Poznámky: Na myšom modeli Parkinsonovej choroby cvičenie na bežiacom páse zvýšilo dopamínové D2 receptory. Závislosti spôsobujú pokles D2 receptorov, čo je čiastočne príčinou desenzibilizácie. Ďalším dôvodom na cvičenie.
Poruchy pohybu
Zväzok 25, vydanie 16, stránky 2777-2784, 15 December 2010
abstraktné
Cieľom tejto štúdie bolo preskúmať zmeny v expresii dopamínového D2 receptora (DA-D2R) v bazálnych gangliách myší MPTP podrobených intenzívnemu cvičeniu na bežiacom páse. Pomocou Western imunoblottingovej analýzy synaptoneurozómov a in vivo pozitrónovej emisnej tomografie (PET) s použitím špecifického ligandu DA-D2R [ 18F ]fallypridu sme zistili, že vysokointenzívne cvičenie na bežiacom páse viedlo k zvýšeniu expresie DA-D2R v striatálnej oblasti, ktoré bolo najvýraznejšie u myší MPTP v porovnaní s myšami liečenými fyziologickým roztokom. Zmeny DA-D2R vyvolané cvičením v bazálnych gangliách s depléciou dopamínu sú v súlade s potenciálnou úlohou tohto receptora pri modulácii funkcie stredne ostnatých neurónov (MSN) a obnove správania. Dôležité je, že zistenia z tejto štúdie podporujú odôvodnenie použitia PET zobrazovania s [ 18F ]fallypridom na skúmanie zmien DA-D2R u jedincov s Parkinsonovou chorobou (PD) podstupujúcich vysokointenzívny tréning na bežiacom páse.
Cvičenie zlepšuje motorický výkon u pacientov s Parkinsonovou chorobou (PD). 1 – 3 Zvieracie modely, ako napríklad myš s 1-metyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridínom (MPTP), poskytujú kritický nástroj na skúmanie molekulárnych mechanizmov zlepšenia motorického správania vyvolaného cvičením. 4 – 6 Dopamínové receptory D1 a D2 (DA-D1R a DA-D2R) sú primárnymi cieľmi dopamínu na striatálnych stredných ostnatých neurónoch (MSN) a modulujú fyziologické vlastnosti a bunkovú signalizáciu. Konkrétne DA-D2R hrá hlavnú úlohu pri dlhodobej depresii (LTD), čo je forma synaptickej plasticity, ktorá zahŕňa integráciu glutamatergickej a dopaminergnej neurotransmisie vedúcej ku kódovaniu motorickej funkcie v dorsolaterálnom striate. Vzhľadom na úlohu DA-D2R v motorickej kontrole sme sa snažili preskúmať, či je zlepšenie motorickej funkcie zvýšené cvičením čiastočne spôsobené zvýšením expresie DA-D2R v striate.
Zobrazovanie pozitrónovou emisnou tomografiou (PET) s rádioindikátormi DA-D2R ponúka možnosť vykonávať longitudinálne štúdie o vplyve cvičenia na ľudí. Predchádzajúce štúdie s aeróbnym cvičením sa pokúšali merať uvoľňovanie dopamínu u zdravých jedincov7 a nepozorovala sa žiadna zmena vo väzbe [ 11C ]raklopridu, čo viedlo autorov k domnienke, že došlo k malej zmene hladín dopamínu. Účinky cvičenia na expresiu DA-D2R a synaptickú aktivitu však neboli skúmané. Ligand [ 18F ]fallyprid získaný z PET zobrazovania je vynikajúcim nástrojom na skúmanie tohto javu vďaka svojej vysokej afinite a špecifickosti pre DA-D2R aj DA-D3R a na rozdiel od [ 11C ]raklopridu nie je ľahko nahradený východiskovými hladinami endogénneho dopamínu. 7 – 10 Toto bolo potvrdené predbežnou liečbou zvierat rezerpínom (na zníženie endogénneho dopamínu), ktorá nemala žiadny vplyv na väzbu [ 18F ]fallypridu, 9 , 11 ale významne zvýšila väzbu [ 11C ]raklopridu 8 , čo sa pripisovalo zmene zdanlivej väzbovej afinity ( Kd ) a nie počtu receptorov ( Bmax ).
