Komentarz: W mysim modelu choroby Parkinsona ćwiczenia na bieżni zwiększyły poziom receptorów dopaminy D2. Uzależnienia powodują spadek liczby receptorów D2, co częściowo jest przyczyną odczulania. Kolejny powód do ćwiczeń.
zaburzenia ruchowe
Tom 25, numer 16, strony 2777-2784, 15 grudzień 2010
Abstrakcyjny
Celem obecnego badania było zbadanie zmian w ekspresji receptora dopaminy D2 (DA-D2R) w zwojach podstawy myszy MPTP poddanych intensywnym ćwiczeniom na bieżni. Wykorzystanie zachodniej analizy immunoblotów synaptoneurosomów i in vivo obrazowanie metodą pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) za pomocą ligandu specyficznego dla DA-D2R [18F] fidepride, stwierdziliśmy, że ćwiczenia na bieżni o wysokiej intensywności doprowadziły do zwiększenia ekspresji prążkowia DA-D2R, która była najbardziej wyraźna w MPTP w porównaniu do myszy leczonych solą fizjologiczną. Zmiany wywołane wysiłkiem w DA-D2R w ząbkach podstawnych zubożonych w dopaminę są zgodne z potencjalną rolą tego receptora w modulacji funkcji średnich neuronów spiny (MSN) i odzyskiwania behawioralnego. Co ważne, ustalenia z tego badania potwierdzają racjonalne uzasadnienie zastosowania obrazowania PET za pomocą [18F] w celu zbadania zmian DA-D2R u osób z chorobą Parkinsona (PD) przechodzących intensywne treningi na bieżni.
Ćwiczenie poprawia sprawność motoryczną u pacjentów z chorobą Parkinsona (PD).1-3 Modele zwierzęce, takie jak mysz 1-metylo-4-fenylo-1,2,3,6-tetrahydropirydyna (MPTP), stanowią krytyczne narzędzie do badania molekularnych mechanizmów poprawy sprawności motorycznej wywołanej wysiłkiem fizycznym.4-6 Receptory dopaminowe D1 i D2 (DA-D1R i DA-D2R) są głównym celem dopaminy w prążkowiu średnich neuronów spiny (MSN) i modulują właściwości fizjologiczne i sygnalizację komórkową. Konkretnie, DA-D2R odgrywa główną rolę w długotrwałej depresji (LTD), formie plastyczności synaptycznej, która obejmuje integrację neurotransmisji glutaminergicznej i dopaminergicznej prowadzącej do kodowania funkcji motorycznej w prążkowiu grzbietowo-bocznym. Biorąc pod uwagę rolę DA-D2R w kontroli motorycznej, staraliśmy się zbadać, czy zwiększona poprawa sprawności ruchowej spowodowana jest po części zwiększeniem ekspresji prążkowia DA-D2R.
Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) - obrazowanie za pomocą wskaźników promieniotwórczych DA-D2R oferuje możliwość prowadzenia badań podłużnych na temat wpływu ćwiczeń na ludzi. Poprzednie badania z ćwiczeniami aerobowymi podjęły próbę pomiaru uwalniania dopaminy u zdrowych osób7 i brak zmian w wiązaniu [11C] rakloprid został zaobserwowany, co skłoniło autorów do sugestii, że nastąpiła niewielka zmiana poziomu dopaminy. Nie badano jednak wpływu ćwiczeń na ekspresję DA-D2R i aktywność synaptyczną. Ligand do obrazowania PET [18F] fidepride jest doskonałym narzędziem do badania tego ze względu na jego wysokie powinowactwo i swoistość zarówno dla DA-D2R, jak i DA-D3R, w przeciwieństwie do [11C] rakloprid, nie jest łatwo zastępowany przez poziomy wyjściowe endogennej dopaminy.7-10 Potwierdziło to wstępne traktowanie zwierząt przez rezerpinę (w celu zubożenia endogennej dopaminy), które nie miały wpływu na [18F] wiążące ze względu na związek,9,11 ale znacznie wzrosła [11C] wiązanie raklopridu8 przypisano to zmianie pozornego powinowactwa wiązania (Kd) zamiast numeru receptora (Bmax).
