Comentários: Dois interruptores moleculares desempenham papéis proeminentes em todos os vícios, incluindo vícios comportamentais. Um que eu enfatizo, chamado DeltaFosB, o outro é CREB, o assunto deste artigo.
20 anos atrás, os cientistas ficaram viciados em um único fator de transcrição que responde a uma série de drogas de abuso. O trabalho deles levará a tratamentos?
De Kerry Grens
Stephen Mague, um estudante de pós-graduação na Universidade da Pensilvânia, leva um carrinho cheio de gaiolas para ratos em uma sala do tamanho de um grande closet. A sala lembra um laboratório de revelação de fotografia, iluminado apenas por luz vermelha e repleto de pequenas bancadas de trabalho e cortinas pretas penduradas. No corredor, uma tela de televisão exibe uma câmera de vídeo de dentro da sala, olhando para uma fileira de caixas de acrílico.
Um por um, uma mão com luva de látex aparece na tela e coloca um mouse marrom em cada caixa. Os animais correm explorando os cantos; alguns param no meio da câmara e se arrumam energicamente. Mague está condicionando os animais a associarem uma droga a um lado da câmara em vez de outro, por exemplo, aquele com paredes listradas em vez de paredes sólidas. Adicionar uma droga como a cocaína às câmaras torna o trabalho incrivelmente fácil. Apenas uma exposição à droga bastará, diz a estudante Jess Cleck: “Uma vez, coloquei um rato sentado por 13 minutos e 30 segundos do lado onde ele pegara cocaína anteriormente”.
Com o tempo, tanto em animais quanto em humanos, a exposição à droga leva à dependência, desejo e abstinência quando a droga é retirada. A ansiedade e a depressão tornam-se mais comuns, e todas as outras fontes de recompensa perdem seu apelo à medida que a droga se torna a principal fonte de motivação. As mudanças fisiológicas em pessoas com dependência são impressionantes. “Não é que eles sejam mais ou menos sensíveis a uma droga, eles são pessoas diferentes”, disse Eric Nestler, do Southwestern Medical Center da Universidade do Texas em Dallas. “Você está alterando profundamente a natureza das células nervosas.”
A espiral descendente desde a primeira corrida até a dependência duradoura envolve numerosas adaptações neurobiológicas: depressão de longo prazo nas sinapses, neurodegeneração e modificações permanentes na expressão gênica. No entanto, não há duas drogas iguais, pois cada uma tem suas próprias idiossincrasias. Por exemplo, estimulantes como anfetamina e cocaína aumentam a ramificação neuronal no nucleus accumbens, enquanto a morfina tem o efeito oposto.
A descrição clássica do efeito de uma droga no cérebro é centrada no sistema de recompensa, em particular, neurônios que se projetam ventralmente da área tegmental ventral (VTA) para o núcleo accumbens. Esses neurônios liberam dopamina, e o álcool e as drogas de abuso os excitam direta ou indiretamente. Quando a dopamina é fornecida ao nucleus accumbens, ela estimula o prazer.
O problema começa quando, com o tempo, esse sistema começa a se desgastar e desenvolver tolerância. A mesma quantidade de droga induz respostas menores à dopamina, os neurônios VTA podem encolher, as conexões sinápticas diminuem, as densidades dos receptores mudam e a expressão de certos genes aumenta, principalmente aqueles relacionados à ansiedade e à depressão. Isso, de acordo com George Koob do Salk Institute em La Jolla, Califórnia, é o “lado negro do vício”, quando um viciado continua usando uma droga apenas para amenizar os maus sentimentos de ser viciado.
