Стресс и зависимость: вклад системы высвобождения кортикотропина (CRF) в нейропластичность (2012)

Система рилизинг-фактора кортикотропина (CRF)

Было показано, что CRF, также известный как рилизинг-гормон кортикотропина (CRH), вызывает различные поведенческие изменения, связанные с адаптацией к стрессу. Нарушение регуляции системы CRF в любой момент может привести к различным психическим расстройствам, таким как депрессия, обсессивно-компульсивное расстройство, посттравматическое стрессовое расстройство и SUDs (Cole et al., 1990; Сарняй и др., 1992, 2001; Кадор и др., 1993; Кооб и Крик, 2007; Кооб и Ле Моаль, 2008a). Было показано, что стресс, вызванный ударом ног, эффективен для восстановления алкоголя (Le et al., 1998, 2000; Гасс и Олив, 2007; Ричардс и др., 2008), никотин (Buczek et al., 1999), кокаин (Erb et al., 1996), опиаты и психостимуляторы (Lu et al., 2003) и героин (Shaham et al., 1997) Ищу. В частности, ХПН был связан с восстановлением наркотиков (Shaham et al., 1997; Ле и др., 2002; Лю и Вайс, 2002; Funk et al., 2006). Также было показано, что CRF вызывает тревожное поведение во время отказа от хронического этанола (Baldwin et al., 1991; Оверстрит и др., 2004) и может нести ответственность за постоянную уязвимость и возможный рецидив.

Ассоциация CRF система состоит из четырех лигандов: CRF, урокортин (UCN) (Vaughan et al., 1995) 1, 2 и 3, два рецептора, связанных с G-белком (GPCR), CRF-рецептор 1 (CRF-R1) и CRF-рецептор 2 (CRF-R2), а также секретируемый белок, связывающий CRF (CRF- ВР); смотри таблицу Table11 и (Бейл и Вейл, 2004) для обзора системы CRF.

Первоначально он был идентифицирован как гипоталамический фактор, ответственный за стимуляцию секреции адренокортикотропного гормона (АКТГ) из передней доли гипофиза (Guillemin and Rosenberg, 1955; Саффран и др., 1955) где он стимулирует синтез глюкокортикоидов и секрецию коры надпочечников (Turnbull and Rivier, 1997). Его название было установлено за тридцать лет до его биохимической идентификации в 1980-х годах (Vale et al., 1981) в то время как его идентификатор гена в Национальном центре биотехнологической информации (NCBI) - CRH. Это пептид 4.7-килодальтон (кДа) и состоит из аминокислотных остатков 41. Нейросекреторные нейроны паравентрикулярного ядра (PVN) гипоталамуса синтезируют CRF (Meloni et al., 2005). Затем CRF высвобождается в афферентные портальные кровеносные сосуды в переднюю часть гипофиза где он вызывает высвобождение АКТГ в системной циркуляции, Ось гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая (HPA) регулируется отрицательной обратной связью от глюкокортикоидов, которые активируют глюкокортикоидные рецепторы, особенно в PVN и гиппокампе. СRF также выражается вне оси HPA для контроля вегетативных и поведенческих реакций на стрессоры (Палковиц и др., 1983; Свансон и др., 1983) включая вызванное стрессом восстановление поиска наркотиков.

CRF опосредует физиологические стрессовые реакции, активируя CRF-R1 и CRF-R2, которые распределены по всей периферии и мозгу (Де Соуза, 1995; Бейл и Вейл, 2004). Считается, что связывание CRF с CRF-R является двухступенчатым механизмом. N-конец рецептора первоначально связывается с C-концом CRF, который инициирует перегруппировку рецептора (Grace et al., 2007). N-конец CRF связывается с другими сайтами рецептора, чтобы инициировать клеточную передачу сигналов (Vale et al., 1981; Ривьер и др., 1984) и, следовательно, активировать G-белок (Nielsen et al., 2000; Грейс и др., 2004; Рийкерс и др., 2004; Ямада и др., 2004; Хора, 2005). Система CRF включает другие пептиды со структурной гомологией к CRF. UCN 1 показывает идентичность последовательности 45% с CRF и связывается с высокой аффинностью с обоими подтипами рецептора CRF (Perrin et al., 1995), тогда как CRF связывается с наибольшим сродством к CRF-R1 (Vaughan et al., 1995; Бернетт, 2005). UCN 2, также известный как связанный со стрессопином пептид, и UCN 3, также известный как стресскопин, специфически связывающийся с CRF-R2 (Hsu и Hsueh, 2001; Lewis et al., 2001; Рейес и др., 2001).

