인간의 뇌 글루타메이트 매핑: 담배 흡연자의 성별 차이

글루타메이트 신호 전달은 담배 사용 장애(TUD)를 포함한 중독에서 조절 장애를 보이며, 금연 치료를 위한 유망한 표적으로 여겨집니다. 설치류에서 NMDA형 글루타메이트(Glu) 수용체 길항제는 니코틴 추구 행동을 감소시키는 반면, NMDA형 및 AMPA형 Glu 수용체 길항제로의 전처리는 니코틴 자가 투여 및 니코틴 유도 도파민 방출을 약화시킵니다. 인간에서 시스테인-글루타메이트 역수송체 및 교세포 Glu 수송체를 통해 Glu를 조절하는 N-아세틸시스테인은 자기 공명 분광법(MRS)으로 측정된 담배 흡연9 뿐만 아니라 피질 및 피질하 수준의 Glu 자체를 감소시킵니다. 이러한 관찰은 안전하고 비침습적인 생체 내 측정법인 MRS로 분석된 Glu가 흡연 및 금연 중재의 지역적 효과를 추적하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다.

특히, 배쪽 전대상피질(dACC)의 Glu가 흡연 관련 상태와 연관되어 있다는 증거가 제시되었으며, dACC의 Glx(Glu와 그 주요 대사산물인 글루타민, Gln의 합)는 비흡연자보다 흡연자에서 더 높고, 섬엽의 Glx는 포만 상태보다 하룻밤 금연 후에 더 높습니다. 더 나아가, 기능적 자기 공명 영상(fMRI)과 MRS를 결합한 흡연자 연구는 단서 유발 담배 갈망 동안 dACC Glu와 기본 모드 네트워크의 활성화를 연결했으며, 바레니클린 치료 후 dACC Glx의 감소와 dACC-DMN 연결성의 변화를 입증했습니다. 그러나 흡연에 대한 기존 MRS 연구는 공간 해상도와 부분 부피 효과(즉, 획득 복셀에 하나 이상의 조직 유형 포함)가 제한된 단일 뇌 영역을 샘플링하는 단일 복셀 기술로 인해 제한적이었습니다.

우리는 MRS의 에코 평면 분광 영상(EPSI) 변형을 활용하여 성별, 급성 흡연, 난소 호르몬이 뇌 Glu에 미치는 영향을 고밀도, 해부학적으로 광범위하게 평가할 것입니다. 우리의 예비 데이터는 금연 여성의 dACC Glu가 남성보다 낮으며, 혈청 에스트로겐이 더 높은 여성에서는 더 낮음을 나타냅니다. 흡연 후, dACC Glu는 남성에서는 감소하지만 여성에서는 그렇지 않습니다.

우리는 EPSI를 사용하여 우리의 dACC Glu 예비 발견이 1) 높은 공간 해상도에서 재현되는지, 2) TUD와 관련된 전측 섬엽과 시상에도 적용되는지, 3) 탐색적 기반으로 뇌의 다른 영역에도 적용되는지 확인할 것입니다. 이를 달성하기 위해 우리는 3-테슬라에서 최근 개발된 짧은 에코 시간(TE=20 ms) 변형의 3D EPSI를 사용할 것입니다. 이 최첨단 기술로 우리는 일반적으로 ~0.4 cc의 매우 높은 공간 해상도로 뇌의 ~80%에서 동시에 고품질 스펙트럼을 획득합니다. 더욱이 짧은 TE는 중첩되는 Gln 신호로부터 Glu의 분리를 개선합니다.

우리는 성인 일일 흡연자(남성과 여성)를 약 12시간 금연 후 하루 첫 담배 전후로 테스트했습니다. 여성의 혈청 에스트로겐과 프로게스테론을 분석했습니다. 우리는 두 가지 구체적인 목표를 다루었습니다:

목표 1: 뇌 Glu, 성별, 순환 난소 호르몬 간의 관계를 결정합니다. 가설 1a: 하룻밤 금연 후 남성이 dACC에서 여성보다 더 높은 Glu를 가진다는 우리의 단일 복셀 MRS 발견이 EPSI로 재현되며, 전측 섬엽과 시상으로 확장될 것입니다. 가설 1b: EPSI는 여성에서 dACC의 Glu가 혈청 에스트로겐(및 가능하면 프로게스테론)과 음의 상관관계를 가진다는 우리의 예비 발견을 재현하고, 난소 호르몬과 전측 섬엽 및 시상의 유사한 관계를 보여줄 것입니다.

목표 2: 흡연의 급성 효과에 따른 뇌 Glu의 성별 차이를 결정합니다. 가설 2: 남성의 dACC에서 급성 흡연 후 Glu가 감소하지만 여성에서는 증가하거나 변하지 않는다는 예비 발견이 재현되며, 다른 뇌 영역으로 확장될 것입니다.

궁극적으로, 특정 뇌 영역의 Glu 성별 차이 측정 및 흡연과 난소 호르몬에 따른 Glu 변화는 새로운 치료법 개발을 촉진하고 남성과 여성의 치료 반응을 평가하는 생체 표지자를 정의할 수 있습니다.