Julie Blendy, a principal investigadora de Mague na Universidade da Pensilvânia, Nestler, e outros estão examinando a miríade de mudanças moleculares que acompanham a exposição a drogas e o vício para descobrir precisamente o que acontece transcricionalmente no cérebro. Por quase duas décadas, os pesquisadores do vício observaram a atividade de um fator de transcrição: a proteína de ligação ao elemento de resposta cAMP (CREB). Esta proteína responde a uma variedade de drogas de abuso, incluindo cocaína, morfina, álcool, anfetamina e nicotina. Apesar de todo esse tempo, no entanto, diz Nestler: “Estamos apenas na ponta do iceberg na identificação de genes-alvo do CREB”. Ainda assim, eles esperam encontrar pistas para prevenir ou reparar essas mudanças.
Blendy se lembra exatamente quando seus primeiros camundongos deficientes em CREB nasceram. “Eles têm 15 anos”, diz ela rindo, “dei à luz minha filha [em junho] e duas semanas depois, nasceu o primeiro mutante.” Na época, Blendy fazia pós-doutorado no laboratório de Gunther Schutz no Centro Alemão de Pesquisa do Câncer em Heidelberg, e havia muito entusiasmo com a tecnologia de knockout. Outros grupos clamavam para usar os ratos.
Isso tudo parou, no entanto, quando o grupo de Schutz começou a caracterizar os ratos. “Percebemos que não havíamos feito um nocaute completo”, diz Blendy. Os animais mutantes tinham formas alternativas de splice do gene CREB, mas acabou sendo um acidente fortuito. Animais knockout para CREB não sobrevivem ao período perinatal. Ter apenas uma pequena quantidade de CREB permitiu que esses mutantes sobrevivessem até a idade adulta, com mudanças funcionais que permitiriam aos pesquisadores sondar o papel do CREB em uma série de aspectos neurológicos, incluindo aprendizagem, memória, transtornos de humor e dependência.
A essa altura, em meados dos anos 90, o fator de transcrição já era alvo de pesquisas sobre vícios. Tudo começou na década de 1970 com a enzima adenilil ciclase no locus ceruleus, uma área de aparência azulada do tronco cerebral que distribui norepinefrina para várias partes do cérebro. A adenilil ciclase sintetiza cAMP, que por sua vez ativa CREB. O prêmio Nobel Marshall Nirenberg e seus colegas forneceram evidências em neurônios do locus ceruleus de uma "tolerância celular" à morfina. Eles mostraram que, enquanto a atividade da adenilil ciclase cai após a exposição à morfina, quando a droga é deixada para incubar com as células por mais de um dia, a atividade da adenilil ciclase retorna.1 Quando a droga foi removida, a atividade da enzima aumentou, o que os autores interpretam como uma retirada celular da dependência: “Este fenômeno pode ser comparado à síndrome de abstinência em animais”.
"Você está alterando profundamente a natureza das células nervosas." -Eric Nestler
Não foi até mais de uma década depois, no início dos anos 1990, quando Nestler, então na Universidade de Yale, e seu grupo replicaram os resultados in vivo e avançaram duas etapas a jusante da adenilil ciclase para a ativação do CREB. Eles mostraram que uma dose de morfina prejudica a fosforilação do CREB (um marcador da ativação do CREB), mas essa atividade retorna ao normal após uma exposição mais longa à droga.2 “Na mesma época”, lembra Nestler, “estávamos perguntando: O locus ceruleus é apenas um sistema modelo para o sistema opiáceo, mas os outros neurônios respondem? " Ele se voltou para o nucleus accumbens, um grupo de neurônios que recebe estímulos dopaminérgicos da área tegmental ventral e que estão envolvidos no sistema de recompensa do cérebro. Lá, Nestler encontrou resultados semelhantes: o uso crônico de morfina aumenta a atividade do CREB.
Os camundongos deficientes em CREB no laboratório de Sch presentedtz apresentaram uma oportunidade para medir se CREB era necessário no processo de adição. Com Rafael Maldonado, que então estava na Universidade de Paris, Blendy mostrou em 1996 que seus camundongos mutantes não apresentavam os sintomas de abstinência da morfina que os animais normais apresentam.3 “Por definição, dependência significa a presença de uma síndrome de abstinência quando a droga é removida , ”Diz Blendy. “A questão é: os animais nunca foram dependentes da droga?” Blendy concluiu que o CREB era importante para iniciar o vício. Mas uma explicação tão simples era boa demais para ser verdade.
