Diese Studie untersuchte die Auswirkungen der sexuellen Belohnung auf DeltaFosB und die Auswirkungen von DeltaFosB auf das sexuelle Verhalten und die Belohnung. Es wurde festgestellt, dass die bei der Drogenabhängigkeit bekannten molekularen Standardveränderungen dieselben sind wie beim Geschlecht. Mit anderen Worten, DeltaFosB wurde für sexuelle Reize entwickelt, doch Drogen entführen denselben Mechanismus. Dies beendet die Debatte darüber, wie sich Drogenabhängigkeiten von Verhaltensabhängigkeiten unterscheiden und wie Verhaltensabhängigkeiten einfach Zwänge sind (was auch immer das bedeutet). Gleiche Schaltkreise, gleiche Mechanismen, gleiche zelluläre Veränderungen, gleiche Verhaltensweisen - mit geringfügigen Unterschieden.
J Neurosci. 2013 Feb 20;33(8):3434-3442.
Pitchers KK , Vialou V , Nestler EJ , Laviolette SR , Lehman MN , Coolen LM.
Quelle
Abteilung für Anatomie und Zellbiologie, Schulich School of Medicine and Dentistry, Universität von West-Ontario, London, Ontario N6A 3K7, Kanada, Abteilung für molekulare und integrative Physiologie, Universität von Michigan, Ann Arbor, Michigan 48109, Fishberg-Abteilung für Neurowissenschaften und Friedman Brain Institute, Medizinische Fakultät des Mount Sinai, New York, New York 10029, und Abteilungen für Neurobiologie und Anatomische Wissenschaften sowie Physiologie und Biophysik, Medizinisches Zentrum der Universität von Mississippi, Jackson, Mississippi 39216.
Abstract
Drogenmissbrauch induziert Neuroplastizität im natürlichen Belohnungssystem, insbesondere im Nucleus accumbens (NAc), und trägt so zur Entwicklung und Ausprägung von Suchtverhalten bei. Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass natürliche Belohnungen ähnliche Veränderungen im NAc hervorrufen können. Dies legt nahe, dass Drogen Mechanismen der Plastizität aktivieren, die sie mit natürlichen Belohnungen teilen, und somit ein einzigartiges Zusammenspiel zwischen natürlichen und drogenbedingten Belohnungen ermöglichen.
In dieser Studie zeigen wir, dass sexuelle Erfahrung bei männlichen Ratten, gefolgt von kurzen oder verlängerten Phasen des Verlusts von sexueller Belohnung, eine erhöhte Amphetamin-Belohnung verursacht, die durch eine sensibilisierte konditionierte Präferenz für niedrig dosiertes (0.5 mg / kg) Amphetamin angezeigt ist. Darüber hinaus korrelierte der Beginn, aber nicht die längerfristige Expression einer erhöhten Amphetaminbelohnung mit einem vorübergehenden Anstieg von dendritischen Stacheln in der NAc. Als nächstes wurde eine kritische Rolle für den Transkriptionsfaktor ΔFosB in der Sex-Erfahrung-induzierten erhöhten Amphetamin-Belohnung und den damit verbundenen Anstiegen von dendritischen Stacheln auf NAc-Neuronen unter Verwendung des viralen Vektor-Gentransfers des dominant-negativen Bindungspartners ΔJunD festgestellt. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass sexuelle Erfahrung-induzierte erhöhte Belohnung von Medikamenten, ΔFosB und Spinogenese sind abhängig von Paarung-induzierte D1-Rezeptor-Aktivierung Dopamin in der NAc. Die pharmakologische Blockade des D1-Rezeptors, nicht aber des D2-Rezeptors, in der NAc während des Sexualverhaltens schwächte die ΔFosB-Induktion ab und verhinderte eine erhöhte Spinogenese und eine sensibilisierte Amphetamin-Belohnung.
Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass Drogenmissbrauch und natürliche Belohnungsverhaltensweisen auf gemeinsame molekulare und zelluläre Mechanismen der Plastizität einwirken, die die Anfälligkeit für Drogenabhängigkeit kontrollieren, und dass diese erhöhte Anfälligkeit durch ΔFosB und seine nachgeschalteten Transkriptionsziele vermittelt wird.
Einführung
Natürliche Belohnungsverhaltensweisen und Drogenbelohnung konvergieren auf einem gemeinsamen neuronalen Pfad, dem mesolimbischen Dopaminsystem (DA-System), in dem der Nucleus accumbens (NAc) eine zentrale Rolle spielt ( Kelley, 2004 ). Drogenmissbrauch induziert Neuroplastizität im mesolimbischen System, das vermutlich beim Übergang vom Drogenkonsum zur Drogenabhängigkeit eine Rolle spielt ( Hyman et al., 2006 ; Kauer und Malenka, 2007 ; Kalivas, 2009 ; Chen et al., 2010 ; Koob und Volkow, 2010 ; Wolf, 2010a ; Mameli und Lüscher, 2011 ). Es wird angenommen, dass Drogen und natürliche Belohnungen nicht dieselben Neuronen im mesolimbischen System aktivieren und dass Drogen diesen Schaltkreis somit auf einzigartige Weise aktivieren und verändern ( Cameron und Carelli, 2012 ). Allerdings ist zunehmend deutlich geworden, dass natürliche und drogenbedingte Belohnungen das mesolimbische System sowohl auf ähnliche als auch auf unterschiedliche Weise beeinflussen, was ein Zusammenspiel zwischen natürlicher Belohnung, insbesondere sexueller Belohnung, und den Wirkungen von Drogenmissbrauch ermöglicht ( Frohmader et al., 2010a ; Pitchers et al., 2010a ; Olsen, 2011 ).
Sexuelles Verhalten ist hochgradig lohnend ( Tenk et al., 2009 ).
- und sexuelle Erfahrung verursacht sensibilisierte Drogen-bezogene Verhaltensweisen, einschließlich Kreuzsensibilisierung zu Amphetamin (Amph) -induzierte lokomotorische Aktivität (Bradley und Meisel, 2001; Pitcher et al., 2010a)
- und verbesserte Amph. Belohnung (Pitcher et al., 2010a).
- Darüber hinaus induziert sexuelle Erfahrung in der NAc eine neurale Plastizität ähnlich der durch eine Exposition mit Psychostimulanz induzierten, einschließlich einer erhöhten dendritischen Wirbelsäulendichte (Meisel und Mullins, 2006; Pitcher et al., 2010a),
- veränderten das Glutamat-Rezeptor-Trafficking und verringerten die synaptische Stärke in präfrontalen Cortex-antwortenden NAc-Shell-Neuronen (Pitcher et al., 2012).
- Schließlich wurden Phasen der Abstinenz von der sexuellen Erfahrung als entscheidend für die verstärkte Amph-Belohnung, NAc-Spinogenese, angesehen (Pitcher et al., 2010a), und Glutamat-Rezeptor-Transport (Pitcher et al., 2012).
Diese Ergebnisse legen nahe, dass natürliche und Drogenbelohnungserfahrungen gemeinsame Mechanismen der neuralen Plastizität aufweisen, die wiederum die Anfälligkeit für Substanzmissbrauch beeinflussen.
Ziel der vorliegenden Studie war es, die zellulären Mechanismen zu bestimmen, die der durch sexuelle Erfahrungen induzierten Plastizität zugrunde liegen und dadurch die Belohnungswirkung von Drogen verstärken. Insbesondere wurde die Rolle des Transkriptionsfaktors ΔFosB untersucht, da dieser sowohl an den Wirkungen natürlicher als auch drogeninduzierter Belohnungen beteiligt ist ( Nestler et al., 2001 ; Werme et al., 2002 ; Olausson et al., 2006 ; Wallace et al., 2008 ; Hedges et al., 2009 ; Pitchers et al., 2010b ). Darüber hinaus wurde die Rolle der Dopamin-D1-Rezeptoren (D1R) für die durch sexuelle Erfahrungen hervorgerufene neuronale Plastizität untersucht, da die NAc-ΔFosB-Induktion und die erhöhte Spinedichte nach Verabreichung von Psychostimulanzien in D1R-haltigen Neuronen exprimiert werden ( Lee et al., 2006 ; Kim et al., 2009 ) und von der D1R-Aktivierung abhängig sind ( Zhang et al., 2002 ).