Keďže väzbový potenciál (BP) [ 18F ]fallypridu je rezistentný voči zmenám v dôsledku deplécie dopamínu, čo naznačuje malý vplyv na jeho Kd alebo Bmax na začiatku alebo v deplécii, použili sme [ 18F ]fallyprid na testovanie našej hypotézy , že expresia DA-D2R sa zvyšuje v modeli myší s MPTP pri intenzívnom cvičení. 9 , 10 , 12 , 13 Okrem toho sme na podporu našich PET zobrazovacích meraní použili komplementárnu techniku Western imunoblotovej analýzy synaptoneurozomálnych preparátov na meranie zmien v expresii proteínu DA-D2R na úrovni synapsie u tých istých zvierat. Uvádzame tu účinky cvičenia na expresiu DA-D2R a [ 18F ]fallypridu v skupinách myší liečených buď fyziologickým roztokom, alebo MPTP.
METÓDY
Zvieratá, liečebné skupiny a podávanie MPTP
Samce myší kmeňa C57BL/6 vo veku 8 týždňov (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) boli umiestnené v skupinách v miestnosti s kontrolovanou teplotou za 12-hodinového cyklu svetlo/12-hodinová tma. Všetky postupy boli vykonané v súlade s príručkou NIH pre starostlivosť a používanie laboratórnych zvierat schválenou USC IACUC. Celkovo bolo použitých 164 myší v štyroch liečebných skupinách: (1) fyziologický roztok (n = 42), (2) fyziologický roztok plus cvičenie (n = 55), (3) MPTP (n = 57) a (4) MPTP plus cvičenie (n = 42). Na vytvorenie lézií dostali myši štyri intraperitoneálne injekcie 20 mg/kg MPTP (voľná báza; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) rozpusteného v 0.9 % fyziologickom roztoku v 2-hodinových intervaloch alebo štyri intraperitoneálne injekcie 0.1 ml 0.9 % NaCl ako kontrola. Vytvorenie lézií bolo overené HPLC analýzou hladín dopamínu v striatálnom tkanive. 10 dní po podaní MPTP došlo u myší s MPTP k 82.2 % deplécii dopamínu (48.0 ± 8.4 ng/mg bielkovín) v porovnaní s myšami s fyziologickým roztokom (269.5 ± 24.9 ng/mg bielkovín). Na konci štúdie nebol zistený žiadny významný rozdiel v hladinách dopamínu v striatálnom tkanive medzi myšami s MPTP a cvičením (69.8 ± 11.7 ng/mg bielkovín) v porovnaní s MPTP (77.9 ± 12.0 ng/mg bielkovín). U myší s fyziologickým roztokom a cvičením však došlo k významnému zvýšeniu dopamínu v striatálnom tkanive (315.2 ± 9.0 ng/mg bielkovín) v porovnaní s myšami s fyziologickým roztokom (246.9 ± 19.8 ng/mg bielkovín) ( F (3,16) = 7.78; P < 0.05).
Cvičenie na bežeckom páse
Cvičenie sa začalo 5 dní po vzniku lézií. Myši z dvoch skupín s cvičením (fyziologický roztok plus cvičenie a MPTP plus cvičenie) boli trénované na beh na 100 cm motorizovanom bežiacom páse (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) pri zvyšujúcich sa rýchlostiach počas 6 týždňov (5 dní v týždni), aby dosiahli trvanie 60 minút/deň a rýchlosť 18 – 20 m/min. 5 , 6
Magnetická rezonancia
Trojrozmerný volumetrický T1 vážený magnetický rezonančný obraz (MR) mozgu myši sa získal pomocou systému 7-T micro-MRI (Bruker Biospin, Billerica, MA). Parametre získavania obrazu boli: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, hrúbka rezu 0.4-mm, hrúbka medzipluniek 0.45-mm, veľkosť matrice 128 x 128 × 128.
