Forsiden Psykiatri. 2013; 4: 72.
Abstrakt
Narkotikaavhengighet kan defineres av en tre-trinns syklus - binge / rus, tilbaketrekning / negativ påvirkningog opptatthet / forventning - som involverer allostatiske endringer i hjernens belønning og stresssystemer. To primære kilder til forsterkning, positiv og negativ forsterkning, har blitt antatt å spille en rolle i denne allostatiske prosessen. Den negative emosjonelle tilstanden som driver negativ forsterkning antas å stamme fra dysregulering av sentrale nevrokjemiske elementer involvert i hjernens belønning og stresssystemer. Spesifikke nevrokjemiske elementer i disse strukturene inkluderer ikke bare reduksjoner i belønningssystemets funksjon (i motstandsprosesser i systemet), men også rekruttering av hjernestresssystemene mediert av corticotropin-releasing factor (CRF) og dynorfin-κ opioidsystemer i ventrale striatum, utvidet amygdala og frontal cortex (begge prosesser mellom systemmotstander).
CRF-antagonister blokkerer angstlignende responser knyttet til abstinenser, blokkerer økninger i belønningsterskler som produseres ved abstinens fra misbruksmedisiner, og blokkerer tvangslignende medisinbruk under utvidet tilgang.
Overdreven inntak av medikamenter involverer også aktivering av CRF i den mediale prefrontale cortex, parallelt med mangler i eksekutiv funksjon som kan lette overgangen til tvangslignende respons.
Neuropeptid Y, en kraftig anti-stress nevrotransmitter, har en virkningsprofil på tvangslignende respons for etanol som ligner på en CRF1 motstander. Blokkering av κ-opioidsystemet kan også blokkere dysforisk-lignende effekter assosiert med abstinenser fra misbruksmedisiner og blokkere utviklingen av tvangslignende respons under utvidet tilgang til misbruksmedisiner, noe som tyder på et annet kraftig hjernestresssystem som bidrar til tvangsmessig søking av rusmidler. Tap av belønningsfunksjon og rekruttering av hjernesystemer gir et kraftig nevrokjemisk grunnlag som driver tvangsevnen til avhengighet.
Hva er avhengighet?
Avhengighet kan defineres som en kronisk tilbakefallslidelse som har vært preget av (i) en tvang til å søke og ta rusmidler, (ii) tap av kontroll over medikamentinntaket og (iii) fremveksten av en negativ følelsesmessig tilstand (f.eks. dysfori) , angst og irritabilitet) som definerer et motiverende abstinenssyndrom når tilgang til stoffet forhindres (1). Den sporadiske, begrensede, rekreasjonsbruken av et stoff er klinisk forskjellig fra eskalert narkotikabruk, tap av kontroll over stoffinntaket og fremveksten av tvangsmessig narkotikasøkende atferd som karakteriserer avhengighet.
Avhengighet har blitt konseptualisert som en tre-trinns syklus - binge / rus, tilbaketrekning / negativ påvirkningog opptatthet / forventning - som forverres over tid og involverer allostatiske endringer i hjernens belønnings- og stresssystemer. To primære kilder til forsterkning, positiv og negativ forsterkning, har blitt antatt å spille en rolle i denne allostatiske prosessen. Positiv forsterkning er definert som prosessen der presentasjon av en stimulus øker sannsynligheten for en respons; negativ forsterkning er definert som prosessen der fjerning av en aversiv stimulus (eller negativ følelsesmessig abstinenstilstand i tilfelle av avhengighet) øker sannsynligheten for en respons. Belønning er operasjonelt definert på samme måte som positiv forsterkning som enhver stimulans som øker sannsynligheten for en respons, men som også har en positiv hedonisk effekt. Ulike teoretiske perspektiver fra eksperimentell psykologi (positive og negative forsterkningsrammer), sosialpsykologi (rammeverk for selvreguleringssvikt) og nevrobiologi (rammer for mottilpasning og sensibilisering) kan legges over stadiene i avhengighetssyklusen (1). Disse stadiene antas å fø inn i hverandre, bli mer intense og til slutt føre til den patologiske tilstanden kjent som avhengighet (Figur (Figure1) .1). De nevrale substratene for de to forsterkningskildene som spiller en nøkkelrolle i de allostatiske nevrotilpasningene stammer fra to viktige motivasjonssystemer som kreves for å overleve: hjernebelønning og hjernestresssystemer.
Hjernebelønningssystemer
Forståelsen av et hjernebelønningssystem ble i stor grad forenklet av oppdagelsen av elektrisk hjernestimuleringsbelønning av Olds og Milner (2). Hjernestimuleringsbelønning involverer utbredt nevrokretsløp i hele hjernen, men de mest følsomme stedene inkluderer banen til den mediale forhjernebunten som forbinder det ventrale tegmentale området med den basale forhjernen [(2-,4); Figur Figur2].2]. Alle misbruksmedisiner reduserer belønningsterskler for hjernestimulering akutt [dvs. øke eller forenkle belønning; (5)]. Når medikamenter administreres kronisk, øker tilbaketrekning fra misbruksbelønning belønningsterskler (reduser belønning). Selv om det i utgangspunktet ble lagt mye vekt på rollen til stigende monoaminsystemer, spesielt dopaminsystemet, i den mediale forhjernebunten i mediering av hjernestimuleringsbelønning, spiller andre ikke-dopaminerge systemer i den mediale forhjernebunten helt klart en nøkkelrolle (6-,8). Faktisk er rollen til dopamin antatt å være mer indirekte. Mange studier tyder på at aktivering av det mesolimbiske dopaminsystemet knytter insentiv fremtreden til stimuli i miljøett (9-,11) å drive ytelsen til målrettet atferd (12) eller aktivering generelt (13, 14), og arbeid med akutte forsterkende effekter av rusmidler støtter denne hypotesen.