Hier verwendeten wir virale Vektor-vermittelte Expression eines dominant-negativen Bindungspartners für ΔFosB, diolistische Markierung und pharmakologische Manipulationen, um die Hypothese zu testen, dass die kreuzsensibilisierenden Effekte von sexueller Erfahrung gefolgt von Belohnungsabstinenz bei verstärkter Amph-Belohnung durch a vermittelt werden D1R-abhängige Induktion von ΔFosB in der NAc und anschließende Zunahme der NAc-Dorndichte. Zusammengenommen zeigen die Ergebnisse, dass natürliche und Arzneimittelbelohnungen gemeinsame Mechanismen der neuralen Plastizität gemeinsam mit ΔFosB als kritischem Mediator aufweisen.
Materialen und Methoden
Tiere.
Adulte männliche (225-250 g bei Ankunft) und weibliche (210-220 g) Sprague-Dawley-Ratten (Charles River Laboratories) wurden in Plexiglaskäfigen in gleichgeschlechtlichen Paaren während Experimenten, unter Temperatur- und Feuchtigkeitsregulierung und auf einem 12 / 12 h untergebracht Hell / Dunkel-Zyklus mit Essen und Wasser frei verfügbar. Weibliche Partner für Paarungssitzungen wurden ovariektomiert und erhielten subkutane Implantate, die 5% Estradiolbenzoat (Sigma-Aldrich) und Injektionen von 500 & mgr; g Progesteron (in 0.1 ml Sesamöl; Sigma-Aldrich) 4 h vor dem Testen enthielten. Alle Verfahren wurden von den Animal Care and Use Committees der University of Western Ontario und der University of Michigan genehmigt und an die Richtlinien des Canadian Council on Animal Care und National Institutes of Health für Wirbeltierforschung angepasst.
Sexuelles Verhalten.
Die Paarungssitzungen fanden in der frühen Dunkelphase (zwischen 2 und 6 Stunden nach deren Beginn) unter schwachem Rotlicht in sauberen Testkäfigen (60 × 45 × 50 cm) statt. Männliche Ratten paarten sich bis zur Ejakulation während vier oder fünf täglicher Paarungssitzungen. Fünf Sitzungen wurden gewählt, da wir zuvor gezeigt haben, dass dieses Paradigma eine langfristige Förderung des Sexualverhaltens ( Pitchers et al., 2010b ), eine Kreuzsensibilisierung gegenüber der lokomotorischen Aktivität von Amphibien ( Pitchers et al ., 2010a ) und eine Belohnung ( Pitchers et al., 2010a ) bewirkt. Die Ejakulation wurde als Endpunkt jeder Paarungssitzung gewählt, da sie sich zuvor als wesentlich für die Auswirkungen sexueller Erfahrung auf die Sensibilisierung der lokomotorischen Aktivität von Amphibien erwiesen hat ( Pitchers et al., 2010a ). Diese Sensibilisierung trat nicht auf, wenn die Tiere sich mit Weibchen paaren durften, ohne dass eine Ejakulation beobachtet wurde. Sexuelle Verhaltensparameter (d. h. Latenz bis zum ersten Aufreiten, zur Intromission und Ejakulation sowie Anzahl der Aufreit- und Intromissionsvorgänge) wurden wie zuvor beschrieben aufgezeichnet ( Pitchers et al., 2010b ). In allen Experimenten wurden sexuell erfahrene Gruppen hinsichtlich ihres Sexualverhaltens (Gesamtzahl der Ejakulationen und Latenz bis zur Ejakulation während jeder Paarungssitzung) angeglichen. Nach der fünften Paarungssitzung blieben die Männchen mit gleichgeschlechtlichen Partnerinnen zusammen und durften sich während sexueller Abstinenzperioden von 1, 7 oder 28 Tagen nicht paaren. Sexuell unerfahrene Tiere wurden in denselben Räumen wie die sexuell erfahrenen Männchen gehalten und behandelt. Zusätzlich wurden unerfahrene Kontrolltiere an fünf aufeinanderfolgenden Tagen jeweils eine Stunde lang in saubere Testkäfige gesetzt, ohne Zugang zu einem paarungsbereiten Weibchen.
ΔFosB-Ausdruck.
Die Tiere wurden tief anästhesiert (Natrium-Pentobarbital; 390 mg/kg; i.p.) und intrakardial mit 50 ml 0.9%iger Kochsalzlösung und anschließend mit 500 ml 4%igem Paraformaldehyd (Sigma-Aldrich) in 0.1 M Phosphatpuffer (PB) für die Zeitpunkt- und DR-Antagonisten-Experimente perfundiert. Die Gehirne wurden entnommen und 1 h bei Raumtemperatur im gleichen Fixiermittel nachfixiert und anschließend bei 4 °C in 20%iger Saccharoselösung und 0.01% Natriumazid in 0.1 M PB gelagert. Für die DR-Antagonisten-Experimente wurden die Gehirne entnommen und entlang der Sagittalachse halbiert. Eine Hälfte wurde in PB gelagert und für DiOlistics verwendet, die andere für ΔFosB. Koronale Schnitte (35 μm) wurden mit einem Gefriermikrotom (Microm H400R) angefertigt, in vier parallelen Serien in Kryoprotektionslösung (30 % Saccharose und 30 % Ethylenglykol in 0.1 M PB) aufgefangen und bei −20 °C gelagert. Die freischwimmenden Schnitte wurden zwischen den Inkubationsschritten gründlich mit 0.1 M PBS (pH 7.35) gewaschen. Alle Arbeitsschritte erfolgten bei Raumtemperatur. Die Schnitte wurden 10 min lang mit 1 % H₂O₂ behandelt und anschließend 1 h lang in Inkubationslösung (PBS mit 0.1 % BSA, Fisher, und 0.4 % Triton X-100, Sigma-Aldrich) inkubiert . Die Gewebeschnitte wurden anschließend über Nacht mit einem polyklonalen Pan-FosB-Kaninchenantikörper (1:5K; sc-48 Santa Cruz Biotechnology) inkubiert, der zuvor validiert wurde ( Perrotti et al., 2004 , 2008 ; Pitchers et al., 2010b ). Der Pan-FosB-Antikörper richtet sich gegen eine interne Region, die FosB und ΔFosB gemeinsam haben, und wurde bereits zuvor charakterisiert, um ΔFosB-Zellen zu den in dieser Studie verwendeten Zeitpunkten (>1 Tag nach Stimulation) spezifisch sichtbar zu machen ( Perrotti et al., 2004 , 2008 ; Pitchers et al., 2010b ). Anschließend wurden die Gewebeschnitte in biotin-konjugiertem Ziegen-Anti-Kaninchen-IgG (1 h; 1:500 in PBS+; Vector Laboratories), Avidin-Biotin-Meerrettichperoxidase (1 h; ABC elite; 1:1000 in PBS; Vector Laboratories) und 0.02 % 3,3′-Diaminobenzidin-Tetrahydrochlorid (10 min; Sigma-Aldrich) mit 0.02 % Nickelsulfat in 0.1 M Phosphatpuffer mit Wasserstoffperoxid (0.015 %) inkubiert. Die Schnitte wurden auf Superfrost-Plus-Objektträger (Fisher) aufgezogen und mit Dibutylphthalat-Xylol eingedeckt.
Die Anzahl der ΔFosB-IR-Zellen wurde in der NAc-Schale und im NAc-Kern innerhalb standardisierter Analysebereiche (400 × 600 μm) wie zuvor beschrieben ( Pitchers et al., 2010b ) bestimmt. Pro NAc-Subregion wurden zwei Schnitte ausgewertet und die Ergebnisse pro Tier gemittelt. Im Zeitreihenexperiment wurde die Anzahl der ΔFosB-IR-Zellen als relative Änderung gegenüber der naiven Kontrollgruppe zum jeweiligen Zeitpunkt dargestellt und zwischen erfahrenen und naiven Gruppen für jede Subregion und jeden einzelnen Zeitpunkt mittels ungepaartem t- Test (Signifikanzniveau p < 0.05) verglichen. In den Experimenten mit ΔJunD-AAV und DR-Antagonisten wurden eine zweifaktorielle bzw. eine einfaktorielle ANOVA sowie der Holm-Sidak-Test angewendet. Zusätzlich wurden ΔFosB-IR-Zellen im dorsalen Striatum (Analysebereich: 200 × 600 μm), unmittelbar dorsal des Nucleus accumbens (NAc) und angrenzend an den Seitenventrikel, bei allen Tieren des DR-Antagonisten-Experiments gezählt. Zum Vergleich der Gruppen wurden eine einfaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) und t- Tests verwendet.
Diolistik.
