DeltaFosB v vezjih za nagrajevanje možganov posreduje odpornost na stres in antidepresivne odzive. (2010)


Nat Neurosci. 2010 junij; 13(6): 745-752. Objavljeno na spletu 2010 maj 16. doi:  10.1038 / nn.2551

Vincent Vialou,1 Alfred J. Robison,1, * Quincey C. LaPlant,1, * Herb E. Covington, III,1 David M. Dietz,1 Yoshinori N. Ohnishi,1 Ezekiell Mouzon,1 Augustus J. Rush, III,2 Emily L. Watts,1 Deanna L. Wallace,2, § Sergio D. Iniguez,3 Yoko H. Ohnishi,1 Michel A. Steiner,4 Brandon Warren,3 Vaishnav Krishnan,2 Rachael L. Neve,5 Subroto Ghose,2 Olivier Berton,2, § Carol A. Tamminga,2 in Eric J. Nestler1

Podatki o avtorju ► Informacije o avtorskih pravicah in licenci ►

Končno urejena različica tega članka založnika je na voljo na Nat Neurosci

Oglejte si druge članke v PMC quote objavljeni članek.

Pojdi na:

Minimalizem

V nasprotju z obsežno literaturo o učinkih stresa na možgane je relativno malo znano o molekularnih mehanizmih odpornosti, zmožnosti nekaterih posameznikov, da se izognejo škodljivim učinkom stresa. HPokazali smo, da transkripcijski faktor ΔFosB posreduje bistven mehanizem odpornosti pri miših. Indukcija ΔFosB v jedru nucleus accumbens, ključni regiji, ki nagrajuje možgane, kot odgovor na kronični socialni porazni stres je potrebna in zadostna za odpornost. Indukcija ΔFosB je potrebna tudi za sposobnost standardnega antidepresiva, fluoksetina, da obrne vedenjsko patologijo, ki jo povzroči družbeni poraz. ΔFosB povzroča te učinke z indukcijo podenote receptorja za glutamat GluR2 AMPA, ki zmanjšuje odzivnost nevronov nucleus accumbens na glutamat in prek drugih sinaptičnih beljakovin. Te ugotovitve skupaj ustvarjajo novo molekularno pot, ki je podlaga tako za prožnost kot za antidepresivno delovanje.

Pojdi na:

UVOD

Ljudje, ki so izpostavljeni hudemu stresu, kažejo zelo različne odzive, nekateri pa lahko premagajo krizo, medtem ko drugi razvijejo resno psihopatologijo, kot so depresija ali posttravmatska stresna motnja (PTSD). Sposobnost obvladovanja stresnih situacij, tj. Odpornosti, je odvisna od razvoja ustreznih vedenjskih in psiholoških prilagoditev kroničnemu stresu.1,2. Psihološki konstrukti, ki spodbujajo odpornost, vključujejo predanost, potrpežljivost, optimizem in samospoštovanje, pa tudi sposobnost za moduliranje čustev in razvoj prilagodljivega družbenega vedenja. Te lastnosti vključujejo možgansko nagradno vezje, ki se zdi kritična determinanta za nastanek patoloških in prožnih fenotipov3,4. Nevrobiološke korelacije ranljivosti ali odpornosti proti stresu so bile ugotovljene pri ljudeh, vendar ostaja stopnja, do katere so vzrok ali posledica občutljivosti, neznana.5.

Med sedanjimi modeli depresije in PTSP-ja pri glodalcih je kronični socialni poraz stresa etološko veljaven pristop, ki povzroča dolgoročne fiziološke spremembe.6-8 in vedenjske9-11 spremembe, vključno s socialnim izogibanjem, anhedonijo in simptomi, podobnimi anksioznosti, vključno z aktiviranjem več nevronskih vezij in nevrokemičnih sistemov.12-15. Normalizacija socialnega izogibanja s kroničnim, vendar ne akutnim antidepresivnim zdravljenjem je dragocen model za preučevanje vidikov depresije in PTSD pri ljudeh11,16. Pomemben delež (~ 30%) kronično poraženih miši se izogne ​​večini negativnih vedenjskih posledic10, kar omogoča eksperimentalne raziskave prožnosti. Medtem ko se je pokazalo, da je indukcija več beljakovin v jedru nucleus accumbens (NAc), ključni regiji, ki nagrajuje možgane, pomembna za izražanje depresivno podobnega vedenja po porazu10,11,17,18veliko manj je znanega o molekularni osnovi prožnosti, ki jo posreduje ta možganska regija. To vprašanje smo obravnavali tako, da smo se osredotočili na ΔFosB, transkripcijski faktor družine Fos, povzročen v NAc, z zlorabami, naravnimi nagradami in več vrstami stresa.19-21.

Pojdi na:

REZULTATI

ΔFosB v NAc spodbuja odpornost na družbeni poraz

C57BL / 6J samci so bili podvrženi desetdnevnim socialnim porazom10,11in nato ločene na dovzetne in odporne populacije na podlagi ukrepa socialnega izogibanja (Slika 1a), kar je povezano z več drugimi depresivno podobnimi obnašanji10. Ugotovili smo povečanje ΔFosB, izmerjeno z imunohistokemijo, v NAc po kroničnem socialnem porazu (Slika 1b, c), z elastičnimi mišmi, ki kažejo največjo indukcijo ΔFosB v jedrnih in lupinskih NAc podregijah (Slika 1b, c). Poleg tega smo opazili močno (p <0.01) korelacijo med ravnmi ΔFosB in socialno interakcijo (r = 0.80, lupina NAc; r = 0.85, jedro NAc; r = 0.86, celo NAc), kar kaže, da je stopnja indukcije ΔFosB v NAc je lahko ključni dejavnik, ali žival kaže dovzetni in prožni fenotip. Western blot analiza sekcij NAc, ki vsebujejo jedra in lupine podregij, je potrdila indukcijo ΔFosB samo pri prožnih miših (glej Dodatna slika 1).

