Vingrojums paaugstina dopamīna D2 receptoru Parkinsona slimības peles modelī In vivo attēlveidošana ar (18F) fallypride (2010)

Komentāri: Parkinsona slimības peles modelī skrejceļš palielināja dopamīna D2 receptorus. Atkarības izraisa D2 receptoru samazināšanos, kas daļēji ir desensibilizācijas cēlonis. Vēl viens iemesls izmantot.


kustību traucējumi

Sējums 25, izdošana 16, lapas 2777-2784, 15 2010 decembris

Izdevēja galīgā rediģētā šī raksta versija ir pieejama vietnē Mov Disord
Skatiet citus PMC rakstus citāts publicēto rakstu.

abstrakts

Šī pētījuma mērķis bija izpētīt izmaiņas dopamīna D2 receptoru (DA-D2R) ekspresijā MPTP peļu bazālajos ganglijos, kuri tika pakļauti intensīvai skrejceliņu vingrināšanai. Izmantojot sinaptoneurosomu un in vivo pozitronu emisijas tomogrāfijas (PET) attēlveidošana, izmantojot DA-D2R specifisko ligandu [18F] fallypride, mēs atklājām, ka augstas intensitātes skrejceliņu vingrinājumi izraisīja striatālās DA-D2R ekspresijas palielināšanos, kas bija visizteiktākā MPTP salīdzinājumā ar fizioloģiski apstrādātām pelēm. Vingrojumu izraisītās izmaiņas DA-D2R ar dopamīna līmeni mazinošajās bazālajās ganglijās atbilst šī receptora potenciālajai lomai vidējo spinveida neironu (MSN) funkcijas un uzvedības atjaunošanās modulēšanā. Svarīgi ir tas, ka šī pētījuma rezultāti apstiprina pamatojumu PET attēlu izmantošanai ar [18F] fallypride, lai pārbaudītu DA-D2R izmaiņas cilvēkiem ar Parkinsona slimību (PD), kuri iziet augstas intensitātes skrejceliņu apmācību.

atslēgvārdi: pozitronu emisijas tomogrāfija, bazālās ganglijas, neiroplastiskums, skrejceliņa vingrinājums

Vingrojumi uzlabo motorisko darbību pacientiem ar Parkinsona slimību (PD).1-3 Dzīvnieku modeļi, piemēram, peles 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridīna (MPTP), ir kritisks rīks, lai izpētītu fiziskās slodzes izraisītās motoriskās uzvedības uzlabošanas molekulāros mehānismus.4-6 Dopamīna D1 un D2 receptori (DA-D1R un DA-D2R) ir primārie dopamīna mērķi uz vidējā spinālajiem neironiem (MSN) un modulē fizioloģiskās īpašības un šūnu signālus. Konkrēti, DA-D2R ir liela loma ilgstošā depresijā (LTD) - sinaptiskās plastikas formā, kas ietver glutamaterģiskas un dopamīnerģiskas neirotransmisijas integrāciju, kas noved pie motora funkcijas kodēšanas dorsolaterālā striatumā. Ņemot vērā DA-D2R lomu motora vadībā, mēs centāmies izpētīt, vai vingrinājumu pastiprināta motora funkcijas uzlabošanās daļēji ir saistīta ar striatālās DA-D2R ekspresijas palielināšanos.

Pozitronu emisijas tomogrāfijas (PET) attēlveidošana ar DA-D2R radiotračeriem piedāvā iespēju veikt garengriezuma pētījumus par fiziskās slodzes ietekmi uz cilvēkiem. Iepriekšējie pētījumi ar aerobikas vingrinājumiem ir mēģinājuši izmērīt dopamīna izdalīšanos normāliem indivīdiem7 un nemainās [11Tika novērots raloprīds, kas autoriem lika domāt, ka dopamīna līmeņa izmaiņas bija mazas. Tomēr vingrošanas ietekme uz DA-D2R ekspresiju un sinaptisko aktivitāti nav pētīta. PET attēlveidošanas ligands [18F] fallypride ir lielisks līdzeklis, lai to pārbaudītu, ņemot vērā tā augsto afinitāti un specifiskumu gan DA-D2R, gan DA-D3R, atšķirībā no [11C] racloprīds, to nevar viegli aizstāt ar endogēnā dopamīna sākotnējo līmeni.7-10 To apstiprināja dzīvnieku iepriekšēja apstrāde ar rezerpīnu (lai noārdītu endogēno dopamīnu), kas neietekmēja [18F] saistīšana ar fallypride,9,11 bet ievērojami palielinājās [11C] racloprīda saistīšana8 kas tika attiecināts uz šķietamās saistīšanās afinitātes izmaiņām (Kd), nevis receptoru skaits (Bmaks).

Kā saistošais potenciāls (BP)18F] falliprīds ir izturīgs pret izmaiņām, kas saistītas ar dopamīna izsīkumu, kas liecina par nelielu tā iedarbību Kd or Bmaks sākotnējā vai noplicinātā stāvoklī mēs izmantojām [18F] fallypride, lai pārbaudītu mūsu hipotēzi, ka MPTP peles modelī DA-D2R ekspresija palielinās ar intensīvu vingrinājumu.9,10,12,13 Turklāt, lai atbalstītu mūsu PET attēlveidošanas pasākumus, mēs izmantojām sinaptoneurosomālo preparātu Western immunoblot analīzes papildtehniku, lai izmērītu DA-D2R olbaltumvielu ekspresijas izmaiņas sinapses līmenī tiem pašiem dzīvniekiem. Šeit mēs ziņojam par vingrinājumu ietekmi uz DA-D2R ekspresiju un [18F] fallypride peļu grupās, kuras apstrādā ar fizioloģisko šķīdumu vai MPTP.

