Traumatisk stressreaktivitet främjar överdriven alkoholdryck och förändrar balansen i prefrontal cortex-amygdala aktivitet | translationell psykiatri

Traumatisk stressreaktivitet främjar överdriven alkoholdryck och förändrar balansen i prefrontal cortex-amygdala aktivitet | translationell psykiatri

Anonim

ämnen

  • Missbruk
  • amygdala
  • Posttraumatisk stressyndrom

Abstrakt

Posttraumatisk stresssjukdom (PTSD) och alkoholism är mycket komorbida hos människor och har delvis överlappande symptomatiska profiler. Syftet med dessa studier var att undersöka effekterna av traumatisk stress (och stressreaktivitet) på alkoholrelaterat beteende och neuronala aktiveringsmönster. Hanråttor från Wistar tränades för att reagera på alkohol, utsattes för rovdjurlukt (bobcat urin) parade med sammanhang och testades med avseende på kort- och långvarig undvikande av rovdjurens luktparade sammanhang, självadministrering av alkohol och tvångsmässig reaktion på alkohol . Råttor exponerades på nytt för det luktparade sammanhanget för Western blot-analys av ERK-fosforylering i subregioner av det mediala prefrontala cortex (mPFC) och amygdala. Råttor som undvikit rovdjurparad kammare (Undvikare) uppvisade ihållande undvikande upp till 6 veckor efter konditionering. Undvikande uppvisade ökningar av operativ alkohol som svarade under veckor, liksom mer tvångsmässigt svarande på alkohol förfalskat med kinin. Efter re-exponering för rovdjurparad sammanhang visade undvikande och icke-undvikande unika mönster av neuronal aktivering i subregioner av mPFC och amygdala, som var korrelerade med förändringar i undvikande och alkoholdrickande. Dessutom var aktiviteten i uppströms regioner differentiellt förutsägbar för nedströms regional aktivitet i de undvikande kontra icke-undvikande. En djurmodell för att bedöma effekten av traumatisk stress på alkoholdryck avslöjar individuella skillnader i neuronala aktiveringsmönster förknippade med återexponering för traumatiska stressrelaterade stimuli, och kan ge insikt i de neurala mekanismerna som ligger till grund för överdriven alkoholkonsumtion hos människor med PTSD.

Introduktion

Posttraumatisk stressstörning (PTSD) är en försvagande störning definierad av DSM-IV i termer av tre huvudsakliga symptomkluster: ihållande undvikande av traumorelaterade stimuli, hyperarousal och påträngande återupplevelse av den traumatiska händelsen. 1 Anmärkningsvärt förekommer PTSD endast i en undergrupp av människor utsatta för en traumatisk stressor, uppskattad till mellan 10 och 25% av individerna, beroende på stressstimulus och kriterierna som används för att bedöma PTSD (till exempel Breslaun et al. 2 ) . Viktigt för den här rapporten, PTSD och alkoholanvändningssjukdomar är mycket komorbida hos människor och har delvis överlappande symtomatiska profiler (till exempel Engdahl et al. 3 ).

PTSD har beskrivits i termer av samtidigt förekommande maladaptiva rädsla-konditioneringsprocesser (det vill säga överdriven rädsla inlärning eller brist på rädsla utrotning) och sensibiliserade stressresponser, 4 som medieras av förändringar i delvis överlappande nervkretsar (till exempel Pape och Pare, 5 och Shin och Liberzoni 6 ). Studier försöker modellera dessa patologiska neuralkaskader genom att utsätta djur för en stimulans som efterliknar traumatisk stresseksponering hos människor (för recensioner, se Cohen et al. 7 och Logrip et al. 8 ), även om olika stressfaktorer (till exempel social nederlag, fotskock och rovdjurlukt) framkallar olika uppsättningar beteendemässiga och biologiska svar hos råttor. 9 Djur kan delas in i undergrupper baserat på beteendespons på stressorn, så länge beteendesponsen inte är maximal eller enhetlig över råttor. Rovdjurens luktspänning möjliggör uppdelning av djur i undergrupper som uppvisar antingen flera samtidigt förekommande tecken på beteendedysregulering (till exempel hyperarousal och hög ångest) eller kollektiv frånvaro av dessa tecken. 10 Denna gruppering av beteendeförändringar antyder en gemensam underliggande etiologi för flera beteendemotanpassningar hos djur som inte klarar bra med en traumatisk stressor och hos människor med PTSD. 11

