Pratimai padidina dopamino D2 receptorius Parkinsono ligos pelės modelyje. In vivo vaizdavimas naudojant (18F) fallypride

Komentarai: naudojant pelės Parkinsono ligos modelį, bėgimo takelis padidino dopamino D2 receptorius. Priklausomybės sukelia D2 receptorių sumažėjimą, kuris iš dalies yra desensibilizacijos priežastis. Dar viena priežastis sportuoti.


Judėjimo sutrikimai

25, 16 numeris, 2777-2784, 15 2010, XNUMX

Marta G. Vučković, MSc,1,2 Quanzheng Li, Daktaras,3 Beth Fisher, PT, PhD,4 Angelo Nacca, Daktaras,5 Richard M. Leahy, Daktaras,3 John P. Walsh, Daktaras,6 Jogesh Mukherjee, Daktaras,7 Celia Williams, BSc,2 Michael W. Jakowec, Daktaras,2,4 ir Giselle M. Petzinger, MD2,4,*
Galutinę leidėjo redaguotą šio straipsnio versiją galite rasti tinklalapyje Mov Disord
Žr. Kitus PMC straipsnius citata paskelbtas straipsnis.

Abstraktus

Šio tyrimo tikslas buvo ištirti dopamino D2 receptorių (DA-D2R) ekspresijos pokyčius MPTP pelių bazinėse gangliose, kurioms buvo taikomas intensyvus važiavimo takas. Naudojant Vakarų imunoblotinę sinaptoneurosomų analizę. \ T in vivo pozitrono emisijos tomografijos (PET) vaizdavimas naudojant DA-D2R specifinį ligandą [18F] fallypride, mes nustatėme, kad didelio intensyvumo važinėjimo treniruotė paskatino striatų DA-D2R ekspresiją, kuri buvo ryškiausia MPTP, lyginant su gydomomis druskomis. DA-D2R dopamino išeikvotų bazinių ganglijų fizinio aktyvumo pokyčiai atitinka potencialų šio receptoriaus vaidmenį moduliuojančių vidutinio spyglių neuronų (MSN) funkcijoje ir elgsenos atkūrime. Svarbu tai, kad šio tyrimo rezultatai patvirtina PET vaizdavimo naudojant [18F] fallypride tirti DA-D2R pokyčius asmenims, sergantiems Parkinsono liga (PD), kuriems atliekamas intensyvus treniruoklių mokymas.

Raktiniai žodžiai: positrono emisijos tomografija, baziniai ganglijos, neuroplastika, važiavimo takai

Pratimai gerina Parkinsono liga sergančių pacientų (PD) motorinį veikimą.1-3 Gyvūnų modeliai, tokie kaip 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridino (MPTP) pelė, yra svarbi priemonė tiriant fizinių pratimų sukeltos motorinės elgsenos pagerėjimo molekulinius mechanizmus.4-6 Dopamino D1 ir D2 receptoriai (DA-D1R ir DA-D2R) yra pagrindiniai dopamino tikslai striatrijose vidutinio smegenų neuronuose (MSN) ir moduliuoja fiziologines savybes bei ląstelių signalizaciją. Konkrečiai, DA-D2R atlieka svarbų vaidmenį ilgalaikėje depresijoje (LTD), kuri yra sinaptinio plastiškumo forma, apimanti glutamaterginio ir dopaminerginio neurotransmisijos integraciją, kuri lemia motorinės funkcijos kodavimą dorsolateriniame striatume. Atsižvelgiant į DA-D2R vaidmenį variklio kontrolėje, siekėme išsiaiškinti, ar padidėjęs motorinės funkcijos pagerėjimas yra iš dalies susijęs su striatų DA-D2R ekspresijos padidėjimu.

Pozitrono emisijos tomografija (PET), vaizduojantis su DA-D2R radioteritoriais, suteikia galimybę atlikti išilginius tyrimus dėl fizinio krūvio poveikio žmonėms. Ankstesni tyrimai su aerobiniais pratimais bandė išmatuoti dopamino išsiskyrimą normaliems asmenims7 ir nesikeičia [11C] raclopridas buvo pastebėtas, todėl autoriai teigė, kad atsirado nedaug dopamino koncentracijos pokyčių. Tačiau fizinio krūvio poveikis DA-D2R ekspresijai ir sinaptiniam aktyvumui netirtas. PET vaizdavimo ligandas [18F] fallypride yra puiki priemonė tai išnagrinėti dėl didelio afiniteto ir specifiškumo tiek DA-D2R, tiek DA-D3R ir skirtingai nuo [11C] raclopido, jis nėra lengvai pakeistas pradiniu endogeninio dopamino kiekiu.7-10 Tai patvirtino gyvūnų rezerpino apdorojimas (siekiant išnaikinti endogeninį dopaminą), kuris neturėjo poveikio [18F] fallypride įpareigojimas,9,11 tačiau žymiai padidėjo [11C] raclopido surišimas8 tai buvo priskirtas prie akivaizdaus rišimo afiniteto pasikeitimo (Kd), o ne receptorių skaičius (Bdaugiausia).