Für die Zeitpunktbestimmung und das ΔJunD-Virusvektorexperiment wurden Ratten intrakardial mit 50 ml physiologischer Kochsalzlösung (0.9 %) und anschließend mit 500 ml 2%igem Paraformaldehyd in 0.1 M Phosphatpuffer (PB) perfundiert. Die Gehirne wurden mit einem Vibratom (Microm) in 100 μm dicke koronale Schnitte zerlegt und in 0.1 M PB mit 0.01% Natriumazid bei 4 °C gelagert. Die Beschichtung von Wolframpartikeln (1.3 μm Durchmesser, Bio-Rad) mit dem lipophilen Carbocyaninfarbstoff DiI (1,1′-Dioctadecyl-3,3,3′,3′-tetramethylindocarbocyanin-Perchlorat; Invitrogen) erfolgte wie zuvor beschrieben ( Forlano und Woolley, 2010 ). Mit DiI beschichtete Wolframpartikel wurden mittels des Helios Gene Gun-Systems (Bio-Rad) bei einem Druck von 160–180 psi durch einen Filter mit 3.0 μm Porengröße (BD Biosciences) in das Gewebe eingebracht und konnten dort 24 h lang in 0.1 M PB lichtgeschützt bei 4 °C durch neuronale Membranen diffundieren. Anschließend wurden die Schnitte 3 h lang bei Raumtemperatur in 4 % Paraformaldehyd in PB nachfixiert, in PB gewaschen und in rahmenversiegelten Kammern (Bio-Rad) mit Gelvatol, das das Antifading-Mittel 1,4-Diazabicyclo(2,2)octan (50 mg/ml, Sigma-Aldrich) enthielt, montiert ( Lennette, 1978 ).
DiI-markierte Neuronen wurden mit einem konfokalen Mikroskop Zeiss LSM 510 m ( Carl Zeiss ) und einem Helium/Neon-Laser (543 nm) abgebildet. Pro Tier wurden 2–5 Neuronen in jeder NAc-Subregion bzw. in der Schale (basierend auf ihrer Lage relativ zu anatomischen Landmarken wie dem Seitenventrikel und der Commissura anterior) in ΔJunD-AAV- und DR-Antagonisten-Experimenten ausgewählt, um eine Region von Interesse auf einem Dendriten zweiter Ordnung für die Dornenquantifizierung zu lokalisieren. Pro Neuron wurden 2–4 Dendriten analysiert, um eine Gesamtdendritenlänge von 40–100 μm zu quantifizieren. Dendritische Segmente wurden mit einem 40×-Wasserimmersionsobjektiv in 0.25 μm-Intervallen entlang der z -Achse aufgenommen. Anschließend wurde ein 3D-Bild rekonstruiert ( Zeiss ) und mittels adaptiver (blinder) und theoretischer PSF-Einstellungen (Autoquant X, Media Cybernetics) dekonvolviert, wie von der Software empfohlen. Die Spinedichte wurde mit dem Filament-Modul des Imaris-Softwarepakets (Version 7.0, Bitplane) quantifiziert. Die Anzahl der dendritischen Spines wurde pro 10 μm angegeben und für jedes Neuron sowie für jedes Tier gemittelt. Statistische Unterschiede wurden mittels zweifaktorieller ANOVA im Zeitreihenexperiment zwischen sexuell naiven und erfahrenen Tieren zu jedem Zeitpunkt (Faktoren: sexuelle Erfahrung und NAc-Subregion) und im ΔJunD-Experiment (Faktoren: sexuelle Erfahrung und viraler Vektor) sowie mittels einfaktorieller ANOVA im DR-Antagonisten-Experiment ermittelt. Die Gruppenvergleiche wurden mit der Holm-Sidak-Methode bei einem Signifikanzniveau von p < 0.05 durchgeführt.
Konditionierte Ortspräferenz.
Das CPP-Experimentdesign entsprach der zuvor beschriebenen Methode ( Pitchers et al., 2010a ) und verwendete eine unvoreingenommene Dreikammerapparatur (Med Associates). Es wurde ein unvoreingenommenes Design mit einem einzelnen Konditionierungsversuch durchgeführt, bei dem d-Amphetaminsulfat (Amphetamin; Sigma-Aldrich; 0.5 mg/ml/kg s.c., berechnet auf Basis der freien Base) in der gepaarten Kammer und Kochsalzlösung in der ungepaarten Kammer an alternierenden Tagen verabreicht wurde. Die Durchführung erfolgte in der ersten Hälfte der Hellphase. Kontrolltiere erhielten in beiden Kammern Kochsalzlösung.
Die CPP-Werte wurden für jedes Tier als Differenz zwischen der im Posttest und der im Pretest verbrachten Zeit (in Sekunden) in der jeweiligen Kammer berechnet. In den Zeitpunktsexperimenten wurden einfaktorielle Varianzanalysen (ANOVAs) und der Holm-Sidak-Test zum Vergleich der Gruppen verwendet. Im Zeitpunktsexperiment wurde ein ungepaarter t- Test mit einem Signifikanzniveau von p < 0.05 eingesetzt, um die Gruppen „Naive-Sal“ und „Naive-Amph“ innerhalb jedes Zeitpunkts zu vergleichen. Im ΔJunD-Experiment wurden die Gruppen mit sexueller Erfahrung (Exp-Sal, 7 d Exp Amph und 28 d Exp Amph) mittels einfaktorieller ANOVA und dem Holm-Sidak-Test verglichen, während die beiden naiven Gruppen mittels ungepaartem t- Test verglichen wurden. Im DR-Antagonisten-Experiment wurden alle Gruppen mittels zweifaktorieller ANOVA und dem Holm-Sidak-Test verglichen. Zur Vergleichung der Gruppen Naive-Sal und Naive Amph mit den jeweiligen Behandlungsbedingungen des viralen Vektors (GFP oder ΔJunD) wurden zwei ungepaarte t- Tests verwendet, da die Daten in den ΔJunD-Gruppen für eine ANOVA-Analyse zu variabel waren. Alle Signifikanzniveaus wurden auf p < 0.05 festgelegt.
Virale Vektor-Experimente.
Männliche Ratten wurden mit Ketamin (87 mg/ml/kg; i.p.) und Xylazin (13 mg/ml/kg i.p.) anästhesiert, in einen stereotaktischen Apparat (Kopf Instruments) eingespannt und erhielten bilaterale Mikroinjektionen von rekombinanten adeno-assoziierten viralen Vektoren, die entweder nur GFP (grünes fluoreszierendes Protein) oder ΔJunD (dominant-negativer Bindungspartner von ΔFosB) und GFP kodierten, in den NAc (Koordinaten: AP +1.5, ML ±1.2 vom Bregma; DV −7.6 vom Schädel) in einem Volumen von 1.5 μl/Hemisphäre über 7 min mit einer Hamilton-Spritze (Harvard Apparatus). ΔJunD verringert die ΔFosB-vermittelte Transkription durch kompetitive Heterodimerisierung mit ΔFosB und verhindert so die Bindung von ΔFosB an die AP-1-Region in den Promotorbereichen von Zielgenen ( Winstanley et al., 2007 ; Pitchers et al., 2010b ). Obwohl ΔJunD mit hoher Affinität an ΔFosB bindet, ist es möglich, dass einige der beobachteten Effekte von ΔJunD durch die Antagonisierung anderer AP-1-Proteine vermittelt werden. Es scheint jedoch, dass ΔFosB unter den getesteten Bedingungen das vorherrschende AP-1-Protein ist ( Pitchers et al., 2010b ). Zwischen drei und vier Wochen später erhielten die Tiere sexuelle Erfahrung in vier aufeinanderfolgenden Paarungssitzungen oder blieben naiv, wodurch vier Gruppen entstanden: sexuell naive GFP-Mäuse, sexuell erfahrene GFP-Mäuse, sexuell naive ΔJunD-Mäuse und sexuell erfahrene ΔJunD-Mäuse. Die sexuelle Erfahrung umfasste vier aufeinanderfolgende tägliche Paarungssitzungen. Die Tiere wurden auf konditionierte Platzpräferenz (CPP) und Diolistik getestet. Die Überprüfung der Injektionsstellen erfolgte wie zuvor beschrieben ( Pitchers et al., 2010b ). NAc-Schnitte (koronal; 100 μm) wurden immunprozessiert für GFP (1:20,000; Kaninchen-Anti-GFP-Antikörper; Invitrogen). Die Virusausbreitung beschränkte sich primär auf den äußeren Bereich des NAc, mit zusätzlicher Ausbreitung in den Kern.
D1R / D2R-Antagonisten.
