1. Potentiële mechanismen voor CIPN
Het pathomechanisme van CIPN is complex en geassocieerd met door chemotherapeutische medicatie veroorzaakte mitochondriale disfunctie, oxidatieve stress, immuunsysteemafwijkingen, ionenkanaaldysregulatie, schade aan dorsale wortelganglion (DRG) neuronen en verstoring van het neuronale cytoskelet 2,30,31,32,33,34,35,36,37, 38,39,40,41,42. Tabel 1 geeft een overzicht van de specifieke pathogene mechanismen die betrokken zijn bij CIPN.
- Mitochondriale disfunctie en oxidatieve stress
Chemotherapeutische middelen induceren mitochondriale morfologische veranderingen, bio-energetische verstoringen en overmatige productie van ROS, wat leidt tot mitochondriale structurele schade, functionele stoornissen en oxidatieve stress12,43. Deze gebeurtenissen activeren immuuncellen, verhogen het pro-inflammatoire cytokineniveau en activeren ontstekingssignaleringsroutes, wat uiteindelijk bijdraagt aan de ontwikkeling van CIPN. Specifiek vormen platina-gebaseerde chemotherapeutische middelen platina-DNA-adducten die zich ophopen in de DRG, waar ze binden aan nucleair DNA (nDNA) en mitochondriaal DNA (mtDNA). Dit bevordert kruisverbinding, verandert de structuur en synthese van nucleair DNA, induceert DNA-/mitochondriale schade, verhoogt de ROS-productie, activeert kanalen gerelateerd aan de letselreceptoren en induceert neuronale apoptose. Er is ook bewijs dat OXA neuropathische pijn veroorzaakt door astrocyten te activeren en pro-inflammatoire cytokines in de mitogeen-geactiveerde eiwitkinas (MAPK)-route op te reguleren.
Naast platina-gebaseerde verbindingen kunnen andere chemotherapeutische middelen de mitochondriale integriteit aantasten via diverse mechanismen. Paclitaxel interfereert zowel axonaal als mitochondriaal transport, wat leidt tot het openen van de mitochondriale permeabiliteitsovergangsporie (mPTP). Dit resulteert in verlies van mitochondriale membraanpotentiaal, overmatige ROS-generatie, ATP-uitputting, calciumefflux en mitochondriale zwelling. Bortezomib daarentegen remt de activiteit van proteasoom en verstoort de homeostase van cellulaire eiwitten, waardoor mitochondriale structurele schade en functionele stoornissen ontstaan. Deze veranderingen uiten zich in mitochondriale zwelling en vacuolisatie, calciumontregeling, onderdrukking van de ademhalingsketen, verminderde ATP-productie en ophoping van ROS. Bovendien remt vincristine (VCR) de polymerisatie van microtubuli, wat het mitochondriale transport langs axonen aantast en vervolgens leidt tot een verminderd membraanpotentiaal, verstoorde calciumhomeostase en abnormale neuronale prikkelbaarheid. Gezamenlijk benadrukken deze middelen de centrale rol van mitochondriale disfunctie in de neurotoxische effecten van chemotherapeutische middelen 41,44,45,46,47.
Evenzo dient mitochondriale disfunctie als centrale regelaar van pro-inflammatoire signalering, terwijl ontsteking op zijn beurt mitochondriale schade verergert, waardoor een vicieuze cirkel van neurotoxiciteitontstaat 30,31. Opmerkelijk is dat de ROS die tijdens dit proces wordt gegenereerd direct het redoxgevoelige ionenkanaal TRPA1 activeert, wat calciuminflux, neuronale hyperexcitabiliteit en karakteristieke CIPN-geassocieerde symptomen zoals kou en mechanische allodynie veroorzaakt. Oxidatieve stress fungeert dus als een cruciaal knooppunt dat mitochondriale schade, TRPA1-activatie en de pathogenese van CIPN verbindt. Figuur 1 illustreert de mechanismen waarmee mitochondriale disfunctie en oxidatieve stress bijdragen aan de ontwikkeling van CIPN.
- Afwijkingen in het immuunsysteem
- Neuro-immuuninteracties
Neuro-immuuninteracties spelen een cruciale rol in de ontwikkeling en persistentie van CIPN. Steeds meer bewijs suggereert dat de communicatie tussen het zenuw- en immuunsysteem aanzienlijk bijdraagt aan de pathogenese ervan. Chemotherapeutische middelen veroorzaken cellulaire stress en axonale schade, wat leidt tot de afgifte van schade-geassocieerde moleculaire patronen (DAMPs) die Toll-like receptor 4 (TLR4) signaaloverdracht activeren op macrofagen en gliacellen. Deze activatie bevordert de polarisatie van M1-macrofagen en de secretie van chemokines zoals CCL2 en CXCL10, die CD4+ en CD8+ T-lymfocyten en B-cellen in de DRG rekruteren, terwijl het aantal ontstekingsremmende T-cellenmet 48,49,50,51 wordt verminderd. Hoewel neutrofielen zeer gevoelig zijn voor de cytotoxische effecten van chemotherapie, wat leidt tot systemische neutropenie, hebben verschillende studies verhoogde activatie en infiltratie van neutrofilen in het perifere zenuwstelsel en DRG tijdens door chemotherapie veroorzaakte neuropathie32 gerapporteerd. Mastcellen (MC's) reguleren de pro-inflammatoire reacties verder door immuuncellen te rekruteren en verschillende ontstekingscytokines vrij te geven. Daarnaast kunnen pro-inflammatoire cytokines de activiteit van natuurlijke killer (NK) cellen onderdrukken, waardoor neuro-ontsteking en oxidatieve stress worden verergerd en zo de progressie van CIPN52 bevordert.