METODES

Dzīvnieki, ārstēšanas grupas un MPTP administrēšana

C57BL / 6 tēviņu peles, kas bija 8 nedēļu vecas (Charles River Laboratories, Wilmington, MA), grupās izmitināja telpā ar temperatūru kontrolētā telpā 12 h gaismas / 12 h tumšā cikla laikā. Visas procedūras tika veiktas saskaņā ar NIH rokasgrāmatu laboratorijas dzīvnieku kopšanai un lietošanai, ko apstiprinājusi USC IACUC. Kopumā četrās apstrādes grupās tika izmantotas 164 peles: (1) fizioloģiskais šķīdums (n = 42), (2) fizioloģiskais šķīdums plus vingrinājums (n = 55), (3) MPTP (n = 57) un (4) MPTP plus vingrinājums (n = 42). Lai izveidotu bojājumu, peles saņēma četras intraperitoneālas 20 mg / kg MPTP (brīvas bāzes; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) injekcijas, kas izšķīdinātas 0.9% fizioloģiskajā šķīdumā, ar 2-h intervālu, vai četras intraperitoneālas 0.1 ml, 0.9% NaCl injekcijas. kā kontrole. Bojājums tika apstiprināts ar striatālā dopamīna līmeņa HPLC analīzi. 10 dienās pēc MPTP ievadīšanas MPTP pelēm bija 82.2% dopamīna līmeņa pazemināšanās (48.0 ± 8.4 ng / mg olbaltumvielu), salīdzinot ar fizioloģiskā šķīduma pelēm (269.5 ± 24.9 ng / mg olbaltumvielu). Pētījuma beigās starp MPTP un vingrošanas pelēm (69.8 ± 11.7 ng / mg olbaltumvielu) nebija būtiskas atšķirības striatālā dopamīna daudzumā salīdzinājumā ar MPTP (77.9 ± 12.0 ng / mg olbaltumvielu). Tomēr fizioloģiskā šķīduma un vingrinājumu pelēm (315.2 ± 9.0 ng / mg olbaltumvielu) bija ievērojams striatālā dopamīna līmeņa pieaugums, salīdzinot ar fizioloģisko šķīdumu (246.9 ± 19.8 ng / mg olbaltumvielu) (F(3,16) = 7.78; P <0.05).

Skrejceļš vingrinājums

Vingrinājums sākās 5 dienas pēc bojājuma. Peles no divām vingrinājumu grupām (fizioloģiskais šķīdums plus vingrinājums un MPTP plus vingrinājums) tika apmācītas darboties ar 100-cm motorizētu skrejceliņu (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) ar pieaugošu ātrumu 6 nedēļās (5 dienas / nedēļā), lai sasniegtu ilgumu. 60 min / dienā un ātrums 18 – 20 m / min.5,6

Magnētiskās rezonanses attēlveidošanas

Ar 1-T mikro-MRI sistēmu tika iegūts peles smadzeņu trīsdimensiju apjoma T7 svērtās magnētiskās rezonanses (MR) attēls (Bruker Biospin, Billerica, MA). Attēla iegūšanas parametri bija: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, 0.4-mm šķēles biezums, 0.45-mm starpslāņu biezums, 128 × 128 × 128 matricas izmērs.

Radioķīmija

Kopsavilkums par [18F] fallyprīds tika veikts, kā iepriekš aprakstīts, izmantojot tozila prekursora nukleofīlas aizvietošanas reakciju ar [18F] izmantojot pēc pasūtījuma izgatavotu radioķīmijas aparātu.12 Attīrīšanu veica ar reversās fāzes HPLC C8 (2) Phenomenex Luna kolonnā, izmantojot mobilās fāzes acetonitrilu un nātrija fosfāta buferi (55: 45). UV absorbcija tika izmērīta pie 254 nm un AUFS 0.05. Radioaktīvais maksimums (aiztures laiks 17 min), kas atbilst [18F] fallypride, savāc un šķīdinātāju noņem ar rotācijas iztvaicētāju. Galaproduktam tika pārbaudīta pirogenitāte, sterilitāte, pH un organisko šķīdinātāju noņemšana ar gāzu hromatogrāfijas palīdzību. Specifiskā aktivitāte un radioķīmiskā tīrība tika novērtēta ar Waters HPLC sistēmu, izmantojot analītisko C8 (2) Phenomenex Luna. Specifiskā aktivitāte bija diapazonā no 3,000 – 12,000 Ci / mmol.

