Dit artikel beschrijft de rol van de P2X7-receptor in de deelname van astrocyten, neuronen en microglia aan neuropathische pijn (NPP). Het richten op de P2X7-receptor zou een moleculair doel kunnen zijn voor NPP-therapie.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Reviewartikel
* These authors contributed equally
Dit artikel beschrijft de rol van de P2X7-receptor in de deelname van astrocyten, neuronen en microglia aan neuropathische pijn (NPP). Het richten op de P2X7-receptor zou een moleculair doel kunnen zijn voor NPP-therapie.
Primaire en secundaire verwondingen van het zenuwstelsel kunnen neuropathische pijn (NPP) veroorzaken, wat de fysieke en mentale gezondheid van patiënten ernstig beïnvloedt en een aanzienlijke economische last legt voor individuen, families en de samenleving. Momenteel blijven effectieve curatieve behandelingen ongrijpbaar. Daarom is het onderzoeken van de moleculaire basis van de pathologische mechanismen van NPP cruciaal voor het ontwikkelen van gerichte therapieën. De ionenkanaal P2X7 purinerge receptor (P2X7R) komt veel voor in het zenuwstelsel en speelt een essentiële rol bij het behouden van de functionele stabiliteit ervan. Steeds meer bewijs wijst erop dat P2X7R een pijn-gerelateerd molecuul is dat betrokken is bij het initiëren en de progressie van NPP. De activatie of upregulatie van P2X7R draagt bij aan NPP door de activiteiten van immuuncellen, gliacellen en neuronen te bemiddelen, intercellulaire interacties tussen hen te reguleren, de sensorische signaaloverdracht en synaptische plasticiteit te verbeteren, en uiteindelijk te leiden tot centrale sensitisatie. Opmerkelijk is dat gerichte remming van P2X7R-activatie met specifieke antagonisten (bijv. A438079, A740003 en BBG) farmacologische pijnstillende eigenschappen vertoont. Bovendien toont het downreguleren van P2X7R-expressie in weefsels/cellen via alternatieve benaderingen (zoals farmacologische middelen, celtherapie en fysiotherapie) ook therapeutisch potentieel tegen NPP aan. Deze review bespreekt uitgebreid de mechanismen waarmee P2X7R zowel neuronale als niet-neuronale cellen in NPP reguleert. Gezien de kenmerken vertegenwoordigt het richten op de expressie van P2X7R of het tegenwerken van de activiteit ervan een veelbelovende, nieuwe farmacologische strategie voor de behandeling van NPP's.
Neuropathische pijn (NPP), een chronische aandoening als gevolg van laesies of ziekten van het somatosensorische zenuwstelsel, schaadt de kwaliteit van leven van patiënten ernstig. Het uit zich als spontane pijn (bijvoorbeeld branderig, tinteling), hyperalgesie en allodynie, waarbij onschuldige prikkels zoals lichte aanraking pijn veroorzaken. Daarnaast is het vermeldenswaard dat zelfs nadat de nociceptieve stimulatie is verdwenen, de pijn nog steeds kan blijven bestaan, wat mogelijk verband houdt met de niet herstelde zenuwbeschadiging. Pijn veroorzaakt door zenuwletsel kan zich verspreiden naar aangrenzende gebieden, en de potentiële pathofysiologie ervan omvat perifere en centrale sensitisatie, die vele factoren met zich meebrengt, waaronder veranderingen in ionenkanalen, activatie van immuuncellen, glia-afgeleide mediatoren en epigenetische regulatie 1,2. Hoewel verschillende klinische methoden worden gebruikt om pijn te verlichten, waaronder medicijnen, fysiotherapie en chirurgische ingrepen, om het maximale pijnstillende effect te bereiken, is het therapeutische effect nog steeds niet erg bevredigend. Daarom is het noodzakelijk om de moleculaire basis van de pathologische mechanismen van neuropathische pijn te onderzoeken en deze pathologische veranderingen om te draaien, waaronder activatie en infiltratie van immuuncellen, gliacelactivatie, verminderde neuro-ontsteking, bescherming van neuronen en verbeterde neuroplasticiteit. Gerichte behandeling van NPP.
Veranderingen in het lokale micro-milieu rond zenuwbeschadiging, met name de activatie van ontstekingscellen en gliacellen, kunnen celactiviteit reguleren en bijdragen aan de ziekteprogressie door adenosinetrifosfaat (ATP) vrij te geven in de extracellulaire matrix 3,4. Het extracellulaire ATP-gemedieerde purinerge signaalpad speelt een sleutelrol in NPP na centrale of perifere zenuwbeschadiging. Studies hebben aangetoond dat volumegereguleerde anionkanalen (VRAC's) die ATP vrijgeven uit microglia een belangrijke factor zijn in NPP, waardoor de toename van extracellulair ATP in het ruggenmerg door perifere zenuwletsel wordt verminderd en NPP5 wordt verminderd. De P2X7-receptor (P2X7R) komt wijdverspreid voor in het centrale en perifere zenuwstelsel en speelt een fundamentele rol bij het behouden van de functie en stabiliteit van het zenuwstelsel6. P2X7R kan dienen als een belangrijke pijnbemiddelaar, die deelneemt aan en de progressie van NPP 6,7 reguleert. P2X7R wordt tot expressie gebracht in immuuncellen, gliacellen en neuronen. Door celactiviteit en interacties te reguleren, nemen deze cellen deel aan neuro-inflammatie, immunomodulatie en cytokineafgifte, die het ontstaan en de ontwikkeling van NPP 8,9,10,11 bemiddelen. De expressie van P2X7R op perifere bloedlymfocyten en monocyten, en het serum IL-1β-niveau, waren significant verhoogd bij patiënten met chronisch nociceptief en NPP12.