Chemotherapeutische middelen kunnen ook de expressie veranderen van genen die geassocieerd zijn met immuun- en neuronale functies in sensorische neuronen. Zo reguleert VCR de expressie van activerende transcriptiefactor 3 (Atf3) en neurotensine (Nts) opwaarts, waardoor de afgifte van chemokine wordt gemoduleerd en de rekrutering van immuuncellen naar de DRG bevordert, wat op zijn beurt de neuro-inflammatoire respons beïnvloedt. OXA reguleert de expressie van prostaglandine-H2 D-isomerase (Ptgds) en het kleine nucleolaire RNA-gastheergen 1 (Snhg1), die betrokken zijn bij de synthese van inflammatoire mediatoren en de modulatie van neuronale plasticiteit, waardoor de neuronale prikkelbaarheid en pijnsignaaloverdracht worden beïnvloed. Daarentegen verandert cisplatine (CDDP) de expressie van lipocalin-2 (Lcn2) en zinkvingerhomeobox 2 (Zfhx2), waardoor de neuronale metabole homeostase en transcriptieregulatie worden verstoord, en daardoor neuro-ontsteking en neuronale disfunctiebevorderd 53. Gezamenlijk onthult de ontregeling van deze genexpressieprofielen onder chemotherapeutische stress de complexe wisselwerking tussen neuronale schade en immuunactivatie tijdens de pathogenese van CIPN.
Bovendien wordt TRPA1 niet alleen tot expressie gebracht in sensorische neuronen, maar ook in immuuncellen zoals macrofagen en MC's, waar het de afgifte van proinflammatoire cytokines mediteert. Deze duale neuronale en immuunexpressie van TRPA1 kan dienen als een belangrijke moleculaire schakel die de neuro-immuun crosstalk en ontsteking achter CIPN aandrijft.
- Verergering van neuro-ontsteking
Chemotherapeutische middelen moduleren de activatie en de secretie van immuunmediatoren van satellietgliacellen (SGC's) in de DRG, microglia en astrocyten in het ruggenmerg, en Schwann-cellen in de axonen54. Activatie van immuuncellen verhoogt de niveaus van proinflammatoire cytokines, zoals tumornecrose factor-alpha (TNF-α), interleukine-1 beta (IL-1β), interleukine-6 (IL-6), interleukine-8 (IL-8), interleukine-20 (IL-20), die neuro-ontsteking en neuronale sensitisatie bevorderen; omgekeerd wordt de expressie van ontstekingsremmende cytokines zoals interleukine-10 (IL-10) en interleukine-4 (IL-4) onderdrukt, waardoor de ontstekingsresolutie wordt belemmerd. Parallel dragen chemokines zoals CCL2, CXCL1, CXCL12, CX3CL1 en CCL3 bij aan de rekrutering van immuuncellen en glia-neuronale interacties. Deze veranderingen activeren gezamenlijk belangrijke ontstekingssignaleringsroutes, zoals MAPK en de nucleaire factor kappa-light-chain-enhancer van geactiveerde B-cellen (NF-κB), die de productie van cytokines en neuronale hyperexcitabiliteit verder verhogen. Figuur 2 illustreert de mechanismen waarmee dysregulatie van het immuunsysteem CIPN induceert.
Belangrijk is dat recente studies hebben aangetoond dat TRPA1 fungeert als een cruciale downstream effector en versterker van deze ontstekingscascades. Pro-inflammatoire cytokines en oxidatieve mediatoren kunnen TRPA1-kanalen op sensorische neuronen sensibiliseren of direct activeren, waardoor neuro-ontsteking wordt gekoppeld aan verhoogde neuronale prikkelbaarheid en pijnovergevoeligheid in CIPN60,61.
- Ionenkanaaldysregulatie
- Kaliumkanalen
Chemotherapeutische middelen veroorzaken een neuro-inflammatoire respons, wat leidt tot de abnormale expressie van Kir4.1-kanalen, wat de activatie van SGC's bevordert, de upregulatie van gliale fibrillaire zuurproteïne (GFAP) en de afgifte van pro-inflammatoire cytokines (bijv. TNF-α en IL-6). Dit verergert de prikkelbaarheid van DRG-neuronen en induceert CIPN33.
- TRP-kanalen
TRP-kanalen zijn betrokken bij de ontstekingsrespons en neuropathische pijn die geassocieerd wordt met CIPN en kunnen worden geactiveerd door door chemotherapie veroorzaakte oxidatieve stress. Onder hen medailt het TRPA1-kanaal, dat voornamelijk gelokaliseerd is in sensorische neuronen, neurogene ontsteking door neuropeptiden vrij te geven zoals calcitonine gen-related peptide (CGRP) en stof P (SP), die de rekrutering van immuuncellen op de beschadigingsplaatsen bevorderen. TRPA1 wordt ook tot expressie gebracht in gliale en immuuncellen, waar activatie de afgifte van pro-inflammatoire cytokines en chemokines stimuleert, wat de rekrutering van immuuncellen verder versterkt en de ontstekingsrespons versterkt. Gezamenlijk dient TRPA1 als een cruciale brug tussen het zenuw- en immuunsysteem, wat bijdraagt aan verhoogde ontstekingen en neuronale overgevoeligheid bij CIPN. Daarom kan TRPA1-antagonisme pijn verlichten door dubbele neuro-immuunmodulatie door de afgifte van CGRP en SP te remmen, neurogene ontsteking en de recruitatie van immuuncellen te verminderen, en het proinflammatoire cytokineniveau62 te verlagen.
Singh et al. rapporteerden dat de behandeling met OXA de co-expressie van transiënt receptorpotentiaal vanilloïde 1 (TRPV1) en transiënt receptorpotentiaal M8 (TRPM8) verhoogde met TRPA1 in de DRG's van ratten, wat leidde tot versterkt neuropathisch pijngedrag. Opmerkelijk is dat TRPA1 en TRPV1 functionele crosstalk delen in door chemotherapie veroorzaakte pijnsignalering; echter, huidige klinische toepassingen richten zich voornamelijk op de TRPV1-agoniste capsaïcine, die neuropathische pijn verlicht door TRPV1-expressieve nociceptoren34 te desensitiseren. Dit biedt inzicht in de toekomstige ontwikkeling van analgetische strategieën gericht op TRPA1. Gezamenlijk fungeert TRPA1 als een cruciale integrator van oxidatieve stress, immuunactivatie en pijnsignalering, waardoor het een veelbelovend doelwit is voor zowel pijnstillende als ontstekingsremmende therapieën in CIPN.