Jako potencjał wiążący (BP) z [18F] fidepride jest odporny na zmiany spowodowane wyczerpaniem dopaminy, co sugeruje niewielki wpływ na jego działanie Kd or Bmax w stanie wyjściowym lub wyczerpanym wykorzystaliśmy [18F] fidepride do sprawdzenia naszej hipotezy, że ekspresja DA-D2R wzrasta w modelu myszy MPTP z intensywnym wysiłkiem fizycznym.9,10,12,13 Ponadto, aby wesprzeć nasze metody obrazowania PET, wykorzystaliśmy technikę komplementarną analizy immunoblotów zachodnich preparatów synaptoneurosomalnych do pomiaru zmian ekspresji białka DA-D2R na poziomie synaps u tych samych zwierząt. Podajemy tutaj efekty ćwiczenia na wyrażenie DA-D2R i [18F] w grupach myszy leczonych solą fizjologiczną lub MPTP.
METODY
Zwierzęta, grupy lecznicze i administracja MPTP
Samce myszy C57BL / 6 8 tygodni (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) trzymano grupowo w pomieszczeniu o kontrolowanej temperaturze w cyklu 12 h światła / 12 h ciemności. Wszystkie procedury zostały przeprowadzone zgodnie z Przewodnikiem NIH dla opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych zatwierdzonym przez USC IACUC. Łącznie myszy 164 użyto w czterech grupach terapeutycznych: (1) roztwór soli (n = 42), (2) roztwór soli plus ćwiczenie (n = 55), (3) MPTP (n = 57) i (4) MPTP plus ćwiczenie (n = 42). W celu uszkodzenia myszy otrzymały cztery dootrzewnowe iniekcje 20 mg / kg MPTP (wolnej zasady, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) rozpuszczone w roztworze 0.9% soli, w odstępach 2-h lub czterech wstrzyknięć dootrzewnowych 0.1 ml 0.9% NaCl jako kontrola. Uszkodzenie zostało potwierdzone przez analizę HPLC poziomu dopaminy w prążkowiu. W dniach 10 po podaniu MPTP stwierdzono ubytek dopaminy 82.2% u myszy MPTP (48.0 ± 8.4 ng / mg białka) w porównaniu z myszami z solą fizjologiczną (269.5 ± 24.9 ng / mg białka). Pod koniec badania nie stwierdzono istotnych różnic w poziomach dopaminy w prążkowiu między MPTP i ćwiczącymi myszami (69.8 ± 11.7 ng / mg białka) w porównaniu z MPTP (77.9 ± 12.0 ng / mg białka). Jednakże zaobserwowano znaczny wzrost dopaminy prążkowia w soli fizjologicznej i myszy wysiłkowych (315.2 ± 9.0 ng / mg białka) w porównaniu z solą fizjologiczną (246.9 ± 19.8 ng / mg białka) (F(3,16) = 7.78; P < 0.05).
Ćwiczenie na bieżni
Ćwiczenie rozpoczęło się 5 dni po uszkodzeniu. Myszy z dwóch grup ćwiczeń (solanka plus ćwiczenia i MPTP plus ćwiczenia) zostały przeszkolone do biegania na bieżni zmotoryzowanej 100-cm (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) z przyrostowymi prędkościami dla 6 tygodni (5 dni / tydzień), aby osiągnąć czas trwania 60 min / dzień i prędkość 18-20 m / min.5,6
Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego
Trójwymiarowy, objętościowy obraz rezonansu magnetycznego T1 (MR) mózgu myszy uzyskano za pomocą układu mikro-MRI 7-T (Bruker Biospin, Billerica, MA). Parametry akwizycji obrazu: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, grubość przekroju 0.4-mm, grubość pośrednia 0.45-mm, 128 × 128 × rozmiar matrycy 128.
Radiochemia
Synteza [18F] fidepride przeprowadzono jak opisano uprzednio przez reakcję podstawienia nukleofilowego prekursora tosylu z18F] przy użyciu specjalnie wykonanego aparatu do radiochemii.12 Oczyszczanie osiągnięto za pomocą HPLC z odwróconymi fazami na kolumnie C8 (2) Phenomenex Luna, stosując jako fazę ruchomą acetonitryl i bufor fosforanu sodu jako fazę ruchomą (55: 45). Absorbancja UV była mierzona przy 254 nm i AUFS 0.05. Pik radioaktywny (czas retencji 17 min) odpowiadający [18F] Fallypride, zebrano i usunięto rozpuszczalnik na wyparce obrotowej. Produkt końcowy zbadano pod względem pirogenności, sterylności, pH i usunięcia rozpuszczalników organicznych za pomocą chromatografii gazowej. Specyficzną aktywność i czystość radiochemiczną oceniano za pomocą systemu Waters HPLC z zastosowaniem analizy C8 (2) Phenomenex Luna. Specyficzna aktywność była w zakresie 3,000-12,000 Ci / mmol.
