O exercicio eleva o receptor de dopamina D2 nun modelo de rato de enfermidade de Parkinson na imaxe in vivo con fallypride (18F) (2010)

Comentarios: Nun modelo de rato de Parkinson, o exercicio na fita aumentou os receptores de dopamina D2. As adiccións provocan un descenso nos receptores D2 que é en parte a causa da desensibilización. Outra razón para facer exercicio.


Trastornos do movemento

Volume 25, número 16, páxinas 2777-2784, 15 decembro 2010

Marta G. Vučković, MSc,1,2 Quanzheng Li, Doutorado,3 Beth Fisher, PT, doutorado,4 Angelo Nacca, Doutorado,5 Richard M. Leahy, Doutorado,3 Xoán P. Walsh, Doutorado,6 Jogesh Mukherjee, Doutorado,7 Celia Williams, BSc,2 Michael W. Jakowec, Doutorado,2,4 Giselle M. Petzinger, MD2,4,*
A versión editada definitiva deste editor está dispoñible en Mov Disord
Vexa outros artigos en PMC que cita o artigo publicado.

Abstracto

O propósito do estudo actual foi examinar os cambios na expresión do receptor da dopamina D2 (DA-D2R) nos ganglios basais dos ratos MPTP sometidos a exercicio intensivo. Usando análise de inmunoblotación occidental de sinaptoneurosomas e in vivo Tomografía por emisión de positrones (PET) que usa o ligando específico DA-D2R [18F] Fallypride, descubrimos que o exercicio de rodadura de alta intensidade levou a un aumento da expresión DA-D2R estriada que foi máis pronunciada no MPTP en comparación cos ratos tratados con sal. Os cambios inducidos polo exercicio no DA-D2R nos ganglios basais esgotados pola dopamina son consistentes co papel potencial deste receptor na modulación da función de neuronas espiñolas medias (MSNs) e na recuperación do comportamento. É importante destacar que os resultados deste estudo apoian a fundamentación do uso de imaxes PET con [18F] Fallypride examinar os cambios de DA-D2R en individuos con enfermidade de Parkinson (PD) sometidos a un adestramento de rodadura de alta intensidade.

Palabras clave: Tomografía por emisión de positrones, ganglios basais, neuroplasticidade, exercicio de fita

O exercicio mellora o rendemento motor en pacientes con enfermidade de Parkinson (PD).1-3 Os modelos animais, como o rato 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP), proporcionan unha ferramenta crítica para investigar os mecanismos moleculares de mellora inducida polo exercicio do comportamento motor.4-6 Os receptores de dopamina D1 e D2 (DA-D1R e DA-D2R) son os obxectivos primarios da dopamina sobre neuronas espinarias de media estriatal (MSNs) e modulan as propiedades fisiolóxicas e a sinalización celular. En concreto, o DA-D2R xoga un papel fundamental na depresión a longo prazo (LTD), unha forma de plasticidade sináptica que implica a integración de neurotransmisión glutamaterxica e dopaminérxica que conduce á codificación da función motora no estriat dorsolateral. Dado o papel do DA-D2R no control motor, buscamos examinar se a mellora do exercicio na función motora se debe en parte a un aumento da expresión DA-D2R estriatal.

A tomografía por emisión de positrones (PET), con radioterapia DA-D2R, ofrece a capacidade de realizar estudos lonxitudinais sobre o efecto do exercicio en humanos. Estudos anteriores con exercicio aeróbico intentaron medir a liberación de dopamina en individuos normais7 e ningún cambio na vinculación de [11O raclopruro foi observado, o que levou aos autores a suxerir que se produciu pouco cambio nos niveis de dopamina. Non obstante, non se estudaron os efectos do exercicio na expresión DA-D2R e na actividade sináptica. O ligando por imaxe PET [18F] fallypride é unha excelente ferramenta para examinalo debido á súa alta afinidade e especificidade tanto para DA-D2R como DA-D3R, e ao contrario de [11A racloprida, non é facilmente desprazada polos niveis de base de dopamina endóxena.7-10 Isto foi confirmado polo tratamento de reserpina de animais (para esgotar a dopamina endóxena) que non tivo ningún efecto sobre [18F] enlace fallypride,9,11 pero aumentou significativamente [11C] unión de raclóprido8 que se atribuía a un cambio na aparente afinidade vinculante (Kd) máis que un número de receptor (Bmax).

