Plasticidade Molecular e Celular Induzida por Opiáceos da Área Tegmentar Ventral e Neurónios de Catecolamina do Lócus Coeruleus (2012)

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Contexto

A VTA tem sido amplamente estudada no abuso de drogas, dado seu papel fundamental na recompensa. Neurônios dopaminérgicos (DA) no projeto VTA para múltiplas regiões cerebrais incluindo o nucleus accumbens (NAc), onde o aumento da liberação de DA tem sido observado em resposta a todas as classes de drogas abusadas (Di Chiara e Imperato 1988). Entretanto, enquanto os neurônios DA são uma porção proeminente (∼60% –65%) deste núcleo mesencefálico, há considerável diversidade celular, com uma porção significativa de neurônios GABA (30% –35%), bem como descrições de neurônios glutamatérgicos ( 2% –3%) (Swanson 1982; Nair-Roberts et al. 2008; Sesack e Grace 2010). Os neurônios DA e GABA dentro do mesencéfalo ventral, em geral, projetam-se topograficamente (medial a lateral) com as principais estruturas de saída consistindo de NAc, córtex pré-frontal (PFC) e amígdala (AMY) (extensamente revisado em Sesack e Grace 2010) (FIG. 1). Os aferentes primários para VTA incluem entradas excitatórias de PFC, pedunculopontina e tegmento laterodorsal (PPTg e LDT), bem como muitas outras estruturas recentemente definidas (Geisler et al. 2007). O input inibitório para a VTA é menos bem definido, mas foram reportados inputs de NAc, pallidum ventral e núcleo tegmentar rostromedial de mesopontina (RMTg) (Sesack e Grace 2010). Até o momento, as pesquisas se concentraram desproporcionalmente nos neurónios DA em VTA e, especificamente, naqueles que se projetam para NAc, devido ao papel crítico dessa projeção na recompensa (Nestler 2004).

  

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Figura 1. Painel do  

Desenho de uma seção sagital do cérebro de roedores, ilustrando a VTA e a LC e suas principais projeções aferentes e eferentes. Os neurônios DAérgicos (vermelho) e GABAérgicos (azuis) no ATV se projetam para estruturas límbicas e corticais e recebem estímulos glutamatérgicos (traço negro, PFC) e GABAérgico (traço azul, NAc, VP). Neurónios noradrenérgicos (verdes) em CL inervam múltiplas regiões incluindo HIPP e PFC e recebem input glutamatérgico de PGi. Abreviaturas: AMY, amígdala; HIPP, hipocampo; LC, locus coeruleus; NAc, nucleus accumbens; PFC, córtex pré-frontal; PGi, núcleo paragigantocelular; VP, pallidum ventral; VTA, área tegmentar ventral.

Alterações Induzidas por Opiáceos Agudos na Atividade Neuronal

Dada a capacidade da morfina aguda no VTA para induzir aumento da liberação de DA no NAc (Leone et al. 1991), uma quantidade substancial de trabalho examinou os efeitos agudos dos opiáceos na VTA. A morfina aguda aumenta a taxa de disparo dos neurónios DA em VTA (Gysling e Wang 1983). Este efeito é mediado, pelo menos em parte, pela ligação da morfina ao G_{eu / o}-o receptor μ-opioide (MOR) nos neurônios GABA locais, diminuindo assim sua atividade e subsequente liberação de GABA nos neurônios DA e resultando na desinibição dos neurônios DA (Johnson e North 1992). Entretanto, a interpretação de grande parte do trabalho inicial de eletrofisiologia é complicada por evidências que destacam a natureza quase indistinguível dos neurônios VTA DA e GABA (por tamanho, morfologia e propriedades eletrofisiológicas) (Margolis et al. 2006), esclarecendo a necessidade de identificar neurônios VTA estudados de forma mais definitiva (por exemplo, por imuno-histoquímica, uso de ratos repórter GFP, etc.), um ponto que será discutido em detalhes mais adiante nesta revisão. Aqui, nós nos concentramos principalmente nos opiáceos que agem como agonistas no MOR na VTA, como a morfina, já que essas drogas produzem os efeitos recompensadores mais frequentemente estudados no campo do abuso de drogas. No entanto, sabe-se que os receptores κ-opioides (KOR) também são expressos em neurônios VTA DA, e que a ativação desses receptores pode inibir diretamente a taxa de disparo dos neurônios DA (Margolis et al. 2003), provavelmente contribuindo para os efeitos aversivos dos agonistas kappa. A habilidade dos opiáceos em produzir tanto a ativação quanto a inibição dos neurônios VTA DA, e efeitos recompensadores e aversivos, é intrigante, e essa modulação “yin-yang” e o papel dos peptídeos opióides endógenos na recompensa merecem ser foco de estudo futuro.

