Фармакология взаимодействия регуляторных пептидных систем головного мозга в механизмах подкрепления

Александр Анатольевич Смирнов, 2020

В наших исследованиях мы пришли к выводу, что орексиновую, грелиновую и кортиколибериновую систему стоит рассматривать как единый механизм, участвующий в развитии зависимости. В связи с этим как антагонисты грелина, так и антагонисты орексина могут рассматриваться как средства лечения аддиктивного поведения.

Глава 1. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ПЕПТИДНЫЕ СИСТЕМЫ МОЗГА В МЕХАНИЗМАХ ПОДКРЕПЛЕНИЯ

.1.

Базальный отдел переднего мозга. Система расширенной миндалины.

В базальном отделе переднего мозга выделяют три макросистемы: стриопаллидум, расширенная миндалина (extendedamygdala) и магноцеллюлярный комплекс (Alheid, Heimer, 1988, 1996; Alheid, 2003; DeOlmosetal., 2004).

Стриопаллидум представлен дорсальной частью (хвостатое ядро-покрышка и бледный шар) и вентральной (прилежащее ядро, обонятельные бугорки, вентральный паллидум). Дорсальный стриопаллидум играет важную роль для формирования сознания и когнитивного контроля произвольных движений, а вентральный ответственен за переключение мотивационного состояния в двигательную реакцию достижения цели или избегания опасности.

Расширенная миндалина (extendedamygdala) включает в себя ядро ложа конечной полоски, центральное ядро миндалины, медиальную часть (shell) прилежащего ядра, сублентикулярный отдел безымянной субстанции. Эта система состоит из стриоподобных ГАМК-ергических клеток и содержит большое колличество кортиколиберина. Являясь звеном экстрагипоталамической системы кортиколиберина, система расширенной миндалины влияет на стресс-зависимое поведение, играет роль в инициации эмоционально-мотивированного ответа и опосредует анксиогенный эффект кортиколиберина (КРГ) (Шабанов П.Д., Лебедев А.А., Стрельцов В.Ф., 2008; BruijnzeelA.W., GoldM.S., 2005.). Структуры центральной части расширенной миндалины связаны с обеспечением подкрепления и формированием наркотической зависимости (Breiteretal., 2001; Chevretteetal., 2002; Koob, 1999, 2003; Waraczynski, 2003, 2005), а медиальной — с нейроэндокринной регуляцией.

Магноцеллюлярный комплекс — нервное образование, связывающее стриопаллидум и расширенную миндалину. Он представлен холинергическими и ГАМК-ергическими нейронами, идущими из перегородки и диагонального пучка Брока к миндалине. Его предназначение состоит в передаче информации во фронтальную кору и гиппокамп и обеспечении когнитивных функций (памяти и внимания) (Zaborsky., et al., 1999).

Функция вентрального стриопаллидума (Kalivas, Nakamura, 1999; Kelly, Berridge, 2002; Kelly, 2004) состоит в трансляции мотивационного состояния в поведенческую реакцию. В трансляции подкрепляющих стимулов учавствуют дофаминергические нейроны, идущие к отросчатым клеткам (spinyneurons) скорлупы (shell) прилежащего ядра. Имея реципрокные выходы на дофаминергические клетки среднего мозга, скорлупа прилежащего ядра через вентральный паллидум и медио-базальный таламус обеспечивает выходы в моторные области, учавствующие в формировании поведенческой реакции, связанной с потреблением. Скорлупа прилежащего ядра через вентральный паллидум связана с латеральным гипоталамусом, модулирующим ответы на естественные подкрепляющие раздражители (Kelly, 2004).

Вентральный паллидум рассматривается как место пассивного переключения сигналов из прилежащего ядра в другие зоны мозга. В последние годы доказано (Napier, Mitrovic, 1999; Kretschmer, 2000), что это образование выполняет интегративную роль.

Подвергается сомнению исключительная роль дофамина в механизмах подкрепления. Некоторые данные указывают в большей степени на побудительную, нежели на подкрепляющую функцию дофамина (Berridge, Robinson, 1998). В.Шульц (Schulz, 2000) охарактеризовал колебания реакции дофаминергических нейронов как кодирование несоответствия между ожидаемым и реальным подкреплением, а С.Икемото и Дж.Панксепп (Ikemoto, Panksepp, 1996) определили роль дофамина полосатого тела как стремление к позитивному стимулу и избегание негативных. Эти данные можно рассматривать как доказательство существования и дофамин-независимых механизмов подкрепления в среднем мозгу. В частности, в качестве медиатора подкрепления указывают на систему ГАМК и ГАМК-ергические механизмы (Ikemoto, Panksepp, 1996; Laviolette, vanderKooy, 2001).

Дискуссии о влиянии окружающей среды на поведение, до настоящего времени остаются мало результативными. Область, где эти знания достаточно обширны и убедительны, это нейрофизиологическая и нейрохимическая организация самостимуляции (Shizgal, 1997; Leon, Gallistel, 1998; Лебедев А.А., 2001, 2002; Sonnenscheinetal., 2003; Шабанов П.Д. и др., 2002, 2004). Схемы, объясняющие основы стимуляции системы награды через медиальный переднемозговой пучок, могут восполнить представления о внутримозговых механизмах трансляции мотивации в действие. Степень подкрепления вследствие стимуляции медиального переднемозгового пучка может суммироваться и быть выше, чем естественные раздражители (например, сахароза или соль). Это говорит о том, что различные типы подкрепления в процессе их функционирования формируют общую систему подкрепления, причем каждый из каналов может либо ее активировать, либо подавлять (Conover, Shizgal, 1994; Shizgal, Conover, 1996; Shizgal, 1997).

Оценка полезности или важности происходит после определения стимула и тесно связана с активацией автономной, соматомоторной и поведенческой систем реагирования. Первый этап происходит в рамках связей базолатеральной и центромедиальной миндалины. Третий связан с вентральным стриопаллидумом и большинством эфферентных мишеней центромедиальной и расширенной миндалины. Второй этап выполняет уникальную функцию субстрата самостимуляции. Где же и как он может осуществляться?