In tegenstelling tot andere klassieke therapeutische doelwitten en strategieën voor NPP, vertoont P2X7R-targeting unieke voordelen in effectiviteit en mechanismespecificiteit. Conventionele eerstelijns farmacotherapieën voor NPP, zoals bepaalde pijnstillers en ontstekingsremmers, verlichten symptomen vaak slechts tijdelijk zonder de kernpathologische processen van neuro-inflammatie en gliale activatie aan te pakken. Gliale celmodulatiestrategieën, die zich richten op het remmen van spinale microgliale activatie4, richten zich slechts op één celtype in het complexe NPP-pathologische netwerk, terwijl P2X7R-antagonisten of gerichte downregulatie gelijktijdig de activiteit van gliacellen, immuuncellen en neuronen kunnen reguleren, belangrijke celpopulaties die betrokken zijn bij NPP-progressie 6,7,12. In tegenstelling tot strategieën die zich richten op algemene neuro-inflammatoire routes3, blokkeert P2X7R-gericht specifiek de purinerge signaalcascade die nauw verbonden is met NPP-initiatie en -onderhoud, waardoor niet-specifieke immunosuppressie en mogelijke bijwerkingen worden vermeden. Daarnaast slagen benaderingen die zich richten op andere ionenkanalen of neuronale signaalroutes10 er vaak niet in de aanhoudende neuro-ontsteking die wordt gemedieerd door gliaal-neuronale crosstalk4 om te keren, terwijl P2X7R-targeting deze crosstalk direct remt door ATP-gemedieerde signaaltransmissie 5,6 te reguleren, wat meer uitgebreide therapeutische effecten bereikt.
Deze review heeft als doel een uitgebreide en kritische synthese te bieden van actuele kennis over de celtype-specifieke mechanismen waarmee P2X7R neuronale en niet-neuronale cellen in NPP moduleert. Het is echter interessant om op te merken dat remming van P2X7R met een antagonist of gerichte downregulatie van de expressie van P2X7R farmacologische effecten heeft op het verlichten/behandelen van NPP13. Zo is Lu AF27139 een zeer selectieve en krachtige klein-molecuul antagonist van P2X7R bij ratten, muizen en mensen, met goede farmacokinetica en permeabiliteit van het centrale zenuwstelsel14. Lu AF27139 kan functioneel P2X7R-niveaus in de hersenen en het ruggenmerg en hun downstream pijngerelateerde paden blokkeren, en neuropathologische overgevoeligheid verminderen bij ratten met chronisch compressieletsel14. Trimethoxyflavanon verlicht neuropathische pijn door de functie van P2X7R, CGRP-productie, sensibilisatie van DRG-neuronen en abnormale gliacelactivatie in het ruggenmerg15 te remmen. Deze studies onthullen de sleutelrol van P2X7R in NPP. Daarom is het begrijpen van het mechanisme en de farmacologische eigenschappen van P2X7R in NPP van groot belang voor een gerichte behandeling van NPP.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. NPP
NPP wordt veroorzaakt door primaire of secundaire directe of indirecte schade aan het centrale of perifere zenuwstelsel, wat resulteert in disfunctie of tijdelijke stoornissen van het zenuwstelsel en sensorische informatieoverdracht, voornamelijk geuit in spontane pijn, hyperalgesie of abnormale pijn1. NPP ontstaat uit perifere delen van het zenuwstelsel, zoals trigeminusneuralgie, postherpetische neuralgie, perifere zenuwbeschadiging, pijnlijke polyneuropathie of radiculopathie. Perifere sensorische informatie kan naar het centrum worden doorgegeven (een belangrijke factor bij de waarneming van chronische pijn). De verhoogde gevoeligheid van het centrale zenuwstelsel voor pijn hangt samen met veranderingen in het functionele connectiviteitspatroon van het neurale netwerk. Terwijl centrale chronische NPP kan worden veroorzaakt door ruggenmerg- of hersenletsel, beroerte of multiple sclerose 16,17,18,19,20. Na perifere weefselbeschadiging worden perifere nociceptoren gevoelig gemaakt, waardoor de input van pijnvezels wordt versterkt. Zenuwbeschadiging kan leiden tot een afname van zenuwvezels en demyelinisatie van axonen in het beschadigde gebied. De ionenkanaalopening in sensorische neuronen in het beschadigingsgebied werd vergroot (calciuminstroom werd versterkt), en synaptische plasticiteit tussen afferente C-vezels en dorsale hoornneuronen werd versterkt, waardoor de informatie-invoer19 toenam. Hoewel het specifieke pathologische mechanisme van neuropathische pijn nog onduidelijk is, is erkend dat het proces van neuropathische pijn immunomodulatie, abnormale neuronale excitatie en plasticiteit, gliacelactivatie, neuro-inflammatoire reacties en veranderingen in ionenkanaalreceptoren (zoals P2X7R) omvat.. Deze celactivatie en interacties, waaronder informatieoverdracht en het vrijgeven van cytokines, spelen een sleutelrol in het ontstaan en de ontwikkeling van NPP. Daarom zullen we een uitgebreide, diepgaande bespreking hebben van de relatie tussen P2X7R en deze cellen.
