J Genet Syndr Gene Ther. 2013 febrero 10; 4(121): 1000121. doi 10.4172 / 2157-7412.1000121
Resumen
Habiendo entrado en la era de la genómica con confianza en el futuro de la medicina, incluida la psiquiatría, la identificación del papel del ADN y las asociaciones polimórficas con los circuitos de recompensa cerebral ha llevado a una nueva comprensión de todas las conductas adictivas. Cabe destacar que esta estrategia puede brindar tratamiento a los millones de personas que son víctimas del "Síndrome de deficiencia de recompensa" (SDR), un trastorno genético de los circuitos de recompensa cerebral. Este artículo se centrará en que las drogas y los alimentos sean mutuamente adictivos, y el papel de la genética y la función de la dopamina en las adicciones, incluida la interacción del transportador de dopamina y los alimentos con sodio. Revisaremos brevemente nuestro concepto que concierne a los antecedentes genéticos de las adicciones múltiples (RDS). Los estudios también han demostrado que la evaluación de un panel de genes y polimorfismos de recompensa establecidos permite la estratificación del riesgo genético para el SDR. El panel se llama "Puntaje de riesgo de adicción genética (GARS)" y es una herramienta para el diagnóstico de una predisposición genética para el SDR. El uso de esta prueba, como lo señalaron otros, beneficiaría a la comunidad médica al identificar a las personas en riesgo a una edad muy temprana. Fomentamos, en profundidad, el trabajo tanto en modelos animales como humanos de adicción. Fomentamos una mayor exploración de los correlatos neurogenéticos de los puntos en común entre la adicción a los alimentos y las drogas y respaldamos las hipótesis de pensamiento avanzado como "La hipótesis de la adicción a la comida salada".
Introducción
La dopamina (DA) es un neurotransmisor en el cerebro que controla los sentimientos de bienestar. Esta sensación de bienestar es el resultado de la interacción de DA y neurotransmisores como la serotonina, los opioides y otras sustancias químicas del cerebro. Los niveles bajos de serotonina están asociados con la depresión. Los niveles altos de opioides (el opio del cerebro) también se asocian con una sensación de bienestar [1]. Además, los receptores DA, una clase de receptores acoplados a proteína G (GPCR), han sido el objetivo del desarrollo de fármacos para el tratamiento de trastornos neurológicos, psiquiátricos y oculares [2]. DA ha sido llamada la molécula “antiestrés” y / o “placer”, pero Salamone y Correa han debatido esto recientemente [3] y Sinha [4].
En consecuencia, hemos argumentado [5–8] que Nucleus accumbens (NAc) DA tiene un papel en los procesos motivacionales, y que la disfunción mesolímbica DA puede contribuir a los síntomas motivacionales de la depresión, las características del abuso de sustancias y otros trastornos [3]. Aunque se ha vuelto tradicional etiquetar a las neuronas DA como neuronas de recompensa, esto es una generalización excesiva, y es necesario considerar cómo los diferentes aspectos de la motivación se ven afectados por las manipulaciones dopaminérgicas. Por ejemplo, NAc DA está involucrada en los procesos de Pavlov, y en el aprendizaje instrumental del comportamiento de enfoque apetitivo, la motivación aversiva, los procesos de activación del comportamiento, la participación sostenida en la tarea y el esfuerzo, aunque no media el hambre inicial, la motivación para comer o el apetito [3,5–7].
Si bien es cierto que NAc DA está involucrada en procesos motivacionales apetitosos y aversivos, argumentamos que la DA también está involucrada como un mediador importante en la motivación alimentaria primaria o el apetito similar a las drogas de abuso. Una revisión de la literatura proporciona una serie de artículos que muestran la importancia de la DA en el comportamiento del deseo alimentario y la mediación del apetito [6,7]. El oro ha sido pionero en el concepto de adicción a la comida [5–8]. Avena et al. El9] argumentan correctamente que debido a que las drogas adictivas estimulan las mismas vías neurológicas que evolucionaron para responder a las recompensas naturales, la adicción a los alimentos parece plausible. Además, el azúcar en sí es notable como una sustancia que libera opioides y DA y, por lo tanto, podría esperarse que tenga un potencial adictivo. Específicamente, las adaptaciones neuronales incluyen cambios en la unión del receptor de opioides y DA, la expresión del ARNm de encefalina y la liberación de DA y acetilcolina en el NAc. La evidencia apoya la hipótesis de que bajo ciertas circunstancias las ratas pueden volverse dependientes del azúcar.