Kaip [18F] fallypridas yra atsparus pokyčiams, atsirandantiems dėl dopamino išeikvojimo, o tai rodo, kad jo poveikis mažai Kd or Bdaugiausia pradžioje arba išeikvojus, mes naudojome [18F] fallypride išbandyti mūsų hipotezę, kad DA-D2R ekspresija padidėja MPTP pelės modelyje su intensyviu pratimu.9,10,12,13 Be to, siekiant paremti mūsų PET vizualizavimo priemones, mes panaudojome papildomą Vakarų imunoblotinės sinaptoneurosominių preparatų analizės metodą, kad būtų matuojami DA-D2R baltymų ekspresijos pokyčiai sinapso lygiu tiems patiems gyvūnams. Čia pranešime apie pratimo poveikį DA-D2R išraiška ir [18F] fallypride pelių grupėse, gydomose fiziologiniu tirpalu arba MPTP.

METODAI

Gyvūnai, gydymo grupės ir MPTP administracija

Vyriškos C57BL / 6 pelės 8 savaitės (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) buvo grupuojamos į temperatūrą kontroliuojamoje patalpoje, esant 12 h šviesai / 12 h tamsiam ciklui. Visos procedūros buvo atliktos pagal USI IACUC patvirtintą laboratorinių gyvūnų priežiūros ir naudojimo vadovą. Iš viso 164 pelėms buvo naudojamos keturios gydymo grupės: (1) fiziologinis tirpalas (n = 42), (2) fiziologinis tirpalas ir pratimas (n = 55), (3) MPTP (n = 57) ir (4) MPTP plius pratimas (n = 42). Sužalojimui pelės gavo keturias intraperitonines 20 mg / kg MPTP (laisvos bazės; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) injekcijas, ištirpintas 0.9% fiziologiniame tirpale, 2-h intervalais arba keturias intraperitonines 0.1 ml 0.9% NaCl injekcijas. kaip kontrolė. Pažeidimą patvirtino striatrijos dopamino lygių HPLC analizė. Vartojant 10 dienas po MPTP, MPTP pelėms (82.2 ± 48.0 ng / mg baltymų) buvo sumažėjęs 8.4% dopamino kiekis (269.5 ± 24.9 ng / mg baltymų). Tyrimo pabaigoje reikšmingų skirtumų tarp stropinės dopamino koncentracijos tarp MPTP plius pratybų pelių (69.8 ± 11.7 ng / mg baltymų) nebuvo, palyginti su MPTP (77.9 ± 12.0 ng / mg baltymų). Tačiau, palyginti su fiziologiniu tirpalu (315.2 ± 9.0 ng / mg baltymų), fiziologinio tirpalo plius treniruočių pelėse (246.9 ± 19.8 ng / mg baltymų) reikšmingai padidėjo striatalo dopamino kiekis.F(3,16) = 7.78; P <0.05).

Bėgimo takelio pratimas

Pratimai prasidėjo 5 dienas po pažeidimo. Dviejų treniruočių grupių pelės (fiziologinis tirpalas ir fizinis krūvis, MPTP plius pratimas) buvo apmokytos važiuoti 100 cm varikliu (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) 6 savaičių (5 dienų / savaitės) metu. 60 min / day ir 18 – 20 m / min greitis.5,6

Magnetinio rezonanso tomografija

Su 1-T mikro-MRI sistema (Bruker Biospin, Billerica, MA) buvo gautas pelės smegenų trimatis tūrinis T7 svertinis magnetinio rezonanso (MR) vaizdas. Vaizdo gavimo parametrai buvo: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, 0.4-mm pjūvio storis, 0.45-mm interslice storis, 128 × 128 × 128 matricos dydis.

Radiochemija

[18F] fallypridas buvo atliktas, kaip aprašyta anksčiau, kai tozilo prekursoriaus nukleofilinė pakaitinė reakcija buvo su [18F] naudojant pagal užsakymą pagamintą radiochemijos aparatą.12 Gryninimas buvo atliktas atvirkštinės fazės HPLC būdu, naudojant C8 (2) Phenomenex Luna kolonėlę, naudojant judančią fazę acetonitrilo ir natrio fosfato buferiu (55: 45). UV absorbcija buvo matuojama 254 nm ir AUFS 0.05. Radioaktyvusis pikas (sulaikymo laikas 17 min), atitinkantis [18F] fallypride, surenkamas ir tirpiklis pašalintas rotaciniu garintuvu. Galutinis produktas buvo tiriamas dėl pirogeninio, sterilumo, pH ir organinių tirpiklių pašalinimo dujų chromatografijos būdu. Specifinis aktyvumas ir radiocheminis grynumas buvo įvertintas naudojant Waters HPLC sistemą, naudojant C8 (2) Phenomenex Luna analizę. Specifinis aktyvumas buvo 3,000 – 12,000 Ci / mmol diapazone.

