Kommentit: Parkinsonin taudin hiirimallissa juoksumatto kasvatti dopamiini D2 -reseptoreita. Riippuvuudet aiheuttavat D2-reseptorien vähenemisen, mikä on osittain siedätysherkkyyden syy. Toinen syy käyttää.
Liikehäiriöt
Osa 25, numero 16, sivut 2777-2784, 15 joulukuu 2010
Abstrakti
Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia dopamiini D2 -reseptorin (DA-D2R) ilmentymisen muutoksia MPTP-hiirten tyvitumakkeissa, joille tehtiin intensiivinen juoksumattoharjoittelu. Käyttämällä synaptoneurosomien Western-immunoblot-analyysiä ja DA-D2R-spesifistä ligandia [ 18F ]fallypridia käyttävää in vivo -positroniemissiotomografiaa (PET) havaitsimme, että tehokas juoksumattoharjoittelu johti striataalisen DA-D2R-ilmentymisen lisääntymiseen, joka oli selkeintä MPTP-hiirillä verrattuna suolaliuoksella käsiteltyihin hiiriin. Liikunnan aiheuttamat muutokset DA-D2R:ssä dopamiiniköyhissä tyvitumakkeissa ovat yhdenmukaisia tämän reseptorin mahdollisen roolin kanssa keskikokoisten piikkisolusolujen (MSN) toiminnan ja käyttäytymisen toipumisen säätelyssä. Tärkeää on, että tämän tutkimuksen havainnot tukevat perustetta käyttää PET-kuvantamista [ 18F ]fallypridilla DA-D2R-muutosten tutkimiseen Parkinsonin tautia (PD) sairastavilla henkilöillä, jotka tekevät tehokasta juoksumattoharjoittelua.
Liikunta parantaa motorista suorituskykyä Parkinsonin tautia (PD) sairastavilla potilailla. 1–3 Eläinmallit , kuten 1-metyyli-4-fenyyli-1,2,3,6-tetrahydropyridiini (MPTP) -hiiri, tarjoavat kriittisen työkalun liikunnan aiheuttaman motorisen käyttäytymisen paranemisen molekyylitason mekanismien tutkimiseen. 4–6 Dopamiini D1- ja D2-reseptorit (DA - D1R ja DA-D2R) ovat dopamiinin ensisijaisia kohteita striataalisen aivokuoren keskipitkän piikkisolun hermosoluissa (MSN) ja moduloivat fysiologisia ominaisuuksia ja solusignalointia. DA-D2R: llä on erityisesti tärkeä rooli pitkäaikaisessa masennuksessa (LTD), joka on synaptisen plastisuuden muoto, johon liittyy glutamatergisen ja dopaminergisen hermovälityksen integroituminen, mikä johtaa motoristen toimintojen koodaamiseen dorsolateraalisessa striatumissa. Ottaen huomioon DA-D2R:n roolin motorisessa säätelyssä, pyrimme selvittämään, johtuuko liikunnan tehostama motoristen toimintojen paraneminen osittain striataalisen DA-D2R:n ilmentymisen lisääntymisestä.
Positroniemissiotomografia (PET) DA-D2R-merkkiaineilla tarjoaa mahdollisuuden suorittaa pitkittäistutkimuksia liikunnan vaikutuksista ihmisiin. Aiemmissa aerobista liikuntaa koskevissa tutkimuksissa on pyritty mittaamaan dopamiinin vapautumista normaaleilla yksilöillä, 7 eikä [ 11C ] raklopridin sitoutumisessa havaittu muutoksia, minkä vuoksi kirjoittajat olettavat, että dopamiinitasoissa tapahtui vain vähän muutoksia. Liikunnan vaikutuksia DA-D2R:n ilmentymiseen ja synaptiseen aktiivisuuteen ei kuitenkaan ole tutkittu. PET-kuvantamisligandi [18F ] fallypridi on erinomainen työkalu tämän tutkimiseen, koska sillä on korkea affiniteetti ja spesifisyys sekä DA-D2R:ään että DA-D3R:ään, ja toisin kuin [ 11C ]raklopridi, endogeenisen dopamiinin lähtötasot eivät helposti syrjäytä sitä. 7–10 Tämä vahvistettiin eläinten reserpiiniesikäsittelyllä (endogeenisen dopamiinin poistamiseksi), jolla ei ollut vaikutusta [ 18F ]fallypridin sitoutumiseen, 9 , 11 mutta joka lisäsi merkittävästi [ 11C ]raklopridin sitoutumista, 8 mikä johtui näennäisen sitoutumisaffiniteetin ( Kd ) muutoksesta pikemminkin kuin reseptorien lukumäärän ( Bmax ) muutoksesta.
