Effekte der striatalen ΔFosB-Überexpression und von Ketamin auf die durch Stressinduzierte Stressinduzierte Anhedonie bei Mäusen (2014)

Biol Psychiatrie. Autorenmanuskript; verfügbar in PMC 2015 Oct 1.

Veröffentlicht in endgültig bearbeiteter Form als:

PMCID: PMC4087093

NIHMSID: NIHMS564517

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Abstract

Hintergrund

Chronischer sozialer Niederlagenstress (CSDS) führt zu dauerhaften Verhaltensanpassungen bei Mäusen. In vielen Verhaltenstests kann es schwierig sein, festzustellen, ob diese Anpassungen die Anzeichen einer Depression widerspiegeln. Wir haben Studien entworfen, um die Auswirkungen von CSDS auf die Belohnungsempfindlichkeit zu charakterisieren, da Anhedonie (verringerte Belohnungsempfindlichkeit) ein bestimmendes Merkmal von depressiven Störungen beim Menschen ist. Wir untersuchten auch die Auswirkungen der striatalen ΔFosB-Überexpression oder des N-Methyl-D-Aspartat-Antagonisten Ketamin, die beide die Resilienz fördern, auf CSDS-induzierte Veränderungen der Belohnungsfunktion und der sozialen Interaktion.

Methoden

Wir verwendeten die intrakranielle Selbststimulation (ICSS), um CSDS-induzierte Änderungen der Belohnungsfunktion zu quantifizieren. Mäusen wurden laterale hypothalamische (LH) Elektroden implantiert und die ICSS-Schwellenwerte wurden nach jeder täglichen CSDS-Sitzung von 10 und während einer 5-Tage-Erholungsphase gemessen. Wir untersuchten auch, ob die akute Ketaminverabreichung (2.5 – 20 mg / kg, intraperitoneal) die CSDS-induzierten Auswirkungen auf die Belohnung oder, in separaten Mäusen, die soziale Interaktion aufhebt.

Ergebnisse

CSDS erhöhte die ICSS-Schwellenwerte, was auf eine Abnahme der positiven Auswirkungen der LH-Stimulation (Anhedonie) hinweist. Dieser Effekt wurde bei Mäusen gedämpft, die ΔFosB im Striatum überexprimieren, was mit den pro-resilienten Wirkungen dieses Transkriptionsfaktors übereinstimmt. Hohe, aber nicht niedrige Ketamindosen, die nach Abschluss des CSDS-Regimes verabreicht wurden, schwächten die soziale Vermeidung in besiegten Mäusen ab, obwohl dieser Effekt vorübergehend war. Ketamin blockierte im ICSS-Test die durch CSDS induzierte Anhedonie nicht.

Schlussfolgerungen

Unsere Ergebnisse zeigen, dass CSDS persistierende Anhedonien auslöst, und bestätigen, dass die Überexpression von ΔFosB zu Belastungsstabilität führt. Sie weisen auch darauf hin, dass akutes Ketamin die durch CSDS induzierte Anhedonie nicht abschwächen kann, obwohl es andere Depression-bezogene Verhaltensauffälligkeiten reduziert.

Stichwort: Niederlage, Stress, Anhedonie, intrakranielle Selbststimulation (ICSS), soziale Interaktion, Ketamin, Antidepressivum

EINFÜHRUNG

Chronischer Stress ist mit der Ätiologie und Pathophysiologie von Angstzuständen und depressiven Störungen verbunden (-). Obwohl diese Erkrankungen immer häufiger auftreten () und neigen dazu, hartnäckig und beständig gegen derzeitige Behandlungen (,) bleiben die Mechanismen, durch die Stress Stress auslöst, kaum verstanden (). Die Validierung von Depressionsmodellen ist entscheidend, um die Folgen von Stress besser zu verstehen, die Neurobiologie affektiver Störungen aufzuklären und neuartige Anti-Stress- und Antidepressiva-Behandlungen zu entwickeln.

Tiermodelle für Depressionen hängen von ihrer Fähigkeit ab, Kernsymptome der Störung beim Menschen nachzuahmen oder zu erzeugen, einschließlich sozialer Vermeidung und Anhedonie (verringerte Belohnungsempfindlichkeit) (,). Chronischer sozialer Niederlagenstress (CSDS) ist ein zunehmend genutztes Modell, das die ethologische Relevanz territorialer Aggression ausnutzt (,) und produziert diese Kernsymptome, die in Tests bewertet wurden, bei denen die soziale Interaktion und die Präferenz für Saccharose und andere natürliche Belohnungen quantifiziert wurden (-). Darüber hinaus werden CSDS-Effekte durch chronische, aber nicht akute Verabreichung von Fluoxetin oder Imipramin rückgängig gemacht (,,), Antidepressiva, die häufig zur Behandlung depressiver Störungen beim Menschen eingesetzt werden. Im Gegensatz dazu sind standardmäßige anxiolytische Medikamente unwirksam (). Daher wird davon ausgegangen, dass CSDS eine Konstrukt-, Gesichts- und Prädikativgültigkeit hat (). Es wurde jedoch vorgeschlagen, dass CSDS-ausgelöste Verhaltensweisen auf Angst beruhen (,) und was bei Saccharose-Präferenztests häufig als Anhedonie interpretiert wird, kann tatsächlich angstgestützte Neophobie widerspiegeln.

