Señalización de dopamina en comportamientos relacionados con la recompensa (2013)

Circuitos neuronales delanteros. 2013 Oct 11; 7: 152.

Baik JH.

Fuente

Laboratorio de Neurobiología Molecular, Departamento de Ciencias de la Vida, Universidad de Corea Seúl, Corea del Sur.

Resumen

La dopamina (DA) regula el comportamiento emocional y motivacional a través de la vía dopaminérgica mesolímbica. Se ha encontrado que los cambios en la neurotransmisión mesolímbica de DA modifican las respuestas de comportamiento a diversos estímulos ambientales asociados con los comportamientos de recompensa. Los psicoestimulantes, las drogas de abuso y la recompensa natural, como los alimentos, pueden causar modificaciones sinápticas sustanciales en el sistema mesolímbico de DA. Estudios recientes que utilizan optogenética y DREADD, junto con manipulaciones genéticas específicas de neuronas o circuitos, han mejorado nuestra comprensión de la señalización de DA en el circuito de recompensa, y han proporcionado un medio para identificar los sustratos neuronales de comportamientos complejos como la adicción a las drogas y los trastornos de la alimentación. Esta revisión se centra en el papel del sistema DA en la adicción a las drogas y la motivación de los alimentos, con una descripción general del papel de los receptores D1 y D2 en el control de los comportamientos asociados con la recompensa.

PALABRAS CLAVE:

dopamina, receptor de dopamina, adicción a las drogas, recompensa de alimentos, circuito de recompensa

INTRODUCCIÓN

La dopamina (DA) es el neurotransmisor de catecolamina predominante en el cerebro, y es sintetizada por las neuronas mesencefálicas en la sustancia negra (SN) y el área tegmental ventral (VTA). Las neuronas DA se originan en estos núcleos y se proyectan hacia el estriado, la corteza, el sistema límbico y el hipotálamo. A través de estas vías, la DA afecta muchas funciones fisiológicas, como el control de movimientos coordinados y la secreción de hormonas, así como comportamientos motivados y emocionales (Hornykiewicz, 1966; Beaulieu y Gainetdinov, 2011; Tritsch y Sabatini, 2012).

La regulación del sistema de DA en los comportamientos relacionados con la recompensa ha recibido mucha atención debido a las graves consecuencias de la disfunción en este circuito, como la adicción a las drogas y la obesidad relacionada con la recompensa de los alimentos, que son los principales problemas de salud pública. Ahora está bien aceptado que después de la exposición repetida a sustancias adictivas, se producen cambios adaptativos a nivel molecular y celular en la vía mesolímbica de la DA, que es responsable de regular el comportamiento motivacional y de la organización de los comportamientos emocionales y contextuales (Nestler y Carlezon, 2006; Steketee y Kalivas, 2011). Se piensa que estas modificaciones de la vía mesolímbica conducen a la dependencia de las drogas, que es un trastorno crónico y recurrente en el que persisten los comportamientos compulsivos de búsqueda y toma de drogas a pesar de las graves consecuencias negativas.(Thomas et al., 2008).

Los hallazgos recientes sugieren que las redes sinápticas glutamatérgicas y GABAérgicas en el sistema límbico también se ven afectadas por las drogas de abuso, y que esto puede alterar los efectos conductuales de las drogas adictivas. (Schmidt y Pierce, 2010; Lüscher y Malenka, 2011). doLa considerable evidencia ahora sugiere que las modificaciones sinápticas sustanciales del sistema mesolímbico de DA están asociadas no solo con los efectos gratificantes de los psicoestimulantes y otras drogas de abuso, sino también con los efectos gratificantes de la recompensa natural, como los alimentos; Sin embargo, el mecanismo por el cual las drogas de abuso inducen la modificación de la fuerza sináptica en este circuito sigue siendo difícil de alcanzar.. De hecho, la señalización de recompensa de DA parece extremadamente compleja, y también está implicada en los procesos de aprendizaje y acondicionamiento, como lo demuestran los estudios que revelan una respuesta de DAergic que codifica un error de predicción en el aprendizaje del comportamiento, por ejemplo (Sabio, 2004; Schultz, 2007, 2012), asi sugiriendo la necesidad de una disección fina a nivel de circuito para comprender adecuadamente estos comportamientos motivados relacionados con la recompensa. Estudios recientes que utilizan optogenética y manipulaciones genéticas específicas de neuronas o circuitos permiten ahora una mejor comprensión de la señalización de DA en el circuito de recompensa.

En esta revisión, proporcionaré un breve resumen de la señalización de DA en comportamientos relacionados con la recompensa, con un resumen de estudios recientes sobre los comportamientos relacionados con la adicción a la cocaína, así como algunos sobre la recompensa de alimentos en el contexto del papel de los receptores D1 y D2 en la regulación de estos comportamientos

RECEPTORES DE DOPAMINA

La dopamina interactúa con los receptores de membrana que pertenecen a la familia de siete receptores acoplados a la proteína G del dominio transmembrana, con la activación que conduce a la formación de segundos mensajeros, y la activación o represión de vías de señalización específicas. Hasta la fecha, se han clonado cinco subtipos diferentes de receptores DA de diferentes especies. Sobre la base de sus propiedades estructurales y farmacológicas, se realizó una subdivisión general en dos grupos: los receptores similares a D1, que estimulan los niveles de AMPc intracelular, que comprenden D1 (Dearry et al., 1990; Zhou et al., 1990) y D5 (Grandy et al., 1991; Sunahara et al., 1991), y los receptores tipo D2, que inhiben los niveles de AMPc intracelular, que comprenden D2 (Bunzow et al., 1988; Dal Toso y otros, 1989), D3 (Sokoloff et al., 1990), y D4 (Van Tol et al., 1991) receptores.

Los receptores D1 y D2 son los receptores DA más expresados ​​en el cerebro. El receptor D2 tiene dos isoformas generadas por el empalme alternativo del mismo gen (Dal Toso y otros, 1989; Montmayeur et al., 1991). Estas isoformas, denominadas D2L y D2S, son idénticas, excepto por un inserto de aminoácidos 29 presentes en el tercer bucle intracelular putativo de D2L, un dominio intracelular que podría jugar un papel en el acoplamiento de esta clase de receptores a segundos mensajeros específicos.

Los receptores D2 están localizados de forma presináptica, revelado por la inmunorreactividad del receptor D2, el ARNm y los sitios de unión presentes en las neuronas DA en todo el cerebro medio (Sesack et al., 1994), con un nivel más bajo de expresión del receptor D2 en el VTA que en el SN (Haber et al., 1995). Estos autorreceptores de tipo D2 representan autorreceptores somatodendríticos, que se sabe que amortiguan la capacidad neuronal.y (Lacey et al., 1987, 1988; Chiodo y Kapatos, 1992), o autorreceptores terminales, w¿Qué disminuyen principalmente la síntesis de DA y el embalaje (Onali et al., 1988; Pothos et al., 1998), pero también inhibir el impulso dependiente de la liberación (Cass y Zahniser, 1991; Kennedy et al., 1992; Congar et al., 2002). Por lo tanto, el papel principal de estos autorreceptores es la inhibición y modulación de la neurotransmisión global de DA; sin embargo, se ha sugerido que en la etapa embrionaria, el autorreceptor de tipo D2 podría tener una función diferente en el desarrollo neuronal de DA (Kim et al., 2006, 2008; Yoon et al., 2011; Yoon y Baik, 2013). Por lo tanto, el papel celular y molecular de estos receptores presinápticos D2 necesita ser explorado más a fondo. La expresión de los receptores D3, D4 y D5 en el cerebro es considerablemente más restringida y más débil que la de los receptores D1 o D2.

