nguồn
Học viện Nathan Kline, Orangeburg, New York, 10962, Hoa Kỳ. [email được bảo vệ]
Tóm tắt
Trẻ em và thanh thiếu niên ngày càng tiếp xúc với thuốc kích thích tâm thần, bất hợp pháp hoặc để điều trị các bệnh lý thần kinh thông thường, chẳng hạn như rối loạn thiếu tập trung có và không có tăng động. Mặc dù việc sử dụng rộng rãi các chất kích thích tâm thần ở các nhóm tuổi trẻ hơn, người ta biết rất ít về các phản ứng kích thích thần kinh phân tử mãn tính đối với các tác nhân này trong não chưa trưởng thành. Ở đây chúng tôi chứng minh rằng, sau khi sử dụng thuốc kích thích kinh niên cocaine và amphetamine, yếu tố phiên mã DeltaFosB được điều chỉnh trong accumbens hạt nhân của tuổi vị thành niên chuột nhưng không ở giai đoạn sau cai sữa hoặc người lớn chuột. Cảm ứng DeltaFosB cũng xảy ra độc quyền trong putamen caudate của tuổi vị thành niên chuột sau khi amphetamine hành chính. Những kết quả này chứng minh tính dẻo duy nhất trong não thanh thiếu niên của một phân tử quan trọng điều chỉnh hành động kích thích tâm thần và cho thấy những thay đổi về phản ứng thần kinh này có thể liên quan đến việc hòa giải nâng cao xu hướng gây nghiện ở thanh thiếu niên so với người lớn.
Giới thiệu
Thuốc kích thích tâm thần được sử dụng trong điều trị các rối loạn phổ biến ở trẻ em, chẳng hạn như rối loạn tăng động giảm chú ý. Ngoài ra, lạm dụng các chất kích thích, bao gồm amphetamine và cocaine, là phổ biến ở thanh thiếu niên, độ tuổi có bằng chứng cho xu hướng gây nghiện tăng cường so với người lớn (Estroff và cộng sự, 1989; Myers và Anderson, 1991). Mặc dù dữ liệu chỉ ra các hiệu ứng hành vi được điều chỉnh phát triển, người ta biết rất ít về các phản ứng kích thích thần kinh phân tử trong não chưa trưởng thành xảy ra trong thời gian sử dụng các tác nhân này. Cocaine và amphetamine có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi hành vi lâu dài một phần thông qua kích thích dopamine D1thụ thể và tăng mức độ của các yếu tố phiên mã, bao gồm ΔFosB, trong vây lưng (ví dụ, caudate putamen) và vân bụng (ví dụ, accumbens hạt nhân) (Chen và cộng sự, 1997). Sự gia tăng nồng độ ΔFosB, có lẽ thông qua việc ổn định các sản phẩm protein, được duy trì trong vài tuần sau khi tiếp xúc lâu dài với cocaine hoặc amphetamine và được điều chỉnh ít nhất một phần bởi con đường truyền tín hiệu dopamine (Chen và cộng sự, 1997; Nestler và cộng sự, 2001).
