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52 Psiq Biol. 2005;12(2):52-7 INTRODUCCIÓN Desde que fue identificado por primera vez como “factor relajante derivado del endotelio”1, pronto se de- terminó que el óxido nítrico era la molécula intermedia- ria, con un papel crítico y esencial, en la activación de la enzima guanilato-ciclasa y la producción de GMPc me- diada por el receptor NMDA2. A partir de ahí, la evi- dencia experimental indica que el óxido nítrico media numerosos procesos a través de un mecanismo de ac- ción único y una gran cantidad de sistemas efectores3,4. A nivel sináptico, el óxido nítrico puede actuar de di- versas maneras. La liberación del gas puede activar me- canismos efectores en las células cercanas, principal- mente el sistema vinculado a la enzima guanilato-cicla- sa, activándolo y generando GMPc. Además, activa varias proteínas G y proteincinasa, y al enlazar con las enzimas ciclooxigenasas provoca la activación de es- tas enzimas, induciendo la síntesis de eicosanoides. La REVISIÓN Interacción óxido nítrico-dopamina: estudios farmacológicos y conductuales M. Cavas y J.F. Navarro Universidad de Málaga. Málaga. España. Correspondencia: Dr. J.F. Navarro. Departamento de Psicobiología y Metodología. Facultad de Psicología. Universidad de Málaga. Campus de Teatinos, s/n. 29071 Málaga. España. Correo electrónico: navahuma@uma.es El óxido nítrico es una sustancia gaseosa de amplia difusión que presenta un mecanismo de acción único, capaz de afectar a numerosas células cercanas. Este gas desempeña un papel clave como neuromodulador. La evidencia experimental señala que entre los sistemas del óxido nítrico y dopaminérgico se produce una interacción, que ha sido objeto de un abundante número de investigaciones, principalmente en el cuerpo estriado. Los estudios conductuales indican la presencia de una interacción entre el sistema dopaminérgico y el óxido nítrico en el control del comportamiento motor. Los mecanismos mediante los cuales se produce esta interacción y sus resultados parecen depender de varios factores, entre ellos las condiciones del tejido, pero numerosos trabajos sugieren que, en condiciones fisiológicas, la transmisión dopaminérgica modula en algunas regiones la actividad óxido nítrico sintasa, y que el óxido nítrico regula la transmisión dopaminérgica, facilitándola. En este artículo se revisan los datos disponibles acerca de la interacción del óxido nítrico con el sistema dopaminérgico, los mecanismos propuestos a través de los cuales el óxido nítrico modula la liberación de dopamina y los trabajos conductuales que han puesto de manifiesto esta interacción. Palabras clave: Óxido nítrico. Dopamina. Neuromodulador. Nitric oxide-dopamine interaction: pharmacological and behavioral studies Nitric oxide is a widely diffused gaseous substance that presents a unique mechanism of action, capable of affecting numerous nearby cells. This gas plays a key role as a neuromodulator. Experimental evidence indicates that an interaction is produced between nitric oxide and dopaminergic systems, which has been the object of numerous investigations, mainly in the corpus striatum. Behavioral studies indicate that there is an interaction between the dopaminergic system and nitric oxide in the control of motor behavior. The mechanisms through which this interaction is produced and its results seem to depend on various factors, among them the tissular conditions, but several studies suggest that in physiological conditions dopaminergic transmission modulates nitric oxide synthase activity in some regions and that nitric oxide regulates dopaminergic transmission, facilitating it. The present article reviews the available data on the interaction between nitric oxide and the dopaminergic system, the proposed mechanisms through which nitric oxide modulates dopamine release and the behavioral studies which have reported this interaction. Key words: Nitric oxide. Dopamine. Neuromodulator. 