Beroendeförändrade förändringar i d1- och d2-dopaminreceptors beteendespons efter kronisk kokain självadministrering | Neuropsychopharmacology

Beroendeförändrade förändringar i d1- och d2-dopaminreceptors beteendespons efter kronisk kokain självadministrering | Neuropsychopharmacology

Anonim

Abstrakt

Den kokainberoende fenotypen kan modelleras i råttor baserat på individuella skillnader i föredragna nivåer av kokainintag och en benägenhet för återfall vid tillbakadragande. Dessa beteenden med kokaintagande och sökande regleras starkt men differentiellt av postsynaptiska D1- och D2-receptorer i det mesolimbiska dopaminsystemet. Således bestämde vi huruvida missbruk-relaterade skillnader i kokain självadministrering skulle vara relaterade till differentiell känslighet i funktionella Dl- och D2-receptorsvar. Med användning av en befolkning på 40 utbredda Sprague – Dawley-råttor tränade för att själv administrera kokain under 3 veckor fann vi att djur med högre föredragna nivåer av kokainintag uppvisade en vertikal och höger förskjutning i självadministrationsdos-responsfunktionen, och var mer resistent mot utrotning från självadministrering av kokain, liknande fenotypiska förändringar rapporterade i andra modeller av kokainberoende. Efter tre veckors avlägsnande från självadministrering av kokain var råttor med högt intag känsliga för förmågan hos D1-agonisten SKF 81297 att hämma kokain-sökande beteende som framkallades av kokainprimning, men överkänsligt för kokain-sökning utlöst av D2-agonistens quinpirol, jämfört med råttor med lågt intag. Dessutom utvecklade råttor med högt intag djupa ökningar i lokomotoriska svar på D2-receptorutmaning från tidiga till sena tillbakadragningstider, medan råttor med lågt intag utvecklade ökad respons på D1-receptorutmaning. I ett andra experiment misslyckades svar på den blandade D1 / D2-agonistapomorfinen och NMDA-glutamatreceptorantagonisten MK-801 mellan råttor med lågt och högt intag. Dessa fynd tyder på att kokainberoende är specifikt relaterat till differentiella förändringar i funktionella D 1 och D2-receptorer och deras förmåga att modulera kokain-sökande beteende.

INTRODUKTION

Narkotikamissbruk kan modelleras i gnagare baserat på fenotypiska skillnader i drogkonsumtion och läkemedelssökande beteende i ett försök att avgränsa "beroende" från "icke-tilldelade" biologiska tillstånd (Ahmed och Koob, 1998; Ahmed et al, 2000; Piazza et al, 2000; Sutton et al, 2000; Deroche-Gamonet et al, 2004). I ett tillvägagångssätt väljs den beroende fenotypen från utvald råttpopulationer baserat på högre föredragna läkemedelsintag. Tidigare studier har visat att råttor med högre föredragna nivåer av kokainintag också uppvisar en benägenhet för kokain-sökande beteende när förstärkning hålls kvar under självadministrering eller efter en period av tillbakadragande, och därmed omfattar båda beroendeframkallande egenskaper i en enda subpopulation (Piazza et al., 2000; Sutton et al, 2000).

Kokaintagande och sökande beteenden regleras starkt av D1-liknande (D1 och D5) och D2-liknande (D2, D3 och D4) klasser av dopaminreceptorer (nedan kallad D 1 och D2-receptorer). Systemisk förbehandling med antingen Dl- eller D2-receptoragonister minskar kokainens självadministrering hos råttor, medan förbehandling med antingen Dl- eller D2-receptorantagonister ökar intaget när tillgången till kokain är relativt obegränsad (t.ex. Koob et al, 1987; Corrigall och Coen, 1991; Caine et al, 1999), vilket tyder på att båda receptorerna ger hämmande återkopplingsreglering av kokainintaget under självadministrering. Återfallet till kokain-sökande beteende regleras också starkt av både D 1 och D 2 dopaminreceptorklasser, men här medier D 1 och D 2 receptorer differentiella effekter. Selektiv stimulering av D2-receptorer inducerar eller återupprättar starkt kokain-sökande beteende efter att kokain-sökande svar har släckts i tillbakadragande, medan selektiv D1-receptorstimulering ger relativt svaga återinförande effekter och dämpar kokain som söker framkallas av kokainrelaterade miljöledningar när agonister administreras systemiskt (Wise et al, 1990; Self et al, 1996; De Vries et al, 1999; Alleweireldt et al, 2002; Dias et al, 2004). Dessutom ger förbehandling med D1- och D2-agonister motsatta effekter på kokainens förmåga att återupprätta detta beteende, eftersom D1-agonister dämpar och D2-agonister underlättar kokain-sökning inducerad av kokainprimeringsinjektioner (Self et al, 1996; Alleweireldt et al, 2003). En liknande D 1 / D2-dikotomi reglerar kokainsökning i icke-mänskliga primater (Khroyan et al, 2000), och kan också undertrycka och stimulera begärsvar hos människor (Haney et al, 1998, 1999). Tillsammans tyder dessa studier på att D2-receptorer kan spela en viktig roll för att framkalla återfall till kokain som söker när miljöstimulier såsom kokainrelaterade signaler eller stress aktiverar det mesolimbiska dopaminsystemet (Phillips et al, 2003; Pruessner et al, 2004), medan D1-receptortonen kan ge hämmande reglering av kokain-sökande. I motsats till agonister blockerar både D1 och D2-receptorantagonister återinförande av kokain som söker hos råttor (Weissenborn et al, 1996; Ciccocioppo et al, 2001; Norman et al, 2002; Vorel et al, 2002; Schenk och Gittings, 2003 ; Gilbert et al., 2005) och oskillnad blockerar de återinförande effekterna av kärnans accumbens agonistadministration (Bachtell et al, 2005), i överensstämmelse med välkarakteriserade möjliggörande och synergistiska interaktioner mellan D 1 och D 2- receptorer på beteendespons (Waddington och Daly, 1993).