Como potencial vinculante (BP) de [18F] Fallypride é resistente aos cambios debido ao esgotamento da dopamina, o que suxire pouco efecto sobre a súa Kd or Bmax no inicio ou o estado esgotado, usouse [18F] fallypride para probar a nosa hipótese de que a expresión DA-D2R aumenta no modelo de rato MPTP con exercicio intensivo.9,10,12,13 Ademais, para apoiar as nosas medidas de imaxe PET, empregamos a técnica complementaria da análise inmunoblot occidental de preparados sinaptoneurosómicos para medir os cambios na expresión da proteína DA-D2R no nivel de sinapse nos mesmos animais. Informamos aquí dos efectos do exercicio na expresión DA-D2R e [18F] preséntase fally en grupos de ratos tratados con solución salina ou MPTP.

MÉTODOS

Animais, grupos de tratamento e administración de MPTP

Os ratos C57BL / 6 macho 8 de semana (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) foron aloxados en grupo nunha sala controlada pola temperatura baixo o ciclo de escuridade 12 h light / 12 h. Todos os procedementos realizáronse de acordo coa guía NIH para o coidado e uso de animais de laboratorio, tal como foi aprobada pola IACUC da USC. Usáronse un total de ratos 164 en catro grupos de tratamento: solución salina (1) (n = 42), exercicio salino (2) máis exercicio (n = 55), (3) MPTP (n = 57) e (4) MPTP plus exercicio (n = 42). Para lesións, os ratos recibiron catro inxeccións intraperitoneales de 20 mg / kg MPTP (base libre; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) disoltas en solución salina 0.9%, a intervalos 2-h ou catro inxeccións intraperitoneales de 0.1 ml 0.9% NaCl como control. A lesión foi validada por análise HPLC de niveis de dopamina estriada. Nos días 10 despois da administración de MPTP, houbo esgotamento de dopamina en ratos MPTP de 82.2% (48.0 ± 8.4 ng / mg de proteína) en comparación con ratos salinos (269.5 ± 24.9 ng / mg de proteína). Ao final do estudo, non houbo diferenzas significativas nos niveis de dopamina estriatal entre os ratos MPTP e os exercicios (69.8 ± 11.7 ng / mg de proteína) en comparación co MPTP (77.9 ± 12.0 ng / mg de proteína). Non obstante, houbo un aumento significativo de dopamina estriada en ratos salinos e de exercicio (315.2 ± 9.0 ng / mg de proteína) en comparación con solución salina (246.9 ± 19.8 ng / mg de proteína) (F(3,16) = 7.78; P <0.05).

Exercicio de fita mecánica

O exercicio comezou 5 días despois da lesión. Os ratos dos dous grupos de exercicios (exercicio salino máis exercicio e MPTP plus) foron adestrados para funcionar nunha cinta de rodaxe motorizada 100-cm (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) a velocidades incrementais para as semanas 6 (5 días / semana) para alcanzar a duración de 60 min / día e velocidade de 18 – 20 m / min.5,6

Resonancia magnética

Unha imaxe de resonancia magnética ponderada tridimensional T1 (MR) do cerebro do rato foi obtida cun sistema micro-MRI 7-T (Bruker Biospin, Billerica, MA). Os parámetros de adquisición de imaxes foron: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, espesor de porción de 0.4-mm, espesor de cruzamento 0.45-mm, tamaño de matriz 128 × 128 × 128.

Radiochemistry

Síntese de [18F] fallypride realizouse como se describiu previamente a través da reacción de substitución nucleofílica do precursor do tosilo con18F] empregando un aparello de radiochimía a medida.12 A purificación logrouse mediante HPLC en fase inversa nunha columna C8 (2) Phenomenex Luna usando acetonitrilo e tampón de fosfato de sodio como fase móbil (55: 45). A absorbancia UV medíase en 254 nm e AUFS 0.05. Pico radioactivo (tempo de retención 17 min) correspondente a [18F] fallypride, foi recollido e eliminado o disolvente nun evaporador rotativo. O produto final foi probado para a piroxenidade, esterilidade, pH e eliminación de disolventes orgánicos por cromatografía de gases. A actividade específica e a pureza radioquímica foron avaliadas cun sistema HPLC de Waters usando unha análise de C8 (2) Phenomenex Luna. A actividade específica estaba no rango de 3,000 – 12,000 Ci / mmol.