105.738 30 04 Revisión 622 52-57 20/4/05 08:16 Página 52 Documento descargado de http://www.elsevier.es el 05/06/2013. Copia para uso personal, se prohíbe la transmisión de este documento por cualquier medio o formato. Cavas M, et al. Interacción óxido nítrico-dopamina: estudios farmacológicos y conductuales molécula de óxido nítrico es capaz también de modular la actividad de varios canales iónicos, directamente me- diante mecanismos de nitrosilación o indirectamente a través de la activación de proteincinasas, de modo que la comunicación vía óxido nítrico puede ejercer una enorme influencia en la excitabilidad de la membrana5. Así, el óxido nítrico inhibe la entrada de calcio en el receptor NMDA5 y la entrada de cloro en el receptor GABAA 6. Además de modular la función de los canales iónicos, el óxido nítrico facilita la liberación de gluta- mato al inducir el acoplamiento y la fusión de la vesícu- la sináptica con la membrana plasmática7. Finalmente, entre sus efectos conocidos se encuentra la inducción de la expresión de c-fos y c-jun. Como sustancia que se difunde y que puede ejercer su mecanismo de acción en numerosas células cercanas, el óxido nítrico desempeña un papel clave como neuromo- dulador. La interacción del óxido nítrico con el sistema dopaminérgico ha sido objeto de un abundante número de estudios, principalmente en el cuerpo estriado. En es- ta estructura, entre el 1 y el 2% de las neuronas contie- nen la enzima productora de monóxido de nitrógeno. La actividad óxido nítrico sintasa se localiza en interneuro- nas, que son neuronas espinosas de tamaño medio que contienen igualmente somatostatina y neuropéptido Y, pero carecen de la presencia de sustancias neurotransmi- soras clásicas. Numerosos autores consideran que el óxido nítrico constituye en estas neuronas una sustancia transmisora, al difundirse y afectar a otras células8. La amplia distribución de las neuronas con actividad óxido nítrico sintasa en el estriado convierte al monóxido de nitrógeno en el candidato ideal para integrar la actividad neuronal y la liberación de sustancias neurotransmisoras dentro de esta estructura. La localización de las neuro- nas productoras de óxido nítrico en el estriado permite que integren la actividad neural al recibir impulsos exci- tatorios desde la corteza e inhibitorios desde el globo pálido9. Asimismo, las células más cercanas a las pro- ductoras de monóxido de nitrógeno son predominante- mente GABA-érgicas, con actividad guanilato-ciclasa10. De este modo, el óxido nítrico, al funcionar como men- sajero retrógrado tras la estimulación de los receptores NMDA para glutamato, puede mediar la modulación corticoestriatal glutamatérgica de la liberación de dopa- mina en el estriado11. Se ha demostrado la estrecha proximidad de termina- les dopaminérgicos con actividad tirosina hidroxilasa sobre las neuronas estriatales que contienen las enzimas productoras de óxido nítrico, lo que sugiere que la acti- vidad de las neuronas que sintetizan monóxido de nitró- geno puede estar regulada directamente por los impulsos de neuronas dopaminérgicas12. Asimismo, el terminal dopaminérgico con actividad tirosina hidroxilasa próxi- mo a los procesos dendríticos de las neuronas con acti- vidad óxido nítrico sintasa parece ser el sitio desde el cual el monóxido de nitrógeno ejerce su influencia sobre la liberación de dopamina desde los terminales cerca- nos13. Varios estudios recientes apoyan la hipótesis de que la dopamina participa en la regulación de la activi- dad óxido nítrico sintasa. Así, en el estriado, la inten- sidad con la que aparecen teñidas las neuronas con ac- tividad óxido nítrico sintasa varía tras la administración de sustancias antagonistas de dopamina. Esta intensidad disminuye tras el tratamiento con SCH-23390, antago- nista del receptor D1, y aumenta tras el tratamiento con la eticloprida, antagonista del receptor D2, lo que mues- tra la regulación dopaminérgica de la actividad óxido ní- trico sintasa mediante los receptores D1 y D214. Ade- más, la actividad óxido nítrico sintasa se ve disminuidatras la lesión de las células dopaminérgicas con 6-hi- droxidopamina15. Inversamente, 24 h después de la mi- croinfusión de SNAP, sustancia facilitadora de la pro- ducción de óxido nítrico, se produce una regulación al alza de receptores D3, lo que sugiere que el óxido nítri- co podría modificar a largo plazo la densidad de recep- tores dopaminérgicos16. ESTUDIOS CONDUCTUALES En estudios conductuales, la administración de sus- tancias inhibidoras de la producción de óxido nítrico produce catalepsia en varias especies17-20, que desarro- llan rápidamente tolerancia17,19,21; aunque el mecanis- mo explicativo de este desarrollo de tolerancia no ha po- dido ser completamente explicado, se alude a procesos de plasticidad en el