Exercițiul ridică receptorul D2 al dopaminei într-un model de șoarece al bolii Parkinsons Imagistica in vivo cu fallypride (18F) (2010)

Comentarii: Într-un model de șoarece de Parkinson, exercițiul cu bandă de alergat a crescut receptorii de dopamină D2. Dependențele determină o scădere a receptorilor D2, care este parțial cauza desensibilizării. Un alt motiv pentru exerciții fizice.


Tulburări de mișcare

Volumul 25, Numărul 16, paginile 2777-2784, 15 Decembrie 2010

Marta G. Vučković, MSc,1,2 Quanzheng Li, Doctor,3 Beth Fisher, PT, PhD,4 Angelo Nacca, Doctor,5 Richard M. Leahy, Doctor,3 John P. Walsh, Doctor,6 Jogesh Mukherjee, Doctor,7 Celia Williams, BSc,2 Michael W. Jakowec, Doctor,2,4 și Giselle M. Petzinger, MD2,4,*
Versiunea editată finală a acestui articol este disponibilă la Mov Disord
Vezi alte articole din PMC că citează articolul publicat.

Abstract

Scopul studiului actual a fost de a examina modificările exprimării receptorului dopaminic D2 (DA-D2R) în ganglionii bazali ai șoarecilor MPTP supuși intensității exercițiilor. Folosind analiza imunobloturilor occidentale a synaptoneurosomes și in vivo cu tomografie cu emisie de pozitroni (PET) care utilizează ligandul specific DA-D2R [18F], am constatat că exercițiul de mare intensitate a benzii de alergare a condus la o creștere a expresiei striatale DA-D2R care a fost cea mai pronunțată în MPTP comparativ cu șoarecii tratați cu soluție salină. Schimbările induse de exerciții în DA-D2R în ganglionii bazali cu deficit de dopamină sunt în concordanță cu rolul potențial al acestui receptor în modularea funcției neuronilor spinoși medii (MSN) și recuperarea comportamentală. Foarte important, concluziile acestui studiu sprijină rațiunea utilizării imaginii PET cu [18F] pentru a examina modificările DA-D2R la persoanele cu boala Parkinson (PD) care urmează o antrenament intensiv pe trepied.

Cuvinte cheie: tomografie cu emisie de pozitroni, ganglioni bazali, neuroplasticitate, exerciții de alergare

Exercitarea îmbunătățește performanța motorului la pacienții cu boală Parkinson (PD).1-3 Modelele animale, cum ar fi șoarecele 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridină (MPTP), oferă un instrument critic pentru investigarea mecanismelor moleculare ale îmbunătățirii induse de efort în comportamentul motorului.4-6 Receptorii dopaminergici D1 și D2 (DA-D1R și DA-D2R) sunt țintele primare ale dopaminei pe neuronii spini neregulari medii striatali (MSN) și modulează proprietățile fiziologice și semnalizarea celulară. În mod specific, DA-D2R joacă un rol major în depresia pe termen lung (LTD), o formă de plasticitate sinaptică care implică integrarea neurotransmisiei glutamatergice și dopaminergice care conduc la codificarea funcției motorii în striatrul dorsolateral. Având în vedere rolul DA-D2R în controlul motorului, am încercat să examinăm dacă exercițiul îmbunătățit în îmbunătățirea funcției motorului se datorează parțial unei creșteri a expresiei striatale DA-D2R.

Poziționarea tomografiei cu emisie de pozitroni (PET) cu radiotracție DA-D2R oferă posibilitatea de a efectua studii longitudinale cu privire la efectul exercitării la om. Studiile anterioare cu exerciții aerobe au încercat să măsoare eliberarea de dopamină la indivizi normali7 și nici o modificare a legării [11C] a fost observată, determinând autorii să sugereze că s-au produs puține schimbări în nivelurile de dopamină. Cu toate acestea, efectele exercitării asupra expresiei DA-D2R și a activității sinaptice nu au fost studiate. Ligandul pentru imagistica PET [18F] faliprid este un instrument excelent pentru a examina acest lucru datorită afinității și specificității sale înalte atât pentru DA-D2R, cât și pentru DA-D3R și spre deosebire de [11C] raclopridă, nu este ușor deplasat de nivelurile inițiale ale dopaminei endogene.7-10 Acest lucru a fost confirmat prin pretratarea reserpină a animalelor (pentru a diminua dopamina endogenă) care nu a avut efect asupra [18F] legarea falidpridei,9,11 dar a crescut semnificativ [11C] legarea de raclopridă8 care a fost atribuită unei modificări a afinității aparente de legare (Kd), mai degrabă decât numărul receptorului (Bmax).

