Synapse. 2008 May;62(5):358-69.
Perrotti LI, Weber RR, Robison B, Renthal W, Maze I, Yazdani S, Elmore RG, Knapp DJ, Selley DE, Martin BR, Sim-Selley L, Bachtell RK, Self DW, Nestler EJ.
Quelle
Abteilung für Psychiatrie, der Universität Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas 75390-9070, USA.
Abstrakt
Der Transkriptionsfaktor DeltaFosB akkumuliert und persistiert im Gehirn als Reaktion auf chronische Stimulation. Diese Akkumulation nach chronischer Exposition gegenüber Missbrauchsdrogen wurde zuvor durch Western Blot am dramatischsten in striatalen Regionen, einschließlich dorsalem Striatum (Caudate / Putamen) und Nucleus accumbens, nachgewiesen. In der vorliegenden Studie verwendeten wir Immunhistochemie, um mit größerer anatomischer Präzision die Induktion von DeltaFosB im gesamten Gehirn des Nagetiers nach chronischer Arzneimittelbehandlung zu definieren. Wir erweiterten auch frühere Forschung mit Kokain, Morphin und Nikotin auf zwei zusätzliche Drogen, Ethanol und Delta (9) -Tetrahydrocannabinol (Delta (9) -THC, der Wirkstoff in Marihuana). Wir zeigen hier, dass chronische, aber nicht akute Verabreichung von jedem der vier Drogen Missbrauch, Kokain, Morphin, Ethanol und Delta (9) -THC, DeltaFosB im Nucleus accumbens, obwohl verschiedene Muster in der Kern-Shell-Regionen induziert von diesem Kern waren für die verschiedenen Drogen offensichtlich. Die Medikamente unterschieden sich auch in ihrem Grad der DeltaFosB-Induktion im dorsalen Striatum. Darüber hinaus induzierten alle vier Arzneimittel DeltaFosB im präfrontalen Kortex, wobei die größten Effekte bei Kokain und Ethanol beobachtet wurden und alle Arzneimittel DeltaFosB in geringem Ausmaß in Amygdala induzierten. Darüber hinaus induzierten alle Arzneimittel DeltaFosB im Hippocampus, und mit Ausnahme von Ethanol wurde der größte Teil dieser Induktion im Dentat beobachtet. Niedrigere Niveaus der DeltaFosB-Induktion wurden in anderen Gehirnbereichen als Reaktion auf eine bestimmte Arzneimittelbehandlung beobachtet. Diese Ergebnisse liefern einen weiteren Beweis dafür, dass die Induktion von DeltaFosB im Nucleus accumbens eine gemeinsame Wirkung von praktisch allen Drogen ist und dass jedes Medikament jenseits von Nucleus Accumbens DeltaFosB in einer Region-spezifischen Weise im Gehirn induziert.
EINFÜHRUNG
Akute Kokainexposition verursacht die transiente Induktion der Transkriptionsfaktoren c-Fos und FosB in striatalen Regionen (Graybiel et al., 1990; Hope et al., 1992; Young et al., 1991), während eine chronische Exposition gegenüber dem Medikament resultiert in der Akkumulation von stabilisierten Isoformen von ΔFosB eine trunkierte Spleißvariante des fosB-Gens (Hiroi et al., 1997; Hope et al., 1994; Moratalla et al., 1996; Nye et al., 1995). Einmal induziert, bleibt ΔFosB in diesen Regionen für einige Wochen aufgrund der ungewöhnlichen Stabilität des Proteins. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Stabilität von ΔFosB durch die Abwesenheit von Degron-Domänen in den C-Termini von FosB voller Länge und allen anderen Proteinen der Fos-Familie (Carle et al., 2007) und durch die Phosphorylierung von ΔFosB an dessen N vermittelt wird -terminus (Ulery et al., 2006). Im Gegensatz dazu verändert die chronische Arzneimittelverabreichung nicht das Spleißen von fosB-premRNA in ΔfosB-mRNA noch die Stabilität der mRNA (Alibhai et al., 2007), was weiterhin darauf hinweist, dass die Akkumulation von ΔFosB-Protein der vorherrschende Mechanismus ist.
Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass die Induktion von ΔFosB in striatalen Regionen, insbesondere im ventralen Striatum oder Nucleus accumbens, wichtig ist, um Aspekte der Abhängigkeit zu vermitteln. Die Überexpression von ΔFosB in diesen Regionen von induzierbaren, bitransgenen Mäusen oder durch viralen vermittelten Gentransfer erhöht die Empfindlichkeit eines Tieres auf die lokomotorisch aktivierenden und lohnenden Wirkungen von Kokain und Morphin, während die Expression eines dominanten negativen Antagonisten von ΔFosB (als Δc bezeichnet) Jun) hat die gegenteiligen Effekte (Kelz et al., 1999; McClung und Nestler, 2003; Peakman et al., 2003; Zachariou et al., 2006). Es wurde auch gezeigt, dass die ΔFosB-Überexpression die Motivationsmotivation für Kokain erhöht (Colby et al., 2003). Darüber hinaus wird ΔFosB bei jugendlichen Tieren bevorzugt durch Kokain induziert, was zu ihrer erhöhten Suchtanfälligkeit beitragen kann (Ehrlich et al., 2002).