Människor med tidigare PTSD är mer benägna att utveckla alkoholberoende än kontroller som inte är PTSD. 12 PTSD- och alkoholberoende definieras båda av negativa affektiva tillstånd (till exempel hyperarousal och dysfori) som är resultatet av maladaptiva fysiologiska svar på miljöstimuli. 13, 14 Vidare pekar en ansamling av bevis på dysreglering av överlappande nervkretsar efter exponering för traumatisk stress 5 och övergången till alkoholberoende. 15, 16 Den höga frekvensen av komorbiditet och liknande symptom på dessa två störningar hos människor, liksom rekryteringen av hjärnspänningssystem i båda störningarna, stödjer en självmedicineringshypotese där drabbade individer kan konsumera alltför stora mängder alkohol för att förbättra PTSD symptom. Viktigare är att tidigare studier har inte uttryckligen bedömt alkohol- och läkemedelsupptagande beteenden hos gnagare som inte har en PTSD-liknande tillstånd efter exponering för en traumatisk stressor. 8

Djurmodeller av PTSD-liknande beteendemässiga symtom kan användas för att dissekera neurala störningar som produceras av missbildande svar på traumatiska händelser. 17 I denna studie bedömde vi neuronala signalmönster genom att mäta ERK-fosforylering efter exponering för ett sammanhang som tidigare parats med traumatisk stress, för att härma symptomprovokationsstudier hos humana PTSD-patienter. ERK-vägen är en intracellulär signaltransduktionskaskad som reglerar synaptisk plasticitet i flera limbiska hjärnregioner via dess förmåga att vidarebefordra extracellulära signaler till kärnreaktioner, 18 och ERK-fosforylering har använts allmänt som ett mått på stimulusdriven neuronal aktivering. 19, 20

Här demonstrerar vi att råttor som uppvisar ihållande högt undvikande av traumorelaterade stimuli också uppvisar långvariga ökningar av alkohol efter alkoholkonsumtion, att ERK-fosforyleringsmönster förutsäger beteendedysregulering hos enskilda råttor och att högt undvikande, högt drickande råttor uppvisar förändrade neuronala aktiveringsmönster i den prefrontala cortex och amygdala, såväl som en potentiell modifiering av anslutning mellan dessa regioner.

Resultat

Traumatisk stress producerar ihållande undvikande hos vissa men inte alla råttor

Figur la visar att undvikare uppvisade signifikant större undvikande av den rovdjursparade kammaren 24 timmar och 6 veckor efter exponering av luktexponering, F (1, 35) = 29, 49, P <0, 001, relativt icke-undvikande. Undvikande av rovdjurens luktparade kammare vid 24 timmar var positivt och signifikant korrelerat med undvikandet av samma kammare 6 veckor senare, r (35) = 0, 37, P = 0, 025. Hos djur som tränats för att själv administrera alkohol och sedan utsattes för det fyra dagars aversiva konditioneringsförfarandet, betecknades 59% av råttorna (61% i experiment 1; 55% i experiment 2) som undvikande enligt kriterierna ovan. Det är värt att notera att andelen djur som uppfyllde Avoider-kriterierna var liknande i de två experimenten trots att experiment 1 använde en partisk konditioneringsdesign och experiment 2 använde en opartisk konditioneringsdesign.