El trabajo de Wang et al. El10] que involucra estudios de imágenes cerebrales en humanos ha implicado a circuitos modulados por DA en el comportamiento (s) patológico de alimentación. Sus estudios sugieren que la DA en el espacio extracelular del cuerpo estriado se ve incrementada por las señales de los alimentos, esto es evidencia de que la DA está potencialmente involucrada en las propiedades motivacionales no hedónicas de los alimentos. También encontraron que el metabolismo de la corteza orbitofrontal aumenta con las señales de los alimentos, lo que indica que esta región está asociada con la motivación para la mediación del consumo de alimentos. Existe una reducción observada en la disponibilidad del receptor de DA D2 estriatal en sujetos obesos, similar a la reducción en sujetos adictos a las drogas, por lo tanto, los sujetos obesos pueden estar predispuestos a usar alimentos para compensar temporalmente los circuitos de recompensa estimulados por debajo de la estimulación [11]. En esencia, los poderosos efectos de refuerzo de los alimentos y las drogas están en parte mediados por los aumentos abruptos de DA en los centros de recompensa del cerebro mesolímbico. Volkow et al. El11] señalan que los aumentos abruptos de DA pueden anular los mecanismos de control homeostático en el cerebro de las personas vulnerables. Los estudios de imágenes cerebrales han delineado la disfunción neurológica que genera las características compartidas de las adicciones a los alimentos y las drogas. La piedra angular de lo común, de las causas de raíz de la adicción son los impedimentos en las vías dopaminérgicas que regulan los sistemas neuronales asociados también con el autocontrol, el condicionamiento, la reactividad al estrés, la sensibilidad de la recompensa y la motivación de incentivos [11]. El metabolismo en las regiones prefrontales está involucrado en el control inhibitorio, en los sujetos obesos, la incapacidad de limitar la ingesta de alimentos involucra a la grelina y puede ser el resultado de una disminución de los receptores DA D2 que se asocian con una disminución del metabolismo prefrontal [12]. Las regiones límbicas y corticales involucradas con la motivación, la memoria y el autocontrol, se activan por estimulación gástrica en sujetos obesos [10] y durante el deseo de drogas en sujetos drogadictos. El aumento del metabolismo en la corteza somatosensorial de los sujetos obesos sugiere una mayor sensibilidad a las propiedades sensoriales de los alimentos. Esta mayor sensibilidad a la palatabilidad de los alimentos, junto con la reducción de los receptores DA D2, podría hacer de los alimentos el reforzador saliente para el consumo compulsivo y el riesgo de obesidad [10]. Los resultados de esta investigación indican que numerosos circuitos cerebrales están alterados en la obesidad y la adicción a las drogas y que la prevención y el tratamiento de la obesidad pueden beneficiarse de estrategias dirigidas a mejorar la función de la DA.
