Inflammation as a pathway between social stress and enhanced sensitivity to cocaine

Roderic Mòbil

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Inflammation as a pathway between social stress and enhanced sensitivity to cocaine

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dc.contributor.advisor Miñarro López, José
dc.contributor.advisor Rodríguez Arias, Marta
dc.contributor.author Ferrer Pérez, Carmen
dc.contributor.other Departament de Psicobiologia es_ES
dc.date.accessioned 2019-10-02T11:27:03Z
dc.date.issued 2019 es_ES
dc.date.submitted 07/10/2019 es_ES
dc.identifier.uri https://hdl.handle.net/10550/71608
dc.description.abstract La respuesta al estrés es una estrategia adaptativa que nos ayuda a movilizar recursos para enfrentarnos a situaciones que ponen en riesgo nuestra supervivencia (Ulrich-Lai y Herman, 2009). Sin embargo, en nuestra sociedad el estrés constante se ha convertido en un problema relevante. Vivimos en un entorno social complejo que nos obliga a enfrentamos persistentemente a estresores “cotidianos” (Pearlin y Skaff, 1995) como por ejemplo los problemas de conciliación entre la vida laboral y familiar, discusiones de pareja y problemas económicos (Almeida, 2005), que puede llegar a afectar a nuestro bienestar incluso más que eventos más intensos pero menos frecuentes (Serido y cols., 2004). Esta exposición crónica al estrés puede tener un impacto negativo y duradero en nuestra salud, tanto física como psicológica (Hartsell y Neupert, 2017; Lupien, y cols., 2009; McEwen, 2004). De hecho, numerosos estudios en la literatura científica han relacionado el estrés crónico con algunas de las enfermedades más comunes de nuestra sociedad como son el cáncer (Krizanova y cols., 2016), la obesidad y la depresión (Ouakinin y cols., 2018). En cuanto a las adicciones, nuestro foco de interés, el estrés también jugaría un papel central, participando en todas las etapas del proceso adictivo como son el inicio, mantenimiento, escalada y recaída del consumo de drogas (Koob, 2008; Koob y Schulkin, 2018). Desde una perspectiva neurocientífica la adicción se considera una enfermedad cerebral crónica, caracterizada por la pérdida de control en el consumo de una sustancia adictiva. Su origen se considera multifactorial, y en él participarían factores tanto ambientales como biológicos (Kalivas y Volkow, 2005). En este contexto, las experiencias estresantes se consideran factores de riesgo ambientales que interaccionarían con los factores biológicos promoviendo un incremento de la vulnerabilidad a desarrollar un trastorno por uso de sustancias (TUS) (Ruisoto y Contador, 2019). Además, algunas fases del proceso adictivo como la abstinencia, pueden en sí mismas promover una respuestas fisiológica y psicológica de estrés (Koob y Schulkin, 2018). La adicción es una enfermedad grave que pone en jaque el funcionamiento humano en todos sus dominios (Birkeland y cols., 2018), por tanto, resulta fundamental desarrollar estrategias que permitan controlar el impacto del estrés crónico sobre la vulnerabilidad a desarrollar un TUS. Para poder desempeñar esta labor, primero es necesario determinar cuál es la principal fuente de estrés a la nos enfrentamos a diario. A pesar de que los estresores físicos, como por ejemplo el calor, pueden ser realmente molestos, la literatura muestra que los estresores provenientes de la interacción social son, para los humanos, la fuente más significativa de estrés (Dickerson y Kemeny, 2004; Tamashiro y cols., 2005). Un ambiente social positivo, con relaciones interpersonales estables, puede actuar como un reforzador alternativo al consumo de drogas, siendo un factor de protección para el desarrollo de TUS. Sin embargo, experiencias negativas como el aislamiento o el mobbing en el trabajo se han relacionado con mayores prevalencias de abuso de sustancias y una mayor vulnerabilidad a la recaída en el consumo de drogas tras periodos de desintoxicación (Heilig y cols., 2016; Niedhammer y cols., 2010; Sullivan y cols., 2006). Sin embargo, a pesar de que sabemos que el estrés social es central en la aparición y progresión de la adicción, en la actualidad desconocemos exactamente qué bases neurobiológicas subyacen a estos efectos del estrés social sobre el consumo de sustancias (Ruisoto y Contador, 2019). En este sentido, la investigación básica en adicciones con modelos animales se ha mostrado útil para estudiar los efectos del estrés en la respuesta a las drogas. En general, la literatura científica muestra que experiencias de estrés social producen un incremento en la respuesta al refuerzo de las drogas, pudiendo además promover la reinstauración de la búsqueda de la droga en modelos de vulnerabilidad como son el condicionamiento de la preferencia de lugar (CPL) (Montagud-Romero y cols., 2018) o la auto-administración (Rodríguez-Arias