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
Anotācija
Pašreizējā pētījuma mērķis bija pārbaudīt dopamīna D2 receptoru (DA-D2R) ekspresijas izmaiņas MPTP peļu bazālajos ganglijos, kuras tika pakļautas intensīvai skrejceliņa slodzei. Izmantojot sinaptoneurosomu Western imūnblotēšanas analīzi un in vivo pozitronu emisijas tomogrāfijas (PET) attēlveidošanu, izmantojot DA-D2R specifisko ligandu [ 18F ]falliprīdu, mēs atklājām, ka augstas intensitātes skrejceliņa slodze izraisīja striatālā DA-D2R ekspresijas palielināšanos, kas bija visizteiktākā MPTP pelēm, salīdzinot ar fizioloģisko šķīdumu apstrādātām pelēm. Slodzes izraisītās DA-D2R izmaiņas dopamīna deficītā bazālajos ganglijos atbilst šī receptora potenciālajai lomai vidējo dzeloņaino neironu (MSN) funkcijas un uzvedības atjaunošanās modulēšanā. Svarīgi ir tas, ka šī pētījuma rezultāti apstiprina PET attēlveidošanas izmantošanas ar [ 18F ]falliprīdu pamatojumu, lai pārbaudītu DA-D2R izmaiņas cilvēkiem ar Parkinsona slimību (PS), kuri veic augstas intensitātes skrejceliņa slodzi.
Fiziskās aktivitātes uzlabo motorisko sniegumu pacientiem ar Parkinsona slimību (PS). 1–3 Dzīvnieku modeļi, piemēram, 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridīna (MPTP) peles, nodrošina būtisku instrumentu, lai izpētītu fiziskās aktivitātes izraisītu motorās uzvedības uzlabojumu molekulāros mehānismus. 4–6 Dopamīna D1 un D2 receptori (DA - D1R un DA-D2R) ir galvenie dopamīna mērķi striatāla vidēji dzeloņainajos neironos ( MSN) un modulē fizioloģiskās īpašības un šūnu signalizāciju. Konkrēti, DA-D2R ir svarīga loma ilgtermiņa depresijā (LTD), kas ir sinaptiskās plastiskuma forma, kas ietver glutamāterģiskās un dopamīnerģiskās neirotransmisijas integrāciju, kas noved pie motorās funkcijas kodēšanas dorsolaterālajā striatumā. Ņemot vērā DA-D2R lomu motorajā kontrolē, mēs centāmies pārbaudīt, vai fiziskās aktivitātes veicinātais motorās funkcijas uzlabojums daļēji ir saistīts ar striatāla DA-D2R ekspresijas palielināšanos.
Pozitronu emisijas tomogrāfijas (PET) attēlveidošana ar DA-D2R radioindikatoriem sniedz iespēju veikt garengriezuma pētījumus par fizisko aktivitāšu ietekmi uz cilvēkiem. Iepriekšējos pētījumos ar aerobikas vingrinājumiem ir mēģināts izmērīt dopamīna izdalīšanos veseliem indivīdiem7 , un netika novērotas nekādas izmaiņas [ 11C ]rakloprīda saistīšanā , kas liek autoriem ieteikt, ka dopamīna līmenis nedaudz mainījās. Tomēr fizisko aktivitāšu ietekme uz DA-D2R ekspresiju un sinaptisko aktivitāti nav pētīta. PET attēlveidošanas ligands [ 18F ]falliprīds ir lielisks instruments, lai to pārbaudītu, pateicoties tā augstajai afinitātei un specifiskumam gan pret DA-D2R, gan DA-D3R, un atšķirībā no [ 11C ]rakloprīda to viegli neaizvieto endogēnā dopamīna sākotnējais līmenis. 7–10 To apstiprināja dzīvnieku iepriekšēja apstrāde ar rezerpīnu (lai samazinātu endogēnā dopamīna līmeni), kam nebija ietekmes uz [ 18F ] falliprīda saistīšanos, 9 , 11 bet ievērojami palielinājās [ 11C ]rakloprīda saistīšanās, 8 kas tika attiecināts uz izmaiņām šķietamajā saistīšanās afinitātē ( Kd ) , nevis receptoru skaitā ( Bmax ).