Deoarece potențialul de legare (BP) al [18F] falidprida este rezistentă la modificări datorate epuizării dopaminei, sugerând un efect redus asupra acesteia Kd or Bmax la momentul inițial sau în starea epuizată, am utilizat [18F] pentru a testa ipoteza că expresia DA-D2R crește în modelul mouse-ului MPTP cu exerciții intense.9,10,12,13 În plus, pentru a susține măsurile noastre de imagistică PET, am folosit tehnica complementară a analizei imunobloturilor vestică a preparatelor sinaptonoizomale pentru a măsura modificările expresiei proteinei DA-D2R la nivelul sinapsei la aceleași animale. Aici raportăm efectele exercitării asupra expresiei DA-D2R și [18F] în grupuri de șoareci tratați fie cu soluție salină, fie cu MPTP.

METODE

Animale, grupuri de tratament și administrare MPTP

Șoarecii C57BL / 6 de șobolani masculi 8 de săptămâni (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) au fost adăpostiți în grup într-o cameră cu temperatură controlată, sub lumină 12 h / ciclu 12 h închis. Toate procedurile au fost efectuate în conformitate cu Ghidul NIH pentru îngrijirea și utilizarea animalelor de laborator, aprobat de USC IACUC. Un total de șoareci 164 au fost utilizați în patru grupuri de tratament: (1) salină (n = 42), (2) salină plus exercițiu (n = 55), (3) MPTP (n = 57) exercițiu (n = 4). Pentru leziuni, șoarecii au primit patru injecții intraperitoneale de 42 mg / kg MPTP (bază liberă, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) dizolvate în soluție salină 20%, la intervale 0.9-h sau patru injecții intraperitoneale de 2 ml 0.1% NaCI ca și control. Leziunea a fost validată prin analiza HPLC a nivelurilor de dopamină striatală. La administrarea 0.9 după administrarea MPTP, s-a observat scăderea 10% a dopaminei la șoarecii MPTP (82.2 ± 48.0 ng / mg de proteină) comparativ cu șoarecii salina (8.4 ± 269.5 ng / mg de proteină). La sfarsitul studiului, nu a existat o diferenta semnificativa in nivelurile de dopamina striatala intre MPTP plus soarecii (24.9 ± 69.8 ng / mg de proteine) comparativ cu MPTP (11.7 ± 77.9 ng / mg de proteine). Cu toate acestea, a existat o creștere semnificativă a dopaminei striate în șoarecii salinași exercițiu (12.0 ± 315.2 ng / mg de proteină) în comparație cu soluția salină (9.0 ± 246.9 ng / mg de proteină) (F(3,16) = 7.78; P <0.05).

Banda de alergare Exercise

Exercițiul a început 5 zile după leziuni. Șoarecii din cele două grupuri de exerciții fizice (salină plus exercițiu și exerciții MPTP plus) au fost instruiți pentru a alerga pe un trenmill motorizat 100-cm (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) la viteze incrementale pentru săptămâni 6 (5 zile / săptămână) din 60 min / zi și viteza 18-20 m / min.5,6

Imagistică prin rezonanță magnetică

O imagine tridimensională T1-rezonanță magnetică ponderată (MR) a creierului mouse-ului a fost obținută cu un sistem micro-RMN 7-T (Bruker Biospin, Billerica, MA). Parametrii de achiziție a imaginii au fost: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, grosime 0.4-mm, grosime 0.45-mm interslice, dimensiune 128 × 128 × 128.

Radiochimie

Sinteza [18F] falipridă a fost realizată așa cum s-a descris anterior prin reacția de substituție nucleofilă a precursorului tosil cu [18F] folosind un aparat de radiochimie personalizat.12 Purificarea a fost realizată prin HPLC cu fază inversă pe o coloană Phenomenex Luna C8 (2) utilizând ca fază mobilă (55: 45) acetonitril și tampon fosfat de sodiu. Absorbanța UV a fost măsurată la 254 nm și AUFS 0.05. Vârful radioactiv (timpul de retenție 17 min) corespunzător [18F] ficalpridă, a fost colectat și solventul a fost îndepărtat pe un evaporator rotativ. Produsul final a fost testat pentru pirogenicitate, sterilitate, pH și îndepărtarea solvenților organici prin cromatografie în fază gazoasă. Activitatea specifică și puritatea radiochimică au fost evaluate cu ajutorul unui sistem Waters HPLC utilizând un analizor Phenomenex Luna C8 (2). Activitatea specifică se situează în intervalul 3,000-12,000 Ci / mmol.

