J Genet Syndr Gene Тер. 2013 Лютий 10; 4(121): 1000121. doi: 10.4172 / 2157-7412.1000121
абстрактний
Увійшовши в епоху геноміки з упевненістю в майбутньому медицини, включаючи психіатрію, виявляючи роль ДНК і поліморфних асоціацій з схемою винагороди мозку, прийшло нове розуміння всіх поведінок, що викликають звикання. Примітно, що ця стратегія може забезпечити лікування для мільйонів людей, які є жертвами синдрому «Нагороди» (RDS) - генетичного розладу схеми винагороди мозку. Ця стаття буде зосереджена на наркотиках і їжі, що викликають взаємну звичку, і ролі генетики і функції дофаміну в залежності від наркоманії, включаючи взаємодію транспортера допаміну і натрієвої їжі. Ми коротко розглянемо нашу концепцію, що стосується генетичних попередників множинних залежностей (RDS). Дослідження також показали, що оцінка панелей встановлених генів винагороди та поліморфізмів дозволяє розшаровувати генетичний ризик для RDS. Панель називається «Оцінка ризику генетичної залежності» (GARS) і є інструментом для діагностики генетичної схильності до RDS. Використання цього тесту, як вказують інші, принесе користь медичному співтовариству шляхом виявлення осіб з ризиком у ранньому віці. Ми заохочуємо, в глибокій роботі як на тваринних, так і на людських моделях залежності. Ми заохочуємо подальше вивчення нейрогенетичних корелятів спільності між харчовою та лікарською залежністю і схвалюють гіпотези вперед, як “Гіпотеза про солену їжу”.
Вступ
Допамін (DA) - це нейромедіатор у мозку, який контролює почуття благополуччя. Це почуття благополуччя є результатом взаємодії DA і нейротрансмітерів, таких як серотонін, опіоїди та інші хімічні речовини в мозку. Низький рівень серотоніну пов'язаний з депресією. Високі рівні опіоїдів (опіум мозку) також пов'язані з почуттям благополуччя [1]. Більш того, DA рецептори, клас G-білкових рецепторів (GPCR), були спрямовані на розробку лікарських засобів для лікування неврологічних, психічних і очних розладів [2]. DA називалася молекулою «антистресу» та / або «задоволення», але це нещодавно обговорювалося Salamone та Correa [3] і Sinha [4].
Відповідно, ми доводили [5-8], що Nucleus accumbens (NAc) DA відіграє роль у мотиваційних процесах, і що дисфункція мезолімбічного DA може сприяти мотиваційним симптомам депресії, особливостям зловживання психоактивними речовинами та іншими порушеннями [3]. Незважаючи на те, що традиційним є маркування нейронів Д. як нейронів винагороди, це є генералізацією, і необхідно враховувати, як різні аспекти мотивації впливають на допамінергічні маніпуляції. Наприклад, NAc DA бере участь у павловських процесах, а інструментальне навчання поведінки апетитного підходу, аверсивна мотивація, поведінкові активаційні процеси забезпечують залучення завдань і зусиль, хоча це не опосередковує початковий голод, мотивацію до їжі чи апетит [3,5-7].
Незважаючи на те, що NAc DA бере участь у апетитних та аверсивних мотиваційних процесах, ми стверджуємо, що DA також бере участь як важливий посередник у первинній мотивації харчування або апетиті, подібному до наркотичних засобів. Огляд літератури містить низку робіт, які показують важливість Д.А.6,7]. Золото піонером концепції харчової залежності5-8]. Avena et al. [9] правильно стверджують, що тому, що звикання з наркотиками активують ті ж неврологічні шляхи, які розвивалися, щоб відповісти на природні нагороди, пристрасть до їжі здається правдоподібною. Більш того, цукор сам по собі заслуговує на увагу як на речовину, що вивільняє опіоїди і DA, і, отже, можна очікувати, що він може викликати залежність. Зокрема, нейронні адаптації включають зміни в зв'язуванні DA і опіоїдних рецепторів, експресію мРНК енкефаліну і вивільнення DA і ацетилхоліну в NAc. Докази підтверджують гіпотезу, що за певних обставин щури можуть залежати від цукру.