( a ) Genomsnittlig (± sem) förändring i tid (er) som spenderats i rovdjurparad sammanhang från förkonditioneringstest till postkonditioneringstest, kvantifierat som poäng efter testtest minus poäng före test. Råttor (experiment 1) delades upp i undvikande ( n = 23) och icke-undvikande ( n = 14) baserat på undvikande av rovdjurparad kammare 24 timmar efter konditionering och testades sedan igen för att undvika 6 veckor senare. Råttor som uppvisade högt undvikande av den rovdjursparade kammaren 24 timmar efter konditionering uppvisade också undvikande 6 veckor senare. ( b ) Spridningsdiagram för enskilda råtta (experiment 3) visar förändring i preferens för ett sammanhang upprepade gånger ihopkopplat med en aptitretande stimulans (sackarin + glukoslösning) jämfört med förändring i preferens för ett sammanhang upprepade gånger parerat med rovdjurlukt. Det fanns inget prediktivt värde med den grad till vilken en råtta konditionerade den aptitretande stimulansen för den grad till vilken en råtta konditionerade den aversiva stimulansen. Detta antyder också att skillnader i undvikande inte kan hänföras till skillnader i råttors förmåga att lära sig. ( c ) Spridningsdiagram för enskilda råtta (experiment 3) visar procentuell tid tillbringad i öppna armar av EPM (5-min test) i experimentellt naiva råttor (index för medfött ångestliknande beteende) kontra förändring i preferens för ett sammanhang upprepade gånger parat med rovdjurlukt. Det fanns inget förutsägbart värde av medfött ångestliknande beteende för den grad som en råtta konditionerade den aversiva stimulansen. ( d ) Medeloperantalkoholrespons (± sem) per 30 min session för Avoider, Non-Avoider och icke-stressade kontrollgrupper (experiment 1 och 2 kombinerade) under de senaste 3 dagarna av självadministrationsperioden för baskonditionering. Grupper skilde sig inte i självadministrering av baslinjen alkohol. Dessa data ger också ytterligare stöd för uppfattningen att skillnader i undvikande inte kan hänföras till skillnader i råttors förmåga att lära sig. ( e ) Medel (± sem) operantpress för alkohol per 30-minuters självadministrationssession av råttor i experiment 2 (resultat liknande i experiment 1, se text) under intermittent test under de 19 dagarna efter exponering för rovdjurlukt (Avoider och Icke-undvikande grupper) eller ingen lukt (kontrollgrupp). Avoider-råttor uppvisade ihållande ökningar av operativ alkohol som svarade i förhållande till de två andra grupperna och deras egen baslinje under de 19 dagarna efter exponering för lukt. * P <0, 05 betydande huvudeffekt av gruppen. Undvikande uppvisade marginellt icke-signifikanta ökningar av alkohol som svarade i förhållande till icke-undvikande ( P = 0, 06) och ostörd kontroll ( P = 0, 055). ( f ) Medel (± sem) självadministrering av alkohollösning förfalskad med gradvis ökande mängder kinin, kvantifierat som procentuell förändring från baslinjen (10% vikt / volym etanol plus 0% kinin) för varje råtta (experiment 1). En 10 × högre koncentration (0, 025% mot 0, 0025%) kinin var nödvändig för att minska operativ alkohol självadministrering i Avoider-råttor mot icke-Avoider- och Control-råttor, vilket tyder på mer tvångsmässig alkoholdrickning i Avoider-råttor. ** P <0, 001 Undvikande svarade signifikant mer för alkohol + 0, 0025% kinin relativt ostörd kontroll. Det fanns en icke-signifikant tendens för att undvika att pressa mer för denna lösning än icke-undvikande ( P = 0, 10). ( g ) Spridningsdiagram för enskilda råtta (experiment 2) visar förändring i preferens för rovdjurparat sammanhang kontra procentuell förändring i operant alkohol som svarar på dag 19 exponering efter lukt relativt baslinjen. Råttor som uppvisade högt undvikande av det rovdjursparade sammanhanget 24 timmar efter luktsexponering själv administrerat mer alkohol 19 dagar efter luktsexponering.

Bild i full storlek

Figurerna 1b – d visar resultaten från flera beteendemått som inte kunde förutsäga undvikande av rovdjursparade kammare i enskilda råttor. Den konditionerade platspreferensen som visas av råttor för ett supersac-parat sammanhang förutspådde inte undvikande av ett rovdjur-parat sammanhang, r = 0, 03, P > 0, 05 (figur Ib). Tiden som tillbringades i de öppna armarna hos EPM förutspådde inte heller undvikandet av ett rovdjur-parat sammanhang, r = 0, 11, P > 0, 05 (figur 1c). Alkoholdrickning i baslinjen (sammansatt över råttor i experiment 1 och 2) skilde sig inte mellan kontrollråttor och råttor som uppvisade högt eller lågt undvikande av rovdjurluktparad sammanhang, F (2, 75) = 0, 23, P > 0, 05, vilket tyder på att begränsat -tillträde operant alkohol självadministrationsträning innan lukt exponering gör inte råttor mer eller mindre troligt att uppvisa hög reaktivitet mot en traumatisk stress.