Existe alguna diferencia en la afinidad de DA por los receptores similares a D1 y los receptores similares a D2, principalmente informados sobre la base de estudios de ensayo de unión de receptor-ligando que utilizan receptores de DA expresados ​​de forma heteróloga en líneas celulares. Por ejemplo, los receptores tipo D2 parecen tener una afinidad 10 a 100 multiplicada por la familia similar a D1, con el receptor D1 reportado que tiene la afinidad más baja para DA (Beaulieu y Gainetdinov, 2011; Tritsch y Sabatini, 2012). Estas diferencias sugieren un papel diferencial para los dos receptores, dado que las neuronas DA pueden tener dos patrones diferentes de liberación de DA, "tónico" o "fásico", según sus propiedades de disparo. (Grace et al., 2007). Se ha sugerido que el disparo irregular de baja frecuencia de las neuronas DA genera tónicamente un nivel basal bajo de DA extracelular. (Grace et al., 2007), Mientras se dispara por ráfaga, o la actividad "fásica" es crucialmente dependiente de la información aferente, y se cree que es la señal funcionalmente relevante que se envía a los sitios postsinápticos para indicar la recompensa y modular el comportamiento dirigido hacia el objetivo (Berridge y Robinson, 1998; Schultz, 2007; Grace et al., 2007). Por lo tanto, se piensa que la actividad explosiva de las neuronas DA, que conduce a un aumento transitorio en el nivel de DA, es un componente clave del circuito de recompensa (Overton y Clark, 1997; Schultz, 2007). En consecuencia, se cree que el receptor D1, que se conoce como receptor DA de baja afinidad, se activa preferentemente por las altas concentraciones transitorias de DA mediadas por las explosiones fásicas de las neuronas DA. (Goto y Gracia, 2005; Grace et al., 2007). En contraste, se plantea la hipótesis de que los receptores similares a D2, que se sabe que tienen una alta afinidad por DA, pueden detectar los niveles más bajos de liberación tónica de DA (Goto et al., 2007). Sin embargo, dado que las mediciones de la afinidad del receptor se basan en los ensayos de unión de ligandos de los receptores DA expresados ​​de forma heteróloga y no reflejan la capacidad de acoplamiento del receptor a las cascadas de señalización en sentido descendente, es difícil inferir si los receptores similares a D2 se activan de manera preferencial por los niveles extracelulares basales de DA in vivo. Por lo tanto, queda por aclarar cómo estos dos receptores diferentes participan en diferentes patrones de actividad neuronal DA in vivo.

CAMINOS DE SEÑALIZACIÓN MEDIADOS POR LOS RECEPTORES D1 Y D2

Las clases de receptores tipo D1 y D2 difieren funcionalmente en las vías de señalización intracelular que modulan. Los receptores tipo D1, incluyendo D1 y D5, se acoplan a proteínas G heterotriméricas que incluyen las proteínas G Gαs y GαOlf, con las activación que lleva a un aumento de la actividad de la adenilil ciclasa (AC) y al aumento de la producción de monofosfato de adenosina cíclica (AMPc)norte. Esta vía induce la activación de la proteína quinasa A (PKA), lo que resulta en la fosforilación de sustratos variables y la inducción de la expresión génica temprana inmediata, así como la modulación de numerosos canales iónicos. A diferencia de, Receptores DA de clase D2 (D2, D3 y D4)) se acoplan a Gαi y Gαo proteínas, y npor ejemplo, regular la producción de cAMP, lo que resulta en una disminución de la actividad PKA, activación de K+ canales, y la modulación de numerosos otros canales iónicos. (Kebabian y Greengard, 1971; Kebabian y Calne, 1979; Missale et al., 1998; Beaulieu y Gainetdinov, 2011).

Uno de los sustratos mejor estudiados de PKA es la fosfoproteína regulada por DA y AMPc, Mr ~ 32,000 (DARPP-32), que es un inhibidor de la proteína fosfatasa, y se expresa predominantemente en neuronas espinosas medianas (MSN) del estriado (Hemmings et al., 1984a). Parece que DARPP-32 actúa como un integrador involucrado en la modulación de la señalización celular en respuesta a DA en neuronas del estriado. Se ha demostrado que la fosforilación de DARPP-32 en treonina 34 por PKA activa la función inhibitoria de DARPP-32 sobre la proteína fosfatasa (PP1; Hemmings et al., 1984a,b). En el receptor D1 que expresa neuronas estriatales, la estimulación del receptor D1 da como resultado un aumento de la fosforilación de DARPP-32 en respuesta a la activación de PKA, mientras que la estimulación de los receptores D2 en el receptor D2 en la red de reservas de NXXUMX consecuencia de la reducción de la activación de PKA (Bateup et al., 2008). Sin embargo, parece que una ruta independiente de cAMP también participa en la regulación mediada por el receptor D2 de DARPP-32, dado que la desfosforilación de treonina 34 por la proteína fosfatasa dependiente de calmodulina 2B (PP2B; también conocida como calcineurina), que es activado por el aumento de Ca intracelular2+tras la activación del receptor D2 (Nishi et al., 1997). Estos hallazgos sugieren que DA ejerce un control bidireccional sobre el estado de fosforilación de DARPP-32, una molécula de señalización centrada en DA. Por lo tanto, uno puede imaginar que, en general, bajo el tono de DA, estas vías de señalización mediadas por las dos clases de receptores pueden influir en la excitabilidad neuronal y, en consecuencia, en la plasticidad sináptica, en términos de sus redes sinápticas en el cerebro, dado que su señalización precisa varía dependiendo de el tipo de célula y la región del cerebro en la que se expresan (Beaulieu y Gainetdinov, 2011; Girault, 2012).

En el caso de los receptores D2, la situación se complica aún más, ya que los receptores D2 se empalman alternativamente, dando lugar a isoformas con propiedades fisiológicas distintas y localizaciones subcelulares.. La gran isoforma parece expresarse predominantemente en todas las regiones del cerebro, aunque la proporción exacta de las dos isoformas puede variar (Montmayeur et al., 1991). De hecho, se encontró que el fenotipo de ratones knockout (KO) totales del receptor D2 era bastante diferente del de los ratones KO D2L (Baik et al., 1995; Usiello et al., 2000), lo que indica que las dos isoformas pueden tener diferentes funciones in vivo. Resultados recientes de Moyer et al. (2011) soportar un diferencial in vivo función de las isoformas D2 en el cerebro humano, que muestra el papel de dos variantes del gen del receptor D2 con polimorfismos intrónicos de un solo nucleótido (SNP) en el empalme alternativo del receptor D2 y una asociación genética entre estos SNP y el abuso de cocaína en caucásicos (Moyer et al., 2011; Gorwood et al., 2012).

SEÑALIZACIÓN MEDIADA POR DA EN LA ACTIVACIÓN DE PROTEÍNAS ACTIVADAS POR MITÓGENO

Una vía de señalización de particular interés en las neuronas son las proteínas quinasas activadas por mitógenos, las quinasas reguladas por señales extracelulares (ERK), que son activadas por los receptores D1 y D2. Ahora está ampliamente aceptado que la activación de ERK contribuye a diferentes respuestas fisiológicas en las neuronas, como la muerte celular y el desarrollo, así como a la plasticidad sináptica, y que la modulación de la actividad de ERK en el SNC puede dar lugar a diferentes respuestas neurofisiológicas (Chang y Karin, 2001; Sweatt, 2004; Thomas y Huganir, 2004). Además, la activación de ERK puede ser regulada por varios sistemas de neurotransmisores, un proceso que puede ser complejo pero que se ajusta con precisión según la regulación diferencial de las vías de señalización mediadas por los diversos neurotransmisores. Por lo tanto, es interesante ver cuál sería la salida fisiológica de la señalización ERK sobre la estimulación DA a través de estos receptores.