Das Hauptziel der vorliegenden Studien war die Untersuchung der Fähigkeit von CSDS zur Produktion von Anhedonie, einem Kernmerkmal von depressiven, nicht jedoch von Angststörungen (). Wir verwendeten die intrakranielle Selbststimulation (ICSS), ein operantes Paradigma, bei dem Mäuse die belohnende elektrische Hirnstimulation selbst verabreichen, um die Auswirkungen von CSDS auf die Belohnungsempfindlichkeit direkt zu bewerten (,). Das ICSS-Verhalten wird bei Nagetieren unter Bedingungen abgeschwächt, die beim Menschen zu depressiven Zuständen führen, einschließlich Drogenentzug (-), unvorhersehbarer und chronisch milder Stress (,) und die Verabreichung von Kappa-Opioid-Rezeptor-Agonisten (,). Insbesondere erhöhen diese Behandlungen die Schwellenfrequenz, bei der die Stimulation das Ansprechen unterstützt, ein Indikator für Anhedonie (). Darüber hinaus erlaubt das ICSS-Paradigma die Untersuchung von durch Manipulation hervorgerufenen Veränderungen der Belohnungssensitivität im Laufe der Zeit und ist unempfindlich gegen angst- und sättigungsbedingte Faktoren, die andere Paradigmen, die zur Beurteilung der Funktion des Belohnungssystems verwendet werden (z. B. Saccharose-Präferenz, Sex, Drogen) Missbrauch) ().

Parallel untersuchten wir die Fähigkeit von Ketamin, einem NMDA-Rezeptorantagonisten (), um die Auswirkungen von CSDS auf die soziale Vermeidung und die ICSS-Schwellenwerte zu mildern. Während Standard-Antidepressiva-Behandlungen die therapeutische Wirksamkeit verzögert haben (oft mehrere Wochen), zeigen neuere Studien, dass eine Einzeldosis Ketamin bei depressiven Patienten schnelle (wenn auch vorübergehende) antidepressive Reaktionen hervorrufen kann (-) - einschließlich Patienten, die behandlungsresistent sind (,,,) - und antidepressivumähnliche Wirkungen in zahlreichen Depressionsmodellen (-). Um festzustellen, ob die therapeutisch-ähnlichen Wirkungen von Ketamin von amnestischen (Lern- und Gedächtnisstörenden) Wirkungen begleitet werden, die häufig mit NMDA-Antagonisten (,) oder anxiolytische Wirkungen () haben wir die Leistung in den Passivvermeidungs- und erhöhten Labyrinth-Tests (EPM) untersucht. Um herauszufinden, ob es möglich ist, die Auswirkungen von CSDS auf ICSS abzumildern, haben wir Studien mit ΔFosB-überexprimierenden Mäusen aufgenommen, die weniger empfindlich (belastbar) für CSDS sind ().

Material und Methoden

Tiere und Drogen

Männliche C57BL / 6J-Mäuse (6-8-Wochen) wurden von Jackson Laboratories (Bar Harbor, ME) und männliche CD1-Mäuse (pensionierte Züchter) von Charles River Laboratories (Wilmington, MA) erworben. Induzierbare bitransgene männliche Mäuse, die ΔFosB überexprimieren, wurden aus Kreuzen von NSE-tTA (Linie A) und TetOP-ΔFosB (Linie A11) -Mäusen erzeugt und unter Verwendung eines Tetracyclin-regulierten Gen-Expressionssystems (mit dem Tetracyclin regulierten Gen-Expressionssystem) vollständig rückgekreuzt (). ΔFosB-Mäuse wurden auf Doxycyclin (DOX) enthaltendem Wasser (100 & mgr; g / ml) (Sigma, St. Louis, Missouri) gezüchtet, wodurch die Transgenexpression unterdrückt wird. Experimente wurden ~ 8 Wochen nach DOX-Absetzen durchgeführt, wenn die Transgenexpression von ΔFosB maximal ist (ΔFosB-ON-Gruppe) (). Die Hälfte der Mäuse blieb für die Dauer des Experiments auf DOX, um als Kontrollen zu dienen (ΔFosB-Kontrollgruppe). Mäuse hatten freien Zugang zu Nahrung und Wasser und wurden in einem 12-h-Licht / Dunkel-Zyklus gehalten. Alle Verfahren wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien der National Institutes of Health und McLean Hospital durchgeführt. Ketamin wurde von Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) erhalten, in 0.9% Kochsalzlösung (Vehikel) gelöst und intraperitoneal (IP) mit 10 ml / kg verabreicht. Kontrollmäuse erhielten identische Behandlungen wie besiegte Mäuse.

Verhaltensmanipulationen und Tests

CSDS wurde wie zuvor beschrieben durchgeführt (,). CD1-Mäuse (Bewohner) wurden auf konsistentes aggressives Verhalten untersucht (Angriffslatenzen <30 Sekunden für 3 aufeinanderfolgende Screening-Tests). An jedem der 10 aufeinanderfolgenden Tage wurde die (besiegte) Eindringlingsmaus in den Heimkäfig einer ansässigen Maus gebracht und 10 Minuten sozialem Niederlagenstress ausgesetzt. Nach der Niederlage wurden die Mäuse im Käfig mit einem perforierten Plexiglas-Teiler getrennt, was eine kontinuierliche geschützte sensorische Exposition ermöglichte. Besiegte Mäuse wurden jeden Tag einem neuen Bewohner und Käfig ausgesetzt. Kontrollmäuse wurden täglich gehandhabt und in identischen Käfigaufbauten wie die besiegten Mäuse untergebracht, jedoch gegenüber einer Artgenossenmaus. Separate Kohorten wurden für ICSS- und Social Interaction (SI) -Experimente verwendet.

