Elaine M. Hull*
Physiol Behav. 2011 srpanj 25; 104(1): 173-177.
Objavljeno online 2011 Svibanj 5. doi: 10.1016 / j.physbeh.2011.04.057
Sažetak
Bart Hoebel je stvorio pogled na integriranu neuronsku mrežu koja posreduje i prirodne nagrade i uporabu droga. On je pionir u korištenju mikrodijalize, a također je učinkovito koristio električnu stimulaciju, lezije, mikroinjekcije i imunohistokemiju. Otkrio je da hranjenje, davanje stimulirajućih lijekova i električna stimulacija lateralnog hipotalamusa (LH) povećavaju oslobađanje dopamina (DA) u nucleus accumbens (NAc). Međutim, dok je DA u NAc-u povećala motivaciju, DA u LH inhibirala je motivirano ponašanje. Laboratorij Hull slijedio je neke od tih ideja. Mi smo predložili da serotonin (5-HT) u perifornicalLH inhibira seksualno ponašanje inhibiranjem neurona oreksin / hipokretin (OX / HCRT), koji bi inače uzbuđivali neurone u mezokortikolimbičnom DA traktu. Pokazali smo da je otpuštanje DA u medijalnom predoptičkom području (MPOA) vrlo važno za muško seksualno ponašanje, te da testosteron, glutamat, dušikov oksid (NO) i prethodno seksualno iskustvo potiču oslobađanje i parenje MPOA DA. Buduća istraživanja trebala bi slijediti Bart Hoebelov naglasak na neuronskim sustavima i interakcijama između područja mozga i neurotransmitera.
1. Istraživanje Barta Hoebela
Bart Hoebel je div među neuroznanstvenicima. On je uveo nove tehnike i proizveo sjemeni uvid u djelovanje mozga. Njegova upotreba mikrodijalize i visokoučinkovite tekućinske kromatografije (HPLC) za prikupljanje i analizu neurotransmitera u različitim područjima mozga osigurala je važne koncepcije o interakcijama između hipotalamusa i mezokortikolimbičkog dopaminskog (DA) sustava. Veći dio mog vlastitog rada bio je na stazama koje je on uspostavio.
Njegov najraniji članak, objavljen u Znanost, izvijestio je da je potrošnja hrane inhibirala, ne samo hranjenje, nego i lateralnu hipostalamičku samopodizanje, te da je ventromedijalni hipotalamus posredovao oba učinka.1]. Drugi Znanost članak je proširio svoje istraživanje motiviranih ponašanja kako bi uključio kopulaciju. Izvijestio je da je električna stimulacija stražnjeg hipotalamusa potaknula kopulaciju i nagradu izazvanu parenjem.2]. Još uvijek proučavajući kopulaciju, zainteresirao se za ulogu serotonina (5-HT) u svojoj regulaciji. Akutna injekcija p-kloramfetamina (PCA) inhibirala je žensku lordozu štakora kao rezultat 5-HT otpuštanja. Međutim, kronična PCA olakšala je lordozu, kao posljedica osiromašenja 5-HT.3]. Stoga je 5-HT imao inhibitorni učinak na žensko seksualno ponašanje.
Bart Hoebel je kasnije postao stručnjak za mikrodijalizu, au prvi plan dolaze dopamin (DA), serotonin (5-HT) i acetilkolin (ACh). Unos hrane, kokain i samokontrola lateralnog hipotalamusa sve povećane DA u mezokortikolimbi DA4, 5, 6]. Nadalje, bilo je neočekivanih interakcija među područjima mozga. Na primjer, postojao je inverzni odnos između učinaka DA u lateralnom hipotalamusu (LH) nasuprot NAc [7]. DA u LH je bio neugodan i spriječio motivirano ponašanje, ali DA u NAc-u je nagrađivalo i promicalo motivirano ponašanje.