Plasticidade Sináptica Induzida por Opiáceo Aguda

Além de alterações na atividade neuronal, existem muitos relatos de plasticidade sináptica induzida por opiáceos agudos. Tal como com a cocaína e outros fármacos que sofreram abuso, verificou-se que uma única injecção de morfina aumentava a proporção de ácido α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolepropiónico (AMPA) para Ncorrentes pós-sinápticas excitatórias de ácido metil-D-aspártico (NMDA) (EPSCs) 24 horas após a administração, consistente com potenciação a longo prazo (LTP) de sinapses glutamatérgicas em neurónios DA (Saal et al. 2003). Recentemente, também foi relatado que a morfina aguda induz a redistribuição do AMPAR (AMPAR) em VTA de maneira similar à cocaína, especificamente uma inserção de AMPARs sem GluA2 (Brown et al. 2010). Brown et al. observaram um aumento no índice de retificação e aumentaram o GluA2 AMPAR citoplasmático em resposta à morfina aguda, um efeito que é recapitulado pela estimulação direta dos neurônios DA em ATV, usando a expressão seletiva da rodrofosfina 2 (Brown et al. 2010), implicando diretamente a atividade / sinalização de DA dentro da VTA para a regulação glutamatérgica. Estes dados são consistentes com o trabalho anterior de que GluA1, mas não GluA2, superexpressão em VTA sensibiliza os animais aos comportamentos de ativação e recompensa locomotora da morfina (Carlezon et al. 1997).

Os opiáceos agudos também influenciam a plasticidade nas sinapses GABAérgicas na VTA. A estimulação de alta frequência foi encontrada para induzir a LTP nos terminais GABA (LTP_GABA) em neurônios VTA DA, efeito que depende da ativação de receptores NMDA pós-sinápticos (NMDAR) e liberação de óxido nítrico (NO) como mensageiro retrógrado de neurônios DA (Nugent et al. 2007). NO então aumenta a atividade da guanilil ciclase (GC) no neurônio GABA, levando ao aumento da liberação de GABA e LTP_GABA. Uma dose única de morfina inibe a LTP_GABA interrompendo a cascata de sinalização NO-GC-proteína-quinase G (PKG), causando uma perda do controlo inibitório normal (observado 2 e 24 horas após a injecção, mas não 5 dias) (Nugent et al. 2007, 2009; Niehaus et al. 2010). Assim, a ruptura do LTP_GABA fornece outro mecanismo para a capacidade de opiáceos agudos para aumentar a atividade neuronal da VTA DA.

Mais recentemente, outra forma de plasticidade GABAérgica da VTA tem sido descrita: depressão a longo prazo das sinapses GABAérgicas nos neurônios DA (LTD)._GABA) (Dacher e Nugent 2011a). Usando estimulação de baixa frequência (LFS), um LTD estável_GABA em células DA foi induzido que, em contraste com LTP_GABA, foi expresso postsynaptically e não dependeu de NMDAR. Este efeito também não foi dependente da sinalização endocanabinóide, mas foi bloqueado pelo sulpirídeo do antagonista do receptor D2 da dopamina (D2R). Curiosamente, uma única injeção de morfina foi suficiente para impedir a LTD induzida por LFS_GABA 24 horas após a administração, sugerindo que a morfina pode regular bidirecionalmente a plasticidade do GABA na VTA (Dacher e Nugent 2011a).

Plasticidade Sináptica Induzida por Opiáceo Crônico

Embora as mudanças sinápticas que ocorrem com os opiáceos agudos tenham sido relativamente bem caracterizadas, as mudanças crônicas não foram. Até o momento, poucos ou nenhum estudo examinou mudanças na plasticidade gluatamatergica ou GABAgica em resposta a uma administrao crtica de opiato. Isso inclui a falta de conhecimento sobre se há diferenças na administração de medicamentos passivos versus ativos, uma consideração importante, dado o recente trabalho mostrando que a persistência da LTP na ATV de animais abstinentes da autoadministração de cocaína (até meses 3) ocorre apenas com exposição contingente a cocaína (Chen et al. 2008).