Tā kā [ 18F ]falliprīda saistīšanās potenciāls (BP) ir rezistents pret izmaiņām , ko izraisa dopamīna līmeņa samazināšanās, kas liecina par nelielu ietekmi uz tā Kd vai Bmax sākotnējā vai samazinātā stāvoklī, mēs izmantojām [ 18F ]falliprīdu , lai pārbaudītu mūsu hipotēzi, ka DA-D2R ekspresija MPTP peļu modelī palielinās intensīvas fiziskās slodzes laikā. 9 , 10 , 12 , 13 Turklāt, lai pamatotu mūsu PET attēlveidošanas mērījumus, mēs izmantojām komplementāru sinaptoneurosomu preparātu Western imūnblotu analīzes metodi, lai izmērītu DA-D2R olbaltumvielu ekspresijas izmaiņas sinapses līmenī tiem pašiem dzīvniekiem. Šeit mēs ziņojam par fiziskās slodzes ietekmi uz DA-D2R ekspresiju un [ 18F ]falliprīdu peļu grupās, kas tika ārstētas ar fizioloģisko šķīdumu vai MPTP.
METODES
Dzīvnieki, ārstēšanas grupas un MPTP administrēšana
Astoņus nedēļas vecas C57BL/6 tēviņu peles (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) tika grupveidā izmitinātas temperatūras kontrolētā telpā 12 stundu gaismas/12 stundu tumsas ciklā. Visas procedūras tika veiktas saskaņā ar NIH laboratorijas dzīvnieku aprūpes un lietošanas rokasgrāmatu, ko apstiprinājusi USC IACUC. Kopumā 164 peles tika izmantotas četrās apstrādes grupās: (1) fizioloģiskais šķīdums (n = 42), (2) fizioloģiskais šķīdums plus fiziskā slodze (n = 55), (3) MPTP (n = 57) un (4) MPTP plus fiziskā slodze (n = 42). Bojājumu veidošanai pelēm tika ievadītas četras intraperitoneālas 20 mg/kg MPTP (brīvā bāze; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) injekcijas, kas izšķīdināts 0.9% fizioloģiskajā šķīdumā, ar 2 stundu intervālu vai četras intraperitoneālas 0.1 ml 0.9% NaCl injekcijas kā kontrolei. Bojājumi tika apstiprināti ar striatālā dopamīna līmeņa HPLC analīzi. 10 dienas pēc MPTP ievadīšanas MPTP pelēm bija 82.2% dopamīna līmeņa samazinājums (48.0 ± 8.4 ng/mg olbaltumvielu), salīdzinot ar sālsūdens pelēm (269.5 ± 24.9 ng/mg olbaltumvielu). Pētījuma beigās nebija būtiskas atšķirības striatālā dopamīna līmenī starp MPTP un fiziskām aktivitātēm paredzētām pelēm (69.8 ± 11.7 ng/mg olbaltumvielu) un MPTP (77.9 ± 12.0 ng/mg olbaltumvielu). Tomēr sālsūdens pelēm un fiziskām aktivitātēm paredzētām pelēm bija ievērojams striatālā dopamīna līmeņa pieaugums (315.2 ± 9.0 ng/mg olbaltumvielu), salīdzinot ar sālsūdens pelēm (246.9 ± 19.8 ng/mg olbaltumvielu) ( F (3,16) = 7.78; P < 0.05).