Робота Wang et al. [10], що включає дослідження зображень мозку у людей, втягнуті в DA-модульовані ланцюги при патологічному поведінці їжі. Їх дослідження показують, що DA в позаклітинному просторі смугастого тіла збільшується за допомогою харчових сигналів, це свідчить про те, що DA потенційно бере участь у негедонічних мотиваційних властивостях їжі. Вони також виявили, що метаболізм орбітофронтальної кори збільшується за допомогою харчових сигналів, що вказує на те, що цей регіон пов'язаний з мотивацією для посередництва в споживанні їжі. Існує спостереження за зниженням доступності рецепторів стриарних DA D2 у суб'єктів, що страждають ожирінням, подібно до зниження у суб'єктів, що страждають від наркотиків, тому суб'єкти, які страждають ожирінням, можуть бути схильними до використання їжі для тимчасової компенсації для стимульованих схем винагороди [11]. По суті, потужні підсилюючі ефекти як продовольства, так і ліків частково опосередковуються різким збільшенням DA в мезолімбічних центрах винагороди мозку. Volkow et al. [11] вказують, що різке збільшення DA може перекривати гомеостатичні механізми контролю в мозку вразливих осіб. Дослідження візуалізації головного мозку визначили неврологічну дисфункцію, яка генерує спільні особливості харчової та лікарської залежності. Наріжним каменем спільності основних причин наркоманії є порушення дофамінергічних шляхів, які регулюють нейрональні системи, пов'язані також з самоконтролем, кондиціонуванням, реактивністю до стресу, чутливістю винагороди та стимулюючою мотивацією [11]. Метаболізм у префронтальних регіонах бере участь у пригнічувальному контролі, у підданих ожирінням нездатність обмежувати прийом їжі включає грелін і може бути результатом знижених рецепторів DA D2, які пов'язані зі зниженням префронтального обміну [12]. Лімбічні та кортикальні області, що беруть участь у мотивації, пам'яті та самоконтролі, активуються при шлунковій стимуляції у осіб, що страждають ожирінням [10] і під час пристрасті до наркотичних суб'єктів. Підвищена чутливість до сенсорних властивостей їжі передбачається підвищеним метаболізмом в соматосенсорной корі великих суб'єктів. Ця підвищена чутливість до смакових якостей харчових продуктів у поєднанні зі зменшеними рецепторами DA D2 може зробити їжу вираженим підсилювачем для компульсивного ризику їжі та ожиріння [10]. Результати цих досліджень свідчать про те, що численні мозкові ланцюги порушуються при ожирінні та наркоманії, а профілактика та лікування ожиріння можуть бути корисними стратегіями, спрямованими на поліпшення функції DA.
Lindblom et al. [13] повідомили, що дієта як стратегія для зниження ваги тіла часто провалюється, оскільки вона викликає тягу до їжі, що призводить до виснаження та відновлення ваги. Вони також згодні з тим, що докази з декількох напрямків досліджень свідчать про наявність спільних елементів у нейронному регулюванні прагнення до їжі та наркотиків. Lindblom et al. [13] кількісно оцінювали експресію восьми генів, що беруть участь у сигналізації DA в областях головного мозку, пов'язаних з мезолімбічною та нігрострітальною системою DA у щурів-самців, які піддавалися хронічному обмеженню їжі, використовуючи кількісну реакцію полімеразної реальності. Вони виявили, що рівні мРНК тирозин гідроксилази і допаміновий транспортер у вентральній тегментальній ділянці були сильно збільшені за рахунок обмеження їжі, і одночасне регулювання DAT на рівні білка в оболонці NAc також спостерігалося за допомогою кількісної авторадіографії. Те, що ці ефекти спостерігалися після хронічного, а не гострого обмеження їжі, свідчить про можливу сенсибілізацію мезолімбічного шляху дофаміну. Таким чином, сенсибілізація, можливо, внаслідок