sistema dopaminérgico17. Por otro lado, algunos autores han observado la conducta de ca- talepsia tras administrar sustancias facilitadoras de óxi- do nítrico20,22, que ha sido relacionada con los efectos bifásicos que podría presentar la L-arginina en la libera- ción de dopamina23. Al abordar la interacción entre sustancias que afectan a la producción de óxido nítrico y antagonistas dopami- nérgicos se ha observado que la inhibición subcrónica de óxido nítrico disminuye la catalepsia inducida por la administración de haloperidol24; sin embargo, en estu- dios con administración aguda se ha observado que sus- tancias facilitadoras de la producción de monóxido de nitrógeno pueden antagonizar la catalepsia inducida por la administración de haloperidol y se ha sugerido que pueden tener una implicación potencial para el trata- miento de la enfermedad de Parkinson. Además, la ad- ministración conjunta de haloperidol y L-NOARG, inhi- bidor del óxido nítrico, en dosis no cataleptogénicas, en ambos casos, produce catalepsia en ratas25. Del mismo modo, la administración de L-NOARG potencia la cata- lepsia inducida por tiapride26 y los movimientos de mas- Psiq Biol. 2005;12(2):52-7 5331 04 Revisión 622 52-57 20/4/05 08:16 Página 53 Documento descargado de http://www.elsevier.es el 05/06/2013. Copia para uso personal, se prohíbe la transmisión de este documento por cualquier medio o formato. Cavas M, et al. Interacción óxido nítrico-dopamina: estudios farmacológicos y conductuales ticación inducidos por la administración de haloperi- dol27. Estos resultados sugieren la presencia de una inte- racción entre el sistema dopaminérgico y el óxido nítri- co en el control del comportamiento motor. MODULACIÓN DE LA TRANSMISIÓN DOPAMINÉRGICA MEDIANTE EL SISTEMA DEL ÓXIDO NÍTRICO: ESTUDIOS FARMACOLÓGICOS Y ELECTROFISIOLÓGICOS En el estriado, un gran número de estudios han anali- zado la regulación que ejerce el óxido nítrico sobre el sistema dopaminérgico. La mayoría de los trabajos han evidenciado que el óxido nítrico producido de forma en- dógena facilita la liberación tónica de dopamina, puesto que los inhibidores de la síntesis de óxido nítrico redu- cen sus concentraciones28, así como la liberación de do- pamina inducida por L-arginina29,30, por estimulación eléctrica31 o por la infusión de NMDA32. Es preciso se- ñalar que la microinfusión de dosis bajas y moderadas de inhibidores de óxido nítrico no produce la dismi- nución de liberación de dopamina evaluada mediante microdiálisis32-34, efecto que sólo se aprecia con dosis altas29 o con la administración sistémica35. Mediante voltometría se observó que dosis bajas y moderadas del inhibidor selectivo de la óxido nítrico sintasa neuronal 7-nitroindazol reducían la liberación de dopamina28. Por otro lado, algunos estudios han sugerido que el óxido ní- trico disminuye la liberación basal de dopamina11. Sin embargo, fue necesario utilizar dosis muy altas del inhi- bidor de óxido nítrico y el efecto no fue revertido por la administración del precursor de la síntesis del gas. Ade- más, en algunos estudios se ha constatado que los inhi- bidores de óxido nítrico pueden atenuar36 o potenciar37 el aumento de la liberación de dopamina inducido por NMDA. Es necesario señalar que, debido al mecanismo de acción del óxido nítrico, no es extraño encontrar to- dos estos resultados. La administración exógena de sustancias facilitadoras de la síntesis de óxido nítrico apoya la hipótesis de que éste facilita la liberación de dopamina. Así, un gran nú- mero de agentes que generan óxido nítrico aumenta la liberación de dopamina o inhibe su recaptación, tanto in vitro28,30,38-42 como in vivo33,43-49. Aunque en una de las investigaciones se observaron efectos opuestos50, las diferencias han sido atribuidas a problemas metodológi- cos y efectos no específicos de las sustancias51. No obs- tante, los estudios más recientes sugieren que estas dis- crepancias están más relacionadas con los estados de oxidación-reducción del tejido. Las preparaciones en las que la infusión de sustancias facilitadoras de óxido nítri- co inhibe la liberación de dopamina, este efecto puede ser bloqueado por un antioxidante o un recaptador de peroxinitrilo, lo que indica que el óxido nítrico actúa disminuyendo la liberación de dopamina en condiciones en las que se acelera la producción de radicales de oxí- geno y se reducen los antioxidantes. Por