(L) raziskovanje odvisnosti: CREB (2007)

Opombe: Dva molekularna stikala igrajo vidno vlogo pri vseh odvisnostih, vključno z vedenjskimi odvisnostmi. Eno, ki jo poudarjam, se imenuje DeltaFosB, drugo pa CREB, ki je predmet tega članka.


Pred leti 20 so se znanstveniki priklopili na en sam faktor transkripcije, ki se odziva na številne droge zlorabe. Bo njihovo delo privedlo do zdravljenja?

Učinki zasvojenosti s pornografijo so posledica sprememb v živčnih celicahAvtor: Kerry Grens

Stephen Mague, podiplomski študent na univerzi v Pensilvaniji, vozi voziček, napolnjen z mišjimi kletkami, v sobo približno velikosti velike garderobe. Soba spominja na laboratorij za razvijanje fotografij, osvetljen le z rdečo svetlobo in natrpan z majhnimi delovnimi klopmi in visečimi črnimi zavesami. Na hodniku televizijski zaslon prikaže pogled video kamere iz notranjosti sobe in gleda navzdol na vrsto škatel iz pleksi stekla.

Na zaslonu se ena za drugo prikaže roka z rokavicami iz lateksa, ki v vsako škatlo vtakne rjavo miško. Živali se mudijo po raziskovanju vogalov; nekaj se ustavi sredi komore in se energično neguje. Mague pogojuje živali, da drogo povežejo z eno stranjo komore nad drugo, na primer tisto s črtastimi stenami namesto s trdnimi stenami. Če v komore dodate drogo, kot je kokain, je delo neverjetno enostavno. Samo ena izpostavljenost drogi bo to storila, pravi podiplomska študentka Jess Cleck: "Enkrat sem imela miško 13 minut in 30 sekund na strani, kjer je prej dobil kokain."

Sčasoma tako pri živalih kot pri ljudeh izpostavljenost zdravilu vodi do odvisnosti, hrepenenja in umika, ko zdravilo odvzamejo. Anksioznost in depresija postajata pogostejša, vsi drugi viri nagrajevanja pa izgubijo privlačnost, saj droga postane glavni vir motivacije. Fiziološke spremembe pri ljudeh z odvisnostjo so osupljive. "Ne gre za to, da bi bili bolj ali manj občutljivi na drogo, ampak so različni ljudje," pravi Eric Nestler z medicinskega centra Southwestern University of Texas v Dallasu. "Globoko spreminjate naravo živčnih celic."

Spiralo navzdol od prve hitenja do trajne zasvojenosti vključuje številne nevrobiološke prilagoditve: dolgotrajna depresija ob sinapsah, nevrodegeneracija in stalne spremembe v izražanju genov. Nobena zdravila pa si nista podobna, saj ima vsako svoje idiosinkrazije. Na primer, stimulansa, kot sta amfetamin in kokain, povečata razvejanje nevronov v jezerih jedra, medtem ko ima morfin nasproten učinek.

Klasičen opis učinka zdravila na možgane je osredotočen na sistem nagrajevanja, zlasti na nevrone, ki ventralno projicirajo iz ventralnega tegmentalnega območja (VTA) v nakopičeno jedro. Ti nevroni sproščajo dopamin, zloraba alkohola in mamil pa jih vznemirja neposredno ali posredno. Ko se dopamin dostavi v nucleus accumbens, spodbuja užitek.

Težave se začnejo, ko sčasoma začne sistem razpadati in razvijati strpnost. Enaka količina zdravila povzroči manjše dopaminske odzive, nevroni VTA se lahko skrčijo, sinaptične povezave propadejo, spremeni se gostota receptorjev in poveča izražanje nekaterih genov, zlasti tistih, povezanih z anksioznostjo in depresijo. Po besedah ​​Georgea Kooba z inštituta Salk v La Jolli v Kaliforniji je to "temna stran zasvojenosti", ko odvisnik še naprej uporablja drogo zgolj za izboljšanje slabih občutkov zasvojenosti.

