Questo articolo descrive il ruolo del recettore P2X7 nella partecipazione di astrociti, neuroni e microglia nel dolore neuropatico (NPP). Prendere di mira il recettore P2X7 potrebbe essere un bersaglio molecolare per la terapia NPP.
È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Articolo di revisione
* These authors contributed equally
Questo articolo descrive il ruolo del recettore P2X7 nella partecipazione di astrociti, neuroni e microglia nel dolore neuropatico (NPP). Prendere di mira il recettore P2X7 potrebbe essere un bersaglio molecolare per la terapia NPP.
Le lesioni primarie e secondarie del sistema nervoso possono indurre dolore neuropatico (NPP), che influisce gravemente sulla salute fisica e mentale dei pazienti e impone un significativo onere economico su individui, famiglie e società. Attualmente, i trattamenti curative efficaci restano sfuggenti. Di conseguenza, indagare la base molecolare dei meccanismi patologici della NPP è fondamentale per sviluppare terapie mirate. Il recettore purinergico P2X7 del canale ionico (P2X7R) è ampiamente espresso nel sistema nervoso e svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento della sua stabilità funzionale. Le evidenze accumulate indicano che P2X7R è una molecola legata al dolore coinvolta nell'inizio e nella progressione della NPP. L'attivazione o la regolazione all'alto di P2X7R contribuisce alla NPP mediando le attività delle cellule immunitarie, delle cellule gliali e dei neuroni, regolando le interazioni intercellulari tra di esse, migliorando la trasmissione del segnale sensoriale e la plasticità sinaptica, e portando infine alla sensibilizzazione centrale. In particolare, l'inibizione mirata dell'attivazione di P2X7R tramite antagonisti specifici (ad esempio, A438079, A740003 e BBG) mostra proprietà analgesiche farmacologiche. Inoltre, la riduzione dell'espressione di P2X7R nei tessuti/cellule tramite approcci alternativi (come agenti farmacologici, terapia cellulare e fisioterapia) dimostra anche potenziale terapeutico contro la NPP. Questa revisione discute in modo approfondito i meccanismi con cui P2X7R regola sia le cellule neuronali che quelle non neuronali nella NPP. Date le sue caratteristiche, mirare all'espressione di P2X7R o antagonizzare la sua attività rappresenta una strategia farmacologica promettente e nuova per il trattamento delle NPP.
Il dolore neuropatico (NPP), una condizione cronica derivante da lesioni o malattie del sistema nervoso somatosensoriale, compromette gravemente la qualità della vita dei pazienti. Si manifesta come dolore spontaneo (ad esempio, bruciore, formicolio), iperalgesia e allodinia, in cui stimoli innocui come il tocco leggero provocano dolore. Inoltre, vale la pena notare che anche dopo che la stimolazione nocicettiva è stata eliminata, il dolore può comunque esistere, che potrebbe essere correlato alla lesione nervosa non riparata. Il dolore indotto da lesioni nervose può diffondersi in aree adiacenti e la sua potenziale fisiopatologia coinvolge sensibilizzazione periferica e centrale, che comporta molti fattori, tra cui cambiamenti nei canali ionici, attivazione delle cellule immunitarie, mediatori derivati dalla glia e regolazioneepigenetica 1,2. Sebbene vengano utilizzati diversi metodi clinici per alleviare il dolore, tra cui farmaci, fisioterapia e interventi chirurgici, al fine di ottenere il massimo effetto analgesico, l'effetto terapeutico non è ancora molto soddisfacente. Pertanto, è necessario esplorare la base molecolare dei meccanismi patologici del dolore neuropatico e invertire questi cambiamenti patologici, inclusa l'attivazione e l'infiltrazione delle cellule immunitarie, l'attivazione delle cellule gliali, la riduzione della neuroinfiammazione, la protezione dei neuroni e il miglioramento della neuroplasticità. Trattamento mirato della NPP.
I cambiamenti nel microambiente locale attorno alla lesione nervosa, in particolare l'attivazione delle cellule infiammatorie e delle cellule gliali, possono regolare l'attività cellulare e contribuire alla progressione della malattia rilasciando adenosina trifosfato (ATP) nella matriceextracellulare 3,4. La via di segnalazione purinergica mediata da ATP extracellulare svolge un ruolo chiave nella NPP dopo una lesione del nervo centrale o periferico. Gli studi hanno dimostrato che i canali anionici regolati dal volume (VRAC) che rilasciano ATP dalla microglia sono un fattore chiave nella NPP, riducendo l'aumento dell'ATP extracellulare nel midollo spinale causato da lesioni dei nervi periferici e alleviando laNPP 5. Il recettore P2X7 (P2X7R) è ampiamente espresso nei sistemi nervosi centrali e periferici e svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento della funzione e della stabilità delsistema nervoso 6. P2X7R può fungere da importante mediatore del dolore, partecipando e regolando la progressione diNPP 6,7. P2X7R è espresso nelle cellule immunitarie, nelle cellule gliali e nei neuroni. Regolando l'attività e le interazioni cellulari, queste cellule partecipano alla neuroinfiammazione, all'immunomodulazione e al rilascio di citochine, che mediano l'occorrenza e lo sviluppo diNPP 8,9,10,11. L'espressione di P2X7R su linfociti e monociti del sangue periferico, e il livello di IL-1β sierico, sono state significativamente aumentate nei pazienti con nocicettiva cronico eNPP 12.