Undvikande uppvisar överdriven självadministrering av alkohol

I experiment 1 och 2 uppvisade råttor som uppvisade högt undvikande av rovdjurens luktparade kammare 24 timmar efter exponering varaktiga ökningar av självadministrering av operant alkohol relativt icke-undvikande och ostörda kontroller. En tvåvägs (grupp × dagar) upprepade mäter ANOVA av alkoholspakpress från de 11 dagarna efter stressexponering i experiment 1 (data visas inte) gav en betydande huvudeffekt av gruppen, F (2, 45) = 4, 55, P = 0, 016, och post-hoc- analyser avslöjade att undvikare uppvisade signifikanta ökningar efter stress i operant alkohol som svarade i förhållande till både icke-undvikande ( P = 0, 015) och ostörd kontroll ( P = 0, 05). En tvåvägs (grupp × dagar) upprepade mätningar ANOVA av alkoholspakpress från de 19 dagarna efter stresseksponering i experiment 2 (figur 1e) gav en betydande huvudeffekt av gruppen, F (2, 26) = 3, 47, P = 0, 046 och post-hoc- analyser avslöjade att undvikande uppvisade marginellt icke-signifikanta ökningar av alkohol som svarade i förhållande till icke-undvikande ( P = 0, 06) och ostressade kontroller ( P = 0, 055). Ökningar i alkoholkonsumtion tycktes inkubera med tiden hos Undvikande, vilket bevisades av det faktum att Avoider-råttor uppvisade toppalkohol svarande 19 dagar efter stress. Det är viktigt att högt undvikande av rovdjurens luktparade sammanhang av exponerade råttor var förutsägbar för ökad alkoholdryckning 19 dagar efter stress, r = −0, 47, P = 0, 03, vilket tyder på att reaktivitet med hög stress 24 timmar efter stress (mätt med konditionerad platsaversion ) producerar långvariga neurala förändringar som främjar överdriven alkoholdryck (figur 1g).

För att testa kompulsivitet (det vill säga persistens) av alkohol som svarar när alkohol paras med en aversiv stimulans testades råttor på varandra följande dagar för operant som svarade på alkohol förfalskad med gradvis ökande mängder kinin. Såsom illustreras i figur 1f krävdes en 10 x högre koncentration av kinin (0, 025% mot 0, 0025%) för att reducera operativ alkohol som svarade på Avoider-råttor relativt icke-Avoider-råttor och ostörda kontroller. En tvåvägs (grupp × koncentration) upprepade mäter ANOVA av spakpressar för alkohol förfalskad med 0, 0025% mot 0, 025% kinin avslöjade betydande huvudeffekter av gruppen, F (2, 43) = 5, 10, P = 0, 01, och koncentrationen, F (1, 43) = 33, 37, P <0, 001, såväl som en signifikant grupp × koncentrationsinteraktionseffekt, F (2, 43) = 3, 32, P <0, 05. Post-hoc- analys av alkohol + 0, 0025% (måttlig koncentration) kinin-data avslöjade att undvikande svarade signifikant mer för denna lösning i förhållande till ostressade kontroller ( P <0, 001); det fanns en icke-signifikant tendens för att undvika att pressa mer för denna lösning än icke-undvikande ( P = 0, 10). Däremot skilde sig ingen av grupperna ut i deras pressning för alkohollösningen förfalskad med den högsta kininkoncentrationen (0, 025%).