Radiochemistry
Syntéza [ 18F ]fallypridu sa uskutočnila podľa predtým opísaného postupu prostredníctvom nukleofilnej substitučnej reakcie tosylového prekurzora s [ 18F ] s použitím na mieru vyrobeného rádiochemického zariadenia.12 Čistenie sa dosiahlo pomocou HPLC s reverznou fázou na kolóne C8(2) Phenomenex Luna s použitím acetonitrilu a tlmivého roztoku fosforečnanu sodného ako mobilnej fázy (55:45). UV absorbancia sa merala pri 254 nm a AUFS 0.05. Rádioaktívny pík (retenčný čas 17 min) zodpovedajúci [ 18F ] fallypridu sa zozbieral a rozpúšťadlo sa odstránilo na rotačnom odparovači. Konečný produkt sa testoval na pyrogenitu, sterilitu, pH a odstránenie organických rozpúšťadiel plynovou chromatografiou. Špecifická aktivita a rádiochemická čistota sa stanovili pomocou systému Waters HPLC s použitím analytického prístroja C8(2) Phenomenex Luna. Špecifická aktivita sa pohybovala v rozmedzí 3 000 – 12 000 Ci/mmol.
Merania PET a analýza obrazu
Na PET zobrazovanie bolo použitých dvadsať myší (n = 6 fyziologický roztok; n = 3 fyziologický roztok plus cvičenie; n = 5 MPTP; a n = 6 MPTP plus cvičenie). Skeny boli získané skenerom Concorde microPET R4 (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) s 60-minútovým protokolom akvizície v režime zoznamu po 20-minútovom transmisnom skenovaní pre korekciu útlmu so zdrojom 68 Ge. [ 18 F]fallyprid (10.92 – 11.28 MBq) bol injekčne podaný cez chvostovú žilu (jednorazový bolus) na začiatku emisného skenovania. Myši boli anestetizované 2 % izofluoránom a 98 % kyslíkom. Dáta v režime dynamického zoznamu boli zoradené do sinogramov s 26 snímkami (6 × 20 s, 4 × 40 s, 6 × 1 min a 10 × 5 min) a rekonštruované dvoma iteráciami OSEM (maximizácia očakávaní usporiadaných podmnožín), po ktorých nasledovalo 18 iterácií rekonštrukčného algoritmu MAP (maximum a posteriori). 14 Rekonštruované snímky boli orezané tak, aby obsahovali hlavu, a lineárne interpolované v smere Z , čím sa vytvoril obraz s rozmermi 128 × 128 × 63 s izotropnými voxelmi s rozmermi 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 . Snímky väzbového potenciálu (BP) striata s vysokým rozlíšením boli vypočítané z rekonštruovaných dynamických snímok pomocou multilineárneho tkanivového referenčného modelu 15 a Loganových grafov 16 s vysokou aktivitou v striate a veľmi nízkou aktivitou v mozočku (referenčná oblasť). Anatomické oblasti záujmu (striatum a mozoček) boli manuálne definované v oboch hemisférach na PET snímkach registrovaných pomocou MRI pomocou Rview (verzia 8.21Beta).17 Kvantifikácia špecifickej väzby [ 18F ]fallypridu v striate myši sa vykonala pomocou hodnoty BP, ktorá poskytuje mieru pomeru špecifickej/nešpecifickej väzby v rovnováhe.18 , 19 Na preukázanie väzbovej špecificity v striate boli štyri myši odobraté 60 minút po injekcii ligandu, mozgy rýchlo zmrazené v tekutom dusíku, narezané na hrúbku 30 μm a rezy priložené k fosfo-imageru (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway, NJ) ( Obr. 1 ). Štúdie ukázali, že [ 18F ]fallyprid sa špecificky viaže na DA-D2R a keďže v striate je veľmi málo DA-D3R, väzba naznačuje obsadenosť DA-D2R. 9 , 10 , 12 , 13
Odber tkanív pre HPLC a analýzu proteínov
Na konci štúdie boli mozgy rýchlo odstránené a dorzálne striatum bolo čerstvo preparované zodpovedajúcim anatomickým oblastiam od bregmy 1.2 do 0.6 s corpus callosum ako dorzálnym okrajom, laterálnou stranou corpus callosum ako laterálnym okrajom a nad prednou komisúrou ako ventrálnym okrajom.20
HPLC analýza dopamínu a jeho metabolitov
Hladiny dopamínu v striatálnych homogenátoch (n = 4 na skupinu) boli stanovené pomocou HPLC s elektrochemickou detekciou. 6 Systém pozostával z automatického vzorkovača ESA (ESA, Chelmsford, MA) vybaveného kolónou C-18 s reverznou fázou s rozmermi 150 × 3.2 mm (priemer 3 μm) a CoulArray 5600A (ESA, Chelmsford, MA) vybaveného štvorkanálovou analytickou celou s potenciálmi nastavenými na -75, 50, 220 a 350 mV.