y cols., 2016, 2017). De estas investigaciones han emergido diversas teorías explicativas, que han relacionado las consecuencias del estrés con alteraciones en diversos sistemas cerebrales como por ejemplo alteraciones en el sistema de neurotransmisión del factor de liberación de la corticotropina (CRF) (Zorrilla y cols., 2014), alteraciones en el sistema de la dopamina (Reguilón y cols., 2017) o cambios neuroplásticos y epigenéticos (Montagud-Romero y cols., 2016). Recientemente estudios básicos han encontrado que el estrés social es capaz de activar el sistema inmune promoviendo un estado inflamatorio, tanto a nivel periférico como dentro del sistema nervioso central (SNC) (Hodes y cols., 2014; Pfau y Russo, 2016). Esta activación del sistema inmunitario por estrés se ha considerado un posible mecanismo mediante el cual se incrementaría la vulnerabilidad a padecer ciertas enfermedades mentales, especialmente trastornos del estado de ánimo (Cathomas y cols., 2019). De hecho, a nivel preclínico, la relación entre los estados inflamatorios inducidos por estrés y la enfermedad mental está bastante bien caracterizada en modelos animales de ansiedad y la depresión (Hodes y cols., 2016; Ménard y cols., 2017ab). En relación a los TUS, el consumo de ciertas sustancias ha mostrado producir alteraciones en el sistema inmune (Clark, y cols., 2013; Cui y cols., 2014), y procesos de inflamación del SNC que se han relacionado con la toxicidad y el deterioro cognitivo de algunas drogas, especialmente el etanol (Coller y Hutchinson, 2012; Hutchinson y Watkins, 2014; Montesinos y cols., 2015; 2016). Mientras que los efectos inflamatorios del estrés y su impacto en los trastornos depresivos han sido ampliamente estudiados, en la actualidad ningún estudio ha analizado si procesos inflamatorios median también en el incremento en la vulnerabilidad a desarrollar TUS. Por tanto, el objetivo principal de la presente Tesis Doctoral será validar la hipótesis inflamatoria de la vulnerabilidad inducida por estrés en la adicción a la cocaína. Para acercarnos a este objetivo, primero deberemos confirmar si el estrés social posee un potencial inflamatorio. Una vez demostrado quedará determinar su rol en el incremento de efectos reforzantes de la cocaína. Para ello exploraremos si intervenciones, tanto farmacológicas como conductuales, son efectivas bloqueando el efecto del estrés sobre el incremento a largo plazo en la respuesta a la cocaína. En cuanto a la metodología empleada destacamos el paradigma de la derrota social (DS) como modelo de inoculación de estrés social en roedores. Este paradigma es ampliamente utilizado para modelar estresores sociales en roedores, siendo considerado el modelo más representativo para modelar las relaciones típicas de subordinación y agresión en humanos (Björkqvist, 2001; Hammels y cols., 2015; Neisewander y cols., 2012; Selten y cols., 2013). La evaluación del perfil inflamatorio de los roedores se realizó mediante la estimación en plasma o tejido cerebral de la concentración de la citoquina pro-inflamatoria IL-6 mediante inmunoensayo. Para evaluar el efecto de estas experiencias estresantes en la respuesta individual a la cocaína utilizamos el paradigma del CPL el cual permite evaluar el poder de las claves ambientadas asociadas con los efectos reforzantes de las drogas (Aguilar y cols., 2013). Emplearemos una dosis subumbral de cocaína (1mg/kg) la cual es capaz de inducir CPL en animales en condiciones estándar, pero que sin embargo, se muestra efectiva en animales cuyo sistema de refuerzo se ha visto sensibilizado, como sucede tras experiencias de estrés (Montagud-Romero y cols., 2018). Finalmente, entre las intervenciones anti-inflamatorias estudiadas destacar la administración del fármaco antiinflamatorio indometacina o la administración del neuropéptido oxitocina antes de los episodios de estrés social. Además, se evaluó, si intervenciones basadas en el enriquecimiento ambiental físico e intervenciones sociales, que clásicamente se han mostrado efectivas en el manejo clínico del estrés, ejercen su efecto protector mediante un mecanismo antiinflamatorio. En cuento a los principales resultados obtenidos, en el primer estudio pudimos validar que el modelo de DS llevado a cabo es un procedimiento valido capaz de inducir en los animales consecuencias a largo plazo como ansiedad e incremento de los efectos reforzantes y motores de la cocaína. Demostramos además la participación necesaria del neuropéptido CRF en estos efectos. En segundo estudio quedó demostrado el potencial infamatorio tanto a nivel periférico como a nivel central del estrés social, así como la capacidad para inducir un estado de priming ante futuros insultos inflamatorios. Igualmente se determinó que el bloqueo de esta respuesta inflamatoria, mediante la administración del