Pomiary PET i analiza obrazu
Dwadzieścia myszy użyto do obrazowania PET (n = roztwór soli 6, n = roztwór soli 3 plus aktywność fizyczna, n = 5 MPTP i n = 6 MPTP plus aktywność fizyczna). Skany uzyskano za pomocą skanera Concorde microPET R4 (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) z protokołem pozyskiwania w trybie listy 60-min po skanowaniu transmisji 20-min w celu korekty tłumienia za pomocą 68Źródło Ge. [18F] fidepride (10.92-11.28 MBq) wstrzyknięto przez żyłę ogonową (pojedynczy bolus) na początku skanowania emisji. Myszy znieczulono za pomocą 2% izofluranu i 98% tlenu. Dane trybu dynamicznej listy zostały posortowane do sinogramów z ramkami 26 (6 × 20 s, 4 × 40 s, 6 × 1 min i 10 × 5 min) i zrekonstruowane przez dwie iteracje OSEM (maksymalizacja oczekiwań podzbiorów uporządkowanych), a następnie 18 iteracje algorytmu rekonstrukcji MAP (maksymalnie a posteriori).14 Zrekonstruowane obrazy zostały przycięte, aby zawierały głowę i liniowo interpolowane w Z-kierunku, aby wytworzyć obraz 128 × 128 × 63 z izotropowym 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 woksele. Obrazy prążkowia o wysokiej rozdzielczości (BP) o wysokiej rozdzielczości zostały obliczone na podstawie zrekonstruowanych dynamicznych obrazów przy użyciu modelu referencyjnego tkanki wielowierszowej15 i wykresy Logana16 z wysoką aktywnością prążkowia i bardzo niską aktywnością móżdżku (region referencyjny). Anatomiczne regiony (prążkowie i móżdżek) zostały ręcznie zdefiniowane na obu półkulach w obrazach PET zarejestrowanych w rezonansie magnetycznym za pomocą Rview (wersja 8.21Beta).17 Kwantyfikacja określonego wiązania [18F] Fidepride w prążkowiu myszy przeprowadzono przy użyciu wartości BP, która zapewnia miarę stosunku specyficznego / niespecyficznego wiązania w równowadze.18,19 W celu wykazania specyficzności wiązania w prążkowiu, cztery myszy zebrano 60 min po wstrzyknięciu liganda, mózgi szybko zamrożono w ciekłym azocie, podzielono na 30-μm grubości i fragmenty nałożono na fosfo-imager (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway , NJ) (Rys. 1). Badania wykazały, że [18F] fidepride wiąże się swoiście z DA-D2R, a ponieważ bardzo mało DA-D3R znajduje się w prążkowiu, wiązanie wskazuje na obłożenie DA-D2R.9,10,12,13
Kolekcja tkanek do analizy HPLC i białek
Pod koniec badania mózgi szybko usunięto i prążek grzbietowy wycięto na świeżo, odpowiadając anatomicznym regionom od bregma 1.2 do 0.6 z ciałem modzelowatym jako grzbietową granicą, bocznym aspektem ciała modzelowatego jako boczną granicą i powyżej przedniej spo- granica brzuszna.20
Analiza HPLC dopaminy i jej metabolitów
Poziomy dopaminy w homogenatach prążkowia (n = 4 na grupę) określono metodą HPLC z detekcją elektrochemiczną.6 System składał się z automatycznego próbnika ESA (ESA, Chelmsford, MA) wyposażonego w kolumnę C-150 3.2 x 18 mm o odwróconej fazie (średnica 3μm) i CoulArray 5600A (ESA, Chelmsford, MA), wyposażoną w cztery -kanała analityczna z potencjałami ustawionymi na -75, 50, 220 i 350 mV.