Vår kunnskap om de nevrokjemiske substratene som medierer de akutte forsterkende effektene av rusmidler har bidratt betydelig til vår kunnskap om hjernens belønningssystem. Disse substratene inkluderer forbindelser av det mediale forhjernebunt-belønningssystemet med primære bidrag fra det ventrale tegmentale området, nucleus accumbens og amygdala. Mye bevis støtter hypotesen om at psykostimulerende stoffer dramatisk aktiverer det mesolimbiske dopaminsystemet (projeksjoner fra det ventrale tegmentale området til nucleus accumbens) under selvadministrering med begrenset tilgang, og at denne mekanismen er kritisk for å mediere de givende effektene av kokain, amfetamin, og nikotin. Bevis støtter imidlertid både dopaminavhengige og dopaminuavhengige nevrale substrater for opioid- og alkoholbelønning (15-,17). Serotoninsystemer, spesielt de som involverer serotonin 5-HT1B reseptoraktivering i nucleus accumbens, har også vært implisert i de akutte forsterkende effektene av psykostimulerende legemidler, mens μ-opioidreseptorer i både nucleus accumbens og det ventrale tegmentale området medierer de forsterkende effektene av opioider. Opioidpeptider i ventrale striatum og amygdala har blitt antatt å mediere de akutte forsterkende effektene av selvadministrering av etanol, i stor grad basert på effekten av opioidantagonister. Hemmende γ-aminosmørsyre (GABA)-systemer aktiveres både pre- og postsynaptisk i amygdala av etanol i rusdoser, og GABA-reseptorantagonister blokkerer selvadministrering av etanol [for omfattende oversikter, se (16, 17)].
For det binge/rus stadium av avhengighetssyklusen, studier av de akutte forsterkende effektene av rusmidler per se har identifisert viktige nevrobiologiske substrater. Det er sterke bevis for en rolle for dopamin i de akutte forsterkende virkningene til psykostimulanter, opioidpeptidreseptorer i de akutte forsterkende effektene av opioider, og GABA og opioide peptider i de akutte forsterkende virkningene av alkohol. Viktige anatomiske kretsløp inkluderer det mesokortikolimbiske dopaminsystemet som har sin opprinnelse i det ventrale tegmentale området og lokale opioidpeptidsystemer, som begge konvergerer på nucleus accumbens (17).
Hjernestresssystemer
Hjernestresssystemene kan defineres som nevrokjemiske systemer som aktiveres under eksponering for akutte stressfaktorer eller i en kronisk stresstilstand og medierer artstypiske atferdsreaksjoner. Disse atferdsresponsene hos dyr varierer fra frysing til flukt og har typisk ansikts- og prediktiv gyldighet for lignende atferdsresponser hos mennesker. For eksempel vil dyr som utsettes for en stressfaktor vise en forbedret fryserespons på en betinget fryktstimulus, en forbedret skremmerespons på en skremmestimulus, unngåelse av åpne områder, åpne armer eller høyde, og forbedrede artstypiske responser på en aversiv stimulus (f.eks. begrave en sjokksonde i den defensive begravelsestesten). Nøkkelnevronale/nevrokjemiske systemer med omskrevet nevrokretsløp som medierer atferdsreaksjoner på stressorer inkluderer glukokortikoider, kortikotropinfrigjørende faktor (CRF), noradrenalin og dynorfin, og sentrale nevrokjemiske systemer som virker i motsetning til hjernestresssystemene inkluderer nevropeptid Y (NPY), nociceptin og endocannabinoider [for anmeldelser, se (18-,20)]. For formålet med denne gjennomgangen vil to hjernestresssystemer med fremtredende roller i å drive den mørke siden av avhengighet bli vurdert: CRF og dynorfin.
Kortikotropinfrigjørende faktor
Kortikotropinfrigjørende faktor er et 41-aminosyre polypeptid som kontrollerer hormonelle, sympatiske og atferdsmessige responser på stressorer (21, 22). Sentral administrering av CRF etterligner atferdsresponsen på aktivering og stress hos gnagere, og administrering av konkurrerende CRF-reseptorantagonister har generelt antistresseffekter [for anmeldelser, se (23-,26)]. To store CRF-reseptorer er identifisert, med CRF1 reseptoraktivering assosiert med økt stressrespons (27) og CRF2 reseptoraktivering assosiert med reduksjon i fôring og reduksjon i stressrespons (28, 29), selv om det er noen kontroverser på dette området (30). CRF-neuroner er tilstede i neocortex, den utvidede amygdala, den mediale septum, hypothalamus, thalamus, lillehjernen og autonome midt- og bakhjernekjerner (31). Omfattende forskning har blitt utført på CRF-neuroner i den paraventrikulære kjernen i hypothalamus (PVN), den sentrale kjernen i amygdala (CeA) og sengkjernen i stria terminalis (BNST), noe som viser en nøkkelrolle for PVN CRF-neuroner i å kontrollere hypofyse adrenal respons på stress (32) og en nøkkelrolle for BNST og CeA CRF i å formidle de negative affektive responsene på stress og medikamentabstinens (33).
Den nevroatomiske enheten kalte den utvidede amygdala (34) kan representere et vanlig anatomisk substrat som integrerer hjerne-arousal-stress-systemer med hedoniske prosesseringssystemer for å produsere nevrotilpasningene forbundet med utviklingen av avhengighet (se nedenfor). Den utvidede amygdala er sammensatt av CeA, BNST og en overgangssone i den mediale (skall) underregionen av nucleus accumbens. Hver av disse regionene har cytoarkitektoniske og kretsløpslikheter (34). Den utvidede amygdala mottar mange afferenter fra limbiske strukturer, slik som basolateral amygdala og hippocampus, og sender efferenter til den mediale delen av den ventrale pallidum og en stor projeksjon til den laterale hypothalamus, og definerer dermed de spesifikke hjerneområdene som grenser mot klassisk limbic ( emosjonelle) strukturer med det ekstrapyramidale motoriske systemet (35). CRF i den utvidede amygdala har lenge vært antatt å spille en nøkkelrolle ikke bare i fryktkondisjonering (36, 37) men også i den emosjonelle komponenten i smertebehandling (38).