No entanto, sabe-se que a morfina crónica, como a morfina aguda, aumenta a actividade neuronal da DA. Os registos in vivo após morfina crónica mostram aumentos tanto na taxa de disparo basal como na atividade de burst que retornam à linha de base durante a retirada (Georges et al. 2006). Isto está em contraste com o trabalho anterior que observou uma diminuição persistente na atividade de DA em ratos retirados com morfina (Diana et al. 1995, 1999). Uma razão potencial para essas diferenças é o método de administração usado. Por exemplo, o Georges et al. O estudo utilizou um paradigma de pelota de libertação sustentada subcutânea (sc), que demonstrou ter um perfil farmacodinâmico muito diferente do paradigma da dose crescente crónica utilizado na anterior Diana et al. estudos. Como relatado anteriormente (Fischer et al. 2008), 24 h após o último sedimento de morfina, os níveis de morfina no sangue não diminuíram, permanecendo relativamente estáveis ​​com o pico (∼3000 ng / ml), enquanto o modelo de injecção crónica produz um pico muito superior (∼10,000 ng / ml) em 1 h, com níveis sanguíneos abaixo de 100 ng / ml após 4 h e insignificante por 12 hr. A mudança na taxa de disparo de DA induzida pela retirada da morfina crônica, seja um retorno à linha de base ou abaixo da linha de base, parece ser dependente de mudanças na liberação de GABA. Retirada da morfina crônica aumenta as correntes pós-sinápticas inibitórias do GABA (IPSCs) ea liberação de GABA nos neurônios VTA DA (Bonci e Williams 1997), um efeito que recentemente se verificou ser dependente da reciclagem do MOR e da sinalização cíclica da adenosina-5′-monofosfato (cAMP) (Madhavan et al. 2010).

Outro potencial contribuinte para as diferenças entre os estudos é a heterogeneidade da VTA em comparação com a LC (conforme descrito abaixo). Não só existe a complexidade de vários tipos de células (principalmente GABA vs. DA), mas a distribuição dos tipos de células também varia ao longo do eixo VTA rostral-caudal (FIG. 2). Especificamente, a proporção de neurónios DA para GABA é muito mais elevada nas sub-regiões de AVT rostral (IFN, RL) em comparação com as sub-regiões caudais (PN, PIF) (Nair-Roberts et al. 2008). Essa diferença tem relevância funcional para mudanças comportamentais induzidas pela morfina. A superexpressão de HSV-GluA1 aumentou o comportamento da recompensa de morfina com injeção na ATV rostral, enquanto induziu comportamento aversivo na ATV caudal, um efeito também observado na superexpressão viral da proteína de ligação ao elemento de resposta AMPc (CREB) ou fosfolipase C (PLCγ) (Carlezon et al. 2000; Bolanos et al. 2003; Olson et al. 2005). Essa diferença também pode ser observada em nível molecular, como a transcrição mediada por elemento de resposta a AMPc (CRE) induzida por morfina crônica em neurônios DA em VTA rostral e caudal, mas foi observada apenas em neurônios não DA em VTA rostral (Olson et al. 2005). Estudos ultra-estruturais confirmam essas diferenças rostro-caudais, e sugerem a complexidade adicional do regime de tratamento e produção de projeção. O GluA1 foi aumentado em dendritos tirosina hidroxilase (TH) -positivos (DAergic) e TH-negativos (provavelmente GABAérgicos) na VTA parabraquial (PBP) com uma única injeção de morfina. Em contraste, com morfina crônica, houve um aumento de GluA1 na VTA paranigral (PN), além da região PBP (Lane et al. 2008).

  

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Figura 2. Painel do 

Complexidade celular e de projeção no VTA. A proporção de neurônios DA (vermelho) para GABA (azul) varia entre subnúcleos VTA com maiores proporções DA: GABA observadas em sub-regiões mais rostrais, como núcleo linear rostral (RL) comparado a subnúcleos mais caudais, como paranegral (PN) e parainterfascicular ( PIF). Além disso, as projeções neuronais da DA diferem ao longo da VTA com regiões mais laterais, como o núcleo parabraquial (PBP) projetando-se na concha lateral NAc (Lat Sh), enquanto as regiões mediais como PN têm diversas projeções incluindo amígdala (AMY), córtex pré-frontal (PFC). , Núcleo NAc e concha medial NAc (Med Sh). Trabalho limitado examinou projeções neuronais de GABA; há alguma evidência de que os neurônios GABA na PBP rostral têm uma forte projeção para o PFC, enquanto existem poucos neurônios rostrais da PBP DA que se projetam para o PFC, mas uma grande projeção caudal DA PBP; isso sugere que a projeção PBP-PFC não é apenas definida regionalmente, mas também é específica do subtipo neuronal (Lammel et al. 2008). (As contagens de células usadas são de Nair-Roberts et al. 2008 e projeções são de estudos de rotulagem retrógrada por Lammel et al. 2008.)

