Ang ehersisyo ay nagtataas ng dopamine D2 receptor sa isang modelo ng mouse ng Parkinsons disease Sa vivo imaging na may (18F) fallypride (2010)

Mga Komento: Sa isang modelo ng mouse ng Parkinson, ang ehersisyo ng treadmill ay nadagdagan ang mga receptor ng dopamine D2. Ang mga pagkagumon ay sanhi ng pagbaba ng mga receptor ng D2 na bahagyang sanhi ng pagkasensitibo. Isa pang dahilan upang mag-ehersisyo.

Mga Karamdaman sa Paggalaw

Dami 25, Isyu 16, mga pahina 2777-2784, 15 Disyembre 2010

Ang huling bersyon na na-edit ng publisher ng artikulong ito ay magagamit sa Mov Disord
Tingnan ang iba pang mga artikulo sa PMC na sumipi ang nai-publish na artikulo.

abstract

Ang layunin ng kasalukuyang pag-aaral ay upang suriin ang mga pagbabago sa ekspresyon ng Dopamine D2 (DA-D2R) sa loob ng basal ganglia ng mga mute ng MPTP na napapailalim sa intensive treadmill exercise. Paggamit ng Western immunoblotting analysis ng synaptoneurosomes at sa Vivo positron emission tomography (PET) imaging na gumagamit ng DA-D2R partikular na ligand [18F] fallypride, natagpuan namin na ang mataas na intensity gilingang pinepedalan ehersisyo na humantong sa isang pagtaas sa striatal DA-D2R expression na pinaka-binibigkas sa MPTP kumpara sa saline ginagamot mice. Ang mga pagbabago na ginawa ng DA-D2R sa dopamine-depleted basal ganglia ay pare-pareho sa potensyal na papel na ginagampanan ng receptor na ito sa pag-modulate ng mga function na medium spiny neurons (MSNs) at pag-uugali sa asal. Mahalaga, ang mga natuklasan mula sa pag-aaral na ito ay sumusuporta sa makatwirang paliwanag sa paggamit ng PET imaging na may [18F] fallypride upang masuri ang pagbabago ng DA-D2R sa mga indibidwal na may Parkinson's Disease (PD) na sumasailalim sa pagsasanay sa high-intensity treadmill.

Keywords: positron emission tomography, basal ganglia, neuroplasticity, gilingang pinepedalan ehersisyo

Ang ehersisyo ay nagpapabuti sa pagganap ng motor sa mga pasyente na may sakit na Parkinson (PD).1-3 Ang mga modelo ng hayop, tulad ng mouse ng 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP), ay nagbibigay ng isang kritikal na tool upang siyasatin ang mga mekanismo ng molekular ng pagpapabuti ng exercise na sapilitan sa pag-uugali ng motor.4-6 Ang dopamine D1 at D2 receptors (DA-D1R at DA-D2R) ay ang mga pangunahing target ng dopamine sa striatal medium spiny neurons (MSNs) at modulate ang physiological properties at cellular signaling. Sa partikular, ang DA-D2R ay may pangunahing papel sa pang-matagalang depression (LTD), isang uri ng synaptic plasticity na nagsasangkot ng pagsasama ng glutamatergic at dopaminergic neurotransmission na humahantong sa pag-encode ng function ng motor sa dorsolateral striatum. Dahil sa papel na ginagampanan ng DA-D2R sa kontrol ng motor, sinubukan naming suriin kung ang ehersisyo pinahusay na pagpapabuti sa function ng motor ay dahil sa bahagi sa isang pagtaas sa striatal DA-D2R expression.

Positron emission tomography (PET) -imaging sa DA-D2R radiotracers ay nag-aalok ng kakayahan upang isakatuparan ang mga pag-aaral ng paayon sa epekto ng ehersisyo sa mga tao. Ang mga naunang pag-aaral na may aerobic exercise ay tinangka upang masukat ang dopamine release sa mga normal na indibidwal7 at walang pagbabago sa umiiral na [11C] raclopride ay naobserbahan, na humahantong sa mga may-akda upang magmungkahi na ang maliit na pagbabago sa mga antas ng dopamine ay naganap. Gayunpaman, ang mga epekto ng ehersisyo sa DA-D2R na expression at synaptic na aktibidad ay hindi pinag-aralan. Ang PET-imaging ligand [18F] fallypride ay isang mahusay na tool upang suriin ito dahil sa kanyang mataas na affinity at pagtitiyak para sa parehong DA-D2R at DA-D3R, at hindi katulad [11C] raclopride, ito ay hindi madaling nawala sa pamamagitan ng mga antas ng baseline ng endogenous dopamine.7-10 Ito ay nakumpirma ng reserpine pretreatment ng mga hayop (upang maubos ang endogenous dopamine) na walang epekto sa [18F] fallypride binding,9,11 ngunit makabuluhang nadagdagan [11C] raclopride binding8 na iniuugnay sa isang pagbabago sa maliwanag na umiiral na relasyon (Kd) kaysa sa numero ng receptor (Bmax).

Bilang ang umiiral na potensyal (BP) ng [18F] fallypride ay lumalaban sa mga pagbabago dahil sa pag-ubos ng dopamine, nagmumungkahi maliit na epekto sa nito Kd or Bmax sa baseline o depleted state, ginamit namin ang [18F] fallypride upang subukan ang aming teorya na ang DA-D2R expression ay tataas sa MPTP mouse model na may masinsinang ehersisyo.9,10,12,13 Higit pa rito, upang suportahan ang aming mga hakbang sa PET Imaging, ginamit namin ang komplimentaryong pamamaraan ng Western immunoblot analysis ng synaptoneurosomal paghahanda upang sukatin ang mga pagbabago sa DA-D2R na expression ng protina sa antas ng synapse sa parehong mga hayop. Iniulat namin dito ang mga epekto ng ehersisyo sa DA-D2R expression at [18F] fallypride sa mga pangkat ng mga daga na itinuturing na may alinman sa asin o MPTP.

