출처
미국, 뉴욕, 오렌지 버그, 네이선 클라인 연구소. [이메일 보호]
추상
어린이와 청소년은 불법적으로 또는 과잉 행동의 유무에 따른 주의력 결핍 장애와 같은 일반적인 신경 정신병 적 상태의 치료를 위해 정신 자극제에 점점 더 많이 노출됩니다. 더 젊은 연령층에서 정신 운동 자극제의 광범위한 사용에도 불구하고, 미성숙 뇌에서 이들 작용제에 대한 만성 분자 신경 응답 반응에 대해서는 거의 알려져 있지 않다. 여기 우리는 정신 자극제의 만성 투여 후 코카인 암페타민전사 인자 DeltaFosB 핵 축적에서 상향 조절된다 청년기 생쥐 그러나 이유나 성인이 아닌 생쥐. 유도 DeltaFosB 우두머리 부전에서 독점적으로 발생 청년기 생쥐 시간 내에 암페타민 관리. 이러한 결과 정신 자극 작용을 조절하는 중요 한 분자의 청소년 뇌에서 고유 한 소성을 입증 하 고 이러한 neuroadaptive 변화의 중재에 관련 될 수 있습니다 강화 성인에 비해 청소년의 중독성 경향.
개요
정신 자극제는 주의력 결핍 과잉 행동 장애와 같은 일반적인 유년기 장애의 치료에 사용됩니다. 또한, 암페타민과 코카인을 포함한 각성제 남용은 성인에 비해 중독성 경향이 강화 된 연령 인 청소년들에게 흔합니다 (Estroff 등, 1989; 마이어스 앤더슨, 1991). 발달 적으로 조절 된 행동 효과를 나타내는 데이터에도 불구하고, 이들 제제의 투여 시간 동안 발생하는 미성숙 뇌에서의 분자 신경 적응성 반응에 관한 것은 거의 알려져 있지 않다. 코카인과 암페타민은 도파민 D의 자극을 통해 부분적으로 오래 지속되는 행동 변화에 영향을 줄 수 있습니다1등쪽 선조체 (즉, 꼬리 푸 타멘) 및 복부 선조체 (즉, 핵 축적)에서 ΔFosB를 포함한 전사 인자 수준의 수용체 및 증가 (Chen 등, 1997). 아마도 단백질 제품의 안정화를 통한 ΔFosB 수준의 증가는 코카인 또는 암페타민에 만성적으로 노출 된 후 몇 주 동안 지속되며 적어도 부분적으로 도파민 신호 전달 경로에 의해 조절됩니다 (Chen 등, 1997; 네슬러 (Nestler) 등, 2001).
어린 동물의 중심 도파민 시스템은 도파민 D를 포함하여 정상적인 발달 과정에서 임계 분자의 수준이 변함에 따라 매우 유동적입니다.1수용체 DARPP-32 (도파민 및 cAMP 조절 된 인 단백질; Mr 32 kDa) 및 cAMP (Ehrlich et al., 1990;Teicher et al., 1993; Perrone-Capano 등 1996; 타라 지 (Tarazi) 등, 1999;안데르센, 2002). 이 기간 동안 도파민 성 신경 전달을 향상시키는 정신 자극제에의 노출은 ΔFosB 발현의 변경을 포함하여 정량적으로 및 / 또는 정 성적으로 상이한 분자 반응을 초래할 수있다. 정신 자극제에 대한 만성 노출 동안 연령-의존성 신경 적응 반응이 있다는 가설을 시험하기 위해, 일련의 실험에서 3 마리의 마우스 그룹을 연속 실험에서 분석 하였다 : 성인 (주사 초기에 60 일령), 청년기 (주사시 33 일령), 및 이유 후 (사출 개시시 24 d 오래된). 이것은이 세 연령 그룹에서 만성 정신 자극제 노출에 대한 분자 신경 적응 반응의 첫 번째 직접 비교입니다. 동일한 치료 패러다임 후, periadolescent 쥐 코카인과 암페타민에 대 한 응답으로 향상 된 ΔFosB upregulation 보여줍니다.