- DRG neuronale schade
- Directe neuronale schade
De DRG is de primaire plaats die door CIPN wordt getroffen, maar de mechanismen van neuronale schade verschillen tussen chemotherapeutische middelen. Figuur 3 toont de verschillende routes die betrokken zijn bij DRG-neuronale schade die door verschillende geneesmiddelen worden veroorzaakt. Zo bevordert PTX de infiltratie van macrofagen in de DRG, wat vervolgens het aantal intraepidermale zenuwvezels (IENFs) vermindert en de progressie van CIPN35 versnelt. Platina-gebaseerde agentia hopen zich op in DRG-neuronen, wat mitochondriale disfunctie, overmatige ROS-generatie en neuronale apoptose veroorzaakt. Thalidomide kan direct DRG-neuronale schade veroorzaken. Bovendien veranderen verschillende chemotherapeutische middelen de expressie en functie van natrium-, kalium- en calciumionkanalen, wat leidt tot neuronale hyperexcitabiliteit36,37. Verstoring van microtubuli-structuren in de DRG verstoort het axonale transport verder en triggert Walleriaanse degeneratie, wat uiteindelijk leidt tot verlies van zenuwvezels en verstoorde neurale transmissie38.
- Indirecte immuungemedieerde schade
Naast directe neuronale toxiciteit kunnen chemotherapeutische middelen indirect DRG-neuronen beschadigen door de activatie van aangeboren immuunsignalering. Cellulaire schade veroorzaakt door deze middelen geeft DAMPs vrij, die op hun beurt patroonherkenningsreceptoren (PRR's) activeren, zoals TLR4 en de receptor voor geavanceerde glycatie-eindproducten (RAGE). Activatie van deze receptoren veroorzaakt neuro-inflammatoire cascades, versterkt de neuronale prikkelbaarheid en verergert neuropathische pijn39. Gezamenlijk suggereren deze bevindingen dat chemotherapeutische middelen DRG-schade induceren via zowel directe cytotoxische mechanismen als indirecte immuungemedieerde routes, en zo bijdragen aan het ontstaan en de progressie van CIPN.
- Verstoring van het neuronale cytoskelet
Eerdere studies hebben aangetoond dat microtubuli-depolymerisatie direct de structurele integriteit van neuronen verzwakt en hun axonale verlengingscapaciteit aantast. De demontage van het cytoskelet veroorzaakt onregelmatigheden op het neuronale oppervlak, en deze mechanische veranderingen kunnen dienen als fysieke kenmerken van CIPN40. Een andere studie van Chine et al. was de eerste die aantoonde dat Hsp27 CIPN kan voorkomen door de axonale structuur te beschermen. In tegenstelling tot traditionele ontstekingsremmende mechanismen oefent Hsp27 neuroprotectieve effecten uit door apoptotische routes te reguleren en de cytoskeletstabiliteitte behouden 46.
Vinca-alkaloïden (zoals vincristine, videorecorder) binden specifiek aan de uiteinden van de β-tubuline, blokkeren de vorming van de spil en het axonale transport, wat leidt tot microtubuli-depolymerisatie en defecten in neurietuitgroei40. Daarentegen stabiliseert paclitaxel microtubuli en voorkomt het hun depolymerisatie, waardoor elektrische signaaloverdracht en mitochondriale transport binnen axonen worden verstoord, wat demyelinisatie van perifere zenuwvezels41 induceert. Bortezomib induceert via een niet-proteasomale route overmatige polymerisatie van microtubuli, remt neurietextensie en triggert axonale degeneratie42.
Deze medicijnen leiden samen tot axonale transportstoornissen, neuronale apoptose en verlies van neurale geleiding, waarmee ze de kernpathologische basis van CIPN vormen. Daarnaast voorkomt activatie van de RhoA/ROCK/LIMK/cofilin-signaalweg de remodellering van actinefilamenten, waardoor axonale regeneratie63 verder wordt geremd. Cytoskeletverstoring werkt ook samen met mitochondriale transportdefecten en calpainactivatie, waardoor een vicieuze "structuur-energie-apoptose" cyclus ontstaat die de progressie van CIPN64 versnelt.
2. Mechanismen van CIPN geassocieerd met TRPA1
TRPA1 is een niet-selectief kationkanaal dat doorgaans bestaat als een homotetrameer in het celmembraan. Het bevat zes transmembraansegmenten (S1-S6) die kenmerkend zijn voor TRP-kanalen. Hiervan vormen S1-S4 het spanningssensorachtige domein (VSLD), terwijl S5 en S6 de porie vormen waar ionen doorheen passeren. Deze gebieden zijn essentieel voor de activatie van het kanaal en zijn rol bij het waarnemen van pijnlijke, thermische en chemische prikkels65. Het lange N-terminale gebied van TRPA1 bevat meerdere ankyrine repeat-domeinen (ARD's), die interacties met andere eiwitten bemiddelen en bijdragen aan kanaalregulatie. Dit gebied dient ook als een belangrijke plek voor modulatie door kinasen die betrokken zijn bij pijnsignalering66,67. Aan het C-terminus verbindt het TRP-achtige domein zich met het transmembraangebied en speelt het een centrale rol bij kanaalgating. De beweging van dit domein, samen met herschikkingen van S5 en S6, ligt ten grondslag aan kanaalopening en Ca2+-instroom, die downstream signaalroutes activeert die betrokken zijn bij ontsteking en pijn68,69. Over het geheel genomen zijn de ARD's, transmembrane helixen (S1-S6) en het TRP-achtige domein de belangrijkste structurele kenmerken die de activatie van TRPA1 bepalen en de rol ervan in pijn en ontstekingssignalering. Figuur 4 illustreert de belangrijkste structurele domeinen van TRPA1 die relevant zijn voor activatie door chemotherapeutische middelen, terwijl Tabel 2 de mechanismen van CIPN samenvat die geassocieerd zijn met TRPA1 61,62,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83.
- Oxidatieve stress-gemedieerde activatie van TRPA1 in CIPN
- Oxidatieve stress is een belangrijke factor van zowel de antitumoreffectiviteit als de neurotoxiciteit van chemotherapeutische geneesmiddelen84. TRPA1 functioneert als een redox- en elektrofielgevoelig ionenkanaal dat geactiveerd wordt onder omstandigheden van verhoogde oxidatieve stress tijdens chemotherapie. Geoxideerde fosfolipiden (OxPAPC's) en andere reactieve zuurstofsoorten (ROS)-afgeleide elektrofielen modificeren covalent cysteïneresiduen in het N-terminale domein van TRPA1, waardoor het kanaal wordt geactiveerd en calciuminstroom wordt bevorderd. Deze activatie leidt tot de afgifte van neuropeptiden en ontstekingsmediatoren zoals CGRP en SP, die abnormale pijnoverdracht en neurogene ontsteking in CIPN pathogenese61,70 mediëren. Ondertussen leidt perifere ontsteking veroorzaakt door chemotherapeutische middelen tot overmatige generatie en ophoping van ROS in sensorische ganglia, wat TRPA1 verder activeert en upreguleert, waardoor een ROS-TRPA1 positieve feedbacklus ontstaat die ontstekings- en mechanische overgevoeligheid85 versterkt.