ICSS wurde wie zuvor beschrieben durchgeführt (,). Kurz gesagt, Mäusen (25-30 g) wurden monopolare Elektroden implantiert, die auf den lateralen Hypothalamus (LH) gerichtet waren. Die Mäuse wurden mit einer absteigenden Reihe (oder einem "Pass") von 15-Stimulationsfrequenzstudien (0.05-Protokoll) trainiert10 Einheitsschritte), 4 pro Tag bei minimalem Wirkstrom. CSDS- und Kontrollgruppen hatten äquivalente minimale Ströme (~ 75 μA). ICSS-Schwellenwerte (Theta-0) wurden unter Verwendung einer Linie der kleinsten Quadrate der Best-Fit-Analyse (,). Nachdem stabile Grundlinienschwellenwerte festgelegt waren (+/– 15% für aufeinanderfolgende 5-Tage; BL1-5), wurden die Mäuse für 10-Tage CSDS ausgesetzt (D1-10). Die Mäuse wurden anfänglich in zwei Gruppen unterteilt, um zu testen, ob die Auswirkungen von CSDS auf die ICSS-Schwellenwerte vom Zeitintervall zwischen der Besiegungssitzung und dem ICSS-Test abhängen: Mäuse in der Gruppe mit langem Intervall (LInt) wurden in ICSS-16-Stunden nach der Niederlage getestet. während Mäuse in der Kurzintervallgruppe (ShInt-Gruppe) in ICSS-6-Stunden nach der Niederlage getestet wurden (Abbildung 1A). Im Anschluss an die CSDS wurden die Mäuse in ihre Heimatkäfige zurückgebracht und nach 5-Tagen (ICNUMX-1) in ICSS nach der Niederlage getestet. Für Ketaminexperimente erhielten die Mäuse nach der letzten Besiegungssitzung entweder Vehikel oder Ketamin (5 mg / kg) 20 h.

Figure 1 

Chronischer Stress bei sozialer Niederlage (CSDS) erhöht die Belohnungsschwellen im Test der intrakraniellen Selbststimulation (ICSS). (A) Experimentelles Design; LInt = langes Intervall (16 Std.) Zwischen einem Niederlagenkampf und ICSS-Test, ShInt = kurzes Intervall (6 Std.). (B) CSDS steigt ...

Um die Ketaminwirkungen auf SI zu bewerten, erhielten die Mäuse Vehikel, eine niedrige (2.5 mg / kg) oder eine hohe (20 mg / kg) Dosis von Ketamin 24 vor dem ersten Tag des CSDS (Tag 0) oder 1 h nach dem Finale Besiege die Sitzung (Tag 10). Die Mäuse wurden an 15-8 des CSDS für 10 min an die Interaktionsarena in Rotlicht gewöhnt. Vierundzwanzig Stunden nach der letzten Niederlage (Tag 11) wurde das Verhalten des sozialen Herangehens in Gegenwart einer unbekannten CD-1, die in einem Drahtkäfig eingeschlossen war, wie zuvor beschrieben bewertet (, ), mit geringfügigen Änderungen. Die SI-Werte wurden als die Zeit definiert, die die Maus über einen Zeitraum von 1 Minuten in der Nähe eines Gehäuses mit einem CD-2.5 (soziales Ziel) verbrachte, verglichen mit dem Zeitpunkt, in dem das Zielgehäuse leer war. Da Kontrollmäuse mehr Zeit mit der Interaktion mit einem vorhandenen sozialen Ziel verbringen, wurde ein SI-Wert von 1 (gleiche Zeit in der Nähe des sozialen Ziels gegenüber leerem Gehäuse) als Grenzwert verwendet: SI-Werte> 1 wurden als „stressresistent“ und Werte <angesehen 1 wurden als „stressanfällig“ eingestuft (). Die Trennung von besiegten Mäusen in anfällige und belastbare Subpopulationen wird durch umfangreiche Verhaltensanalysen, neurobiologische und elektrophysiologische Analysen unterstützt (,).

Die Passivvermeidungskonditionierung wurde in einem Gemini Avoidance System-Gerät (San Diego Instruments, San Diego, CA) durchgeführt, wie zuvor beschrieben () mit geringfügigen Änderungen. Während des Trainings erhielten die Mäuse eine 1 min-Akklimatisierung in das Lichtfach, bevor sie das Dunkelfach betraten. Nachdem das dunkle Kompartiment gekreuzt worden war, wurden die Mäuse mit zwei aufeinander folgenden 2-Sekunden (unausweichlichen) Fußstößen (0.2-mA) konditioniert, gefolgt von einem 1-Min-Timeout. Die Mäuse erhielten nach Konditionierung entweder Vehikel oder Ketamin (20 mg / kg) 1 h. Schrittlatenzzeiten wurden 24 Stunden später gemessen. Um die Auswirkungen unseres Ketamins auf das angstähnliche Verhalten zu beurteilen, wurde einer separaten Kohorte von Mäusen entweder Vehikel oder Ketamin (20 mg / kg) 24 vor dem EPM-Test verabreicht. Die Mäuse wurden in die Mitte eines erhöhten Plus-Labyrinths (jeder Arm 33 cm lang und 5 cm breit, mit 2 gegenüberliegenden Armen, die durch 16.5 cm hohe Wände geschlossen wurden, Labyrinth erhöhte 81 cm vom Boden entfernt) in rotes Licht gestellt und nach 5 min untersuchen lassen .

Statistische Analyse

ANOVA mit wiederholten zwei- und dreifachen Messungen wurde für CSDS-, ICSS- und Passivvermeidungsdaten durchgeführt. Signifikante ANOVAs wurden mit Bonferroni-Post-hoc-Tests weiter analysiert. Die Auswirkungen von Ketamin auf SI wurden mit vorher geplanten Kontrasten (Bonferroni-Tests) zwischen Kontrollmäusen und besiegten Mäusen in jeder Behandlungsgruppe auf der Grundlage einer spezifischen Analyse analysiert a priori Hypothese, dass die Behandlung mit Ketamin das depressive Verhalten bei geschlagenen Mäusen abschwächen würde. Die Auswirkungen auf das EPM-Verhalten wurden mit dem t-Test von Student analysiert. Die SI- und EPM-Tests wurden auf Video aufgezeichnet und von Bewertern bewertet, die an Behandlungsbedingungen geblendet waren.