Măsurători PET și analiză imagine

Douăzeci de șoareci au fost utilizați pentru imagistica PET (n = 6 salină; n = 3 salină plus exercițiu; n = 5 MPTP și n = 6 MPTP plus exercițiu). Scane au fost obținute cu un scaner Concorde microPET R4 (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) cu un protocol de achiziție a modului listă 60-min după scanarea transmisiei 20-min pentru corecția atenuării cu un 68Sursa Ge. [18F] falidpridă (10.92-11.28 MBq) a fost injectată prin vena cozii (bolus unic) la începutul scanării emisiilor. Șoarecii au fost anesteziați cu 2% izofluoran și 98% oxigen. Datele de mod dinamice ale listei au fost sortate pe sinograme cu cadre 26 (6 × 20 sec, 4 × 40 sec, 6 × 1 min și 10 × 5 min) și reconstruite prin două iterații ale maximizării așteptărilor OSEM (subseturi ordonate maximizate) urmate de 18 iterații ale algoritmului de reconstrucție MAP (maximum a posteriori).14 Imaginile reconstituite au fost decupate pentru a conține capul și interpolate liniar în Z- direcție pentru a produce o imagine 128 × 128 × 63 cu izotrop 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 voxeli. Imaginile cu potențial de legare la rezoluție înaltă (BP) ale striatumului au fost calculate din imaginile dinamice reconstituite utilizând un model de referință pentru țesut multilinar15 și parcelele Logan16 cu activitate crescută în striatum și activitate foarte scăzută în cerebel (regiunea de referință). Regiunile anatomice de interes (striatum și cerebelum) au fost definite manual în ambele emisfere din imaginile PET coregreate cu RMN folosind Rview (versiunea 8.21Beta).17 Cuantificarea legării specifice a [18F] fularpridă în striatum de șoarece a fost realizată utilizând valoarea BP care oferă o măsură a raportului de legare specifică / nespecifică la echilibru.18,19 Pentru a demonstra specificitatea de legare în striatum, patru șoareci au fost recoltați 60 min după injectarea ligandului, creierele congelate rapid în azot lichid, secționate la grosimea 30-μm și secțiuni aplicate unui fosfoimager (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway , NJ) (Fig. 1). Studiile au arătat că [18F] fallypride se leagă în mod specific la DA-D2R, și deoarece foarte puțin DA-D3R este în striatum, legarea indică ocuparea DA-D2R.9,10,12,13

FIG. 1 

[18F] Fallypride prezintă o specificitate ridicată de asortare a striatumului mouse-ului. Panoul din stânga prezintă o redare anatomică a secțiunii coronare la nivelul brevetului 0.20 aproximativ. Panoul din dreapta prezintă un autoradiograf reprezentativ care corespunde etichetei intensive ...

Colecția de țesuturi pentru analiza HPLC și proteine

La finalul studiului, creierul a fost îndepărtat rapid, iar striatul dorsal a fost disecat în stare proaspătă, corespunzând regiunilor anatomice de la bregma 1.2 la 0.6, cu corpus callos ca graniță dorsală, aspect lateral al corpusului callos ca graniță laterală și deasupra comisiei anterioare frontiera ventrală.20

Analiza HPLC a dopaminei și a metabolitului său

Nivelurile de dopamină în omogenatele striate (n = 4 per grup) au fost determinate prin HPLC cu detecție electrochimică.6 Sistemul a constat într-un autosampler ESA (ESA, Chelmsford, MA) echipat cu o coloană C-150 3.2 × 18 mm (diametrul 3μm) și un CoulArray 5600A (ESA, Chelmsford, MA) - celula analitică cu canale cu potențiale setate la -75, 50, 220 și 350 mV.

Western Immunoblot Analysis

Efectul de exercițiu asupra expresiei sinaptice a DA-D1R și DA-D2R a fost analizat în preparate synaptoneurosome făcute în stare proaspătă din opt striatum dorsolateral articulat.21 Această procedură a fost efectuată pe trei seturi de șoareci pentru un total de șoareci 24 pe grup experimental (n = prefixuri 3 per grup). Expresia relativă a proteinelor pentru DA-D1R (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), hidroxilaza tirozinei (58 kDa), transportorul de dopamină (68 kDa) și α-tubulina (50 kDa) au fost analizate prin imunoblot occidental22 utilizând anticorpi primari comerciali (anticorpi monoclonali de iepure policlonali și șoareci, Millipore, Temecula, CA). Benzile de bandă au fost vizualizate prin anticorpi anti-iepure capră anti-iepure purificate prin afinitate sau anticorpi secundari anti-mouse conjugați cu IRDye680 sau IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Semnalul fluorescent a fost detectat prin scanarea filtrului într-o platformă LI-COR Odyssey near infrared imaging și cuantificată folosind software-ul Odyssey 2.1 (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Rezultatele sunt prezentate ca niveluri de expresie relativă în comparație cu grupul salin (setat la 100%).