As diferenças entre os neurônios VTA DA, com base em sua região de saída, têm sido de grande interesse recentemente, pois agora está bem estabelecido que as propriedades eletrofisiológicas dos neurônios DA variam de acordo com a projeção. Neurônios VTA DA projetando para NAc tem um muito menor I_h corrente do que os neurônios que se projetam para a amígdala basolateral (BLA)Ford et al. 2006), e existem diferenças nas projeções dentro do próprio NAc, com os neurônios DA projetando-se para a camada lateral do NAc exibindo_h corrente de neurônios DA que projetam para a concha medial NAc (Lammel et al. 2011). A duração do potencial de ação (DA) dos neurônios DA também varia por projeção, pois os neurônios DA de projeção NAc têm a maior duração de AP, enquanto a duração de AP do neurônio que projeta PFC é menor, e os neurônios DA com projeção AMY têm a menor duração (Margolis et al. 2008). É importante ressaltar que a responsividade aos opiáceos também parece diferir dentro do VTA dependendo do tipo de projeção: os neurônios DA projetados para NAc responderam mais aos agonistas KOR do que os neurônios que projetam BLA, enquanto o efeito oposto foi observado para responsividade a um agonista MOR / delta (DOR) , que teve um efeito maior sobre os neurônios que projetamFord et al. 2006). Isso também se traduziu em efeitos opiáceos mediado pré-sinapticamente, como um agonista KOR causou uma maior inibição do GABA_A IPSCs de neurônios DA projetando-se para BLA, enquanto houve uma maior inibição do GABA mediada por agonistas de KOR_B IPSCs em neurônios projetando-se para NAc (Ford et al. 2006). Além disso, foi recentemente observado que a modulação das sinapses excitatórias nos neurônios DA difere dependendo da projeção (Lammel et al. 2011). Lammel e colegas (2011) constataram que a razão AMPA / NMDA foi aumentada pela cocaína nos neurônios DA que se projetaram para NAc, mas não nos neurônios DA que se projetaram para PFC. No entanto, a relação AMPA / NMDA foi aumentada nas células DA projetando-se para PFC em resposta a um estímulo aversivo (injeção de formalina posterior), um efeito que também foi observado em neurônios DA que projetaram para a camada lateral de NAc, mas ausentes em neurônios DA mostra a heterogeneidade da concha medial em resposta dentro das sub-regiões desta meta de projeção (Lammel et al. 2011). Claramente, esses estudos indicam que um entendimento mais completo das adaptações sinápticas que ocorrem com os opiáceos agudos e crônicos precisará integrar informações sobre a produção dos neurônios DA estudados. O desenvolvimento de técnicas específicas de neurônios e projeções servirá para esclarecer essas questões, permitindo a modulação específica nessa região heterogênea.

Plasticidade Estrutural e Celular Induzida por Opiáceo

A relevância da plasticidade estrutural induzida por drogas para as mudanças sinápticas e comportamentais foi revisada recentemente (Russo et al. 2010). A maioria dos estudos de plasticidade estrutural até o momento examinou mudanças na morfologia da coluna ou ramificação dendrítica de neurônios em regiões alvo da VTA, mas nosso laboratório investigou outra adaptação estrutural em resposta à administração crônica de opiáceos, uma alteração do tamanho do soma do neurônio VTA DA. Primeiro, observamos que a área de superfície de neurônios VTA DA de ratos diminui ∼25% em resposta à administração crônica, mas não aguda, de morfina. (Sklair-Tavron et al. 1996). Este efeito foi específico para neurônios DA em VTA, como células TH-negativas (provavelmente GABAergic) não foram alteradas. Além disso, esta alteração poderia ser bloqueada por naltrexona sistêmica, sugerindo que a sinalização MOR foi necessária, e infusão de fator neurotrófico derivado do cérebro local (BDNF) em VTA também impediu a diminuição, sugerindo que a diminuição da sinalização neurotrófica pode estar por trás da mudança morfológica. É importante ressaltar que essa redução no tamanho do soma do neurônio VTA DA é observada com a administração crônica de heroína, bem como a morfina. (Russo et al. 2007), em protocolos passivos e de auto-administração (Spiga et al. 2003; Chu et al. 2007; Russo et al. 2007), e através das espécies, como caracterizamos recentemente este efeito no rato e no tecido post-mortem de usuários humanos de heroína (Mazei-Robison et al. 2011). Estudos de acompanhamento não encontraram evidências de morte ou lesão neuronal por VTA DA (Sklair-Tavron et al. 1996; Russo et al. 2007) e que a diminuição no tamanho da célula persiste por 14 dias após a administração crónica de morfina, mas regressa à linha de base em 30 dias. Esta linha do tempo reflete a tolerância à recompensa (Russo et al. 2007), em que o uso repetido de drogas diminui o efeito recompensador da droga e leva a uma escalada da ingestão de drogas, como visto em humanos (O'Brien 2001).

