (amser cadw 17 min) sy'n cyfateb i [18Casglwyd F] fallypride, a thynnwyd toddydd ar anweddydd cylchdro. Profwyd y cynnyrch terfynol am pyrogenigrwydd, sterility, pH, a chael gwared â thoddyddion organig trwy gromatograffaeth nwy. Aseswyd gweithgaredd penodol a phurdeb radiocemegol gyda system Dyfroedd HPLC gan ddefnyddio dadansoddwr C8 (2) Phenomenex Luna. Roedd gweithgaredd penodol yn yr ystod o 3,000-12,000 Ci / mmol.

Mesuriadau PET a Dadansoddiad Delwedd

Defnyddiwyd ugain o lygod ar gyfer delweddu PET (n = halwyn 6; n = halwynog 3 ynghyd ag ymarfer corff; n = 5 MPTP; ac n = 6 MPTP ynghyd ag ymarfer corff). Cafwyd sganiau gyda sganiwr R4 microPET Concorde (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) gyda phrotocol caffael modd rhestr 60-min ar ôl sgan trosglwyddo 20-min ar gyfer cywiro gwanhau gyda a 68Ge ffynhonnell. [18Chwistrellwyd f] fallypride (10.92-11.28 MBq) trwy'r wythïen gynffon (bolws sengl) ar ddechrau'r sgan allyriadau. Cafodd llygod eu anaestheiddio â 2% isofluorane ac 98% ocsigen. Cafodd y data modd rhestr ddeinamig eu didoli i sinogramau gyda fframiau 26 (sec 6 × 20, sec 4 × 40, 6 × 1 min, a 10 × 5 min) a'u hailadeiladu gan ddau iteriad o OSEM (uchafswm disgwyliad is-setiau archeb) ac yna 18 iteriadau o'r algorithm ailadeiladu MAP (uchafswm a posteriori).14 Cnwdiwyd delweddau wedi'u hailadeiladu i gynnwys y pen a'u rhyngosod yn llinol yn y Z-cyfeiriad i gynhyrchu delwedd 128 × 128 × 63 gydag isotropig 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 voxels. Cyfrifwyd delweddau potensial rhwymol cydraniad uchel (BP) o'r striatwm o'r delweddau deinamig wedi'u hailadeiladu gan ddefnyddio model cyfeirio meinwe aml-linellol15 a lleiniau Logan16 gyda gweithgaredd uchel yn y striatwm a gweithgaredd isel iawn yn y serebelwm (rhanbarth cyfeirio). Diffiniwyd rhanbarthau o ddiddordeb anatomegol (striatwm a serebelwm) â llaw yn y ddau hemisffer mewn delweddau PET sydd wedi'u cofrestru ag MRI gan ddefnyddio Rview (fersiwn 8.21Beta).17 Meintioli rhwymiad penodol o [18Perfformiwyd f] fallypride yn striatwm y llygoden gan ddefnyddio'r gwerth BP sy'n mesur cymhareb rhwymo penodol / amhenodol mewn ecwilibriwm.18,19 Er mwyn dangos penodoldeb rhwymol yn y striatwm, cynaeafwyd pedwar llygoden 60 min ar ôl pigiad ligand, rhewodd ymennydd yn gyflym mewn nitrogen hylifol, ei rannu ar drwch 30-μm, ac adrannau wedi'u gosod ar ddelweddwr ffosffo (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway , NJ) (Ffig. 1). Mae astudiaethau wedi dangos bod [18Mae F] fallypride yn rhwymo'n benodol i'r DA-D2R, a chan mai ychydig iawn o DA-D3R sydd yn y striatwm, mae rhwymo'n dynodi deiliadaeth DA-D2R.9,10,12,13

FIG. 1 

[18F] Mae ffallypride yn dangos penodoldeb bidio uchel i striatwm y llygoden. Mae'r panel chwith yn dangos rendro anatomegol o'r rhan goronaidd ar lefel fras bregma 0.20. Mae'r panel cywir yn dangos autoradiograff cynrychioliadol gyda labelu dwys yn cyfateb ...