PARAAN

Hayop, Mga Grupo sa Paggamot, at MPTP Administration

Lalaki C57BL / 6 mice 8 linggo gulang (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) ay grupo-housed sa isang temperatura-kinokontrol na kuwarto sa ilalim ng 12 h liwanag / 12 h dark cycle. Ang lahat ng mga pamamaraan ay isinagawa alinsunod sa Gabay ng NIH para sa Pag-aalaga at Paggamit ng Mga Hayop ng Laboratory na inaprobahan ng USC IACUC. Ang kabuuang 164 mice ay ginagamit sa apat na grupo ng paggamot: (1) asin (n = 42), (2) asin plus exercise (n = 55), (3) MPTP (n = 57), at (4) ehersisyo (n = 42). Para sa lesioning, ang mga daga ay nakatanggap ng apat na intraperitoneal injection ng 20 mg / kg MPTP (free-base; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) na dissolved sa 0.9% saline, sa 2-h na mga pagitan o apat na intraperitoneal injection ng 0.1 ml 0.9% NaCl bilang kontrol. Ang lesioning ay napatunayan ng pagsusuri ng HPLC ng mga antas ng striatal dopamine. Sa 10 araw pagkatapos ng administrasyon ng post-MPTP, nagkaroon ng 82.2% dopamine depletion sa MPTP mice (48.0 ± 8.4 ng / mg ng protina) kumpara sa saline mice (269.5 ± 24.9 ng / mg ng protina). Sa pagtatapos ng pag-aaral, walang makabuluhang pagkakaiba sa striatal dopamine levels sa pagitan ng MPTP plus exercise mice (69.8 ± 11.7 ng / mg ng protina) kumpara sa MPTP (77.9 ± 12.0 ng / mg ng protina). Gayunpaman, nagkaroon ng isang makabuluhang pagtaas ng striatal dopamine sa saline plus exercise mice (315.2 ± 9.0 ng / mg ng protina) kumpara sa saline (246.9 ± 19.8 ng / mg ng protina) (F(3,16) = 7.78; P <0.05).

Exercise ng gilingang pinepedalan

Nagsimula ang ehersisyo 5 araw pagkatapos ng paglitaw. Ang mga daga mula sa dalawang grupo ng ehersisyo (saline plus ehersisyo at MPTP plus ehersisyo) ay sinanay upang tumakbo sa isang 100-cm motorized treadmill (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) sa mga incremental na bilis para sa 6 na linggo (5 araw / linggo) upang maabot ang tagal ng 60 min / araw at bilis ng 18-20 m / min.5,6

Magnetic Resonance Imaging

Ang isang tatlong-dimensional volumetric na T1 na may timbang na magnetic resonance (MR) na imahe ng utak ng mouse ay nakuha na may 7-T micro-MRI system (Bruker Biospin, Billerica, MA). Ang mga parametro ng pagkuha ng imahe ay: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, 0.4-mm slice kapal, 0.45-mm interslice kapal, 128 × 128 × 128 laki ng matrix.

Radiochemistry

Pagbubuo ng [18F] fallypride ay ginanap tulad ng naunang inilarawan sa pamamagitan ng nucleophilic substitution reaction ng tosyl precursor na may [18F] gamit ang isang custom-made na aparatika ng radiochemistry.12 Ang paglilinis ay nakamit sa pamamagitan ng reverse-phase HPLC sa isang haligi ng C8 (2) Phenomenex Luna gamit ang acetonitrile at sodium phosphate buffer bilang mobile phase (55: 45). Ang UV absorbance ay sinusukat sa 254 nm at AUFS 0.05. Radioactive peak (oras ng pagpapanatili 17 min) na naaayon sa [18F] fallypride, ay nakolekta at inalis ang solvent sa isang rotary evaporator. Ang huling produkto ay nasubok para sa pyrogenicity, sterility, PH, at pag-alis ng organic solvents sa pamamagitan ng gas chromatography. Ang partikular na aktibidad at radiochemical na kadalisayan ay tinasa sa isang Waters HPLC system gamit ang isang analytical ng C8 (2) Phenomenex Luna. Ang partikular na aktibidad ay nasa hanay ng 3,000-12,000 Ci / mmol.

