Opiatinducerad molekylär och cellulär plasticitet av Ventral Tegmental Area och Locus Coeruleus Catecholamine Neurons (2012)

Cold Spring Harb Perspect Med. 2012 Jul; 2 (7): a012070. doi: 10.1101 / cshperspect.a012070.

  1. Eric J. Nestler

+ Författaranslutningar

  1. Fishberg Department of Neuroscience och Friedman Brain Institute, Mount Sinai School of Medicine, New York, New York 10029
  2. Korrespondens: [e-postskyddad]

Abstrakt

Studien av neuronala anpassningar inducerade av opiatläkemedel är särskilt relevant idag med tanke på deras utbredda recept och recept utan användning. Även om mycket är känt om de akuta verkningarna av sådana läkemedel på nervsystemet återstår mycket arbete för att fullt ut förstå deras kroniska effekter. Här fokuserar vi på långvariga anpassningar som förekommer i två katekolaminerga hjärnregioner som medierar distinkta beteendeåtgärder hos opiater: Ventral tegmental area (VTA) dopaminerga nervceller, viktigt för läkemedelsbelöning och locus coeruleus (LC) noradrenergiska neuroner, viktiga för fysiska beroende och tillbakadragande. Vi fokuserar på förändringar i cellulär, synaptisk och strukturell plasticitet i dessa hjärnregioner som bidrar till opiatberoende och beroende. Att förstå molekylära determinanter för denna opiatinducerade plasticitet kommer att vara avgörande för utvecklingen av bättre behandlingar för opiatberoende och kanske säkrare opiatmediciner för medicinskt bruk.

På grund av deras kraftiga smärtstillande egenskaper har opiatläkemedel använts i århundraden. Opiater inkluderar föreningar härrörande från opiumvalmoen såsom morfin och kodin, såväl som många syntetiska derivat såsom heroin, oxikodon och hydrokodon. För denna översyn fokuserar vi på handlingarna med morfin och heroin, eftersom dessa har varit de mest studerade i modellsystem. Trots effektiviteten vid behandling av akut smärta finns det allvarliga komplikationer vid långvarig användning av opiat, inklusive tolerans, fysiskt beroende och beroende (Ballantyne och LaForge 2007). Missbruk av receptbelagda läkemedel, och specifikt smärtlindrande opiater, har ökat kraftigt de senaste åren i både de vuxna och ungdomar i USA (Compton och Volkow 2006; Manchikanti et al. 2010). Den medicinska användningen av opiater har också ökat stadigt när behandlingen för kroniska smärtstörningar har blivit mer aggressiv (Kuehn 2007). Även om etiken för kronisk smärtbehandling och potentialen för eller under användning av opiatläkemedel kan diskuteras (Fält 2011), det är ingen tvekan om att kronisk opiatanvändning orsakar neuroadaptationer som leder till oönskade effekter.

Fysiskt beroende och beroende av opiater ansågs en gång vara nära kopplat; emellertid antas dessa processer förmedlas av olika mekanismer och kretsar i hjärnan (Koob och Le Moal 2001). Fysiskt beroende manifesteras som negativa fysiska symtom (t.ex. svettningar, buksmärta, diarré) när läkemedlet dras tillbaka. Beroende, eller ”substansberoende” enligt definitionen i Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, har en djup långvarig inverkan på hälsa och produktivitet och kännetecknas av tvång att söka och ta läkemedel trots negativa konsekvenser. En del, men inte alla, av denna tilläggsfenotyp återspeglar sannolikt "psykologiskt beroende", det vill säga negativa känslomässiga symtom som uppstår under droguttag.

I denna granskning diskuterar vi vad som är känt om neuroadaptationerna, eller opiatinducerad plasticitet, som förekommer i två hjärnregioner som är rika på katekolaminuroner, som spelar kritiska roller i opiatberoende respektive fysiskt beroende: dopaminerga nervceller inom midbrain ventral tegmental area (VTA) och noradrenerga nervceller inom pontine locus coeruleus (LC). Denna diskussion fokuserar på tre typer av opiatinducerad plasticitet i dessa regioner: synaptisk plastisitet - ihållande förändringar i glutamatergisk och GABAergic synaptisk överföring (Dacher och Nugent 2011b; Luscher och Malenka 2011); cellplasticitet – homeostatiska förändringar i intracellulära signaleringskaskader (Williams et al. 2001; Nestler 1992, 2004); och strukturell plasticitet - långvariga förändringar i neuronal morfologi (Russo et al. 2010). Att identifiera de molekylära determinanterna för dessa tre typer av plastisitet i hjärnans katekolaminerga nervceller fungerar som en modell för plastisiteten som induceras i andra viktiga neurala beroendeunderlag och kommer att vara nyckeln till att utveckla bättre terapier för opiatberoende och möjligen säkrare opiatläkemedel för smärtstillande.

VENTRAL TEGMENTAL AREA

Bakgrund

VTA har studerats i stor utsträckning i drogmissbruk med tanke på dess grundläggande roll som belöning. Dopamin-neuroner i VTA-projektet till flera hjärnregioner inklusive nucleus accumbens (NAc), där ökad DA-frisättning har noterats som svar på varje klass av missbrukat läkemedel (Di Chiara och Imperato 1988). Även om DA-nervceller är en framstående del (∼60% –65%) av den här mitten av hjärnkärnan, finns det en betydande cellmångfald, med en betydande del av GABA-nervceller (30% –35%) samt beskrivningar av glutamatergiska neuroner ( 2% –3%) (Swanson 1982; Nair-Roberts et al. 2008; Säck och Grace 2010). DA- och GABA-nervcellerna i den centrala mitten av hjärnan projicerar i allmänhet topografiskt (medialt till lateralt) med de viktigaste utgångsstrukturerna som består av NAc, prefrontal cortex (PFC) och amygdala (AMY) (omfattande granskning i Säck och Grace 2010) (Fig 1). De primära afferenterna till VTA inkluderar excitatoriska ingångar från PFC, pedunculopontine och laterodorsal tegmentum (PPTg och LDT), såväl som många andra nyligen definierade strukturer (Geisler et al. 2007). Den hämmande inmatningen till VTA är mindre väl definierad, men ingångar från NAc, ventral pallidum och mesopontin rostromedial tegmental nucleus (RMTg) har rapporterats (Säck och Grace 2010). Forskning hittills har fokuserat oproportionerligt på DA-neuroner i VTA, och särskilt de som projicerar till NAc, på grund av den kritiska rollen för denna projektion i belöning (Nestler 2004).

Figur 1.  

Tecknad film av en sagittal del av gnagarehjärnan som illustrerar VTA och LC och deras stora afferenta och efferenta framskrivningar. DAergiska (röda) och GABAergiska (blå) neuroner i VTA projicerar till limbiska och kortikala strukturer och får glutamatergiska (svartstreck, PFC) och GABAergic input (blue-dash, NAc, VP). Noradrenergiska nervceller (gröna) i LC inerverar flera regioner inklusive HIPP och PFC och får glutamatergisk inmatning från PGi. Förkortningar: AMY, amygdala; HIPP, hippocampus; LC, locus coeruleus; NAc, nucleus accumbens; PFC, prefrontal cortex; PGi, nucleus paragigantocellularis; VP, ventral pallidum; VTA, ventral tegmental område.

Akuta opiatinducerade förändringar i neuronal aktivitet

Med tanke på förmågan hos akut morfin i VTA att framkalla ökad DA-frisättning i NAc (Leone et al. 1991), har en betydande mängd arbete undersökt de akuta effekterna av opiater i VTA. Akut morfin ökar avfyrningshastigheten för DA-neuroner i VTA (Gysling och Wang 1983). Denna effekt förmedlas åtminstone delvis av bindningen av morfin till Gi / o-kopplade μ-opioidreceptor (MOR) på lokala GABA-nervceller, och därmed minskar deras aktivitet och efterföljande GABA-frisättning på DA-neuroner och resulterar i desinhibition av DA-neuroner (Johnson och North 1992). Tolkning av mycket av det tidiga elektrofysiologiarbetet är emellertid komplicerat av bevis som belyser den nästan omöjliga åtskillbara karaktären hos VTA DA och GABA-neuroner (efter storlek, morfologi och elektrofysiologiska egenskaper) (Margolis et al. 2006), för att klargöra behovet av att identifiera VTA-neuroner som studerats mer definitivt (t.ex. genom immunohistokemi, användning av GFP-repor-möss, etc.), en punkt som kommer att diskuteras i detalj senare i denna översyn. Här fokuserar vi främst på opiater som fungerar som agonister vid MOR i VTA, som morfin, eftersom dessa läkemedel ger de givande effekterna som oftast studeras inom drogmissbrukområdet. Det är emellertid känt att k-opioidreceptorer (KOR) också uttrycks på VTA DA-neuroner, och att aktivering av dessa receptorer direkt kan hämma avfyrningshastigheten för DA-neuroner (Margolis et al. 2003), vilket sannolikt bidrar till de aversiva effekterna av kappa-agonister. Opiaters förmåga att producera både VTA DA neuronaktivering och hämning, och givande och aversiva effekter, är spännande, och denna "yin-yang" -modulering och rollen som endogena opioidpeptider i belöning förtjänar att vara ett fokus för framtida studier.

