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Diskussion

Die aktuellen Experimente untersuchten die Auswirkungen der akuten Verabreichung des Antiepileptikums Levetiracetam (LEV) auf das Alkohol- und Saccharose-Trinken bei zwei unterschiedlichen Zugangsverfahren. Im ersten Experiment wurde ein modifiziertes „drinking-in-the-dark“-Verfahren (DID) angewandt, bei dem einzelne Mäuse entweder Alkohol oder Saccharose aus einzelnen Flaschen tranken, die vier Stunden lang während der zirkadianen Hochphase des Essens und Trinkens jeden zweiten Tag präsentiert wurden (Holstein et al., 2011). Mit diesem Verfahren wurde eine mäßig hohe Alkoholaufnahme (ca. 5 g/kg/4 Std.) erreicht, die an aufeinanderfolgenden Versuchstagen stabil war und bei allen Individuen ähnlich war. Nach der ersten Stunde des Trinkens erhöhte die Levetiracetam-Vorbehandlung die Alkoholaufnahme im Vergleich zur Kochsalzlösungs-Vorbehandlung. Moderate LEV-Dosen (3 – 30 mg/kg) hatten die größte Wirkung, während die höchste getestete Dosis (100 mg/kg) die Alkoholaufnahme nicht erhöhte. Im zweiten Experiment, bei dem ein intermittierender Zugang (IA) verwendet wurde, tranken einzelne Mäuse aus zwei Flaschen, von denen eine Alkohol oder Saccharose und die andere Wasser enthielt und die ihnen jeden Montag, Mittwoch und Freitag für 24 Stunden in den Heimkäfig gestellt wurden (Hwa et al., 2011). Im Gegensatz zu den Ergebnissen des DID-Experiments verringerte LEV bei der IA-Prozedur die Alkoholaufnahme während der ersten vier Stunden des Zugangs sowie über den gesamten 24-Stunden-Zugangszeitraum. Sowohl im DID- als auch im IA-Experiment erhöhte oder verringerte LEV nicht durchgängig die Saccharoseaufnahme, und auch die gleichzeitig gemessene Wasseraufnahme während des IA-Verfahrens wurde durch LEV nicht beeinflusst. Die gegensätzlichen Ergebnisse der beiden experimentellen Verfahren verdeutlichen, wie wichtig es ist, die Wirkungen von Medikamenten auf verschiedene Modelle des Alkoholzugangs und der Alkoholaufnahme zu vergleichen.

Levetiracetam ist von der US-amerikanischen Food and Drug Administration für die Behandlung von Epilepsie zugelassen und hat sowohl eine günstige Pharmakokinetik als auch ein bescheidenes Nebenwirkungsprofil (Sirsi und Safdieh, 2007). Aus diesem Grund hat LEV ein breites therapeutisches Fenster, und es können sicher hohe Serumspiegel erreicht werden. Die für diese Studie gewählten LEV-Dosen entsprechen in etwa dem Bereich der gewichtsabhängigen Dosen, die für die Anfallsprävention beim Menschen verwendet werden, in der Regel 40-80 mg/kg/Tag. In klinischen Studien zu LEV bei Alkoholkonsumstörungen wurden orale Dosen von 500-4500 mg täglich verwendet (Mariani und Levin, 2008; Sarid-Segal et al., 2008; Muller et al., 2010; Muller et al., 2011), d. h. 7-64 mg/kg/Tag bei einem 70 kg schweren Erwachsenen. LEV wird praktisch nicht durch den hepatischen Metabolismus beeinflusst (Perucca und Johannessen, 2003; Lacerda et al., 2006), und in der aktuellen Studie hatte eine LEV-Dosis von 10 mg/kg i.p. keinen Einfluss auf die BAK nach der Verabreichung von 1,0 g/kg Alkohol p.g. durch einen Experimentator, so dass es unwahrscheinlich ist, dass Veränderungen in der Pharmakokinetik des Alkohols unsere Verhaltensergebnisse erklären können. LEV überwindet die Blut-Hirn-Schranke ungehindert, wobei die höchsten Serumkonzentrationen innerhalb von 30 Minuten nach i.p.-Verabreichung erreicht werden und die Serumhalbwertszeit bei Ratten und Mäusen zwischen 1 und 3 Stunden liegt (Doheny et al., 1999; Benedetti et al., (Doheny et al., 1999; Benedetti et al., 2004) und 6-8 Stunden beim Menschen, obwohl die Dauer der antikonvulsiven Aktivität beim Menschen länger ist, als es die Pharmakokinetik vorhersagen würde (Perucca und Johannessen, 2003), was möglicherweise auf die Sequestrierung von LEV in recycelten synaptischen Vesikeln zurückzuführen ist, wo es seine Wirkung durch Hemmung der vesikulären Glutamatfreisetzung entfaltet (Meehan et al., 2011).