Mga Pagsukat ng Alagang Hayop at Pagsusuri ng Larawan

Dalawampung mice ang ginamit para sa PET imaging (n = 6 asin; n = 3 asin plus exercise; n = 5 MPTP; at n = 6 MPTP plus ehersisyo). Ang mga pag-scan ay nakuha sa isang Concorde microPET R4 scanner (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) na may 60-min list mode acquisition protocol matapos ang 20-min na pag-scan ng pag-scan para sa pagwawasto ng pagwawasto sa isang 68Ge source. [18F] fallypride (10.92-11.28 MBq) ay na-injected sa pamamagitan ng buntot ugat (solong bolus) sa simula ng paglabas ng paglabas. Ang mga daga ay anesthetized sa 2% isofluorane at 98% oxygen. Ang data ng mode ng dynamic na listahan ay pinagsunod-sunod sa mga sinograms na may 26 na mga frame (6 × 20 seg, 4 × 40 seg, 6 × 1 min, at 10 × 5 min) at na-reconstructed sa pamamagitan ng dalawang mga pag-ulit ng OSEM (pinagsunod-sunod na mga pag-iintindi sa pag-asa ng subsets) na sinusundan ng 18 mga pag-ulit ng MAP (maximum na posteriori) na algorithm sa pagbabagong-tatag.14 Nalikom ang mga na-reconstructed na mga imahe upang maglaman ng ulo at linearly interpolated sa Z-direksyon upang makabuo ng 128 × 128 × 63 na imahe na may isotropic 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 voxels. Ang mga imahen na may mataas na resolution na may-bisang potensyal (BP) ng striatum ay kinuwenta mula sa mga na-reconstructed na dynamic na mga imahe gamit ang isang multilinear tissue reference model15 at Logan plots16 na may mataas na aktibidad sa striatum at napakababang aktibidad sa cerebellum (reference region). Ang mga pangkaraniwang rehiyon ng interes (striatum at cerebellum) ay manu-manong tinukoy sa parehong hemispheres sa mga larawan ng PET na may correated na MRI gamit ang Rview (bersyon 8.21Beta).17 Pagsukat ng tiyak na umiiral na [18F] fallypride sa mouse striatum ay isinagawa gamit ang halaga ng BP na nagbibigay ng isang sukat ng ratio ng mga tiyak / walang-tiyak na bisa sa punto ng balanse.18,19 Upang maipakita ang umiiral na pagtitiyak sa striatum, ang apat na mice ay kinuha 60 min matapos ang ligand iniksyon, ang mga talino ay mabilis na nagyeyelo sa likido nitrogen, naka-seksyon sa 30-μm kapal, at mga seksyon na inilagay sa isang phospho-imager (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway , NJ) (Lar 1). Ipinakita ng mga pag-aaral na [18F] fallypride binds partikular sa DA-D2R, at bilang napakaliit DA-D3R ay nasa striatum, umiiral ay nagpapahiwatig DA-D2R occupancy.9,10,12,13

FIG. 1 

[18F] Ang Fallypride ay nagpapakita ng mataas na pamantayan sa mouse striatum. Ang kaliwang panel ay nagpapakita ng anatomical rendering ng coronal section sa tinatayang antas bregma 0.20. Ang kanang panel ay nagpapakita ng kinatawan ng autoradiograph na may intensive labeling na nararapat ...

Tissue Collection para sa HPLC at Protein Analysis

Sa pagtatapos ng pag-aaral, ang mga talino ay mabilis na inalis at ang dorsal striatum ay nahahati sa mga anatomikal na rehiyon mula sa bregma 1.2 hanggang 0.6 na may corpus callosum bilang dorsal border, ang lateral na aspeto ng corpus callosum bilang lateral border, at sa itaas ng anterior commissure ang pantiyan na hangganan.20

HPLC Pagsusuri ng Dopamine at Metabolites nito

Ang mga antas ng dopamine sa striatal homogenates (n = 4 bawat grupo) ay tinutukoy ng HPLC na may electrochemical detection.6 Ang sistema ay binubuo ng ESA auto-sampler (ESA, Chelmsford, MA) na may 150 × 3.2 mm reverse-phase C-18 na haligi (3μm diameter) at isang CoulArray 5600A (ESA, Chelmsford, MA), nilagyan ng apat -Ang channel ng analytical na may mga potensyal na nakatakda sa -75, 50, 220, at 350 mV.

Pagsusuri ng Western Immunoblot

Ang epekto ng exercise sa synaptic expression ng DA-D1R at DA-D2R ay sinuri sa synaptoneurosome paghahanda na ginawa sariwa mula sa walong pooled dorsolateral striatum.21 Ang pamamaraan na ito ay ginanap sa tatlong hanay ng mga daga para sa isang kabuuang 24 na mga mice sa bawat pang-eksperimentong grupo (n = 3 preps bawat grupo). Ang kapaki-pakinabang na expression ng mga protina para sa DA-D1R (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), tyrosine hydroxylase (58 kDa), dopamine transporter (68 kDa), at α-tubulin (50 kDa) ay sinuri ng Western immunoblot22 gamit ang komersyal na magagamit na pangunahing antibodies (kuneho polyclonal at mouse monoclonal antibodies, Millipore, Temecula, CA). Ang mga protina na banda ay nakikita sa pamamagitan ng pagkakahawig ng purified kambing anti-kuneho o anti-mouse pangalawang antibodies conjugated sa IRDye680 o IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Nakita ang fluorescent signal sa pamamagitan ng pag-scan sa filter sa LI-COR Odyssey malapit sa infrared imaging platform at quantified gamit ang Odyssey 2.1 software (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Ang mga resulta ay ipinapakita bilang kamag-anak na mga antas ng pagpapahayag kumpara sa grupo ng asin (nakatakda sa 100%).