Bill Carlezon, agora professor associado de psiquiatria no Hospital McLean de Harvard em Belmont, Massachusetts, era pós-doutorado no laboratório de Nestler em meados da década de 1990, estudando cocaína no nucleus accumbens. Na época, não havia uma boa maneira de atingir o CREB diretamente, então o grupo de Nestler desenvolveu um vetor de vírus com uma forma mutante do CREB que compete com o CREB endógeno e bloqueia sua atividade. Quando animais mutantes receberam cocaína, eles mostraram uma preferência aumentada pela droga, ao passo que quando CREB foi superexpresso em animais eles mostraram uma aversão a ela.4
Blendy encontrou resultados semelhantes depois de se mudar para a Universidade da Pensilvânia em 1997 com a linha de camundongos deficientes em CREB. Quando esses animais receberam baixas doses de cocaína (doses pequenas o suficiente para torná-los indistinguíveis de soro fisiológico para animais selvagens), os animais mostraram uma forte preferência de lugar para o lado da caixa onde recebiam cocaína.5 “Animais deficientes em CREB mostram um aumento na recompensa da cocaína ”, diz Blendy.
Embora os dados de Blendy estivessem de acordo com os resultados de Nestler e Carlezon, eram descobertas que pareciam fora de linha com seus resultados para morfina. Embora a deficiência de CREB parecesse deixar os animais mais interessados na cocaína, ela agia de forma oposta com a morfina. Blendy suspeita que a discrepância está relacionada às diferentes regiões do cérebro em que cada droga atua. Embora todas as drogas de abuso acabem aumentando a dopamina no nucleus accumbens, elas agem por diferentes mecanismos: a cocaína bloqueia os transportadores de dopamina no nucleus accumbens, enquanto a morfina desinibe as células dopaminérgicas na área tegmental ventral.
A complexidade das mudanças moleculares que estão envolvidas no vício em drogas não para por aí. O álcool e a nicotina agem de maneira diferente no CREB do que a cocaína e a morfina. Além disso, outro fator de transcrição, DFosB, é regulado positivamente de maneira semelhante ao CREB, embora com efeitos opostos no comportamento.6
A resposta DFosB às drogas pode ser tão importante para o vício quanto o CREB, particularmente em relação às mudanças de longo prazo. De acordo com Nestler, o CREB essencialmente fornece feedback negativo das drogas, e o DF promove os efeitos recompensadores das drogas.
“O DFosB pode ser visto de várias maneiras como o oposto do CREB”, diz Nestler. No entanto, com uma complexidade desconcertante, ambos os fatores de transcrição podem ser regulados positivamente na mesma célula. “Algumas células mostram ativação CREB, algumas induzem DFosB e algumas se sobrepõem”, explica Nestler. “É um processo muito complexo que precisa ser resolvido.”
Apesar dessas lacunas no conhecimento, na década de 1990, os cientistas tinham certeza de que o CREB era importante na regulação dos efeitos das drogas de abuso. Eles também perceberam, entretanto, que aparentemente não era um marcador único para todos os medicamentos em todas as regiões do cérebro, muito menos um tratamento. “O CREB nunca será um alvo terapêutico. É muito importante, é muito onipresente ”, diz Blendy.
Ela decidiu virar rio abaixo. Seu grupo está rastreando a expressão de vários genes-alvo da CREB durante o processo de dependência de drogas, desde a exposição inicial à dependência até a abstinência. “A esperança é que alguns dos [genes] alvos pelos quais é responsável sejam ideais.”