Slika 1

Slika 1

Indukcija ΔFosB v NAc s socialnim porazom posreduje odpornost

Za testiranje funkcionalnih posledic indukcije ΔFosB smo uporabili bitransgenske miši, ki inducibilno prekomerno izražajo ΔFosB posebej pri odraslih NAc in dorzalnem striatumu.22. Te miši so pokazale zmanjšano nagnjenost k razvoju socialnega izogibanja po štirih ali desetih dneh socialnega poraza (Slika 1d), kar kaže, da ΔFosB izvaja zaščitni ukrep proti socialnemu stresu. Nasprotno smo uporabili bitransgenske miši, ki inducibno prekomerno izražajo ΔcJun, transkripcijski neaktivni skrajšani cJun mutant, ki antagonizira aktivnost ΔFosB23,24. V nasprotju z mišmi, ki prekomerno izražajo ΔFosB, so miši, ki prekomerno izražajo ΔcJun, bolj dovzetne za kronični socialni poraz kot kontrolne littermates in kažejo največje obnašanje pri izogibanju po 4 dneh poraza (Slika 1e). Mišice ΔcJun so pokazale tudi povečano nepokretnost v enodnevnem testu prisilnega plavanja, kot tudi zmanjšanje preference saharoze, ki sta bila interpretirana kot povečano depresijsko podobno vedenje (Dodatna slika 2a, b). Vendar pa prekomerna ekspresija ΔFosB ali ΔcJun ni spremenila več osnovnih meritev lokomotorne aktivnosti ali anksioznega vedenja (Dopolnilna slika 2c – f). Skupaj so te ugotovitve pokazale, da zmanjšana aktivnost ΔFosB v NAc in dorzalnem striatumu zmanjša pozitivne, prilagodljive odzive, sklepane kot "obvladovanje7”, Kroničnemu stresu.

Zmanjšana ΔFosB v NAc spodbuja občutljivost na stres

Da bi pridobili nadaljnji vpogled v vedenjske učinke ΔFosB po kroničnem stresu, smo v odrasli dobi uporabili podaljšano socialno izolacijo, ki pri miših povzroča depresije podobne nenormalnosti.25 in je glavni dejavnik tveganja za klinično depresijo. Opazili smo znižanje ravni ΔFosB v NAc socialno izoliranih miši (Slika 2a, b). Ugotovili smo tudi, da izolacija povzroči, da so miši dramatično bolj dovzetni za družbeni poraz in da je ta izolacija povzročena ranljivost popolnoma obrnjena z virusno prekomerno izražanje ΔFosB selektivno v NAc (Slika 2c). Nasprotno pa je blokada funkcije ΔFosB v NAc, s prekomerno ekspresijo virusov ΔJunD, v kontrolnih miših, ki so bile nameščene v skupini, spodbujala dovzetnost za socialni poraz (Slika 2c). ΔJunD, kot ΔcJun, je N-terminalni skrajšani mutant, ki deluje kot dominantni negativni antagonist ΔFosB (Dodatna slika 3)23. Te ugotovitve neposredno nakazujejo bazalne ravni ΔFosB v NAc v ranljivosti stresa.

Slika 2

Slika 2

Vpliv socialne izolacije na ΔFosB in na dovzetnost za družbeni poraz

Za proučevanje kliničnega pomena teh ugotovitev so bile vrednosti ΔFosB merjene v postmortemskih vzorcih NAc, pridobljenih iz depresivnih bolnikov, in obširno usklajenih kontrol. Ugotovili smo zmanjšanje vrednosti ΔFosB pri bolnikih z depresijo (~ 50%) (Slika 2d), ki podpira vlogo ΔFosB v depresiji pri ljudeh. Depresivni ljudje so v času smrti analizirali vključene posameznike bodisi na ali brez antidepresivov (Dodatna tabela 1), in nismo našli korelacije med ravnmi ΔFosB in izpostavljenostjo antidepresivom. Glede na naše ugotovitve, da zdravljenje z antidepresivi poveča ravni ΔFosB pri mišji NAc (glej spodaj), te ugotovitve kažejo, da je neuspeh indukcije ΔFosB v NAc lahko pomemben dejavnik za pomanjkanje antidepresivnih odzivov pri ljudeh.

ΔFosB v NAc posreduje antidepresivno delovanje

Kronično zdravljenje z antidepresivi obrne socialno izogibanje, ki ga povzroči poraz pri občutljivih miših11. Zato smo preverili, ali je lahko indukcija ΔFosB v NAc mehanizem ne samo za prožnost, temveč tudi za antidepresivno delovanje. Neprevzete kontrolne miši, ki so bile zdravljene s fluoksetinom za 20 dni, niso pokazale sprememb v socialnem vedenju, vendar so pokazale kopičenje ΔFosB v lupini NAc (Slika 3a, b) in jedro (Dodatna slika 4). Zdravljenje fluoksetina pri občutljivih miših je obrnilo njihovo socialno izogibanje (Slika 3a), kot je bilo sporočeno prej, in nadaljnje povečanje ravni ΔFosB v NAc (Slika 3b, Dodatna slika 4).

Slika 3

Slika 3

Indukcija ΔFosB v NAc posreduje antidepresivni učinek fluoksetina

Za neposredno testiranje vpletenosti take indukcije ΔFosB v vedenjske učinke fluoksetina smo viralno prekomerno izražali ΔJunD ali GFP sam (kot kontrolo) v NAc predhodno poraženih miši. Polovico miši v vsaki skupini smo nato še tri tedne zdravili s fluoksetinom ali vehiklom. Kot je bilo pričakovano, je zdravljenje miši s preveliko ekspresijo GFP v NAc s fluoksetinom pokazalo obrat socialnega izogibanja, ki ga je povzročil kronični socialni poraz. Nasprotno pa je čezmerna ekspresija ΔJunD blokirala ta terapevtski učinek fluoksetina (Slika 3c), ki podpira hipotezo, da je indukcija ΔFosB v NAc potrebna za antidepresivno delovanje. Poleg tega je virusna posredovana prekomerna ekspresija ΔFosB v podganji NAc povzročila pomemben antidepresivni učinek, kot je bil izmerjen z zmanjšanim časom nepremičnosti na dan 2 testa prisilnega plavanja (Dodatna slika 5a). Nadaljnja analiza obnašanja med tem preskusom je pokazala povečanje ΔFosB pri plavanju in plezanju (Dopolnilna slika 5b – d), značilnosti, povezane s spremembami serotoninergičnih in noradrenergičnih mehanizmov26. Zanimivo je, da so podgane, ki prekomerno izražajo ΔFosB v NAc, pokazale zmanjšan čas nepremičnosti tudi na prvi dan testa, interpretirane kot pro-motivacijski učinek (glej Spletne metode in Dodatna slika 5e – h).

