Комментарии: Два молекулярных переключателя играют видную роль во всех зависимостях, включая поведенческие зависимости. Один, который я подчеркиваю, называется DeltaFosB, другой - CREB, тема этой статьи.
20 много лет назад ученые подсели на один транскрипционный фактор, который реагирует на злоупотребление наркотиками. Приведет ли их работа к лечению?
Керри Гренс
Стивен Мэг, аспирант Пенсильванского университета, въезжает на тележке с клетками для мышей в комнату размером с большую гардеробную. Помещение напоминает фотолабораторию, освещенную только красным светом и заставленную небольшими рабочими столами и висящими черными шторами. В коридоре на экране телевизора отображается изображение видеокамеры изнутри комнаты, смотрящее на ряд ящиков из оргстекла.
Одна за другой рука в латексной перчатке появляется на экране и втыкает коричневую мышь в каждую коробку. Животные снуют, исследуя уголки; некоторые делают паузу в середине зала и энергично приводят себя в порядок. Маг заставляет животных ассоциировать лекарство с одной стороной камеры над другой, например, с полосатыми стенами вместо твердых стен. Добавление в камеры наркотика, такого как кокаин, делает работу невероятно простой. По словам аспиранта Джесса Клека, всего одно воздействие наркотика: «Однажды я заставил мышь сидеть 13 минут 30 секунд на той стороне, где он ранее получал кокаин».
Со временем, как у животных, так и у людей, воздействие препарата приводит к зависимости, влечению и отмене при отмене препарата. Тревога и депрессия становятся все более распространенными, а все другие источники вознаграждения теряют свою привлекательность, поскольку наркотики становятся основным источником мотивации. Физиологические изменения у людей с зависимостью поразительны. «Дело не в том, что они более или менее чувствительны к лекарству, это разные люди», - говорит Эрик Нестлер из Юго-западного медицинского центра Техасского университета в Далласе. «Вы глубоко меняете природу нервных клеток».
Нисходящая спираль от первого порыва к длительной зависимости включает в себя многочисленные нейробиологические адаптации: длительная депрессия в синапсах, нейродегенерация и постоянные изменения в экспрессии генов. Однако нет двух одинаковых препаратов, так как у каждого есть свои особенности. Например, стимуляторы, такие как амфетамин и кокаин, усиливают ветвление нейронов в прилежащем ядре, тогда как морфин оказывает противоположное действие.
Классическое описание воздействия лекарства на мозг сосредоточено на системе вознаграждения, в частности, на нейронах, которые проецируются вентрально от вентральной тегментальной области (VTA) к прилежащему ядру. Эти нейроны выделяют дофамин, а алкоголь и наркотики прямо или косвенно возбуждают их. Когда дофамин попадает в прилежащее ядро, это стимулирует удовольствие.
Проблема начинается, когда со временем эта система начинает разрушаться и развивать терпимость. Такое же количество лекарства вызывает меньшие дофаминовые ответы, нейроны VTA могут сокращаться, синаптические связи распадаются, плотность рецепторов изменяется, а экспрессия определенных генов увеличивается, особенно тех, которые связаны с тревогой и депрессией. Это, по словам Джорджа Куба из Института Солка в Ла-Хойя, Калифорния, является «темной стороной зависимости», когда наркоман продолжает употреблять наркотики просто для того, чтобы облегчить плохие чувства зависимости.
Джули Бленди, главный исследователь Мэга в Пенсильванском университете, Нестлер и другие анализируют бесчисленные молекулярные изменения, сопровождающие воздействие наркотиков и зависимость, чтобы точно определить, что именно транскрипционно происходит в мозге. В течение почти двух десятилетий исследователи наркозависимости наблюдали за активностью одного фактора транскрипции: белка, связывающего элемент цАМФ (CREB). Этот белок реагирует на различные наркотики, в том числе на кокаин, морфин, алкоголь, амфетамин и никотин. Однако, несмотря на все это время, говорит Нестлер: «Сейчас мы только на вершине айсберга в идентификации генов-мишеней CREB». Тем не менее, они надеются найти зацепки для предотвращения или исправления этих изменений.
