W tym artykule opisano rolę receptora P2X7 w udziale astrocytów, neuronów i mikrogleju w bólu neuropatycznym (NPP). Celowanie w receptor P2X7 może być molekularnym celem terapii NPP.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł przeglądowy
* These authors contributed equally
W tym artykule opisano rolę receptora P2X7 w udziale astrocytów, neuronów i mikrogleju w bólu neuropatycznym (NPP). Celowanie w receptor P2X7 może być molekularnym celem terapii NPP.
Pierwotne i wtórne urazy układu nerwowego mogą wywoływać ból neuropatyczny (NPP), który poważnie wpływa na zdrowie fizyczne i psychiczne pacjentów oraz stanowi poważne obciążenie ekonomiczne dla osób, rodzin i społeczeństwa. Obecnie skuteczne metody leczenia leczniczego pozostają nieosiągalne. W związku z tym badanie molekularnych podstaw mechanizmów patologicznych NPP jest kluczowe dla opracowania terapii celowanych. Kanał jonowy P2X7 purinergiczny receptor (P2X7R) jest szeroko eksprimowany w układzie nerwowym i odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu jego stabilności funkcjonalnej. Coraz więcej dowodów wskazuje, że P2X7R jest cząsteczką związaną z bólem, zaangażowaną w inicjację i postęp NPP. Aktywacja lub zwiększenie ekspresji P2X7R przyczynia się do NPP poprzez pośredniczenie aktywności komórek odpornościowych, komórek glejowych i neuronów, regulując interakcje międzykomórkowe między nimi, wzmacniając transmisję sygnałów sensorycznych i plastyczność synaptyczną, a ostatecznie prowadząc do centralnej sensytyzacji. Warto zauważyć, że ukierunkowane hamowanie aktywacji P2X7R przy użyciu konkretnych antagonistów (np. A438079, A740003 i BBG) wykazuje właściwości farmakologiczne przeciwbólowe. Ponadto obniżenie ekspresji P2X7R w tkankach/komórkach za pomocą alternatywnych metod (takich jak leki farmakologiczne, terapia komórkowa i fizjoterapia) również wykazuje potencjał terapeutyczny przeciwko NPP. Niniejszy przegląd kompleksowo omawia mechanizmy, dzięki którym P2X7R reguluje zarówno komórki neuronalne, jak i nieneuronalne w NPP. Biorąc pod uwagę jego cechy, ukierunkowanie na ekspresję P2X7R lub antagonizowanie jego aktywności stanowi obiecującą, nowatorską strategię farmakologiczną leczenia NPP.
Ból neuropatyczny (NPP), przewlekłe schorzenie wynikające z zmian lub chorób układu somatosensorycznego, poważnie obniża jakość życia pacjentów. Objawia się to jako samoistny ból (np. pieczenie, mrowienie), hiperalgezja i allodynia, w których nieszkodliwe bodźce, takie jak lekki dotyk, wywołują ból. Ponadto warto zauważyć, że nawet po wyeliminowaniu stymulacji nocyceptywnej ból może nadal istnieć, co może być związane z nienaprawionym uszkodzeniem nerwu. Ból wywołany uszkodzeniem nerwu może rozprzestrzeniać się na sąsiednie obszary, a jego potencjalna patofizjologia obejmuje uczulenie obwodowe i centralne, które obejmuje wiele czynników, w tym zmiany w kanałach jonowych, aktywacja komórek odpornościowych, mediatory pochodzące z gleju i regulacja epigenetyczna 1,2. Chociaż stosuje się różne metody kliniczne łagodzenia bólu, w tym leki, fizjoterapię i interwencje chirurgiczne, aby osiągnąć maksymalny efekt przeciwbólowy, efekt terapeutyczny nadal nie jest zbyt satysfakcjonujący. Dlatego konieczne jest zbadanie molekularnych podstaw patologicznych mechanizmów bólu neuropatycznego i odwrócenie tych zmian, w tym aktywacji komórek odpornościowych i infiltracji, Aktywacja komórek glejowych, zmniejszenie neurozapalenia, ochrona neuronów oraz poprawa neuroplastyczności. Ukierunkowane leczenie elektrowni jądrowej.
Zmiany w lokalnym mikrośrodowisku wokół urazu nerwowego, zwłaszcza aktywacja komórek zapalnych i komórek glejowych, mogą regulować aktywność komórek i przyczyniać się do postępu choroby poprzez uwalnianie adenozynotrifosforanu (ATP) do macierzy zewnątrzkomórkowej 3,4. Ekstrakomórkowy szlak sygnalizacji purinergicznej pośredniczony ATP odgrywa kluczową rolę w NPP po uszkodzeniu nerwu centralnego lub obwodowego. Badania wykazały, że kanały anionowe regulowane objętościowo (VRAC), które uwalniają ATP z mikrogleju, są kluczowym czynnikiem NPP, zmniejszając wzrost ATP zewnątrzkomórkowy w rdzeniu kręgowym spowodowany uszkodzeniem nerwów obwodowych i łagodząc NPP5. Receptor P2X7 (P2X7R) jest szeroko eksprimowany w centralnym i obwodowym układzie nerwowym i odgrywa fundamentalną rolę w utrzymaniu funkcji i stabilności układu nerwowego6. P2X7R może pełnić rolę ważnego mediatora bólu, uczestnicząc w postępie NPP 6,7 i regulując jego postęp. P2X7R jest wyrażany w komórkach odpornościowych, komórkach glejowych oraz neuronach. Poprzez regulację aktywności i interakcji komórek, komórki te uczestniczą w neurozapaleniu, immunomodulacji i uwalnianiu cytokin, które pośredniczą w występowaniu i rozwoju NPP 8,9,10,11. Ekspresja P2X7R w limfocytach krwi obwodowej i monocytach oraz poziom surowicy IL-1β były istotnie zwiększone u pacjentów z przewlekłym nocyceptywem i NPP12.