Akut opiatinducerad synaptisk plasticitet

Förutom förändringar i neuronal aktivitet finns det många rapporter om synaptisk plasticitet inducerad av akuta opiater. Liksom med kokain och andra missbrukade läkemedel, visade sig en enda injektion av morfin öka förhållandet mellan a-amino-3-hydroxi-5-metyl-4-isoxazolepropionsyra (AMPA) till N-Metyl-D-asparaginsyra (NMDA) exciterande postsynaptiska strömmar (EPSC: er) 24 timmar efter administrering, i överensstämmelse med långvarig potentiering (LTP) av glutamatergiska synapser på DA-neuroner (Saal et al. 2003). Nyligen har det också rapporterats att akut morfin inducerar AMPAR-receptor (AMPAR) omfördelning i VTA på ett sätt som liknar kokain, speciellt ett införande av GluA2-saknade AMPAR (Brown et al. 2010). Brown et al. observerade ett ökat rektifieringsindex och ökat cytoplasmatisk GluA2 AMPAR som svar på akut morfin, en effekt som återkapituleras genom direkt stimulering av DA-neuroner i VTA med användning av selektivt kanalhodposin 2-uttryck (Brown et al. 2010), direkt implicerad DA-aktivitet / signalering inom VTA till glutamatergisk reglering. Dessa data överensstämmer med tidigare arbete att GluA1, men inte GluA2, överuttryck i VTA sensibiliserar djur för morfinens lokomotoraktiverande och givande beteende (Carlezon et al. 1997).

Akuta opiater påverkar också plasticiteten vid GABAergic synapser i VTA. Högfrekvensstimulering har visat sig framkalla LTP vid GABA-terminaler (LTP)GABA) på VTA DA-neuroner, en effekt som är beroende av aktivering av postsynaptiska NMDA-receptorer (NMDAR) och frisättning av kväveoxid (NO) som en retrograd budbärare från DA-neuroner (Nugent et al. 2007). NO ökar sedan guanylylcyklasaktiviteten (GC) -aktiviteten i GABA-neuronet, vilket leder till ökad GABA-frisättning och LTPGABA. En enda dos morfin hämmar LTPGABA genom att avbryta NO-GC – proteinkinas G (PKG) -signalkaskad, vilket orsakar en förlust av normal hämmande kontroll (observerades 2 och 24 timmar efter injektion, men inte 5 dagar) (Nugent et al. 2007, 2009; Niehaus et al. 2010). Således störningar av LTPGABA tillhandahåller en annan mekanism för akuta opiaters förmåga att öka VTA DA neuronal aktivitet.

På senare tid har en annan form av VTA GABAergic plasticity beskrivits: långvarig depression av GABAergic synapser på DA neuroner (LTD)GABA) (Dacher och Nugent 2011a). Med hjälp av lågfrekvensstimulering (LFS), en stabil LTDGABA i DA-celler inducerades det, i motsats till LTPGABA, uttrycktes postsynaptiskt och var inte beroende av NMDAR. Denna effekt var inte heller beroende av signalering av endocannabinoid, men blockerades av dopamin D2-receptorn (D2R) antagonist-sulpirid. Intressant nog var en enda morfininjektion tillräcklig för att förhindra LFS-inducerad LTDGABA 24 timmar efter administrering, vilket antyder att morfin kan båda riktningar reglera GABA-plastisitet i VTA (Dacher och Nugent 2011a).

Kronisk opiatinducerad synaptisk plasticitet

Även om de synaptiska förändringarna som sker med akuta opiater har relativt väl karakteriserats, har de kroniska förändringarna inte gjort det. Hittills har några, om några studier, undersökt förändringar i antingen gluatamatergisk eller GABAergisk plasticitet som svar på kronisk opiatadministrering. Detta inkluderar brist på kunskap om huruvida det finns skillnader i passiv kontra aktiv läkemedelsadministration, en viktig övervägning med tanke på det senaste arbetet som visar att persistensen av LTP i VTA hos djur som avstår från självadministrering av kokain (upp till 3 månader) uppstår endast med kontingent exponering av kokain (Chen et al. 2008).

Det är emellertid känt att kronisk morfin, liksom akut morfin, ökar DA neuronal aktivitet. In vivo-inspelningar efter kronisk morfin visar ökningar av både basal avfyrningshastighet och brastaktivitet som återgår till baslinjen under uttag (Georges et al. 2006). Detta är i motsats till tidigare arbete som observerade en ihållande minskning av DA-aktivitet hos morfin-tillbakadragna råttor (Diana et al. 1995, 1999). En möjlig orsak till dessa skillnader är den administreringsmetod som används. Till exempel Georges et al. studie använde ett subkutant (sc) fördröjd frisättningspelletparadigm, vilket har visat sig ha en mycket annorlunda farmakodynamisk profil än det kroniska eskalerande dosparadigmet som användes i tidigare Diana et al. studier. Som tidigare rapporterats (Fischer et al. 2008), 24 timmar efter den sista morfinpelleten, minskas inte morfinnivåerna i blodet, förblir relativt stabila med toppen (∼3000 ng / ml), medan den kroniska injektionsmodellen ger en mycket högre topp (∼10,000 ng / ml) vid 1 timmar, med blodnivåer under 100 ng / ml efter 4 timmar och försumbar med 12 timmar. Förändringen i DA-bränningsfrekvens som orsakas av borttagande från kronisk morfin, vare sig en återgång till baslinjen eller minskning under baslinjen, verkar vara beroende av förändringar i GABA-frisläppande. Uttag från kronisk morfin ökar GABA-hämmande postsynaptiska strömmar (IPSC) och GABA-frisättning på VTA DA-neuroner (Bonci och Williams 1997), en effekt som nyligen har visat sig vara beroende av återvinning av MOR och på cyklisk adenosin-5′-monofosfat (cAMP) signalering (Madhavan et al. 2010).

En annan potentiell bidragare till skillnader mellan studier är heterogeniteten hos VTA jämfört med LC (som beskrivs nedan). Det finns inte bara komplexiteten hos flera celltyper (främst GABA mot DA), utan fördelningen av celltyper varierar också längs den rostral-caudala VTA-axeln (Fig 2). Specifikt är andelen DA till GABA-neuroner mycket högre i rostrala VTA-subregioner (IFN, RL) jämfört med caudala subregioner (PN, PIF) (Nair-Roberts et al. 2008). Denna skillnad har funktionell relevans för morfininducerade beteendeförändringar. HSV-GluA1 överuttryck ökade morfin belöningsbeteende med injektion i rostral VTA, medan det inducerade aversivt beteende i caudal VTA, en effekt som också observerades på viralt överuttryck av cAMP-respons-element bindande protein (CREB) eller fosfolipas C gamma (PLCy) (Carlezon et al. 2000; Bolanos et al. 2003; Olson et al. 2005). Denna skillnad kan också ses på molekylär nivå som kronisk morfininducerad cAMP-responselement (CRE) -medierad transkription i DA-neuroner i rostral och caudal VTA, men observerades endast i icke-DA-neuroner i rostral VTA (Olson et al. 2005). Ultrastrukturella studier bekräftar sådana rostral-caudala skillnader och föreslår den komplicerade behandlingsregimen och projektionsutgången. GluA1 ökades i både tyrosinhydroxylas (TH) -positiv (DAergisk) och TH-negativ (sannolikt GABAergic) dendriter i parabrachial (PBP) VTA med en enda morfininjektion. Däremot, med kronisk morfin, var det en ökning av GluA1 i paranigral (PN) VTA utöver PBP-regionen (Lane et al. 2008).

Figur 2. 

Cell- och projektionskomplexitet inom VTA. Andelen DA (röd) till GABA (blå) nervceller varierar mellan VTA-subkärnor med högre DA: GABA-förhållanden som observerats i fler rostrala subregioner såsom rostral linjär kärna (RL) jämfört med mer caudala subnukleier såsom paranigral (PN) och parainterfascicular (RL) PIF) -regioner. Dessutom skiljer sig DA-neuronala projektioner överallt med VTA med mer laterala regioner såsom parabrachial nucleus (PBP) som projicerar till NAc lateral shell (Lat Sh), medan mediala regioner såsom PN har olika projektioner inklusive amygdala (AMY), prefrontal cortex (PFC) , NAc-kärna, och NAc-medialskal (Med Sh). Begränsat arbete har undersökt GABA-neuronala prognoser; det finns vissa bevis på att GABA-neuroner i rostral PBP har en stark projicering av PFC, medan det finns få rostrala PBP DA-neuroner som projicerar till PFC, men en stor caudal DA PBP-projektion; detta antyder att PBP-PFC-projektionen inte bara definieras regionalt utan också är neuronal-subtypspecifik (Lammel et al. 2008). (Cellantal som används är från Nair-Roberts et al. 2008 och prognoser kommer från retrograderade märkningstudier av Lammel et al. 2008.)