대상 및 방법
동물 및 약물 투여. 수컷 CD-1 마우스 (Charles River Laboratories, Kingston, NY)를 12 시간 명 / 암주기 (6 : 00 AM에서 6 : 00 PM)로 광고 무제한음식과 물에 대한 접근. 주사를 시작하기 전에 동물을 동물 실에 최소 10 d 동안 수용하도록 하였다. 동물을 수용 한 동일한 방에서 모든 주사를 수행 한 두 명의 조사관에 의해 동물을 처리 하였다. 모든 동물은 21 일령에 젖었다. 주사는 24 (후유증), 33 (소년기) 또는 60 (성인) 연령에서 시작되었습니다. 동물에게 20 d에 대해 매일 5 mg / kg 코카인 (Sigma, St. Louis, MO), 4 mg / kg 암페타민 (Sigma), 또는 00 : 5와 00 : 7 PM 사이에 같은 부피의 식염수가 복강 내 투여되었다. CO에 잠깐 노출 된 후 동물들이 참수로 죽임을 당함2 최종 주사 후 다음 날 10 : 00 AM에. 뇌에서 뇌가 즉시 제거되었고, 꼬리 푸 타멘과 핵 축적은 얼음에서 빠르게 해부되었다. 단일 조사관에 의해 관상 뇌 슬라이스로부터 모든 해부를 수행하고, 단백질 추출물을 동결없이 신선한 조직으로부터 제조 하였다. 모든 동물 절차는 기관 동물 관리 및 사용위원회의 승인을 받았으며 국립 보건원 (National Institutes of Health)에 따라 진행되었습니다. 실험실 동물의 관리 및 사용 안내서.
웨스턴 블롯 분석. 웨스턴 블롯 분석의 경우, BCA 분석 (Pierce, Pierce, BIER)을 사용하여 단백질 농도를 측정 한 후 각 샘플에서 동일한 양의 단백질 (핵산 푸 타멘의 경우 40 μg 및 핵 축적에 대한 20 μg)을 10 % SDS- 폴리 아크릴 아미드 겔의 각 레인에로드했습니다. 록 포드, 일리노이). 니트로 셀룰로스로의 이동 및 / 또는 항-액틴 항체 (1 : 500; Sigma)로 블 롯팅 한 후 Ponceau Red에 의한 총 단백질의 가시화에 의해 동일한 단백질 로딩이 또한 확인되었다. ΔFosB 이소 형을 인식하는 Fos- 관련 항원 (FRA) 항혈청은 M. Iadarola 박사 (National Institutes of Health, Bethesda, MD)에 의해 관대하게 제공되었고 1 : 4000의 농도로 사용되었다. 이전 연구들 (Chen 등, 1997; 히로이 (Hiroi) 등, 1997)는 M- 펩티드 면역원에 의한 FRA 항혈청의 사전 흡착을 포함하여이 항혈청의 특이성을 입증 하였다. 32 : 5에 사용 된 DARPP-1 10,000a 모노클로 날 항체는 Drs. 휴 헤밍 스와 폴 그린 가드 (뉴욕, 록펠러 대학교). 도파민 수송 체 (DAT) 항체는 케미 콘 (캘리포니아 주 테메 큘라). 블롯을 NEN- 듀퐁 (Boston, MA) 화학 발광 시스템과 반응시키고 필름에 노출시켰다. ΔFosB 면역 반응성에 대한 밀도 측정 값은 ScanAnalysis for Apple (Biosoft, Ferguson, MO)를 사용하여 수득 하였다. 통계적 유의성은 일원 분산 분석을 사용하여 결정한 후 사후 Tukey의 다중 비교 테스트 또는 짝을 이루지 않은 양측 학생의 t 그림 범례에 표시된대로 테스트하십시오. 약물 치료 실험을 위해, 각 연령 그룹의 분석을 별도의 블롯에서 수행하였고, 따라서 각 식염수 그룹에 연령 그룹 간 비교를 위해 100 % 값을 임의로 할당 하였다. 온전한 연구를 위해, 모든 연령대의 샘플을 단일 블롯으로 함께 분석 하였다.