W przeciwieństwie do innych klasycznych celów terapeutycznych i strategii NPP, celowanie P2X7R wykazuje unikalne zalety w zakresie skuteczności i specyficzności mechanizmu. Na przykład konwencjonalne farmakoterapie pierwszego wyboru dla NPP, takie jak niektóre środki przeciwbólowe i leki przeciwzapalne, często łagodzą objawy tylko tymczasowo, nie zajmując się kluczowymi procesami patologicznymi, takimi jak neurozapalenie i aktywacja gleja. Strategie modulacji komórek glejowych, które koncentrują się na hamowaniu aktywacji mikrogleju rdzenia4, celują tylko w jeden typ komórek w złożonej sieci patologicznej NPP, podczas gdy antagoniści P2X7R lub ukierunkowane obniżenie mogą jednocześnie regulować aktywność komórek glejowych, komórek odpornościowych i neuronów, kluczowych populacji komórek zaangażowanych w progresję NPP 6,7,12. W przeciwieństwie do strategii ukierunkowanych na ogólne szlaki neurozapalne3, celowanie P2X7R specyficznie blokuje kaskadę sygnalizacji purinergicznej, ściśle powiązaną z inicjacją i utrzymaniem NPP, unikając niespecyficznej immunosupresji i potencjalnych skutków ubocznych. Dodatkowo, podejścia ukierunkowane na inne kanały jonowe lub szlaki sygnałoweneuronów 10 często nie odwracają utrzymującego się neurozapalenia pośredniczonego przez przesłuch glejowo-neuronalny4, podczas gdy P2X7R bezpośrednio hamuje ten przesłuch, regulując transmisję sygnału ATP 5,6, osiągając bardziej kompleksowe efekty terapeutyczne.
Niniejszy przegląd ma na celu dostarczenie kompleksowej i krytycznej syntezy aktualnej wiedzy na temat mechanizmów specyficznych dla typu komórek, dzięki którym P2X7R moduluje komórki neuronalne i nieneuronalne w NPP. Warto jednak zauważyć, że hamowanie P2X7R przez antagonistę lub celowane obniżenie ekspresji P2X7R ma efekty farmakologiczne w łagodzeniu i leczeniu NPP13. Na przykład Lu AF27139 jest wysoce selektywnym i silnym antagonistą małocząsteczkowym P2X7R u szczurów, myszy i ludzi, z dobrą farmakokinetyką i przepuszczalnością ośrodkowego układu nerwowego14. Lu AF27139 może funkcjonalnie blokować poziomy P2X7R w mózgu i rdzeniu kręgowym oraz ich dalsze szlaki bólowe oraz zmniejszać nadwrażliwość neuropatologiczną u szczurów z przewlekłym urazem uciskowatym14. Trimetoksyflawanon łagodzi ból neuropatyczny poprzez hamowanie funkcji P2X7R, produkcji CGRP, uczulenia neuronów DRG oraz nieprawidłowej aktywacji komórek glejowych w rdzeniukręgowym15. Badania te ujawniają kluczową rolę P2X7R w elektrowni jądrowej. Dlatego zrozumienie mechanizmu i właściwości farmakologicznych P2X7R w NPP ma ogromne znaczenie dla ukierunkowanego leczenia NPP.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. NPP
NPP jest spowodowane pierwotnym lub wtórnym bezpośrednim lub pośrednim uszkodzeniem centralnego lub obwodowego układu nerwowego, prowadzącym do dysfunkcji lub przejściowych zaburzeń układu nerwowego i transmisji informacji sensorycznej, głównie objawiających się spontanicznym bólem, hiperalgezją lub nieprawidłowym bólem1. NPP powstaje w obwodowych częściach układu nerwowego, takich jak neuralgia trójdzielna, neuralgia popowodkowa, uszkodzenie nerwów obwodowych, bolesna polineuropatia lub radikulopatia. Informacje peryferyjne mogą być przekazywane do centrum (kluczowy czynnik w postrzeganiu przewlekłego bólu). Zwiększona wrażliwość ośrodkowego układu nerwowego na ból wiąże się ze zmianami w funkcjonalnym wzorcu łączności sieci neuronowej. Centralne przewlekłe NPP może być spowodowane uszkodzeniem rdzenia kręgowego lub mózgu, udarem lub stwardnieniem rozsianym 16,17,18,19,20. Po uszkodzeniu tkanki obwodowej nocyceptory obwodowe są uwrażliwione, co zwiększa wpływy włókien bólowych. Uszkodzenie nerwów może prowadzić do zmniejszenia liczby włókien nerwowych i demielinizacji aksonów w uszkodzonym obszarze. Zwiększone było otwarcie kanału jonowego w neuronach czuciowych w obszarze urazu (zwiększone napływ wapnia), a plastyczność synaptyczna między włóknami aferentnymi C a neuronami rogów grzbietowych została zwiększona, tym samym zwiększa dane wejściowe19. Chociaż konkretny mechanizm patologiczny bólu neuropatycznego pozostaje nadal niejasny, rozpoznano, że proces bólu neuropatycznego obejmuje immunomodulację, nieprawidłową pobudzenie i plastyczność neuronów, aktywację komórek glejowych, reakcje neurozapalne oraz zmiany w receptorach kanałów jonowych (takich jak P2X7R)10,20,21. Te aktywacje i interakcje komórek, w tym transmisja informacji i uwalnianie cytokin, odgrywają kluczową rolę w powstawaniu i rozwoju NPP. Dlatego przeprowadzimy kompleksową, dogłębną dyskusję na temat związku między P2X7R a tymi komórkami.