Dynorphin-κ opioidsystem
Dynorfiner er opioide peptider som stammer fra prodynorfinforløperen og inneholder leucin (leu)-enkefalinsekvensen ved N-terminal del av molekylet og er de antatte endogene ligander for κ opioidreseptoren (39). Dynorfiner er vidt distribuert i sentralnervesystemet (40) og spiller en rolle i nevroendokrin regulering, smerteregulering, motorisk aktivitet, kardiovaskulær funksjon, respirasjon, temperaturregulering, fôringsatferd og stressrespons (41). Dynorfiner binder seg til alle tre opioidreseptorer, men viser en preferanse for K-reseptorer (39). Dynorphin-κ-reseptorsystemaktivering produserer noen handlinger som ligner på andre opioider (analgesi), men andre motsatte av de til μ opioidreseptorer i motivasjonsdomenet. Dynorfiner produserer aversive dysforisk-lignende effekter hos dyr og mennesker og har blitt antatt å mediere negative følelsesmessige tilstander (42-,45).
Dopaminreseptoraktivering i nucleus accumbens-skallet stimulerer en kaskade av hendelser som til slutt fører til syklisk adenosinmonofosfatrespons element-bindende protein (CREB) fosforylering og påfølgende endringer i genuttrykk, spesielt aktiveringen av ekspresjonen av prodynorfin-mRNA. Påfølgende aktivering av dynorfinsystemer har blitt antatt å mate tilbake for å redusere frigjøring av dopamin i det mesolimbiske dopaminsystemet (46-,50) og glutamatfrigjøring i nucleus accumbens (51, 52). Begge disse endringene kan bidra til det dysforiske syndromet forbundet med kokainavhengighet. In vivo mikrodialysestudier har også gitt bevis for at κ opioidreseptorer lokalisert i prefrontal cortex (PFC) og ventral tegmental område også regulerer den basale aktiviteten til mesokortikale dopaminneuroner (53, 54). I den utvidede amygdala kan forbedret dynorfinvirkning også aktivere hjernestressresponser, slik som CRF (55), eller CRF kan i sin tur aktivere dynorfin (56, 57).
Dynamiske endringer i belønning: motstanderens prosess
Endringer i forsterkning var uløselig knyttet til hedoniske, affektive eller emosjonelle tilstander i avhengighet i sammenheng med tidsmessig dynamikk ved Solomons opponent-prosessteori om motivasjon. Solomon og Corbit (58) postulerte at hedoniske, affektive eller emosjonelle tilstander, når de først er initiert, blir automatisk modulert av sentralnervesystemet gjennom mekanismer som reduserer intensiteten av hedoniske følelser. The en prosess inkluderer affektiv eller hedonisk tilvenning (eller toleranse), og b-prosess inkluderer affektiv eller hedonisk abstinens (abstinens). The en prosess i narkotikabruk består av positive hedoniske responser, oppstår kort tid etter presentasjonen av en stimulus, korrelerer tett med intensiteten, kvaliteten og varigheten til forsterkeren, og viser toleranse. I motsetning til dette b-prosess i narkotikabruk vises etter en prosess har avsluttet, består av negative hedoniske responser, og er treg i utbruddet, treg til å bygge opp til en asymptote, sakte til å forfalle, og blir større ved gjentatt eksponering. Tesen vi har utarbeidet er at det er en nevrokretsløpsendring i spesifikke nevrokjemiske systemer som står for b-prosess. Slike motstandsprosesser antas å begynne tidlig i narkotikabruk, og reflekterer ikke bare mangler i hjernens belønningssystemfunksjon, men også rekrutteringen av hjernestresssystemer. Videre antar vi at rekruttering av hjernestresssystemer utgjør en av de viktigste kildene til negativ forsterkning i avhengighet. Til slutt har vi antatt at slike endringer ikke resulterer i en retur til homeostase av belønning/stressfunksjon, men i allostase av belønning/stressfunksjon som fortsetter å drive avhengighetsprosessen (figur (Figure33).
Allostase, opprinnelig konseptualisert for å forklare vedvarende sykelighet av opphisselse og autonom funksjon, kan defineres som "stabilitet gjennom endring." Allostase involverer en feed-forward-mekanisme i stedet for de negative tilbakemeldingsmekanismene til homeostase, med kontinuerlig reevaluering av behov og kontinuerlig omjustering av alle parametere mot nye settpunkter. An allostatisk tilstand har blitt definert som en tilstand av kronisk avvik i reguleringssystemet fra dets normale (homeostatiske) driftsnivå (15). Allostatisk belastning ble definert som den "langsiktige kostnaden for allostase som akkumuleres over tid og gjenspeiler akkumulering av skader som kan føre til patologiske tilstander" (59).
Motstander prosesslignende negative emosjonelle tilstander har blitt karakterisert hos mennesker ved akutt og langvarig avholdenhet fra alle viktige rusmidler (60-,62). Lignende resultater er observert i dyremodeller med alle viktige misbruksmedisiner ved bruk av intrakraniell selvstimulering (ICSS) som et mål på hedonisk tone. Tilbaketrekning fra kronisk kokain (63), amfetamin (64), opioider (65), cannabinoider (66), nikotin (67) og etanol (68) fører til økninger i belønningsterskel ved akutt abstinens, og noen av disse terskeløkningene kan vare i opptil 1
uke (69). Disse observasjonene gir troverdighet til hypotesen om at motstandsprosesser i det hedoniske domenet har et identifiserbart nevrobiologisk grunnlag og gir en drivkraft for å definere de involverte mekanismene. Å forstå mekanismene som driver denne økningen i belønningsterskler er nøkkelen til å forstå mekanismene som driver negativ forsterkning i avhengighet.
Slike økninger i belønningsterskel begynner raskt og kan observeres i løpet av en enkelt økt med selvadministrasjon (70), som har en slående likhet med menneskelige subjektive rapporter om akutt abstinens. Dysfori-lignende responser følger også med akutt opioid- og etanolabstinens (71, 72). Her økte naloksonadministrasjon etter enkeltinjeksjoner av morfin belønningsterskler, målt ved ICSS, og økte terskler med gjentatt morfin- og naloksonindusert abstinenserfaring (71). Lignende resultater ble observert under gjentatt akutt uttak fra etanol (72).