Casgliad Meinwe ar gyfer HPLC a Dadansoddi Protein

Ar ddiwedd yr astudiaeth, tynnwyd ymennydd yn gyflym a dyrannodd striatwm dorsal yn ffres yn cyfateb i ranbarthau anatomegol o bregma 1.2 i 0.6 gyda'r corpus callosum fel ffin dorsal, agwedd ochrol y corpws callosum fel ffin ochrol, ac uwchlaw'r comisyn anterior fel ffin y fentrol.20

Dadansoddiad HPLC o Dopamin a'i Metabolion

Pennwyd lefelau dopamin mewn homogenadau striatal (n = 4 fesul grŵp) gan HPLC gyda chanfod electrocemegol.6 Roedd y system yn cynnwys awto-samplwr ESA (ESA, Chelmsford, MA) wedi'i gyfarparu â cholofn C-150 3.2 × 18 mm gwrthdro (diamedr 3μm) a CoulArray 5600A (ESA, Chelmsford, MA), gyda phedwar cell ddadansoddol -channel gyda photensial wedi'i gosod yn −75, 50, 220, a 350 mV.

Dadansoddiad Imiwnoblot y Gorllewin

Dadansoddwyd effaith ymarfer corff ar fynegiant synaptig DA-D1R a DA-D2R mewn paratoadau synaptoneurosome a wnaed yn ffres o wyth striatwm dorsolateral cyfun.21 Perfformiwyd y weithdrefn hon ar dair set o lygod ar gyfer cyfanswm o lygod 24 fesul grŵp arbrofol (n = preps 3 fesul grŵp). Mynegiant cymharol o broteinau ar gyfer DA-D1R (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), tyrosine hydroxylase (58 kDa), cludwr dopamin (68 kDa), a α-tubulin (50 kDa) (fel rheolaeth llwytho) eu dadansoddi gan immunoblot y Gorllewin22 gan ddefnyddio gwrthgyrff cynradd sydd ar gael yn fasnachol (gwrthgyrff monoclonaidd cwningen a llygoden monoclonaidd, Millipore, Temecula, CA). Delweddwyd bandiau protein gan wrthgyrff eilaidd gwrth-gwningen neu wrth-lygoden eilaidd wedi'i gyfuno ag IRDye680 neu IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Canfuwyd signal fflwroleuol trwy sganio'r hidlydd mewn Odyssey LI-COR ger platfform delweddu is-goch a'i feintioli gan ddefnyddio meddalwedd Odyssey 2.1 (Biotechnoleg LI-COR, Lincoln, NE). Dangosir y canlyniadau fel lefelau mynegiant cymharol o'u cymharu â'r grŵp halwynog (wedi'i osod i 100%).

Dadansoddiad Ystadegol

Gwahaniaethau rhwng grwpiau yn BP o [18Dadansoddwyd lefelau protein f ]prally, DA-D1R, a DA-D2R gan ddefnyddio dadansoddiad dwyffordd o amrywiant (ANOVA) gyda thriniaeth fel rhwng ffactor pwnc (halwynog yn erbyn MPTP), ac ymarfer corff fel o fewn ffactor pwnc (dim ymarfer corff vs. ymarfer corff). Ar gyfer y prawf cyflymder melin draed mwyaf posibl, defnyddiwyd amser rhwng y ffactor pwnc (wythnos 1, 2, ac ati) a defnyddiwyd triniaeth fel o fewn ffactor pwnc (halwynog yn erbyn MPTP). Defnyddiwyd prawf post hoc Bonferroni i gywiro ar gyfer sawl cymhariaeth wrth asesu arwyddocâd diddordeb. Gosodwyd lefel arwyddocâd i P <0.05. Er mwyn archwilio arwyddocâd ymarferol gwahaniaethau grŵp, cyfrifwyd amcangyfrif o faint y gwahaniaethau rhwng grwpiau gan ddefnyddio maint yr effaith (ES) (ES = CymedrGrŵp 1 - CymedrGrŵp 2/ SDcyfun). Mae'r DA yn adlewyrchu effaith triniaeth o fewn poblogaeth o ddiddordeb ac adroddir yn unol â meini prawf sefydledig fel bach (<0.41), canolig (0.41–0.70), neu fawr (> 0.70).23 Perfformiwyd dadansoddiad gan ddefnyddio Prism5 ar gyfer Windows (GraphPad, San Diego, CA).