Такая схема предусматривает включение связей со структурами, которые определяют мотивационно значимые стимулы и структуры, опосредующие поведенческие, висцеромоторные и автономные реакции. Во-вторых, эта схема работает по принципу цепи. Информация, относящаяся к появлению значимого стимула, может приходить от дистальных сенсоров (зрительный, слуховой анализатор), чьи входы интегрируются главным образом в височной ассоциативной коре, распространяясь через корковые связи и на базолатеральную-центромедиальную миндалину. Такая информация может происходить и от более проксимальных сенсоров, например, интероцепторов, чьи входы осуществляются через черепные нервы и ядра ствола мозга. Наконец, должна формироваться и система обратной связи с источниками поступления информации, тормозя или усиливая определенные входы.

Расширенная миндалина по описанию хорошо совпадает с представленными выкладками. Впервые на это указали Г.Алхейд и Л.Xеймер (Alheid, Heimer, 1988), а позже М.Кассел и соавторы (Cassell., et al., 1999) и Д.Зам (Zahm, 2000]) показали, что расширенная миндалина является центром связей и координатором всей системы.

Центральная расширенная миндалина имеет также связи с вентральным стриопаллидумом. Д.Зам (Zahm, 1998) отмечает, что паттерны непрямых связей между центральной расширенной миндалиной и вентральным стриопаллидумом подразумевают «прямые пути в проведении информации из расширенной миндалины в заднемедиальную скорлупу». Таким образом, информация идет из миндалины и других получающих сенсорную информацию структур через расширенную миндалину непосредственно в вентральный стриопаллидум. Расширенная миндалина находится в идеальной позиции для передачи и трансформации сенсорной информации высокого мотивационного значения в значимость выживания или полезности и затем включает, а возможно, и управляет механизмами ответа.

Магноцеллюлярная система тоже активируется при стимуляции медиального пучка переднего мозга. Ее клетки разбросаны по расширенной миндалине и получают локальный вход из нее (Gastardetal., 2002), а также непрямые афференты из расширенной миндалины через латеральный гипоталамус (Alheid, Heimer, 1988; Zahm, 2000). Центральная расширенная миндалина включает множество ГАМК-ергических внутренних и внешних проекционных путей (Cassell., et al., 1999). Подкрепляющие свойства стимуляции медиального переднемозгового пучка связаны и с этой частью ГАМК-ергической системы мозга (Jones., et al., 1999).

1.2. Механизмы подкрепления и зависимости

Наркомания, т. е. патологическая зависимость от наркотических средств, это хроническое заболевание, характеризующееся вынужденным поиском и употреблением наркотика, потерей контроля в ограничении его потребления и появлением отрицательного эмоционального состояния при прекращении доступа.

При оценке механизмов подкрепления головного мозга необходимо определить его биологическую сущность. В широкий научный обиход это понятие было введено И.П. Павловым (Павлов И.П.,1973). В результате анализа его трудов было высказано предположение, что подкрепление — это внешнее раздражение, запускающее безусловный рефлекс, который в своем нейрофизиологическом содержании является мозговым механизмом подкрепления. Работы Ю. Конорского (1970) развивали идеи И.П. Павлова о подкреплении, как биологически значимом раздражителе, при действии которого на организм вслед за ранее индифферентным раздражителем последний приобретает сигнальное значение (Симонов П.В., 2004).

Как пишет П.В. Симонов (2004) «филогенетически наиболее древней является подкрепляющая функция эмоций, связанная с решением универсальной поведенческой задачи максимизации — минимизации возникшей эмоции, стремлением «к» или «от». Подкрепление осуществляется за счет перепада текушего эмоционального континуума в ту или иную сторону, т.е. в сторону положительного или отрицательного полюса. Такое представление о подкреплении дается в работах различных авторов (Симонов П.В. 2004; Вартанян Г.А., Петров Е.С., 1989; Л.И. Преображенская Л.А., 1991; П.Д. Шабанов, Сапронов, 2010: П.Д. Шабанов, Лебедев А.А., 2011). П. Скиннер (1998) считал, что положительное подкрепление может быть определено как эмоциональная ситуация, в которой наличие стимула увеличивает вероятность поведенческой реакции, а при отрицательном подкреплении, наоборот. Т.е главной целью подкрепления является повышение вероятности поведенческой реакции и стремления к положительной эмоции.

Суть подкрепления, как мотивации избегания отрицательных эмоциональных состояний, открывает ряд позиций для оценки патологического пристрастия. Наркомания определяется как повторяющееся, навязчивое употребление наркотических средств, которое сопровождается нарушением функционирования подкрепляющих систем головного мозга. Это заболевание прогрессирует от случайного употребления наркотических средств до навязчивого патологического пристрастия и включает три последовательные стадии: озабоченность/ожидание, интоксикация и синдром отмены/ отрицательный аффект (Koob G.F., LeMoal. M., 1997). Стадии сменяют друг друга, становятся более выраженными и сопровождают переход от положительного подкрепления к отрицательному.

В процессе употребления наркотиков снижается активность системы положительного подкрепления, а системы отрицательного подкрепления повышается. Активация системы отрицательного подкрепления связана с состоянием организма, которое наблюдается при абстинентном синдроме. Отрицательное эмоциональное состояние (дисфория, беспокойство, раздражительность) возникает, когда доступ к наркотическому средству невозможен. Это играет ключевую роль для развития и протекания зависимости. Переход от случайного употребления наркотиков к хронической наркомании связан с мотивацией избегания отрицательного эмоционального состояния в условиях прекращения доступа к наркотическому средству (Koob G.F., LeMoal M., 2008b).

Исследования механизмов зависимости связаны с открытием системы награды головного мозга в опытах с самораздражением структур мозга (OldsJ, MilnerP, 1954) и самовведением наркотических средств у животных при отсутствии ранее сформированной зависимости (Schuster C. R., Thompson T., 1969). Система награды затрагивает обширные зоны головного мозга. Самые низкие пороги электрической самостимуляции находятся в области переднего мозгового пучка, соединяющего вентральную область покрышки с базальными отделами переднего мозга (Olds J., Milner P., 1954). Главное внимание в исследованиях нейрохимических механизмов самостимуляции было сосредоточено на роли восходящих моноаминергических систем переднего мозгового пучка. В дальнейшем обнаружили, что не только дофаминергическая система учавствуют в реализации реакции самостимуляции переднего мозгового пучка (Hernandez, Getal, 2006). Наркотические средства снижают пороги самостимуляции головного мозга, что говорит о прямой связи системы награды при реализации аддиктивного поведения (Kornetsky C., Esposito R.U., 1979).