Statistical Analysis

Ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga grupo sa BP ng [18F] fallypride, DA-D1R, at DA-D2R na mga antas ng protina ay sinuri gamit ang dalawang-paraan na pag-aaral ng pagkakaiba (ANOVA) na may paggagamot sa pagitan ng paksa na paksa (saline kumpara sa MPTP), at ehersisyo bilang saklaw ng paksa (walang ehersisyo kumpara. ehersisyo). Para sa pinakamabilis na pagsubok sa bilis ng gilingang pinepedalan, ang oras ay ginamit sa pagitan ng paksa na paksa (linggo 1, 2, atbp.) At paggamot ay ginamit sa loob ng paksa na kadahilanan (asin kumpara sa MPTP). Ang Bonferroni post hoc test ay ginamit upang iwasto para sa maraming mga paghahambing kapag tinatasa ang kahalagahan ng interes. Itinakda ang level significance P <0.05. Upang tuklasin ang praktikal na kahalagahan ng mga pagkakaiba sa pangkat, isang pagtatantya ng kalakhan ng mga pagkakaiba sa pagitan ng mga pangkat ay kinakalkula gamit ang laki ng epekto (ES) (ES = Ibig sabihinPangkat 1 - Ibig sabihinPangkat 2/ SDpinagsama). Sinasalamin ng ES ang epekto ng paggamot sa loob ng isang populasyon ng interes at iniulat ayon sa itinatag na pamantayan bilang maliit (<0.41), daluyan (0.41-0.70), o malaki (> 0.70).23 Ginagawa ang pagsusuri gamit ang Prism5 para sa Windows (GraphPad, San Diego, CA).

MGA RESULTA

High-Intensity Treadmill Exercise Improved Motor Behavior sa MPTP-Lesioned Mice

Bago ang MPTP-lesioning at simula ng ehersisyo, ang average na baseline velocities ng lahat ng mice sa dalawang grupo ng ehersisyo ay pareho (saline plus ehersisyo: 11.7 ± 1.1 m / min, at MPTP plus ehersisyo: 11.2 ± 1.1 m / min). Ang pang-araw-araw na pag-ehersisyo para sa 6 na linggo ay nagpabuti ng pinakamabilis na bilis ng treadmill sa parehong mga grupo ng ehersisyo na may saline plus exercise mice na nagpapakita ng makabuluhang mas mataas na bilis kumpara sa MPTP plus exercise mice sa linggo 1 sa pamamagitan ng 4 (Lar 2). Gayunpaman, ang MPTP plus ehersisyo mice ay may katulad na pinakamabilis na bilis ng treadmill tulad ng saline plus exercise mice sa linggo 5 (MPTP plus exercise: 17.2 ± 3.6 m / min at saline plus exercise: 22.0 ± 1.5 m / min) at linggo 6 (19.2 ± 1.2 m / min at 22.2 ± 0.9 m / min, ayon sa pagkakabanggit). Tulad ng naunang iniulat, ang MPTP-lesioned na mga mice na hindi sumailalim sa pagsasanay sa treadmill ay nagpakita ng walang kusang pagbawi ng pag-uugali ng motor sa kanilang pinakamabilis na bilis ng 7.0 ± 0.3 m / min sa katapusan ng 6-week na ehersisyo na panahon.5

FIG. 2 

Nagpapabuti ang ehersisyo sa pag-uugali ng motor sa mouse ng MPTP. Ang maximum na bilis ng pagpapatakbo ng asin (n = 12) at MPTP (n = 12) na mga mice sa motorized gilingang pinepedalan ay nasubok sa dulo ng bawat linggo. Ang baseline speed velocities ay sinusukat bago ang MPTP lesioning. ...

High-Intensity Treadmill Exercise Increased Striatal DA-D2R ngunit hindi DA-D1R Protein

Mataas na intensity gilingang pinepedalan ehersisyo naiiba apektado DA-D2R at DA-D1R antas sa synaptoneurosomal paghahanda mula sa dorsal striatum tulad ng ipinapakita sa Western blot analysis (Lar 3). Ang MPTP plus exercise mice ay nagkaroon ng 48.8% increase sa striatal DA-D2R kumpara sa MPTP mice (Larawan 3B), at makabuluhang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng exercise at MPTP lesioning sa DA-D2R na antas ng protina (F(1,8) = 6.0; P <0.05). Sa kabaligtaran, walang epekto sa ehersisyo sa mga antas ng protina ng DA-D1R sa pagitan ng mga pangkat (Larawan 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Ang pag-ulit ng MPTP na nag-iisa ay hindi makabago ng alinman sa DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) o DA-D1R expression (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Sa karagdagan, ang dalawang magkaibang marker ng protina ng midbrain dopaminergic fibers integridad, tyrosine hydroxylase (TH; Fig. 3C) at dopamine transporter (DAT; Larawan 3D), nagpakita na ang MPTP ay makabuluhang nabawasan ang striatal TH protein (F(1,8) = 757.3; P <0.05) at DAT expression (F(1,8) = 218.0; P <0.05).

FIG. 3 

Ang pag-eehersisyo ay pinipili ng DA-D2R ngunit hindi DA-D1R striatal protein. Panel (A) ay nagpapakita ng Western immunoblot analysis ng synaptoneurosome preparations mula sa dorsal striatum para sa DA-D1R protein. Walang makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng istatistika ...