Koska [ 18F ]fallypridin sitoutumispotentiaali (BP) on vastustuskykyinen dopamiinin ehtymisestä johtuville muutoksille, mikä viittaa vähäiseen vaikutukseen sen Kd- tai Bmax -arvoihin lähtötilanteessa tai dopamiinin ehtymistilassa, käytimme [ 18F ]fallypridia testataksemme hypoteesiamme, jonka mukaan DA-D2R-ilmentymä lisääntyy MPTP-hiirimallissa intensiivisen liikunnan myötä. 9 , 10 , 12 , 13 Lisäksi PET-kuvantamismittausten tueksi käytimme synaptoneurosomivalmisteiden Western-immunoblot-analyysin täydentävää tekniikkaa mitataksemme DA-D2R-proteiinin ilmentymisen muutoksia synapsien tasolla samoilla eläimillä. Raportoimme tässä liikunnan vaikutukset DA-D2R-ilmentymiseen ja [ 18F ]fallypridiin joko suolaliuoksella tai MPTP:llä käsitellyissä hiiriryhmissä.
Menetelmät
Eläimet, hoitoryhmät ja MPTP-hoito
Kahdeksan viikon ikäisiä urospuolisia C57BL/6-hiiriä (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) pidettiin ryhmissä lämpötilasäädellyssä huoneessa 12 tunnin valo- ja 12 tunnin pimeäsyklin mukaisesti. Kaikki toimenpiteet suoritettiin USC IACUC:n hyväksymän NIH:n laboratorioeläinten hoito- ja käyttöoppaan mukaisesti. Yhteensä 164 hiirtä käytettiin neljässä hoitoryhmässä: (1) suolaliuos (n = 42), (2) suolaliuos ja liikunta (n = 55), (3) MPTP (n = 57) ja (4) MPTP ja liikunta (n = 42). Leesioiden hoitoon hiiret saivat neljä vatsaontelonsisäistä injektiota, joissa oli 20 mg/kg MPTP:tä (vapaa emäs; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) liuotettuna 0.9 % suolaliuokseen, kahden tunnin välein tai neljä vatsaontelonsisäistä injektiota, joissa oli 0.1 ml 0.9 % NaCl:a kontrollina. Leesiot validoitiin striataalisen dopamiinitason HPLC-analyysillä. Kymmenen päivää MPTP-annon jälkeen MPTP-hiirten dopamiinivarastot olivat laskeneet 82.2 % (48.0 ± 8.4 ng/mg proteiinia) suolaliuoshiiriin verrattuna (269.5 ± 24.9 ng/mg proteiinia). Tutkimuksen lopussa striataalisen dopamiinin tasoissa ei ollut merkittävää eroa MPTP- ja liikuntahiirten (69.8 ± 11.7 ng/mg proteiinia) ja MPTP-hiirten (77.9 ± 12.0 ng/mg proteiinia) välillä. Suolaliuos- ja liikuntahiirten striataalisen dopamiinin määrä kuitenkin nousi merkittävästi (315.2 ± 9.0 ng/mg proteiinia) suolaliuoshiiriin verrattuna (246.9 ± 19.8 ng/mg proteiinia) ( F (3,16) = 7.78; P < 0.05).