PET matavimai ir vaizdo analizė

PET vaizdavimui buvo naudojamos dvidešimt pelių (n = 6 fiziologinis tirpalas; n = 3 fiziologinis tirpalas ir pratimas; n = 5 MPTP ir n = 6 MPTP plius pratimas). Nuskaitymai buvo gauti naudojant „Concorde microPET R4“ skaitytuvą (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) su 60-min sąrašo režimo gavimo protokolu po 20 min. 68Ge šaltinis. [18F] fallypride (10.92 – 11.28 MBq) buvo švirkščiama per uodegos veną (vienkartinį boliusą) išmetimo skenavimo pradžioje. Pelės anestezuotos 2% izofluoranu ir 98% deguonimi. Dinaminio sąrašo režimo duomenys buvo surūšiuoti pagal sinogramas su 26 rėmeliais (6 × 20 sec, 4 × 40 sec, 6 × 1 min ir 10 × 5 min) ir rekonstruoti du OSEM iteracijos (užsakytų pogrupių lūkesčių maksimalizavimas) ir 18 MAP (maksimalus a posteriori) atkūrimo algoritmas.14 Rekonstruoti vaizdai buvo apkarpyti, kad galvos būtų laikomi ir linijiškai interpoliuojami Z-Direction sukurti 128 × 128 × 63 vaizdą su izotropiniu 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 voxels. Iš rekonstruotų dinamiškų vaizdų, naudojant daugiašalius audinių etaloninius modelius, buvo apskaičiuoti striatumo didelio skiriamojo gebos (BP) vaizdai.15 ir „Logan“ sklypai16 didelis aktyvumas striatume ir labai mažas aktyvumas smegenėlių (referenciniame regione). Anatominiai regionai (striatum ir cerebellum) abiejuose pusrutuliuose buvo rankiniu būdu apibrėžti PET vaizduose, kurie buvo registruoti MRI naudojant „Rview“ (versija 8.21Beta).17 [18F] fallypride pelės striatume buvo atlikta naudojant BP vertę, kuri suteikia specifinio / nespecifinio surišimo santykio pusiausvyroje santykį.18,19 Norint įrodyti, kad striatume yra specifinis specifiškumas, keturios pelės buvo surenkamos 60 min po ligandinės injekcijos, smegenys greitai užšaldytos skystame azoto sluoksnyje, suskirstytos į 30-μm storį ir sekcijos, prijungtos prie fosfotografo (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway , NJ) (Pav 1). Tyrimai parodė, kad [18F] fallypridas specifiškai prisijungia prie DA-D2R, ir kaip labai mažai DA-D3R yra striatume, rišimas rodo DA-D2R užimamą.9,10,12,13

Fig. 1 

[18F] Fallypride rodo aukštą pelės striatumo specifiškumą. Kairiajame skydelyje pateikiama anatominė koronato sekcija apytiksliai bregma 0.20. Dešiniajame skydelyje rodomas reprezentatyvus autoradiografas su intensyviu ženklinimu ...

Audinių surinkimas HPLC ir baltymų analizei

Tyrimo pabaigoje smegenys buvo greitai pašalintos ir nugaros striatumas išpjaustytas šviežia, atitinkančia anatominius regionus nuo bregmos 1.2 iki 0.6 su korpuso skrituliu kaip nugaros riba, šoninis korpuso skersmens aspektas kaip šoninė siena ir virš priekinės komisijos. ventralinė riba.20

Dopamino ir jo metabolitų HPLC analizė

Dopamino koncentracijos striatų homogenizuose (n = 4 vienoje grupėje) buvo nustatytos HPLC su elektrocheminiu nustatymu.6 Sistemą sudarė ESA automatinis mėginių ėmiklis (ESA, Chelmsford, MA), turintis 150 × 3.2 mm atvirkštinės fazės C-18 kolonėlę (3μm skersmuo) ir CoulArray 5600A (ESA, Chelmsford, MA), įrengtas keturiais - kanalų analizės elementas su potencialais, nustatytais –75, 50, 220 ir 350 mV.

Vakarų imunoblotinė analizė

Mokslinis poveikis DA-D1R ir DA-D2R sinaptinei ekspresijai buvo analizuojamas sinaptoneurosomų preparatuose, pagamintuose iš aštuonių dorsolaterinių striatumų.21 Ši procedūra buvo atlikta trims pelių grupėms iš viso 24 pelių per eksperimentinę grupę (n = 3 preparatai grupėje). Santykinė baltymų ekspresija DA-D1R (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), tirozino hidroksilazės (58 kDa), dopamino transporterio (68 kDa) ir α-tubulino (50 kDa) (kaip pakrovimo kontrolės) atveju buvo analizuojami Vakarų imunoblotu22 naudojant komerciškai prieinamus pirminius antikūnus (triušio polikloninius ir pelės monokloninius antikūnus, Millipore, Temecula, CA). Baltymų juostos buvo vizualizuotos afininiu būdu išgrynintomis ožkų anti-triušio arba anti-pelės antriniais antikūnais, prijungtais prie IRDye680 arba IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Fluorescentinis signalas buvo aptiktas skenuojant filtrą LI-COR Odyssey netoli infraraudonųjų spindulių vaizdo platformos ir kiekybiškai įvertintas naudojant „Odyssey 2.1“ programinę įrangą (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Rezultatai rodomi kaip santykiniai ekspresijos lygiai, lyginant su fiziologiniu tirpalu (nustatyta 100%).