Бленди точно помнит, когда родились ее первые мыши с дефицитом CREB. «Им 15 лет, - говорит она со смехом, - я родила дочь [в июне], а через две недели у них родился первый мутант». В то время Бленди работал постдоком в лаборатории Гюнтера Шутца в Немецком центре исследования рака в Гейдельберге, и технологии нокаута вызвали большой энтузиазм. Другие группы требовали использовать мышей.
Однако все это прекратилось, когда группа Шютца начала характеризовать мышей. «Мы поняли, что не добились полного нокаута», - говорит Бленди. У мутантных животных были альтернативные формы сплайсинга гена CREB, но это оказалось случайностью. Животные с нокаутом CREB не переживают перинатальный период. Наличие всего лишь небольшого количества CREB позволило этим мутантам дожить до зрелого возраста, с функциональными изменениями, которые позволили бы исследователям исследовать роль CREB в ряде неврологических аспектов, включая обучение, память, расстройства настроения и зависимость.
К этому времени, в середине 90-х, фактор транскрипции уже был целью исследования зависимости. Все началось в 1970-х годах с фермента аденилатциклазы в голубоватом участке ствола мозга, который доставляет норадреналин во многие части мозга. Аденилилциклаза синтезирует цАМФ, который, в свою очередь, активирует CREB. Нобелевский лауреат Маршалл Ниренберг и его коллеги представили в нейронах голубого пятна доказательства «клеточной толерантности» к морфину. Они показали, что, хотя активность аденилатциклазы падает после воздействия морфина, когда лекарство инкубируется с клетками более суток, активность аденилатциклазы восстанавливается.1 Когда лекарство было удалено, активность фермента резко возросла, что авторы интерпретируют это как отказ клеток от зависимости: «Это явление можно сравнить с абстинентным синдромом у животных».
«Вы глубоко меняете природу нервных клеток». -Эрик Нестлер
Только спустя более чем десятилетие, в начале 1990-х годов, Нестлер из Йельского университета и его группа воспроизвели результаты in vivo и перешли на два шага ниже по течению от аденилциклазы к активации CREB. Они показали, что доза морфина ухудшает фосфорилирование CREB (маркер активации CREB), но эта активность возвращается к норме после более длительного воздействия препарата.2 «Примерно в то же время, - вспоминает Нестлер, - мы спрашивали: Locus ceruleus - это всего лишь модельная система для опиатной системы, но реагируют ли другие нейроны? » Он обратился к прилежащему ядру, группе нейронов, которые получают дофаминергические сигналы от вентральной тегментальной области и участвуют в системе вознаграждения мозга. Там Нестлер обнаружил аналогичные результаты: хроническое употребление морфина увеличивает активность CREB.
Мыши с дефицитом CREB в лаборатории Шетца предоставили возможность измерить, был ли CREB необходим в процессе зависимости. Вместе с Рафаэлем Мальдонадо, который тогда работал в Парижском университете, Бленди в 1996 году показала, что у ее мутантных мышей отсутствуют симптомы абстиненции морфина, которые проявляются у нормальных животных3. «По определению, зависимость означает наличие синдрома отмены при отмене препарата. , - говорит Бленди. «Вопрос в том, были ли животные вообще никогда не зависели от наркотиков?» Бленди пришел к выводу, что CREB играет важную роль в возникновении зависимости. Но такое простое объяснение было слишком хорошим, чтобы быть правдой.
Билл Карлезон, ныне адъюнкт-профессор психиатрии в Гарвардской больнице Маклина в Белмонте, штат Массачусетс, в середине 1990-х годов работал постдоком в лаборатории Нестлера, изучая кокаин в прилежащем ядре. В то время не было хорошего способа нацелить CREB напрямую, поэтому группа Нестлера разработала вирусный вектор с мутантной формой CREB, который конкурирует с эндогенным CREB и блокирует его активность. Когда животным-мутантам давали кокаин, они проявляли повышенное предпочтение к этому наркотику, тогда как при чрезмерной экспрессии CREB у животных они проявляли к нему отвращение.
