Pojawienie się hormonu gonad wpływa na funkcję dopaminergiczną w okresie dojrzewania (2010)

Wpływy sterydów Gonadal na uzależnienie

Wpływ sterydów gonadalnych na funkcje dopaminergiczne istotne dla uzależnienia

Wpływ sterydów gonadalnych na anatomię układów dopaminowych

Zachowania związane z uzależnieniem w okresie dojrzewania

Modele zwierzęce dostarczają istotnego wglądu w to, jak zachowania związane z uzależnieniem zmieniają się w okresie dojrzewania, ponieważ badania eksperymentalne na ludziach są niedopuszczalne etycznie, a badania naturalistyczne są poważnie zakłócane przez złożoność społeczno-ekonomiczną, środowiskową i genetyczną, które wymagają analizy wykraczającej poza zakres obecnego przejrzeć. Większość z tych badań przeprowadzono na gryzoniach; badania te zostaną przejrzane poniżej.

Charakterystyczne behawioralne efekty wielu uzależniających leków zmieniają się wraz z dojrzewaniem nastolatków, a zmiany na ogół wydają się być spójne dla wszystkich leków dla danego zachowania. Jedynym wyjątkiem może być aktywność lokomotoryczna, ponieważ zmiany w odpowiedzi ruchowej w okresie dojrzewania są nieco specyficzne dla leku. Te badania są recenzowane przez Schramm-Sapyta (Schramm-Sapyta i in. 2009). Amfetamina i metamfetamina pobudzają ruch lokomocyjny mniej we wczesnej młodości niż dorośli, podczas gdy stymulacja lokomotoryczna przez kokainę jest większa we wczesnym okresie dojrzewania niż w wieku dorosłym. Zgłaszano, że nikotyna zmniejsza lub zwiększa lokomocję w sposób specyficzny dla rozwoju, w zależności od dawki lub badanego gatunku. Spadek ruchów wynika z leczenia nikotyny u myszy, a spadek ten jest mniejszy u nastolatków (Lopez i in. 2003). U szczurów odnotowuje się, że nikotyna zwiększa ruchliwość, a młodzież jest bardziej niż mniej wrażliwa na ten efekt (Faraday i in. 2001).

Uczulenie narządów ruchu, które uważa się za odzwierciedlające zdarzenia neuroplastyczne podczas wczesnej uzależniającej ekspozycji na lek, stopniowo wzrasta w okresie dojrzewania po leczeniu amfetaminą, kokainą lub metylofenidatem: uczulenie jest niskie, gdy leczenie rozpoczyna się w okresie okołoporodowym, staje się bardziej odporne w okresie dojrzewania, ale jest większe w dorosłość niż w okresie dojrzewania (Kolta i in. 1990; McDougall i in. 1994; Ujike i in. 1995; Bowman i in. 1997; Laviola i in. 1999; Tirelli i in. 2003; Frantz i in. 2007). Jedynym wyjątkiem może być uczulenie po pojedynczym narażeniu na lek, ponieważ nasze laboratorium zaobserwowało zwiększone uczulenie na pojedynczą dawkę u młodzieży w porównaniu z dorosłymi (Caster i in. 2007). Uczulenie nikotyną wywołane leczeniem dorastających szczurów jest mniejsze niż obserwowane po porównywalnym leczeniu dorosłych szczurów, chociaż uczulenie krzyżowe na kokainę i amfetaminę było zarówno większe u dorastających mężczyzn niż u dorosłych mężczyzn (Collins i Izenwasser 2004; Collins i in. 2004; Cruz i in. 2005; McQuown i in. 2009).

CPP dla większości uzależniających leków, w tym nikotyny, kokainy i amfetaminy, ulega nasileniu w okresie dojrzewania (Vastola i in. 2002; Belluzzi i in. 2004; Badanich i in. 2006; Kota i in. 2007; Torres i in. 2008; Brenhouse i Andersen 2008a; Schramm-Sapyta i in. 2009; Shram i Le 2009; Zakharova i in. 2009) chociaż zgłoszono sprzeczne ustalenia dotyczące zarówno kokainy, jak i amfetaminy (Adriani i Laviola 2003; Tirelli i in. 2003; Schramm-Sapyta i in. 2004). Istnieją sprzeczne dane dotyczące etanolu CPP u szczurów i myszy (Philpot i in. 2003; Dickinson i in. 2009) a agonista kannabinoidów WIN5512-2 powoduje CPP w niższych dawkach u szczurów dorosłych niż dorastających (Pandolfo i in. 2009). Podsumowując, CPP zwiększa się u młodzieży w porównaniu z dorosłymi, podczas gdy uczulenie jest mniejsze u zwierząt leczonych powtarzalnie psychostymulantami w okresie dojrzewania niż u zwierząt traktowanych jako dorośli. Te rozbieżne wyniki sugerują, że młodzież doświadcza zarówno wzmacniających, jak i neuroplastycznych efektów uzależniających leków, ale to ostatnie może być zmniejszone w stosunku do dorosłych, podczas gdy te pierwsze są przesadzone. Wzmocnione działanie wzmacniające większości uzależniających leków u nastolatków gryzoni jest zgodne ze zwiększoną odpowiedzią na nagrodę opisaną powyżej, którą zaobserwowano zarówno u ludzi, jak i gryzoni.