Hệ thống dopaminergic trung tâm của động vật trẻ rất nhiều do thông lượng do sự thay đổi mức độ của các phân tử quan trọng trong quá trình phát triển bình thường, bao gồm cả dopamine D1thụ thể DkvP-32 (dopamine và cAMP được điều hòa phosphoprotein; Mr của 32 kDa) và cAMP (Ehrlich và cộng sự, 1990;Te Rich và cộng sự, 1993; Perrone-Capano và cộng sự, 1996; Tarazi và cộng sự, 1999;Andersen, 2002). Do đó, việc tiếp xúc với thuốc kích thích tâm thần, giúp tăng cường dẫn truyền thần kinh dopaminergic, do đó có thể dẫn đến các phản ứng phân tử định lượng và / hoặc khác nhau về chất, bao gồm thay đổi biểu hiện FosB. Để kiểm tra giả thuyết rằng có các phản ứng kích thích thần kinh phụ thuộc vào tuổi khi tiếp xúc mãn tính với thuốc kích thích tâm thần, ba nhóm chuột đã được phân tích trong các thí nghiệm nối tiếp: người trưởng thành (60 d già khi bắt đầu tiêm), periadolescent (33 d cũ khi bắt đầu tiêm), và sau cai sữa (24 d cũ khi bắt đầu tiêm). Đây là so sánh trực tiếp đầu tiên của các phản ứng kích thích thần kinh phân tử với phơi nhiễm thuốc kích thích tâm thần mãn tính ở ba nhóm tuổi này. Chúng tôi thấy rằng, sau các mô hình điều trị giống hệt nhau, chuột periadolescent cho thấy sự điều hòa FosB tăng cường để đáp ứng với cả cocaine và amphetamine.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Động vật và quản lý thuốc. Chuột đực CD-1 (Phòng thí nghiệm Charles River, Kingston, NY) được đặt trong chu kỳ sáng / tối của 12 (6: 00 AM đến 6: 00 PM) với quảng cáo tự dotiếp cận với thực phẩm và nước. Động vật được phép chứa trong phòng động vật tối thiểu là 10 d trước khi bắt đầu tiêm. Động vật đã được xử lý bởi hai nhà điều tra đã thực hiện tất cả các mũi tiêm trong cùng một phòng trong đó các động vật được nhốt trong nhà. Tất cả các động vật được cai sữa ở 21 d tuổi. Tiêm bắt đầu ở 24 (sau cai sữa), 33 (periadolescent) hoặc 60 (trưởng thành) d tuổi. Động vật đã nhận được 20 mg / kg cocaine (Sigma, St. Louis, MO), 5 mg / kg amphetamine (Sigma) hoặc một thể tích muối bằng nhau trong màng bụng giữa 4: 00 và 5 PM hàng ngày cho 00 d. Động vật đã bị giết bằng cách chặt đầu sau khi tiếp xúc ngắn với CO2 tại 10: 00 AM vào ngày sau lần tiêm cuối cùng. Não bộ ngay lập tức được lấy ra khỏi hộp sọ, và putamen caudate và accumbens nhanh chóng được mổ xẻ trên băng. Tất cả các phẫu thuật được thực hiện từ các lát não vành bởi một điều tra viên duy nhất và chiết xuất protein được điều chế từ mô tươi mà không bị đóng băng. Tất cả các thủ tục động vật đã được phê duyệt bởi Ủy ban Chăm sóc và Sử dụng Động vật Thể chế và phù hợp với Viện Y tế Quốc gia Hướng dẫn chăm sóc và sử dụng động vật trong phòng thí nghiệm.
Phân tích blot phương Tây. Đối với các phân tích Western blot, một lượng protein bằng nhau (40 g đối với caudate putamen và 20 g đối với accumbens hạt nhân) từ mỗi mẫu được nạp vào từng làn của gel 10% SDS-polyacrylamide sau khi đo nồng độ protein với xét nghiệm BCA-polyacrylamide Rockford, IL). Tải lượng protein bằng nhau cũng được xác minh bằng cách trực quan hóa tổng protein bằng Ponceau Red sau khi chuyển thành nitrocellulose và / hoặc làm mờ bằng kháng thể chống actin (1: 500; Sigma). Kháng nguyên kháng nguyên liên quan đến Fos (FRA), nhận ra các đồng dạng ΔFosB, được cung cấp rộng rãi bởi Tiến sĩ M. Iadarola (Viện Y tế Quốc gia, Bethesda, MD) và được sử dụng ở nồng độ 1: 4000. Các nghiên cứu trước đây (Chen và cộng sự, 1997; Hiroi và cộng sự, 1997), bao gồm cả sự hấp thụ của kháng thể FRA với kháng thể miễn dịch M-peptide, đã chứng minh tính đặc hiệu của kháng huyết thanh này. Kháng thể đơn dòng DkvP-32 5a, được sử dụng tại 1: 10,000, được cung cấp rộng rãi bởi các Tiến sĩ. Hugh Hemmings và Paul Greengard (Đại học Rockefeller, New York, NY). Kháng thể vận chuyển dopamine (DAT) là từ Chemiaon (Temecula, CA). Các blots đã được phản ứng với hệ thống hóa phát quang NEN-DuPont (Boston, MA) và tiếp xúc với phim. Các giá trị mật độ cho khả năng miễn dịch ΔFosB đã thu được bằng cách sử dụng ScanAnalysis cho Apple (Biosoft, Ferguson, MO). Ý nghĩa thống kê được xác định bằng cách sử dụng ANOVA một chiều, theo sau là bài hoc Bài kiểm tra so sánh nhiều lần của Tukey hoặc của một Học sinh không ghép đôi, hai bên t kiểm tra như được chỉ ra trong truyền thuyết hình. Đối với các thí nghiệm điều trị bằng thuốc, phân tích từng nhóm tuổi được thực hiện trên một blot riêng biệt và do đó, mỗi nhóm nước muối được gán tùy ý giá trị 100% để so sánh giữa các nhóm tuổi. Đối với các nghiên cứu ontogeny, các mẫu từ tất cả các nhóm tuổi được phân tích cùng nhau trên một đốm.