Statistinė analizė

Skirtumai tarp [BP] grupių18F] fallypride, DA-D1R ir DA-D2R baltymų kiekiai buvo analizuojami naudojant dvipusę dispersijos analizę (ANOVA), gydant tarp subjekto faktoriaus (fiziologinio tirpalo ir MPTP), ir fizinį krūvį, kaip ir tiriamojo faktoriaus (be pratimų prieš pratimas). Maksimaliam važiuojamosios dalies važiavimo greičio bandymui buvo naudojamas laikas tarp dalyko faktoriaus (1, 2 ir kt.) Ir gydymas buvo naudojamas kaip tiriamojo faktoriaus (fiziologinio tirpalo ir MPTP). Bonferroni post hoc testas buvo naudojamas daugkartiniams palyginimams ištaisyti, įvertinant dominančią reikšmę. Nustatytas reikšmingumo lygis P <0.05. Norint ištirti praktinę grupių skirtumų reikšmę, buvo apskaičiuotas skirtumų tarp grupių dydis, naudojant efekto dydį (ES) (ES = VidutinisGrupė 1 - vidurkisGrupė 2/ SDsujungtas). ES atspindi gydymo poveikį dominančiai populiacijai ir pagal nustatytus kriterijus pateikiama kaip maža (<0.41), vidutinė (0.41–0.70) arba didelė (> 0.70).23 Analizė atlikta naudojant „Prism5 for Windows“ (GraphPad, San Diego, CA).

REZULTATAI

Didelio intensyvumo bėgimo takelis MPPV pažeidimų turinčiose pelėse veikia geriau

Prieš MPTP pažeidimą ir treniruotės pradžią vidutinės visų pelių pradinių greičių dvi pratimų grupės buvo panašios (fiziologinis tirpalas ir pratimas: 11.7 ± 1.1 m / min ir MPTP plius pratimas: 11.2 ± 1.1 m / min). Dienos pratimai 6 savaitėms pagerino maksimalų važiavimo tako greitį abiejose pratybų grupėse su fiziologiniu tirpalu ir pratybų pelėmis, rodančiomis žymiai didesnį maksimalų greitį, palyginti su MPTP pliuso pratybų pelėmis per 1 per savaitę 4 (Pav 2). Tačiau MPTP plius mankštos pelės buvo panašios maksimalios važiuojamosios dalies važiavimo greičio, lyginant su fiziologiniu tirpalu ir pratybų pelėmis, 5 savaitę (MPTP plius pratimas: 17.2 ± 3.6 m / min ir fiziologinis tirpalas ir pratimas: 22.0 ± 1.5 m / min) ir savaitę 6 (19.2 ± 1.2 m / min ir 22.2 ± 0.9 m / min). Kaip pranešta anksčiau, MPTP pažeistos pelės, kurioms nebuvo treniruočių treniruočių treniruotės, parodė, kad 7.0 savaitės treniruočių laikotarpio pabaigoje jų greitis 0.3 ± 6 m / min nebuvo spontaniškas.5

Fig. 2 

Pratimai pagerina variklio elgesį MPTP pele. Kiekvienos savaitės pabaigoje buvo išbandytas maksimalus druskos tirpalo (n = 12) ir MPTP (n = 12) pelių greitis motorinėje važiavimo kelyje. Pradiniai bėgimo tako greičiai buvo matuojami prieš MPTP pažeidimą. ...

Didelio intensyvumo važinėjimo pratimas padidino striatalų DA-D2R, bet ne DA-D1R baltymą

Didelio intensyvumo važinėjimo treniruotės skirtingai paveikė DA-D2R ir DA-D1R koncentracijas sinaptoneurosominiuose preparatuose iš nugaros striatumo, kaip parodė Western blot analizė (Pav 3). MPTP plius treniruočių pelės padidino striatų DA-D48.8R 2%, lyginant su MPTP pelėmis (3B) ir reikšmingą sąveiką tarp pratimų ir MPTP pažeidimų su DA-D2R baltymų kiekiu (\ tF(1,8) = 6.0; P <0.05). Ir atvirkščiai, DA-D1R baltymų lygiui tarp grupių nebuvo jokio poveikio (3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Vien tik MPTP pažeidimas reikšmingai nekeičia DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) arba DA-D1R išraiška (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Be to, du skirtingi vidutinio smegenų dopaminerginių pluoštų vientisumo baltymai, tirozino hidroksilazė (TH; 3C) ir dopamino transporteris (DAT; 3D pav), parodė, kad MPTP žymiai sumažino striatalinį TH baltymą (\ tF(1,8) = 757.3; P <0.05) ir DAT išraiška (F(1,8) = 218.0; P <0.05).

Fig. 3 

Pratimai selektyviai reguliuoja DA-D2R, bet ne DA-D1R striatalų baltymą. Skydas (A) rodo Vakarų imunoblotinę sinaptoneurosomų preparatų analizę iš DA-D1R baltymo nugaros striatumo. Statistiškai reikšmingo skirtumo tarp ...