2. Regulacja aktywności mikrogleju przez P2X7R
Mikroglej to komórki odpornościowe osiadłe w układzie nerwowym, szeroko rozproszone w ośrodkowym układzie nerwowym, które odgrywają kluczową rolę w stabilizacji funkcji układu nerwowego oraz utrzymaniu stabilności mikrośrodowiska. W normalnych warunkach fizjologicznych mikroglej znajduje się w stanie spoczynku, nie ma odporności i fagocytozy, ale zachowuje pewną zdolność migracyjną. Jednak po uszkodzeniu ośrodkowego układu nerwowego, takim jak niedokrwienie, stan zapalny lub uraz, mikroglej może zostać aktywowany, rozprzestrzeniać się i migrować do uszkodzonego obszaru, usuwając metabolity komórkowe i fragmenty komórek apoptotycznych. Jest bardzo ważny dla naprawy i utrzymania ośrodkowego układu nerwowego po urazie. Terminowe usuwanie mikrogleju umożliwia skuteczną remielinizację, stanowiąc niezbędną podstawę do regeneracji nerwów 22,23,24. Polaryzacja i proliferacja mikrogleju przyczyniają się do bólu neuropatycznego. Niepowodzenie regeneracji mieliny w ośrodkowym układzie nerwowym prowadzi do chorób neurozapalnych i neurodegeneracyjnych, które mogą indukować NPP25. Badania wykazały, że skuteczna remielinizacja wymaga obumierania mikrogleju prozapalnego i rozmnażania się w celu wspomagania regeneracji. Śmierć i/lub regeneracja uszkodzonego mikrogleju może być podstawą dysaktywacji mikrogleju w chorobach układu nerwowego26. Dominujące stanowisko w dziedzinie bólu jest takie, że NPP jest napędzane przez mikroglej w obszarze przetwarzania somatosensorycznego rogu grzbietowego kręgosłupa. Odpowiedź mikrogleju rdzeniowego na stymulację zewnątrzkomórkową zmienia ich aktywację i polaryzację oraz indukuje uwalnianie cytokin zapalnych poprzez wewnątrzkomórkowe szlaki sygnalizacyjne, takie jak kinazy białkowe aktywowane mitogenem, p38, oraz kinazy białkowe regulowane sygnałem zewnątrzkomórkowym. wywołują reakcję neurozapalną i powodują ból. Jednak hamowanie lub zmiana aktywacji/proliferacji mikrogleju może zmniejszyć nieprawidłową pobudliwość i NPP w neuronach rogu grzbietowego 27,28,29. Mikroglej GI DREADD może zmniejszyć neurozapalenie, funkcję synaptyczną oraz NPP po przecięciu nerwu rdzeniowego30.
P2X7R jest szeroko eksprimowany w układzie nerwowym, zwłaszcza w mikrogleju. P2X7R reguluje aktywność mikrogleju poprzez wiązanie się z ich ligandami (ATP lub jego odpowiednikiem BzATP) i odgrywa kluczową rolę w NPP31,32. Poziom ekspresji P2X7R jest ściśle powiązany ze stopniem bólu. NPP jest indukowane przez zwiększoną aktywację lub ekspresję P2X7R w urazie nerwu.
Siedem dni po uszkodzeniu nerwu obwodowego ekspresja mRNA i białka P2X7R była istotnie zwiększona w rdzeniu kręgowym, który był głównie lokalizowany w mikrogleju rogu grzbietowego. Wstrzyknięcie wewnątrz antagonisty P2X7R (A438079) może skutecznie hamować aktywację mikrogleju i łagodzić nadwrażliwość mechaniczną33. Jest dobrze udokumentowane, że aktywacja P2X7R przyczynia się do bólu neuropatycznego (NPP) poprzez wywoływanie aktywacji mikrogleju, promowanie polaryzacji w kierunku fenotypu prozapalnego (M1), pośredniczenie w uwalnianiu prozapalnych cytokin, inicjowanie kaskady neurozapalnej, pogłębianie uszkodzeń tkanek nerwowych i ostatecznie wywoływanie lub nasilanie bólu34,35. Co istotne, samo nadekspresja P2X7R wystarcza, aby sprzyjać aktywacji i proliferacji mikrogleju. Konkretnie, aktywacja P2X7R w mikrogleju prowadzi do uwalniania prozapalnych cytokin, takich jak interleukina-1β (IL-1β), a ten proces jest ściśle powiązany z rozwojem i utrzymaniem NPP7. IL-1β pełni rolę kluczowego mediatora w aktywacji i proliferacji mikroglej, a jego uwalnianie lub produkcja zależy od funkcji makroporowej P2X7R34. Leczenie agonistą P2X7R BzATP może indukować mikroglej do uwalniania IL-1α, IL-1β i IL-18, podczas gdy uwalnianie innych cytokin/chemokin jest niezależne od aktywacji P2X7R. Wyniki te podkreślają specyficzną rolę P2X7R w regulowaniu uwalniania cytokin z rodziny IL-136. Łącznie wyniki te pokazują, że P2X7R jest kluczowym mediatorem neurozapalnych odpowiedzi neurozapalnych wywołanych przez mikroglej w NPP. W mikrogleju szczurów hodowanych pierwotnie cilnidipine może hamować odpowiedzi wapnia wywołane przez P2X7R oraz uwalnianie IL-1β; badania in vivo potwierdzają również, że cilnidipine może odwrócić mechaniczną allodynię wywołaną przez mikroglej P2X7R zapalny7.
Ponadto P2X7R może regulować interakcje między mikroglejem a neuronami, uczestnicząc tym samym w patogenezie NPP. W modelach NPP szlak sygnalizacyjny P2X7R-p38 jest ściśle związany z mikroglejowym wyrzucaniem mikropęcherzyków i odgrywa ważną rolę w progresji NPP poprzez pośredniczenie w interakcjach mikroglej-neuron37. Wykazano, że elektroakupunktura zmniejsza gęstość kolców dendrytycznych, hamuje nieprawidłowe przebudowywanie synaptyczne, łagodzi neurozapalenie oraz poprawia objawy bólu neuropatycznego; efekty te wiążą się ze zmniejszoną ekspresją P2X7R oraz poprawą funkcji neurobehawioralnych. Natomiast aktywacja P2X7R przez BzATP może wzmacniać nieprawidłową remodelację kręgosłupa dendrytycznego/synaptycznego oraz wspierać neurozapalenie, co nasila ból38.