A differenza di altri classici bersagli terapeutici e strategie per la NPP, il targeting P2X7R presenta vantaggi unici in termini di efficacia e specificità dei meccanismi. Ad esempio, le farmacoterapie convenzionali di prima linea per la NPP, come alcuni analgesici e farmaci antinfiammatori, spesso alleviano i sintomi solo temporaneamente senza affrontare i processi patologici fondamentali della neuroinfiammazione e dell'attivazione gliale. Le strategie di modulazione delle cellule gliali, che si concentrano sull'inibizione dell'attivazione microglialespinale 4, mirano solo a un singolo tipo cellulare nella complessa rete patologica NPP, mentre gli antagonisti P2X7R o la regolazione alla bassa mirata possono regolare simultaneamente l'attività delle cellule gliali, delle cellule immunitarie e dei neuroni, popolazioni cellulari chiave coinvolte nella progressioneNPP 6,7,12. A differenza delle strategie che mirano alle vie neuroinfiammatoriegenerali 3, il targeting P2X7R blocca specificamente la cascata di segnalazione purinergica strettamente legata all'innesco e al mantenimento della NPP, evitando immunosoppressione aspecifica e potenziali effetti collaterali. Inoltre, gli approcci che mirano ad altri canali ionici o vie di segnalazioneneuronale 10 spesso non riescono a invertire la persistente neuroinfiammazione mediata dalla diafonia gliale-neuronale4, mentre il targeting P2X7R inibisce direttamente questa diafonia regolando la trasmissione del segnale mediata daATP 5,6 ottenendo effetti terapeutici più completi.
Questa revisione mira a fornire una sintesi completa e critica delle conoscenze attuali sui meccanismi specifici per tipo cellulare attraverso cui P2X7R modula cellule neuronali e non neuronali nella NPP. Tuttavia, è interessante notare che l'inibizione di P2X7R con un antagonista o la regolazione mirata alla bassa dell'espressione di P2X7R ha effetti farmacologici nel sollevare/trattare NPP13. Ad esempio, Lu AF27139 è un antagonista di piccole molecole altamente selettivo e potente di P2X7R in ratti, topi e umani, con buona farmacocinetica e permeabilità del sistema nervosocentrale 14. Lu AF27139 può bloccare funzionalmente i livelli di P2X7R nel cervello e nel midollo spinale e nelle loro vie successive legate al dolore, e ridurre l'ipersensibilità neuropatologica nei ratti con lesioni da compressionecronica 14. Il trimetossiflavanone allevia il dolore neuropatico inibendo la funzione P2X7R, la produzione di CGRP, la sensibilizzazione dei neuroni DRG e l'attivazione anomala delle cellule gliali nel midollospinale 15. Questi studi rivelano il ruolo chiave di P2X7R nella NPP. Pertanto, comprendere il meccanismo e le proprietà farmacologiche di P2X7R nella NPP è di grande importanza per il trattamento mirato della NPP.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
1. NPP
La NPP è causata da danni primari o secondari, diretti o indiretti al sistema nervoso centrale o periferico, che portano a disfunzioni o disturbi transitori del sistema nervoso e alla trasmissione di informazioni sensoriali, manifestati principalmente come dolore spontaneo, iperalgesia o doloreanomalo 1. La NPP si origina da parti periferiche del sistema nervoso, come la nevralgia del trigemino, la nevralgia post-erpetica, la lesione del nervo periferico, la polineuropatia dolorosa o la radicolopatia. Le informazioni sensoriali periferiche possono essere trasmesse al centro (un fattore chiave nella percezione del dolore cronico). L'aumento della sensibilità del sistema nervoso centrale al dolore è associato a cambiamenti nel modello di connettività funzionale della rete neurale. Mentre la NPP cronica centrale può essere causata da lesioni al midollo spinale o cerebrali, ictus o sclerosimultipla 16,17,18,19,20. Dopo una lesione del tessuto periferico, i nocicettori periferici vengono sensibilizzati, aumentando l'apporto delle fibre dolorose. La lesione nervosa può portare a una diminuzione delle fibre nervose e alla demielinizzazione degli assoni nell'area danneggiata. L'apertura dei canali ionici nei neuroni sensoriali nell'area lesionale è stata aumentata (l'afflusso di calcio è stato potenziato) e la plasticità sinaptica tra fibre C afferenti e neuroni del corno dorsale è stata aumentata, aumentando così l'inputinformativo 19. Sebbene il meccanismo patologico specifico del dolore neuropatico sia ancora incerto, è stato riconosciuto che il processo del dolore neuropatico coinvolge immunomodulazione, eccitazione e plasticità neuronale anomale, attivazione delle cellule gliali, risposte neuroinfiammatorie e cambiamenti nei recettori dei canali ionici (come P2X7R)10,20,21. Queste attivazioni e interazioni cellulari, inclusa la trasmissione di informazioni e il rilascio di citochine, svolgono un ruolo chiave nell'occorrenza e nello sviluppo della NPP. Pertanto, avremo una discussione completa e approfondita sulla relazione tra P2X7R e queste celle.
