Неврокогнитивна дисфункция и фармакологична интервенция с гуанфацин в резус макаков модел на самонараняване

субекти

абстрактно

Въведение

При хората самонараняващото се поведение (SIB) е силно мощна проява на основните психиатрични разстройства, резултатите от които варират от социално изключване до сериозни физически наранявания и/или смърт. 1 SIB при хората се характеризира с умишлено, самонасочено действие, което води до физическа вреда. 2, 3 Разработването на нови насочени терапевтични средства е затруднено от неразбирането на физиологичните механизми, лежащи в основата на SIB и липсата на подходящи модели за тестови интервенции. 4 Въпреки че биологичните връзки между психологическите аномалии, техните задействащи събития и тяхната проява като SIB не са точно определени, доказателствата за неврохимични промени, причинени от човешки заболявания и животински модели, имат значителен принос. Промените в мозъчната допаминергична система с нейната роля в обучението, основано на възнаграждения 5 и работната памет 6 са предложен механизъм, чрез който ранните преживявания и травми могат да се проявят като по-късни психиатрични заболявания и последващи SIB.

При хората синдромът на Lesch-Nyhan, генетично заболяване, характеризиращо се с ненормален пуринов метаболизъм и нарушено когнитивно развитие и функция, както и характерни модели на SIB, е най-убедителният случай за промени в допамина (DA), които допринасят за SIB. 7, 8 В допълнение към трудностите с някои когнитивни задачи, особено тези, свързани с работната памет, при пациенти със синдром на Lesch-Nyhan са демонстрирани намалена допаминергична функция, 9 DA транспортери, 10 и допаминергични нервни терминали и клетъчни тела. 11 В модели на гризачи, за моделиране на човешки SIB е използвано целенасочено смущение на допаминергичната система чрез прилагане на метамфетамин или 6-хидрокси-DA. 12, 13

Връзката между променената когнитивна функция и SIB е отдавна известна. Силната връзка между SIB и интелектуални затруднения е документирана от работата, започнала в края на 70-те години. 14 При възрастни пациенти с диагноза шизофрения или гранично разстройство на личността, тежестта на SIB корелира положително с грешки в оценката на множество когнитивни функции. Освен че е свързано с по-голямо общо когнитивно увреждане и намалена езикова способност при деца с аутизъм, повишената тежест на SIB се свързва и с повишени нива на импулсивност. По подобен начин е доказано, че резус маймуните със SIB имат когнитивни промени, включително по-дълго време до изчезване на научено поведение, отколкото контролите. 17-ти

Adre2 адренергичните агонисти са клас лекарства, които показват обещание както в литературата за хора, така и за NHP. В един доклад за случая е показано, че агонистът на α2 клонидин облекчава SIB при младо момиче чрез раняване. 24 Guanfacine, предпочитан агонист на рецептор на α2A, първоначално използван за лечение на високо кръвно налягане и по-скоро за лечение на ADHD, е описан в друго изследване на случай на намаляване на раняването при две маймуни резус и павиана със SIB. 25-ти

Тук описваме кохорта от 19 мъжки резус макаци на възраст 7 години (YoA), които развиват висока честота на самонанасяне на рани. Ние предположихме, че тежестта на SIB в тези резус макаци е свързана с измерима неврокогнитивна дисфункция, подобна на тази, описана при хора със SIB, и че тази дисфункция ще се развие преди и във връзка с клиничната тежест на раните. Също така предположихме, че фармакологичната интервенция, използваща гуанфацин, α2A адренергичен агонист, ще намали както тежестта, така и честотата на нараняване.

Материали и методи

Животни

Деветнадесет възрастни мъжки маймуни резус (Macaca mulatta), на 7 години и тежащи средно 10,7 kg (диапазон от 8,3 до 14,9 kg), са отгледани в съответствие с разпоредбите на Закона за хуманно отношение към животните и Директивата за общественото здравеопазване относно хуманната грижа и употреба държана от лабораторни животни в съоръженията на университета Джон Хопкинс, акредитирани от Асоциацията за оценка и акредитация на Laboratory Animal Care International. Животните се настаняват индивидуално по време на проучването, за да се даде възможност за прилагане на терапия и за да се гарантира, че всички налични рани са били самонанесени. Животните са били държани съгласно 14-часов график на светлина и 10 часа на тъмно, хранени с търговска диета от макаки (Harlan, Indianapolis, IN, USA), третирани с вода ad libitum и ежедневно с обогатяване на околната среда (например плодове/зеленчуци ) Грешка .