Mataas na Intensity gilingang pinepedalan Exercise Nadagdagang Striatal [18F] Fallypride Binding Potential (BP)

Habang ang Western immunoblotting analysis ng receptor protein expression ay sinukat na kabuuang antibody epitopes (parehong ibabaw at panloob na mga cellular na tindahan), sa Vivo PET-imaging na may high-affinity DA-D2R na partikular na radioligand [18F] fallypride ay maaaring ilarawan ang mga epekto ng ehersisyo sa availability ng DA-D2R upang magbigkis ligand (Lar 4). Ayon sa pagtatasa ng istatistika na nagkaroon ng isang makabuluhang epekto ng ehersisyo (F(1,16) = 12.3; P <0.05) pati na rin ang lesyon ng MPTP (F(1,16) = 160.3; P <0.05) na walang makabuluhang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng MPTP at ehersisyo (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) sa [18F] fallypride BP. Ang Bonferroni post hoc analysis ay nagpakita ng makabuluhang pagkakaiba sa mga halaga ng BP sa pagitan ng MPTP at MPTP plus ehersisyo mice (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01), at walang makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng asin at asin kasama ang mga daga sa pag-eehersisyo (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). Partikular, ang MPTP plus mga daga sa pag-eehersisyo ay nagkaroon ng 73.1% na pagtaas sa [18F] fallypride BP kumpara sa MPTP mice (average na halaga ng BP para sa MPTP plus ehersisyo: 7.1 ± 0.7; karaniwang halaga ng BP para sa mga mute ng MPTP: 4.1 ± 0.3) (Larawan 4B). Bilang karagdagan, ang saline plus exercise mice ay nagkaroon ng 8.2% increase sa [18F] fallypride BP (13.2 ± 1.0) kung ikukumpara sa mga masarap na asin (12.2 ± 0.3). Pare-pareho sa mga natuklasan na "sukat ng epekto" na mga kalkulasyon ang nagsiwalat ng mas malaking epekto sa ehersisyo sa pagitan ng mga grupo ng MPTP (ES = 2.61) kaysa sa naobserbahan sa pagitan ng mga grupo ng asin (ES = 0.94).

FIG. 4 

Ang pagpipiliang pumipili ay pumipili [18F] fallypride binding potential (BP) sa striatum ng MPTP mice. Panel (A) ay nagpapakita ng [18F] fallypride BP kinatawan mga imahe sa coronal orientation (kaliwang bahagi) at pahalang na orientation (kanang bahagi). Ang scale bar ...

Pagtalakay

Ang pag-aaral na ito ay nagpapakita na ang mataas na intensity na ehersisyo ay nagdudulot ng pagtaas sa [18F] fallypride BP (DA-D2R availability) sa striatum ng MPTP treat mice. Sa kabaligtaran, walang makabuluhang pagbabago sa kabuuang mga antas ng striatal dopamine sa pagitan ng MPTP plus ehersisyo kumpara sa MPTP walang ehersisyo mice. [18F] fallypride ay isang mataas na pumipili DA-D2 / D3R antagonist na ang BP ay sumasalamin sa isang sa Vivo sukat ng magagamit na receptors (Bmax) / binding affinity (Kd). Tulad ng DA-D2Rs ang pangingibabaw na subtype ng dopamine receptor sa loob ng dorsal striatum, isang pagtaas ng exercise na sapilitan sa [18F] fallypride BP ay kumakatawan sa isang pagtaas sa DA-D2R numero at suportado ng isang pagtaas sa protina expression gamit ang Western immunoblotting at ang aming mga nakaraang pag-aaral na nagpapakita ng isang pagtaas sa striatal DA-D2R mRNA transcript expression gamit sa situ hybridization histochemistry.5 Ang interpretasyong ito ng elevation ng BP ay karagdagang sinusuportahan ng katotohanan na ang pag-aalis ng [18F] fallypride sa pamamagitan ng dopamine ay hindi malamang na mangyari sa MPTP Mice bilang dopamine antas mananatiling mababa.24 Samakatuwid, ang mga pagbabago sa maliwanag na umiiral na kaugnayan (Kd) ay bale-wala at malamang na hindi makakaapekto sa BP. Ang pinahusay na epekto ng ehersisyo sa MPTP mice ay maaaring sumalamin sa isang pagtatangka ng nasugatan utak upang i-optimize dopaminergic neurotransmission sa pamamagitan ng mas mataas na receptor numero habang dopamine antas mananatiling maubos. Ang mas mataas na kakayahang tumugon ng mga mute ng MPTP sa ehersisyo ay nagpapakita ng mas malaking potensyal ng nasugatan kumpara sa utak na utak upang sumailalim sa neuroplasticity, na maaaring hindi mahalaga kapag ang striatal circuitry ay buo. Ang katotohanan na ang mga antas ng dopamine ay hindi nagbabago nang malaki sa ehersisyo sa mga mute ng MPTP ay nagpapahiwatig na ang mga pagbabagong pagbabago sa DA-D2R ay kritikal para sa ehersisyo na may kaugnayan sa pinabuting pagganap ng motor.

Paggamit ng PET imaging, nakita namin ang pagbaba sa DA-D2R BP matapos ang MPTP paglala kaugnay sa mga inagurahan ng mga daga. Ito ay kaibahan sa Western immunoblotting kung saan walang pagbabago sa DA-D2R na expression ng protina ang naobserbahan. Ang DA-D2R ay umiiral sa isang dynamic na punto ng balanse sa pagitan ng mga ibabaw at intracellular compartments, na ang huli ay hindi karaniwang magagamit sa mga umiiral na PET radioligands. Sa dopamine-depleted na estado, ang mga mekanismong may bayad ay maaaring humantong sa mga pagbabago sa intracellular pool para sa DA-D2R, na maaaring hindi magagamit sa [18F] fallypride binding ngunit pa magagamit para sa pagtuklas sa Western immunoblotting.