Regulacija receptorjev AMPA v NAc posreduje odpornost

ΔFosB regulira transkripcijo številnih genov v NAc24,27. Eden od vzpostavljenih ciljnih genov je podjedinica receptorja AMPA glutamat GluR2: miši, ki prekomerno izražajo ΔFosB v NAc, imajo povišane vrednosti GluR2, brez učinkov na druge podenote receptorjev za glutamat.22. Ta selektivna regulacija GluR2 v NAc je bila povezana z izboljšanjem zdravil in naravnih nagrad.22,28. Za obravnavo možnosti, da modulacija GluR2 prispeva tudi k akciji ΔFosB za pro-odpornost, smo po kroničnem socialnem porazu proučevali izražanje GluR2 v NAc. Občutljive miši so pokazale znatno znižanje ravni GluR2 v tej možganski regiji v primerjavi s kontrolami, medtem ko so prožne miši pokazale povečane ravni GluR2 (Slika 4a). Medtem ko mehanizem, ki je podlaga za zatiranje ekspresije GluR2 v občutljivih miših, ostaja neznan, se zdi, da indukcija GluR2, ki jo opazimo pri elastičnih miših, odraža neposredni učinek ΔFosB na gen GluR2, ker smo ugotovili povečano vezavo ΔFosB na promotor GluR2 z uporabo kromatinska imunoprecipitacija (ChIP) (Slika 4b), in kvantitativna PCR (qPCR) je pokazala trajno indukcijo ravni mRNA GluR2 v NAc odpornih miši (Slika 4c), ki je vzporedna s trajno indukcijo ΔFosB. Zanimivo je, da je bil GluR1 po socialnem porazu nasprotno reguliran: opazili smo povečano izražanje pri občutljivih miših in zmanjšano izražanje v prožnih miših (Slika 4a). Vendar pa pri izražanju mRNA GluR1 niso bile opažene ustrezne spremembe, kar bi kazalo na post-translacijske mehanizme. Poleg tega je kronično zdravljenje fluoksetina brez poraznih miši povečalo koncentracijo GluR2 v NAc (Slika 4d), in analiza človeškega postmortemskega tkiva NAc iz depresivnih bolnikov je pokazala zmanjšanje ravni GluR2 v primerjavi s kontrolami (Slika 4e). Zaznane niso bile nobene spremembe ravni GluR1 (Slika 4e).

Slika 4

Slika 4

Pro-odpornost, antidepresivni učinek GluR2 v NAc

Prisotnost GluR2-a ima močne učinke na receptorje AMPA: receptorji AMPA, ki nimajo GluR2, so Ca.2+-prepustne in imajo večjo sprejemno prevodnost in močne notranje usmerjalne tokove v primerjavi z receptorji, ki vsebujejo GluR229. Da bi dopolnili naše biokemične rezultate, smo zato izvedli celostne napetostno-objemne posnetke srednjih kosti nevronov v NAc brez poraženih miši in po socialnem porazu tako pri prožnih kot pri občutljivih živalih. Tokovno-napetostni odnosi izzvanih ekscitatornih tokov (EPSC), ki jih povzroča AMPA, so pokazali bistveno večjo rektifikacijo navzven pri občutljivih miših (Slika 5a – c) v primerjavi s kontrolami, skladno s povečanim razmerjem GluR1: GluR2, ki ga vidimo pod temi pogoji. Čeprav je bila stopnja rektifikacije v celicah, zabeležena pri občutljivih miših, spremenljiva, smo opazili zelo pomembno spremembo rektifikacije v primerjavi s kontrolnima in prožnima skupinama. Doslednost te ugotovitve kaže dejstvo, da je stopnja rektifikacije vseh celic iz občutljivih miši presegla srednjo vrednost, ugotovljeno za kontrolne celice. Poleg tega smo ugotovili, da je stopnja popravka posredno povezana s socialnim izogibanjem (Slika 5d), kar kaže, da lahko spremembe v razmerju GluR1: GluR2 deloma povzročijo to vedenje. Da bi potrdili večjo razširjenost receptorjev, ki jim primanjkuje GluR2, pri občutljivih miših smo inkubirali rezine iz kontrolnih in občutljivih miši z 1-naftilacetilsperiminom (NASPM), selektivnim zaviralcem receptorjev AMPA brez GluR2. Evocirani EPSC v nevronih, zabeleženih pri občutljivih miših (Slika 5e – f) je bila bistveno zmanjšana z NASPM, kar dokazuje, da receptorji, ki nimajo GluR2, pomembno prispevajo k glutamatergičnemu prenosu pri občutljivih miših kot kontrolni. Opozoriti je treba, da je bil učinek NASPM pri občutljivih miših manjši od predvidenega glede na večjo spremembo, ugotovljeno pri rektifikaciji. Ta razlika pa ni brez primere30 in so lahko posledica post-translacijskih modifikacij ali interakcij beljakovin z beljakovinami, ki vključujejo GluR2 (glejte razpravo) ali preprosto obseg izpostavljenosti NASPM. Stresno inducirano povečanje notranje rektifikacije, opaženo pri občutljivih miših, ni bilo pri elastičnih miših (Slika 5a – d), skladno z opaženim zmanjšanjem GluR1 in povečanjem GluR2 pod temi pogoji. Vendar pa pri prožnih miših nismo opazili zmanjšanja notranjega popravka v primerjavi s kontrolami (glej razpravo).

Slika 5

Slika 5

Sestavek receptorja AMPA je diferencirano reguliran pri občutljivih in prožnih miših

Antidepresijski učinek blokade receptorjev AMPA v NAc

Ti podatki kažejo, da povečana funkcija receptorja AMPA (povečano razmerje GluR1: GluR2) v NAc občutljivih miši spodbuja socialno izogibanje, medtem ko zmanjšana funkcija AMPA (zmanjšano razmerje GluR1: GluR2) prispeva k odpornosti. Da bi preizkusili to hipotezo, smo infundirali antagonist receptorja AMPA NBQX neposredno v NAc poraženih miši tik pred testom socialnega izogibanja. NBQX je povečal čas socialnih interakcij (Slika 4f), ki dokazuje, da blokada hitrega razburljivega vnosa v NAc nasprotuje izražanju tega škodljivega učinka kroničnega socialnega stresa. NBQX ni spremenil splošne lokomotorne aktivnosti (Dodatna slika 6). Poleg tega je antidepresivni učinek posamezne infuzije NBQX na socialno izogibanje trajal, saj so miši ponovno testirali en teden kasneje, kar je pokazalo nadaljnjo krepitev socialne interakcije.