Skrejceļš vingrinājums
Vingrinājumi sākās 5 dienas pēc bojājuma rašanās. Peles no divām vingrojumu grupām (fizioloģiskais šķīdums plus vingrojums un MPTP plus vingrojums) tika apmācītas skriet uz 100 cm motorizēta skrejceliņa (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) ar pieaugošu ātrumu 6 nedēļas (5 dienas nedēļā), lai sasniegtu 60 min/dienā ilgumu un ātrumu 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
[ 18F ]falliprīda sintēze tika veikta, kā aprakstīts iepriekš, izmantojot tozila prekursora nukleofilo aizvietošanas reakciju ar [ 18F ] , izmantojot speciāli izgatavotu radioķīmijas aparatūru.12 Attīrīšana tika panākta ar apgrieztās fāzes HPLC uz C8(2) Phenomenex Luna kolonnas, izmantojot acetonitrilu un nātrija fosfāta buferšķīdumu kā mobilo fāzi (55:45). UV absorbcija tika mērīta pie 254 nm un AUFS 0.05. Radioaktīvais pīķis (aiztures laiks 17 min), kas atbilst [ 18F ]falliprīdam, tika savākts un šķīdinātājs tika noņemts rotācijas iztvaicētājā. Gatavie produkti tika pārbaudīti attiecībā uz pirogenitāti, sterilitāti, pH līmeni un organisko šķīdinātāju noņemšanu, izmantojot gāzu hromatogrāfiju. Īpatnējā aktivitāte un radioķīmiskā tīrība tika novērtēta ar Waters HPLC sistēmu, izmantojot C8(2) Phenomenex Luna analītisko aparatūru. Īpatnējā aktivitāte bija diapazonā no 3,000 līdz 12 000 Ci/mmol.
PET mērījumi un attēla analīze
PET attēlveidošanai tika izmantotas divdesmit peles (n = 6 fizioloģiskais šķīdums; n = 3 fizioloģiskais šķīdums plus fiziska slodze; n = 5 MPTP; un n = 6 MPTP plus fiziska slodze). Skenējumi tika iegūti ar Concorde microPET R4 skeneri (CTI Concorde Microsystems, Noksvila, Tenesī) ar 60 minūšu saraksta režīma iegūšanas protokolu pēc 20 minūšu transmisijas skenēšanas vājinājuma korekcijai ar 68 Ge avotu. Emisijas skenēšanas sākumā astes vēnā (viena bolusa deva) tika injicēts [ 18F ]faliprīds (10.92–11.28 MBq). Pelēm tika veikta anestēzija ar 2% izofluorānu un 98% skābekli. 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, izmantojot divas OSEM (sakārtotu apakškopu cerību maksimizācijas) iterācijas, kam sekoja 18 MAP (maksimālā a posteriori) rekonstrukcijas algoritma iterācijas.14 Rekonstruētie attēli tika apgriezti, lai ietvertu galvu, un lineāri interpolēti Z virzienā, lai iegūtu 128 × 128 × 63 attēlu ar izotropiskiem 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 vokseļiem . Augstas izšķirtspējas saistīšanās potenciāla (BP) attēli striatumam tika aprēķināti no rekonstruētajiem dinamiskajiem attēliem, izmantojot daudzlineāru audu atsauces modeli15 un Logana diagrammas16 ar augstu aktivitāti striatumā un ļoti zemu aktivitāti smadzenītēs (atsauces reģions). Interesējošie anatomiskie reģioni (striatums un smadzenītes) tika manuāli definēti abās puslodēs PET attēlos, kas reģistrēti ar MRI, izmantojot