2. Regulatie van microglia-activiteit door P2X7R
Microglia zijn residentiële immuuncellen in het zenuwstelsel, wijd verspreid over het centrale zenuwstelsel, en spelen een sleutelrol bij het stabiliseren van de functie van het zenuwstelsel en het behouden van de stabiliteit van de microomgeving. Onder normale fysiologische omstandigheden bevinden microglia zich in een rusttoestand, missen ze immuniteit en fagocytose, maar behouden ze enige migratiecapaciteit. Echter, nadat het centrale zenuwstelsel beschadigd is, bijvoorbeeld door ischemie, ontsteking of trauma, kunnen microglia worden geactiveerd, zich vermenigvuldigen en migreren naar het beschadigde gebied om cellulaire metabolieten en apoptotische celfragmenten te verwijderen. Het is erg belangrijk voor het herstel en onderhoud van het centrale zenuwstelsel na een blessure. Tijdige microgliale clearance maakt effectieve remyelinisatie mogelijk, wat een noodzakelijke basis vormt voor zenuwregeneratie 22,23,24. De polarisatie en proliferatie van microglia dragen bij aan neuropathische pijn. Het falen van myelineregeneratie in het centrale zenuwstelsel leidt tot neuro-inflammatoire en neurodegeneratieve ziekten, die NPP25 kunnen induceren. Uit studies is gerapporteerd dat effectieve remyelinisatie pro-inflammatoire microglia vereist om te sterven en zich voort te planten om regeneratie te bevorderen. De dood en/of regeneratie van beschadigde microglia kan de basis zijn voor de disactivatie van microglia bij aandoeningen van het zenuwstelsel26. De dominante opvatting op het gebied van pijn is dat NPP wordt aangedreven door microglia in het somatosensorische verwerkingsgebied van de spinale dorsale hoorn. De respons van spinale microglia op extracellulaire stimulatie verandert hun activatie en polarisatie en induceert de afgifte van inflammatoire cytokines via intracellulaire signaalroutes, zoals mitogeen-geactiveerde proteïnekinasen, p38 en extracellulaire signaalgereguleerde eiwitkinases. Induceren een neuro-inflammatoire reactie en leiden tot pijn. Echter, remming of verandering van microgliale activatie/proliferatie kan abnormale prikkelbaarheid en NPP in dorsale hoornneuronenverminderen 27,28,29. Microglia GI DREADD kan neuroontsteking, synaptische functie en NPP verminderen na doorgang van spinale zenuw30.
P2X7R komt veel voor in het zenuwstelsel, vooral in microglia. P2X7R reguleert de activiteit van microglia door te binden aan hun liganden (ATP of zijn analoog BzATP) en speelt een sleutelrol in NPP31,32. Het expressieniveau van P2X7R hangt nauw samen met de mate van pijn. NPP wordt geïnduceerd door verhoogde activatie of expressie van P2X7R bij zenuwbeschadiging.
Zeven dagen na perifere zenuwletsel was de expressie van P2X7R mRNA en eiwit significant verhoogd in het ruggenmerg, dat voornamelijk gelokaliseerd was in de microglia van de dorsale hoorn. Intrathecale injectie van de P2X7R-antagonist (A438079) zou microgliale activatie effectief kunnen remmen en mechanische overgevoeligheid33 kunnen verlichten. Het is goed vastgesteld dat P2X7R-activatie bijdraagt aan neuropathische pijn (NPP) door microgliale activatie te triggeren, hun polarisatie richting een pro-inflammatoire (M1) fenotype te bevorderen, de afgifte van pro-inflammatoire cytokines te bemiddelen, een neuro-inflammatoire cascade te initiëren, zenuwweefselschade te verergeren en uiteindelijk pijn te veroorzaken of te verergeren34,35. Opmerkelijk is dat overexpressie van P2X7R alleen voldoende is om de activatie en proliferatie van microglia te bevorderen. Specifiek leidt activatie van P2X7R in microglia tot de afgifte van pro-inflammatoire cytokines, zoals interleukine-1β (IL-1β), en dit proces is nauw verbonden met de ontwikkeling en het behoud van NPP7. IL-1β fungeert als een belangrijke mediator bij microgliale activatie en proliferatie, en de afgifte of productie ervan is afhankelijk van de macroporiefunctie van P2X7R34. Behandeling met de P2X7R-agonist BzATP kan microglia ertoe brengen IL-1α, IL-1β en IL-18 vrij te geven, terwijl de afgifte van andere cytokinen/chemokines onafhankelijk is van de activatie van P2X7R. Deze bevindingen benadrukken de specifieke rol van P2X7R bij het reguleren van de afgifte van IL-1-familie cytokines36. Gezamenlijk tonen deze resultaten aan dat P2X7R een cruciale mediator is van door microglia geïnduceerde neuro-inflammatoire reacties in NPP. In primaire gekweekte rattenmicroglia kan cilnidipine de door P2X7R-gemedieerde calciumresponsen en IL-1β-afgifte remmen; In vivo studies bevestigen verder dat cilnidipine mechanische allodynie kan omkeren die wordt geïnduceerd door microgliale P2X7R-gemedieerde ontsteking7.
Daarnaast kan P2X7R de interactie tussen microglia en neuronen reguleren, en zo deelnemen aan de pathogenese van NPP. In NPP-modellen is de P2X7R-p38 signaalweg nauw geassocieerd met microgliale afscheiding van microvesikels en speelt het een belangrijke rol in de progressie van NPP door het bemiddelen van microgliaal-neuronale interacties37. Van elektroacupunctuur is aangetoond dat het de dichtheid van dendritische stekels vermindert, abnormale synaptische remodellering remt, neuro-ontsteking vermindert en neuropathische pijnklachten verbetert; deze effecten zijn geassocieerd met verminderde P2X7R-expressie en verbeterde neurogedragsfunctie. Daarentegen kan activatie van P2X7R door BzATP abnormale dendritische wervelkolom/synaptische remodellering versterken en neuro-ontsteking bevorderen, waardoor de pijn wordt verergerd38.
Daarom is het moduleren van P2X7R-activiteit om microglia te verschuiven van een pro-inflammatoire M1-fenotype naar een ontstekingsremmerig M2-fenotype een veelbelovende therapeutische strategie voor NPP. Het M1-fenotype van microglia wordt gekenmerkt door de afgifte van pro-inflammatoire cytokines (zoals IL-1β en TNF-α) en door het bevorderen van neuroontsteking, terwijl het M2-fenotype geassocieerd is met de afgifte van ontstekingsremmers en de bevordering van weefselherstel. Remming van de activiteit van P2X7R kan neuropathische pijn omkeren door de expressie van tumornecrosefactor-α (TNF-α), interleukine-1α en IL-6 te verminderen door het remmen van de p38MAPK-fosforylering in microglia, wat gepaard gaat met de overgang van microglia van M1 naar M2 fenotype39.