2. Laboratorijsko istraživanje trupa
Moj je laboratorij pratio neke od tih ideja. Koristili smo mikrodijalizu, mikroinjekciju i imunohistokemiju, zajedno s testovima ponašanja, kako bismo ispitali kolo koje posreduje u spolnom ponašanju mužjaka.
2.1. 5-HT učinci u prednjem LH
Moj bivši student Dan Lorrain koristio je mikrodijalizu kako bi pokazao da se 5-HT oslobađa u prednjem LH u vrijeme ejakulacije.8] (vidi Slika 1), baš kao što je Bart Hoebel prijavio hranjenje 5-HT-a hranjenjem9]. Nadalje, mikroinjekcija antidepresiva selektivnog inhibitora 5-HT (SSRI) u LH inhibirala je kopulaciju, sličnu post-ejakulacijskom mirovanju i sličnu inhibitornim spolnim nuspojavama SSRI-a koji se koriste za liječenje depresije. Stoga je Hoebelov laboratorij pokazao da sustavno povećanje 5-HT-a umanjuje žensko seksualno ponašanje.10], a laboratorij Hull-a nalazi barem jedno područje mozga, prednji LH, gdje lokalno 5-HT povećava inhibirano muško seksualno ponašanje [8]. U kasnijem članku objavili smo da je obrnuta dijaliza 5-HT-a u prednji (periforni) LH smanjila oslobađanje DA u NAc [11]. Stoga, oslobađanje 5-HT u LH u vrijeme ejakulacije može pridonijeti post-ejakulacijskom mirovanju, barem djelomično, inhibicijom mezokortikolimbičkog DA puta.
Slika 1
Vremenske promjene vanćelijskog serotonina (5-HT) prikupljene od lateralnog hipotalamusa mužjaka štakora prije i za vrijeme kopulacije. Svaka podatkovna točka je srednja vrijednost (± SEM) za uzorke 6-min dijalizata prikupljeni tijekom osnovne linije (B), u prisutnosti estrozirane ženke (F), tijekom kopulacije (C) tijekom intervala nakon ejakulacije (P) i nakon uklanjanja ženke (izraženo u% srednje vrijednosti početne vrijednosti), Razine 5-HT porasle su tijekom drugog (P2) i trećeg (P3) postejakulatornog intervala, u usporedbi do krajnje osnovne linije. 5-HT tijekom P3 je također bio veći nego u četvrtom kopulacijskom intervalu. Uzorci prikupljeni tijekom druge i treće serije kopulacije nisu analizirani, jer je većina muškaraca ejakulirana prije punog uzorka 6-min. Grafikon sažetka (inset) prikazuje srednju vrijednost (± SEM) za podatke za razdoblja uzorka 15 srušena u pet skupina na temelju stanja ponašanja. Uzorci prikupljeni tijekom intervala nakon ejakulacije pokazali su više razine 5-HT od svih ostalih stanja. (Slika iz [8] s dopuštenjem.)