KẾT QUẢ
Cảm ứng ΔFosB sau khi cocaine và amphetamine xảy ra trong nhân tế bào của chuột chỉ có tuổi vị thành niên
Biểu hiện của ΔFosB được đo trong nhân accumbens và caudate putamen của sau cai sữa, periadolescent và chuột trưởng thành sau khi dùng 7 d của amphetamine hoặc cocaine. Hạt nhân accumbens là vùng não được cho là quan trọng nhất để làm trung gian cho các tác dụng bổ ích của thuốc kích thích tâm thần. FosB miễn dịch miễn dịch (35 kDa) đã được chọn lọc gây ra trong các hạt nhân của động vật periadolescent sau khi sử dụng amphetamine mãn tính (Hình. 1 A) hoặc cocaine (Hình. 1 B). Ngược lại, mức độ ΔFosB (35 kDa) không bị thay đổi đáng kể trong các hạt nhân của động vật sau cai sữa hoặc động vật trưởng thành (Hình.1 A,B). Trong putamen caudate, nồng độ ΔFosB (35 kDa) cũng được điều chỉnh đáng kể sau khi dùng amphetamine mãn tính chỉ ở động vật quanh tuổi (Hình.2 A). Tất cả ba nhóm tuổi cho thấy sự gia tăng đáng kể biểu hiện ΔFosB (35 kDa) trong putamen caudate sau khi dùng cocaine mạn tính (Hình.2 B). Tuy nhiên, cường độ của cảm ứng là lớn nhất ở động vật quanh tuổi, đặc biệt là so với sau cai sữa (Hình. 2 B). Các đồng dạng FRA và Fos khác không được thay đổi trong tất cả các nhóm tuổi (dữ liệu không được hiển thị).
FosB miễn dịch miễn dịch trong nhân accumbens sau khi dùng thuốc kích thích tâm thần mãn tính. Chuột CD-1 được tiêm một lần mỗi ngày bằng nước muối, amphetamine hoặc cocaine cho 7 d bắt đầu vào ngày 24 (P24; sau cai sữa), ngày 33 (P33; periadolescent), hoặc ngày 60 (Người lớn). Mức độ miễn dịch ΔFosB (35 kDa) trong accumbens hạt nhân được hiển thị sau khi amphetamine mãn tính (A) hoặc cocaine (B) hành chính. Immunoblots đại diện từ nước muối- (S), amphetamine- (A) và cocaine- (C) tiêm sau cai sữa (P24), tuổi vị thành niên (P33) và chuột trưởng thành được hiển thị trong tấm trên cùng. Tấm dưới cùng hiển thị trung bình ± phần trăm SEM của biểu thức ΔFosB cơ bản. n các giá trị cho mỗi nhóm được hiển thị trong thanh. Sự gia tăng đáng kể của ΔFosB đã được tìm thấy trong các hạt nhân của chỉ những con chuột periadolescent. *p <0.05; **p <0.01 (Của sinh viên t kiểm tra; nước muối vs thuốc).