PET mērījumi un attēla analīze

PET attēlveidošanai tika izmantotas divdesmit peles (n = 6 fizioloģiskais šķīdums; n = 3 fizioloģiskais šķīdums plus vingrinājums; n = 5 MPTP; n = 6 MPTP plus vingrinājums). Skenēšana tika iegūta ar Concorde microPET R4 skeneri (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) ar 60-min saraksta režīma iegūšanas protokolu pēc 20-min pārraides skenēšanas vājinājuma korekcijai ar 68Ge avots. [18F] fallypride (10.92 – 11.28 MBq) tika ievadīts caur astes vēnu (viena bolus) emisijas skenēšanas sākumā. Peles tika anestēzētas ar 2% izofluorāna un 98% skābekļa. Dinamiskā saraksta režīma dati tika sakārtoti sinogrammās ar 26 kadriem (6 × 20 sek., 4 × 40 sek., 6 × 1 min. Un 10 × 5 min.) Un rekonstruēti ar divām OSEM iterācijām (sakārtotu apakškopas gaidīšanas maksimizēšana), kam sekoja 18 MAP (maksimāli a posteriori) rekonstrukcijas algoritma iterācijas.14 Rekonstruētie attēli tika apgriezti, lai saturētu galvu, un lineāri interpolēti Z-virziens, lai iegūtu 128 × 128 × 63 attēlu ar izotropisku 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 vokseļi. No rekonstruētajiem dinamiskajiem attēliem tika aprēķināti striatuma augstas izšķirtspējas saistošā potenciāla (BP) attēli, izmantojot daudzlineāru audu atsauces modeli15 un Logan zemes gabaliem16 ar augstu aktivitāti striatum un ļoti zemu aktivitāti smadzenītēs (atsauces reģionā). Interesējošie anatomiskie reģioni (striatum un smadzenītes) tika manuāli definēti abās puslodēs PET attēlos, kas tika ievadīti ar MRI, izmantojot Rview (versija 8.21Beta).17 Kvantitatīva noteikšana [18F] fallypride peles striatumā tika veikts, izmantojot BP vērtību, kas nodrošina īpatnējās / nespecifiskās saistīšanas proporcijas mērījumu līdzsvarā.18,19 Lai parādītu saistošo specifiku striatumā, četras peles tika novāktas 60 min pēc ligandu injekcijas, smadzenes ātri sasaldētas šķidrā slāpeklī, sadalītas pa sadaļām ar 30-μm biezumu un sadaļas, kas tika ievietotas fosfogrāfam (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway). , NJ) (Fig. 1). Pētījumi liecina, ka [18F] falliprīds īpaši saistās ar DA-D2R, un, tā kā striatumā ir ļoti maz DA-D3R, saistīšanās norāda uz DA-D2R noslogojumu.9,10,12,13

Fig. 1 

[18F] Fallypride uzrāda augstu peles striatuma specifiku. Kreisajā panelī redzams koronālās sekcijas anatomisks atveidojums aptuvenā līmenī bregma 0.20. Labajā panelī redzams reprezentatīvs autoradiogrāfs ar atbilstošu intensīvu marķēšanu ...

Audu savākšana HPLC un olbaltumvielu analīzei

Pētījuma beigās smadzenes tika ātri noņemtas un muguras smadzenes tika sadalītas svaigas atbilstoši anatomiskajiem apgabaliem no bregmas 1.2 līdz 0.6 ar corpus callosum kā muguras robežu, corpus callosum sānu aspektu kā sānu robežu un virs priekšējās kommisijas kā ventrālā robeža.20

Dopamīna un tā metabolītu HPLC analīze

Dopamīna līmeni striatālajos homogenātos (n = 4 vienā grupā) noteica ar HPLC ar elektroķīmisku noteikšanu.6 Sistēma sastāvēja no ESA autoparauga (ESA, Chelmsford, MA), kas aprīkots ar 150 × 3.2 mm apgrieztas fāzes C-18 kolonnu (diametrs 3μm) un CoulArray 5600A (ESA, Chelmsford, MA), kas aprīkots ar četriem. -kanālu analītiskā šūna ar potenciāliem, kas iestatīti uz –75, 50, 220 un 350 mV.

Rietumu imūnblotu analīze

Tika analizēta vingrinājumu ietekme uz DA-D1R un DA-D2R sinaptisko ekspresiju sinaptoneurosomu preparātos, kas izgatavoti svaigi no astoņiem apvienotiem dorsolateral striatum.21 Šī procedūra tika veikta trim peļu kopām, kopā 24 pelēm katrā eksperimentālajā grupā (n = 3 preps katrā grupā). Olbaltumvielu relatīvā izpausme DA-D1R (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), tirozīna hidroksilāzei (58 kDa), dopamīna transportētājam (68 kDa) un α-tubulīnam (50 kDa) (kā iekraušanas kontrole). tika analizēti ar Rietumu imūnblotu22 izmantojot tirdzniecībā pieejamās primārās antivielas (trušu poliklonālās un peļu monoklonālās antivielas, Millipore, Temecula, CA). Olbaltumvielu joslas vizualizēja ar afinitātes attīrītām kazu anti-trušu vai pretpeļu sekundārajām antivielām, kas konjugētas ar IRDye680 vai IRDye800 (Roklenda, Gilbertsvilla, PA). Fluorescējošais signāls tika atklāts, skenējot filtru LI-COR Odisejā netālu no infrasarkanās attēlveidošanas platformas un kvantificēts, izmantojot programmatūru Odyssey 2.1 (LI-COR Biotechnology, Linkolna, NE). Rezultāti ir parādīti kā relatīvi ekspresijas līmeņi, salīdzinot ar fizioloģiskā šķīduma grupu (iestatīts uz 100%).