CANLYNIADAU

Ymarferiad Melin Draen Dwysedd Uchel Ymddygiad Modur Gwell mewn Llygod sydd wedi'u Lleddfu gan MPTP

Cyn i MPTP-lesioning a dechrau ymarfer corff, roedd cyflymderau sylfaenol cyfartalog pob llygod mewn dau grŵp ymarfer corff yn debyg (ymarfer corff halwynog a mwy: 11.7 ± 1.1 m / min, ac ymarfer corff MPTP plus: 11.2 ± 1.1 m / min). Fe wnaeth ymarfer corff bob dydd am wythnosau 6 wella'r cyflymderau melin draed mwyaf posibl yn y ddau grŵp ymarfer corff gyda'r llygod hallt ynghyd â llygod ymarfer corff yn arddangos y cyflymder mwyaf sylweddol o gymharu â'r MPTP ynghyd â llygod ymarfer corff yn wythnosau 1 trwy 4 (Ffig. 2). Fodd bynnag, roedd gan MPTP ynghyd â llygod ymarfer corff gyflymderau melin draed uchaf tebyg i lygod hallt ynghyd â llygod ymarfer corff yn wythnos 5 (ymarfer corff MPTP a mwy: 17.2 ± 3.6 m / min ac ymarfer corff halwynog a mwy: 22.0 ± 1.5 m / min) ac wythnos 6 (19.2 ± 1.2 m / min a 22.2 ± 0.9 m / min, yn y drefn honno). Fel yr adroddwyd o'r blaen, ni ddangosodd llygod â nam MPTP na chawsant hyfforddiant melin draed unrhyw adferiad digymell o ymddygiad modur gyda'u cyflymder mwyaf posibl o 7.0 ± 0.3 m / min ar ddiwedd y cyfnod ymarfer 6-wythnos.5

FIG. 2 

Mae ymarfer corff yn gwella ymddygiad modur yn y llygoden MPTP. Profwyd cyflymder rhedeg uchaf llygod halwynog (n = 12) ac MPTP (n = 12) ar y felin draed modur ar ddiwedd pob wythnos. Mesurwyd y cyflymderau melin draed sylfaenol cyn briwio MPTP. ...

Ymarfer Melin Draen Dwysedd Uchel Cynyddu Striatal DA-D2R ond nid Protein DA-D1R

Roedd ymarfer melin draed dwysedd uchel yn effeithio'n wahanol ar lefelau DA-D2R a DA-D1R mewn paratoadau synaptoneurosomal o'r striatwm dorsal fel y dangosir gan ddadansoddiad blot y Gorllewin (Ffig. 3). Roedd gan MPTP ynghyd â llygod ymarfer corff gynnydd 48.8% yn DA-D2R striatal o'i gymharu â llygod MPTP (Ffig. 3B), a rhyngweithio sylweddol rhwng ymarfer corff a briw MPTP ar lefel protein DA-D2R (F(1,8) = 6.0; P <0.05). I'r gwrthwyneb, ni chafwyd unrhyw effaith ymarfer corff ar lefelau protein DA-D1R rhwng y grwpiau (Ffig. 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Ni newidiodd lesiad MPTP ar ei ben ei hun DA yn sylweddol DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) neu fynegiad DA-D1R (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Yn ogystal, dau farciwr protein gwahanol o gyfanrwydd ffibrau dopaminergig midbrain, tyrosine hydroxylase (TH; Ffig. 3C) a chludwr dopamin (DAT; Ffig. 3D), yn dangos bod MPTP wedi lleihau protein TH striatal yn sylweddol (F(1,8) = 757.3; P <0.05) a mynegiant DAT (F(1,8) = 218.0; P <0.05).

FIG. 3 

Mae ymarfer corff yn detholus yn uwch-reoleiddio DA-D2R ond nid protein striatal DA-D1R. Panel (A) yn dangos dadansoddiad immunoblot y Gorllewin o baratoadau synaptoneurosome o'r striatwm dorsal ar gyfer protein DA-D1R. Nid oedd gwahaniaeth ystadegol arwyddocaol rhwng ...

Ymarfer Melin Draen Dwysedd Uchel Cynyddu Striatal [18F] Potensial Rhwymo Fallypride (BP)