결과
코카인과 암페타민 후 ΔFosB의 유도는 청년기 만 생쥐의 핵 축적에서 발생합니다
ΔFosB의 발현은 암페타민 또는 코카인 투여의 7 d 후 이유식 후, 청년기 및 성체 마우스의 핵 축적 물 및 우 두부에서 측정되었다. 핵 축적은 정신 자극제의 보람 효과를 매개하는데 가장 중요한 것으로 여겨지는 뇌 영역이다. 암페타민의 만성 투여 후 겨우살이 동물의 핵 축적에서 ΔFosB 면역 반응성 (35 kDa)이 선택적으로 유도되었다 (도. 1 A) 또는 코카인 (그림. 1 B). 대조적으로, ΔFosB (35 kDa)의 수준은 이유 후 또는 성인 동물의 핵 축적에서 유의미하게 변경되지 않았다 (도.1 A,B). 꼬리가있는 Putamen에서, ΔFosB 수준 (35 kDa)은 또한 periadolescent 동물에서만 만성 암페타민 투여 후 크게 상향 조절되었다 (도.2 A). 세 연령 그룹 모두 코카인을 만성적으로 투여 한 후 미끼 Putamen에서 ΔFosB (35 kDa) 발현이 유의하게 증가한 것으로 나타났습니다 (그림.2 B). 그러나 유도의 정도는 특히 사춘기 후와 비교하여 청년기 동물에서 가장 컸다 (그림. 2 B). 다른 FRA 및 Fos 이소 형은 모든 연령 그룹에서 변경되지 않았다 (데이터는 나타내지 않음).
만성 정신 자극제 투여 후 핵 축적에있어서의 ΔFosB 면역 반응성. CD-1 마우스에 7 일에 시작하는 24 d에 대해 식염수, 암페타민 또는 코카인을 매일 1 회 주사 하였다 (P24; 이유 후), 33 일 (P33; 청년기) 또는 60 일 (성인). 핵 accumbens에서 ΔFosB (35 kDa) 면역 반응성의 수준은 만성 암페타민 (A) 또는 코카인 (B) 관리. 식염수 대표 면역 블롯S), 암페타민-(A) 및 코카인-(C) 이유 후 주입P24), 청년기 (P33), 성체 마우스는 상단 패널. 하단 패널 기초 ΔFosB 발현의 평균 ± SEM 백분율을 나타낸다. n 각 그룹의 값은 바. 겨드랑이 사춘기 마우스의 핵 축적에서 ΔFosB의 상당한 증가가 발견되었다. *p <0.05; **p <0.01 (학생 t 테스트; 식염수 대 약물).
만성 정신 자극제 투여 후 미량의 푸 타멘에서 ΔFosB 면역 반응성. CD-1 마우스에 7 일에 시작하는 24 d에 대해 식염수, 암페타민 또는 코카인을 매일 1 회 주사 하였다 (P24; 이유 후), 33 일 (P33; 청년기) 또는 60 일 (성인). 우 두부 Putamen에서 ΔFosB (35 kDa) 면역 반응성의 수준은 만성 암페타민 (A) 또는 코카인 (B) 관리. 식염수 대표 면역 블롯S), 암페타민-(A) 및 코카인-(C) 주사 된 periadolescent 마우스 (P33)는상단 패널. 하단 패널 기초 ΔFosB 발현의 평균 ± SEM 백분율을 나타낸다. n 각 그룹의 값은 바. ΔFosB 면역 반응성의 유의 한 암페타민-유도 증가는 오직 청년기 생쥐의 꼬리 부위에서 발견되었다 (A). 만성 코카인 투여로 세 연령대 모두에서 ΔFosB 증가 (B). *p <0.05; **p <0.01 (학생 t 테스트; 식염수 대 약물).
만성 코카인 또는 암페타민 후에 DAT 및 DARPP-32 수준이 변경되지 않음
DARPP-32, D를 포함한 도파민 및 / 또는 도파민 수용체 뉴런에 의해 발현 된 몇몇 주요 분자1 도파민 수용체 및 DAT는 정신 자극제에 대한 급성 및 만성 반응에 기여합니다 (Moratalla 등, 1996; Fienberg et al., 1998; Sora et al., 1998; Gainetdinov et al., 2001). DARPP-32, D의 데이터1 수용체, 및 DAT 널 및 DAT 녹다운 마우스는 그들의 수준, 도파민 활성의 조절 및 정신 자극제에 대한 반응 사이의 복잡한 관계를 나타낸다. 실제로, ΔFosB 유도는 만성 코카인을받는 DARPP-32 널 마우스에서 발생하지 않습니다 (Fienberg et al., 1998). 그러나, 성인 마우스에서, 7 mg / kg 코카인에 대한 20 d 노출은 DARPP-32의 총 수준을 변화시키지 않습니다 (Fienberg et al., 1998). 정신 자극제에 노출 된 후 도파민 수송 체에 방사성 리간드 결합의 변화가 일부 종에서보고되었지만 DAT 단백질 조절은 정신 자극제에 만성적으로 노출 된 마우스에서 이전에보고되지 않았습니다 (Letchworth 등, 2001). 여기 우리는 쥐의 3 세 중 하나에서 만성 정신 자극제 관리 후 이러한 단백질의 표현 변경 여부를 결정 DARPP-32 및 DAT 단백질의 수준을 측정. 우리의 연구 결과는 세 연령대 중 하나에서 코카인 또는 암페타민의 만성 투여 후 전체 우두머리 Putamen 또는 핵 Accumbens에서 총 DARPP-32 또는 DAT 수준에 유의 한 변화가 없었 음을 나타냅니다 (표 1).