Analiza statistică

Diferențele dintre grupurile din BP de [18F] falipridă, DA-D1R și DA-D2R au fost analizate utilizând analiza varianței în două sensuri (ANOVA) cu tratament între factorul subiectiv (salină față de MPTP) și exercițiul ca în cadrul factorului subiect. exercițiu). Pentru testarea maximă a vitezei de alergare a benzii de alergare, a fost utilizat timpul între factorul subiect (săptămâna 1, 2, etc.) și tratamentul a fost utilizat ca factor în cadrul subiectului (soluție salină vs. MPTP). Testul Bonferroni post hoc a fost utilizat pentru a corecta comparații multiple în evaluarea semnificației de interes. Nivelul de semnificație a fost setat la P <0.05. Pentru a explora semnificația practică a diferențelor de grup, a fost calculată o estimare a magnitudinii diferențelor dintre grupuri utilizând dimensiunea efectului (ES) (ES = MediaGrup 1 - ÎnsemnaGrup 2/ SDreunite). ES reflectă impactul tratamentului în cadrul unei populații de interes și este raportat conform criteriilor stabilite ca fiind mic (<0.41), mediu (0.41-0.70) sau mare (> 0.70).23 Analiza a fost efectuată utilizând Prism5 pentru Windows (GraphPad, San Diego, CA).

REZULTATE

Exerciții de mers în trepte de înaltă intensitate Îmbunătățirea comportamentului motor în șoarecii cu leziuni MPTP

Înainte de leziunea MPTP și începerea exercițiului, vitezele medii de bază ale tuturor șoarecilor în două grupuri de exerciții fizice au fost similare (salin plus exercițiu: 11.7 ± 1.1 m / min și exerciții MPTP plus: 11.2 ± 1.1 m / min). Exercitarea zilnică pentru săptămâni 6 a îmbunătățit vitezele maxime ale benzii de alergare în ambele grupuri de exerciții fizice, cu șoareci cu salină plus exercițiu care au o viteză maximă semnificativ mai mare comparativ cu șoarecii de exerciții MPTP plus în săptămânile 1 prin 4Fig. 2). Totuși, șoarecii MPTP plus exercițiu au avut viteze maxime similare treptelor de viteză ca și șoarecii cu șoareci și exerciții în săptămâna 5 (MPNP plus exercițiu: 17.2 ± 3.6 m / min și exercițiu salin plus: 22.0 ± 1.5 m / min) și săptămâna 6 (19.2 ± 1.2 m / min și 22.2 ± 0.9 m / min, respectiv). După cum sa raportat anterior, șoarecii cu leziuni MPTP care nu au suferit o antrenament de treadmill nu au prezentat o recuperare spontană a comportamentului motorului cu viteza lor maximă de 7.0 ± 0.3 m / min la sfârșitul perioadei de exerciții 6.5

FIG. 2 

Exercitarea îmbunătățește comportamentul motorului în mouse-ul MPTP. Viteza maximă de rulare a șoarecilor salina (n = 12) și MPTP (n = 12) pe banda de alergare motorizată a fost testată la sfârșitul fiecărei săptămâni. Vitezele de bază ale benzii de alergare au fost măsurate înainte de leziunea MPTP. ...

Exerciții de mers cu trenul de mare intensitate Creșterea șarpelui DA-D2R dar nu și a proteinei DA-D1R

Exercițiul de alergare de mare intensitate influențează diferențial DA-D2R și DA-D1R nivelurile în preparatele synaptoneurosomale din striatul dorsal, așa cum se arată prin analiza Western blot (Fig. 3). MPTP plus șoareci de efort au avut o creștere cu 48.8% a DA-D2R striatal comparativ cu șoareci MPTP (Fig. 3B) și o interacțiune semnificativă între exercițiul și leziunea MPTP la nivelul proteinei DA-D2R (F(1,8) = 6.0; P <0.05). În schimb, nu a existat niciun efect de exercițiu asupra nivelurilor de proteine ​​DA-D1R între grupuri (Fig. 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Defectarea cu MPTP nu a modificat semnificativ nici DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) sau expresia DA-D1R (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). În plus, doi markeri de proteine ​​diferiți ai integrității fibrelor dopaminergice din midbrain, hidroxilaza tirozinei (TH; Fig. 3C) și transportor de dopamină (DAT; Fig. 3D), a arătat că MPTP a scăzut semnificativ proteina striatală TH (F(1,8) = 757.3; P <0.05) și expresia DAT (F(1,8) = 218.0; P <0.05).

FIG. 3 

Exercițiul selectiv reglează DA-D2R dar nu și proteina striatală DA-D1R. Panou (A) prezintă analiza imunoblotă vestică a preparatelor synaptoneurosome din striatul dorsal pentru proteina DA-D1R. Nu a existat nicio diferență statistic semnificativă între ...