Los resultados obtenidos a partir de sistemas heterólogos de cultivo celular sugieren que los receptores DA de clase D1 y D2 pueden regular ERK1 y 2 (Choi et al., 1999; Beom et al., 2004; Chen et al., 2004; Kim et al., 2004; Wang et al., 2005). El tratamiento con ERK mediado por el receptor D1 implica una interacción con el receptor de glutamato NMDA (Valjent et al., 2000, 2005), que se ha descrito principalmente en el cuerpo estriado. La estimulación del receptor D1 no es capaz de mediar la fosforilación de ERK en sí misma, sino que requiere glutamato endógeno (Pascoli et al., 2011). Con la activación del receptor D1, la PKA activada puede mediar en la fosforilación de DARPP-32 en su Thr-34, como se mencionó anteriormente. El DARPP-32 fosforilado puede actuar como un potente inhibidor de la proteína fosfatasa PP-1, que desfosforila a otra fosfatasa, la tirosina fosfatasa enriquecida en estriado (STEP). La desfosforilación de STEP activa su actividad fosfatasa, lo que permite a STEP desfosforilar ERK (Paul et al., 2003). DARPP-32 también actúa en sentido ascendente de ERK, posiblemente al inhibir PP-1, evitando que PP-1 deforme MEK, la quinasa en sentido ascendente de ERK (Valjent et al., 2005). Por lo tanto, la activación del receptor D1 actúa para aumentar la fosforilación de ERK impidiendo su desfosforilación mediante STEP, pero también previniendo la desfosforilación de la quinasa en sentido ascendente de ERK. Además, la interferencia entre los receptores D1 y NMDA contribuye a la activación de ERK. Por ejemplo, un estudio reciente mostró que la estimulación de los receptores D1 aumenta la entrada de calcio a través de los receptores NMDA, un proceso que implica la fosforilación de la subunidad NR2B del receptor NMDA por una tirosina quinasa de la familia Src (Pascoli et al., 2011). Este aumento de la entrada de calcio activa una serie de vías de señalización, incluidas la quinasa II dependiente del calcio y la calmodulina, que pueden activar ERK a través de la cascada Ras-Raf-MEK (Fasano et al., 2009; Shiflett y Balleine, 2011; Girault, 2012). En consecuencia, la activación de ERK mediada por el receptor D1 emplea una regulación compleja por las fosfatasas y quinasas además de la interferencia con la señalización del receptor de glutamato (Figura Figura11).

FIGURA 1   

Vía de señalización de activación de ERK mediada por el receptor D1. El tratamiento con ERK mediado por el receptor D1 implica la interacción con el receptor glutamato NMDA (ver texto), que se expresa predominantemente en el cuerpo estriado. La estimulación de los receptores D1 no es capaz de ...

La activación de ERK mediada por el receptor D2 se ha informado en sistemas de cultivo de células heterólogas (Luo et al., 1998; Welsh et al., 1998; Choi et al., 1999). Se encontró que la activación de ERK mediada por el receptor D2 dependía de Gαi Acoplamiento de proteínas, y parece que requiere la transactivación del receptor tirosina quinasa, que activa la señalización corriente abajo para activar finalmente la ERK (Choi et al., 1999; Kim et al., 2004; Wang et al., 2005; Yoon et al., 2011; Yoon y Baik, 2013). Arrestin también se ha sugerido para contribuir a la activación de ERK mediada por el receptor D2 (Beom et al., 2004; Kim et al., 2004), que puede activar la señalización de MAPK movilizando la endocitosis mediada por clatrina de una manera dependiente de la β-arrestina / dinamina (Kim et al., 2004). No se puede descartar una posibilidad adicional de que los receptores D2 se acoplen a las proteínas Gq; en este caso, la activación de PKC mediada por la proteína Gq también podría inducir la activación de ERK (Choi et al., 1999; Figura Figura22).

FIGURA 2   

Vía de señalización de activación de ERK mediada por el receptor D2. La activación de ERK mediada por el receptor D2 depende de Gαi Acoplamiento de proteínas. También parece que la activación de ERK mediada por el receptor D2 requiere la transactivación del receptor tirosina quinasa, ...

En vista del papel fisiológico de esta señalización ERK mediada por el receptor DA, se ha demostrado que en las neuronas mesencefálicas, DA activa la señalización ERK a través de los receptores D2 mesencefálicos, que a su vez activa los factores de transcripción como Nurr1, un factor de transcripción crítico para la desarrollo de las neuronas DA (Kim et al., 2006). Además, nuestro trabajo reciente demostró que STEP o Wnt5a pueden participar en esta regulación, al interactuar con los receptores D2 (Kim et al., 2008; Yoon et al., 2011). A la luz de estos hallazgos, es intrigante si esta señalización puede desempeñar un papel en la neurotransmisión de DA en el cerebro adulto.

Sin embargo, en el cuerpo estriado dorsal, la administración del haloperidol, antagonista del receptor anti-psicótico típico de la clase D2, estimuló la fosforilación de ERK1 / 2, mientras que la clozapina antipsicótica atípica, que también es un antagonista de la clase D2, redujo la fosforilación de la clase ERK1 / XXX. , mostrando que el haloperidol y la clozapina inducen distintos patrones de fosforilación en el estriado dorsal (Pozzi et al., 2003). Por lo tanto, la relevancia fisiológica de esta señalización ERK mediada por el receptor D2 permanece como un problema abierto.

Tomados en conjunto, es evidente que los receptores D1 y D2 inducen la activación de ERK a través de distintos mecanismos, y uno puede imaginar que la activación de estos receptores puede tener diferentes consecuencias, dependiendo de la ubicación y el estado fisiológico de las neuronas que los expresan.

FUNCIÓN DE LOS RECEPTORES D1 Y D2 EN LOS COMPORTAMIENTOS INDUCIDOS POR MEDICAMENTOS

El papel de los receptores D1 y D2 en los comportamientos relacionados con la recompensa se ha investigado farmacológicamente mediante el uso de agonistas y antagonistas específicos del subtipo, así como mediante el análisis del receptor de ratones KO. El progreso reciente en optogenética y el uso de vectores virales con diferentes manipulaciones genéticas ahora permiten un examen refinado de la importancia funcional de estos receptores in vivo (Mesa Table11).

Tabla 1   

Papel de los receptores de dopamina D1 y D2 en los comportamientos inducidos por la cocaína.

SENSIBILIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO INDUCIDO POR LA COCAÍNA

La exposición a un psicoestimulante como la cocaína induce una mejora progresiva y duradera en el efecto estimulante locomotor de la administración posterior, un fenómeno conocido como sensibilización (Robinson y Berridge, 1993; Vanderschuren y Kalivas, 2000; Kalivas y Volkow, 2005; Steketee y Kalivas, 2011). El proceso de sensibilización conductual incluye dos fases distintas; Iniciación y expresión. La fase de inicio se refiere al período durante el cual el aumento de la respuesta de comportamiento después de la administración diaria de cocaína se asocia con un aumento en la concentración extracelular de DA. La sensibilización del comportamiento continúa aumentando después del cese de la administración de cocaína, y este procedimiento produce una sensibilización de larga duración, conocida como la expresión de sensibilización (Vanderschuren y Kalivas, 2000; Thomas et al., 2001; Steketee y Kalivas, 2011). La fase de expresión se caracteriza por una hipersensibilidad del fármaco persistente después del cese del fármaco, que se asocia con una cascada de neuroadaptación (Kalivas y Duffy, 1990; Robinson y Berridge, 1993). Si bien este fenómeno se ha estudiado principalmente en animales de experimentación, se cree que la plasticidad neuronal subyacente a la sensibilización conductual refleja las neuroadaptaciones que contribuyen a los antojos compulsivos de drogas en los seres humanos (Robinson y Berridge, 1993; Kalivas et al., 1998). Se ha sugerido que el sistema mesolímbico DA desde el VTA al núcleo accumbens (NAc) y la corteza prefrontal es un mediador importante de estos cambios plásticos, en asociación con el circuito glutamatérgico (Robinson y Berridge, 1993; Kalivas et al., 1998; Vanderschuren y Kalivas, 2000).