Didelio intensyvumo bėgimo takelio pratimas padidino striatūrą [18F] Fallypride įrišimo potencialas (BP)

Nors Vakarų imunoblotinė receptorių baltymų ekspresijos analizė matavo bendrą antikūnų epitopų (tiek paviršinių, tiek vidinių ląstelių parduotuvių), in vivo PET vaizdavimas su didelio afiniteto DA-D2R specifiniu radioligandu [18F] fallypride gali apibūdinti fizinio krūvio poveikį prieinamumui DA-D2R surišti ligandą (Pav 4). Statistinė analizė parodė, kad buvo reikšmingas pratybų poveikis (F(1,16) = 12.3; P <0.05), taip pat MPTP pažeidimas (F(1,16) = 160.3; P <0.05) be reikšmingos sąveikos tarp MPTP ir fizinio krūvio (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) į [18F] fallypride BP. Bonferroni post hoc analizė parodė reikšmingą BP reikšmių skirtumą tarp MPTP ir MPTP plius pratybų pelių (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01), o reikšmingo skirtumo tarp fiziologinio tirpalo ir fiziologinio tirpalo bei fizinių pratimų pelių nėra (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). Konkrečiai, MPTP plius pratimų pelėms 73.1% padidėjo [18F] fallypride BP, palyginti su MPTP pelėmis (MPTP plius pratimų vidutinės BP vertės: 7.1 ± 0.7; MPTP pelių vidutinės BP vertės: 4.1 ± 0.3) (4B). Be to, fiziologinio tirpalo ir pratimų pelėms 8.2% padidėjo [18F] fallypride BP (13.2 ± 1.0), lyginant su pelių (12.2 ± 0.3) druskos tirpalu. Remiantis šiais duomenimis, „efekto dydžio“ skaičiavimai atskleidė didesnį pratybų efektą tarp MPTP grupių (ES = 2.61), nei nustatyta tarp druskingo tirpalo grupių (ES = 0.94).

Fig. 4 

Pratimai pasirinktinai didėja [18F] fallypride surišimo potencialas (BP) pelių MPTP striatume. Skydas (A) rodo [18F] fallypride BP reprezentatyvius vaizdus koronoje (kairėje pusėje) ir horizontalioje padėtyje (dešinėje pusėje). Skalės juosta ...

DISKUSIJA

Šis tyrimas rodo, kad intensyvaus važiavimo tako pratimas padidina [18F] fallypride BP (DA-D2R prieinamumas) MPTP gydytų pelių striatume. Atvirkščiai, nebuvo reikšmingų bendrų striatalo dopamino lygių pokyčių tarp MPTP ir fizinio krūvio, palyginti su MPTP, be jokių pratybų pelių. [18F] fallypridas yra labai selektyvus DA-D2 / D3R antagonistas, kurio BP atspindi in vivo turimų receptorių matas (Bdaugiausia) / rišimo afinitetas (Kd). Kadangi DA-D2R yra dominuojantis dopamino receptorių pogrupis dorsalinės stiatos viduje, pratimų sukeltas padidėjimas [18F] fallypride BP reiškia DA-D2R skaičiaus padidėjimą ir jį patvirtina baltymų ekspresijos padidėjimas naudojant Vakarų imunoblotavimą ir ankstesnius tyrimus, rodančius striatalų DA-D2R mRNR transkriptų ekspresijos padidėjimą, naudojant in situ hibridizacijos histochemiją.5 Šį BP pakilimo aiškinimą dar labiau patvirtina faktas, kad [18F] fallypride, kurį sukelia dopaminas, MPTP pelėse nėra tikėtina, nes dopamino kiekis išlieka žemas.24 Taigi, matomos rišimo afiniteto pokyčiai (Kd) yra nereikšmingi ir mažai tikėtina, kad jie paveiks BP. Padidėjęs fizinio krūvio poveikis MPTP pelėms gali atspindėti sužeistų smegenų bandymą optimizuoti dopaminerginę neurotransmisiją, padidinant receptorių skaičių, o dopamino kiekis išlieka išeikvotas. Padidėjęs MPTP pelių jautrumas vartojimui atskleidžia didesnį sužeistojo ir nepažeistos smegenų potencialą, kad jis taptų neuroplastiniu, kuris gali būti nepagrįstas, kai striatrijos grandinė yra nepažeista. Faktas, kad dopamino lygiai reikšmingai nepasikeičia, kai atliekami MPTP pelės, rodo, kad DA-D2R kompensaciniai pokyčiai yra labai svarbūs siekiant pagerinti su varikliu susijusius rezultatus.

Naudojant PET vaizdavimą, mes stebėjome DA-D2R BP sumažėjimą po MPTP pažeidimo, lyginant su gydomomis druskomis. Tai priešingai Vakarų imunoblotavimui, kuriame nebuvo pastebėtas DA-D2R baltymų ekspresijos pokytis. DA-D2R egzistuoja dinamiškoje pusiausvyroje tarp paviršiaus ir ląstelių ląstelių, o pastaroji paprastai nėra prieinama prie PET radioligandų. Dopamino išeikvotos būklės kompensaciniai mechanizmai gali lemti DA-D2R ląstelių vidinio telkinio pokyčius, kurie gali būti nepasiekiami [18F] fallypride jungtis, bet dar galima aptikti Vakarų imunoblotoje.