В процессе употребления наркотических средств учавствуют медиальная префронтальная кора, базальные отделы переднего мозга, центральное ядро миндалины, латеральный гипоталамус и вентральная область покрышки. Это реализуется при включении дофаминовой, серотониновой систем, системы опиоидных пептидов, γ-аминомаслянной кислоты (ГАМК) (Koob G.F., 1992; Koob G.F., 1996; Koob G.F., LeMoal M., 1997; Nestler E.J., 2005). Последнее подтверждается опытами с самовведением наркотических средств и повышением внеклеточной концентрации дофамина, измеренной в свободном поведении в методе микродиализа (DiChiara, Getal, 2004). При этом наблюдается значительно меньшее увеличение концентрации этанола, никотина и опиоидов при самовведения (Doyon W., Metal, 2003; Weiss F., 1992). При повреждения мезолимбической дофаминергической системы показатели самовведения опиоидов и этанола не изменяются (Dworkin S., Ietal, 1998; Myers R. D., 1990; Pettit H.O., et al, 1984; Rassnick., Setal, 1993). Серотонинергическая система мозга тоже принимает участие в механизмах самовведения психостимуляторов. Повышается активность 5-HT1B рецепторов серотонина в хвостатом ядре в процессе самовведения (Rassnick, Setal, 1993). Наличие опиатных рецепторов в вентральной области покрышки и миндалине определяет эффект подкрепления при самовведении опиоидов и этанола. Данное утверждение в значительной степени основано на эффектах антагонистов опиатных рецепторов: их введение как в прилежащее ядро, так и в центральное ядро миндалины блокировали самовведение опиоидов и этанола (Heyser C.J., et al, 1999; Vaccarino F.J.,et al, 1985). Этанол в токсических дозах активировал ГАМК-ергическую систему в миндалине, а антагонисты ГАМК, введенные в миндалину, блокировали самовведение этанола (Nestler E.J., 2005).

Мозговым субстратом синдрома отмены служат компоненты системы расширенной миндалины и стресс-зависимые системы ГМ, включая кортикотропинрилизинг гормон (КРГ) и норадреналин. Изменения, сопровождающиеся снижением функции награды при синдроме отмены, в дальнейшем сохраняются в форме состояния успокоения, формирующее высокий уровень мотивационного возбуждения для повторного употребления наркотиков (Koob G.F., LeMoal M., 2005).

В исследованиях (Шабанов П.Д., Лебедев А.А., 2007; Шабанов П.Д.и др., 2002; Shabanov P.D., 2008) показана возможность прямого управляющего действия со стороны центрального ядра миндалины на гипоталамус посредством механизмов, вовлекающих КРГ и дофамин. Этот механизм имеет важное значение для реализации подкрепляющих эффектов опиатов и опиоидов (Шабанов П.Д.и др., 2006). По-видимому, этим двум структурам расширенной миндалины — центральному ядру миндалины и ядрам ложа конечной полоски — и принадлежит координирующая роль в формировании эмоциональных стресс-реакций, опосредуемых как медиаторами, так и нейропептидами (КРГ, в частности).

Центральная часть расширенной миндалины получает массивную афферентацию от лимбических структур, базолатеральной миндалины и гиппокампа, и отправляет эфференты в вентральный паллидум и латеральный гипоталамус для контроля над лимбическими структурами и экстрапирамидной двигательной системой (Alheid G.F., et al., 1995). Для обеспечения нейрохимического звена системы «антинаграды» может служить целый ряд медиаторных систем и отражать центральные механизмы поддержания гедонистической основы гомеостаза [Koob G.F., LeMoal M., 1997). При этом в качестве точки приложения медиаторов системы «антинаграды» служит кортикотропин-релизинг фактор (КРГ), норадреналин и динорфин. КРГ, норадреналин и динорфин в головном мозге осуществляют свои функции при длительном применении наркотического средства, формируя отвращение или состояния подобные стрессуво время синдрома отмены (Koob G.F., 2008; Koob G.F., LeMoal M., 2008b).

Антагонисты рецепторов КРГ уменьшают поведение беспокойства (Rassnick S., et al., 1993a] и снижают самовведение этанола у крыс с алкоголизацией (Funk C.K., et al., 2006). При системном введении антагонистов КРГ1 наблюдалась направленность действия на поведение и на самовведение этанола во время его острой отмены и длительного воздержания (Koob G.F., 2008). Результаты говорят о важной роли КРГ системы расширенной миндалины в формировании повышения реакции самовведения у животных с выраженной зависимостью. Подобные результаты наблюдались при увеличении реакции самовведения, связанной с неограниченным доступом к героину (Greenwell T.N., et al., 2009), кокаину (Specio S.E. et al., 2008), и никотину (George O., et al., 2007).

Ещё один убедительный аргумент в пользу решающей роли системы расширенной миндалины в эмоциональных состояниях связан с данными (LeDoux J.E., et al., 1988), в которых наблюдалась конвергенция сенсорных импульсов негативной эмоциональной природы в центральное ядро миндалины. Эти результаты показали, что звуковые стимулы от слуховой коры и болевые воздействия от соматосенсорной коры конвергируют в базо-латеральной миндалине, проецирующей потоки импульсов к центральному ядру миндалины, для организации вегетативных и поведенческих реакций, вызванных состоянием страха (LeDoux J.E., et al., 1988). Согласно гипотезе Д. Прайса центральное ядро миндалины является ключевой структурой, учавствующей в формировании эмоциональной боли. (Price D.D., 2002).

1.3.Орексин и орексиновые рецепторы

Нейропептиды головного мозга орексин А и орексин В формируются в гипоталамусе и действуют по типу нейромедиаторов на два связанных с G-белком рецептора, получивших название рецепторов орексина 1-го и 2-го типов (OX1R и OX2R) (Sakurai T., еt al., 1998).

Орексин А и В образованы из общего полипептидного предшественника, препроорексина, в ходе обычного протеолитического процессинга вероятно конвертазами прогормона (L. DeLecea., et al., 1998).

