Komentāri: Divi molekulārie slēdži spēlē nozīmīgas lomas visās atkarībās, tostarp uzvedības atkarībās. Es uzsveru, ko sauc par DeltaFosB, otrs ir CREB, šī panta priekšmets.
Pirms 20 gadiem zinātnieki ieguva vienotu transkripcijas faktoru, kas reaģē uz vairākām ļaunprātīgas lietošanas zālēm. Vai viņu darbs novedīs pie ārstēšanas?
Autors: Kerry Grens
Pensilvānijas universitātes maģistrants Stīvens Mague ar ratiņiem, kas piekrauti ar peles būrīšiem, iebrauc telpā, kura izmērs ir tikpat liels kā liela garderobe. Istaba atgādina fotomākslas laboratoriju, kuru apgaismoja tikai sarkanā gaisma un kas bija pieblīvēta ar maziem darba soliem un piekārtiem melniem aizkariem. Gaitenī televizora ekrānā redzams videokameras skats no istabas iekšpuses, skatoties lejup uz organisko stiklu kastu rindu.
Ekrānā viens pēc otra parādās lateksa cimdu roka un katrā lodziņā ielaiž brūnu peli. Dzīvnieki skraida pa stūriem; dažas pauzes kameras vidū un enerģiski kopās. Mague kondicionē dzīvniekus, lai zāles saistītu ar vienu kameras pusi pāri otrai, piemēram, ar sienām ar svītrainām, nevis cietām sienām. Narkotiku, piemēram, kokaīna pievienošana kamerām, padara darbu ļoti neticamu. Tikai viena iedarbība uz narkotikām to izdarīs, saka maģistrante Džesa Kleka: "Vienu reizi man bija jāsēž pele 13 minūtes un 30 sekundes tajā pusē, kur viņš iepriekš bija ieguvis kokaīnu."
Laika gaitā gan dzīvniekiem, gan cilvēkiem zāļu iedarbība izraisa atkarību, tieksmi un atteikšanos, kad zāles tiek izņemtas. Trauksme un depresija kļūst arvien izplatītāka, un visi pārējie atlīdzības avoti zaudē pievilcību, jo zāles kļūst par primāro motivācijas avotu. Fizioloģiskās izmaiņas cilvēkiem ar atkarību ir pārsteidzošas. "Tas nenozīmē, ka viņi ir vairāk vai mazāk jutīgi pret kādu narkotiku, viņi ir dažādi cilvēki," saka Ēriks Nestlers no Teksasas Universitātes Dienvidrietumu medicīnas centra Dalasā. "Jūs dziļi maināt nervu šūnu raksturu."
Lejupvērstā spirāle no pirmās skriešanās līdz ilgstošai atkarībai ietver daudzus neirobioloģiskus pielāgojumus: ilgstošu depresiju sinapsēs, neirodeģenerāciju un pastāvīgas modifikācijas gēnu ekspresijā. Tomēr divas zāles nav līdzīgas, jo katrai no tām ir savas īpatnības. Piemēram, stimulanti, piemēram, amfetamīns un kokaīns, palielina neironu sazarošanu kodolkrāsās, bet morfīnam ir pretējs efekts.
Klasiskais zāļu ietekmes uz smadzenēm apraksts ir atalgojuma sistēma, it īpaši neironi, kas ventrāli projicējas no ventral tegmental zonas (VTA) uz kodolu accumbens. Šie neironi izdala dopamīnu, un alkohols un ļaunprātīgas narkotikas tos tieši vai netieši uzbudina. Kad dopamīns tiek nogādāts accumbens kodolā, tas stimulē prieku.
Problēmas sākas, kad laika gaitā šī sistēma sāk graut un attīstīt toleranci. Tas pats zāļu daudzums izraisa mazāku dopamīna reakciju, VTA neironi var sarukt, sinaptiskie savienojumi sabojājas, mainās receptoru blīvums un palielinās noteiktu gēnu izpausme, īpaši to, kas saistīti ar trauksmi un depresiju. Tas, pēc Džordža Kooba teiktā Salk institūtā La Jolla, Kalifornijā, ir “atkarības tumšā puse”, kad narkomāns turpina lietot narkotikas tikai, lai mazinātu sliktās atkarības izjūtas.
