Source
Institut Nathan Kline, Orangeburg, New York, 10962, Amerika Syarikat. [e-mel dilindungi]
Abstrak
Kanak-kanak dan remaja semakin terdedah kepada psychostimulants, sama ada secara haram atau untuk merawat keadaan neuropsychiatrik umum, seperti gangguan defisit perhatian dengan dan tanpa hiperaktif. Walaupun penggunaan perangsang psikomotor yang meluas dalam kumpulan usia yang lebih muda, sedikit yang diketahui mengenai maklum balas neuroadaptive molekul kronik kepada agen-agen ini dalam otak yang tidak matang. Di sini kita menunjukkan bahawa, selepas pentadbiran kronostatik kokain and amphetamine, faktor transkripsi DeltaFosB dikawal selaras dengan nukleus accumbens periadolescent tikus tetapi tidak pada masa lapang atau dewasa tikus. Induksi DeltaFosB juga berlaku secara eksklusif dalam putamen caudate periadolescent tikus selepas amphetamine pentadbiran. Keputusan ini menunjukkan keplastikan unik dalam otak remaja molekul kritikal yang mengawal tindakan psychostimulant dan menyarankan bahawa perubahan neuroadaptive ini mungkin terlibat dalam pengantaraan dipertingkatkan kecenderungan adiktif dalam saudara remaja kepada orang dewasa.
Pengenalan
Psychostimulants digunakan dalam rawatan gangguan zaman kanak-kanak, seperti gangguan hiperaktif kekurangan defisit perhatian. Di samping itu, penyalahgunaan perangsang, termasuk amphetamine dan kokain, adalah biasa di kalangan remaja, usia di mana terdapat bukti kecenderungan kecanduan yang lebih tinggi berbanding dengan orang dewasa (Estroff et al., 1989; Myers dan Anderson, 1991). Walaupun data menunjukkan kesan tingkah laku yang dikawal secara regulasi, sedikit diketahui mengenai tindak balas neuroadaptive molekular dalam otak yang tidak matang yang berlaku pada masa pentadbiran agen-agen ini. Cocaine dan amphetamine boleh mempengaruhi perubahan tingkah laku yang berpanjangan sebahagiannya melalui rangsangan dopamin D1reseptor dan peningkatan tahap faktor transkripsi, termasuk ΔFosB, pada striatum dorsal (iaitu, caudate putamen) dan striatum ventral (iaitu, nukleus accumbens)Chen et al., 1997). Meningkatkan tahap ΔFosB, mungkin melalui penstabilan produk protein, dikekalkan selama beberapa minggu selepas pendedahan kronik kepada kokain atau amphetamine dan dikawal selia sebahagiannya oleh jalur transduksi isyarat dopaminChen et al., 1997; Nestler et al., 2001).
Sistem dopaminergik pusat haiwan muda sangat banyak berubah disebabkan oleh perubahan tahap molekul kritikal semasa perkembangan normal, termasuk dopamin D1reseptor DARPP-32 (dopamin dan cAMP dikawal fosfoprotein; Mr daripada 32 kDa) dan cAMP (Ehrlich et al., 1990;Teicher et al., 1993; Perrone-Capano et al., 1996; Tarazi et al., 1999;Andersen, 2002). Pendedahan dalam tempoh ini kepada psikostimulan, yang meningkatkan neurotransmission dopaminergik, oleh itu boleh menghasilkan tindak balas molekular yang kuantitatif dan / atau kualitatif, termasuk perubahan dalam ekspresi ΔFosB. Untuk menguji hipotesis bahawa terdapat tanggapan neuroadaptive yang bergantung kepada umur semasa pendedahan kronik kepada psychostimulants, tiga kumpulan tikus dianalisis dalam eksperimen siri: orang dewasa (60 d lama pada permulaan suntikan), Periadolescent (33 d lama pada permulaan suntikan), dan post-weanling (24 d lama pada permulaan suntikan). Ini adalah perbandingan langsung pertama bagi maklum balas neuroadaptive molekul kepada pendedahan psikostimulan kronik dalam ketiga-tiga kumpulan umur ini. Kami mendapati bahawa, selepas paradigma rawatan yang sama, tikus Periadolescent dipertingkatkan dengan upregulation ΔFosB sebagai tindak balas terhadap kokain dan amphetamine.