FosB miễn dịch miễn dịch trong putamen caudate sau khi dùng thuốc kích thích tâm thần mãn tính. Chuột CD-1 được tiêm một lần mỗi ngày bằng nước muối, amphetamine hoặc cocaine cho 7 d bắt đầu vào ngày 24 (P2KHAI THÁC; sau cai sữa), ngày 4 (P33; periadolescent), hoặc ngày 60 (Người lớn). Mức độ miễn dịch ΔFosB (35 kDa) trong putamen caudate được hiển thị sau khi amphetamine mãn tính (A) hoặc cocaine (B) hành chính. Immunoblots đại diện từ nước muối- (S), amphetamine- (A) và cocaine- (C) tiêm chuột periadolescent (P33) được hiển thị trongtấm trên cùng. Tấm dưới cùng hiển thị trung bình ± phần trăm SEM của biểu thức ΔFosB cơ bản. n các giá trị cho mỗi nhóm được hiển thị trong thanh. Sự gia tăng đáng kể do amphetamine gây ra trong khả năng miễn dịch ΔFosB đã được tìm thấy trong putamen caudate của chỉ chuột periadolescent (A). Quản lý cocaine mãn tính sản xuất tăng FosB ở cả ba nhóm tuổi (B). *p <0.05; **p <0.01 (Của sinh viên t kiểm tra; nước muối vs thuốc).
Mức độ DAT và DkvP-32 không bị thay đổi sau khi cocaine hoặc amphetamine mãn tính
Một số phân tử quan trọng được biểu hiện bởi các tế bào thần kinh dopaminergic và / hoặc dopaminoc cảm, bao gồm DkvP-32, D1 thụ thể dopamine và DAT, góp phần đáp ứng cấp tính và mãn tính với thuốc kích thích tâm thần (Moratalla và cộng sự, 1996; Fienberg và cộng sự, 1998; Sora và cộng sự, 1998; Gainetdinov và cộng sự, 2001). Dữ liệu từ DkvP-32, D1 thụ thể, và chuột hạ gục DAT null và DAT cho thấy mối quan hệ phức tạp giữa các cấp độ của chúng, quy định hoạt động của dopaminergic và phản ứng với thuốc kích thích tâm thần. Trên thực tế, cảm ứng ΔFosB không xảy ra ở chuột null DkvP-32 nhận cocaine mạn tính (Fienberg và cộng sự, 1998). Tuy nhiên, ở chuột trưởng thành, 7 d tiếp xúc với 20 mg / kg cocaine không làm thay đổi tổng mức DkvP-32 (Fienberg và cộng sự, 1998). Sự điều hòa protein DAT đã không được báo cáo trước đây ở những con chuột tiếp xúc lâu dài với thuốc kích thích tâm thần, mặc dù những thay đổi trong radioligand liên kết với chất vận chuyển dopamine sau khi tiếp xúc với thuốc kích thích tâm thần đã được báo cáo ở một số loài (Letchworth và cộng sự, 2001). Ở đây, chúng tôi đã đo mức protein DkvP-32 và DAT để xác định xem biểu hiện của các protein này có bị thay đổi sau khi dùng thuốc kích thích tâm thần mãn tính ở bất kỳ ba lứa tuổi nào của chuột hay không. Các phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng không có sự thay đổi đáng kể về mức độ của tổng số DkvP-32 hoặc DAT trong toàn bộ caudate putamen hoặc nucleus accumbens sau khi sử dụng cocaine hoặc amphetamine mãn tính ở bất kỳ nhóm nào trong ba nhóm tuổi (Bảng 1).
Các giá trị mật độ tương đối cho DkvP-32 và DAT trong P24, P33 và chuột trưởng thành được điều trị bằng amphetamine và chuột trưởng thành liên quan đến kiểm soát, giá trị muối, được đặt tùy ý ở mức 100%
Các mức cơ bản của ΔFosB được quy định phát triển
Chúng tôi đã kiểm tra mức độ tăng sinh của ΔFosB vì những con chuột trưởng thành có biểu hiện tăng gen di truyền của ΔFosB trong thể vân có phản ứng hành vi cao đối với thuốc kích thích tâm thần (Kelz và cộng sự, 1999). Chúng tôi thấy rằng mức độ cơ bản của ΔFosB thấp hơn đáng kể ở động vật trẻ so với con trưởng thành ở cả putamen caudate và accumbens hạt nhân (Hình.3 A). Các mức độ đánh dấu chức năng của hệ thống dopamine, bao gồm DkvP-32 (Ehrlich và cộng sự, 1990), ĐẠT (Perrone-Capano và cộng sự, 1996) và thụ thể dopamine (Te Rich và cộng sự, 1993; Tarazi và cộng sự, 1999) cũng được quy định phát triển. Các báo cáo trước đây trên chuột CD-1 cho thấy mức cao nhất trong DkvP-32 xuất hiện vào ngày sau khi sinh 28 (P28) (Ehrlich và cộng sự, 1990). Trong chuột caudate putamen và hạt nhân accumbens, D1mức độ thụ thể đạt đỉnh từ P28 đến P40 (Te Rich và cộng sự, 1993; Tarazi và cộng sự, 1999), nhưng các nghiên cứu tương tự chưa được thực hiện trên chuột. Ngược lại, ở đây, chúng tôi thấy rằng hàm lượng protein ĐẠT trong putamen caudate và accumbens hạt nhân là không đổi giữa ngày sau khi sinh 24 và tuổi trưởng thành (Hình. 3 B). Do đó, tỷ lệ tương đối giữa D1 Các thụ thể, DAT, DkvP-32 và ΔFosB khác nhau giữa các nhóm tuổi, có khả năng dẫn đến sự khác biệt về D1 hoạt động của thụ thể có thể ảnh hưởng đến mức độ cảm ứng ΔFosB.