Juoksumattoharjoitus
Liikunta aloitettiin viisi päivää leesion jälkeen. Kahden liikuntaryhmän (suolaliuos plus liikunta ja MPTP plus liikunta) hiiret koulutettiin juoksemaan 100 cm:n moottoroidulla juoksumatolla (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) vähitellen kasvavilla nopeuksilla kuuden viikon ajan (5 päivää viikossa), kunnes liikuntasuorituksen kesto oli 60 minuuttia päivässä ja nopeus 18–20 m/min. 5 , 6
Magneettikuvaus
Hiiren aivojen kolmiulotteinen tilavuudeltaan T1-painotettu magneettinen resonanssi (MR) -kuva saatiin 7-T-mikro-MRI-järjestelmällä (Bruker Biospin, Billerica, MA). Kuvan hankkimisen parametrit olivat: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, 0.4-mm viipaleen paksuus, 0.45-mm välilasien paksuus, 128 × 128 × 128 matriisin koko.
Radiokemian
[ 18F ]fallypridin synteesi suoritettiin aiemmin kuvatulla tavalla tosyyliesiasteen nukleofiilisen substituutioreaktion kautta [18F]:n kanssa käyttäen räätälöityä radiokemian laitetta.12 Puhdistus tehtiin käänteisfaasi-HPLC:llä C8(2) Phenomenex Luna -kolonnilla käyttäen asetonitriiliä ja natriumfosfaattipuskuria liikkuvana faasina (55:45). UV-absorbanssi mitattiin 254 nm:ssä ja AUFS 0.05:ssä. [18F]fallypridia vastaava radioaktiivinen piikki (retentioaika 17 min) kerättiin ja liuotin poistettiin pyöröhaihduttimella. Lopputuotteen pyrogeenisyys, steriiliys, pH ja orgaanisten liuottimien poistuminen testattiin kaasukromatografialla. Ominaisaktiivisuus ja radiokemiallinen puhtaus arvioitiin Waters HPLC -järjestelmällä käyttäen C8(2) Phenomenex Luna -analytiikkaa. Ominaisaktiivisuus oli välillä 3 000–12 000 Ci/mmol.
PET-mittaukset ja kuva-analyysi
PET-kuvantamiseen käytettiin 20 hiirtä (n = 6 suolaliuos; n = 3 suolaliuos ja rasitus; n = 5 MPTP; ja n = 6 MPTP ja rasitus). Kuvaukset tehtiin Concorde microPET R4 -skannerilla (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) 60 minuutin listatila-kuvausprotokollalla 20 minuutin transmissiokuvauksen jälkeen vaimennuksen korjaamiseksi 68 Ge -lähteellä. [ 18F ]fallypridiä (10.92–11.28 MBq) injektoitiin häntälaskimoon (yksittäinen bolus) emissioskannauksen alussa. Hiiret nukutettiin 2 % isofluoraanilla ja 98 % hapella. Dynaamisen listatilan tiedot lajiteltiin sinogrammeiksi, joissa oli 26 kuvaa (6 × 20 s, 4 × 40 s, 6 × 1 min ja 10 × 5 min), ja rekonstruoitiin kahdella OSEM-iteraatiolla (järjestettyjen osajoukkojen odotusarvon maksimointi) ja sen jälkeen 18 MAP-rekonstruktioalgoritmin (maksimum a posteriori) iteraatiolla.14 Rekonstruoidut kuvat rajattiin sisältämään pää ja interpoloitiin lineaarisesti Z -suunnassa, jolloin saatiin 128 × 128 × 63 kuva, jonka isotrooppiset 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 vokselit olivat. Striatumin korkean resoluution sitoutumispotentiaalikuvat (BP) laskettiin rekonstruoiduista dynaamisista kuvista käyttämällä monilineaarista kudosreferenssimallia15 ja Logan-kuvaajia16, joissa oli korkea aktiivisuus striatumissa ja hyvin matala aktiivisuus pikkuaivoissa (referenssialue). Kiinnostavat