Nevroadaptasjoner Ansvarlig for Opponent Process
En hypotese er at narkotikaavhengighet utvikler seg fra en kilde til positiv forsterkning som faktisk kan innebære en form for sensibilisering av insentiv fremtredende, som hevdet av Robinson og Berridge (9), til sensibilisering av motstanderprosesser som setter opp en kraftig negativ forsterkningsprosess. En ytterligere utdyping av denne hypotesen er at det er både innenfor og mellom systemets nevrotilpasninger til overdreven aktivering av belønningssystemet på nevrokretsnivået. Nevroadaptasjoner innenfor systemet er definert som prosessen der det primære cellulære responselementet til stoffet (krets A) selv tilpasser seg for å nøytralisere stoffets effekter. Vedvaring av de motsatte effektene etter at stoffet forsvinner gir tilpasning. En nevrotilpasning mellom systemet er en kretsendring, der B-kretser (dvs. stress- eller anti-belønningskretsene) aktiveres av krets A (dvs. belønningskretsen). I denne avhandlingen kan nevrotilpasninger innenfor systemet dynamisk samhandle med en nevrotilpasning mellom systemer, der krets B (dvs. anti-belønningskretsen) aktiveres enten parallelt eller i serie for å undertrykke aktiviteten til krets A (se nedenfor) ).
Dyremodeller av overgangen til en avhengighetslignende tilstand som definert ved eskalering i selvadministrasjon av medikamenter med langvarig tilgang
En progressiv økning i hyppigheten og intensiteten av narkotikabruk er et av de viktigste atferdsfenomenene som kjennetegner utviklingen av avhengighet og har ansiktsgyldighet med kriteriene i Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 4. utgave (DSM-IV): «Stoffet tas ofte i større mengder og over en lengre periode enn det som var tiltenkt» (American Psychological Association, 1994). Et rammeverk for å modellere overgangen fra narkotikabruk til narkotikaavhengighet kan finnes i nyere dyremodeller for langvarig tilgang til intravenøs selvadministrering av kokain. Historisk sett involverte dyremodeller for selvadministrering av kokain etableringen av stabil atferd fra dag til dag for å tillate pålitelig tolkning av data levert av design innen faget rettet mot å utforske de nevrofarmakologiske og nevrobiologiske basene til de forsterkende effektene av akutt kokain. Fram til 1998, etter anskaffelsen av selvadministrasjon, fikk rotter vanligvis tilgang til kokain i 3
time eller mindre per dag for å etablere svært stabile nivåer av inntak og mønstre for respons mellom daglige økter. Dette var et nyttig paradigme for å utforske de nevrobiologiske substratene for de akutte forsterkende effektene av misbruksmedisiner.
I et forsøk på å undersøke muligheten for at forskjellig tilgang til misbruksmedisiner kan ha mer ansiktsvaliditet for den tvangslignende responsen som observeres ved avhengighet, har dyr fått utvidet tilgang til alle større misbruksstoffer (figur (Figure4) .4). Økt inntak ble observert i gruppen med utvidet tilgang for intravenøs kokain, metamfetamin, heroin og nikotin og oral alkohol under utvidet tilgang og avhengighet (73-,79). For eksempel når dyr fikk tilgang for 1 og 6
h til forskjellige doser kokain, etter eskalering, titrerte både dyrene med lang tilgang (LgA) og dyrene med kort tilgang (ShA) kokaininntaket sitt, men LgA-rotter administrerte konsekvent nesten dobbelt så mye kokain i alle testede doser, noe som ytterligere tyder på et skift oppover i settpunktet for kokainbelønning hos de eskalerte dyrene (80-,82).
±
SEM). Hos rotter med lang tilgang (LgA) (n
=
12) men ikke korttilgang (ShA) rotter (n
=
12), begynte det gjennomsnittlige totale kokaininntaket å øke betydelig ...I samsvar med hypotesen om at utvidet tilgang til rusmidler gir tvangslignende respons, der dyr vil "fortsette å reagere i møte med negative konsekvenser" (et annet DSM-IV-kriterium for stoffavhengighet), dyr med utvidet tilgang som viser eskalering i selvadministrasjon viser også økt respons på en plan for forsterkning i progressivt forhold [(83-,85); Figur Figur5].5]. Endringer i de forsterkende og insentive effektene av legemiddelinntak som er i samsvar med økningen i progressiv respons, er observert etter utvidet tilgang og inkluderer økt medikamentindusert gjeninnføring etter utryddelse, redusert latens til måltid i en rullebanemodell for narkotikabelønning , og reagerer i møte med straff (86-,92). Til sammen antyder disse resultatene at inntak av medikamenter med utvidet tilgang endrer motivasjonen for å søke stoffet. Noen har hevdet at økt medisinbruk reflekterer en sensibilisering av belønning (93), men studier av lokomotorisk sensibilisering antyder at lokomotorisk sensibilisering skjer uavhengig av eskalering (94-,96). De økte hjernebelønningsterskelene og nevrofarmakologiske studier skissert nedenfor argumenterer for en belønningsunderskuddstilstand som driver den økte medisinbruken under utvidet tilgang.