antiinflamatorio indometacina, era capaz de revertir el incremento en los efectos reforzantes de la cocaína inducidos por estrés, así como la respuesta inflamatoria. Similares resultados se obtuvieron en el tercer estudio. El pretratamiento con el neuropéptido oxitocina se mostró efectivo bloqueando la respuesta inflamatoria inducida por estrés, así como la potenciación de los efectos reforzantes y motores de la cocaína evaluados mediante los paradigmas de CPL y auto-administración. En el cuarto estudio observamos que el enriquecimiento ambiental de tipo social ejercía un efecto protector análogo al observado tras la administración de antiinflamatorios. Adicionalmente determinamos que esta disminución de los efectos del estrés era dependiente del neuropéptido oxitocina ya que, al administrarse un antagonista de los receptores del mismo, el efecto protector del enriquecimiento social era neutralizado. En el quinto estudio se evaluaron los efectos de otra intervención ambiental, en este caso del enriquecimiento ambiental. Los resultados muestran que los animales alojados en un ambiente enriquecido desde su llegada hasta el final del estudio presentan una menor reactividad del eje endocrino del estrés. Sin embargo, esta intervención no demostró ningún efecto antiinflamatorio ni protector sobre el CPL. Es más, los animales no estresados alojados en condiciones de enriquecimiento ambiental desarrollaron CPL inducido por una dosis subumbral de cocaína. Resultados similares se obtuvieron en el sexto estudio donde la intervención ambiental se basó en el incremento de la actividad física de los roedores mediante el acceso a ruedas de actividad. Si bien el resultado específico de cada grupo experimental estuvo condicionado por la modalidad de actividad física a la que se expuso al animal (acceso constante o intermitente) ninguna modalidad de ejercicio mostró los efectos protectores hipotetizados. El acceso a experiencias de ejercicio voluntario en rueda de actividad incrementó los niveles de IL-6 en los animales, así como potenció el establecimiento de CPL de cocaína en comparación a los animales sedentarios. Este efecto se relacionó con el incremento de factores neurotróficos en estos animales en el hipocampo y núcleo accumbens que estaría potenciando los aprendizajes asociativos necesarios para establecer el CPL. Finalmente, los resultados del séptimo estudio tienen un carácter tentativo y se corresponden a un estudio piloto realizado durante una estancia doctoral en el laboratorio del Dr. Russo. En este experimento se demostró que un protocolo de estrés social crónico era capaz de disminuir la integridad del sistema vascular cerebral, lo que se relacionó con un incremento de la permeabilidad de la barrera hematoencefálica. Igualmente se describió que existía una entrada de células inmunes de la periferia (monocitos) al SNC, que quedaban atrapadas en el espacio perivascular sin llegar a alcanzar el tejido cerebral, ejerciendo desde ese lugar sus efectos inflamatorios. Globalmente los resultados obtenidos en la presente Tesis nos permiten validar la hipótesis inflamatoria como mecanismo mediador de la vulnerabilidad a los efectos de las drogas inducida por estrés. El estrés social, en forma de derrota social repetida, posee el potencial de alterar el sistema inmune promoviendo una respuesta inflamatoria aguda así como de inducir un estado de alta reactividad (priming). Este priming se hace evidente al observar una respuesta exagerada de los animales derrotados tras la administración de cocaína en el CPL. Estos estados proinflamatorios estarían mediando en la vulnerabilidad a padecer consecuencias fisiológicas y conductuales derivadas del estrés. Así lo demuestra el hecho de que el bloqueo farmacológico de la respuesta inflamatoria es capaz de revertir el perfil de ansiedad y el incremento de la respuesta a los efectos reforzantes de la cocaína que caracteriza a los animales derrotados. Igualmente hemos podido demostrar que efectos antiinflamatorios estarían mediando la efectividad de algunas intervenciones clásicas en el manejo de las adiciones, como por ejemplo el apoyo social, que en la presente Tesis hemos modelado como enriquecimiento ambiental social. El alojamiento en parejas se ha mostrado eficaz revirtiendo los efectos inflamatorios del estrés social y también sus efectos potenciadores del refuerzo de la cocaína. Además, hemos podido determinar que estos efectos protectores son dependientes de la liberación de oxitocina, un neuropéptido que promueve el contacto social y que posee efectos antiinflamatorios. Este efecto protector de la oxitocina se ha replicado también cuando se ha administrado exógenamente como un tratamiento farmacológico. Sin embargo, no todas las intervenciones ambientales estudiadas han tenido el efecto protector hipotetizado. Las dos intervenciones