Traumatisk stress driver neuronal aktivering enligt undvikande beteende

I slutet av beteendestest exponerades djuren för en slutlig 15-minuters exponering för det rovdjursparade sammanhanget (neutralt sammanhang i ostörd kontroll) och dödades, och hjärnorna avlägsnades för Western blot-analys för att mäta kontextassocierad ERK-fosforylering. . Som illustreras i figur 2a, avslöjade en tvåvägs (grupp × medial prefrontal cortex (mPFC)) ANOVA en signifikant interaktionseffekt på pERK-nivåer, F (2, 98) = 3, 25, P <0, 05 och post-hoc- analyser indikerade att pERK-nivåerna i ventromedial PFC (vmPFC) var signifikant högre hos Undvikare i förhållande till Icke-Undvikande ( P <0, 01). En separat tvåvägs (grupp × mPFC-region) ANOVA av data endast från de stressade grupperna (data normaliserade till kontroller) avslöjade en signifikant interaktionseffekt på pERK, F (1, 64) = 5, 55, P <0, 05) och efter- hoc- analyser indikerade att normaliserade pERK-nivåer var signifikant högre i vmPFC kontra dorsomedial PFC (dmPFC) hos Undvikare ( P <0, 05). Som illustreras i figur 2b avslöjade en tvåvägs (grupp × amygdala-region) ANOVA av data endast från de stressade grupperna (data normaliserade till kontroller) en betydande huvudeffekt av region på pERK, F (1, 63) = 8, 15, P <0.01), vilket indikerade att Avoider- och icke-Avoider-grupper uppvisade kollektivt högre PERK-uttryck i den centrala kärnan i amygdala (CeA) kontra basolaterala amygdala (BLA). I enlighet med undergruppsdata korrelerades undvikande av den luktparade miljön signifikant med vmPFC-pERK-nivåer (r2 = 0, 17, P <0, 05). Vi bestämde nästa inom ämnet, interregionella korrelationer av ERK-fosforylering vid återexponering för rovdjur-parad sammanhang (figur 3). Betydande korrelationer hittades mellan BLA och CeA i både undvikande ( r 2 = 0, 46, P <0, 01) och icke-undvikande (r2 = 0, 42, P <0, 05), men inte i stressnaiva kontroller ( r 2 = 0, 19, P = 0, 21). Vidare, i undvikande, men inte i icke-undvikande eller kontroller, fanns det en signifikant korrelation mellan dmPFC och BLA ( r 2 = 0, 68, P <0, 01) och ett marginellt icke-signifikant samband mellan vmPFC och CeA ( r 2 = 0, 20, P = 0, 06). I de flesta fall var interregionella korrelationer dubbelriktade, det vill säga korrelativa data innefattade både ökningar och minskningar av ERK-fosforylering.

( a ) ERK-fosforylering (pERK) i det mediala prefrontala cortex (PFC) efter återexponering (15 min) för rovdjurens luktparade sammanhang. I förhållande till neutralkopplade djur (kontroller) gav re-exponering för sammanhanget en dubbelriktad reglering av pERK-nivåer i vmPFC i de luktparade grupperna, med undvikande som visade relativt högre ERK-fosforylering jämfört med den för icke-undvikande. Detta förhållande observerades inte i dorsomedial PFC (dmPFC). ** P <0, 01 högre ERK-fosforyleringsnivåer i undvikande kontra icke-undvikande eller * P <0, 05 högre ERK-fosforyleringsnivåer i vmPFC kontra dmPFC i undvikande. ( b ) ERK-fosforylering i amygdala-subregionerna efter återexponering för det luktparade sammanhanget. Som procent av neutralkopplade kontrolldjur visade Avoider och icke-Avoider-stressparade grupper mer ERK-fosforylering i den centrala kärnan i amygdala (CeA) kontra basolaterala amygdala (BLA). ** P <0, 01 högre ERK-fosforyleringsnivåer i CeA kontra BLA hos sammanslagna stressparade grupper genom analys av varians (gruppens huvudeffekt). Data återspeglar medelvärdet ± sem av pERK / ERK-förhållanden och uttrycks i procent av neutralkopplade kontroller. Insättning: representativa Western blot-bilder för pERK- och ERK-nivåer i vmPFC, CeA och BLA i kontrollgrupper (C), Avoider (A) och Non-Avoider (NA).

Bild i full storlek

Korrelationer av ERK-fosforylering inom ämnet mellan exponering vid re-exponering för rovdjurparad sammanhang. ( a ) I Undvikare (vänster panel), men inte i Icke-Undvikande (höger panel) eller Kontroller (data visas inte), fanns ett signifikant samband mellan dorsomedial prefrontal cortex (dmPFC) och basolateral amygdala (BLA) ERK-fosforylering (pERK ) uttryck. Panel b rapporterar styrkan och riktningen för korrelationer mellan pERK-uttryck i ventromedial PFC (vmPFC) och centrala kärnan i amygdala (CeA; övre raden), och även mellan BLA och CeA (nedre raden) i undvikande, icke-undvikande och kontroller på re-exponering för rovdjur lukt-parat sammanhang.