Männliche Ratten wurden mit einer intraperitonealen Injektion (0.1 ml/kg) von Ketamin (87 mg/ml) und Xylazin (13 mg/ml) anästhesiert und in einen Stereotaxieapparat (Kopf Instruments) eingespannt. Bilaterale 21-Gauge-Führungskanülen (Plastics One) wurden in Richtung des Nucleus accumbens (NAc) auf AP +1.7, ML ±1.2 vom Bregma und −6.4 DV vom Schädel eingeführt und mit Dentalacryl an drei im Schädel verankerten Schrauben fixiert. Die Tiere wurden während einer zweiwöchigen Erholungsphase täglich gehandhabt, um sie an die Infusionsprozeduren zu gewöhnen. Fünfzehn Minuten vor Beginn jeder der vier täglichen Paarungssitzungen durch Vorführen des paarungsbereiten Weibchens erhielten die männlichen Ratten bilaterale Mikroinjektionen von D1R-Antagonist R(+)SCH-23390-Hydrochlorid (Sigma-Aldrich), D2-Rezeptor-(D2R)-Antagonist S-(-)-Eticloprid-Hydrochlorid (Sigma-Aldrich), gelöst in steriler Kochsalzlösung (0.9 %; jeweils 10 μg in 1 μl pro Hemisphäre; gelöst in 0.9 % Kochsalzlösung), oder Kochsalzlösung (1.0 μl pro Hemisphäre), mit einer Flussrate von 1.0 μl/min über ein 1-minütiges Intervall, gefolgt von einer 1-minütigen Wartezeit, in der die Injektionskanüle zur Diffusion des Wirkstoffs an Ort und Stelle verblieb. Das Injektionsvolumen durchdringt sowohl den Kern als auch die Schale des Nucleus accumbens (NAc), da Infusionen von 0.5 μl auf bestimmte Bereiche der Schale oder des Kerns beschränkt sind ( Laviolette et al., 2008 ). Die Dosierungen basierten auf früheren Studien, die zeigten, dass diese oder niedrigere Dosierungen das Verhalten in Bezug auf Drogen oder natürliche Belohnung beeinflussten ( Laviolette et al., 2008 ; Roberts et al., 2012 ). Kontrollmännchen blieben sexuell unerfahren, erhielten aber vor dem Einsetzen in den leeren Testkäfig während vier täglicher Handhabungssitzungen eine intra-NAc-Kochsalzlösung. Eine Woche nach der letzten Paarung oder Handhabungssitzung wurden die Männchen auf Amphotericin-CPP (konditionierte Platzpräferenz) sowie auf die Spine- und ΔFosB-Expression untersucht. Die Verwendung von vier statt fünf Sitzungen wie in den anderen Experimenten wurde gewählt, um übermäßige Schäden am NAc durch wiederholte Infusionen zu vermeiden und somit die Analyse der Spine- und ΔFosB-Expression zu ermöglichen. Tatsächlich waren keine Schäden erkennbar, und Analysen der Dendritenfortsätze und der ΔFosB-Expression im Nucleus accumbens (NAc) von mit Kochsalzlösung infundierten Tieren zeigten ähnliche Ergebnisse wie die nicht-infundierten Gruppen in den vorangegangenen Experimenten. Zur Bestimmung der durch sexuelle Erfahrung induzierten Förderung des Sexualverhaltens wurde eine zweifaktorielle ANOVA mit dem Holm-Sidak-Test (Signifikanzniveau p < 0.05) durchgeführt.
Ergebnisse
Die durch Sex-Erfahrung induzierte ΔFosB-Hochregulation ist lang anhaltend
Zunächst wurden die zeitlichen Korrelationen zwischen durch sexuelle Erfahrung hervorgerufenen Veränderungen der ΔFosB-Expression, dendritischen Dornen im Nucleus accumbens (NAc) und der Amphotericin-CPP (Amph-CPP) bestimmt, insbesondere nach kurzen und längeren Abstinenzphasen von sexueller Belohnung (7 oder 28 Tage). Frühere Studien zeigten, dass sexuelle Erfahrung mit fünf täglichen Paarungssitzungen zu einer Akkumulation von ΔFosB im gesamten mesolimbischen System, insbesondere im NAc, führt ( Wallace et al., 2008 ; Pitchers et al., 2010b ). In diesen früheren Studien wurden die ΔFosB-Werte innerhalb eines Tages nach dem sexuellen Verhalten gemessen, und es war nicht bekannt, ob die ΔFosB-Akkumulation nach längeren Abstinenzphasen von Belohnung fortbesteht. Sexuell erfahrene Männchen wurden 1, 7 oder 28 Tage nach der letzten von fünf täglichen Paarungssitzungen, in denen die Männchen bis zu einer Ejakulation paarten, perfundiert. Sexuell unerfahrene Kontrolltiere wurden zum gleichen Zeitpunkt nach der letzten von fünf täglichen Handhabungssitzungen perfundiert. Die Anzahl der ΔFosB-IR-Zellen in der NAc-Schale und im NAc-Kern war zu allen Zeitpunkten signifikant höher als bei den sexuell unerfahrenen Kontrolltieren ( Abb. 1A , Schale: 1 Tag, p = 0.022; 7 Tage, p = 0.015; Abb. 1B , Kern: 1 Tag, p = 0.024; 7 Tage, p < 0.001; 28 Tage, p < 0.001), außer in der NAc-Schale nach 28 Tagen Abstinenz ( p = 0.280). Die Hochregulation von ΔFosB bleibt somit während der Abstinenz nach sexueller Erfahrung für mindestens 28 Tage bestehen.
Sexuelle Erfahrung führte zu einem sofortigen und anhaltenden Anstieg der Anzahl ΔFosB-IR-Zellen. Die relative Änderung der Anzahl ΔFosB-IR-Zellen in der NAc-Schale ( A ) und im NAc-Kern ( B ) wurde bei sexuell erfahrenen (schwarzen) Tieren im Vergleich zu sexuell unerfahrenen (weißen) Kontrolltieren dargestellt ( n = 4 pro Gruppe). Die Daten geben den Gruppenmittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) an. * p < 0.05, signifikanter Unterschied im Vergleich zu den unerfahrenen Kontrolltieren. Repräsentative Bilder von Tieren nach 1 Tag ( C ), 1 Tag ( D ), 7 Tagen ( E ) und 28 Tagen ( F ) nach sexueller Erfahrung. ac, Commissura anterior. Maßstabsbalken: 100 μm.
Der durch den Sexualverkehr hervorgerufene Anstieg der dendritischen Stacheln ist vorübergehend
Pitchers et al. (2010a) berichteten zuvor mithilfe von Golgi-Imprägnierungstechniken, dass sexuelle Erfahrung, gefolgt von 7 Tagen (nicht aber 1 Tag) Belohnungsabstinenz, zu einer signifikanten Zunahme der dendritischen Verzweigung und der Anzahl dendritischer Dornen an Neuronen der NAc-Schale und des NAc-Kerns führte ( Pitchers et al., 2010a ). In der vorliegenden Studie wurde die Dornenbildung bei sexuell unerfahrenen und erfahrenen Männchen entweder 7 Tage oder 28 Tage nach der letzten Paarung untersucht. Die aktuellen Ergebnisse, die mit einer diOlistics-Markierungsmethode erzielt wurden, bestätigten, dass sexuelle Erfahrung, gefolgt von einer 7-tägigen sexuellen Abstinenz, die Anzahl dendritischer Dornen erhöhte ( F (1,8) = 9.616, p = 0.015; Abb. 2A –C ). Insbesondere war die Anzahl dendritischer Dornen in der NAc-Schale und im NAc-Kern signifikant erhöht ( Abb. 2A : Schale, p = 0.011; Kern, p = 0.044). Allerdings war diese erhöhte Stacheldichte nur vorübergehend und konnte nach einer längeren sexuellen Abstinenzperiode von 28 Tagen in keiner der beiden NAc-Subregionen mehr festgestellt werden ( Abb. 2 B ).