BAHAN DAN KAEDAH
Haiwan dan pentadbiran dadah. Tikus CD-1 lelaki (Charles River Laboratories, Kingston, NY) ditempatkan pada siklus cahaya / gelap 12 jam (6: 00 AM hingga 6: 00 PM) dengan iklan libitumakses kepada makanan dan air. Haiwan dibenarkan untuk menampung ruang haiwan untuk sekurang-kurangnya 10 sebelum memulakan suntikan. Haiwan ditangani oleh dua penyiasat yang melakukan semua suntikan di dalam bilik yang sama di mana haiwan itu ditempatkan. Semua haiwan disapu pada umur 21 d. Suntikan bermula pada 24 (post-weanling), 33 (periadolescent), atau 60 (dewasa) d umur. Haiwan yang menerima 20 mg / kg cocaine (Sigma, St Louis, MO), 5 mg / kg amphetamine (Sigma), atau jumlah yang sama salin intraperitoneally antara 4: 00 dan 5: 00 PM setiap hari untuk 7 d. Haiwan dibunuh oleh pemenggalan kepala selepas pendedahan ringkas kepada CO2 di 10: 00 AM pada hari selepas suntikan terakhir. Otak segera dikeluarkan dari tengkorak, dan putamen caudate dan nukleus accumbens dibedah dengan cepat di atas ais. Semua pembedahan dilakukan dari kepingan otak koronal oleh penyiasat tunggal, dan ekstrak protein disediakan dari tisu segar tanpa pembekuan. Semua prosedur haiwan telah diluluskan oleh Jawatankuasa Penjagaan dan Penggunaan Haiwan Institusi dan mengikut Institut Kesihatan Nasional Panduan untuk Penjagaan dan Penggunaan Haiwan Makmal.
Analisis blot Barat. Untuk analisis blot Barat, jumlah protein yang sama (40 μg untuk putamen caudate dan 20 μg untuk nukleus accumbens) dari setiap sampel dimuatkan dalam setiap lajur gel XSUMX% SDS-polyacrylamide selepas pengukuran kepekatan protein dengan assay BCA (Pierce, Rockford, IL). Pemuatan protein yang sama juga disahkan oleh visualisasi jumlah protein oleh Ponceau Red selepas pemindahan ke nitrocellulose dan / atau blotting dengan anti-actin antibody (10: 1; Sigma). Antiserum antigen yang berkaitan dengan Fos, yang mengiktiraf isoforms ΔFosB, diberikan secara meluas oleh Dr. M. Iadarola (National Institutes of Health, Bethesda, MD) dan digunakan pada kepekatan 500: 1. Kajian terdahuluChen et al., 1997; Hiroi et al., 1997), termasuk penyerapan antiserum FRA dengan imunogen M-peptida, menunjukkan kekhususan antiserum ini. Antibodi monoklonal DARPP-32 5a, yang digunakan di 1: 10,000, diberikan dengan murah hati oleh Drs. Hugh Hemmings dan Paul Greengard (The Rockefeller University, New York, NY). Antibodi pengangkut dopamin (DAT) adalah dari Chemicon (Temecula, CA). Blots bertindak balas dengan sistem chemiluminescence NEN-DuPont (Boston, MA) dan terdedah kepada filem. Nilai densitometrik untuk immunoreactivity ΔFosB diperoleh menggunakan ScanAnalysis untuk Apple (Biosoft, Ferguson, MO). Kepentingan statistik ditentukan menggunakan ANOVA sehala, diikuti oleh post hoc Ujian perbandingan pelbagai Tukey atau Pelajar dua sisi yang tidak berpasangan t ujian seperti ditunjukkan dalam legenda angka. Untuk percubaan rawatan dadah, analisis setiap kumpulan umur dilakukan pada pembacaan berasingan, dan, oleh itu, setiap kumpulan salin sewenang-wenangnya memberikan nilai 100% untuk perbandingan antara kumpulan umur. Untuk kajian ontogeny, sampel dari semua kumpulan umur telah dianalisis secara bersama pada satu blot.
KEPUTUSAN
Induksi ΔFosB selepas kokain dan amphetamine berlaku dalam nukleus accumbens hanya tikus periadolescent
Ekspresi ΔFosB diukur dalam akumulasi nukleus dan caudate putamen tikus pasca-weanling, Periadolescent, dan dewasa selepas 7 d amphetamine atau pentadbiran kokain. Nukleus accumbens adalah kawasan otak yang dipercayai paling penting untuk mengantarkan kesan ganjaran psikostimulus. Immunoreactivity ΔFosB (35 kDa) secara selektif ditimbulkan dalam nukleus akui haiwan Periadolescent selepas pentadbiran amfetamin kronik (Gamb. 1 A) atau kokain (Gamb. 1 B). Sebaliknya, tahap ΔFosB (35 kDa) tidak diubah dengan ketara dalam nukleus yang dikatakan sebagai haiwan selepas dewasa atau dewasa (Gamb.1 A,B). Dalam putamen caudate, tahap ΔFosB (35 kDa) juga dikawal dengan ketara selepas pentadbiran amfetamin kronik hanya pada haiwan periadorescent (Gamb.2 A). Semua tiga kumpulan umur menunjukkan peningkatan ketara dalam ekspresi ΔFosB (35 kDa) dalam putamen caudate selepas pentadbiran kuman kokain (Rajah.2 B). Magnitud induksi, bagaimanapun, adalah yang paling besar pada haiwan periadorescent, terutamanya berbanding dengan pasca-weanlings (Rajah. 2 B). Lain-lain isoform FRA dan Fos tidak berubah dalam semua kumpulan umur (data tidak ditunjukkan).