Rview (8.21Beta versija).17 [ 18F ]falliprīda specifiskās saistīšanās kvantitatīva noteikšana peles striatumā tika veikta, izmantojot BP vērtību, kas sniedz mērījumu specifiskās/nespecifiskās saistīšanās attiecībai līdzsvara stāvoklī.18 , 19 Lai pierādītu saistīšanās specifiskumu striatumā, 60 minūtes pēc ligandu injekcijas tika savāktas četras peles, smadzenes ātri sasaldētas šķidrā slāpeklī, sagrieztas 30 μm biezumā un griezumi tika uzklāti uz fosfoattēla aparāta (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway, NJ) ( 1. att. ). Pētījumi liecina, ka [ 18F ]falliprīds specifiski saistās ar DA-D2R, un, tā kā striatumā ir ļoti maz DA-D3R, saistīšanās norāda uz DA-D2R aizņemtību. 9 , 10 , 12 , 13
Audu savākšana HPLC un olbaltumvielu analīzei
Pētījuma beigās smadzenes tika ātri izņemtas un svaigi preparēts dorsālais striatums, kas atbilst anatomiskiem reģioniem no bregmas 1.2 līdz 0.6, ar corpus callosum kā dorsālo robežu, corpus callosum laterālo daļu kā laterālo robežu un virs priekšējās komisijas kā ventrālo robežu.20
Dopamīna un tā metabolītu HPLC analīze
Dopamīna līmenis striatālo homogenātu šūnās (n = 4 katrā grupā) tika noteikts ar HPLC ar elektroķīmisko detekciju.6 Sistēma sastāvēja no ESA automātiskā paraugu ņemšanas ierīces (ESA, Čelmsforda, Masačūsetsa), kas aprīkota ar 150 × 3.2 mm apgrieztās fāzes C-18 kolonnu ( 3 μm diametrs), un CoulArray 5600A (ESA, Čelmsforda, Masačūsetsa), kas aprīkota ar četru kanālu analītisko šūnu ar potenciāliem, kas iestatīti uz −75, 50, 220 un 350 mV.
Rietumu imūnblotu analīze
Fizisko aktivitāšu ietekme uz DA-D1R un DA-D2R sinaptisko ekspresiju tika analizēta sinaptoneurosomu preparātos, kas svaigi pagatavoti no astoņiem apvienotiem dorsolaterālajiem striatumiem.21 Šī procedūra tika veikta ar trim peļu grupām, kopā 24 pelēm katrā eksperimentālajā grupā (n = 3 preparāti katrā grupā) . DA-D1R (~50 kDa), DA-D2R (~50 kDa), tirozīna hidroksilāzes (58 kDa), dopamīna transportētāja (68 kDa) un α-tubulīna (50 kDa) (kā slodzes kontrole) olbaltumvielu relatīvā ekspresija tika analizēta ar Western imunoblotu22, izmantojot komerciāli pieejamas primārās antivielas (trušu poliklonālās un peļu monoklonālās antivielas, Millipore, Temecula, CA). Olbaltumvielu joslas tika vizualizētas ar afinitātes attīrītām kazas antitruša vai antipeles sekundārajām antivielām, kas konjugētas ar IRDye 680 vai IRDye 800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Fluorescences signāls tika noteikts, skenējot filtru LI-COR Odyssey tuvā infrasarkanā starojuma attēlveidošanas platformā, un kvantitatīvi noteikts, izmantojot Odyssey 2.1 programmatūru (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Rezultāti ir parādīti kā relatīvie ekspresijas līmeņi, salīdzinot ar fizioloģiskā šķīduma grupu (iestatīts uz 100%).