ERGEBNISSE

Die Auswirkungen einer sozialen Niederlage auf die ICSS-Schwellenwerte wurden nach jeder Niederlage bewertet, so dass sich Änderungen der Reaktionsfähigkeit über das gesamte CSDS-Regime hinweg verfolgen lassen (Abbildung 1A, B). LInt- und ShInt-Daten werden zusammen präsentiert, um einen direkten Vergleich der Auswirkungen der Intervalldauer auf die ICSS-Schwellenwerte zu ermöglichen (Abbildung 1B, C). Die Auswirkungen von CSDS auf die ICSS-Schwellenwerte waren abhängig von der Gruppe [F (2,22) = 13.53. p<0.001] und Tag [F (15,330) = 2.98, p<0.001] mit einer Randgruppe-X-Tag-Interaktion (p= 0.054). CSDS erhöhte die mittleren ICSS-Schwellenwerte (ausgedrückt als% -Basiswert) sowohl bei LInt als auch bei ShInt-besiegten Mäusen im Vergleich zu Kontrollen am zweiten Tag der Niederlage (LInt: p<0.05, ShInt: p<0.001). ShInt-Mäuse hatten höhere Schwellenwerte im Vergleich zu LInt-Mäusen nur auf P1 (p<0.05) (Abbildung 1B). Ein kleiner Teil der Mäuse war gegenüber der Wirkung von CSDS auf Anhedonie bei ICSS (nicht gezeigt) unempfindlich, was mit den Ergebnissen in anderen Tests übereinstimmt (). Da es in den LInt- und ShInt-Gruppen keine allgemeinen Unterschiede bei den ICSS-Schwellenwerten zwischen Kontrollmäusen gab (Daten nicht gezeigt), wurden diese Daten konsolidiert. Wenn Daten für BL1-5, D1-10 und P1-5 für jede Gruppe als Einzelmittel ausgedrückt werden, hingen die Auswirkungen von CSDS auf die ICSS-Schwellenwerte von der Niederlage ab [F (2,22) = 9.68, p<0.01], Tag [F (2,44) = 21.57, p<0.001] und eine Niederlage am X-Tag-Wechselwirkung [F (4,44) = 5.09, p<0.01] (Abbildung 1C). In Gruppenvergleichen zeigte sich, dass die ICSS-Schwellenwerte sowohl bei LInt als auch bei ShInt-besiegten Mäusen bei D1-10 und P1-5 im Vergleich zu BL1-5 (p<0.001). Zwischen den Gruppenvergleichen ergab sich, dass die ICSS-Schwellenwerte bei Mäusen mit LInt- und ShInt-Niederlage auf D1-10 signifikant erhöht waren (p<0.001) und bei besiegten ShInt-Mäusen auf P1-5 (p<0.01) im Vergleich zu Kontrollen (Abbildung 1C). Rohdaten von einzelnen repräsentativen Kontrollmäusen und besiegten (LInt) -Mäusen zeigen, wie CSDS bei D1-10 im Vergleich zu BL1-5 (Abbildung 1D).

Da Mäuse, die induzierbar ΔFosB in striatalen Regionen überexprimieren, gegenüber CSDS resistent sind () und stressähnliche Zustände (Wir stellten die Hypothese auf, dass ΔFosB-ON-Mäuse, nicht aber ΔFosB-Control-Mäuse, den Auswirkungen von CSDS auf die ICSS-Schwellenwerte widerstehen würden. Wenn Daten für BL1-5, D1-10 und P1-5 für jede Gruppe als Einzelmittel ausgedrückt werden, hingen die Auswirkungen der ΔFosB-Überexpression auf CSDS-vermittelte Änderungen der ICSS-Schwellenwerte von der DOX-Behandlung ab [F (1,4) = 13.25. p<0.05], Tag [F (2,8) = 23.89, p<0.001] und eine DOX-Behandlung X-Tag-Wechselwirkung [F (2,8) = 16.40, p<0.01] (Figure 2). CSDS erhöhte die ICSS-Schwellenwerte in ΔFosB-Control-Mäusen bei D1-10 und P1-5 im Vergleich zu BL1-5 (p<0.001) und an D1-10 und P1-5 im Vergleich zu ΔFosB-ON-Mäusen (p<0.05), wohingegen ΔFosB-ON-Mäuse gegenüber den anhedonischen Wirkungen von CSDS widerstandsfähig waren. Die Überexpression von ΔFosB hatte keinen Einfluss auf die Mindestströme, was bestätigt, dass ein erhöhtes ΔFosB selbst die Empfindlichkeit gegenüber LH-Stimulation nicht beeinflusst ().

Figure 2  

Induzierbare ΔFosB-Überexpression in Striatum blockiert die anhedonischen Wirkungen von CSDS im ICSS-Test. ΔFosB-Kontrollmäuse (n = 3), aber nicht ΔFosB-ON-Mäuse (n = 3), die 8 Wochen nach dem Absetzen von DOX getestet wurden, zeigen einen Anstieg der ICSS-Schwellenwerte ...