Bild i full storlek

Förhöjda dricksnivåer motsvarar traumatisk kontextassocierad ERK-fosforylering

Slutligen undersökte vi individuella förhållanden mellan förändringar i etanoldrickande beteende och biokemisk reaktivitet till det stressparade sammanhanget. Förhöjningar i självadministrering av etanol efter exponering av rovdjurlukt var signifikant och negativt korrelerade med kontextinducerade pERK-nivåer i både dmPFC (r2 = 0, 25, P <0, 05) och BLA ( r2 = 0, 24, P <0, 05) hos Undvikare ( Figur 4). Däremot observerades svaga positiva korrelationer ( r 2 = 0, 13–0, 15) mellan drick efter lukt och ERK-fosforylering i dessa två regioner i icke-undvikande.

Förhållandet mellan förändringar i enskilda nivåer av alkoholkonsumtion (19 dagar efter konditionering) och luktparad-sammanhang-inducerad ERK-fosforylering i den dorsomediala prefrontala cortex (dmPFC) och basolateral amygdala (BLA). Höjningar i drickande efter exponering för lukt signifikant korrelerade med kontextinducerade reduktioner i ERK-fosforyleringsnivåer (pERK) i både dmPFC ( a, r2 = 0, 25, P <0, 05) och BLA ( b, r2 = 0, 24, P <0, 05) av undvikande, men inte av icke-undvikande eller kontroller.

Bild i full storlek

Diskussion

PTSD är en komplex psykiatrisk störning som är mycket komorbid med alkoholanvändningsstörningar, även om de underliggande neurala och molekylära störningarna inte har identifierats. I den aktuella studien uppvisade djur som ihållande undvikit ett traumatiskt sammanhang ihållande ökningar av alkoholdryck under veckor. Detta resultat stöder uppfattningen att traumatisk stressreaktivitet är förknippad med ökad risk för störningar i alkoholanvändningen. Det är viktigt att betona att dricksprov i dessa experiment inträffade i en separat och distinkt miljö från den traumatiska stressupplevelsen, i överensstämmelse med människans PTSD-situation. Tidigare studier har använt undvikande som ett index för att dela subpopulationer av stressade gnagare (till exempel, se Russo et al. 26 ), och i vår studie djur som visade undvikande av luktparade sammanhang (Undvikare) gjorde det ihållande, i överensstämmelse med tidigare resultat från andra laboratorier. 27 Vidare var en enda luktexponering tillräcklig för att höja drickningen i Undvikare under minst 19 dagar, och undvikande beteende över enskilda djur var förutsägbar för alkohol dricka 19 dagar senare. Slutligen uppvisade undvikande tvångsliknande alkoholdryck i förhållande till icke-undvikande och ostörd kontroll, vilket framgår av den dämpade förmågan hos kininförfalskning att minska alkoholdryck hos undvikande.

Återexponering för den luktparade miljön gav en dubbelriktad modulering av pERK-nivåer i vmPFC i stressade grupper, med att undvika högre ERK-fosforylering jämfört med den för icke-undvikande. Även om ingen av de stressparade grupperna skilde sig från osträngda (och ej utvalda) kontroller på gruppnivå var undvikande av den stressparade miljön förutsägbar för kontextdrivna vmPFC ERK-fosforyleringsnivåer (figur 2c). Dessa data verkar återspegla den kritiska karaktären hos individens känslighet för traumatiska stressassocierade kontextuella utmaningar. Hyperaktivering av vmPFC är förknippat med en negativ effekt 28, 29 och allvarlig depressiv störning, 30, 31 inklusive antidepressiva reaktionsförmåga. 32 krigsveteraner med vmPFC-skada är mindre benägna att utveckla PTSD; 31 vissa människor med PTSD uppvisar ökad vmPFC-aktivitet; 33, 34 och hos friska människor är ett ökat blodflöde i vmPFC förutsägande av självrapporterad ångest under en förväntad ångestuppgift. 35 Det finns emellertid också en stor mänsklig avbildning och djurlitteratur som kopplar PTSD-liknande provokation med vmPFC-hypoaktivitet. 36 Skillnader mellan mänskliga avbildningstudier kan förklaras genom funktionellt distinkta underindelningar av humant vmPFC och / eller användning av symtomprovokation i vissa studier (för granskning, se Myers-Schulz och Koenigs 37 ). Det är viktigt att notera att i vår studie definierades vmPFC som den infralimbiska cortex plus den ventrale delen av prelimbic cortex, medan dmPFC definierades som den dorsala delen av prelimbic cortex plus den främre cingulat. En begränsning av den aktuella analysen är att de neuronala (och till och med cellulära) fenotyperna förknippade med observerade förändringar i ERK-fosforylering är okända. Detta begränsar funktionella tolkningar av ERK-fosforyleringsförändringar i mPFC, som innefattar både excitatoriska och hämmande neuronala element. Icke desto mindre återspeglar korrelationerna mellan regioner som presenteras här antagligen en andra ordningens anslutning mellan subregioner av mPFC och amygdala (se figur 3).