Animales sensibilizados en el comportamiento a la cocaína, anfetamina, nicotina o morfina (Kalivas y Duffy, 1990; Parsons y la justicia, 1993) muestran una liberación de DA mejorada en la NAc en respuesta a la exposición al fármaco. Además de los cambios en la liberación de neurotransmisores, la unión de DA a sus receptores desempeña un papel clave en la sensibilización del comportamiento (Steketee y Kalivas, 2011). Por ejemplo, la mayor excitabilidad de las neuronas VTA DA que se produce con la exposición repetida a la cocaína se asocia con una disminución de la sensibilidad del autorreceptor D2 (Blanco y Wang, 1984; Henry et al., 1989). Además, las inyecciones repetidas intra-VTA de dosis bajas del antagonista D2 de eticloprida, que es presumiblemente autorreceptor-selectivo, aumentaron las respuestas posteriores a la anfetamina (Tanabe et al., 2004).

Varios estudios han demostrado que los receptores D1 y D2 DA están implicados diferencialmente en los cambios inducidos por la cocaína en la actividad locomotora. Por ejemplo, los estudios iniciales que emplean enfoques farmacológicos han demostrado que los ratones o ratas tratados previamente con el antagonista del receptor D1 SCH 23390 mostraron una respuesta locomotora atenuada a la exposición aguda a la cocaína, mientras que el antagonista del receptor D2, haloperidol, y el raclopride no tuvieron tal efecto (Cabib et al., 1991; Ushijima et al., 1995; Hummel y Unterwald, 2002). Estos resultados sugieren diferentes roles de los subtipos de receptores DA en la modulación de los efectos estimulantes de la cocaína en la locomoción. Sin embargo, con respecto a la sensibilización conductual inducida por inyecciones repetitivas de cocaína, se ha informado que la administración sistémica del antagonista del receptor D1 SCH23390, o de la antagonista del receptor D2 sulpirida, YM-09151-2 o eticlopida, no afecta la inducción. de sensibilización a la cocaína (Kuribara y Uchihashi, 1993; Mattingly et al., 1994; Steketee, 1998; White et al., 1998; Vanderschuren y Kalivas, 2000).

Se investigaron los efectos de la administración intra-accumbens directa de SCH23390 en la locomoción inducida por la cocaína, la inhalación y la preferencia de lugar condicionado (CPP) en ratas, y estos estudios mostraron que la estimulación de los receptores similares a D1 en la NAc es necesaria para la cocaína. CPP, pero no para la locomoción inducida por la cocaína (Baker et al., 1998; Neisewander et al., 1998). La infusión directa intraacumosa del antagonista del receptor D2 / D3 sulpirida en ratas demostró que el bloqueo de los receptores D2 revierte la locomoción aguda inducida por la cocaína (Neisewander et al., 1995; Baker et al., 1996), pero estos estudios no examinaron el efecto sobre la sensibilización del comportamiento inducida por la cocaína. Curiosamente, se ha informado que la inyección del agonista del receptor D2 quinpirol en la corteza prefrontal intramedial bloqueó el inicio y atenuó la expresión de la sensibilización del comportamiento inducida por la cocaína (Beyer y Steketee, 2002).

Los ratones nulos con el receptor D1 se examinaron en el contexto de conductas adictivas, y los estudios iniciales revelaron que los ratones mutantes con el receptor D1 no exhibieron el efecto estimulante psicomotor de la cocaína en las conductas motoras y estereotipadas en comparación con sus compañeros de camada de tipo salvaje (Xu et al., 1994; Drago et al., 1996). Sin embargo, parece que el receptor KO de D1 suprime la respuesta locomotora aguda a la cocaína, pero no evita completamente la sensibilización locomotora a la cocaína en todas las dosis (Karlsson et al., 2008), demostrando que el KO genético de los receptores D1 no es suficiente para bloquear completamente la sensibilización a la cocaína en todas las condiciones.

En los ratones con el receptor KO D2, con una actividad locomotora general reducida, el nivel de actividad motora inducida por la cocaína es bajo en comparación con los ratones WT, pero estos animales fueron similares en cuanto a la capacidad de inducir la sensibilización conductual mediada por la cocaína, o los comportamientos de búsqueda de cocaína con una ligera disminución de la sensibilidad (Chausmer et al., 2002; Welter et al., 2007; Sim et al., 2013). El agotamiento de los receptores D2 en la NAc mediante la infusión de un vector lentiviral con un shRNA contra el receptor D2 no afectó la actividad locomotora basal ni la sensibilización conductual inducida por la cocaína, pero confirió inhibición inducida por el estrés de la expresión de la sensibilización conductual inducida por la cocaína (Sim et al., 2013). Estos hallazgos, junto con informes anteriores, sugieren fuertemente que el bloqueo de los receptores D2 en la NAc no previene la sensibilización conductual mediada por cocaína, y que el receptor D2 en la NAc desempeña un papel distinto en la regulación de la modificación sináptica provocada por el estrés y la adicción a las drogas. .

Estudios recientes que utilizan ratones modificados genéticamente que expresan Cre recombinasa de manera específica para el tipo de célula, revelaron algún papel de los MSN que expresan el receptor D1 o D2 en los comportamientos adictivos de la cocaína. Por ejemplo, la pérdida de DARPP-32 en las células que expresan el receptor D2 dio como resultado una respuesta locomotora aguda mejorada a la cocaína (Bateup, 2010). Hikida y colaboradores utilizaron vectores de AAV para expresar el factor de transcripción represivo a tetraciclina (tTa) usando la sustancia P (para MSN que expresan D1) o encefalina (para MSNs que expresan D2) promotores (Hikida et al., 2010). Estos vectores se inyectaron en la NAc de ratones, en la que la cadena ligera de la toxina tetánica (TN) se controló mediante el elemento sensible a la tetraciclina, para abolir selectivamente la transmisión sináptica en cada subtipo de MSN. Inactivación reversible de los MSN que expresan el receptor D1 / D2 con la toxina tetánica (Hikida et al., 2010) revelaron los roles predominantes de las células que expresan el receptor D1 en el aprendizaje de recompensa y la sensibilización a la cocaína, pero no hubo cambios en la sensibilización causada por la inactivación de las células que expresan el receptor D2. Usando estrategias DREADD (receptores de diseñador activados exclusivamente por un diseñador de drogas), con expresión viral mediada de un GPCR diseñado (Gy/omuscarínico humano encolado M4Receptor DREADD, hM4D) que es activado por un ligando farmacológicamente inerte, Ferguson et al. (2011) mostró que la activación de las neuronas que expresan el receptor D2 estriatal facilitó el desarrollo de la sensibilización inducida por anfetaminas. Sin embargo, la activación optogenética de las células que expresan el receptor D2 en el NAc no indujo ningún cambio en la sensibilización del comportamiento inducida por la cocaína (Lobo, 2010).

Inactivación optogenética de los MSN que expresan el receptor D1 utilizando la bomba de cloruro activada por la luz, halorodopsina eNpHR3.0 (mejorada Natronomonas pharaonis halorhodopsin 3.0), durante la exposición a la cocaína resultó en una atenuación de la sensibilización locomotora inducida por la cocaína (Chandra et al., 2013). Además, la reconstrucción condicional de la señalización funcional del receptor D1 en subregiones de la NAc en ratones KO con el receptor D1 dio lugar a la expresión del receptor D1 en la región central de la NAc, pero no a la cáscara, mediada por la sensibilización a la cocaína dependiente del receptor D1 (Gore y Zweifel, 2013). Estos hallazgos sugieren que los mecanismos de DA median en la sensibilización conductual inducida por la cocaína, con roles distintos para los receptores D1 y D2, aunque la contribución precisa de los receptores D1 y D2 y sus vías de señalización descendentes están por determinar.