Medicións de PET e análise de imaxes

Usáronse vinte ratos para a obtención de imaxes PET (n = solución salina 6; n = exame salino 3 máis exercicio; n = MPTP 5; e n = exercicio 6 MPTP plus). Os escaneos adquiríronse cun escáner microPET R4 Concorde (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) cun protocolo de adquisición do modo de lista 60-min despois da comprobación de transmisión 20-min para a corrección da atenuación cun 68Fonte Ge. [18F] fallypride (10.92-11.28 MBq) foi inxectado a través da vea da cola (un único bolo) no inicio da comprobación de emisións. Os ratos foron anestesiados con 2% isofluorano e 98% de osíxeno. Os datos do modo de lista dinámica ordenáronse en sinogramas con marcos 26 (6 × 20 sec, 4 × 40 sec, 6 × min 1 e 10 min) e reconstruídos por dúas iteracións de OSEM (subconxuntos ordenados de maximización de expectativa) seguido de 5 iteracións do algoritmo de reconstrución MAP (máximo a posteriori).14 As imaxes reconstruídas cortáronse para conter a cabeza e interpoláronse linealmente na Z-dirección para producir unha imaxe 128 × 128 × 63 con 0.4 isotrópica × 0.4 × 0.4 mm3 voxels. As imaxes de potencial de enlace de alta resolución (BP) do estriado computáronse a partir das imaxes dinámicas reconstruídas utilizando un modelo de referencia de tecido multilineal15 e Logan parcelas16 con alta actividade no estriado e moi baixa actividade no cerebelo (rexión de referencia). As rexións anatómicas de interese (estriado e cerebelo) foron definidas manualmente en ambos hemisferios en imaxes PET que se rexistraban con resonancia magnética usando Rview (versión 8.21Beta).17 Cuantificación da unión específica de [18F] fallypride no estriado do rato realizouse usando o valor BP que proporciona unha medida da relación de unión específica / inespecífica no equilibrio.18,19 Para demostrar a especificidade de unión no estriado, recóllense catro ratos 60 min despois da inxección de ligandos, cerebros rapidamente conxelados en nitróxeno líquido, seccionados a 30-μm de espesor e seccións apuntadas a un fosfoimager (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway , NJ) (Fig 1). Os estudos demostraron que [18F] fallypride únese específicamente ao DA-D2R e, como moi pouco DA-D3R está no estriado, a unión indica a ocupación DA-D2R.9,10,12,13

FIG. 1 

[18F] O fallypride amosa unha elevada especificidade no estriado do rato. O panel esquerdo mostra unha representación anatómica da sección coronal ao nivel aproximado bregma 0.20. O panel dereito mostra unha autoradiografía representativa correspondente ao etiquetado intensivo ...

Colección de tecidos para HPLC e análise de proteínas

Ao final do estudo, os cerebros foron eliminados rápidamente e se disecou o estriado dorsal fresco correspondente a rexións anatómicas do bregma 1.2 a 0.6 co corpo caloso como bordo dorsal, o aspecto lateral do corpo caloso como bordo lateral e por riba da comisura anterior como a fronteira ventral.20

Análise HPLC de dopamina e os seus metabolitos

Os niveis de dopamina en homogenatos estriaxicos (n = 4 por grupo) foron determinados por HPLC con detección electroquímica.6 O sistema consistiu nun auto-sampler da ESA (ESA, Chelmsford, MA) equipado cunha columna C-150 de fase inversa 3.2 × 18 mm (diámetro 3μm) e 5600A CoulArray (ESA, Chelmsford, MA), equipada con catro -célula analítica de canles con potenciais definidos en −75, 50, 220 e 350 mV.

Análise inmunolóxica occidental

O efecto do exercicio sobre a expresión sináptica de DA-D1R e DA-D2R foi analizado en preparacións de sinaptoneurosomas feitas frescas de oito estratos dorsolaterales agrupados.21 Este procedemento realizouse en tres conxuntos de ratos para un total de ratos 24 por grupo experimental (preparacións n = 3 por grupo). Expresión relativa de proteínas para DA-D1R (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), tirosina hidroxilase (58 kDa), transportador de dopamina (68 kDa) e α-tubulina (50 kDa) (como control de carga) foron analizados por inmunotransferencia occidental22 empregando anticorpos primarios dispoñibles comercialmente (anticorpos monoclonais de coello e monoclonais de rato, Millipore, Temecula, CA). As bandas de proteínas foron visualizadas por anticorpos secundarios de cabra purificados con anti-coello ou anti-rato conxugados con IRDye680 ou IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Detectouse un sinal fluorescente explorando o filtro nunha plataforma de obtención de imaxes por infravermello LI-COR Odyssey e cuantificándose usando o software Odyssey 2.1 (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Os resultados móstranse como niveis de expresión relativa en comparación co grupo salino (definido en 100%).