підвищеного кліренсу позаклітинного дофаміну з оболонки NAc, може бути однією з основних причин для прагнення до їжі, які перешкоджають дотриманню дієти. Ці висновки узгоджуються з попередніми висновками Паттерсона та ін. [14]. Вони продемонстрували, що пряма интрацеребровентрикулярная інфузія інсуліну призводить до збільшення рівнів мРНК для транспортера зворотного захоплення DA DAT. У 24- до 36-годинному дослідженні використовувалася гібридизація на місці для оцінки рівнів мРНК DAT у щурів, позбавлених їжі (гіпоінсулінемічні). Рівні були у вентральній тегментальной зоні / substantia nigra pars compacta значно зменшилися, що свідчить про те, що пом'якшення функції стриатального DAT може бути здійснене шляхом харчування, голодування та інсуліну. Ifland et al. [15] висунув гіпотезу, що оброблені продукти з високою концентрацією цукру та інших рафінованих підсолоджувачів, рафінованих вуглеводів, жиру, солі та кофеїну є залежними речовинами. Інші дослідження оцінили солі як важливий фактор у поведінці, що шукає їжу. Roitman et al. [16] вказує, що підвищена передача DA в NAc корелює з мотивованою поведінкою, включаючи апетит Na. Передача DA модулюється DAT і може грати роль в мотивованій поведінці. У своїх дослідженнях у природніх умовах, надійні зниження поглинання DA через DAT у NAc щурів корелювали з і апетитом Na, індукованим виснаженням Na. Зниження активності DAT в NAc спостерігалося після пробірці Обробка альдостероном. Таким чином, зниження активності DAT в NAc може бути наслідком прямої дії альдостерону і може бути механізмом, за допомогою якого виснаження Na призводить до генерації підвищеної передачі NAc DA під час апетиту Na. Збільшення NAc DA може бути мотивуючим властивістю для Na-збіднених щурів. Подальша підтримка ролі солоної їжі як можливої речовини (їжі) зловживань призвела до "Гіпотези про солену харчову залежність", запропоновану компанією Cocores and Gold [17]. У пілотному дослідженні, щоб визначити, чи підсолені продукти діють, як м'який опіатний агоніст, який приводить до переїдання і збільшення ваги, вони виявили, що опіатно-залежні групи розвинули 6.6% збільшення ваги під час відміни опіатів, що демонструє сильну перевагу для солоної їжі. На основі цієї та іншої літератури [18] вони припускають, що солона їжа може бути звикаючою речовиною, яка стимулює рецептори опіатів і DA в центрі мозку і в нагоді. З іншого боку, перевага, голод, спонукання і прагнення до «смачної» солоної їжі можуть бути симптомами відміни опіатів і опіоїдним ефектом солоної їжі. Як солоні продукти, так і виведення опіатів стимулюють апетит Na, що призводить до збільшення споживання калорій, переїдання і захворювань, пов'язаних з ожирінням.
Допамінергічна функція головного мозку
Ген рецептора дофаміну D2 (DRD2)
Коли синаптичний, DA стимулює рецептори DA (D1 – D5), індивідууми відчувають зниження стресу і почуття благополуччя [19]. Як згадувалося раніше, мезокортиколімбічний допамінергічний шлях опосередковує підкріплення як неприродних нагород і природних винагород. Природні приводи - це посилені фізіологічні диски, такі як голод і відтворення, тоді як неприродні нагороди включають задоволення придбаних навчених задоволень, гедонічні відчуття, подібні до тих, що походять від наркотиків, алкоголю, азартних ігор та інших ризикових поведінок [8,20,21].
Один помітний ген DA є ген DRD2, який відповідає за синтез рецепторів DA D2 [22]. Алельна форма гена DRD2 (A1 проти A2) диктує кількість рецепторів у пост-вузлових ділянках і гіподамінергічну функцію [23,24]. Невелика кількість рецепторів ДА призводить осіб до пошуку будь-якої речовини або поведінки, що стимулює дофамінергічну систему [25-27].