CDDP-geïnduceerde CIPN is ook afhankelijk van dit mechanisme, omdat CDDP de ROS-productie in orale weefsels bevordert, wat TRPA1 activeert en leidt tot aanhoudende orofaciale pijn86. Op vergelijkbare wijze moduleert OXA TRPA1-activiteit via meerdere mechanismen. Enerzijds activeert OXA TRPA1 direct via een glutathiongevoelig mechanisme, wat leidt tot cytoplasmatische verzuring in DRG-neuronen71,87. Aan de andere kant remt OXA prolylhydroxylase (PHD), waardoor hydroxylatie van de prolineresiduen in het N-terminale gebied van TRPA1 wordt voorkomen, wat de gevoeligheid van het kanaal voor ROS verhoogt en de responsiviteit op koude prikkels71 aanzienlijk verhoogt. Daarnaast activeert OXA de p38 MAPK-signaalroute, wat TRPA1-gemedieerde koude hypersensitiviteit88 verder bevordert.
Dierstudies hebben sterk bewijs geleverd ter ondersteuning van deze mechanismen. Bij met OXA behandelde wildtypemuizen werden uitgesproken mechanische allodynie en kou-overgevoeligheid waargenomen, terwijl deze responsen significant afgezwakt waren bij TRPA1 knockoutmuizen89. Consistente bevindingen werden ook verkregen in een zebravislarvalmodel van CIPN, waarin TRPA1-activatie de ROS-productie verbeterde door oxidatieve stress en pijnsignaaltransductie te bevorderen, waardoor de pijnrespons90 in stand werd gehouden. Gezamenlijk geven deze bevindingen aan dat TRPA1 functioneert als een cruciaal knooppunt dat ROS-detectie en pijnversterking verbindt, en zo een centraal pad vormt waardoor oxidatieve stress neuropathische pijn bij CIPN mediërt.
- De rol van TRPA1 bij immuunregulatie en ontstekingspijn
TRPA1 is een redoxgevoelig, niet-selectief kationenkanaal dat tot expressie komt in zowel het perifere sensorische zenuwstelsel als in verschillende immuunceltypen. Het kan worden geactiveerd door chemotherapeutische door medicijnen geïnduceerde oxidatieve, nitratieve en aldehyde stress, evenals door ontstekingsmediatoren en elektrochemische stimuli, en speelt zo een cruciale rol in ontstekingsreacties en pijnsensitisatie tijdens CIPN24,91,92.
- TRPA1 reguleert immuuncel-gemedieerde neuro-ontsteking
In het perifere zenuwstelsel wordt TRPA1 het best gekarakteriseerd in DRG-sensorische neuronen, waar het dient als een belangrijke mediator van nociceptie. Tijdens chemotherapie kunnen verhoogde niveaus van ROS, reactieve stikstofsoorten (RNS) en aldehydemetabolieten, voornamelijk afkomstig van beschadigde neuronen en omliggende Schwann-cellen, direct neuronale TRPA1 activeren, wat leidt tot verhoogde neuronale prikkelbaarheid en pijnovergevoeligheid93. Ondertussen is aangetoond dat TLR4-signalering in sensorische neuronen de TRPA1-expressie in DRG-neuronen kan verhogen, waardoor de pijnovergevoeligheid94 toeneemt.
Naast neuronen expresseren Schwann-cellen ook TRPA1, dat geactiveerd kan worden door oxidatieve stress. Geactiveerde Schwann-cellen versterken ROS-signalen en geven ontstekingsmediatoren vrij, waardoor een "Schwann cel-neuron-TRPA1" feedbacklus ontstaat die neuro-ontsteking in stand houdt en bijdraagt aan de ontwikkeling van CIPN72,73. Dierstudies hebben aangetoond dat uitputting van ischiaszenuw-residente macrofagen de kankergerelateerde pijn veroorzaakt door Schwann-cel TRPA1-activatie en oxidatieve stress aanzienlijk vermindert, wat de wisselwerking tussen Schwann-cellen en myeloïde cellen73 benadrukt.
Naast sensorische neuronen wordt TRPA1 functioneel tot expressie gebracht in verschillende populaties van immuuncellen, waaronder macrofagen, T-cellen, NK-cellen en MC's 24,74,95. ROS, RNS en metabolieten die tijdens chemotherapie worden gegenereerd, kunnen TRPA1 in deze cellen activeren, wat leidt tot diverse immuunresponsen afhankelijk van celtype91. Bij macrofagen onderdrukt TRPA1 pro-inflammatoire activatie, bevordert een ontstekingsremmend fenotype en beperkt de infiltratie van macrofagen, waardoor ontstekingsremmende en weefselbeschermende effecten worden uitgeoefend14,96. In lymfocyten onderdrukt TRPA1-activatie de activatie van T-cellen en de effectorfuncties, waardoor T-cel-gemedieerde immuunresponsennegatief worden gereguleerd, terwijl TRPA1-gemedieerde Ca2+-instroom de cytotoxiciteit van NK-cellen kan versterken en neuro-inflammatoire reacties na zenuwbeschadigingmoduleert 52,74. In mestcellen is TRPA1-activatie in verband gebracht met stress-geïnduceerde degranulatie en pro-inflammatoire signalering, wat bijdraagt aan de versterking van allergische en neurogene ontsteking24,75.
Samen suggereren deze observaties dat TRPA1 fungeert als een signaalknooppunt dat neuronen, Schwann-cellen en immuuncellen verbindt, waarbij verhoogde TRPA1-activatie in elk celtype bijdraagt aan het initiëren en onderhouden van CIPN. Figuur 5 toont de voorgestelde mechanismen van TRPA1-gemedieerde neuro-immuun crosstalk en pijnsignalering in CIPN.