Botulinumtoxine A (BTX-A) verlicht NPP door P2X7R te remmen en M2-polarisatie van gelukkige microglia te bevorderen, gestimuleerd door lipopolysaccharide40. Hoogfrequente stimulatie van het ruggenmerg vermindert de immuunrespons in de spinale dorsale hoorn aanzienlijk en bevordert blijvende pijnverlichting door het inactiveren van de Kaiso-P2X7R-as in microglia. Het richten op Kaiso-P2X7R in microglia verbeterde de effectiviteit van hoogfrequente ruggenmergstimulatie significant, waardoor neuro-ontsteking werd verminderd en blijvende pijnverlichting werd geboden41. Elektroacupunctuur kan de pijndrempel veroorzaakt door ischiaszenuwletsel of P2X7R-agonist BzATP bij muizen aanzienlijk verhogen, de activatie van het ruggenmerg P2X7R-microglia remmen, de overexpressie van IL-1β en IL-18 in het ruggenmerg remmen, en tactiele overgevoeligheid en thermische hyperalgesie42 verminderen (Figuur 1). Andere studies hebben ook aangetoond dat intrathecale injectie van thermisch bewerkte Aconitum jaluense de productie en expressie van P2X7R in het ruggenmerg kan remmen en de activatie van microglia kan verminderen, wat een anti-hypersensitief effect heeft op NPP43. Daarnaast speelt de activatie van microglia na perifere zenuwbeschadiging een belangrijke rol in de abnormale convergentie van nociceptieve signalen naar spinale dorsale hoornneuronen en het optreden van NPP. De overpraat tussen microglia en neuronen is uiteindelijk betrokken bij de expressie van nociceptieve hypersensorische pijn. Galectine-3, afkomstig van beschadigde sensorische neuronen, versterkt de exciterende synaptische transmissie van exciterende neuronen in de spinale dorsale hoorn door microglia te activeren, wat leidt tot NPP44. Deze studies hebben aangetoond dat door P2X7R-gemedieerde microgliaactiviteit een sleutelrol speelt in NPP. Het targeten van microgliale activatie door het remmen of afremmen van de expressie van P2X7R is een nieuwe benadering voor de behandeling van NPP.
3. P2X7R mediteert astrocyten
Astrocyten vormen ongeveer 20%–40% van het totale aantal gliacellen in het centrale zenuwstelsel, wat de sleutel is tot het behouden van de stabiliteit van de omgeving in het centrale zenuwstelsel. Astrocyten worden beschouwd als het bieden van structurele en voedingsondersteuning voor neuronen en kunnen worden onderscheiden van andere typen gliacellen door het tot expressie van gliale fibrillaire zuurproteïne (GFAP). GFAP wordt tot expressie gebracht in alle belangrijke takken en processen van astrocyten en verandert dynamisch tijdens de overgang van letsel naar een reactieve toestand 45,46,47. Er is steeds meer bewijs dat chronische pijn mogelijk wordt veroorzaakt door astrocytische gliosis. Daarnaast kunnen astrocyten nociceptieve synaptische transmissie reguleren via interacties tussen neuron-gliaal en neurogliaal-gliaal cel, en nemen zij deel aan de modulatie van pijnsignalen en het onderhoud van NPP 45,48,49,50. Astrocyten hebben uitgebreid contact met neuronale synapsen. Activatie van astrocyten kan spinale plasticiteit initiëren, synapsen die kort na de ligaties van de ischiaszenuw worden gevormd verminderen en pijngedragopwekken 50. Studies hebben aangetoond dat CXCL13, geproduceerd door neuronen, astrocyten activeert via CXCR5, waardoor neuropathische pijn wordt bevorderd, waardoor de interactie tussen neuron en astrocyt in het ruggenmerg51 aan het licht komt. De activatie van reactieve astrocyten omvat diverse signaaltransductiemechanismen en moleculen, waaronder intracellulaire kinasen, kanalen, receptoren en transcriptiefactoren. Zodra pathologische veranderingen optreden, spelen ze een rol in het reguleren van pijn na letsel52. De expressie van ruggenmergaquaporine AQP4 is significant opgereguleerd na ruggenmergletsel, voornamelijk tot expressie in astrocyten, terwijl remming van AQP4 de ontwikkeling en het behoud van NPP kan verzwakken door de activatie van gliacellen en het anti-neuritismechanisme te remmen. Deze tonen aan dat activatie van astrocyten betrokken is bij de pathogenese van NPP. Daarom is het aanpakken van astrocyten en het remmen van hun activatie nuttig om NPP te verlichten.
P2X7R wordt ook tot expressie gebracht in astrocyten en kan deelnemen aan NPP door de activiteit van astrocyten te reguleren. Verschillende studies hebben bevestigd dat in het model van neuropathische pijn de expressie van P2X7R significant verhoogd is in astrocyten, en dat activatie van astrocyten nauw samenhangt met de ontwikkeling en het behoud van pijn53,54. In dergelijke modellen zijn verhoogde mRNA- en eiwitniveaus van P2X7R, samen met co-lokalisatie met de astrocytische marker GFAP, waargenomen in de hippocampus. Tegelijkertijd zijn de niveaus van inflammasoom-gerelateerde componenten (NLRP3, ASC, Caspase-1), het porievormend eiwit Gasdermin D en de volwassen cytokines IL-1β en IL-18 verhoogd, wat wijst op inflammasoom-padbetrokkenheid55 (Figuur 1). Van 11 tot 21 dagen na het neuropathische pijnmodel A438079 chronische behandeling met P2X7R-antagonist de drempel voor mechanische voetcontractie verhoogd en het depressie-achtige en angstachtige gedrag verminderdmet 56. A438079 kan de immuunrespons van IBA-1 en GFAP in microglia en astrocyten aanzienlijk verminderen na pathologische pijn veroorzaakt door zenuwbeschadiging, en pijngedrag bij rattenverlichten 56. De exciterende postsynaptische stromen die werden geïnduceerd door enkele synaptische C-vezels werden geregistreerd in secties van het lumbale ruggenmerg van ratten. BzATP activeert microglia en astrocyten, of stimuleert primaire afferente C-vezels met hoge frequentie, wat resulteert in langdurige potentiatie van C-vezelafferenten9. De versterkte vezelafferente respons die door BzATP wordt geïnduceerd, kan worden geblokkeerd door respectievelijk P2X7R-antagonist A438079 en astrocytotoxinefluoroacetaat. De gecoördineerde activatie van microglia en astrocyten kan glia-gemedieerde LTP bij deze synapsen induceren door het vrijgeven van D-serine en tumornecrose factor-α (TNF-α9. Diabetische neuropathische pijn en depressie veroorzaakt door hoge glucose, stof P (SP) en corticosteron kunnen de expressie van P2X7R en de fosforyleringsniveaus van tumornecrose factor-α, IL-1β, vrij calcium en ERK1/2 verhogen in primair gekweekte hippocampale astrocyten. Dit effect kan echter worden geremd door dihydromyricetine of P2X7R shRNA-behandeling57.