Statistiskā analīze

Atšķirības starp grupām BP18F] fallypride, DA-D1R un DA-D2R olbaltumvielu līmeņi tika analizēti, izmantojot divvirzienu dispersijas analīzi (ANOVA) ar ārstēšanu starp subjekta faktoru (fizioloģiskais šķīdums pret MPTP), un vingrošana notika kā subjekta koeficienta ietvaros (bez vingrinājumiem pret. vingrinājums). Maksimālā skrejceļš ātruma pārbaudei tika izmantots laiks starp subjekta faktoru (1, 2 utt. Nedēļa) un ārstēšanu kā subjekta faktoru (fizioloģiskais šķīdums pret MPTP). Bonferroni post hoc tests tika izmantots, lai labotu vairākus salīdzinājumus, novērtējot intereses nozīmīgumu. Nozīmīguma līmenis tika noteikts P <0.05. Lai izpētītu grupu atšķirību praktisko nozīmi, tika aprēķināts atšķirību lieluma novērtējums starp grupām, izmantojot efekta lielumu (ES) (ES = vidējaisGrupa 1 - nozīmēGrupa 2/ SDapvienoti). ES atspoguļo ārstēšanas ietekmi interesējošajā populācijā, un saskaņā ar noteiktajiem kritērijiem par to ziņo kā mazu (<0.41), vidēju (0.41–0.70) vai lielu (> 0.70).23 Analīze tika veikta, izmantojot Prism5 for Windows (GraphPad, San Diego, CA).

REZULTĀTI

Augstas intensitātes skrejceļš vingrinājumos uzlabota motora izturēšanās pelēm, kurām ir bojāts MPTP

Pirms MPTP bojājuma un fiziskās slodzes uzsākšanas visu peļu vidējie sākotnējie ātrumi divās vingrinājumu grupās bija līdzīgi (fizioloģiskais šķīdums plus vingrinājums: 11.7 ± 1.1 m / min, un MPTP plus vingrinājums: 11.2 ± 1.1 m / min). Ikdienas vingrinājums 6 nedēļām uzlaboja maksimālo skrejceliņu ātrumu abās vingrinājumu grupās ar fizioloģiskā šķīduma un vingrinājumu pelēm, kurām ir ievērojami lielāks maksimālais ātrums, salīdzinot ar MPTP plus vingrinājumu pelēm nedēļās 1 līdz 4 (Fig. 2). Tomēr MPTP plus vingrinājumu pelēm bija līdzīgs maksimālais skrejceliņu ātrums kā fizioloģiskā šķīduma un vingrinājumu pelēm 5 nedēļā (MPTP plus vingrinājums: 17.2 ± 3.6 m / min un fizioloģiskais šķīdums plus vingrinājums: 22.0 ± 1.5 m / min) un nedēļā 6 (19.2 ± 1.2 m / min un 22.2 ± 0.9 m / min). Kā jau ziņots iepriekš, MPTP bojātās peles, kuras netika apmācītas skrejceļš, neuzrādīja motora izturēšanās spontānu atjaunošanos ar maksimālo ātrumu 7.0 ± 0.3 m / min 6 nedēļas vingrinājuma perioda beigās.5

Fig. 2 

Vingrinājumi uzlabo motora izturību MPTP pelē. Katras nedēļas beigās tika pārbaudīts fizioloģiskā šķīduma (n = 12) un MPTP (n = 12) peļu kustības ātrums uz motorizētā skrejceliņa. Pirms MPTP bojājuma tika izmērīti sākotnējie skrejceļš ātrumi. ...

Augstas intensitātes skrejceliņu vingrinājumi ar palielinātu striatal DA-D2R, bet ne DA-D1R proteīnu

Augstas intensitātes skrejceliņu vingrinājumi atšķirīgi ietekmē DA-D2R un DA-D1R līmeni sinaptoneurosomālajos preparātos no muguras smadzenes, kā parādīts Western blot analīzē (Fig. 3). MPTP plus vingrinājumu pelēm bija straujš DA-D48.8R pieaugums par 2%, salīdzinot ar MPTP pelēm (3B) un ievērojama mijiedarbība starp fizisko slodzi un MPTP bojājumiem DA-D2R olbaltumvielu līmenī (F(1,8) = 6.0; P <0.05). Un otrādi, vingrinājumu ietekme uz DA-D1R olbaltumvielu līmeni starp grupām nebija vērojama (3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Tikai MPTP bojājums būtiski nemainīja arī DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) vai DA-D1R ekspresija (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Turklāt divi dažādi olbaltumvielu marķieri vidējā smadzeņu dopamīnerģisko šķiedru integritātei, tirozīna hidroksilāze (TH; 3C) un dopamīna transportētāju (DAT; 3D), parādīja, ka MPTP ievērojami samazināja striatālās TH olbaltumvielas (F(1,8) = 757.3; P <0.05) un DAT izteiksme (F(1,8) = 218.0; P <0.05).

Fig. 3 

Vingrinājumi selektīvi regulē DA-D2R, bet ne DA-D1R striatālās olbaltumvielas. Panelis (A) parādīta DA-D1R olbaltumvielu sinaptoneurosomu preparātu, kas iegūti no muguras smadzenes, rietumu imūnblotu analīze. Starp statistiski nozīmīgu atšķirību nebija ...