Övergången från icke-tillagda till beroende tillstånd kan återspegla differentiella anpassningar i känsligheten för dessa D1- och D2-receptormedierade svar, vare sig sensibilisering i D2-medierade svar som utlöser kokainsökning eller tolerans i D 1 -medierade svar som hämmar läkemedel söker framkallas av ledtrådar eller kokainprimning. Dessutom kunde högre föredragna nivåer av kokainintag hos missbrukade djur återspegla ett kompensationssvar till reducerad Di receptorfunktion. Vidare kan sådana skillnader uppstå eller förvärras under tillbakadragande av kokain, eftersom benägenheten för kokainsökning ökar på ett tidsberoende sätt från tidigt till sent tillbakadragande tider (Tran-Nguyen et al, 1998; Grimm et al, 2001).

I denna studie spårade vi förändringar i postsynaptisk D 1 och D 2 receptormedierad lokomotorisk respons från början av kokainens självadministrering till tidiga (2-3 dagar) och sena (4 veckor) tillbakadragningstider. Vi jämförde dessa förändringar med individuella skillnader i föredragna nivåer av kokainintag för att identifiera neuroadaptiva förändringar som kan bidra till utvecklingen av missbruk. Det är viktigt att vi också jämförde förmågan hos D 1- receptorstimulering att dämpa kokain som söker framkallas av kokainprimeringsinjektioner och förmågan att D2-receptorstimulering ensam kan utlösa återfall, efter en period av tillbakadragande för att identifiera potentiella skillnader i samband med en kokainberoende fenotyp. I motsats till lokomotoriska tester utmanades D1- och D2-receptorer under olika förhållanden i återinföringstester (med eller utan kokain) eftersom systemiskt administrerade D1-agonister har liten effekt på kokain med låg baslinje efter utrotning. Vi valde agonist snarare än antagonistutmaning för att bestämma receptors känslighet, eftersom korsblockering av en receptorsubtyp av antagonister som agerar vid den andra subtypen kunde dölja subtypspecifika förändringar i känslighet eller förhindra meningsfull tolkning av observerade effekter.

RESULTAT

Djur som själv administrerade kokain (0, 5 mg / kg / injektion under 18 dagliga 4-timmars sessioner) delades in i låga och höga intaggrupper ( n = 20 / grupp) baserat på en medianfördelning av det genomsnittliga kokainintaget under de senaste 6 dagarna av självadministrationsutbildning (figur 2a). Låga och höga intaggrupper var i genomsnitt 42, 5 ± 2, 1 och 54, 7 ± 3, 6 mg / kg / dag kokainintag i träningens dagar 13–18. Självadministrationsdata i denna anskaffningsfas analyserades inte statistiskt eftersom de återspeglar den oberoende variabeln som användes för att definiera studiegrupper. Det fanns inga signifikanta skillnader i dagliga aktiva / inaktiva spakresponsförhållanden mellan låga och höga intaggrupper, och båda grupperna diskriminerade effektivt förstärkt svar under hela träningen (visas inte). Självadministrering av kokain producerar en inverterad U-formad dos-svarskurva på scheman med låga fasta förhållanden, som sträcker sig över doströsklar för att upprätthålla självadministrering och ett fallande lem där ökning av injektionsdosen förlänger längden på kokaineffekter, vilket resulterar i färre själv -injektioner över tiden. Kokain självadministrering dos-svarskurvor bestämdes över fem testsessioner (figur 2b). Djur med högt intag uppvisade en vertikal förändring i maximal självadministrationsgrad jämfört med den låga intaggruppen (huvudeffekt av gruppen, F 1, 38 = 15, 775, p <0, 001), vilket tyder på större kokainförstärkning hos dessa djur, och överensstämde med fenotypiska skillnader observerade i en tidigare studie (Piazza et al, 2000). Djur med högt intag har också självadministrerat väsentligt större mängder kokain på den nedåtgående lemmen på kurvan (huvudeffekt över fyra doser, F 1, 38 = 42, 188, p <0, 001), en effekt som är tydligare när dos-responsdata är förvandlades till dosintagsdata baserat på den totala mängden kokain som konsumeras under de 4 timmarna testsessionerna (figur 2c). Denna skillnad i föredragna nivåer av kokainintag förvärrades genom att öka den injektionsdos som var tillgänglig för självadministrering (grupp × dosinteraktion, F 3, 114 = 7, 076, p <0, 001).

Image

Sjukadministration av kokain i 40 överträffade Sprague – Dawley-råttor. (a) Låga och höga intaggrupper ( n = 20 / grupp) bestämdes med median för genomsnittlig daglig administrering av kokain (0, 5 mg / kg / injektion) under de sista 6 av 18 4-timmars träningspass (solid line) . (b) Djur med högt intag uppvisar en förskjutning i maximal självadministrationshastighet och en höjdförskjutning i den fallande lemmen för självadministrationsdos-svarskurvan. (c) Uppgifter om självadministrering av kokain som konverterats till dosintagskurvor visar att djur med högt intag tar större dagliga mängder kokain i doser på den fallande delen av dos-svarskurvan som visas i panel (b). Data återspeglar medelvärdet ± SEM för låga och höga intaggrupper under varje testsamling. Stjärnor indikerar (b) en huvudeffekt av grupp av ANOVA, eller (c) att höga skiljer sig från djur med lågt intag genom tester för enkla effekter efter signifikant grupp efter interaktioner mellan testsessioner ( *** p <0, 001).