Dlatego modulacja aktywności P2X7R w celu przesunięcia mikrogleju z fenotypu prozapalnego M1 na przeciwzapalny fenotyp M2 stanowi obiecującą strategię terapeutyczną dla NPP. Fenotyp M1 mikrogleju charakteryzuje się uwalnianiem cytokin prozapalnych (takich jak IL-1β i TNF-α) oraz promowaniem neurozapalenia, natomiast fenotyp M2 wiąże się z uwalnianiem czynników przeciwzapalnych i promowaniem naprawy tkanek. Hamowanie aktywności P2X7R może odwrócić ból neuropatyczny poprzez zmniejszenie ekspresji czynnika martwicy nowotworów-α (TNF-α), interleukiny-1α oraz IL-6 poprzez hamowanie fosforylacji p38MAPK w mikrogleju, któremu towarzyszy przejście mikrogleju z fenotypu M1 do M239.
Toksyna botulinowa A (BTX-A) łagodzi NPP poprzez hamowanie P2X7R i promowanie polaryzacji M2 szczęśliwego mikrogleju stymulowanego przez lipopolisacharyd40. Stymulacja rdzenia kręgowego o wysokiej częstotliwości znacząco zmniejsza odpowiedź immunologiczną rogu grzbietowego kręgosłupa i sprzyja długotrwałej ulgi w bólu poprzez inaktywację osi Kaiso-P2X7R w mikrogleju. Ukierunkowanie Kaiso-P2X7R w mikrogleju znacząco poprawiło skuteczność wysokoczęstotliwościowej stymulacji rdzenia kręgowego, zmniejszając tym samym neurozapalenie i zapewniając trwałą ulgę w bólu41. Elektroakupunktura może znacząco podnieść próg bólu wywołany urazem nerwu kulszowego lub agonistą P2X7R BzATP u myszy, hamować aktywację mikrogleju P2X7R rdzenia kręgowego, hamować nadekspresję IL-1β i IL-18 w rdzeniu kręgowym oraz zmniejszać nadwrażliwość dotykową i hiperalgezję termiczną42 (Rysunek 1). Inne badania wykazały również, że intratekalne wstrzyknięcie termicznie przetworzonego Aconitum jaluense może hamować produkcję i ekspresję P2X7R w rdzeniu kręgowym oraz zmniejszać aktywację mikrogleju, który ma działanie przeciwnadwrażliwe na NPP43. Ponadto aktywacja mikrogleju po uszkodzeniu nerwu obwodowego odgrywa ważną rolę w nieprawidłowym zbieżności sygnałów nocyceptywnych z neuronami rogu kręgosłupa kręgowego oraz w wystąpieniu NPP. Wzajemne przesłuchiwanie mikrogleju i neuronów ostatecznie bierze udział w ekspresji bólu nadsensorycznego nocyceptywnego. Galektyna-3, pochodząca z uszkodzonych neuronów czuciowych, wzmacnia pobudzającą transmisję synaptyczną neuronów pobudzających w rogu grzbietowym kręgosłupa poprzez aktywację mikrogleju, co prowadzi do powstania NPP44. Badania te wykazały, że aktywność mikrogleju pośredniczona P2X7R odgrywa kluczową rolę w NPP. Celowanie w aktywację mikrogleju poprzez hamowanie lub obniżanie ekspresji P2X7R to nowe podejście do leczenia NPP.
3. P2X7R pośredniczy w astrocytach
Astrocyty stanowią około 20%–40% całkowitej liczby komórek glejowych w ośrodkowym układzie nerwowym, co jest kluczem do utrzymania stabilności środowiska w ośrodkowym układzie nerwowym. Astrocyty uważa się za wsparcie strukturalne i odżywcze dla neuronów i można je odróżnić od innych typów komórek glejowych poprzez ekspresję białka kwaśnego glia włóknistego (GFAP). GFAP jest wyrażany we wszystkich głównych gałęziach i procesach astrocytów i zmienia się dynamicznie podczas przejścia od urazu do stanu reaktywnego 45,46,47. Coraz więcej dowodów wskazuje, że przewlekły ból może być spowodowany glejkiem astrocytowym. Ponadto astrocyty mogą regulować transmisję synaptyczną nocyceptywną poprzez interakcje neuron-glej i neuroglial-komórki glejowe, uczestnicząc w modulacji sygnałów bólowych i utrzymaniu NPP 45,48,49,50. Astrocyty mają intensywny kontakt z synapsami neuronalnymi. Aktywacja astrocytów może inicjować plastyczność kręgosłupa, zmniejszając synapsy powstałe krótko po podwiązaniu nerwu kulszowego i wywołując zachowania bólowe50. Badania wykazały, że CXCL13, produkowany przez neurony, aktywuje astrocyty za pomocą CXCR5, co sprzyja bólowi neuropatycznemu i ujawnia interakcję neuron/astrocytw rdzeniu kręgowym. Aktywacja reaktywnych astrocytów obejmuje różne mechanizmy i cząsteczki transdukcji sygnału, w tym wewnątrzkomórkowe kinazy, kanały, receptory oraz czynniki transkrypcyjne. Gdy zachodzą zmiany patologiczne, odgrywają one rolę w regulacji bólu po urazie52. Ekspresja akwaporyny AQP4 rdzenia kręgowego jest znacząco zwiększona po urazie rdzenia kręgowego, głównie w astrocytach, podczas gdy hamowanie AQP4 może osłabiać rozwój i utrzymanie NPP poprzez hamowanie aktywacji komórek glejowych oraz mechanizmu przeciwneurititis. Wykazują one, że aktywacja astrocytów jest zaangażowana w patogenezę NPP. Dlatego celowanie w astrocyty i hamowanie ich aktywacji pomaga złagodzić NPP.