Biểu hiện phát triển của ΔFosB và DAT. A, ΔFosB (35NH 37 kDa) miễn dịch trong caudate putamen và nhân accumbens của chuột CD-1 ngây thơ như một chức năng của tuổi. Immunoblots đại diện được hiển thị trong tấm trên cùng.Tấm dưới cùng hiển thị nghĩa là ± SEM của ba con chuột trong mỗi nhóm. *p <0.05, người lớn so với P24; #p <0.05, người lớn so với P36 (kiểm tra so sánh nhiều lần của Tukey sau ANOVA). B, Giá trị mật độ của khả năng miễn dịch của DAT trong putamen caudate và accumbens hạt nhân cho chuột CD-1 ngây thơ như là một chức năng của tuổi. Mức độ của ĐẠT không khác nhau giữa ba nhóm tuổi.
THẢO LUẬN
Tác dụng hành vi của thuốc kích thích tâm thần phụ thuộc vào độ tuổi. Xu hướng gây nghiện là cao nhất ở tuổi thanh thiếu niên, khi sử dụng các chất bất hợp pháp leo thang (Estroff và cộng sự, 1989; Myers và Anderson, 1991). Trên thực tế, trẻ nhỏ thường xuyên bị rối loạn chức năng khi tiếp xúc với thuốc kích thích tâm thần, trong khi thanh thiếu niên và người lớn trải qua cảm giác hưng phấn (Rapoport và cộng sự, 1980). Trong các mô hình gặm nhấm, một số nghiên cứu cho thấy rằng động vật quanh năm có mức hoạt động cơ bản cao hơn (Giáo và phanh, 1983) và các phản ứng thay đổi đối với thuốc kích thích tâm thần so với động vật trẻ và già. Do đó, họ cho thấy ít kích thích cơ địa và tìm kiếm sự mới lạ để đáp ứng với việc sử dụng thuốc điều trị tâm thần liều thấp liên quan đến cai sữa và động vật trưởng thành nhưng tăng tính hiếu động sau khi điều trị liều cao. Với chính quyền mãn tính, sự nhạy cảm với sự vận động do cocaine gây ra ở chuột trưởng thành nhiều hơn so với người trưởng thành, trong khi đó độ nhạy cảm với rập khuôn thấp hơn. Ngoài ra, dữ liệu phân tích vi mô đã cho thấy sự khác biệt giữa chuột trưởng thành và chuột trưởng thành liên quan đến sự nhạy cảm với việc giải phóng dopamine do amphetamine gây ra (Laviola và cộng sự, 1995; Adriani và cộng sự, 1998; Adriani và Laviola, 2000;Laviola và cộng sự, 2001). Tuy nhiên, có những nghiên cứu mâu thuẫn về khả năng phản ứng lâu dài với cocaine sau khi dùng methylphenidate ở chuột vị thành niên (Brandon và cộng sự, 2001; Andersen và cộng sự, 2002). Hai báo cáo sau nêu bật những khó khăn trong việc so sánh các nghiên cứu khi các mô hình thí nghiệm khác nhau được sử dụng. Nỗ lực so sánh các nghiên cứu hành vi ở động vật trẻ còn bị bối rối hơn khi sử dụng các loài và chủng khác nhau.