Bild i full storlek

Efter en 11-dagars tillbakadragningsperiod återvände djuren till självadministrationstestkamrarna, och motståndet mot utrotning av kokain-sökande beteende bestämdes av antalet icke-förstärkta läkemedelsparade spakrespons registrerade i dagliga 4-timmars testsessioner under 5 dagar . Fig. 3a visar att djur med högt intag deltog i en större läkemedelsparad spak som svarade än djur med lågt intag (huvudeffekten av gruppen, F 1, 38 = 8, 368, p = 0, 006), men svaret minskade till ekvivalenta nivåer vid den slutliga utrotningstestsessionen ( grupp × testdaginteraktion, F 4 152 = 9, 784, p <0, 001). Således, efter en period med tillbakadragande, var kokain som sökte framkallat genom initial exponering för det kokainparade miljöförhållandet tvåfaldigt större hos höga än hos djur med lågt intag. Dessutom var latensen för att släcka självadministrationsbeteendet, definierat som antalet testsessioner som krävs för att uppnå <60 spaktryck på 4 timmar, också betydligt längre i höga än i låga intaggrupper ( p = 0, 039). Sammantaget uppvisade djur med högt intag skillnader i självadministrering av kokain och kokain-sökande beteende som överensstämmer med beroende-förändringar rapporterade i tidigare studier.

Image

Utrotning av självadministrering av kokain hos djur med lågt och högt intag. (a) Djur med högt intag uppvisar två gånger större icke-förstärkta, läkemedelsparade spakrespons under det första 4 timmars utrotningstestet jämfört med djur med lågt intag. (b) Djur med högt intag visar också större resistens mot utrotning av självadministrering av kokain jämfört med djur med lågt intag, vilket uppnådde utrotningskriterier (<60 läkemedelsparade hävarespon / session) med längre latenser. Data återspeglar medelvärdet ± SEM för låga och höga intaggrupper ( n = 20 grupp). Asterisker indikerar att höga skiljer sig från djur med lågt intag genom tester för enkla effekter efter signifikant grupp efter interaktioner mellan testsessioner eller med t- test för utrotningslatenser ( * p <0, 05, *** p <0, 001).

Bild i full storlek

Med tanke på att systemisk administration av Dl- och D2-receptoragonister på olika sätt modulerar kokain-sökande beteende i återinförande-tester, bestämde vi om förmågan hos D1- och D2-agonister att modulera detta beteende skulle skilja sig åt i låga och höga intaggrupper. Fig. 4a visar att djur med högt intag var mindre känsliga eller eldfasta, för förmågan hos den fullständiga effektiviteten D1-agonisten SKF 81297 att dämpa läkemedelsparade hävar, svarande framkallade med en kokainprimeringsinjektion i återinförande test som genomfördes från dag 18 till 23 av tillbakadragande från självadministrering av kokain (huvudeffekt av grupp, F 1, 38 = 5, 717, p = 0, 022; grupp × spakinteraktion, F 1, 38 = 7, 982, p = 0, 007). Även om D 1- agonistbehandling dosberoende dämpat kokaininducerat kokain-sökande beteende i båda grupperna (huvudeffekt av dos, F 2, 76 = 13, 133, p <0, 001), visade djuren med högt intag en trend för större kokainsökning i frånvaro av D1-agonistbehandling (kontrolltillstånd), och så dämpades dämpningen av kokain som sökades av D1-agonistbehandlingar till enbart kokain (100%). Trots normalisering för medelvärden inom baslinjerna visade djur med högt intag överkänslighet för D1-receptormedierad hämning av återinförande vid den högsta testade dosen (figur 4b, U1 = 343, p <0, 001). Däremot kunde denna dos av SKF 81297 inte förändra den temporära profilen eller den totala mängden kokaininducerad horisontell lokomotorisk aktivitet jämfört med kokain enbart när en liknande SKF 81297 / kokainkombination testades i separata djur (figur 5), vilket antydde att hämning av återinförande sker utan psykomotorisk nedsättning. När den gavs enbart inducerade dock 3, 0 mg / kg dosen av SKF 81297 mindre lokomotorisk aktivitet än lägre doser (se nedan), vilket återspeglar en inverterad U-formad dosresponsfunktion på lokomotorisk aktivitet.

Image

Differentialkänslighet för motsatt modulering av kokain-sökande beteende av D1- och D2-receptoragonister hos djur med lågt och högt intag. (a) Minskad förmåga hos Dl-receptoragonisten SKF 81297 (ges som en 30-minuters förbehandling) att hämma kokain som söker framkallas med en ip-priminginjektion av kokain (15 mg / kg) i högt relativt djur med lågt intag ( n = 20 /grupp). (b) Resistens mot D 1 -medierad hämning av återinförande hos högintagande djur efter normalisering av data som visas i (a) till enskilda gruppbaslinjer (100%) för kokainprimerad återinföring (saltbehandling). (c) Omvänt är djur med högt intag mer känsliga för förmågan hos D2-receptoragonisten quinpirol att inducera kokain-sökande beteende. Data återspeglar medelvärdet ± SEM för låga och höga intaggrupper som svarar på läkemedelparadern (solid line) och inaktiva spakar (prickade linjer). Asterisker indikerar (a) * p <0, 05, gruppeffekt; (b) *** p <0, 001 av icke-parametrisk Mann – Whitney U- test; (c) ** p <0, 01 genom test för enkla effekter.