basadas en enriquecimiento ambiental mediante el incremento de la estimulación en el alojamiento y el incremento de la actividad física no han mostrado poseer un efecto antiinflamatorio. Tampoco han sido efectivas contrarrestando los efectos del estrés sobre el establecimiento de CPL, es más, han potenciado el desarrollo de CPL incluso en los animales no estresados. Este efecto estaría promovido por un aumento en los procesos de plasticidad cerebral inducido por el enriquecimiento ambiental lo que permitiría un mejor aprendizaje asociativo en el paradigma del CPL. Por lo tanto, potenciarían el poder de las claves asociadas al consumo de la droga. La presente Tesis Doctoral ha incrementado el conocimiento sobre las bases neurobiológicas de los efectos del estrés sobre la respuesta a la cocaína, demostrando el papel mediador del sistema inmune. Hemos propuesto además un modelo explicativo “El círculo vicioso” que integra los efectos del estrés en distintos sistemas cerebrales ayudando a predecir su impacto final en la respuesta a la cocaína. Esperamos que esta investigación ayude a diseñar intervenciones preventivas y tratamientos más efectivos, abriendo la puerta a explorar intervenciones antiinflamatorias en el manejo del estrés y su impacto en la adicción a la cocaína. es_ES
dc.format.extent 250 p. es_ES
dc.language.iso en es_ES
dc.subject il-6 es_ES
dc.subject inflammation es_ES
dc.subject stress cocaine es_ES
dc.subject mice es_ES
dc.title Inflammation as a pathway between social stress and enhanced sensitivity to cocaine es_ES
dc.type info:eu-repo/semantics/doctoralThesis es_ES
dc.subject.unesco UNESCO::PSICOLOGÍA::Psicofarmacología ::Tratamiento de la drogadicción es_ES
dc.description.abstractenglish Stress response is a healthy and adaptive strategy that helps us to cope with situations of acute challenge to our survival (Ulrich-Lai & Herman, 2009). However, in our modern society, stress has become a significant problem. We live in a complex social environment with constant demanding conditions that are inescapable parts of our daily routine. We face persistent “quotidian” stressors (Pearlin & Skaff, 1995), mainly everyday concerns such as role conflicts between work and family, arguments with children or unexpected deadlines (Almeida, 2005) that can affect our welfare more than major but less frequent life events (Serido et al., 2004). This exposure to chronic stress may promote long-lasting adverse effects on our health, both in physiological and psychological dimensions (Hartsell & Neupert, 2017; Lupien, et al., 2009; McEwen, 2004). In fact, there is vast literature linking stress to some epidemic diseases in our society, such as cancer (Krizanova et al., 2016), obesity and depression (Ouakinin et al., 2018). In addition, new studies in the field of addiction have highlighted the role of stress in all the stages of the addictive process, promoting the initiation, maintenance, escalation of intake and relapse into drug taking (Koob, 2008; Koob & Schulkin, 2018). Within the neuroscientific perspective, drug addiction can be considered a multifactorial disorder of chronic relapse as a result of the interaction between biological and environmental factors that lead to the loss of control over the use of the drug (Kalivas & Volkow, 2005). Stressful events have been considered a risk factor that interplay with biological factors, promoting enhanced vulnerability to substance use disorders (SUD) (Ruisoto & Contador, 2019). Moreover, some stages of addiction, such as the negative state experienced during withdrawal or while facing negative consequences from drug consumption, can trigger physiological and psychological stress responses by themselves (Koob & Schulkin, 2018), which in turn may complete the loop of drug addiction and stress. Knowing that drug addiction has a profound impact in all the domains of human functioning, as it compromises interpersonal, economic and health status (Birkeland et al., 2018), it is necessary to develop effective strategies to manage the consequences of stress over the addictive process. To that end, it is first essential to identify what the main source for our daily stress is. Despite the fact that physical stressors can be highly threating, the main source of human stress stems from social interactions tensions (Dickerson & Kemeny, 2004; Tamashiro et al., 2005). Although positive social interactions can act as natural reinforcers with a protective effect, social stress experiences, such as isolation or bullying in the workplace, are linked to higher rates of drug abuse and more vulnerability to relapse after periods of detoxification (Heilig et al., 2016; Niedhammer et al., 2010; Sullivan et al., 2006). Consequently, there is growing interest to unravel how social factors modulate individual drug response (Neisewander et al., 2012). However, there is currently no complete characterization of the neurobiological mechanisms involved in the effects of social stress (Ruisoto & Contador, 2019). One interesting approach to study social stress-induced vulnerability to mental disorders is to use animal models. Within all the paradigms that model social stress in rodents, social defeat (SD) is considered the most representative (Hammels et al., 2015; Neisewander et al., 2012), as it mimics the reality of subordinate vs. aggressor relations in humans (Björkqvist, 2001; Selten et al., 2013). Also named the resident-intruder paradigm, it is based on the territorial attack of a resident male to a conspecific intruder, allowing basic researchers to study the short- and long-term behavioural and physiological consequences of social stress (see revision in Montagud-Romero et al., 2018). Overall, the scientific literature confirms that social stress experiences using SD protocols enhance rewarding responses to drugs and precipitate the reinstatement of drug seeking in experimental paradigms such as the conditioned place preference (CPP) (Montagud-Romero et al., 2018) and the self-administration (Rodríguez-Arias et al., 2016, 2017) paradigms, where these effects persist even one month after the last social defeat. Several neurobiological theories have emerged to explain the mechanism that leads to the abovementioned stress-induced vulnerability, for example, alterations in the corticotrophin-releasing factor (CRF) system (Zorrilla et al., 2014), dopamine (DA) neurotransmission system (Reguilón et al., 2017) or epigenetic forms of plasticity (Montagud-Romero et al., 2016). Recent basic research has pointed to a new target: the immune system. Evidence shows that social stress induces the activation of the immune system in the form of an inflammatory state, both in the periphery, but also in the central nervous system (CNS) (Hodes et al., 2014; Pfau & Russo, 2016). This stress-induced immune activation is being posited as a link between stress and disease through the alteration of neuroendocrine functions. This link between social stress-induced immune activation and mental illness has already been well characterized in animal models of anxiety and depression (Hodes et al., 2016; Ménard et al., 2017). It is also known that SUDs are related to changes in the immune system activity (Clark, et al., 2013; Cui et al., 2014) and neuroinflammatory processes could help to explain some of the effects of drugs, including toxicity, deleterious cognitive effects and reward (Coller & Hutchinson, 2012; Hutchinson & Watkins, 2014; Montesinos et al., 2014; 2016). Rather than owing to a single mechanism, we theorize that the consequences of social stress in SUDs are the result of the interplay between multiple and complex mechanisms in the peripheral systems and the CNS. We hypothesize that within all these physiological changes, the immunological response to stress is a key mechanism to understand how social stress potentiates the effects of drugs. To this end, the first objective of the present work was to determine whether social stress was able to trigger an immunological response in our experimental animals. Then, after the confirmation of the inflammatory potential of social stress, we aimed to determine whether this inflammatory response was in fact contributing to the long-lasting effects of social stress. To reach this goal, we explored if some anti-inflammatory interventions (pharmacological and behavioural) were effective in preventing the inflammatory response activated by social stress and the long-term potentiation of the effects of drug abuse. We found that repeated episodes of SD promoted a phenotype of vulnerability characterized by anxiety-like behavior and sensitization to the motor and rewarding effects of cocaine. We also found that this increase in cocaine effect was dependent on the correct activation of the neuroendocrine stress response. Moreover, we also validate the inflammation theory of stress-induced vulnerability in drug addiction. SD stress induces an acute inflammatory response and a posterior sensitization of the immune system. which is mediating the long-term increase in cocaine reward induced by SD, as treatment with an anti-inflammatory drug prevents its appearance. We conclude the Thesis proposing an integrative model, the vicious circle, which links stress modulation of different brain systems to the individual response to cocaine reward. We hope that this basic research will help, by building this explanatory model, in the development of more accurate interventions for the management of the influence of stress on addictive disorders. es_ES
dc.embargo.terms 1 year es_ES
dc.embargo.liftdate 2020-10-01T09:27:03Z


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