Julie Blendy, glavna raziskovalka Mague na univerzi Pennsylvania v Nestlerju, in drugi pregledujejo nešteto molekularnih sprememb, ki spremljajo izpostavljenost drogam in zasvojenost, da bi natančno ugotovili, kaj se transkripcijsko zgodi v možganih. Skoraj dve desetletji so raziskovalci zasvojenosti opazovali delovanje enega transkripcijskega faktorja: beljakovine, ki veže element cAMP (CREB). Ta beljakovina se odziva na vrsto zlorab drog, vključno s kokainom, morfijem, alkoholom, amfetaminom in nikotinom. Kljub vsemu temu pa Nestler pravi: "Zdaj smo šele na vrhu ledene gore pri prepoznavanju CREB ciljnih genov". Kljub temu upajo, da bodo našli vodi za preprečevanje ali popravilo teh sprememb.

Blendy se natančno spominja, kdaj so se rodile njene prve miši s pomanjkanjem CREB. "Stara so 15 let," v smehu pove, "rodila sem hčerko [junija], dva tedna kasneje pa se jima je rodil prvi mutant." Takrat je bil Blendy postdoc v laboratoriju Guntherja Schutza v nemškem centru za raziskave raka v Heidelbergu in nad izločilno tehnologijo je bilo veliko navdušenja. Druge skupine so prosile za uporabo miši.

To se je vse ustavilo, ko je Schutzova skupina začela označevati miši. "Spoznali smo, da nismo popolnoma izpadli," pravi Blendy. Mutirane živali so imele alternativne spojne oblike gena CREB, vendar se je izkazalo, da gre za naključno nesrečo. Izločilne živali CREB ne preživijo perinatalnega obdobja. Že majhna količina CREB je tem mutantom omogočila preživetje do zrelosti s funkcionalnimi spremembami, ki bi raziskovalcem omogočile, da preučijo vlogo CREB v številnih nevroloških vidikih, vključno z učenjem, spominom, motnjami razpoloženja in odvisnostjo.

Takrat, sredi devetdesetih let, je bil faktor prepisa že tarča raziskav odvisnosti. Začelo se je v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja z encimom adenilil ciklazo v locus ceruleusu, modrikasto delu možganskega debla, ki dovaja noradrenalin v številne dele možganov. Adenilil ciklaza sintetizira cAMP, ta pa aktivira CREB. Nobelov nagrajenec Marshall Nirenberg in njegovi kolegi so v nevronih locus ceruleus dokazali "celično toleranco" na morfij. Pokazali so, da medtem ko aktivnost adenilil ciklaze upada po izpostavljenosti morfiju, ko zdravilo ostane inkubirano s celicami več kot en dan, se aktivnost adenilil ciklaze vrne nazaj.90 Ko je bilo zdravilo odstranjeno, je aktivnost encima poskočila, kar je avtorji razlagajo kot celični umik od odvisnosti: "Ta pojav lahko primerjamo z abstinenčnim sindromom pri živalih."

"Globoko spreminjate naravo živčnih celic." -Eric Nestler

Šele več kot desetletje pozneje, v začetku devetdesetih let, ko je Nestler, takrat na univerzi Yale, s svojo skupino rezultate ponovil in vivo in se dva koraka navzdol od adenilil ciklaze premaknil k aktivaciji CREB. Pokazali so, da odmerek morfija poslabša fosforilacijo CREB (marker aktivacije CREB), vendar se ta aktivnost po daljši izpostavljenosti zdravilu normalizira.1990 "Približno ob istem času," se spominja Nestler, "smo vprašali: Locus ceruleus je le vzorčni sistem opiatnega sistema, a se odzivajo tudi drugi nevroni? " Obrnil se je na nucleus accumbens, skupino nevronov, ki prejemajo dopaminergične vložke iz ventralnega tegmentalnega območja in so vključeni v sistem nagrajevanja možganov. Tam je Nestler našel podobne rezultate: kronična uporaba morfina poveča aktivnost CREB.

Miši s pomanjkanjem CREB v Schtzovem laboratoriju so ponudile priložnost za merjenje, ali je CREB potreben v procesu zasvojenosti. Z Rafaelom Maldonadom, ki je bil takrat na pariški univerzi, je Blendy leta 1996 pokazala, da pri njenih mutantnih miših primanjkuje simptomov odvzema morfina, kot jih kažejo običajne živali.3 »Po definiciji odvisnost pomeni prisotnost odtegnitvenega sindroma pri odstranjevanju zdravila , «Pravi Blendy. "Vprašanje je, ali živali sploh niso bile nikoli odvisne od droge?" Blendy je zaključil, da je CREB pomemben za sprožitev odvisnosti. Toda tako preprosta razlaga je bila predobra, da bi bila resnična.