Džūlija Blendija, Magē galvenā pētniece Pensilvānijas universitātē, Nestlera un citi, izskata neskaitāmās molekulārās izmaiņas, kas pavada zāļu iedarbību un atkarību, lai precīzi noteiktu to, kas transkripcionāli notiek smadzenēs. Gandrīz divus gadu desmitus atkarības pētnieki ir pievērsuši uzmanību viena transkripcijas faktora aktivitātei: cAMP-atbildes elementu saistošajam proteīnam (CREB). Šis proteīns reaģē uz dažādām ļaunprātīgas lietošanas narkotikām, ieskaitot kokaīnu, morfiju, alkoholu, amfetamīnu un nikotīnu. Neskatoties uz visu šo laiku, Nestlers saka: “Mēs esam tikai aisberga galā, lai identificētu CREB mērķa gēnus”. Tomēr viņi cer atrast vadlīnijas šo izmaiņu novēršanai vai labošanai.
Blendija precīzi atceras, kad piedzima viņas pirmās peles, kurām trūkst CREB. "Viņiem ir 15 gadu," viņa smejoties saka: "Es dzemdēju savu meitu [jūnijā], un pēc divām nedēļām viņiem piedzima pirmais mutants." Tajā laikā Blendijs bija postdokants Gintera Šutca laboratorijā Vācijas vēža izpētes centrā Heidelbergā, un par izslēgšanas tehnoloģijām bija liels entuziasms. Citas grupas aicināja izmantot peles.
Tomēr tas viss apstājās, kad Šutca grupa sāka raksturot peles. "Mēs sapratām, ka neesam veikuši pilnīgu nokautu," saka Blendija. Mutantajiem dzīvniekiem bija alternatīvas CREB gēna savienojuma formas, taču tas izrādījās nejaušs negadījums. CREB izslēgtie dzīvnieki neizdzīvo perinatālo periodu. Ņemot tikai nelielu daudzumu CREB, šie mutanti ļāva izdzīvot līdz pieauguša cilvēka vecumam ar funkcionālām izmaiņām, kas ļautu pētniekiem pārbaudīt CREB lomu vairākos neiroloģiskos aspektos, tostarp mācībās, atmiņā, garastāvokļa traucējumos un atkarībā.
Šajā laikā, 90. gadu vidū, transkripcijas faktors jau bija atkarības pētījumu mērķis. Tas sākās 1970. gadsimta 1. gados ar fermentu adenililciklāzi locus ceruleus, zilgana izskata smadzeņu stumbra zonā, kas norepinefrīnu nogādā daudzās smadzeņu daļās. Adenililciklāze sintezē cAMP, kas savukārt aktivizē CREB. Nobela prēmijas laureāts Maršals Nirenbergs un viņa kolēģi locus ceruleus neironos sniedza pierādījumus par “šūnu toleranci” pret morfiju. Viņi parādīja, ka, kamēr adenililciklāzes aktivitāte pēc morfīna iedarbības samazinās, kad zāles atstāj inkubēt ar šūnām ilgāk par dienu, adenililciklāzes aktivitāte atgriežas. XNUMX Kad zāles tika noņemtas, fermenta aktivitāte palielinājās, kas autori interpretē kā šūnu atkāpšanos no atkarības: "Šo parādību var pielīdzināt dzīvnieku atturēšanās sindromam."
"Jūs dziļi maināt nervu šūnu raksturu." -Eriks Nestlers
Tikai pēc vairāk nekā desmit gadiem, deviņdesmito gadu sākumā, kad Nestlers, toreiz Jeila universitātē, un viņa grupa atkārtoja rezultātus in vivo un no adenililciklāzes pārcēlās divus soļus uz CREB aktivizēšanu. Viņi parādīja, ka morfīna deva pasliktina CREB (CREB aktivācijas marķiera) fosforilēšanu, bet šī darbība normalizējas pēc ilgākas zāļu iedarbības. 1990 "Apmēram tajā pašā laikā," Nestlers atceras, "mēs jautājām: Locus ceruleus ir tikai opiātu sistēmas paraugsistēma, bet vai citi neironi reaģē? " Viņš pievērsās nucleus accumbens, neironu grupai, kas saņem dopamīnerģiskas izejvielas no ventrālās tegmentālās zonas un kuri ir iesaistīti smadzeņu atalgojuma sistēmā. Tur Nestlers atrada līdzīgus rezultātus: Hroniska morfīna lietošana palielina CREB aktivitāti.