Trotz dieser Beweise bleiben wichtige Fragen bestehen. Es wurde zwar berichtet, dass die chronische Verabreichung mehrerer anderer Missbrauchsdrogen, einschließlich Amphetamin, Methamphetamin, Morphin, Nikotin und Phencyclidin, ΔFosB in striatalen Regionen induziert (Atkins et al., 1999; Ehrlich et al., 2002; McDaid et al. 2006b; Muller und Unterwald, 2005; Nye ua, 1995; Nye und Nestler, 1996; Pich ua 1997; Zachariou et al., 2006), über die Wirkungen von Ethanol und Δ9-Tetrahydrocannabinol liegen nur wenige oder keine Informationen vor (Δ9-THC, der Wirkstoff in Marihuana). Zwei frühere Studien zeigten, dass FosB-ähnliche Immunoreaktivität im Hippocampus und bestimmten anderen Hirnarealen während Ethanolentzug induziert wird, aber es bleibt ungewiss, ob diese Immunreaktivität ΔFosB oder FosB voller Länge darstellt (Bachtell et al., 1999; Beckmann et al., 1997 ). Die Studie von Ethanol und (Δ9-THC ist besonders wichtig, da diese zwei der am häufigsten verwendeten Drogen in den USA sind (SAMHSA, 2005). Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Stimulanzien oder Opiat-Drogen missbraucht werden, um ΔFosB zu induzieren bestimmte andere isolierte Hirnregionen, die zusätzlich zu Nucleus accumbens und dorsalem Striatum den präfrontalen Kortex, Amygdala, ventrales Pallidum, ventrales Tegmentum und Hippocampus einschließen (Liu et al., 2007; McDaid et al., 2006a, 2006b; Nye et al., 1995; Perrotti et al., 2005), gab es keine systematische Kartierung der ΔFosB-Induktion im Gehirn als Reaktion auf chronische Arzneimittelexposition.
Das Ziel der vorliegenden Studie war es, immunhistochemische Verfahren zu verwenden, um die Induktion von & Dgr; FosB im Gehirn nach chronischer Verabreichung von vier prototypischen Drogen des Missbrauchs zu kartieren: Kokain, Morphin, Ethanol und & Dgr; 9-THC.
Material und Methoden
Tiere
Alle Experimente wurden unter Verwendung männlicher Sprague-Dawley-Ratten (Charles River, Kingston, 250-275g) durchgeführt. Die Tiere wurden zwei pro Käfig untergebracht und für eine Woche an die Tierraumbedingungen gewöhnt, bevor die Experimente begannen. Sie hatten freien Zugang zu Essen und Wasser. Die Experimente wurden gemäß Protokollen durchgeführt, die vom Institutional Animal Care and Use Committee am Southwestern Medical Center der University of Texas in Dallas überprüft wurden.
Medikamentenbehandlungen
Chronisches Kokain
Ratten (n = 6 pro Gruppe) erhielten zweimal täglich Injektionen von Kokainhydrochlorid (15 mg / kg ip; Nationales Institut für Drogenmissbrauch, Bethesda, MD), gelöst in 0.9% Kochsalzlösung für 14-Tage. Kontrollratten (n = 6 pro Gruppe) erhielten ip Injektionen von 0.9% Kochsalzlösung unter dem gleichen chronischen Verfahren. Alle Injektionen wurden in den Heimkäfigen der Tiere verabreicht. Es wurde gezeigt, dass dieses Behandlungsschema robuste Verhaltens- und biochemische Anpassungen bewirkt (siehe Hope et al., 1994).