ΔFosB immunoreactivity dalam nucleus accumbens selepas pentadbiran psychostimulant kronik. Tikus CD-1 disuntik sekali sehari dengan saline, amphetamine, atau kokain untuk 7 d bermula pada hari 24 (P24; post-weanling), hari 33 (P33; periadolescent), atau hari 60 (Dewasa). Tahap ΔFosB (35 kDa) imunoreaktiviti dalam nukleus accumbens ditunjukkan selepas amphetamine kronik (A) atau kokain (B) pentadbiran. Imunoblot perwakilan dari saline- (S), amphetamine- (A), dan kokain- (C) disuntik selepas penyusuan (P24), periadolescent (P33), dan tikus dewasa ditunjukkan di dalam panel atas. Panel bawah menunjukkan min ± peratusan SEM asas ekspresi ΔFosB. n nilai untuk setiap kumpulan ditunjukkan dalam bar. Peningkatan ketara dalam ΔFosB didapati di dalam nukleus yang hanya terdapat tikus Periadolescent. *p <0.05; **p <0.01 (Pelajar t ujian; saline vs dadah).
ΔFosB immunoreactivity dalam putamen caudate selepas pentadbiran psikostimulan kronik. Tikus CD-1 disuntik sekali sehari dengan saline, amphetamine, atau kokain untuk 7 d bermula pada hari 24 (P24; post-weanling), hari 33 (P33; periadolescent), atau hari 60 (Dewasa). Tahap ΔFosB (35 kDa) imunoreaktiviti dalam putamen caudate ditunjukkan selepas amphetamine kronik (A) atau kokain (B) pentadbiran. Imunoblot perwakilan dari saline- (S), amphetamine- (A), dan kokain- (C) disuntik tikus periadolescent (P33) ditunjukkan di dalampanel atas. Panel bawah menunjukkan min ± peratusan SEM asas ekspresi ΔFosB. n nilai untuk setiap kumpulan ditunjukkan dalam bar. Ketara peningkatan amfetamin yang ketara dalam immunoreactivity ΔFosB didapati di putamen caudate hanya tikus periadolescent (A). Pentadbiran kokain kronik menghasilkan peningkatan dalam ΔFosB dalam ketiga-tiga kumpulan umur (B). *p <0.05; **p <0.01 (Pelajar t ujian; saline vs dadah).
Tahap DAT dan DARPP-32 tidak diubah selepas kokain atau amphetamine kronik
Beberapa molekul utama yang dinyatakan oleh dopaminergic dan / atau dopaminoceptive neurons, termasuk DARPP-32, D1 reseptor dopamine, dan DAT, menyumbang kepada tindak balas akut dan kronik kepada psikostimulus (Moratalla et al., 1996; Fienberg et al., 1998; Sora et al., 1998; Gainetdinov et al., 2001). Data dari DARPP-32, D1 reseptor, dan DAT null dan DAT tikus mengetuk menunjukkan hubungan yang rumit antara tahap mereka, peraturan aktiviti dopaminergik, dan tindak balas kepada psikostimulus. Malah, induksi FóSB tidak berlaku dalam tikus bilah DARPP-32 yang menerima kokain kronik (Fienberg et al., 1998). Walau bagaimanapun, dalam tikus dewasa, 7 pendedahan kepada 20 mg / kg kokain tidak mengubah jumlah tahap DARPP-32 (Fienberg et al., 1998). Peraturan protein DAT tidak dilaporkan sebelum ini dalam tikus yang terdedah secara kronik ke psikostimulanya, walaupun perubahan radioligand mengikat pengangkut dopamin selepas pendedahan kepada psikostimulat telah dilaporkan dalam beberapa spesis (Letchworth et al., 2001). Di sini kita mengukur tahap protein DARPP-32 dan DAT untuk menentukan sama ada ungkapan protein ini diubah selepas pentadbiran psikostimulus kronik dalam mana-mana tiga umur tikus. Penemuan kami menunjukkan bahawa tidak ada perubahan ketara dalam jumlah DARPP-32 atau DAT dalam keseluruhan putamen atau nukleus caudate accumbens selepas pentadbiran kronik sama ada kokain atau amphetamine dalam mana-mana tiga kumpulan umur (Jadual 1).