Животните са участвали в проучване, изследващо ефектите от ранното приложение на стимуланти и са били изложени на един от трите режима на лечение (т.е. без лекарство, dl-амфетамин или метилфенидат) на възраст от 2 до 4,5 години. След това те имаха достъп до орален кокаин и/или алкохол на възраст от 5,5 до 6,5 години (непубликувани данни). Този експеримент изисква животните да бъдат поставени в клетки индивидуално и все пак да позволяват визуален и слухов контакт, който започва, когато животните са били на възраст между 458 и 660 дни. Първият клиничен запис на рани, вторични за SIB, е когато животните са били на 6 години, като разпространението на рани и/или наблюдаваното самоухапване е достигнало 100% на 7 години. Важно е, че няма значителни разлики в честотата или тежестта на нараняванията в зависимост от предишната експериментална група на лечение (n = 19, Kruskal-Wallis P = 0, 107).

Рани

За да се получат WSs, животните се интрамускулно успокояват с 10–20 mg kg -1 кетамин НС1 и се изследват физически на всеки 2 седмици. Раните бяха идентифицирани индивидуално, заснети и картографирани върху тялото на всяко животно. Отделните рани са оценени въз основа на тежестта, като се използват следните критерии:

Рана с игла или игличка, която не прониква в дермата, е кръгла и не е повече от 5 mm в диаметър

Всяка рана, която не прониква през дермата и е с дължина или диаметър> 5 mm

Проникваща в раните дерма с кръгла форма и диаметър не повече от 5 mm

Проникваща в рани дерма с дължина или диаметър> 5 mm

На всеки квадрант (една четвърт от тялото, сагитално разделено от средната линия и напречно на нивото на пъпа) е дадена оценка, съответстваща на най-тежката рана, открита в този квадрант. Всички стойности на квадранта бяха сумирани, за да се получи общ WS (минимум 0 и максимум 16). Оценката на раната се извършва от наблюдатели, които са слепи за задачите на експериментална група. Ветеринарен лекар, сляп за условията на проучването, беше отговорен за всички клинични решения относно рани на субекти. Смяташе се, че нито една рана, наблюдавана по време на това проучване, не изисква ветеринарна намеса

Спрете времето за реакция на сигнала

Методът SSRT измерва способността да инхибира действие (т.е. инхибира контрола). SSRT беше тестван от 1000 часа до 1100 часа 3 дни в седмицата, както беше описано по-горе. Двадесет и седем животни бяха обучени на дозатор за пелети с компютърен сензорен екран и осветен лост. Маймуните се научиха да държат лоста, след това пуснаха и докоснаха бял, но не червен бутон, както се появи на екрана. След това бяха използвани изпитания за измерване колко бързо животно може да регулира реакцията си, ако белият бутон стане червен между освобождаването на лоста и докосването на екрана.

Задайте задача за превключване на ID/ED

PET магнитен резонанс

Параметрични изображения на свързващите потенциали са генерирани от динамичен [11C] раклоприд PET, за да се определи свързването на DA D2/D3 рецептора. Ядрено-магнитен резонанс за райони от интерес, включително гръбния стриатум, опашната сърцевина и путамена, се извършва, както е документирано 1 месец преди сканирането на [11C] раклоприд. Накратко, животните са анестезирани и PET сканирани с помощта на PET томограф с висока разделителна способност. В началото на сканирането [11C] раклоприд се дава като болус и след това се поддържа като непрекъсната инфузия. Потенциалът за свързване на D2/D3 рецептора (BP ND) се изчислява, като се използва опростен референтен модел на тъкан 33 за всеки интересен регион, идентифициран при предишни сканирания с магнитен резонанс.

Лечение с гуанфацин

Животните бяха разделени на четири групи според изходните стойности и едно животно беше избрано на случаен принцип от всяка група на тежест, за да служи като контрол само за носителя. След разделяне на групи, третирани с гуанфацин (n = 12) и само с носител (n = 4), животните първоначално получават носител за перорално хранене два пъти дневно в продължение на четири седмици. След това животните са получавали перорално приложение два пъти дневно (

0800 часа и 1700 часа) или 5 mg гуанфацин (Watson Pharmaceuticals, Parsippany, NJ, USA), доставени в превозното средство (Skittles, Wrigley, McLean, VA, USA) или само превозно средство за 4 седмици. Животните се наблюдават още 4 седмици след края на терапията с продължаване на приложението на носителя два пъти дневно. Три животни от групата, третирана с гуанфацин, бяха изтеглени от проучването, тъй като отказаха да приемат орално лечение и резултатите от тях бяха отхвърлени. След края на първоначалния дизайн на проучването, WS се събират на интервали от 4 до 6 седмици, докато раната се върне към изходното ниво.

Анализ на данни

Всички статистически анализи са извършени с GraphPad Prism 6.0 (GraphPad Software, Сан Диего, Калифорния, САЩ) или Stata (StataCorp, College Station, TX, USA), а Р-стойностите, свързани с 16, са 34 при хора и лабораторни животни като гризачи и маймуни, измерени по метода SSRT. Средната WS на всеки индивид на 7-годишна възраст е сравнена със SSRT, регистрирана на 2,5-годишна възраст и е установено, че има положителна корелация (n = 13, rs = 0,563, P = 0,045; Фигура 1а), като по този начин се установява връзка между се предполагаше импулсивността в началото на живота и по-късно тежестта на SIB.