- TRPA1 bij inflammatoire pijn en CIPN-gerelateerde nociceptie
In het sensorische zenuwstelsel is TRPA1 voornamelijk gelokaliseerd in primaire sensorische neuronen van de DRG, trigeminusganglia (TG) en vagale ganglia (VG). Oxidatieve stressproducten, ontstekingsmediatoren en eiwitkinase-signalering (PKA/PKC), geïnduceerd door chemotherapeutische middelen, versterken de TRPA1-fosforylering en kanaalactiviteit26. Kanaalactivatie verhoogt de intracellulaire Ca2+- instroom, wat de afgifte van neuropeptiden zoals SP, neurokinine A (NK-A) en CGRP stimuleert, die vasodilatatie, plasma-extravasatie en de rekrutering van immuuncellen bevorderen, waardoor neurogene ontsteking en pijnsensitisatie62 worden opgewekt.
Onder inflammatoire omstandigheden versterken verhoogde niveaus van pro-inflammatoire cytokines (IL-1 familie, TNF-α, IL-6, IL-8) en chemokines (CXCL5/CXCR2) de ROS-productie en TRPA1-activatie verder, wat leidt tot membraandepolarisatie en hyperexcitabiliteit van DRG-neuronen, wat uiteindelijk bijdraagt aan neuropathische pijn. Daarnaast verhogen ontstekingsmediatoren zoals NGF de expressie van TRPA1, waardoor een positieve feedbacklus ontstaat die ontsteking en pijn in stand houdt 14,98,99,100. TRPA1 neemt ook deel aan zowel perifere als centrale sensitisatie, waardoor pijnoverdracht101 wordt versterkt.
Bovendien bevordert TRPA1 nociceptieve signalering door ontstekingsgerelateerde routes te moduleren. Een opgewaardeerde TRPA1 verhoogt de Ca2+-instroom en activeert de pannexine-1 (PANX1) route, waardoor de afgifte van adenosinetrifosfaat (ATP) wordt versterkt. Extracellulaire ATP, die als neurotransmitter werkt, draagt verder bij aan pijnovergevoeligheid102. Chemotherapeutische middelen kunnen TRPA1 ook sensibiliseren via activatie van bradykinine B2-receptoren en downstream PLC/PKCε-signalering in mestcellen, wat CIPN-gerelateerde pijn103 verergert. Omgekeerd is aangetoond dat opioïdeverbindingen zoals loperamide TRPA1- en spanningsgestuurde natriumkanaalactiviteit (VGSC) onderdrukken, microgliale activatie en oxidatieve stress remmen, en daardoor hyperalgesie in CIPN104.105 verlichten.
Samenvattend dient TRPA1 als een belangrijk moleculair doelwit dat oxidatieve stress en ontstekingssignalering in CIPN verbindt. Door bidirectionele interacties tussen immuuncellen en sensorische neuronen te coördineren, initieert en verspreidt TRPA1 niet alleen ontsteking, maar versterkt het ook pijn, waardoor het een cruciale brug vormt tussen immuunregulatie, neuro-inflammatie en nociceptieve overgevoeligheid.
- TRPA1-gemedieerde ionenkanaaloverspraak en DRG-neuronale sensitisatie
TRPA1 wordt sterk tot expressie gebracht in beschadigde sensorische neuronen, met name in de DRG, en fungeert als een sleutelionenkanaal dat CIPN mediërt. Het moduleert de neuronale excitabiliteit en bevordert nociceptieve signaaloverdracht via interacties met meerdere ionenkanalen. Zo kan activatie van TRPV1 de gevoeligheid van TRPA1 vergroten, en beide kanalen worden vaak gezamenlijk tot expressie gebracht, wat synergetisch bijdraagt aan koude allodynie en mechanische hyperalgesie76,106. Daarnaast vertoont TRPA1 complementaire functies met het kou-gevoelige kanaal TRPM8: TRPM8 medailt onschuldige koelsensaties binnen het bereik van 25-28 °C, terwijl TRPA1 wordt geactiveerd onder 17 °C en verantwoordelijk is voor het detecteren van intense, giftige koude prikkels. Abnormale activatie van beide kanalen is in verband gebracht met de kou-overgevoeligheid die vaak wordt waargenomen bij CIP-patiënten77. Door chemotherapie geïnduceerde oxidatieve stress en verhoogde Ca2+-kanaalactiviteit kunnen TRPA1-kanalen verder activeren, wat leidt tot frequente actiepotentiaal-afvuring afhankelijk van spanningsgestuurde Na+-kanalen (Nav1.7)78,79. Bovendien kan Zn2+ TRPA1 direct activeren om de afgifte van CGRP80 te bevorderen, terwijl spanningsgestuurde K+-kanalen (Kv7) een negatief regulerend effect uitoefenen op dit proces81. Gezamenlijk versterkt de coöperatieve interactie tussen TRPA1 en andere ionenkanalen, waaronder TRPV1, TRPM8, Ca2+, Na+, K+ en Zn2+ kanalen, de neuronale excitabiliteit en nociceptieve transmissie in CIPN.
Bovendien kan intracellulaire pH-homeostase de TRPA1-activiteit moduleren. De Na+/H+-uitwisselingsfactor 1 (NHE1) beïnvloedt de gevoeligheid van TRPA1 door de intracellulaire pH te reguleren. Bij inflammatoire of door chemotherapie veroorzaakte letselcondities interageren TRPA1 en NHE1 in DRG-neuronen87,107, en intracellulaire verzuring verbetert de responsiviteit van TRPA1, wat leidt tot een verhoogde frequentie van actiepotentiaal en een verhoogde afgifte van neurotransmitters zoals glutamaat en CGRP82,83. Dit proces draagt bij aan inflammatoire pijn en kou-overgevoeligheid en ondersteunt neuro-ontsteking verder. Omgekeerd vermindert remming van TRPA1-expressie of -functie in DRG-neuronen de nociceptieve overdracht en neuro-inflammatoire reactiesaanzienlijk 108.
Samengevat dient TRPA1 als een centraal moleculair knooppunt dat oxidatieve stress en ionenkanaalsignalering in CIPN verbindt. Door uitgebreide crosstalk met meerdere ionenkanalen en intracellulaire regulatiemechanismen bevordert TRPA1 de hyperexcitabiliteit van sensorische neuronen en pijnhypersensitisatie, en vormt het een cruciaal moleculair doelwit voor de behandeling van CIPN-gerelateerde pijn. Figuur 6 toont het mechanisme waarmee TRPA1 de neuronale excitabiliteit moduleert en nociceptieve signalering versterkt via interacties met verschillende ionkanalen.