Er bod dadansoddiad immunoblotio Gorllewinol o fynegiant protein derbynnydd yn mesur cyfanswm epitopau gwrthgorff (storfeydd cellog wyneb a mewnol), in vivo Delweddu PET gyda'r radioligand DA-D2R-benodol uchel-affinedd [18Gall F] fallypride amlinellu effeithiau ymarfer corff ar argaeledd DA-D2R i rwymo ligand (Ffig. 4). Datgelodd dadansoddiad ystadegol fod ymarfer corff wedi cael effaith sylweddol (F(1,16) = 12.3; P <0.05) yn ogystal â briw MPTP (F(1,16) = 160.3; P <0.05) heb unrhyw ryngweithio sylweddol rhwng MPTP ac ymarfer corff (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) ar [18F] BP fallypride. Dangosodd dadansoddiad post hoc Bonferroni wahaniaeth sylweddol yng ngwerthoedd BP rhwng MPTP ac MPTP ynghyd â llygod ymarfer corff (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01), a dim gwahaniaeth sylweddol rhwng halwynog a halwynog ynghyd â llygod ymarfer corff (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). Yn benodol, roedd gan MPTP ynghyd â llygod ymarfer corff gynnydd o 73.1% yn [18F] BP fallypride o'i gymharu â llygod MPTP (gwerthoedd BP cyfartalog ar gyfer MPTP ynghyd ag ymarfer corff: 7.1 ± 0.7; gwerthoedd BP cyfartalog ar gyfer llygod MPTP: 4.1 ± 0.3) (Ffig. 4B). Yn ogystal, roedd llygod hallt ynghyd â llygod ymarfer corff wedi cynyddu 8.2% yn [18F] BP fallypride (13.2 ± 1.0) o'i gymharu â llygod halwynog (12.2 ± 0.3). Yn gyson â'r canfyddiadau hyn, datgelodd cyfrifiadau “maint effaith” effaith ymarfer corff fwy rhwng grwpiau MPTP (ES = 2.61) na'r hyn a welwyd rhwng y grwpiau halwynog (ES = 0.94).

FIG. 4 

Mae ymarfer corff yn cynyddu'n ddetholus [18F] potensial rhwymo fallypride (BP) yn y striatwm o lygod MPTP. Panel (A) dangos [18F] delweddau cynrychioliadol BP fallypride yn y cyfeiriadedd coronaidd (ochr chwith) a chyfeiriadedd llorweddol (ochr dde). Y bar graddfa ...

TRAFODAETH

Mae'r astudiaeth hon yn dangos bod ymarfer melin draed dwyster uchel yn arwain at gynnydd mewn [18F] BP fallypride (argaeledd DA-D2R) yn y striatwm o lygod wedi'u trin â MPTP. I'r gwrthwyneb, ni fu unrhyw newid sylweddol yng nghyfanswm y lefelau dopamin striatal rhwng MPTP ynghyd ag ymarfer corff o'i gymharu â MPTP dim llygod ymarfer corff. [18Mae F] fallypride yn wrthwynebydd DA-D2 / D3R hynod ddetholus y mae ei BP yn adlewyrchu in vivo mesur y derbynyddion sydd ar gael (Bmax) / affinedd rhwymol (Kd). Gan mai DA-D2Rs yw'r is-deip derbynnydd dopamin pennaf o fewn striatwm dorsal, cynnydd a achosir gan ymarfer corff yn [18Mae F] fallypride BP yn cynrychioli cynnydd yn nifer DA-D2R ac fe'i cefnogir gan gynnydd mewn mynegiant protein gan ddefnyddio imiwnoblotio Gorllewinol a'n hastudiaethau blaenorol sy'n dangos cynnydd mewn mynegiant trawsgrifiad mRNA DA-D2R striatal gan ddefnyddio histochemistry hybridization in situ.5 Ategir y dehongliad hwn o ddrychiad BP ymhellach gan y ffaith bod dadleoli [18Nid yw f] fallypride gan dopamin yn debygol o ddigwydd mewn llygod MPTP gan fod lefelau dopamin yn parhau i fod yn isel.24 Felly, newidiadau mewn affinedd rhwymol ymddangosiadol (Kd) yn ddibwys ac yn annhebygol o effeithio ar BP. Efallai y bydd effaith well ymarfer corff mewn llygod MPTP yn adlewyrchu ymgais yr ymennydd sydd wedi'i anafu i optimeiddio niwrodrosglwyddiad dopaminergig trwy gynyddu nifer y derbynyddion tra bod lefelau dopamin yn parhau i fod wedi disbyddu. Mae ymatebolrwydd cynyddol llygod MPTP i ymarfer corff yn datgelu mwy o botensial i'r anafedig yn erbyn yr ymennydd cyfan gael niwroplastigedd, na fydd o bosibl yn hanfodol pan fydd cylchedwaith striatal yn gyfan. Mae'r ffaith nad yw lefelau dopamin yn newid yn sylweddol gydag ymarfer corff mewn llygod MPTP yn awgrymu bod newidiadau cydadferol yn DA-D2R yn hanfodol ar gyfer gwell perfformiad modur sy'n gysylltiedig ag ymarfer corff.