P2X7R jest również eksprimowany w astrocytach i może uczestniczyć w NPP poprzez regulację aktywności astrocytów. Inne badania potwierdziły, że w modelu bólu neuropatycznego ekspresja P2X7R jest znacząco zwiększona w astrocytach, a aktywacja astrocytów jest ściśle powiązana z rozwojem i utrzymaniem bólu53,54. W takich modelach zaobserwowano w hipokampie podwyższony poziom mRNA i białek P2X7R oraz jego współlokalizację z markerem astrocytowym GFAP. Równocześnie poziomy składników związanych z inflammasomem (NLRP3, ASC, Kaspaza-1), białka tworzącego pory Gasdermin D oraz dojrzałych cytokin IL-1β i IL-18 są podwyższone, co sugeruje zaangażowanie szlaków inflammasomów55 (Rysunek 1). Od 11 do 21 dni po modelu bólu neuropatycznego przewlekłe leczenie antagonistą P2X7R A438079 podniosło próg mechanicznego skurczu stopy oraz zmniejszyło zachowania podobne do depresji i lęku56. A438079 może znacząco zmniejszyć odpowiedź immunologiczną IBA-1 i GFAP w mikrogleju i astrocytach po patologicznym bólu wywołanym uszkodzeniem nerwów oraz łagodzić zachowania bólowe u szczurów56. Pobudzające prądy postsynaptyczne indukowane przez pojedyncze włókna synaptyczne C zostały zarejestrowane w przekrojach rdzenia lędźwiowego rdzenia kręgowego szczurów. BzATP aktywuje mikroglej i astrocyty lub stymuluje pierwotne aferentne włókna C z wysoką częstotliwością, co skutkuje długotrwałą potencjacją aferentów włókien C9. Zwiększona odpowiedź aferentna wywołana przez BzATP może być blokowana odpowiednio przez antagonistę P2X7R A438079 oraz astrocytotoksynę fluoroacetatową,odpowiednio 9. Skoordynowana aktywacja mikrogleju i astrocytów może indukować LTP pośredniczone przez glej w tych synapsach poprzez uwalnianie D-seryny i czynnika martwicy nowotworów-α (TNF-α9. Ból neuropatyczny i depresja cukrzycowa wywołane przez wysoki poziom glukozy, substancję P (SP) oraz kortykosteron mogą zwiększać ekspresję P2X7R oraz poziomy fosforylacji czynnika martwicy nowotworów-α, IL-1β, wolnego wapnia i ERK1/2 w pierwotnych hodowlowanych astrocytach hipokampa. Jednak efekt ten może być hamowany przez terapię dihydromyrycytoną lub P2X7R shRNA57.
Astrocyty są aktywnymi uczestnikami sygnalizacji ATP i glutaminianu w mózgu. ATP i glutaminian koordynują aktywację astrocytów poprzez mobilizację jonów wapnia, które z kolei wywołują u astrocytatów uwolnienie kilku cząsteczek neuroaktywnych, w tym ATP i samego glutaminianu, aby sygnałować neurony oraz regulować transmisję synaptyczną i pobudliwość neuronów58,59. Galaretowata substancja (SG) rdzenia kręgowego odpowiada za przekazywanie informacji o bólu aferentnym do neuronów projekcji wznoszącej. Neurony i niektóre astrocyty reagują prądem wewnętrznym na NMDA, AMPA i mykofenol58,59. Astrocyty pobudzają neurony poprzez uwalnianie glutaminianu zależnego od wapnia na receptorach NMDA neuronów ekstrasynaptycznych, podczas gdy opóźniona transformacja astrocytów prowadzi do inhibicji neuronalnej58. Co istotne, agonista P2X7R BzATP zwiększa przepływy prądów wewnętrznych zarówno w neuronach, jak i astrocytach SG. Wzrost i aktywacja P2X7R w tych astrocytach sprzyja uwalnianiu glutaminianu, który następnie stymuluje prądy kationowe w sąsiednich neuronach za pośrednictwem receptorów NMDA i AMPA, ułatwiając transmisję bólu60. Ponadto neurony zwojowe korzenia grzbietowego mogą indukować silne uwalnianie ATP z komórek somatycznych. Uwolnione ATP aktywuje P2X7R w komórkach astroglialnych satelitarnych, które otaczają każdy zwoj korzenia grzbietowego, i inicjuje komunikację między neuronami a komórkami glejowymi61. Aktywacja P2X7R skutkuje uwolnieniem czynnika martwicy nowotworów-α z komórek satelitarnych przypominających astrocyty. Czynnik martwicy nowotworów-α z kolei wzmacniał odpowiedź pośredniczoną przez P2X3R i zwiększał pobudliwość neuronów DRG61. Badania te wykazały, że P2X7R może uczestniczyć w NPP poprzez regulację interakcji między astrocytami a neuronami.
4. P2X7R pośredniczy w aktywacji makrofagów
Interakcja między układem odpornościowym a nerwowym jest bardzo istotna w bólu neuropatycznym. Jako główny winowajca bólu neuropatycznego, ustalono odpowiedź immunologiczną w układzie nerwowym, która nie tylko wspiera inicjację i rozwój bólu, ale także jego rozwiązanie62. W rzeczywistości komórki odpornościowe są uznawane za promotory neurozapalenia, prowadzące do bólu i alergii na każdym poziomie szlaku neuralgii. Aktywacja i infiltracja komórek odpornościowych w postępie bólu przyczyniają się do postępu NPP 62,63,64. Równolegle do aktywacji mikrogleju w rogu grzbietowym po uszkodzeniu nerwu obwodowego następuje znaczne rozszerzanie i proliferacja makrofagów wokół uszkodzonych neuronów czuciowych w zwojach korzenia grzbietowego (DRG). Usunięcie makrofagów zwojowych korzenia grzbietowego może zmniejszyć nadwrażliwość mechaniczną i rozszerzanie makrofagów DRG spowodowane uszkodzeniem nerwu65. Systemowe lub miejscowe usuwanie makrofagów może zapobiegać alergii na ból66.