Statistiskā analīze
Atšķirības starp grupām asinsspiediena ziņā attiecībā uz [ 18F ]falliprīda, DA-D1R un DA-D2R olbaltumvielu līmeņiem tika analizētas, izmantojot divvirzienu dispersijas analīzi (ANOVA), kur ārstēšana tika izmantota starp subjekta faktoru (fizioloģiskais šķīdums pret MPTP) un fiziskās aktivitātes kā subjekta faktora ietvaros (bez fiziskās aktivitātes pret fizisko slodzi). Maksimālā skrejceliņa ātruma testā laiks tika izmantots starp subjekta faktoru (1., 2. nedēļa utt.), un ārstēšana tika izmantota kā subjekta faktora ietvaros (fizioloģiskais šķīdums pret MPTP). Bonferroni post hoc tests tika izmantots, lai koriģētu vairākus salīdzinājumus, novērtējot interešu nozīmīgumu. Nozīmīguma līmenis tika noteikts kā P < 0.05. Lai izpētītu grupu atšķirību praktisko nozīmīgumu, tika aprēķināts atšķirību lieluma novērtējums starp grupām, izmantojot efekta lielumu (ES) (ES = 1. grupas vidējais rādītājs - 2. grupas vidējais rādītājs / apvienotais standartnovirze ). ES atspoguļo ārstēšanas ietekmi interesējošā populācijā un tiek ziņota saskaņā ar noteiktajiem kritērijiem kā maza (<0.41), vidēja (0.41–0.70) vai liela (>0.70). 23 Analīze tika veikta, izmantojot Prism5 operētājsistēmai Windows (GraphPad, Sandjego, Kalifornija).
REZULTĀTI
Augstas intensitātes skrejceļš vingrinājumos uzlabota motora izturēšanās pelēm, kurām ir bojāts MPTP
Pirms MPTP bojājuma un fizisko aktivitāšu sākuma visu peļu vidējais sākotnējais ātrums divās fizisko aktivitāšu grupās bija līdzīgs (fizioloģiskais šķīdums plus fiziskā aktivitāšu grupa: 11.7 ± 1.1 m/min un MPTP plus fiziskā aktivitāšu grupa: 11.2 ± 1.1 m/min). Ikdienas fiziskās aktivitātes 6 nedēļu garumā uzlaboja maksimālo skrejceliņa ātrumu abās fizisko aktivitāšu grupās, un pelēm, kurām tika pievienots sāls šķīdums plus fiziskā aktivitāšu grupa, no 1. līdz 4. nedēļai bija ievērojami lielāks maksimālais ātrums salīdzinājumā ar pelēm, kurām tika pievienots MPTP plus fiziskā aktivitāšu grupa ( 2. att. ). Tomēr pelēm, kurām tika pievienots sāls šķīdums plus fiziskā aktivitāšu grupa, 5. nedēļā (MPTP plus fiziskā aktivitāšu grupa: 17.2 ± 3.6 m/min un pelēm, kurām pievienots sāls šķīdums plus fiziskā aktivitāšu grupa: 22.0 ± 1.5 m/min) un 6. nedēļā (attiecīgi 19.2 ± 1.2 m/min un 22.2 ± 0.9 m/min) bija līdzīgs maksimālais skrejceliņa ātrums kā pelēm, kurām tika pievienots sāls šķīdums plus fiziskā aktivitāšu grupa. Kā jau iepriekš ziņots, MPTP bojātām pelēm, kurām netika veikta skrejceliņa apmācība, 6 nedēļu treniņu perioda beigās motorā uzvedība spontāni neatjaunojās, maksimālajam ātrumam esot 7.0 ± 0.3 m/ min.5
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).
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).