Kokain-Selbstverwaltung
Tiere (n = 6 pro Gruppe) wurden trainiert, um einen Hebel für ein 45 mg Sucrose Pellet zu drücken. Nach diesem Training wurden die Tiere ad libitum gefüttert und chirurgisch unter Pentobarbitalanästhesie mit einem chronischen Jugularkatheter (Silastic Tubing, Green Rubber, Woburn, MA), wie zuvor beschrieben (Sutton et al., 2000), implantiert. Der Katheter passierte den Rücken subkutan durch eine 22-Gauge-Kanüle (Plastics One, Roanoke, VA), eingebettet in kranioplastischen Zement, und befestigt mit einem Marlex-chirurgischen Netz (Bard, Cranston, RI). Die Selbst-Verabreichung wurde in operanten Testkammern (Med Associates, St. Alban, VT) durchgeführt, die sich kontextuell von dem Heimkäfig des Tieres unterschieden und sich in einem anderen Raum befanden. Jede Kammer war in einer schalldämpfenden Kabine eingeschlossen, die mit einer Infusionspumpenanordnung, bestehend aus einer Razel Model A Pumpe (Stamford, CT) und einer 10 ml Glasspritze, verbunden mit einem Fluidwirbel (Instech, Plymouth Meeting, PA) durch Teflonschlauch ausgestattet war . Der Tygon-Schlauch verband den Wirbel mit der Katheteranordnung des Tieres und wurde von einer Metallfeder umschlossen. Jede operante Kammer enthielt zwei Hebel (4 × 2 cm2, 2 cm vom Boden entfernt). Während des Selbstverwaltungstrainings führte ein einzelner 20 g-Hebeldruck auf den aktiven Hebel zu einer intravenösen Infusion von Kokain (0.5 mg / kg pro 0.1 ml-Infusion) über ein 5-s-Infusionsintervall. Auf die Infusion folgte eine 10-s-Auszeit, während der das Hauslicht gelöscht wurde und die Reaktion keine programmierten Konsequenzen verursachte. Die Beleuchtung des Hauslichts signalisierte das Ende der Auszeit. Ein Hebel auf den inaktiven Hebel drückte keine Konsequenzen. Tiere, denen während der täglichen 14-4-h-Testsitzungen (6-Tage / Woche) während ihres Dunkelzyklus Kokain verabreicht wurde; die durchschnittliche tägliche Aufnahme betrug ~ 50 mg / kg. Eine Gruppe von Jochtieren wurde identisch behandelt, nur wenn sie Kokain-Infusionen erhielten, wenn ihre sich selbst verabreichenden Gegenstücke Droge erhielten. Einer Gruppe von Kochsalz-Kontrolltieren wurde erlaubt, auf Saline-Infusionen zu drücken. Es wurde gezeigt, dass dieses Behandlungsschema robuste Verhaltens- und biochemische Anpassungen erzeugt (siehe Sutton et al., 2000).
Chronisches Morphin
Morphinpellets (jeweils mit 75 mg Morphinbase; Nationales Institut für Drogenmissbrauch) wurden einmal täglich für 5-Tage (n = 6) sc implantiert. Kontrollratten wurden für 5 aufeinanderfolgende Tage einer Scheinoperation unterzogen (n = 6). Es wurde gezeigt, dass dieses Behandlungsschema robuste Verhaltens- und biochemische Anpassungen erzeugt (siehe Nye und Nestler, 1996).
Δ9-THC
Δ9-THC wurde in einer 1: 1: 18-Lösung von Ethanol, Emulphor und Kochsalzlösung gelöst. Die Mäuse wurden subkutan zweimal täglich mit Δ9-THC oder Träger für 15-Tage injiziert. Die Anfangsdosis von Δ9-THC betrug 10 mg / kg und die Dosis wurde alle drei Tage auf die Enddosis 160 mg / kg verdoppelt. Wir verwendeten Mäuse für Δ9-THC, da gezeigt wurde, dass dieses Behandlungsschema robuste Verhaltens- und biochemische Anpassungen bei dieser Spezies hervorruft (Sim-Selley und Martin, 2002).
Ethanol
Ethanol (aus 95% Vorrat; Aaper, Shelbyville, KY) wurde mittels einer ernährungsphysiologisch vollständigen flüssigen Diät verabreicht. Dieses Standarddiätethanolverfahren beinhaltet die Verabreichung von 7% [Gewicht / Volumen (Gewicht / Volumen)] Ethanol in einer auf Lactalbumin / Dextrose basierenden Diät für 17-Tage, während welcher Zeit Ratten im Allgemeinen Ethanol bei 8-12 g / kg / Tag und verbrauchen Blut-Ethanol-Spiegel bis zu 200 mg / dl erreichen (Criswell und Breese, 1993; Frye et al., 1981; Knapp et al., 1998). Die Diät war ernährungsphysiologisch vollständig (mit Konzentrationen von Vitaminen, Mineralstoffen und anderen Nährstoffen, abgeleitet von ICN Research Diets und kalorisch ausgewogen (mit Dextrose) über mit Ethanol behandelte Ratten und Kontrollratten. Eine Anpassung der Aufnahme wurde erreicht, indem den mit Kontrolldiät behandelten Ratten a Das Ausmaß der Diät entspricht der durchschnittlichen Aufnahme der mit Ethanol-Diät behandelten Ratten am Tag zuvor. Beide Gruppen nahmen leicht während der Ethanol-Expositionsdauer zu (nicht gezeigt) .Dieses Behandlungsschema hat gezeigt, dass es robuste Verhaltens-und biochemische Anpassungen erzeugt (siehe Knapp et al., 1998).