anatomiset alueet (striatum ja pikkuaivot) määriteltiin manuaalisesti molemmilla aivopuoliskoilla PET-kuvissa, jotka oli yhdistetty MRI:hin Rview-ohjelmistolla (versio 8.21Beta).17 [ 18F ]fallypridin spesifisen sitoutumisen kvantifiointi hiiren striatumissa suoritettiin käyttämällä BP-arvoa, joka mittaa spesifisen/epäspesifisen sitoutumisen suhdetta tasapainossa.18 , 19 Sitoutumisspesifisyyden osoittamiseksi striatumissa neljä hiirtä kerättiin 60 minuuttia ligandin injektion jälkeen, aivot jäädytettiin nopeasti nestemäisessä typessä, leikattiin 30 μm: n paksuisiksi leikkeiksi ja leikattiin fosforylaatiokuvaajalla (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway, NJ) ( kuva 1 ). Tutkimukset ovat osoittaneet, että [ 18F ]fallypridi sitoutuu spesifisesti DA-D2R:ään, ja koska striatumissa on hyvin vähän DA-D3R:ää, sitoutuminen osoittaa DA-D2R:n käyttöastetta. 9 , 10 , 12 , 13
Kudoskokoelma HPLC: tä ja proteiinianalyysiä varten
Tutkimuksen lopussa aivot poistettiin nopeasti ja selänpuoleinen striatum dissektioitiin tuoreena anatomisten alueiden mukaisesti bregmasta 1.2 0.6 siten, että aivokurkiainen oli selkärajana, aivokurkiaisen lateraalinen puoli lateraalirajana ja etummaisen komissuuran yläpuoli vatsarajana.20
Dopamiinin ja sen metaboliittien HPLC-analyysi
Dopamiinitasot striatumihomogenaateissa (n = 4 ryhmää kohden) määritettiin HPLC:llä sähkökemiallisen detektion avulla.6 Järjestelmä koostui ESA-automaattisesta näytteenottimesta (ESA, Chelmsford, MA), joka oli varustettu 150 × 3.2 mm:n käänteisfaasi-C- 18 -kolonnilla (halkaisija 3 μm), ja CoulArray 5600A:sta (ESA, Chelmsford, MA), joka oli varustettu nelikanavaisella analyysikennolla, jonka potentiaalit oli asetettu arvoihin −75, 50, 220 ja 350 mV.
Western immunoblot -analyysi
Liikunnan vaikutusta DA-D1R:n ja DA-D2R:n synaptiseen ilmentymiseen analysoitiin kahdeksasta dorsolateraalisesta striatumista tuoreena valmistetuissa synaptoneurosomipreparaateissa.21 Tämä toimenpide suoritettiin kolmelle hiiriryhmälle, yhteensä 24 hiirtä koeryhmää kohden (n = 3 preparaattia ryhmää kohden). DA-D1R:n (~50 kDa), DA-D2R:n (~50 kDa), tyrosiinihydroksylaasin (58 kDa), dopamiinikuljettajan (68 kDa) ja α-tubuliinin (50 kDa) (latauskontrollina) proteiinien suhteellista ilmentymistä analysoitiin Western immunoblot -menetelmällä22 käyttäen kaupallisesti saatavilla olevia primaarisia vasta-aineita (kanin polyklonaalisia ja hiiren monoklonaalisia vasta-aineita, Millipore, Temecula, CA). Proteiinijuovat visualisoitiin affiniteettipuhdistetuilla vuohen anti-kani- tai anti-hiiri-sekundaarisilla vasta-aineilla, jotka oli konjugoitu IRDye 680- tai IRDye 800 -proteiiniin (Rockland, Gilbertsville, PA). Fluoresoiva signaali havaittiin skannaamalla suodatin LI-COR Odyssey -lähi-infrapunakuvantamislaitteella ja kvantifioimalla se Odyssey 2.1 -ohjelmistolla (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Tulokset esitetään suhteellisina ilmentymistasoina verrattuna suolaliuosryhmään (asetettu arvoon 100 %).