Augstas intensitātes skrejceļš ar paaugstinātu slodzi [18F] Fallypride saistīšanās potenciāls (BP)

Kamēr Rietumvalstu imūnkrāsu analīze ar receptoru olbaltumvielu ekspresiju noteica antivielu epitopus (gan virszemes, gan iekšējos šūnu krājumus), in vivo PET attēlveidošana ar augstas afinitātes DA-D2R specifisko radioligandu [18F] falliprīds var raksturot vingrinājumu ietekmi uz DA-D2R pieejamību ligamenta saistīšanai (Fig. 4). Statistiskā analīze atklāja, ka fiziskām aktivitātēm bija ievērojama ietekme (F(1,16) = 12.3; P <0.05), kā arī MPTP bojājums (F(1,16) = 160.3; P <0.05) bez būtiskas mijiedarbības starp MPTP un vingrinājumiem (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) uz [18F] Fallypride BP. Bonferroni post hoc analīze parādīja būtisku atšķirību BP vērtībās starp MPTP un MPTP plus vingrinājumu pelēm (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01), un nav būtiskas atšķirības starp fizioloģisko šķīdumu un fizioloģisko šķīdumu, kā arī fiziskās slodzes pelēm (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). Konkrēti, MPTP plus fiziskās slodzes pelēm [73.1% palielinājās18F] fallypride BP salīdzinājumā ar MPTP pelēm (vidējās BP vērtības MPTP plus vingrinājumiem: 7.1 ± 0.7; vidējās BP vērtības MPTP pelēm: 4.1 ± 0.3) (4B). Turklāt fizioloģiskajam šķīdumam un vingrošanas pelēm tika palielināts 8.2% [18F] fallypride BP (13.2 ± 1.0), salīdzinot ar fizioloģiskā šķīduma pelēm (12.2 ± 0.3). Saskaņā ar šiem atklājumiem “efekta lieluma” aprēķini atklāja lielāku vingrinājumu efektu starp MPTP grupām (ES = 2.61) nekā to, kas novērots starp fizioloģisko šķīdumu grupām (ES = 0.94).

Fig. 4 

Vingrinājumi selektīvi palielinās [18F] fallypride saistīšanās potenciāls (BP) MPTP peļu striatumā. Panelis (A) rāda [18F] Fallypride BP reprezentatīvie attēli koronālajā orientācijā (kreisajā pusē) un horizontālajā orientācijā (labajā pusē). Mēroga josla ...

DISKUSIJA

Šis pētījums pierāda, ka augstas intensitātes skrejceļš liek palielināt [18F] fallypride BP (DA-D2R pieejamība) MPTP apstrādāto peļu striatumā. Turpretī kopējais striatālā dopamīna līmenis starp MPTP un fiziskām aktivitātēm nemainījās, salīdzinot ar MPTP bez peles. [18F] fallypride ir ļoti selektīvs DA-D2 / D3R antagonists, kura BP atspoguļo in vivo pieejamo receptoru izmērs (Bmaks) / saistīšanās afinitāte (Kd). Tā kā DA-D2R ir dominējošais dopamīna receptoru apakštips muguras striatumā, vingrojumu izraisīts [18F] fallypride BP atspoguļo DA-D2R skaita palielināšanos, un to atbalsta olbaltumvielu ekspresijas palielināšanās, izmantojot Western immunoblotting un mūsu iepriekšējie pētījumi, kas parāda striatālās DA-D2R mRNS transkripcijas ekspresijas palielināšanos, izmantojot in situ hibridizācijas histoķīmiju.5 Šo BP paaugstinājuma interpretāciju vēl vairāk apstiprina fakts, ka [18F] fallypride, ko izraisa dopamīns, MPTP pelēm, visticamāk, nenotiks, jo dopamīna līmenis joprojām ir zems.24 Tādējādi izmaiņas šķietamajā saistīšanās afinitātē (Kd) ir nenozīmīgi un maz ticams, ka tas ietekmēs BP. Pastiprināts vingrinājumu efekts MPTP pelēm var atspoguļot ievainoto smadzeņu mēģinājumu optimizēt dopamīnerģisko neirotransmisiju, palielinot receptoru skaitu, kamēr dopamīna līmenis paliek izsmelts. Paaugstināta MPTP peļu reakcija uz fizisko aktivitāti atklāj lielāku ievainoto potenciālu salīdzinājumā ar neskartām smadzenēm neiroplastiskumu, kas var nebūt būtisks, ja striatas shēma ir neskarta. Fakts, ka dopamīna līmenis praktiski nemainās, veicot vingrinājumus MPTP pelēm, liek domāt, ka DA-D2R kompensējošās izmaiņas ir kritiskas, lai uzlabotu vingrošanu ar motoru.

Izmantojot PET attēlveidošanu, mēs novērojām DA-D2R BP samazināšanos pēc MPTP bojājuma salīdzinājumā ar pelēm, kas apstrādātas ar fizioloģisko šķīdumu. Tas bija pretstatā Rietumu imunoblotēšanai, kurā DA-D2R olbaltumvielu ekspresijas izmaiņas netika novērotas. DA-D2R pastāv dinamiskā līdzsvarā starp virsmas un starpšūnu nodalījumiem, un pēdējais parasti nav pieejams saistīšanai ar PET radioligandiem. Dopamīna līmeņa pazemināšanās gadījumā kompensējošie mehānismi var izraisīt DA-D2R intracelulārā baseina izmaiņas, kas var nebūt pieejamas [18F] saistās ar fallypride, bet tomēr ir pieejams noteikšanai Rietumu imūnblotēšanā.