Immunhistochemie
Achtzehn bis 24 h nach ihrer letzten Behandlung wurden die Tiere mit Chloralhydrat (Sigma, St. Louis, MO) tief anästhesiert und intrakardial mit 200 ml 10 mM phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) gefolgt von 400 ml 4% Paraformaldehyd in perfundiert PBS. Die Gehirne wurden entfernt und über Nacht in 4% Paraformaldehyd bei 4ºC gelagert. Am nächsten Morgen wurden die Gehirne zur Kryoprotektion in ein 20% Glycerin in 0.1 M PBS-Lösung überführt. Koronale Schnitte (40 & mgr; m) wurden auf einem Gefriermikrotom (Leica, Bannockburn, IL) geschnitten und dann zur Immunhistochemie verarbeitet. ΔFosB- und FosB-Immunoreaktivitäten wurden unter Verwendung von zwei verschiedenen polyklonalen Kaninchen-Antiseren nachgewiesen. Ein Antiserum gegen den FosB-C-Terminus, das in ΔFosB fehlt (aa 317-334), erkennt FosB voller Länge, aber nicht ΔFosB (Perrotti et al., 2004). Das andere Antiserum, ein "pan-FosB" -Antikörper, wurde gegen eine interne Region von FosB gezogen und erkennt sowohl FosB als auch ΔFosB (sc-48; Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA).
FosB-ähnliche Färbung wurde unter Verwendung der Avidin-Biotin-Peroxidase-Komplex-Methode aufgedeckt. Für dieses Verfahren wurden Gehirnschnitte zuerst mit 0.3% H2O2 behandelt, um endogene Peroxidasen zu zerstören, und dann für 1 h in 0.3% Triton X-100 und 3% normalem Ziegenserum inkubiert, um unspezifische Markierung zu minimieren. Gewebeschnitte wurden dann über Nacht bei Raumtemperatur in 1% normalem Ziegenserum, 0.3% Triton X-100 und Pan-FosB-Antikörper (1: 5000) inkubiert. Die Schnitte wurden gewaschen, für 1.5h in 1: 200-Verdünnung von biotinyliertem Ziegen-Anti-Kaninchen-Immunglobulin (DakoCytomation, Carpinteria, CA) gegeben, gewaschen und für 1.5 h in 1: 200-Verdünnung des Avidin-Biotin-Komplexes aus dem Elite-Kit (Vector Labors, Burlingame, CA). Peroxidaseaktivität wurde durch Reaktion mit Diaminobenzidin (Vector Laboratories) sichtbar gemacht. Codierte Objektträger wurden verwendet, um die Anzahl von FosB-immunoreaktiven Zellen zu zählen. Der Code wurde nicht unterbrochen, bis die Analyse eines einzelnen Experiments abgeschlossen war.
Sobald FosB-ähnliche Immunreaktivität nachgewiesen wurde, wurde eine doppelte Fluoreszenzmarkierung mit dem FosB-spezifischen (C-Terminus; 1: 500) -Antikörper und Pan-FosB-Antikörper (sc-48; 1: 200) durchgeführt, um zu bestimmen, ob das induzierte Protein tatsächlich war ΔFosB. Ein veröffentlichtes Protokoll wurde verwendet (Perrotti et al., 2005). Die Proteine wurden unter Verwendung von CY2- und CY3-Fluorophor-markierten sekundären Antikörpern (Jackson ImmunoResearch Laboratories, West Grove, PA) sichtbar gemacht. Die Lokalisierung der Proteinexpression wurde mit einem konfokalen Mikroskop (Axiovert 100; LSM 510 mit META-Emissionswellenlängen von 488, 543 und 633; Zeiss, Thornwood, NY) durchgeführt. Die hier vorgestellten Bilder wurden auf diesem System aufgenommen und repräsentieren einen 1-μm-dicken Schnitt durch eine Z-Ebene.
statistische Analyse
Die signifikante Induktion von ΔFosB + -Zellen wurde unter Verwendung von t-Tests oder Einweg-ANOVAs bewertet, gefolgt von einem Newman-Keuls-Test als Post-hoc-Analyse. Alle Analysen wurden für mehrere Vergleiche korrigiert. Die Daten sind als Mittelwert ± SEM ausgedrückt. Die statistische Signifikanz wurde als P <0.05 definiert.