Bill Carlezon, zdaj izredni profesor psihiatrije v Harvardski bolnišnici McLean v Belmontu, Massachusetts, je bil sredi devetdesetih let postdoc v Nestlerjevem laboratoriju in je preučeval kokain v nucleus accumbens. Takrat ni bilo dobrega načina za neposredno usmerjanje CREB, zato je Nestlerjeva skupina razvila virusni vektor z mutantno obliko CREB, ki tekmuje z endogenim CREB in blokira njegovo aktivnost. Ko so mutirane živali dobile kokain, so pokazale večjo naklonjenost k drogi, medtem ko so bile CREB pri živalih prekomerno izražene, odpor do njega.

Blendy je našla podobne rezultate, potem ko se je leta 1997 preselila na univerzo Pennsylvania z mišjo linijo s pomanjkanjem CREB. Ko so te živali dobile majhne odmerke kokaina (doze, ki so bile dovolj majhne, ​​da jih ni bilo mogoče ločiti od fiziološke raztopine do divjih živali), so živali pokazale močno prednost pred stranjo boksa, kjer so prejele kokain.5 “Živali s pomanjkanjem CREB kažejo povečanje nagrade za kokain, «pravi Blendy.

Čeprav so se podatki Blendy strinjali z rezultati Nestler in Carlezon, so bile ugotovitve, ki se zdijo v nasprotju z njenimi rezultati za morfij. Čeprav se je zdelo, da pomanjkanje CREB živali bolj zanima za kokain, je z morfijem deloval nasprotno. Blendy sumi, da je neskladje povezano z različnimi možganskimi regijami, na katerih deluje vsako zdravilo. Čeprav vsa zloraba drog na koncu poveča dopamin v nucleus accumbens, delujejo na različne mehanizme: kokain blokira dopaminske prenašalce v nucleus accumbens, medtem ko morfij dezinhibira dopaminske celice v ventralnem tegmentalnem območju.

Kompleksnost molekularnih sprememb, ki so povezane z odvisnostjo od drog, se pri tem ne ustavi. Alkohol in nikotin na CREB delujeta drugače kot kokain in morfij. Poleg tega je še en transkripcijski faktor, DFosB, podreguliran na podoben način kot CREB, čeprav z nasprotnimi učinki na vedenje.

Odziv DFosB na droge je morda enako pomemben za zasvojenost kot CREB, zlasti glede dolgoročnih sprememb. Po navedbah Nestlerja CREB v bistvu daje negativne povratne informacije od zdravil, andDFosB spodbuja koristne učinke zdravil.

"DFosB lahko v mnogih pogledih razumemo kot nasprotno od CREB," pravi Nestler. Kljub temu, da sta zapleteni zapletenosti, lahko v isti celici nadreguliramo oba transkripcijska faktorja. "Nekatere celice kažejo aktivacijo CREB, nekatere inducirajo DFosB, nekatere pa se prekrivajo," pojasnjuje Nestler. "To je zelo zapleten postopek, ki ga je treba izdelati."

Kljub tem vrzelim v znanju so bili znanstveniki do devetdesetih let prepričani, da je CREB pomemben pri urejanju učinkov zlorabe drog. Ugotovili pa so tudi, da očitno ni enoten marker za vsa zdravila v vseh možganskih predelih, kaj šele za zdravljenje. »CREB ne bo nikoli terapevtska tarča. Preveč je pomembno, preveč je vseprisotno, «pravi Blendy.

Odločila se je, da zavije navzdol. Njena skupina spremlja izražanje številnih ciljnih genov CREB med postopkom zasvojenosti z drogami, od začetne izpostavljenosti do odvisnosti do umika. "Upamo, da bodo nekateri ciljni geni, za katere je odgovoren, idealni."

Eden od spodnjih ciljnih genov, ki je pokazal najbolj dramatične rezultate pri diferencialnem izražanju skozi te faze, je faktor sproščanja kortikotropina (CRF, imenovan tudi hormon, ki sprošča kortikotropin, CRH). CRF je pomemben pri posredovanju stresnih odzivov, vendar je vpleten tudi v Koobovo temno stran zasvojenosti. »Kar ugotavljamo,« pravi Koob, »to še posebej velja za alkohol in opiate ter nikotin in morda nekoliko manj za kokain - ko živali uživajo veliko drog, se sistem CRF vključi in prispeva k prekomerni uporabi drog - prevzem. "

Markus Heilig, klinični direktor Nacionalnega inštituta za zlorabo alkohola in alkoholizem, pravi, da se zdi, da je regulacija sistema CRF trajna. "V zadnjem letu je pri glodavcih prišla vrsta člankov, da bo to, če imate dolgo zgodovino odvisnosti od alkohola ter ciklov zastrupitve in umika, povzročilo izjemno dolgotrajne spremembe v endogenem sistemu [CRF]," Heilig pravi.