Dyr eskalerer inntaket av narkotika med utvidet tilgang, med en parallell økning i belønningsterskler
Hypotesen om at tvangsmessig kokainbruk er ledsaget av en kronisk forstyrrelse i hjernens belønningshomeostase har blitt testet i dyremodeller for eskalering av narkotikainntak med langvarig tilgang kombinert med mål på belønningsterskler for hjernestimulering. Dyr implantert med intravenøse katetre og tillot differensiell tilgang til intravenøs selvadministrering av kokain, viste økninger i kokain selvadministrering fra dag til dag i LgA-gruppen (6
h; LgA), men ikke i ShA-gruppen (1
h; ShA). Den differensielle eksponeringen for selvadministrasjon av kokain hadde dramatiske effekter på belønningsterskler som gradvis økte hos LgA-rotter, men ikke ShA- eller kontrollrotter over påfølgende selvadministrasjonsøkter (97). Økninger i baseline belønningsterskler gikk midlertidig foran og var sterkt korrelert med eskalering i kokaininntak (figur (Figure6) .6). Økninger i belønningsterskler etter økten klarte ikke å gå tilbake til baseline-nivåer før starten av hver påfølgende selvadministrasjonsøkt, og avvikte dermed mer og mer fra kontrollnivåene. Den progressive økningen i belønningsterskler var assosiert med en dramatisk eskalering i kokainforbruket som ble observert tidligere (97). Lignende resultater er observert med utvidet tilgang til metamfetamin (98) og heroin (99). Rotter tillatt 6
h tilgang til metamfetamin eller 23
h tilgang til heroin viste også en tidsavhengig økning i belønningsterskler som var parallell med økningen i heroininntaket (figur (Figure6) .6). Lignende resultater av parallelle økninger i hjernens belønningsterskler med eskalering av nikotininntaket har blitt observert med utvidet tilgang til nikotin (100).
Hjernebelønningssystemsubstrater for negativ forsterkning assosiert med avhengighet (nevrotilpasninger innenfor systemet)
Ocuco tilbaketrekning / negativ påvirkning stadium kan defineres som tilstedeværelsen av motiverende tegn på abstinens hos mennesker, inkludert kronisk irritabilitet, fysisk smerte, følelsesmessig smerte [dvs. hyperkatifeia; (101)], ubehag, dysfori, aleksithymi og tap av motivasjon for naturlige belønninger. Det er preget hos dyr av økninger i belønningsterskler under tilbaketrekning fra alle store misbruksmedisiner. Mer overbevisende, som nevnt ovenfor, i dyremodeller av overgangen til avhengighet, forekommer lignende endringer i hjernens belønningsterskler som midlertidig går foran og er sterkt korrelert med eskalering i medikamentinntak (97-,99). Slik akutt abstinens er assosiert med redusert aktivitet av det mesokortikolimbiske dopaminsystemet, reflektert av elektrofysiologiske registreringer og in vivo mikrodialyse [(102-,104); Figur Figure77].
Human imaging studier av individer med avhengighet under abstinens eller langvarig avholdenhet har generert resultater som er i samsvar med dyrestudier. Det er reduksjoner i dopamin D2 reseptorer (antatt å reflektere hypodopaminerg funksjon), hyporesponsivitet overfor dopaminutfordring (105), og hypoaktivitet av det orbitofrontale-infralimbiske cortex-systemet (105). Disse antas å være nevrotilpasninger innenfor systemet som kan reflektere presynaptisk frigjøring eller postsynaptisk reseptorplastisitet.
I sammenheng med kronisk alkoholadministrasjon er det antatt flere molekylære mekanismer for å motvirke de akutte effektene av etanol som kan betraktes som nevrotilpasninger i systemet. For eksempel reduserer kronisk etanol γ-aminosmørsyre (GABA) reseptorfunksjon, muligens gjennom nedregulering av α1 underenhet (106, 107). Kronisk etanol reduserer også den akutte hemmingen av gjenopptak av adenosin [dvs. toleranse utvikles mot hemming av adenosin med etanol; (108)]. Kanskje mer relevant for denne avhandlingen, mens akutt etanol aktiverer adenylatcyklase, reduserer tilbaketrekning fra kronisk etanol CREB-fosforylering i amygdala og er knyttet til reduksjoner i funksjonen til NPY og angstlignende responser observert under akutt etanolabstinens (109, 110).
Hjernestresssystemunderlag for negativ forsterkning assosiert med avhengighet (nevroadaptasjoner mellom systemet)
Hjernens nevrokjemiske systemer involvert i opphisselse-stressmodulasjon har blitt antatt å være engasjert i nevrokretsløpet til hjernestresssystemene i et forsøk på å overvinne den kroniske tilstedeværelsen av det forstyrrende stoffet og gjenopprette normal funksjon til tross for tilstedeværelsen av stoffet (18). Både hypothalamus-hypofyse-binyrene (HPA)-aksen og ekstrahypothalamus hjernestress-system mediert av CRF er dysregulert av kronisk administrering av alle viktige legemidler med avhengighet eller misbrukspotensial, med en vanlig respons av forhøyet adrenokortikotropt hormon, kortikosteron og amygdala CRF under akutt uttak (24, 69, 111-,116). Faktisk kan aktivering av HPA-responsen være en tidlig dysregulering assosiert med overdreven medisinbruk som til slutt "sensibiliserer" de ekstrahypothalamiske CRF-systemene (33, 92).
Som nevnt ovenfor, produserer overdreven frigjøring av dopamin og opioide peptider påfølgende aktivering av dynorfinsystemer, som har blitt antatt å feed back for å redusere dopaminfrigjøring og også bidra til det dysforiske syndromet assosiert med kokainavhengighet (48). Dynorfiner produserer aversive dysforisk-lignende effekter hos dyr og mennesker og har blitt antatt å mediere negative emosjonelle tilstander (42-,45).
En vanlig reaksjon på akutt abstinens og langvarig avholdenhet fra alle viktige misbruksmedisiner er manifestasjonen av angstlignende responser som reverseres av CRF-antagonister. Tilbaketrekking fra gjentatt administrering av kokain gir en anxiogenisk-lignende respons i den forhøyede pluss-labyrinten og defensive begravelsestesten, som begge reverseres ved administrering av CRF-reseptorantagonister (117, 118). Opioidavhengighet gir også irritabilitetslignende effekter som reverseres av CRF-reseptorantagonister (119, 120). Etanoluttak produserer angstlignende atferd som reverseres ved intracerebroventrikulær administrering av CRF1/ CRF2 peptidergiske antagonister (121) og småmolekylær CRF1 antagonister (122-,124) og intracerebral administrering av en peptidergisk CRF1/ CRF2 antagonist i amygdalaen (125). Dermed har noen effekter av CRF-antagonister blitt lokalisert til CeA (125). Presipitert abstinens fra nikotin gir angstlignende responser som også er reversert av CRF-antagonister (77, 126). CRF-antagonister som injiseres intracerebroventrikulært eller systemisk, blokkerer også de potenserte angstlignende responsene på stressorer observert under langvarig avholdenhet fra kronisk etanol (127-,131).