Peles, kurām trūka CREB, Štca laboratorijā sniedza iespēju izmērīt, vai CREB ir nepieciešams atkarības procesā. Ar Rafaelu Maldonado, kurš toreiz bija Parīzes universitātē, Blendija 1996. gadā parādīja, ka viņas mutantajām pelēm trūkst normālu dzīvnieku morfīna abstinences simptomu. 3 “Pēc definīcijas atkarība nozīmē abstinences sindroma klātbūtni, kad zāles tiek noņemtas. , ”Saka Blendija. "Jautājums ir, vai dzīvnieki vispār nebija atkarīgi no narkotikām?" Blendija secināja, ka CREB ir svarīga atkarības ierosināšanā. Bet tik vienkāršs skaidrojums bija pārāk labs, lai būtu patiess.
Bils Karlezons, tagad psihiatrijas asociētais profesors Harvardas Makleina slimnīcā Belmontā, Massachusetts, 1990. gadu vidū Nestlera laboratorijā bija postdoks, pētot kokaīnu accumbens kodolā. Tajā laikā nebija laba veida, kā tieši mērķēt uz CREB, tāpēc Nestlera grupa izstrādāja vīrusa vektoru ar mutantu CREB formu, kas konkurē ar endogēno CREB un bloķē tā darbību. Kad mutantiem dzīvniekiem tika dots kokaīns, viņi izrādīja lielāku priekšroku narkotikām, turpretī, kad dzīvniekiem CREB bija pārmērīgi izteikts, viņi izrādīja nepatiku pret to.
Blendija atrada līdzīgus rezultātus pēc tam, kad 1997. gadā viņa pārcēlās uz Pensilvānijas universitāti ar peles līniju, kurā trūkst CREB. Kad šiem dzīvniekiem tika piešķirtas mazas kokaīna devas (pietiekami mazas devas, lai tos nevarētu atšķirt no fizioloģiskā šķīduma un savvaļas tipa dzīvniekiem), dzīvnieki izrādīja spēcīgu priekšroku kastes malai, kur viņi saņēma kokaīnu.5 “CREB deficīta dzīvnieki parāda kokaīna atlīdzības uzlabošanos, ”saka Blendija.
Lai arī Blendijas dati piekrita Nestlera un Karlezona rezultātiem, tie bija atklājumi, kas šķita neatbilstoši viņas morfīna rezultātiem. Lai gan CREB deficīts, šķiet, dzīvniekus vairāk ieinteresēja kokaīnā, tas pret morfīnu darbojās pretēji. Blendijam ir aizdomas, ka neatbilstība ir saistīta ar dažādiem smadzeņu reģioniem, pie kuriem strādā katra narkotika. Lai gan visas ļaunprātīgas narkotikas galu galā palielina dopamīnu accumbens kodolā, tās darbojas, izmantojot dažādus mehānismus: kokaīns bloķē dopamīna nesējus accumbens kodolā, savukārt morfīns kavē dopamīna šūnas ventrālā tegmentālā zonā.
Molekulāro izmaiņu, kas saistītas ar narkotiku atkarību, sarežģītība neapstājas pie tā. Alkohols un nikotīns uz CREB iedarbojas atšķirīgi nekā kokaīns un morfīns. Turklāt cits transkripcijas faktors, DFosB, tiek pārregulēts līdzīgi kā CREB, lai gan ar pretēju iedarbību uz uzvedību.6
DFosB atbildes reakcija uz narkotikām var būt tikpat svarīga kā atkarība no CREB, īpaši attiecībā uz ilgtermiņa izmaiņām. Pēc Nestlera domām, CREB būtībā sniedz negatīvu atgriezenisko saiti no narkotikām, un andDFosB veicina narkotiku pozitīvo ietekmi.