Naslednji virusno prekomerno izražen GluR2 selektivno v NAc občutljivih miši. Izraz GluR2 je povsem obrnil socialno izogibanje, ki ga je povzročil kronični družbeni poraz (Slika 4g), ki podpira stališče, da je regulacija GluR2 v NAc ključni mehanizem odpornosti. Zanimivo je, da je učinek prekomerne ekspresije GluR2 vztrajal vsaj 10 dni po operaciji (Slika 4g) ko se virusno posredovani izraz GluR2 popolnoma raztopi. Nasprotno, v prožnih miših je prekomerna ekspresija neurejene različice GluR2, GluR2Q, ki v funkcionalnih študijah spominja na GluR1, naredila miši bolj dovzetne za socialni poraz (Slika 4g), ki podpira stališče, da povečana funkcija receptorja AMPA v NAc prispeva k občutljivosti.

SC1, še en ΔFosB cilj, je tudi posrednik odpornosti

Za identifikacijo dodatnih ciljnih genov ΔFosB, ki prispevajo k odpornosti, smo primerjali nizove podatkovnih nizov genske ekspresije, ki so bili pridobljeni iz NAc bitransgeničnih miši, ki prekomerno izražajo ΔFosB in C57BL / 6J miši 48 ur po kroničnem socialnem porazu, ki je pokazal prožen in občutljiv fenotip10,24. Slika 6a kaže znatno (> 75%) prekrivanje genov, induciranih v NAc tako z ΔFosB kot z odpornostjo. Med temi geni (navedeni v Dodatna tabela 2), smo za nadaljnjo analizo izbrali SC1, ki temelji na velikosti njegove indukcije v prožnosti in pri preveliki ekspresiji ΔFosB. SC1, znan tudi kot Sparc (izločeni protein, kisel, bogat s cisteinom), podoben 1-u ali hevinu, je anti-adhezivna matriksna molekula, ki je močno izražena v odraslih možganih, kjer se lokalizira v postsinaptični gostoti in je vpletena v sinaptično gostoto. plastičnost31. Da bi lahko neposredno ocenili potencialno vlogo SC1 v odpornosti, smo virusno prekomerno izražali SC1 v NAc občutljivih miši. SC1 je bistveno obrnil socialno izogibanje, ki ga je povzročil kronični družbeni poraz (Slika 6b). Prekomerna ekspresija SC1 je imela tudi antidepresiven učinek na dan 2 testa prisilnega plavanja pri podganah (Slika 6c in Dopolnilna slika 7a – c), vendar ni vplival na bazalno lokomotorno aktivnost in vedenje, povezano z anksioznostjo (Dopolnilna slika 7d – g). Poleg tega smo ugotovili močan trend znižanja ravni SC1 v človeškem postmortemskem NAc tkivu depresivnih bolnikov (Slika 6d).

Slika 6

Slika 6

Pro-odpornost, antidepresivni učinek SC1 v NAc

Pojdi na:

DISKUSIJA

Rezultati te študije zagotavljajo prve dokaze o molekularnih prilagoditvah, ki se pojavljajo v srednjih živčnih nevronih NAc, ki so podlaga za odporne odzive na kronični stres in prispevajo k terapevtskim učinkom kroničnega zdravljenja z antidepresivi. Pokazali smo, da bazalne ravni ΔFosB v NAc določajo začetno ranljivost posameznika za socialni porazni stres in da stopnja indukcije ΔFosB v odzivu na kronični stres določa občutljive in prožne odzive na ta stres. Še naprej dokazujemo, da uspešna obrnitev vedenjskih nenormalnosti, ki jo povzroča kronična uporaba fluoksetina pri občutljivih živalih, zahteva indukcijo ΔFosB v tej regiji možganov. Te ugotovitve kažejo, da je indukcija ΔFosB v NAc tako potreben in zadosten mehanizem prožnosti kot tudi odziv antidepresivov. Ugotovitev nižjih ravni ΔFosB v NAc depresivnih ljudi podpira pomembnost teh opazovanj pri mišjih modelih za klinično depresijo. ΔFosB uravnava funkcijo NAc z indukcijo ali zatrtjem številnih ciljnih genov24,27. Identificiramo dva njena ciljna gena, podenoto receptorja AMPA GluR2 in SC1, zunajcelični matriksni protein, in ju neposredno vključimo v posredovanje odpornosti na socialni porazni stres.

Takšna pro-odpornostna vloga ΔFosB v kontekstu kroničnega stresa je zanimiva v luči številnih dokazov o vključenosti ΔFosB v urejanje odzivov na zlorabe drog in naravne nagrade, kot so hrana, spol in vadba.19. ΔFosB se v NAc inducira z zdravili in naravnimi nagradami ter poveča nagrajevanje odzivov na te dražljaje. Zato je vpleten kot posrednik pri nekaterih vidikih odvisnosti od drog. Sedanje ugotovitve v stresnih modelih zagotavljajo bistveno nov vpogled v vlogo te beljakovine pri regulaciji kompleksnega čustvenega vedenja. V normalnih pogojih se ΔFosB izraža na najvišjih vrednostih v NAc v primerjavi z vsemi drugimi regijami možganov19. Predpostavljamo, da imajo ravni ΔFosB v NAc pomembno vlogo pri določanju ravni motivacije posameznika in pri usmerjanju motiviranega vedenja k izrazitim nagrajevalnim dražljajem. Odstranjevanje okoljske stimulacije med dolgotrajno izolacijo zmanjšuje bazalne ravni ΔFosB v miši NAc, kar zmanjšuje njihovo motivacijo in povečuje njihovo ranljivost za kronični socialni stres, kot smo pokazali tukaj. Opaženo znižanje vrednosti ΔFosB pri postmortemskem NAc depresivnih bolnikov je v skladu s to hipotezo in kaže na vlogo ΔFosB pri moteni motivaciji in nagrajevanju, ki jo opazimo pri mnogih ljudeh z depresijo. Nasprotno, sposobnost induciranja ΔFosB v NAc kot odziv na kronični stres omogoča posamezniku, da izboljša motivacijo in naravno nagrajevanje kljub stalnemu stresu, hipoteza, ki je skladna s trenutnimi pogledi na odpornost pri ljudeh1,2. Nadalje predvidevamo, da je indukcija ΔFosB v NAc zaradi kronične izpostavljenosti zlorabam drog, ki je veliko večja kot pri stresu ali naravnih nagradah.19Rezultat je patološka stopnja okrepljene motivacije na način, ki kvari zmožnost nagrajevanja za močnejši drogi.