2. Regolazione dell'attività microgliale da parte di P2X7R
Le microglie sono cellule immunitarie residenti nel sistema nervoso, ampiamente distribuite in tutto il sistema nervoso centrale, e svolgono un ruolo chiave nella stabilizzazione della funzione del sistema nervoso e nel mantenimento della stabilità del microambiente. In condizioni fisiologiche normali, la microglia è in stato di riposo, manca di immunità e fagocitosi, ma mantiene una certa capacità migratoria. Tuttavia, dopo che il sistema nervoso centrale è danneggiato, ad esempio da ischemia, infiammazione o trauma, la microglia può essere attivata, proliferare e migrare nell'area lesionata per rimuovere metaboliti cellulari e frammenti cellulari apoptotici. È molto importante per la riparazione e il mantenimento del sistema nervoso centrale dopo un infortunio. Una tempestiva eliminazione microgliale consente un'efficace remielinizzazione, fornendo una base necessaria per la rigenerazionenervosa 22,23,24. La polarizzazione e la proliferazione della microglia contribuiscono al dolore neuropatico. Il fallimento della rigenerazione della mielina nel sistema nervoso centrale porta a malattie neuroinfiammatorie e neurodegenerative, che possono indurreNPP 25. Studi hanno riportato che una remielinizzazione efficace richiede la morte e la riproduzione della microglia pro-infiammatoria per favorire la rigenerazione. La morte e/o la rigenerazione della microglia danneggiata possono essere la causa della disattivazione della microglia nelle malattie del sistemanervoso 26. La visione dominante nel campo del dolore è che la NPP sia guidata dalla microglia nell'area di elaborazione somatosensoriale del corno dorsale spinale. La risposta della microglia spinale alla stimolazione extracellulare ne altera la loro attivazione e polarizzazione e induce il rilascio di citochine infiammatorie tramite vie di segnalazione intracellulari, come le chinasi proteiche attivate dal mitogeno, p38 e le chinasi proteiche regolate dal segnale extracellulare. Inducono una risposta neuroinfiammatoria e portano al dolore. Tuttavia, l'inibizione o alterazione dell'attivazione/proliferazione microgliale può ridurre l'eccitabilità anomala e la NPP nei neuroni del cornodorsale 27,28,29. La microglia GI DREADD può ridurre la neuroinfiammazione, la funzione sinaptica e la NPP dopo la transezione30 del nervo spinale.
P2X7R è ampiamente espresso nel sistema nervoso, specialmente nelle microglia. P2X7R regola l'attività della microglia legandosi ai loro liganti (ATP o il suo analogo BzATP) e svolge un ruolo chiave inNPP 31,32. Il livello di espressione di P2X7R è strettamente correlato al grado di dolore. La NPP è indotta da un'aumentata attivazione o espressione di P2X7R nella lesione nervosa.
Sette giorni dopo la lesione del nervo periferico, l'espressione di mRNA e proteina P2X7R è aumentata significativamente nel midollo spinale, che si è localizzato principalmente nella microglia del corno dorsale. L'iniezione intratecale dell'antagonista P2X7R (A438079) potrebbe inibire efficacemente l'attivazione microgliale e alleviare l'ipersensibilitàmeccanica 33. È ben stabilito che l'attivazione di P2X7R contribuisce al dolore neuropatico (NPP) scatenando l'attivazione microgliale, promuovendo la loro polarizzazione verso un fenotipo pro-infiammatorio (M1), mediando il rilascio di citochine pro-infiammatorie, avviando una cascata neuroinfiammatoria, aggravando il danno al tessuto nervoso e, infine, inducendo o aggravando ildolore 34,35. In particolare, la sola sovraespressione di P2X7R è sufficiente a promuovere l'attivazione e la proliferazione delle microglia. In particolare, l'attivazione di P2X7R nella microglia porta al rilascio di citochine pro-infiammatorie, come l'interleucina-1β (IL-1β), e questo processo è strettamente associato allo sviluppo e al mantenimento di NPP7. IL-1β agisce come mediatore chiave nell'attivazione e proliferazione microgliale, e il suo rilascio o produzione dipende dalla funzione macroporica di P2X7R34. Il trattamento con l'agonista P2X7R BzATP può indurre la microglia a rilasciare IL-1α, IL-1β e IL-18, mentre il rilascio di altre citochine/chemiocine è indipendente dall'attivazione di P2X7R. Questi risultati evidenziano il ruolo specifico di P2X7R nella regolazione del rilascio delle citochine della famigliaIL-1 36. Collettivamente, questi risultati dimostrano che P2X7R è un mediatore critico delle risposte neuroinfiammatorie indotte dalla microglia nella NPP. Nella microglia di ratto coltivata primare, la cilnidipina può inibire le risposte di calcio mediate da P2X7R e il rilascio di IL-1β; studi in vivo confermano inoltre che la cilnidipina può invertire l'allodinia meccanica indotta dall'infiammazione mediata da P2X7Rmicrogliale 7.
Inoltre, P2X7R può regolare l'interazione tra microglia e neuroni, partecipando così alla patogenesi della NPP. Nei modelli NPP, la via di segnalazione P2X7R-p38 è strettamente associata alla dispersione microgliale delle microvescicole e svolge un ruolo importante nella progressione della NPP mediando le interazioni microgliale-neuronale37. È stato dimostrato che l'elettroagopuntura riduce la densità delle spine dendritiche, inibisce il rimodellamento anomalo della sinapsia, allevia la neuroinfiammazione e migliora i sintomi del dolore neuropatico; questi effetti sono associati a una diminuzione dell'espressione di P2X7R e a un miglioramento della funzione neurocomportamentale. Al contrario, l'attivazione di P2X7R da parte di BzATP può aumentare un rimodellamento anomalo della colonna vertebrale/sinaptica dendritica e promuovere la neuroinfiammazione, aggravando così ildolore 38.
Pertanto, modulare l'attività di P2X7R per spostare la microglia da un fenotipo M1 pro-infiammatorio a un fenotipo M2 antinfiammatorio rappresenta una strategia terapeutica promettente per la NPP. Il fenotipo M1 della microglia è caratterizzato dal rilascio di citochine pro-infiammatorie (come IL-1β e TNF-α) e dalla promozione della neuroinfiammazione, mentre il fenotipo M2 è associato al rilascio di fattori antinfiammatori e alla promozione della riparazione dei tessuti. L'inibizione dell'attività P2X7R può invertire il dolore neuropatico riducendo l'espressione del fattore di necrosi tumorale α (TNF-α), interleucina-1α e IL-6 inibendo la fosforilazione di p38MAPK nella microglia, accompagnata dalla transizione della microglia dal fenotipo M1 a M239.