Koob je pred kratkim pokazal, da živali, ki so odvisne od alkohola, med odvzemom manj pijejo, ko dobijo antagonist receptorja CRF1 "Predvideli bi, da bi [antagonist receptorjev CRF7] lahko bil odlična droga za umik," pravi Nestler. Iskanje antagonista, varnega za uporabo pri ljudeh, pa je bilo težko. Klinična preskušanja enega zdravila, NBI 1, so bila prekinjena pred nekaj leti, potem ko sta dva bolnika razvila povišano raven jetrnih encimov.30775 Koob in Heilig si med drugim prizadevata najti antagonist receptorjev CRF8, ki ga je mogoče varno uporabljati za zdravljenje odvisnosti.

Marca letos je Heilig objavil obetavne rezultate pri podganah, odvisnih od alkohola, in pokazal, da je droga odvisnim živalim preprečila iskanje alkohola, ko so bili izpostavljeni stresorju. NUMXX. Če bi se antagonist receptorjev CRF9 lahko razvil v zdravilo, pravi Koob, najverjetnejša aplikacija bi bila med akutnim umikom.

»CREB ne bo nikoli terapevtska tarča. Preveč pomembno je, da je vseprisotno. «- Julie Blendy

Približno 300 kilometrov severno od Blendyjevega laboratorija Penn je podobno oblečen, oblečen in podpuljen znanstvenik iz Harvardove bolnišnice McLean s kolesi vozil živali po hodniku. To so poskusne podgane Carlezona, vsaka opremljena z anteno podobno elektrodo, ki je bila kirurško nameščena na vrhu glave. Elektroda napaja prijetno stimulacijo v obliki kvadratnih valovnih impulzov električnega toka v možgansko nagrajevalno središče. V pisarni Carlezona predvaja video posnetka miške, ki neprestano vrti kolo, da sprejme tok užitka. »Verjetno se mi zdi nekaj najboljšega doslej. Živali se bodo odločile za droge, hrano, seks - karkoli, «pravi.

Na določeni točki miška neha vrteti kolo, ko tok pade pod frekvenco, kjer je nagrada zmanjšana, pravi Carlezon. Ko se živali umaknejo iz kokaina, se poveča minimalna količina toka, za katerega so pripravljene delati - njihov „prag nagrajevanja“ .10 „Ker stimulacija med umikanjem ni tako koristna, miši potrebujejo večje frekvence, da jih dobijo delati [za stimulacijo]. " Carlezonov zaključek: "Mislimo, da ustvarjajo več dinorfinov."

Dinnorfin je endogeni opioid, ki deluje na k-opioidne receptorje in je ciljni gen CREB navzdol. Carlezon je pokazal, da kokain v zmernih jezerih poveča funkcijo CREB ali dinnorfina, je kokain manj koristen in včasih celo averziven. Ko pa so k-receptorji blokirani, učinek izgine. NNXX Carlezon zdaj eksperimentira s podeljevanjem antagonistov k-opioidnih receptorjev podganom, ki se odpovedujejo kokainu, in meri, ali lahko ta zdravila ustalijo pragove nagrajevanja. Če antagonisti delujejo, Carlezon pravi, da bi lahko bili kandidati za zdravljenje simptomov odvzema drog.

Koob in Brendan Walker, prav tako pri Scrippsu, sta pri podganah, odvisnih od etanola, uporabila antagonist k-opioidnih receptorjev, nor-binaltorfimin, in ugotovila, da pijejo manj. Pri živalih, ki niso bile odvisne, se vedenje pitja ni spremenilo. Walker pravi, da podpira idejo, da je sistem dinorfin-k-opioidov vpleten v "temno stran" odvisnosti11. »Na splošno,« pravi Walker, »to je hipoteza - kadar so živali odvisne in če odstranite alkohol, se zaradi povečanega negativnega učinka odločijo za več alkohola. Zdi se, da če lahko blokiramo ta sistem, lahko v določenem smislu blokiramo motivacijo aninala za pretirano uživanje alkohola. "

Charles O'Brien, podpredsednik psihiatrije na univerzi v Pennsylvaniji in direktor Centra za študije odvisnosti, pravi, da se zdijo raziskave antagonistov receptorjev za dnorfin in CRF1 obetavne, toda za resnično zdravljenje odvisnosti mora biti cilj spominski center možganov , ki lahko vključuje ali ne vključuje CREB.