Skirtingai nuo mūsų nustatytų faktų, buvo pranešta apie DA-D2R kompensacinį padidėjimą asmenims, sergantiems PD ir po to, kai žiurkėms buvo skiriamas MPTP nežmoginiuose primatuose arba 6-OHDA.25 Literatūroje teigiama, kad DA-D2R praradimas atsirado dėl dopaminerginių neuronų degeneracijos, o DA-D2R padidėjimas atsiranda dėl padidėjusios likusių dopaminerginių terminalų ekspresijos ir / arba padidėjusios sintezės striatopallidiniuose neuronuose arba cholinerginiuose interneuronuose. Šis mūsų PET ir literatūros neatitikimas gali būti susijęs su pažeidimo sunkumo skirtumais tarp tyrimų.11 Konkrečiai, didesnio presinaptinio DA-D2R kiekio praradimas per MPTP sukeltą ląstelių netekimą gali būti pakankamas, kad būtų galima kompensuoti bet kokius postinaptinius kompensacinius pokyčius, kuriuos sukelia tik pažeidimas. Arba, mūsų nesugebėjimas stebėti DA-D2R BP padidėjimo ir ekspresijos lygių MPTP (ne pratybų) pelėse gali būti dėl nedidelio dopamino kiekio atkūrimo tyrimo pabaigoje (82% dopamino išeikvojimas 10 dienomis, palyginti su 68 % išeikvojimas 42 dienų postlesione). Tačiau tai mažai tikėtina, nes MPTP plius mankštos pelės, kurios taip pat parodė nedidelį dopamino atsigavimą (reikšmingai nesiskyrė nuo MPTP), padidėjo DA-D2R BP.

Dauguma DA-D1R ir D2R yra išreikšti MSN dendritiniais spygliais, turinčiais papildomų receptorių, išreikštų cholinerginiais interneuronais ir glutamaterginių ir dopaminerginių neuronų terminais, atsirandančiais atitinkamai iš žievės (arba thalamus) ir materia nigra pars compacta.26 Pagrindinis dopamino vaidmuo yra modifikuoti kortikosteralinę arba talamostriatinę glutamaterginę neurotransmisiją MSN. Glutamaterginė neurotransmisija didinama per DA-D1R ir sumažėja per DA-D2R.27-29 Dopamino išeikvojimo sąlygomis stuburai ir sinapciniai ryšiai selektyviai prarandami netiesioginio kelio MSN, kuriuose yra DA-D2R.30 Šį nuostolį lydi padidėjusios glutamaterginės kortiztralios neurotransmisijos MSNs būklė.31-33 Gyvūnų PD modeliuose šis padidėjęs glutamaterginis diskas koreliuoja su panašiu į parkinsono tipo motorinį elgesį.34 Dėl šios pernelyg lengvos valstybės slopinimo naudojant dopaminą arba jo agonistus atsiranda parkinsono motorinių trūkumų pasikeitimas.35,36 Atsižvelgdami į šias ataskaitas ir mūsų išvadas, mes manome, kad didelio intensyvumo pratimų privalumai yra padidinti dopaminerginį signalizavimą per padidintą DA-D2R ekspresiją netiesioginiame kelyje (bet ne DA-D1R tiesioginiu keliu) ir pagerinti variklio funkciją per glutamaterginio susijaudinimo slopinimas.

Mūsų tyrimo pagrindinė išvada yra ta, kad intensyvaus bėgimo takelio veikimas padeda padidinti neuroplastiškumą padidinus striatų DA-D2R, kuris labiausiai matomas sužeistose smegenyse, ekspresiją. Remiantis mūsų išvadomis, neinvazinis PET vaizdavimo metodas su [18F] fallypride gali būti naudojamas tiriant, ar intensyvus bėgimo tako pratimas taip pat lemia DA-D2R pokyčius asmenims, sergantiems PD. Mūsų tyrime pabrėžiamas ikiklinikinių tyrimų dopamino išeikvojimo modeliuose ir transliavimo tyrimų svarba, siekiant užtikrinti tiek loginį, tiek supratimą apie vaizdinių ir fizinių pratimų tyrimus asmenims, turintiems PD.

Padėka

Šis darbas buvo paremtas USC CTSI visos bandomosios dotacijos programos dotacija ir dosniais fondais iš Parkinsono ligos fondo, komandos „Parkinson“ (Los Andželas), Parkinsono aljanso, Whittier Parkinsono ligos švietimo grupės, NINDS RO1 NS44327-1, NIA ( AG 21937) ir JAV armijos NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV yra gavusi USC Neuroscience Graduate Program Merit stipendiją. Norime padėkoti Ryan Parkui ir dr. Peteriui Conti iš USC mažų gyvūnų vaizdavimo branduolių, kad padėtų su mikro-PET vaizdavimu ir dr. Norėtume padėkoti Yi-Hsuanui (Lilianui) už pagalbą, susijusią su treniruočių treniruotėmis, ir Avery Abernathy dėl savo patirties HPLC analizėje. Dėkojame USC Parkinsono ligos tyrimų grupės draugams, įskaitant Džordžą ir Marylou Boonę, Walterį ir Susaną Donigerą bei Roberto Gonzalesą už jų turtingą paramą.

Išnašos

 

Galimas interesų konfliktas: nieko nereikia pranešti.

Pastaba pridėta kaip įrodymas: Šis straipsnis buvo paskelbtas internete 19 spalio 2010. Vėliau buvo nustatyta klaida. Šis pranešimas yra įtrauktas į internetines ir spausdintas versijas, kad būtų nurodyta, kad abi jos buvo ištaisytos.