Exerciții de mers pe trepte de mare intensitate Creșterea striatală [18F] Potențialul de legare a Fallypride (BP)

În timp ce analiza imunobloturilor occidentale a expresiei proteinei receptorului a măsurat epitopii de anticorpi totali (ambele magazine de suprafață și interne celulare) in vivo Imagistica PET cu radioligand specific pentru DA-D2R cu afinitate mare [18F] fallypride poate delimita efectele exercitării asupra disponibilității DA-D2R pentru legarea ligandului (Fig. 4). Analiza statistică a arătat că a existat un efect semnificativ al exercițiului (F(1,16) = 12.3; P <0.05), precum și leziunea MPTP (F(1,16) = 160.3; P <0.05) fără interacțiune semnificativă între MPTP și exercițiu (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) la data de [18F] falipridă BP. Analiza post hoc Bonferroni a arătat o diferență semnificativă în valorile BP între MPTP și MPTP plus șoareci de exercițiu (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01) și nu există nicio diferență semnificativă între soluția salină și soluția salină plus șoarecii de exercițiu (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). Mai exact, șoarecii MPTP plus exerciții au avut o creștere de 73.1% în [18F] fularpride BP comparativ cu șoarecii MPTP (valori medii ale BP pentru MPTP plus exercițiu: 7.1 ± 0.7; valori medii ale BP pentru șoareci MPTP: 4.1 ± 0.3) (Fig. 4B). În plus, șoarecii salina plus exercițiu au avut o creștere cu 8.2% în [18F] falspride BP (13.2 ± 1.0) comparativ cu șoarecii salina (12.2 ± 0.3). În concordanță cu aceste constatări, calculele "dimensiunea efectului" au evidențiat un efect de exercițiu mai mare între grupurile MPTP (ES = 2.61) decât cel observat între grupurile saline (ES = 0.94).

FIG. 4 

Exercitarea crește selectiv [18F] potențialul de legare la falapridă (BP) în striatum de șoareci MPTP. Panou (A) spectacole [18F] imaginile reprezentative BP în orientarea coronală (partea stângă) și orientarea orizontală (partea dreaptă). Bara de scară ...

DISCUŢIE

Acest studiu demonstrează că exercițiul de alergare de mare intensitate conduce la o creștere a [18F] fularpridă BP (disponibilitate DA-D2R) în striatum de șoareci tratați cu MPTP. În schimb, nu a existat o schimbare semnificativă a nivelurilor totale de dopamină striatală între MPTP plus exercițiu comparativ cu MPTP fără șoareci de exercițiu. [18F] fialpridă este un antagonist foarte selectiv DA-D2 / D3R a cărui BP reflectă o in vivo măsurarea receptorilor disponibili (Bmax) / afinitate de legare (Kd). Dat fiind că DA-D2Rs sunt subtipul predominant de receptor dopaminic în striatul dorsal, o creștere indusă de efort [18F] falipridă BP reprezintă o creștere a numărului de DA-D2R și este susținută de o creștere a expresiei proteinei utilizând imunoblottingul Western și studiile noastre anterioare arată o creștere a expresiei striate a DA-D2R de transcripție mRNA utilizând histochimie de hibridizare in situ.5 Această interpretare a înălțimii BP este susținută și de faptul că deplasarea lui [18F] falidprid prin dopamină nu este probabil să apară la șoareci MPTP deoarece nivelurile de dopamină rămân scăzute.24 Prin urmare, modificările în afinitatea aparentă de legare (Kd) sunt neglijabile și este puțin probabil să influențeze BP. Efectul sporit al exercițiului la șoarecii MPTP poate reflecta o încercare a creierului rănit pentru a optimiza neurotransmisia dopaminergică prin creșterea numărului de receptor, în timp ce nivelurile de dopamină rămân scăzute. Sensibilitatea crescută a șoarecilor MPTP la exercițiu relevă un potențial mai mare al creierului intact față de creierul intact de a suferi neuroplasticitate, ceea ce nu poate fi esențial atunci când circuitul striatal este intact. Faptul ca nivelurile de dopamina nu se schimba in mod semnificativ cu exercitiile la soareci MPTP sugereaza ca schimbarile compensatorii in DA-D2R sunt critice pentru exercitarea legate de performanta motorului imbunatatite.

Folosind imagistica PET, am observat o scadere a DA-D2R BP dupa leziunea MPTP in raport cu soarecii tratati cu soareci. Acest lucru a fost în contrast cu imunoblottingul vestic în care nu sa observat nici o schimbare în expresia proteinei DA-D2R. DA-D2R există într-un echilibru dinamic între compartimentele de suprafață și cele intracelulare, acesta din urmă fiind în general disponibil pentru a se lega de radioliganzii PET. În starea epuizată de dopamină, mecanismele compensatorii pot conduce la modificări ale bazinului intracelular pentru DA-D2R, care poate fi indisponibil pentru [18F], dar încă disponibilă pentru detectarea în imunoblotting occidental.

