PMC

Discussie

De huidige experimenten onderzochten de effecten van acute toediening van het anti-epileptische middel levetiracetam (LEV) op alcohol en sucrose drinken in twee verschillende toegangsprocedures. In het eerste experiment, met behulp van een gemodificeerde “drinken-in-the-dark” (DID) procedure, dronken afzonderlijke muizen alcohol of sucrose uit afzonderlijke flessen die gedurende vier uur werden gepresenteerd tijdens de circadiane piek van eten en drinken om de andere dag (Holstein et al., 2011). Deze procedure bereikte een matig hoge alcoholinname (ongeveer 5 g/kg/4hr) die stabiel was over opeenvolgende testdagen en vergelijkbaar was tussen individuen. Na het eerste uur van drinken, verhoogde levetiracetam voorbehandeling de alcoholinname ten opzichte van de zoutoplossing voorbehandeling. Matige LEV doses (3 – 30 mg/kg) hadden het grootste effect, terwijl de hoogste geteste dosis (100 mg/kg) de alcoholinname niet verhoogde. In het tweede experiment, met behulp van een intermitterende toegang (IA) procedure, dronken afzonderlijke muizen uit twee flessen, een met alcohol of sucrose en de andere met water, geplaatst in hun thuiskooi gedurende 24 uur elke maandag, woensdag en vrijdag (Hwa et al., 2011). In tegenstelling tot de bevindingen van het DID experiment, verminderde LEV de alcoholinname in de IA procedure gedurende de eerste vier uur van de toegang, alsook gedurende de volledige 24-uurs toegangsperiode. In zowel het DID- als het IA-experiment heeft LEV de sucrose-inname niet consistent verhoogd of verlaagd, noch heeft LEV de waterinname beïnvloed die gelijktijdig werd gemeten tijdens de IA-procedure. De tegengestelde resultaten van de twee experimentele procedures benadrukken het belang van het vergelijken van drugseffecten op verschillende modellen van alcoholtoegang en -inname.

Levetiracetam is goedgekeurd door de U.S. Food and Drug Administration voor de behandeling van epilepsie, en heeft zowel een gunstige farmacokinetiek als een bescheiden bijwerkingenprofiel (Sirsi en Safdieh, 2007). Hierdoor heeft LEV een breed therapeutisch bereik, en kunnen hoge serumspiegels veilig worden verkregen. De doses van LEV die voor deze studie zijn gekozen benaderen het bereik van op gewicht gebaseerde doses die worden gebruikt voor het voorkomen van aanvallen bij mensen, gewoonlijk 40-80 mg/kg/dag. Klinische studies van LEV bij alcoholgebruiksstoornissen maken melding van het gebruik van orale doses van 500-4500 mg per dag (Mariani en Levin, 2008; Sarid-Segal et al., 2008; Muller et al., 2010; Muller et al., 2011), of 7-64 mg/kg/dag bij een volwassene van 70 kg. LEV wordt vrijwel niet beïnvloed door het levermetabolisme (Perucca en Johannessen, 2003; Lacerda et al., 2006), en in de huidige studie had een dosis van 10mg/kg i.p. LEV geen invloed op het BAC na experimenteel toegediende 1,0 g/kg alcohol p.g., waardoor het onwaarschijnlijk is dat veranderingen in de farmacokinetiek van alcohol onze gedragsbevindingen kunnen verklaren. LEV passeert de bloed-hersenbarrière vrij, met piekserumconcentraties bereikt binnen 30 min na i.p. toediening en een serumhalfwaardetijd tussen 1 en 3 uur bij ratten en muizen (Doheny et al., 1999; Benedetti et al., 2004) en 6-8 uur bij de mens, hoewel de duur van de anticonvulsieve activiteit bij de mens langer is dan zou worden voorspeld door de farmacokinetiek (Perucca en Johannessen, 2003), mogelijk als gevolg van de sekwestratie van LEV in gerecycleerde synaptische vesikels waar het zijn effect uitoefent door remming van vesiculaire glutamaatafgifte (Meehan et al., 2011).