Бленди нашла аналогичные результаты после того, как в 1997 году переехала в Пенсильванский университет с линией мышей с дефицитом CREB. Когда этим животным давали низкие дозы кокаина (дозы, достаточно малые, чтобы их нельзя было отличить от физиологического раствора для животных дикого типа), животные демонстрировали сильное предпочтение места той стороне коробки, где они получали кокаин.5 «Животные с дефицитом CREB. покажите увеличение вознаграждения за кокаин, - говорит Бленди.
Хотя данные Бленди совпадали с результатами Нестлер и Карлезон, они были выводами, которые, казалось, не соответствовали ее результатам для морфина. В то время как дефицит CREB, казалось, заставлял животных больше интересоваться кокаином, с морфином он действовал противоположным образом. Бленди подозревает, что это несоответствие связано с различными областями мозга, на которые действует каждый препарат. Хотя все наркотики, вызывающие злоупотребление, в конечном итоге увеличивают дофамин в прилежащем ядре, они действуют посредством разных механизмов: кокаин блокирует переносчики дофамина в прилежащем ядре, тогда как морфин подавляет дофаминовые клетки в вентральной тегментальной области.
Сложность молекулярных изменений, связанных с наркозависимостью, на этом не заканчивается. Алкоголь и никотин действуют на CREB иначе, чем кокаин и морфин. Более того, другой фактор транскрипции, DFosB, активируется аналогично CREB, но с противоположными эффектами на поведение.
Ответ DFosB на наркотики может быть столь же важен для зависимости как CREB, особенно относительно долгосрочных изменений. По словам Нестлера, CREB, по сути, доставляет отрицательные отзывы от лекарств, а DosBB способствует полезным эффектам лекарств.
«DFosB можно во многих отношениях рассматривать как противоположность CREB», - говорит Нестлер. Тем не менее, с поразительной сложностью, оба фактора транскрипции могут быть активированы в одной и той же клетке. «Некоторые клетки показывают активацию CREB, некоторые индуцируют DFosB, а некоторые перекрываются», - объясняет Нестлер. «Это очень сложный процесс, который необходимо разработать».
Несмотря на эти пробелы в знаниях, к 1990-м годам ученые были уверены, что CREB играет важную роль в регулировании последствий злоупотребления наркотиками. Однако они также осознали, что это, по-видимому, не универсальный маркер для всех лекарств во всех областях мозга, не говоря уже о лечении. «CREB никогда не станет терапевтической мишенью. Это слишком важно, слишком повсеместно », - говорит Бленди.
Она решила повернуть вниз по течению. Ее группа отслеживает экспрессию ряда генов-мишеней CREB в процессе наркомании, от первоначального воздействия до зависимости и до отмены. «Есть надежда, что некоторые из целевых [генов], за которые он отвечает, будут идеальными».
Одним из последующих генов-мишеней, который продемонстрировал наиболее впечатляющие результаты дифференциальной экспрессии в этих фазах, является фактор высвобождения кортикотропина (CRF, также называемый гормоном высвобождения кортикотропина, CRH). CRF важен в опосредовании стрессовых реакций, но он также участвует в темной стороне зависимости Коуба. «То, что мы обнаруживаем, - говорит Куб, - и это особенно верно в отношении алкоголя, опиатов и никотина и, возможно, немного меньше для кокаина - когда животные принимают много наркотиков, система CRF включается и способствует чрезмерному употреблению наркотиков. -взятие. "
Маркус Хейлиг, клинический директор Национального института злоупотребления алкоголем и алкоголизмом, говорит, что усиление регуляции системы CRF кажется постоянным. «В прошлом году на грызунах была зафиксирована серия статей о том, что если у вас долгая история зависимости от алкоголя, а также циклы интоксикации и абстиненции, это вызовет удивительно долгосрочные изменения в эндогенной [CRF] системе», - сказал Хейлиг. говорит.