ERGEBNISSE
Induktion von ΔFosB im Gehirn
Um die Muster der ΔFosB-Induktion im Gehirn als Reaktion auf verschiedene Arten von Missbrauchsdrogen direkt zu vergleichen, verabreichten wir vier prototypische Arzneimittel, Kokain, Morphin, Ethanol und Δ9-THC und untersuchten die ΔFosB-Expression 18-24 h nach der letzten Arzneimittelexposition . Wir verwendeten Standard-Medikamentenbehandlungsschemata, von denen in der Literatur gezeigt wurde, dass sie verhaltensbedingte und biochemische Folgen chronischer Arzneimittelexposition zeigen (siehe Abschnitt Materialien und Methoden). Die Spiegel von ΔFosB wurden durch Immunhistochemie quantifiziert, wobei der Schwerpunkt auf Mittelhirn- und Vorderhirnregionen lag, die an der Belohnung und Abhängigkeit von Drogen beteiligt sind. Diese Feinkartierung der ΔFosB-Induktion wurde mit einem Pan-FosB-Antikörper durchgeführt, der sowohl ΔFosB als auch FosB voller Länge erkennt. Wir wissen jedoch, dass die gesamte beobachtete Immunoreaktivität für jedes der Arzneimittel ausschließlich auf ΔFosB zurückzuführen ist, da ein für FosB voller Länge selektiver Antikörper (siehe Abschnitt Material und Methoden) keine positiven Zellen nachweisen konnte. Darüber hinaus ging die Immunreaktivität, die durch den pan-FosB-Antikörper detektiert wurde, in fosB-Knockout-Mäusen verloren, was die Spezifität dieses Antikörpers für fosB-Genprodukte im Gegensatz zu anderen Proteinen der Fos-Familie bestätigt. Diese Kontrollen sind in Fig. 1 für Kokain gezeigt, wurden jedoch auch für alle anderen Arzneimittel beobachtet (nicht gezeigt). Diese Befunde sind nicht überraschend, da beim 18-24 h-Zeitpunkt, der in dieser Studie verwendet wurde, erwartet wurde, dass alle durch die letzte Arzneimittelverabreichung induzierten Volllängen-FosB abgebaut werden, wobei das stabilere ΔFosB als das einzige fosB-Gen verbleibt Produktrest (siehe Chen et al., 1995; Hope et al., 1994).
Abb.. 1
Doppelmarkierung der Fluoreszenzimmunhistochemie unter Verwendung des Anti-FosB- (pan-FosB, Santa-Cruz) oder Anti-FosB- (C-terminus) Antikörpers durch den Nucleus accumbens von Tieren, die mit akutem oder chronischem Kokain und einer Kontrollratte behandelt wurden. Der Pan-FosB-Antikörper färbt (mehr…)
Eine Zusammenfassung der Gesamtergebnisse dieser Studie ist in Tabelle I angegeben. Es wurde gefunden, dass jedes der vier Arzneimittel & Dgr; FosB signifikant im Gehirn induziert, obwohl mit teilweise unterschiedlichen Induktionsmustern für jedes Arzneimittel beobachtet wurde.
Tabelle I
Induktion von ΔFosB im Gehirn durch Missbrauchsdrogen
Induktion von ΔFosB in striatalen Regionen
Die stärkste Induktion von ΔFosB wurde im Nucleus accumbens und im dorsalen Striatum (Caudate / Putamen) beobachtet, wo alle vier Medikamente das Protein induzierten (Abb. 2-Abb. 4). Dies ist in Abbildung 5 quantitativ dargestellt. Die Induktion von ΔFosB wurde sowohl in der Kern- als auch in der Schalenregion des Nucleus accumbens beobachtet, wobei im Kern für die meisten Medikamente geringfügig mehr Induktion beobachtet wurde. Eine starke Induktion von ΔFosB wurde auch im dorsalen Striatum für die meisten Arzneimittel beobachtet. Eine Ausnahme war Δ9-THC, das trotz starker Trends nicht signifikant ΔFosB im Nucleus accumbens shell oder dorsal striatum induzierte (siehe Abb. 4; Tabelle I). Interessanterweise produzierte Ethanol die größte Induktion von ΔFosB im Nucleus Accumbens Kern im Vergleich zu den anderen Behandlungen.
Abb.. 2
Induktion von ΔFosB im Rattenkern accumbens bei einer Kontrollratte (A) oder nach chronischer Behandlung mit Ethanol (B), Morphin (C) oder Kokain (D). Die Spiegel der FosB-ähnlichen Immunreaktivität wurden durch Immunhistochemie unter Verwendung eines Pan-FosB-Antikörpers analysiert. (Mehr …)
Abb.. 4
Induktion von ΔFosB im Maushirn nach chronischer Δ9-THC-Behandlung. Die Spiegel der FosB-ähnlichen Immunreaktivität wurden durch Immunhistochemie unter Verwendung eines Pan-FosB-Antikörpers in Kontrolltieren (A, C, E) und chronischen Δ9-THC-Tieren (B, D, F) analysiert. Hinweis (mehr…)
Abb.. 5
Quantifizierung der ΔFosB-Induktion in Striatalregionen nach chronischen Morphin-, Δ9-THC-, Ethanol- und Kokainbehandlungen. Die Balkendiagramme zeigen die mittlere Anzahl von ΔFosB + -Zellen bei Kontrolltieren und bei Tieren, die chronischem Morphin ausgesetzt sind (mehr…)
Induktion von & Dgr; FosB durch willkürliche gegenüber erzwungener Arzneimittelexposition
Angesichts der dramatischen Induktion von ΔFosB in striatalen Regionen waren wir daran interessiert zu bestimmen, ob die Fähigkeit eines Arzneimittels, das Protein in diesen Regionen zu induzieren, als eine Funktion der gewollten gegenüber der erzwungenen Arzneimittelexposition variierte. Um diese Frage zu beantworten, untersuchten wir eine Gruppe von Ratten, die Kokain für 14-Tage selbst verabreichten, und verglichen die ΔFosB-Induktion in diesen Tieren mit denen, die Kokain-Kokain-Infusionen erhielten und solchen, die nur Kochsalzlösung erhielten. Wie in Fig. 6 gezeigt, induzierte selbst verabreichtes Kokain im Nucleus accumbens (sowohl die Kern- als auch die Schalen-Subregion) und das dorsale Striatum stabil ΔFosB mit äquivalenten Induktionsgraden, die für selbstverabreichte gegen joked verabreichte Arzneimittel beobachtet wurden. Das Ausmaß der ΔFosB-Induktion, die in diesen zwei Gruppen von Tieren beobachtet wurde, war größer als das, das bei ip-Injektionen von Kokain beobachtet wurde (siehe Fig. 5), vermutlich aufgrund der viel größeren Menge an Kokain in dem Selbstverabreichungsexperiment (tägliche Dosen: 50 mg / kg iv vs. 30 mg / kg ip).