Skillnader mellan VTA DA-neuroner, baserat på deras produktionsregion, har varit av stort intresse nyligen, eftersom det nu är väl etablerat att de elektrofysiologiska egenskaperna hos DA-neuroner varierar beroende på projektion. VTA DA-neuroner som projicerar till NAc har ett mycket mindre jagh nuvarande än neuroner som projicerar till basolateral amygdala (BLA) (Ford et al. 2006), och det finns skillnader i prognoser inom NAc själv, med DA-neuroner som projicerar till NAc-laterala skal visar mycket högre Ih nuvarande än DA-neuroner som projicerar till NAc-medialskal (Lammel et al. 2011). Handlingspotential (AP) -varaktighet för DA-neuroner varierar också beroende på projicering, eftersom NAc-projicering av DA-neuroner har den längsta AP-varaktigheten, medan PFC-projicerade neuron-AP-varaktighet är kortare och AMY-projicerade DA-neuroner har den kortaste varaktigheten (Margolis et al. 2008). Det är viktigt att responsiviteten för opiater också skiljer sig inom VTA beroende på projiceringstyp: DA-neuroner som projicerar till NAc svarade mer på KOR-agonister än BLA-projicerende neuroner, medan motsatt effekt noterades för respons på en MOR / delta (DOR) agonist , som hade en större effekt på BLA-projicerade neuroner (Ford et al. 2006). Detta översattes också till presynaptiskt medierade opiateffekter, eftersom en KOR-agonist orsakade en större hämning av GABAA IPSC: er av DA-neuroner som projicerade till BLA, medan det var en större KOR-agonistmedierad hämning av GABAB IPSC: er i neuroner som projicerar till NAc (Ford et al. 2006). Dessutom har det nyligen observerats att modulering av excitatoriska synapser på DA-neuroner skiljer sig beroende på projektion (Lammel et al. 2011). Lammel och kollegor (2011) fann att AMPA / NMDA-förhållandet ökades med kokain i DA-neuroner som projicerade till NAc, men inte i DA-neuroner som projicerade till PFC. AMPA / NMDA-förhållandet ökades emellertid i DA-celler som projicerade till PFC som svar på en aversiv stimulans (bakbenformalininjektion), en effekt som också observerades i DA-nervceller som projicerade till NAc-sidoskal, men frånvarande i DA-neuroner som projicerade till NAc medial skal - som visar heterogenitet som svar inom subregioner av detta projektionsmål (Lammel et al. 2011). Uppenbarligen indikerar dessa studier att en mer grundlig förståelse av de synaptiska anpassningarna som sker med både akuta och kroniska opiater kommer att behöva integrera information om resultatet från de studerade DA-nervcellerna. Utvecklingen av neuron- och projektionsspecifika tekniker kommer att tjäna till att klargöra dessa frågor genom att tillåta specifik modulering i denna heterogena region.

Opiatinducerad strukturell och cellulär plasticitet

Relevansen av läkemedelsinducerad strukturell plasticitet för synaptiska och beteendeförändringar har nyligen granskats (Russo et al. 2010). De flesta studier av strukturell plasticitet hittills har undersökt förändringar i ryggmorfologin eller dendritisk förgrening av neuroner i VTA-målregioner, men vårt laboratorium har undersökt en annan strukturell anpassning som svar på kronisk opiatadministrering, en förändring av VTA DA-neuron soma storlek. Vi observerade först att ytan av VTA DA-neuron från råtta minskar ∼25% som svar på kronisk, men inte akut, morfinadministrering (Sklair-Tavron et al. 1996). Denna effekt var specifik för DA-neuroner i VTAeftersom TH-negativa celler (troligen GABAergic) inte förändrades. Dessutom kan denna förändring blockeras av systemisk naltrexon, vilket tyder på att MOR-signalering var nödvändig, och lokal hjärnan härledd neurotrofisk faktor (BDNF) infusion i VTA förhindrade också minskningen, vilket antyder att minskad neurotrof signalering kan ligga till grund för den morfologiska förändringen. Det är viktigt att denna minskning av VTA DA neuron soma storlek observeras med kronisk administration av heroin såväl som morfin (Russo et al. 2007), i passiva och självadministrationsprotokoll (Spiga et al. 2003; Chu et al. 2007; Russo et al. 2007), och över arter, som vi nyligen har karakteriserat denna effekt i mus och i postmortemvävnad från mänskliga heroinmisbrukare (Mazei-Robison et al. 2011). Uppföljningsstudier hittade inga bevis på VTA DA neuronal död eller skada (Sklair-Tavron et al. 1996; Russo et al. 2007) och att minskningen i cellstorlek kvarstår under 14 dagar efter kronisk morfinadministrering, men återgår till baslinjen med 30 dagar. Denna tidslinjespeglar belöner tolerans (Russo et al. 2007), där upprepad läkemedelsanvändning minskar läkemedlets givande effekt och leder till en eskalering av läkemedelsintaget, som ses hos människor (O'Brien 2001).

Med tanke på att BDNF kunde rädda den kroniska morfininducerade strukturella förändringen, ville vi undersöka om nedströms neurotrofiska signalvägar förmedlade denna strukturella plasticitet. Även om det finns en del kontroverser om BDNF-nivåerna själva förändras i VTA som svar på kronisk opiatadministrering (Numan et al. 1998; Chu et al. 2007; Koo et al. 2010), har reglering rapporterats i de tre huvudsakliga signalvägarna nedströms från BDNF: PLCy, fosfatidylinositol 3′-kinas (PI3K) och mitogenaktiverat proteinkinas (MAPK) (Russo et al. 2009). Kronisk morfin ökar aktiviteten i PLCy-vägen (Wolf et al. 1999, 2007), minskar aktiviteten för PI3K-vägen, mätt med minskat insulinreceptorsubstrat-2 (IRS2) och fosfo-AKT-nivåer (Wolf et al. 1999; Russo et al. 2007; Mazei-Robison et al. 2011och ökar MAPK-signalering, mätt med ökad fosforylering och katalytisk aktivitet av extracellulärt relaterat proteinkinas (ERK) (Ortiz et al. 1995; Berhow et al. 1996; Liu et al. 2007). Med hjälp av viralt medierat överuttryck fann vi att det var den kroniska morfininducerade förändringen i PI3K-signalering som bidrar till den morfologiska förändringen: överuttryck av en dominerande negativ IRS2 (IRS2dn) eller AKTdn var tillräcklig för att minska VTA DA soma storlek, medan överuttryck av vildtyp IRS2 förhindrade den morfininducerade minskningen och överuttrycket av en konstitutivt aktiv AKT (AKTca) ökade somastorleken (Russo et al. 2007; Mazei-Robison et al. 2011). Däremot var överuttryck av varken PLCy eller ERK inte tillräckligt för att förändra VTA DA soma storlek (Russo et al. 2007). Det är viktigt att överuttryck av IRS2 också kunde förhindra morfin belöningstolerans, vilket innebar en roll för strukturell plasticitet i beteendespons.

Vårt senaste arbete antyder att denna strukturella förändring kan vara intimt kopplad till de aktivitetsförändringar som induceras av kroniska opiater. Liknar in vivo-studien av Georges et al. diskuterade ovan fann vi att VTA DA-avfyrningshastigheten ökades vid samma tidpunkt vid vilken somastorleken minskas hos möss exponerade för kronisk morfin (Mazei-Robison et al. 2011).

Vi fann emellertid att DA-utgången till NAc, mätt med in vivo cyklisk voltammetri, faktiskt minskas, vilket antyder ett avbrott i den normala aktiveringen och utsignalen i den mesolimbiska belöningskretsen.

Vi kännetecknade ytterligare detta resultat och fann att IRS2dn överuttryck i VTA, vilket är tillräckligt för att minska DA soma storlek, minskade DA-output till NAc och också minskade uttrycket för flera K+ kanalsubenheter, på ett sätt som liknar kronisk morfin.

I våra ansträngningar för att identifiera signalvägarna nedströms från IRS2 / AKT som förmedlar de kroniska morfininducerade neuroadaptationerna gjorde vi den överraskande observationen att däggdjurens mål för rapamycin (mTOR) komplex 1 (mTORC1) signalering, en väl etablerad väg i celltillväxt , ökades faktiskt med kronisk morfin. Däremot observerade vi en minskning av mTOR-komplex 2 (mTORC2) signalering, vilket vi fortsatte att visa är både nödvändigt och tillräckligt för morfininducerade förändringar i somastorlek och neuronal aktivitet. Specifikt fann vi att överuttryck av rapamycin-okänslig följeslagare av mTOR (Rictor), ett väsentligt komponentprotein av mTORC2, var tillräckligt för att förhindra minskningen i somastorlek och förhindrade också ökningen av DA-neuronbränningshastigheten på ett cell-autonomt sätt: endast DA-celler i VTA som överuttryckte Rictor hade en försvagad avfyrningshastighet, medan närliggande DA-celler fortfarande visade ökningen. Detta antyder att signalering av förändringar som är inneboende för DA-neuroner kan förmedla excitabilitetsförändringar inducerade av kroniska opiater, eventuellt genom att förändra AKT-modulering av GABAA strömmar (Krishnan et al. 2008) eller uttrycket av K+ kanaler (Mazei-Robison et al. 2011) (Fig 3). Liksom med IRS2-överuttryck fann vi att förändring av mTORC2-aktivitet korrelerade med morfinbelöningsbeteende, eftersom minskande mTORC2-aktivitet minskade morfinkonditionerad platspreferens, medan ökning av mTORC2-aktivitet var tillräcklig för att inducera CPP till en låg dos morfin som inte inducerar placera konditionering i kontrolldjur.