Lindblom et al. El13] informaron que la dieta como una estrategia para reducir el peso corporal a menudo falla, ya que causa antojos de alimentos que conducen a atracones y recuperación de peso. También están de acuerdo en que la evidencia de varias líneas de investigación sugiere la presencia de elementos compartidos en la regulación neuronal de los antojos de alimentos y drogas. Lindblom et al. El13] cuantificó la expresión de ocho genes implicados en la señalización de DA en regiones cerebrales relacionadas con el sistema DA mesolímbico y nigrostriatal en ratas macho sometidas a restricción alimentaria crónica mediante la reacción cuantitativa en cadena de la polimerasa en tiempo real. Encontraron que los niveles de ARNm de tirosina hidroxilasa y el transportador de dopamina en el área tegmental ventral aumentaron fuertemente por restricción alimenticia y también se observó una regulación simultánea de DAT al nivel de proteína en la cáscara de la NAc mediante autorradiografía cuantitativa. El hecho de que estos efectos se observaron después de una restricción alimentaria crónica en lugar de aguda sugiere que puede haber ocurrido una sensibilización de la vía de dopamina mesolímbica. Por lo tanto, la sensibilización posiblemente debida a un mayor aclaramiento de la dopamina extracelular de la capa de NAc puede ser una de las causas subyacentes de los antojos de alimentos que dificultan el cumplimiento de la dieta. Estos hallazgos están de acuerdo con hallazgos anteriores de Patterson et al. El14]. Demostraron que la infusión directa de insulina intracerebroventricular produce un aumento en los niveles de ARNm para el transportador de recaptación de DA DAT. En un estudio de privación de alimentos de 24 a 36-hora se utilizó la hibridación in situ para evaluar los niveles de ARNm de DAT en ratas privadas de alimentos (hipoinsulinémicas). Los niveles en el área tegmental ventral / sustancia negra pars compacta disminuyeron significativamente, lo que sugiere que la moderación de la función DAT estriatal puede verse afectada por el estado nutricional, el ayuno y la insulina. Ifland et al. El15] avanzó la hipótesis de que los alimentos procesados con altas concentraciones de azúcar y otros edulcorantes refinados, carbohidratos refinados, grasas, sal y cafeína son sustancias adictivas. Otros estudios han evaluado la sal como un factor importante en el comportamiento de búsqueda de alimentos. Roitman et al. El16] señala que el aumento de la transmisión de DA en la NAc se correlaciona con comportamientos motivados, incluido el apetito de Na. La transmisión DA está modulada por DAT y puede desempeñar un papel en los comportamientos motivados. En sus estudios en vivo, las disminuciones robustas en la captación de DA a través de DAT en la NAc de rata se correlacionaron con el apetito de Na inducido por el agotamiento de Na. Disminución de la actividad DAT en la NAc se observó después de in vitro Tratamiento con aldosterona. Por lo tanto, una reducción en la actividad DAT, en la NAc, puede ser la consecuencia de una acción directa de la Aldosterona y puede ser un mecanismo por el cual el agotamiento del Na induce la generación de una transmisión aumentada de NAc DA durante el apetito de Na. El aumento de NAc DA puede ser la propiedad motivadora de la rata empobrecida en Na. El apoyo adicional al papel de los alimentos salados como posible sustancia (alimento) de abuso ha dado lugar a la "Hipótesis de la adicción a los alimentos salados" propuesta por Cocores y Gold [17]. En un estudio piloto, para determinar si los alimentos salados actúan como un agonista opiáceo suave que impulsa la sobrealimentación y el aumento de peso, encontraron que un grupo dependiente de opiáceos desarrolló un aumento de 6.6% en peso durante la abstinencia de opiáceos que muestra una fuerte preferencia por los alimentos salados. Basado en esta y otra literatura [18] sugieren que los alimentos salados pueden ser una sustancia adictiva que estimula los receptores de opiáceos y DA en el centro de recompensa y placer del cerebro. Alternativamente, la preferencia, el hambre, la urgencia y el deseo de comer alimentos salados "sabrosos" pueden ser síntomas de la abstinencia de opiáceos y el efecto opio de los alimentos salados. Tanto los alimentos salados como la abstinencia de opiáceos estimulan el apetito de Na, aumentan el consumo de calorías, comen en exceso y tienen enfermedades relacionadas con la obesidad.
Función dopaminérgica cerebral
Gen del receptor de dopamina D2 (DRD2)
Cuando es sináptico, el DA estimula los receptores de DA (D1 – D5), los individuos experimentan una reducción del estrés y sentimientos de bienestar [19]. Como se mencionó anteriormente, la vía dopaminérgica mesocorticolímbica media el refuerzo tanto de recompensas no naturales como de recompensas naturales. Los impulsos naturales son impulsos fisiológicos reforzados, como el hambre y la reproducción, mientras que las recompensas no naturales implican la satisfacción de los placeres adquiridos adquiridos, sensaciones hedónicas como las derivadas de las drogas, el alcohol, el juego y otras conductas de riesgo [8,20,21].
Un gen DA notable es el gen DRD2 que es responsable de la síntesis de los receptores DA D2 [22]. La forma alélica del gen DRD2 (A1 frente a A2) dicta la cantidad de receptores en los sitios posteriores a la unión y la función hipodopaminérgica [23,24]. Una escasez de receptores de DA predispone a los individuos a buscar cualquier sustancia o comportamiento que estimule el sistema dopaminérgico [25–27].