Analiza Western Immunoblot
Wpływ ćwiczeń na ekspresję synaptyczną DA-D1R i DA-D2R analizowano w preparatach synaptoneurosomu przygotowywanych z ośmiu połączonych dorso-bocznych prążkowia.21 Tę procedurę przeprowadzono na trzech zestawach myszy dla całkowitej liczby myszy 24 na grupę eksperymentalną (n = 3 preps na grupę). Względna ekspresja białek dla DA-D1R (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), hydroksylazy tyrozynowej (58 kDa), transportera dopaminy (68 kDa) i α-tubuliny (50 kDa) (jako kontrola obciążenia) zostały przeanalizowane przez Western immunoblot22 z zastosowaniem dostępnych w handlu przeciwciał pierwotnych (króliczych przeciwciał poliklonalnych i mysich monoklonalnych, Millipore, Temecula, CA). Prążki białek wizualizowano za pomocą oczyszczonych przez powinowactwo kozich anty-króliczych lub przeciw-mysich wtórnych przeciwciał skoniugowanych z IRDye.680 lub IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Sygnał fluorescencyjny wykrywano przez skanowanie filtra w platformie obrazowania LI-COR Odyssey w pobliżu podczerwieni i oznaczano ilościowo przy użyciu oprogramowania Odyssey 2.1 (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Wyniki przedstawiono jako względne poziomy ekspresji w porównaniu z grupą soli fizjologicznej (ustawioną na 100%).
Analiza statystyczna
Różnice między grupami w BP z [18Poziomy F] pospolitego, DA-D1R i DA-D2R analizowano stosując dwukierunkową analizę wariancji (ANOVA) z leczeniem jako czynnik podmiotowy (roztwór soli vs. MPTP), i wysiłek fizyczny jak w czynniku podmiotowym (bez wysiłku vs. ćwiczenie). W celu uzyskania maksymalnego testu prędkości na bieżni wykorzystano czas pomiędzy czynnikiem osobniczym (tydzień 1, 2, itd.), A leczenie stosowano jako czynnik podmiotowy (roztwór soli w stosunku do MPTP). Test post hoc Bonferroniego zastosowano do skorygowania wielokrotnych porównań przy ocenie istotności zainteresowania. Poziom istotności został ustawiony na P <0.05. Aby zbadać praktyczne znaczenie różnic między grupami, oszacowano wielkość różnic między grupami przy użyciu wielkości efektu (ES) (ES = ŚredniaGrupa 1 - OznaczaćGrupa 2/ SDpołączone). ES odzwierciedla wpływ leczenia na populację będącą przedmiotem zainteresowania i jest zgłaszany zgodnie z ustalonymi kryteriami jako mały (<0.41), średni (0.41–0.70) lub duży (> 0.70).23 Analizę przeprowadzono przy użyciu Prism5 dla Windows (GraphPad, San Diego, CA).
WYNIKI
Ćwiczenie na bieżni o wysokiej intensywności Poprawione zachowanie motoryczne u myszy z MPTP
Przed zmianą MPTP i rozpoczęciem ćwiczeń, średnie prędkości początkowe wszystkich myszy w dwóch grupach ćwiczeń były podobne (solanka i ćwiczenia: 11.7 ± 1.1 m / min oraz MPTP plus ćwiczenie: 11.2 ± 1.1 m / min). Codzienne ćwiczenia dla 6 poprawiły maksymalne prędkości bieżni w obu grupach ćwiczeń z solą fizjologiczną i myszami ćwiczącymi o znacznie większej maksymalnej prędkości w porównaniu do myszy MPTP i ćwiczeń fizycznych w tygodniach od 1 do 4 (Rys. 2). Jednak myszy MPTP i ćwiczenia wysiłkowe miały podobne maksymalne prędkości bieżni jak sól fizjologiczna i myszy ćwiczące w tygodniu 5 (MPTP plus ćwiczenie: 17.2 ± 3.6 m / min i roztwór soli plus ćwiczenie: 22.0 ± 1.5 m / min) i tydzień 6 (19.2 ± 1.2 m / min i 22.2 ± 0.9 m / min, odpowiednio). Jak wcześniej podano, myszy z uszkodzeniem MPTP, które nie były poddane treningowi na bieżni, nie wykazywały spontanicznego odzyskiwania zachowania motorycznego przy maksymalnej prędkości 7.0 ± 0.3 m / min na koniec okresu ćwiczeń 6-tydzień.5