In het eerste experiment verhoogde acute toediening van LEV de alcoholinname, maar had geen invloed op de sucrose-inname in een DID-procedure. De meeste onderzochte farmacologische behandelingen onderdrukken binge-achtig alcohol drinken bij C57 muizen (Sprow en Thiele, 2012) en van slechts enkele, waaronder de GABAB receptor agonist baclofen, de histamine H3 receptor agonist immepip, en de cannabinoïde agonist WIN 55-212,2 is aangetoond dat ze de alcoholinname verhogen in vergelijkbare procedures (Moore et al., 2007; Linsenbardt en Boehm, 2009; Nuutinen et al., 2011). Zowel histamine H3 (Osorio-Espinoza et al., 2011) als cannabinoïde CB1 receptoren (Huang et al., 2001) blijken te werken als presynaptische heteroreceptoren die glutamaat afgifte remmen in basale ganglia, wat suggereert dat LEV, dat ook excitatoire neurotransmissie in limbische motorcircuits remt (Robinson et al., 2013), op een gelijkaardige manier kan werken om alcoholinname te verhogen onder het DID toegangsschema. Het toegenomen alcohol drinken na LEV behandeling in C57 muizen is ook consistent met de bevinding bij mensen dat matige alcohol drinkers hun inname verhoogden tijdens het ontvangen van LEV (Mitchell et al., 2012).

De hoeveelheden alcohol verbruikt in de huidige om de dag DID procedure (ongeveer 1,25 g/kg / u) waren iets minder dan die gerapporteerd voor andere variaties van de DID procedure die typisch in het bereik van 1,75 g/kg / u (Rhodes et al., 2005; Sparta et al., 2008; Holstein et al., 2011) zijn. De herhaalde handelingen en injecties die nodig waren voor de vergelijking binnen de proefpersonen kunnen dit iets lagere innameniveau hebben veroorzaakt, aangezien de alcoholinname hoger was vóór de dagelijkse handelingen en de injecties om de andere dag begonnen. Niettemin benaderde het alcoholgehalte in het bloed 80 mg/dl in twee uur, wat erop wijst dat deze procedure farmacologisch relevante niveaus van alcoholinname produceerde.

Het is mogelijk dat LEV de alcoholinname verhoogde in onze DID experimenten door de onderdrukkende effecten van hantering en injectie stressoren te verzwakken. Van LEV is aangetoond dat het angstig gedrag in de verhoogde plus doolhof en Vogel conflict test vermindert (Lamberty et al., 2002; Gower et al., 2003) en andere verbindingen met anxiolytische effecten kunnen de alcoholinname verhogen (Boyle et al., 1993; Sinnott et al., 2002). Maar omdat LEV de alcoholinname niet beïnvloedde in het eerste uur van het drinken, de tijd het dichtst bij de injectiestressor, is het waarschijnlijker dat LEV het drinken beïnvloedt door een ander mechanisme dan angstreductie.

Het effect van LEV om het alcohol drinken te verhogen in de DID procedure was niet onmiddellijk. Integendeel, LEV bleek een groter effect te hebben naarmate de muizen meer alcohol dronken in de latere stadia van de 4 uur durende drinksessie. Het is onwaarschijnlijk dat dit tijdsverloop gewoon het resultaat is van een traag begin van de werking, aangezien LEV is aangetoond dat het snelle effecten heeft op zowel de aanvalsdrempels bij knaagdieren met een aanval (Gower et al., 1992) als op de gedragseffecten van door een experimentator toegediende alcohol en cocaïne (Robinson et al., 2013). Het langere tijdsverloop dat we waarnemen bij DID kan te maken hebben met het feit dat de farmacodynamiek van LEV activiteitsafhankelijk kan zijn. LEV passeert snel de bloed-hersenbarrière (Tong en Patsalos, 2001), maar de toegang tot de intravesiculaire SV2A bindingsplaats wordt beperkt door de frequentie en duur van de vesiculaire opening bij presynaptische terminals van neuronen geactiveerd boven basale vuren niveaus (Yang en Rothman, 2009; Meehan et al., 2011). Het feit dat LEV de alcoholinname slechts na het eerste uur van het drinken verhoogde, suggereert dat stijgende bloedalcohol niveaus voldoende activiteit in limbische motorische circuits gestimuleerd zouden kunnen hebben om LEV in staat te stellen zijn bindingsplaats te bereiken, en zo de neurotransmissie te beïnvloeden en het gedrag te veranderen. Wij hebben eerder aangetoond dat gelijkaardige absolute bloedalcoholconcentraties tijdens de stijgende maar niet de dalende fase de elektrische hersenstimulatie beloning (BSR) versterken bij C57BL/6J muizen (Fish et al., 2010).