Et annet mål på negative emosjonelle tilstander under medikamentabstinens hos dyr er betinget stedaversjon, der dyr unngår et miljø tidligere sammenkoblet med en aversiv tilstand. Slike stedsaversjoner, når de brukes til å måle de aversive stimuluseffektene av abstinens, har i stor grad blitt observert i sammenheng med opioider (132, 133). Systemisk administrasjon av en CRF1 reseptorantagonist og direkte intracerebral administrering av et peptid CRF1/ CRF2 antagonist reduserte også opioid abstinensinduserte stedaversjoner (134-,136). Disse effektene har blitt antatt å være mediert av handlinger i den utvidede amygdala. Den selektive CRF1 antagonist antalarmin blokkerte stedaversjonen produsert av nalokson i morfinavhengige rotter (134), og en CRF-peptidantagonist injisert i CeA reverserte også stedaversjonen produsert av methylnaloxonium injisert i CeA (135). CRF1 knockoutmus klarte ikke å vise betinget stedaversjon mot opioiduttak og klarte ikke å vise en opioidindusert økning i dynorphin mRNA i nucleus accumbens (136).
En overbevisende test av hypotesen om at CRF-induserte økninger i angstlignende responser under medikamentabstinens har motivasjonsmessig betydning for å bidra til negative emosjonelle tilstander, er observasjonen at CRF-antagonister kan reversere økningen i belønningsterskler produsert av medikamentabstinens. Nikotin- og alkoholabstinens-induserte økninger i belønningsterskler ble reversert av en CRF-antagonist (137, 138). Disse effektene har blitt lokalisert til både CeA- og nucleus accumbens-skallet (139).
Forbedret dynorfin-virkning er antatt å formidle depresjonslignende, aversive responsene på stress og dysforisk-lignende responser under abstinenser fra misbruk (49, 56, 57, 140-,145). For eksempel blokkerte forbehandling med en κ-opioidreseptorantagonist stressindusert analgesi og stressindusert immobilitet (57), redusert angstlignende oppførsel i forhøyet pluss labyrint og åpent felt, redusert betinget frykt ved frykt-potensiert skremming (145), og blokkert depressiv-lignende oppførsel indusert av kokainabstinens (140).
Hjernestress-substrater som medierer narkotikabruk med utvidet tilgang
Kortikotropinfrigjørende faktor, tvangslignende legemiddelsøking og den utvidede amygdala
Evnen til CRF-antagonister til å blokkere de anxiogene-lignende og aversive-lignende motivasjonseffektene av medikamentabstinens spådde motiverende effekter av CRF-antagonister i dyremodeller med utvidet tilgang til medisiner. CRF-antagonister blokkerte selektivt økt selvadministrering av medikamenter assosiert med utvidet tilgang til intravenøs selvadministrering av kokain (146), nikotin (77), og heroin [(147); Figur Figur8].8]. For eksempel systemisk administrering av en CRF1 antagonist blokkerte økt selvadministrering av nikotin assosiert med abstinens ved utvidet tilgang (23
h) dyr (77).
Kortikotropinfrigjørende faktorantagonister blokkerte også økt selvadministrering av etanol hos avhengige rotter [(124); Figur Figur8].8]. For eksempel ga eksponering for gjentatte sykluser av kronisk etanoldamp betydelig økning i etanolinntaket hos rotter under både akutt abstinens og langvarig abstinens [2
uker etter akutt abstinens; (76, 148)]. Intracerebroventrikulær administrering av en CRF1/ CRF2 antagonist blokkerte den avhengighetsinduserte økningen i selvadministrering av etanol under både akutt abstinens og langvarig avholdenhet (149). Systemiske injeksjoner av små molekyler CRF1 antagonister blokkerte også det økte etanolinntaket forbundet med akutt abstinens (124) og langvarig avholdenhet (150). Når administrert direkte inn i CeA, en CRF1/ CRF2 antagonist blokkerte selvadministrering av etanol i etanolavhengige rotter (151). Disse effektene ser ut til å være mediert av handlingene til CRF på GABAerge interneuroner i CeA, og en CRF-antagonist administrert kronisk under utviklingen av avhengighet blokkerte utviklingen av tvangslignende respons for etanol (116). Til sammen antyder disse resultatene at CRF i den basale forhjernen også kan spille en viktig rolle i utviklingen av de aversive motivasjonseffektene som driver den økte stoffsøkingen forbundet med kokain-, heroin-, nikotin- og alkoholavhengighet.
Dynorfin, tvangslignende stoffsøking og den utvidede amygdala
Nyere bevis tyder på at dynorphin-κ opioidsystemet også medierer tvangslignende stoffrespons (metamfetamin, heroin og alkohol) med utvidet tilgang og avhengighet. Bevis fra laboratoriet vårt har vist at en liten molekyl κ-antagonist selektivt blokkert reagerer på en plan med progressivt forhold for kokain hos rotter med utvidet tilgang (152). Enda mer overbevisende er at overdreven selvadministrasjon av legemidler også kan blokkeres av κ-antagonister (152-,155) og kan formidles av skallet til nucleus accumbens (156). Imidlertid forblir de nevrobiologiske kretsløpene som er involvert i å formidle effekten av aktivering av dynorphin-κ opioidsystemet på eskaleringen av metamfetamininntaket med utvidet tilgang ukjente.