La tossina botulinica A (BTX-A) allevia la NPP inibindo P2X7R e promuovendo la polarizzazione M2 della microglia felice stimolata dal lipopolisaccaride40. La stimolazione ad alta frequenza del midollo spinale riduce significativamente la risposta immunitaria nel corno dorsale spinale e favorisce un sollievo duraturo dal dolore inattivando l'asse Kaiso-P2X7R nella microglia. Indirizzare Kaiso-P2X7R nella microglia ha migliorato significativamente l'efficacia della stimolazione spinale ad alta frequenza, riducendo così la neuroinfiammazione e fornendo un sollievo duraturo dal dolore41. L'elettroagopuntura può aumentare significativamente la soglia del dolore indotta da lesioni del nervo sciatico o agonista P2X7R BzATP nei topi, inibire l'attivazione delle microglie P2X7R del midollo spinale, inibire la sovraespressione di IL-1β e IL-18 nel midollo spinale e ridurre l'ipersensibilità tattile e l'iperalgesia termica42 (Figura 1). Altri studi hanno anche dimostrato che l'iniezione intratecale di Aconitum jaluense processata termicamente può inibire la produzione e l'espressione di P2X7R nel midollo spinale e ridurre l'attivazione della microglia, che ha un effetto anti-ipersensibile su NPP43. Inoltre, l'attivazione della microglia dopo una lesione del nervo periferico svolge un ruolo importante nella convergenza anomala dei segnali nocicettivi verso i neuroni del corno dorsale spinale e nell'insorgenza della NPP. La comunicazione tra microglia e neuroni è infine coinvolta nell'espressione del dolore ipersensoriale nocicettivo. La galectina-3 derivata da neuroni sensoriali lesionati potenzia la trasmissione sinaptica eccitatoria dei neuroni eccitatori nel corno dorsale spinale attivando la microglia, che porta allaNPP 44. Questi studi hanno rivelato che l'attività microgliale mediata da P2X7R svolge un ruolo chiave nella NPP. Indirizzare l'attivazione microgliale inibendo o regolando al ribasso l'espressione di P2X7R è un nuovo approccio al trattamento della NPP.
3. P2X7R media gli astrociti
Gli astrociti rappresentano circa il 20%–40% del numero totale di cellule gliali nel sistema nervoso centrale, che è la chiave per mantenere la stabilità dell'ambiente nel sistema nervoso centrale. Gli astrociti sono considerati come un supporto strutturale e nutrizionale per i neuroni e possono essere distinti da altri tipi di cellule gliali esprimendo proteine acido-fibrillari gliali (GFAP). La GFAP si esprime in tutti i principali rami e processi degli astrociti e cambia dinamicamente durante la transizione dalla lesione a uno statoreattivo 45,46,47. Ci sono sempre più prove che il dolore cronico possa essere causato dalla gliosi astrocitotica. Inoltre, gli astrociti possono regolare la trasmissione sinaptica nocicettiva attraverso interazioni neurone-gliale e neuroglia-cellula gliale, e partecipano alla modulazione dei segnali di dolore e al mantenimento diNPP 45,48,49,50. Gli astrociti hanno un contatto esteso con le sinapsi neuronali. L'attivazione degli astrociti può innescare la plasticità spinale, riducendo le sinapsi formate poco dopo la legatura del nervo sciatico e inducendo comportamentidolorosi 50. Gli studi hanno dimostrato che CXCL13, prodotto dai neuroni, attiva gli astrociti tramite CXCR5, promuovendo così il dolore neuropatico, rivelando l'interazione neurone/astrocita nel midollospinale 51. L'attivazione degli astrociti reattivi coinvolge una varietà di meccanismi e molecole di trasduzione del segnale, tra cui chinasi intracellulari, canali, recettori e fattori di trascrizione. Una volta che si verificano cambiamenti patologici, essi svolgono un ruolo nella regolazione del dolore dopol'infortunio 52. L'espressione dell'acquaporina AQP4 nel midollo spinale è significativamente aumentata dopo una lesione del midollo spinale, principalmente espressa negli astrociti, mentre l'inibizione di AQP4 può indebolire lo sviluppo e il mantenimento della NPP inibendo l'attivazione delle cellule gliali e il meccanismo anti-neurite. Questi rivelano che l'attivazione degli astrociti è coinvolta nella patogenesi della NPP. Pertanto, mirare agli astrociti e inibirne l'attivazione è utile per alleviare la NPP.
P2X7R è espresso anche negli astrociti e può partecipare alla NPP regolando l'attività degli astrociti. Diversi studi hanno confermato che, nel modello del dolore neuropatico, l'espressione di P2X7R è significativamente aumentata negli astrociti, e l'attivazione degli astrociti è strettamente correlata allo sviluppo e al mantenimento del dolore53,54. In tali modelli, sono stati osservati nell'ippocampo un aumento dei livelli di mRNA e proteine di P2X7R, insieme alla sua co-localizzazione con il marcatore astrocitotico GFAP. Contemporaneamente, i livelli di componenti correlati all'inflammasoma (NLRP3, ASC, Caspasi-1), la proteina formatrice di pori Gasdermin D e le citochine mature IL-1β e IL-18 sono elevati, suggerendo l'ingaggio della viainflammasoma 55 (Figura 1). Da 11 a 21 giorni dopo il modello del dolore neuropatico, il trattamento cronico con antagonista P2X7R A438079 aumentato la soglia meccanica di contrazione del piede e ridotto i comportamenti simili alla depressione eall'ansia 56. A438079 può ridurre significativamente la risposta immunitaria di IBA-1 e GFAP nella microglia e negli astrociti dopo un dolore patologico indotto da lesioni nervose, e alleviare il comportamento doloroso neiratti 56. Le correnti postsinaptiche eccitatorie indotte dalle singole fibre sinaptiche C sono state registrate nelle sezioni del midollo spinale lombare dei ratti. BzATP attiva microglia e astrociti, oppure stimola le fibre afferenti primarie C ad alta frequenza, risultando in una potenziazione a lungo termine delle afferenti delle fibreC 9. La risposta afferente aumentata indotta dal BzATP potrebbe essere bloccata rispettivamente dall'antagonista P2X7R A438079 e dall'astrocitotossina fluoroacetato9. L'attivazione coordinata di microglia e astrociti può indurre LTP mediata glialmente in queste sinapsi rilasciando D-serina e fattore di necrosi tumorale α (TNF-α9. Il dolore neuropatico diabetico e la depressione indotti da alto livello di glucosio, sostanza P (SP) e corticosterone possono aumentare l'espressione di P2X7R e i livelli di fosforilazione del fattore di necrosi tumorale α, IL-1β, calcio libero ed ERK1/2 negli astrociti ippocampali coltivati primari. Tuttavia, questo effetto può essere inibito dal trattamento con diidromirieritina o con shRNAP2X7R 57.