Распределение OX1R и OX2R частично совпадает, но имеются и различия, что, по-видимому, говорит об их различных функциях. OX1R экспрессируется в префронтальной и инфралимбической коре, гиппокампе, миндалине, паравентрикулярном таламическом ядре, переднем гипоталамусе, дорсальном ядре шва, вентральной области покрышки, дорсолатеральной области покрышки (Triverdi P., et al., 1998; Lu X.Y., et al., 2000; Marcus J. N., et al., 2001). OX2R экспрессируется в таких структурах как: миндалина и ядро ложа конечной полоски, паравентрикулярном таламическом ядре, дорсальном шве, вентральной области покрышки, дорсолатеральной области покрышки (Lu X.Y., et al., 2000; Marcus J. N., et al., 2001).OX2R широко распространены в аркуатном ядре, вентральной области покрышки, дорсомедиальном гипоталамическом ядре, паравентрикулярном ядре, гиппокампе и медиальной ядре перегородки (Lu X.Y., et al., 2000; Marcus J.N., et al., 2001). ОX1R также представлены в периферических тканях: почках, надпочечниках, щитовидной железе, яичниках и тонком кишечнике. ОХ2R имеются и в надпочечниках, легких и гипофизе (Jӧhren O., et al., 2001). Орексин в мезокортиколимбической системе и дофаминергические терминали, идущие из вентральной области покрышки, действуют как регуляторы, прежде всего, положительных эффектов (потребления пищи, воды, самораздражения мозга, самовведения веществ). С другой стороны, как часть экстрагипоталамической системы КРГ, орексин регулирует главным образом негативные эмоциональные реакции (Сапронов Н. С., 2005, Стрелец Н. В., 2001; Воеводин Е. Е., 2007; Звартау Э. Э., 1988; Елисеева И. П., 2005; Шабанов П. Д. и др., 2014).

Орексиновые нейроны расположены преимущественно в перифорникальной области, и в задней (латеральной) области гипоталамуса головного мозга крыс (Peyron C., et al., 1998; Date Y., et al., 1999; Nambu T., et al., 1999), аналогичная конфигурация нейронов обнаружена и в мозге человека (Elias C. F., et al., 1998). Это говорит о том, что активность орексиновых нейронов влияет на обширные области головного мозга. Значительное число орексиновых нейронов экспрессирует везикулярные глутаматные транспортеры, предполагая, что многие орексиновые нейроны являются тоже глутаматергическими (Rosin D. L., et al., 2003; Torrealba F., et al., 2003). В противоположность этому орексиновые нейроны не экспрессируют GAD-67 мРНК, говоря о том, что орексиновые нейроны не ГАМК-эргические (Rosin D. L., et al., 2003). Орексиновые нейроны активируются из латерального парабрахеального ядра, вентролатерального преоптического ядра, медиальной и латеральной преоптической областей, основания переднего мозга, заднего и дорсомедиального гипоталамуса, вентральной области покрышки и медиального ядра шва. Большинство восходящих нейронов идентифицированы в эмоциогенных структурах мозга, включая инфралимбическую кору, миндалину, прилежащее ядро, латеральное ядро перегородки и ядро ложа конечной полоски. Орексиновые нейроны иннервируются структурами мозга, обеспечивающими поддержание гомеостаза, включая нейропептид Y, альфа-меланин стимулирующий гормон (Broberger C., et al., 1998; Elias C. F., et al., 1998).

Ядра гипоталамуса иннервируют орексиновые нейроны в медиальной и перифорникальной области, но часть проекций от ствола головного мозга проецируются к латеральной области гипоталамуса (Yoshida K., et al., 2006). Эти структуры мозга направляют сигналы к орексиновым нейронам и регулируют их активность секрецией нейромодуляторов. Например, норадреналин и серотонин (5HT) вызывают гиперполяризацию на орексиновых нейронах через активацию G — белков, регулирующих состояние K+ каналов через альфа-2 адренорецепторы и 5HT1A — рецепторы (Yamanaka A., et al., 2003b, 2006; Muraki Y., et al., 2004). Холинергический агонист карбахол активирует 27% и ингибирует 6% орексиновых нейронов посредством М3-мускариновых рецепторов (Yamanaka A., et al., 2003; Sakurai T., et al., 2005). Серотониновые и норадреналиновые нейроны осуществляют тормозную обратную связь с орексиновыми нейронами. Данный механизм обратной связи может стабилизировать активность как орексиновых, так и моноаминергических нейронов. Кроме того, хоть орексиновые нейроны и не экспрессируют дофаминергические рецепторы, все же дофамин ингибирует орексиновые нейроны, действуя на альфа — 2 — адренорецепторы (Yamanaka A., et al., 2003b, 2006). Было также доказано, что короткий период тотального прерывания сна изменяет действие норадреналина на орексиновые нейроны у крыс (Grivel J., et al., 2005), хотя это не наблюдалось у мышей (Yamanaka A., et al.,2006).

Агонисты NMDA рецепторов возбуждали орексиновые нейроны, тогда как антагонисты NMDA рецепторов cнижали их активность (Li Y., et al., 2002; Yamanaka A., et al., 2003b). Данные результаты говорят о том, что орексиновые нейроны тонически активируются глутаматергическими нейронами. А GABA-ергические сигналы к орексиновым нейронам выраженно ингибируют активность орексиновых нейронов (Xie X., et al., 2006; Matsuki T., et al., 2009).

При работе с трансгенными мышами, у которых орексиновые нейроны экспрессируют внутриклеточный кальциевый индикатор (Yc2.1), обнаружен ряд биологически активных веществ, влияющих на активность орексиновых нейронов: холецистокинин, нейротензин, окситоцин и вазопрессин (оказывают возбуждаюшее действие) (Тsujino N., et al., 2005; Тsunematsu T., et al., 2008). При этом, ГАМК, глюкоза, серотонин, норадреналин и лептин оказывают тормозное действие на орексиновые нейроны. Доказано, что аденозин ингибирует орексиновые нейроны через OX1R (Liu Z.W., Gao X.B., 2007).