Jasno je, da posebne značilnosti te hipoteze zahtevajo nadaljnje preiskave. Pričakovati je, da bo indukcija ΔFosB v NAc s kroničnim stresom ali s fluoksetinom povečala nagrado za zdravilo. Dejansko je komorbidnost depresije in zasvojenosti dobro uveljavljena pri ljudeh, pri glodalcih pa je bila dokazana navzkrižna senzibilizacija med mamili in stresom.32-34. Po drugi strani sta depresija in zasvojenost zelo zapletena, heterogeni sindromi in večina ljudi z depresijo nima zasvojenosti in obratno. Poleg tega fluoksetin nima jasnih učinkov na odzive zdravil pri živalih, prav tako pa ni učinkovito zdravljenje odvisnosti pri odvisnikih, ki niso depresivni. V skladu s to kompleksnostjo smo ugotovili, da občutljive miši, ki niso odporne miši, v socialni paradigmi porazov kažejo izboljšane odzive na zlorabe drog.10. To bi nakazovalo, da je povečana ranljivost občutljivih miši na zlorabe zdravil posredovana prek številnih drugih prilagoditev, ki so bile sprožene v NAc in drugje, kot samo en primer BDNF, ki je induciran v občutljivih, ne prožnih miših v NAc in izboljšuje mehanizme nagrajevanja zdravil.glej 10.

Razlaga, da ΔFosB spodbuja vidike zasvojenosti, hkrati pa spodbuja odpornost na stres, ni presenetljiva glede na kompleksne odnose, ki jih opazimo med vlogo določenega proteina v NAc v modelih odvisnosti in depresije. Nekatere beljakovine (npr. BDNF) spodbujajo odzive na zlorabo drog in stres, medtem ko številne druge beljakovine delujejo nasproti učinkom pri teh dveh pogojih: npr. CREB v NAc proizvaja fenotip pro-depresije, vendar odziva na zlorabo drog glej 4,10.

Te ugotovitve poudarjajo potrebo po nadaljnjih raziskavah pri določanju molekularnih podlag kompleksnega čustvenega vedenja in pomembnosti uporabe najširšega možnega obsega vedenjskih testov v takšnih preiskavah. Rezultati kažejo tudi, da, kot bi pričakovali, sam ΔFosB ne more razložiti polnega pojava depresije in odvisnosti, temveč je ključni regulator NAc-odvisnih mehanizmov nagrajevanja in je zato pomemben pri posredovanju določenih vidikov obeh pogojev..

Vendar pa je glavni razlog za to razpravo različne vrste celic v NAc, v katerih se ΔFosB inducira pri stresu in modelih odvisnosti. Droge zlorabe in naravne nagrade inducirajo ΔFosB predvsem v podrazredih srednje velikih nevronov v NAc, ki izražajo D \ t1 dopaminskih receptorjev19,22, medtem ko stres inducira ΔFosB približno enako v D1 in D2 srednji živčni nevroni, ki vsebujejo receptorje20. Ta diferencialna indukcija bi lahko imela dramatične funkcionalne posledice, ker je bila sposobnost DFosB za povečanje nagrajevanja dokazana za D1 samo nevroni razreda19.

Identifikacija GluR2 kot ciljnega gena, ki sodeluje pri posredovanju osFosB-ovega pro-odpornostnega učinka, osvetli te vidike. Pokazali smo, da sta dovzetnost pri miših in depresija pri ljudeh povezana s povečanjem razmerja GluR1: GluR2 v NAc, kar kaže na povečano vzbujenost srednjega nevrona v odzivu na glutamat.

NAc prejme glutamatergične vhode iz več regij možganov, zlasti prefrontalnega korteksa, amigdale in hipokampusa.35. Takšen glutamatergični vnos modulira valenco in značilnost nagrajevanja in averzivnih dražljajev in s tem nadzoruje motivirano vedenje.36-38. Nedavne študije so skladne z našo hipotezo, da lahko povečana razdražljivost NAc spodbuja ranljivost stresa. Prisilni plavalni stres povečuje sinaptično moč in funkcijo receptorja AMPA v NAc39, medtem ko glutamatna infuzija v NAc zmanjša plavalno obnašanje pri testu prisilnega plavanja, pro-depresijski učinek40. Bolj splošno, povečano sprožanje NAc kodira averzivna stanja v več živalskih modelih41. Pri bolnikih z veliko depresijo so opazili spremembe v aktivnosti NAc42 in vojaki posebnih sil, ki so bili predhodno izbrani in usposobljeni za odpornost v primeru hude travme43. Podobno, globoka možganska stimulacija subgenualnega cingularnega skorje ali NAc (glavni cilj subgenualnega cingularnega korteksa), intervencija, ki je zmanjšala razdražljivost stimuliranega možganskega področja, blaži depresivne simptome pri bolnikih, ki so odporni na zdravljenje.3,44.