Намаленото представяне в когнитивните задачи като юноша корелира с повишена тежест на самонараняващото се поведение (SIB) в зряла възраст. ( а ) Резултатът от изходната рана (WS) на 7-годишна възраст е положително корелиран с импулсивността, измерена чрез времето за реакция на стоп сигнала (SSRT) на 2,5 години. (rs = 0,563, P = 0,045). ( б ) Изходното ниво на WS на 7-годишна възраст е положително корелирано с дефицити при пренасочване на вниманието, измерено чрез интра-/екстра-дименсионни (ID/ED) грешки на 4, 5 години (rs = 0,789, P = 0,02).

ID/ED изпълнение

DA D2/D3 рецепторни потенциали за свързване в сравнение с тежестта на SIB

Преди това DA се считаше за потенциален механизъм за някои човешки заболявания, които водят до SIB. Следователно в 7, 9, потенциалите за свързване на рецепторите DA D2/D3 (BP ND) за три интересни области, за които е известно, че имат висока плътност на допаминергичните синапси - гръбния стриатум, опашкото ядро и путамен - въз основа на [11 C] Racloprid-PET изчислени сканирания, извършени върху животни на 5-годишна възраст. Сравнихме BP ND на D2/D3 рецептора със средния WS на всеки индивид, който представлява тежестта на SIB на 7-годишна възраст (n = 13) и установихме положителна корелация за всеки от регионите от интерес (дорзален стриатум: rs = 0, 662, P = 0, 014, каудатен) ядро: rs = 0, 566 P = 0, 044, putamen: rs = 0, 615 P = 0, 025, 2a). Фигура 2b показва представителни гръбни стриатални [11 C] раклоприд PET магнитно-резонансни изображения на индивид с нисък WS и нисък D2/D3-BP-ND (син) и индивид с висок WS и висок D2/D3-BP-ND ( червен). Индивидуални стойности, подчертани на фигура 2а). Тези данни предполагат връзка между потенциала за свързване на DA D2/D3 по време на субдулт и тежестта на SIB по-късно в живота.

Нивата на допаминовия рецептор корелират с тежестта на самонараняващото се поведение (SIB) по-късно в живота. ( а ) [11C] Раклоприд позитронна емисионна томография (PET): потенциалите за свързване на допамин D2/D3 рецептора (D2/D3 BP ND) за 5 години са положително корелирани със средния базов резултат на раната, извършен при всеки от тримата пациенти на възраст 7 години Региони (дорзално ядро на стриатума rs = 0,662, P = 0,014; ядро на Putamen Spearman r = 0,615, P = 0,025 и ядрено опашко rs = 0,566, P = 0,044). ( б ) Представителен образ на гръбначно-стриатална [11C] Racloprid PET D2/D3 BP ND за ранени лица с ниска и висока тежест (червените области показват по-висок потенциал за свързване) Сините и червените точки представляват съответните SIB с ниска и висока степен на тежест от Фигура 2а.

Ефект на гуанфацин върху SIB

Терапията с гуанфацин намалява самонараняващото се поведение (SIB). ( а ) Показани са резултатите от рани (WS), записани по време на експеримента. Състоянието на лечение беше основен фактор за определяне на WS в хода на експеримента (началото и краят на фазата на лечение са показани с пунктирани линии през седмици 4 и 8, P = 0,035). ( б Животните, лекувани с гуанфацин, показват значително намаляване на WS от преди до след лечението в сравнение с животни, третирани само с носител (Mann Whitney, P = 0,021). ( ° С ) При животни, лекувани с гуанфацин, изходният WS корелира обратно обратно на промяната в WS след лечение; H. Животните, които са били по-лоши преди лечението, са реагирали по-силно на лечение (r s = -0,7606, P = 0,009).

дискусия

Настоящото проучване допълва и разширява нарастващата литература, което предполага, че SIB при хората и NHPs са резултат от подобни механизми и по този начин могат да споделят потенциални терапевтични цели. Тук показахме, че NHPs, които показват SIB като възрастни, показват намалена DA функция и показват когнитивни дефицити като юноши. И двете са наблюдавани и във връзка с човешки SIB. 9, 10, 11, 15 Ние също показахме, че лечението с гуанфацин, а2А агонист, подобен на този, използван преди за лечение на човешки SIB, също е ефективно при лечението на SIB в нашата кохорта от макаци. 24 Повишената BP-ND, наблюдавана при SIB, вероятно е свързана с намалената интрасинаптична DA, която може да е била подобрена чрез лечение с гуанфацин. Тези резултати обещават да изяснят проблема със SIB не само в НХП в плен, но вероятно и в техните човешки аналози.