Análise Estatística

Diferenzas entre grupos en BP de [18Os niveis de proteína F] fallypride, DA-D1R e DA-D2R analizáronse utilizando o análise de varianza en dous sentidos (ANOVA) co tratamento entre o factor suxeito (salina vs MPTP) e o exercicio como no factor suxeito (sen exercicio vs. exercicio). Para a proba de velocidade máxima da banda de rodar, utilizouse o tempo entre o factor suxeito (semana 1, 2, etc.) e empregouse o tratamento como no factor suxeito (salina vs MPTP). Usouse a proba post hoc de Bonferroni para corrixir comparacións múltiples ao avaliar a importancia do interese. O nivel de importancia foi definido como P <0.05. Para explorar a importancia práctica das diferenzas de grupo, calculouse unha estimación da magnitude das diferenzas entre grupos usando o tamaño do efecto (ES) (ES = MediaGrupo 1 - MediaGrupo 2/ SDagrupados). O ES reflicte o impacto do tratamento dentro dunha poboación de interese e reportase segundo criterios establecidos como pequeno (<0.41), medio (0.41-0.70) ou grande (> 0.70).23 A análise realizouse usando Prism5 para Windows (GraphPad, San Diego, CA).

RESULTADOS

A fita mecánica de alta intensidade exerce un comportamento motorizado mellorado nos ratos lesionados por MPTP

Antes da lesión de MPTP e inicio do exercicio, as velocidades medias da liña de base de todos os ratos en dous grupos de exercicios eran similares (salina máis exercicio: 11.7 ± 1.1 m / min, e MPTP máis exercicio: 11.2 ± 1.1 m / min). O exercicio diario para as semanas 6 mellorou as velocidades máximas da fita nos dous grupos de exercicios cos ratos salinos e os exercicios que mostran unha velocidade máxima significativamente maior en comparación cos ratos MPTP e os exercicios en semanas 1 a través de 4 (XNUMX)Fig 2). Non obstante, os ratones MPTP plus exercicios tiveron velocidades máximas semellantes para a cinta de rodaxe como ratos salinos e exercicios en semana 5 (exercicio MPTP máis: 17.2 ± 3.6 m / min e exercicio salino máis: 22.0 ± 1.5 m / min) e semana 6 (19.2 ± 1.2 m / min e 22.2 ± 0.9 m / min, respectivamente. Como se informou anteriormente, os ratones lesionados por MPTP que non pasaron por adestramento non mostraban recuperación espontánea do comportamento do motor coa súa velocidade máxima de 7.0 ± 0.3 m / min ao final do período de exercicio 6-semana.5

FIG. 2 

O exercicio mellora o comportamento do motor no rato MPTP. Ao final de cada semana probouse o máximo de velocidade de execución dos ratos salinos (n = 12) e MPTP (n = 12) na fita mecánica motorizada. As velocidades de rodaxe da liña de base medíronse antes da lesión de MPTP. ...

Exercicio de cinta mecánica de alta intensidade Aumento da estriatal DA-D2R pero non proteína DA-D1R

A cinta de correr de alta intensidade exercita os niveis de DA-D2R e DA-D1R afectados diferencialmente nas preparacións sinaptoneurosomais do estriado dorsal como se mostra na análise de Western blot (Fig 3). Os ratos MPTP plus de exercicio incrementaron 48.8% no DA-D2R estriado comparado cos ratos MPTPFig. 3B), e interacción significativa entre o exercicio e as lesións MPTP no nivel de proteína DA-D2R (F(1,8) = 6.0; P <0.05). Pola contra, non houbo efecto de exercicio nos niveis de proteína DA-D1R entre os grupos (Fig. 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). A lesión MPTP por si só non alterou significativamente nin DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = Expresión 0.88) ou DA-D1R (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Ademais, dous marcadores de proteínas diferentes da integridade das fibras dopaminérxicas do cerebro medio, a tirosina hidroxilase (TH; Fig. 3C) e transportador de dopamina (DAT; Fig. 3D), mostrou que MPTP diminuíu significativamente a proteína TH estriatal (F(1,8) = 757.3; P <0.05) e expresión DAT (F(1,8) = 218.0; P <0.05).

FIG. 3 

Exercita de forma selectiva para regular a DA-D2R pero non para a proteína striatal DA-D1R. Panel (A) Mostra a análise de inmunotransferencias occidentais das preparacións de sinaptoneurosomas a partir do estriado dorsal para a proteína DA-D1R. Non houbo diferenza estatisticamente significativa entre ...