Um gene alvo a jusante que mostrou os resultados mais dramáticos na expressão diferencial por meio dessas fases é o fator de liberação de corticotropina (CRF, também conhecido como hormônio liberador de corticotrofina, CRH). O CRF é importante na mediação das respostas ao estresse, mas também está envolvido no lado negro do vício de Koob. “O que estamos descobrindo”, diz Koob, “e isso é particularmente verdadeiro com álcool, opiáceos e nicotina e talvez um pouco menos com a cocaína - quando os animais tomam muitas drogas, o sistema CRF se envolve e contribui para o consumo excessivo de drogas -levando."
Markus Heilig, o diretor clínico do Instituto Nacional de Abuso de Álcool e Alcoolismo, diz que a regulação positiva do sistema CRF parece ser permanente. “No ano passado, uma série de artigos apontou para roedores que se você tem uma longa história de dependência de álcool e ciclos de intoxicação e abstinência, isso irá induzir mudanças notavelmente duradouras no sistema endógeno [CRF]”, Heilig diz.
Koob mostrou mais recentemente que animais dependentes de álcool bebem menos durante a abstinência quando recebem um antagonista do receptor CRF1 “Seria de se prever que [um antagonista do receptor CRF7] poderia ser um ótimo medicamento para abstinência”, diz Nestler. Encontrar um antagonista seguro para uso em humanos, entretanto, tem sido difícil. Os ensaios clínicos com um medicamento, o NBI 1, foram interrompidos há vários anos depois que dois pacientes desenvolveram níveis elevados de enzimas hepáticas.30775 Koob e Heilig, entre outros, estão trabalhando para encontrar um antagonista do receptor CRF8 que possa ser usado com segurança para tratar o vício.
Em março deste ano, Heilig publicou resultados promissores em ratos dependentes de álcool, mostrando que a droga impedia que animais dependentes buscassem álcool quando eles foram expostos a um estressor.9 Se um antagonista do receptor CRF1 pudesse ser desenvolvido em uma droga, diz Koob, a aplicação mais provável seria durante a retirada aguda.
“O CREB nunca será um alvo terapêutico. É muito importante, é muito onipresente. ”- Julie Blendy
Cerca de 300 quilômetros ao norte do laboratório Blendy's Penn, um cientista com batas, luvas e botas semelhantes do Hospital McLean de Harvard conduz um carrinho de animais por um corredor. Estes são os ratos experimentais de Carlezon, cada um equipado com um eletrodo semelhante a uma antena montado cirurgicamente no topo de sua cabeça. O eletrodo alimenta uma estimulação agradável, na forma de pulsos de onda quadrada de corrente elétrica, no centro de recompensa do cérebro. No escritório de Carlezon, ele reproduz o vídeo de um rato girando incessantemente uma roda para receber a corrente prazerosa. “Provavelmente parece a melhor coisa de todas. Os animais vão preferir drogas, comida, sexo - qualquer coisa ”, diz ele.
Em um determinado ponto, o mouse para de girar a roda quando a corrente cai abaixo de uma frequência em que a recompensa é diminuída, diz Carlezon. Quando os animais passam pela abstinência da cocaína, a quantidade mínima de corrente pela qual estão dispostos a trabalhar - seu "limite de recompensa" - aumenta.10 "Como a estimulação não é tão recompensadora durante a abstinência, os ratos requerem frequências mais altas para obtê-los para trabalhar [para a estimulação]. ” Conclusão de Carlezon: “Achamos que eles estão produzindo mais dinorfina”.
A dinorfina é um opioide endógeno que atua nos receptores k-opióides e é um gene alvo a jusante da CREB. Carlezon mostrou que quando a função CREB ou dinorfina é elevada no nucleus accumbens, a cocaína é menos recompensadora e às vezes até aversiva. Mas quando os receptores-k estão bloqueados, o efeito desaparece. O 4 Carlezon está experimentando agora a administração de antagonistas do receptor k-opióide a ratos que sofrem de abstinência de cocaína e medem se essas drogas podem manter os limiares de recompensa estáveis. Se os antagonistas funcionarem, Carlezon diz que eles podem ser candidatos para tratar os sintomas de abstinência de drogas.