Finansiniai atskleidimai: USC Neuroscience Graduate Program Merit Fellowship (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ ir GP), USC CTSI piloto bandomųjų programų programa (QL, AN, MJ, GP).

Autoriaus vaidmenys: Visi autoriai buvo naudingi kuriant šį rankraštį. Mokslinių tyrimų projekto koncepcija: GP, BF, MJ, RL, JW. Projekto vykdymas: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Duomenų rinkimas, apdorojimas, statistinė analizė: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Rankraščio paruošimas: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.

Nuorodos

1. Bergenas JL, „Toole T“, „Elliott RGr“, „Wallace B“, „Robinson K“, „Maitland CG“. Aerobinis pratimas padeda Parkinsono liga sergantiems pacientams pagerinti aerobinį pajėgumą ir judėjimą. NeuroRehabilitacija. 2002: 17: 16 – 168. [PubMed]
2. Comella CL, Stebbins GT, Brown-Toms N, Goetz CG. Fizinė terapija ir Parkinsono liga: kontroliuojamas klinikinis tyrimas. Neurologija. 1994; 44 (3 1 dalis): 376 – 378. [PubMed]
3. Schenkman M, D salė, Kumar R, Kohrt WM. Ištvermės pratybos, skirtos pagerinti Parkinsono liga sergančių žmonių judėjimo ekonomiką: trys atvejų ataskaitos. Phys Ther. 2008: 88: 63 – 76. [PubMed]
4. Pothakos K, Kurz MJ, Lau YS. Atkuriamasis ištvermės poveikis elgesio trūkumams, atsirandantiems dėl lėtinio Parkinsono ligos pelės modelio, turinčio sunkų neurodegeneraciją. BMC Neurosci. 2009: 10: 1 – 14. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
5. Fisher BE, Petzinger GM, Nixon K ir kt. 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridino pažeistos pelės bazinės ganglijos pratimai sukėlė elgesio atkūrimą ir neuroplastiką. J Neurosci Res. 2004: 77: 378 – 390. [PubMed]
6. Petzinger GM, Walsh JP, Akopian G, et al. Bėgimo treniruotės poveikis dopaminerginiam perdavimui 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridino pažeistame baziniame ganglijos sužeidimo modelyje. J Neurosci. 2007: 27: 5291 – 5300. [PubMed]
7. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS ir kt. PET tyrimai apie aerobinio pratimo poveikį žmogaus striatalo dopamino išsiskyrimui. J Nucl Med. 2000: 41: 1352 – 1356. [PubMed]
8. Ginovart N, Farde L, Halldin C, Swahn CG. Reserpino sukeltos sinaptinės dopamino išeikvojimo poveikis [11C] raclopride prisijungimui prie D2-dopamino receptorių beždžionių smegenyse. Sinapsija. 1997: 25: 321 – 325. [PubMed]
9. Mukherjee J, Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mantil J. Dopamino D-2 receptorių užimamumo įvertinimas klozapinu, risperidonu ir haloperidoliu in vivo graužikų ir nežmoginių primatų smegenis, naudojant 18F-fallypride. Neuropsichofarmakologija. 2001: 25: 476 – 488. [PubMed]
10. Honer M, Bruhlmeier M, Missimer J, Schubiger AP, Ametamey SM. Dinaminis striatalų D2 receptorių vaizdavimas pelėse naudojant keturių HIDAC PET. J Nucl Med. 2004: 45: 464 – 470. [PubMed]
11. Falardeau P, Bedard PJ, Di Paolo T. Ryšys tarp smegenų do-paminų praradimo ir D2 dopamino receptorių tankio MPTP beždžionėse. Neurosci Lett. 1988: 86: 225 – 229. [PubMed]
12. Mukherjee J, Yang ZY, Brown T, et al. Preliminarus ekstremaliosios dopamino D-2 receptorių prisijungimo prie graužikų ir nežmoginių primatų smegenų įvertinimas naudojant didelio afiniteto radioligandą 18F-fallypride. Nucl Med Biol. 1999: 26: 519 – 527. [PubMed]
13. Krikščionių BT, Narayanan TK, Shi B, Mukherjee J. Striatalų ir ekstremalių D-2 dopamino receptorių kiekybinis nustatymas, naudojant [(18) F] fallypride PET vaizdą nežmoginiuose primatuose. Sinapsija. 2000: 38: 71 – 79. [PubMed]
14. Qi J, Leahy RM, Cherry SR, Chatziioannou A, Farquhar TH. Didelio atsparumo 3D Bayeso vaizdų rekonstrukcija naudojant mikro-PET mažų gyvūnų skaitytuvą. Phys Med Biol. 1998: 43: 1001 – 1013. [PubMed]
15. Ichise M, Toyama H, Innis RB, Carson RE. Strategijos, skirtos pagerinti neuroreceptoriaus parametrų įvertinimą tiesinės regresijos analize. J Cereb kraujo srauto metab. 2002: 22: 1271 – 1281. [PubMed]
16. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wang GJ, Ding YS, Alexoff DL. Pasiskirstymo tūrio santykiai be kraujo mėginių paėmimo iš PET duomenų grafinės analizės. J Cereb kraujo srauto metab. 1996: 16: 834 – 840. [PubMed]
17. Studholme C, Hill DL, Hawkes DJ. Automatinė magnetinio rezonanso ir pozronų emisijos tomografijos smegenų vaizdų trijų dimensijų registracija vokelio panašumo priemonių daugiabučių optimizavimo būdu. Med Phys. 1997: 24: 25 – 35. [PubMed]
18. Mintun MA, Raichle ME, Kilbourn MR, Wooten GF, Welch MJ. Kiekybinis modelis, leidžiantis in vivo įvertinti vaistų surišimo vietas su pozitrono emisijos tomografija. Ann Neurol. 1984: 15: 217 – 227. [PubMed]
19. Lammertsma AA, Hume SP. Supaprastintas etaloninių audinių modelis PET receptorių tyrimams. Neuroimage. 1996; 4 (3 1 dalis): 153 – 158. [PubMed]
20. Paxinos G, Franklin KBJ. Pelės smegenys stereotaksinėse koordinatėse. 2. Niujorkas: Academic Press; 2001.
21. Johnson MW, Chotiner JK, Watson JB. Synaptoneurosomes išskyrimas ir apibūdinimas iš vienos žiurkės hipokampo griežinėlių. J Neurosci metodai. 1997: 77: 151 – 156. [PubMed]
22. Laemmli UK. Struktūrinių baltymų skilimas bakteriofago T4 galvos surinkimo metu. Gamta. 1970: 227: 680 – 685. [PubMed]
23. Thomas JR, Salazaras W, „Landers DM“. Ko trūksta p <05? Poveikio dydis. „Res Q Exerc Sport“. 1991; 62: 344–348. [PubMed]
24. Cropley VL, Innis RB, Nathan PJ, et al. Nedidelis dopamino išsiskyrimo poveikis ir jokio dopamino kiekio sumažėjimo poveikio [(18) F] fallypride jungimui sveikiems žmonėms. Sinapsija. 2008: 62: 399 – 408. [PubMed]
25. Hurley MJ, Jenner P. Ką sužinojo iš Parkinsono ligos dopamino receptorių tyrimo? Pharmacol Ther. 2006: 111: 715 – 728. [PubMed]
26. Smith Y, Villalba R. Strialus ir ekstremalinis dopaminas baziniuose gangliuose: jo anatominės organizacijos apžvalga įprastose ir Parkinsono smegenyse. Mov disord. 2008; 23 (Suppl 3): S534 – S547. [PubMed]
27. Cepeda C, Buchwald NA, Levine MS. Neuromoduliacinis dopamino poveikis neostriatume priklauso nuo sužadinamų aminorūgščių receptorių potipių aktyvinimo. Proc Natl Acad Sci USA. 1993: 90: 9576 – 9580. [PMC nemokamas straipsnis] [PubMed]
28. Levine MS, Altemus KL, Cepeda C ir kt. D1A nepakankamomis mutantinėmis pelėmis sumažėja dopamino moduliavimo veiksmai dėl NMDA receptorių sukeltų atsakų. J Neurosci. 1996: 16: 5870 – 5882. [PubMed]
29. Umemiya M, Raymond LA. Žiurkių neostrialinių neuronų eksitacinių postinaptinių srovių dopaminerginis moduliavimas. J Neurophysiol. 1997: 78: 1248 – 1255. [PubMed]
30. M diena, Wang Z, Ding J, et al. Selektyvus glutamaterginių sinapsų pašalinimas dėl striatopallidinių neuronų Parkinsono ligos modeliuose. Nat Neurosci. 2006: 9: 251 – 259. [PubMed]
31. VanLeeuwen JE, Petzinger GM, Walsh JP, Akopian GK, Vuckovic M, Jakowec MW. Pakeista AMPA receptorių ekspresija su važiavimo takeliu 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridino pažeistame baziniame ganglijos sužeidimo modelyje. J Neurosci Res. 2010: 88: 650 – 668. [PubMed]
32. Hernandez-Echeagaray E, Starling AJ, Cepeda C, Levine MS. AMPA srovių moduliavimas D2 dopamino receptoriais striatriuose vidutinio dydžio smailių neuronuose: yra būtini dendritai? Eur J Neurosci. 2004: 19: 2455 – 2463. [PubMed]
33. Surmeier DJ, Ding J, Day M, Wang Z, Shen W. D1 ir D2 dopamino receptorių moduliavimas striatų glutamaterginio signalizavimo srityje striatriškuose vidutinio spyglių neuronuose. Tendencijos Neurosci. 2007: 30: 228 – 235. [PubMed]
34. Calabresi P, Mercuri NB, Sancesario G, Bernardi G. Dopamino denervuotų striatų neuronų elektrofiziologija. Poveikis Parkinsono ligai. Smegenys. 1993; 116 (2 dalis): 433 – 452. [PubMed]
35. Ballion B, Frenois F, Zold CL, Chetrit J, Murer MG, Gonon F. D2 receptorių stimuliacija, bet ne D1, atkuria striatrijos pusiausvyrą žiurkės Parkinsono modelio modelyje. Neurobiol Dis. 2009: 35: 376 – 384. [PubMed]

36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Synaptic plastiškumas ir fiziologinės sąveikos tarp dopamino ir gluta