CSDS führte zu sozialer Vermeidung bei geschlagenen Mäusen, die mit Vehikel oder einer niedrigen Dosis Ketamin (2.5 mg / kg) behandelt wurden (p's<0.05), jedoch nicht bei besiegten Mäusen, die mit einer hohen Dosis Ketamin (20 mg / kg) behandelt wurden (Abbildung 3A); es gab einen Haupteffekt der Gruppe [F (1,60) = 15.75, p<0.001], aber kein Haupteffekt der Dosis- oder Dosis-X-Gruppen-Wechselwirkung. Eine grafische Darstellung der einzelnen SI-Werte für besiegte Mäuse zeigt, dass eine kleine Anzahl von Mäusen, die mit Vehikel (n = 3/12) oder einer niedrigen Dosis Ketamin (n = 2/10) behandelt wurden, Resilienz zeigten, während ein größerer Anteil von Mäusen, die mit behandelt wurden eine hohe Dosis Ketamin (n = 8/11) zeigte Resilienz (Abbildung 3A, Einsatz). Es gab keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der zurückgelegten Entfernung oder der Geschwindigkeit während des SI-Tests (Abbildung 3B, C). Mäuse wurden 1 eine Woche später erneut getestet, um zu bestimmen, ob die antidepressivumähnlichen Wirkungen der hohen Ketamindosis, gemessen im SI-Test, persistent sind. Sowohl besiegte Mäuse, die Vehikel erhielten, als auch besiegte Mäuse, die Ketamin (20 kg / kg) erhielten, zeigten soziale Vermeidung, als sie 1 eine Woche später erneut testeten (Fahrzeug: p<0.001, Ketamin: p<0.05) (Abbildung 3D); es gab einen Haupteffekt der Gruppe [F (1,36) = 21.10, p<0.0001], aber kein Haupteffekt der Dosis- oder Dosis-X-Gruppen-Wechselwirkung. Eine einmalige Verabreichung von Ketamin (20 mg / kg) 24 Stunden vor dem ersten Tag des CSDS schwächte die soziale Vermeidung nicht ab. CSDS führte bei besiegten Mäusen, die zuvor mit Vehikel oder einer hohen Dosis Ketamin (20 mg / kg) behandelt worden waren, zu sozialer Vermeidung (p's<0.05) (Abbildung 3E); es gab einen Haupteffekt der Gruppe [F (1,21) = 1.57, p<0.001], aber kein Haupteffekt der Dosis- oder Dosis-X-Gruppen-Wechselwirkung.

Figure 3  

Ketamin schwächt CSDS-induzierte soziale Vermeidung ab. (A) Eine hohe (20 mg / kg), aber nicht niedrige (2.5 mg / kg) Dosis von Ketamin, die 1 in Stunden nach dem letzten Kampf gegen den Misserfolg (Tag 10) gegeben wird, schwächt die soziale Vermeidung bei geschlagenen Mäusen. Einschub: Einzelne SI-Werte bei besiegten Mäusen ...

Um zu bestimmen, ob Ketamin-Effekte auf CSDS-induzierte soziale Vermeidung auf amnestische Effekte dieser Dosierung zurückzuführen sein könnten, verglichen wir die passive Merkmalsvermeidung in einer separaten Kohorte von mit Vehikeln und Ketamin behandelten Mäusen. Alle Mäuse wiesen am Tag des Memory Retention Test erhöhte Latenzzeiten auf [F (1,28) = 22.82. p<0.0001] (Abbildung 4A). Es gab keinen Haupteffekt der Behandlung bei der Beibehaltung des Angstgedächtnisses [F (1,28) = 0.14, ns] oder der Interaktion am Tag X-Behandlung [F (1,28) = 0.24, ns]. In der EPM gab es keine Unterschiede zwischen Vehikel- und Ketamin-behandelten Mäusen in der Zeit des offenen Arms (t () = 0.61, ns) (Abbildung 4B) oder Anzahl der Open-Arm-Einträge (t () = 0.34, ns) (nicht gezeigt).

Figure 4  

(A) Ketamin wirkt bei der im SI-Test verwendeten effektiven Dosis (20 mg / kg) nicht mit der Angstgedächtnisspeicherung im Passivvermeidungstest. Alle Mäuse, ungeachtet der Behandlung mit Vehikel oder Ketamin 1 Stunde nach dem Trainingstag, sollten das Eindringen in die Mäuse vermeiden ...

Mäuse erhielten Ketamin oder Vehikel nach der letzten Niederlage und führten die ICSS-Tests nach der Behandlung fort (D10, P1-5). ICSS-Schwellenwerte, die an Tagen vor der Behandlung erhalten wurden (D1-9), wurden für jede Gruppe zusammengestellt. Schwellenwerte für D10 und P1-5 wurden analysiert, um die zeitlichen Auswirkungen von Ketamin zu bewerten. Dieselbe Dosis Ketamin (20 mg / kg), die bei SI-geschlagenen Mäusen im SI-Test die Sozialvermeidung abschwächte, schwächte Anhedonie im ICSS-Test nicht ab (Figure 5); es gab einen Haupteffekt der Gruppe [F (1,45) = 48.65, p<0.0001], aber keine signifikante Interaktion der Gruppe X Behandlung X Tag. Die Platzierung der ICSS-Elektroden war von den zuvor dargestellten nicht zu unterscheiden ().

Figure 5  

Ketamin (20 mg / kg), dem 1 verabreicht wurde, nachdem die letzte Niederlage beendet war, blockiert die anhedonischen Auswirkungen von CSDS im ICSS-Test auf D10 oder P1-5 nicht. Der graue Hintergrund steht für die nach der Behandlung erzielten Schwellenwerte. Mäuse wurden für 10-Tage besiegt (LInt-Zeitplan) ...