A execución de cintas mecánicas de alta intensidade aumentou o estriatal [18F] Fallypride Binding Potential (BP)

Aínda que a análise de inmunotransferencia occidental da expresión da proteína do receptor mediu epítopos de anticorpos totais (tanto en tendas celulares de superficie como internas), in vivo Imaxe PET con radioligandía DA-D2R específica de alta afinidade [18F] fallypride pode delinear os efectos do exercicio sobre a dispoñibilidade de DA-D2R para ligar o ligandoFig 4). A análise estatística revelou que houbo un efecto significativo do exercicio (F(1,16) = 12.3; P <0.05), así como lesión por MPTP (F(1,16) = 160.3; P <0.05) sen interacción significativa entre MPTP e exercicio (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) en [18F] fallypride BP. A análise post hoc de Bonferroni mostrou diferenza significativa nos valores de BP entre MPTP e MPTP ademais de ratos de exerciciot = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01), e non hai diferenza significativa entre solución salina e solución salina máis ratos de exercicio (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). En concreto, os ratos MPTP máis exercicios tiveron un aumento do 73.1% en [18F] fallypride BP en comparación con ratos MPTP (valores medios de BP para MPTP máis exercicio: 7.1 ± 0.7; valores medios de BP para ratos MPTP: 4.1 ± 0.3) (Fig. 4B). Ademais, os ratos salinos máis exercicios tiveron un aumento de 8.2% en [18F] fallypride BP (13.2 ± 1.0) en comparación con ratos salinos (12.2 ± 0.3). De acordo con estes resultados, os cálculos de "tamaño de efecto" revelaron un maior efecto de exercicio entre os grupos MPTP (ES = 2.61) que o observado entre os grupos salinos (ES = 0.94).

FIG. 4 

O exercicio aumenta selectivamente [18F] promover o potencial de unión (BP) no estriado dos ratos MPTP. Panel (A) mostra [18F] imprimir imaxes representativas de BP na orientación coronal (lado esquerdo) e na orientación horizontal (lado dereito). A barra de escala ...

Conversa

Este estudo demostra que o exercicio de fita mecánica de alta intensidade leva a un aumento [18F] Fidepride BP (dispoñibilidade DA-D2R) no estriado de ratos tratados con MPTP. Por outra banda, non houbo un cambio significativo nos niveis totais de dopamina estriatal entre o MPTP e o exercicio en comparación co MPTP sen ratos de exercicio. [18F] fallypride é un antagonista DA-D2 / D3R altamente selectivo cuxa BP reflicte unha in vivo medida dos receptores dispoñibles (Bmax) / afinidade de unión (Kd). Como DA-D2Rs son o subtipo de receptor de dopamina predominante dentro do estriado dorsal, un aumento inducido polo exercicio [18F] fallypride BP representa un aumento no número DA-D2R e está soportado por un aumento na expresión da proteína usando Western immunoblotting e os nosos estudos anteriores amosando un aumento na expresión da transcrición do ARNm DA-D2R estriatal usando histoquímica de hibridación in situ.5 Esta interpretación da elevación de BP está aínda máis apoiada polo feito de que o desprazamento de [...]18A probabilidade de que a dopamina por dopamina non se produza nos ratos MPTP xa que os niveis de dopamina seguen sendo baixos.24 Así, os cambios na afinidade aparente de unión (Kd) son insignificantes e é improbable que produza BP. O efecto mellorado do exercicio nos ratos MPTP pode reflectir un intento de que o cerebro lesionado optimice a neurotransmisión dopaminérxica mediante o aumento do número de receptores, mentres que os niveis de dopamina permanecen esgotados. O aumento da capacidade de resposta dos ratos MPTP para exercer revela un maior potencial dos feridos fronte ao cerebro intacto que sofre neuroplasticidade, o que pode non ser esencial cando os circuítos estriaxicos están intactos. O feito de que os niveis de dopamina non cambien significativamente co exercicio de ratos MPTP suxire que os cambios compensatorios en DA-D2R son críticos para o rendemento do motor relacionado co exercicio.

Empregando a imaxe PET, observamos unha diminución da DA-D2R BP despois da lesión de MPTP en relación aos ratos tratados con solución salina. Isto foi en contraste coa inmunotransferencia occidental na que non se observou ningún cambio na expresión da proteína DA-D2R. O DA-D2R existe nun equilibrio dinámico entre compartimentos superficiales e intracelulares, o que non está xeralmente dispoñible para a unión ás radioligandas de PET. No estado empobrecido de dopamina, os mecanismos compensatorios poden conducir a cambios no conxunto intracelular de DA-D2R, que poden non estar dispoñibles para [18F] fallypride binding pero aínda dispoñible para a detección en Western immunoblotting.