NPY, tvangsmessig narkotikasøking og den utvidede amgydala
Nevropeptid Y er et nevropeptid med dramatiske anxiolytisk-lignende egenskaper lokalisert til flere hjerneregioner, men sterkt innerverende amygdala. Det antas å ha motsatte effekter av CRF i den negative motivasjonstilstanden ved abstinens fra misbruksmedisiner, og som sådan kan økninger i NPY-funksjon virke i motsetning til virkningene av økninger i CRF (157). Betydelige bevis tyder på at aktivering av NPY i CeA kan blokkere de motiverende aspektene ved avhengighet assosiert med kronisk etanoladministrasjon. NPY administrert intracerebroventrikulært blokkerte det økte legemiddelinntaket assosiert med etanolavhengighet (158, 159). NPY reduserte også overdreven alkoholinntak hos rotter som foretrakk alkohol (160). Injeksjon av NPY direkte i CeA (161) og viral vektorforsterket ekspresjon av NPY i CeA blokkerte også det økte medikamentinntaket assosiert med etanolavhengighet (162). På mobilnivå, NPY, som CRF1 antagonister, blokkerer økningen i GABA-frigjøring i CeA produsert av etanol, og blokkerer også når det administreres kronisk overgangen til overdreven drikking med utvikling av avhengighet (163). Rollen til NPY i handlingene til andre rusmidler er begrenset, spesielt med hensyn til avhengighet og tvangsmessig narkotikasøking. NPY5 reseptor knockout mus har en avstumpet respons på de givende effektene av kokain (164, 165), og NPY knockout-mus viser overfølsomhet for selvadministrering av kokain (166). NPY injiserte selv intracerebroventrikulært forenklet selvadministrering av heroin og kokain og induserte gjeninnføring av heroinsøking hos rotter med begrenset tilgang (167, 168). En NPY Y2 antagonist, som muligens virker presynaptisk for å frigjøre NPY, blokkerte sosial angst assosiert med nikotinabstinens (169), og NPY injisert intracerebroventrikulært blokkerte de somatiske tegn, men ikke belønningsunderskudd assosiert med nikotinabstinens (170). Men rollen til NPY i tvangsmedisinsk søking med utvidet tilgang gjenstår å studere. Hypotesen her vil være at NPY er en buffer eller homeostatisk respons på nevrotilpasninger mellom systemet som kan returnere hjernens emosjonelle systemer til homeostase (157, 171).
Kortikotropinfrigjørende faktor, stress og frontal cortex
Sammenfallende bevislinjer tyder på at svekkelse av medial PFC (mPFC) kognitiv funksjon og overaktivering av CeA kan være knyttet til utviklingen av tvangslignende respons for misbruksmedisiner under utvidet tilgang (172-,174). Utvidet tilgang til selvadministrasjon av kokain induserte et eskalert mønster av kokaininntak assosiert med svekkelse av arbeidsminnet og reduksjon i tettheten av dorsomediale PFC (dmPFC) nevroner som varte i flere måneder etter kokainstopp (172). Mens LgA- og ShA-rotter viste en høy prosentandel av korrekte svar i den forsinkede ikke-matching-til-prøve-oppgaven under lav kognitiv etterspørsel (forsinkelse
<
10
s), øke arbeidsminnebelastningen (dvs. nær kapasitetsgrensen for arbeidsminne) ved å øke forsinkelsen fra 10 til 70 og 130
s avslørte et robust arbeidsminneunderskudd hos LgA-rotter. Videre var omfanget av eskalering av kokaininntak negativt korrelert med arbeidsminneytelse hos ShA- og LgA-rotter med 70- og 130-sekunders forsinkelser, men ikke med 10-sekunders forsinkelse eller med baselineytelse under trening, noe som viser at forholdet mellom eskaleringen av kokaininntak og atferdsmessig ytelse i denne oppgaven var begrenset til arbeidsminneytelse under høy kognitiv etterspørsel. Tettheten av nevroner og oligodendrocytter i dmPFC var positivt korrelert med arbeidsminneytelse. En lavere tetthet av nevroner eller oligodendrocytter i dmPFC var assosiert med mer alvorlig nedsatt arbeidsminne. Arbeidsminne var også korrelert med tettheten av oligodendrocytter i orbitofrontal cortex (OFC), noe som tyder på at OFC-endringer etter eskalert medikamentinntak kan spille en rolle i arbeidsminneunderskudd. Imidlertid ble det ikke funnet noen sammenheng mellom arbeidsminneytelse og nevrontetthet i OFC, noe som tyder på at OFC-neuroner kan være mindre sårbare for de skadelige effektene av kronisk kokaineksponering enn dmPFC-neuroner. Dermed kan PFC-dysfunksjon forverre tapet av kontroll forbundet med tvangsmessig narkotikabruk og lette utviklingen til narkotikaavhengighet.
Lignende resultater har blitt observert i en dyremodell av overstadig alkoholkonsum, selv før utviklingen av avhengighet. Bruke en dyremodell for eskalering av alkoholinntak med kronisk intermitterende tilgang til alkohol, der rotter gis kontinuerlig (24
t per dag, 7
dager per uke) eller intermitterende (3
dager per uke) tilgang til alkohol (20 % v/v) ved bruk av et to-flaskevalgsparadigme, FBJ murine osteosarcoma viral onkogen homolog (Fos) uttrykk i mPFC, CeA, hippocampus og nucleus accumbens ble målt og korrelert med arbeidsminne og angstlignende oppførsel (175). Avholdenhet fra alkohol hos rotter med en historie med eskalering av alkoholinntak rekrutterte spesifikt GABA- og CRF-neuroner i mPFC og ga nedsatt arbeidsminne assosiert med overdreven alkoholdrikking under akutt (24–72).
h) men ikke langvarig (16–68
dager) avholdenhet. Avholdenheten fra alkohol var assosiert med en funksjonell frakobling av mPFC og CeA, men ikke mPFC eller nucleus accumbens. Disse resultatene viser at rekruttering av en undergruppe av GABA- og CRF-neuroner i mPFC under tilbaketrekking og frakobling av PFC CeA-banen kan være kritisk for svekket utøvende kontroll over motivert atferd, noe som tyder på at dysregulering av mPFC-interneuroner kan være en tidlig indeks for nevroadaptasjon i alkoholavhengighet.