Gli astrociti sono partecipanti attivi nella segnalazione di ATP e glutammato nel cervello. ATP e glutammato coordinano l'attivazione degli astrociti mobilitando ioni calcio, che a loro volta fanno scattare agli astrociti il rilascio di diverse molecole neuroattive, tra cui ATP e glutammato stesso, per segnalare i neuroni e regolare la trasmissione sinaptica e l'eccitabilitàneuronale 58,59. La sostanza gelatinosa (SG) del midollo spinale è responsabile della trasmissione delle informazioni sul dolore afferente ai neuroni di proiezione ascendenti. Neuroni e alcuni astrociti hanno risposte di corrente interna a NMDA, AMPA e micofenolo58,59. Gli astrociti eccitano i neuroni attraverso il rilascio di glutammato dipendente dal calcio sui recettori NMDA dei neuroni extrasinaptici, mentre la trasformazione ritardata degli astrociti porta all'inibizioneneuronale 58. In modo fondamentale, l'agonista P2X7R BzATP potenzia le correnti interne sia nei neuroni che negli astrociti SG. La regolazione e l'attivazione di P2X7R in questi astrociti promuovono il rilascio di glutammato, che poi stimola le correnti cationiche nei neuroni adiacenti tramite i recettori NMDA e AMPA, facilitando la trasmissione deldolore 60. Inoltre, i neuroni ganglionali della radice dorsale possono indurre un forte rilascio di ATP dalle loro cellule somatiche. L'ATP rilasciato attiva P2X7R nelle cellule satellitari astrogliali che racchiudono ogni ganglio della radice dorsale e innesca la comunicazione tra neuroni e cellulegliali 61. L'attivazione di P2X7R comporta il rilascio di fattore di necrosi tumorale α dalle cellule satelliti simili agli astrociti. Il fattore di necrosi tumorale-α, a sua volta, ha potenziato la risposta mediata da P2X3R e aumentato l'eccitabilità dei neuroniDRG 61. Questi studi hanno dimostrato che P2X7R può partecipare alla NPP regolando l'interazione tra astrociti e neuroni.
4. P2X7R media l'attivazione dei macrofagi
L'interazione tra il sistema immunitario e il sistema nervoso è molto importante nel dolore neuropatico. Come principale responsabile del dolore neuropatico, è stata stabilita la risposta immunitaria nel sistema nervoso, che non solo supporta l'inizio e lo sviluppo del dolore, ma ne sostiene anche la risoluzione62. In effetti, le cellule immunitarie sono riconosciute come promotrici della neuroinfiammazione, causando dolore e allergie a ogni livello del percorso della nevralgia. L'attivazione delle cellule immunitarie e l'infiltrazione nella progressione del dolore contribuiscono alla progressione diNPP 62,63,64. Parallelamente all'attivazione della microglia nel corno dorsale dopo una lesione del nervo periferico si verifica una significativa espansione e proliferazione dei macrofagi attorno ai neuroni sensoriali danneggiati nel ganglio della radice dorsale (DRG). La rimozione dei macrofagi dei gangli della radice dorsale può ridurre l'ipersensibilità meccanica e l'espansione dei macrofagi DRG causata da lesioninervose 65. La rimozione sistemica o locale dei macrofagi può prevenire l'allergia aldolore 66.
L'aumento dell'espressione di P2X7R nei macrofagi/monociti può alterare il sistema immunitario innato. I macrofagi compaiono come fenotipi M1 (pro-infiammatori) o M2 (antinfiammatori) ed esprimono recettori P2X7. In condizioni patologiche, P2X7R risponde ad alte concentrazioni di ATP extracellulare permettendo il flusso non selettivo di cationi (Na+, Ca2+, K+)67,68. L'attivazione di P2X7R con concentrazioni più elevate di ATP, specialmente dopo la ripetuta somministrazione di agonisti, farà aprire i pori della membrana, permetterà il passaggio di molecole di ~900Da e medierà i cambiamenti nella funzionemacrofagica 67. Un altro fattore importante nella risposta neuroinfiammatoria mediata da P2X7R è la regolazione dell'attività dei macrofagi, che induce o mantiene il dolore neuropatico promuovendo l'attivazione dei macrofagi, producendo citochine pro-infiammatorie e generando una cascata infiammatoria. Il macrofago P2X7R deve essere coattivato con il recettore sensibile all'endotossina Toll-like 4 (TLR4) per indurre la formazione del corpo infiammatorio 3 (NLRP3). Successivamente, il corpo infiammatorio 3 (NLRP3) attiva la pre-interleucina-1β (Pro-IL-1β) per degradare la cisteina aspartasi-1 (Caspasi-1), causando il rilascio diIL-1β 67,69 (Figura 1). Il derivato della naringenina, Trimetossiflavanone (Y3), ha inibito la funzione di P2X7R dopo la somministrazione di PTX, ha ridotto l'infiltrazione di cellule macrofagi-positive IBA1 nel ganglio radicolale dorsale, e l'iperattivazione di astrociti e microglie nel midollo spinale, alleviato il dolore neuropatico e laneurotossicità. 15 macrofagi RAW264.7 sono stati trattati con alto contenuto di glucosio e acidi grassi liberi per indurre un sistema immunitario mediato da P2X7R, dolore neuropatico e infiammazione tramite la secrezione di citochine, ROS e l'attivazione della via di segnalazioneERK 70.