Tako kot stresni modeli, je bila tudi večja glutamatergična odzivnost pri NAc vključena v zasvojenost z drogami30,45-47. To vključuje povečanje receptorjev AMPA, ki jim primanjkuje GluR2, v tem možganskem območju30,47, podobno tistemu, o katerem poročamo tukaj za občutljivost na stres. Skupaj te ugotovitve vzbujajo zanimivo možnost, da okrepljen glutamatergični prenos v NAc spodbuja ranljivost tako na zasvojenost kot na depresijo. Nasprotna sprememba, to je zmanjšano razmerje GluR1: GluR2, prikazano tukaj v NAc odpornih miši, kaže, da lahko zmanjšana glutamatergična funkcija varuje pred škodljivimi učinki kroničnega stresa. To je skladno z opažanji, da povečana aktivnost GluR2 ali zmanjšana aktivnost GluR1 v NAc izboljša nagrajevanje in motivacijo.28,37,48. Sposobnost fluoksetina, da podobno spodbudi ekspresijo GluR2 v NAc, poveča možnost, da lahko zmanjšano glutamatno inerviranje te možganske regije prispeva tudi k antidepresivnim odzivom. Dejansko tukaj pokažemo, da inhibicija delovanja receptorja AMPA znotraj NAc povzroči močan in dolgo življenjski odziv, podoben antidepresivom.

Medtem ko so spremembe, ki jih dokazujemo pri izražanju receptorjev AMPA v NAc občutljivih miši, skladne z našimi elektrofiziološkimi opazovanji, so spremembe, opažene pri prožnosti, bolj zapletene. V primerjavi z kontrolami nismo pridobili elektrofizioloških dokazov za zmanjšane AMPA receptorje GluR2 v NAc odpornih miši. Domnevamo, da je indukcija GluR2a v prožnosti, ki jo povzroča ΔFosB, le ena od mnogih prilagoditev, ki se pojavijo v NAc, ki vplivajo na glutamatergični prenos in da ta prilagoditev zadostuje za obračanje pretirane funkcije receptorja AMPA, ki jo opazimo pri občutljivosti, ne povzroči neto sprememb. v nasprotni smeri. Naši podatki namreč kažejo kompleksno regulacijo glutamatergičnega prenosa v NAc po kroničnem socialnem poraznem stresu. Nasprotnih sprememb v izražanju GluR1 v tej možganski regiji pri občutljivosti v primerjavi z elastičnostjo ni mogoče opaziti na ravni mRNA, prav tako niso opazili znižane ravni GluR2 pri občutljivosti na ravni mRNA. To je v skladu s posttranslacijskimi spremembami, vključno s spremembami v trgovini z receptorji AMPA, ki prav tako igrajo pomembno vlogo, kot so opazili pri modelih zlorabe drog.30,47.

Kompleksna regulacija glutamatergičnega prenosa v NAc s kroničnim stresom je poudarjena z našim odkritjem SC1 kot drugega ciljnega gena za ΔFosB, ki, tako kot indukcija GluR2, posreduje elastičnost. Znano je, da SC1 uravnava sinaptično plastičnost31. Zaradi svojih anti-adhezivnih lastnosti lahko indukcija SC1 v NAc povzroči bolj permisivno okolje za strukturne spremembe, ki spremljajo plastičnost pri glutamatergičnih sinapsah, ki se zdijo ključni za odpornost. Nedavni dokazi na primer kažejo, da odstranitev zunajceličnega matriksa omogoča difuzijo receptorjev AMPA in s tem spodbuja sinaptično plastičnost.49.

Če povzamemo, naši rezultati podpirajo shemo, po kateri ΔFosB v NAc posreduje odpornost pred kroničnim stresom deloma z indukcijo oblike sinaptične plastičnosti, ki preprečuje močno negativno asociativno učenje, ki se pojavlja pri občutljivih miših. Na primer, povečanje števila receptorjev AMPA, ki nimajo GluR2, v NAc, ki ga opazimo pri občutljivih miših, je pokazalo, da poslabša odzive na kokainske asociacije, ki spodbujajo hrepenenje in ponovitev bolezni pri modelih odvisnosti.30,47. V nasprotju s tem pa lahko dušenje glutamatergičnega tona pri prožnih miših, z izboljšanjem GluR2 in morda indukcijo SC1, povzroči, da je pomemben dražljaj, kot je nova miška v družbeni paradigmi porazov, manj sposoben aktivirati NAc nevrone in s tem omogočiti cilj. usmerjeno obnašanje kljub stresu. Naši genski nizi nakazujejo verjeten vpliv številnih dodatnih tarč ΔFosB, ki prispevajo k odpornosti. Prevladujoča vloga, ki jo igra ΔFosB in njeni cilji pri sposobnosti posameznika, da se pozitivno prilagodi kroničnemu stresu, sproža bistveno nove poti za razvoj novih zdravil za antidepresive.

Pojdi na:

METODE

Metode in povezane reference so na voljo v spletni različici prispevka na naslovu http://www.nature.com/natureneuroscience/.

Pojdi na:

Dodatni material

Suppl

Kliknite tukaj za ogled.(1024K, doc)

Kliknite tukaj za ogled.(136K, pdf)

Pojdi na:

Priznanja

To delo so podprli štipendije Nacionalnega inštituta za duševno zdravje in raziskovalna zveza z AstraZeneca. Zahvaljujemo se Drs. P. McKinnon in H. Russell za velikodušno darilo cDNA SC1. Zahvaljujemo se tudi I. Maze, dr. R. Oosting, S. Gautron in D. Vialou za koristne razprave in pripombe o rokopisu.

Pojdi na:

Opombe

Prispevki avtorjev VV in EJN sta bila odgovorna za celotno zasnovo študije. QL in VV sta načrtovala, izvedla in analizirala RNA in ChIP eksperimente. AJ Robison je izdelal, izvedel in analiziral elektrofiziološke študije. HEC in VV sta izdelala in izvedla farmakološke poskuse NBQX. QL, DMD, ELW in VV so izvedli stereotaksične operacije. YNO je kloniral cDNA SC1 v vektor HSV. YHO je izvedel test AP1 luciferaze. QL, DMD, DW in VV so načrtovali in izvedli eksperimente socialne izolacije. VV, ELW in AJ Rush so opravili socialne porazne teste in imunohistokemično kvantifikacijo. SI, QL, BW in VV so opravili in analizirali operacijo podgan in test prisilnega plavanja. EM in RN sta zagotovila virusne vektorje za virusno transgenezo. MAS, VK in OB so usposabljali VV pri socialni porazni in biokemični analizi ter zagotavljali kontrolo kakovosti nad socialnimi poraznimi podatki. SG in CAT sta zagotovila človeško postmortalno možgansko tkivo. VV in EJN sta prispevek napisala s pomočjo drugih avtorjev.