Ген DRD2 і DA вже давно пов'язані з винагородою [28] незважаючи на суперечки [3,4]. Хоча алель Taq1 A1 гена DRD2 пов'язаний з багатьма нервово-психічними розладами і спочатку з тяжким алкоголізмом, він також пов'язаний з іншою речовиною і залежностями від процесу, а також, синдромом Туретта, поведінкою, що шукає новизну, розладом дефіциту уваги і гіперактивності. (СДВГ), а також у дітей та дорослих, з симптомами ко-патологічного антисоціального розладу особистості [28].
Незважаючи на те, що ця стаття буде зосереджена на наркотиках та їжі, що викликають взаємну залежність, а роль генетики та функцій Д.А. в залежності, для повноти ми коротко розглянемо нашу концепцію, що стосується генетичних попередників множинної залежності. "Синдром дефіциту винагороди" (RDS) вперше описаний в 1996 як теоретичний генетичний предиктор компульсивного, звикання і імпульсивного поведінки з усвідомленням, що генетичний варіант DRD2 A1 пов'язаний з цими поведінками [29-32]. RDS передбачає механізми задоволення або винагороди, які покладаються на DA. Поведінка або умови, які є наслідком резистентності або виснаження DA, є проявом RDS [30]. Біохімічний дефіцит винагороди індивідуума може бути легким, результатом надлишкового або стресового стану, або більш серйозним, результатом дефіциту DA, заснованого на генетичному складі. RDS або шляхи боротьби з винагородою допомагають пояснити, як певні генетичні аномалії можуть викликати складну аберантну поведінку. Може існувати загальна нейробіологія, нейро-схема і нейроанатомія, для ряду психічних розладів і множинної залежності. Загальновідомо, що наркотики, алкоголь, секс, їжа, азартні ігри та агресивні хвилювання, дійсно, найбільш позитивні підсилювачі, викликають активацію і звільнення нейронів від DA і можуть зменшувати негативні почуття. Аномальні прагнення пов'язані з низькою функцією DA [33]. Ось приклад того, як складні поведінки можуть бути вироблені специфічними генетичними передумовами. Дефіцит, наприклад, рецепторів D2 є наслідком наявності варіанта A1 гена DRD2 [34] може схиляти людей до високого ризику тягу, яка може задовольнятися множиною звикання, імпульсивною та нав'язливою поведінкою. Цей дефіцит може бути посилений, якщо індивідуум має інший поліморфізм, наприклад, ген DAT, що призводить до надмірного видалення DA з синапсу. Крім того, використання речовин і поведінки аборантів також знижують рівень ДА. Таким чином, RDS може проявлятися у важких або легких формах, що є наслідком біохімічної нездатності отримувати винагороду від звичайної, повсякденної діяльності. Хоча багато генів і поліморфізмів предрасполагают індивідуумів до аномальної функції DA, носії аллелю Taq1 A1 гена DRD2 не мають достатньої кількості DA рецепторних ділянок для досягнення відповідної чутливості DA. Цей дефіцит ДА в місці винагороди мозку може призвести до нездорових апетитів і прагнення. По суті, вони шукають речовини, такі як алкоголь, опіати, кокаїн, нікотин, глюкоза і поведінку; навіть аномально агресивні поведінки, які, як відомо, активують допамінергічні шляхи і викликають переважне вивільнення DA в NAc. Зараз є докази того, що скоріше, ніж NAc, передня поясна частина поясу може бути залучена до оперантного прийняття рішень на основі зусиль [35-37] і ділянку рецидиву.
Погіршення гена DRD2 або інших генів рецепторів DA, таких як DRD1, що беруть участь у гомеостазі, і так званої нормальної функції мозку, може в кінцевому підсумку призвести до нейропсихічних розладів, включаючи аберантне лікарський засіб і поведінку, що шукає їжу. Показано, що пренатальне зловживання наркотиками у вагітних жінок має глибокі наслідки для нейрохімічного стану потомства. До них відноситься етанол [38]; канабіс [39]; героїн [40]; кокаїн [41]; і зловживання наркотиками взагалі [42]. Останнім часом Novak et al. [43] надали вагомі докази того, що аномальний розвиток стриарних нейронів є частиною патології основних психічних захворювань. Автори виявили недостатньо розвинуту мережу генів (ранні) у щурів, у яких відсутні важливі шляхи рецепталі стриата (сигналізація). На двох післяпологових тижнях мережа знижується і замінюється мережею зрілих генів, що експресують стритально-специфічні гени, включаючи рецептори DA D1 і D2, і забезпечуючи ці нейрони функціональною ідентичністю і фенотиповими характеристиками. Таким чином, цей перехідний механізм розвитку як у щура, так і у людини, має потенціал бути схильною до порушення росту за рахунок факторів навколишнього середовища, таких як надмірне поширення харчових продуктів, як сіль, і зловживання наркотиками.