Dado que o BDNF poderia resgatar a mudança estrutural induzida pela morfina crônica, queríamos examinar se as vias de sinalização neurotróficas a jusante mediavam essa plasticidade estrutural. Embora haja alguma controvérsia sobre se os próprios níveis de BDNF estão alterados na VTA em resposta à administração crônica de opiáceos (Numan et al. 1998; Chu et al. 2007; Koo et al. 2010), a regulação tem sido relatada nas três principais vias de sinalização a jusante do BDNF: PLCγ, fosfatidilinositol 3′-quinase (PI3K) e proteína quinase ativada por mitógeno (MAPK) (Russo et al. 2009). Morfina crônica aumenta a atividade da via PLCγ (Wolf et al. 1999, 2007), diminui a actividade da via PI3K, medida pelos níveis diminuídos de substrato do receptor da insulina-2 (IRS2) e fosfo-AKT (Wolf et al. 1999; Russo et al. 2007; Mazei-Robison et al. 2011), e aumenta a sinalização da MAPK, medida pelo aumento da fosforilação e atividade catalítica da proteína quinase relacionada ao extracelular (ERK) (Ortiz et al. 1995; Berhow et al. 1996; Liu et al. 2007). Usando a superexpressão mediada por vírus, descobrimos que foi a mudança crónica induzida pela morfina na sinalização PI3K que contribui para a alteração morfológica: A superexpressão de um IRS2 dominante negativo (IRS2dn) ou AKTdn foi suficiente para diminuir o tamanho do VTA DA soma, enquanto a superexpressão do IRS2 do tipo selvagem preveniu a diminuição e a superexpressão induzidas pela morfina de um AKT aumentado constitutivamente (AKTca) (Russo et al. 2007; Mazei-Robison et al. 2011). Em contraste, a superexpressão de PLCγ ou ERK não foi suficiente para alterar o tamanho do VTA DA soma (Russo et al. 2007). É importante ressaltar que a superexpressão do IRS2 também foi capaz de prevenir a tolerância à recompensa da morfina, implicando um papel para a plasticidade estrutural na resposta comportamental.

Nosso trabalho recente sugere que esta mudança estrutural pode estar intimamente ligada às mudanças de atividade induzidas pelos opiáceos crônicos. Semelhante ao estudo in vivo de Georges et al. discutido acima, descobrimos que a taxa de disparo de VTA DA foi aumentada no mesmo tempo em que o tamanho do soma é diminuído em camundongos expostos à morfina crônica (Mazei-Robison et al. 2011).

No entanto, descobrimos que a saída de DA para o NAc, medida pela voltametria cíclica in vivo, está realmente diminuída, sugerindo uma quebra na ativação e saída normais no circuito de recompensa mesolímbico.

Nós ainda caracterizamos esse resultado e descobrimos que a superexpressão de IRS2dn em VTA, que é suficiente para diminuir o tamanho de soma de DA, diminuiu a saída de DA para NAc e também diminuiu a expressão de vários K⁺ subunidades de canal, de maneira semelhante à morfina crônica.

Em nossos esforços para identificar as vias de sinalização a jusante do IRS2 / AKT que medeiam as neuroadaptações crônicas induzidas pela morfina, fizemos a observação surpreendente de que a sinalização do complexo 1 (mTORC1) de alvo de rapamicina em mamíferos (mTOR), uma via bem estabelecida no crescimento celular foi aumentado pela morfina crônica. Em contraste, observamos uma diminuição na sinalização do complexo 2 (mTORC2) de mTOR, que mostramos ser necessária e suficiente para as alterações induzidas pela morfina no tamanho do soma e na atividade neuronal. Especificamente, descobrimos que a superexpressão do companheiro da proteína mTOR (Rictor), um componente essencial da proteína mTORC2, foi suficiente para prevenir a diminuição do tamanho do soma e também impediu o aumento na taxa de disparo dos neurônios DA de maneira autônoma: apenas as células DA em VTA que superexpressaram Rictor tiveram uma taxa de disparo atenuada, enquanto as células DA próximas ainda mostraram o aumento. Isto sugere que as alterações de sinalização intrínsecas aos neurónios DA podem mediar alterações de excitabilidade induzidas por opiáceos crónicos, possivelmente alterando a modulação de AKT de GABA_A correntes (Krishnan et al. 2008) ou a expressão de K⁺ canais (Mazei-Robison et al. 2011) (FIG. 3). Assim como na superexpressão de IRS2, descobrimos que a alteração da atividade de mTORC2 se correlacionou com o comportamento da recompensa de morfina, pois a diminuição da atividade de mTORC2 diminuiu a morfina condicionada pela preferência local (CPP), enquanto a atividade de mTORC2 foi suficiente para induzir CPP a uma dose baixa de morfina que não induz condicionamento de lugar em animais de controle.

  

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Figura 3. Painel do 

A morfina crônica diminui o tamanho do VTA DA soma e aumenta a excitabilidade neuronal, enquanto a transmissão do DA para o NAc está diminuída. O efeito líquido da morfina é uma via de recompensa menos responsiva, ou seja, a tolerância à recompensa. A regulação negativa da sinalização IRS2-AKT (azul) na VTA medeia os efeitos da morfina crônica no tamanho do corpo e na excitabilidade elétrica; o efeito na excitabilidade é mediado pela diminuição do GABA_A correntes e supressão de K⁺ expressão do canal. A regulação negativa da atividade da mTORC2 induzida pela morfina na ATV é crucial para essas adaptações morfológicas e fisiológicas induzidas pela morfina, bem como para a tolerância à recompensa. Ao contrário do mTORC2, a morfina crônica aumenta a atividade da mTORC1 (vermelha), que não parece influenciar diretamente essas adaptações induzidas pela morfina. A morfina crónica também diminui a produção de DA para o NAc, bem como diminui a ramificação dendrítica e o número de espinhas dendríticas nos neurónios GABA espinhosos médios no NAc, suprimindo ainda mais a sinalização DA normal no circuito mesolímbico.