Abb.. 6
Quantifizierung der ΔFosB-Induktion in Striatalregionen nach chronischer Selbstverabreichung von Kokain. Die Balkendiagramme zeigen die mittlere Anzahl von ΔFosB + -Zellen bei Kontrolltieren und bei Tieren, die Kokainbehandlungen unterzogen wurden, im Kern und (mehr…)
Induktion von ΔFosB in anderen Hirnregionen
Über den Striatalkomplex hinaus induzierte die chronische Verabreichung von Drogenmissbrauch ΔFosB in mehreren anderen Hirnregionen (siehe Tabelle I). Wir sollten betonen, dass die in Tabelle I dargestellten Daten semiquantitativ sind und keine genaue Quantifizierung der ΔFosB-Induktion darstellen, wie sie für striatale Regionen durchgeführt wird (Fig. 5 und Fig. 6). Wir sind jedoch zuversichtlich, dass ΔFosB in diesen nichtstriatalen Regionen induziert wird: ΔFosB ist in diesen Regionen unter basalen Bedingungen praktisch nicht nachweisbar, so dass der konsistente Nachweis von ΔFosB nach chronischer Arzneimittelexposition statistisch signifikant ist (P <0.05 bis χ2).
Im präfrontalen Cortex wurde eine robuste Induktion durch alle Wirkstoffe beobachtet, wobei Morphin und Ethanol in den meisten Schichten die stärkste Wirkung zu zeigen schienen (Abb. 4 und Abb. 7). Alle vier Arzneimittel verursachten auch geringe Mengen an ΔFosB-Induktion im Bettnucleus der Stria terminalis (BNST), dem interstitiellen Nucleus der hinteren Extremität der vorderen Kommissur (IPAC) und im gesamten Amygdala-Komplex (Fig. 8). Zusätzliche Wirkungen, die für bestimmte Arzneimittel spezifisch sind, wurden ebenfalls beobachtet. Kokain und Ethanol, aber nicht Morphin oder Δ9-THC, induzierten geringe Mengen an ΔFosB im lateralen Septum, ohne dass eine Induktion im medialen Septum zu beobachten war. Alle Arzneimittel induzierten ΔFosB im Hippocampus und mit Ausnahme von Ethanol wurde der größte Teil dieser Induktion im Gyrus dentatus beobachtet (Tabelle I und Fig. 9). Im Gegensatz dazu induzierte Ethanol sehr wenig ΔFosB im Gyrus dentatus und induzierte stattdessen hohe Konzentrationen des Proteins in den CA3-CA1-Unterfeldern. Kokain, Morphin und Ethanol, aber nicht Δ9-THC, verursachten niedrige Werte der Induktion von ΔFosB im periaquäduktalen Grau, während nur Kokain ΔFosB im ventralen Tegmentum induzierte, ohne daß in der Substantia nigra eine Induktion beobachtet wurde (siehe Tabelle I) ).