Avtor Informacije Informacije o ponatisih in dovoljenjih so na voljo na naslovu www.nature.com/reprints.

Dodatne Dodatni podatki je povezana s spletno različico dokumenta na naslovu www.nature.com/natureneuroscience/.

Pojdi na:

Reference

1. McEwen BS. Fiziologija in nevrobiologija stresa in prilagoditev: osrednja vloga možganov. Physiol Rev. 2007; 87: 873 – 904. [PubMed]

2. Feder A, Nestler EJ, Charney DS. Psihobiologija in molekularna genetika odpornosti. Nat Rev Neurosci. 2009, 10: 446 – 457. [PMC brez članka] [PubMed]

3. Ressler KJ, Mayberg HS. Usmerjanje nenormalnih nevronskih vezij pri motnjah razpoloženja in anksioznosti: od laboratorija do klinike. Nat Neurosci. 2007, 10: 1116 – 1124. [PMC brez članka] [PubMed]

4. Krishnan V, Nestler EJ. Molekularna nevrobiologija depresije. Narava. 2008, 455: 894 – 902. [PMC brez članka] [PubMed]

5. Yehuda R, Flory JD, Southwick S, Charney DS. Razvoj agende za translacijske študije odpornosti in ranljivosti po izpostavljenosti travmi. Ann NY Acad Sci. 2006, 1071: 379 – 396. [PubMed]

6. Tornatzky W, Miczek KA. Dolgotrajna okvara avtonomnih cirkadianih ritmov po kratkem intermitentnem socialnem stresu. Physiol Behav. 1993, 53: 983 – 993. [PubMed]

7. Koolhaas JM, Meerlo P, De Boer SF, Strubbe JH, Bohus B. Časovna dinamika stresnega odziva. Neurosci Biobehav Rev. 1997; 21: 775 – 782. [PubMed]

8. De Kloet ER. Hormoni in stresni možgani. Ann NY Acad Sci. 2004, 1018: 1 – 15. [PubMed]

9. Rygula R, et al. Anhedonia in motivacijski primanjkljaji pri podganah: vpliv kroničnega socialnega stresa. Behav Brain Res. 2005, 162: 127 – 134. [PubMed]

10. Krishnan V, et al. Molekularne prilagoditve, ki so podlaga za občutljivost in odpornost na socialni poraz v regijah za nagrajevanje možganov. Celica. 2007, 131: 391 – 404. [PubMed]

11. Berton O, et al. Bistvena vloga BDNF v mezolimbični poti dopamina pri socialnem poraznem stresu. Znanost. 2006, 311: 864 – 868. [PubMed]

12. Tidey JW, Miczek KA. Pridobitev kokainske samouprave po socialnem stresu: vloga akumbensa dopamina. Psihofarmakologija (Berl) 1997; 130: 203 – 212. [PubMed]

13. Martinez M, Calvo-Torrent A, Herbert J. Preslikava možganskega odziva na družbeni stres pri glodalcih z izrazom c-fos: pregled. Stres. 2002, 5: 3 – 13. [PubMed]

14. Kollack-Walker S, Don C, Watson SJ, Akil H. Diferencialna ekspresija c-fos mRNA v nevrokrogih moških hrčkov, izpostavljenih akutnemu ali kroničnemu porazu. J Neuroendocrinol. 1999, 11: 547 – 559. [PubMed]

15. Becker C, et al. Izboljšane kortikalne ekstracelularne ravni materiala, podobnega kolecistokininu, v modelu predvidevanja družbenega poraza pri podganah. J Neurosci. 2001, 21: 262 – 269. [PubMed]

16. Rygula R, Abumaria N, Domenici E, Hiemke C, Fuchs E. Učinki fluoksetina na vedenjske pomanjkljivosti, ki jih povzroča kronični družbeni stres pri podganah. Behav Brain Res. 2006, 174: 188 – 192. [PubMed]

17. Wilkinson MB, et al. Zdravljenje z imipraminom in prožnost imata podobno regulacijo kromatina v mišjih jedrih accumbens v modelih depresije. J Neurosci. 2009, 29: 7820 – 7832. [PMC brez članka] [PubMed]

18. Covington HE, 3rd, et al. Antidepresivno delovanje zaviralcev histon deacetilaze. J Neurosci. 2009, 22: 11451 – 11460. [PMC brez članka] [PubMed]

19. Nestler EJ. Pregled. Transkripcijski mehanizmi odvisnosti: vloga DeltaFosB. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2008, 363: 3245 – 3255. [PMC brez članka] [PubMed]

20. Perrotti LI, et al. Indukcija deltaFosB v možganskih strukturah, povezanih z nagrajevanjem, po kroničnem stresu. J Neurosci. 2004, 24: 10594 – 10602. [PubMed]

21. Nikulina EM, Arrillaga-Romany I, Miczek KA, Hammer RP., Jr Dolgotrajna sprememba mezokortikolimbičnih struktur po večkratnem socialnem poraznem stresu pri podganah: časovni potek mRNA mio opioidnih receptorjev in FosB / DeltaFosB imunoreaktivnosti. Eur J Neurosci. 2008, 27: 2272 – 2284. [PMC brez članka] [PubMed]

22. Kelz MB, et al. Izražanje transkripcijskega faktorja deltaFosB v možganih nadzoruje občutljivost na kokain. Narava. 1999, 401: 272 – 276. [PubMed]

23. Peakman MC, et al. Inducibilna ekspresija dominantnega negativnega mutanta c-Jun v transgenih miših na možgansko regijo zmanjša občutljivost na kokain. Brain Res. 2003, 970: 73 – 86. [PubMed]

24. McClung CA, Nestler EJ. Regulacija izražanja genov in kokainske nagrade s strani CREB in DeltaFosB. Nat Neurosci. 2003, 6: 1208 – 1215. [PubMed]

25. Wallace DL, et al. CREB regulacija razbremenljivosti nucleus accumbens posreduje socialno izolacijo, ki povzroča vedenjske pomanjkljivosti. Nat Neurosci. 2009, 12: 200 – 209. [PMC brez članka] [PubMed]