Zwiększona ekspresja P2X7R w makrofagach/monocytach może zmieniać wrodzony układ odpornościowy. Makrofagi występują jako fenotypy M1 (prozapalne) lub M2 (przeciwzapalne) i wyrażają receptory P2X7. W warunkach patologicznych P2X7R reaguje na wysokie stężenia ATP zewnątrzkomórkowego, umożliwiając nieselektywny przepływ kationów (Na+, Ca2+, K+)67,68. Aktywacja P2X7R przy wyższych stężeniach ATP, zwłaszcza po wielokrotnym podawaniu agonistów, powoduje otwarcie porów błonowych, umożliwia przepuszczenie cząsteczek ~900Da oraz pośredniczenie w zmianach funkcji makrofagów67. Kolejnym ważnym czynnikiem w odpowiedzi neurozapalnej wywołanej P2X7R jest regulacja aktywności makrofagów, która wywołuje lub utrzymuje ból neuropatyczny poprzez stymulację makrofagów, produkcję prozapalnych cytokin i wywoływanie kaskady zapalnej. Makrofag P2X7R musi być współaktywowany z receptorem Toll-podobnym 4 (TLR4) wrażliwym na endotoksynę, aby wywołać powstawanie ciała zapalnego 3 (NLRP3). Następnie ciało zapalne 3 (NLRP3) aktywuje pre-interleukinę-1β (Pro-IL-1β), aby rozłożyć cysteinę aspartazę-1 (Kaspaza-1), co skutkuje uwolnieniem IL-1β67,69 (Rysunek 1). Pochodna naringeniny, trimetoksyflawanon (Y3), hamowała działanie P2X7R po podaniu PTX, zmniejszała infiltrację komórek przypominających makrofagi IBA1 w zwojach grzbietowego korzenia oraz nadmierną aktywację astrocytów i mikrogleju w rdzeniu kręgowym, łagodziła ból neuropatyczny i neurotoksyczność.15 makrofagów RAW264.7 było leczone wysokoglukozą i wolnymi kwasami tłuszczowymi, aby indukować odporność pośredniczoną P2X7R, ból i stan zapalny neuropatyczny poprzez wydzielanie cytokin, ROS i aktywację szlaku sygnalizacyjnego ERK70.
Aktywacja P2X7R to mechanizm stymulujący makrofagi do szybkiego dojrzewania i uwalniania IL-1β, który uczestniczy w procesie zapalnym i transmisji nerwów nocyceptywnych71,72. Antagonista P2X7R A839977 zablokował napływ wapnia indukowany przez BzATP przez rekombinantne P2X7R u ludzi, szczurów i myszy, skutecznie blokował pobieranie i uwalnianie IL-1β przez ludzkie komórki THP-1 indukowane przez agonistów oraz wywołał silny efekt antyhiperalgezji73. Co ciekawe, u myszy z nokautacją IL-1αβ efekt przeciwbólowy A839977 całkowicie zniknął73. Sugeruje się, że działanie antyalgetyczne blokady P2X7R w modelu bólu myszy jest pośredniczone przez blokowanie uwalniania IL-1β. Badania wykazały, że antagonista P2X7R A438079 może zmniejszać ilość IL-1β uwalnianej przez makrofagi obwodowe w sposób zależny od dawki, hamować spontaniczną aktywność neuronów rdzenia kręgowego u szczurów neuropatycznych oraz regulować zachowania bólowe poprzez modulację interakcji immuno-neuronalnej uwalnianej przez endogenne cytokiny74.
5. Neuron regulowany przez P2X7R
Uszkodzenie nerwów obwodowych powoduje nadmierną reakcję nocyceptywną neuronów rogu kręgosłupa kręgowego i aktywuje zbieżne nocyceptywne aferenty neuronów rogu grzbietowego kręgosłupa. Ta zmiana jest uznawana za wskaźnik rozwoju elektrowni jądrowejnr 75. W rdzeniu kręgowym szczura nokaut genu pośredniczący w odpowiedzi kolapsynowej 2 (CRMP2) o krótkich zakłóceniach RNA zmniejszył częstotliwość i amplitudę spontanicznych pobudzających prądów postsynaptycznych w ostrych powierzchownych neuronach rogów kręgosłupa kręgosłupowego, ale nie zmniejszał częstotliwości i amplitudy spontanicznych hamujących prądów postsynaptycznych oraz nie miał wpływu na małe i hamujące prądy postsynaptyczne76. Ekspresja P2X7R w neuronach była historycznie przedmiotem debat. W przeszłości kontrowersyjne było, czy P2X7R jest wyrażany w neuronach. Wraz z postępem badań niektóre badania wykazały, że P2X7R jest wyrażany w neuronach, które mogą regulować aktywność neuronów oraz uczestniczyć w przekazywaniu informacji sensorycznej i generowaniu bólu 77,78,79. W modelu NPP szczurów neurony DRG były traktowane glikoproteiną otoczkową HIV 120 (Gp120). Aktywacja agonisty P2X7R (BzATP) zwiększyła prąd neuronalny, podczas gdy antagonista P2X7R BBG istotnie hamował prąd aktywowany BzATP i złagodził hiperalgezję w neuronach DRG leczonych gp12080. ATP może indukować produkcję ROS w neuronach rogów kręgosłupa kręgosłupa, którą mogą wyeliminować padlinożercy ROS N-tert-butylo-α-benzonitryl oraz antagonista P2X7R A43807981. Wstrzyknięcie wewnątrz agonisty P2X7R, BzATP, może indukować produkcję ROS rdzenia kręgowego oraz utleniające uszkodzenia DNA neuronów rogów grzbietowych oraz wzmacniać spontaniczne zachowania nocyceptywne w przypadku dwubiegunowego u szczurów81. To dowody na to, że aktywacja P2X7R neuronów prowadzi do produkcji ROS i późniejszego bólu nocyceptywnego u szczurów.
Aktywacja P2X7R ma szeroki wpływ na aktywność neuronów rdzenia kręgowego po przewlekłym urazie. W zwierzęcym modelu bólu patologicznego antagonista P2X7R A438079 może zmniejszać aktywność wywołaną różnych typów neuronów rdzenia kręgowego (niskoprogowe, specyficzne dla nocyceptywnie, szeroki zakres dynamiczny), regulować centralną wrażliwość oraz wywoływać działanie antynocyceptywne82. Inne badania wykazały, że wzrost wyrównania białka BDNF DRG wywołany uszkodzeniem nerwu kulszowego może zwiększyć aktywność P2X7R i przyczynić się do wzrostu ekspresji białka P2X7R DRG wywołanej uszkodzeniem nerwu kulszowego83. Ponadto nadekspresja BDNF zwiększa ekspresję P2X7R w neuronach DRG i pośredniczy w rozwoju NPP. Wykazano również, że nadmierna ekspresja BDNF zwiększała ekspresję P2X7R w neuronach DRG i pośredniczyła w NPP83. Badania te wykazały, że P2X7R jest ekspresjonowany w neuronach, a prądy i aktywność neuronów pośredniczą w bólu neuropatycznym. Jednak niektóre badania wykazały, że w bólu neuropatycznym P2X7R nie jest wyrażany w neuronach, lecz w komórkach glejowych (takich jak komórki gliowe satelitarne w zwoju korzenia grzbietowego), które regulują NPP. Dlatego potrzebne są dalsze badania, aby potwierdzić i wyjaśnić mechanizmy leżące u podstaw ekspresji i regulacji funkcji neuronów P2X7R.