Koob e Brendan Walker, também da Scripps, usaram um antagonista do receptor k-opióide, nor-binaltorfimina, em ratos dependentes de etanol e descobriram que bebiam menos. Em animais que não eram dependentes, o comportamento de beber não mudou. Walker afirma que apoia a ideia de que o sistema dinorfina-k-opióide está envolvido no “lado negro” do vício11. “Em geral”, diz Walker, “essa é a hipótese - quando os animais são dependentes e você remove o álcool, o efeito negativo intensificado os faz querer beber mais álcool. Parece que, se pudermos bloquear esse sistema, podemos, de certa forma, bloquear a motivação do animal para consumir álcool em excesso ”.
Charles O'Brien, vice-presidente de psiquiatria da Universidade da Pensilvânia e diretor do Center for Studies in Addiction, diz que a pesquisa sobre dinorfina e antagonistas do receptor CRF1 parece promissora, mas para tratar verdadeiramente o vício o alvo tem que ser o centro de memória do cérebro , que pode ou não envolver CREB.
“O vício é um comportamento compulsivo de busca de drogas”, diz O'Brien. “Não são as mudanças produzidas pelo álcool, cocaína ou heroína em si. É o fato de que, depois que a droga passa, há um aprendizado, um traço de memória, que produz o desejo, que produz a busca pela droga e a recaída ”. Nestler diz que essas memórias duram toda a vida. “Quando crianças tocávamos em um fogão quente e lembramos que nunca vale a pena experimentar um fogão quente…. As memórias de drogas podem ser tão poderosas quanto essas memórias. ”
Se a aprendizagem do vício envolve CREB é incerto. No entanto, Nestler diz que manipular os genes-alvo do CREB para aliviar os sintomas de abstinência pode ajudar em outros tratamentos de dependência, como a terapia cognitivo-comportamental, que pode influenciar as memórias. “Em minha opinião, quanto antes você colocar essas [drogas em potencial] em seres humanos, melhor”, diz O'Brien. “Os modelos animais podem apontar o caminho, mas mais cedo ou mais tarde você terá que colocá-los nos seres humanos.”
Referências
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2. X. Guitart et al., "Regulation of cyclic AMP response element-binding protein (CREB) phosphorylation by aguda and crônica morfina in the rat locus ceruleus", J Neurochem, 58: 1168-71, 1992. [PUBMED]
3. R. Maldonado et al., "Reduction of morphine abstinence in mice with a mutation in the gene encoding CREB," Science, 273: 657-9, 1996. [PUBMED]
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5. CL Walters, JA Blendy, "Diferentes requisitos para a proteína de ligação do elemento de resposta cAMP em propriedades de reforço positivas e negativas de drogas de abuso", J Neurosci, 21: 9438-44, 2001. [PUBMED]
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8. C. Chen, DE Grigoriadis, "NBI 30775 (R121919), um antagonista oralmente ativo do receptor de fator de liberação de corticotropina (CRF) tipo 1 para o tratamento de ansiedade e depressão", Drug Dev Res, 65: 216- 26, 2005. [PUBMED]
9. DR Gehlert et al., “3- (4-Cloro-2-morfolin-4-il-tiazol-5-il) -8- (1-etilpropil) -2,6-dimetil-imidazo [1,2 -b] piridazina: um novo penetrante cerebral, antagonista do receptor 1 do fator de liberação de corticotropina disponível por via oral com eficácia em modelos animais de alcoolismo, ”J Neurosci, 27: 2718-26, 2007. [PUBMED]
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11. Walker BM e Koob GF, "Provas farmacológicas para um papel motivacional de ?? - sistemas opióides na dependência de etanol", Neuropsychopharmacology, publicação online de 2 de maio de 2007. [PUBMED]
Leia mais: Addictive Research - The Scientist - Magazine of the Life Sciences http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n