Spre deosebire de rezultatele noastre, o creștere compensatorie a DA-D2R a fost raportată la indivizi cu PD și după administrarea de MPTP la primate neumane sau 6-OHDA la șobolani.25 În literatura de specialitate, pierderea DA-D2Rs se datorează în mod evident degenerării neuronilor dopaminergici, în timp ce creșterea DA-D2Rs rezultă din creșterea expresiei pe terminalele dopaminergice rămase și / sau creșterea sintezei în neuronii striatopalidici sau interneuronii colinergici. Această discrepanță între studiul nostru din PET și cele din literatura de specialitate se poate datora diferențelor în gravitatea leziunii dintre studii.11 În mod specific, pierderea unui număr mai mare de DA-D2R presinaptice prin pierderea celulară indusă de MPTP poate fi suficientă pentru a compensa orice modificări compensatorii postsynaptice induse de leziune singură. Alternativ, incapacitatea noastră de a observa o creștere a DA-D2R BP și a nivelelor de expresie la șoarecii MPTP (non-exercițiu) se poate datora unei recuperări modeste a nivelului de dopamină la sfârșitul studiului (82% scăderea dopaminei la 10 zile față de 68 % epuizare la 42 zile postlesion). Cu toate acestea, acest lucru este puțin probabil ca șoarecii MPTP plus, care au prezentat de asemenea o mică recuperare a dopaminei (nu semnificativ diferit față de șoarecii fără exerciții MPTP) au avut o creștere a DA-D2R BP.

Majoritatea DA-D1Rs și D2Rs sunt exprimate pe coloane dendritice de MSN cu receptori adiționali exprimați pe interneuronii colinergici și terminalele neuronilor glutamatergici și dopaminergici originari din cortex (sau talamus) și substantia nigra pars compacta, respectiv.26 Un rol major al dopaminei este modularea neurotransmisiei glutamatergice corticostriatale sau thalamostriatale la MSN. Neurotransmisia glutamatergică este îmbunătățită prin DA-D1Rs și diminuată prin DA-D2Rs.27-29 În condițiile de depleție a dopaminei, spinurile și conexiunile sinaptice sunt pierdute selectiv pe DA-D2R conținând MSNs ale căii indirecte.30 Această pierdere este însoțită de o stare de hiperexcitabilitate în MSN datorită neurotransmisiei corticostriatale glutamatergice crescute.31-33 În cazul modelelor pe animale de la PD, această unitate crescută de glutamatergie se corelează cu comportamentul motorului parkinsonian.34 Atenuarea acestei stări hyperexcitabile prin aplicarea dopaminei sau a agoniștilor acesteia conduce la inversarea deficitelor motorii parkinson.35,36 În lumina acestor rapoarte și constatările noastre, am presupus că beneficiile exercițiilor de intensitate ridicată sunt de a spori semnalizarea dopaminergică prin creșterea expresiei DA-D2R pe calea indirectă (dar nu pe calea directă DA-D1R) și îmbunătățirea funcției motorului prin supresia excitabilității glutamatergice.

Concluzia primară a studiului nostru este că exercițiul sub formă de alergare intensă a benzii de alergare facilitează neuroplasticitatea prin creșterea expresiei DA-D2Rs striatale, un proces cel mai evident în creierul rănit. Pe baza constatărilor noastre, o abordare neinvazivă de imagistică PET cu [18F] falidprida poate fi utilizată pentru a investiga dacă exercițiul de alergare intensivă conduce, de asemenea, la modificări ale DA-D2R la persoanele cu PD. Studiul nostru evidențiază valoarea cercetării preclinice pe modele animale de epuizare a dopaminei și importanța cercetării translaționale pentru furnizarea atât a rațiunii cât și a înțelegerii față de înțelegerea imaginilor și a studiilor de exerciții fizice la persoanele cu PD.

recunoasteri

Această lucrare a fost susținută de un grant acordat de programul USC CTSI Full Pilot Grant și de fondurile generoase de la Fundația pentru bolii Parkinson, Echipa Parkinson (Los Angeles), Alianța Parkinson, Grupul de educație a bolilor Whittier Parkinson, NINDS RO1 NS44327-1, NIA AG 21937) și armata SUA NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV este destinatarul programului Fellowship de merit al programului USC Neuroscience Graduate Program. Dorim sa-i multumim lui Ryan Park si Dr. Peter Conti de la USC Small Animal Imaging Core pentru asistenta cu imagistica micro-PET si Dr. Rex Moats de la Small Animal Imaging Research Core la Institutul de Cercetare Saban pentru asistenta cu RMN-ul mouse-ului. Am dori să-i mulțumim lui Yi-Hsuan (Lilian) Lai pentru ajutor cu exerciții de alergare și Avery Abernathy pentru expertiza sa în analiza HPLC. Suntem recunoscători grupului Friends of the Parkinson din Statele Unite, printre care George și MaryLou Boone, Walter și Susan Doniger și Roberto Gonzales pentru sprijinul lor generos.

Note de subsol

 

Potențialul conflict de interese: Nimic de raportat.

Notă adăugată în dovadă: Acest articol a fost publicat online pe 19 octombrie 2010. O eroare a fost identificată ulterior. Această notificare este inclusă în versiunile online și de imprimare pentru a indica faptul că ambele au fost corectate.