Im ersten Experiment erhöhte die akute Verabreichung von LEV die Alkoholaufnahme, wirkte sich jedoch nicht auf die Saccharoseaufnahme in einem DID-Verfahren aus. Die meisten untersuchten pharmakologischen Behandlungen unterdrücken das binge-ähnliche Alkoholtrinken bei C57-Mäusen (Sprow und Thiele, 2012), und nur bei einigen wenigen, darunter der GABAB-Rezeptor-Agonist Baclofen, der Histamin-H3-Rezeptor-Agonist Immepip und der Cannabinoid-Agonist WIN 55-212,2 wurde gezeigt, dass sie die Alkoholaufnahme in ähnlichen Verfahren erhöhen (Moore et al., 2007; Linsenbardt und Boehm, 2009; Nuutinen et al., 2011). Sowohl Histamin-H3- (Osorio-Espinoza et al., 2011) als auch Cannabinoid-CB1-Rezeptoren (Huang et al., 2001) fungieren nachweislich als präsynaptische Heterorezeptoren, die die Glutamatfreisetzung in den Basalganglien hemmen, was darauf hindeutet, dass LEV, das auch die exzitatorische Neurotransmission in limbischen motorischen Schaltkreisen hemmt (Robinson et al., 2013), auf ähnliche Weise die Alkoholaufnahme im Rahmen des DID-Zugangsplans steigern könnte. Der erhöhte Alkoholkonsum nach der LEV-Behandlung bei C57-Mäusen stimmt auch mit den Ergebnissen beim Menschen überein, dass mäßige Alkoholkonsumenten ihren Konsum während der LEV-Behandlung erhöhten (Mitchell et al., 2012).

Die Mengen an Alkohol, die bei dem aktuellen, alle zwei Tage stattfindenden DID-Verfahren konsumiert wurden (etwa 1,25 g/kg/h), waren etwas geringer als die Mengen, die für andere Varianten des DID-Verfahrens berichtet wurden, die typischerweise im Bereich von 1,75 g/kg/h liegen (Rhodes et al., 2005; Sparta et al., 2008; Holstein et al., 2011). Die wiederholte Handhabung und die Injektionen, die für den Vergleich innerhalb der Versuchspersonen erforderlich waren, könnten diese etwas niedrigere Aufnahme verursacht haben, da die Alkoholaufnahme vor der täglichen Handhabung und den täglichen Injektionen höher war. Nichtsdestotrotz lag der Blutalkoholspiegel innerhalb von zwei Stunden bei etwa 80 mg/dl, was darauf hindeutet, dass dieses Verfahren pharmakologisch relevante Mengen an Alkoholkonsum erzeugte.

Es ist möglich, dass LEV den Alkoholkonsum in unseren DID-Experimenten erhöhte, indem es die unterdrückenden Effekte der Stressoren Handhabung und Injektion abschwächte. Es hat sich gezeigt, dass LEV angstähnliches Verhalten im Elevated Plus Labyrinth und im Vogel-Konflikttest reduziert (Lamberty et al., 2002; Gower et al., 2003), und andere Verbindungen mit anxiolytischer Wirkung können die Alkoholaufnahme erhöhen (Boyle et al., 1993; Sinnott et al., 2002). Da LEV jedoch die Alkoholaufnahme in der ersten Stunde des Trinkens, der Zeit, die dem Injektionsstressor am nächsten liegt, nicht beeinflusste, ist es wahrscheinlicher, dass LEV den Alkoholkonsum über einen anderen Mechanismus als die Verringerung der Angst beeinflusst.