DISKUSIJA
Šis pētījums pierāda, ka augstas intensitātes skrejceliņa treniņi izraisa [ 18F ]falliprīda asinsspiediena paaugstināšanos (DA-D2R pieejamība) MPTP ārstēto peļu striatumā. Turpretī netika novērotas būtiskas izmaiņas kopējā striatālā dopamīna līmenī starp MPTP plus fiziskām aktivitātēm, salīdzinot ar MPTP pelēm bez fiziskām aktivitātēm. [ 18F ]falliprīds ir ļoti selektīvs DA-D2/D3R antagonists, kura asinsspiediens atspoguļo pieejamo receptoru (Bmax)/saistīšanās afinitātes (Kd) in vivo mērījumu . Tā kā DA - D2R ir dominējošais dopamīna receptoru apakštips dorsālajā striatumā, fiziskās slodzes izraisīts [ 18F ]falliprīda asinsspiediena paaugstināšanās atspoguļo DA-D2R skaita palielināšanos, un to apstiprina olbaltumvielu ekspresijas palielināšanās, izmantojot Western imunoblotēšanu, un mūsu iepriekšējie pētījumi, kas parādīja striatālā DA-D2R mRNS transkripta ekspresijas palielināšanos, izmantojot in situ hibridizācijas histoķīmiju.5 Šo asinsspiediena paaugstināšanās interpretāciju vēl vairāk apstiprina fakts, ka MPTP pelēm [18F]falliprīda aizstāšana ar dopamīnu , visticamāk, nenotiks, jo dopamīna līmenis joprojām ir zems. 24 Tādēļ šķietamās saistīšanās afinitātes ( Kd ) izmaiņas ir niecīgas un, visticamāk , neietekmēs BP. Pastiprinātā fiziskās slodzes ietekme MPTP pelēm var atspoguļot bojāto smadzeņu mēģinājumu optimizēt dopamīnerģisko neirotransmisiju, palielinot receptoru skaitu, kamēr dopamīna līmenis paliek zems. Paaugstināta MPTP peļu reakcija uz fiziskām aktivitātēm atklāj lielāku bojāto smadzeņu neiroplastiskuma potenciālu salīdzinājumā ar neskartām smadzenēm, kas var nebūt būtiski, ja striatālās ķēdes ir neskartas. Fakts, ka dopamīna līmenis MPTP pelēm fiziskās slodzes laikā būtiski nemainās, liecina, ka kompensējošas DA-D2R izmaiņas ir kritiski svarīgas ar fiziskām aktivitātēm saistītai uzlabotai motorikai.
Izmantojot PET attēlveidošanu, mēs novērojām DA-D2R BP samazināšanos pēc MPTP bojājuma, salīdzinot ar pelēm, kuras tika apstrādātas ar fizioloģisko šķīdumu. Tas bija pretstatā Rietumu imūnblotingam, kurā netika novērotas nekādas DA-D2R proteīna ekspresijas izmaiņas. DA-D2R pastāv dinamiskā līdzsvarā starp virsmas un intracelulārajiem nodalījumiem, pēdējiem parasti nesaistīties ar PET radioligandiem. Dopamīna deficīta stāvoklī kompensācijas mehānismi var izraisīt izmaiņas DA-D2R intracelulārajā rezervē, kas var nebūt pieejams [ 18F ]falliprīda saistīšanai, bet tomēr ir pieejams noteikšanai Rietumu imūnblotingā.
Atšķirībā no mūsu atklājumiem, pacientiem ar Parkinsona slimību un pēc MPTP ievadīšanas primātiem, kas nav cilvēki, vai 6-OHDA ievadīšanas žurkām, ir ziņots par kompensējošu DA-D2R palielināšanos.25 Literatūrā ziņots, ka DA-D2R zudums ir saistīts ar dopamīnerģisko neironu deģenerāciju, savukārt DA-D2R palielināšanās rodas no palielinātas ekspresijas atlikušajos dopamīnerģiskajos termināļos un/vai palielinātas sintēzes striatopallidālajos neironos vai holīnerģiskajos interneironos. Šī neatbilstība starp mūsu PET pētījumu un literatūrā minētajiem pētījumiem var būt saistīta ar bojājuma smaguma atšķirībām dažādos pētījumos.11 Konkrētāk , lielāka presinaptisko DA-D2R skaita zudums MPTP izraisīta šūnu zuduma dēļ var būt pietiekams, lai kompensētu jebkādas postsinaptiskas kompensējošas izmaiņas, ko izraisa tikai bojājums. Alternatīvi, mūsu nespēja novērot DA-D2R asinsspiediena paaugstināšanos un ekspresijas līmeņu paaugstināšanos MPTP (bez fiziskām aktivitātēm) pelēm varētu būt saistīta ar nelielu dopamīna līmeņa atjaunošanos pētījuma beigās (82% dopamīna līmeņa samazināšanās 10 dienās pret 68% samazināšanos 42 dienas pēc bojājuma). Tomēr tas ir maz ticams, jo MPTP pelēm ar fiziskām aktivitātēm, kurām arī bija neliela dopamīna līmeņa atjaunošanās (kas būtiski neatšķīrās no MPTP pelēm bez fiziskām aktivitātēm), bija DA-D2R asinsspiediena paaugstināšanās.