Нейропептиды головного мозга орексин А и орексин В были изначально описаны как регуляторы потребления пищи из-за их исключительной выработкой в области латерального гипоталамуса (центра насыщения головного мозга) (Sakurai T., et al., 1998; Edwards C. M., et al., 1999; Haynes A. C., et al., 2000, 2002). Было показано, что нейропептиды гипоталамуса орексины принимают участие в механизмах подкрепления, пробуждения и поддержания уровня бодрствования (DeLecea L., 2012). Также обнаружено, что механизмы пробуждения и регуляции уровня бодрствования в некоторой степени связаны с активацией OX2R, в то время как регуляция системы положительного подкрепления — с OX1R (Шумилов Е. Г. и др., 2014; Akanmu M. A., Honda K., 2005; Aston-Jones G., et al., 2010; Smith R. J.). Эти данные предполагают возможность разработки фармакологических средств, избирательно вовлекающих OX1R или OX2R подтипы рецепторов орексинов, для лечения аддикции и расстройств сна, соответственно (Gotter A. L., Roecker A. J., Hargreaves R., et al., 2012). Орексин активирует моноаминергические и холинергические нейроны, нужные для поддержания уровня бодрствования и получающие обильные связи от лимбической системы (Peyron C., et al., 2000; Thannickal T. C., et al., 2000; Hara J., et al., 2001). Орексиновые нейроны имеют и реципрокные соединения с аркуатным ядром гипоталамуса, регулирующие потребление пищи. Кроме того, чувствительность орексиновых нейронов к лептину и глюкозе, предполагает, что эти нейроны играют ключевую роль в поддержании энергетического гомеостаза и уровнем бодрствования. Орексиновые нейроны имеют тесные связи с дофаминергической подкрепляюшей системой мозга (Шумилов Е. Г., и др., 2014; Lin L., et al., 1999; Peyron C., et al., 2000). Таким образом, система орексина принимает участие в механизмах эмоционального подкрепления, энергетическом гомеостазе для поддержания уровня бодрствования. Поэтому данная система является потенциально важной терапевтической мишенью для лечения расстройств сна, ожирения, эмоционального стресса и наркологической зависимости (Hara J., et al., 2001).

Орексины играют важную роль в развитии наркотической зависимости и поведения, связанного с системой награды. Особенно важна роль орексинов в стремлении к получению наркотика, инициируемая внешними стимулами. Существуют функциональные нейронные связи, в которые вовлечена система орексинов. Данные связи опосредуют поведение, связанное с аддикцией (DeLecea L., 2012). Опыты на животных показали, что функция награды связана с орексиновыми нейронами в латеральном гипоталамусе.

Орексиновые нейроны реагируют на подкрепляющие стимулы, включая пищу, половое влечение и аддиктивные вещества (Шумилов Е. Г., и др., 2014; Лебедев А. А., и др., 2015; Cason A. M., et al., 2010; DiSebastiano A. M., et al., 2010; Harris G. C., et al., 2005; Sakurai T., et al., 1998). Блокирование OX1R-рецепторов препядствует возможности стимулов к восстановлению поведенческих реакций в отношении тяги к наркотикам или пище. Доказано, что орексин не только активирует нейроны-мишени, но также оказывает модуляторный эффект на глутаматергическую передачу (Шумилов Е. Г., и др., 2014; Baimel C., Borgland S. L., 2012).

Множество исследований показали важную роль орексина в отношении формирования тяги к наркотику на моделях аддикции у животных. Но точные механизмы этого воздействия пока не ясны. Это происходит вследствие комплексного вовлечения орексина в различные аспекты тяги к наркотику, такие как отвращение и мотивация потребления пищи, взаимодействие с процессами Павловского обусловливания и инструментального обусловливания (Шабанов П. Д., Лебедев А. А., 2012; Шабанов П. Д. и др., 2014).

Исследование системы орексина показало ее ключевую роль в фундаментальных и поведенческих процессах головного мозга. Сложно идентифицировать какую-либо другую систему, которая бы в такой же степени ассоциировалась с влиянием на поведение (Шабанов П. Д., Лебедев А. А., 2012; Шабанов П. Д. и др., 2014; Шумилов Е. Г. и др., 2014; GotterA. L., etal., 2012).

1.4. Системы грелина

В то время как грелин известен как гормон желудка, принимая участие в энергетическом балансе, инициации голода и насыщения, он также играет важную роль в аддиктивном поведении через активацию так называемой"холинергическо-дофаминергической цепочке награды". Эта цепочка содержит проекцию (воздействие) дофамина вентральной области покрышки (VTA) на прилежащее ядро вместе с холинергическим входом, возникающие в основном из латеродорзальной области покрышки. Влияние грелина на вентральную (VTA) или латеродорзальную (LDTg) область покрышки активирует"холинергическо-дофаминергическую"цепочку награды, предполагая, что грелин может увеличить побудительные ценности мотивированного поведения, такие как поиск раздражителя ("желание"или"побудительная мотивация"). Кроме того, с непосредственным введением грелина в желудочки головного мозга или в вентральную область покрышки(VTA) увеличивает потребление желаемых продуктов, а также алкоголя у мышей и крыс. Исследования на грызунах показывают положительный эффект антагонистов грелиновых рецепторов (GHS-R1A) в подавлении потребления желаемой пищи, алкоголя, кокаина и амфетамина (Suzanne L. Dickson et al., 2011).

Кроме того, изменения в GHS-R1A и про-грелиновых генах были связаны с высоким уровнем потребления алкоголя, курением и увеличением прироста массы людей с алкогольной зависимостью, также как при булимии и ожирении. Таким образом, система грелина учавствует в механизмах подкрепления, а агенты, которые прямо или косвенно подавляют эту систему, рассматриваются в качестве потенциальных лекарственных препаратов для подавления переедания, приводящего к ожирению и лечения наркотической зависимости (Suzanne L. Dickson et al., 2011).

Грелиновая система рассматривается как важная составляющая ЦНС для контроля за питанием (Wren et al., 2000) и энергетического баланса (Lell et al., 2001; Tschop et al., 2000). Рецепторы грелина GHS-R1A представлены в некоторых участках мозга, которые включают: гипоталамус, область покрышки, гиппокамп и ствол ГМ (Guan et al., 1997; Howard et al., 1996; Zigman et al., 2006). Интересно, что эти рецепторы имеют конституциональную активность даже при отсутствии грелиновых лигандов (Holst et al., 2003; Holst and Schwartz., 2004). Из этого следует, что работа рецепторов зависит не только от внутремозговых сигналов, обеспеченных грелином. Более того, работа GHR-R1A может быть подавлена не только через фармакологические антагонисты грелиновых эффектов, но также независимо от грелина (например через использование противоположных агонистов) (Mokrosinski and Holst., 2010).