Figur 3. 

Kronisk morfin minskar VTA DA soma storlek ändå ökar neuronal excitabilitet, medan DA-överföring till NAc minskas. Nettoeffekten av morfin är en mindre lyhörd belöningsväg, dvs belöningstolerans. Nedreglering av IRS2-AKT-signalering (blå) i VTA förmedlar effekterna av kronisk morfin på somastorlek och elektrisk excitabilitet; effekten på excitabilitet medieras via minskad GABAA strömmar och förtryck av K+ kanaluttryck. Morfininducerad nedreglering av mTORC2-aktivitet i VTA är avgörande för dessa morfininducerade morfologiska och fysiologiska anpassningar såväl som för belöningstolerans. Till skillnad från mTORC2 ökar kronisk morfin mTORC1-aktivitet (röd), vilket inte verkar direkt påverka dessa morfininducerade anpassningar. Kronisk morfin minskar också DA-utgången till NAc, liksom minskar dendritisk förgrening och antalet dendritiska ryggar på medelstora spinniga GABA-neuroner i NAc, vilket ytterligare undertrycker normal DA-signalering i den mesolimbiska kretsen.

Det är osannolikt att soma storlek förändring är den enda strukturella anpassning som induceras av kroniska opiater i VTA. Med tanke på det minskade antalet dendritiska ryggradar och den dendritiska komplexiteten förgrenad av NAc-medium spiny neuroner från råttor som tidigare utsatts för kronisk morfin (Robinson och Kolb 1999; Robinson et al. 2002), vi förväntar oss att dendritiska förändringar också inträffar i VTA DA-neuroner. Aktuella studier pågår för att karakterisera ryggmorfologförändringar, ett stort gap i fältet, eftersom endast en studie hittills har undersökt läkemedelsinducerade förändringar i VTA-dendritisk arkitektur. Denna studie fann en ökning av dendritisk ryggradsdensitet i en subtyp av VTA-neuron som svar på en akut kokaininjektion, samma subtyp som visade sig öka NMDA / AMPA-förhållandet (Sarti et al. 2007). Data från vårt tidigare arbete, att längden på VTA DA-processer minskas (∼30%) hos råttor behandlade med kronisk morfin (Sklair-Tavron et al. 1996), överensstämmer med globala förändringar i VTA DA-arkitekturen. Denna förändring kan också bidra till att förklara minskningen i DA-produktion till NAc efter kronisk morfin, eftersom vi tidigare har rapporterat minskad axonal transport och nivåer av neurofilamentproteiner i VTA (Beitner-Johnson et al. 1992, 1993), vilket antyder att kronisk morfin också påverkar axonal struktur och funktion. Med tanke på den regionala och projicerade komplexiteten i VTA DA-nervceller som nämns ovan undersöker vi för närvarande huruvida dessa strukturella förändringar induceras i en viss delmängd av VTA DA-neuroner med hjälp av fluorescerande retrograderade spårare. Dessa data kommer att vara avgörande för att förstå de strukturella och elektrofysiologiska förändringarna som induceras av kroniska opiater och de relevanta utgångskretsarna.

Såsom tidigare nämnts har flera studier, både molekylära och elektrofysiologiska, visat att kronisk opiatadministrering aktiverar cAMP-CREB-vägen i VTA (Bonci och Williams 1997; Olson et al. 2005; Madhavan et al. 2010). En mikroarray-studie definierade också de globala förändringarna i genuttryck som förekommer i VTA som svar på kronisk morfin (McClung et al. 2005). Arbetet behövs nu för att bättre definiera cellspecificiteten för dessa neuroadaptioner samt avgränsa deras funktionella konsekvenser. Även om det mesta arbetet med VTA har fokuserat på opiatinducerade neuroadaptationer som antas uppstå i DA-neuroner, är det viktigt att utforska läkemedelsinducerad plasticitet som förekommer i VTA: s GABAergiska neuroner, som är ett av de viktigaste initiella målen för opiatverkan i denna hjärnregion.

LOCUS COERULEUS

Bakgrund

LC är den huvudsakliga platsen för norepinefrin (NE) -innehållande neuroner i hjärnan (Dahlström och Fuxe 1965). Som granskats tidigare (Aston-Jones och Bloom 1981a; Aston-Jones et al. 1991b; Berridge och Waterhouse 2003; Van Bockstaele et al. 2010), LC är en diskret, kompakt, homogen kärna, som består av nästan uteslutande NE-neuroner. De viktigaste ingångarna till LC är från medullary nucleus paragigantocellularis (PGi) och nucleus prepositus hypoglossus, och LC-utgångar är utbredda inklusive förhjärna, cerebellum, hjärnstam och ryggmärg (Fig 1) (Berridge och Waterhouse 2003). LC-neuronal aktivitet är mycket synkron både basalt och som svar på stimuli (Foote et al. 1980; Aston-Jones och Bloom 1981b; Aston-Jones et al. 1991a; Ishimatsu och Williams 1996). LC-neuroner är spontant aktiva (Williams et al. 1991) och deras aktivering framkallar NE-frisättning i flera förhjärnregioner inklusive cortex och hippocampus. LC tjänar till stor del som en reläkärna, med begränsad synaptisk plastisitet som hittills noterats, även om glutamatafferenter styr LC-aktivitet, särskilt från PGi (Ennis et al. 1992). LC-neuroner uttrycker de tre huvudklasserna av opioidreceptorer: MOR, DOR och KOR med distinkt distribution, även om vår diskussion, precis som med VTA, är begränsad till MOR, som är mest direkt implicerad i opiatberoende och beroende.

Opiatinducerad cellplasticitet

Även om det inte finns några bevis på traditionell synaptisk plastisitet (dvs. LTP och LTD) i LC finns det väl beskrivna cellplastisitet. En unik egenskap hos LC är att många av dess in vivo-svar på kroniska opiater kan rekapituleras och studeras på encellsnivå (Nestler et al. 1994; Nestler och Aghajanian 1997; Nestler 2004). Bindning av opiater (t.ex. morfin) till MOR leder till minskad adenylylcyklasaktivitet (AC) och cAMP-signalering (Duman et al. 1988). Akut bindning av opiater till MOR minskar också pacemakeraktiviteten för LC-neuroner, till stor del genom att aktivera G-proteinbelagd inåt-korrigerande K+ (GIRK) kanaler (Williams et al. 1982; Torrecilla et al. 2002). Med kronisk opiatadministrering återgår emellertid både avfyrningshastigheten och cAMP-signalering till baslinjen på grund av en uppreglering av cAMP-vägen, vilket illustrerar tolerans (Aghajanian 1978; Duman et al. 1988; Nestler och Tallman 1988; Guitart och Nestler 1989; Kogan et al. 1992; Ivanov och Aston-Jones 2001). Denna plastisitet inducerad av kronisk opiatadministrering (dvs cAMP-uppvägreglering) blir funktionellt tydlig vid avlägsnande av opiatet, när avfyrningshastigheten för LC-neuroner ökas signifikant tillsammans med en stor ökning av cAMP-aktivitet, vilket illustrerar beroende och tillbakadragande (Fig 4) (Aghajanian 1978; Rasmussen et al. 1990).

Figur 4.  

Uppreglering av cAMP-vägen i LC som en mekanism för opiattolerans och beroende. ★★★★ panel, Opiater hämmar akut den funktionella aktiviteten för cAMP-vägen (indikeras av cellnivåer av cAMP och cAMP-beroende proteinfosforylering). Med fortsatt exponering för opiat återhämtar sig funktionell aktivitet av cAMP-vägen gradvis och ökar långt över kontrollnivåerna efter avlägsnande av opiatet (t.ex. genom administrering av opioidreceptorantagonisten naloxon). Dessa förändringar i det funktionella tillståndet av cAMP-vägen medieras via induktion av adenylylcyklaser (AC) och proteinkinas A (PKA) som svar på kronisk administrering av opiater. Induktion av dessa enzymer står för gradvis återhämtning i den funktionella aktiviteten för cAMP-vägen som inträffar under kronisk opiateksponering (tolerans och beroende) och aktivering av cAMP-vägen observerad vid avlägsnande av opiat (tillbakadragande). Botten panel, Opiater hämmar akut LC-neuroner genom att öka ledningsförmågan hos en inåt korrigerande K+ kanal via koppling med subtyper av Gi / o och eventuellt genom att minska en Na+-beroende inström via koppling till Gi / o och den resulterande hämningen av AC, reducerade nivåer av PKA-aktivitet och reducerad fosforylering av den ansvariga kanalen eller pumpen. Inhibering av cAMP-vägen minskar också fosforylering av många andra proteiner och påverkar därmed många andra neuronala processer. Till exempel reducerar det fosforyleringstillståndet för cAMP-svarelementbindande protein (CREB), vilket initierar några av de längre siktförändringarna i LC-funktion. Kronisk administrering av morfin ökar nivåerna av ACI, ACVIII, PKA-katalytiska (kat.) Och regulatoriska underenheter och flera fosfoproteiner, inklusive CREB och tyrosinhydroxylas (TH) (indikerade med röda pilar). Dessa förändringar bidrar till den förändrade fenotypen av det läkemedelsberoende tillståndet. Till exempel ökas den intrinsiska excitabiliteten hos LC-neuroner genom förbättrad aktivitet av cAMP-vägen och Na+-beroende inström, som bidrar till tolerans, beroende och tillbakadragande som dessa neuroner visade. Uppreglering av ACVIII och TH medieras via CREB, medan uppreglering av ACI och PKA-underenheter verkar ske via en oidentifierad, CREB-oberoende mekanism.