DISKUSSION

CSDS produziert Anhedonien im ICSS-Paradigma bei Mäusen. Im Einzelnen zeigen wir, dass CSDS den lohnenden Einfluss der LH-Stimulation verringert, gemessen an Erhöhungen der ICSS-Schwellenwerte (), wobei die Effekte bis zu 5-Tagen nach CSDS bestehen bleiben. Diese Ergebnisse stimmen weitgehend mit den Ergebnissen früherer Studien bei Ratten überein () und Hamster (), bei dem andere Methoden zur Quantifizierung der Belohnungsstärke des Gehirns verwendet wurden. Wie auf der Grundlage früherer Arbeiten erwartet (), die zeigten, dass Mäuse, die ΔFosB überexprimieren, gegenüber der Entwicklung von sozialer Vermeidung und Saccharosepräferenzdefiziten widerstandsfähig sind, stellten wir fest, dass Mäuse auch im ICSS-Test gegenüber Anhedonien-induzierenden Wirkungen von CSDS resistent waren. Außerdem untersuchten wir die antidepressivaähnlichen Eigenschaften von Ketamin im CSDS-Paradigma. Akute Ketaminbehandlung bei besiegten Mäusen milderte die soziale Vermeidung im SI-Test. Diese akute Wirkung ist bemerkenswert, da ähnliche Wirkungen nur nach einer chronischen Behandlung mit Fluoxetin oder Imipramin beobachtet werden (,). Akutes Ketamin hatte jedoch im ICSS-Test keinen Einfluss auf Anhedonie. Unsere Ergebnisse ergänzen frühere Arbeiten, die zeigen, dass CSDS die Präferenz für natürliche Belohnungen verringert (,,) und darauf hinweisen, dass ICSS eine empfindliche, zuverlässige und quantifizierbare Methode zum Nachweis anhedonischer Auswirkungen von CSDS über die Zeit in Mäusen ist. Die Ergebnisse zeigen auch, dass Ketamin bei einigen - jedoch nicht allen - CSDS-induzierten Verhaltensauffälligkeiten rasche antidepressive Wirkungen zeigt.

Im CSDS-Paradigma weisen anfällige Mäuse Defizite bei der Saccharosepräferenz auf, die häufig als Anhedonie interpretiert werden. Zahlreiche Faktoren erschweren jedoch die Verwendung von Saccharosetests als Maß für Anhedonie. Erstens mangelt es ihnen an Zuverlässigkeit: Es wurde berichtet, dass CSDS abnimmt (-), erhöhen, ansteigen (,) oder keine Wirkung haben (,) zur Saccharosepräferenz, wobei ähnliche Diskrepanzen beim chronisch leichten Streßparadigma (,). Zweitens können Saccharosetests durch die Neuheit der Saccharoselösung verfälscht sein, da chronische Stressoren Neophobie verursachen können (,). Schließlich ist ihre translatorische Relevanz unklar, da es keine Präferenzunterschiede für süße Lösungen zwischen Personen mit schwerer Depression und gesunden Kontrollen gibt (,) und Depressionen und chronischer Stress können zu Gewichtsverlust oder Gewichtszunahme führen (,-). Diese Faktoren deuten darauf hin, dass Saccharose-Präferenz- und Verbrauchstests allein möglicherweise keinen Gesichtspunkt für die Beurteilung von Anhedonien darstellen. Obwohl unsere ICSS-Studien nicht untersuchen, ob diese Saccharose-bezogenen Tests die Belohnungsfunktion widerspiegeln, bestätigen sie, dass CSDS tatsächlich Anhedonien produziert.

Ein Vorteil des ICSS-Tests besteht darin, dass er tägliche Messungen der Belohnungsfunktion ermöglicht, wodurch eine genaue Analyse der Menge an CSDS möglich ist, die zur Erzeugung von Anhedonien erforderlich ist. Wiederholte Tests sind in SI- oder Sucrose-Präferenztests nicht möglich, da die Ergebnisse die Erfahrung beeinflussen können. Hier demonstrieren wir, dass CSDS die ICSS-Schwellenwerte ab der zweiten Besiegungssitzung deutlich erhöht. Die Schwellenwerte blieben während des gesamten CSDS-Zeitraums und bis zu einer Woche nach ihrer Beendigung erhöht und zeigten anhaltende Anhedonien. Diese Schwellenwerterhöhungen stehen im Einklang mit den Auswirkungen anderer pro-depressiver Behandlungen einschließlich chronischer unvorhersehbarer Belastung (,), Drogenentzug (-) und Kappa-Opioid-Rezeptor-Agonisten (,). Obwohl die Schwellenwerte in Kontrollmäusen während D1-10 stabil blieben, können die nominellen Erhöhungen während P1-5 auf eine Eigenheit des experimentellen Designs zurückzuführen sein. Insbesondere wurden Kontrollmäuse über einen Teiler aus einer Art während D1-10 untergebracht, waren jedoch (wie alle Versuchspersonen) während P1-5 sozial isoliert. Es wird festgestellt, dass die soziale Isolation von erwachsenen Nagetieren Anhedonien-bedingte Zeichen ().