Bild i full storlek

Image

Förbehandling med 3, 0 mg / kg-dosen av SKF 81297 misslyckas med att förändra kokaininducerad lokomotorisk aktivitet (15 mg / kg, ip) vid samtidig administrering i läkemedelsnaiva djur som liknar återställningstester som visas i figur 4. (a) Tidsförlopp som visar liknande förhöjningar i lokomotorisk aktivitet efter kokainutmaning i salt- och SKF 81297-behandlade grupper jämfört med saltlösningsutmaning i ett test på 1 timme. (b) Total kokaininducerad lokomotorisk aktivitet misslyckas med att skilja sig mellan salt- och SKF 81297-behandlade grupper under 1 timme-testet. Denna dos av SKF 81297 misslyckas med att öka den horisontella rörelsen när den ges ensam, vilket återspeglar ett inverterat U-format dosrespons för SKF 81297 (jämför med lägre doser som visas i figur 6). Asterisker indikerar * p <0, 05 genom Tukeys parvisa jämförelse med saltlösning / saltlösning efter en faktor ANOVA (F 3, 33 = 5, 199, p <0, 005).

Bild i full storlek

Figur 4c visar att behandling med full effekt D2-receptoragonistkinpirol-dosberoende återinsatt kokainsökande, vilket resulterade i en inverterad U-formad dos-svarskurva vid läkemedelsparad spak (dos × spakinteraktion, F 3, 114 = 21.367, p <0, 001). I motsats till D1-receptormedierad dämpning av kokain-sökande, var djur med högt intag mer känsliga för återinförande av kokain-sökning inducerad av en låg dos av quinpirol jämfört med gruppen med lågt intag (dos × gruppinteraktion på stigande lem, F 1, 38 = 7, 208, p = 0, 011), även om det inte fanns några skillnader i respons till grundning med saltlösningen. Djur med högt intag uppvisar således motsatta förändringar i känslighet för Dl- och D2-receptorreglering av kokain-sökande beteende jämfört med djur med lågt intag. Varken den maximala återinförande effekten av kinpirol eller att svara på kurvens fallande lem skilde sig emellertid mellan de två grupperna. En ännu lägre dos av quinpirol (0, 1 mg / kg) testades på ett litet antal djur ( n = 4 / grupp), och inga skillnader i läkemedelsparad spak svarade mellan lågt intag (25, 5 ± 5, 9) och högt intag (21, 8 ± 3, 9) grupper hittades. Tabell 1 visar att medelläkemedelsparad spak som svarade under 1 timme före varje återinsättningstest inte lyckades skilja sig från 2, 8 ± 1, 4 till 6, 4 ± 1, 5 svar för djur med lågt intag och från 4, 3 ± 1, 3 till 7, 7 ± 2, 4 för högt intag djur. Inaktivt spakrespons misslyckades inte att skilja sig mellan djur med lågt och högt intag, med svar som sträcker sig från 2, 1 ± 0, 8 till 8, 1 ± 1, 9 spakpress i djur med lågt intag och 2, 6 ± 0, 9 till 5, 7 ± 2, 1 hos högintagande djur, över alla behandlingsförhållanden ( Figur 4).

Full storlek bord

Återinförande av förkonditionerade beteenden kan inte fastställas före konditionering (självadministrering), och därför utnyttjade vi det okonditionerade psykomotoriska svaret på dopaminreceptorutmaningen för att spåra utvecklingen av förändringar i känslighet för D1- eller D2-receptorstimulering från före början av kokain självadministration till tidiga och sena uttagstider. Eftersom svar på D1-agonisten dessutom genomfördes i närvaro av kokain i återinsättningstester, var det viktigt att studera svar på D1-receptorstimulering ensam. Figur 6a och b (vänsterpaneler) visar kumulativa horisontella lokomotorsvar på D1- och D2-receptorutmaningen i en dos-responsbestämning inom sessionen utförd före och efter kokainens självadministrering. Det fanns ingen skillnad i D 1 och D 2- receptormedierad lokomotorisk respons mellan låga och höga intaggrupper före kokainens självadministrering och i tidigt tillbakadragande av kokain (2-3 dagar), men en signifikant divergens i D 1 och D 2- receptorn lyhördhet framkom vid sen utträdelsestid (28–29 dagar). Således utvecklade ingen av grupperna signifikant sensibilisering för D1-receptorutmaning tidigt efter tillbakadragande av kronisk kokain självadministrering, men djur med lågt intag utvecklade slutligen ∼ 50% sensibilisering för D1-receptorutmaning vid sen kokainabstinering (figur 6a, vänsterpanel) och visade ett signifikant större svar än djur med högt intag som misslyckades med att sensibilisera för D1-utmaning (grupp × tidsinteraktion, F 2, 76 = 8, 026, p = 0, 001). Omvänt, även om båda grupperna utvecklade en djup D2-receptorsensibilisering (∼ 400%) när de utmanades tidigt efter självadministrering av kokain, förstärktes denna D2-receptorsensibilisering från tidigt till sent tillbakadragande endast i höga, men inte i låga, intagande djur (figur 6b, vänster panel), vilket resulterade i en sexfaldig ökning jämfört med baslinjer före självadministrering (grupp × tidsinteraktion, F 2, 76 = 6, 670, p = 0, 002).