Заинтересованность в GHS-R1A как в мишени для лечения появилась в 1980х годах, когда пептид, называвшийся пептид 6 релизинг-гормон роста (GHRP-6), каноничный представитель класса синтетических молекул, известных как секретируемый гормон роста (GHS), был определен как сильнейший стимулятор гипоталамо-гипофизарных осей роста (Bowers et al., 1984). Рецепторы к этим лигандам, GHR-R1A, были впервые описан несколько лет спустя группой MerckandCo (Howard et al., 1996).

Вскоре после исследования грелина, как первого эндогенного лиганда для GHS-R1A (Kojima et al., 1999), стало ясно что эти рецепторы также являются потенциальной цель для контроля за приемом пищи и ожирением. На грызунах инъекции грелина (периферически или центрально) вызывали быстрый орексиновый ответ (Asakawa et al., 2001; Wren et al., 2000). Также было найдено, что хроническая стимуляция рецепторов грелином (Tschop et al., 2000) или синтетически выращенными гормонами (Lall et al., 2001) повышала массу тела у грызунов. Уровни грелина повышаются перед приемом пищи (Cummings et al., 2001) и была показана корреляция со степенью голода у здоровых особей (Cummings et al., 2004) определяющяя то, что, по крайней мере в нормальной физиологии, острые изменения грелина, как изменяющегося гормона голода, могут участвовать в формировании решения к употреблению пищи.

В экспериментальных исследованиях на грызунах были определены возможные зоны действия грелина в ГМ: дугообразное ядро, вентромедиальное ядро, дорсомедиальное ядро, паравентрикулярное ядро, латеральный гипоталамус (Olszewski et al., 2003 a,b; Wren et al., 2001 a,b), ядра одиночного тракта ствола мозга (Faulconbridge et al., 2003), центральное ядро миндалины (Olszewski et al., 2003), вентральная область покрышки (VTA) и прилежащее ядро (Egecioglu et al., 2010; Naleid et al., 2005).

Изучая механизмы награды, как ключевые цели для грелина, становится ясно что центральная система грелина необходима для развития наркотической зависимости (Jerlhag et al., 2009; Kaurand, Ryabinin, 2010; Tessari et al.,2007; Wellman et al.,2005 ), а грелиновый рецептор, GHS-R1A, является важной терапевтической мишенью при аддиктивном поведении.

Мезолимбические дофаминовые пути из вентральной области покрышки в прилежащее ядро, которые играют важную роль в побудительной мотивации (желании) (Berridge and Robinson, 2003), являются важным компонентом грелин-опосредованной системы. Грелиновые рецепторы, представленные в вентральной области покрышки (Guan et al., 1997; Zigman et al., 2006), включают субпопуляцию дофаминовых клеток в этой области (Abizaid et al., 2006). Воздействие грелина на вентральную область покрышки активирует и повышает высвобождение дофамина, а также активирует локомоторную стимуляцию (Jerlhag et al., 2006a, 2007) и снижение захвата дофамина в N.Acc. (Abizaid et al., 2006). Периферически введенный грелин также стимулирует мезолимбическую дофаминовую систему (Jerlhag, 2008; Quartaetal., 2009).

Схематичное изображение ключевых путей, через которые грелин регулирует пищевое поведение и поиск награды

Считается что грелин может иметь прямое влияние на узел подкрепления в LDTg (Guan et al., 1997) через GHS-R1A рецепторы, особенно выраженные на холинергических клетках (Dickson et all., 2010). Мы заметили, что локальное воздействие грелином в LDTg активирует показатели связанные с подкреплением, а именно локомоторную стимуляцию и высвобождение дофамина (Jerlhag et al., 2007). Более того, эти эффекты грелина были блокированы периферическим или интра-VTA воздействием неселективного холинергического никотинового антагониста, мекамиламином (Jerlhag et al., 2006a, 2008). К тому же, периферическая инъекция мекамиламина показала возможность блокирования грелина, локально воздействуя в VTA, чтобы повысить потребление пищи (Dickson et al., 2010). Совместно, эти исследования демонстрируют что грелин активирует холинергическо-дофаминергическую цепочку подкрепления, и таким образом может учавствовать в механизмах подкрепления.

В дальнейшем, с использованием селективного фармакологического антагониста субтипов никотиновых ацетилхолиновых рецепторов было показана способность грелина активировать холинергическо-дофаминергическую цепочку подкрепления опосредовано через особые субтипы никотиновых ацетилхолиновых рецепторов, а именно a3B2*, a6* и В3* (Jerlhag et al., 2008). Интересно, что эти субтипы также опосредуют подкрепляющие способности алкоголя и собственно потребление алкоголя грызунами (Ericson et al., 2009; Jerlhag et al., 2006b; Larsson and Engel, 2004; Lof et al., 2007; Steensland et al., 2007). Эти данные доказываются клиническими исследованиями; таким образом, блокируя эти субтипы рецепторов, возможно снижение употребляемой дозы (McKee et al., 2009).

Кроме того, было показано, что чрезмерное потребление алкоголя в длительный период времени, вызывает выброс ацетилхолина в VTA, следующий за повышением уровня прилежащего дофамина, доказывая, что алкоголь, как и грелин, активирует холинергическо-дофаминергическую цепочку подкрепления (Larsson et al., 2005). Анализирую полученные данные, возникают нейрохимические аналогии между грелином и алкоголем, где холинергическо-дофаминергическая цепочка подкрепления является главным регулятором.

Действие дофаминергических нейронов в VTA обеспечивается через различные афференты и, в пределах VTA, GHS-R1A представлены не только дофаминергическими клетками, но также пресинаптическими афферентами (Abizaid et al., 2006) которые могут обеспечивать способность грелина активировать систему награды. Особенно заметна возможность грелина повышать локомоторную активность, выброс прилежащего дофамина в условиях предпочтения места (совмесное воздействие подкрепления с грелин-парной средой), которая ослаблялась неселективными антагонистами глутамат NMDA рецепторов (AP5) (Jerlhag et al., 2011). Супрессия GHS-R1A уменьшает подкрепляющие свойства алкоголя и соответственно снижает потребление алкоголя у мышей (Jerlhag et al., 2009), а воздействие антагонистов GHS-R1A снижает подкрепляющие возможности амфетамина и кокаина (Jerlhag et al., 2010). Клинические данные также говорят о роли GHS-R1A в регуляции потребления наркотиков (Landgren et al., 2008, 2010). Интересен тот факт, что ограничение пищи, которое повышает уровень грелина (Gualillo et al., 2002), увеличивает кокаино — и амфетаминоиндуцированную локомоторную стимуляцию, увеличивает поиск кокаина и самостимуляцию от какоина или амфетамина у крыс (Carroll et al., 1979).