el contrario, cuando el tejido no está bajo un proceso de estrés oxida- tivo, por ejemplo, en condiciones fisiológicas, el óxido nítrico actúa facilitando la transmisión dopaminérgica47. Los estudios electrofisiológicos apoyan claramente esta hipótesis. Estos trabajos indican que el óxido nítrico es un modulador de la actividad neuronal en el estriado; esta modulación parece implicar la activación guanilato- ciclasa y el aumento de la neurotransmisión glutamatér- gica y dopaminérgica52-56. En definitiva, la mayoría de las investigaciones con- cluyen que el óxido nítrico aumenta la liberación de do- pamina; sin embargo, los mecanismos mediante los cua- les el óxido nítrico ejerce esta acción continúan siendo objeto de intenso debate. MECANISMOS A TRAVÉS DE LOS CUALES EL ÓXIDO NÍTRICO MODULA LA LIBERACIÓN DE DOPAMINA La evidencia disponible indica que el óxido nítrico puede incrementar la liberación de dopamina, mediante procesos dependientes del calcio, a partir de las vesícu- las sinápticas, y mediante procesos independientes de calcio, mediante mecanismos de nitrosilación que facili- tan el anclaje y la fusión de la vesícula sináptica con la membrana57,58. Además, el óxido nítrico incrementa los valores dopaminérgicos mediante la inhibición de la re- captación de dopamina35,59. Sin embargo, algunos auto- res consideran que esta inhibición de la recaptación no tiene un efecto significativo, puesto que el tratamiento con sustancias facilitadoras de la síntesis de óxido nítri- co no altera la liberación de dopamina mediada por an- fetamina44. La activación de la enzima guanilato-ciclasa y la con- secuente producción de GMPc constituye el mecanismo de acción mejor caracterizado del óxido nítrico. A tra- vés de él, el gas activa numerosas proteincinasas, altera la actividad fosfodiesterasa y el metabolismo de los nu- cleótidos cíclicos, y modula canales iónicos. Estos me- canismos dependientes de GMPc median una gran canti- dad de funciones neuronales y es posible que, mediante la activación de la enzima guanilato-ciclasa, el óxido ní- trico facilite la liberación de dopamina. Sin embargo, el mecanismo parece ser más complejo e implicar a varios grupos neuronales. West et al44 administraron un inhibi- dor de la enzima guanilato-ciclasa y observaron un mar- 54 Psiq Biol. 2005;12(2):52-7 32 04 Revisión 622 52-57 20/4/05 08:16 Página 54 Documento descargado de http://www.elsevier.es el 05/06/2013. Copia para uso personal, se prohíbe la transmisión de este documento por cualquier medio o formato. Cavas M, et al. Interacción óxido nítrico-dopamina: estudios farmacológicos y conductuales cado incremento de las concentraciones de dopamina. Además, al administrarlo junto con una sustancia facili- tadora de óxido nítrico observaron una potenciación de los efectos de la sustancia facilitadora. Parece que la mayor parte de la actividadguanilato-ciclasa, GMPc y fosfodiesterasas dependientes de GMPc se encuentra en el estriado en interneuronas GABA-érgicas; además, la administración de análogos de GMPc en el estriado in- crementa los valores extracelulares de GABA50. Esta actividad GABA-érgica en el estriado tiene un control inhibitorio sobre los terminales dopaminérgicos60, lo que sugiere un control GABA-érgico en la modula- ción que el óxido nítrico ejerce a través de la enzima guanilato-ciclasa sobre la liberación de dopamina61. Otro de los mecanismos mediante el cual el óxido ní- trico puede interactuar con la transmisión dopaminérgi- ca implica a los aminoácidos excitatorios. El óxido nítri- co incrementa la liberación de glutamato y aspartato en numerosas regiones33,50,62. El incremento en la libera- ción de glutamato parece efectuarse a través de varios mecanismos: la inhibición del transportador de glutama- to40,41, la activación del receptor NMDA63 y un meca- nismo directo sobre las vesículas en el terminal57. La evidencia experimental señala la implicación de los re- ceptores NMDA y AMPA en la facilitación de la libera- ción de dopamina mediada por el óxido nítrico, puesto que antagonistas de estos receptores bloquean esta libe- ración33. Por otro lado, parece que el óxido nítrico influye de manera directa e indirecta en la transmisión dopaminér- gica a través de los diversos mecanismos efectores y de sus acciones sobre otros sistemas de neurotransmisión. Pero, además, ejerce su efecto a través del enlace con otras