Atšķirībā no mūsu atklājumiem, ir ziņots par kompensējošu DA-D2R palielināšanos cilvēkiem ar PD un pēc MPTP ievadīšanas primātiem, kas nav cilvēkveidīgie primāti, vai 6-OHDA žurkām.25 Literatūrā DA-D2Rs zudums tiek ziņots par dopamīnerģisko neironu deģenerāciju, turpretī DA-D2Rs palielināšanās notiek palielinātas ekspresijas dēļ uz atlikušajiem dopamīnerģiskajiem galiem un / vai palielinātas sintēzes striatopaldiālā neirona vai holīnerģiskā interneurona iekšienē. Šī neatbilstība starp mūsu PET pētījumu un literatūras datiem var būt saistīta ar atšķirībām bojājuma smagumā starp pētījumiem.11 Konkrēti, lielāka skaita presinaptisko DA-D2R zaudēšana ar MPTP izraisītu šūnu zudumu var būt pietiekama, lai kompensētu visas postsinaptiskās kompensācijas izmaiņas, ko izraisa tikai bojājums. Alternatīvi, mūsu nespēja novērot DA-D2R BP un ​​ekspresijas līmeņa palielināšanos MPTP (bez fiziskām aktivitātēm) pelēm var būt saistīta ar nelielu dopamīna līmeņa atjaunošanos pētījuma beigās (82% dopamīna līmeņa samazinājums 10 dienās salīdzinājumā ar 68 % noārdīšanās pēc 42 dienu postlesion). Tomēr tas ir maz ticams, jo MPTP plus vingrinājumu pelēm, kurām bija arī neliels dopamīna atjaunošanās līmenis (kas būtiski neatšķīrās no MPTP, kurām nebija vingrinājumu pelēm), bija DA-D2R BP palielināšanās.

Lielākā daļa DA-D1R un D2R tiek izteikti uz MSN dendrītiem mugurkauliem ar papildu receptoriem, kas izteikti uz holīnerģiskiem interneuroniem un glutamaterģisko un dopamīnerģisko neironu galiem, kas attiecīgi veidojas no garozas (vai talamusa) un Essu nigra pars compacta.26 Galvenā dopamīna loma ir modulēt kortikostriatālās vai thalamostriatal glutamatergic neirotransmisijas MSN. Glutamaterģiskā neirotransmisija tiek pastiprināta, izmantojot DA-D1R, un mazinās, izmantojot DA-D2R.27-29 Dopamīna izsīkuma apstākļos muguriņas un sinaptiskie savienojumi tiek selektīvi zaudēti DA-D2R, kas satur netiešā ceļa MSN.30 Šis zaudējums ir saistīts ar hipereksitivitātes stāvokli MSN paaugstinātas glutamāterģiskās kortikostriatūrās neirotransmisijas dēļ.31-33 PD dzīvnieku modeļos šī paaugstinātā glutamāģiskā iedarbība korelē ar parkinsonim līdzīgu motoru uzvedību.34 Šī hipereksitējamā stāvokļa vājināšanās, lietojot dopamīnu vai tā agonistus, noved pie parkinsonisma motora deficīta novēršanas.35,36 Ņemot vērā šos ziņojumus un mūsu secinājumus, mēs esam izvirzījuši hipotēzi, ka augstas intensitātes vingrinājumu priekšrocības ir uzlabot dopamīnerģisko signālu caur palielinātu DA-D2R ekspresiju netiešajā ceļā (bet ne DA-D1R tiešo ceļu) un uzlabot motoriskās funkcijas caur glutamaterģiskās uzbudināmības nomākšana.

Mūsu pētījuma primārais secinājums ir tāds, ka vingrošana intensīvas skrejceliņa veidā atvieglo neiroplastiskumu, palielinot striatālās DA-D2R izpausmes - procesu, kas visskaidrāk redzams ievainotajās smadzenēs. Balstoties uz mūsu atklājumiem, neinvazīva PET attēlveidošanas pieeja ar [18F] fallypride var izmantot, lai izpētītu, vai intensīva skrejceļš nerada izmaiņas DA-D2R arī cilvēkiem ar PD. Mūsu pētījums izceļ preklīnisko pētījumu nozīmi dzīvnieku dopamīna līmeņa samazināšanās modeļos un translatīvo pētījumu nozīmi, lai sniegtu gan pamatojumu, gan ieskatu izpratnē par attēlveidošanas un vingrinājumu pētījumiem indivīdiem ar PD.

Pateicības

Šis darbs tika atbalstīts ar dotāciju no USC CTSI Pilotu izmēģinājuma grantu programmas un dāsniem līdzekļiem no Parkinsona slimības fonda, Team Parkinson (Losandželosa), Parkinson alianses, Whittier Parkinson's slimību izglītības grupas, NINDS RO1 NS44327-1, NIA ( AG 21937) un ASV armijas NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV ir USC Neirozinātņu absolventu programmas nopelnu stipendijas saņēmējs. Mēs vēlamies pateikties Ryan Park un Dr. Peter Conti no USC Small Animal Imaging Core par palīdzību mikro-PET attēlveidošanas jomā un Dr. Rex Moats no Small Animal Imaging Research Core Saban Research Institute par palīdzību ar peles MRI. Mēs vēlamies pateikties Yi-Hsuan (Lilian) Lai par palīdzību skrejceliņu vingrināšanā un Avery Abernathy par viņa kompetenci HPLC analīzē. Mēs esam pateicīgi USC Parkinsona slimību izpētes grupas draugiem, tostarp Džordžam un Marijai Luoniem Booniem, Valteram un Sūzenai Donigerai, kā arī Roberto Gonzalesam par viņu dāsno atbalstu.

Zemsvītras piezīmes

 

Iespējamais interešu konflikts: nav ko ziņot.