Djurstudier rapporterar förhöjd pERK hos vmPFC (men inte dmPFC) dendriter efter upprepade, men inte akuta, fotskockstress hos råttor, 38 vilket tyder på att flera exponeringar för stress och / eller stress-parade stimuli på olika sätt kan förändra balansen mellan vmPFC-plastisitet i stress- elastiska kontra mottagliga populationer. En kritisk fråga är huruvida denna plasticitet bidrar till den ihållande beteendedysregulering som ses hos individer med hög stressreaktivitet. Till stöd för denna hypotes, återexponering för ett sammanhang tidigare parat med fotskock utlöser vmPFC-aktivering (mätt med c-Fos-nivåer) som delvis förutsäger ett frysningsbeteende i det sammanhanget 28 dagar (men inte 1 dag) efter det initiala påfrestning. 39 Den ERK / mitogen-aktiverade proteinkinas-signaleringskaskaden aktiverar många transkriptionsfaktorer, inklusive c-Fos 40 och cAMP-responselementbindande protein, 41 och tros därigenom främja underhåll av långsiktigt minne. 42 I vår studie observerades högt undvikande och överdriven alkoholdrickning på samma råttor under veckor, och kontextinducerad ERK-fosforylering i vmPFC observerades också veckor efter konditionering och var förutsägbar för att undvika sammanhang, vilket antyder att ERK interagerar med transkriptionsström nedströms mekanismer för att förmedla ihållande beteendeeffekter av traumatisk stress. I likhet med de rapporterade rapporterna här, är vmPFC ERK-fosforylering förknippad med förbättrad kokain-sökande efter utdragna tillbakadragningsperioder. 43

PTSD-patienter uppvisar en stark synkronisering av amygdala och dmPFC / anterior cingulate cortex vid provokation av symptom. 44 Här visar vi mycket starkare PERK-korrelationer mellan dmPFC och BLA i Avoider-råttor relativt icke-undvikande och kontroller (figur 3). I gnagare förbättrar intra-BLA-infusioner av p-adrenoceptoragonisten clenbuterol undvikelseminnet och ökar plasticitetsrelaterade proteiner (det vill säga Arc och CaMKIIa) i dmPFC, medan BLA-inaktivering minskar nivåerna av dessa signalproteiner i dmPFC. 45 I enlighet med våra egna resultat, minskar den här undvikande minnesförstärkande intra-BLA-infusionen av clenbuterol BLA ERK-fosforylering. 46 Vi fann också att luktförhållanden-associerade förändringar i ERK-fosforylering i BLA och CeA var positivt och starkt korrelerade i båda grupperna av stressade råttor, men inte i stressnaiva kontroller, i överensstämmelse med denna krets roll i ångest. 47 Dessa data ger också validering för vårt mått på stimulusdriven neuronaktivitet som är avsedd att modellera provokationer för symptom i PTSD-personer. Ökad aktivering av CeA, den största produktionsregionen för amygdala, i stressade råttor driver sannolikt nedströms effektorregioner (till exempel hypothalamus och periaqueductal grå) ansvariga för att förmedla stress- och alkoholrelaterade beteendemässiga och fysiologiska processer. 48