É improvável que a mudança do tamanho do soma seja a única adaptação estrutural induzida pelos opiáceos crônicos na ATV. Dada a diminuição do número de espinhas dendríticas e a complexidade dendrítica da ramificação de neurônios espinhosos do meio NAc de ratos previamente expostos à morfina crônica (Robinson e Kolb 1999; Robinson et al. 2002), esperamos que alterações dendríticas também estejam ocorrendo nos neurônios VTA DA. Estudos atuais estão em andamento para caracterizar mudanças na morfologia da coluna, uma enorme lacuna no campo, já que apenas um estudo até o momento examinou as alterações induzidas por drogas na arquitetura dendrítica da VTA. Este estudo encontrou um aumento na densidade da espinha dendrítica em um subtipo de neurônio VTA em resposta a uma injeção aguda de cocaína, o mesmo subtipo mostrado para mostrar aumento na relação NMDA / AMPA (Sarti et al. 2007). Dados do nosso trabalho anterior, esse comprimento de processos VTA DA é diminuído (∼30%) em ratos tratados com morfina crônica (Sklair-Tavron et al. 1996), é consistente com as mudanças globais na arquitetura VTA DA. Essa mudança também pode ajudar a explicar a diminuição da produção de DA para o NAc após a morfina crônica, como relatamos anteriormente o transporte axonal diminuído e os níveis de proteínas de neurofilamentos em VTA (Beitner-Johnson et al. 1992, 1993), sugerindo que a morfina crônica também afeta a estrutura e a função axonal. Dada a complexidade regional e de projeção nos neurônios VTA DA observados acima, estamos atualmente examinando se essas mudanças estruturais são induzidas em um subconjunto específico de neurônios VTA DA usando traçadores fluorescentes retrógrados. Esses dados serão críticos para entender as alterações estruturais e eletrofisiológicas induzidas pelos opiáceos crônicos e os circuitos de saída relevantes envolvidos.

Como aludido anteriormente, vários estudos, tanto moleculares quanto eletrofisiológicos, forneceram evidências de que a administração crônica de opiáceos ativa a via de cAMP-CREB na VTA (Bonci e Williams 1997; Olson et al. 2005; Madhavan et al. 2010). Além disso, um estudo de microarray definiu as mudanças globais na expressão gênica que ocorrem na VTA em resposta à morfina crônica (McClung et al. 2005). O trabalho agora é necessário para melhor definir a especificidade celular dessas neuroadaptações, bem como delinear suas conseqüências funcionais. Além disso, embora a maioria dos trabalhos sobre VTA tenha se concentrado em neuroadaptações induzidas por opiáceos, presumivelmente nos neurônios DA, é essencial explorar a plasticidade induzida por drogas que ocorre nos neurônios GABAérgicos da VTA, que são um dos principais alvos iniciais da ação dos opiáceos. esta região do cérebro.

Contexto

A LC é o principal local de neurônios contendo noradrenalina (NE) no cérebro (Dahlstrom e Fuxe 1965). Como revisto anteriormente (Aston-Jones e Bloom 1981a; Aston-Jones et al. 1991b; Berridge e Waterhouse 2003; Van Bockstaele et al. 2010), LC é um núcleo discreto, compacto e homogêneo, consistindo quase exclusivamente de neurônios NE. Os principais insumos para LC são do núcleo medular paragigantocellularis (PGi) e núcleo prepositus hypoglossus, e os resultados de LC são generalizados, incluindo prosencéfalo, cerebelo, tronco cerebral e medula espinhal (FIG. 1) (Berridge e Waterhouse 2003). A atividade neuronal da LC é altamente síncrona tanto basalmente quanto em resposta a estímulos (Foote et al. 1980; Aston-Jones e Bloom 1981b; Aston-Jones et al. 1991a; Ishimatsu e Williams 1996). Os neurônios LC são espontaneamente ativos (Williams et al. 1991) e sua ativação induz a liberação de NE em várias regiões do prosencéfalo, incluindo o córtex e o hipocampo. O LC serve em grande parte como um núcleo de retransmissão, com plasticidade sináptica limitada observada até o momento, embora os aferentes de glutamato controlem a atividade de LC, notadamente a partir de PGi (Ennis et al. 1992). Os neurônios do LC expressam as três principais classes de receptores opióides: MOR, DOR e KOR com distribuição distinta, embora, como com a ATV, nossa discussão seja limitada ao MOR, que está mais diretamente implicado na dependência e dependência de opiáceos.