PREFERENCIA DE LUGAR ACONDICIONADO

El paradigma de CPP es una prueba de comportamiento preclínico de uso común con un modelo de condicionamiento clásico (pavloviano). Durante la fase de entrenamiento de CPP, un contexto distinto se combina con las inyecciones de medicamentos, mientras que otro contexto se combina con las inyecciones de vehículos (Thomas et al., 2008). Durante una posterior prueba de CPP libre de drogas, el animal elige entre los contextos pareados de droga y vehículo. Una mayor preferencia por el contexto de la droga sirve como una medida de los efectos de refuerzo de Pavlovian de la droga (Thomas et al., 2008).

Aunque se ha informado anteriormente que la administración sistémica e intracumbena del antagonista del receptor D1 SCH23390 previno la CPP de la cocaína (Cervo y Samanin, 1995; Baker et al., 1998), Se ha informado que los ratones mutantes del receptor D1 demuestran respuestas normales a los efectos gratificantes de la cocaína en el paradigma de CPP (Miner et al., 1995; Karasinska y otros, 2005). Con respecto al papel de los receptores D2 en la CPP, existe un consenso considerable en la literatura de que los antagonistas similares a D2 no logran influir en la preferencia de lugar inducida por la cocaína (Spyraki et al., 1982; Shippenberg y Heidbreder, 1995; Cervo y Samanin, 1995; Nazarian et al., 2004). De acuerdo con estos estudios farmacológicos, los ratones KO con receptor D2 mostraron una puntuación de CPP comparable a la de los ratones WT (Welter et al., 2007; Sim et al., 2013). Además, los ratones D2L - / - desarrollaron un CPP para la cocaína al igual que los ratones WT (Smith et al., 2002).

Recientemente, se informó sobre el efecto de un KO presináptico condicional de los receptores D2 en los comportamientos adictivos, y este estudio demostró que los ratones que carecen de autorreceptores D2 mostraron una sensibilidad excesiva a la cocaína, mostraron una mayor preferencia de lugar por la cocaína, así como una mayor motivación para la recompensa de alimentos, quizás a la ausencia de inhibición presináptica por autorreceptores que eleva aún más la DA extracelular y maximiza la estimulación de los receptores DA postsinápticos (Bello et al., 2011).

Los resultados obtenidos de una línea de investigación diferente mostraron que cuando los MSN que expresan D1 se activan selectivamente mediante optogenéticos, los ratones D1-Cre que expresan DIO-AAV-ChR2-EYFP en la NAc mostraron un aumento significativo en la preferencia de cocaína / luz azul en comparación con la grupo de control (Lobo, 2010). En contraste, los ratones D2-Cre que expresan DIO-AAV-ChR2-EYFP mostraron una atenuación significativa de la preferencia de cocaína / luz azul en relación con los controles (Lobo, 2010), implicando un papel para la activación de MSN que expresan D1 en la mejora de los efectos gratificantes de la cocaína, con la activación de MSN que expresan D2 que antagonizan el efecto de recompensa de la cocaína. Inhibición de los MSN que expresan D1 con la toxina tetánica (Hikida et al., 2010) dio lugar a una disminución de la CPP de la cocaína, mientras que no se observaron alteraciones de la CPP de la cocaína después de abolir la transmisión sináptica en MSN que expresan D2 (Hikida et al., 2010). Por lo tanto, estos datos que utilizan optogenética e inactivación de neuronas específicas del tipo celular implican roles opuestos de MSN que expresan D1 y D2 en CPP, con MSN que expresan el receptor de D1 implicados en promover la respuesta de recompensa a los psicoestimulantes, y la inhibición de MSN que expresa el receptor D2 estos comportamientos (Lobo y Nestler, 2011).

AUTOCADMINISTRACIÓN DE COCAÍNA Y COMPORTAMIENTO DE LA COCAÍNA

La autoadministración de cocaína es un modelo operativo en el que los animales de laboratorio presionan con palanca (o se asoma la nariz) para las inyecciones de drogas. El paradigma de comportamiento de "auto-administración" sirve como un modelo de comportamiento animal de la patología humana de la adicción (Thomas et al., 2008). Se ha informado de que la lesión selectiva de los terminales DA con 6-hidroxi DA (6-OHDA), o con el ácido kotoico neurotoxina en el NAc, atenúa significativamente la autoadministración de la cocaína, lo que apoya la hipótesis de que los efectos de refuerzo de la cocaína dependen de la mesolimbic DAPettit et al., 1984; Zito et al., 1985; Caine y Koob, 1994). De acuerdo con estos hallazgos, in vivo los estudios de microdiálisis demuestran que los niveles extrasinápticos de DA de la columna vertebral aumentan durante la administración de cocaines en ambas ratas (Hurd et al., 1989; Pettit y la Justicia, 1989) y mono (Czoty et al., 2000). En conjunto, estos hallazgos sugieren que la transmisión mejorada de DA en la NAc desempeña un papel crucial en el comportamiento de autoadministración de la cocaína.

Los antagonistas y agonistas del receptor de DA modulan la autoadministración de la cocaína, mostrando un efecto bifásico dependiente de la dosis. Por ejemplo, antagonistas selectivos para ambos D1 (Woolverton, 1986; Britton et al., 1991; Hubner y Moreton, 1991; Vanover et al., 1991; Caine y Koob, 1994) y D2 (Woolverton, 1986; Britton et al., 1991; Hubner y Moreton, 1991; Caine y Koob, 1994) los receptores aumentan la autoadministración de cocaína en respuesta a dosis más bajas de antagonistas, pero disminuyen la autoadministración en respuesta a dosis más altas. Esta modulación parece ser específica cuando se inyecta en el NAc pero no en el núcleo caudado, lo que indica un papel distinto de los receptores NAc DA en los comportamientos de autoadministración de la cocaína.

Posteriormente, utilizando ratones nulos con receptor D1 y D2, se examinó la participación de estos receptores en la autoadministración de cocaína. Curiosamente, a pesar de la observación de la CPP normal de cocaína en ratones KO con receptor D1, la autoadministración de cocaína se eliminó en estos ratones (Caine et al., 2007). Sin embargo, en los ratones con el receptor KO D2, la autoadministración de dosis bajas a moderadas de cocaína no se vio afectada, mientras que la autoadministración de dosis moderadas a altas de cocaína en realidad aumentó (Caine et al., 2002). Recientemente, Alvarez y sus colaboradores informaron que el fortalecimiento sináptico en MSN que expresan D2 en la NAc se produce en ratones con antecedentes de autoadministración de cocaína por vía intravenosa (Bock et al., 2013). La inhibición de D2-MSN con un enfoque quimicogenético mejoró la motivación para obtener cocaína, mientras que la activación optogenética de D2-MSN suprimió la autoadministración de cocaína, lo que sugiere que el reclutamiento de D2-MSN en la NAc para restringir la autoadministración de cocaína (Bock et al., 2013).