3. Potentieel om TRPA1 te targeten voor CIPN-behandeling
In de vorige sectie hebben we verduidelijkt hoe TRPA1 een belangrijk doelwit is om CIPN te verlichten door een neuro-inflammatoriese cascaderespons te activeren. Het werkingsmechanisme van TRPA1 is tweeledig: enerzijds wordt TRPA1 direct gemoduleerd door de neuro-inflammatoire cascade en neemt het deel aan het pathologische proces van CIPN; aan de andere kant werkt TRPA1 samen met ontstekingssignalen, die op hun beurt neurotoxische reacties mediëren en neuronale schade verergeren. Daarom kan gerichte remming van TRPA1 oxidatieve stress en neuro-inflammatoire reacties verminderen, pijnsignalering verminderen en uiteindelijk CIPN-gerelateerde symptomen verbeteren. Figuur 7 toont de voorgestelde mechanismen waarmee remming van TRPA1, hetzij door specifieke antagonisten of natuurlijke kruidenmiddelen, neuropathische pijn die met CIPN samenhangt vermindert.
- TRPA1-antagonist
TRPA1 kan worden geactiveerd door exogene stoffen (bijv. mosterdolie en cinnamaldehyde) en endogene stoffen (bijv. oxidatieve stressproducten en ontstekingsmediatoren)62 om pijn, jeuk en ontstekingte veroorzaken. Om deze reden is TRPA1 erkend als een therapeutisch doelwit met breed toepassingspotentieel, waaronder pijnbestrijding, ontstekingsziekten en neurologische aandoeningen. Daarom is het onderzoeken en ontwikkelen van TRPA1-antagonisten cruciaal.
Verschillende TRPA1-antagonisten hebben aangetoond dat ze mogelijk therapeutisch zijn bij het verlichten van CIPN 109,110,111,112,113,114,115,116,117. Hun primaire mechanismen zijn het onderdrukken van door TRPA1 gemedieerde oxidatieve stressreacties, calciuminstroom en neuro-inflammatoire signalering, waardoor ze antagonistische effecten uitoefenen op de activiteit van TRPA1. In preklinische studies verlichtte de selectieve TRPA1-blokker HC-030031 significant de door OXA en CDDP veroorzaakte mechanische en koude hypersensitiviteit28. Ondertussen zijn antagonisten van de volgende generatie zoals GRC-17536 en LY-3526318 doorgestroomd naar fase II klinische onderzoeken voor diabetische neuropathie, chronische hoest en artrose-gerelateerde neuropathische pijn, met een goede verdraagzaamheid en een voorlopige werkzaamheidvan 109.113.
Tabel 3 geeft een samenvatting van de huidige ontwikkelingsstatus en klinische toepassingen van representatieve TRPA1-antagonisten. Deze studies leveren klinisch bewijs dat het translationele potentieel van TRPA1-antagonisten ondersteunt bij de behandeling van neuropathische pijn. De meeste TRPA1-antagonisten zijn echter nog steeds beperkt door lage biobeschikbaarheid en mogelijke off-target effecten (115.118.119), en zijn nog niet in een CIPN-specifieke klinische evaluatie ondergegaan. Toekomstig onderzoek moet zich richten op het optimaliseren van de selectiviteit van verbindingen en farmacokinetische eigenschappen, evenals het ontwerpen van klinische onderzoeken die specifiek gericht zijn op CIPN, om de therapeutische relevantie van TRPA1-remming in deze context te valideren.
Naast directe antagonisme heeft modulatie van TRPA1-activiteit via andere moleculaire doelen ook veelbelovend getoond in CIPN. Sigma-1-receptoren oefenen regulerende functies uit op verschillende ionenkanalen, en het is aangetoond dat Sigma-1-receptorantagonisten de plasmamembraanexpressie en -functie van TRPA1-kanalen aanzienlijk remmen, waardoor de progressie van pijnsymptomen bij OXA-geïnduceerde CIPN-modelmuizen89 wordt voorkomen. Een studie van Trevisan et al. toonde aan dat de symptomen van CIPN-overgevoeligheid veroorzaakt door bortezomib effectief konden worden voorkomen en verlicht door gelijktijdig gebruik van de TRPA1-antagonist HC-030031 of de antioxidant α-lipoïnezuur vóór of tijdens chemotherapie120. Bovendien kunnen TRPA1-remmers in de context van door chemotherapeutische medicijnen veroorzaakte neurotoxiciteit neurologische schade beperken door calciumafhankelijke pro-inflammatoire signalering te verminderen.
Samenvattend spelen TRPA1-antagonisten een belangrijke rol in de preventie en behandeling van CIPN door onder andere de functie van dit kanaal te moduleren en de activiteit te remmen, om pijnovergevoeligheid te verminderen en zenuwschade te verminderen.
- Modulatoren van TRPA1-activiteit als nieuwe opties voor de behandeling van CIPN
TRPA1 is betrokken bij de pathologische processen van CIPN via de neuro-inflammatoire cascaderespons en neurotoxische schade en kan een nieuw doelwit zijn voor de behandeling van CIPN.