Image

Differentialutveckling av D1- och D2-receptorsensibilisering hos djur med lågt och högt intag under borttagande av självadministrering av kronisk kokain. (a) Djur med lågt intag utvecklar D1-receptorsensibilisering från tidigt till sent tillbakadragande, (b) medan djur med högt intag utvecklar större D2-receptorsensibilisering ( n = 20-grupp). Data i vänstra paneler visar förändringar i kumulativa lokomotoriska svar för dos-respons-test (0, 1–1, 0 mg / kg) med D1-agonisten SKF 81297 och D2-agonist-quinpirolen genomförda före självadministrering (förprovning) och tidigt (2– 3 dagar) och försenade (28–29 dagar) gånger. (högra paneler) Lokomotordos-responsfunktioner är liknande hos djur med lågt och högt intag som utmanas med D 1 och D2-agonister före och tidigt efter självadministrering av kokain, men skillnader uppstår vid sen tillbakadragningstid. (c) Genomsnittligt dagligt kokainintag under de senaste 6 dagarna av förvärvsträning är negativt korrelerat med förändringen (Δ) i D 1- reaktion från tidigt till sent tillbakadragande ( r = −0.507, p = 0, 001), men positivt korrelerat med förändringen i D2-lyhördhet ( r = 0, 686, p <0, 001). Individuella lokomotoriska data återspeglar skillnadsresultat (sent till tidig WD) för kumulativa lokomotoriska svar i dos-svarstester. (höger panel) Utvecklingen av D 1- sensibilisering är negativt korrelerad med utvecklingen av D 2- sensibilisering från tidigt till sent tillbakadragande ( r = −0.412, p = 0.001). Stjärnor indikerar att höga skiljer sig från djur med lågt intag efter huvudgruppseffekt eller tester för enkla effekter efter betydande interaktion med grupp × tid ( * p <0, 05, ** p <0, 01).

Bild i full storlek

På liknande sätt visar de lokomotordos-svar-kurvorna för D 1 och D 2- agonister i låga och höga intaggrupper inga skillnader när de utmanas före och tidigt efter självadministrering av kokain, men motsatta förändringar i D1- och D2-receptors reaktivitet återspeglas i dosen– svarskurvor erhållna vid sen uttagningstid (figur 6a och b, högra paneler). Även om ingen av grupperna skilde sig åt i sin lokomotoriska respons på saltlösning, var djur med lågt intag mer responsiva på alla doser av D1-agonisten SKF 81297 jämfört med djuren med högt intag (huvudeffekt av gruppen, F 1, 38 = 6, 631, p = 0, 014 ). Omvänt var djuren med högt intag mer mottagliga för alla doser av D2-agonistkinpirolen jämfört med djur med lågt intag (huvudeffekt av gruppen, F 1, 38 = 5, 599, p = 0, 023). Således utvecklades differentiell sensibilisering i Dl- och D2-receptorsvar i råttor med lågt och högt intag som en följd av självadministrering av kokain, och dessa förändringar parallella skillnader som återfinns i återinförande test.

Vi jämförde också en serie beteendemätningar som återspeglade dessa skillnader genom linjär regressionsanalys av kontinuerliga data i hela populationen av 40 självadministrerande råttor (tabell 2). Individuella nivåer av kokainintag under de sista 6 dagarna av självadministrationsträning korrelerades negativt med förändringen (Δ) i D 1- stimulerad rörelse från tidigt till sent tillbakadragande ( r = −0, 507, p = 0, 001), men positivt korrelerat med förändringen i D2-stimulerad rörelse ( r = 0, 668, p <0, 001), och dessa förhållanden illustreras grafiskt i figur 6c. Som visas i den högra panelen korrelerades djurens kapacitet att utveckla lokomotorisk sensibilisering för D1-agonisten från tidigt till sent tillbakadragande negativt med deras förmåga att utveckla ytterligare sensibilisering för D2-agonisten ( r = −0.412, p <0.01), vilket indikerar att de två fenomenen kan vara ömsesidigt exklusiva. Resistens mot D 1 -medierad hämning av kokain-sökande (hög dos) i tester för återinförande korrelerade också positivt med nivåer av tidigare kokainintag (tabell 2), i överensstämmelse med skillnader som visats av låga och höga intaggrupper. På liknande sätt korrelerade motståndet mot D 1 -medierad hämning av kokain-sökande (hög dos) positivt med D2-medierad återinförande av kokain-sökande (låg dos), i överensstämmelse med den differentiella kapaciteten att utveckla lok 1- D2-lokomotorisk sensibilisering när beteendespons var riktning liknande. Andra skillnader mellan grupper med lågt och högt intag, såsom återinförande inducerat av D2-agonisten (låg dos), kunde inte korrelera signifikant med kokainintag, möjligen på grund av större variation inom ämnet i dessa beteendemått.

Full storlek bord

För att bestämma om föredragna nivåer av kokainintag skulle relatera till svar som produceras genom samtidig Dp / D2-dopaminreceptoraktivering, eller om skillnader skulle generalisera till liknande beteende inducerat av icke-dopaminerg farmakologisk utmaning, separerade grupper av djur med lågt och högt intag ( n = 12 / grupp) testades med den blandade D1 / D2-dopaminreceptoragonisten apomorfin och NMDA-glutamatreceptorantagonisten MK-801 i lokomotoriska och återinförande test. Djur med högt intag i detta experiment uppvisade liknande förskjutningar i självadministrationsdosrespons (huvudeffekt av grupp, F 1, 22 = 24.150, p <0, 001) och dosintag (huvudeffekt av grupp, F 1, 22 = 36, 709, p <0, 001) kurvor, tillsammans med en större läkemedelsparad spak som svarar i den första utrotningstestsessionen (grupp × testdaginteraktion, F 4, 88 = 5, 719, p <0, 001) och en längre latens för att släcka självadministrationsbeteende ( p = 0, 025) jämfört med djur med lågt intag. Denna replikering av tidigare resultat sammanfattas i tabell 3. Det fanns emellertid inga signifikanta gruppskillnader i förmågan hos NMDA-antagonisten MK-801 att återställa kokain-sökande, även i en låg dos där känsligheten för D2-agonistkinpirolen skilde sig (figur 7). Dessutom misslyckades MK-801-medierade lokomotorsvar inte att skilja mellan låga och höga intaggrupper, trots en djup sensibilisering för MK-801 efter kronisk självadministrering av kokain, liknande graden av sensibilisering för D2-agonistutmaning. Det fanns heller inga gruppskillnader i den lokomotoriska responsen på det blandade D1 / D2-agonistapomorfinet och inga bevis för sensibilisering baserat på kumulativa dos-svarskurvor jämfört med baslinjer före självadministrering (ej visat).