Sexuelle Erfahrung führte zu einer Zunahme der Anzahl der dendritischen Stacheln in der NAc und der sensibilisierten Amph-Belohnung. A, B, Die Anzahl der dendritischen Dornen in der NAc-Schale und dem Kern von 7 d (A) oder 28 d (DB von sexuell naiven [weißen] und erfahrenen [schwarzen] Tieren; n = 4 oder 5). Daten sind Gruppenmittel ± SEM. #p <0.05, signifikanter Unterschied zu naiven Kontrollen. CRepräsentative dendritische Segmente aus den Gruppen Naive 7 d und Exp 7 d, die zur Quantifizierung der Wirbelsäulendichte verwendet wurden. Maßstabsbalken, 3 μm. D, Die Menge an Zeit in der gepaarten Kammer (Amph oder Kochsalzlösung) während der Nachuntersuchung abzüglich des Vortests (CPP-Score) für sexuell naive (weiß) oder erfahrene (schwarz) Tiere getestet entweder 7 d oder 28 d nach der letzten Paarung oder Handhabungssitzung: Naive-Sal (7 d nach der Handhabung; n = 8), Naive Amph (7 d nach der Handhabung; n = 9), Exp-Sal (kombinierte Gruppen von Tieren, die nach der Paarung entweder 7 d oder 28 d getestet wurden; n = 7), 7 d Exp Amph (7 d nach der Paarung; n = 9) und 28 d Exp Amph (28 d nach der Paarung; n = 11). Sal-Gruppen erhielten Sal gepaart mit beiden Kammern. *p <0.05, signifikanter Unterschied zu sexuell erfahrenen Kochsalzlösungskontrollen.
Sex-Erfahrung-induzierte sensibilisierte Amph Belohnung ist von langer Dauer
Wir haben bereits gezeigt, dass sexuelle Erfahrung, gefolgt von 7–10 Tagen Abstinenz, zu einer verstärkten Amphetamin-Belohnung führt ( Pitchers et al., 2010a ). Konkret entwickelten sexuell erfahrene Tiere eine signifikante konditionierte Platzpräferenz (CPP) für niedrigere Amphetamin-Dosen (0.5 oder 1.0 mg/kg), die bei sexuell unerfahrenen Kontrolltieren keine CPP auslösten. Die vorliegende Studie bestätigte und erweiterte diese Ergebnisse, indem sie eine verstärkte Amphetamin-Belohnung bei sexuell erfahrenen Tieren sowohl nach 7 als auch nach 28 Tagen sexueller Abstinenz nachwies ( Abb. 2D ; F ( 2,24) = 4.971, p = 0.016). Insbesondere verbrachten sexuell erfahrene Tiere mit einer Abstinenzphase von entweder 7 oder 28 Tagen im Nachtest signifikant mehr Zeit in der mit Amphetamin assoziierten Kammer als sexuell erfahrene Kontrolltiere, die in beiden Kammern Kochsalzlösung erhielten ( Abb. 2D : Exp-Sal vs. 7 Tage Exp AMPH, p = 0.032; vs. 28 Tage Exp AMPH, p = 0.021). Frühere Ergebnisse bestätigend, verbrachten sexuell naive Tiere im Nachtest nicht mehr Zeit in der mit Amphetamin assoziierten Kammer und unterschieden sich in ihrer Präferenz nicht von der sexuell naiven Kochsalz-Kontrollgruppe ( Abb. 2D ) ( Pitchers et al., 2010a ).
Die ΔFosB-Aktivität ist entscheidend für die durch Sex-Erfahrung induzierte sensibilisierte Amph-Belohnung
Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass sexuelle Erfahrung zu einer lang anhaltenden Akkumulation von ΔFosB in NAc-Neuronen führt, die mit einer verstärkten Amphetamin-Belohnung korreliert . Um zu bestimmen, ob eine erhöhte ΔFosB-Aktivität für die verstärkte Amphetamin-Belohnung entscheidend ist, wurde ΔJunD, ein dominant-negativer Bindungspartner von ΔFosB, der die ΔFosB-vermittelte Transkription unterdrückt ( Winstanley et al., 2007 ), mittels viralem Vektor-vermittelten Gentransfer im NAc überexprimiert ( Abb. 3A , B ) . Die Ergebnisse der Amphetamin-CPP-Tests zeigten, dass die Abschwächung der ΔFosB-Aktivität durch die Expression von ΔJunD im NAc die Auswirkungen sexueller Erfahrung und 7-tägiger sexueller Abstinenz auf die verstärkte Amphetamin-Belohnung verhinderte. Sexuell erfahrene ΔJunD-Tiere entwickelten keine signifikante CPP für Amphetamin und unterschieden sich nicht von sexuell naiven ΔJunD-Tieren ( Abb. 3B ) . Im Gegensatz dazu bildeten sexuell erfahrene GFP-Kontrolltiere eine CPP für Amph aus, was sich in einem signifikant höheren CPP-Wert im Vergleich zu sexuell naiven GFP-Kontrolltieren zeigte ( Abb. 3 B , p = 0.018 ).
Die Abschwächung der ΔFosB-Aktivität im Nucleus accumbens (NAc) blockierte die durch AMPH ausgelöste Belohnungswirkung und den Anstieg der Anzahl von Stacheln im NAc bei sexuell erfahrenen Tieren . A , Repräsentative Bilder der GFP-Expression in drei Tieren nach Injektion von rekombinantem adeno-assoziiertem viralem ΔJunD in den Nucleus accumbens. Dargestellt sind kleine (links), mittlere (Mitte) und große (rechts) Injektionsstellen. ac, Commissura anterior; LV, lateraler Ventrikel. Maßstabsbalken: 250 μm. B , Schematische Darstellung der wichtigsten Lokalisationen und Ausbreitungsmuster des Virus. Bei allen Tieren wurde GFP in der Virushülle nachgewiesen, die Ausbreitung in den Kern war jedoch variabel. C , Die im Posttest minus dem Pretest verbrachte Zeit in der Amphetamin-gekoppelten Kammer (CPP-Score) für sexuell naive (weiße) und erfahrene (schwarze) Tiere, denen entweder ein GFP-Kontrollvektor (naiv, n = 9; erfahren, n = 10) oder ein ΔJunD-Vektor (naiv, n = 9; erfahren, n = 9) injiziert wurde. D , Repräsentative Bilder von Dendritensegmenten sexuell erfahrener GFP- und ΔJunD-injizierter Tiere zur Quantifizierung der Spinedichte. Maßstabsbalken: 3 μm. E , Die Anzahl der Dendritenstacheln im Nucleus accumbens (NAc) sexuell naiver (weißer) und erfahrener (schwarzer) Tiere, denen entweder ein GFP-Kontrollvektor oder ein ΔJunD-Vektor injiziert wurde. Die Daten sind Gruppenmittelwerte ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM). * p < 0.05, signifikanter Unterschied im Vergleich zu naiven Kontrollen. # p < 0.05, signifikanter Unterschied zu erfahrenen GFP-Kontrollen.
Die dämpfenden Effekte der ΔJunD-Überexpression beruhten nicht auf einer Störung des Sexualverhaltens während des Erwerbs sexueller Erfahrung. Es wurde bereits gezeigt, dass die Expression von ΔJunD im Nucleus accumbens (NAc) die Förderung des Sexualverhaltens nach sexueller Erfahrung verhindert ( Pitchers et al., 2010b ). Dies wurde im vorliegenden Experiment bestätigt. GFP-Kontrolltiere zeigten im vierten Tag der Paarungstests im Vergleich zum ersten Tag kürzere Latenzzeiten bis zum Aufreiten, zur Intromission und zur Ejakulation sowie weniger Aufreiten und Intromissionen ( Tabelle 1 ). Im Gegensatz dazu zeigten ΔJunD-injizierte Tiere im vierten Tag der Paarung im Vergleich zum ersten Tag keine signifikant kürzeren Latenzzeiten bis zum Aufreiten oder zur Intromission und auch keine geringere Anzahl an Aufreiten. Somit schwächten ΔJunD-Infusionen in den NAc die Auswirkungen sexueller Erfahrung ab. Allerdings zeigten sich bei keinem der Paarungstests signifikante Unterschiede zwischen der GFP-Kontrollgruppe und den mit ΔJunD infundierten Gruppen hinsichtlich der Paarungsparameter. Dies deutet darauf hin, dass die Effekte der ΔJunD-Infusionen auf die durch sexuelle Erfahrung hervorgerufene Sensibilisierung von Amph CPP nicht auf Unterschiede in der Paarungserfahrung an sich zurückzuführen sind ( Tabelle 1 ).
Parameter des Sexualverhaltens während des Erwerbs sexueller Erfahrung in Gruppen, die NAc-Infusionen von GFP- oder ΔJunD-exprimierenden viralen Vektoren erhielten.