2.2. OX / HCRT u prednjem (perifornalnom) hipotalamusu
Nedavno smo dali nastavak lateralne hipotalamičke priče 5-HT. Skupina neurona u LH proizvodi peptid oreksin (OX, također poznat kao hipokretin, HCRT). Nadalje, ranije je prijavljeno da 5-HT inhibira te neurone (12). OX / HCRT je prvenstveno poznat po svojoj stimulaciji ponašanja u hranjenju [13,14] i kontrola ciklusa spavanja i budnosti15, 16]. Nexone koji sadrže OX / HCRT prethodno su prijavili da se projektiraju u ventralno tegmentalno područje (VTA) [17, izvor mezokortikolimibnog DA trakta. Nadalje, intra-VTA primjena OX / HCRT pokazala je povećanje DA oslobađanja u NAc [18]. Moj bivši student John Muschamp pretpostavio je da bi lateralni hipotalamički neuroni koji su bili inhibirani post-ejakulacijskim 5-HT-om mogli biti one stanice koje sadrže OX / HCRT. Pokazali smo da je sparivanje povećane c-Fos-imunoreaktivnosti u stanicama koje sadrže OX / HCRT [19]. Osim toga, kastracija je smanjila broj OX / HCRT imunoreaktivnih neurona, koji su uglavnom obnovljeni sustavnim injekcijama estradiola. OX / HCRT je bihevioralno relevantan, kao sustavno davanje OX / HCRT antagonista umanjene kopulacije19]. Dodatno, mikroinjekcija OX / HCRT-a u VTA rezultirala je ovisnim o dozi na djelovanje dopaminergičkih stanica. Dvije niže doze povećale su otpuštanje stanica i odgovora populacije, iako je najveća doza očito rezultirala depolarizacijskim blokom VTA dopaminergičkih neurona, koji je obrnut stimulacijom DA autoreceptora apomorfinom DA agonista. Konačno, trostruko označena imunohistokemija otkrila je da se parjenje povećava c-Fosimunoreaktivnošću u dopaminergičkim neuronima u VTA koji su apsorbirani u OX / HCRT vlakna. Prema tome, čini se da OX / HCRT neuroni djeluju na način ovisan o steroidima da aktiviraju put mezokortikolimbičkog DA, čime se promiče seksualno ponašanje i druge nagrade koje izazivaju prirodne i lijekove.
2.3. Oslobađanje DA u medijalnom predoptičkom području (MPOA)
Osim LH i mezokortikolimbičkog DA sustava, moj je laboratorij istraživao ulogu MPOA, na prednjem kraju hipotalamusa, u kontroli muškog seksualnog ponašanja. MPOA lezije narušavaju muško seksualno ponašanje u svim ispitivanim vrstama kralježnjaka (pregledano u [20]). Električna ili kemijska stimulacija MPOA poboljšava kopulaciju i ex copula genitalni refleksi. Lokalni A14 periventrikularni DA neuroni inerviraju MPOA, kao i DA neuroni s nekoliko drugih mjesta.21].
Postoji bliska korelacija između spolnog ponašanja mužjaka štakora i izvanstaničnih razina DA u MPOA. DA se oslobađa u MPOA mužjaka štakora kao odgovor na estrusnu ženu i tijekom kopulacije [22] (vidi Slika 2). Nedavna prisutnost testosterona bila je potrebna kako za oslobađanje tako i za kopulaciju. Intaktni mužjaci, kastrati tretirani testosteronom i kastrati koji su tretirani uljem, koji su kopulirali, pokazali su povećanje pred-kopulacijskog DA, koje se održavalo ili povećavalo tijekom parenja22, 23]. Ulje tretirani kastrati koji nisu kopulirali nisu pokazali povećanje. Postojala je i ponašanja i anatomska specifičnost odgovora DA. Nadalje, činjenica da se DA povećala prije parenja počela je sugerirati da povećanje nije uzrokovano kopulacijom, ali je vjerojatno povezano s seksualnom motivacijom. Dvo-, pet- i desetodnevni režim liječenja testosterona kastrata rezultirao je povećanjem kopulacijske sposobnosti koja je blisko povezana s obnovom oslobađanja DA.24]. Terapija testosteronom dva dana nije vratila parenje niti odgovor DA. Većina petodnevnih kastrata tretiranih testosteronom uspjela je kopulirati i pokazati DA odgovor, a polovica ih je mogla ejakulirati. Svi su kastrati tretirani s testosteronom za 10 dana kopulirani u ejakulaciju i svi su pokazali DA odgovor. Opet su postojale brojne korelacije između kopulacijskih mjera i razina DA. Stoga, i gubitak kopulacije nakon kastracije i njegova obnova testosteronom usko su povezani s odgovorom MPOA DA na estrusnu ženku.