Gan ddefnyddio delweddu PET, gwelsom ostyngiad yn DA-D2R BP ar ôl briwio MPTP o'i gymharu â llygod wedi'u trin â halen. Roedd hyn yn wahanol i immunoblotting y Gorllewin lle na welwyd unrhyw newid yn y mynegiant protein DA-D2R. Mae'r DA-D2R yn bodoli mewn ecwilibriwm deinamig rhwng adrannau arwyneb ac mewngellol, gyda'r olaf ddim ar gael yn gyffredinol i'w rwymo i radioligands PET. Yn y cyflwr disbyddedig dopamin, gall mecanweithiau cydadferol arwain at newidiadau yn y pwll mewngellol ar gyfer DA-D2R, a allai fod ar gael ar gyfer [18F] rhwymo fallypride ond eto ar gael i'w ganfod yn immunoblotting y Gorllewin.

Yn wahanol i'n canfyddiadau, mae cynnydd cydadferol yn y DA-D2R wedi'i nodi mewn unigolion â PD ac ar ôl gweinyddu MPTP mewn archesgobion nonhuman, neu 6-OHDA mewn llygod mawr.25 Yn y llenyddiaeth, dywedir bod colli DA-D2Rs oherwydd dirywiad niwronau dopaminergig, ond mae'r cynnydd mewn DA-D2Rs yn deillio o fynegiant cynyddol ar derfynellau dopaminergig sy'n weddill a / neu synthesis cynyddol o fewn niwronau striatopallidal neu interneuronau colinergig. Gall yr anghysondeb hwn rhwng ein hastudiaeth PET, a llenyddiaeth, fod oherwydd gwahaniaethau yn nifrifoldeb y briw rhwng astudiaethau.11 Yn benodol, gall colli nifer fwy o DA-D2Rs presynaptig trwy golli celloedd a achosir gan MPTP fod yn ddigonol i wneud iawn am unrhyw newidiadau cydadferol postynaptig a achosir gan y briw yn unig. Fel arall, gall ein hanallu i arsylwi cynnydd mewn DA-D2R BP a lefelau mynegiant mewn llygod MPTP (heblaw ymarfer corff) fod oherwydd adferiad cymedrol o lefelau dopamin ar ddiwedd yr astudiaeth (disbyddu dopamin 82% ar ddiwrnodau 10 yn erbyn 68 % disbyddu ar ôl 42 diwrnod postlesion). Fodd bynnag, mae hyn yn annhebygol gan fod y llygod MPTP ynghyd â llygod ymarfer corff, a oedd hefyd yn dangos adferiad bach o dopamin (ddim yn sylweddol wahanol i'r MPTP dim llygod ymarfer corff) wedi cynyddu DA-D2R BP.

Mynegir mwyafrif y DA-D1Rs a D2Rs ar bigau dendritig MSNs gyda derbynyddion ychwanegol wedi'u mynegi ar interneuronau colinergig a therfynellau niwronau glutamatergig a dopaminergig sy'n tarddu o'r cortecs (neu thalamws) a substantia nigra pars compacta, yn y drefn honno.26 Rôl fawr dopamin yw modiwleiddio niwrodrosglwyddiad glutamatergig corticostriatal neu thalamostriatal yn yr MSN. Mae niwrodrosglwyddiad glutamatergig yn cael ei wella trwy DA-D1Rs a'i leihau trwy DA-D2Rs.27-29 O dan amodau disbyddu dopamin, collir pigau a chysylltiadau synaptig yn ddetholus ar DA-D2R sy'n cynnwys MSNs y llwybr anuniongyrchol.30 Ynghyd â'r golled hon mae cyflwr hyperexcitability o fewn yr MSNs oherwydd mwy o niwrodrosglwyddiad corticostriatal glutamatergig.31-33 Mewn modelau anifeiliaid o PD, mae'r gyriant glutamatergig cynyddol hwn yn cydberthyn ag ymddygiad modur tebyg i parkinsonian.34 Mae gwanhau'r cyflwr hyperexcitable hwn trwy gymhwyso dopamin neu ei agonyddion yn arwain at wyrdroi diffygion modur parkinsonaidd.35,36 Yng ngoleuni'r adroddiadau hyn a'n canfyddiadau, rydym yn damcaniaethu mai manteision ymarfer corff dwysedd uchel yw gwella signalau dopaminergig trwy fynegiant DA-D2R cynyddol yn y llwybr anuniongyrchol (ond nid y llwybr uniongyrchol DA-D1R) a gwella swyddogaeth modur trwy atal excitability glutamatergic.