Plasticidade Celular Induzida por Opiáceo

Embora não haja evidência de plasticidade sináptica tradicional (isto é, LTP e LTD) em CL, há plasticidade celular bem descrita. Uma característica única da LC é que muitas de suas respostas in vivo aos opiáceos crônicos podem ser recapituladas e estudadas no nível unicelular (Nestler et al. 1994; Nestler e Aghajanian 1997; Nestler 2004). A ligação de opiáceos (por exemplo, morfina) ao MOR leva à diminuição da atividade da adenilil ciclase (AC) e sinalização de cAMP (Duman et al. 1988). A ligação aguda de opiáceos ao MOR também diminui a atividade do marcapasso dos neurônios do LC, em grande parte ativando o K retificador internamente da proteína G⁺ (GIRK) (Williams et al. 1982; Torrecilla et al. 2002). No entanto, com a administração crônica de opiáceos, tanto a taxa de disparo quanto a sinalização de cAMP retornam à linha de base devido a uma regulação positiva da via do cAMP, ilustrando a tolerância (Aghajanian 1978; Duman et al. 1988; Nestler e Tallman 1988; Guitart e Nestler 1989; Kogan et al. 1992; Ivanov e Aston-Jones 2001). Essa plasticidade induzida pela administração crônica de opiáceo (isto é, sub-regulação da via do AMPc) torna-se funcionalmente evidente na retirada do opióide, quando a taxa de disparo dos neurônios LC é significativamente aumentada junto com um grande aumento na atividade do AMPc, ilustrando dependência e abstinência (FIG. 4) (Aghajanian 1978; Rasmussen et al. 1990).

  

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Figura 4. Painel do  

Up-regulation da via do cAMP em LC como mecanismo de tolerância e dependência de opiáceos. Soutien Painel, Os opiáceos inibem agudamente a actividade funcional da via do cAMP (indicada pelos níveis celulares de cAMP e fosforilação da proteína dependente de cAMP). Com a exposição continuada ao opiáceo, a actividade funcional da via do cAMP recupera gradualmente e aumenta muito acima dos níveis de controlo após a remoção do opiáceo (por exemplo, por administração do antagonista do receptor opióide naloxona). Estas alteraes no estado funcional da via do cAMP s mediadas via induo de adenililciclases (AC) e protea quinase A (PKA) em resposta administrao crica de opiatos. A indução destas enzimas é responsável pela recuperação gradual da actividade funcional da via do cAMP que ocorre durante a exposição crónica ao opiáceo (tolerância e dependência) e pela activação da via do cAMP observada na remoção do opiáceo (retirada). Tanga Os opiáceos inibem de forma aguda os neurónios de CL, aumentando a condutância de um K de rectificação interna.⁺ canal via acoplamento com subtipos de G_{eu / o} e, possivelmente, diminuindo um Na⁺Corrente interna dependente do acoplamento com G_{eu / o} e a conseqüente inibição da AC, redução dos níveis de atividade da PKA e redução da fosforilação do canal ou da bomba responsável. A inibição da via do cAMP também diminui a fosforilação de muitas outras proteínas e, desse modo, afeta numerosos outros processos neuronais. Por exemplo, reduz o estado de fosforila�o da prote�a de liga�o ao elemento de resposta a cAMP (CREB), que inicia algumas das altera�es de longo prazo na fun�o LC. A administração crónica de morfina aumenta os níveis de subunidades reguladoras ACI, ACVIII, PKA catalítica (cat.) E várias fosfoproteínas, incluindo CREB e tirosina hidroxilase (TH) (indicadas por setas vermelhas). Essas mudanças contribuem para o fenótipo alterado do estado viciado em drogas. Por exemplo, a excitabilidade intrínseca dos neurônios LC é aumentada pela atividade aumentada da via do cAMP e Na⁺Corrente interna dependente, que contribui para a tolerância, dependência e retirada mostrada por esses neurônios. A regulação positiva de ACVIII e TH é mediada via CREB, enquanto que a regulação positiva das subunidades ACI e PKA parece ocorrer por meio de um mecanismo não identificado, independente de CREB.