Chuột đang trở thành một mô hình động vật ngày càng quan trọng trong nghiên cứu sử dụng và lạm dụng thuốc kích thích tâm thần, và đây là phân tích có hệ thống đầu tiên về phản ứng kích thích thần kinh phân tử ở ba lứa tuổi phát triển khác nhau ở chuột hoặc bất kỳ loài nào khác. Các nghiên cứu trước đây từ đó chúng tôi đã đưa ra các mô hình điều trị đã chứng minh sự gia tăng ΔFosB ở vùng lưng và vây bụng bị cô lập của chuột trưởng thành hoang dã sau khi dùng cocaine và amphetamine mãn tính (Hy vọng và cộng sự, 1994; Nye và cộng sự, 1995; Turgeon và cộng sự, 1997) nhưng chỉ trong các vây lưng kết hợp và vây bụng hoặc vây lưng bị cô lập của chuột trưởng thành hoang dã sau khi cocaine mãn tính (Fienberg và cộng sự, 1998; Zachariou và cộng sự, 2001).
Bây giờ chúng tôi chứng minh sự khác biệt về không gian và định lượng ở FosB gây ra bởi thuốc kích thích tâm thần ở chuột sau cai sữa, periadolescent và chuột trưởng thành. Việc quan sát phản ứng tăng cao ở động vật trưởng thành so với người trưởng thành và sau cai sữa được củng cố bởi thực tế là phản ứng tương tự ở chuột được điều trị bằng cocaine và amphetamine. Các chất kích thích tâm thần cocaine và amphetamine đều làm tăng dopamine synap, cũng như serotonin và norepinephrine, nhưng theo các cơ chế khác nhau. Cocaine liên kết với các chất vận chuyển plasmalemma cho dopamine, serotonin và norepinephrine và ức chế tái hấp thu của chúng vào các thiết bị đầu cuối trước sinh. Ngược lại, amphetamine thúc đẩy sự giải phóng các chất dẫn truyền này. Cảm ứng chọn lọc ΔFosB trong nhân tế bào chỉ thuộc nhóm tuổi vị thành niên sau khi dùng thuốc kích thích và kích thích tương đối cao của FosB trong putamen caudate có thể là một biểu hiện sinh học thần kinh nhóm tuổi (Estroff và cộng sự, 1989; Myers và Anderson, 1991) và những thay đổi dài hạn khác trong biểu hiện gen, khác nhau giữa các nhóm tuổi (Andersen và cộng sự, 2002). Hơn nữa, những khác biệt này có thể được điều chỉnh nội tại bởi sự thay đổi phát triển về mức độ của các phân tử chính, bao gồm cả ΔFosB. Ý nghĩa tiềm tàng của sự khác biệt về mức độ cơ bản của ΔFosB giữa các nhóm tuổi là tương tự như đề xuất về sự khác biệt giữa các chủng chuột (Haile và cộng sự, 2001). Trên thực tế, chúng tôi dự đoán rằng sự khác biệt về chủng tương tự sẽ được tìm thấy ở những con chuột lai. Cũng có thể những con chuột ở các độ tuổi khác nhau sẽ cho thấy sự thích nghi phân tử khác nhau trong các khu vực của não khác với các hạt nhân. Phân tích bổ sung sử dụng chuột periadolescent với sự thay đổi biến đổi gen về mức độ của các phân tử quan trọng và quan sát hành vi đồng thời sẽ kiểm tra thêm các giả thuyết này.
Chú thích
- Nhận được Tháng Tư 8, 2002.
- Sửa đổi nhận được Tháng 8 6, 2002.
- Được chấp nhận Tháng 8 8, 2002.
Công trình này được hỗ trợ bởi Viện sức khỏe quốc gia / Viện rối loạn thần kinh và đột quỵ quốc gia NS41871 (MEE và EMU) và Viện quốc gia về lạm dụng ma túy cấp P30-DA13429 (EMU).
Các thư tương ứng nên được gửi tới Tiến sĩ Michelle E. Ehrlich, Đại học Thomas Jefferson, Curtis 310, 1025 Walnut Street, Philadelphia, PA 19107. E-mail: [email được bảo vệ].
- Bản quyền © 2002 Hội Khoa học thần kinh
;