L'attivazione di P2X7R è il meccanismo che stimola i macrofagi a maturare rapidamente e a rilasciare IL-1β, che partecipa al processo infiammatorio e alla trasmissione del nervonocicettivo 71,72. L'antagonista P2X7R A839977 bloccato l'afflusso di calcio indotto da BzATP di P2X7R umano, ratto e topo ricombinante, bloccava efficacemente l'assorbimento e il rilascio di IL-1β da parte delle cellule THP-1 umane indotte dagli agonisti, e produceva un forte effetto anti-iperalgesia. Curiosamente, nei topi knockout di IL-1αβ, l'effetto analgesico di A839977 è completamente scomparso73. Si suggerisce che l'effetto anti-iperalgesico del blocco P2X7R in un modello di dolore murino sia mediato dal blocco del rilascio di IL-1β. Gli studi hanno dimostrato che l'antagonista P2X7R A438079 può ridurre la quantità di IL-1β rilasciata dai macrofagi periferici in modo dipendente dalla dose, inibire l'attività spontanea dei neuroni del midollo spinale nei ratti neuropatici e regolare il comportamento doloroso modulando l'interazione immune-neurale rilasciata dalle citochineendogene 74.
5. Neurone regolato da P2X7R
La lesione del nervo periferico causa una risposta nocicettiva eccessiva dei neuroni del corno dorsale spinale e attiva afferenti nocicettivi convergenti dei neuroni del corno dorsale spinale. Questo cambiamento è considerato un indicatore dello sviluppo dellaNPP 75. Nel midollo spinale del ratto, il knockout genico della proteina mediatrice della collapsin response mediata da RNA a breve interferenza (CRMP2) ha diminuito la frequenza e l'ampiezza delle correnti postsinaptiche eccitatorie spontanee nei neuroni dorsali spinali superficiali acuti, ma non ha ridotto la frequenza e l'ampiezza delle correnti postsinaptiche inibitorie spontanee, e non ha avuto effetto sulle correnti postsinaptiche eccitatorie piccole e sulle correnti postsinapticheinibitorie 76. L'espressione di P2X7R sui neuroni è stata storicamente oggetto di dibattito. In passato, è stato controverso se P2X7R sia espresso nei neuroni. Con il progresso della ricerca, alcuni studi hanno rivelato che P2X7R è espresso nei neuroni, che possono regolare l'attività neuronale e partecipare alla trasmissione di informazioni sensoriali e alla generazionedel dolore 77,78,79. Nel modello NPP del ratto, i neuroni DRG sono stati trattati con la glicoproteina dell'involucro dell'HIV 120 (Gp120). L'attivazione dell'agonista P2X7R (BzATP) ha aumentato la corrente neuronale, mentre l'antagonista P2X7R BBG ha inibito significativamente la corrente attivata da BzATP e alleviato l'iperalgesia nei neuroni DRGtrattati con gp120 80. L'ATP può indurre la produzione di ROS nei neuroni del corno dorsale spinale, che può essere eliminata dallo spazzino ROS N-tert-butil-α-benzonitrile e dall'antagonista P2X7R A43807981. L'iniezione intratecale dell'agonista P2X7R BzATP può indurre la produzione di ROS nel midollo spinale e danni ossidatori del DNA dei neuroni del corno dorsale, e potenziare il comportamento nocicettivo spontaneo bipolare neiratti 81. Ciò fornisce prove che l'attivazione neuronale di P2X7R porta alla produzione di ROS e al successivo dolore nocicettivo nei ratti.
L'attivazione di P2X7R ha un effetto esteso sull'attività dei neuroni del midollo spinale dopo una lesione cronica. Nel modello animale del dolore patologico, l'antagonista P2X7R A438079 può ridurre l'attività evocata di diversi tipi di neuroni del midollo spinale (soglia bassa, specifici per nocicettivi, ampio range dinamico), regolare la sensibilizzazione centrale e produrre un effetto antinocicettivo82. Altri studi hanno dimostrato che la regolazione all'alto della proteina DRG BDNF indotta da lesioni del nervo sciatico può aumentare l'attività P2X7R e contribuire alla regolazione positiva dell'espressione della proteina DRG P2X7R indotta da lesioni del nervosciatico 83. Inoltre, la sovraespressione di BDNF aumenta l'espressione di P2X7R nei neuroni DRG e media lo sviluppo di NPP. È stato inoltre dimostrato che la sovraespressione di BDNF aumentava l'espressione di P2X7R nei neuroni DRG e mediava NPP83. Questi studi hanno rivelato che P2X7R è espresso nei neuroni e che le correnti e le attività neuronali mediano il dolore neuropatico. Tuttavia, alcuni studi hanno rilevato che nel dolore neuropatico, P2X7R non si esprime nei neuroni ma nelle cellule gliali (come le cellule gliali satellitari nel ganglio della radice dorsale) che regolano la NPP. Pertanto, sono necessari ulteriori studi per confermare e chiarire i meccanismi alla base dell'espressione e della regolazione della funzione neuronale di P2X7R.