Dessa anpassningar medieras via uppreglering av flera signalproteiner i cAMP-vägen inklusive AC1 / 8 (Matsuoka et al. 1994; Lane-Ladd et al. 1997; Zachariou et al. 2008cAMP-beroende proteinkinas (PKA) (Nestler och Tallman 1988), CREB (Guitart et al. 1992; Shaw-Lutchman et al. 2002; Han et al. 2006) och TH och BDNF – båda nedströms CREB-mål (Guitart et al. 1989; Akbarian et al. 2002). Kroniska opiater inducerar också GIRK2 / 3-uttryck i LC (Cruz et al. 2008) såväl som många andra gener som avslöjats genom mikroarray-analys (McClung et al. 2005). Vidare har det nyligen visats, med användning av en LC-skivodlingsmodell, att den ökade inneboende elektriska aktiviteten hos LC-neuroner inducerade av kroniska opiater orsakas av direkt aktivering av MOR på LC NE-neuroner, vilket innebär en inneboende homeostatisk anpassning (Cao et al. 2010). Detta tillvägagångssätt identifierade en avgörande roll för CREB i både pacemakeraktiviteten och morfininducerad ökning av LC-bränningshastigheten (Han et al. 2006; Cao et al. 2010), en effekt som också observerades hos möss med en tidig utveckling av knockout av CREB specifikt för NE-neuroner (Parlato et al. 2010). Slutligen har denna aktivering av LC-neuronal avfyrning och den uppreglerade cAMP-CREB-vägen, som förmedlar den ökade avfyrningen, visats i många studier vara både nödvändiga och tillräckliga för att medla flera symtom på fysiskt opiatavlägsnande (Lane-Ladd et al. 1997; Punch et al. 1997; Han et al. 2006).

Även om de flesta av den opiatinducerade plasticiteten som beskrivs här är postulerade för att vara inneboende för LC NE-neuroner, finns det vissa bevis på att kronisk morfin också kan påverka excitatorisk inmatning till LC eftersom det finns en ökning av spontan EPSC-frekvens i skivor från morfinbehandlade möss (Torrecilla et al. 2008). Dessutom finns det en ökning av frisättningen av glutamat och aspartat i LC in vivo i morfin-tillbakadragna råttor och lokal applicering av exciterande aminosyraantagonister i LC blockerar delvis den uttagningsinducerade ökningen av LC-aktivitet (Akaoka och Aston-Jones 1991; Aghajanian et al. 1994).

Vissa kontroverser återstår om förändringarna i cAMP-CREB-signalering i LC-nervceller och i LC-neuronal aktivitet förmedlar beteende för opiatavlägsnande. Exempelvis misslyckas lesioner av LC, eller utvecklingsstopp av CREB-aktivitet i LC NE-neuroner, att detekterbart förändrar abstinenssymtom (Christie et al. 1997; Parlato et al. 2010). Däremot har vi visat att modulering av aktiviteten för cAMP-vägen eller av CREB i LC hos vuxna djur konsekvent blockerar flera abstinensbeteenden (Lane-Ladd et al. 1997; Punch et al. 1997; Han et al. 2006). Vi tror att flera viktiga överväganden förklarar dessa olika resultat. För det första är LC bara ett av flera hjärnområden som är viktiga för fysiskt opiatberoende och tillbakadragande (Koob och Le Moal 2001). Det är inte förvånande att djur med skadade LC-ämnen fortfarande utvecklar ett djupt fysiskt beroende medierat av ökat beroende av dessa andra neurala substrat. För det andra är det mycket troligt att några av de verktyg som används för att manipulera cAMP-vägsaktivitet i LC (t.ex. lokal infusion av PKA-aktivatorer eller hämmare) påverkar glutamatergiska afferenter i denna region, som också verkar visa plastförändringar (inklusive cAMP-vägen upp- reglering) efter kronisk morfin (Nestler 1992; Christie et al. 1997). För det tredje, trots en trolig roll för dessa glutamatergiska afferenter, finns det ingen tvekan om att plasticitet som är inneboende för LC NE-neuroner också är involverad, eftersom lokal knockout av CREB från vuxen LC (som inte kan påverka afferenta nervterminaler) blockerar den morfininducerade ökade excitabiliteten av LC NE-neuroner och dämpar tillbakadragande (Cao et al. 2010; V Zachariou och EJ Nestler, opublicerat). Bristen på effekt av CREB-knockout från dessa nervceller i villkorade knockout-möss (Parlato et al. 2010) belyser utvecklingskompensationerna som komplicerar användningen av tidiga knockout-modeller och betonar vikten av att använda genmanipulationer i den fullständigt differentierade vuxna hjärnan när man studerar vuxenplastisitet.

Således etablerar en mängd experimentella bevis uppreglering av cAMP-CREB-vägen som en mekanism för inneboende homeostatisk plasticitet i LC NE-neuroner i utvecklingen av opiat fysiskt beroende. Det är också viktigt att betona den historiska betydelsen av detta arbete på LC, eftersom det fungerade som ett modellsystem för långvariga åtgärder av opiater på hjärnan: baserat på dessa tidigare undersökningar av LC, uppreglering av cAMP-CREB väg har sedan dess visat sig vara en vanlig mekanism för opiattolerans, beroende och tillbakadragande i många regioner i det centrala och perifera nervsystemet och representerar faktiskt en av de bäst etablerade modellerna för molekylbasen för läkemedelsberoende (Nestler 2001, 2004).

OPIATE-INDUCERAD STRUKTURPLASTICITET

Hittills har det inte funnits en beskrivning av strukturell plasticitet i LC-neuroner som svar på kronisk opiatadministrering. Vi bedömer för närvarande om några förändringar i somastorlek inträffar i dessa neuroner analogt med de förändringar som observerats i DA-neuroner i VTA. Två bevislinjer tyder dock på att denna typ av förändring kanske inte är relevant i LC. Först observerades normal axonal transport och nivåer av neurofilamentproteiner i LC efter kronisk morfin i motsats till VTA (Beitner-Johnson et al. 1992; Beitner-Johnson och Nestler 1993), vilket antyder att trofiskt stöd av neuronal struktur inte kan påverkas. För det andra, med tanke på vårt konstaterande att ökad avfyrningshastighet är en viktig bidragsgivare till förändringar i soma storlek, kan skillnaderna mellan opiatreglering av avfyrningshastigheter i LC och VTA vara viktiga. Nämligen, i VTA, opiater akut och kroniskt ökar avfyrningshastigheten i skivor och in vivo, och vi observerar en minskad cellstorlek sammanfaller med och som en konsekvens av denna ökning av avfyrningshastigheten. Denna ökade hastighet normaliseras eller minskas till och med under baslinjen hos djur som dras ut från opiatet. Eftersom det finns bevis från vårt eget arbete (Russo et al. 2007), och andra (Spiga et al. 2003), att somastorleken också minskas vid dessa senare tidpunkter, när avfyrningshastigheten har minskat, kan det vara den initiala fortsatta ökningen av avfyrningshastigheten som är avgörande för induktion eller underhåll av den morfologiska förändringen. Däremot minskar LC-neuronaktiviteten akut genom morfinadministrering, återgår till baslinjenivåer in vivo med kronisk administrering och ökar endast över normala nivåer vid opiatavlägsnande. (Dessa in vivo-observationer skiljer sig från vad som inträffar i hjärnskivkulturer, i vilka den ökade avfyrningshastigheten och cAMP-CREB-vägen uppreglering sker i det kroniska morfinbehandlade [beroende] tillståndet, utan tillbakadragande [Cao et al. 2010].) Dessa överväganden antyder att även om kronisk morfin kanske inte framkallar en förändring i strukturell plastisitet i LC-neuroner in vivo, kan tillbakadragande från morfin kanske. Till stöd för denna idé fann resultat från vår mikroarray-studie av LC att flera gener involverade i celltillväxt och struktur minskas eller oförändras med kronisk morfin, men ökas med uttag (McClung et al. 2005). Det är känt att långvarig minskning av basal avfyrningshastighet för LC-neuroner inte är tillräcklig för att förändra soma storlek, eftersom tidig CREB-knockout från LC NE-neuroner inte förändrade neuronstorlek utan minskade basal aktivitet (Parlato et al. 2010). Men vi upptäckte inte heller någon skillnad i VTA DA soma storlek när vi överuttryckte en K+ kanal för att minska avfyrningshastigheten (Mazei-Robison et al. 2011), så Parlato et al. observationer utesluter inte möjligheten till en förändring av morfin tillbakadragande. Det bör fortfarande noteras att mekanismen som förmedlar förändringarna i skjutfrekvensen mellan de två hjärnregionerna är mycket olika med förändringar i AKT-signalering, GABAA strömmar, och K+ kanaluttryck implicerat i VTA och cAMP-CREB-signalering implicerat i LC.