6. Antagonistyczna aktywacja P2X7R i terapia NPP
Jak wspomniano wcześniej, aktywacja P2X7R pośredniczy w procesie pojawiania się i rozwoju bólu neuropatycznego. Dlatego hamowanie aktywacji P2X7R ma farmakologiczne efekty na łagodzenie i leczenie NPP. Obecnie opracowano różne antagonisty P2X7R (takie jak BBG, A438079 i A740003). Ci antagoniści mogą celować w aktywność P2X7R i byli dobrze stosowani w różnych chorobach (takich jak uszkodzenia rdzenia kręgowego, guzy czy choroby sercowo-naczyniowe). Potwierdzono, że celowany P2X7R pełni funkcję leczenia chorób powiązanych 84,85,86. W związku z tym antagoniści byli również wykorzystywani w leczeniu bólu, a właściwości farmakologiczne analgezji można wywierać poprzez hamowanie aktywacji P2X7R87,88.
A740003 (N-(1-{[cyanoimino) (5-chinolinylamino) metylo] amino}-2, cyanoimino-dimetylopropyl)-2-(3-metoksyfenyl) acetamd oraz A438079 (5-(2mae, 3muricofenyl)-1H-tetrazol-1-yl) metylopirydynowy chlorowodorek zostały zidentyfikowane niemal w tym samym czasie. A740003 jest pochodną cyjanoguanidyny, natomiast A438079 pochodną tetrazolu. Początkowo zgłaszano je jako silne inhibitory receptorów P2X7, a później scharakteryzowano jako antagonistów allosterycznych, wiążących się z miejscem innym niż kieszeń wiążąca ATP89,90. Działają one na P2X7R w ten sam sposób i wykazują ten sam efekt pod różnymi mutacjami w kieszeni wiązania allosterycznej, co wskazuje, że wiążą się w bardzo podobnej konfiguracji. A740003 jest nowatorskim antagonistą rywalizacji w P2X7R. Jego IC50 przeciwko człowiekowi i szczurowi wynosi odpowiednio 40 nM i 18 nM, czyli89. Antagonistyczny IC50 A438079 do ludzkiego P2X7R wynosił 130 nM91,92. W modelu zwierzęcym bólu neuropatycznego cukrzycowego, intratekalne wstrzyknięcie antagonisty P2X7R znacząco A438079 wydłużyło mechaniczny próg wycofania i opóźnienie termicznego, obniżyło poziom mRNA i białka TRPV1 w zwojach grzbietowego korzenia, obniżyło poziom fosforylacji p38 i białka regulatora sygnału zewnętrznego 1sum2 (ERK1/2) oraz złagodziło NPP93. A438079 znacząco zmniejszyło aktywność mikrogleju i astrocytów po podwiązaniu nerwu kulszowego, podniosło próg wycofania łapy mechanicznej (MWT), skróciło czas termicznego wycofania oraz zmniejszyło zachowania podobne do depresji i lęku94. PWT myszy wzrosły o 3 godziny po intratekalnym wstrzyknięciu selektywnego antagonisty P2X7R A740003 (50 nmol/L × 5 μL) i osiągnęły szczyt po 5 godzinach. Ponadto mogą również łagodzić ból poprzez eliminację ekspresji P2X7R u myszy95.
Kolejnym antagonistą w zastosowaniu NPP jest Brilliant Blue G, powszechnie stosowany pochodny syntetycznego związku barwnika spożywczego FD&C Blue 1, który jest wysoce selektywnym antagonistą P2X7R96. BBG działa jako wysoce selektywny antagonista P2X7R w modelach szczurów, gdzie wiąże się z kieszonką allosteryczną w sposób niekonkurencyjny, hamując prądy indukowane przez ATP za pomocą IC50 o średnicy około 300 nM97,98. Jego potencjalna użyteczność jest potwierdzona badaniami potwierdzającymi jego bezpieczeństwo i zdolność do przenikania przez barierę krew-mózg w modelach gryzoni99. Inhibitor P2X7R BBG może zmniejszyć ekspresję NLRP3, IL-1β, IL-18, kaspazy-1 i P2X7R w mikrogleju stymulowanym lipopolisacharydem oraz podnieść próg bólu u szczurów100. Iniekcja do otrzewnewnej agonisty TRPV4 GSK-1016790A może znacząco zwiększyć hiperalgezję mechaniczną i termiczną u szczurów, podczas gdy antagonista P2X7R BBG może częściowo hamować hiperalgezję u szczurów100. Antagonista P2X7R BBG może zmniejszyć ekspresję IL-1β oraz receptora czynnika martwiczego nowotworu-α oraz poziom fosforylacji ERK1/2, zwiększyć ekspresję IL-10 oraz łagodzić hiperalgezję u szczurów stosujących NPP101.
Inni powszechnie stosowani antagoniści P2X7R, tacy jak KN-62, JNJ-5417546 i AZ10606120, mają farmakologiczne efekty na łagodzenie bólu w innych typach bólu, w tym bólu zapalnym, trzewnym oraz bólu kości 102,103,104, jednak istnieje niewiele doniesień dotyczących zastosowania NPP, które mogą różnić się od P2X7R w różnych typach modeli zwierzęcych i schematach projektowych. Niemniej jednak, antagoniści P2X7R poczynili pewne postępy w terapii NPP i mają pole do dalszego rozwoju. Dlatego istnieje duża perspektywa na zbadanie większej liczby antagonistów skierowanych na P2X7R w NPP.