6. Attivazione antagonistica di P2X7R e terapia NPP
Come menzionato in precedenza, l'attivazione di P2X7R media l'ovenire e lo sviluppo del dolore neuropatico. Pertanto, l'inibizione dell'attivazione di P2X7R ha effetti farmacologici sul sollievo/trattamento della NPP. Attualmente, sono stati sviluppati diversi antagonisti P2X7R (come BBG, A438079 e A740003). Questi antagonisti possono colpire l'attività P2X7R e sono stati ben applicati in diverse malattie (come lesioni del midollo spinale, tumori e malattie cardiovascolari). È confermato che il P2X7R bersaglio ha la funzione di trattare malattiecorrelate 84,85,86. Di conseguenza, questi antagonisti sono stati utilizzati anche nel trattamento del dolore, e le proprietà farmacologiche dell'analgesia possono essere esercitate inibendo l'attivazione di P2X7R87,88.
A740003 (N-(1-{[cianoimino) (5-quinolinilamino) metil] ammino}-2, cianoimino-dimetilpropil)-2-(3-metossifenil) acetamide e A438079 (3-(5-(2mae, 3muricofenil)-1H-tetrazol-1-il) metilpirina cloridina sono stati identificati quasi contemporaneamente. A740003 è un derivato della cianoguanidina, mentre A438079 è un derivato del tetrazolo. Inizialmente sono stati segnalati come potenti inibitori dei recettori P2X7 e successivamente caratterizzati come antagonisti allosterici, legandosi a un sito distinto dalla tasca di legameATP 89,90. Agiscono su P2X7R allo stesso modo e mostrano lo stesso effetto sotto varie mutazioni nella tasca di legame allosterica, indicando che si legano in una configurazione molto simile. A740003 è un antagonista competitivo innovativo di P2X7R. Il suo IC50 contro umano e ratto è di 40 nM e 18 nM, rispettivamente89. L'IC50 antagonista di A438079 al P2X7R umano era di 130nM 91,92. Nel modello animale del dolore neuropatico diabetico, l'iniezione intratecale dell'antagonista P2X7R A438079 prolungato significativamente la soglia meccanica di ritiro e la latenza termica di ritiro, diminuito i livelli di mRNA e proteina di TRPV1 nel ganglio radicolale dorsale, diminuito il livello di fosforilazione di p38 e della proteina regolatore del segnale extracellulare 1sum2 (ERK1/2), e alleviatoNPP 93. A438079 ridotto significativamente l'attività di microglia e astrociti dopo la legatura del nervo sciatico, aumentato la soglia di astinenza meccanica delle zampe (MWT), ridotta la durata del ritiro termico e ridotta comportamenti depressivi e ansiosi94. I PWT dei topi sono aumentati 3 ore dopo l'iniezione intratecale dell'antagonista selettivo P2X7R A740003 (50 nmol/L × 5 μL), raggiungendo il picco a 5 ore. Inoltre, può anche alleviare il dolore interrompendo l'espressione di P2X7R neitopi 95.
Un altro antagonista nell'applicazione della NPP è Brilliant Blue G, un derivato comunemente usato del composto di coloranti alimentari sintetici FD&C Blue 1, che è un antagonista altamente selettivo delP2X7R 96. BBG agisce come antagonista altamente selettivo del P2X7R nei modelli di ratti, dove si lega a una tasca allosterica in modo non competitivo, inibindo correnti indotte dall'ATP con un IC50 intorno a 300 nM 97,98. La sua potenziale utilità è supportata da studi che ne dimostrano la sicurezza e la capacità di penetrare la barriera emato-encefalica nei modellidi roditori 99. L'inibitore di P2X7R BBG potrebbe ridurre l'espressione di NLRP3, IL-1β, IL-18, Caspasi-1 e P2X7R nella microglia stimolata dal lipopolisaccaride e aumentare la soglia del dolorenei ratti di 100. L'iniezione intraperitoneale dell'agonista TRPV4 GSK-1016790A potrebbe aumentare significativamente l'iperalgesia meccanica e termica nei ratti, mentre l'antagonista P2X7R BBG potrebbe inibire parzialmente l'iperalgesia neiratti 100. L'antagonista di P2X7R BBG può ridurre l'espressione di IL-1β e del recettore del fattore di necrosi tumorale α e il livello di fosforilazione di ERK1/2, aumentare l'espressione di IL-10 e alleviare l'iperalgesia nei ratti conNPP 101.
Altri antagonisti P2X7R comunemente usati, come KN-62, JNJ-54175446 e AZ10606120, hanno effetti farmacologici sul sollievo dal dolore in altri tipi di dolore, inclusi dolore infiammatorio, dolore viscerale e dolore da cancroosseo 102,103,104, ma ci sono pochi rapporti sull'applicazione della NPP, che può differire da P2X7R in diversi tipi di modelli animali e schemi di progettazione. Tuttavia, gli antagonisti P2X7R hanno fatto alcuni progressi nella terapia NPP e hanno margini per ulteriori sviluppi. Pertanto, c'è una grande prospettiva per esplorare più antagonisti che prendono di mira P2X7R in NPP.