Gelukkig zijn met de farmacologische effecten van alcohol wordt verondersteld het alcohol drinken bij mensen te motiveren (Seevers, 1968), althans in het begin. Van de hoeveelheden alcohol die in de huidige experimenten werden geconsumeerd, is aangetoond dat ze de mesocorticolimbische neurale circuits activeren die beloning en versterking mediëren (Imperato en Di Chiara, 1986; Williams-Hemby en Porrino, 1997), en dat ze de gevoeligheid van deze beloningsroutes in de hersenen voor hersenstimulatiebeloningen verhogen (Fish et al., 2010). Recente preklinische experimenten hebben aangetoond dat LEV de versterkende effecten van alcohol op intracraniële zelfstimulatie kan blokkeren en de door alcohol gestimuleerde motorische activiteit kan verminderen, wat suggereert dat LEV kan voorkomen dat alcohol deze limbische motorische circuits activeert (Robinson et al., 2013). In de DID procedure kunnen muizen daarom hun alcoholgebruik hebben verhoogd om de farmacologische blokkade van alcoholbeloning te overwinnen en de verwachte toestand van verhoogde beloning tot stand te brengen. Deze hypothese wordt ondersteund door een subgroep van lager drinkende individuen in de studie van Mitchell e.a. (2012) die meldden meer alcohol te drinken omdat ze zich minder bedwelmd voelden. Deze mogelijkheid suggereert voorzichtigheid met farmacotherapie die de plezierige effecten van alcohol bij matige drinkers blokkeert. Bovendien benadrukt het de behoefte aan zowel preklinische als klinische studies om medicamenteuze behandelingen te vergelijken tussen verschillende patronen van alcoholgebruik.

De hoge niveaus van alcoholgebruik bereikt tijdens het 24-uurs IA schema zijn consistent met die van Hwa et al. (2011), en escalatie werd waargenomen na de tweede week bij de 20% alcoholconcentratie, ook replicerend de bevindingen van Melendez (2011) met om de dag toegang tot 15% alcohol. In tegenstelling tot de versterkende effecten op DID, verminderde LEV de alcoholinname bij de IA muizen. De lagere doses (0,3, 3, en 10 mg / kg) verminderde cumulatieve alcoholinname in de eerste vier uur, terwijl de hogere doses (30 en 100 mg / kg) waren zonder significante effecten. In vergelijking met injectie met een zoutoplossing had geen van deze doses een significant effect op de sucrose- of gelijktijdig gemeten wateropname, wat duidt op een specifiek effect op het drinken van alcohol. Verminderde alcoholinname was duidelijk vroeg in de 24-uurs sessie, wat suggereert dat neurale activiteit binnen mesolimbische beloningscircuits voldoende kan zijn geweest vóór het tijdstip van alcoholpresentatie voor LEV om toegang te krijgen tot SV2A bindingsplaatsen. Dit idee wordt ondersteund door een recente studie die verhoogde basale celvuren vond in de nucleus accumbens van ratten die alcohol dronken volgens een intermitterend schema in plaats van een continu schema (Hopf et al., 2011). Alcohol drinken en alcohol voorkeur bleven onderdrukt gedurende de gehele 24-uurs sessie, wat suggereert dat er geen opleving was in alcohol consumptie als LEV werd uitgescheiden en dat LEV de totale vloeistofinname niet veranderde. Verrassend genoeg benaderden de effecten van LEV op 24-uurs alcohol drinken en alcohol voorkeur een stapsgewijze functie, daar alle LEV doses ofwel voldeden aan statistisch significante verschillen met de zoutoplossing, of deze benaderden. Opgemerkt moet worden dat, hoewel alcohol drinken werd onderdrukt, muizen nog steeds verbruikt hoeveelheden alcohol (ongeveer 15 g/kg over de 24-uurs periode) die meer typisch zijn voor muizen drinken alcohol op een continue schema (Hwa et al., 2011; Melendez, 2011). Deze gegevens suggereren dat LEV zou kunnen interfereren met de neurale mechanismen en aanpassingen die door de geschiedenis van 24-uurs intermitterende alcohol toegang. Dat LEV DID anders beïnvloedde dan IA geeft aan dat de duur van de alcoholconsumptie (4 vs. 24 uur) belangrijk kan zijn om te bepalen hoe LEV alcoholconsumptie beïnvloedt. Aanwakkering en verhoogde glutamaterge activiteit als gevolg van cycli van zwaar alcohol drinken en gedwongen onthouding is een aantrekkelijk hypothetisch mechanisme voor de effecten die gezien worden na 24-uurs intermitterende toegang (Ballenger en Post, 1978; Kokka et al., 1993; Ulrichsen et al., 1995; Becker et al., 1997). In dit opzicht zou LEV kunnen werken zoals andere stoffen die zich richten op het glutamaatsysteem, zoals acamprosaat, waarvan wordt gedacht dat ze alcoholgebruik verminderen door abnormaal verhoogde neurale activiteit te normaliseren (Gass en Olive, 2008). De verhoogde prikkelbaarheid van de beloningscircuits in de hersenen boven de normale basale activiteit na 24 uur alcohol drinken (Hopf e.a., 2011) kan een substraat vormen waarop LEV kan werken om de activiteit van deze limbische motorische routes vroeger en krachtiger te remmen tijdens de drinksessie, wat leidt tot een verminderd IA alcoholgebruik. Van SV2A niveaus werd ook aangetoond dat ze veranderen met aangestoken aanvallen en bij chronische epilepsie (van Vliet et al., 2009; Ohno et al., 2012), wat de mogelijkheid oproept dat de expressie van SV2A, het farmacologische doelwit van LEV, ook zou kunnen veranderen tijdens 24-uurs intermitterend alcohol drinken over verschillende dagen.