"DFosB var daudzējādā ziņā uztvert kā CREB sarunu," saka Nestlers. Tomēr ar pārsteidzošu sarežģītību abus transkripcijas faktorus var pārregulēt vienā un tajā pašā šūnā. "Dažās šūnās ir aktivizēta CREB, dažās inducējas DFosB, bet citās pārklājas," skaidro Nestlers. "Tas ir ļoti sarežģīts process, kas ir jāizstrādā."
Neskatoties uz šīm zināšanu nepilnībām, līdz 1990. gadsimta XNUMX. gadiem zinātnieki uzskatīja, ka CREB ir svarīga nozīme ļaunprātīgas lietošanas narkotiku ietekmes regulēšanā. Viņi arī bija sapratuši, ka acīmredzot tas nebija vienotu marķieri visām zālēm visos smadzeņu reģionos, nemaz nerunājot par ārstēšanu. “CREB nekad nebūs terapeitisks mērķis. Tas ir pārāk svarīgi, pārāk visur, ”saka Blendija.
Viņa nolēma pagriezties lejup pa straumi. Viņas grupa narkotiku atkarības procesā izseko vairāku CREB mērķa gēnu izpausmi, sākot no sākotnējās iedarbības līdz atkarībai līdz izņemšanai. "Cerība ir tāda, ka daži no mērķa [gēniem], par kuriem tā ir atbildīga, būs ideāli."
Viens pakārtotais mērķa gēns, kas šajās fāzēs ir uzrādījis dramatiskākos rezultātus diferenciālā ekspresijā, ir kortikotropīnu atbrīvojošais faktors (CRF, ko dēvē arī par kortikotropīnu atbrīvojošo hormonu, CRH). CRF ir svarīga, reaģējot uz stresa reakcijām, taču tā ir iesaistīta arī Kooba tumšajā atkarības pusē. "Ko mēs atrodam," saka Koobs, "un tas jo īpaši attiecas uz alkoholu un opiātiem, nikotīnu un varbūt nedaudz mazāk par kokaīnu - kad dzīvnieki lieto daudz narkotiku, CRF sistēma iesaistās un veicina pārmērīgu narkotiku daudzumu. -Ņemot."
Nacionālā alkohola lietošanas un alkoholisma institūta klīniskais direktors Markuss Heiligs saka, ka CRF sistēmas pārregulēšana, šķiet, ir pastāvīga. "Pagājušajā gadā grauzējiem tika piestiprināta virkne dokumentu, ka, ja jums ir ilga atkarības no alkohola vēsture, kā arī intoksikācijas un atteikšanās cikli, tas izraisīs ārkārtīgi ilgstošas izmaiņas endogēnajā [CRF] sistēmā," Heiligs saka.
Koobs nesen ir parādījis, ka dzīvnieki, kuri ir atkarīgi no alkohola, izņemšanas laikā mazāk dzer, kad viņiem ir ievadīts CRF1 receptora antagonists. 7 "Varētu paredzēt, ka [CRF1 receptoru antagonists] varētu būt lielisks līdzeklis atcelšanai," saka Nestlers. Atrast antagonistu, kas ir droši lietojams cilvēkiem, tomēr bijis grūti. Vienu zāļu, NBI 30775, klīniskie pētījumi tika pārtraukti pirms vairākiem gadiem pēc tam, kad diviem pacientiem bija paaugstināts aknu enzīmu līmenis. 8 Koobs un Heiligs, cita starpā, strādā, lai atrastu CRF1 receptoru antagonistu, kuru var droši izmantot atkarības ārstēšanai.
Šā gada martā Heilig publicēja daudzsološus rezultātus no alkohola atkarīgām žurkām, parādot, ka zāles pārtrauca atkarīgos dzīvniekus no alkohola meklējumiem, kad viņi tika pakļauti stresa faktoram. 9 Ja CRF1 receptoru antagonists var kļūt par narkotiku, visticamākais pielietojums būtu akūtas atsaukšanas laikā.