Los estudios que investigan el restablecimiento del comportamiento de búsqueda de cocaína revelaron que la administración de agonistas del receptor D2 restablece el comportamiento de búsqueda de cocaína (Self et al., 1996; De Vries et al., 1999, 2002; Spealman et al., 1999; Khroyan et al., 2000; Fuchs et al., 2002). De acuerdo con estos hallazgos, los antagonistas del receptor D2 atenúan el comportamiento de búsqueda de drogas inducido por el cebado de la cocaína (Spealman et al., 1999; Khroyan et al., 2000), mientras que el tratamiento previo con un agonista tipo D2 antes de una inyección de cebado de cebado potenciaba el comportamiento (Self et al., 1996; Fuchs et al., 2002). Sin embargo, parece que los agonistas del receptor tipo D1 no restablecen el comportamiento de búsqueda de cocaína (Self et al., 1996; De Vries et al., 1999; Spealman et al., 1999; Khroyan et al., 2000). De hecho, los agonistas y antagonistas tipo D1 administrados por vía sistémica atenúan el comportamiento de búsqueda de drogas inducido por una inyección de cocaína de cebado (Self et al., 1996; Norman et al., 1999; Spealman et al., 1999; Khroyan et al., 2000, 2003), que muestra una participación diferencial de los receptores D1 y D2 en el restablecimiento inducido por cebado de la búsqueda de cocaína.

Los resultados de nuestro laboratorio indican que, en ausencia de receptores D2, el restablecimiento inducido por la cocaína no se vio afectado (Sim et al., 2013). Se sugiere que la reinstauración del comportamiento de búsqueda de drogas también puede precipitarse por la reexposición a estímulos o factores de estrés asociados con la cocaína (Shaham et al., 2003). Cuando se probó esta posibilidad, los resultados de nuestro laboratorio encontraron que mientras el estrés potencia el restablecimiento inducido por cocaína en ratones WT, el estrés suprimió el restablecimiento inducido por cocaína en los animales mutantes del receptor D2, lo que sugiere un papel inexplorado de los receptores D2 en la regulación de la sináptica modificación provocada por el estrés y la adicción a las drogas (Sim et al., 2013).

SEÑALIZACIÓN DE DOPAMINA EN LA RECOMPENSA DE ALIMENTOS

Los alimentos y las señales relacionadas con los alimentos pueden activar diferentes circuitos cerebrales involucrados en la recompensa, incluidos el NAc, el hipocampo, la amígdala y / o la corteza prefrontal y el cerebro medio (Palmiter, 2007; Kenny, 2011). Se cree que el sistema mesolímbico DA promueve el aprendizaje de asociaciones entre la recompensa natural y los entornos en los que se encuentran; por lo tanto, los alimentos y el agua, o las señales que los predicen, promueven el disparo rápido de las neuronas DA y facilitan los comportamientos dirigidos hacia la adquisición de la recompensa (Palmiter, 2007). De hecho, los ratones deficientes en DA muestran una pérdida de motivación para alimentarse (Zhou y Palmiter, 1995), mientras que los ratones nulos con receptor D1 exhiben un crecimiento retardado y baja supervivencia después del destete; este fenotipo puede rescatarse proporcionando a los ratones KO un fácil acceso a un alimento aceptable, lo que sugiere que la ausencia del receptor D1 está más relacionada con un déficit motor (Drago et al., 1994; Xu et al., 1994). En contraste, los ratones con el receptor KO D2 muestran una ingesta reducida de alimentos y peso corporal junto con un mayor nivel de gasto de energía basal en comparación con sus compañeros de camada de tipo salvaje (Kim et al., 2010). Por lo tanto, es difícil delinear el papel exacto del sistema DA y de los subtipos de receptores en la recompensa de alimentos. Sin embargo, la mayoría de los estudios en humanos indican la importancia del receptor D2 en la regulación de la recompensa de alimentos en asociación con la obesidad.

LA EXPRESIÓN DEL RECEPTOR D2 EN LA RECOMPENSA DE ALIMENTOS

La creciente evidencia sugiere que las variaciones en los receptores de DA y la liberación de DA juegan un papel en la sobrealimentación y la obesidad, especialmente en asociación con la función y expresión del receptor de D2 del estriado (Stice et al., 2011; Salamone y Correa, 2013). En estudios con animales, se ha demostrado que la alimentación aumenta la concentración extracelular de DA en la NAc (Bassareo y Di Chiara, 1997), de manera similar a las drogas de abuso. Sin embargo, en contraste con su efecto sobre los comportamientos relacionados con la adicción a las drogas, el agotamiento de NAc DA por sí solo no altera el comportamiento de alimentación (Salamone et al., 1993). Parece que el bloqueo farmacológico de los receptores D1 y D2 en la NAc afecta el comportamiento motor, la cantidad y la duración de la alimentación, pero no reduce la cantidad de alimentos consumidos (Baldo et al., 2002). Curiosamente, los datos recientes mostraron que la ingesta compulsiva se mejoró con la administración aguda de la estimulación cerebral profunda unilateral de la cápsula NAc, y este efecto estuvo mediado en parte por la activación del receptor D2, mientras que la estimulación cerebral profunda del estriado dorsal no tuvo influencia en este comportamiento (Halpern et al., 2013) en ratones. Sin embargo, se ha informado que cuando se exponen a la misma dieta alta en grasas, los ratones con una menor densidad de receptores D2 en el putamen exhiben más ganancia de peso que los ratones con una mayor densidad de receptores D2 en la misma región (Huang et al., 2006). Este estudio comparó las densidades de receptores DAT y D2 en ratones de control crónicos, con alto contenido de grasa, obesos, resistentes a la obesidad y alimentados con poca grasa, y encontró que la densidad del receptor D2 fue significativamente más baja en la parte rostral del putamen caudado en niveles crónicos altos. ratones obesos inducidos por la dieta de la grasa en comparación con ratones control resistentes a la obesidad y bajos en grasa (Huang et al., 2006). Este bajo nivel de receptor D2 puede estar asociado con una liberación alterada de DA, y también se ha informado que el consumo de una dieta alta en grasas y azúcares conduce a la regulación a la baja de los receptores D2 (Small et al., 2003) y la reducción de la facturación de DA (Davis et al., 2008).

En estudios con seres humanos, las personas obesas y los adictos a las drogas tienden a mostrar una expresión reducida de los receptores D2 en áreas del cuerpo estriado, y los estudios de imagen han demostrado que áreas similares del cerebro se activan mediante señales relacionadas con los alimentos y las drogas (Wang et al., 2009). Los estudios de tomografía por emisión de positrones (PET) sugieren que la disponibilidad de receptores D2 se redujo en los individuos obesos en proporción a su índice de masa corporal (Wang et al., 2001), lo que sugiere que la deficiencia de DA en individuos obesos puede perpetuar la alimentación patológica como un medio para compensar la disminución de la activación de los circuitos de recompensa mediados por DA. Volkow y colaboradores también informaron que los adultos obesos frente a los magros muestran una menor unión del receptor D2 estriatal, y que esto se correlacionó positivamente con el metabolismo en el dorsolateral prefrontal, orbitofrontal medial, giro cingulado anterior y corticales somatosensores (Volkow et al., 2008). Esta observación llevó a una discusión sobre si las disminuciones en los receptores D2 estriatales podrían contribuir a la sobrealimentación a través de la modulación de las vías prefrontales estriatales que participan en el control inhibitorio y la atribución de saliencia, y si la asociación entre los receptores D2 estriatales y el metabolismo en las cortezas somatosensoriales (regiones que proceso de palatabilidad) podría ser la base de uno de los mecanismos a través de los cuales DA regula las propiedades de refuerzo de los alimentos (Volkow et al., 2008).

Stice y sus colaboradores utilizaron imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI, por sus siglas en inglés) para mostrar que los individuos pueden comer en exceso para compensar un hipofuncionamiento del cuerpo estriado dorsal, particularmente aquellos con polimorfismos genéticos de un alelo A1 del TaqIA en el receptor D2 (DRD2 / ANKK1) gen, que se asocia con una menor densidad del receptor D2 del estriado y una señalización del DA estriado (Stice et al., 2008a,b). Estas observaciones indican que los individuos que muestran una activación estriatal embotada durante la ingesta de alimentos tienen riesgo de obesidad, particularmente aquellos que también tienen un riesgo genético de señalización de DA comprometida en regiones cerebrales implicadas en la recompensa de alimentos (Stice et al., 2008a, 2011). Sin embargo, datos recientes mostraron que los adultos obesos con o sin trastorno por atracón tenían un polimorfismo genético distinto del receptor TaqIA D2 (DRD2 / ANKK1) gen (Davis et al., 2012); por lo tanto, es plausible que sistemas de DA cerebrales similares se vean afectados tanto por la motivación de los alimentos como por la adicción a las drogas, aunque aún no está claro qué representan estos datos del receptor de DA desde la perspectiva funcional de la neurotransmisión de DA en el cerebro.