CRF-R1 имеет аминокислотные остатки 415 и экспрессируется на периферии и в ЦНС (Chang et al., 1993; Chen et al., 1993; Вита и др., 1993; Поттер и др., 1994; Цай-Моррис и др., 1996; Санчес и др., 1999; Ван Петт и др., 2000). Хронический стресс, опосредованный активацией CRF-R1 с помощью CRF, связан с развитием тревожных расстройств. (Arborelius et al., 1999); Было показано, что антагонисты CRF-R1 снижают тревожное поведение (Funk et al., 2007). Трансгенные мыши с делецией CRF-R1 (мыши с нокаутом CRF-R1 (KO)) имеют пониженную реакцию как на стресс, так и на беспокойство, для всестороннего обзора см. (Bale and Vale, 2004). Этот анксиолитический эффект, однако, можно объяснить снижением уровня циркулирующих глюкокортикоидов в доклинических моделях (Tronche et al., 1999). Была создана условная линия KO мышей, чтобы дифференцировать поведенческие и нейроэндокринные CRF-опосредованные сигнальные пути CRF-R1. Избирательная инактивация лимбических структур, но не системы HPA, показала, что CRF-R1 модулирует поведение, подобное тревоге, и не зависит от HPA (Muller et al., 2003). Кроме того, считается, что CRF-R1 повышает восприимчивость к алкоголизму (Hansson et al., 2006; Хейлиг и Кооб, 2007). Недавнее исследование, оценивающее роль CRF как внутри, так и за пределами HPA, показало, что CRF посредством передачи сигналов CRF-R1 может оказывать противоположное влияние на потребление алкоголя, связанное со стрессом (Molander et al., 2012).

CRF-R2 имеет три варианта: α, β и γ. Α состоит из аминокислотных остатков 411, а β состоит из аминокислотных остатков 413 – 418. Оба находятся в мозге и на периферии; однако CRF-R2β преимущественно обнаруживается в сердце и сосудистой сети (Lovenberg et al., 1995a,b; Кимура и др., 2002; Бернетт, 2005). Вариант γ представляет собой меньший пептид, содержащий только аминокислотные остатки 397, и обнаружен только в мозге человека (Kostich et al., 1998). Точная роль CRF-R2 в регуляции реакции на стресс является предметом интенсивного исследования. Генетические исследования на мышиной модели с делецией CRF-R2 (мыши CRF-R2 KO) продемонстрировали, что активация CRF CRF-R2 может приводить к увеличению или уменьшению ответа на стрессоры (Bale et al., 2000, 2002; Coste et al., 2000; Кишимото и др., 2000).

Отсутствие специфических антисывороток, поддерживающих иммуногистохимические эксперименты, и низкое разрешение подходов связывания лигандов ограничивают исследования, чтобы выяснить распределение CRF-R и ограничить анализ на уровне мРНК. Чтобы преодолеть это препятствие, была успешно создана трансгенная мышь, которая сообщает об экспрессии CRF-R1 с зеленым флуоресцентным белком (GFP), предоставляя новый инструмент для исследования роли передачи сигналов CRF-R1 в адаптации к стрессу (Justice et al., 2008).