Die Wirkung von LEV auf die Erhöhung des Alkoholkonsums im DID-Verfahren war nicht unmittelbar. Vielmehr schien LEV eine größere Wirkung zu haben, als die Mäuse in den späteren Phasen der 4-stündigen Trinksitzung mehr Alkohol tranken. Es ist unwahrscheinlich, dass dieser zeitliche Verlauf einfach das Ergebnis eines langsamen Wirkungseintritts ist, da LEV nachweislich schnelle Auswirkungen sowohl auf die Anfallsschwellen bei Nagetieren mit Anfällen (Gower et al., 1992) als auch auf die Verhaltenseffekte von experimentell verabreichtem Alkohol und Kokain hat (Robinson et al., 2013). Der längere Zeitverlauf, den wir bei DID beobachten, könnte mit der Tatsache zusammenhängen, dass die Pharmakodynamik von LEV möglicherweise aktivitätsabhängig ist. LEV überwindet die Blut-Hirn-Schranke rasch (Tong und Patsalos, 2001), aber sein Zugang zur intravesikulären SV2A-Bindungsstelle wird durch die Häufigkeit und Dauer der vesikulären Öffnung an präsynaptischen Terminals von Neuronen begrenzt, die über das basale Feuerniveau hinaus aktiviert werden (Yang und Rothman, 2009; Meehan et al., 2011). Die Tatsache, dass LEV die Alkoholaufnahme erst nach der ersten Stunde des Trinkens erhöhte, lässt vermuten, dass steigende Blutalkoholspiegel eine ausreichende Aktivität in limbischen motorischen Schaltkreisen stimuliert haben könnten, um LEV den Zugang zu seiner Bindungsstelle zu ermöglichen und dadurch die Neurotransmission zu beeinflussen und das Verhalten zu verändern. Wir haben zuvor gezeigt, dass ähnliche absolute Blutalkoholkonzentrationen während der Anstiegsphase, nicht aber während der Abstiegsphase, die elektrische Hirnstimulationsbelohnung (BSR) bei C57BL/6J-Mäusen potenzieren (Fish et al., 2010).

Es wird angenommen, dass die Freude an den pharmakologischen Wirkungen von Alkohol den Menschen zumindest anfänglich zum Alkoholkonsum motiviert (Seevers, 1968). Die in den aktuellen Experimenten konsumierten Alkoholmengen aktivieren nachweislich die mesokortikolimbischen neuronalen Schaltkreise, die Belohnung und Verstärkung vermitteln (Imperato und Di Chiara, 1986; Williams-Hemby und Porrino, 1997), und erhöhen die Empfindlichkeit dieser Belohnungsbahnen im Gehirn für die Belohnung durch Hirnstimulation (Fish et al., 2010). Jüngste präklinische Experimente haben gezeigt, dass LEV die potenzierenden Effekte von Alkohol auf die intrakranielle Selbststimulation blockieren und die durch Alkohol stimulierte motorische Aktivität verringern kann, was darauf hindeutet, dass LEV die Aktivierung dieser limbischen motorischen Schaltkreise durch Alkohol verhindern kann (Robinson et al., 2013). Beim DID-Verfahren könnten die Mäuse daher ihren Alkoholkonsum erhöht haben, um die pharmakologische Blockade der Alkoholbelohnung zu überwinden und den erwarteten Zustand der verstärkten Belohnung herzustellen. Diese Hypothese wird durch eine Untergruppe von Personen mit niedrigem Alkoholkonsum in der Studie von Mitchell et al. (2012) unterstützt, die angaben, mehr Alkohol zu trinken, weil sie sich weniger berauscht fühlten. Diese Möglichkeit legt eine vorsichtige Vorgehensweise bei einer Pharmakotherapie nahe, die darauf abzielt, die genussvollen Wirkungen von Alkohol bei mäßigen Trinkern zu blockieren. Darüber hinaus unterstreicht sie die Notwendigkeit präklinischer und klinischer Studien, um medikamentöse Behandlungen bei unterschiedlichen Alkoholkonsummustern zu vergleichen.