Abb.. 7
Induktion von ΔFosB im präfrontalen Kortex bei einer Kontrollratte (A) oder nach chronischer Behandlung mit Ethanol (B), Morphin (C) oder Kokain (D). Die Spiegel der FosB-ähnlichen Immunreaktivität wurden durch Immunhistochemie unter Verwendung eines Pan-FosB-Antikörpers analysiert. Kennzeichnung (mehr…)
Abb.. 8
Induktion von ΔFosB in den basalen lateralen und zentralen medialen Kernen der Amygdala einer Kontrollratte (A) oder bei Ratten, denen chronische Ethanol- (B), Morphin- (C) oder Kokain- (D) Behandlungen verabreicht wurden. Die Spiegel der FosB-ähnlichen Immunreaktivität wurden durch Immunhistochemie analysiert (mehr…)
Abb.. 9
Induktion von ΔFosB im Hippocampus einer Kontrollratte (A) oder bei Ratten, denen chronische Ethanol- (B), Morphin- (C) oder Kokain- (D) Behandlungen verabreicht wurden. Die Spiegel der FosB-ähnlichen Immunreaktivität wurden durch Immunhistochemie unter Verwendung eines Pan-FosB-Antikörpers analysiert. Kennzeichnung (mehr…)
DISKUSSION
Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die chronische Verabreichung verschiedener Arten von Missbrauchsdrogen, einschließlich Kokain, Amphetamin, Methamphetamin, Morphin, Nikotin und Phencyclidin, den Transkriptionsfaktor ΔFosB im Nucleus accumbens und im dorsalen Striatum induziert (siehe Abschnitt Einführung für Referenzen; rezensiert in McClung et al., 2004; Nestler et al., 2001). Die Induktion von ΔFosB in striatalen Regionen wurde auch nach chronischem Verzehr von natürlichen Belohnungen, wie dem Laufverhalten der Räder, beobachtet (Werme et al., 2002). Darüber hinaus gab es mehrere Berichte über niedrigere Spiegel der ΔFosB-Induktion in bestimmten anderen Gehirnregionen, einschließlich präfrontalem Kortex, Amygdala, ventralem Pallidum, ventralem Tegmentum und Hippocampus (Liu et al., 2007; McDaid et al., 2006a, 2006b; Nye et al., 1996; Perrotti et al., 2005), als Antwort auf einige dieser Missbrauchsdrogen gab es jedoch nie eine systematische Kartierung der Arzneimittelinduktion von & Dgr; FosB im Gehirn. Darüber hinaus wurden zwei der am häufigsten missbrauchten Substanzen, Ethanol und Δ9-THC, trotz der Untersuchung der meisten Missbrauchsdrogen bisher nicht auf ihre Fähigkeit hin untersucht, ΔFosB zu induzieren. Das Ziel der vorliegenden Studie war es, eine erste Kartierung von ΔFosB im Gehirn als Reaktion auf die chronische Verabreichung von vier prototypischen Drogen des Missbrauchs durchzuführen: Kokain, Morphin, Ethanol und Δ9-THC.
Die Hauptergebnisse unserer Studie sind, dass Ethanol und Δ9-THC, wie alle anderen Drogen des Missbrauchs, große Mengen von ΔFosB breit innerhalb des striatalen Komplexes induzieren. Diese Ergebnisse stellen ferner die Induktion von ΔFosB in diesen Regionen als eine gewöhnliche, chronische Anpassung an praktisch alle Drogen des Missbrauchs fest (McClung et al., 2004). Das Induktionsmuster innerhalb des Striatumkomplexes unterschied sich für die verschiedenen Medikamente etwas. Alle stabil induzierten ΔFosB im Kern accumbens Kern, während alle Drogen-außer Δ9-THC-signifikant induziert ΔFosB im Nucleus accumbens Schale und dorsalen Striatum ebenso, und es gab starke Trends für Δ9-THC, um ähnliche Effekte in diese letzteren Regionen. Der Nucleus accumbens Kern und Schale sind wichtige Gehirn-Belohnungsregionen, von denen gezeigt wurde, dass sie entscheidende Mediatoren der lohnenden Handlungen von Missbrauchsdrogen sind. In ähnlicher Weise wurde das dorsale Striatum mit der zwanghaften oder habituellen Art des Drogenkonsums in Zusammenhang gebracht (Vanderschuren et al., 2005). Tatsächlich wurde gezeigt, dass die Induktion von ΔFosB in diesen Regionen die Belohnungsreaktionen auf Kokain und Morphin erhöht und die Reaktionen auf natürliche Belohnungen wie das Laufverhalten und die Nahrungsaufnahme ebenfalls erhöht (Colby et al., 2003; Kelz et al., 1999; Olaussonet al., 2006; Peakman et al., 2003; Werme et al., 2003; Zachariouet al., 2006). Weitere Arbeit ist erforderlich, um zu bestimmen, ob die ΔFosB-Induktion in diesen Regionen ähnliche funktionelle Anpassungen in der Empfindlichkeit eines Individuums gegenüber den belohnenden Wirkungen anderer Missbrauchsdrogen vermittelt.
Die Induktion von ΔFosB in striatalen Regionen ist keine Funktion der gewollten Einnahme des Arzneimittels. Somit zeigten wir, dass die Selbstverabreichung von Kokain den gleichen Grad an ΔFosB im Nucleus accumbens und im dorsalen Striatum induzierte, wie bei Tieren beobachtet wurde, die äquivalente, gekoppelte Injektionen des Arzneimittels erhielten. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Induktion von & Dgr; FosB im Striatum eine pharmakologische Wirkung von Missbrauchsdrogen darstellt, unabhängig von der Kontrolle eines Tieres über die Arzneimittelexposition. In krassem Gegensatz dazu haben wir kürzlich gezeigt, dass die Selbstverabreichung von Kokain im orbitofrontalen Kortex mehrere Male höhere Konzentrationen von ΔFosB induziert als bei der Verabreichung von Kokain (jun.) (Winstanley et al., 2007). Dieser Effekt war spezifisch für den orbitofrontalen Kortex, da unter diesen beiden Behandlungsbedingungen äquivalente Niveaus der ΔFosB-Induktion im präfrontalen Kortex beobachtet wurden. Obwohl die ΔFosB-Induktion nicht mit der willkürlichen Kontrolle über die Arzneimittelaufnahme in striatalen Regionen zusammenhängt, scheint sie durch solche Motivationsfaktoren in bestimmten höheren kortikalen Zentren beeinflusst zu sein.