Analýza Western Immunoblot
Vplyv cvičenia na synaptickú expresiu DA-D1R a DA-D2R bol analyzovaný v synaptoneurozómových preparátoch pripravených čerstvo z ôsmich združených dorsolaterálnych striat.21 Tento postup bol vykonaný na troch sadách myší, celkovo 24 myší na experimentálnu skupinu (n = 3 preparáty na skupinu). Relatívna expresia proteínov pre DA-D1R (~50 kDa), DA-D2R (~50 kDa), tyrozínhydroxylázu (58 kDa), dopamínový transportér (68 kDa) a α-tubulín (50 kDa) (ako kontrola záťaže) bola analyzovaná Western imunoblotom22 s použitím komerčne dostupných primárnych protilátok (králičie polyklonálne a myšie monoklonálne protilátky, Millipore, Temecula, CA). Proteínové pásy boli vizualizované afinitne purifikovanými kozími anti-králičími alebo anti-myšími sekundárnymi protilátkami konjugovanými s IRDye 680 alebo IRDye 800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Fluorescenčný signál bol detegovaný skenovaním filtra v platforme LI-COR Odyssey pre zobrazovanie v blízkej infračervenej oblasti a kvantifikovaný pomocou softvéru Odyssey 2.1 (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Výsledky sú zobrazené ako relatívne hladiny expresie v porovnaní so skupinou s fyziologickým roztokom (nastavené na 100 %).
Štatistická analýza
Rozdiely medzi skupinami v krvnom tlaku hladín proteínu [ 18F ]fallypridu, DA-D1R a DA-D2R boli analyzované pomocou obojsmernej analýzy rozptylu (ANOVA) s liečbou ako medzi faktorom subjektu (fyziologický roztok vs. MPTP) a cvičením ako v rámci faktora subjektu (žiadne cvičenie vs. cvičenie). Pre test maximálnej rýchlosti na bežiacom páse bol čas použitý ako medzi faktorom subjektu (1., 2. týždeň atď.) a liečba bola použitá ako v rámci faktora subjektu (fyziologický roztok vs. MPTP). Na korekciu viacnásobných porovnaní pri posudzovaní významnosti záujmu bol použitý Bonferroniho post hoc test. Hladina významnosti bola stanovená na P < 0.05. Na preskúmanie praktického významu rozdielov medzi skupinami bol odhad rozsahu rozdielov medzi skupinami vypočítaný pomocou veľkosti efektu (ES) (ES = Priemerná hodnota pre skupinu 1 – Priemerná hodnota pre skupinu 2 / združená SD ). ES odráža vplyv liečby v rámci záujmovej populácie a podľa stanovených kritérií sa uvádza ako malý (<0.41), stredný (0.41–0.70) alebo veľký (>0.70). 23 Analýza bola vykonaná pomocou programu Prism5 pre Windows (GraphPad, San Diego, CA).
VÝSLEDKY
Cvičenie na bežeckom páse s vysokou intenzitou Zlepšené motorické chovanie u myší s MPTP-Lesioned
Pred poškodením MPTP a začiatkom cvičenia boli priemerné východiskové rýchlosti všetkých myší v dvoch skupinách s cvičením podobné (fyziologický roztok plus cvičenie: 11.7 ± 1.1 m/min a MPTP plus cvičenie: 11.2 ± 1.1 m/min). Denné cvičenie počas 6 týždňov zlepšilo maximálne rýchlosti na bežiacom páse v oboch skupinách s cvičením, pričom myši s fyziologickým roztokom plus cvičenie vykazovali v 1. až 4. týždni významne vyššiu maximálnu rýchlosť v porovnaní s myšami s MPTP plus cvičenie ( obr. 2 ). Myši s MPTP plus cvičenie však mali podobné maximálne rýchlosti na bežiacom páse ako myši s fyziologickým roztokom plus cvičenie v 5. týždni (MPTP plus cvičenie: 17.2 ± 3.6 m/min a fyziologický roztok plus cvičenie: 22.0 ± 1.5 m/min) a 6. týždni (19.2 ± 1.2 m/min a 22.2 ± 0.9 m/min). Ako už bolo uvedené, myši s léziou MPTP, ktoré neabsolvovali tréning na bežiacom páse, nepreukázali žiadne spontánne obnovenie motorického správania s maximálnou rýchlosťou 7.0 ± 0.3 m/min na konci 6-týždňového cvičebného obdobia.