ΔFosB ist entscheidend für die durch Sex-Erfahrung induzierte Zunahme von dendritischen Stacheln
ΔFosB-Aktivität wurde auch für die erhöhte Wirbelsäule Dichte von NAc Neuronen nach Sex Erfahrung und 7 d Sex Belohnung Abstinenz benötigt (Abb. 3C,D). Für die Wirbelsäulenanalyse in der NAc von Tieren, die oben für CPP beschrieben wurden, zeigte die Zweiwege-ANOVA signifikante Wirkungen beider sexueller Erfahrungen (F(1,34) = 31.768, p <0.001) und virale Vektorbehandlung (F(1,34) = 14.969, p = 0.001), sowie eine Interaktion (F(1,34) = 10.651, p = 0.005). Insbesondere hatten sexuell erfahrene GFP-Kontrolltiere eine größere Anzahl von NAc-Stacheln im Vergleich zu sexuell naiven GFP-Kontrollen (Abb. 3D: p <0.001), was unseren vorherigen Befund bestätigt (Pitcher et al., 2010a). Im Gegensatz dazu unterschieden sich sexuell erfahrene ΔJunD-Tiere nicht signifikant von sexuell naiven ΔJunD-Gruppen und waren signifikant niedriger im Vergleich zu sexuell erfahrenen GFP-Kontrolltieren (Abb. 3D: p <0.001). Somit blockierte die ΔJunD-Expression in der NAc die Auswirkungen der sexuellen Erfahrung und der Belohnungsabstinenz auf die NAc-Spinogenese.
Der D1R-Antagonist blockiert die sexualitätsinduzierte ΔFosB-Hochregulation
Um zu bestimmen, ob die Aktivierung von D1R oder D2R im Nucleus accumbens (NAc) während der Paarung für die durch sexuelle Erfahrung induzierte Hochregulation von ΔFosB und die Sensibilisierung von Amphotericin Amph (CPP) erforderlich ist, erhielten die Tiere 15 Minuten vor jeder der vier aufeinanderfolgenden Paarungssitzungen täglich eine lokale Infusion eines D1R- oder D2R-Antagonisten (oder Kochsalzlösung) in den NAc. Wichtig ist, dass weder die Infusion von D1R- noch von D2R-Antagonisten in den NAc die Initiierung oder das Auftreten von Sexualverhalten während der Paarungssitzungen beeinflusste ( Abb. 4 D–F ). Ebenso wenig verhinderte der Antagonismus von D1R oder D2R die fördernden Effekte sexueller Erfahrung auf die Paarung, da alle Gruppen eine Förderung des Sexualverhaltens zeigten , was sich in kürzeren Ejakulationslatenzen an Tag 4 im Vergleich zu Tag 1 zeigte ( Abb. 4 F ) ( F (1,40) = 37.113, p < 0.001; Sal, p = 0.004; D1R Ant, p = 0.007; D2R Ant, p < 0.001).
Dopaminrezeptorantagonisten, die in den Nucleus accumbens (NAc) infundiert wurden, hatten keinen Einfluss auf das Sexualverhalten. Koronale NAc-Schnitte ( A , +2.2; B , +1.7; C , +1.2 vom Bregma) zeigen die Injektionsstellen im NAc für alle Tiere. Die Kanülen waren bilateral, sind aber zur besseren Übersicht unilateral dargestellt (Naive-Sal, weiß, n = 7; Exp-Saline, dunkelgrau, n = 9; Exp D1R Ant, hellgrau, n = 9; Exp D2R Ant, schwarz, n = 8). ac, Commissura anterior; LV, lateraler Ventrikel; CPu, Nucleus caudatus-Putamen. Latenz bis zum Aufreiten ( D ), Latenz bis zur Intromission ( E ) und Latenz bis zur Ejakulation ( F ) für alle sexuell erfahrenen Gruppen (Saline, weiß; D1R Ant, grau; D2R Ant, schwarz). Die Daten geben den Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) an. * p < 0.05, signifikanter Unterschied zwischen Tag 1 und Tag 4 innerhalb der Behandlungsgruppe.
Die Analyse der Anzahl von ΔFosB-IR-Zellen in NAc 7 d nach der letzten NAc-Infusion und Paarungs- oder Behandlungssitzung ergab signifikante Unterschiede zwischen Gruppen in beiden NAc-Schalen (F(3,29) = 18.070, p <0.001) und Kern (F(3,29) = 10.017, p <0.001). Erstens verursachte die sexuelle Erfahrung bei mit Kochsalzlösung infundierten Kontrollen eine signifikante Hochregulation von ΔFosB im Vergleich zu sexuell naiven Kontrollen (Abb. 5A, Schale p <0.001; Abb. 5B: Ader, p <0.001), was die obigen Ergebnisse bestätigt. Der Antagonismus von D1R, aber nicht von D2R, verhinderte oder schwächte diese Hochregulation von ΔFosB ab. In der NAc-Schale zeigten mit D1R-Antagonisten behandelte sexuell erfahrene Männer keinen Anstieg der ΔFosB-IR-Zellen im Vergleich zu sexuell naiven Kontrollen (Abb. 5A: p = 0.110), und die ΔFosB-Expression war signifikant niedriger im Vergleich zu sexuell erfahrenen salzigen Männern (Abb. 5A: p = 0.002). Im NAc-Kern hatte D1R-Antagonismus eine partielle Wirkung: ΔFosB war bei mit D1R-Antagonisten behandelten Männern im Vergleich zu naiven Kochsalzkontrollen signifikant erhöht (Abb. 5B: p = 0.031), aber diese Hochregulation war signifikant niedriger im Vergleich zu sexuell erfahrenen salzbehandelten Männern (Abb. 5B: p = 0.012). Die Behandlung mit D2R-Antagonisten beeinflusste die Induktion von ΔFosB nicht, da sexuell erfahrene Männer, die D2R-Antagonisten erhielten, eine signifikant größere Anzahl von ΔFosB-IR-Zellen verglichen mit naiven Kochsalzkontrollen aufwiesen (Abb. 5A: Schale, p <0.001; Abb. 5B: Ader, p <0.001) und mit D1R-Antagonisten behandelte Männer (Abb. 5A: Schale, p <0.001; Abb. 5B: Ader, p = 0.013) und unterschieden sich nicht von sexuell erfahrenen salzigen Männern.
Die Blockierung von D1R im Nucleus accumbens (NAc) schwächt den Anstieg der Anzahl ΔFosB-IR-Zellen im NAc sexuell erfahrener Tiere ab. Die relative Änderung der Anzahl ΔFosB-IR-Zellen in der NAc-Schale ( A ) und im Kern ( B ) wurde bei sexuell erfahrenen (schwarzen) Tieren im Vergleich zu sexuell naiven (weißen) Kontrolltieren dargestellt (Naive-Sal, n = 6; Exp-Saline, n = 7; Exp D1R Ant, n = 9; Exp D2R Ant, n = 8). Die Daten geben den Gruppenmittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) an. * p < 0.05, signifikanter Unterschied im Vergleich zu naiven Kontrolltieren. # p < 0.05, signifikanter Unterschied im Vergleich zu den mit Kochsalzlösung bzw. D2R Ant behandelten Tieren. Repräsentative Bilder von Naive Sal ( C ), Exp Sal ( D ), Exp D1R Ant ( E ) und Exp D2R Ant ( F ). ac, Commissura anterior. Maßstabsbalken: 100 μm.
Um eine mögliche Ausbreitung von D1R- oder D2R-Antagonisten in das dorsale Striatum zu kontrollieren, wurde die ΔFosB-Expression in einem Bereich unmittelbar dorsal des Nucleus accumbens (NAc) und angrenzend an den Seitenventrikel analysiert, da die Induktion von ΔFosB im dorsalen Striatum durch Psychostimulanzien und Opiate von der D1R-Aktivität abhängt ( Zhang et al., 2002 ; Müller und Unterwald, 2005 ). Sexuelle Erfahrung erhöhte die Anzahl ΔFosB-immunreaktiver Zellen im dorsalen Striatum von mit Kochsalzlösung behandelten Männchen (Naive-Sal: 35.6 ± 4.8 vs. Exp-Sal: 82.9 ± 5.1; p < 0.001), was unsere vorherige Studie bestätigte ( Pitchers et al., 2010b ). Des Weiteren beeinflussten weder D1R- noch D2R-Antagonisteninfusionen in den Nucleus accumbens (NAc) die durch sexuelle Erfahrung induzierte ΔFosB-Expression im dorsalen Striatum (Exp-D1R: 82.75 ± 2.64 ir-Zellen; Exp-D2R: 83.9 ± 4.4 ir-Zellen; p < 0.001 im Vergleich zu den Naive-Sal-Kontrollen). Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Ausbreitung der Antagonisteninfusionen primär auf den NAc beschränkt war.