Nilai kepadatan densitometri untuk DARPP-32 dan DAT dalam amphetamine- dan cocaine treated P24, P33, dan tikus dewasa relatif terhadap kawalan, nilai salin, sewenang-wenangnya ditetapkan pada 100%
Tahap asas ΔFosB dikawal secara berperingkat
Kami mengkaji ontogeny dari ΔFosB kerana tikus dewasa dengan ekspresi genetik yang meningkat dari ΔFosB di striatum mempunyai tindak balas tingkah laku yang tinggi terhadap psikostimulan (Kelz et al., 1999). Kami mendapati bahawa tahap asas ΔFosB adalah jauh lebih rendah pada haiwan yang lebih muda berbanding dengan dewasa di kedua putamen caudate dan nukleus accumbens (Gamb.3 A). Tahap penanda berfungsi sistem dopamin, termasuk DARPP-32 (Ehrlich et al., 1990), DAT (Perrone-Capano et al., 1996), dan reseptor dopamin (Teicher et al., 1993; Tarazi et al., 1999) juga dikawal secara berperingkat. Laporan terdahulu dalam tikus CD-1 menunjukkan kemunculan dalam stroke DARPP-32 pada hari selepas hari 28 (P28) (Ehrlich et al., 1990). Dalam putamen caudate dan nukleus accumbens, D1tahap reseptor puncak dari P28 ke P40 (Teicher et al., 1993; Tarazi et al., 1999), tetapi kajian serupa tidak dilakukan dalam tetikus. Sebaliknya, di sini kami mendapati bahawa paras protein DAT di putamen caudate dan nukleus accumbens adalah malar antara 24 dan selepas dewasa selepas bersalin (Rajah. 3 B). Oleh itu, nisbah relatif antara D1 reseptor, DAT, DARPP-32, dan ΔFosB berbeza antara kumpulan umur, berpotensi menghasilkan perbezaan dalam D1 aktiviti reseptor yang boleh mempengaruhi tahap induksi ΔFosB.
Ekspresi perkembangan ΔFosB dan DAT. A, ΔFosB (35-37 kDa) immunoreactivity dalam putamen caudate dan nukleus akut tikus CD-1 naif sebagai fungsi usia. Imunoblot wakil ditunjukkan dalam panel atas.Panel bawah menunjukkan bermakna ± SEM tiga tikus per kumpulan. *p <0.05, dewasa berbanding P24; #p <0.05, dewasa berbanding P36 (ujian perbandingan pelbagai Tukey selepas ANOVA). B, Nilai Densitometric DAT immunoreactivity di putamen caudate dan nucleus accumbens untuk tikus CD-1 naif sebagai fungsi umur. Tahap DAT tidak berbeza di antara tiga kumpulan umur.
PERBINCANGAN
Kesan kelakuan perangsang psikomotor adalah bergantung kepada umur. Kecenderungan ketagihan adalah tertinggi semasa remaja, apabila penggunaan bahan haram meningkat (Estroff et al., 1989; Myers dan Anderson, 1991). Sebenarnya, kanak-kanak yang lebih muda sering menjadi tidak senonoh apabila terdedah kepada psychostimulants, sedangkan remaja dan orang dewasa mengalami keghairahan (Rapoport et al., 1980). Dalam model tikus, beberapa kajian mencadangkan bahawa haiwan Periadolescent mempunyai tahap asas aktiviti yang lebih tinggi (Tali dan Brek, 1983) dan mengubah tindak balas kepada psikostimulus berbanding haiwan yang lebih muda dan lebih tua. Oleh itu, mereka menunjukkan rangsangan locomotor kurang dan mencari sesuatu yang baru sebagai tindak balas kepada pentadbiran dos rendah psostostuluat berbanding dengan rahang dan haiwan dewasa tetapi peningkatan hiperaktif selepas rawatan tinggi dos. Dengan pentadbiran kronik, pemekaan terhadap penggambaran kokain yang disebabkan oleh lebih besar dalam tikus periangsa berbanding dengan orang dewasa, sedangkan kepekaan terhadap stereotaip lebih rendah. Selain itu, data mikrodialisis telah mendedahkan perbezaan antara tikus-tikar periang dan tikus dewasa berkenaan dengan pemekaan kepada pelepasan dopamin yang disebabkan amfetaminLaviola et al., 1995; Adriani et al., 1998; Adriani dan Laviola, 2000;Laviola et al., 2001). Walau bagaimanapun, terdapat kajian yang bercanggah tentang reaktifitas jangka panjang kepada kokain selepas pentadbiran methylphenidate dalam tikus remaja (Brandon et al., 2001; Andersen et al., 2002). Laporan kedua ini mengetengahkan kesukaran untuk membandingkan kajian apabila paradigma eksperimen yang berbeza digunakan. Percubaan untuk membandingkan kajian tingkah laku pada haiwan muda lebih banyak dikelirukan dengan menggunakan spesies dan strain yang berlainan.