“CREB nekad nebūs terapeitisks mērķis. Tas ir pārāk svarīgi, tas ir pārāk visur. ”- Džūlija Blendija
Apmēram 300 jūdzes uz ziemeļiem no Blendijas laboratorijas Penn, līdzīgi tērpts, cimdots un zābacains zinātnieks Hārvardas Makleina slimnīcā pa gaiteni ripina dzīvnieku ratus. Tās ir Karlezona eksperimentālās žurkas, no kurām katra aprīkota ar antenai līdzīgu elektrodu, kas ķirurģiski uzstādīts galvas augšdaļā. Elektrods nodrošina patīkamu stimulāciju kvadrātveida viļņu elektriskās strāvas impulsu veidā smadzeņu atlīdzības centrā. Karlezona birojā viņš atskaņo video, kurā pele nemitīgi griežas ar riteni, lai saņemtu prieku sniedzošo strāvu. "Iespējams, tas jūtas kā labākais, kāds jebkad bijis. Dzīvnieki to izvēlēsies vairāk nekā narkotikas, pārtika, sekss - jebkas, ”viņš saka.
Noteiktā brīdī pele pārtrauc griezt riteni, kad strāva nokrīt zem frekvences, kur atlīdzība tiek samazināta, saka Carlezon. Kad dzīvnieki atsakās no kokaīna, minimālais strāvas daudzums, par kuru viņi ir gatavi strādāt, - viņu “atalgojuma slieksnis” - palielinās. 10 “Tā kā stimulēšana izņemšanas laikā nav tik atalgojoša, pelēm ir vajadzīgas augstākas frekvences, lai tās iegūtu strādāt [stimulēšanai]. ” Karlezona secinājums: "Mēs domājam, ka viņi ražo vairāk dinorfīna."
Dynorphin ir endogēns opioīds, kas iedarbojas uz k-opioīdu receptoriem un ir CREB mērķa gēns. Karlezons parādīja, ka tad, kad CREB vai dinamorfīna funkcija ir paaugstināta kodolkrāsā, kokaīns ir mazāk atalgojošs un dažreiz pat nenovēršams. Bet, kad k-receptori ir bloķēti, efekts izzūd.4 Carlezon tagad eksperimentē ar k-opioīdu receptoru antagonistiem žurkām, kurām ir kokaīna atcelšana, un novērtē, vai šīs zāles var turēt atalgojuma sliekšņus. Ja antagonisti strādā, Carlezon saka, ka viņi varētu būt kandidāti, lai ārstētu zāļu izņemšanas simptomus.
Koobs un Brendans Volkers, arī Scripps, lietojuši k-opioīdu receptoru antagonistu nor-binaltorfimīnu žurkām, kas atkarīgas no etanola, un konstatēja, ka tās dzēra mazāk. Dzīvniekiem, kuri nebija atkarīgi, dzeršanas uzvedība nemainījās. Volkers saka, ka atbalsta ideju, ka dinorfīna-k-opioīdu sistēma ir iesaistīta atkarības “tumšajā pusē” 11. "Kopumā," saka Walkers, "tā ir hipotēze - kad dzīvnieki ir atkarīgi un jūs izņemat alkoholu, pastiprinātā negatīvā ietekme liek viņiem vēlēties iegūt vairāk alkohola. Izskatās, ka, ja mēs varam bloķēt šo sistēmu, tad mēs savā ziņā varam bloķēt anīna motivāciju pārmērīgi lietot alkoholu. ”
Čārlzs O'Braiens, Pensilvānijas universitātes psihiatrijas priekšsēdētāja vietnieks un Atkarības pētījumu centra direktors, saka, ka pētījumi par dinorfīna un CRF1 receptoru antagonistiem šķiet daudzsološi, taču, lai patiesi ārstētu atkarību, mērķim jābūt smadzeņu atmiņas centram , kas var būt saistīts ar CREB.