Full storlek bord

Image

Brist på differentiell responsivitet hos djur med lågt och högt intag efter utmaning med de icke-dopaminerge NMDA-glutamatreceptorantagonisten MK-801 vid lokomotorisk sensibilisering och återinförande test ( n = 12-grupp). Djur med lågt intag och högt intag i detta experiment uppvisade skillnader i kokain-självadministrationsdosrespons, dosintag och utrotning svarande liknande det föregående experimentet (tabell 3).

Bild i full storlek

Hjärnkokainnivåer bestämdes 10 minuter efter en intravenös kokaininjektion (2 mg / kg) i 12 råttor som avslutade det andra experimentet. För närvarande metaboliseras cirka 50% kokain baserat på en tidigare studie på råttor (Piazza et al, 2000). Låga och höga intaggrupper ( n = 6 / grupp) för denna bestämning var i genomsnitt 43, 7 ± 3, 3 och 59, 5 ± 4, 1 mg / kg / dag kokainintag under de sista 6 dagarna av självadministrationsträning. Figur 8 visar att hjärnkokainnivåerna var oskiljbara i grupper med låga och höga intag, i genomsnitt cirka 4 μg / g hjärnvävnad. Dessa resultat indikerar att föredragna nivåer av kokainintag inte härstammar från individuella skillnader i kokainmetabolism eller andra faktorer som påverkar koncentrationen av hjärnkokain.

Image

Hjärnkokainnivåer är liknande hos djur med lågt och högt intag. Hjärnvävnad uppsamlades 10 minuter efter en 2 mg / kg intravenös kokaininjektion och kokainnivåer analyserades med gaskromatografi / masspektrofotometri. Låga och höga intaggrupper ( n = 6 / grupp) var i genomsnitt 43, 7 ± 3, 3 respektive 59, 5 ± 4, 1 mg / kg / dag kokainintag under de sista 6 dagarna av självadministrationsträning.

Bild i full storlek

DISKUSSION

Studien visar att inom en utbredd råttpopulation blir djur med högre föredragna (självreglerade) halter av kokainintag mindre känsliga för D1, men mer känsliga för D2, receptormedierade svar jämfört med djur med lägre föredragna nivåer av kokainintag, och efter en längre period av tillbakadragande från kronisk kokain självadministrering. Djur med högt intag uppvisade också en ökning i maximal självadministrationsgrad och högre kokainintag vid självadministrering av högre doser på den fallande delen av dos-responskurvan. Ökningar i maximal självadministrationsgrad tros reflektera ökad motivation för kokain (förstärkande effektivitet), en uppfattning som stöds av det faktum att djur med högt intag utövar större ansträngningar för att upprätthålla självadministration när svarskraven ökar (Piazza et al, 2000) . Däremot återspeglar ökad självadministrering när högre doser av kokain är fritt tillgängliga en minskning av den hämmande återkopplingsregleringen av läkemedelsintaget, eftersom en minskning av enhetsdosen / injektionen på det fallande lemmet ger en liknande ökning av självadministrationsgraden. Liknande fenotypiska skillnader i dosrespons för självadministrering av kokain produceras genom att förlänga daglig tillgång till läkemedlet, eftersom djur tros passera från icke-tillskrivna till beroende stater (Ahmed och Koob, 1998). Dessa skillnader kan inte förklaras med differentiell metabolism eller biotillgänglighet av kokain i den aktuella studien, eftersom hjärnkokainnivåerna var identiska 10 minuter efter kokainutmaning. Dessutom uppvisade djur med högt intag högre kokain-sökande beteende och resistens mot utrotning när förstärkning hölls kvar. Dessa fynd stöder förhållandet mellan högre kokainintag och en benägenhet för drog- och cue-inducerad återfall till kokain som söker med återinföringsförfaranden i andra studier (Sutton et al, 2000; Deroche-Gamonet et al, 2004) och föreslår att djur med högre föredragna nivåer av kokainintag omfattar förändringar i läkemedelstagande och sökande beteende som indikerar en kokainberoende fenotyp (Ahmed och Koob, 1998; Piazza et al, 2000; Sutton et al, 2000; Deroche-Gamonet et al, 2004; Själv, 2004).