Al igual que en las personas obesas, la baja disponibilidad del receptor D2 está asociada con el abuso crónico de cocaína en humanos (Volkow et al., 1993; Martinez et al., 2004). Por el contrario, la sobreexpresión de los receptores D2 reduce la autoadministración de alcohol en ratas (Thanos et al., 2001). En humanos, se informó una disponibilidad de receptores D2 más alta de lo normal en miembros sin alcohol de familias alcohólicas (Volkow et al., 2006; Gorwood et al., 2012), apoyando la hipótesis de que los niveles bajos de receptores D2 pueden estar asociados con un mayor riesgo de trastornos adictivos. Por lo tanto, es posible que en los cerebros de individuos obesos y drogadictos crónicos, haya concentraciones basales bajas de DA y una liberación periódica exagerada de DA asociada con la ingesta de alimentos o drogas, junto con receptores de D2 de baja expresión o disfuncionales.

Los niveles de expresión del receptor de dopamina en otras áreas del cerebro también pueden ser importantes. Por ejemplo, Fetissov et al. (2002) observó que las ratas Zucker obesas, que muestran un patrón de alimentación que consiste en un tamaño de comida grande y un número de comida pequeño, tienen un nivel comparativamente bajo de expresión del receptor D2 en el hipotálamo ventromedial (VMH). Curiosamente, en su estudio, cuando se inyectó sulpirida en un antagonista selectivo del receptor D2 en la VMH de ratas obesas y magras, se obtuvo una respuesta hiperfágica solo en las ratas obesas, lo que sugiere que al agravar el nivel ya bajo de receptores D2, fue posible aumentar la ingesta de alimentos. Esta baja expresión del receptor D2 puede causar una liberación exagerada de DA en ratas obesas durante la ingesta de alimentos y un efecto de retroalimentación de saciedad reducido de DA, lo que facilitaría la liberación de DA en las áreas del cerebro que "ansían" por DA (Fetissov et al., 2002).

Recientemente, en un elegante estudio realizado por Johnson y Kenny (2010), se observó que los animales a los que se les proporcionó una "dieta de cafetería" que consistía en una selección de alimentos densos en energía altamente sabrosos aumentaron de peso, lo que demostró un comportamiento alimenticio compulsivo. Además de su adiposidad excesiva y su consumo compulsivo, las ratas de la dieta de la cafetería también tuvieron una disminución en la expresión del receptor D2 en el cuerpo estriado. Sorprendentemente, la eliminación mediada por lentivirus de los receptores D2 estriatales aceleró rápidamente el desarrollo de déficits de recompensas similares a la adicción y el inicio del comportamiento de búsqueda compulsiva de alimentos en ratas con acceso extendido a alimentos sabrosos ricos en grasas (Johnson y Kenny, 2010), lo que nuevamente indica que los mecanismos hedónicos comunes pueden, por lo tanto, ser la base de la obesidad y la drogadicción. Sin embargo, nuestro propio laboratorio encontró resultados algo inesperados que muestran que los ratones D2 KO tienen un fenotipo magro con señalización de leptina hipotalámica mejorada en comparación con los ratones WT (Kim et al., 2010). Por lo tanto, no podemos descartar que el receptor D2 desempeñe un papel en la regulación homeostática del metabolismo en asociación con un regulador de la homeostasis energética como la leptina, además de su papel en el comportamiento de la motivación de los alimentos. Un modelo animal con una restricción condicional manipulada genéticamente del receptor D2 en células que expresan el receptor de leptina, por ejemplo, u otras células neuronales relacionadas con la recompensa, junto con herramientas de integración neuronal, podría potencialmente dilucidar el papel del sistema DA a través de los receptores D2 en los alimentos. La recompensa y la regulación homeostática de la ingesta de alimentos.

SEÑALIZACIÓN DE LAS RECOMPENSAS DOPAMINÉRGICAS RELACIONADAS CON EL CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN HOMEOSTÁTICA

La evidencia creciente indica que los reguladores homeostáticos de la ingesta de alimentos, como la leptina, la insulina y la grelina, controlan e interactúan con el circuito de recompensa de la ingesta de alimentos y, por lo tanto, regulan los aspectos conductuales de la ingesta y el condicionamiento de los estímulos alimentarios (Abizaid et al., 2006; Fulton et al., 2006; Hommel et al., 2006; Baicy et al., 2007; Farooqi et al., 2007; Palmiter, 2007; Konner et al., 2011; Volkow et al., 2011). Los hallazgos recientes revelan que las hormonas implicadas en la regulación de la homeostasis energética también afectan directamente a las neuronas DA; por ejemplo, la leptina y la insulina inhiben directamente las neuronas DA, mientras que la grelina las activa (Palmiter, 2007; Kenny, 2011).

Hommel y colaboradores demostraron que las neuronas VTA DA expresan el ARNm del receptor de leptina y responden a la leptina con la activación de una vía intracelular JAK-STAT (transductor de señal de quinasa Janus y activador de la transcripción), que es la vía principal involucrada en el receptor de leptina. señalización descendente, así como una reducción en la velocidad de disparo de las neuronas DA (Hommel et al., 2006). Este estudio mostró que la administración directa de leptina al VTA causó una disminución en la ingesta de alimentos, mientras que la reducción a largo plazo de los receptores de leptina mediada por RNAi en el VTA condujo a un aumento en la ingesta de alimentos, la actividad locomotora y la sensibilidad a alimentos altamente sabrosos. Estos datos apoyan un papel crítico para los receptores de leptina VTA en la regulación del comportamiento alimentario y proporcionan evidencia funcional para la acción directa de una señal metabólica periférica en las neuronas VTA DA. Estos resultados son consistentes con la idea de que la señalización de leptina en el VTA normalmente suprime la señalización de DA y, en consecuencia, disminuye tanto la ingesta de alimentos como la actividad locomotora. Esto sugiere un papel fisiológico para la señalización de leptina en el VTA, aunque los autores no demostraron que el efecto de la inyección de virus en la alimentación se correlacionara directamente con el aumento de la señalización de DA (Hommel et al., 2006).

Fulton y sus colaboradores también investigaron la importancia funcional de la acción de la leptina en las neuronas VTA DA, para ampliar la comprensión de las múltiples acciones de la leptina en el circuito de recompensa de la DA (Fulton et al., 2006). Mediante el uso de inmunohistoquímica de etiqueta doble, observaron un aumento de la fosforilación de STAT3 en el VTA después de la administración de leptina periférica. Estas neuronas positivas para pSTAT3 se colocalizan con neuronas DA y, en menor medida, con marcadores para las neuronas GABA. El rastreo neuronal retrógrado de la NAc reveló la colocalización del trazador con pSTAT3, lo que indica que un subconjunto de neuronas VTA DA que expresan receptores de leptina se proyectan a la NAc. Cuando evaluaron la función de la leptina en el VTA, encontraron que ob / ob los ratones tuvieron una respuesta locomotora disminuida a la anfetamina, y carecieron de sensibilización locomotora a las repetidas inyecciones de anfetamina; ambos defectos fueron revertidos por la infusión de leptina, lo que indica que la vía DA de mesoaccumbens, crítica para integrar el comportamiento motivado, también responde a esta señal derivada del adiposo (Fulton et al., 2006). Estas líneas de evidencia sugirieron de manera importante la acción de la leptina en el sistema de recompensa de DA. Sin embargo, dado que el nivel fisiológico de la expresión del receptor de leptina parece ser muy bajo en el cerebro medio, los niveles normales de leptina circulante parecen tener poco efecto sobre la señalización del receptor de leptina dentro del VTA. Por lo tanto, si in vivo la leptina puede ejercer un efecto significativo para inhibir la actividad de las neuronas DA a través de sus receptores en VTA sigue siendo cuestionable (Palmiter, 2007).