El gen DRD2 y el DA se han asociado durante mucho tiempo con la recompensa [28] a pesar de la controversia [3,4]. Aunque el alelo Taq1 A1 del gen DRD2, se ha asociado con muchos trastornos neuropsiquiátricos e inicialmente con alcoholismo severo, también se asocia con otras adicciones a sustancias y procesos, así como al síndrome de Tourette, un comportamiento de búsqueda de alta novedad, trastorno por déficit de atención e hiperactividad. (TDAH), y en niños y adultos, con síntomas de trastorno de personalidad antisocial comórbida [28].
Si bien este artículo se enfocará en que las drogas y los alimentos sean mutuamente adictivos, y el papel de la genética y la función de la DA en las adicciones, para completar, revisaremos brevemente nuestro concepto que concierne a los antecedentes genéticos de las adicciones múltiples. El "Síndrome de deficiencia de recompensa" (RDS) se describió por primera vez en 1996 como un predictor genético teórico de conductas compulsivas, adictivas e impulsivas, al darse cuenta de que la variante genética DRD2 A1 está asociada con estas conductas [29–32]. RDS implica los mecanismos de placer o recompensa que dependen de DA. Los comportamientos o condiciones que son consecuencia de la resistencia o el agotamiento de la DA son manifestaciones de RDS [30]. La deficiencia de recompensa bioquímica de un individuo puede ser leve, el resultado de un exceso de indulgencia o estrés o más grave, el resultado de una deficiencia de DA basada en la composición genética. Las rutas de RDS o anti-recompensa ayudan a explicar cómo ciertas anomalías genéticas pueden dar lugar a un comportamiento aberrante complejo. Puede haber una neurobiología, un neurocircuito y una neuroanatomía comunes para varios trastornos psiquiátricos y adicciones múltiples. Es bien sabido que las drogas de abuso, alcohol, sexo, comida, juegos de azar y emociones agresivas, de hecho, los reforzadores más positivos, causan la activación y liberación neuronal del DA cerebral y pueden disminuir los sentimientos negativos. Los antojos anormales están vinculados a una función DA baja [33]. Aquí hay un ejemplo de cómo los comportamientos complejos pueden ser producidos por antecedentes genéticos específicos. Una deficiencia de, por ejemplo, los receptores D2 es consecuencia de tener la variante A1 del gen DRD2 [34] puede predisponer a los individuos a un alto riesgo de antojos que pueden ser satisfechos por múltiples conductas adictivas, impulsivas y compulsivas. Esta deficiencia podría agravarse si el individuo tuviera otro polimorfismo en, por ejemplo, el gen DAT que causó la eliminación excesiva de DA de la sinapsis. Además, el uso de sustancias y comportamientos aborígenes también agotan la DA. Por lo tanto, el SDR se puede manifestar en formas severas o leves que son consecuencia de una incapacidad bioquímica para obtener recompensas de las actividades cotidianas y ordinarias. Aunque muchos genes y polimorfismos predisponen a los individuos a una función DA anormal, los portadores del alelo Taq1 A1 del gen DRD2 carecen de suficientes sitios receptores de DA para lograr una sensibilidad adecuada a la DA. Este déficit de DA en el sitio de recompensa del cerebro puede provocar apetitos y ansias poco saludables. En esencia, buscan sustancias como alcohol, opiáceos, cocaína, nicotina, glucosa y comportamientos; incluso los comportamientos anormalmente agresivos que se sabe que activan las vías dopaminérgicas y causan la liberación preferencial de DA en la NAc. Ahora hay evidencia de que, en lugar de la NAc, la corteza cingulada anterior puede estar involucrada en la toma de decisiones operantes, basadas en el esfuerzo [35–37] y un sitio de recaída.