Det fanns inga skillnader i lokomotorsvaret på D1- och D2-receptorutmaningen före inledningen av kokainens självadministrering eller initialt efter tillbakadragande av kokain, vilket indikerade att differentiell känslighet i dessa postsynaptiska svar inte berodde på befintliga individuella skillnader, utan framkom till följd av kronisk självadministrering av kokain och längre tillbakadragningstider. Differentialkänslighet för D 1 och D2-receptorreglering av kokain som söker parallella förändringar i lokomotorisk respons efter 4 veckors tillbakadragande, trots att D 1 och D2-receptorer medierar motsatta effekter på kokain-sökande beteende (med och utan kokainprimning, respektive ), men riktningsvis liknande effekter på lokomotoriskt beteende i frånvaro av kokain. Djur med högt intag var således mindre känsliga för förmågan hos D1-receptoragonisten SKF 81297 att hämma kokainsökning inducerad av en kokainprimeringsinjektion, och känsligheten för detta svar korrelerades också negativt med kokainintag över alla djur. Denna skillnad återspeglar förmodligen utvecklingen av sensibilisering för postsynaptiska D1-svar hos djur med lågt intag, snarare än tolerans hos djur med högt intag, eftersom djur med lågt intag utvecklade sensibiliserade lokomotoriska svar relativt baslinjer före självadministrering i frånvaro av kokain. Uppkomsten av D1-receptormedierad lokomotorisk sensibilisering vid tillbakadragning var faktiskt negativt korrelerad med föregående kokainintag under självadministrering. Därför kan D1-receptorsensibilisering återspegla en neuroadaptation till kokain som skyddar mot en benägenhet för återfall vid uttag. Vidare är det osannolikt att hämning av kokainsökning av D1-agonisten är relaterad till störande stereotyper, eftersom det blockerade kokainförsökning i en dos som inte kunde påverka horisontella lokomotorsvar på kokain. Dessutom visade en tidigare studie att en identisk kombinerad dos av kokain och SKF 81297 dämpade kokainförsök utan att förändra stereotyp beteende som normalt uppstår under kokaininducerad återinföring (Alleweireldt et al, 2003).

Förändringar i D 1- receptorkänslighet orsakas förmodligen inte av D1-receptoruppreglering, eftersom andra studier har funnit en nedreglering av striatal D 1- receptorbindning och D1-stimulerad adenylatcyklasaktivitet i kärnans ackumulatorer av råttor och icke-humana primater efter kroniska självadministrering av kokain (Graziella De Montis et al, 1998; Moore et al, 1998a). På liknande sätt har upptrappande kokainintag inducerat av långvarig daglig åtkomst associerats med en minskad kapacitet för hastighetsökande effekter av en blandad D 1 / D2-dopaminreceptorantagonist och ökad känslighet för de hastighetsdämpande effekterna av högre doser, vilket antyder en minskning i mängden dopaminreceptorer som är tillgängliga för blockad (Ahmed och Koob, 2004). I både individuella skillnader och utvidgade åtkomstmodeller för kokainberoende råttor uppvisar således djur med högre föredragna nivåer av kokainintag bevis för reducerad dopaminreceptorfunktion jämfört med djur med lågt intag. Våra resultat antyder att denna effekt helt och hållet kan hänföras till lägre D 1- receptorfunktion, eftersom både låga och höga intagande djur utvecklade en djup sensibilisering för D2-receptormedierade svar efter kronisk kokain-självadministrering, även om D2-svar inte har studerats i upptrappningsmodeller. Även om lägre D 1- receptorresponsivitet skulle kunna ligga till grund för högre kokainintag hos djur med långvarig daglig tillgång, kan denna effekt inte förklara ökad självadministrering av kokain baserat på individuella skillnader i vår studie eftersom D1-receptors underkänslighet hos djur med högt intag inte var uppenbara förr senare vid återkallande av kokain.

Andra studier har emellertid rapporterat ökningar i D1-receptorbindning i flera striatalregioner en dag efter en kortare period av självadministrering av kokain hos apor (Nader et al, 2002) och funktionella ökningar i D1-receptormedierade elektrofysiologiska svar i kärnan anställer neuroner som utvecklas flera dagar efter borttagande från passiv kokainadministration hos råttor (Henry och White, 1991). Detta senare fynd kunde relatera till sensibilisering av D1-medierade beteendespons hos djur med lågt intag, eftersom denna effekt också krävde en längre tillbakadragningsperiod för att utvecklas. Dessutom är nivåer av kokaineksponering som producerar överkänsliga D 1- medierade fysiologiska svar i nucleus accumbens neuroner mer lik nivåer hos låga djur med högt intag i vår studie. Det bör emellertid noteras att nukleus accumbens-infusioner av D1-agonister inducerar snarare än hämmar återinförande av kokain-sökande, vilket antyder att utbredd D1-receptoraktivering i flera eller andra hjärnregioner krävs för mättnad av kokain som söker genom systemisk D 1- agonistadministration ( Bachtell et al, 2005).

I motsats till D 1- agonister som endast ger mindre återinförande effekter när de ges enbart och hämmar kokain- och cue-inducerat återfall till kokain-sökande beteende, inducerar systemisk administration av D2-agonister starkt återfall till kokain-sökande (Wise et al, 1990; Self et al, 1996; De Vries et al, 1999; Alleweireldt et al, 2002, 2003; Dias et al, 2004). Vi fann att djur med högt intag var mer känsliga för förmågan hos D2-receptorstimulering med kinpirol att utlösa kokain-sökande svar vid den läkemedelsparade spaken. Denna effekt parallelliserades genom förbättrad lokomotorisk respons på D2-receptorstimulering i sen uttag, trots att djur med lågt intag också utvecklade betydande lokomotorisk sensibilisering för D2-receptorutmaning. Utvecklingen av ytterligare sensibilisering för D2-receptorsvar från tidigt till sent tillbakadragande korrelerades positivt med högre föredragna nivåer av kokainintag över alla djur och korrelerades negativt med förmågan att utveckla sensibilisering för D1-receptorutmaning. Således kan kapaciteten att utveckla D1-receptorsensibilisering inom enskilda råttor utesluta kapaciteten att utveckla ytterligare D2-sensibilisering. Det är viktigt att notera att lokomotortestning genomfördes i en miljö som skiljer sig från testkamrarna för självadministrering av kokain, och därför förändrades D1- och D2-receptors reaktionsförmåga i frånvaro av kokainkonditionerade lokomotoriska effekter. Emellertid speglades den negativa korrelationen mellan Dl- och D2-receptorsensibilisering i lokomotoriska test av en positiv korrelation mellan resistens mot D1-medierad dämpning av kokainsökning och känslighet för D2-medierad återinställning i den kokainassocierade miljön. Tillsammans tyder dessa fynd på att differentiell känslighet för D1 och D2-receptorreglering av kokain som söker hos råttor med högt intag inte beror på ett indirekt inflytande av en receptor på det svar som medieras av den andra i återställningstester. Även om det är möjligt att läkemedelsutmaningar vid återinförande-testning påverkade lokomotorsvar vid sen återkallande, utsattes alla djur för identiska testförhållanden, och detta förbehåll kan inte redovisa skillnadskänslighet för D1- och D2-receptorutmaningen vid återinförande.