Hindi tulad ng aming mga natuklasan, ang isang compensatory increase sa DA-D2R ay iniulat sa mga indibidwal na may PD at pagkatapos ng pangangasiwa ng MPTP sa nonhuman primates, o 6-OHDA sa mga daga.25 Sa panitikan, ang pagkawala ng DA-D2Rs ay iniulat dahil sa pagkabulok ng dopaminergic neurons, samantalang ang pagtaas sa DA-D2Rs ay nagreresulta mula sa nadagdagan na ekspresyon sa natitirang dopaminergic na mga terminal at / o nadagdagan na synthesis sa loob ng striatopallidal neurons o cholinergic interneurons. Ang pagkakaiba sa pagitan ng aming PET study, at sa mga literatura, ay maaaring dahil sa mga pagkakaiba sa kalubhaan ng sugat sa pagitan ng mga pag-aaral.11 Sa partikular, ang pagkawala ng isang mas mataas na bilang ng mga presynaptic DA-D2Rs sa pamamagitan ng MPTP na sapilitan sa pagkawala ng cell ay maaaring sapat upang mabawi ang anumang postsynaptic na mga pagbabagong pagbabago na sapilitan ng lesyon na nag-iisa. Bilang karagdagan, ang aming kawalan ng kakayahan na pagmasdan ang isang pagtaas sa DA-D2R BP at mga antas ng pagpapahayag sa MPTP (hindi ehersisyo) na mga mice ay maaaring dahil sa isang maliit na pagbawi ng mga antas ng dopamine sa dulo ng pag-aaral (82% dopamine depletion sa 10 days versus 68 % pag-ubos sa 42 araw na pagkakasunod-sunod). Gayunpaman, ito ay malamang na hindi ang MPTP plus exercise mice, na nagpakita rin ng maliit na pagbawi ng dopamine (hindi gaanong naiiba mula sa MPTP no exercise mice) ay nadagdagan ng DA-D2R BP.

Ang karamihan ng DA-D1Rs at D2Rs ay ipinahayag sa dendritik spines ng MSNs na may karagdagang receptors na ipinahayag sa cholinergic interneurons at terminal ng glutamatergic at dopaminergic neurons na nagmumula sa cortex (o thalamus) at substantia nigra pars compacta, ayon sa pagkakabanggit.26 Ang isang pangunahing papel na ginagampanan ng dopamine ay upang makontrol ang corticostriatal o thalamostriatal glutamatergic neurotransmission sa MSN. Ang glutamatergic neurotransmission ay pinahusay sa pamamagitan ng DA-D1Rs at pinaliit sa pamamagitan ng DA-D2Rs.27-29 Sa ilalim ng mga kondisyon ng pag-ubos ng dopamine, ang mga spine at synaptic na koneksyon ay piliing nawala sa DA-D2R na naglalaman ng mga MSN ng hindi direktang landas.30 Ang pagkawala na ito ay sinamahan ng isang hyperexcitability na estado sa loob ng MSNs dahil sa mas mataas na glutamatergic corticostriatal neurotransmission.31-33 Sa mga modelo ng hayop ng PD, ang pagtaas ng glutamatergic drive na nauugnay sa parkinsonian-tulad ng pag-uugali ng motor.34 Ang pagpapalambing ng estado na ito na hyperexcitable sa pamamagitan ng pag-aaplay ng dopamine o mga agonist nito ay humahantong sa pagbaliktad ng mga kakulangan ng parkinson ng motor.35,36 Sa liwanag ng mga ulat na ito at sa aming mga natuklasan, ipinapalagay namin na ang mga benepisyo ng ehersisyo ng mataas na intensidad ay upang mapahusay ang dopaminergic signaling sa pamamagitan ng mas mataas na ekspresyon ng DA-D2R sa di-tuwirang landas (ngunit hindi ang DA-D1R direct pathway) at upang mapabuti ang function ng motor sa pamamagitan ng pagsugpo ng glutamatergic excitability.

Ang pangunahing konklusyon ng aming pag-aaral ay ang ehersisyo sa anyo ng matinding gilingang pinepedalan na tumatakbo ang nagpapabilis sa neuroplasticity sa pamamagitan ng mas mataas na pagpapahayag ng striatal DA-D2Rs, isang proseso na pinaka-nakikita sa nasugatan na utak. Batay sa aming mga natuklasan, isang noninvasive PET-imaging approach na may [18F] fallypride ay maaaring gamitin upang siyasatin kung ang intensive treadmill ehersisyo ay humahantong din sa mga pagbabago sa DA-D2R sa mga indibidwal na may PD. Pinupuna ng aming pag-aaral ang halaga ng preclinical research sa mga modelo ng hayop ng pagkawala ng dopamine at ang kahalagahan ng pananaliksik na pananaliksik para sa pagbibigay ng parehong makatwiran at pananaw patungo sa pag-unawa sa imaging at pag-aaral ng ehersisyo sa mga indibidwal na may PD.

Pagkilala

Ang gawaing ito ay sinusuportahan ng isang bigyan mula sa Programang Pilot Grant ng USC CTSI, at mga mapagbigay na pondo mula sa Parkinson's Disease Foundation, Team Parkinson (Los Angeles), Parkinson Alliance, Whittier Parkinson's Disease Education Group, NINDS RO1 NS44327-1, NIA ( AG 21937) at US Army NETRP W81XWH-04-1-0444. Ang MGV ay tumatanggap ng USC Neuroscience Graduate Program Merit Fellowship. Nais naming pasalamatan sina Ryan Park at Dr. Peter Conti mula sa USC Small Animal Imaging Core para sa tulong sa micro-PET imaging at Dr. Rex Moats mula sa Small Animal Imaging Research Core sa Saban Research Institute para sa tulong sa MRI ng mouse. Nais naming pasalamatan ang Yi-Hsuan (Lilian) Lai para sa tulong sa ehersisyo sa gilingang pinepedalan, at Avery Abernathy para sa kanyang kadalubhasaan sa pagsusuri ng HPLC. Nagpapasalamat kami sa Mga Kaibigan ng Grupo ng Pananaliksik sa Sakit ng USC Parkinson kabilang sina George at MaryLou Boone, Walter at Susan Doniger, at Roberto Gonzales para sa kanilang mapagbigay na suporta.