Biokemiska mätningar inom ämnet har använts för att utvärdera regionala aktiveringsmönster associerade med undvikande minne (till exempel Holloway-Erickson et al. 45 och McIntyre et al. 49 ). Här visar vi att undvikande av en stressparad miljö förknippas med en modifiering av mPFC – amygdala-signalering som analyseras genom kontextinducerad ERK-fosforylering. Intressant nog innehåller de flesta av våra korrelativa data både ökningar och minskningar i pERK, vilket antyder detaljerade förändringar i anslutningen mellan mPFC och amygdala. VmPFC-projekten till CeA 50 och CeA driver både perifera och centrala spänningssystem, 51 belyser vikten av denna krets i stressrelaterade störningar. Både "top-down" -modeller, där vmPFC-hypoaktiviteten hindrar stressassocierade limbiska kretsar (till exempel amygdala 28, 37 ) och "bottom-up" -modeller, där amygdala-hyperaktiviteten driver PTSD-symptomatologi (till exempel, Rauch et al. 52 ) har föreslagits. Många andra PTSD-symptomprovokationsstudier tyder på vikten av förändrad amygdala – mPFC-anslutning 44, 53, 54 i enlighet med utformningen och resultaten av den aktuella studien. Det bör noteras att vmPFC också reglerar beteendemässiga och fysiologiska svar på stress genom att aktivera hypotalamisk-hypofysen-binjurens axel, 55, 56 och cirkulerande glukokortikoider sensibiliserar CeA-aktivitet, 57, 58, 59 vilket resulterar i en funktionellt positiv CeA-hypothalamic-hypofys –Adrenal feedback loop som främjar långsiktig stressrelaterad patologi. 60

Som ett funktionellt korrelat som kopplar samman stressinducerad plasticitet och alkoholdrinkande, var kontextinducerade minskningar av både dmPFC och BLA ERK-fosforylering starkt förutsägbara för ökningar efter alkoholkonditionering i alkoholdryckning i undvikande (figur 4). Detta förhållande dämpades och inverterades hos icke-undvikande, vilket innebar ett tydligt samband mellan stressreaktivitet och drickande mellan dessa två populationer. Som nämnts ovan kan ß-adrenoceptoraktiveringen förmedla minskningar av BLA ERK-aktivitet och driva stressinducerad ökning av dricka i Avoider-populationen, medan icke-Avoider-populationen kan skyddas från denna mekanism. Stöd för denna hypotese tillhandahålls genom bevis på att propranolol minskar överdriven, men inte måttlig, alkoholdryck hos råttor. 61 Den ERK / mitogenaktiverade proteinkinas-signaleringskaskaden är också kopplad till andra stressrelaterade receptorer i det limbiska systemet, i synnerhet adrenerga receptorer 62 och CRF1R. 63 Antagonism av både a-1-adrenerga receptorer och CRF1R reducerar överdriven alkoholdrickande och annat beroende-relaterat beteende hos djur. 64, 65, 66, 67 Faktum är att noradrenalinsystemen i hjärnan undersöks som ett terapeutiskt mål för PTSD. 68, 69, 70

Sammantaget föreslår våra data unika förändringar av mPFC – amygdala-signaleringen i Avoider-råttor (figur 5) som driver ihållande, överdrivet och tvångsmässigt alkoholdryck. Framöver kommer denna modell att vara användbar för att belysa neurobiologin för förbättrad sårbarhet för alkoholanvändningssjukdomar hos människor med PTSD, och kan ge värdefulla mål för beteendemässigt och farmakologiskt ingripande i dessa ofta förekommande störningar.

Föreslagen modell av kortikolimbisk neurokrets underliggande traumatisk stress-inducerad undvikande och ökning av överdriven alkoholdryck. Traumatisk stresspåminnelse cue-inducerad neuronal aktivering (det vill säga ERK-fosforylering (pERK) -uttryck) i det ventromediala prefrontala cortex (vmPFC) förutspår högt undvikande beteende. Här avbildas också att hyporeaktiviteten hos den dorsomediala PFC (dmPFC) och basolaterala amygdala (BLA) till en traumatisk stresspåminnelse är mycket förutsägbar för varandra och är också mycket förutsägbar för eskalerad alkoholstrålsdrift endast i Avoider-råttor, vilket antyder en ökad dmPFC – BLA-anslutning i Avoider-råttor. Två potentiellt viktiga aspekter av denna krets är inte avbildade här: (1) populationen av interkalerade y-aminobutyric-celler (GABA) -celler som fungerar som ett relä för vissa men inte alla centrala kärnor i amygdala (CeA) afferenter, och (2) ) den neuroendokrina (hypotalamisk-hypofys-binjur) spänningsaxeln som drivs av vmPFC-aktivitet och hämmas av dmPFC-aktivitet, 55, 56 och som själv kan interagera med CeA i en ömsesidig excitatorisk slinga. 60

Bild i full storlek