Сов недавно Кооб показал, что животные, зависимые от алкоголя, меньше пьют во время абстиненции, когда им вводят антагонист рецептора CRF1 «Можно было бы предсказать [антагонист рецептора CRF7] мог бы быть отличным лекарством от отмены», - говорит Нестлер. Однако было сложно найти антагонист, безопасный для использования на людях. Клинические испытания одного препарата, NBI 1, были прекращены несколько лет назад после того, как у двух пациентов развился повышенный уровень ферментов печени.30775 Коуб и Хейлиг, среди прочих, работают над поиском антагониста рецептора CRF8, который можно было бы безопасно использовать для лечения зависимости.
В марте этого года Хейлиг опубликовал многообещающие результаты для алкоголь-зависимых крыс, показывающие, что препарат не давал зависимым животным искать алкоголь, когда они подвергались воздействию стрессора. 9 Если антагонист рецептора CRF1 может быть превращен в препарат, говорит Куоб, наиболее вероятное применение было бы во время острой абстиненции.
«CREB никогда не станет терапевтической мишенью. Это слишком важно, слишком повсеместно », - Джули Бленди
Примерно в 300 милях к северу от лаборатории Бленди в Пенсильвании ученый из Гарвардской больницы Маклина в таком же платье, перчатках и ботинках везет тележку с животными по коридору. Это экспериментальные крысы Карлезона, каждая из которых оснащена антенно-подобным электродом, хирургически установленным на макушке головы. Электрод подает приятную стимуляцию в виде прямоугольных импульсов электрического тока в центр вознаграждения мозга. В офисе Карлезона он воспроизводит видео, на котором мышь непрерывно вращает колесо, чтобы получить доставляющий удовольствие ток. «Это, наверное, кажется лучшим из когда-либо существовавших. Животные предпочтут это лекарствам, еде, сексу - чему угодно, - говорит он.
По словам Карлезона, в определенный момент мышь перестает вращать колесо, когда ток падает ниже частоты, при которой уменьшается вознаграждение. Когда животные проходят абстинентный синдром от кокаина, минимальное количество тока, на которое они готовы работать - их «порог вознаграждения» - повышается.10 «Поскольку стимуляция не так полезна во время абстиненции, мышам требуется более высокая частота, чтобы получить их. работать [для стимуляции] ». Заключение Карлезона: «Мы думаем, что они производят больше динорфина».
Динорфин является эндогенным опиоидом, который действует на k-опиоидные рецепторы и является нижестоящим целевым геном CREB. Карлезон показал, что, когда функция CREB или динорфина повышается в прилежащем ядре, кокаин менее полезен, а иногда даже отвратителен. Но когда k-рецепторы блокируются, эффект исчезает. 4 Carlezon в настоящее время экспериментирует с предоставлением антагонистов k-опиоидных рецепторов крысам, испытывающим абстиненцию кокаина, и измерению того, могут ли эти препараты удерживать постоянные пороги вознаграждения. Если антагонисты работают, Карлезон говорит, что они могут быть кандидатами для лечения симптомов отмены наркотиков.
Куб и Брендан Уокер, также из Scripps, использовали антагонист k-опиоидных рецепторов норбиналторфимин у крыс, зависимых от этанола, и обнаружили, что они меньше пили. У животных, которые не были зависимы, их питьевое поведение не изменилось. Уокер говорит, что это поддерживает идею о том, что динорфин-k-опиоидная система участвует в «темной стороне» зависимости11. «В общем, - говорит Уокер, - это гипотеза: когда животные зависимы и вы отказываетесь от алкоголя, усиление негативного воздействия заставляет их хотеть потреблять больше алкоголя. Похоже, что если мы сможем заблокировать эту систему, мы сможем в некотором смысле заблокировать мотивацию животного к чрезмерному употреблению алкоголя ».
Чарльз О'Брайен, заместитель заведующего кафедрой психиатрии Пенсильванского университета и директор Центра исследований зависимости, говорит, что исследования динорфинов и антагонистов рецепторов CRF1 выглядят многообещающими, но для настоящего лечения зависимости целью должен быть центр памяти мозга. , который может включать или не включать CREB.