Verschillende studies hebben aangetoond dat bepaalde natuurlijke kruiden en hun actieve componenten nauw samenhangen met de regulatie van TRPA1-kanaalactiviteit en biologische effecten vertonen zoals ontstekingsremmende en pijnstillende werkingen, waardoor potentiële strategieën ontstaan voor de preventie en behandeling van CIPN. Zo is aangetoond dat liquiritine aanzienlijke ontstekingsremmende eigenschappen heeft121, terwijl allicine een pijnstillend potentieel vertoont vanwege zijn antioxiderende en ontstekingsremmende eigenschappen122; beide verbindingen zijn betrokken bij de modulatie van TRPA1-kanaalactiviteit. Op basis van deze bevindingen wordt gespeculeerd dat deze natuurlijke verbindingen de pijnperceptie en neuro-inflammatoire reacties door de regulatie van TRPA1-activiteit kunnen verlichten, en zo potentiële therapeutische effecten kunnen uitoefenen. Verdere studies hebben aangetoond dat menthol een bidirectioneel regulerend effect vertoont op TRPA1-kanalen, waarbij TRPA1 bij lage concentraties wordt geactiveerd terwijl de activiteit bij hogere concentraties wordt geremd. Een passende toepassing van menthol kan daarom de TRPA1-activiteit moduleren om pijnstillende en ontstekingsremmende effecten te bereiken bij patiënten met CIPN123. Evenzo bevat kaneel, traditioneel gebruikt als verwarmingstherapie om de bloedcirculatie te bevorderen, cinnamaldehyde als belangrijkste actieve bestanddeel. Li et al. rapporteerden dat cinnamaldehyde TRPA1-receptoren activeert, wat de thermogenese in bruin vetweefsel bevordert en zo helpt de lichaamstemperatuur te behouden en kougevoeligheid te verminderen124. Bovendien versterkt cinnamaldehyde de antioxidantrespons door de nucleaire factor erytroïde-gerelateerde factor 2 (Nrf2) te activeren125. Gezamenlijk kan menthol, door TRPA1 bij hogere concentraties te remmen, mechanische en koude allodynie kenmerkend voor CIPN verlichten, terwijl cinnamaldehyde, via zijn TRPA1-activerende en Nrf2-gemedieerde antioxidante mechanismen, chemotherapie-geïnduceerde oxidatieve stress kan tegengaan en kou-intolerantie bij CIP-patiënten kan verbeteren. Daarnaast is aangetoond dat bergeninemonohydraat, ligustrazine, saikosaponine en waterextracten van Notopterygium incisum neuropathische pijn verminderen126,127,128,129.
Tabel 4 vat de natuurlijke kruidenbronnen van TRPA1-liganden samen en hun mogelijke mechanismen bij het verlichten van CIPN. Deze bevindingen benadrukken het potentieel van TCM-componenten om neurotoxiciteit bij CIPN te verminderen. Hoewel verschillende natuurlijke verbindingen zijn geïdentificeerd als TRPA1-modulatoren met potentiële therapeutische effecten, blijven de meeste daarvan op de in vitro en dieronderzoeken, en het bewijs voor hun effectiviteit in CIPN is voornamelijk afkomstig uit preklinische modellen. Daarentegen heeft alleen menthol beperkte menselijke proof-of-concept bewijs en lopende geregistreerde klinische onderzoeken130. Deze bevindingen suggereren samen dat, hoewel TRPA1-gerichte natuurlijke producten veelbelovend zijn in het verlichten van CIPN-gerelateerde neurotoxiciteit, verdere goed ontworpen klinische studies nodig zijn om hun translationele potentieel en therapeutische effectiviteit te valideren.
Natuurlijke TRPA1-modulatoren die uit plantenextracten zijn geïdentificeerd, bieden niet alleen nieuwe therapeutische perspectieven voor pijnbestrijding, maar vormen ook potentiële natuurlijke bronnen voor de behandeling van CIPN. Steeds meer bewijs wijst erop dat natuurlijke verbindingen neurotoxische symptomen door chemotherapie kunnen verlichten door TRPA1-overactivatie te onderdrukken of bidirectionele regulerende effecten op het kanaal uit te oefenen, waardoor zowel pijnstillende als ontstekingsremmende resultaten worden behaald. Ondanks hun veelbelovende preklinische mogelijkheden blijft systematische klinische validatie echter onvoldoende. Bovendien vertonen deze verbindingen doorgaans multi-target en multi-pathway regulerende kenmerken, waardoor het moeilijk is om de specifieke bijdrage van TRPA1-modulatie aan hun algehele therapeutische effecten te bepalen. Toekomstige studies moeten zich richten op het ontrafelen van de moleculaire mechanismen waarmee natuurlijke TRPA1-modulatoren CIPN beïnvloeden, het onderzoeken van de synergetische interacties tussen TRPA1 en andere ionenkanalen of signaalroutes, en het uitvoeren van goed ontworpen klinische onderzoeken om hun werkzaamheid en veiligheid te bevestigen. Dergelijke inspanningen zullen essentieel zijn voor het vertalen van TRPA1-gerichte natuurlijke agentia naar praktische strategieën voor het beheer van CIPN.
4. Discussie
Volgens de nieuwste statistieken van het International Agency for Research on Cancer (IARC) zullen er in 2022 bijna 20 miljoen nieuwe gevallen van kanker zijn, en ongeveer 50% van die kankerpatiënten zal uiteindelijk overlijden aan kanker of complicaties daarvan. De prognoses van de IARC geven ook aan dat het aantal nieuwe kankergevallen per jaar in 2050 meer dan 35 miljoen zal bedragen. Kanker is daarom wereldwijd een groot volksgezondheidsprobleem en een van de belangrijkste oorzaken van de wereldwijde ziektelast1. Hoewel nieuwe therapieën voor kanker (bijvoorbeeld gerichte therapieën en immunotherapie) blijven worden onderzocht en ontwikkeld, speelt chemotherapie nog steeds een centrale rol bij de behandeling van kanker. CIPN is een veelvoorkomend bijeffect van chemotherapie en beïnvloedt het behandelproces en de effectiviteit ervan. De pathogenese van CIPN is echter onduidelijk, maar kan verband houden met mitochondriale disfunctie, oxidatieve stress, afwijkingen in het immuunsysteem, disregulatie van ionenkanalen en schade aan DRG-neuronen2. Momenteel is alleen duloxetine aanbevolen door de ASCO voor pijnbestrijding bij CIP-patiënten. Ondanks de aangetoonde pijnstillende effectiviteit is het algemene klinische voordeel van duloxetine matig, omdat het voornamelijk symptomatische verlichting biedt in plaats van CIPN te voorkomen of onderliggende pathologische veranderingen om te draaien8. Daarom is het onderzoeken van de potentiële doelwitten van CIPN belangrijk voor geneesmiddelontwikkeling en precisietherapie.