Wir zeigen auch semiquantitative Daten, dass alle vier Missbrauchsdrogen ΔFosB in mehreren Hirnregionen außerhalb des striatalen Komplexes induzieren, obwohl im Allgemeinen in einem geringeren Ausmaß. Diese anderen Gehirnbereiche umfassten den präfrontalen Kortex, Amygdala, IPAC, BNST und Hippocampus. Die medikamentöse Induktion von ΔFosB im präfrontalen Kortex und Hippocampus kann mit einigen der Auswirkungen von Drogen auf die kognitive Leistungsfähigkeit zusammenhängen, obwohl dies noch nicht direkt untersucht werden kann. Die Amygdala, IPAC und BNST wurden alle mit der Regulierung der Reaktionen eines Individuums auf aversive Stimuli in Verbindung gebracht. Dies führt zu der Möglichkeit, dass die Induktion von ΔFosB in diesen Regionen nach chronischer Verabreichung eines Missbrauchsdroge die Regulierung des emotionalen Verhaltens durch Drogen weit über die Belohnung hinaus vermittelt. Es wird interessant sein, diese Möglichkeiten in zukünftigen Untersuchungen zu untersuchen.
Die hier untersuchten vier Missbrauchsdrogen erzeugten auch einige drogenspezifische Effekte. Kokain induzierte einzigartig ΔFosB im ventralen Tegmentum, wie bereits berichtet (Perrotti et al., 2005). In ähnlicher Weise induzierten Kokain und Ethanol in der lateralen Scheidewand nur geringe Mengen an ΔFosB. Δ9-THC war einzigartig für weniger dramatische Wirkungen auf die ΔFosB-Induktion, verglichen mit anderen Drogen des Missbrauchs, in der Nucleus accumbens-Schale und dem dorsalen Striatum, wie bereits erwähnt. Δ9-THC war auch insofern einzigartig, als eine chronische Exposition gegenüber diesem Arzneimittel im Gegensatz zu allen anderen keine niedrigen Werte von ΔFosB im periaquäduktalen Grau induzierte. Angesichts der Rolle des Hippocampus und des Septums bei der kognitiven Funktion und der Rolle dieser Regionen sowie des periaquäduktalen Grau bei der Regulation der Reaktionen eines Tieres auf Stresssituationen könnte die regionen- und arzneimittelspezifische Induktion von ΔFosB in diesen Regionen wichtige Aspekte vermitteln Drogenwirkung auf das Gehirn.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Induktion von ΔFosB in striatalen Gehirnebelohnungsregionen weit verbreitet als eine gemeinsame chronische Anpassung an Missbrauchsdrogen gezeigt wurde. Wir haben diesen Gedanken erweitert, indem wir hier gezeigt haben, dass zwei zusätzliche und weithin missbrauchte Drogen, Ethanol und Δ9-THC, auch ΔFosB in diesen Gehirnregionen induzieren. Wir identifizieren auch mehrere andere Bereiche des Gehirns, die an kognitiven Funktionen und Stressreaktionen beteiligt sind, die unterschiedliche Grade der ΔFosB-Induktion als Reaktion auf chronische Arzneimittelexposition zeigen. Einige dieser Reaktionen, wie die Induktion von ΔFosB in striatalen Regionen, sind bei allen hier untersuchten Missbrauchsdrogen üblich, während Reaktionen in anderen Hirnbereichen stärker medikamentenspezifisch sind. Diese Ergebnisse werden nun zukünftige Untersuchungen leiten, um die Rolle der ΔFosB-Induktion in diesen anderen Gehirnbereichen zu charakterisieren. Sie helfen auch dabei, den potentiellen Nutzen von Antagonisten von ΔFosB als eine übliche Behandlung von Drogenabhängigkeitssyndromen zu definieren.
Abb.. 3
Induktion von ΔFosB im Ratten-Caudate-Putamen bei einer Kontrollratte (A) oder nach chronischer Behandlung mit Ethanol (B), Morphin (C) oder Kokain (D). Die Spiegel der FosB-ähnlichen Immunreaktivität wurden durch Immunhistochemie unter Verwendung eines Pan-FosB-Antikörpers analysiert. (Mehr …)
Anerkennungen
Sponsorförderer: Nationales Institut für Drogenmissbrauch.
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