Astrocyten zijn actieve deelnemers aan de signalering van ATP en glutamaat in de hersenen. ATP en glutamaat coördineren de activatie van astrocyten door calciumionen te mobiliseren, die op hun beurt astrocyten stimuleren om verschillende neuroactieve moleculen vrij te geven, waaronder ATP en glutamaat zelf, om neuronen te signaleren en synaptische transmissie en neuronale excitabiliteit te reguleren58,59. De gelatineuze substantie (SG) van het ruggenmerg is verantwoordelijk voor het doorgeven van de afferente pijninformatie naar de opstijgende projectieneuronen. Neuronen en sommige astrocyten hebben inwaartse stroomresponsen op NMDA, AMPA en mycofenol58,59. Astrocyten exciteren neuronen via calciumafhankelijke glutamaatafgifte op NMDA-receptoren van extrasynaptische neuronen, terwijl vertraagde transformatie van astrocyten leidt tot neuronale remming58. Cruciaal is dat de P2X7R-agonist BzATP de inwaartse stromen in zowel neuronen als SG-astrocyten versterkt. Upregulation en activatie van P2X7R in deze astrocyten bevorderen de afgifte van glutamaat, die vervolgens kationische stromen in aangrenzende neuronen stimuleert via NMDA- en AMPA-receptoren, waardoor pijnoverdracht60 mogelijk wordt. Daarnaast kunnen dorsale wortelganglionneuronen een sterke ATP-afgifte uit hun somatische cellen opwekken. De vrijgekomen ATP activeert P2X7R in astrogliale satellietcellen die elk dorsale wortelganglion omsluiten en stimuleert communicatie tussen neuronen en gliale cellen61. Activatie van P2X7R leidt tot de afgifte van tumornecrose factor-α uit astrocytachtige satellietcellen. Tumornecrose factor-α versterkte op zijn beurt de door P2X3R gemedieerde respons en verhoogde de excitabiliteit van DRG-neuronen61. Deze studies hebben aangetoond dat P2X7R kan deelnemen aan NPP door de interactie tussen astrocyten en neuronen te reguleren.
4. P2X7R bemiddelt de activatie van macrofagen
De interactie tussen het immuunsysteem en het zenuwstelsel is erg belangrijk bij neuropathische pijn. Als de belangrijkste oorzaak van neuropathische pijn is de immuunrespons in het zenuwstelsel vastgesteld, die niet alleen het ontstaan en ontwikkelen van pijn ondersteunt, maar ook de resolutie62 ervan ondersteunt. Immuuncellen worden zelfs erkend als promotors van neuro-ontsteking, wat leidt tot pijn en allergieën op elk niveau van het neuralgiepad. Activatie en infiltratie van immuuncellen in de progressie van pijn dragen bij aan de progressie van NPP 62,63,64. Parallel aan de activatie van microglia in de dorsale hoorn na perifere zenuwbeschadiging is de aanzienlijke uitbreiding en proliferatie van macrofagen rond de beschadigde sensorische neuronen in het dorsale wortelganglion (DRG). Het verwijderen van macrofagen van dorsale wortelganglionen kan mechanische overgevoeligheid en DRG-macrofage-uitbreiding veroorzaakt door zenuwletsel65 verminderen. Systemische of lokale verwijdering van macrofagen kan pijnallergie66 voorkomen.
De verhoogde expressie van P2X7R in macrofagen/monocyten kan het aangeboren immuunsysteem veranderen. Macrofagen verschijnen als M1 (pro-inflammatoir) of M2 (ontstekingsremmende) fenotypen en drukken P2X7-receptoren uit. Onder pathologische omstandigheden reageert P2X7R op hoge concentraties extracellulaire ATP door de niet-selectieve stroom van kationen toe te staan (Na+, Ca2+, K+)67,68. Activatie van P2X7R bij hogere concentraties ATP, vooral na herhaalde toediening van agonisten, zorgt ervoor dat membraanporiën opengaan, de doorgang van ~900Da moleculen mogelijk maken en veranderingen in macrofaagfunctie67 mediëren. Een andere belangrijke factor in de door P2X7R gemedieerde neuro-inflammatoire respons is de regulatie van macrofagenactiviteit, die neuropathische pijn induceert of in stand houdt door macrofagactivatie te bevorderen, pro-inflammatoire cytokines te produceren en een inflammatoire cascade te veroorzaken. Macrofaag P2X7R moet co-geactiveerd worden met endotoxine-gevoelige Toll-achtige receptor 4 (TLR4) om de vorming van inflammatoire lichaam 3 (NLRP3) te induceren. Vervolgens activeert het ontstekingslichaam 3 (NLRP3) pre-interleukine-1β (Pro-IL-1β) om cysteïne-aspartase-1 (Caspase-1) af te breken, wat resulteert in de afgifte van IL-1β67,69 (Figuur 1). Naringenin-derivaat Trimethoxyflavanon (Y3) remde de functie van P2X7R na toediening van PTX, verminderde de infiltratie van IBA1-positieve macrofaagachtige cellen in het dorsale wortelganglion en de overactivatie van astrocyten en microglia in het ruggenmerg, verlichtte neuropathische pijn en neurotoxiciteit.15 RAW264.7-macrofagen werden behandeld met een hoge glucose- en vrije vetzuren om het door P2X7R-gemedieerde immuunsysteem te induceren, Neuropathische pijn en ontsteking door het afscheiden van cytokines, ROS en het activeren van ERK-signaalweg70.