Hjernestresssystemer i avhengighet: et allostatisk syn
Enda viktigere for denne avhandlingen, ettersom avhengighet og abstinens utvikler seg, rekrutteres hjerneantibelønningssystemer, som CRF og dynorfin, i den utvidede amygdala. Vi antar at denne hjernestressnevrotransmitteren som er kjent for å bli aktivert under utviklingen av overdreven medisinbruk omfatter en motstanderprosess mellom systemet, og denne aktiveringen er manifest når stoffet fjernes, og produserer angst, hyperkatifeia og irritabilitetssymptomer assosiert med akutte og langvarig avholdenhet. Spesielt er det imidlertid bevis på CRF-immunreaktivitet i det ventrale tegmentale området, og en CRF1 reseptorantagonist injisert direkte inn i det ventrale tegmentale området blokkerte den sosiale stressinduserte eskaleringen av selvadministrering av kokain (176). Til sammen antyder disse observasjonene mellom-system/innen-system nevrotilpasninger som opprinnelig ble antatt for dynorfin av Carlezon og Nestler (177), der aktivering av CREB ved overdreven aktivering av dopamin- og opioidpeptidreseptorer i nucleus accumbens utløser induksjonen av dynorfin til å mate tilbake for å undertrykke frigjøring av dopamin. Derfor antar vi at anti-belønningskretser rekrutteres som nevrotilpasninger mellom systemet (178) under utviklingen av avhengighet og produsere aversive eller stresslignende tilstander (179-,181) via to mekanismer: direkte aktivering av stresslignende, fryktlignende tilstander i den utvidede amygdala (CRF) og indirekte aktivering av en depresjonslignende tilstand ved å undertrykke dopamin (dynorfin).
Et kritisk problem i rusavhengighet er kronisk tilbakefall, der avhengige individer går tilbake til tvangsmedisinsk bruk lenge etter akutt abstinens. Dette tilsvarer opptatthet / forventning stadiet av avhengighetssyklusen skissert ovenfor. Koob og Le Moal antok også at dysreguleringene som utgjør den "mørke siden" av narkotikaavhengighet vedvarer under langvarig avholdenhet for å sette tonen for sårbarhet for "trang" ved å aktivere narkotika-, signal- og stressinduserte gjenopprettingsnevrokretser som nå er drevet av et reorganisert og muligens hypofungerende prefrontalt system. Den antatte allostatiske, dysregulerte belønningen og sensibiliserte stresstilstanden produserer de motiverende symptomene på akutt abstinens og langvarig abstinens og gir grunnlaget for medikamentstarting, stoffsignaler og akutte stressfaktorer til å få enda mer kraft til å fremkalle stoffsøkende atferd (92). Dermed gir kombinasjonen av reduksjoner i belønningssystemets funksjon og rekruttering av anti-belønningssystemer en kraftig kilde til negativ forsterkning som bidrar til tvangsmessig narkotikasøkende atferd og avhengighet. Et overbevisende argument kan fremsettes for at nevroplastisiteten som lader CRF-stresssystemet faktisk kan begynne mye tidligere enn tidligere antatt via stresshandlinger i PFC.
Det overordnede konseptuelle temaet som argumenteres her, er at narkotikaavhengighet representerer et overdreven og langvarig engasjement av homeostatiske hjernereguleringsmekanismer som regulerer kroppens respons på belønninger og stressfaktorer. Dysreguleringen av insentivsystemet kan begynne med den første administrasjonen av stoffet (182), og dysreguleringen av stressaksen kan begynne med overstadig og påfølgende akutt abstinens, som utløser en kaskade av endringer, fra aktivering av HPA-aksen til aktivering av CRF i PFC til aktivering av CRF i den utvidede amygdala til aktivering av dynorfin. i ventrale striatum (figur (Figure9) .9). Denne kaskaden av overaktivering av stressaksen representerer mer enn bare en forbigående homeostatisk dysregulering; det representerer også den dynamiske homeostatiske dysreguleringen kalt allo- stase.
Gjentatte utfordringer, for eksempel med rusmidler, fører til forsøk fra hjernestresssystemene på molekylært, celle- og nevrokretsnivå for å opprettholde stabilitet, men til en kostnad. For rammeverket for rusavhengighet som er utarbeidet her, kalles den gjenværende reduksjonen i hjernens belønningssystemer og aktivering av hjernestresssystemene for å produsere den påfølgende negative emosjonelle tilstanden en allostatisk tilstand (15). Denne tilstanden representerer en kombinasjon av rekruttering av anti-belønningssystemer og påfølgende kronisk nedsatt funksjon av belønningskretser, som begge fører til tvangsmessig narkotikasøking og tap av kontroll over inntaket. Hvordan disse systemene moduleres av andre kjente emosjonelle systemer i hjernen lokalisert til den basale forhjernen, der ventral striatum og utvidet amygdala prosjekterer for å formidle emosjonell valens, hvordan frontale cortex dysreguleringer i det kognitive domenet er knyttet til svekkelser i eksekutiv funksjon for å bidra til dysreguleringen av den utvidede amygdala, og hvordan individer er forskjellige på det molekylærgenetiske analysenivået for å formidle belastning på disse kretsene, er fortsatt utfordringer for fremtidig forskning.
Interessekonflikt
Forfatterne erklærer at forskningen ble utført i fravær av kommersielle eller økonomiske forhold som kunne tolkes som en potensiell interessekonflikt.
Erkjennelsene
Forfatteren vil gjerne takke Michael Arends og Mellany Santos for deres hjelp med utarbeidelsen av dette manuskriptet. Forskning ble støttet av National Institutes of Health-bevilgninger AA006420, AA020608, AA012602 og AA008459 fra National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism, DA010072, DA004043, DA023597, og DA004398, og DA26741 fra National Institute of DK, og DA24002 fra National Institute of XNUMX. Diabetes og fordøyelses- og nyresykdommer. Forskning ble også støttet av Pearson Center for Alcoholism and Addiction Research. Dette er publikasjonsnummer XNUMX fra The Scripps Research Institute.
Referanser
-underenhetsuttrykk i rottehjerneregioner. J Neurochem (1993) 61:1620–5.10.1111/j.1471-4159.1993.tb09795.x [PubMed] [Kors Ref]