La alteración del gen DRD2 o de otros genes receptores de DA, como el DRD1 involucrado en la homeostasis y la llamada función cerebral normal, podría conducir a trastornos neuropsiquiátricos que incluyen un comportamiento aberrante de búsqueda de drogas y alimentos. Se ha demostrado que el abuso de drogas prenatales en la mujer embarazada tiene efectos profundos del estado neuroquímico de la descendencia. Estos incluyen etanol [38]; cannabis [39]; heroína [40]; cocaína41]; y el abuso de drogas en general [42]. Más recientemente, Novak et al. El43] proporcionaron pruebas sólidas que demuestran que el desarrollo anormal de las neuronas del estriado es parte de la patología subyacente a las principales enfermedades psiquiátricas. Los autores identificaron una red de genes poco desarrollada (temprana) en ratas que carece de importantes vías del receptor del estriado (señalización). En dos semanas postnatales, la red está regulada y reemplazada por una red de genes maduros que expresan genes específicos del estriado, incluidos los receptores DA D1 y D2, y que proporcionan a estas neuronas su identidad funcional y características fenotípicas. Por lo tanto, este cambio en el desarrollo, tanto en la rata como en el humano, tiene el potencial de ser un punto de susceptibilidad a la interrupción del crecimiento por factores ambientales tales como un exceso en los alimentos, como la sal y el abuso de drogas.
Transportador de dopamina (DAT)
El transportador DA (también el transportador activo DA, DAT, SLC6A3) es una proteína que se extiende sobre la membrana y bombea el neurotransmisor DA de la sinapsis al citosol, desde donde otros transportadores conocidos secuestran el DA y la norepinefrina en vesículas neuronales para su posterior almacenamiento y posterior liberación44].
La proteína DAT está codificada por un gen ubicado en el cromosoma humano 5, tiene aproximadamente 64 kbp y consta de un exón que codifica 15. Específicamente, el gen DAT (SLC6A3 o DAT1) se localiza en el cromosoma 5p15.3. Además, existe un polimorfismo VNTR dentro de la región no codificadora 3 ′ de DAT1. Un polimorfismo genético en el gen DAT que afecta la cantidad de proteína expresada es evidencia de una asociación entre trastornos relacionados con DA y DAT [45]. Está bien establecido que el DAT es el mecanismo principal que elimina la DA de las sinapsis, excepto en la corteza prefrontal donde la recaptación de DA involucra norepinefrina [46,47]. El DAT finaliza la señal DA eliminando el DA de la hendidura sináptica y depositándolo en las células circundantes. Es importante destacar que varios aspectos de la recompensa y la cognición son funciones de DA y DAT facilita la regulación de la señalización de DA [48].
Cabe destacar que DAT es una proteína de membrana integral y se considera un simportador y un cotransportador que mueve el DA desde la hendidura sináptica a través de la membrana celular de fosfolípidos al acoplar su movimiento al movimiento de los iones Na por el gradiente electroquímico (difusión facilitada) y en la celda
Además, la función DAT requiere la unión secuencial y el co-transporte de dos iones Na y un ion cloruro con el sustrato DA. La fuerza impulsora para la recaptación de DA mediada por DAT es el gradiente de concentración de iones generado por la membrana plasmática Na + / K + ATPasa [49].
Sonders et al. El50] evaluó el papel del modelo ampliamente aceptado para la función del transportador de monoamina. Encontraron que la función normal del transportador de monoaminas requiere reglas establecidas. Por ejemplo, los iones de Na deben unirse al dominio extracelular del transportador antes de que se pueda unir el DA. Una vez que la DA se une, la proteína experimenta un cambio conformacional, que permite que tanto el Na como la DA se desprendan del lado intracelular de la membrana. Varios estudios electrofisiológicos han confirmado que DAT transporta una molécula de neurotransmisor a través de la membrana con uno o dos iones Na como otros transportadores de monoamina. Se requieren iones de cloruro cargados negativamente para evitar una acumulación de carga positiva. Estos estudios utilizaron DA radiactivo y también han demostrado que la velocidad y la dirección de transporte dependen totalmente del gradiente de Na [51].
Ya que es bien sabido que muchas drogas de abuso causan la liberación de DA neuronal [52], DAT puede tener un papel en este efecto. Debido al estrecho acoplamiento del potencial de membrana y el gradiente de Na, los cambios inducidos por la actividad en la polaridad de la membrana pueden influir dramáticamente en las tasas de transporte. Además, el transportador puede contribuir a la liberación de DA cuando la neurona se despolariza [53]. En esencia, como lo señalaron Vandenbergh et al. El54] la proteína DAT regula la neurotransmisión mediada por DA mediante la acumulación rápida de DA que se ha liberado en la sinapsis.