Activatie van P2X7R is het mechanisme dat macrofagen stimuleert om snel te rijpen en IL-1β vrij te geven, dat deelneemt aan het ontstekingsproces en nociceptieve zenuwoverdracht71,72. P2X7R-antagonist blokkeerde A839977 de door BzATP geïnduceerde calciuminstroom van recombinante menselijke, rat- en muis-P2X7R, blokkeerde effectief de opname en afgifte van IL-1β door menselijke THP-1-cellen geïnduceerd door agonisten, en veroorzaakte een sterk anti-hyperalgesie-effect73. Interessant genoeg verdween bij IL-1αβ knockout-muizen het pijnstillende effect van A839977 volledig73. Er wordt gesuggereerd dat het anti-hyperalgetische effect van de P2X7R-blokkade in een muis pijnmodel wordt gemedieerd door het blokkeren van de IL-1β-afgifte. Studies hebben aangetoond dat de P2X7R-antagonist A438079 de hoeveelheid IL-1β die door perifere macrofagen wordt vrijgegeven op dosisafhankelijke wijze kan verminderen, de spontane activiteit van ruggenmergneuronen bij neuropathische ratten kan remmen, en pijngedrag kan reguleren door de immuun-neurale interactie die wordt vrijgegeven door endogene cytokines74 te moduleren.
5. P2X7R-gereguleerde neuron
Perifere zenuwbeschadiging veroorzaakt een overmatige nociceptieve respons van spinale dorsale hoornneuronen en activeert convergente nociceptieve afferenten van spinale dorsale hoornneuronen. Deze wijziging wordt beschouwd als een indicator van de ontwikkeling van NPP75. In het rattenruggenmerg verminderde kortinterferentie-RNA-gemedieerde collapsineresponsmediator eiwit 2 (CRMP2) genknockout de frequentie en amplitude van spontane exciterende postsynaptische stromen in acute oppervlakkige spinale dorsale hoornneuronen, maar verminderde de frequentie en amplitude van spontane remmende postsynaptische stromen niet, en had geen effect op kleine exciterende postsynaptische stromen en remmende postsynaptische stromen76. De expressie van P2X7R op neuronen is historisch gezien bediscussieerd. In het verleden was het controversieel of P2X7R tot expressie komt in neuronen. Met de voortgang van het onderzoek hebben sommige studies aangetoond dat P2X7R tot expressie komt in neuronen, die neuronale activiteit kunnen reguleren en deelnemen aan sensorische informatieoverdracht en pijngeneratie 77,78,79. In het rat NPP-model werden DRG-neuronen behandeld met het HIV-envelop glycoproteïne 120 (Gp120). Activatie van P2X7R-agonist (BzATP) verhoogde de neuronale stroom, terwijl P2X7R-antagonist BBG de BzATP-geactiveerde stroom significant remde en hyperalgesie in GP120-behandelde DRG-neuronen80 verlichtte. ATP kan ROS-productie induceren in spinale dorsale hoornneuronen, die kan worden geëlimineerd door de ROS-schraper N-tert-butyl-α-benzonitril en de P2X7R-antagonist A43807981. Intrathecale injectie van P2X7R-agonist BzATP kan de productie van het ruggenmerg ROS en DNA-oxidatieve schade aan dorsale hoornneuronen induceren, en het bipolaire spontane nociceptieve gedrag bijratten versterken. Dit levert bewijs dat neuronale P2X7R-activatie leidt tot ROS-productie en daaropvolgende nociceptieve pijn bij ratten.
De activatie van P2X7R heeft een uitgebreide invloed op de activiteit van ruggenmergneuronen na chronisch letsel. In het diermodel van pathologische pijn kan de P2X7R-antagonist A438079 de opgewekte activiteit van verschillende typen ruggenmergneuronen (lage drempel, nociceptie-specifiek, breed dynamisch bereik) verminderen), centrale sensibilisatie reguleren en een antinociceptief effect82 produceren. Andere studies hebben aangetoond dat de upregulatie van DRG BDNF-eiwit geïnduceerd door letsel van ischiaszenuw de activiteit van de P2X7R kan verhogen en kan bijdragen aan de upregulatie van DRG P2X7R-eiwitexpressie geïnduceerd door ischiaszenuwletsel83. Bovendien verhoogt BDNF-overexpressie de expressie van P2X7R in DRG-neuronen en mediërt het de ontwikkeling van NPP. Verder werd aangetoond dat BDNF-overexpressie de P2X7R-expressie in DRG-neuronen verhoogde en NPP83 medieerde. Deze studies hebben aangetoond dat P2X7R tot expressie komt in neuronen, en dat neuronale stromen en activiteiten neuropathische pijn mediëren. Sommige studies hebben echter aangetoond dat bij neuropathische pijn P2X7R niet tot expressie komt in neuronen, maar in gliacellen (zoals satellietgliacellen in het dorsale wortelganglion) die NPP reguleren. Daarom zijn verdere studies nodig om de mechanismen achter de expressie en regulatie van de neuronale functie van P2X7R te bevestigen en te verduidelijken.