moléculas, de modo que estos nuevos productos sirven de efectores. Así, en sinaptosomas estriatales se ha puesto de manifiesto que sustancias facilitadoras de la producción de óxido nítrico estimulan la liberación de L-DOPA y dopamina, en un proceso mediado por GMPc, pero también por peroxinitrilo64. El peroxinitrilo es un radical libre con un potencial citotóxico muy ele- vado que se forma por la reacción del óxido nítrico con el radical superóxido. Además, se ha comunicado en va- rios estudios con preparaciones celulares que el peroxi- nitrilo media parte de la liberación de acetilcolina pro- vocada por la administración de sustancias facilitadoras de la producción de óxido nítrico en células corticales65, la liberación de aspartato en células granulosas del cere- belo, la inhibición de la síntesis de DOPA66 y la inhibi- ción de la actividad tirosina hidroxilasa en la eminencia media67. Más aún, se ha informado que el óxido nítrico puede inhibir la liberación de dopamina mediante la for- mación de peroxinitrilo e incrementarla a través de la activación de la enzima guanilato-ciclasa y la formación de GMPc47. Por tanto, parece que el óxido nítrico mo- dula la actividad de otros sistemas de neurotransmisión, entre ellos la dopamina, mediante diferentes mecanis- mos. Estos mecanismos podrían estar relacionados con las concentraciones del gas y en algunos casos podrían ser mecanismos reguladores. Así, un aspecto importante en la relación óxido nítri- co-dopamina parece ser la concentración de óxido ní- trico presente y, como hemos mencionado, el estado de óxido-reducción del tejido. Bajo condiciones de alta concentración de óxido nítrico, la molécula parece acti- var sistemas de retroalimentación negativos; este siste- ma autorregulador probablemente implica la nitrosila- ción del receptor NMDA68, pero también la producción de peroxinitrilo que desencadena otros mecanismos de regulación. Finalmente, el óxido nítrico puede producir la oxida- ción de la molécula de dopamina. Éste es un proceso complejo en el que intervienen factores como el pH y la composición del fluido. En condiciones de alta concen- tración de óxido nítrico se producen dos metabolitos, 6-nitrosodopamina y la forma más estable, 6-nitrodopa- mina. Este último parece implicado en varias condicio- nes patológicas asociadas con el estrés oxidativo, la dis- función de la transmisión catecolaminérgica y el incre- mento de la síntesis de óxido nítrico69. Concentraciones más bajas de óxido nítrico permiten otras vías de oxida- ción de dopamina que, aun siendo menos perjudiciales, también implican la formación de peroxinitrilo70. CONCLUSIONES La evidencia experimental señala que entre los siste- mas del óxido nítrico y dopaminérgico se produce una interacción. Los mecanismos mediante los cuales se produce esta interacción y sus resultados parecen depen- der de varios factores, entre ellos las condiciones del te- jido; sin embargo, en numerosos estudios se señala que, en condiciones fisiológicas, la transmisión dopaminérgi- ca modula en algunas regiones la actividad óxido nítrico sintasa y que el óxido nítrico regula la transmisión do- paminérgica, facilitándola. En condiciones de sobrepro- ducción del gas parece que se activan varios mecanis- mos reguladores, lo que proporcionaría al óxido nítrico un papel modulador de la transmisión dopaminérgica. Las condiciones y los mecanismos efectores, así como los resultados de esta interacción, están aún pendientes de clarificación. BIBLIOGRAFÍA 1. Palmer RMJ, Ferrige AG, Moncada S. Nitric oxide release ac- counts for the biological activity of endothelium-derived rela- xing factor. Nature. 1987;327:524-6. Psiq Biol. 2005;12(2):52-7 5533 04 Revisión 622 52-57 20/4/05 08:16 Página 55 Documento descargado de http://www.elsevier.es el 05/06/2013. Copia para uso personal, se prohíbe la transmisión de este documento por cualquier medio o formato. Cavas M, et al. Interacción óxido nítrico-dopamina: estudios farmacológicos y conductuales 2. Garthwaite J, Charles SL, Chess-Williams R. Endothelium- derived relaxing factor release on activation of NMDA recep- tors suggests a role as intercellular messenger in the brain. Nature. 1988;336:385-8. 3. Dawson TM, Snyder SH. Gases of biological messengers: ni- tric oxide and carbon monoxide in the brain. J Neurosci. 1994;14:5147-59. 4. 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