SLUTORD

Tillsammans illustrerar data från VTA och LC de komplexa och viktiga förändringarna i synaptisk, cellulär och strukturell plasticitet som förmedlar de varaktiga effekterna av opiatläkemedel på hjärnans katekolaminuroner och andra neuronala typer i dessa regioner, som i sin tur påverkar läkemedelsbelöning och beroende . Även om plasticiteten som ligger till grund för akut opiatverkan i båda regionerna, och kronisk opiatverkan i LC, är ganska väl karaktäriserad, är framtida studier nödvändiga för att avgränsa plastisiteten som uppstår vid kronisk opiatadministrering i VTA med avseende på skillnader sett över flera celltyper och över flera input-output-mönster även för en enda celltyp. Sådana framsteg kommer att bidra till en bättre förståelse för hur opiater påverkar detta hjärnregion för att kontrollera belöning och i slutändan missbruk. En sådan förståelse av de långvariga anpassningarna som induceras av opiater i VTA och LC kommer inte bara att förbättra vår kunskap om etiologin för opiatberoende och beroende, utan kommer också att hjälpa oss att belysa nya terapeutiska interventioner.

TACK

Vi vill tacka AJ Robison och Jessica Ables för konstnärlig hjälp.

fotnoter

REFERENSER

  1. Aghajanian GK. 1978. Tolerans hos locus coeruleus-neuroner mot morfin och undertryckande av abstinensrespons med klonidin. Natur 276: 186-188.
  2. Aghajanian GK, Kogan JH, Moghaddam B. 1994. Återupptag av opiat ökar glutamat och aspartatutflöde i locus coeruleus: En in vivo-mikrodialysstudie. Brain Res 636: 126-130.
  3. Akaoka H, ​​Aston-Jones G. 1991. Opiatavlägsningsinducerad hyperaktivitet av locus coeruleus-neuroner medieras väsentligen genom ökad exciterande aminosyratillförsel. J Neurosci 11: 3830-3839.
  4. Akbarian S, Rios M, Liu RJ, Gold SJ, Fong HF, Zeiler S, Coppola V, Tessarollo L, Jones KR, Nestler EJ, et al. 2002. Hjärnan härledd neurotrofisk faktor är väsentlig för opiatinducerad plastisitet hos noradrenerga nervceller. J Neurosci 22: 4153-4162.
  5. Aston-Jones G, Bloom FE. 1981a. Aktivitet hos norepinefrininnehållande locus coeruleus-nervceller i beteende råttor förutspår fluktuationer i sömn-vakningscykeln. J Neurosci 1: 876-886.
  6. Aston-Jones G, Bloom FE. 1981b. Norepinefrininnehållande locus coeruleus-neuroner i beteende råttor uppvisar uttalade svar på icke-skadliga miljöförstörningar. J Neurosci 1: 887-900.
  7. Aston-Jones G, Chiang C, Alexinsky T. 1991a. Utsläpp av noradrenerga locus coeruleus-nervceller i uppträdande råttor och apor antyder en roll i vaksamhet. Prog Brain Res 88: 501-520.
  8. Aston-Jones G, Shipley MT, Chouvet G, Ennis M, van Bockstaele E, Pieribone V, Shiekhattar R, Akaoka H, ​​Drolet G, Astier B, et al. 1991b. Afferent reglering av locus coeruleus neuroner: Anatomi, fysiologi och farmakologi. Prog Brain Res 88: 47-75.
  9. Ballantyne JC, LaForge KS. 2007. Opioidberoende och beroende under opioidbehandling av kronisk smärta. Smärta 129: 235-255.
  10. Beitner-Johnson D, Nestler EJ. 1993. Kronisk morfin försämrar axoplasmatisk transport i mesolimbiska dopaminsystemet från råttor. Neuroreport 5: 57-60.
  11. Beitner-Johnson D, Guitart X, Nestler EJ. 1992. Neurofilamentproteiner och det mesolimbiska dopaminsystemet: Vanlig reglering av kronisk morfin och kronisk kokain i råttventralt tegmentalt område. J Neurosci 12: 2165-2176.
  12. Berhow MT, Hiroi N, Nestler EJ. 1996. Reglering av ERK (extracellulär signalreglerat kinas), del av neurotrofin-signaltransduktionskaskaden, i råttens mesolimbiska dopaminsystem genom kronisk exponering för morfin eller kokain. J Neurosci 16: 4707-4715.
  13. Berridge CW, Waterhouse BD. 2003. Locus coeruleus-noradrenergic system: Modulering av beteendestillstånd och tillståndsberoende kognitiva processer. Brain Res Brain Res Rev 42: 33-84.
  14. Bolanos CA, Perrotti LI, Edwards S, Eisch AJ, Barrot M, Olson VG, Russell DS, Neve RL, Nestler EJ. 2003. Fosfolipas Cgamma i distinkta regioner i det ventrale tegmentära området modulerar på olika sätt humörrelaterade beteenden. J Neurosci 23: 7569-7576.
  15. Bonci A, Williams JT. 1997. Ökad sannolikhet för GABA-frisättning under uttag från morfin. J Neurosci 17: 796-803.
  16. Brown MT, Bellone C, Mameli M, Labouebe G, Bocklisch C, Balland B, Dahan L, Lujan R, Deisseroth K, Luscher C. 2010. Läkemedelsdriven AMPA-receptoromfördelning efterliknas genom selektiv dopaminneuronstimulering. PLoS ONE 5: e15870.
  17. Cao JL, Vialou VF, Lobo MK, Robison AJ, Neve RL, Cooper DC, Nestler EJ, Han MH. 2010. Den väsentliga rollen för cAMP-cAMP-responselementets bindande proteinväg i opiatinducerade homeostatiska anpassningar av locus coeruleus-neuroner. Proc Natl Acad Sci 107: 17011-17016.
  18. Carlezon WA Jr., Boundy VA, Haile CN, Lane SB, Kalb RG, Neve RL, Nestler EJ. 1997. Sensibilisering för morfin inducerad genom virusmedierad genöverföring. Vetenskap 277: 812-814.
  19. Carlezon WA Jr., Haile CN, Coppersmith R, Hayashi Y, Malinow R, Neve RL, Nestler EJ. 2000. Särskilda platser för opiatbelöning och aversion i mitten av hjärnan identifieras med hjälp av en herpes simplex-virusvektor som uttrycker GluR1. J Neurosci 20: RC62.
  20. Chen BT, Bowers MS, Martin M, Hopf FW, Guillory AM, Carelli RM, Chou JK, Bonci A. 2008. Kokain men inte naturlig belöning självadministration eller passiv kokaininfusion producerar ihållande LTP i VTA. Neuron 59: 288-297.
  21. Christie MJ, Williams JT, Osborne PB, Bellchambers CE. 1997. Var är locus i opioid tillbakadragande? Trends Pharmacol Sci 18: 134-140.
  22. Chu NN, Zuo YF, Meng L, Lee DY, Han JS, Cui CL. 2007. Perifer elektrisk stimulering reverserade cellstorleksminskningen och ökade BDNF-nivån i det ventrale tegmentala området hos kroniska morfinbehandlade råttor. Brain Res 1182C: 90 – 98.
  23. Compton WM, Volkow ND. 2006. Stora ökningar av opioid smärtstillande missbruk i USA: Bekymmer och strategier. Drogalkohol Beroende 81: 103-107.
  24. Cruz HG, Berton F, Sollini M, Blanchet C, Pravetoni M, Wickman K, Luscher C. 2008. Frånvaro och räddning av morfin tillbakadragande i GIRK / Kir3 knock-out-möss. J Neurosci 28: 4069-4077.
  25. Dacher M, Nugent FS. 2011a. Morfininducerad modulering av LTD vid GABAergic synapser i det ventrale tegmentalområdet. Neuro 61: 1166-1171.
  26. Dacher M, Nugent FS. 2011b. Opiater och plasticitet. Neuro 61: 1088-1096.
  27. Dahlström A, Fuxe K. 1965. Bevis för förekomsten av ett utflöde av noradrenalin nervfibrer i ventrötterna på råttens ryggmärg. Experientia 21: 409-410.
  28. Diana M, Pistis M, Muntoni A, Gessa G. 1995. Djup minskning av mesolimbisk dopaminerg neuronal aktivitet hos morfin borttagna råttor. J Pharmacol Exp Ther 272: 781-785.
  29. Diana M, Muntoni AL, Pistis M, Melis M, Gessa GL. 1999. Varaktig reduktion i mesolimbisk dopamin neuronaktivitet efter morfinabstinens. Eur J Neurosci 11: 1037-1041.
  30. Di Chiara G, Imperato A. 1988. Läkemedel som missbrukats av människor ökar företrädesvis synaptiska dopaminkoncentrationer i det mesolimbiska systemet med fritt rörliga råttor. Proc Natl Acad Sci 85: 5274-5278.