Prif gasgliad ein hastudiaeth yw bod ymarfer corff ar ffurf rhedeg melin draed dwys yn hwyluso niwroplastigedd trwy fynegiant cynyddol o DA-D2Rs striatal, proses sydd fwyaf amlwg yn yr ymennydd sydd wedi'i anafu. Yn seiliedig ar ein canfyddiadau, dull delweddu PET noninvasive gyda [18Gellir defnyddio f ]prallyide i ymchwilio i weld a yw ymarfer melin draed dwys hefyd yn arwain at newidiadau yn y DA-D2R mewn unigolion â PD. Mae ein hastudiaeth yn tynnu sylw at werth ymchwil preclinical mewn modelau anifeiliaid o ddisbyddu dopamin a phwysigrwydd ymchwil drosiadol ar gyfer darparu rhesymeg a mewnwelediad tuag at ddeall astudiaethau delweddu ac ymarfer corff mewn unigolion â PD.

Diolchiadau

Cefnogwyd y gwaith hwn gan grant gan Raglen Grant Peilot Llawn USC CTSI, ac arian hael gan Sefydliad Clefyd Parkinson, Team Parkinson (Los Angeles), Cynghrair Parkinson, Grŵp Addysg Clefyd Whittier Parkinson, NINDS RO1 NS44327-1, NIA ( AG 21937) a Byddin yr Unol Daleithiau NETRP W81XWH-04-1-0444. Mae MGV yn dderbynnydd Cymrodoriaeth Teilyngdod Rhaglen Graddedig Niwrowyddoniaeth USC. Hoffem ddiolch i Ryan Park a Dr. Peter Conti o Graidd Delweddu Anifeiliaid Bach USC am gymorth gyda delweddu micro-PET a Dr. Rex Moats o'r Craidd Ymchwil Delweddu Anifeiliaid Bach yn Sefydliad Ymchwil Saban am gymorth gyda'r MRI llygoden. Hoffem ddiolch i Yi-Hsuan (Lilian) Lai am gymorth gydag ymarfer melin draed, ac Avery Abernathy am ei arbenigedd mewn dadansoddi HPLC. Rydym yn ddiolchgar i Gyfeillion Grŵp Ymchwil Clefyd Parkinson USC gan gynnwys George a MaryLou Boone, Walter a Susan Doniger, a Roberto Gonzales am eu cefnogaeth hael.

Troednodiadau

 

Gwrthdaro buddiannau posibl: Dim i'w adrodd.

Ychwanegwyd y nodyn mewn prawf: Cyhoeddwyd yr erthygl hon ar-lein ar 19 Hydref 2010. Yn dilyn hynny, nodwyd gwall. Mae'r rhybudd hwn wedi'i gynnwys yn y fersiynau ar-lein ac mewn print i nodi bod y ddau wedi'u cywiro.

Datgeliadau Ariannol: Cymrodoriaeth Teilyngdod Rhaglen Graddedig Niwrowyddoniaeth USC (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ a Meddyg Teulu), Rhaglen Grant Peilot Llawn USC CTSI (QL, AN, MJ, Meddyg Teulu).

Rolau Awdur: Roedd pob awdur yn allweddol wrth gynhyrchu'r llawysgrif hon. Beichiogi Prosiect Ymchwil: Meddyg Teulu, BF, MJ, RL, JW. Cyflawni'r Prosiect: MV, QL, AN, CW, MJ, meddyg teulu. Casglu Data, Prosesu, Dadansoddiad Ystadegol: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, Meddyg Teulu. Paratoi Llawysgrifau: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, meddyg teulu.