CRF-BP представляет собой водорастворимый белок 37 kD и состоит из аминокислотных остатков 322 (Bale and Vale, 2004). Это секретируемый гликопротеин, эффективно хранящийся в секреторных гранулах и высвобождаемый во внеклеточное пространство посредством экзоцитоза (Blanco et al., 2011). Он содержит аспаргиновые олигосахариды N-связанного типа, которые являются критическими для связывания CRF-BP с CRF (Suda et al., 1989). Предыдущие попытки идентифицировать низкомолекулярные ингибиторы CRF-BP приводили к ограниченному успеху отчасти из-за высокого сродства (пикомолярного) связывания CRF с CRF-BP (Behan et al., 1995a), а также потому, что CRF-BP полной длины (FL) подвержен автокаталитическому протеолизу (Woods et al., 1999). Спонтанное протеолитическое расщепление дает больший N-концевой фрагмент 27 кД, CRF-BP (27 кД), который сохраняет сайт связывания с CRF, и меньший, С-концевой фрагмент 9.6 кД, CRF-BP (10 кД) (Woods) и другие., 1999без видимой физиологической или патологической роли. Уникальный сайт расщепления в CRF-BP (FL) был идентифицирован между аминокислотными остатками серина 234 и аланина 235. Генерация двух фрагментов чрезвычайно затруднила успешную очистку достаточного количества CRF-BP (FL) для изучения физиологических свойств нативного белка. CRF-BP распределяется в плазме, амниотической и синовиальной жидкости, плаценте, гипофизе, печени и в нескольких отдельных областях мозга, включая кору головного мозга, гиппокамп (Behan et al., 1995a) миндалины (Herringa et al., 2004) и VTA (Ван и Моралес, 2008). На периферии циркулирующий CRF-BP нейтрализует физиологическое действие CRF (Kemp et al., 1998). Из-за высокой аффинности с CRF считается, что CRF-BP играет буферную роль, уменьшая количество свободного CRF. В мозге, однако, CRF-BP в основном связан с мембраной и экспрессируется в разных количествах в нейронах и нейроглиальных клетках (Behan et al., 1995b). В нейрональных клетках недавние результаты показали, что отдельные субпопуляции нейронов VTA дофаминергической и γ-аминомасляной кислот (GABAergic) экспрессируют CRF-BP (Wang and Morales, 2008). Физиологическая роль CRF-BP в центральной нервной системе (ЦНС) до сих пор неясна. Кроме того, теории предполагают возможность того, что CRF-BP может способствовать выведению CRF из организма, а также может защищать CRF от деградации (Seasholtz et al., 2002). Генетические исследования на мышиной модели с делецией CRF-BP (мыши CRF-BP KO) показали, что наблюдается усиление поведения, подобного тревожности (Karolyi et al., 1999). Електрофизиологические исследования показали, что CRF передает сигналы через CRF-R2 для потенцирования возбуждающих постсинаптических токов (EPSC), опосредованных N-метил-D-аспартатом (NMDA) в VTA (Ungless et al., 2003). Кроме того, используя CRF (6-33), пептид, который конкурирует с CRF в сайте связывания CRF-BP, но не связывается с CRF-R2, было показано, что он блокирует индуцированное CRF потенцирование EPSD, опосредованного NMDAR (Ungless). и другие., 2003). Взятые вместе, эти результаты предполагают, что CRF-BP обладает разнообразной ролью в модуляции CRF-системы. Как описано в пробирке и в естественных условиях исследования, очищающие человеческий CRF-BP (FL) в достаточных количествах для исследования, до настоящего времени не были успешными (Woods et al., 1997). Не было доступных инструментов для исследования роли CRF-BP в ЦНС путем экспрессии CRF-BP на клеточной поверхности. Следовательно, не было возможности определить, участвует ли CRF-BP конкретно в передаче сигналов CRF-R2. Резюме участия CRF-связывания в аддиктивном поведении описано в таблице. Table22.

Клеточное вовлечение ХПН в миндалины

Считается, что миндалина является центральной областью мозга для эмоционального ответа, и она имеет решающее значение для обеспечения аффективной значимости сенсорной информации (Adolphs et al., 1994; Леду, 2003; Фелпс и Леду, 2005). Отрицательные аффективные реакции были изучены в конкретных ядрах миндалины путем изучения условного ответа страха (Дэвис, 1992a,b). Миндалина широко связана с другими лимбическими областями, где она участвует в интеграции сенсорной и когнитивной информации (LeDoux, 1992, 1993). Экспериментальные данные убедительно свидетельствуют о том, что наркотики злоупотребления действуют на эту систему и могут изменять синаптические события, особенно во время отмены., Хотя VTA был связан с усиливающим действием этанола (Gatto et al., 1994), активация ГАМКергической системы была связана с анксиолитическим действием алкоголя (Frye and Breese, 1982). В дополнение к полезным цепям оболочки NAcc и областей мозга, активированных фармакологическим стрессором, таким как йохимбин и удары ногами, было обнаружено, что они специфичны для базолатерального и центрального ядер миндалины и ядра ложа stria Terminalis (BNST) (Funk et al., 2006). Доклинические исследования показали, что воздействие и изъятие из этанола вызывает функциональные и биохимические изменения в миндалине крыс, демонстрируя, что эта схема участвует в длительном повышении тревожного поведения после хронического воздействия этанола (Christian et al., 2012).