Tilastollinen analyysi
Ryhmien välisiä eroja [18F]fallypridin, DA-D1R:n ja DA-D2R-proteiinien tasojen verenpaineessa analysoitiin kaksisuuntaisella varianssianalyysillä (ANOVA), jossa hoito määriteltiin koehenkilötekijän mukaan (suolaliuos vs. MPTP) ja liikunta koehenkilötekijän sisällä (ei liikuntaa vs. liikunta). Juoksumattonopeuden maksimaalisen nopeuden testissä käytettiin aikaa koehenkilötekijän välillä (viikko 1, 2 jne.) ja hoito koehenkilötekijän sisällä (suolaliuos vs. MPTP). Bonferroni post hoc -testiä käytettiin korjaamaan useiden vertailujen vaikutusta kiinnostavuuden arvioinnissa. Merkitsevyystaso asetettiin arvoon P < 0.05. Ryhmien välisten erojen käytännön merkityksen tutkimiseksi laskettiin arvio ryhmien välisten erojen suuruudesta käyttämällä vaikutuskokoa (ES) (ES = ryhmän 1 keskiarvo – ryhmän 2 keskiarvo / yhdistetty keskihajonta ). ES heijastaa hoidon vaikutusta kiinnostuksen kohteena olevassa populaatiossa ja se raportoidaan vakiintuneiden kriteerien mukaisesti pieneksi (<0.41), keskisuureksi (0.41–0.70) tai suureksi (>0.70). 23 Analyysi suoritettiin Prism5 for Windows -ohjelmistolla (GraphPad, San Diego, CA).
TULOKSET
Suorituskykyinen juoksumattoharjoittelu paransi moottorin käyttäytymistä MPTP-vaurioituneissa hiirissä
Ennen MPTP-vauriota ja liikunnan aloittamista kaikkien hiirten keskimääräiset lähtönopeudet kahdessa liikuntaryhmässä olivat samankaltaisia (suolaliuos ja liikunta: 11.7 ± 1.1 m/min ja MPTP ja liikunta: 11.2 ± 1.1 m/min). Päivittäinen liikunta 6 viikon ajan paransi juoksumaton maksimaaleja nopeuksia molemmissa liikuntaryhmissä, ja suolaliuos ja liikunta -hiiret osoittivat merkittävästi suurempaa maksimaalista nopeutta verrattuna MPTP ja liikunta -hiiriin viikoilla 1–4 ( kuva 2 ). MPTP ja liikunta -hiiret osoittivat kuitenkin samanlaisia juoksumaton maksimaalisia nopeuksia kuin suolaliuos ja liikunta -hiiret viikolla 5 (MPTP ja liikunta: 17.2 ± 3.6 m/min ja suolaliuos ja liikunta: 22.0 ± 1.5 m/min) ja viikolla 6 (19.2 ± 1.2 m/min ja 22.2 ± 0.9 m/min). Kuten aiemmin on raportoitu, MPTP-vaurioituneet hiiret , joita ei harjoiteltu juoksumattolla, eivät osoittaneet motorisen käyttäytymisen spontaania palautumista, ja niiden maksiminopeus oli 7.0 ± 0.3 m/min kuuden viikon harjoitusjakson lopussa.5
Suuren intensiteetin juoksumattoharjoitus Lisääntynyt striatal DA-D2R mutta ei DA-D1R proteiini
Korkean intensiteetin juoksumattoharjoittelu vaikutti eri tavalla DA-D2R- ja DA-D1R-tasoihin selkärangan synaptoneurosomivalmisteissa, kuten Western blot -analyysi osoitti (Kuvio 3). MPTP plus -harjoitteluhiirillä oli 48.8% nousu striaattisessa DA-D2R: ssä verrattuna MPTP-hiiriin (Kuva 3B) ja merkittävä vuorovaikutus liikunnan ja MPTP-leesioiden välillä DA-D2R-proteiinitasolla (F(1,8) = 6.0; P <0.05). Vastaavasti ryhmien välillä ei ollut vaikutusta DA-D1R-proteiinitasoihin (Kuva 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Pelkästään MPTP-leesio ei muuttanut merkittävästi kumpaakaan DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) tai DA-D1R-ekspressio (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Lisäksi kaksi erilaista proteiinimerkkiä keskiaivojen dopaminergisten kuitujen eheydestä, tyrosiinihydroksylaasi (TH; Kuva 3C) ja dopamiinin kuljettaja (DAT; Kuva 3D), osoitti, että MPTP vähensi merkitsevästi striaatiaalista TH-proteiinia (F(1,8) = 757.3; P <0.05) ja DAT-ilmentymä (F(1,8) = 218.0; P <0.05).