Cvičenie na bežeckom páse s vysokou intenzitou Zvýšený striatálny proteín DA-D2R, ale nie proteín DA-D1R
Cvičenie na bežeckom páse s vysokou intenzitou rôzne ovplyvňovalo hladiny DA-D2R a DA-D1R v synaptoneurozomálnych prípravkoch z dorzálneho striata, ako ukazuje analýza westernovým prenosom (Obr. 3). MPTP plus cvičené myši mali 48.8% zvýšenie v striatálnom DA-D2R v porovnaní s MPTP myšami (Obrázok 3B) a významná interakcia medzi cvičením a léziami MPTP na úrovni proteínov DA-D2R (F(1,8) = 6.0; P <0.05). Naopak, medzi skupinami nebol žiadny cvičebný efekt na hladiny proteínu DA-D1R (Obrázok 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Lézia MPTP samotná významne nezmenila ani DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) alebo výraz DA-D1R (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Okrem toho dva rôzne proteínové markery integrity dopamínergných vlákien stredného mozgu, tyrozínhydroxyláza (TH; Obrázok 3C) a dopamínový transportér (DAT; Obrázok 3D), preukázali, že MPTP významne znížilo striatálny TH proteín (F(1,8) = 757.3; P <0.05) a výraz DAT (F(1,8) = 218.0; P <0.05).
Cvičenie na bežeckom páse s vysokou intenzitou, zvýšený striatál [18F] Väzbový potenciál fallypridu (BP)
Zatiaľ čo westernová imunoblottingová analýza expresie receptorových proteínov merala celkové protilátkové epitopy (povrchové aj vnútorné bunkové zásoby), in vivo Zobrazovanie PET s vysokoafinitným rádioligandom špecifickým pre DA-D2R [18F] fallyprid môže vymedziť účinky cvičenia na dostupnosť DA-D2R na väzbu ligandu (Obr. 4). Štatistické analýzy ukázali, že cvičenie malo významný účinok (F(1,16) = 12.3; P <0.05), ako aj lézie MPTP (F(1,16) = 160.3; P <0.05) bez významnej interakcie medzi MPTP a cvičením (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) dňa [18F] fallypride BP. Bonferroniho post hoc analýza preukázala významný rozdiel v hodnotách BP medzi MPTP a MPTP plus cvičenými myšami (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01) a žiadny významný rozdiel medzi soľným roztokom a soľným roztokom plus cvičebné myši (t = 4.1, Df = 1; P > 0.05). Konkrétne MPTP plus cvičiace myši mali nárast o 73.1% [18F] fallypride BP v porovnaní s MPTP myšami (priemerné hodnoty BP pre MPTP plus cvičenie: 7.1 ± 0.7; priemerné hodnoty BP pre myši MPTP: 4.1 ± 0.3) (Obrázok 4B). Okrem toho myši so soľným roztokom a cvičením mali 8.2% zvýšenie v [18F] fallyprid BP (13.2 ± 1.0) v porovnaní so soľnými myšami (12.2 ± 0.3). V súlade s týmito zisteniami výpočty „veľkosti účinku“ odhalili väčší cvičebný účinok medzi skupinami MPTP (ES = 2.61), ako sa pozoroval medzi skupinami so soľným roztokom (ES = 0.94).