Standardem oceny odpowiedzialności uzależnień od narkotyków jest samodzielna administracja. Badania na zwierzętach, w których porównano samopodawanie poczynając od okresu dojrzewania i dorosłości, dały spójne wyniki dla niektórych leków, ale sprzeczne wyniki dla innych leków. Ogólnie rzecz biorąc, nabycie samodzielnego podawania etanolu jest coraz szybsze u nastolatków (Bell i in. 2003; Brunell i Spear 2005; Doremus i in. 2005; Bell i in. 2006; Vetter i in. 2007). Szybsze pozyskiwanie nikotyny do samodzielnego podawania odnotowano u młodzieży w porównaniu ze zwierzętami, które rozpoczynają samodzielne podawanie jako dorośli (Chen i in. 2007; Levin i in. 2007) i młodzież, ale nie dorosłe myszy dobrowolnie piją roztwory zawierające nikotynę (Adriani i in. 2002). Młodzież sama podaje mniejszą ilość nikotyny niż dorośli w przypadku wymagających schematów wzmocnienia i wykazuje szybsze wymieranie i mniej nawrotów niż dorośli (Shram i in. 2008; Shram i in. 2008). Niektóre z tych niespójności w doniesieniach o samodzielnym podawaniu nikotyny u młodzieży i dorosłych mogą odzwierciedlać względne znaczenie nagrody i wycofania w różnym wieku. Podczas gdy młodzież jest bardziej wrażliwa na satysfakcjonujące efekty nikotyny (patrz wyżej), wykazują one mniej wyraźną zależność (O'Dell i in. 2004; O'Dell i in. 2006; Wilmouth i Spear 2006; O'Dell i in. 2007; Shram i in. 2008). Wreszcie, wyniki z samodzielnym podawaniem kokainy były najbardziej niejednoznaczne. Chociaż zaobserwowano szybsze nabywanie samopodawania, przynajmniej u zwierząt z niską preferencją sacharyny (Perry i in. 2007) kilka innych badań wykazało, że stabilne samopodawanie nie różni się w zależności od tego, czy samodzielne podawanie rozpoczyna się w okresie dorastania czy dorosłości (Frantz i in. 2007; Kantak i in. 2007; Kerstetter i Kantak 2007; Li i Frantz 2009). Większość z tych badań wykorzystuje tradycyjne schematy ustalonych proporcji, które nie testują kluczowych przejść do kompulsywności i eskalacji, które są testowane w schematach eskalacji (Vanderschuren i Everitt 2004). Ogólnie rzecz biorąc, literatura sugeruje, że młodzież może być bardziej wrażliwa na wzmacniające efekty nadużywania narkotyków, ale nie istnieją jeszcze dane, które pozwoliłyby ocenić, czy nastolatki nasilają stosowanie i postęp w przymusowym stosowaniu szybciej niż dorośli.

Dojrzewanie jako wpływ na podatność na uzależnienie w okresie dojrzewania?

Pojawienie się różnic płci w działaniu uzależniających narkotyków

Ugruntowana stymulacja funkcji dopaminergicznej przez przeglądany powyżej estradiol sugeruje, że wzrost estradiolu, który pojawia się wraz z początkiem cykliczności rujowej, powinien wywołać wzrost uwalniania dopaminy i reakcję behawioralną na uzależniające leki. W rzeczywistości różnice między płciami w wielu zachowaniach związanych z uzależnieniem pojawiają się w okresie dojrzewania u gryzoni oraz w bardzo małej liczbie badań nad naczelnymi, które istnieją. Jednak pojawiające się dowody wskazują, że zarówno steroidy jajników, jak i jąder mogą przyczyniać się do tych zmian.

Nasze laboratorium wykazało, że młode dorastające samce szczurów wykazywały większą ruchliwość stymulowaną kokainą, większą aktywację dalszych szlaków sygnałowych w prążkowiu grzbietowym (mierzonym aktywacją c-fos) oraz większe uczulenie na pojedynczą dawkę zachowań lokomotorycznych niż u dorosłych (Caster i in. 2005; Caster i in. 2007). Porównanie stymulowanej kokainą lokomocji u nastolatków i dorosłych mężczyzn i kobiet wykazało, że dorastający mężczyźni i kobiety reagują podobnie na kokainę i że różnica płci w stymulowanej kokainą lokomocji pojawia się w okresie dojrzewania. Różnica płci odzwierciedla częściowo spadek aktywności stymulowanej kokainą u mężczyzn, a także wzrost ruchów stymulowanych kokainą u kobiet (Parylak i in. 2008). Podobna zmiana rozwojowa w odpowiedzi lokomotorycznej na metylofenidat została zgłoszona: podczas gdy młodzież płci męskiej i żeńskiej wykazywała porównywalną stymulację lokomotoryczną, metylofenidat stymulował znacznie większą aktywność lokomotoryczną u dorosłych kobiet niż u mężczyzn (Wooters i in. 2006). Indukowana przez morfinę stymulacja ruchowa wykazywała nieco inny wzór: dorastające samce wykazywały większą stymulację lokomotoryczną niż dorosłe samce, ale dorastające i dorosłe samice były równoważne dorosłym mężczyznom - występowała różnica płci w okresie dojrzewania, ale nie w dorosłości (White i in. 2008). Większa wrażliwość samców myszy na hamowanie ruchów przez nikotynę w stosunku do samic pojawia się po okresie dojrzewania (Lopez i in. 2003) Wreszcie, stymulacja lokomotoryczna związana z niskimi dawkami etanolu wzrasta, gdy dorastające małpy stają się dorosłe (Schwandt i in. 2007).

Różnice płci w uczuleniu pojawiają się również w okresie dojrzewania. Uczulenie krzyżowe między nikotyną a psychostymulantami kokaina i amfetamina są większe u samców niż u samic dorastających szczurów (Collins i Izenwasser 2004; Collins i in. 2004). Podobne różnice w uwrażliwieniu na etanol u myszy odnotowano u dorosłych, ale nie u nastolatków, co sugeruje, że różnice te pojawiają się w okresie dojrzewania (Itzhak i Anderson 2008). W okresie dojrzewania zgłaszano indukowane etanolem uczulenie na lokomotorię u samic, ale nie u samców naczelnych (Schwandt i in. 2008).

Różnice płciowe we wzmacnianiu efektów uzależniających leków pojawiają się także w okresie dojrzewania. Większa wrażliwość kobiet na kokainę CPP pojawia się w okresie dojrzewania (Zakharova i in. 2009). Dorosłe, ale nie dorastające samice myszy doświadczają większej CPP niż kokaina w porównaniu z samcami dobranymi pod względem wieku (Balda i in. 2009). W jednym badaniu nie stwierdzono różnic w płci w CPP morfiny lub kokainy, gdy porównano szczury w wieku młodzieńczym i dorosłym, ale liczba badanych była na tyle mała, że ​​prawdopodobnie nie wykryłaby takiej różnicy, chyba że byłaby bardzo duża (Campbell i in. 2000).

Różnice płciowe w samopodawaniu wielu uzależniających leków pojawiają się w okresie dojrzewania. Pokazaliśmy, że dorosłe, ale nie przedwcześnie urodzone samice szczurów spożywają więcej kokainy, a dwa laboratoria zgłosiły pojawienie się szybszego nabywania kokainy w okresie dojrzewania (Perry i in. 2007; Carroll i in. 2008; Lynch 2008; Walker i in. 2009). Podczas gdy zarówno młodzieńcze samce, jak i samice szczurów nabywają nikotynę we własnym zakresie szybciej niż dorośli, poziomy samokontroli faktycznie spadają u mężczyzn, gdy wchodzą w dorosłość, podczas gdy samice utrzymują poziomy spożycia (Levin i in. 2003; Levin i in. 2007). Samice i samce wykazują porównywalne samodzielne podawanie nikotyny w ramach progresywnego stosunku we wczesnym okresie dojrzewania, ale pod koniec okresu dojrzewania kobiety przyjmują więcej nikotyny niż mężczyźni (Lynch 2009). Wreszcie, nastolatki myszy samodzielnie podawały mniej dawek oksykodonu niż dorośli, ale wynik ten został zinterpretowany jako większa wrażliwość na działanie oksykodonu na neuroprzekaźnik dopaminergiczny, ponieważ wykazały one nadmierny wzrost dopaminy w prążkowiu brzusznym pod koniec samopodawania (Zhang i in. 2009).

Pojawienie się różnic płci w spożyciu alkoholu odnotowano zarówno u gryzoni, jak iu naczelnych innych niż ludzie, chociaż specyficzne różnice płci zależą od gatunku. Samice szczurów spożywają więcej alkoholu niż samce szczurów, a ta różnica płci pojawia się w okresie dojrzewania (Lancaster i Spiegel 1992; Lancaster i in. 1996). Jedno istniejące badanie naczelnych pokazuje, że mężczyźni i kobiety przyjmowali w tych badaniach równe ilości etanolu (Schwandt i in. 2008).

Zmiany rozwojowe w odpowiedziach na amfetaminę różnią się od innych badanych leków, dlatego są one opisane oddzielnie. Zarówno samce, jak i samice szczurów dorastały w badaniu Shabazi, otrzymując samo-podawanie amfetaminy szybciej niż dorośliShahbazi i in. 2008). Dorastające samce w tym badaniu przyjmowały mniej amfetaminy w ramach progresywnego stosunku niż dorośli mężczyźni, podczas gdy młode dorosłe kobiety przyjmowały więcej niż starsze dorosłe kobiety. W innym badaniu dorastające samice wykazywały większe uczulenie na amfetaminę niż dorosłe kobiety lub mężczyźni w każdym wieku, ale w tym badaniu nie zaobserwowano różnic płciowych w poruszaniu się amfetaminą ani CPP, co odbiega od literatury (Mathews i McCormick 2007). Jednym z ważnych zastrzeżeń w interpretowaniu różnic płci w samopodawaniu amfetaminy jest to, że metabolizm amfetaminy jest wzmocniony przez testosteron, a zatem prawdopodobnie zmienia się w okresie dojrzewania (Meyer i Lytle 1978; Becker i in. 1982; Milesi-Halle i in. 2005).

W naszych informacjach o różnicach płci w skutkach uzależniających leków u dorastających zwierząt występują pewne znaczące luki. Niewiele jest informacji na temat wzmacniających efektów kannabinoidów. Higuera-Matas zbadał konsekwencje dorosłego leczenia samców i samic szczurów agonistą CB1 CP55,940 z PN28-38 i wykazał, że samice wykazywały zwiększone samopodawanie kokainy (Higuera-Matas i in. 2008; Higuera-Matas i in. 2009). Wiley i współpracownicy porównali ostre działanie THC na tetradę kanabinoidową: katalepsję, hipolocomocję, analgezję i hipotermię, a także tolerancję i uczulenie po wielokrotnym THC. Odkryli, że nastolatki były mniej wrażliwe niż kobiety dorosłe na katalepsję, antynocycepcję i hipotermię i wykazywały mniejszą tolerancję, podczas gdy dorastające samce były bardziej wrażliwe na hamowanie lokomocji niż dorośli mężczyźni (Wiley i in. 2007). Co najważniejsze, nie ma badań nad zmianami w działaniu uzależniających leków w okresie dojrzewania u naczelnych innych niż ludzie, z wyjątkiem dwóch zgłoszonych dla etanolu.

Rola sterydów gonadalnych w powstawaniu różnic płciowych w skutkach uzależniających narkotyków w okresie dojrzewania

Badania nad zróżnicowaniem płciowym zachowań reprodukcyjnych i nie reprodukcyjnych wykazały, że dojrzewanie stanowi drugi „okres krytyczny”, w którym efekty organizacyjne sterydów gonadowych wywołują nieodwracalne skutki dla seksualnie dimorficznych struktur i funkcji mózgu (patrz wyżej). Aktywne działanie steroidów gonadowych rozpoczyna się również w okresie dojrzewania, a zatem oba procesy mogą przyczynić się do pojawienia się dymorfizmów płciowych w podatności na uzależnienie w okresie dojrzewania. Badania te wskazują, że wczesne okno rozwojowe tuż przed i po urodzeniu przyczynia się do organizacyjnych efektów sterydów gonadowych na działanie uzależniających leków.

Badania behawioralne potwierdzają rolę steroidów jajnikowych i jądrowych w różnicowaniu seksualnym behawioralnej odpowiedzi na uzależniające leki, ale względny wkład efektów organizacyjnych i aktywizacyjnych jest daleki od jasności. Kilka badań potwierdza rolę efektów organizacyjnych sterydów gonadowych w działaniu uzależniających leków. Wycięcie jajników lub maskulinizacja samic szczurów przez leczenie androgenem zaraz po urodzeniu zapobiegły pojawieniu się zwiększonych odpowiedzi kobiet na działanie amfetaminy pobudzające narządu ruchu (Forgie i Stewart 1993; Forgie i Stewart 1994). Pojedyncze badanie słabego bisfenolu estrogenowego wykazało, że nawet ekspozycja na ciążę może wpływać na ontogenezę neuronów dopaminergicznych, ponieważ ekspozycja na bisfenol w dniach prenatalnych 11-18 tłumiła CPP indukowany przez amfetaminę u samic potomstwa (Laviola i in. 2005).

Ostatnie badania z naszego laboratorium sugerują, że dojrzewanie może stanowić dodatkowe okno, w którym efekt organizacyjny steroidów gonadowych wpływa na działanie uzależniających leków. W serii badań porównaliśmy efekty wycięcia jajników lub kastracji przed i po okresie dojrzewania. Wycięcie jajników w wieku dorosłym lub przed okresem dojrzewania tłumiło ruchy stymulowane kokainą. Jednakże kastracja przed, ale nie po okresie poporodowym znacząco zwiększyła stymulację kokainową u mężczyzn (Kuhn i in. 2001; Walker i in. 2001; Parylak i in. 2008). Operacja przed okresem dojrzewania została przeprowadzona na PN25, po dobrze opisanym okresie okołoporodowym wrażliwości hormonów steroidowych na organizację mózgu. Dane te potwierdzają rolę hormonów jajnikowych u kobiet, ale sugerują również, że wcześniej nierozpoznany efekt organizacyjny androgenu przyczynił się do normalnego spadku rozwoju zachowań stymulowanych kokainą u mężczyzn. Odkrycia te sugerują, że steroidy gonadowe zwiększają zachowania związane z uzależnieniem u kobiet i tłumią je u mężczyzn w okresie dojrzewania.

Pojawienie się różnic płciowych w funkcji dopaminergicznej w okresie dojrzewania

Przeprowadzone powyżej badania behawioralne pokazują, że aktywacja lokomotoryczna, wzmocnienie związane z lekiem i samodzielne podawanie leku stają się seksualnie dimorficzne u gryzoni w okresie dojrzewania. Biorąc pod uwagę wykazane znaczenie indukowanej lekiem aktywacji neuronów dopaminergicznych w tych różnicach płci, logiczne jest zaproponowanie, że seksualne różnicowanie funkcji dopaminergicznych pośredniczy w tych efektach.

Różnice płciowe w anatomii projekcji dopaminergicznych do przodomózgowia pojawiają się prenatalnie u gryzoni. Ovtsharoff (Ovtscharoff i in. 1992) wykazało, że samice mają większą gęstość unerwienia włókien dopaminergicznych w jądrze ogoniastym prenatalnie. Sugerowano ponadto, że płeć genetyczna, a nie poziom krążącego hormonu, wpływa na neurony dopaminergiczne w żeńskim mózgu gryzonia (Beyer i in. 1991; Kolbinger i in. 1991). Demonstracja, że ​​gen determinujący jądra ulega ekspresji w neuronach dopaminergicznych, gdzie może regulować ekspresję hydroksylazy tyrozynowej niezależnie od poziomu hormonów, dodatkowo potwierdza prawdopodobieństwo, że istnieje specyficzna dla płci regulacja neuronów dopaminergicznych (Dewing i in. 2006), chociaż jest to obszar wschodzący z niewielkimi danymi.

Niewiele jest jeszcze dowodów na wpływ sterydów gonadalnych na czynność dopaminergiczną w okresach krytycznych podczas wczesnego rozwoju poporodowego i dojrzewania. Jednak dane behawioralne sugerują, że narażenie samców na androgen w okresie okołoporodowym lub w okresie dojrzewania i ekspozycja samic na estrogen w okresie dojrzewania dostarczają krytycznych sygnałów hormonalnych (patrz ostatnia recenzja Beckera (Becker 2009)). Jedynym istniejącym badaniem jest wykazanie, że steroidy gonadowe nie przyczyniają się do przycinania nastolatków receptorów D2 (Andersen i in. 2002).

Udział sterydów gonadalnych w zmianach funkcji dopaminergicznych w okresie dojrzewania

Nasze laboratorium zaczęło charakteryzować pojawienie się różnic płciowych w ciałach komórek dopaminergicznych w istocie czarnej i brzusznej okolicy nakrywkowej oraz ich końcowych projekcjach w celu zrozumienia potencjalnego wkładu funkcji dopaminergicznej w zmianę podatności na uzależnienia w okresie dojrzewania. Nasze poprzednie odkrycia pokazały, że zwiększony dopływ kokainy dopaminy w prążkowiu grzbietowym jest 3 krotnie wyższy u młodych nastolatków niż dorosłych samców szczurów. Ta różnica rozwojowa jest selektywna regionalnie, ponieważ nie występuje w jądrze jądra półleżącego (Walker i Kuhn 2008). Nasze badania behawioralne przewidywały, że początek cykliczności rujowej u kobiet w okresie dojrzewania może zapobiec podobnemu rozwojowemu zmniejszeniu się dopływu dopaminy stymulowanego kokainą u kobiet.

Aby zbadać tę możliwość, zmierzyliśmy stymulowany przepełnienie dopaminą w różnym czasie po podaniu kokainy (10 mg / kg) u nastolatków (dzień 28) i dorosłych (dzień 65) samców i samic szczurów przy użyciu szybkiej skanowania woltamperometrii cyklicznej, jak opisano wcześniej u obu nastolatków i dorośli (Walker i in. 2000; Walker i in. 2006; Walker i Kuhn 2008). Rysunek 2 pokazuje procentowy wzrost dopaminy w stosunku do stymulacji linii podstawowej przy 20 Hz. Stymulowany kokainą nadmiar dopaminy był większy u dorastających szczurów obu płci w porównaniu z dorosłymi, a dorastające samce i samice były do ​​siebie porównywalne. Chociaż stymulowany kokainą nadmiar dopaminy był mniejszy w wieku dorosłym niż u nastolatków obu płci, spadek u kobiet w okresie dojrzewania do dorosłości był mniejszy niż obserwowany u mężczyzn (Walker i in. 2000; Walker i in. 2006). Wyniki te sugerują, że funkcja dopaminergiczna spada w okresie dojrzewania w sposób specyficzny dla płci. Jednak badania te nie były w stanie określić wpływu organizacyjnego lub aktywacyjnego wpływu sterydów gonadalnych na te zmiany w uwalnianiu dopaminy.

  

Rysunek 2

Przebieg w czasie przepełnienia dopaminy wywołanego kokainą u dorastających (PN28) lub dorosłych (PN65-75) samców i samic szczurów. Dane pokazują procentowy wzrost pozakomórkowej dopaminy w różnym czasie po kokainie (10 mg / kg). N = 5-9 / grupę. ANOVA wskazała P <001 ...

Literatura u dorosłych sugeruje, że aktywacyjny wpływ estradiolu jest głównym wpływem steroidów gonadowych na funkcję dopaminergiczną u dorosłych szczurów. Jednak nasze dane behawioralne (Parylak i in. 2008) wskazało, że ważne efekty organizacyjne steroidów jajnikowych lub jąder mogą przyczyniać się do zmian w funkcjonowaniu układu hormonalnego u młodzieży. Aby zbadać tę możliwość, przeprowadziliśmy kastrację przedpokwitaniową lub wycięcie jajników na PN25 i oceniliśmy stymulowany kokainą przepływ dopaminy 30 kilka dni później, aby dopasować nasze wcześniejsze badania behawioralne. Wyniki tych eksperymentów przedstawiono w Ryciny 3 i i4.4. Zgodnie z oczekiwaniami wycięcie jajników przed okresem dojrzewania zmniejszyło nadmierny przepływ kokainy (Rysunek 3). Zaskakująco, kastracja przedpokwitana spowodowała znaczny wzrost stymulowanego kokainą nadmiaru dopaminy (Rysunek 4). Biorąc pod uwagę dobrze opisany wpływ estradiolu na funkcję dopaminergiczną, trudno jest odróżnić względny wpływ efektów aktywacyjnych i organizacyjnych na wyniki u kobiet. Jednakże waga literatury wykazująca brak wpływu androgenów na uwalnianie dopaminy z prążkowia grzbietowego u dorosłych zwierząt sugeruje, że androgen może mieć wcześniej nieopisany wpływ organizacyjny na funkcje dopaminergiczne w okresie dojrzewania. Wynik ten jest zgodny z opisanymi powyżej wynikami behawioralnymi, które wykazały znaczące zwiększenie zachowania stymulowanego kokainą po kastracji przed okresem dojrzewania, ale nie kastracji u dorosłych.

  

Rysunek 3

Stymulowany kokainą nadmiar dopaminy u samic szczura 1 miesiąc po pozornej (dzień 25) pozorowanej lub aktywnej wycięciu jajników. Dane zebrano zgodnie z opisem w Rysunek 3. N = 4-5 / grupę. ANOVA wskazała, że ​​P <001 dla efektu czasu ip <001 ...

  

Rysunek 4

Stymulowany kokainą nadmiar dopaminy u samców szczurów 1 miesiąc po wstrzyknięciu przed okresem przedpokwitaniowym (dzień 25) lub aktywnej kastracji. Dane zebrano zgodnie z opisem w Rysunek 3. N = 4-5 / grupę. ANOVA wskazała, że ​​P <001 dla efektu czasu i p <001 dla ...

Mechanizmy, dzięki którym zarówno steroidy jajnika, jak i jąder wpływają na funkcję dopaminergiczną w okresie dojrzewania, nie są znane. Ponieważ niedawno wykazaliśmy, że estradiol zwiększa reakcje dopaminergiczne na psychostymulanty po części przez utrzymywanie liczby neuronów dopaminergicznych, przeprowadziliśmy badanie pilotażowe w celu ustalenia, czy różnice płci w liczbie neuronów dopaminergicznych pojawiły się w okresie dojrzewania. Aby zbadać tę możliwość, zabiliśmy dopasowane kohorty samców i samic szczurów na PN21, 28, 42 i 65 i policzono liczbę neuronów dopaminergicznych w istocie czarnej i brzusznej strefie nakrywkowej, jądra, z których powstają projekcje dopaminy do przodomózgowia, stosując bezstronną stereologię .

Zwierzęta poddano głębokiemu znieczuleniu i perfundowano przezsercowo za pomocą 10% obojętnej buforowanej formaliny. Po perfuzji mózgi ekstrahowano i utrwalano przez noc w formalinie 10%, zrównoważono w roztworze krioochronnym 30% sacharozy i przechowywano w 4 ° C. Szeregowe przekroje koronowe (30 μm) pocięto na kriostacie, rozmrożono na szkiełkach i suszono przez noc w 37 ° C. Skrawki przepłukano w PBS i inkubowano w 0.3% nadtlenku wodoru-metanolu w ciągu 30 minut, przepłukano i zablokowano w 0.5% BSA + 0.3% Triton X-100 dla 15 minut w temperaturze pokojowej. Po zablokowaniu skrawki inkubowano w pierwotnym przeciwciele rozcieńczonym w buforze blokującym (1: 10000, Immunostar, Inc., Hudson, WI) przez noc w 4 ° C. Następnego dnia skrawki przepłukano i inkubowano w biotynylowanym końskim drugorzędowym przeciwciele mysim (1: 1000, Vector Labs, Burlingame, CA) przez godzinę 1 w temperaturze pokojowej. Skrawki następnie przepłukano i inkubowano w kompleksie awidyna-biotyna na godzinę 1 w temperaturze pokojowej, przepłukano i zabarwiono DAB (Vector Labs). Skrawki płukano, odwadniano przez stopniowane alkohole, barwiono kontrastowo fioletem krezolowym, osadzano i nakrywano szkiełkiem nakrywkowym. Bezstronne stereologiczne oszacowanie całkowitej liczby ciał komórek TH-IR i TH-IN w SNpc i VTA przeprowadzono za pomocą metody frakcjonowania optycznego (West i in. 1991). Komputerowy system zliczający zawierający mikroskop Nikon Optiphot-2, kamerę (Dage) i stolik zmotoryzowany (Ludl) wykorzystano do oszacowania całkowitej liczby komórek. Poszczególne ciała komórek wizualizowano za pomocą soczewki zanurzeniowej 100 × (apertura numeryczna = 1.3). Zliczono wystarczającą liczbę komórek, aby uzyskać współczynnik błędu wynoszący ≤ 0.10. Badanie to przeprowadzono bez odzyskiwania antygenu za pomocą ciepła, a liczba komórek była niższa niż można wykryć za pomocą tej ostatniej techniki. Jednak z tego eksperymentu wyłonił się wyraźny i nieoczekiwany wzór. Jak pokazano w Rysunek 5, dramatyczny spadek liczby komórek DA wystąpił w okresie dojrzewania. Spadek ten zdawał się ustabilizować u kobiet w dniu 65, kiedy pojawiła się charakterystyczna różnica płci.

  

Rysunek 5

Immunoreaktywne neurony hydroksylazy tyrozynowej w istocie czarnej w wieku poporodowym. N = 5-7 / grupę. ANOVA wskazuje, że p <001 dla efektu wieku i p <. 01 dla interakcji wieku i płci.

Wyniki te sugerują, że znaczna fala śmierci komórek dopaminergicznych występuje w okresie dojrzewania u szczurów, zarówno u mężczyzn, jak iu kobiet. Dwie wcześniejsze fale apoptotycznej śmierci komórek pojawiają się zaraz po urodzeniu i dotyczą PN14 (Jackson-Lewis i in. 2000; Burke 2003; Burke 2004). Znaczenie upadku w okresie dojrzewania do funkcji dopaminergicznej nie jest jasne, ponieważ występuje w tym samym czasie, w którym gęstość unerwienia w obszarach końcowych wzrasta (patrz powyżej). Sugerowano, że komórki, które ulegają apoptozie, to te, które nie dotarły odpowiednio do swojego celu, a zatem nie otrzymały danych troficznych od neuronów docelowych (Oo i in. 2003; Burke 2004). Pojawienie się różnicy płci w liczbie neuronów dopaminowych dopiero po okresie dojrzewania potwierdza naszą wstępną hipotezę, że troficzne działanie estradiolu może przyczyniać się do utrzymania neuronów dopaminergicznych w życiu dorosłym. Intrygujące jest to, że zmiany w liczbie neuronów dopaminergicznych odpowiadają zmianom wpływu kokainy na uwalnianie dopaminy, które widzieliśmy: dramatycznego spadku w okresie dojrzewania, którego tylko część była dymorficzna płciowo. Obecnie badamy, czy zmiany anatomiczne w ciele komórki i / lub obszarach końcowych przyczyniają się do regulacji zachowań związanych ze steroidami gonadowymi.

Znaczenie zmian wieku młodzieńczego w funkcji dopaminergicznej przodomózgowia w uzależnieniu

Powyższe badania pokazują, że funkcja dopaminergiczna w prążkowiu grzbietowym ulega ostatecznemu dojrzewaniu, po którym następuje „przycinanie z powrotem” do funkcji dorosłej, gdy rozwija się młodzież. Różnice płciowe w funkcji dopaminergicznej i w zachowaniach regulowanych przez dopaminę pojawiają się w tym okresie czasu. Efekty te wydają się odzwierciedlać zarówno początek działania aktywującego estradiolu na zwiększenie funkcji dopaminergicznej u kobiet, jak i prawdopodobnie efekt organizacyjny androgenu, który hamuje funkcję dopaminergiczną u mężczyzn. Rysunek 6 podsumowuje jeden potencjalny schemat, który mógłby wyjaśnić obecne ustalenia. Od lewej do prawej rysunek przedstawia trzy fazy rozwoju neuronów dopaminergicznych. Panel po lewej stronie pokazuje neurogenezę dopaminy. Środkowy panel przedstawia okres wzrostu aksonów i unerwienia celów, które występują podczas życia poporodowego i przez okres dojrzewania. Końcowa faza rozwoju neuronów dopaminergicznych jest przedstawiona na prawym panelu, ponieważ receptory „przycinają” plecy. Neurony dopaminergiczne są tracone na każdym etapie procesu, w oparciu o dane z niniejszego badania i opublikowane wcześniej (Burke 2003; Burke 2004). Zakładamy, że w okresie dojrzewania ostatnia faza apoptotycznej śmierci komórek neuronów dopaminergicznych w śródmózgowiu jest wzmacniana przez androgen i kompensowana przez troficzne działanie estradiolu. Wskazuje na to mniej komórek w środkowym i prawym panelu dla mężczyzn oraz szary neuron w dolnym panelu wskazujący populację neuronów utrzymywanych przez estradiol u kobiet. Szary neuron znajduje się również w skrajnym lewym panelu, ponieważ badania w kulturze sugerują, że kobiety mogą mieć więcej neuronów we wczesnych fazach rozwoju, chociaż nie wykryliśmy takich różnic przed początkiem okresu dojrzewania (Beyer i in. 1991). Pod koniec okresu dojrzewania / dojrzewania kobiety mają więcej neuronów dopaminergicznych, co hipotetycznie przyczynia się do wzmocnienia funkcji dopaminy płciowej obserwowanej u kobiet. Jednak dodatkowe efekty poza tymi na liczbę ciał komórek dopaminergicznych prawdopodobnie przyczyniają się do pojawienia się różnic płciowych w funkcji dopaminergicznej. Potencjalni kandydaci obejmują pojawienie się cyklicznego działania estradiolu na DAT i receptory, a także działanie aktywujące androgenu na korowe obwody nerwowe zaangażowane w funkcje wykonawcze. Ponadto wejście aferentne (być może sprzężenie zwrotne GABAergiczne w neuronach dopaminergicznych, wskazane w prawym dolnym panelu) może również przyczynić się do dodatkowej regulacji funkcji dopaminergicznych u kobiet.

  

Rysunek 6

Hipotetyczny model wpływu estradiolu i testosteronu na ontogenezę układów dopaminowych przodomózgowia.

Istnieje jedno zastrzeżenie w interpretacji znaczenia tych odkryć dla uzależnienia. Główne zmiany w funkcji dopaminergicznej związane z dojrzewaniem obserwowaliśmy w prążkowiu grzbietowym. Neurony dopaminergiczne, które przemieszczają się z VTA do jądra półleżącego, mogą być ważniejsze dla początkowych faz wzmacniania leku (Koob 1996; McBride i in. 1999; Di Chiara 2002). Uważa się jednak, że wzrost dopaminy w prążkowiu grzbietowym ma kluczowe znaczenie dla przejścia z dobrowolnego zażywania narkotyków do nawykowego uczenia się, kluczowej fazy w rozwoju uzależnienia (Vanderschuren i Everitt 2004; Volkow i in. 2006; See et al. 2007; Dalley i Everitt 2009). Jedną z implikacji tych odkryć jest to, że podczas gdy wzmacniające działanie leków może nie być jednolicie większe w okresie dojrzewania, przejście na uzależniające wzorce zachowań może wystąpić szybciej u osób, które używają narkotyków we wczesnym okresie dojrzewania.

Pojawienie się różnic płciowych w funkcji dopaminergicznej nałożyło się na normalne wpływy rozwojowe. Dane te są ponownie zgodne z literaturą epidemiologiczną wykazującą, że młodzież obu płci jest bardziej narażona na eksperymentowanie i uzależnienie się od uzależniających narkotyków, ale kwestie związane z płcią pojawiają się również wraz z dojrzewaniem nastolatków. Ważnym pytaniem pozostaje behawioralne znaczenie osłabionej funkcji dopaminergicznej, która rozwija się w okresie dojrzewania u mężczyzn. Czy wiąże się to ze zwiększoną lub zmniejszoną podatnością na uzależnienie? Badania epidemiologiczne wskazują, że im wcześniej rozpocznie się zażywanie narkotyków (we wczesnym okresie dojrzewania, na początku okresu dojrzewania u mężczyzn), tym większe ryzyko uzależnienia od narkotyków w przyszłości. Jak rosnący poziom testosteronu wpływa na zachowania związane z przyjmowaniem narkotyków? Intrygujące badania, które sam testosteron sam podaje się poprzez działania obejmujące zarówno androgeny, jak i estrogeny, sugerują ważną rolę androgenu, który nie został jeszcze scharakteryzowany (Drewno 2004; Sato i in. 2008; Drewno 2008). Badania na zwierzętach, które badają samopodawanie leku u mężczyzn, którzy otrzymali kastrację przedpokwitaniową, mogą pomóc w odpowiedzi na te pytania.

Wsparcie udzielone przez NIDA DA019114 i 009079 jest wdzięcznie potwierdzone. Wszystkie doświadczenia na zwierzętach przeprowadzono zgodnie z protokołami zwierzęcymi zatwierdzonymi przez Duke University IACUC.