Lielākā daļa DA-D1R un D2R tiek ekspresēti uz MSN dendrītiskajiem mugurkauliem, un papildu receptori tiek ekspresēti uz holīnerģiskiem interneironiem un glutamāterģisko un dopamīnerģisko neironu galiem, kuru izcelsme ir attiecīgi garozā (vai talāmā) un substantia nigra pars compacta.26 Galvenā dopamīna loma ir modulēt kortikostriatālo vai talamostriatālo glutamāterģisko neirotransmisiju MSN. Glutamaterģiskā neirotransmisija tiek pastiprināta ar DA-D1R un samazināta ar DA-D2R.27–29 Dopamīna deficīta apstākļos mugurkauli un sinaptiskie savienojumi selektīvi zūd netiešā ceļa DA-D2R saturošajos MSN.30 Šo zudumu pavada paaugstinātas uzbudināmības stāvoklis MSN, jo palielinās glutamāterģiskā kortikostriatālā neirotransmisija.31–33 Parkinsona slimības dzīvnieku modeļos šī palielinātā glutamāterģiskā dziņa korelē ar parkinsonismam līdzīgu motorisko uzvedību. 34 Šī hiperuzbudināmā stāvokļa mazināšana, lietojot dopamīnu vai tā agonistus, noved pie parkinsonisma izraisītu motorisko deficītu novēršanas. 35 , 36 Ņemot vērā šos ziņojumus un mūsu atklājumus, mēs izvirzām hipotēzi, ka augstas intensitātes vingrinājumu ieguvumi ir dopamīnerģiskās signalizācijas pastiprināšana, palielinot DA-D2R ekspresiju netiešajā ceļā (bet ne DA-D1R tiešajā ceļā), un motorās funkcijas uzlabošana, nomācot glutamāterģisko uzbudināmību.
Mūsu pētījuma galvenais secinājums ir tāds, ka intensīva skriešana uz skrejceliņa veicina neiroplasticitāti, palielinot striatālo DA-D2R ekspresiju, kas ir visizteiktākais process bojātajās smadzenēs. Pamatojoties uz mūsu atklājumiem, neinvazīva PET attēlveidošanas pieeja ar [ 18F ]falliprīdu var tikt izmantota, lai izpētītu, vai intensīva skriešana uz skrejceliņa izraisa arī DA-D2R izmaiņas pacientiem ar Parkinsona slimību. Mūsu pētījums uzsver preklīnisko pētījumu vērtību dopamīna deficīta dzīvnieku modeļos un translācijas pētījumu nozīmi, lai sniegtu gan pamatojumu, gan ieskatu attēlveidošanas un fizisko aktivitāšu pētījumu izpratnē pacientiem ar Parkinsona slimību.
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.
Pierādījumam pievienota piezīme: Šis raksts tika publicēts tiešsaistē 2010. gada 19. oktobrī. Vēlāk tika konstatēta kļūda. Šis paziņojums ir iekļauts tiešsaistes un drukātajā versijā, lai norādītu, ka abas ir labotas.
Finanšu informācija: USC Neirozinātņu absolventu programmas nopelnu stipendija (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ un GP), USC CTSI pilna pilota grantu programma (QL, AN, MJ, GP).
Autoru lomas: Visi autori piedalījās šī manuskripta tapšanā. Pētījuma 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
36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Sinaptiskā plastika un fizioloģiskā mijiedarbība starp dopamīnu un gluta