DISKUSIA
Táto štúdia preukazuje, že vysokointenzívne cvičenie na bežiacom páse vedie k zvýšeniu hladiny [ 18F ]fallypridu v krvi (dostupnosť DA-D2R) v striate myší liečených MPTP. Naopak, medzi myšami s MPTP plus cvičením a myšami bez cvičenia nedošlo k žiadnej významnej zmene v celkových hladinách dopamínu v striate. [ 18F ]fallyprid je vysoko selektívny antagonista DA-D2/D3R, ktorého hladina BP odráža in vivo mieru dostupných receptorov ( Bmax ) /väzbovej afinity ( Kd ) . Keďže DA-D2R sú prevládajúcim podtypom dopamínového receptora v dorzálnom striate, zvýšenie hladiny [ 18F ]fallypridu v krvi vyvolané cvičením predstavuje zvýšenie počtu DA-D2R a je podporené zvýšením expresie proteínov pomocou Western imunoblottingu a našich predchádzajúcich štúdií, ktoré preukázali zvýšenie expresie mRNA transkriptu DA-D2R v striate pomocou histochémie in situ hybridizácie. 5 Túto interpretáciu zvýšenia krvného tlaku ďalej podporuje skutočnosť, že u myší MPTP sa pravdepodobne nevyskytuje vytesnenie [ 18F ]fallypridu dopamínom , pretože hladiny dopamínu zostávajú nízke.24 Zmeny zdanlivej väzbovej afinity ( Kd ) sú teda zanedbateľné a pravdepodobne neovplyvňujú krvný tlak. Zvýšený účinok cvičenia u myší MPTP môže odrážať pokus poraneného mozgu optimalizovať dopaminergnú neurotransmisiu prostredníctvom zvýšeného počtu receptorov , zatiaľ čo hladiny dopamínu zostávajú nízke. Zvýšená citlivosť myší MPTP na cvičenie odhaľuje väčší potenciál poraneného mozgu v porovnaní s neporušeným mozgom podstúpiť neuroplasticitu, čo nemusí byť nevyhnutné, ak sú striatálne obvody neporušené. Skutočnosť, že hladiny dopamínu sa pri cvičení u myší MPTP významne nemenia, naznačuje, že kompenzačné zmeny v DA-D2R sú kritické pre zlepšenie motorického výkonu súvisiaceho s cvičením.
Pomocou PET zobrazovania sme pozorovali pokles krvného tlaku DA-D2R po poškodení MPTP v porovnaní s myšami liečenými fyziologickým roztokom. To bolo v kontraste s Western imunoblottingom, pri ktorom sa nepozorovala žiadna zmena v expresii proteínu DA-D2R. DA-D2R existuje v dynamickej rovnováhe medzi povrchovými a intracelulárnymi kompartmentmi, pričom tie nie sú vo všeobecnosti dostupné pre väzbu na PET rádioligandy. V stave s depléciou dopamínu môžu kompenzačné mechanizmy viesť k zmenám v intracelulárnom poole DA-D2R, ktorý nemusí byť dostupný pre väzbu na [ 18F ]fallyprid, ale stále dostupný pre detekciu pri Western imunoblottingu.
Na rozdiel od našich zistení bol u jedincov s Parkinsonovou chorobou a po podaní MPTP u primátov alebo 6-OHDA u potkanov hlásený kompenzačný nárast DA-D2R.25 V literatúre sa uvádza, že strata DA-D2R je spôsobená degeneráciou dopaminergných neurónov, zatiaľ čo nárast DA-D2R je výsledkom zvýšenej expresie na zostávajúcich dopaminergných termináloch a/alebo zvýšenej syntézy v striatopalidálnych neurónoch alebo cholinergných interneurónoch. Tento rozpor medzi našou PET štúdiou a štúdiami uvedenými v literatúre môže byť spôsobený rozdielmi v závažnosti lézie medzi štúdiami.11 Konkrétne, strata väčšieho počtu presynaptických DA-D2R v dôsledku straty buniek indukovanej MPTP môže byť dostatočná na kompenzáciu akýchkoľvek postsynaptických kompenzačných zmien vyvolaných samotnou léziou. Alternatívne, naša neschopnosť pozorovať zvýšenie krvného tlaku DA-D2R a hladín expresie u myší MPTP (bez cvičenia) môže byť spôsobená miernym obnovením hladín dopamínu na konci štúdie (82 % deplécia dopamínu po 10 dňoch oproti 68 % deplécii po 42 dňoch po lézii). To je však nepravdepodobné, pretože myši s MPTP plus cvičenie, ktoré tiež vykazovali malé obnovenie dopamínu (ktoré sa významne nelíšilo od myší MPTP bez cvičenia), mali zvýšenie krvného tlaku DA-D2R.