  31. Duman RS, Tallman JF, Nestler EJ. 1988. Akut och kronisk opiatreglering av adenylatcyklas i hjärnan: Specifika effekter i locus coeruleus. J Pharmacol Exp Ther 246: 1033-1039.
  32. Ennis M, Aston-Jones G, Shiekhattar R. 1992. Aktivering av locus coeruleus-neuroner med nucleus paragigantocellularis eller skadlig sensorisk stimulering medieras av intracoerulär excitatorisk aminosyras neurotransmission. Brain Res 598: 185-195.
  33. Fält HL. 2011. Läkarens dilemma: Opiat smärtstillande medel och kronisk smärta. Neuron 69: 591-594.
  34. Fischer SJ, Arguello AA, Charlton JJ, Fuller DC, Zachariou V, Eisch AJ. 2008. Morfinblodnivåer, beroende och reglering av hippocampal subgranular zonproliferation är beroende av administrationsparadigm. Neuroscience 151: 1217-1224.
  35. Foote SL, Aston-Jones G, Bloom FE. 1980. Impulsaktivitet hos locus coeruleus-neuroner hos vakna råttor och apor är en funktion av sensorisk stimulering och upphetsning. Proc Natl Acad Sci 77: 3033-3037.
  36. Ford CP, Mark GP, Williams JT. 2006. Egenskaper och opioidinhibering av mesolimbiska dopaminneuroner varierar beroende på målplats. J Neurosci 26: 2788-2797.
  37. Geisler S, Derst C, Veh RW, Zahm DS. 2007. Glutamatergiska afferenter av det ventrale tegmentområdet i råtta. J Neurosci 27: 5730-5743.
  38. Georges F, Le Moine C, Aston-Jones G. 2006. Ingen effekt av morfin på ventrale tegmentala dopamin neuroner under uttag. J Neurosci 26: 5720-5726.
  39. Guitart X, Nestler EJ. 1989. Identifiering av morfin- och cykliska AMP-reglerade fosfoproteiner (MARPP) i locus coeruleus och andra regioner av råttahjärnor: Reglering genom akut och kronisk morfin. J Neurosci 9: 4371-4387.
  40. Guitart X, Thompson MA, Mirante CK, Greenberg ME, Nestler EJ. 1992. Reglering av cyklisk AMP-responselementbindande protein (CREB) fosforylering med akut och kronisk morfin i råtta locus coeruleus. J Neurochem 58: 1168-1171.
  41. Gysling K, Wang RY. 1983. Morfininducerad aktivering av A10-dopaminneuroner i råtta. Brain Res 277: 119-127.
  42. Han MH, Bolanos CA, Green TA, Olson VG, Neve RL, Liu RJ, Aghajanian GK, Nestler EJ. 2006. Roll av cAMP-responselementbindande protein i råtta locus ceruleus: Reglering av neuronal aktivitet och opiatabstinensbeteenden. J Neurosci 26: 4624-4629.
  43. Ishimatsu M, Williams JT. 1996. Synkron aktivitet i locus coeruleus är resultatet av dendritiska interaktioner i pericoerulära regioner. J Neurosci 16: 5196-5204.
  44. Ivanov A, Aston-Jones G. 2001. Lokalt opiatavlägsnande i locus coeruleus neuroner in vitro. J Neurophysiol 85: 2388-2397.
  45. Johnson SW, North RA. 1992. Opioider väcker dopaminneuroner genom hyperpolarisering av lokala internuroner. J Neurosci 12: 483-488.
  46. Kogan JH, Nestler EJ, Aghajanian GK. 1992. Förhöjda basala avfyrningshastigheter för locus coeruleus-nervceller i hjärnskivor från opiatberoende råttor: Förening med förbättrade svar på 8-Br-cAMP Eur J Pharmacol 211: 47-53.
  47. Koo JW, Mazei-Robison MS, Laplant Q, Dietz DM, Ferguson D, Lobo M, Ohnishi YN, Feng J, Ohnishi YH, Mouzon E, et al. 2010. Roll av BDNF i VTA vid reglering av molekylära och beteendemässiga svar på morfin. I 40: e årsmötet, neurovetenskap 2010, #368.5, Society for Neuroscience, Washington, DC
  48. Koob GF, Le Moal M. 2001. Drogberoende, dysregulering av belöning och allostas. Neuropsychopharmacology 24: 97-129.
  49. Krishnan V, Han MH, Mazei-Robison M, Iniguez SD, Ables JL, Vialou V, Berton O, Ghose S, Covington HE 3rd., Wiley MD, et al. 2008. AKT-signalering inom det ventrale tegmentalområdet reglerar cellulära och beteendemässiga reaktioner på stressande stimuli. Biolpsykiatri 64: 691-700.
  50. Kuehn BM. 2007. Opioidrecept svävar: Ökning av både legitim användning och missbruk. JAMA 297: 249-251.
  51. Lammel S, Hetzel A, Häckel O, Jones I, Liss B, Roeper J. 2008. Unika egenskaper hos mesoprefrontala nervceller inom ett dubbelt mesokortikolimbiskt dopaminsystem. Neuron 57: 760-773.
  52. Lammel S, Ion DI, Roeper J, Malenka RC. 2011. Projektionsspecifik modulering av dopamins neuronsynapser genom aversiv och givande stimuli. Neuron 70: 855-862.
  53. Lane DA, Lessard AA, Chan J, Colago EE, Zhou Y, Schlussman SD, Kreek MJ, Pickel VM. 2008. Landsspecifika förändringar i den subcellulära fördelningen av AMPA-receptorn GluR1-subenhet i råttventralt tegmentalt område efter akut eller kronisk morfinadministration. J Neurosci 28: 9670-9681.
  54. Lane-Ladd SB, Pineda J, Boundy VA, Pfeuffer T, Krupinski J, Aghajanian GK, Nestler EJ. 1997. CREB (cAMP-responselementbindande protein) i locus coeruleus: Biokemiska, fysiologiska och beteendebevis för en roll i opiatberoende. J Neurosci 17: 7890-7901.
  55. Leone P, Pocock D, Wise RA. 1991. Morfin-dopamininteraktion: Ventral tegmental morfin ökar frisättningen av dopamin från nucleus accumbens. Pharmacol Biochem Behav 39: 469-472.
  56. Liu Y, Wang Y, Jiang Z, Wan C, Zhou W, Wang Z. 2007. Den extracellulära signalreglerade kinas-signalvägen är involverad i moduleringen av morfininducerad belöning med mPer1. Neuroscience 146: 265-271.
  57. Luscher C, Malenka RC. 2011. Läkemedelsutvecklad synaptisk plasticitet i beroende: Från molekylära förändringar till kretsombyggnad. Neuron 69: 650-663.
  58. Madhavan A, He L, Stuber GD, Bonci A, Whistler JL. 2010. mikro-opioidreceptorendocytos förhindrar anpassningar i det ventrale tegmentala området GABA-överföring inducerat under naloxonutfällt morfinutdragning. J Neurosci 30: 3276-3286.
  59. Manchikanti L, Fellows B, Ailinani H, Pampati V. 2010. Terapeutisk användning, missbruk och icke-medicinsk användning av opioider: Ett tioårsperspektiv. Smärtläkare 13: 401-435.
  60. Margolis EB, Hjelmstad GO, Bonci A, Fields HL. 2003. Kappa-opioidagonister hämmar direkt dopaminerge neuroner i mitten av hjärnan. J Neurosci 23: 9981-9986.
  61. Margolis EB, Lock H, Hjelmstad GO, Fields HL. 2006. Det ventrale tegmentala området återbesökt: Finns det en elektrofysiologisk markör för dopaminerga nervceller? J Physiol 577: 907-924.
  62. Margolis EB, Mitchell JM, Ishikawa J, Hjelmstad GO, Fields HL. 2008. Mittdrabinsdopaminsneuroner: Projektionsmålet bestämmer åtgärdens potentiella varaktighet och dopamin D (2) receptorinhibition. J Neurosci 28: 8908-8913.
  63. Matsuoka I, Maldonado R, Defer N, Noel F, Hanoune J, Roques BP. 1994. Kronisk morfinadministrering orsakar regionspecifik ökning av hjärntyp VIII adenylylcyklas-mRNA. Eur J Pharmacol 268: 215-221.
  64. Mazei-Robison MS, Koo JW, Friedman AK, Lansink CS, Robison AJ, Vinish M, Krishnan V, Kim S, Siuta MA, Galli A, et al. 2011. Roll för mTOR-signalering och neuronal aktivitet i morfininducerade anpassningar i dopamin neuroner i det ventrale tegmentområdet. Neuron 72: 977-990.
  65. McClung CA, Nestler EJ, Zachariou V. 2005. Reglering av genuttryck genom kronisk morfin- och morfinuttag i locus ceruleus och ventral tegmental område. J Neurosci 25: 6005-6015.
  66. Nair-Roberts RG, Chatelain-Badie SD, Benson E, White-Cooper H, Bolam JP, Ungless MA. 2008. Stereologiska uppskattningar av dopaminerge, GABAergiska och glutamatergiska neuroner i det ventrale tegmentala området, substantia nigra och retrorubral fält i råtta. Neuroscience 152: 1024-1031.