6. Antagonistische P2X7R-activatie en NPP-therapie
Zoals eerder vermeld, mediat activatie van P2X7R het ontstaan en de ontwikkeling van neuropathische pijn. Daarom heeft remming van P2X7R-activatie farmacologische effecten op het verlichten en behandelen van NPP. Op dit moment zijn er verschillende P2X7R-antagonisten ontwikkeld (zoals BBG, A438079 en A740003). Deze antagonisten kunnen zich richten op de activiteit van P2X7R en zijn goed toegepast bij verschillende ziekten (zoals ruggenmergletsel, tumoren en hart- en vaatziekten). Het is bevestigd dat de gerichte P2X7R de functie heeft om gerelateerde ziekten te behandelen 84,85,86. Daarom zijn deze antagonisten ook gebruikt bij pijnbehandeling, en kunnen de farmacologische eigenschappen van analgesie worden versterkt door de activatie van P2X7R87,88 te remmen.
A740003 (N-(1-{[cyanoimino) (5-quinolinylamino) methyl] amino}-2 cyanoimino-dimethylpropyl)-2-(3-methoxyfenyl) acetamide en A438079 (3-(5-(2mae 3muricofhenyl)-1H-tetrazol-1-yl) methylpyridinehydrochloride werden vrijwel gelijktijdig geïdentificeerd. A740003 is een afgeleide van cyanoguanidine, terwijl A438079 een afgeleide is van tetrazol. Ze werden aanvankelijk gerapporteerd als krachtige remmers van P2X7-receptoren en later gekarakteriseerd als allosterische antagonisten, die binden aan een plaats die verschilt van de ATP-bindingspocket89,90. Ze werken op dezelfde manier op P2X7R en vertonen hetzelfde effect onder verschillende mutaties in de allosterische bindingspocket, wat aangeeft dat ze in een zeer vergelijkbare configuratie binden. A740003 is een vernieuwende competitieve antagonist van P2X7R. De IC50 tegen mens en rat is respectievelijk 40 nM en 18 nM,89. De antagonistische IC50 van A438079 voor menselijke P2X7R was 130 nM91,92. In het diermodel van diabetische neuropathische pijn A438079 intrathecale injectie van P2X7R-antagonist de mechanische terugtrekkingsdrempel en thermische onttrekkingslatentie significant verlengd, verlaagde het de niveaus van mRNA en eiwit van TRPV1 in het dorsale wortelganglion, verlaagde het fosforyleringsniveau van p38 en het extracellulaire signaalregulerend eiwit 1sum2 (ERK1/2), en verlichtte NPP93. A438079 verminderde significant de activiteit van microglia en astrocyten na ligatie van ischiaszenuw, verhoogde de drempel voor mechanische pootterugtrekking (MWT), verminderde de thermische onttrekkingsduur en verminderde depressie- en angstachtig gedrag94. De PWT's van muizen namen 3 uur toe na intrathecale injectie van de selectieve P2X7R-antagonist A740003 (50 nmol/L × 5 μL) en bereikten het maximum na 5 uur. Bovendien kan het ook pijn verlichten door de expressie van P2X7R in muizen95 uit te schakelen.
Een andere antagonist in de toepassing van NPP is Brilliant Blue G, een veelgebruikt afgeleide van de synthetische voedingsmiddelstof FD&C Blue 1, die een zeer selectieve P2X7R-antagonist96 is. BBG fungeert als een zeer selectieve P2X7R-antagonist in rattenmodellen, waar het op een niet-competitieve manier bindt aan een allosterische pocket, waardoor ATP-geïnduceerde stromen worden geremd met een IC50 rond 300 nM97,98. De potentiële bruikbaarheid wordt ondersteund door studies die de veiligheid en het vermogen om de bloed-hersenbarrière te doorbreken in knaagdiermodellen99 aantonen. P2X7R-remmer BBG kan de expressie van NLRP3, IL-1β, IL-18, Caspase-1 en P2X7R verminderen in microglia die gestimuleerd worden door lipopolysakkaride, en de pijndrempel van ratten100 verhogen. Intraperitoneale injectie van TRPV4-agonist GSK-1016790A kan mechanische hyperalgesie en thermische hyperalgesie bij ratten aanzienlijk verhogen, terwijl P2X7R-antagonist BBG hyperalgesie bijratten 100 gedeeltelijk kan remmen. P2X7R-antagonist BBG kan de expressie van IL-1β en tumornecrose factor-α receptor en het fosforyleringsniveau van ERK1/2 verminderen, de expressie van IL-10 verhogen en hyperalgesie bij ratten met NPP101 verlichten.
Andere veelgebruikte P2X7R-antagonisten, zoals KN-62, JNJ-54175446 en AZ10606120, hebben farmacologische effecten op pijnverlichting bij andere pijntypes, waaronder ontstekingspijn, viscerale pijn en botkankerpijn 102,103,104, maar er zijn weinig rapporten over de toepassing van NPP, die kan verschillen van P2X7R in verschillende diermodeltypes en ontwerpschema's. Desalniettemin hebben P2X7R-antagonisten enige vooruitgang geboekt in NPP-therapie en is er ruimte voor verdere ontwikkeling. Daarom is er een groot vooruitzicht om meer antagonisten te verkennen die zich richten op P2X7R in NPP.