7. Riduzione mirata dell'espressione P2X7R per alleviare la NPP
Si comprende che una lesione del sistema nervoso centrale (midollo spinale) o del nervo periferico (come i nervi sciatici o trigeminali) possa aumentare significativamente l'espressione di P2X7R nei tessuti, strettamente correlata all'occorrenza e alla progressione della NPP. Diversi studi hanno dimostrato che l'espressione di P2X7R è significativamente aumentata in un modello di dolore neuropatico. Pertanto, mirare a P2X7R e regolarne la espressione può alleviare o trattare la NPP. Attualmente, alcuni studi hanno dimostrato che fisioterapia, migrazione cellulare, componenti vegetali (come l'acido gallico), tossina botulinica e resveratrolo possono ridurre l'espressione di P2X7R nel midollo spinale o nel tessuto nervoso, e sono stati riportati risultati considerevoli nel trattamento di NPP 105,106,107,108,109,110. Il recettore cannabinoide 2 (CB2R) è uno dei recettori importanti nel sistema cannabinoide endogeno. È ampiamente espressa nel sistema nervoso centrale, specialmente nelle cellule gliali, e svolge un ruolo importante nello sviluppo e nella progressione dell'infiammazione del sistemanervoso 111. Dopo aver risparmiato un danno nervoso, il contenuto di P2X7R nel corno dorsale spinale aumentò nel tempo, ma dopo l'iniezione intratecale continua dell'agonista CB2R PM226, il contenuto della proteina P2X7R nel tessuto cerebrale diminuì significativamente, ridusse il numero di microglie e il rilascio di citochine infiammatorie, svolse un ruolo neuroprotettivo e alleviava l'iperalgesia meccanica neiratti 111. L'acido gallico (3-4-5-triidrossibenzoico), che si trova naturalmente in molte piante, ha effetti antinfiammatori, antiossidanti e analgesici. Gli studi hanno dimostrato che l'acido gallico può inibire la ferroptosi nella microglia del midollo spinale e ridurre il danno mitocondriale regolando la via di segnalazione P2X7R-ROS, alleviando così i cambiamenti comportamentali nei ratti con dolore edepressione 112. La diidromirieritina può ridurre l'espressione di P2X7R in DRG, midollo spinale e ippocampo, ridurre i livelli di proteine 1, p38, TNF-α e IL-1 regolate dal segnale extracellulare fosforilato, e alleviare efficacemente la NPP neiratti 113.
Negli ultimi anni, con l'esplorazione continua dei metodi di trattamento del dolore, è stato introdotto il concetto di terapia di trapianto cellulare. I ricercatori hanno coltivato cellule attive e funzionali (come cellule staminali mesenchimatici, cellule staminali neurali, cellule di Schwann e cellule che rivestimentano l'olfatto) in vitro e le hanno trapiantate nell'ospite tramite neuroprotezione, antiinfiammazione e promuovendo la rigenerazione assonale, riducendo l'espressione di P2X7R nei tessuti, svolgendo così un ruolo nell'alleviamento dellaNPP 114,115,116,117,118. Uno studio ha mostrato che 4 settimane dopo l'iniezione delle cellule staminali neurali nel segmento midollale lesionato in un modello di lesione del midollo spinale del ratto, l'espressione della proteina neurofilamentica aumentava significativamente, mentre l'espressione della proteina acida fibrillare gliale e di P2X7R (P2X4R) diminuiva, la funzione motoria e sensoriale migliorava significativamente e il dolore neuropaticoalleviava 119. Nel nostro studio precedente, dopo il trapianto di cellule olfattive e cellule microincapsulate nel modello di lesione del nervo sciatico, l'espressione di P2X7R nel midollo spinale è stata valutata utilizzando metodi comportamentali. I risultati hanno mostrato che il trapianto cellulare poteva ridurre significativamente l'espressione della proteina P2X7R e dell'mRNA, il numero di cellule positive marcate con P2X7R nel tessuto del midollo spinale, alleviando l'iperalgesianei ratti 118. Abbiamo ulteriormente aumentato la riduzione dell'espressione di P2X7R nelle cellule olfattive combinate con biomateriali (chitosano) nel sito del nervo sciatico lesionato e alleviato significativamente la NPP neiratti 120. Tutti questi studi rivelano che mirare al P2X7R e regolarne alla bassa l'espressione può alleviare / trattare la NPP, offrendo un trattamento più ampiamente disponibile per la NPP.
Chiarire l'eterogeneità del modello NPP è fondamentale per la trasformazione clinica della terapia mirata a P2X7R. Rispetto ad altri trattamenti comuni con NPP, le strategie mirate a P2X7R (antagonisti, downregulation mirate) presentano vantaggi unici nel regolare le popolazioni cellulari chiave e nel bloccare la segnalazionepurinergica 3,4,6,7,10,12.
La NPP può essere suddivisa in tipi traumatici, diabetici, indotti dalla chemioterapia e virali, con meccanismi distinti mediati da P2X7R 2,5,12,55,80,101: i modelli traumatici coinvolgono attivazione gliale e disturbo purinergico 4,5,33; I modelli diabetici si riferiscono alla neuroinfiammazione indotta dall'iperglicemia e all'attivazione dell'inflammasomaNLRP3 5,113; I modelli indotti dalla chemioterapia coinvolgono l'attivazione e sensibilizzazione di macrofagi/glie 2,15; I modelli virali sono mediati dall'attivazione immunitaria/gliale e da una maggiore eccitabilità dei neuronisensoriali 6,80,101, coerente con i casiclinici 12.
L'inizio della NPP si basa sull'attivazione del P2X7R indotta da ATP e dalla neuroinfiammazioneiniziale 3,5,2,55,80; la manutenzione dipende dall'attivazione persistente di P2X7R e da una comunicazione gliale-neuronaleanomala 4,6,56,60. Le femmine mostrano un'espressione più elevata di P2X7R, dolore più intenso e maggiore sensibilità agli antagonisti nei modelli traumaticie diabetici 55,66, mentre le differenze di sesso in altri modelli rimangono poco studiate.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Il meccanismo della NPP dopo una lesione nervosa è complesso, il che può portare a disfunzioni sensoriali e motorie, influire seriamente sulla qualità della vita dei pazienti e non esiste un trattamento efficace. Pertanto, l'estrazione della base molecolare della NPP è utile per il trattamento della NPP. Fortunatamente, il canale ionico P2X7R ha dimostrato di svolgere un ruolo chiave nell'esistenza e nello sviluppo della NPP. L'attivazione o la sovraespressione di P2X7R può regolare l'at...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.