Bieżnia o wysokiej intensywności Ćwiczenie Zwiększona prążkowia DA-D2R, ale nie proteina DA-D1R
Ćwiczenie na bieżni o dużej intensywności miało różny wpływ na poziomy DA-D2R i DA-D1R w preparatach synaptoneurosomalnych z prążkowia grzbietowego, co wykazano w analizie Western blot (Rys. 3). Myszy MPTP plus ćwiczenia wykazywały wzrost 48.8% prążkowia DA-D2R w porównaniu z myszami MPTP (Rys. 3B) i znaczącą interakcję między wysiłkiem fizycznym a uszkodzeniem MPTP na poziomie białka DA-D2R (F(1,8) = 6.0; P <0.05). I odwrotnie, wysiłek fizyczny nie wpływał na poziom białka DA-D1R między grupami (Rys. 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Samo uszkodzenie MPTP nie zmieniło znacząco DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) lub wyrażenie DA-D1R (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Ponadto dwa różne markery białkowe integralności włókien dopaminergicznych śródmózgowia, hydroksylaza tyrozynowa (TH; Rys. 3C) i transportera dopaminy (DAT; Rys. 3D), wykazało, że MPTP znacząco obniża prążkowia białko TH (F(1,8) = 757.3; P <0.05) i wyrażenie DAT (F(1,8) = 218.0; P < 0.05).
Bieżnia o wysokiej intensywności Ćwiczenia zwiększają napięcie mięśniowe [18F] Binding Fidepride Potential (BP)
Podczas gdy analiza Western immunoblotting ekspresji białka receptorowego mierzyła całkowite epitopy przeciwciał (zarówno powierzchniowe, jak i wewnętrzne magazyny komórkowe), in vivo Obrazowanie PET za pomocą radioligandu specyficznego dla DA-D2R o dużym powinowactwie [18F] fidepride może określić wpływ ćwiczeń na dostępność DA-D2R do wiązania liganda (Rys. 4). Analiza statystyczna wykazała istotny wpływ ćwiczeń (F(1,16) = 12.3; P <0.05), jak również uszkodzenie MPTP (F(1,16) = 160.3; P <0.05) bez istotnej interakcji między MPTP a ćwiczeniami (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) w [18F] Fallypride BP. Analiza post hoc Bonferroniego wykazała istotną różnicę w wartościach BP między MPTP i MPTP oraz myszami ćwiczącymi (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01) i brak istotnej różnicy między myszami z solą fizjologiczną i solą fizjologiczną plus ćwiczeniami (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). W szczególności myszy MPTP plus ćwiczenia miały 73.1% wzrost [18F] Fallypride BP w porównaniu do myszy MPTP (średnie wartości BP dla MPTP plus ćwiczenia: 7.1 ± 0.7; średnie wartości BP dla myszy MPTP: 4.1 ± 0.3) (Rys. 4B). Ponadto, roztwór soli i myszy wysiłkowe miały wzrost o 8.2% w [18F] Fallypride BP (13.2 ± 1.0) w porównaniu do myszy solnych (12.2 ± 0.3). Zgodnie z tymi odkryciami obliczenia "wielkości efektu" ujawniły większy efekt ćwiczeń między grupami MPTP (ES = 2.61) niż obserwowano pomiędzy grupami solnymi (ES = 0.94).