26. Detke MJ, Rickels M, Lucki I. Aktivno vedenje v testu prisilnega plavanja pri podganah, diferencialno proizvedenega s serotoninergičnimi in noradrenergičnimi antidepresivi. Psihofarmakologija (Berl) 1995; 121: 66 – 72. [PubMed]

27. Renthal W, et al. Genomska analiza kromatinskega uravnavanja s kokainom kaže na vlogo sirtuinov. Neuron. 2009, 62: 335 – 348. [PMC brez članka] [PubMed]

28. Todtenkopf MS, et al. Nagrada za možgane, ki jo urejajo podenote receptorjev AMPA v lupini nucleus accumbens. J Neurosci. 2006, 26: 11665 – 11669. [PubMed]

29. Bredt DS, Nicoll RA. Trgovanje z receptorji AMPA v razburljivih sinapsah. Neuron. 2003, 40: 361 – 379. [PubMed]

30. Conrad KL, et al. Nastajanje akumbensov receptorjev AMPA, ki jim primanjkuje GluR2, posreduje pri inkubaciji hrepenenja po kokainu. Narava. 2008, 454: 118 – 121. [PMC brez članka] [PubMed]

31. Lively S, Brown IR. Protein zunajceličnega matriksa SC1 / hevin se lokalizira na ekscitatorne sinapse po statusu epilepticus pri modelu napadov litij-pilokarpina. J Neurosci Res. 2008, 86: 2895 – 2905. [PubMed]

32. Nikulina EM, Covington HE, 3rd, Ganschow L, Hammer RP, Jr, Miczek KA. Dolgoročna vedenjska in nevronska navzkrižna senzibilizacija na amfetamin, povzročena s ponavljajočim se kratkim socialnim poraznim stresom: Fos v ventralnem tegmentalnem področju in amigdala. Nevroznanost. 2004, 123: 857 – 865. [PubMed]

33. Koob GF. Vloga možganskih stresnih sistemov v odvisnosti. Neuron. 2008, 59: 11 – 34. [PMC brez članka] [PubMed]

34. Haney M, Maccari S, Le Moal M, Simon H, Piazza PV. Družbeni stres povečuje pridobivanje kokainske samouprave pri samcih in samicah podgan. Brain Res. 1995, 698: 46 – 52. [PubMed]

35. Sesack SR, Grace AA. Cortico-Basal Ganglia nagradna mreža: mikrocirkuliranje. Nevropsihofarmakologija. 2010, 35: 27 – 47. [PMC brez članka] [PubMed]

36. Kalivas PW, Volkow N, Seamans J. Neobvladljiva motivacija v odvisnosti: patologija v prefrontal-accumbens glutamatnem prenosu. Neuron. 2005, 45: 647 – 650. [PubMed]

37. Reynolds SM, Berridge KC. Glutamatni motivacijski sklopi v nucleus accumbens: rostrokaudalni gradienti strahu in hranjenja. Eur J Neurosci. 2003, 17: 2187 – 2200. [PubMed]

38. Grace AA, Floresco SB, Goto Y, Lodge DJ. Regulacija streljanja dopaminergičnih nevronov in nadzor ciljno usmerjenega vedenja. Trendi Neurosci. 2007, 30: 220 – 227. [PubMed]

39. Campioni M, Xu M, McGehee DS. Stresne spremembe v jedrnih obtožbah Glutamat Synaptic Plasticity. J Neurofiziol. 2009 [PubMed]

40. Rada P, et al. Sprostitev glutamata v nucleus accumbens je vključena v vedenjsko depresijo med PORSOLT testom plavanja. Nevroznanost. 2003, 119: 557 – 565. [PubMed]

41. Roitman MF, Wheeler RA, Carelli RM. Nevroni Nucleus accumbens so prirojeno uglašeni za nagrajevanje in averzivne dražljaje okusa, kodirajo njihove prediktorje in so povezani z močjo motorja. Neuron. 2005, 45: 587 – 597. [PubMed]

42. Tremblay LK, et al. Funkcionalni nevroanatomski substrati spremenjenega nagrajevanja pri velikih depresivnih motnjah, ki jih je pokazala dopaminergična sonda. Arch Gen Psychiatry. 2005, 62: 1228 – 1236. [PubMed]

43. Vythilingam M, et al. Nagradno vezje v odpornosti na hudo travmo: FMRI preiskava odpornih vojakov posebnih sil. Psychiatry Res. 2009, 172: 75 – 77. [PMC brez članka] [PubMed]

44. Schlaepfer TE, et al. Globalna stimulacija možganov za nagrajevanje vezja olajša anhedonijo pri neodzivni veliki depresiji. Nevropsihofarmakologija. 2008, 33: 368 – 377. [PubMed]

45. Churchill L, Swanson CJ, Urbina M, Kalivas PW. Ponavljajoči se kokain spremeni nivoje podenote glutamatnega receptorja v nucleus accumbens in ventralnem tegmentalnem območju podgan, ki razvijajo vedenjsko senzibilizacijo. J Neurochem. 1999, 72: 2397 – 2403. [PubMed]

46. Boudreau AC, Reimers JM, Milovanović M, Wolf ME. AMPA receptorji celične površine v podganah podganjih podgan se povečajo med odvzemom kokaina, a se po internalizaciji po izzivu kokaina povezujejo s spremenjeno aktivacijo protein-kinaz, aktiviranih z mitogenom. J Neurosci. 2007, 27: 10621 – 10635. [PMC brez članka] [PubMed]

47. Anderson SM, et al. CaMKII: biokemijski most, ki povezuje accumbens dopaminske in glutamatne sisteme pri iskanju kokaina. Nat Neurosci. 2008, 11: 344 – 353. [PubMed]

48. Taha SA, Fields HL. Inhibicije nukleus akumbensovih nevronov kodirajo gating signal za nagrajeno vedenje. J Neurosci. 2006, 26: 217 – 222. [PubMed]

49. Frischknecht R, et al. Zunajcelični matriks možganov vpliva na lateralno mobilnost receptorja AMPA in kratkoročno sinaptično plastičnost. Nat Neurosci. 2009, 12: 897 – 904. [PubMed]

50. Chen J, et al. Transgene živali z inducibilno, ciljno izraženo gensko ekspresijo v možganih. Mol Pharmacol. 1998, 54: 495 – 503. [PubMed]