Piezīme pievienota pierādījumā: Šis raksts tika publicēts tiešsaistē 19 oktobra 2010. Pēc tam tika atklāta kļūda. Šis paziņojums ir iekļauts tiešsaistes un drukātajās versijās, lai norādītu, ka abi ir laboti.

Finanšu informācija: USC Neirozinātņu absolventu programmas nopelnu stipendija (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ un GP), USC CTSI Pilotu stipendiju programma (QL, AN, MJ, GP).

Autora lomas: Visi autori palīdzēja radīt šo manuskriptu. Pētniecības projekta koncepcija: GP, BF, MJ, RL, JW. Projekta izpilde: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Datu vākšana, apstrāde, statistiskā analīze: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Manuskripta sagatavošana: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.

Atsauces

1. Bergen JL, Toole T, Elliott RGr, Wallace B, Robinson K, Maitland CG. Aerobikas vingrinājumu uzlabošana veicina aerobās spējas un kustību uzsākšanu Parkinsona slimības pacientiem. NeiroRehabilitācija. 2002; 17: 16 – 168. [PubMed]
2. Comella CL, Stebbins GT, Brown-Toms N, Goetz CG. Fizikālā terapija un Parkinsona slimība: kontrolēts klīnisks pētījums. Neiroloģija. 1994; 44 (3 1 daļa): 376 – 378. [PubMed]
3. Schenkman M, D zāle, Kumar R, Kohrt WM. Izturības vingrinājumu apmācība, lai uzlabotu cilvēku ar Parkinsona slimību pārvietošanos: trīs gadījuma ziņojumi Phys Ther. 2008; 88: 63 – 76. [PubMed]
4. Pothakos K, Kurz MJ, Lau YS. Izturības vingrinājumu atjaunojošā ietekme uz uzvedības traucējumiem Parkinsona slimības hroniskas peles modelī ar smagu neirodeģenerāciju. BMC Neurosci. 2009; 10: 1 – 14. [PMC bezmaksas raksts] [PubMed]
5. Fisher BE, Petzinger GM, Nixon K, et al. Vingrinājumu izraisīta uzvedības atjaunošanās un neiroplastiskums 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridīna-bojātā peles bazālajā ganglijā. J Neurosci Res. 2004; 77: 378 – 390. [PubMed]
6. Petzingers GM, Walsh JP, Akopian G, et al. Skrejceliņu vingrinājumu ietekme uz dopamīnerģisko pārnešanu 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridīna-bojātā peles modelī bazālo gangliju ievainojumā. J Neurosci. 2007; 27: 5291 – 5300. [PubMed]
7. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS, et al. PET pētījumi par aerobo vingrinājumu ietekmi uz cilvēka striatālā dopamīna izdalīšanos. J Nucl Med. 2000; 41: 1352 – 1356. [PubMed]
8. Ginovart N, Farde L, Halldin C, Swahn CG. Rezerpīna izraisīta sinaptiskā dopamīna līmeņa pazemināšanās ietekme uz [11C] racloprīda saistīšanos ar D2-dopamīna receptoriem pērtiķu smadzenēs. Sinapses. 1997; 25: 321 – 325. [PubMed]
9. Mukherjee J, Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mantil J. Klozapīna, risperidona un haloperidola dopamīna D-2 receptoru noslogojums in vivo grauzēju un primātu smadzenēs in vivo, izmantojot 18F-fallypride. Neiropsiofarmakoloģija. 2001; 25: 476 – 488. [PubMed]
10. Honer M, Bruhlmeier M, Missimer J, Schubiger AP, Ametamey SM. Dinamiska attēlveidošana strativitātes D2 receptoriem pelēm, izmantojot četrkāju HIDAC PET. J Nucl Med. 2004; 45: 464 – 470. [PubMed]
11. Falardeau P, Bedard PJ, Di Paolo T. Saikne starp smadzeņu do-pamine zaudējumu un D2 dopamīna receptoru blīvumu MPTP pērtiķiem. Neurosci Lett. 1988; 86: 225 – 229. [PubMed]
12. Mukherjee J, Yang ZY, Brown T, et al. Iepriekšējs novērtējums par ekstremiālo dopamīna D-2 receptoru saistīšanos grauzēju un primātu, kas nav cilvēkveidīgie, smadzenēs, izmantojot augstas afinitātes radioligandu - 18F-fallypride. Nucl Med Biol. 1999; 26: 519 – 527. [PubMed]
13. Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mukherjee J. Strāvas un ekstremiālo D-2 dopamīna receptoru kvantitatīvā noteikšana, izmantojot [(18) F] fallypride PET attēlveidošanu primātiem, kas nav cilvēkveidīgie primāti. Sinapses. 2000; 38: 71 – 79. [PubMed]
14. Qi J, Leahy RM, Cherry SR, Chatziioannou A, Farquhar TH. Augstas izšķirtspējas 3D Bajesija attēla rekonstrukcija, izmantojot mikro-PET mazu dzīvnieku skeneri. Phys Med Biol. 1998; 43: 1001 – 1013. [PubMed]
15. Ichise M, Toyama H, Innis RB, Carson RE. Stratēģijas neiroreceptoru parametru novērtēšanas uzlabošanai ar lineārās regresijas analīzi. J Cereb asins plūsmas metabolisms. 2002; 22: 1271 – 1281. [PubMed]
16. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wang GJ, Ding YS, Alexoff DL. Izkliedes tilpuma attiecības bez asins paraugu ņemšanas no PET datu grafiskās analīzes. J Cereb asins plūsmas metabolisms. 1996; 16: 834 – 840. [PubMed]
17. Studholme C, Hill DL, Hawkes DJ. Magnētiskās rezonanses un pozitronu emisijas tomogrāfijas smadzeņu attēlu automatizēta trīsdimensiju reģistrācija ar vokseļu līdzības pasākumu daudzfunkcionālo optimizāciju. Med Phys. 1997: 24: 25 – 35. [PubMed]
18. Mintun MA, Raichle ME, Kilbourn MR, Wooten GF, Welch MJ. Kvantitatīvs modelis zāļu saistīšanās vietu in vivo novērtēšanai ar pozitronu emisijas tomogrāfiju. Ann Neurol. 1984; 15: 217 – 227. [PubMed]
19. Lammertsma AA, Hume SP. Vienkāršots audu atsauces modelis PET receptoru pētījumiem. Neiroattēls. 1996; 4 (3 1 daļa): 153 – 158. [PubMed]
20. Paxinos G, Franklin KBJ. Peles smadzenes stereotaksiskās koordinātēs. 2. Ņujorka: Academic Press; 2001.
21. Džonsons MW, Chotiner JK, Watson JB. Sinaptoneurosomu izolēšana un raksturojums no vienas žurkas hipokampu šķēlītēm. J Neurosci metodes. 1997; 77: 151 – 156. [PubMed]
22. Laemmli UK. Strukturālo olbaltumvielu sadalīšana bakteriofāga T4 galvas montāžas laikā. Daba. 1970; 227: 680 – 685. [PubMed]
23. Tomass JR, Salazars W, Landersa DM. Kas trūkst p <05? Efekta lielums. Res Q Exerc Sport. 1991; 62: 344–348. [PubMed]
24. Cropley VL, Innis RB, Nathan PJ, et al. Neliela dopamīna izdalīšanās ietekme un dopamīna līmeņa pazemināšanās ietekme uz [(18) F] fallypride saistīšanos veseliem cilvēkiem. Sinapses. 2008; 62: 399 – 408. [PubMed]
25. Hurley MJ, Jenner P. Kas ir iemācījies pētījumos par dopamīna receptoriem Parkinsona slimībā? Pharmacol Ther. 2006; 111: 715 – 728. [PubMed]
26. Smits Y, Villalba R. Striatāls un ekstremiālais dopamīns bazālajās ganglijās: pārskats par tā anatomisko organizāciju normālās un Parkinsona smadzenēs. Mov nesaskaņas. 2008; 23 (Suppl 3): S534 – S547. [PubMed]
27. Cepeda C, Buchwald NA, Levine MS. Dopamīna neiromodulējošās darbības neostriatumā ir atkarīgas no aktivizētajiem ierosinošo aminoskābju receptoru apakštipiem. Proc Natl Acad Sci ASV. 1993; 90: 9576 – 9580. [PMC bezmaksas raksts] [PubMed]
28. Levine MS, Altemus KL, Cepeda C, et al. Pelēm ar D1A-deficītu mazinās dopamīna modulējošās darbības uz NMDA receptoru starpniecību. J Neurosci. 1996; 16: 5870 – 5882. [PubMed]
29. Umemiya M, Raymond LA. Uzbudinošo postsinaptisko straumju dopamīnerģiskā modulācija žurku neostriatal neironos. J neirofiziols. 1997; 78: 1248 – 1255. [PubMed]
30. M diena, Wang Z, Ding J, et al. Gliutamaterģisko sinapsu selektīva eliminācija par striatopaldālajiem neironiem Parkinsona slimības modeļos. Nat Neurosci. 2006; 9: 251 – 259. [PubMed]
31. VanLeeuwen JE, Petzinger GM, Walsh JP, Akopian GK, Vuckovic M, Jakowec MW. Mainīta AMPA receptoru ekspresija ar skrejceliņu vingrinājumu peles 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridīniem bojātā bazālo gangliju traumu modelī. J Neurosci Res. 2010; 88: 650 – 668. [PubMed]
32. Hernandez-Echeagaray E, Starling AJ, Cepeda C, Levine MS. AMPA straumju modulēšana ar D2 dopamīna receptoriem vidēja lieluma striatūriskos neironos: vai ir nepieciešami dendrīti? Eur J Neurosci. 2004; 19: 2455 – 2463. [PubMed]
33. Surmeier DJ, Ding J, Day M, Wang Z, Shen W. D1 un D2 dopamīna-receptoru modulācija striatālās glutamāterģiskās signalizācijas jomā striatālās vidējās spininga neironos. Tendences Neurosci. 2007; 30: 228 – 235. [PubMed]
34. Calabresi P, Mercuri NB, Sancesario G, Bernardi G. Ar dopamīnu denervētu striatūra neironu elektrofizioloģija. Ietekme uz Parkinsona slimību. Smadzenes. 1993; 116 (2 daļa): 433 – 452. [PubMed]
35. Baljons B, Frenois F, Zold CL, Chetrit J, Murer MG, Gonon F. D2 receptoru stimulēšana, bet ne D1, atjauno striatīvas līdzsvaru žurku modelī par parkinsonismu. Neurobiol Dis. 2009; 35: 376 – 384. [PubMed]

36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Sinaptiskā plastika un fizioloģiskā mijiedarbība starp dopamīnu un gluta