DYSKUSJA
Badanie to pokazuje, że ćwiczenia na bieżni o wysokiej intensywności prowadzą do zwiększenia [18F] Fallypride BP (dostępność DA-D2R) w prążkowiu myszy traktowanych MPTP. Odwrotnie, nie było znaczącej zmiany w całkowitym stężeniu dopaminy w prążku między MPTP i ćwiczeniami w porównaniu z MPTP bez myszy ćwiczących. [18F] fidepride jest wysoce selektywnym antagonistą DA-D2 / D3R, którego BP odzwierciedla in vivo miara dostępnych receptorów (Bmax) / powinowactwo wiązania (Kd). Ponieważ DA-D2R są dominującym podtypem receptora dopaminy w prążkowiu grzbietowym, wywołany wysiłkiem wzrost [18F] Fidefide BP oznacza wzrost liczby DA-D2R i jest wspierany przez wzrost ekspresji białka przy użyciu immunoblottingu Western i nasze poprzednie badania pokazujące wzrost prokomórkowej ekspresji transkryptu mRNA DA-D2R przy użyciu histochemii hybrydyzacji in situ.5 Ta interpretacja podniesienia BP jest dodatkowo poparta faktem, że przesunięcie [18F] nie jest prawdopodobne, by fumorbowapeptyd przez dopaminę wystąpił u myszy MPTP, ponieważ poziomy dopaminy pozostają niskie.24 Stąd, zmiany pozornego powinowactwa wiązania (Kd) są nieistotne i prawdopodobnie nie będą miały wpływu na BP. Zwiększony efekt ćwiczeń u myszy MPTP może odzwierciedlać próbę zranionego mózgu, aby zoptymalizować neurotransmisję dopaminergiczną poprzez zwiększenie liczby receptorów, podczas gdy poziomy dopaminy pozostają zubożone. Zwiększona reakcja myszy MPTP na wysiłek fizyczny ujawnia większy potencjał urazowego w stosunku do nienaruszonego mózgu, który ulega neuroplastyczności, co może nie być istotne, gdy zespół obwodów prążkowanych jest nienaruszony. Fakt, że poziomy dopaminy nie zmieniają się znacząco wraz z ćwiczeniami u myszy MPTP sugeruje, że zmiany kompensacyjne w DA-D2R mają kluczowe znaczenie dla poprawy sprawności motorycznej związanej z ćwiczeniami.
Przy użyciu obrazowania PET obserwowano spadek DA-D2R BP po uszkodzeniu MPTP w stosunku do myszy leczonych solą fizjologiczną. Było to w przeciwieństwie do Western immunoblotting, w którym nie zaobserwowano zmiany ekspresji białka DA-D2R. DA-D2R występuje w dynamicznej równowadze między przedziałami powierzchniowymi i wewnątrzkomórkowymi, przy czym ten ostatni nie jest ogólnie dostępny do wiązania z radioligandami PET. W stanie zubożonym w dopaminę mechanizmy wyrównawcze mogą prowadzić do zmian wewnątrzkomórkowej puli dla DA-D2R, która może być niedostępna dla [...]18F] są wiążące fizycznie, ale jeszcze dostępne do wykrywania w zachodniej immunoblottingu.
W przeciwieństwie do naszych wyników, zaobserwowano kompensacyjny wzrost DA-D2R u osób z PD i po podaniu MPTP u naczelnych innych niż człowiek, lub u 6-OHDA u szczurów.25 W literaturze, utrata DA-D2R jest podobno spowodowana degeneracją neuronów dopaminergicznych, podczas gdy wzrost DA-D2Rs wynika ze zwiększonej ekspresji na pozostałych końcach dopaminergicznych i / lub zwiększonej syntezy w neuronach prążkowatoidowych lub interneuronach cholinergicznych. Ta rozbieżność między badaniem PET a literaturą może wynikać z różnic w nasileniu zmiany między badaniami.11 Konkretnie, utrata większej liczby presynaptycznych DA-D2R przez indukowaną przez MPTP utratę komórek może być wystarczająca do zrównoważenia wszelkich postsynaptycznych zmian kompensacyjnych wywołanych samą zmianą. Alternatywnie, nasza niezdolność do zaobserwowania wzrostu DA-D2R BP i poziomów ekspresji u myszy MPTP (niezwiązanych z ćwiczeniami) może wynikać ze skromnego powrotu poziomu dopaminy pod koniec badania (82% wyczerpanie dopaminy w 10 dni w porównaniu do 68 % wyczerpania w 42 dniach postlesion). Jest to jednak mało prawdopodobne, ponieważ myszy ćwiczące MPTP plus, które również wykazywały niewielką poprawę poziomu dopaminy (nie różniły się istotnie od myszy MPTP bez wysiłku fizycznego) miały wzrost DA-D2R BP.