Die hohen Alkoholkonsumwerte, die während des 24-stündigen IA-Zeitplans erreicht wurden, stimmen mit denen von Hwa et al. (2011) überein, und eine Eskalation wurde nach der zweiten Woche bei der 20-prozentigen Alkoholkonzentration beobachtet, was auch die Ergebnisse von Melendez (2011) mit einem täglichen Zugang zu 15-prozentigem Alkohol widerspiegelt. Im Gegensatz zu seiner potenzierenden Wirkung auf die DID verringerte LEV die Alkoholaufnahme bei den IA-Mäusen. Die niedrigeren Dosen (0,3, 3 und 10 mg/kg) verringerten die kumulative Alkoholaufnahme in den ersten vier Stunden, während die höheren Dosen (30 und 100 mg/kg) keine signifikanten Effekte zeigten. Im Vergleich zur Injektion mit Kochsalzlösung hatte keine dieser Dosen einen signifikanten Einfluss auf die Saccharose- oder die gleichzeitig gemessene Wasseraufnahme, was auf eine spezifische Wirkung auf den Alkoholkonsum hinweist. Die verringerte Alkoholaufnahme zeigte sich schon früh in der 24-Stunden-Sitzung, was darauf hindeutet, dass die neuronale Aktivität innerhalb der mesolimbischen Belohnungsschaltkreise vor dem Zeitpunkt der Alkoholpräsentation ausgereicht haben könnte, damit LEV Zugang zu den SV2A-Bindungsstellen erhält. Diese Idee wird durch eine neuere Studie gestützt, in der eine erhöhte basale Zellfeuerung im Nucleus accumbens von Ratten festgestellt wurde, die Alkohol eher intermittierend als kontinuierlich konsumierten (Hopf et al., 2011).

Alkoholkonsum und Alkoholpräferenz blieben während der gesamten 24-stündigen Sitzung unterdrückt, was darauf hindeutet, dass es keinen Rebound im Alkoholkonsum gab, als LEV ausgeschieden wurde, und dass LEV die Gesamtflüssigkeitsaufnahme nicht veränderte. Überraschenderweise näherten sich die Auswirkungen von LEV auf den 24-Stunden-Alkoholkonsum und die Alkoholpräferenz einer Stufenfunktion an, da alle LEV-Dosen entweder die statistisch signifikanten Unterschiede zur Kochsalzlösung erreichten oder sich diesen annäherten. Es ist anzumerken, dass die Mäuse trotz der Unterdrückung des Alkoholkonsums immer noch Alkoholmengen konsumierten (etwa 15 g/kg über den 24-Stunden-Zeitraum), die eher typisch für Mäuse sind, die Alkohol nach einem kontinuierlichen Zeitplan trinken (Hwa et al., 2011; Melendez, 2011). Diese Daten deuten darauf hin, dass LEV die neuronalen Mechanismen und Anpassungen beeinträchtigen könnte, die durch den 24-stündigen intermittierenden Alkoholkonsum ausgelöst werden. Die Tatsache, dass sich LEV anders auf die DID als auf die IA auswirkt, deutet darauf hin, dass die Dauer des Alkoholkonsums (4 vs. 24 Stunden) wichtig sein könnte, um zu bestimmen, wie LEV den Alkoholkonsum beeinflusst. Ein attraktiver hypothetischer Mechanismus für die nach 24-stündigem intermittierendem Alkoholkonsum beobachteten Wirkungen ist das Zünden und die erhöhte glutamaterge Aktivität, die aus den Zyklen von starkem Alkoholkonsum und erzwungener Abstinenz resultieren (Ballenger und Post, 1978; Kokka et al., 1993; Ulrichsen et al., 1995; Becker et al., 1997). In dieser Hinsicht wirkt LEV möglicherweise wie andere Substanzen, die auf das Glutamatsystem abzielen, wie z. B. Acamprosat, von dem angenommen wird, dass es den Alkoholkonsum reduziert, indem es die abnorm erhöhte neuronale Aktivität normalisiert (Gass und Olive, 2008). Die erhöhte Erregbarkeit der Belohnungsschaltkreise im Gehirn, die über die normale Grundaktivität nach 24-stündigem Alkoholkonsum hinausgeht (Hopf et al., 2011), könnte ein Substrat darstellen, auf das LEV einwirken kann, um die Aktivität dieser limbischen motorischen Bahnen früher und wirksamer während der Trinksitzung zu hemmen, was zu einem geringeren IA-Alkoholkonsum führt. Es hat sich auch gezeigt, dass sich die SV2A-Konzentration bei entfachter Anfallsaktivität und bei chronischer Epilepsie verändert (van Vliet et al., 2009; Ohno et al., 2012), was die Möglichkeit aufwirft, dass sich die Expression von SV2A, dem pharmakologischen Ziel von LEV, auch während des intermittierenden 24-Stunden-Alkoholkonsums über mehrere Tage verändern könnte.