TRP-kanalen, die belangrijke mediatoren zijn van nociceptieve signalering, krijgen steeds meer aandacht in de context van de ontwikkeling van CIP-therapieën. Onder de TRP-kanalen is gesuggereerd dat TRPA1 een belangrijke factor is bij het opwekken van pijnovergevoeligheid door verschillende chemotherapeutische middelen131. Daarom richt deze studie zich op de rol van TRPA1 in de pathogenese van CIPN en verduidelijkt het verder de mechanismen waarmee het neuropathische pijn mediërt, zoals geïllustreerd in Figuur 8. Dit kanaal wordt geactiveerd door oxidatieve stress om abnormale mechanische pijn en kou-overgevoeligheid 61,70,71 op te wekken en is betrokken bij inflammatoire nociceptie door immuuncellen te moduleren om neuro-ontsteking te mediëren 62,72,73,74,75. Daarnaast interageren TRPA1-kanalen met TRPV1, TRPM8 en spanningsgestuurde kanalen zoals Ca2+, Nav1.7, Zn2+ en Kv7. Deze interacties versterken neuropathische en inflammatoire pijnreacties 76,77,78,79,80,81. Dergelijke synergetische modulatie heeft aanzienlijke klinische implicaties. Omdat TRPA1, TRPV1 en TRPM8 samen tot expressie komen in sensorische neuronen en elkaars activiteit wederzijds kunnen reguleren, kunnen duale of multi-target remmers meer uitgesproken pijnstillende effecten veroorzaken dan remmers die alleen TRPA1 targeten. Bovendien stelt deze synergetische interactie elke verbinding in staat om bij lagere doseringen vergelijkbare pijnstillende effectiviteit te bereiken, waardoor mogelijke bijwerkingen worden verminderd. Evenzo wordt de DRG, een doelwit van CIPN-neurotoxiciteit, beïnvloed door TRPA1. De activatie van TRPA1 verhoogt de prikkelbaarheid van DRG-neuronen, wat op zijn beurt de afgifte van neurotransmitters uit de DRG bevordert, wat leidt tot een verhoogde overgevoeligheid voor nociceptieve symptomen82,83. Samenvattend kan TRPA1 neuropathische pijn bij CIP-patiënten verergeren door een neuro-inflammatoire cascaderespons op te wekken. Het antagoniseren van TRPA1 kan dus effectief de ontstekings- en pijnsymptomen van CIPN verlichten, wat ook suggereert dat het aanbrengen van TRPA1-antagonisten en natuurlijke kruiden cruciaal is.
De effectiviteit van TRPA1-antagonisten is effectief aangetoond in diermodellen. Bijvoorbeeld, bij TRPA1 KO-muizen en bij de toepassing van TRPA1-antagonisten (bijv. HC-030031) zijn de door chemotherapeutische medicatie veroorzaakte neuropathische pijnsymptomen significant verminderdmet 86,89. Er zijn echter nog steeds beperkingen aan de toepassing van TRPA1-antagonisten, aangezien klinische onderzoeken voor patiënten met CIPN nog niet zijn uitgevoerd, wat suggereert dat de veiligheid en werkzaamheid van TRPA1-antagonisten bij mensen verder geëvalueerd en bevestigd moeten worden. Zo kunnen verschillen in TRPA1-expressiepatronen en gevoeligheid voor antagonisten tussen knaagdieren en mensen leiden tot discrepanties tussen preklinische en klinische uitkomsten. Daarnaast blijft de omzetting van experimentele doses van dieren naar mensen onzeker, wat de complexiteit van de geneesmiddelontwikkeling verder vergroot.
Daarnaast zijn de precieze mechanismen waarmee TRPA1 als therapeutisch doelwit in CIPN functioneert nog niet volledig onthelderd, en de weefselspecifieke rollen ervan vereisen verder onderzoek. Gezien de brede expressie van TRPA1 in sensorische neuronen, Schwann-cellen en immuuncellen, blijft het uitdagend om de specifieke functies ervan over verschillende cellulaire contexten te onderscheiden. De meeste bestaande studies vertrouwen op systemische TRPA1-antagonisten, waardoor het moeilijk is om de waargenomen effecten nauwkeurig toe te schrijven aan specifieke cellulaire compartimenten. Het moet worden benadrukt dat TRPA1, tot expressie gebracht in sensorische neuronen, direct nociceptieve signalering bemiddelt, terwijl TRPA1 in Schwann-cellen en immuuncellen voornamelijk ontstekings- en micro-omgevingsprocessen reguleert die secundair de pijngevoeligheid moduleren. Daarom zou weefselspecifieke verwijdering van TRPA1 belangrijke mechanistische inzichten opleveren. Neuronaal-specifiek verlies van TRPA1 zou de directe rol ervan in nociceptor-excitabiliteit en pijnoverdracht kunnen verduidelijken, terwijl Schwann-celspecifieke deletie kan verduidelijken hoe door TRPA1 gedreven oxidatieve stress en gliaal-neuronale interacties aanhoudende neuro-ontsteking bevorderen. Belangrijk is dat immuuncelspecifieke TRPA1-knockoutmodellen (bijvoorbeeld in macrofagen of T-cellen) zouden helpen de bijdrage van immuun-TRPA1-signalering aan neuro-immuun crosstalk en ontstekingsregulatie in CIPN te definiëren. Dergelijke benaderingen zouden ons begrip van weefsel- en celspecifieke TRPA1-functies aanzienlijk verdiepen en de ontwikkeling van preciezere therapeutische strategieën vergemakkelijken. Ondertussen moeten meerdere aspecten van TRPA1-antagonisme in de behandeling van CIPN nog verder worden onderzocht. Bijvoorbeeld, of TRPA1 verschillende functionele rollen vertoont in CIPN die worden geïnduceerd door verschillende chemotherapeutische middelen, en hoe de activiteit ervan preciezer kan worden gemoduleerd om optimale therapeutische effectiviteit te bereiken, blijven belangrijke onopgeloste vragen.
In deze context vertegenwoordigt het gecombineerd gebruik van TRPA1-antagonisten met natuurlijke kruidenverbindingen of traditionele Chinese medicijnformuleringen een veelbelovende therapeutische benadering. Dergelijke combinatietherapie kan niet alleen de toxiciteit van geneesmiddelen verminderen, maar ook de effectiviteit vergroten door multi-target synergistische effecten. Al met al kan het antagoniseren van TRPA1 immuunresponsen moduleren en neuro-inflammatoire cascades onderbreken, waardoor neurotoxiciteit en neuronale schade effectief worden verminderd, wat nieuwe inzichten en potentiële strategieën biedt voor het klinische beheer van CIPN.