D1R-Antagonist in NAc blockiert sensibilisierte Amph-Belohnung
Die D1R-Blockade in NAc während der Paarung blockierte auch die Sex-Erfahrung-induzierte erhöhte Amph-Belohnung, getestet 7 d nach der letzten NAc-Infusion und Paarungstest (F(3,29) = 2.956, p = 0.049). Sexuell erfahrene Tiere, die während der Paarungssitzung in der NAc Kochsalzlösung erhielten, verbrachten im Vergleich zu sexuell naiven männlichen Tieren signifikant mehr Zeit in der Amph-gepaarten Kammer (Abb. 6A, p = 0.025), bestätigt die obigen Ergebnisse. Im Gegensatz dazu bildeten sexuell erfahrene Tiere, die einen Intra-NAc-D1R-Antagonisten während der Paarung erhalten hatten, keine CPP für Amph. Sie unterschieden sich nicht von sexuell naiven Kontrollen und verbrachten signifikant weniger Zeit in der Amph-gepaarten Kammer verglichen mit Kochsalzlösung (Abb. 6A: p = 0.049) oder D2R-Antagonist (Abb. 6A: p = 0.038) infundierte sexuell erfahrene Männer. D2R-Antagonist-Infusionen beeinflussten die erhöhte Amph-Belohnung nicht, da sexuell erfahrene Tiere mit NAc D2R-Antagonisten-Infusionen im Vergleich zu naiven Kochsalzkontrollen einen signifikanten Amph-CPP aufwiesen (Abb. 6A: p = 0.040) und D1R-Antagonisten erfahrener Tiere (Abb. 6A: p = 0.038) und unterschieden sich nicht von sexuell erfahrenen salzigen Männern.
Das Blockieren von D1-Rezeptoren im NAc hebt sensibilisierte Amph-Belohnung und erhöhte dendritische Dornen bei sexuell erfahrenen Tieren auf. A, Die Menge an Zeit, die in der Amph-gepaarten Kammer während des Post-Tests verbracht wurde, minus dem Vortest (CPP-Score, Sekunden) für sexuell naive (weiß, n = 6) und erfahrene (schwarze) Tiere, die Kochsalzlösung erhielten (n = 7), D1R-Antagonist (n = 9) oder D2R-Antagonist (n = 8). Daten sind Gruppenmittel ± SEM. *p <0.05, signifikanter Unterschied zu naiven Kochsalzlösungskontrollen. #p <0.05, signifikanter Unterschied zu D1R Ant-erfahrenen Tieren. B, Die Anzahl der dendritischen Stacheln (pro 10 μm) für sexuell naive (weiß, n = 7) und erfahrene (schwarze) Tiere, die Kochsalzlösung erhielten (n = 8), D1R-Antagonist (n = 8) oder D2R-Antagonist (n = 8). Daten sind Gruppenmittel ± SEM. *p <0.05, signifikanter Unterschied zu naiven Kochsalzlösungskontrollen. #p <0.05, signifikanter Unterschied zu erfahrenen Kochsalzlösungskontrollen.
Die Behandlung mit D1R-Antagonisten blockiert die durch Sex-Erfahrung induzierte NAc-Spinogenese
Eine Analyse der Wirbelsäulendichte in der NAc derselben Tiere zeigte, dass eine D1R-Aktivierung während der Paarung für eine erhöhte NAc-Wirbelsäulendichte nach sexueller Erfahrung und 7 d der Sexualbelohnungsabstinenz erforderlich war (Abb. 6B; F(3,26) = 41.558, p <0.001). Insbesondere hatten sexuell erfahrene Kochsalzkontrollen und D2R-Antagonistentiere im Vergleich zu sexuell naiven Kochsalzkontrollen eine signifikant größere Anzahl von Stacheln (Abb. 6B: p <0.001) zur Bestätigung unserer bisherigen Ergebnisse (Pitcher et al., 2010a) und Befunde mit GFP-Kontrollvirusvektoren, die oben beschrieben sind. Im Gegensatz dazu unterschieden sich sexuell erfahrene D1R-Antagonisten-infundierte Tiere nicht von sexuell naiven Kochsalzlösung-infundierten Kontrollen (Abb. 6B). Es gab einen partiellen Effekt der D2R-Antagonisten-Infusion, da D2R-infundierte Tiere signifikant niedrigere Wirbelsäulendichten aufwiesen als sexuell erfahrene Kochsalzkontrollen (Abb. 6B: p = 0.02), jedoch signifikant höhere Anzahlen von Stacheln im Vergleich zu sexuell naiven Kochsalzkontrollen und D1R-behandelten erfahrenen Männern (p <0.001; Abb. 6B). Daher blockierte die D1R-Blockade im NAc während der Paarung die Auswirkungen sexueller Erfahrung und belohnte die NAc-Spinogenese mit Abstinenz.
Diskussion
In der vorliegenden Studie wiesen wir eine Kreuzsensibilisierung zwischen natürlicher und drogeninduzierter Belohnung nach, wenn auf die natürliche Belohnung eine Abstinenzphase folgt. Konkret zeigten wir, dass sexuelle Erfahrungen, gefolgt von 7 oder 28 Tagen Abstinenz, eine verstärkte Amphetamin-induzierte Belohnung bewirken . Diese Ergebnisse ähneln der etablierten, entscheidenden Rolle einer Abstinenzphase von Drogenmissbrauch bei der Entwicklung von Drogenverlangen ( Lu et al., 2005 ; Thomas et al., 2008 ; Wolf, 2010b , 2012 ; Xue et al., 2012 ). Darüber hinaus ist die durch natürliche Belohnung induzierte ΔFosB-Expression im Nucleus accumbens (NAc) entscheidend für die kreuzsensibilisierenden Effekte der Abstinenz natürlicher Belohnungen auf die psychostimulierende Wirkung, möglicherweise vermittelt durch Spinogenese im NAc während einer Abstinenzphase. Wir konnten zeigen, dass die Akkumulation von ΔFosB im Nucleus accumbens (NAc) nach sexueller Erfahrung lang anhaltend und von der D1R-Aktivität im NAc während der Paarung abhängig ist. Diese D1R-vermittelte Hochregulation von ΔFosB im NAc erwies sich wiederum als entscheidend für die verstärkte Belohnung durch Amphetamin und die erhöhte Spinedichte im NAc, obwohl diese Folgen sexueller Erfahrung von einer Abstinenzphase abhängig sind ( Pitchers et al., 2010a ). Schließlich zeigten wir, dass die Spinogenese im NAc zwar zur anfänglichen Entwicklung einer kurzfristigen Expression der durch Amphetamin verstärkten Belohnung beitragen kann, aber nicht entscheidend für die anhaltende Expression dieser verstärkten Belohnung ist, da die erhöhte Spinedichte im NAc nur vorübergehend war und nach einer 7-tägigen, nicht aber nach einer 28-tägigen Abstinenzphase beobachtet wurde.
Es ist seit Langem bekannt, dass Dopamin im Nucleus accumbens (NAc) während natürlicher Belohnungsverhaltensweisen, einschließlich Sexualverhalten, freigesetzt wird. Bei Anwesenheit eines paarungsbereiten Weibchens steigt der extrazelluläre Dopaminspiegel im NAc an und bleibt während der Paarung erhöht ( Fiorino et al., 1997 ). Die vorliegende Studie zeigte, dass die Infusion von Dopaminrezeptorantagonisten in den NAc während der Paarung keinen Einfluss auf die Initiierung oder Durchführung von Sexualverhalten hatte. Dies steht im Einklang mit der Annahme, dass Dopamin nicht an der Expression von Belohnungsverhalten an sich beteiligt ist, sondern vielmehr an der Zuweisung der Anreizwirkung von geschlechtsbezogenen Reizen ( Berridge und Robinson, 1998 ). Tatsächlich führen Reize, die sexuelle Belohnung vorhersagen, zur Aktivierung von Neuronen innerhalb des mesolimbischen Dopamin-Belohnungssystems, einschließlich der dopaminergen Zellen im ventralen Tegmentum und deren Zielgebiet, dem NAc ( Balfour et al., 2004 ). Wiederholtes Sexualverhalten induziert ΔFosB im Nucleus accumbens (NAc), welches wiederum die erfahrungsbasierte Verstärkung des Sexualverhaltens vermittelt ( Pitchers et al., 2010b ). Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass die paarungsinduzierte Hochregulation von ΔFosB tatsächlich von der D1R-Aktivierung im NAc während der Paarung abhängt. Dieser Befund steht im Einklang mit früheren Studien, die zeigen, dass die wiederholte Gabe von Psychostimulanzien ΔFosB in D1R-exprimierenden mittelgroßen Stachelneuronen des NAc anhaltend erhöht ( Lee et al., 2006 ; Kim et al., 2009 ) und dass diese ΔFosB-Hochregulation von der D1R-Aktivierung abhängt ( Zhang et al., 2002 ). Darüber hinaus können verstärkte Arzneimittelreaktionen, die normalerweise bei drogenerfahrenen Tieren beobachtet werden, auch ohne vorherige Drogenexposition durch die Überexpression von ΔFosB in D1R-exprimierenden Neuronen im Striatum hervorgerufen werden ( Kelz et al., 1999 ). Somit erhöhen sowohl natürliche als auch drogeninduzierte Belohnungen die ΔFosB-Konzentration im Nucleus accumbens (NAc) über einen D1R-abhängigen Mechanismus, um Belohnungsverhalten zu sensibilisieren.