In diesen Experimenten wurde eine relativ niedrige Saccharosekonzentration (0,5 %) verwendet, um vergleichbare Mengen an Alkohol- und Saccharosekonsum hervorzurufen. Obwohl die Saccharose trinkenden Mäuse mehr Flüssigkeit zu sich nahmen als die Alkohol trinkenden Mäuse (1,2 ml Saccharose gegenüber 0,83 ml Alkohol), konnten sowohl drogeninduzierte Zunahmen als auch Abnahmen der Saccharoseaufnahme festgestellt werden. Zukünftige Untersuchungen mit höheren Saccharose-Konzentrationen, wie z. B. die 10%igen Konzentrationen, die in früheren Studien verwendet wurden (Sparta et al., 2008; Lowery et al., 2010), könnten direkter testen, ob LEV die Präferenz für süße Lösungen beeinflusst. Ob LEV die Toleranz für einen bitteren Geschmack verändert haben könnte, wurde in den aktuellen Experimenten ebenfalls nicht direkt getestet. Die Ergebnisse unseres IA-Experiments sprechen jedoch gegen eine Toleranz gegenüber einem aversiven Geschmack, da LEV den gegenteiligen Effekt hatte, nämlich eine Verringerung der Alkoholaufnahme.

Drei kontrollierte klinische Studien zur Wirksamkeit von LEV bei der Beeinflussung des Alkoholkonsums beim Menschen haben keine signifikante Verringerung der Alkoholaufnahme ergeben, und unsere vorliegenden Daten, die eine Zunahme des DID-Trinkens in einem präklinischen Modell zeigen, stimmen mit den Ergebnissen von Mitchell et al. (2012) bei starken sozialen Trinkern überein. Die vorliegenden Daten, die eine Verringerung des Alkoholkonsums im 24-Stunden-IA-Trinkverfahren in einem Mausmodell zeigen, stimmen jedoch nicht mit den Ergebnissen von Richter et al. (2012) bei entgifteten Alkoholikern oder Fertig et al. (2012) bei behandlungsbedürftigen, ambulanten Alkoholikern überein. Die unterschiedlichen Auswirkungen von LEV auf den Alkoholkonsum bei Mäusen, die die beiden verschiedenen Alkoholtrinkverfahren anwenden, legen nahe, dass die Auswirkungen von LEV auf den Alkoholkonsum beim Menschen auch spezifisch für Personen sein könnten, die bestimmte Trinkmuster praktizieren, und dass bei einer aktiv stark trinkenden Person keine vollständige Abstinenz zu erwarten ist. Dies könnte auch dazu beitragen, die Diskrepanz zwischen den positiven Ergebnissen klinischer Studien zur akuten Alkoholentgiftung, bei der LEV möglicherweise noch eine Rolle spielt, und den negativen Ergebnissen klinischer Studien zur längerfristigen Reduzierung des Alkoholkonsums oder zur Aufrechterhaltung der Nüchternheit zu erklären. Angesichts unserer präklinischen Ergebnisse könnte es daher verfrüht sein, LEV als gescheitertes Therapeutikum für Alkoholismus einzustufen (Le Strat, 2012). Die weitere präklinische Erforschung potenzieller medikamentöser Therapien kann klinische Studien unterstützen, indem Subtypen von Patienten mit Alkoholmissbrauchsstörungen identifiziert werden, bei denen verschiedene Pharmakotherapien die größte Erfolgswahrscheinlichkeit haben.