"Atkarība ir piespiedu narkotiku meklēšana," saka O'Braiens. "Tās nav izmaiņas, ko rada pats alkohols, kokaīns vai heroīns. Tas ir fakts, ka pēc tam, kad narkotiku vairs nav, rodas mācības, atmiņas pēdas, kas rada tieksmi, rada narkotiku meklēšanu un recidīvu. ” Nestlers saka, ka šīs atmiņas ir mūža garumā. "Bērnībā mēs pieskārāmies karstai krāsnij un atcerējāmies, ka nekad nav vērts eksperimentēt ar karstu plīti. Narkotiku atmiņas var būt tikpat spēcīgas kā šīs atmiņas. ”
Vai atkarības mācīšanās ir saistīta ar CREB, nav skaidrs. Neskatoties uz to, Nestlers saka, ka manipulēšana ar CREB mērķa gēniem, lai atvieglotu abstinences simptomus, var palīdzēt citām atkarības ārstēšanas metodēm, piemēram, kognitīvi-uzvedības terapijai, kas varētu ietekmēt atmiņas. "Manuprāt, jo ātrāk šīs [potenciālās narkotikas] nonākat cilvēku priekšmetos, jo labāk," saka O'Braiens. "Dzīvnieku modeļi var norādīt ceļu, bet agri vai vēlu jums tie jāpievērš cilvēkiem."
Atsauces
1. SK Sharma et al., “Adenilāta ciklāzes dubultā regulēšana nosaka narkotisko atkarību un toleranci”, Proc Nat Acad Sci, 72: 3092-6, 1975. [PUBMED]
2. X. Guitart et al., “Cikla AMP atbildes elementu saistoša proteīna (CREB) fosforilēšanas regulēšana ar akūtu un hronisku morfīnu žurku locus ceruleus”, J Neurochem, 58: 1168-71, 1992. [PUBMED]
3. R. Maldonado et al., “Morfīna atturības samazināšana pelēm ar mutāciju gēnā, kas kodē CREB”, Science, 273: 657-9, 1996. [PUBMED]
4. WA Carlezon, Jr. un citi, “CREB kokaīna atlīdzības regulējums”, Science, 282: 2272-5, 1998. [PUBMED]
5. CL Walters, JA Blendy, “Atšķirīgas prasības attiecībā uz cAMP atbildes elementu saistošo olbaltumvielu ļaunprātīgas lietošanas narkotiku pozitīvās un negatīvās pastiprinošās īpašībās”, J Neurosci, 21: 9438-44, 2001. [PUBMED]
6. EJ Nestlers: "Vai ir kopīgs atkarības molekulārais ceļš?" Nat Neurosci, 8: 1445-9, 2005. [PUBMED]
7. CK Funk et al., “Kortikotropīnu atbrīvojošā faktora 1 antagonisti selektīvi samazina etanola pašpārvaldi žurkām, kas atkarīgas no etanola”, Biol Psych, 61: 78-86, 2007. [PUBMED]
8. C. Chen, DE Grigoriadis, “NBI 30775 (R121919), iekšķīgi aktīvs kortikotropīnu atbrīvojošā faktora (CRF) 1. tipa receptora antagonists trauksmes un depresijas ārstēšanai,” Drug Dev Res, 65: 216- 26. gada 2005. janvāris. [PUBLICĒTS]
9. DR Gehlert et al., “3- (4-hlor-2-morfolin-4-il-tiazol-5-il) -8- (1-etilpropil) -2,6-dimetil-imidazo [1,2 -b] piridazīns: jauns smadzenēs iekļūstošs, iekšķīgi pieejams kortikotropīnu atbrīvojoša faktora 1. receptora antagonists, kas ir efektīvs alkoholisma dzīvnieku modeļos, ”J Neurosci, 27: 2718-26, 2007. [PUBMED]
10. I. Goussakov et al., “LTP sānu amigdalā kokaīna izņemšanas laikā”, Eur J Neurosci, 23: 239-50, 2006. [PUBMED]
11. Walker BM un Koob GF, “Farmakoloģiskie pierādījumi par opioīdu sistēmu motivācijas lomu atkarībā no etanola”, Neuropsychopharmacology, tiešsaistes publikācija 2. gada 2007. maijā. [PUBMED]
Lasīt vairāk: Atkarību izpēte - Zinātnieks - Dzīvības zinātņu žurnāls http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n
;