La topología de la membrana DAT fue inicialmente teórica, determinada en base al análisis de secuencia hidrofóbica y la similitud con el transportador GABA. La predicción inicial de Kilty et al. El55] de un gran bucle extracelular entre el tercero y el cuarto de doce dominios transmembrana fue confirmado por Vaughan y Kuhar [56] cuando usaron proteasas, para digerir proteínas en fragmentos más pequeños, y glicosilación, que ocurre solo en los bucles extracelulares, para verificar la mayoría de los aspectos de la estructura DAT.
DAT se ha encontrado en regiones del cerebro donde hay circuitos dopaminérgicos, estas áreas incluyen vías mesocorticales, mesolímbicas y nigrostriatales [57]. Los núcleos que forman estas vías tienen distintos patrones de expresión. No se detectó DAT en ninguna hendidura sináptica, lo que sugiere que la recaptación de DA estriatal se produce fuera de las zonas sinápticas activas después de que la DA se haya difundido desde la hendidura sináptica.
Dos alelos, la repetición 9 (9R) y la repetición 10 (10R) VNTR pueden aumentar el riesgo de comportamientos de RDS. La presencia del 9R VNTR se ha asociado con el alcoholismo y el trastorno por uso de sustancias. Se ha demostrado que aumenta la transcripción de la proteína DAT dando como resultado un mejor aclaramiento de la DA sináptica, lo que resulta en una reducción de la DA y en la activación de las neuronas postsinápticas por la DA [58]. Las repeticiones en tándem del DAT se han asociado con sensibilidad de recompensa y alto riesgo de trastorno por déficit de atención e hiperactividad (TDAH) tanto en niños como en adultos [59,60]. El alelo de repetición 10 tiene una asociación pequeña pero significativa con los síntomas de hiperactividad-impulsividad (HI) [61].
Mapeo de genes de recompensa y RDS
Soporte para la naturaleza impulsiva de individuos que poseen variantes de genes dopaminérgicos y otros neurotransmisores (por ejemplo, DRD2, DRD3, DRD4, DAT1, COMT, MOA-A, SLC6A4, Mu, GABA)B) se deriva de una serie de estudios importantes que ilustran el riesgo genético de los comportamientos de búsqueda de fármacos basados en estudios de asociación y vinculación que implican a estos alelos como antecedentes de riesgo que tienen un impacto en el sistema mesocorticolímbico (Tabla 1). Nuestro laboratorio, junto con LifeGen, Inc. y Dominion Diagnostics, Inc., está llevando a cabo una investigación en doce centros selectos de los Estados Unidos para validar la primera prueba genética patentada para determinar el riesgo genético de RDS de un paciente llamado Genetic Addiction risk Score Score ( GARS).
AGRADECIMIENTOS
Los autores aprecian el aporte editorial experto de Margaret A. Madigan y Paula J. Edge. Apreciamos los comentarios de Eric R. Braverman, Raquel Lohmann, Joan Borsten, BW Downs, Roger L. Waite, Mary Hauser, John Femino, David E Smith y Thomas Simpatico. Marlene Oscar-Berman ha recibido subvenciones de los Institutos Nacionales de la Salud, NIAAA RO1-AA07112 y K05-AA00219 y el Servicio de Investigación Médica del Departamento de Asuntos de Veteranos de los EE. UU. También reconocemos el aporte del reporte de caso Karen Hurley, Directora Ejecutiva del Instituto Nacional de Estudios de Adicción Holística, North Miami Beach, Florida. En parte, este artículo fue respaldado por un gran premio otorgado a la fundación Path NY de Life Extension Foundation.
Notas a pie de página
Este es un artículo de acceso abierto distribuido según los términos de la Licencia de Atribución de Creative Commons, que permite el uso, la distribución y la reproducción sin restricciones en cualquier medio, siempre que se acredite al autor original y la fuente.
Conflicto de intereses Kenneth Blum, PhD., Posee una serie de patentes estadounidenses y extranjeras relacionadas con el diagnóstico y el tratamiento del SDR, que ha sido licenciada exclusivamente a LifeGen, Inc. Lederach, PA. Dominion Diagnostics, LLC, North Kingstown, Rhode Island, junto con LifeGen, Inc., participan activamente en el desarrollo comercial de GARS. John Giordano también es socio de LifeGen, Inc. No existen otros conflictos de intereses y todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito.