Stres i uzależnienie: wkład systemu uwalniania kortykotropiny (CRF) w neuroplastyczność (2012)

System czynnika uwalniającego kortykotropinę (CRF)

Wykazano, że CRF, znany również jako hormon uwalniający kortykotropinę (CRH), wywołuje różne zmiany behawioralne związane z adaptacją do stresu. Deregulacja systemu CRF w dowolnym momencie może prowadzić do różnych zaburzeń psychicznych, takich jak depresja, zaburzenie obsesyjno-kompulsywne, zespół stresu pourazowego i SUDs (Cole i in., 1990; Sarnyai i in., 1992, 2001; Cador i in., 1993; Koob and Kreek, 2007; Koob i Le Moal, 2008). Wykazano, że stres wywołany wstrząsem w stopie jest skuteczny w wywoływaniu przywrócenia alkoholu (Le i in., 1998, 2000; Gass and Olive, 2007; Richards i in., 2008), nikotyna (Buczek i in., 1999), kokaina (Erb i in., 1996), opiat i psycostymulanty (Lu i in., 2003) i heroina (Shaham i in., 1997) szukanie. W szczególności CRF wiązano z przywróceniem leku (Shaham i in., 1997; Le i in., 2002; Liu i Weiss, 2002; Funk i in., 2006). Wykazano również, że CRF wywołuje zachowania podobne do lęku podczas wycofywania z chronicznego etanolu (Baldwin i in., 1991; Overstreet i in., 2004) i może być odpowiedzialny za utrzymującą się podatność i ewentualny nawrót.

Połączenia System CRF składa się z czterech ligandów: CRF, urokortyna (UCN) (Vaughan i in., 1995) 1, 2 i 3, dwa receptory sprzężone z białkiem G (GPCR), receptor CRN 1 (CRF-R1) i receptor CRF 2 (CRF-R2), jak również wydzielane białko wiążące CRF (CRF- BP); patrz tabela Table11 i (Bale i Vale, 2004) do przeglądu systemu CRF.

Pierwotnie został zidentyfikowany jako czynnik podwzgórza odpowiedzialny za stymulowanie wydzielania hormonu adrenokortykotropowego (ACTH) z przedniego płata przysadki (Guillemin i Rosenberg, 1955; Saffran i in., 1955) gdzie stymuluje syntezę i wydzielanie glukokortykoidów z kory nadnerczy (Turnbull i Rivier, 1997). Jego nazwa została ustalona trzydzieści lat przed identyfikacją biochemiczną w latach osiemdziesiątych (Vale et al., 1981) natomiast jego identyfikator genu w Narodowym Centrum Informacji Biotechnologicznej (NCBI) to CRH. Jest to peptyd 4.7-kilo-Dalton (kDa) i składa się z reszt aminokwasowych 41. Neurony neurosekrecyjne jądra okołokomorowego (PVN) podwzgórza syntetyzują CRF (Meloni i in., 2005). CRF jest następnie uwalniany do doprowadzających naczyń krwionośnych wrotnych do przedniego przysadki mózgowej gdzie indukuje uwalnianie ACTH w krążeniu ogólnoustrojowym. Oś podwzgórze-przysadka-nadnercza (HPA) jest regulowana przez negatywne sprzężenie zwrotne z glukokortykoidów, które aktywują receptory glukokortykoidowe szczególnie w PVN i hipokampie. doRF jest także wyrażany poza osią HPA, aby kontrolować autonomiczne i behawioralne odpowiedzi na stresory (Palkovits i in., 1983; Swanson i in., 1983) w tym wywołane stresem przywrócenie poszukiwania narkotyków.

CRF pośredniczy w fizjologicznych reakcjach stresowych poprzez aktywację CRF-R1 i CRF-R2, które są rozmieszczone na obwodzie iw mózgu (De Souza, 1995; Bale and Vale, 2004). Uważa się, że wiązanie CRF z CRF-R jest mechanizmem dwuetapowym. N-koniec receptora początkowo wiąże się z C-końcem CRF, który inicjuje przegrupowanie receptora (Grace i in., 2007). N-koniec CRF kontaktuje się z innymi miejscami na receptorze, aby zainicjować sygnalizację komórkową (Vale i in., 1981; Rivier i in., 1984) iw konsekwencji aktywować białko G (Nielsen i in., 2000; Grace i in., 2004; Rijkers i in., 2004; Yamada i in., 2004; Hoare, 2005). Układ CRF zawiera inne peptydy o homologii strukturalnej do CRF. UCN 1 wykazuje identyczność sekwencji 45 z CRF i wiąże się z wysokim powinowactwem do obu podtypów receptora CRF (Perrin i in., 1995), podczas gdy CRF wiąże się z najwyższym powinowactwem do CRF-R1 (Vaughan i in., 1995; Burnett, 2005). UCN 2, znany również jako peptyd spokrewniony ze stresem, i UCN 3, znany również jako strescopina, wiążą się specyficznie z CRF-R2 (Hsu i Hsueh, 2001; Lewis i in., 2001; Reyes i in., 2001).

CRF-R1 ma reszty aminokwasowe 415 i ulega ekspresji na obwodzie iw OUN (Chang i in., 1993; Chen i in., 1993; Vita i in., 1993; Potter i in., 1994; Tsai-Morris i in., 1996; Sanchez i in., 1999; Van Pett i in., 2000). Przewlekły stres wywołany aktywacją CRF-R1 przez CRF jest związany z rozwojem zaburzeń lękowych (Arborelius i in., 1999); Wykazano, że antagoniści CRF-R1 zmniejszają zachowania podobne do lęku (Funk i in., 2007). Transgeniczne myszy z delecją CRF-R1 (myszy z knock out CRF-R1 (KO)) mają zmniejszoną reakcję na stres i niepokój, w celu uzyskania obszernego przeglądu (Bale and Vale, 2004). Ten efekt przeciwlękowy można jednak przypisać zmniejszeniu krążących glukokortykoidów w modelach przedklinicznych (Tronche i in., 1999). Wytworzono warunkową linię myszy KO w celu odróżnienia behawioralnych od szlaków sygnałowych CRF-R1, w których pośredniczy CRU neuroendokrynne. Selektywna inaktywacja struktur limbicznych, ale nie systemu HPA, wykazała, że ​​CRF-R1 moduluje zachowania podobne do lęku i jest niezależne od HPA (Muller i in., 2003). Ponadto uważa się, że CRF-R1 zwiększa podatność na zachowania związane z nawrotami alkoholu (Hansson i in., 2006; Heilig i Koob, 2007). Ostatnie badanie oceniało rolę CRF zarówno w HPA, jak i poza nim, wykazało, że CRF poprzez sygnalizację CRF-R1 może mieć przeciwny wpływ na konsumpcję alkoholu związaną ze stresem (Molander i in., 2012).

CRF-R2 ma trzy warianty: α, β i γ. Α składa się z reszt aminokwasowych 411, a β składa się z reszt aminokwasowych 413 – 418. Oba znajdują się w mózgu i na peryferiach; jednakże CRF-R2β występuje głównie w sercu i układzie naczyniowym (Lovenberg i in., 1995,b; Kimura i in., 2002; Burnett, 2005). Wariant γ jest mniejszym peptydem zawierającym tylko reszty aminokwasowe 397 i występuje tylko w ludzkim mózgu (Kostich i in., 1998). Dokładna rola CRF-R2 w regulacji reakcji na stres jest przedmiotem intensywnych badań. Badania genetycznego modelu mysiego z delecją CRF-R2 (myszy CRF-R2 KO) wykazały, że aktywacja CRF-R2 przez CRF może prowadzić albo do zwiększonej albo zmniejszonej odpowiedzi na stresory (Bale i in., 2000, 2002; Coste i in., 2000; Kishimoto i in., 2000).

Brak specyficznych surowic odpornościowych, które wspierają eksperymenty immunohistochemiczne i niska rozdzielczość podejść wiążących ligand, ograniczył badania w celu wyjaśnienia rozkładu CRF-R i ograniczenia analizy na poziomie mRNA. Aby przezwyciężyć tę przeszkodę, z powodzeniem wygenerowano transgeniczną mysz, która zgłasza ekspresję CRF-R1 za pomocą zielonego białka fluorescencyjnego (GFP), dostarczając nowe narzędzie do badania roli sygnalizacji CRF-R1 w adaptacji stresu (Justice i in., 2008).

CRF-BP jest rozpuszczalnym w wodzie białkiem 37 kD i składa się z reszt aminokwasowych 322 (Bale i Vale, 2004). Jest to wydzielana glikoproteina, skutecznie przechowywana w granulkach wydzielniczych i uwalniana do przestrzeni zewnątrzkomórkowej poprzez egzocytozę (Blanco i in., 2011). Zawiera oligosacharydy typu N-asparginy, które są krytyczne dla wiązania CRF-BP z CRF (Suda i in., 1989). Poprzednie próby identyfikacji małocząsteczkowych inhibitorów CRF-BP dawały ograniczony sukces z powodu częściowo wysokiego powinowactwa (pikomolarnego) wiązania CRF z CRF-BP (Behan i in., 1995), a także ponieważ CRF-BP pełnej długości (FL) jest podatny na proteolizę autokatalityczną (Woods i in., 1999). Spontaniczne cięcie proteolityczne daje większy N-końcowy fragment 27 kD, CRF-BP (27 kD), który zachowuje miejsce wiązania dla CRF i mniejszy, C-końcowy fragment 9.6 kD, CRF-BP (10 kD) (Woods i in., 1999) bez widocznej roli fizjologicznej lub patologicznej. Unikalne miejsce cięcia w CRF-BP (FL) zostało zidentyfikowane między resztami aminokwasowymi seryny 234 i alanine 235. Wytwarzanie dwóch fragmentów sprawiło, że niezwykle trudno jest skutecznie oczyścić wystarczające ilości CRF-BP (FL) w celu zbadania fizjologicznych właściwości natywnego białka. CRF-BP jest rozprowadzany w osoczu, płynie owodniowym i maziowym, łożysku, przysadce mózgowej, wątrobie oraz w kilku różnych obszarach mózgu, w tym korze mózgowej, hipokampie (Behan i in., 1995), ciało migdałowate (Herringa i in., 2004) i VTA (Wang i Morales, 2008). Na obwodzie krążący CRF-BP neutralizuje fizjologiczne działanie CRF (Kemp i in., 1998). Ze względu na wysokie powinowactwo do CRF uważa się, że CRF-BP odgrywa rolę bufora, zmniejszając ilość wolnego CRF. Jednak w mózgu CRF-BP jest głównie związany z błoną i ulega ekspresji w różnych ilościach w neuronach i komórkach neuroglialnych (Behan et al., 1995b). W obrębie komórek neuronalnych ostatnie odkrycia wykazały, że dyskretne subpopulacje neuronów dopaminergicznych VTA i kwasu γ-aminomasłowego (GABAergicznych) wyrażają CRF-BP (Wang i Morales, 2008). Fizjologiczna rola CRF-BP w ośrodkowym układzie nerwowym (CNS) jest nadal niejasna. Ponadto teorie sugerują, że CRF-BP może wspomagać klirens CRF z organizmu i może również chronić CRF przed degradacją (Seasholtz i in., 2002). Badania genetycznego modelu mysiego z delecją CRF-BP (myszy CRF-BP KO) wykazały wzrost zachowań lękowych (Karolyi i in., 1999). mibadania lektrofizjologiczne wykazały, że CRF sygnalizuje przez CRF-R2, aby wzmocnić pobudzające prądy postsynaptyczne N-metylo-D-asparaginianu (NMDA) w VTA (Ungless i in., 2003). Ponadto, używając CRF (6 – 33), peptydu, który konkuruje z CRF w miejscu wiązania CRF-BP, ale nie wiąże się z CRF-R2, wykazano, że blokuje on indukowane przez CRF wzmocnienie EPSC za pośrednictwem NMDAR (Ungless i in., 2003). Podsumowując, wyniki te sugerują, że CRF-BP ma zróżnicowaną rolę w modulowaniu systemu CRF. Jak opisano przez in vitro i in vivo badania, oczyszczanie ludzkiego CRF-BP (FL) w wystarczających ilościach do badań nie zakończyło się dotychczas sukcesem (Woods i in., 1997). Nie istniały żadne narzędzia badawcze pozwalające scharakteryzować rolę CRF-BP w CNS poprzez ekspresję CRF-BP na powierzchni komórki. Dlatego nie było możliwe ustalenie, czy CRF-BP uczestniczy w sygnalizacji CRF-R2. Podsumowanie zaangażowania wiązania CRF w zachowanie uzależniające opisano w tabeli Table22.

Komórkowe zaangażowanie CRF w ciele migdałowatym

Uważa się, że ciało migdałowate jest kluczowym obszarem mózgu dla reakcji emocjonalnej i ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia afektywnego znaczenia informacji sensorycznej (Adolphs i in., 1994; LeDoux, 2003; Phelps i LeDoux, 2005). Negatywne reakcje afektywne badano w określonych jądrach ciała migdałowatego, badając warunkową reakcję strachu (Davis, 1992,b). Ciało migdałowate jest szeroko połączone z innymi regionami limbicznymi, w których uczestniczy w integracji informacji sensorycznych i poznawczych (LeDoux, 1992, 1993). Dowody eksperymentalne silnie sugerują, że narkotyki działają na ten system i mogą modyfikować zdarzenia synaptyczne, szczególnie podczas wycofywania. Podczas gdy VTA wiąże się ze wzmocnieniem działania etanolu (Gatto i in., 1994), aktywacja układu GABAergicznego została powiązana z działaniem anksjolitycznym alkoholu (Frye and Breese, 1982). Oprócz obwodów nagradzających skorupę NAcc i regionów mózgu aktywowanych przez stresor farmakologiczny, takich jak johimbina i wstrząs stopy okazały się specyficzne w podstawno-bocznych i centralnych jądrach jądra migdałowatego, a jądro złoża stria terminalis (BNST) (Funk i in., 2006). Badania przedkliniczne wykazały, że ekspozycja i odstawienie etanolu wywołuje zmiany funkcjonalne i biochemiczne w ciele migdałowatym szczurów, wykazując, że ten obwód jest zaangażowany w długoterminowe wzrosty zachowania lękowego po przewlekłej ekspozycji na etanol (Christian i in., 2012).

Ciało migdałowate pośredniczy w uwarunkowanych i nieuwarunkowanych reakcjach na bodźce awersyjne (Davis i Whalen, 2001) i zostało zbadane za pomocą warunku strachu Pawłowa przez sparowanie bodźca warunkowego z awersyjnym bodźcem bezwarunkowym. Ponowna ekspozycja nieuwarunkowanego bodźca wywołuje uwarunkowaną reakcję strachu wyprowadzoną przez stowarzyszenie uwarunkowane bezwarunkowe (Pitts i in., 2009). Sygnał asocjacji ma miejsce w bazolateralnym ciele migdałowatym (BLA), a następnie przekazywany jest do centralnego jądra ciała migdałowatego (CeA) (McDonald, 1998; Maren, 1999; Davis i Shi, 2000; Pitkanen i in., 2000; Pare i in., 2004). Ten proces transmisji obejmuje zarówno pozytywne, jak i negatywne skojarzenia.

Wszystkie składniki systemu CRF, CRF, CRF-R i CRF-BP ulegają ekspresji w ciele migdałowatym (Potter i in., 1994). faco więcej, ciało migdałowate jest głównym pozamózgowym źródłem neuronów zawierających CRF (Palkovits i in., 1983; Van Pett i in., 2000). Zarówno jądra BLA, jak i jądra CeA odgrywają rolę w reakcji na stres (Richter i in., 1995; Merali i in., 1998; Koob i Heinrichs, 1999). Obszerne badania wykazały, że System CRF uczestniczy w konsolidacji pamięci, która obejmuje obwód BLA-CeA (Roozendaal i in., 2002; Hubbard i in., 2007). Zaobserwowano, że uwalnianie CRF w ciele migdałowatym zwiększa się podczas ostrego odstawienia (Richter i Weiss, 1999); w związku z tym, wysunięto hipotezę, że CRF może modulować plastyczność synaptyczną wywołaną lekiem (Ungless i in., 2001, 2003) i na ostatnią recenzję, zobacz (Luscher i Malenka, 2011). Podstawa neuronalna dla wzmocnienia negatywnego jest mniej zrozumiała; jednak nowsze badania behawioralne wykazały, że CRF jest zdolny do wzmacniania pobudzających prądów synaptycznych przez CRF-R1 w CeA dwa tygodnie po odstawieniu kokainy (Pollandt i in., 2006).

Niedawne badania wykazały, że CRF-R1 specyficznie pełni dwukierunkową rolę w lęku (Refojo i in., 2011). Podczas gdy delecja CRF-R1 w neuronach dopaminergicznych w śródmózgowiu zwiększa zachowania lękopodobne i zmniejsza uwalnianie dopaminy w korze przedczołowej, delecja CRF-R1 w glutamanergicznej sieci neuronalnej przodomózgowia zmniejsza niepokój i zakłóca transmisję w ciele migdałowatym i hipokampie (Refojo et glin., 2011).

Rola CRF była również szeroko oceniana w dobrowolnym spożyciu etanolu przy użyciu ekspresji genów i zmienności genetycznej w modelach przedklinicznych, patrz (Bjork i in., 2010) do obszernego przeglądu. U zwierząt wystawionych na działanie etanolu spożycie etanolu zmniejszono przez podawanie antagonisty CRF-R1 i badano stosując interwencje farmakologiczne, które zmniejszają zachowania podobne do lęku (Logrip i in., 2011; Zorrilla i Koob, 2012). Zmniejszenie spożycia etanolu obserwowano także u myszy transgenicznych z delecją CRF-R1 (CRF-R1 KO) (Chu i in., 2007). Antagoniści CRF-R1 zmniejszają lęk związany z odstawieniem leku i łagodzą negatywne działanie wzmacniające etanolu związane z przedłużoną ekspozycją na etanol (Ghitza i in., 2006; Marinelli i in., 2007; Li i in., 2007; Koob i Le Moal, 2008b; Richards i in., 2008). Wykazano, że inhibitory CRF-R1 łagodzą wywołany stresem nawrót do kokainy i heroiny u wyszkolonych zwierząt (Shaham i in., 1998) oraz w celu zmniejszenia uzależnienia od stresu i wywołanej stresem reaktywacji warunkowej preferencji miejsca w wielu uzależniających lekach (Koob i Zorrilla, 2010).

Oświadczenie o konflikcie interesów

Autorzy oświadczają, że badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek powiązań handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.