Dezvaluirea financiara: USC Neuroscience Programul de absolvent al programului de merit (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ și GP), USC CTSI Programul de Grant Full Pilot (QL, AN, MJ, GP).

Rolul autorului: Toți autori au contribuit la generarea acestui manuscris. Proiect de cercetare Concepție: GP, BF, MJ, RL, JW. Executarea proiectului: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Colectare, prelucrare, analiză statistică: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Pregătirea manuscrisului: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.

Referinte

1. Bergen JL, Toole T, Elliott RGr, Wallace B, Robinson K, Maitland CG. Intervenția la exercițiile aerobe îmbunătățește capacitatea aerobă și inițierea mișcărilor la pacienții cu boala Parkinson. NeuroRehabilitation. 2002; 17: 16-168. [PubMed]
2. Comella CL, Stebbins GT, Brown-Toms N, Goetz CG. Terapia fizică și boala Parkinson: un studiu clinic controlat. Neurologie. 1994; 44 (3 Partea 1): 376-378. [PubMed]
3. Schenkman M, Sala D, Kumar R, Kohrt WM. Training de exerciții de antrenament pentru îmbunătățirea economiei circulației persoanelor cu boală Parkinson: trei rapoarte de caz. Fizică. 2008; 88: 63-76. [PubMed]
4. Pothakos K, Kurz MJ, Lau YS. Efectul restrâns al exercițiului de anduranță asupra deficitelor comportamentale în modelul de șoarece cronic al bolii Parkinson cu neurodegenerare severă. BMC Neurosci. 2009; 10: 1-14. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
5. Fisher BE, Petzinger GM, Nixon K și colab. Recuperarea comportamentală indusă de exerciții și neuroplasticitatea în ganglionii bazali de șoarece cu leziuni 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridină. J Neurosci Res. 2004; 77: 378-390. [PubMed]
6. Petzinger GM, Walsh JP, Akopian G și colab. Efectele exercitării banda de alergare asupra transmiterii dopaminergice în modelul de șoarece cu leziuni 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridină cu leziuni ale ganglionilor bazali. J Neurosci. 2007; 27: 5291-5300. [PubMed]
7. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS și colab. Studiile PET privind efectele exercițiilor aerobe asupra eliberării dopaminei striate umane. J Nucl Med. 2000; 41: 1352-1356. [PubMed]
8. Ginovart N, Farde L, Halldin C, Swahn CG. Efectul depleției induse de reserpină a dopaminei sinaptice asupra legării [11C] de raclopridă la receptorii D2-dopamină din creierul maimuței. Synapse. 1997; 25: 321-325. [PubMed]
9. Mukherjee J, Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mantil J. Evaluarea gradului de ocupare a receptorilor dopaminei D-2 de clozapină, risperidonă și haloperidol in vivo în creierul rozătoarelor și al primatelor neumane utilizând 18F-falipridă. Neuropsychopharmacology. 2001; 25: 476-488. [PubMed]
10. Honer M, Bruhlmeier M, Missimer J, Schubiger AP, Ametamey SM. Imagistica dinamică a receptorilor striatali D2 la șoareci folosind PET quad-HIDAC. J Nucl Med. 2004; 45: 464-470. [PubMed]
11. Falardeau P, Bedard PJ, Di Paolo T. Relația dintre pierderea creierului do-pamină și densitatea receptorului dopaminei D2 în maimuțele MPTP. Neurosci Lett. 1988; 86: 225-229. [PubMed]
12. Mukherjee J, Yang ZY, Brown T, și colab. Evaluarea preliminară a legării receptorului de dopamină extra-tri-D-2 în creierul rozătoarelor și al primatelor non-umane utilizând radioligandul cu afinitate ridicată, 18F-falipridă. Nucl Med Biol. 1999; 26: 519-527. [PubMed]
13. Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mukherjee J. Cuantificarea receptorilor de dopamină D-2 striatali și extrasteriali utilizând imagistica PET de [(18) F] falipridă în primatele neumane. Synapse. 2000; 38: 71-79. [PubMed]
14. Qi J, Leahy RM, Cherry SR, Chatziioannou A, Farquhar TH. Rezumat 3D Reconversie bayesiană cu ajutorul scanerului micro-PET pentru animale mici. Phys Med Biol. 1998; 43: 1001-1013. [PubMed]
15. Ichise M, Toyama H, Innis RB, Carson RE. Strategii pentru îmbunătățirea estimării parametrilor neuroreceptori prin analiza regresiei liniare. J Cereb Metab de flux sanguin. 2002; 22: 1271-1281. [PubMed]
16. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wang GJ, Ding YS, Alexoff DL. Rata volumului de distribuție fără prelevarea de probe de sânge din analiza grafică a datelor PET. J Cereb Metab de flux sanguin. 1996; 16: 834-840. [PubMed]
17. Studholme C, Hill DL, Hawkes DJ. Înregistrarea automată tridimensională a imaginilor imagistice cu rezonanță magnetică și tomografie cu emisie de pozitroni prin optimizarea multiresolvării măsurilor de similitudine voxel. Med Phys. 1997; 24: 25-35. [PubMed]
18. Mintun MA, Raichle ME, Kilbourn MR, Wooten GF, Welch MJ. Un model cantitativ pentru evaluarea in vivo a locurilor de legare a medicamentului cu tomografie cu emisie de pozitroni. Ann Neurol. 1984; 15: 217-227. [PubMed]
19. Lammertsma AA, Hume SP. Modelul țesutului de referință simplificat pentru studiile privind receptorii PET. Neuroimage. 1996; 4 (3 Partea 1): 153-158. [PubMed]
20. Paxinos G, Franklin KBJ. Creierul mouse-ului în coordonate stereotaxice. 2. New York: Academic Press; 2001.
21. Johnson MW, Chotiner JK, Watson JB. Izolarea și caracterizarea synaptoneurosomes de la feliile hipocampale unice de șobolan. Metode J Neurosci. 1997; 77: 151-156. [PubMed]
22. Laemmli UK. Scindarea proteinelor structurale în timpul asamblării capului bacteriofagului T4. Natură. 1970; 227: 680-685. [PubMed]
23. Thomas JR, Salazar W, Landers DM. Ce lipsește în p <05? Mărimea efectului. Res Q Exerc Sport. 1991; 62: 344-348. [PubMed]
24. Cropley VL, Innis RB, Nathan PJ și colab. Efect mic al eliberării dopaminei și nici un efect al depleției dopaminei asupra legării [(18) F] falidpridă la oameni sănătoși. Synapse. 2008; 62: 399-408. [PubMed]
25. Hurley MJ, Jenner P. Ce a fost învățat din studiul receptorilor dopaminergici în boala Parkinson? Pharmacol Ther. 2006; 111: 715-728. [PubMed]
26. Smith Y, Villalba R. Striatal și dopamina extrasterială în ganglionii bazali: o prezentare generală a organizării sale anatomice în creierul normal și parkinson. Mov Disord. 2008; 23 (Suppl 3): S534-S547. [PubMed]
27. Cepeda C, Buchwald NA, Levine MS. Acțiunile neuro-modulatoare ale dopaminei în neostriatum sunt dependente de subtipurile receptorilor de aminoacizi excitatori activi. Proc Natl Acad Sci SUA. 1993; 90: 9576-9580. [Articol gratuit PMC] [PubMed]
28. Levine MS, Altemus KL, Cepeda C, și colab. Acțiunile modulatoare ale dopaminei asupra răspunsurilor mediate de receptorul NMDA sunt reduse la șoarecii mutanți cu deficit de D1A. J Neurosci. 1996; 16: 5870-5882. [PubMed]
29. Umemiya M, Raymond LA. Modularea dopaminergică a curenților postsynaptici excitatori în neuronii neostriatali ai șobolanilor. J Neurophysiol. 1997; 78: 1248-1255. [PubMed]
30. Ziua M, Wang Z, Ding J, și colab. Eliminarea selectivă a sinapselor glutamatergice asupra neuronilor striatopalidici în modelele bolii Parkinson. Nat Neurosci. 2006; 9: 251-259. [PubMed]
31. VanLeeuwen JE, Petzinger GM, Walsh JP, Akopian GK, Vuckovic M, Jakowec MW. Modificată expresia receptorului AMPA cu exercițiu de alergare în modelul de șoarece 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridină-leziuni cu leziuni ale ganglionilor bazali. J Neurosci Res. 2010; 88: 650-668. [PubMed]
32. Hernandez-Echeagaray E, Starling AJ, Cepeda C, Levine MS. Modularea curenților AMPA de către receptorii dopaminergici D2 în neuronii spini de dimensiuni medii striatali: sunt necesare dendritele? Eur J Neurosci. 2004; 19: 2455-2463. [PubMed]
33. Surmeier DJ, Ding J, Ziua M, Wang Z, Shen W. D1 și D2 modularea receptorilor de dopamină a semnalizării striatei glutamatergice în neuronii spinați medii striatali. Tendințe Neurosci. 2007; 30: 228-235. [PubMed]
34. Calabresi P, Mercuri NB, Sancesario G, Bernardi G. Electrofiziologia neuronilor striatali denaturați de dopamină. Implicații pentru boala Parkinson. Creier. 1993; 116 (Partea 2): 433-452. [PubMed]
35. Ballion B, Frenois F, Zold CL, Chetrit J, Murer MG, Gonon F. Stimularea receptorului D2, dar nu D1, restabilește echilibrul striatal într-un model de șobolan al Parkinsonismului. Neurobiol Dis. 2009; 35: 376-384. [PubMed]

36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Plasticitatea sinaptică și interacțiunile fiziologice între dopamină și gluta