A diferenza dos nosos descubrimentos, reportouse un aumento compensatorio na DA-D2R en individuos con PD e despois da administración de MPTP en primates non humanos, ou 6-OHDA en ratas.25 Na literatura, a perda de DA-D2Rs débese á dexeneración das neuronas dopaminérxicas, mentres que o aumento de DA-D2R resulta dun aumento da expresión nos terminales dopaminérgicos restantes e / ou aumento da síntese dentro de neuronas estriatopaláides ou interneuronas colinérxicas. Esta discrepancia entre o noso estudo de PET e a da literatura pode deberse a diferenzas na gravidade da lesión entre estudos.11 Especificamente, a perda dun número maior de DA-D2Rs presinápticos a través da perda de células inducida por MPTP pode ser suficiente para compensar os cambios compensatorios postsinápticos inducidos soamente pola lesión. Alternativamente, a nosa incapacidade de observar un aumento de DA-D2R BP e os niveis de expresión en ratos MPTP (sen exercicio físico) pode deberse a unha modesta recuperación dos niveis de dopamina ao final do estudo (o agotamento de dopamina 82% a 10 días versus 68 % de esgotamento en postosion 42 días). Non obstante, isto é pouco probable, xa que os ratones MPTP máis exercicios, que tamén mostraron unha pequena recuperación de dopamina (non significativamente diferente do MPTP sen ratos de exercicio), tiñan un aumento de DA-D2R BP.

A maioría dos DA-D1R e D2Rs exprésanse en espinas dendríticas de MSN con receptores adicionais expresados ​​en interneuronas colinérxicas e terminais de neuronas glutamatérxicas e dopaminérxicas procedentes do córtex (ou tálamo) e substantia nigra pars compacta, respectivamente.26 Un papel importante da dopamina é modular a neurotransmisión glutamatérgica corticostriatal ou talamostriatal no MSN. A neurotransmisión glutamatérgica é reforzada mediante DA-D1Rs e diminuída a través de DA-D2Rs.27-29 En condicións de esgotamento da dopamina pérdense as espiñas e as conexións sinápticas en DA-D2R que contén MSNs da vía indirecta.30 Esta perda está acompañada dun estado de hiperexcitabilidade nos MSN debido ao aumento da neurotransmisión corticostriatal glutamatérgica.31-33 Nos modelos animais de PD, este aumento da unidade glutamatérgica se correlaciona co comportamento motor do tipo parkinsonio.34 A atenuación deste estado hiperexcitable a través da aplicación de dopamina ou os seus agonistas conduce á reversión dos déficits motores parkinsonianos.35,36 Á luz destes informes e dos nosos descubrimentos, hipótese que os beneficios do exercicio de alta intensidade son mellorar a sinalización dopaminérxica a través dunha maior expresión DA-D2R na vía indirecta (pero non a vía directa DA-D1R) e para mellorar a función motora. supresión da excitabilidade glutamatérgica.

A conclusión principal do noso estudo é que o exercicio en forma de correr de fita intensiva facilita a neuroplasticidade mediante o aumento da expresión de DA-D2Rs estriais, un proceso máis evidente no cerebro ferido. Con base nos nosos descubrimentos, un enfoque de imaxe PET non invasiva con18F] fallypride pódese usar para investigar se o exercicio intensivo de fita mecánica tamén leva a cambios no DA-D2R en individuos con PD. O noso estudo destaca o valor da investigación preclínica en modelos animais de esgotamento da dopamina e da importancia da investigación translacional para proporcionar razóns de comprensión e comprensión do estudo en individuos con PD.

Grazas

Este traballo foi apoiado por unha subvención do Programa piloto completo de subvencións CTSI da USC e fondos xenerosos da Parkinson Foundation, Team Parkinson (Los Angeles), a Alianza Parkinson, o grupo de educación de enfermidade de Parkinson de Whittier, NINDS RO1 NS44327-1, NIA AG 21937) e o exército estadounidense NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV é destinataria do programa de posgrao no mérito da Neurociencia da USC. Queremos agradecer a Ryan Park e ao doutor Peter Conti do núcleo de imaxe de pequenos animais da USC para a asistencia con micro-PET e o Dr. Rex Moats do Small Animal Imaging Research Core no Instituto de Investigación Saban para obter axuda coa RM de rato. Queremos agradecer a Yi-Hsuan (Lilian) Lai axuda para o exercicio da fita mecánica e Avery Abernathy pola súa experiencia na análise de HPLC. Agradecemos aos amigos do grupo de investigación de enfermidade de Parkinson da USC, incluídos George e MaryLou Boone, Walter e Susan Doniger e Roberto Gonzales polo seu xeneroso apoio.

Notas ao pé

 

Potencial conflito de intereses: nada que informar.

Nota engadida na proba: Este artigo publicouse en liña en 19 2010 de outubro. Posteriormente identificouse un erro. Este aviso está incluído nas versións en liña e impresa para indicar que ambos foron corrixidos.

Revelacións financeiras: Programa de posgrao en Neurociencias da USC Beca de Mérito (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ e GP), Programa de subvención de piloto completo CTSI da USC (QL, AN, MJ, GP).