Миндалина опосредует условные и безусловные реакции на неприятные раздражители (Дэвис и Уэйлен, 2001), и он был исследован с использованием обусловленности страха Павлова путем сочетания условного раздражителя с отвратительным безусловным раздражителем. Повторное воздействие безусловного стимула вызывает условную реакцию страха, обусловленную условно-безусловной ассоциацией (Pitts et al., 2009). Сигнал ассоциации происходит в базолатеральной миндалине (BLA) и затем передается в центральное ядро ​​миндалины (CeA) (McDonald, 1998; Марен, 1999; Дэвис и Ши, 2000; Питканен и др., 2000; Паре и др., 2004). Этот процесс передачи включает в себя как положительные, так и отрицательные ассоциации.

Все компоненты системы CRF, CRF, CRF-R и CRF-BP экспрессируются в миндалине (Поттер и др., 1994). FБолее того, миндалина является основным внегипоталамическим источником CRF-содержащих нейронов. (Палковиц и др., 1983; Ван Петт и др., 2000). Ядра BLA и CeA играют роль в реакции на стресс (Richter et al., 1995; Мерали и др., 1998; Кооб и Генрих, 1999). Обширные исследования показали, что Система CRF участвует в консолидации памяти, включающей схему BLA-CeA (Roozendaal et al., 2002; Хаббард и др., 2007). Наблюдалось, что высвобождение CRF в миндалине увеличивается при острой абстиненции (Richter and Weiss, 1999); следовательно, было выдвинуто предположение, что CRF может модулировать вызванную лекарством синаптическую пластичность (Унглесс и др., 2001, 2003) и для недавнего обзора, см. (Люшер и Маленка, 2011). Нейронная основа для отрицательного подкрепления менее понятна; однако более поздние поведенческие исследования показали, что CRF способен потенцировать возбуждающие синаптические токи через CRF-R1 в CeA через две недели после отмены кокаина (Pollandt et al., 2006).

Недавнее исследование показало, что CRF-R1 специфически обладают двунаправленной ролью в тревожности (Refojo et al., 2011). В то время как делеция CRF-R1 в дофаминергических нейронах среднего мозга усиливает тревожное поведение и снижает высвобождение дофамина в префронтальной коре, удаление CRF-R1 в глутаманергической нейрональной сети переднего мозга снижает тревогу и нарушает передачу в миндалине и гиппокампе (Refojo) и др., 2011).

Роль CRF также широко оценивалась в добровольном потреблении этанола с использованием экспрессии генов и генетических вариаций в доклинических моделях, см. (Bjork et al., 2010) для обширного обзора. У животных, подвергшихся воздействию этанола, потребление этанола снижалось при введении антагониста CRF-R1 и тестировалось с использованием фармакологических вмешательств, которые снижают поведение, подобное тревожному (Logrip et al., 2011; Зоррилла и Кооб, 2012). Снижение потребления этанола также наблюдалось у трансгенных мышей с делецией CRF-R1 (CRF-R1 KO) (Chu et al., 2007). Антагонисты CRF-R1 уменьшают беспокойство, связанное с отменой лекарственного средства, и ослабляют негативные усиливающие эффекты этанола, связанные с длительным воздействием этанола (Ghitza et al., 2006; Marinelli et al., 2007; Ли и др., 2007; Кооб и Ле Моаль, 2008b; Ричардс и др., 2008). Было показано, что ингибиторы CRF-R1 ослабляют вызванный стрессом рецидив кокаина и героина у дрессированных животных (Shaham et al., 1998) и уменьшить вызванное стрессом восстановление и вызванную стрессом реактивацию условного предпочтения места во многих наркотиках, вызывающих привыкание (Koob и Zorrilla, 2010).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.