ΔFosB의 기준 수준은 발달 적으로 조절됩니다
우리는 선조에서 ΔFosB의 유전자 조작 된 증가 된 발현을 가진 성인 생쥐가 정신 자극제에 대한 행동 반응을 높였 기 때문에 ΔFosB의 존재를 조사했다.Kelz 등, 1999). 우리는 ΔFosB의 기준치 수준이 미숙 한 putamen과 핵 accumbens에서 성인에 비해 어린 동물에서 유의하게 낮다는 것을 발견했다 (Fig.3 A). DARPP-32를 포함한 도파민 시스템의 기능적 마커 수준 (Ehrlich et al., 1990), DAT (Perrone-Capano 등 1996) 및 도파민 수용체 (Teicher et al., 1993; 타라 지 (Tarazi) 등, 1999)도 개발 규제를받습니다. CD-1 마우스의 이전 보고서는 출생 후 일 32 (P28)에서 선조체 DARPP-28의 피크를 나타냅니다 (Ehrlich et al., 1990). 쥐 우두머리 putamen과 핵 accumbens에서 D1수용체 수준은 P28에서 P40까지 피크 (Teicher et al., 1993; 타라 지 (Tarazi) 등, 1999), 그러나 유사한 연구가 마우스에서 수행되지 않았습니다. 대조적으로, 본 발명자들은 꼬리 푸 타멘 및 핵 accumbens에서 DAT 단백질 수준이 출생 후 일 24와 성인 사이에서 일정하다는 것을 발견 하였다 (도. 3 B). 따라서 D 사이의 상대적인 비율1 수용체, DAT, DARPP-32 및 ΔFosB는 연령 그룹에 따라 다르므로 잠재적으로 D에 차이가 생길 수 있습니다1 ΔFosB 유도 정도에 영향을 줄 수있는 수용체 활성.
ΔFosB 및 DAT의 발달 발현. A, 나이의 함수로서 나이브 CD-35 마우스의 미량 푸 타멘 및 핵 축적 물에서의 ΔFosB (37-1 kDa) 면역 반응성. 대표적인 면역 블롯은 상단 패널.하단 패널 은 그룹당 3 마리 마우스의 ± SEM을 의미한다. *p <0.05, 성인 대 P24; #p <0.05, 성인 대 P36 (ANOVA 후 터키의 다중 비교 테스트). B, 나이의 함수로서 나이브 CD-1 마우스에 대한 꼬리 푸 타멘 및 핵 축적에있어서의 DAT 면역 반응성의 밀도 측정 값. DAT의 수준은 세 연령 그룹간에 차이가 없었습니다.
토론
정신 운동 자극제의 행동 효과는 연령에 따라 다릅니다. 불법적 인 물질의 사용이 확대 될 때 청소년기의 중독성 경향이 가장 높습니다 (Estroff 등, 1989; 마이어스 앤더슨, 1991). 실제로, 어린 아이들은 정신 자극제에 노출 될 때 종종 소화 불량이되지만, 청소년과 성인은 행복감을 느낍니다 (Rapoport 등, 1980). 설치류 모델에서, 일부 연구에 따르면 청년기 동물은 더 높은 기준 수준의 활동을 가지고 있음을 시사합니다 (창과 브레이크, 1983) 및 젊고 나이 든 동물에 비해 정신 자극제에 대한 반응이 변경되었습니다. 따라서, 이들은 젖소 및 성체 동물에 비해 정신 자극제의 급성 저용량 투여에 반응하여 적은 운동 자극 및 신규성을 추구하지만 고용량 치료 후 과잉 행동을 증가시켰다. 만성 투여시, 코카인-유도 운동에 대한 감작은 성인과 비교하여 청년기 래트에서 더 큰 반면, 고정 관념에 대한 감작은 더 낮다. 또한, 미세 투석 데이터는 암페타민-유도 도파민 방출에 대한 감작과 관련하여 청년기 및 성인 쥐 사이의 차이를 밝혀냈다 (라비 올라 (Laviola) 등, 1995; Adriani 등, 1998; 아드리안 니와 라비 올라, 2000;라비 올라 (Laviola) 등, 2001). 그러나, 청소년 쥐에서 메틸 페니 데이트 투여 후 코카인에 대한 장기적인 반응성에 대한 상충되는 연구가 있습니다 (Brandon et al., 2001; 안데르센 (Andersen) 등, 2002). 이 두 보고서는 서로 다른 실험 패러다임이 사용될 때 연구를 비교하는 데 어려움을 강조합니다. 어린 동물의 행동 연구를 비교하려는 시도는 다른 종과 균주의 사용에 의해 더욱 혼란스러워진다.