Även om självadministrering av kokain gav funktionella ökningar i postsynaptiska D2-receptorsvar, har flera studier funnit reducerad D2-receptorbindning i striatal och andra hjärnregioner efter kronisk psykostimulant användning hos apor och människor (Volkow et al, 1990, 1993, 2001; Moore et al, 1998b; Nader et al, 2002; Martinez et al, 2004) och administrativ kokainadministration hos råttor (Maggos et al, 1998). Med tanke på att framträdande D2-receptorsensibilisering utvecklas i både låga och höga intaggrupper, och denna totala effekt påträffades i en tidigare studie som jämförde kokain med saltlösande självadministrering (De Vries et al, 2002), är det möjligt att D2-receptorsensibilisering återspeglar intracellulära förändringar i D2-receptorkoppling, eller en indirekt förbättring via störningar i neural inmatning till D2-innehållande neuroner, snarare än en ökning av D2-receptorytuttryck. Ytterligare undersökning behövs för att bestämma om dessa förändringar återspeglas i differentiell känslighet för dopaminreceptorreglerade biokemiska eller elektrofysiologiska svar.

I ett separat experiment utmanades djuren med lågt och högt intag med den blandade D1 / D2-receptoragonisten apomorfin och den icke-konkurrenskraftiga NMDA-glutamatreceptorantagonisten MK-801 i identiska lokomotoriska och återinförande (endast MK-801) test. The psychomotor and reinstating effects of MK-801 are thought to occur independent of dopamine release and dopamine receptor activation (Druhan et al, 1996; Wise et al, 1996; De Vries et al, 1998; Chartoff et al, 2005). Similar to D 2 receptor challenge, animals in both low and high intake groups displayed robust locomotor sensitization to MK-801 challenge following chronic cocaine self-administration. However, neither group differed in this response over the course of testing, nor were there any differences in the ability of the NMDA antagonist to reinstate cocaine-seeking behavior, despite similar phenotypic differences in cocaine self-administration and extinction responding in low and high intake animals. These findings indicate that differential sensitivity to D 2 receptor challenge in low and high intake groups is not due to generalized changes in mechanisms regulating sensitization and reinstatement, but instead reflect a specific enhancement of D 2 receptor responsiveness in high intake animals.

Furthermore, there was virtually no sensitization to generalized dopamine receptor activation with the mixed D 1 /D 2 receptor agonist apomorphine following chronic cocaine self-administration, similar to D 1 receptor challenge, but also no emergent differences in sensitivity between low and high intake groups in withdrawal. Thus, differential alterations in postsynaptic D 1 and D 2 receptor responsiveness are revealed only when each receptor is stimulated independently, possibly due to competing D 1 and D 2 receptor effects in low and high intake animals. Given that high intake animals tended to show greater cocaine-induced reinstatement of cocaine seeking, the lack of difference with apomorphine challenge may be related to direct rather than indirect mechanisms of dopamine receptor stimulation. In addition, these apomorphine data agree with a previous study that found that the ability of drugs to reinstate cocaine-seeking behavior is related to their ability to cross-sensitize with cocaine (De Vries et al, 1999). However, as in the case of MK-801, our results suggest that the degree of cross-sensitization and reinstatement is not necessarily related to addicted phenotypes with non-dopaminergic ligands.

Addiction-related changes in cocaine self-administration dose–response curves may reflect increased motivation for drugs (incentive sensitization), but reduced pharmacological impact of drugs on reward processes (tolerance) leading to compensatory increases in drug intake (Emmett-Oglesby et al, 1993; Piazza et al, 2000). Our results suggest that such changes, whether due to higher cocaine exposure or an inherent disposition, could result in enhancing D 2 and reducing D 1 receptor responsiveness, respectively. Furthermore, the emergence of these features from early to late withdrawal parallels time-dependent increases in cocaine-seeking behaviors that have been shown to persist from weeks to months following chronic cocaine self-administration (Tran-Nguyen et al, 1998; Grimm et al, 2001). The further intensification of increased D 2 receptor function is particularly troublesome, since it could exacerbate the behavioral response to conditioned stimuli (cues) and stressful situations that activate dopamine release in rats and humans (Rouge-Pont et al, 1998; Phillips et al, 2003; Pruessner et al, 2004), and, thus, facilitate relapse to cocaine use despite efforts to abstain. While our results suggest that reduced D 1 receptor function could exacerbate this situation, they also suggest that restoring the balance between functional D 1 and D 2 receptor responses, whether through increasing D 1, decreasing D 2, or both should be considered as a potential therapeutic approach for reversing alterations associated with cocaine addiction.