También hay estudios en humanos que muestran que la leptina puede controlar respuestas gratificantes. Farooqi y sus colaboradores informaron que los pacientes con deficiencia de leptina congénita mostraron activación de los objetivos mesolímbicos de DA (Farooqi et al., 2007). En el estado de deficiencia de leptina, las imágenes de alimentos populares provocaron una mayor respuesta de deseo, incluso cuando el sujeto acaba de ser alimentado, mientras que después del tratamiento con leptina, las imágenes de alimentos populares generaron esta respuesta solo en el estado de ayuno, un efecto consistente Con la respuesta en sujetos control. La leptina reduce la activación en el NAc-caudado, y la activación mesolímbica (Farooqi et al., 2007). Por lo tanto, este estudio sugiere que la leptina disminuyó las respuestas gratificantes a los alimentos, actuando sobre el sistema DA (Farooqi et al., 2007; Volkow et al., 2011). Otro estudio de resonancia magnética magnética por Baicy et al., También realizado con pacientes con deficiencia de leptina congénita, mostró que durante la observación de estímulos relacionados con los alimentos, el reemplazo de leptina redujo la activación neural en las regiones del cerebro relacionadas con el hambre (la ínsula, la corteza parietal y temporal), mientras que mejora de la activación en regiones vinculadas a la inhibición y la saciedad (la corteza prefrontal; Baicy et al., 2007). Por lo tanto, parece que la leptina actúa en los circuitos neuronales involucrados en el hambre y la saciedad con control inhibitorio.

Se sabe que otra hormona peptídica, la grelina, que se produce en el estómago y el páncreas, aumenta el apetito y la ingesta de alimentos (Abizaid et al., 2006). El secretagogo de la hormona del crecimiento del receptor de ghrelina 1 (GHSR) está presente en los centros hipotalámicos, así como en el VTA. Abizaid y colaboradores demostraron que en ratones y ratas, la grelina se unió a las neuronas del VTA, donde provocó un aumento de la actividad neuronal de la DA, la formación de sinapsis y la rotación de la DA en la NAc, de una manera dependiente de la GHSR. Además, demostraron que la administración directa VTA de ghrelina también desencadenó el comportamiento de alimentación, mientras que la administración intra-VTA de un antagonista selectivo de GHSR bloqueó el efecto orexigenic de la ghrelina circulante, y la alimentación de rebote embotada después del ayuno, lo que sugiere que el circuito de recompensa DA está dirigido a grelina para influir en la motivación de los alimentos (Abizaid et al., 2006).

Se ha demostrado que la insulina, que es una de las hormonas clave implicadas en la regulación del metabolismo de la glucosa e inhibe la alimentación, también regula el sistema de DA en el cerebro. Los receptores de insulina se expresan en regiones del cerebro que son ricas en neuronas DA, como el cuerpo estriado y el mesencéfalo (Zahniser et al., 1984; Figlewicz et al., 2003), sugiriendo una interacción funcional entre los sistemas de insulina y DA. De hecho, se ha demostrado que la insulina actúa sobre las neuronas DA, y la infusión de insulina en el VTA disminuye la ingesta de alimentos en ratas (Figlewicz et al., 2008; Bruijnzeel et al., 2011). Estudios recientes sobre la eliminación selectiva de los receptores de insulina en las neuronas DA del cerebro medio en ratones demostraron que esta manipulación produce un aumento del peso corporal, aumento de la masa grasa e hiperfagia (Konner et al., 2011). Mientras que la insulina estimuló de forma aguda la frecuencia de activación en 50% de las neuronas VTA / SN dopaminérgicas, esta respuesta se eliminó en aquellos ratones con el receptor de insulina eliminado de forma selectiva en las neuronas DA. Curiosamente, en estos ratones, la expresión del receptor D2 en el VTA se redujo en comparación con los ratones de control. Además, estos ratones mostraron una respuesta alterada a la cocaína en condiciones de restricción de alimentos (Konner et al., 2011). Otro informe reciente indica que la insulina puede inducir una depresión a largo plazo (LTD) de las sinapsis excitadoras de ratones en las neuronas VTA DA (Labouèbe et al., 2013). Además, después de una comida azucarada alta en grasa, que eleva los niveles de insulina endógena, se ocluye el LTD inducido por la insulina. Finalmente, la insulina en el VTA reduce el comportamiento anticipatorio de la comida en ratones y la CPP para la comida en ratas. Este estudio plantea un tema interesante sobre cómo la insulina puede modular los circuitos de recompensa y sugiere un nuevo tipo de plasticidad sináptica inducida por la insulina en las neuronas VTA DA (Labouèbe et al., 2013).

CONCLUSIONES Y DIRECCIONES FUTURAS

Esta revisión se ha centrado en la función del sistema DA, concentrándose principalmente en las funciones de los receptores D1 y D2 en las conductas relacionadas con la recompensa, incluida la adicción y la motivación de los alimentos. Sin embargo, es bien sabido que el sistema DA en este circuito de recompensa es una modulación fina por parte de glutamatérgica, GABAergic y otros sistemas de neurotramistores, que forman circuitos específicos para codificar los correlatos neuronales de los comportamientos. Los avances recientes en las herramientas optogenéticas para alterar la activación neuronal y la función con la luz, así como los DREADD, junto con la manipulación genética de células o circuitos neuronales específicos, ahora nos permiten refinar nuestra comprensión de los circuitos de recompensa en la adicción y el valor hedónico de la ingesta de alimentos. . No cabe duda de que estas líneas de investigación han proporcionado una base para la dirección futura de nuestro estudio en neurocircuitos del sistema DA en estos comportamientos. Los estudios futuros podrían incluir manipulaciones ampliadas de moléculas de señalización importantes, por ejemplo, moléculas de señalización implicadas en las cascadas de señalización del receptor D1 y D2, para explorar el impacto de estas moléculas en la inducción y expresión de comportamientos de recompensa específicos. Dado que estos dos receptores emplean rutas de señalización distintas, en términos de su acoplamiento de proteína G respectivo, así como en la activación de moléculas singulares comunes como ERK, la distribución diferencial de los receptores, así como de sus moléculas de señalización corriente abajo pueden dar como resultado Un tipo diferente de respuesta fisiológica. Además, con esta evolución conceptual y técnica del sistema DA en los comportamientos, esta investigación tendrá implicaciones importantes en la investigación clínica de trastornos neurológicos relacionados y enfermedades psiquiátricas. Por lo tanto, nuestros continuos esfuerzos para identificar y caracterizar la organización y modificación de las funciones sinápticas de DA en animales y humanos contribuirán a la elucidación de los circuitos neuronales que subyacen a la fisiopatología de la adicción a las drogas y los trastornos alimentarios.

Declaracion de conflicto de interes

El autor declara que la investigación se llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un posible conflicto de intereses.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue apoyado por la subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el gobierno de Corea (MSIP; No. 2011-0015678, No. 2012-0005303), MSIP: el Ministerio de Ciencia, TIC y Planificación Futura y por una subvención del Proyecto Coreano de Investigación y Desarrollo de Tecnología Sanitaria (A111776) del Ministerio de Salud y Bienestar de la República de Corea.

Referencias

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