Slika 2
Pojačanje seksualne aktivnosti posredovano testosteronom može se djelomično pojaviti kroz pojačano oslobađanje DA u MPOA. Gonadno netaknuti mužjaci štakora pokazali su porast izvanstanične DA tijekom predkopulacijske izloženosti nepristupačnoj estrostričnoj ženki, a svi netaknuti mužjaci tada su kopulirali kad su ženku smjestili u svoj kavez. Mužjaci kastrirali 2 tjedana prije, nisu pokazali otpuštanje DA kao odgovor na ženku i nijedno kopulirano. Dvije trećine 1-ovog kastrata kopuliralo je i pokazalo porast DA, dok preostala trećina nije kopulirala i nije pokazala porast DA. * P <.05, u usporedbi s osnovnom vrijednosti za kastrate tretirane testosteronom; ** P <.01, u usporedbi s konačnom osnovnom linijom za netaknute mužjake ili za jednotjedne kastrate tretirane vozilom koji su kopulirali; + P <.05, u usporedbi s konačnom bazom za kastrate tretirane vozilom koji nisu uspjeli kopulirati. (Preštampano iz Ref. [22] s dopuštenjem.)
Metaboliti testosterona bili su različito učinkoviti u vraćanju oslobađanja DA u dugotrajnim kastratima [25]. Estradiol je vratio normalne bazalne razine DA, ali ne i porast odgovora na ženku. Kastrati tretirani estradiolom su intromitirani, ali nitko nije pokazao uzorak ponašanja ejakulatora. Ni dihidrotestosteron ni uljni nosač nisu održavali kopulaciju ili bazalno ili ženski stimulirano otpuštanje DA. Međutim, kada je dihidrotestosteron primijenjen s estradiolom, kombinacija je obnovila i kopulaciju i bazalno i žensko stimulirano otpuštanje DA.25].
Iako su izvanstanične razine MPOA DA niže u kastratima nego kod muškaraca s gonadalno netaknutim, intracelularne razine su zapravo veće nego kod intaktnih muškaraca.26]. Doista, postojala je negativna korelacija između razina tkiva (pohranjenih) DA i sposobnosti za snošenje27]. Ne-kopulirane životinje (kastrati koji su liječeni dihidrotestosteronom i uljem) imali su više razine tkivnog DA nego skupine koje su kopulirale (estradiol-, estradiol + dihidrotestosteron- i kastrati tretirani s testosteronom). Stoga, sinteza i skladištenje DA u MPOA je barem jednako veliko u kastrata kao kod intaktnih muškaraca; nedostatak u kastratima nije u njihovoj sposobnosti da sintetiziraju i pohrane DA, nego u njihovoj sposobnosti da oslobode svoje bogate trgovine.
2.4. Uloga NO u oslobađanju MPOA DA
Ranije studije su izvijestile da je oslobađanje DA u striatumu olakšano NO [28, 29]. Stoga smo testirali da li NO ima slične učinke u MPOA. Doista, prekursor NO, L-arginina, povećano bazalno oslobađanje MPOA DA i antagonist NO-sintaze (NOS) L-NMMA smanjili su oslobađanje [30]. Različiti inhibitor NOS, L-NAME, inhibirao je oslobađanje DA izazvano kopulacijom31], učinak koji je posredovao cGMP [32]. Nadalje, imunoreaktivnost neuronskih NOS (nNOS) je smanjena nakon kastracije i obnovljena je primjenom testosterona.33]. Prema tome, jedan od načina kojim testosteron olakšava kopulaciju je povećanje nNOS u MPOA, što opet povećava i bazalno i žensko stimulirano otpuštanje DA kod intaktnih muškaraca i kastrata tretiranih testosteronom.