  67. Nestler EJ. 1992. Molekylära mekanismer för drogberoende. J Neurosci 12: 2439-2450.
  68. Nestler EJ. 2001. Molekylär grund för långsiktig plasticitet underliggande beroende. Nature Rev Neurosci 2: 119-128.
  69. Nestler EJ. 2004. Historisk genomgång: Molekylära och cellulära mekanismer för opiat- och kokainberoende. Trends Pharmacol Sci 25: 210-218.
  70. Nestler EJ, Aghajanian GK. 1997. Molekylär och cellulär beroende av beroende. Vetenskap 278: 58-63.
  71. Nestler EJ, Tallman JF. 1988. Kronisk morfinbehandling ökar cyklisk AMP-beroende proteinkinasaktivitet i råtta locus coeruleus. Mol Pharmacol 33: 127-132.
  72. Nestler EJ, Alreja M, Aghajanian GK. 1994. Molekylära och cellulära mekanismer för opiatverkan: Studier i råtta locus coeruleus. Brain Res Bull 35: 521-528.
  73. Niehaus JL, Murali M, Kauer JA. 2010. Läkemedel mot missbruk och stress försämrar LTP vid hämmande synapser i det ventrale tegmentala området. Eur J Neurosci 32: 108-117.
  74. Nugent FS, Penick EC, Kauer JA. 2007. Opioider blockerar långsiktig potentiering av hämmande synapser. Natur 446: 1086-1090.
  75. Nugent FS, Niehaus JL, Kauer JA. 2009. PKG och PKA signalering i LTP vid GABAergic synapser. Neuropsychopharmacology 34: 1829-1842.
  76. Numan S, Lane-Ladd SB, Zhang L, Lundgren KH, Russell DS, Seroogy KB, Nestler EJ. 1998. Differentialreglering av neurotrofin- och trk-receptor-mRNA i katekolaminerga kärnor under kronisk opiatbehandling och tillbakadragande. J Neurosci 18: 10700-10708.
  77. O'Brien CP. 2001. Drogberoende och drogmissbruk. I Goodman och Gilmans The farmakologiska grund för terapeutik (red. JG Hardman, LE Limbird, AG Gilman), sid. 621 – 642. McGraw-Hill, New York.
  78. Olson VG, Zabetian CP, Bolanos CA, Edwards S, Barrot M, Eisch AJ, Hughes T, Self DW, Neve RL, Nestler EJ. 2005. Reglering av läkemedelsbelöning med cAMP-svarelementbindande protein: Bevis för två funktionellt distinkta subregioner i det ventrale tegmentområdet. J Neurosci 25: 5553-5562.
  79. Ortiz J, Harris HW, Guitart X, Terwilliger RZ, Haycock JW, Nestler EJ. 1995. Extracellulära signalreglerade proteinkinaser (ERK) och ERK kinas (MEK) i hjärnan: Regional distribution och reglering med kronisk morfin. J Neurosci 15: 1285-1297.
  80. Parlato R, Cruz H, Otto C, Murtra P, Parkitna JR, Martin M, Bura SA, Begus-Nahrmann Y, von Bohlen und Halbach O, Maldonado R, et al. 2010. Effekter av den celltypspecifika ablationen av den cAMP-responsiva transkriptionsfaktorn i noradrenerga neuroner på locus coeruleus-avfyrning och abstinensbeteende efter kronisk exponering för morfin. J Neurochem 115: 563-573.
  81. Punch L, Self DW, Nestler EJ, Taylor JR. 1997. Motsatt modulation av opiatabstinensbeteenden vid mikroinfusion av en proteinkinas A-hämmare kontra aktivator i locus coeruleus eller periaqueductal grå. J Neurosci 17: 8520-8527.
  82. Rasmussen K, Beitner-Johnson DB, Krystal JH, Aghajanian GK, Nestler EJ. 1990. Opiatavlägsnande och råtta locus coeruleus: Beteende, elektrofysiologiska och biokemiska korrelat. J Neurosci 10: 2308-2317.
  83. Robinson TE, Kolb B. 1999. Morfin förändrar strukturen hos nervceller i kärnan accumbens och neocortex hos råttor. Synapsen 33: 160-162.
  84. Robinson TE, Gorny G, Savage VR, Kolb B. 2002. Utbredda men regionala specifika effekter av experimenterande kontra självadministrerad morfin på dendritiska ryggar i nucleus accumbens, hippocampus och neocortex hos vuxna råttor. Synapsen 46: 271-279.
  85. Russo SJ, Bolanos CA, Theobald DE, DeCarolis NA, Renthal W, Kumar A, Winstanley CA, Renthal NE, Wiley MD, Self DW, et al. 2007. IRS2-Akt-vägen i dopamin-nervceller i mellanhjärnan reglerar beteendemässiga och cellulära svar på opiater. Nat Neurosci 10: 93-99.
  86. Russo SJ, Mazei-Robison MS, Ables JL, Nestler EJ. 2009. Neurotrofiska faktorer och strukturell plasticitet i beroende. Neuro 56 (Suppl 1): 73 – 82.
  87. Russo SJ, Dietz DM, Dumitriu D, Morrison JH, Malenka RC, Nestler EJ. 2010. Den beroende synapsen: Mekanismer för synaptisk och strukturell plasticitet i nucleus accumbens. Trender Neurosci 33: 267-276.
  88. Saal D, Dong Y, Bonci A, Malenka RC. 2003. Läkemedel mot missbruk och stress utlöser en vanlig synaptisk anpassning i dopaminsneuroner. Neuron 37: 577-582.
  89. Sarti F, Borgland SL, Kharazia VN, Bonci A. 2007. Akut exponering för kokain förändrar ryggdensitet och långvarig förstärkning i det ventrale tegmentalområdet. Eur J Neurosci 26: 749-756.
  90. Sesack SR, Grace AA. 2010. Cortico-Basal Ganglia belöningsnätverk: Microcircuitry. Neuropsychopharmacology 35: 27-47.
  91. Shaw-Lutchman TZ, Barrot M, Wallace T, Gilden L, Zachariou V, Impey S, Duman RS, Storm D, Nestler EJ. 2002. Regional och cellulär kartläggning av cAMP-svarelementmedierad transkription under naltrexonutfällt morfinutdragning. J Neurosci 22: 3663-3672.
  92. Sklair-Tavron L, Shi WX, Lane SB, Harris HW, Bunney BS, Nestler EJ. 1996. Kronisk morfin inducerar synliga förändringar i morfologin hos mesolimbiska dopaminneuroner. Proc Natl Acad Sci 93: 11202-11207.
  93. Spiga S, Serra GP, Puddu MC, Foddai M, Diana M. 2003. Morfinabstinenser inducerade avvikelser i VTA: Confocal laser scanning mikroskopi. Eur J Neurosci 17: 605-612.
  94. Swanson LW. 1982. Prognoserna för det ventrale tegmentalområdet och angränsande regioner: En kombinerad fluorescerande retrograd spårare och immunofluorescensstudie hos råtta Brain Res Bull 9: 321-353.
  95. Torrecilla M, Marker CL, Cintora SC, Stoffel M, Williams JT, Wickman K. 2002. G-protein-gated kaliumkanaler innehållande Kir3.2 och Kir3.3 subenheter medierar de akuta hämmande effekterna av opioider på locus ceruleus neuroner. J Neurosci 22: 4328-4334.
  96. Torrecilla M, Quillinan N, Williams JT, Wickman K. 2008. Pre- och postsynaptisk reglering av locus coeruleus-neuroner efter kronisk morfinbehandling: En studie av GIRK-knockout-möss. Eur J Neurosci 28: 618-624.
  97. Van Bockstaele EJ, Reyes BA, Valentino RJ. 2010. Locus coeruleus: En nyckelkärna där stress och opioider korsar varandra för att förmedla sårbarhet för missbruk av opiat. Brain Res 1314: 162-174.
  98. Williams JT, Egan TM, North RA. 1982. Enkephalin öppnar kaliumkanaler på centrala neuroner från däggdjur. Natur 299: 74-77.
  99. Williams JT, Bobker DH, Harris GC. 1991. Synaptiska potentialer i locus coeruleus-nervceller i hjärnskivor. Prog Brain Res 88: 167-172.
  100. Williams JT, Christie MJ, Manzoni O. 2001. Cellulära och synaptiska anpassningar som medierar opioidberoende. Physiol Rev 81: 299-343.
  101. Wolf DH, Numan S, Nestler EJ, Russell DS. 1999. Reglering av fosfolipas Cgamma i det mesolimbiska dopaminsystemet genom kronisk morfinadministrering. J Neurochem 73: 1520-1528.
  102. Wolf DH, Nestler EJ, Russell DS. 2007. Reglering av neuronal PLCgamma genom kronisk morfin. Brain Res 1156: 9-20.
  103. Zachariou V, Liu R, LaPlant Q, Xiao G, Renthal W, Chan GC, Storm DR, Aghajanian G, Nestler EJ. 2008. Särskilda roller för adenylylcyklaser 1 och 8 i opiatberoende: Beteendemässiga, elektrofysiologiska och molekylära studier. Biolpsykiatri 63: 1013-1021.