Funcións do autor: Todos os autores foron fundamentais na xeración deste manuscrito. Proxecto de investigación Concepción: GP, BF, MJ, RL, JW. Execución do proxecto: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Recollida de datos, procesamento, análise estatística: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Preparación manuscrita: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.

References

1. Bergen JL, Toole T, Elliott RGr, Wallace B, Robinson K, Maitland CG. A intervención de exercicios aeróbicos mellora a capacidade aeróbica e iniciación do movemento en pacientes con enfermidade de Parkinson. NeuroRehabilitación. 2002; 17: 16-168. [PubMed]
2. Comella CL, Stebbins GT, Brown-Toms N, Goetz CG. Fisioterapia e enfermidade de Parkinson: ensaio clínico controlado. Neuroloxía. 1994; 44 (3 Parte 1): 376 – 378. [PubMed]
3. Schenkman M, Hall D, Kumar R, Kohrt WM. Adestramento de exercicios de resistencia para mellorar a economía do movemento de persoas con enfermidade de Parkinson: tres casos. Phys Ther. 2008; 88: 63-76. [PubMed]
4. Pothakos K, Kurz MJ, Lau YS. Efecto restaurador do exercicio de resistencia nos déficits de comportamento no modelo de rato crónico da enfermidade de Parkinson con neurodegeneración grave. BMC Neurosci. 2009; 10: 1-14. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
5. Fisher BE, Petzinger GM, Nixon K, et al. Recuperación do comportamento e neuroplasticidade inducida polo exercicio nos ganglios basais do rato lesionados por 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina. J Neurosci Res. 2004; 77: 378-390. [PubMed]
6. Petzinger GM, Walsh JP, Akopian G, et al. Efectos do exercicio da fita na transmisión dopaminérxica no modelo de rato lesionado dos ganglios basais no 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina. J Neurosci. 2007; 27: 5291-5300. [PubMed]
7. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS, et al. Estudos de PET sobre os efectos do exercicio aeróbico na liberación de dopamina estriatal humana. J Nucl Med. 2000; 41: 1352-1356. [PubMed]
8. Ginovart N, Farde L, Halldin C, Swahn CG. Efecto do esgotamento inducido por reserpina da dopamina sináptica na unión de racloprida [11C] a receptores D2-dopamina no cerebro do mono. Sinapsis. 1997; 25: 321-325. [PubMed]
9. Mukherjee J, Christian BT, TK de Narayanan, Shi B, Mantil J. Avaliación da ocupación dos receptores D-2 de dopamina por clozapina, risperidona e haloperidol in vivo no cerebro de primates non humanos e usando 18F-fallypride. Neuropsicofarmacoloxía. 2001; 25: 476-488. [PubMed]
10. M honrado, Bruhlmeier M, Missimer J, Schubiger AP, Ametamey SM. Imaxe dinámica de receptores D2 estriaticos en ratos con PET quad-HIDAC. J Nucl Med. 2004; 45: 464-470. [PubMed]
11. Falardeau P, Bedard PJ, Di Paolo T. Relación entre a perda cerebral-pamina e a densidade dos receptores de dopamina D2 en monos MPTP. Neurosci Lett. 1988; 86: 225-229. [PubMed]
12. Mukherjee J, Yang ZY, Brown T, et al. Avaliación preliminar da unión do receptor D-2 de dopamina extrastriatal nos cerebros de primates non-humanos e de roedores usando o radioligando de alta afinidade, 18F-fallypride. Nucl Med Biol. 1999; 26: 519-527. [PubMed]
13. Christian BT, TK de Narayanan, Shi B, Mukherjee J. Cuantificación de receptores de dopamina D-2 striatal e extrastriatal usando imaxes PET de [(18) F] fallypride en primates non humanos. Sinapsis. 2000; 38: 71-79. [PubMed]
14. Qi J, Leahy RM, Cherry SR, Chatziioannou A, Farquhar TH. Reconstrución da imaxe bayesiana 3D de alta resolución mediante o escáner de pequenos animais micro-PET. Phys Med Biol. 1998; 43: 1001-1013. [PubMed]
15. Ichise M, Toyama H, Innis RB, Carson RE. Estratexias para mellorar a estimación dos parámetros dos neurorreceptores mediante análise de regresión lineal. J Cereb Blood Flow Metab. 2002; 22: 1271-1281. [PubMed]
16. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wang GJ, Ding YS, Alexoff DL. Relacións de volume de distribución sen mostraxe de sangue desde a análise gráfica de datos de PET. J Cereb Blood Flow Metab. 1996; 16: 834-840. [PubMed]