Wichtig ist, dass wir zeigen, dass es möglich ist, CSDS-induzierte Anhedonien im ICSS-Test zu mildern. Mäuse, die ΔFosB in mittelgroßen stacheligen Neuronen des Striatum vom D1-Typ überexprimieren () sind weniger empfindlich gegenüber CSDS-induzierten Erhöhungen der ICSS-Schwellenwerte. Dies steht im Einklang mit früheren Berichten, dass sie auch weniger empfindlich auf CSDS-induzierte soziale Vermeidung sind () und auf die schwellenerhöhende Wirkung von U50488ein Kappa-Opioid-Rezeptor-Agonist, der bekanntermaßen Dysphorie produziert (). Die Fähigkeit der ΔFosB-Überexpression, die anhedonischen Wirkungen sowohl von CSDS- als auch von KOR-Agonisten zu blockieren, lässt auf eine potentielle Überlappung molekularer Mechanismen schließen, wie zuvor vorgeschlagen (,). Ein möglicher Mechanismus, durch den ΔFosB Stressresilienz vermitteln kann, ist die Induktion von GluR2 im Nucleus accumbens (NAc), die den glutamatergen Tonus dämpft (). Obwohl ΔFosB-Control-Mäuse im Vergleich zu C57BL / 6J-Mäusen größere Anstiege der ICSS-Schwellenwerte aufweisen, kann dies auf einen unterschiedlichen Hintergrund der Gründerstämme zurückzuführen sein; in der Tat sind ΔFosB-Control-Mäuse auch empfindlicher gegenüber CSDS-induzierter sozialer Vermeidung ().

Es ist möglich, dass die akuten schmerzhaften Wirkungen von CSDS zu erhöhten ICSS-Schwellenwerten beitragen, da akute Schmerzen die ICSS-Schwellenwerte erhöhen können (). Es scheint unwahrscheinlich, dass die beobachteten ICSS-Schwellwerterhöhungen allein aus verschiedenen Gründen auf Schmerzen zurückzuführen sind. Erstens führt die Exposition gegenüber stressigen Stimuli einschließlich CSDS häufig zu einer stressinduzierten Analgesie (,). Zweitens blieben die ICSS-Schwellenwerte nach Beendigung der Niederlage erhöht, was darauf hinweist, dass die Auswirkungen von CSDS länger andauern und von akuten Schmerzen unabhängig sind. Drittens zeigen Mäuse, die „soziale Misserfolgssitzungen bezeugen“, trotz des fehlenden Körperkontakts ein depressives Verhalten (). Schließlich konnte CSDS bei Mäusen keine Anhedonie erzeugen, die ΔFosB im Striatum überexprimiert, wo es Stressresilienz vermittelt (). Die vorliegenden Ergebnisse deuten darauf hin, dass CSDS Anpassungen innerhalb der Belohnungswege des Gehirns bewirkt (,,,), die zum anhedonischen Phänotyp führen.

Obwohl Standard-Antidepressiva die Verhaltensweisen von CSDS aufheben können, ist eine chronische Behandlung erforderlich (,). Da akutes Ketamin beim Menschen schnelle antidepressive Wirkungen hat (-) haben wir untersucht, ob eine akute Ketaminbehandlung die Wirkung von CSDS bei Mäusen umkehrt. Wir fanden heraus, dass eine Einzeldosis Ketamin (20 mg / kg, IP) im SI-Test nach einer CSDS-Exposition schnelle (~ 24-Stunden) -ähnliche Wirkungen hervorruft. Dies steht im Einklang mit zahlreichen Studien, die die schnellen Wirkungen (innerhalb von Stunden) subanästhetischer Ketamindosen beim Menschen beschreiben (-), auch bei Patienten mit behandlungsresistenter Depression (,,,). Ketamin hat auch bei anderen Tiermodellen rasche antidepressivitätsähnliche Wirkungen, einschließlich des Forced Swim-Tests (FST) und des Schwanzfederungstests (TST) (,,,,,,), erlerntes Paradigma der Hilflosigkeit (,,) und chronisches mildes Stress-Paradigma (,,). Weder CSDS noch akutes Ketamin beeinflussten die Bewegungsaktivität des Bewegungsapparates. Dies ist ein wichtiger Faktor, um unspezifische Auswirkungen auf die Motorleistung auszuschließen, die die Dateninterpretation erschweren können. In Anbetracht dessen, dass Ketamin amnestische Wirkungen bei Nagetieren hervorruft (,) haben wir die Möglichkeit untersucht, dass Ketamin das stressbezogene Lernen und das Gedächtnis beeinflusst. Im Einklang mit früheren Arbeiten () haben wir festgestellt, dass 20 mg / kg Ketamin die Leistung im Passivvermeidungstest nicht beeinträchtigt, was darauf schließen lässt, dass die antidepressivumähnlichen Wirkungen des Arzneimittels in unseren Studien nicht auf Gedächtnisstörungen zurückzuführen sind. Wir zeigen weiter, dass die Aket-Ketamin-Behandlung, die die soziale Vermeidung verhindert, das Verhalten im EPM nicht beeinflusst, obwohl frühere Berichte nicht schlüssig sind (,). Unsere Ergebnisse deuten zusammen darauf hin, dass sich die Wirkungen von Ketamin im SI-Test von den Auswirkungen auf das Lernen und das Gedächtnis oder die Angst unterscheiden können.