2.5. Učinci seksualnog iskustva
Naš laboratorij je također istraživao učinke seksualnog iskustva. Iskusni mužjaci kopuliraju s većom "djelotvornošću". Imaju kraće latencije za montažu, intromit i ejakulaciju te su sposobni za ejakulaciju s manjim brojem ulegnuća i intromisija (pregledano u [20]). Samo izlaganje mužjaka štakora estrogenskoj ženki je dovoljno da poveća njegovu sposobnost kopulacije i da poveća imunoreaktivnost c-Fos u MPOA izazvanoj jednom ejakulacijom [34]. NO može posredovati neke od staničnih učinaka iskustva. Inhibitor NOS L-IME, mikroinjektiran u MPOA, spriječio je kopulaciju u spolno naivnih muškaraca i smanjio broj intromisija i ejakulacija kod seksualno iskusnih muškaraca.35]. Kada je primijenjen u MPOA prije svake od sedam izlaganja estrusnoj ženki, blokirao je olakšavajuće učinke tih izlaganja. Nadalje, imunoreaktivnost nNOS u MPOA povećana je prethodnim seksualnim iskustvom [36]. Stoga, povećanje proizvodnje NO u MPOA i njegovo posljedično povećanje oslobađanja DA, može posredovati u nekim korisnim učincima seksualnog iskustva.
2.6. Ulaz iz medijske amigdale u MPOA
Glavni poticaj za odgovor MPOA DA na ženku je ulaz iz medijalne amigdale (MeA). Juan Dominguez je napravio velike ekscitotoksične lezije amigdale, koja je ukinula kopulaciju u mužjaka štakora [37]. Međutim, mikroinjekcije apomorfina DA agonista u MPOA potpuno su obnovile kopulaciju u tim mužjacima. Smanjene su manje radiofrekventne lezije MeA, ali nisu ukinute kopulacije. Bazalne razine MPOA nisu bile pogođene, ali je porast DA u odgovoru na ženku bio blokiran.37] (vidi Slika 3). Stoga, kao kod estradiolnog obnavljanja kopulacije u kastratima [25], bazalne razine MPOA DA bile su dovoljne za neučinkovito parenje, ali je za optimalno kopuliranje potrebno dodatno povećanje stimulirano ženama. Kod anesteziranih životinja, kemijska stimulacija MeA, korištenjem glutamata i inhibitora ponovnog preuzimanja glutamata, povećala je razine izvanstaničnog DA u MPOA, oponašajući učinak kopulacije.38] (vidi Slika 4). Stoga je jedan od načina na koji MeA potiče kopulaciju povećanjem otpuštanja DA u MPOA.
Slika 3
Lezije medialne amigdale inhibiraju otpuštanje DA u MPOA što je posljedica izlaganja estrološkoj ženki i kopulaciji. Razine predstavljaju% promjena u odnosu na početnu vrijednost (BL) kao odgovor na izlaganje prekopulatoru estrousnoj ženki (PRE), tijekom kopulacije (C1 - C3) i nakon kopulacije (POST). Izvanstanični DA značajno se povećao tijekom pretkopulatorne i kopulatorne faze ispitivanja na životinjama s lažnim lezijama, ali ne i na životinjama s MeA lezijama. Vrijednosti su izražene kao srednja vrijednost ± SEM. * P <.05; ** P <.01. (Pretiskano iz [37] s dopuštenjem.)
Slika 4
Razine DA u dijalizi iz MPOA životinja koje su primile MeA stimulaciju ili mikroinjekciju nosača. Razine predstavljaju% promjene od početne vrijednosti (BL) kao odgovor na MeA-stimulaciju ili mikroinjekciju vozila; uzorci prikupljeni nakon mikroinjekcije u MeA su uzorci nakon injekcije 1 - 6 (P1 - P6). Razine izvanstanične DA značajno su porasle nakon MiA mikroinjekcija za životinje koje primaju MeA stimulaciju, ali ne i za životinje koje primaju nosač. Vrijednosti su izražene kao srednja vrijednost ± SEM. (* P <.05) (Preštampano iz [38] s dopuštenjem.)