Darüber hinaus zeigen die vorliegenden Ergebnisse, dass ΔFosB ein entscheidender Mediator der Kreuzsensibilisierung zwischen natürlicher Belohnungserfahrung und psychostimulierender Belohnung ist. Wie bereits erwähnt, wurde die ΔFosB-Aktivität im Nucleus accumbens (NAc) mit sensibilisierten Arzneimittelreaktionen in Verbindung gebracht, da die Überexpression von ΔFosB im NAc die lokomotorische Aktivierung nach vorheriger akuter oder wiederholter Kokainverabreichung sensibilisiert ( Kelz et al., 1999 ), die Sensitivität gegenüber Kokain und Morphin im Rahmen einer konditionierten Platzpräferenz (CPP) erhöht ( Kelz et al., 1999 ; Zachariou et al., 2006 ) und die Selbstverabreichung niedrigerer Kokaindosen verursacht ( Colby et al., 2003 ). Die vorliegende Studie zeigt, dass die Blockade der D1R- oder ΔFosB-Aktivität im NAc während der Paarung die durch sexuelle Erfahrung induzierte Sensibilisierung gegenüber Amphetamin-Belohnung aufhebt.
- Somit konvergieren natürliche und Arzneimittelbelohnungen nicht nur auf dem gleichen neuralen Weg, sie konvergieren auf dieselben molekularen Mediatoren (Nestler et al., 2001; Wallaceet al., 2008; Hedges et al., 2009; Pitcher et al., 2010b), und wahrscheinlich in den gleichen Neuronen in der NAc (Frohmaderet al., 2010b), to Beeinflussung des Anreizes und des "Wollens" beider Arten von Belohnungen (Berridge und Robinson, 1998).
Die vorliegende Studie zeigte, dass eine Abstinenzphase von sexueller Belohnung für die Sensibilisierung des Amphotericin-Rezeptors und die Spinogenese im Nucleus accumbens (NAc) erforderlich ist. Wir vermuten, dass ΔFosB während dieser Abstinenzphase die neuronale Funktion beeinflusst, indem es die nachgeschaltete Genexpression verändert, um die Spinogenese einzuleiten und die synaptische Stärke zu modifizieren . Tatsächlich verhinderte die Blockierung der ΔFosB-Induktion im NAc während der Paarung die nach der Belohnungsabstinenz beobachtete erhöhte Spindichte im NAc. Darüber hinaus verhinderte die Infusion eines D1R-Antagonisten in den NAc vor jeder Paarung den durch sexuelle Erfahrung induzierten Anstieg von ΔFosB und die daraus resultierende erhöhte Spindichte.
ΔFosB ist ein Transkriptionsfaktor, der als Transkriptionsaktivator oder Repressor wirken kann, um die Expression einer Vielzahl von Zielgenen zu beeinflussen, die wiederum die Dichte und Synapsenstärke der NAc beeinflussen können (Nestler, 2008). Genauer, ΔFosB aktiviert zyklisch abhängige Kinase-5 (Bibb ua, 2001; Kumaret al., 2005), Kernfaktor κ B (NF-κB) (Russo et al., 2009b), und die GluA2-Untereinheit des Glutamat-AMPA-Rezeptors (Vialou et al., 2010) und rTranskription des unmittelbaren frühen Gens c-fos (Pitcher et al., 2010b) und Histon-Methyltransferase G9 (Maze et al., 2010). CYlic-abhängige Kinase-5 reguliert Zytoskelett-Proteine und Neuritenwachstum (Taylor et al., 2007). Darüber hinaus erhöht die Aktivierung von NF- & kgr; B die Anzahl von dendritischen Stacheln in der NAc, wohingegen die Hemmung von NF- & kgr; B die basalen dendritischen Stacheln verringert und den durch Kokain induzierten Anstieg der Stacheln blockiert (Russo et al., 2009b). Daher erhöht die sexuelle Belohnung ΔFosB in der NAc, was die NAc-Stacheldichte durch mehrere Targets (dh zyklisch abhängige Kinase-5, NF-κB) verändern kann und dass die Gesamtkonsequenz eine sensibilisierte Wirkstoffbelohnung ist, wie es angenommen wurde Russoet al. (2009a) für die Aktionen von wiederholtem Kokain.
Eine unerwartete Beobachtung in der vorliegenden Studie war, dass die erhöhte Spinedichte im Nucleus accumbens (NAc) nur vorübergehend war und 28 Tage nach dem sexuellen Kontakt nicht mehr nachweisbar war. Die erhöhte Spinedichte korrelierte somit mit dem Einsetzen einer verstärkten Amphetamin-Belohnung und könnte zur initialen Entwicklung oder kurzfristigen Expression sensibilisierter Amphetamin-Reaktionen beitragen. Allerdings war die erhöhte Spinedichte nicht erforderlich für das Fortbestehen der sensibilisierten Amphetamin-Belohnung nach längeren Abstinenzphasen. Wir haben bereits gezeigt, dass sexueller Kontakt einen kurzfristigen (7, aber nicht 28 Tage nach der letzten Paarung) Anstieg der NMDA-Rezeptor-Untereinheit NR-1 im NAc verursacht, der nach längeren Phasen der Belohnungsabstinenz wieder auf den Ausgangswert zurückkehrte ( Pitchers et al., 2012 ). Es wurde angenommen, dass diese erhöhte NMDA-Rezeptorexpression auf durch sexuelle Erfahrungen hervorgerufene stille Synapsen hinweist ( Huang et al., 2009 ; Brown et al., 2011 ; Pitchers et al., 2012 ) und die Möglichkeit nahelegt, dass das durch sexuelle Erfahrungen induzierte Dornenwachstum von einer erhöhten NMDA-Rezeptoraktivität abhängt ( Hamilton et al., 2012 ).
Zusammenfassend hebt die aktuelle Studie die Kreuzsensibilisierung von Drogenbelohnung durch eine natürliche Belohnung (Sex) und ihre Abhängigkeit von einer Belohnungsabstinenzperiode hervor. Darüber hinaus wurde diese Verhaltensplastizität durch ΔFosB über D1R-Aktivierung in der NAc vermittelt. Daher legen Daten nahe, dass der Verlust einer natürlichen Belohnung nach Belohnungserfahrungen Individuen anfällig für die Entwicklung von Drogenabhängigkeit machen kann und dass ein Vermittler dieser erhöhten Anfälligkeit ΔFosB und seine nachgeschalteten Transkriptionsziele sind.
Fußnoten
- Empfangen Oktober 16, 2012.
- Revision erhalten Dezember 12, 2012.
- Akzeptiert Dezember 23, 2012.
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Diese Arbeit wurde von den Kanadischen Instituten für Gesundheitsforschung (LMC), dem Nationalen Institut für Seelische Gesundheit (EJN) und dem Kanadischen Naturwissenschaftlichen und Technischen Forschungsrat (KKP und LMC) unterstützt. Wir danken Dr. Catherine Woolley (Northwestern University) für die Unterstützung bei der diolistischen Markierungstechnik.
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Die Autoren erklären keine konkurrierenden finanziellen Interessen.
- Korrespondenz sollte an Dr. Lique M. Coolen, Abteilung für Physiologie und Biophysik, Universität von Mississippi Medical Center, 2500 North State Street, Jackson, MS 39216 adressiert werden. [E-Mail geschützt]
- Copyright © 2013 die Autoren 0270-6474 / 13 / 333434-09 $ 15.00 / 0
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Artikel, die diesen Artikel zitieren
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Mögliche Beiträge einer neuartigen Form der synaptischen Plastizität in Aplysia zur Belohnung, Erinnerung und ihren Fehlfunktionen im Säugetiergehirn Lernen & Gedächtnis, 18. September 2013, 20 (10): 580-591