В исследованиях человеческого генома гиплотип грелинового гена был связан с отцовским наследованием расстройств употребления алкоголя (Landgren et al., 2010) и с повышением степени алкогольной зависимости (Landgren et al., 2008).

После употребления алкоголя уровень грелина в плазме снижается у здоровых особей (Calissendorff et al., 2005, 2006; Zimmermann et al., 2007) в одинаковой степени как и после приема пищи (Tschop et al., 2001). Было показано, что повышение уровня грелина во время первоначальной фазы абстиненции, не отличается от здоровой группы поздних фаз абстиненции (Wurst et al., 2007), и что повышение уровня грелина связано с непреодолимым желанием во время абстиненции (Addolorato et al., 2006).

Таким образом, точный механизм, через который грелин вызывает потребление и поиск награды достаточно хорошо изучен, но вероятно включает работу на уровне холинергическо-дофаминергической системы подкрепления. GHS-R1A представлены пре — и постсинаптически в VTA (Abizaid et al., 2006), а также на холинергических нейронах в LDTg (Dickson et al., 2010). Грелиновые инъекции в эти области мозга повышают прилежащий дофамин (Jerlhag et al., 2007), повышают потребление алкоголя (Jerlhag et al., 2009) и потребление пищи совместно с мотивированными поведениями, связанными с предпочитаемой пищей (Egecioglu et al., 2010; Skibicka et al., inpress-b). Центральная грелиновая сигнальная система изменяет некоторые компоненты дофаминергических нейронов в VTA и повышает возможность подкрепляющих агентов, таких как пища, алкоголь или наркотические вещества, активируя среднемозговую дофаминовую систему подкрепления (Holst et al., 2003). Возможно GHS-R1A регулируются независимо от грелина, например, через гетеродимеризацию на дофаминовые D1-рецепторы (Jiang et al., 2006).

Центральная грелиновая система показала значение в подкреплении от алкоголя (Jerlhagetal.,2009, inpress), кокаина, амфетамина (Jerlhag et al., 2010; Wellman et al., 2005; Tessari et al., 2007), и предпочитаемой пищи (Erecioglu et al., 2010; Perello et al., 2010; Skibicka et al., inpress-a, inpress-b). Совместно эти данные подразумевают, что грелиновая центральная система, включая GHS-R1A, может являться ведущей целью для развития стратегии лечения наркотической зависимости.

1.5. Кортиколибериновая система мозга

В 1950-х гг. в гипоталамусе обнаружили фактор пептидной природы, активирующий гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему (ГГНС). И только в 1981 г. этот фактор — КРГ — выделили из гипоталамуса овцы (Vale et al., 1981). Доказали, что КРГ является пептидом, состоящим из 41 аминокислотного остатка, и синтезируется в парвоцеллюлярных нейронах гипоталамуса (Vale et al., 1981; Swanson et al., 1983). Под влиянием стрессорных стимулов КРГ транспортируется посредством аксонального транспорта из гипоталамуса в срединное возвышение. Затем он высвобождается в систему портальной циркуляции и активирует высвобождение дериватов проопиомеланокортина (таких как АКТГ и β-эндорфин) из передней доли гипофиза. АКТГ попадает в общую систему кровообращения, достигает надпочечников и активирует высвобождение глюкокортикоидов. КРГ-иммунореактивные клетки обнаружили не только в паравентрикулярном ядре гипоталамуса, но и экстрагипоталамически. КРГ-иммунореактивные клетки широко представлены в центральном ядре миндалины, ядре ложа конечной полоски, голубом пятне (locuscoeruleus), парабрахиальных ядрах, дорсальном комплексе блуждающего нерва, префронтальной коре (Swanson et al., 1983). Анатомическое распределение КРГ говорит об участии этого нейропептида в регуляции реакций на стрессорные раздражители, вегетативной нервной системы, потребления пищи и когнитивных процессов. Позже, фармакологическими исследованиями (Nijsen et al., 2000; vanGaalen et al., 2003; Zorrilla et al., 2003) подтвердилось решающее значение КРГ в контроле этих физиологических процессов. Участие КРГ в регуляции стрессорных реакций подтверждается данными об увеличении содержания пептида в реакции на стресс в различных областях мозга, включая медиабазальные отделы гипоталамуса и центральное ядро миндалины (MerloPich et al., 1993; Merali et al., 1998; Hand et al., 2002; Cook, 2004). Было показано, что длительный стресс ускоряет адаптацию гипоталамической и экстрагипоталамической КРГ-систем, что меняет поведенческие и физиологические ответы на стресс (Albeck et al., 1997; Breese et al., 2004; Bruijnzeel et al., 2001, 2005).

Вскоре после биохимических исследований пептидов семейства КРГ авторадиографически охарактеризовали участки связывания КРГ и КРГ-подобных пептидов. Максимальная плотность данных участков связывания зарегистрирована в передней доле гипофиза, миндалине, коре мозга и гиппокампе (DeSouza et al., 1984, 1985). Примерно через 10 лет после этого клонировали два типа рецепторов к КРГ — КРГ₁ и КРГ₂ рецепторы (Chen et al., 1993; Perrin et al., 1993; Lovenberg et al., 1995). Два подтипа рецепторов КРГ являются рецепторами, связанными с G-белком и аденилатциклазой (Chalmers et al., 1996; Lewis et al., 2001). КРГ₁ рецептор экспрессируется в передней доле гипофиза и играет более значимую роль, чем КРГ₂ рецептор, в регуляции гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (Chalmers et al., 1995; Potter et al., 1994). Более того, КРГ₁ рецептор экспрессируется в неокортикальных областях, мозжечке, гиппокампе, базолатеральной миндалине и структурах ствола мозга, таких как заднее-боковое и педункуло-мостовое ядра покрышки и парабрахиальное ядро (Potter et al., 1994). КРГ₂ рецептор существует в трех изоформах: КРГ_2a и КРГ_2b рецепторы найдены у крыс и человека, а КРГ_2c рецепторы — только у человека (Lovenberg et al., 1995; Liaw et al., 1996; Kostich et al., 1998). В противоположность КРГ₁ рецепторам КРГ_2a рецепторы экспрессируются преимущественно в подкорковых структурах мозга: боковая перегородка, паравентрикулярное и вентромедиальное ядра гипоталамуса (Lovenberg et al., 1995). КРГ_2b рецептор экспрессируется в ненейрональных структурах на периферии и в меньшей степени в мозгу (Lovenberg et al., 1995).