2.7. Glutamat u MPOA
Jedan medijator oslobađanja DA u MPOA je glutamat [39]. Otpušta se u MPOA tijekom kopulacije i povećava za oko 300% u vrijeme ejakulacije.40]. Obrnuta dijaliza inhibitora ponovne pohrane glutamata povećala je izvanćelijski glutamat, kao što se očekivalo, i također olakšala kopulaciju. Međutim, reverzna dijaliza serotonina (5-HT) u MPOA oslabila je i kopulaciju i oslobađanje glutamata izazvanog ejakulacijom [41]. Stoga, drugo mjesto gdje 5-HT može inhibirati parenje je MPOA, gdje može smanjiti oslobađanje glutamata.
Moguće objašnjenje olakšanog učinka glutamata na DA uključuje NO, NNOS inhibitor L-NAME, kada je obrnuto dijaliziran u MPOA, smanjio je početnu vrijednost DA i blokirao otpuštanje glutamata izazvanog DA. Neaktivni izomer D-NAME nije imao učinka. Glutamat se veže na NMDA receptore kako bi potaknuo priliv kalcija, koji aktivira kalmodulin, koji zauzvrat aktivira nNOS. NO može inhibirati unos DA u susjedne terminale, produžujući njegove učinke, a također može pospješiti curenje vezikula, direktno povećavajući otpuštanje DA (pregledano u [42]). Stoga glutamat, stimuliranjem nNOS-a, povećava oslobađanje DA u MPOA, što zauzvrat olakšava kopulaciju. MPOA glutamat također može pomoći u izbacivanju ejakulacije.
3. Sažetak
Ukratko, Bart Hoebel je stvorio „veliku sliku“ područja mozga koja utječu na motivaciju i za prirodne nagrade i za zlouporabu droga. Koristeći električnu stimulaciju, lezije, mikroinjekcije, mikrodijalizu i imunohistokemiju, kao i pažljivo i sustavno promatranje ponašanja, mapirao je područja mozga i neurotransmitera koji kontroliraju hranjenje, parenje, agresiju, unos droge i nagradu. Laboratorij Hull pratio je neke od tih ideja, uključujući interakciju između LH i mezokortikolimbičkog DA sustava. Predložili smo da 5-HT u perifornom LH može inhibirati seksualno ponašanje inhibicijom OX / HCRT neurona, što bi inače izazvalo neurone DA u VTA. Proučavali smo prvenstveno muško seksualno ponašanje, pokazujući da testosteron i seksualno iskustvo povećavaju nNOS u MPOA i da bi rezultirajuće povećanje proizvodnje NO povećalo i bazalno i žensko stimulirano otpuštanje DA. Nadalje, glutamat se također oslobađa u MPOA tijekom parenja, posebno u vrijeme ejakulacije, a glutamat, djelujući preko NMDA receptora i dotoka kalcija, može povećati NO, a time i otpuštanje DA. Mnogo vlastitog uspjeha dugujemo ne samo pionirskom korištenju mikrodijalize i drugih tehnika Bartu Hoebelu, nego i njegovom naglasku na neuralne sustave i interakcije područja mozga i neurotransmitera.
Naposljetku, puno toga dugujemo Bartu Hoebelu za zagovaranje tople, poticajne, avanturističke, kolegijalne i zabavne atmosfere u znanosti i osobnom životu. Veliko mi je zadovoljstvo znati od njega, komunicirati i učiti od njega.
Zahvale
Istraživanja koja su ovdje objavljena podržana su od strane NIH-a MH040826 za EM Hull.
fusnote
Izjava izdavača: Ovo je PDF datoteka neobjavljenog rukopisa koji je prihvaćen za objavljivanje. Kao uslugu našim klijentima pružamo ovu ranu verziju rukopisa. Rukopis će biti podvrgnut kopiranju, slaganju i pregledu rezultirajućeg dokaza prije nego što bude objavljen u konačnom obliku. Imajte na umu da se tijekom proizvodnog procesa mogu otkriti pogreške koje mogu utjecati na sadržaj, a sve pravne izjave koje se odnose na časopis pripadaju.
;