Cyfeiriadau

1. Bergen JL, Toole T, Elliott RGr, Wallace B, Robinson K, Maitland CG. Mae ymyrraeth ymarfer aerobig yn gwella gallu aerobig a chychwyn symud mewn cleifion clefyd Parkinson. Niwro-adferiad. 2002; 17: 16 - 168. [PubMed]
2. Comella CL, Stebbins GT, Brown-Toms N, Goetz CG. Therapi corfforol a chlefyd Parkinson: treial clinigol rheoledig. Niwroleg. 1994; 44 (3 Rhan 1): 376 - 378. [PubMed]
3. Schenkman M, Neuadd D, Kumar R, Kohrt WM. Hyfforddiant ymarfer dygnwch i wella economi symud pobl â chlefyd Parkinson: tri adroddiad achos. Phys Ther. 2008; 88: 63 - 76. [PubMed]
4. Pothakos K, Kurz MJ, Lau YS. Effaith adferol ymarfer dygnwch ar ddiffygion ymddygiadol ym model llygoden gronig clefyd Parkinson â niwro-genhedlaeth ddifrifol. Niwroosci BMC. 2009; 10: 1 - 14. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
5. Fisher BE, Petzinger GM, Nixon K, et al. Adferiad ymddygiadol a achosir gan ymarfer corff a niwroplastigedd yn y ganglia gwaelodol llygoden 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-lesioned. J Neurosci Res. 2004; 77: 378 - 390. [PubMed]
6. Petzinger GM, Walsh JP, Akopian G, et al. Effeithiau ymarfer melin draed ar drosglwyddiad dopaminergig ym model llygoden lesedig 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine o anaf ganglia gwaelodol. J Neurosci. 2007; 27: 5291 - 5300. [PubMed]
7. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS, et al. Astudiaethau PET o effeithiau ymarfer corff aerobig ar ryddhau dopamin striatal dynol. J Nucl Med. 2000; 41: 1352 - 1356. [PubMed]
8. Ginovart N, Farde L, Halldin C, Swahn CG. Effaith disbyddu dopamin synaptig a achosir gan reserpine ar rwymo raclopride [11C] i dderbynyddion D2-dopamin yn yr ymennydd mwnci. Synapse. 1997; 25: 321 - 325. [PubMed]
9. Mukherjee J, Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mantil J. Gwerthusiad o ddeiliadaeth derbynnydd dopamin D-2 gan clozapine, risperidone, a haloperidol in vivo yn yr ymennydd cysefin cnofilod ac annynol gan ddefnyddio 18F-fallypride. Niwroseicopharmacoleg. 2001; 25: 476 - 488. [PubMed]
10. Honer M, Bruhlmeier M, Missimer J, Schubiger AP, Ametamey SM. Delweddu deinamig o dderbynyddion D2 striatal mewn llygod gan ddefnyddio quad-HIDAC PET. J Nucl Med. 2004; 45: 464 - 470. [PubMed]
11. Falardeau P, Bedard PJ, Di Paolo T. Y berthynas rhwng colli do-pamine ymennydd a dwysedd derbynnydd dopamin D2 mewn mwncïod MPTP. Let Neurosci. 1988; 86: 225 - 229. [PubMed]
12. Mukherjee J, Yang ZY, Brown T, et al. Asesiad rhagarweiniol o rwymo derbynnydd dopamin D-2 allwthiol yn yr ymennydd cysefin cnofilod ac annynol gan ddefnyddio'r radioligand affinedd uchel, 18F-fallypride. Nucl Med Biol. 1999; 26: 519 - 527. [PubMed]
13. Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mukherjee J. Meintioli derbynyddion dopamin D-2 striatal ac allwthiol gan ddefnyddio delweddu PET o [(18) F] fallypride mewn archesgobion nonhuman. Synapse. 2000; 38: 71 - 79. [PubMed]
14. Qi J, Leahy RM, Cherry SR, Chatziioannou A, Farquhar TH. Ailadeiladu delwedd Bayesaidd 3D uchel-ail-ymgarniad gan ddefnyddio sganiwr anifeiliaid bach micro-PET. Phys Med Biol. 1998; 43: 1001 - 1013. [PubMed]
15. Ichise M, Toyama H, Innis RB, Carson RE. Strategaethau i wella amcangyfrif paramedr niwroreceptor trwy ddadansoddiad atchweliad llinol. Metab Llif Gwaed J Cereb. 2002; 22: 1271 - 1281. [PubMed]
16. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wang GJ, Ding YS, Alexoff DL. Cymarebau cyfaint dosbarthu heb samplu gwaed o ddadansoddiad graffigol o ddata PET. Metab Llif Gwaed J Cereb. 1996; 16: 834 - 840. [PubMed]