Mga talababa

 

Potensyal na salungatan ng interes: Wala na mag-ulat.

Ang tala ay idinagdag sa patunay: Ang artikulong ito ay na-publish online sa 19 October 2010. Ang isang pagkakamali ay tinukoy sa dakong huli. Ang paunawang ito ay kasama sa mga online at naka-print na mga bersyon upang ipahiwatig na ang parehong ay naitama.

Mga Pagsisiwalat sa Pananalapi: Ang USC Neuroscience Graduate Program Merit Fellowship (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ at GP), USC CTSI Full Pilot Grant Program (QL, AN, MJ, GP).

Mga Gawa ng May-akda: Ang lahat ng mga may-akda ay nakatulong sa pagbuo ng manuskrito na ito. Research Project Conception: GP, BF, MJ, RL, JW. Pagpapatupad ng Proyekto: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Data Collection, Processing, Statistical Analysis: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Paghahanda ng Manuskrito: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.

Mga sanggunian

1. Bergen JL, Toole T, Elliott RGr, Wallace B, Robinson K, Maitland CG. Ang aerobic exercise intervention ay nagpapabuti sa aerobic capacity at pagsisimula ng kilusan sa mga pasyente ng sakit na Parkinson. NeuroRehabilitation. 2002; 17: 16-168. [PubMed]
2. Comella CL, Stebbins GT, Brown-Toms N, Goetz CG. Physical therapy at Parkinson's disease: isang kinokontrol na clinical trial. Neurolohiya. 1994; 44 (3 Bahagi 1): 376-378. [PubMed]
3. Schenkman M, Hall D, Kumar R, Kohrt WM. Pagsasanay sa ehersisyo ng pagtitiis upang mapabuti ang ekonomiya ng paggalaw ng mga taong may sakit sa Parkinson: tatlong ulat ng kaso. Ther Ther. 2008; 88: 63-76. [PubMed]
4. Pothakos K, Kurz MJ, Lau YS. Ang pagpapanumbalik epekto ng pagtitiis ehersisyo sa mga deficit sa pag-uugali sa talamak na modelo ng mouse ng Parkinson ng sakit na may malubhang neurodegeneration. BMC Neurosci. 2009; 10: 1-14. [PMC free article] [PubMed]
5. Fisher BE, Petzinger GM, Nixon K, et al. Exercise-induced behavioral recovery and neuroplasticity sa 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-lesioned mouse basal ganglia. J Neurosci Res. 2004; 77: 378-390. [PubMed]
6. Petzinger GM, Walsh JP, Akopian G, et al. Ang mga epekto ng ehersisyo sa gilingang pinepedalan sa dopaminergic transmission sa 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-lesioned mouse model ng basal ganglia injury. J Neurosci. 2007; 27: 5291-5300. [PubMed]
7. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS, et al. Ang PET pag-aaral ng mga epekto ng aerobic exercise sa human striatal dopamine release. J Nucl Med. 2000; 41: 1352-1356. [PubMed]
8. Ginovart N, Farde L, Halldin C, Swahn CG. Epekto ng reserpine-sapilitan pag-ubos ng synaptic dopamine sa [11C] raclopride na nagbubuklod sa D2-dopamine receptors sa utak ng unggoy. Synapse. 1997; 25: 321-325. [PubMed]
9. Mukherjee J, Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mantil J. Pagsusuri ng dopamine D-2 receptor occupancy sa pamamagitan ng clozapine, risperidone, at haloperidol sa vivo sa rodent at nonhuman primate brain gamit ang 18F-fallypride. Neuropsychopharmacology. 2001; 25: 476-488. [PubMed]
10. Honer M, Bruhlmeier M, Missimer J, Schubiger AP, Ametamey SM. Dynamic na imaging ng striatal D2 receptors sa mga daga gamit ang quad-HIDAC PET. J Nucl Med. 2004; 45: 464-470. [PubMed]
11. Falardeau P, Bedard PJ, Di Paolo T. Relasyon sa pagitan ng pagkawala ng utak at pagkawala ng D2 dopamine receptor sa MPTP monkeys. Neurosci Lett. 1988; 86: 225-229. [PubMed]
12. Mukherjee J, Yang ZY, Brown T, et al. Preliminary assessment of extrastrial dopamine D-2 receptor na nagbubuklod sa rodent at nonhuman primate brain using the high affinity radioligand, 18F-fallypride. Nucl Med Biol. 1999; 26: 519-527. [PubMed]
13. Kristiyano BT, Narayanan TK, Shi B, Mukherjee J. Pagkakalkula ng striatal at extrastriatal D-2 dopamine receptors gamit ang PET imaging ng [(18) F] fallypride sa nonhuman primates. Synapse. 2000; 38: 71-79. [PubMed]
14. Qi J, Leahy RM, Cherry SR, Chatziioannou A, Farquhar TH. High-resuulution 3D Bayesian na pagbabagong-tatag ng imahe gamit ang maliit na hayop na scanner ng micro-PET. Phys Med Biol. 1998; 43: 1001-1013. [PubMed]
15. Ichise M, Toyama H, Innis RB, Carson RE. Istratehiya upang mapabuti ang estimasyon ng neuroreceptor parameter sa pamamagitan ng pag-aaral ng linear na pagbabalik. J Cereb Blood Flow Metab. 2002; 22: 1271-1281. [PubMed]
16. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wang GJ, Ding YS, Alexoff DL. Mga ratio ng dami ng pamamahagi nang walang sampling ng dugo mula sa graphical na pagtatasa ng data ng PET. J Cereb Blood Flow Metab. 1996; 16: 834-840. [PubMed]
17. Studholme C, Hill DL, Hawkes DJ. Automated three-dimensional registration ng magnetic resonance at positron emission tomography brain images sa pamamagitan ng multiresolution optimization ng voxel na mga panukalang pagkakatulad. Med Phys. 1997; 24: 25-35. [PubMed]
18. Mintun MA, Raichle ME, Kilbourn MR, Wooten GF, Welch MJ. Isang dami na modelo para sa pagtatasa ng vivo ng mga site na may bawal na gamot na may positron emission tomography. Ann Neurol. 1984; 15: 217-227. [PubMed]
19. Lammertsma AA, Hume SP. Simplified reference tissue model para sa PET receptor studies. Neuroimage. 1996; 4 (3 Bahagi 1): 153-158. [PubMed]
20. Paxinos G, Franklin KBJ. Ang utak ng mouse sa stereotaxic coordinates. 2. New York: Akademikong Pindutin; 2001.
21. Johnson MW, Chotiner JK, Watson JB. Paghihiwalay at paglalarawan ng synaptoneurosomes mula sa isang hiwa hippocampal hiwa. Mga Paraan ng Neurosci. 1997; 77: 151-156. [PubMed]
22. Laemmli UK. Pag-aalis ng mga protina sa istruktura sa panahon ng pagpupulong ng ulo ng bacteriophage T4. Kalikasan. 1970; 227: 680-685. [PubMed]
23. Thomas JR, Salazar W, Landers DM. Ano ang kulang sa p <05? Laki ng epekto. Res Q Exercity Sport. 1991; 62: 344-348. [PubMed]
24. Cropley VL, Innis RB, Nathan PJ, et al. Maliit na epekto ng dopamine release at walang epekto sa pagkawala ng dopamine sa [(18) F] fallypride na nagbubuklod sa malusog na mga tao. Synapse. 2008; 62: 399-408. [PubMed]
25. Hurley MJ, Jenner P. Ano ang natutunan mula sa pag-aaral ng mga receptors ng dopamine sa Parkinson's disease? Pharmacol Ther. 2006; 111: 715-728. [PubMed]
26. Smith Y, Villalba R. Striatal at extrastrial dopamine sa basal ganglia: Isang pangkalahatang ideya ng anatomical organization sa normal at Parkinsonian brains. Mov Disord. 2008; 23 (Suppl 3): S534-S547. [PubMed]
27. Cepeda C, Buchwald NA, Levine MS. Ang mga pagkilos ng neuromodulatory ng dopamine sa neostriatum ay nakasalalay sa mga excitatory amino acid receptor subtypes na aktibo. Proc Natl Acad Sci USA. 1993; 90: 9576-9580. [PMC free article] [PubMed]
28. Levine MS, Altemus KL, Cepeda C, et al. Ang mga pagkilos sa modulasyon ng dopamine sa NMDA receptor-mediated na mga tugon ay nabawasan sa kakulangan ng D1A mutant mice. J Neurosci. 1996; 16: 5870-5882. [PubMed]
29. Umemiya M, Raymond LA. Dopaminergic modulasyon ng excitatory postsynaptic currents sa neuron neuron daga. J Neurophysiol. 1997; 78: 1248-1255. [PubMed]
30. Araw M, Wang Z, Ding J, et al. Pinipili ang pag-aalis ng glutamatergic synapses sa striatopallidal neurons sa Parkinson disease models. Nat Neurosci. 2006; 9: 251-259. [PubMed]
31. VanLeeuwen JE, Petzinger GM, Walsh JP, Akopian GK, Vuckovic M, Jakowec MW. Binago ang ekspresyon ng AMPA receptor na may ehersisyo sa treadmill sa 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-lesioned mouse model ng basal ganglia injury. J Neurosci Res. 2010; 88: 650-668. [PubMed]
32. Hernandez-Echeagaray E, Starling AJ, Cepeda C, Levine MS. Modulasyon ng AMPA currents ng D2 dopamine receptors sa striatal medium-sized spiny neurons: ang mga dendrite ay kinakailangan? Eur J Neurosci. 2004; 19: 2455-2463. [PubMed]
33. Surmeier DJ, Ding J, Araw M, Wang Z, Shen W. D1 at D2 dopamine-receptor modulasyon ng striatal glutamatergic signaling sa striatal medium spiny neurons. Trends Neurosci. 2007; 30: 228-235. [PubMed]
34. Calabresi P, Mercuri NB, Sancesario G, Bernardi G. Electrophysiology ng dopamine-denervated striatal neurons. Mga implikasyon sa sakit na Parkinson. Utak. 1993; 116 (Bahagi 2): 433-452. [PubMed]
35. Ballion B, Frenois F, Zold CL, Chetrit J, Murer MG, Gonon F. D2 receptor stimulation, ngunit hindi D1, pinanumbalik ang striatal equilibrium sa isang modelo ng daga ng Parkinsonism. Neurobiol Dis. 2009; 35: 376-384. [PubMed]

36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Synaptic plasticity at physiological interaction sa pagitan ng dopamine at gluta