마우스는 정신 자극제의 사용 및 남용에 대한 연구에서 점점 더 중요한 동물 모델이되고 있으며, 이는 마우스 또는 다른 단일 종에서 세 가지 다른 발달 연령에서 분자 신경 적응 반응에 대한 최초의 체계적인 분석입니다. 우리가 치료 패러다임을 도출 한 이전의 연구는 만성 코카인과 암페타민 투여 후 야생형 성인 쥐의 고립 된 등쪽과 배쪽 선조에서 ΔFosB의 증가를 보여주었습니다.호프 (Hope) 등, 1994; Nye 등, 1995; Turgeon et al., 1997) 그러나 만성 코카인 후 야생형 성인 생쥐의 등쪽 및 배쪽 선조 또는 분리 된 등쪽 선조에서만Fienberg et al., 1998; Zachariou 등, 2001).
우리는 이제 post-weanling, periadolescent, 및 성인 생쥐에서 psychostimulant 유발 ΔFosB의 공간적 및 양적 차이를 보여줍니다. 성인 및 이유 후와 비교하여 청년기 동물에서 고조된 반응의 관찰은 반응이 코카인 및 암페타민-처리 된 마우스에서 유사하다는 사실에 의해 강화된다. 정신 자극제 코카인과 암페타민은 세로토닌과 노르 에피네프린뿐만 아니라 시냅스 도파민을 증가 시키지만 다른 메커니즘에 의해 증가합니다. 코카인은 도파민, 세로토닌 및 노르 에피네프린의 혈장 전달자에 결합하여 시냅스 전 말단으로의 재 흡수를 억제합니다. 대조적으로, 암페타민은 이러한 송신기의 방출을 촉진합니다. 자극제 투여의 7 d 이후에 만연 령 연령 그룹의 핵 축적 체에서 ΔFosB의 선택적 유도 및 미숙 한 푸터 멘에서 ΔFosB의 상대적으로 증가 된 유도는 신경 생물학적 표현 일 수 있고, 이에 앞서 언급 된 정신 자극제 남용 경향의 원인 일 수있다. 연령 그룹 (Estroff 등, 1989; 마이어스 앤더슨, 1991) 및 연령 그룹에 따라 다른 유전자 발현의 다른 장기 변화 (안데르센 (Andersen) 등, 2002). 또한, 이러한 차이는 ΔFosB 자체를 포함하여 주요 분자 수준의 발달 변화에 의해 본질적으로 조절 될 수있다. 연령대 사이의 ΔFosB의 기준선 수준 차이의 잠재적 인 영향은 래트 균주 간의 차이와 관련하여 제안 된 것과 유사합니다 (Haile 등, 2001). 실제로, 우리는 근친 생쥐들 사이에서 유사한 균주 차이가 발견 될 것으로 예상한다. 연령대가 다른 마우스가 핵 축적 이외의 뇌 영역에서 다른 분자 적응을 보일 수도 있습니다. 주요 분자의 수준에서 유전자 조작 된 변화와 동시 행동 관찰과 함께 periadolescent 마우스를 사용하는 추가 분석은 이러한 가설을 추가로 테스트합니다.
각주
- 수상 4월 8, 2002.
- 수정본 수신 8 월 6, 2002.
- 가능 8 월 8, 2002.
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이 연구는 국립 보건원 (National Institutes of Health / National Institute of Neurological Disorders and Stroke Grant) NS41871 (MEE 및 EMU)와 National Institute of Drug Abuse Grant P30-DA13429 (EMU)의 지원을 받았습니다.
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해당 내용은 PA 310, Philadelphia, 1025 Walnut Street, Curtis 19107, Thomas Jefferson University, Thomas Jefferson University의 Michelle E. Ehrlich 박사에게 문의하십시오. 이메일: [이메일 보호].
- 신경 과학을위한 2002 Society