17. Studholme C, Hill DL, Hawkes DJ. Rexistro tridimensional automatizado de imaxes cerebrais de resonancia magnética e emisión de positróns mediante optimización multiresolución de medidas de semellanza de voxel. Med Phys. 1997; 24: 25-35. [PubMed]
18. Mintun MA, Raichle ME, Kilbourn MR, Wooten GF, Welch MJ. Un modelo cuantitativo para a avaliación in vivo de sitios de unión a fármacos con tomografía por emisión de positróns. Ann Neurol. 1984; 15: 217-227. [PubMed]
19. Lammertsma AA, Hume SP. Modelo de tecido de referencia simplificado para estudos de receptores de PET. Neuroimaxe. 1996; 4 (3 Parte 1): 153 – 158. [PubMed]
20. Paxinos G, Franklin KBJ. O cerebro do rato en coordenadas estereotáxicas. 2. Nova York: Academic Press; 2001.
21. Johnson MW, Chotiner JK, Watson JB. Illamento e caracterización de sinaptoneurosomas a partir de franxas do hipocampo de rato único. J Métodos Neurosci. 1997; 77: 151-156. [PubMed]
22. Laemmli UK. Disociación de proteínas estruturais durante a montaxe da cabeza do bacteriófago T4. Natureza. 1970; 227: 680-685. [PubMed]
23. Thomas JR, Salazar W, Landers DM. Que falta en p <05? Tamaño do efecto. Res Q Exerc Sport. 1991; 62: 344-348. [PubMed]
24. Cropley VL, Innis RB, Nathan PJ, et al. O pequeno efecto da liberación de dopamina e ningún efecto do esgotamento da dopamina en [(18) F] fallypride unión en humanos sans. Sinapsis. 2008; 62: 399-408. [PubMed]
25. Hurley MJ, Jenner P. ¿Que se aprendeu no estudo dos receptores de dopamina na enfermidade de Parkinson? Pharmacol Ther. 2006; 111: 715-728. [PubMed]
26. Smith Y, Villalba R. Striatal e dopamina extrastriatal nos ganglios basais: Unha visión xeral da súa organización anatómica nos cerebros normais e de Parkinson. Mov Disord. 2008; 23 (Suppl 3): S534 – S547. [PubMed]
27. Cepeda C, Buchwald NA, Levine MS. As accións neuromoduladoras da dopamina no neostriatum dependen dos subtipos de receptores de aminoácidos excitativos activados. Proc Natl Acad Sci USA. 1993; 90: 9576-9580. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
28. MS Levine, Altemus KL, Cepeda C, et al. As accións moduladoras da dopamina nas respostas mediadas polo receptor NMDA redúcense en ratos mutantes con deficiencia de D1A. J Neurosci. 1996; 16: 5870-5882. [PubMed]
29. Umemiya M, Raymond LA. Modulación dopaminérxica de correntes postsinápticas excitadoras en neuronas neostriatales de ratas. J Neurophysiol. 1997; 78: 1248-1255. [PubMed]
30. Día M, Wang Z, Ding J, et al. Eliminación selectiva de sinapses glutamatérxicas en neuronas estriatopaládicas en modelos de enfermidade de Parkinson. Nat Neurosci. 2006; 9: 251-259. [PubMed]
31. VanLeeuwen JE, Petzinger GM, Walsh JP, Akopian GK, Vuckovic M, Jakowec MW. Expresión alterada do receptor AMPA co exercicio da fita mecánica no modelo de rato lesionado dos ganglios basais no 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina. J Neurosci Res. 2010; 88: 650-668. [PubMed]
32. Hernandez-Echeagaray E, Starling AJ, Cepeda C, Levine MS. Modulación das correntes AMPA por receptores de dopamina D2 en neuronas espiñas de tamaño mediano: son necesarias as dendritas? Eur J Neurosci. 2004; 19: 2455-2463. [PubMed]
33. Surmeier DJ, Ding J, Día M, Wang Z, Shen W. D1 e modulación do receptor dopamina D2 da sinalización glutamatérgica estriada en neuronas espiñais medianas. Tendencias Neurosci. 2007; 30: 228-235. [PubMed]
34. Calabresi P, Mercuri NB, Sancesario G, Bernardi G. Electrofisioloxía das neuronas estriadas denervadas pola dopamina. Implicacións para a enfermidade de Parkinson. Cerebro. 1993; 116 (Parte 2): 433 – 452. [PubMed]
35. Ballion B, Frenois F, Zold CL, Chetrit J, Murer MG, a estimulación do receptor Gonon F. D2, pero non D1, restablece o equilibrio estriado nun modelo de ratón de parkinsonismo. Neurobiol Dis. 2009; 35: 376-384. [PubMed]

36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Plasticidade sináptica e interaccións fisiolóxicas entre dopamina e gluta