"Zasvojenost je kompulzivno vedenje pri iskanju mamil," pravi O'Brien. »Ne gre za spremembe, ki jih povzročajo alkohol, kokain ali heroin. Dejstvo je, da po izginotju drog pride do učenja, spominske sledi, ki povzroča hrepenenje, ki povzroča iskanje drog in ponovitev bolezni. " Nestler pravi, da so ti spomini vse življenje. »Kot otrok smo se dotaknili vroče peči in se spomnili, da z vročo pečjo nikoli ni vredno eksperimentirati…. Spomini na droge so lahko tako močni kot ti spomini. "

Ali učenje odvisnosti vključuje CREB, je negotovo. Kljub temu Nestler pravi, da lahko manipulacija ciljnih genov CREB za lajšanje odtegnitvenih simptomov pomaga drugim oblikam odvisnosti, kot je kognitivno-vedenjska terapija, ki lahko vpliva na spomine. "Po mojem mnenju prej, ko te [potencialne droge] dobite pri ljudeh, tem bolje," pravi O'Brien. "Živalski modeli lahko kažejo pot, toda prej ali slej jih moraš spraviti v človeška bitja."

Reference

1. SK Sharma et al., "Dvojna regulacija adenilat ciklaze predstavlja odvisnost od narkotikov in toleranco," Proc Nat Acad Sci, 72: 3092-6, 1975. [PUBMED]

2. X. Guitart in sod., „Uravnavanje fosforilacije cikličnega odziva elementov AMP (CREB) z akutnim in kroničnim morfijem v lokusu ceruleusa podgan,“ J Neurochem, 58: 1168-71, 1992. [PUBMED]

3. R. Maldonado et al., "Zmanjšanje abstinence od morfina pri miših z mutacijo gena, ki kodira CREB," Science, 273: 657-9, 1996. [PUBMED]

4. WA Carlezon, Jr. et al., "Ureditev nagrade za kokain s strani CREB," Science, 282: 2272-5, 1998. [PUBMED]

5. CL Walters, JA Blendy, “Različne zahteve za vezavo beljakovin na odzivni element cAMP v pozitivnih in negativnih ojačevalnih lastnostih zlorabe drog,” J Neurosci, 21: 9438-44, 2001. [PUBMED]

6. EJ Nestler, "Ali obstaja skupna molekularna pot za zasvojenost?" Nat Neurosci, 8: 1445-9, 2005. [PUBMED]

7. CK Funk in sod., “Antagonisti faktorja 1, ki sproščajo kortikotropin, selektivno zmanjšujejo samoumevitev etanola pri podganah, ki so odvisne od etanola,” Biol Psych, 61: 78–86, 2007. [PUBMED]

8. C. Chen, DE Grigoriadis, „NBI 30775 (R121919), oralno aktivni antagonist receptorja za sproščanje faktorja kortikotropina (CRF) tipa 1 za zdravljenje tesnobe in depresije,“ Drug Dev Res, 65: 216- 26. 2005. XNUMX. [OBJAVLJENO]

9. DR Gehlert in sod., “3- (4-kloro-2-morfolin-4-il-tiazol-5-il) -8- (1-etilpropil) -2,6-dimetil-imidazo [1,2 -b] piridazin: nov možgansko prodoren peroralno na voljo antagonist receptorja 1 za sproščanje faktorja kortikotropina z učinkovitostjo pri živalskih modelih alkoholizma, "J Neurosci, 27: 2718-26, 2007. [PUBMED]

10. I. Goussakov in sod., "LTP v stranski amigdali med odvzemom kokaina," Eur J Neurosci, 23: 239-50, 2006. [PUBMED]

11. Walker BM in Koob GF, "Farmakološki dokazi za motivacijsko vlogo ?? - opioidnih sistemov pri odvisnosti od etanola," Neuropsychopharmacology, spletna publikacija, 2. maj 2007. [PUBMED]

Preberite več: Odvisne raziskave - Znanstvenik - revija o znanostih o življenju http://www.the-scientist.com/article/display/53236/#ixzz17vJl152n