Estas adaptações são mediadas através da regulação positiva de várias proteínas de sinalização na via do cAMP, incluindo AC1 / 8 (Matsuoka et al. 1994; Lane-Ladd et al. 1997; Zachariou et al. 2008), proteína quinase dependente de cAMP (PKA) (Nestler e Tallman 1988), CREB (Guitart et al. 1992; Shaw-Lutchman et al. 2002; Han et al. 2006) e TH e BDNF - ambos os objectivos CREB a jusante (Guitart et al. 1989; Akbarian et al. 2002). Os opiáceos crônicos também induzem a expressão de GIRK2 / 3 em LC (Cruz et al. 2008), bem como numerosos outros genes revelados pela análise de microarray (McClung et al. 2005). Além disso, foi recentemente demonstrado, usando um modelo de cultura LC slice, que a atividade elétrica intrínseca aumentada de neurônios LC induzida por opiáceos crônicos é causada pela ativação direta de MOR em neurônios LC NE, implicando uma adaptação homeostática intrínseca (Cao et al. 2010). Esta abordagem identificou um papel crucial para o CREB tanto na atividade do marcapasso quanto no aumento induzido pela morfina na taxa de queima de LC (Han et al. 2006; Cao et al. 2010), um efeito que também foi observado em camundongos com um knockout de desenvolvimento precoce de CREB específico para neurônios NE (Parlato et al. 2010). Finalmente, esta ativação de disparo neuronal por LC, e a via regulada acima de cAMP-CREB, que medeia o aumento da queima, têm sido mostradas em numerosos estudos como necessárias e suficientes para mediar vários sintomas de abstinência física de opiáceos (Lane-Ladd et al. 1997; Punch et al. 1997; Han et al. 2006).

Embora a maioria da plasticidade induzida por opióides aqui descrita seja postulada como intrínseca aos neurônios de LC NE, há algumas evidências de que a morfina crônica também pode influenciar a entrada excitatória a LC, pois há um aumento na freqüência de EPSC espontânea em cortes de camundongos tratados com morfina (Torrecilla et al. 2008). Além disso, há um aumento na liberação de glutamato e aspartato em LC in vivo em ratos retirados de morfina e a aplicação local de antagonistas de aminoácidos excitatórios em CL bloqueia parcialmente o aumento induzido pela retirada da atividade LC (Akaoka e Aston-Jones 1991; Aghajanian et al. 1994).

Existe alguma controvérsia sobre se as mudanças na sinalização de cAMP-CREB em neurônios LC e na atividade neuronal LC medeiam os comportamentos de abstinência de opiáceos. Por exemplo, lesões de LC, ou nocaute de desenvolvimento da atividade de CREB em neurônios LC NE, não conseguem detectar de forma detectável sintomas de abstinência (Christie et al. 1997; Parlato et al. 2010). Em contraste, nós mostramos que a modulação da atividade da via do cAMP ou do CREB em LC de animais adultos bloqueia consistentemente vários comportamentos de abstinência (Lane-Ladd et al. 1997; Punch et al. 1997; Han et al. 2006). Acreditamos que várias considerações importantes explicam esses achados diferentes. Primeiro, a CL é apenas uma das várias áreas do cérebro importantes para a dependência e a retirada do opiáceo físico (Koob e Le Moal 2001). Não é de surpreender que animais com LCs lesionados ainda desenvolvam profunda dependência física mediada pelo aumento da dependência desses outros substratos neurais. Segundo, é muito plausível que algumas das ferramentas usadas para manipular a atividade da via do AMPc em CL (por exemplo, infusão local de ativadores ou inibidores de PKA) influenciem as aferências glutamatérgicas nessa região, que também parecem mostrar mudanças plásticas (incluindo regulação) após a morfina crônica (Nestler 1992; Christie et al. 1997). Terceiro, apesar de um provável papel para esses aferentes glutamatérgicos, não há dúvida de que a plasticidade intrínseca aos neurônios LC NE também está envolvida, porque o nocaute local de CREB do LC adulto (que não pode afetar os terminais nervosos aferentes) bloqueia a excitabilidade aumentada induzida por morfina. neurônios de LC NE e atenua a retirada (Cao et al. 2010; V Zachariou e EJ Nestler, não publicados.). A falta de efeito de nocaute CREB destes neurônios em ratos knockout condicionais (Parlato et al. 2010) destaca as compensações de desenvolvimento que complicam o uso de modelos de nocaute precoce e enfatiza a importância do uso de manipulações genéticas no cérebro adulto totalmente diferenciado quando se estuda a plasticidade adulta.

Assim, uma riqueza de evidências experimentais estabelece a regulação positiva da via cAMP-CREB como um mecanismo de plasticidade homeostática intrínseca em neurônios LC NE no desenvolvimento da dependência física de opiáceos. Também é importante enfatizar a importância histórica deste trabalho em LC, pois serviu como um sistema modelo para as ações de longo prazo de opiáceos no cérebro: com base nessas investigações anteriores de LC, up-regulation do cAMP-CREB Desde então, a via mostrou ser um mecanismo comum de tolerância, dependência e abstinência de opiáceos em numerosas regiões dos sistemas nervoso central e periférico e, de fato, representa um dos modelos mais bem estabelecidos de base molecular da dependência de drogas (Nestler 2001, 2004).