Внутрижелудочковое введение КРГ инициирует широкий спектр физиологических и фармакологических реакций. Поведенческие эффекты КРГ зависят от состояния животного. Например, центрально вводимый КРГ вызывает поведенческую активацию у грызунов, находящихся в их обычных условиях (Sutton et al., 1982; Dunn, Berridge, 1990). При этом, КРГ вызывает выраженное угнетение поведения у животных, подвергнутых значимому стрессорному воздействию (Cole, Koob, 1988). Повышенная тревожность крыс после центрального введения КРГ показана в разных экспериментальных тестах. КРГ при центральном введении удлиняет латентный период выхода и снижает время нахождения вне темной камеры в оборонительном тесте (Takahashi et al., 1989), снижает время нахождения в открытых рукавах приподнятого крестообразного лабиринта (Moreau et al., 1997), снижает общительность в зоосоциальных тестах (Dunn, File, 1987), потенцирует звуковую мигательный реакцию (стартл-рефлекс) (Swerdlow et al., 1986).

Исследования с использованием антагонистов рецепторов КРГ, подтвердили мнение, что КРГ вызывает тревожность и депрессивноподобное состояние. Блокирование рецепторов КРГ не влияет на поведение при условиях воздействия слабых стрессорных факторов. Наоборот, антагонисты рецепторов КРГ снижают тревожность у предварительно стрессированных крыс или у животных, тестированных в условиях воздействия похожих аверсивных стрессорных факторов (Menzaghi et al., 1994). Последующие исследования в этом направлении делались с использованием антагонистов КРГ₁ рецепторов, которые, как оказалось, обладают анксиолитическими свойствами. Было доказано, что большинство селективных антагонистов рецепторов КРГ₁ снижают тревожность в разных экспериментальных моделях на животных (Okuyama et al., 1999; Keck et al., 2001; Griebel et al., 1998, 2002; Li et al., 2003; Lelas et al., 2004). Важно озаметить, что многие антагонисты КРГ₁ рецепторов вместе с анксиолитической обладают и антидепрессантной активностью (Cryan et al., 2002; Griebel et al., 2002).

Интересно, что острая отмена алкоголя приводит к инициации центральных механизмов стресса, в частности, системы кортиколиберина, с которыми во многом связывают негативную эмоциональную настроенность пациента (Weiss et al., 2001; Koob, 1999, 2003). В результате этой активации повышается вероятность развития достаточно тяжелых эмоциональных расстройств (тревожное и депрессивное состояния) (Nemeroff, 1992; Adamec, 1997; Stam, 2000). Кроме активации системы КРГ алкоголь повышает высвобождение адренокортикотропного гормона (АКТГ) и глюкокортикоидов посредством активации рецепторов КРГ в мозгу (Wilkins et al., 1982; Seyler et al., 1984; Sarnyai et al., 2001). Активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы потенцирует подкрепляющие эффекты психоактивных веществ, облегчая мозговую самостимуляцию и самовведение этих субстанций (Piazza, LeMoal, 1998; Лебедев А.А., 2002; Goeders, 2003; Мещеров Ш.К., 2004; Шабанов П.Д. и др., 2002, 2004, 2006). Более того, стрессогенные факторы сенситизируют экстрагипоталамическую КРГ-систему, которая сама по себе потенцирует подкрепляющие эффекты психоактивных веществ (Cole et al., 1990; Cador et al., 1993; Stam et al., 2000; Bruijnzeel et al., 2001). Исходя из этого, изучение значения центральных механизмов стресса для развития алкогольной зависимости представляется крайне важным.

Таким образом, мы имеем прямые доказательства участия рецепторов КРГ и всей кортиколибериновой системы в механизмах аддикции, вызываемых психостимуляторами, опиатами, гипноседативными средствами и гваллюциногенами (Sarnyai et al., 2001; Koob, 2003; Bruijnzeel, Gold, 2005).

1.6. Заключение

Данный обзор показывает, что структуры центральной расширенной миндалины формируют важнейшую часть системы, обеспечивающей воспроизведение и поддержание подкрепляющих свойств самостимуляции медиального переднемозгового пучка. Она взаимодействует с миндалиной, вентральным стриопаллидумом и магноцеллюлярным комплексом, осуществляя функциональные связи для обеспечения деятельности системы награды, а также связи с корковыми зонами мозга, участвующими в подкреплении.

К числу значимых элементов подкрепления следует отнести кортиколибериновую систему мозга. Приведенные в обзоре данные указывают на вероятное участие рецепторов КРГ в механизмах тревоги и депрессии, которые, как правило, сопровождают течение лекарственной зависимости и являются неотъемлемыми элементами данного заболевания. Кроме того, имеются прямые доказательства участия рецепторов КРГ и всей кортиколибериновой системы в механизмах аддикции, вызываемых психостимуляторами, опиатами, гипноседативными средствами и гваллюциногенами [Sarnyaietal., 2001; Koob, 2003; Bruijnzeel, Gold, 2005].

Неоспорима существенная роль орексиновой и грелиновой системы в механизмах подкрепления. В обзоре обозначены вероятные механизмы работы этих систем, зоны влияния и точки приложения.

Роль каждой из этих систем к настоящему времени становится вполне понятна, однако, если рассматривать ситуацию вцелом, возникает вопрос взаимодействия их между собой. Или же это независимые друг от друга рычаги влияния на процесс развития аддикции? Ответив на эти вопросы мы сможем еще на один шаг приблизиться к пониманию механизмов возникновения зависимости, а значит, к способам воздействия на этот процесс. Именно эти данные и позволили сформулировать цель настоящего исследования.

Конец ознакомительного фрагмента.