7. Gerichte downregulatie van P2X7R-expressie om NPP te verlichten
Het is bekend dat letsel aan het centrale zenuwstelsel (ruggenmerg) of perifere zenuwletsel (zoals de ischias- of trigeminuszenuwen) de expressie van P2X7R in weefsels aanzienlijk kan verhogen, wat nauw samenhangt met het optreden en de progressie van NPP. Verschillende studies hebben aangetoond dat de expressie van P2X7R significant wordt opgereguleerd in een neuropathisch pijnmodel. Daarom kan het richten op P2X7R en het downreguleren van de expressie ervan NPP verlichten of behandelen. Op dit moment hebben sommige studies aangetoond dat fysiotherapie, celmigratie, plantencomponenten (zoals gallijnzuur), botulinetoxine en resveratrol de expressie van P2X7R in het ruggenmerg of zenuwweefsel kunnen verminderen, en er zijn aanzienlijke resultaten gerapporteerd bij de behandeling van NPP 105,106,107,108,109,110. Cannabinoïdereceptor 2 (CB2R) is een van de belangrijke receptoren in het endogene cannabinoïdesysteem. Het komt veel tot expressie in het centrale zenuwstelsel, vooral in gliacellen, en speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling en progressie van ontstekingvan het zenuwstelsel 111. Na gespaard zenuwletsel nam het P2X7R-gehalte in de spinale dorsale hoorn met de tijd toe, maar na continue intrathecale injectie van CB2R-agonist PM226 nam het P2X7R-eiwitgehalte in hersenweefsel aanzienlijk af, verminderde het aantal microglia en de afgifte van inflammatoire cytokines, speelde een neuroprotectieve rol en verlichtte mechanische hyperalgesie bij ratten111. Galzuur (3-4-5-trihydroxybenzoëzuur), dat van nature in veel planten voorkomt, heeft ontstekingsremmende, antioxiderende en pijnstillende effecten. Uit studies is gebleken dat gallinezuur ferroptose in ruggenmergmicroglia kan remmen en mitochondriale schade kan verminderen door het P2X7R-ROS signaalpad te reguleren, waardoor gedragsveranderingen bij ratten met pijn en depressie112 worden verminderd. Dihydromyricetine kan de expressie van P2X7R in DRG, ruggenmerg en hippocampus verminderen, de niveaus van gefosforyleerd extracellulair signaalgereguleerd eiwit 1, p38, TNF-α en IL-1 verlagen, en NPP effectief verlichten bij ratten113.
In de afgelopen jaren is met de voortdurende verkenning van pijnbehandelingsmethoden het concept van celtransplantatietherapie geïntroduceerd. De onderzoekers kweekten actieve en functionele cellen (zoals mesenchymale stamcellen, neurale stamcellen, Schwann-cellen en olfactorische omhulcellen) in vitro en transplanteerden deze in de gastheer via neuroprotectie, ontstekingsremmende en het bevorderen van axonale regeneratie, verlaagden de expressie van P2X7R in weefsel, en speelden zo een rol bij het verlichten van NPP 114,115,116,117,118. Een studie toonde aan dat 4 weken na injectie van neurale stamcellen in het beschadigde ruggenmergsegment in een rat ruggenmergletselmodel de expressie van neurofilamentproteïne aanzienlijk steeg, terwijl de expressie van gliale fibrillaire zuurproteïne en P2X7R (P2X4R) afnam, motorische en sensorische functies aanzienlijk verbeterden en neuropathische pijn119 verminderde. In onze vorige studie, na transplantatie van olfactorische omhulcellen en micro-ingekapselde olfactorische omhulcellen in het ischiaszenuwletselmodel, werd de expressie van P2X7R in het ruggenmerg beoordeeld met behulp van gedragsmethoden. De resultaten toonden aan dat celtransplantatie de expressie van P2X7R-eiwit en mRNA, en het aantal P2X7R-gelabelde positieve cellen in het ruggenmerg aanzienlijk kon verminderen, en hyperalgesie bij ratten118 kon verlichten. We hebben de downregulatie van de expressie van P2X7R in olfactorische omhulcellen in combinatie met biomaterialen (chitosan) op de beschadigde ischiaszenuw verder verbeterd en NPP bij ratten120 aanzienlijk verlicht. Al deze studies tonen aan dat het richten op P2X7R en het afbouwen van de expressie ervan NPP kan verlichten of behandelen, waardoor een breder beschikbare behandeling voor NPP ontstaat.
Het verduidelijken van de heterogeniteit van NPP-modellen is cruciaal voor de klinische transformatie van P2X7R-gerichte therapie. In vergelijking met andere gangbare NPP-behandelingen hebben P2X7R-gerichte strategieën (antagonisten, gerichte downregulatie) unieke voordelen in het reguleren van belangrijke celpopulaties en het blokkeren van purinerge signalering 3,4,6,7,10,12.
NPP kan worden onderverdeeld in traumatische, diabetische, chemotherapie-geïnduceerde en virale types, met verschillende P2X7R-gemedieerde mechanismen 2,5,12,55,80,101: traumatische modellen omvatten gliale activatie en purinerge stoornis 4,5,33; diabetische modellen hebben betrekking op hyperglykemie-geïnduceerde neuro-inflammatieactivatieen activatie van NLRP3-inflammasoomen 5.113; door chemotherapie geïnduceerde modellen omvatten activatie en sensitisatievan macrofaag/glia's 2,15; Virale modellen worden gemedieerd door immuun-/gliaactivatie en verhoogde sensorische neuron-excitabiliteit 6,80,101, consistent met klinische gevallen 12.
De start van NPP is afhankelijk van ATP-geïnduceerde activatie van P2X7R en initiële neuro-ontsteking 3,5,2,55,80; onderhoud is afhankelijk van aanhoudende P2X7R-activatie en abnormale gliaal-neuronale communicatie 4,6,56,60. Vrouwelijke dieren vertonen een hogere P2X7R-expressie, heviger pijn en een grotere gevoeligheid voor antagonisten in traumatische en diabetische modellen55,66, terwijl geslachtsverschillen in andere modellen nog onderbelicht.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het mechanisme van NPP na zenuwletsel is complex, wat kan leiden tot sensorische en motorische stoornissen, de kwaliteit van leven van patiënten ernstig kan beïnvloeden, en er is geen effectieve behandeling. Daarom is het delven van de moleculaire basis van NPP nuttig voor de behandeling van NPP. Gelukkig is aangetoond dat ionenkanaal P2X7R een sleutelrol speelt in het ontstaan en ontwikkelen van NPP. Activatie of overexpressie van P2X7R kan de activatie van gliacellen en macrofagen regu...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.