Korkean intensiteetin juoksumattoharjoitus lisääntynyt striatal [18F] Fallypride-sidontapotentiaali (BP)
Vaikka reseptoriproteiinien ekspression Western-immunoblotanalyysi mittasi vasta-aineepitooppeja (sekä pinta- että sisäiset soluvarastot), in vivo PET-kuvantaminen suuren affiniteetin DA-D2R-spesifisellä radioligandilla [18F] fallypride voi rajata liikunnan vaikutukset DA-D2R: n saatavuuteen ligandia sitoa (Kuvio 4). Tilastollinen analyysi paljasti, että liikunnalla oli merkittävä vaikutus (F(1,16) = 12.3; P <0.05) sekä MPTP-vaurio (F(1,16) = 160.3; P <0.05) ilman merkittävää vuorovaikutusta MPTP: n ja liikunnan välillä (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) sivulla [18F] fallypride BP. Bonferronin post hoc -analyysi osoitti merkittävän eron BP-arvoissa MPTP: n ja MPTP: n plus harjoitushiirien välillä (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01), eikä merkittävää eroa suolaliuoksen ja suolaliuoksen sekä liikuntahiirten välillä (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). Erityisesti MPTP plus -hiirillä [73.1%: n kasvu18F] fallypride BP verrattuna MPTP-hiiriin (MPTP: n keskimääräiset BP-arvot plus harjoittelu: 7.1 ± 0.7; MPTP-hiirten keskimääräiset BP-arvot: 4.1 ± 0.3) (Kuva 4B). Lisäksi suolaliuoksella plus liikuntahiirillä 8.2% nousi [18F] fallypride BP (13.2 ± 1.0) verrattuna suolaliuoshiiriin (12.2 ± 0.3). Näiden havaintojen mukaisesti ”vaikutuksen koon” laskelmat paljastivat suuremman harjoituksen vaikutuksen MPTP-ryhmien välillä (ES = 2.61) kuin suolaliuosryhmien välillä havaitun (ES = 0.94).
KESKUSTELU
Tämä tutkimus osoittaa, että tehokas juoksumattoharjoittelu johtaa [ 18F ]fallypridin verenpaineen (DA-D2R:n saatavuus) nousuun MPTP-käsiteltyjen hiirten striatumissa. Sitä vastoin striatumin kokonaisdopamiinitasoissa ei havaittu merkittävää muutosta MPTP:tä ja liikuntaa saaneiden ja MPTP:tä ilman liikuntaa saaneiden hiirten välillä. [ 18F ]fallypridi on erittäin selektiivinen DA-D2/D3R-antagonisti, jonka verenpaine heijastaa in vivo -mittausta saatavilla olevista reseptoreista ( Bmax ) /sitoutumisaffiniteetista ( Kd ) . Koska DA-D2R:t ovat vallitseva dopamiinireseptorin alatyyppi selänpuoleisessa striatumissa, liikunnan aiheuttama [ 18F ]fallypridin verenpaineen nousu edustaa DA-D2R-määrän nousua, ja tätä tukee proteiinien ilmentymisen lisääntyminen Western-immunoblottauksella ja aiemmat tutkimuksemme, jotka osoittivat striataalisen DA-D2R-mRNA-transkriptin ilmentymisen lisääntymistä in situ -hybridisaatiohistokemialla.5 Tätä verenpaineen nousun tulkintaa tukee edelleen se, että [ 18F ]fallypridin syrjäyttäminen dopamiinilla ei todennäköisesti tapahdu MPTP-hiirillä, koska dopamiinitasot pysyvät alhaisina. 24 Näin ollen muutokset näennäisessä sitoutumisaffiniteetissa ( Kd ) ovat merkityksettömiä eivätkä todennäköisesti vaikuta verenpaineeseen. Liikunnan tehostunut vaikutus MPTP-hiirillä saattaa heijastaa vaurioituneen aivojen pyrkimystä optimoida dopaminergistä neurotransmissiota lisäämällä reseptorien määrää, kun taas dopamiinitasot pysyvät alhaisina. MPTP-hiirten lisääntynyt reagointikyky liikuntaan paljastaa vaurioituneen aivojen suuremman potentiaalin neuroplastisuuteen verrattuna ehjään aivoon, mikä ei välttämättä ole välttämätöntä, kun striataalinen hermoverkko on ehjä. Se, että dopamiinitasot eivät muutu merkittävästi liikunnan myötä MPTP-hiirillä, viittaa siihen, että DA-D2R:n kompensatoriset muutokset ovat ratkaisevia liikuntaan liittyvän motorisen suorituskyvyn paranemisen kannalta.