Väčšina DA-D1R a D2R je exprimovaná na dendritických spinoch MSN s ďalšími receptormi exprimovanými na cholinergných interneurónoch a termináloch glutamatergných a dopaminergných neurónov pochádzajúcich z kortexu (alebo talamu) a substantia nigra pars compacta.26 Hlavnou úlohou dopamínu je modulácia kortikostriatálnej alebo talamostriatálnej glutamatergnej neurotransmisie v MSN. Glutamatergná neurotransmisia je zosilnená prostredníctvom DA-D1R a zoslabená prostredníctvom DA-D2R.27 – 29 V podmienkach deplécie dopamínu sa spiny a synaptické spojenia selektívne strácajú na MSN obsahujúcich DA-D2R nepriamej dráhy.30 Táto strata je sprevádzaná stavom hyperexcitability v MSN v dôsledku zvýšenej glutamatergnej kortikostriatálnej neurotransmisie.31 – 33 V zvieracích modeloch Parkinsonovej choroby koreluje tento zvýšený glutamatergný pohon s motorickým správaním podobným parkinsonovskému syndrómu . 34 Zmiernenie tohto hyperexcitabilného stavu aplikáciou dopamínu alebo jeho agonistov vedie k zvráteniu motorických deficitov pri Parkinsonovej chorobe. 35 , 36 Vzhľadom na tieto správy a naše zistenia predpokladáme, že prínosom vysokointenzívneho cvičenia je zvýšenie dopaminergnej signalizácie prostredníctvom zvýšenej expresie DA-D2R v nepriamej dráhe (ale nie v priamej dráhe DA-D1R) a zlepšenie motorických funkcií prostredníctvom potlačenia glutamatergickej excitability.
Hlavným záverom našej štúdie je, že cvičenie vo forme intenzívneho behu na bežiacom páse uľahčuje neuroplasticitu prostredníctvom zvýšenej expresie striatálnych DA-D2R, čo je proces, ktorý je najzreteľnejší v poranenom mozgu. Na základe našich zistení možno použiť neinvazívny PET zobrazovací prístup s [ 18F ]fallypridom na skúmanie, či intenzívne cvičenie na bežiacom páse vedie aj k zmenám DA-D2R u jedincov s Parkinsonovou chorobou. Naša štúdia zdôrazňuje hodnotu predklinického výskumu na zvieracích modeloch deplécie dopamínu a dôležitosť translačného výskumu pre poskytnutie odôvodnenia a prehľadu pre pochopenie zobrazovacích a cvičebných štúdií u jedincov s Parkinsonovou chorobou.
Poďakovanie
Táto práca bola podporená grantom z úplného pilotného grantového programu USC CTSI a veľkorysými finančnými prostriedkami od Nadácie Parkinsonovej choroby, Team Parkinson (Los Angeles), Parkinsonovej aliancie, vzdelávacej skupiny pre Whittier Parkinsonovu chorobu, NINDS RO1 NS44327-1, NIA ( AG 21937) a US Army NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV je príjemcom štipendijného štipendia Neurovedného programu USC. Chceli by sme sa poďakovať Ryanovi Parkovi a Dr. Peterovi Contimovi z USC Small Imaging Imaging Core za pomoc s mikro-PET zobrazovaním a Dr. Rexovi Moatsovi z Small Imaging Imaging Research Core v Saban Research Institute za pomoc s MRI myši. Chceli by sme sa poďakovať Yi-Hsuanovi (Lilian) Lai za pomoc pri cvičení na bežeckom páse a Avery Abernathy za jeho odbornosť v analýze HPLC. Ďakujeme priateľom skupiny USC Parkinson's Disease Research Group vrátane George a MaryLou Boone, Walter a Susan Doniger a Roberto Gonzales za ich veľkorysú podporu.
poznámky pod čiarou
Potenciálny konflikt záujmov: Nič nahlásenie.
Poznámka pridaná ako dôkaz: Tento článok bol publikovaný online 19. októbra 2010. Následne bola zistená chyba. Toto upozornenie je súčasťou online aj tlačenej verzie, aby sa označilo, že obe boli opravené.
Finančné informácie: Štipendium za zásluhy v rámci programu neurovedy USC (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ a GP), pilotný grantový program USC CTSI (QL, AN, MJ, GP).
Úlohy autorov: Všetci autori zohrali kľúčovú úlohu pri tvorbe tohto rukopisu. Koncepcia výskumného projektu: GP, BF, MJ, RL, JW. Realizácia projektu: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Zber údajov, spracovanie, štatistická analýza: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Príprava rukopisu: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.
Referencie
36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Synaptická plasticita a fyziologické interakcie medzi dopamínom a gluta