Допаміновий транспортер (DAT)
Транспортер DA (також DA-активний транспортер, DAT, SLC6A3) є мембранно-остовним білком, який відправляє нейромедіатор DA з синапсу назад в цитозоль, з якого інші відомі транспортери захоплюють DA і норепінефрін в нейрональні везикули для подальшого зберігання і подальшого вивільнення [44].
Білок DAT кодується геном, розташованим на хромосомі людини 5, довжиною приблизно 64 kbp і складається з екзона, що кодує 15. Зокрема, ген DAT (SLC6A3 або DAT1) локалізований в хромосомі 5p15.3. Крім того, існує поліморфізм VNTR в межах некодуючої області 3 ′ DAT1. Генетичний поліморфізм гена DAT, який впливає на кількість експресованого білка, свідчить про асоціацію між розладами, пов'язаними з DA і DAT.45]. Добре встановлено, що DAT є первинним механізмом, який очищає DA від синапсів, за винятком префронтальної кори, де зворотне захоплення DA включає норадреналін [46,47]. DAT припиняє сигнал DA, видаляючи DA з синаптичної щілини і вкладаючи її в навколишні клітини. Важливо відзначити, що деякі аспекти нагородження та пізнання є функціями DA і DAT полегшують регулювання сигналізації DA48].
Слід зазначити, що DAT є інтегральним мембранним білком і вважається симпортером і ко-транспортером, який переміщує DA з синаптичної щілини через мембрану фосфоліпідних клітин, поєднуючи його рух до руху іонів Na по електрохімічному градієнту (полегшена дифузія) і в клітку.
Більш того, функція DAT вимагає послідовного зв'язування і котранспорту двох іонів Na і одного хлорид-іона з DA підкладкою. Рушійною силою для DAT-опосередкованого зворотного захоплення DA є градієнт концентрації іонів, що генерується плазматичною мембраною Na + / K + ATPase [49].
Sonders et al. [50] оцінили роль широко поширеної моделі функції моноамінових транспортерів. Вони виявили, що функція нормального моноамінного транспортера вимагає встановлених правил. Наприклад, іони Na повинні зв'язуватися з позаклітинним доменом транспортера, перш ніж DA може зв'язуватися. Як тільки DA зв'язується, білок зазнає конформаційне зміна, що дозволяє як Na, так і DA роз'єднатися на внутрішньоклітинній стороні мембрани. Ряд електрофізіологічних досліджень підтвердив, що DAT транспортує одну молекулу нейромедіатора через мембрану з одним або двома іонами Na, як і інші моноамінні транспортери. Негативно заряджені іони хлору необхідні для запобігання накопичення позитивного заряду. Ці дослідження використовували радіоактивно-мічений DA і також показали, що швидкість і напрямок транспорту повністю залежать від градієнта Na [51].
Оскільки добре відомо, що багато зловживання викликають вивільнення нейрональних ДА52], DAT може мати певну роль у цьому ефекті. Через щільне зчеплення мембранного потенціалу і градієнта Na, викликані активністю зміни мембрани полярності можуть різко впливати на швидкість транспортування. Крім того, транспортер може сприяти вивільненню DA, коли нейрон деполяризує53]. По суті, як зазначає Vandenbergh et al. [54Білок DAT регулює нейротрансмісію, опосередковується DA, шляхом швидкого накопичення DA, що вивільняється в синапс.