Tikus menjadi model haiwan yang semakin penting dalam kajian penggunaan dan penyalahgunaan psikostimulus, dan ini adalah analisis sistematik pertama mengenai respon neuroadaptive molekul dalam tiga zaman perkembangan yang berbeza dalam tetikus atau spesies tunggal lain. Kajian terdahulu dari mana kami mendapat paradigma rawatan kami telah menunjukkan peningkatan dalam ΔFosB di strokes punggung dan dubur terpencar tikus dewasa jenis liar selepas pentadbiran kokain dan amphetamine kronik (Hope et al., 1994; Nye et al., 1995; Turgeon et al., 1997) tetapi hanya di stroatum dorsal dan ventral gabungan atau striatum dorsal terpencil tikus dewasa jenis liar selepas kokain kronik (Fienberg et al., 1998; Zachariou et al., 2001).
Kami kini menunjukkan perbezaan spatial dan kuantitatif dalam ΔFosB yang disebabkan oleh psychostimulant dalam tikus pasca-weanling, Periadolescent, dan dewasa. Pemerhatian tindak balas yang lebih tinggi pada haiwan periadoresen berbanding dengan orang dewasa dan pasca-weanlings diperkuat oleh hakikat bahawa tindak balas adalah serupa dengan tikus kokain dan amphetamine yang dirawat. Psikostimulus kokain dan amfetamin kedua-duanya meningkatkan dopamine sinaptik, serta serotonin dan norepinefrin, tetapi oleh mekanisme yang berbeza. Cocaine mengikat pengangkut plasmalemma untuk dopamin, serotonin, dan norepinefrin dan menghalang reuptake mereka ke terminal presynaptic. Sebaliknya, amphetamine mempromosikan pelepasan pemancar ini. Induksi selektif ΔFosB dalam nukleus akuntung hanya kumpulan usia periadolescent selepas 7 d pentadbiran perangsang dan induksi yang agak tinggi ΔFosB dalam putamen caudate mungkin merupakan perwakilan neurobiologi atau penyebab kecenderungan meningkat yang terdahulu untuk menyalahgunakan psikostimulan dalam kumpulan umur (Estroff et al., 1989; Myers dan Anderson, 1991) dan perubahan jangka panjang lain dalam ekspresi gen, yang berbeza antara kumpulan umur (Andersen et al., 2002). Selain itu, perbezaan ini mungkin dikawal secara intrinsik oleh perubahan perkembangan dalam tahap molekul utama, termasuk ΔFosB sendiri. Implikasi potensi perbezaan dalam tahap asas ΔFosB antara kumpulan umur adalah sama dengan yang dicadangkan mengenai perbezaan antara ketegangan tikus (Haile et al., 2001). Malah, kami menjangkakan perbezaan ketegangan yang serupa akan dijumpai di kalangan tikus inbred. Ia juga mungkin bahawa tikus-tikaman yang berbeza akan menunjukkan penyesuaian molekular yang berlainan di kawasan otak selain daripada nukleus accumbens. Analisis tambahan menggunakan tikus-tikus Periadolesen dengan perubahan kejuruteraan genetik dalam tahap molekul utama dan pemerhatian tingkah laku serentak akan menguji hipotesis selanjutnya.
Nota kaki
- Diterima April 8, 2002.
- Semakan yang diterima Ogos 6, 2002.
- Diterima Ogos 8, 2002.
Kerja ini disokong oleh Institut Kesihatan Nasional / Institut Gangguan Neurologi Kebangsaan dan Geran Stroke NS41871 (MEE dan EMU) dan Institut Kebangsaan Gugah Penyalahgunaan Dadah P30-DA13429 (EMU).
Surat-menyurat harus ditujukan kepada Dr. Michelle E. Ehrlich, Thomas Jefferson University, Curtis 310, 1025 Walnut Street, Philadelphia, PA 19107. E-mel: [e-mel dilindungi].
- Hak cipta © 2002 Society for Neuroscience
;