PET-kuvantamisessa havaitsimme DA-D2R-arvojen laskua MPTP-vaurioituksen jälkeen suolaliuoksella käsiteltyihin hiiriin verrattuna. Tämä oli vastakkainen Western-immunoblottaukselle, jossa DA-D2R-proteiinin ilmentymisessä ei havaittu muutoksia. DA-D2R esiintyy dynaamisessa tasapainossa pinnan ja solunsisäisten osastojen välillä, eikä jälkimmäinen yleensä pysty sitoutumaan PET-radioligandeihin. Dopamiinin puutteessa kompensaatiomekanismit voivat johtaa muutoksiin solunsisäisessä DA-D2R-varastossa, joka ei välttämättä ole saatavilla [ 18F ]fallypridin sitoutumiselle, mutta on silti havaittavissa Western-immunoblottauksella.
Toisin kuin meidän löydöksemme, DA-D2R:n kompensatorista lisääntymistä on raportoitu Parkinsonin tautia sairastavilla henkilöillä ja MPTP:n annon jälkeen kädellisillä tai 6-OHDA:n annon jälkeen rotilla.25 Kirjallisuudessa DA-D2R:ien menetyksen on raportoitu johtuvan dopaminergisten neuronien rappeutumisesta, kun taas DA-D2R:ien lisääntyminen johtuu lisääntyneestä ilmentymisestä jäljellä olevissa dopaminergisissä päätteissä ja/tai lisääntyneestä synteesistä striatopallidaalisissa neuroneissa tai kolinergisissä interneuroneissa. Tämä ero PET-tutkimuksemme ja kirjallisuuden tulosten välillä voi johtua leesion vakavuuseroista tutkimusten välillä.11 Tarkemmin sanottuna suuremman määrän presynaptisten DA-D2R:ien menetys MPTP:n indusoiman solukadon kautta voi riittää kompensoimaan pelkän leesion aiheuttamat postsynaptiset kompensatoriset muutokset. Vaihtoehtoisesti kyvyttömyytemme havaita DA-D2R-verenpaineen ja ilmentymistasojen nousua MPTP-hiirillä (ei-liikuntaa saavilla hiirillä) voi johtua dopamiinitasojen vaatimattomasta palautumisesta tutkimuksen lopussa (82 %:n dopamiinin puutos 10 päivässä verrattuna 68 %:n vähenemiseen 42 päivää leesion jälkeen). Tämä on kuitenkin epätodennäköistä, koska MPTP- ja liikuntahiirillä, joilla myös havaittiin pieni dopamiinin palautuminen (ei merkittävästi erilainen kuin MPTP-liikuntaa saamattomilla hiirillä), havaittiin DA-D2R-verenpaineen nousua.
Suurin osa DA-D1R- ja D2R-reseptoreista ilmentyy MSN-solujen dendriittisissä piikeissä, ja lisäreseptoreita ilmentyy kolinergisissä interneuroneissa ja glutamatergisten ja dopaminergisten neuronien päätteissä, jotka ovat peräisin aivokuoresta (tai talamuksesta) ja mustatumakkeesta pars compactasta.26 Dopamiinin tärkein tehtävä on moduloida kortikostriaattista tai talamostriaattista glutamatergista neurotransmissiota MSN:ssä. Glutamaterginen neurotransmissio tehostuu DA-D1R:ien kautta ja heikkenee DA-D2R:ien kautta.27–29 Dopamiinin ehtyessä piikit ja synaptiset yhteydet menetetään selektiivisesti DA-D2R:ää sisältävissä epäsuoran reitin MSN-soluissa.30 Tähän menetykseen liittyy MSN-solujen yliärtyvyyden tila lisääntyneen glutamatergisen kortikostriaattisen neurotransmission vuoksi.31–33 Parkinsonin taudin eläinmalleissa tämä lisääntynyt glutamaterginen ajuri korreloi Parkinsonin taudin kaltaisen motorisen käyttäytymisen kanssa . 34 Tämän yliärtyvyyden lievittäminen dopamiinin tai sen agonistien avulla johtaa Parkinsonin taudin motoristen puutosten korjaantumiseen. 35 , 36 Näiden raporttien ja havaintojemme valossa oletamme, että tehokkaan liikunnan hyödyt ovat dopaminergisen signaloinnin tehostuminen lisääntyneen DA-D2R-ilmentymisen kautta epäsuorassa reitissä (mutta ei DA-D1R-suorassa reitissä) ja motoristen toimintojen paraneminen glutamatergisen herkkyyden vähenemisen kautta.