Een relatief lage sucrose concentratie (0.5%) werd gebruikt in deze experimenten om vergelijkbare volumes van alcohol en sucrose inname uit te lokken. Hoewel de sucrose drinkende muizen meer vloeistof verbruikten dan de alcohol drinkende muizen (1,2 ml sucrose vs. 0,83 ml alcohol), konden zowel drug-geïnduceerde verhogingen als verlagingen van de sucrose inname nog steeds worden waargenomen. Toekomstige onderzoeken met hogere sucrose concentraties, zoals de 10% concentraties gebruikt in eerdere studies (Sparta et al., 2008; Lowery et al., 2010), kan meer direct testen of LEV beïnvloedt voorkeur voor zoete oplossingen. Of LEV de tolerantie voor een bittere smaak kan veranderd hebben werd ook niet direct getest in de huidige experimenten. De bevindingen van ons IA experiment pleiten echter tegen tolerantie van een aversieve smaak, omdat LEV het tegenovergestelde effect had, namelijk het verminderen van de alcoholinname.

Drie gecontroleerde klinische studies naar de werkzaamheid van LEV om alcoholgebruik bij mensen te beïnvloeden hebben geen significante vermindering van de alcoholinname gevonden, en onze huidige gegevens die een toename van DID drinken in een preklinisch model laten zien, zijn consistent met de bevindingen van Mitchell et al. (2012) bij zware sociale drinkers. Onze huidige gegevens die een verminderd alcohol drinken in de 24-uurs IA drinkprocedure in een muismodel aantonen, zijn echter niet consistent met de bevindingen van Richter et al. (2012) bij ontgiftte alcoholisten of Fertig et al. (2012) bij behandelende, alcoholafhankelijke poliklinische patiënten. De verschillende effecten van LEV op het drinken van alcohol bij muizen met de twee verschillende drinkprocedures suggereren dat de effecten van LEV op menselijke alcoholconsumptie ook specifiek kunnen zijn voor individuen die zich bezighouden met bepaalde drinkpatronen, en dat niet verwacht kan worden dat volledige abstinentie optreedt bij een actief, zwaar drinkend individu. Het kan ook de discrepantie helpen verklaren tussen de positieve resultaten van klinische studies over acute alcoholontgifting, waarin LEV nog een rol kan spelen, en de negatieve resultaten van klinische studies over vermindering van het drinken op langere termijn of het behoud van nuchterheid. Gezien onze preklinische resultaten kan het dus voorbarig zijn om LEV te categoriseren als een mislukt therapeuticum voor alcoholisme (Le Strat, 2012). Verdere preklinische exploratie van potentiële drugtherapieën kan klinische studies informeren door subtypes van patiënten met alcoholmisbruikstoornissen te identificeren bij wie verschillende farmacotherapieën de grootste kans op succes kunnen hebben.