«Зависимость - это навязчивое поведение, связанное с поиском наркотиков, - говорит О'Брайен. «Это не изменения, вызванные самим алкоголем, кокаином или героином. Дело в том, что после того, как наркотик исчез, остается обучение, след памяти, который вызывает тягу, которая вызывает поиск наркотиков и рецидив ». Нестлер говорит, что эти воспоминания длятся всю жизнь. «В детстве мы прикасались к горячей плите и вспомнили, что никогда не стоит экспериментировать с горячей плитой…. Воспоминания о наркотиках могут быть столь же сильными, как и эти воспоминания ».
Неясно, включает ли изучение зависимости CREB. Тем не менее, Нестлер говорит, что манипулирование генами-мишенями CREB для облегчения абстинентного синдрома может помочь другим методам лечения зависимости, например, когнитивно-поведенческой терапии, которая может влиять на воспоминания. «На мой взгляд, чем раньше вы передадите эти [потенциальные лекарства] людям, тем лучше», - говорит О'Брайен. «Модели на животных могут указать путь, но рано или поздно вам придется превратить их в людей».
Рекомендации
1. SK Sharma et al., «Двойная регуляция аденилатциклазы объясняет наркотическую зависимость и толерантность», Proc Nat Acad Sci, 72: 3092-6, 1975. [PUBMED]
2. X. Guitart et al., «Регулирование фосфорилирования белка, связывающего элемент ответа на циклический АМФ (CREB), под действием острого и хронического морфина в локусе ceruleus крысы», J. Neurochem, 58: 1168-71, 1992. [PUBMED]
3. Р. Мальдонадо и др., «Снижение абстиненции морфина у мышей с мутацией в гене, кодирующем CREB», Science, 273: 657-9, 1996. [PUBMED]
4. WA Carlezon, Jr. и др., «Регулирование вознаграждения за кокаин с помощью CREB», Science, 282: 2272-5, 1998. [PUBMED]
5. CL Walters, JA Blendy, «Различные требования к белку, связывающему элемент ответа цАМФ в положительных и отрицательных усиливающих свойствах наркотиков, вызывающих злоупотребление», J. Neurosci, 21: 9438-44, 2001. [PUBMED]
6. Э. Дж. Нестлер, «Есть ли общий молекулярный путь к зависимости?» Nat Neurosci, 8: 1445-9, 2005. [ПУБЛИКАЦИЯ]
7. CK Funk et al., «Антагонисты кортикотропин-рилизинг фактора 1 избирательно снижают самовведение этанола у этанолозависимых крыс», Biol Psych, 61: 78-86, 2007. [PUBMED]
8. C. Chen, DE Grigoriadis, «NBI 30775 (R121919), пероральный активный антагонист рецептора кортикотропин-рилизинг-фактора (CRF) типа 1 для лечения тревоги и депрессии», Drug Dev Res, 65: 216- 26, 2005 г. [ПУБЛИКАЦИЯ]
9. DR Gehlert et al., «3- (4-Хлор-2-морфолин-4-илтиазол-5-ил) -8- (1-этилпропил) -2,6-диметилимидазо [1,2 -b] пиридазин: новый проникающий в мозг, перорально доступный антагонист рецептора 1 рилизинг-фактора кортикотропина, эффективный в моделях алкоголизма на животных », J. Neurosci, 27: 2718-26, 2007. [PUBMED]
10. И. Гусаков и др., «LTP в боковой миндалине во время отмены кокаина», Eur J Neurosci, 23: 239-50, 2006. [PUBMED]
11. Уокер Б.М. и Кооб Г.Ф., «Фармакологические доказательства мотивационной роли ?? -опиоидных систем в зависимости от этанола», Нейропсихофармакология, онлайн-публикация 2 мая 2007 г. [PUBMED]
Подробнее: Addictive Research - The Scientist - Magazine of the Life Sciences http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n
;