Tutkimuksemme ensisijainen johtopäätös on, että intensiivinen juoksumattoharjoittelu edistää neuroplastisuutta lisäämällä striataalisten DA-D2R-reseptorien ilmentymistä, mikä on selvimmin ilmenevä prosessi vaurioituneessa aivossa. Löydöstemme perusteella ei-invasiivista PET-kuvantamismenetelmää [ 18F ]fallypridilla voidaan käyttää tutkimaan, johtaako intensiivinen juoksumattoharjoittelu myös DA-D2R-muutoksiin Parkinsonin tautia sairastavilla henkilöillä. Tutkimuksemme korostaa prekliinisen tutkimuksen arvoa dopamiinin ehtymisen eläinmalleissa ja translationaalisen tutkimuksen merkitystä sekä perustelun että näkemyksen tarjoamiseksi Parkinsonin tautia sairastavien kuvantamis- ja liikuntatutkimusten ymmärtämiseksi.
Kiitokset
Tätä työtä tuettiin USC CTSI Full Pilot Grant -ohjelman myöntämällä apurahalla ja Parkinson's Disease Foundationin, Team Parkinsonin (Los Angeles), Parkinson Alliancen, Whittier Parkinsonin taudin koulutusryhmän, NINDS RO1 NS44327-1, NIA anteliaalla rahoituksella ( AG 21937) ja Yhdysvaltain armeijan NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV on vastaanottanut USC Neuroscience Graduate Program Merit Fellowship -palkinnon. Haluamme kiittää Ryan Parkia ja tohtoria Peter Contiä USC: n pieneläinten kuvantamiskeskuksesta avusta mikro-PET-kuvantamisessa ja tohtori Rex Moatsia pienten eläinten kuvantamisen tutkimuskeskuksesta Sabanin tutkimuslaitoksessa hiiren MRI-apua. Kiitämme Yi-Hsuania (Lilian) Lai avusta juoksumattoharjoituksessa ja Avery Abernathyä hänen asiantuntemuksestaan HPLC-analyysissä. Olemme kiitollisia USC: n Parkinson-taudin tutkimusryhmän ystäville, mukaan lukien George ja MaryLou Boone, Walter ja Susan Doniger sekä Roberto Gonzales avokätistä.
alaviitteet
Mahdollinen eturistiriita: Ei mitään ilmoitettavaa.
Lisätty todisteeksi huomautus: Tämä artikkeli julkaistiin verkossa 19. lokakuuta 2010. Virhe havaittiin myöhemmin. Tämä ilmoitus sisältyy sekä verkko- että painettuun versioon merkiksi siitä, että molemmat on korjattu.
Taloudelliset tiedot: USC:n neurotieteen jatko-opinto-ohjelman ansioitunut apuraha (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ ja GP), USC CTSI:n täysi pilottiapurahaohjelma (QL, AN, MJ, GP).
Tekijöiden roolit: Kaikilla kirjoittajilla oli keskeinen rooli tämän käsikirjoituksen tuottamisessa. Tutkimusprojektin konsepti: GP, BF, MJ, RL, JW. Projektin toteutus: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Tiedonkeruu, käsittely, tilastollinen analyysi: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Käsikirjoituksen valmistelu: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.
Viitteet
36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Synaptinen plastiikka ja fysiologiset vuorovaikutukset dopamiinin ja glutan välillä