Interessanterweise hatte eine einzige Injektion von 20 mg / kg Ketamin 24 hr vor Tag 1 des CSDS keinen Einfluss auf die soziale Vermeidung, was darauf hindeutet, dass die Entwicklung wiederholter stressinduzierter Anpassungen zumindest bei dieser Einzeldosis nicht verhindert werden kann. Außerdem waren die antidepressivumähnlichen Wirkungen von Ketamin im SI-Test nicht persistent: Mäuse, die 1 eine Woche später erneut getestet wurden, zeigten keine anhaltende Abschwächung der durch CSDS induzierten sozialen Vermeidung. Diese Feststellung stimmt weitgehend mit klinischen Studien überein, die berichten, dass Patienten, die auf akutes Ketamin ansprechen, häufig innerhalb von mehreren Tagen einen Rückfall erleiden (,,) und mit präklinischen Berichten über akute, aber nicht anhaltende antidepressivumähnliche Wirkungen von Ketamin in der FST und TST bei Mäusen (,,), obwohl auch Berichte über persistierende Auswirkungen vorliegen (,,,). Diese Unterschiede können auf die Intensität oder Art von Stress (z. B. sozialer Stress gegenüber FST oder TST) oder Dehnungsunterschiede (). Eine wiederholte Behandlung mit Ketamin kann erforderlich sein, um zuverlässig persistierende Wirkungen auszulösen. Kürzlich wurde berichtet, dass eine wiederholte Ketaminbehandlung bei Ratten erforderlich war, um einen langanhaltenden widerstandsfähigen Phänotyp im chronischen unvorhersehbaren Stress-Paradigma zu erzeugen (). Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass die chronische Ketamin-Gabe bei nicht akut wirksamen Dosen zu Antidepressiva-ähnlichen Wirkungen führt (). Es gibt Berichte, dass wiederholte Infusionen bei Patienten mit behandlungsresistenter Depression im Vergleich zu einer einzelnen Infusion zu einer anhaltenderen antidepressiven Reaktion führen können (-). Die weit verbreitete Verwendung von Ketamin als Therapeutikum kann jedoch durch Missbrauchshaftung und andere Nebenwirkungen eingeschränkt sein (-). Die Charakterisierung des zeitlichen Verlaufs der Ketamin-Effekte in Tiermodellen kann dazu beitragen, die klinischen Behandlungspläne zu optimieren.

Trotz seiner Auswirkungen auf die soziale Vermeidung konnte akutes Ketamin die anhedonischen Auswirkungen von CSDS im ICSS-Test nicht blockieren. Dies war unerwartet in Anbetracht der früheren Berichte, dass Ketamin den stressbedingten Rückgang der Saccharosepräferenz aufhebt (,) und erhöht den Dopaminausfluss in der NAc (), ein Effekt, der oft mit einer erhöhten Stimmung verbunden ist (). Nach unserem besten Wissen gibt es keine Berichte über die Fähigkeit von Standard-Antidepressiva, die Auswirkungen von CSDS auf ICSS umzukehren. Wir können die Möglichkeit nicht ausschließen, dass die Ketaminbehandlung die CSDS-induzierte Anhedonie im ICSS-Test unter Verwendung anderer Behandlungsschemata (z. B. unterschiedliche Dosen, wiederholte Verabreichung) oder Mausstämme aufhebt, obwohl solche Studien angesichts der Anzahl möglicher Untersuchungen nicht in den Rahmen dieses Berichts fallen Permutationen im experimentellen Design. Tierstudien mit wiederholter Ketaminverabreichung können jedoch von begrenztem Wert sein, um zu verstehen, warum das Arzneimittel nach akuter Verabreichung bei Menschen klinisch wirksam ist ().

CSDS induziert auch ein robustes angstähnliches Verhalten, das in explorativen Assays gemessen wird, z. B. im erhöhten Labyrinth oder im offenen Feld (,). Ein wichtiges Merkmal des CSDS-Paradigmas besteht jedoch darin, dass es diese angstähnlichen Maßnahmen von eher depressiven Anzeichen wie sozialer Vermeidung oder Saccharose-Präferenzdefiziten unterscheiden kann. Im Besonderen werden soziale Vermeidungs- und Saccharosepräferenzdefizite effektiv mit Standardantidepressiva behandelt, nicht jedoch mit Anxiolytika (). Außerdem zeigen Mäuse, die einen widerstandsfähigen Phänotyp aufweisen (dh solche, denen es an sozialer Vermeidung und Saccharosepräferenzdefiziten fehlt) äquivalente Ebenen von angstähnlichem Verhalten (), wie man bei Mäusen sieht, die ΔFosB überexprimieren (). In ähnlicher Weise zeigen wir, dass akutes Ketamin (20 mg / kg) eine Dimension des depressiven Verhaltens (soziale Vermeidung) beeinflusst hat, andere jedoch (Anhedonie, Angst, Lernen und Gedächtnis), was darauf hindeutet, dass diese Verhaltensweisen unterschiedliche Bereiche darstellen, die durch separate, jedoch überlappende Bereiche reguliert werden Schaltkreise im Gehirn (). Die molekularen Mechanismen, durch die Ketamin diese antidepressivatorähnlichen Wirkungen erzeugt, sind nicht gut verstanden, können aber Änderungen der Glutamatfunktion oder der Proteinsynthese in Gehirnregionen einschließlich Hippocampus und Frontalkortex einschließen (,,,).

Anerkennungen

Diese Forschung wurde durch Zuschüsse der National Institutes of Health (MH063266 an WC; R01MH51399 und P50MH096890 an EJN; MH090264 an SJR) finanziert. RJD wurde durch ein Ausbildungsstipendium (T32MH020017) des National Institute of Health unterstützt.

Fußnoten

 

FINANZIELLE ANGABEN

Die Autoren berichten über keine biomedizinischen finanziellen Interessen oder potenziellen Interessenkonflikte.

 

 

Haftungsausschluss des Herausgebers: Dies ist eine PDF-Datei eines unbearbeiteten Manuskripts, das zur Veröffentlichung angenommen wurde. Als Service für unsere Kunden stellen wir diese frühe Version des Manuskripts zur Verfügung. Das Manuskript wird vor der Veröffentlichung in seiner endgültigen zitierfähigen Form einer Vervielfältigung, einem Satz und einer Überprüfung unterzogen. Bitte beachten Sie, dass während des Produktionsprozesses Fehler entdeckt werden können, die sich auf den Inhalt auswirken können, und alle rechtlichen Disclaimer, die für das Journal gelten.

 

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