Większość DA-D1R i D2R ulegają ekspresji na dendrytycznych grzbietach MSN z dodatkowymi receptorami wyrażonymi na neuronalnych neuronach cholinergicznych i na końcach neuronów glutaminergicznych i dopaminergicznych pochodzących odpowiednio z kory (lub wzgórza) i istoty czarnej odpowiednio pars compacta.26 Główną rolą dopaminy jest modulowanie neurotransmisji glutaminergicznej kortykostriatalnej lub wzgórzowo-mięśniowej w MSN. Neutralizacja glutaminergiczna jest wzmacniana przez DA-D1R i zmniejszana przez DA-D2R.27-29 W warunkach wyczerpania dopaminy, kolce i połączenia synaptyczne są selektywnie tracone na DA-D2R zawierającym MSN drogi pośredniej.30 Utracie tej towarzyszy stan nadpobudliwości w obrębie MSN z powodu zwiększonej neurotransmisji układu nerwowo-rzęskowego w układzie glutaminergicznym.31-33 W modelach zwierzęcych PD, ten zwiększony ruch glutaminergiczny koreluje z zachowaniem motorycznym podobnym do parkinsonizmu.34 Tłumienie tego nadpobudliwości poprzez zastosowanie dopaminy lub jej agonistów prowadzi do odwrócenia parkinsonowskiego deficytu motorycznego.35,36 W świetle tych doniesień i naszych wyników, postawiliśmy hipotezę, że korzyści z ćwiczeń o wysokiej intensywności polegają na wzmocnieniu sygnalizacji dopaminergicznej poprzez zwiększoną ekspresję DA-D2R na drodze pośredniej (ale nie na drodze bezpośredniej DA-D1R) oraz w poprawie funkcji motorycznych poprzez tłumienie pobudliwości glutaminergicznej.
Podstawowym wnioskiem z naszych badań jest to, że ćwiczenia w postaci intensywnej pracy na bieżni ułatwiają neuroplastyczność poprzez zwiększoną ekspresję prążkowia DA-D2R, proces najbardziej widoczny w uszkodzonym mózgu. W oparciu o nasze odkrycia, nieinwazyjne podejście do obrazowania PET z [18F] fallypride może być użyty do zbadania, czy intensywne ćwiczenie na bieżni prowadzi również do zmian w DA-D2R u osób z PD. Nasze badanie podkreśla wartość przedklinicznych badań na zwierzęcych modelach wyczerpania dopaminy oraz znaczenie badań translacyjnych dla dostarczenia zarówno racjonalnego uzasadnienia, jak i wglądu w zrozumienie obrazowania i badań wysiłkowych u osób z PD.
Podziękowanie
Praca ta została wsparta dotacją z programu grantowego Full Pilot Grant CTSI USC oraz hojnymi funduszami z Fundacji Choroby Parkinsona, Team Parkinson (Los Angeles), Parkinson Alliance, Whittier Parkinson's Disease Education Group, NINDS RO1 NS44327-1, NIA ( AG 21937) i US Army NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV jest odbiorcą programu Merit Fellowship przyznawanego przez USC Neuroscience Graduate. Chcielibyśmy podziękować Ryan Parkowi i dr Peterowi Conti z USC Small Animal Imaging Core za pomoc w obrazowaniu mikro-PET i dr Rex Moats z badania Small Animal Imaging Research Core w Saban Research Institute w celu uzyskania pomocy w badaniu MRI myszy. Chcielibyśmy podziękować Yi-Hsuan (Lilian) Lai za pomoc przy ćwiczeniach na bieżni oraz Avery'emu Abernathy'emu za jego doświadczenie w analizie HPLC. Jesteśmy wdzięczni przyjaciołom z USC Parkinson's Disease Research Group, w tym George i MaryLou Boone, Walter i Susan Doniger oraz Roberto Gonzales za ich hojne wsparcie.
Przypisy
Potencjalny konflikt interesów: brak informacji.
Uwaga dodana w dowodzie: Ten artykuł został opublikowany online na 19 października 2010. Następnie zidentyfikowano błąd. Niniejsze zawiadomienie znajduje się w wersji online i drukowanej, aby wskazać, że oba zostały poprawione.
Ujawnienia finansowe: USC Neuroscience Absolwent Program Merit Fellowship (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ i GP), Program stypendialny Full Pilot Grant CTSI (QL, AN, MJ, GP).
Role autora: Wszyscy autorzy byli pomocni w generowaniu tego rękopisu. Koncepcja projektu badawczego: GP, BF, MJ, RL, JW. Realizacja projektu: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Gromadzenie danych, przetwarzanie, analiza statystyczna: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Przygotowanie manuskryptu: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.
Referencje
36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Plastyczność synaptyczna i fizjologiczne interakcje między dopaminą a glutą
;