17. Studholme C, Hill DL, Hawkes DJ. Cofrestriad tri dimensiwn awtomataidd o gyseinedd magnetig a delweddau tomograffeg allyriadau positron trwy optimeiddio aml-ddatrysiad mesurau tebygrwydd voxel. Med Phys. 1997; 24: 25 - 35. [PubMed]
18. Mintun MA, Raichle ME, Kilbourn MR, Wooten GF, Welch MJ. Model meintiol ar gyfer yr asesiad in vivo o safleoedd rhwymo cyffuriau gyda thomograffeg allyriadau positron. Ann Neurol. 1984; 15: 217 - 227. [PubMed]
19. Lammertsma AA, Hume SP. Model meinwe cyfeirio wedi'i symleiddio ar gyfer astudiaethau derbynnydd PET. Niwroddelwedd. 1996; 4 (3 Rhan 1): 153 - 158. [PubMed]
20. Paxinos G, Franklin KBJ. Ymennydd y llygoden mewn cyfesurynnau ystrydebol. 2. Efrog Newydd: Academic Press; 2001.
21. Johnson MW, Chotiner JK, Watson JB. Ynysu a nodweddu synaptoneurosomau o dafelli hipocampal llygod mawr. Dulliau J Neurosci. 1997; 77: 151 - 156. [PubMed]
22. Laemmli UK. Holltiad proteinau strwythurol yn ystod cynulliad pen y bacteriophage T4. Natur. 1970; 227: 680 - 685. [PubMed]
23. Thomas JR, Salazar W, Landers DM. Beth sydd ar goll yn p <05? Maint yr effaith. Chwaraeon Ymarferion Res Q. 1991; 62: 344–348. [PubMed]
24. Cropley VL, Innis RB, Nathan PJ, et al. Effaith fach rhyddhau dopamin a dim effaith disbyddu dopamin ar [(18) F] rhwymo fallypride mewn pobl iach. Synapse. 2008; 62: 399 - 408. [PubMed]
25. Hurley MJ, Jenner P. Beth a ddysgwyd o astudio derbynyddion dopamin mewn clefyd Parkinson? Pharmacol Ther. 2006; 111: 715 - 728. [PubMed]
26. Smith Y, Villalba R. dopamin striatal ac allwthiol yn y ganglia gwaelodol: Trosolwg o'i drefniant anatomegol mewn ymennydd normal a Parkinsonian. Anhwylder Mov. 2008; 23 (Cyflenwad 3): S534 - S547. [PubMed]
27. Cepeda C, Buchwald NA, Levine MS. Mae gweithredoedd niwrogynhyrfol dopamin yn y neostriatwm yn dibynnu ar yr isdeipiau derbynnydd asid amino excitatory a actifadir. Proc Natl Acad Sci USA. 1993; 90: 9576 - 9580. [Erthygl PMC am ddim] [PubMed]
28. Levine MS, Altemus KL, Cepeda C, et al. Mae gweithredoedd modiwlaidd dopamin ar ymatebion cyfryngol derbynnydd NMDA yn cael eu lleihau mewn llygod mutant diffygiol D1A. J Neurosci. 1996; 16: 5870 - 5882. [PubMed]
29. Umemiya M, Raymond LA. Modylu dopaminergic o geryntau postynaptig excitatory mewn niwronau neostriatal llygod mawr. J Neurophysiol. 1997; 78: 1248 - 1255. [PubMed]
30. Diwrnod M, Wang Z, Ding J, et al. Dileu synapsau glutamatergig yn ddetholus ar niwronau striatopallidal mewn modelau clefyd Parkinson. Nat Neurosci. 2006; 9: 251 - 259. [PubMed]
31. VanLeeuwen JE, Petzinger GM, Walsh JP, Akopian GK, Vuckovic M, Jakowec MW. Mynegiant derbynnydd AMPA wedi'i newid gydag ymarfer melin draed yn y model llygoden 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-lesioned o anaf ganglia gwaelodol. J Neurosci Res. 2010; 88: 650 - 668. [PubMed]
32. Hernandez-Echeagaray E, Starling AJ, Cepeda C, Levine MS. Modylu ceryntau AMPA gan dderbynyddion dopamin D2 mewn niwronau pigog maint canolig striatal: a oes angen dendrites? Eur J Neurosci. 2004; 19: 2455 - 2463. [PubMed]
33. Modiwleiddio Surmeier DJ, Ding J, Day M, Wang Z, Shen W. D1 a D2 dopamin-receptor o signalau glutamatergig striatal mewn niwronau pigog canolig striatal. Tueddiadau Neurosci. 2007; 30: 228 - 235. [PubMed]
34. Calabresi P, Mercuri NB, Sancesario G, Bernardi G. Electroffisioleg niwronau striatal a gedwir gan dopamin. Goblygiadau ar gyfer clefyd Parkinson. Ymenydd. 1993; 116 (Rhan 2): 433 - 452. [PubMed]
35. Mae Ballion B, Frenois F, Zold CL, Chetrit J, Murer MG, ysgogiad derbynnydd Gonon F. D2, ond nid D1, yn adfer ecwilibriwm striatal mewn model llygod mawr o Parkinsonism. Dis Neurobiol. 2009; 35: 376 - 384. [PubMed]

36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Plastigrwydd synaptig a rhyngweithio ffisiolegol rhwng dopamin a gluta