Топологія мембрани DAT спочатку була теоретичною, визначалася на основі аналізу гідрофобної послідовності та подібності з транспортером GABA. Початковий прогноз Kilty et al. [55великої позаклітинної петлі між третьою і четвертою з дванадцяти трансмембранних доменів підтверджували Вон і Кухар [56], коли вони використовували протеази, щоб перетравити білки на більш дрібні фрагменти, і глікозилювання, яке відбувається тільки на позаклітинних петлях, для перевірки більшості аспектів структури DAT.
DAT був виявлений в областях мозку, де є допамінергічні схеми, ці області включають мезокортикальний, мезолімбічний і нігростріатний шляхи [57]. Ядра, що складають ці шляхи, мають різні форми експресії. DAT не було виявлено в межах будь-якої синаптичної щілини, що говорить про те, що зворотне захоплення striatal DA відбувається за межами синаптичних активних зон після того, як DA дифундує з синаптичної щілини.
Два алелі, повторення 9 (9R) і повтори 10 (10R) VNTR можуть збільшити ризик для поведінки RDS. Присутність 9R VNTR асоціюється з алкоголізмом і розладом використання речовин. Було показано, що збільшує транскрипцію білка DAT, що призводить до посилення кліренсу синаптичного DA, що призводить до зниження DA і DA активації постсинаптичних нейронів [58]. Тандемні повтори DAT були пов'язані з чутливістю до нагороди і високим ризиком розладу дефіциту уваги (ADHD) як у дітей, так і у дорослих.59,60]. Аллель повторення 10 має невелику, але значущу зв'язок з симптомами гіперактивності-імпульсивності (HI) [61].
Картографування генів-винагород і RDS
Підтримка імпульсивного характеру осіб, які мають варіанти дофамінергічного гена та інших нейротрансмітерів (наприклад, DRD2, DRD3, DRD4, DAT1, COMT, MOA-A, SLC6A4, Mu, GABAB) є результатом ряду важливих досліджень, що ілюструють генетичний ризик для поведінки, що шукає наркотики, на основі досліджень асоціацій та зв'язків, які вказують на наявність цих алелей як ризику, що впливає на мезокортиколімбічну систему (Таблиця 1). Наша лабораторія спільно з компанією LifeGen, Inc. і Dominion Diagnostics, Inc. проводить дослідження із залученням дванадцяти вибраних центрів у США для перевірки першого запатентованого генетичного тесту для визначення генетичного ризику пацієнта для RDS під назвою Genetic Addiction risk score ™ ( GARS).
Подяки
Автори оцінюють експертні редакційні матеріали Маргарет А. Мадіган і Паула Дж. Едж. Ми цінуємо коментарі Еріка Р. Бравермана, Ракеля Ломанна, Джоан Борстен, Б. В. Даунса, Роджера Л. Уейта, Мері Хаузер, Джона Феміно, Девіда Е. Сміта і Томаса Сімпатіко. Марлен Оскар-Берман одержує гранти від Національних інститутів охорони здоров'я, NIAAA RO1-AA07112 і K05-AA00219 і Служби медичних досліджень Міністерства у справах ветеранів США. Ми також визнаємо вхідний виклад справи Карен Херлі, виконавчий директор Національного інституту досліджень цілісного наркоманії, North Miami Beach Florida. Частина цієї статті була підтримана грантом, присудженим Фонду Шлях NY від Life Extension Foundation.
Виноски
Це стаття з відкритим доступом, яка розповсюджується згідно з умовами ліцензії Creative Commons Attribution, яка дозволяє необмежене використання, розповсюдження та відтворення на будь-якому носії, за умови, що автор і джерело кредитуються.
зіткнення інтересів Кеннет Блюм, доктор філософії, має низку патентів США та закордонних патентів, що стосуються діагностики та лікування РДС, і який має виключну ліцензію на LifeGen, Inc. Lederach, PA. Dominion Diagnostics, LLC, Північний Кінгстаун, Род-Айленд, разом із LifeGen, Inc., беруть активну участь у комерційній розробці GARS. Джон Джордано також є партнером LifeGen, Inc. Інших конфліктів інтересів не існує, і всі автори прочитали та схвалили рукопис.