7. Ukierunkowane obniżenie ekspresji P2X7R w celu złagodzenia NPP
Wiadomo, że ośrodkowy układ nerwowy (rdzeń kręgowy) lub uszkodzenia nerwów obwodowych (takie jak nerwy kulszowe lub trójdzielne) mogą znacząco zwiększać ekspresję P2X7R w tkankach, co jest ściśle związane z występowaniem i postępem NPP. Różne badania wykazały, że ekspresja P2X7R jest istotnie zwiększona w modelu bólu neuropatycznego. Dlatego celowanie w P2X7R i obniżenie jego ekspresji może złagodzić lub leczyć NPP. Obecnie niektóre badania wykazały, że fizjoterapia, migracja komórek, składniki roślinne (takie jak kwas galowy), toksyna botulinowa i resweratrol mogą obniżać ekspresję P2X7R w tkance rdzenia kręgowego lub nerwowej, a w leczeniu NPP 105,106,107,108,109,110 odnotowano znaczące wyniki. Receptor kannabinoidowy 2 (CB2R) jest jednym z ważnych receptorów w endogennym układzie kannabinoidowym. Jest szeroko eksprimowany w ośrodkowym układzie nerwowym, zwłaszcza w komórkach glejowych, i odgrywa ważną rolę w rozwoju oraz postępie zapalenia układu nerwowego111. Po uszkodzeniu nerwu oszcząconego zawartość P2X7R w rogu grzbietowym rdzenia kręgowego wzrosła z czasem, ale po ciągłym intratekalnym wstrzykiwaniu agonisty CB2R PM226 zawartość białka P2X7R w tkance mózgowej znacząco się zmniejszyła, zmniejszyła liczbę mikrogleju i uwalnianie zapalnych cytokin, odegrała rolę neuroprotekcyjną oraz złagodziła hiperalgezję mechaniczną u szczurów111. Kwas galowy (3-4-5-trihydroksybenzoinowy), który występuje naturalnie u wielu roślin, ma działanie przeciwzapalne, antyoksydacyjne i przeciwbólowe. Badania wykazały, że kwas galowy może hamować ferroptozę w mikrogleju rdzenia kręgowego i zmniejszać uszkodzenia mitochondrialne poprzez regulację szlaku sygnalizacyjnego P2X7R-ROS, co łagodzi zmiany behawioralne u szczurów z bólem i depresją112. Dihydromirycytyna może zmniejszać ekspresję P2X7R w DRG, rdzeniu kręgowym i hipokampie, obniżać poziomy fosforylowanego białka regulowanego sygnałem zewnątrzkomórkowym 1, p38, TNF-α i IL-1 oraz skutecznie łagodzić NPP u szczurów113.
W ostatnich latach, wraz z ciągłym badaniem metod leczenia bólu, wprowadzono koncepcję terapii transplantacyjnej komórek. Naukowcy hodowali aktywne i funkcjonalne komórki (takie jak komórki macierzyste mezenchymalne, komórki macierzyste nerwowe, komórki Schwanna oraz komórki otulające węch) in vitro i przeszczepiali je do gospodarza poprzez neuroprotekcję, przeciwzapalną i wspierające regenerację aksonów, obniżyła ekspresję P2X7R w tkankach, co przyczyniło się do łagodzenia NPP 114,115,116,117,118. Badanie wykazało, że 4 tygodnie po wstrzyknięciu komórek macierzystych nerwowych do uszkodzonego segmentu rdzenia kręgowego w modelu urazu rdzenia kręgowego szczura ekspresja białka neurofilamentowego wzrosła istotnie, podczas gdy ekspresja białka kwaśnego glia włóknistego i P2X7R (P2X4R) spadła, funkcje motoryczne i czuciowe znacznie się poprawiły, a ból neuropatyczny złagodził119. W naszym poprzednim badaniu, po przeszczepieniu komórek otulających węch oraz mikrokapsułkowanych komórek otulających węch do modelu urazu nerwu kulszowego, oceniano ekspresję P2X7R w rdzeniu kręgowym metodami behawioralnymi. Wyniki wykazały, że przeszczepienie komórek może znacząco zmniejszyć ekspresję białka i mRNA P2X7R oraz liczbę dodatnich komórek znakowanych P2X7R w tkance rdzenia kręgowego, oraz łagodzą hiperalgezję u szczurów118. Dodatkowo zmniejszyliśmy ekspresję P2X7R w komórkach otulających węch w połączeniu z biomateriałami (chitosanem) w miejscu uszkodzonego nerwu kulszowego i znacząco złagodziliśmy NPP u szczurów120. Wszystkie te badania pokazują, że celowanie w P2X7R i obniżanie jego ekspresji może łagodzić lub leczyć NPP, zapewniając szerzej dostępne leczenie NPP.
Wyjaśnienie heterogeniczności modelu NPP jest kluczowe dla klinicznej transformacji terapii ukierunkowanej na P2X7R. W porównaniu z innymi powszechnymi terapiami NPP, strategie ukierunkowane na P2X7R (antagoniści, ukierunkowane obniżenie regulacji) mają unikalne zalety w regulowaniu kluczowych populacji komórek oraz blokowaniu sygnalizacji purinergicznej 3,4,6,7,10,12.
NPP można podzielić na typy urazowe, cukrzycowe wywołane chemioterapią oraz wirusowe, z wyraźnymi mechanizmami pośredniczonymi przez P2X7R 2,5,12,55,80,101: modele urazowe obejmują aktywację gleja i zaburzenie purinergiczne 4,5,33; Modele cukrzycowe dotyczą neurozapalenia wywołanego przez hiperglikemię oraz aktywacji inflammasomu NLRP3 5,113; Modele indukowane chemioterapią obejmują aktywację i uwrażliwienie makrofagów/gleju 2,15; Modele wirusowe są pośredniczone przez aktywację immunologiczną/glejową oraz zwiększoną pobudliwość neuronów sensorycznych 6,80,101, co jest zgodne z przypadkami klinicznymi 12.
Inicjacja NPP zależy od aktywacji P2X7R indukowanej przez ATP oraz początkowego neurozapalenia 3,5,2,55,80; utrzymanie zależy od trwałej aktywacji P2X7R oraz nieprawidłowej komunikacji glejowo-neuronalnej 4,6,56,60. Samice wykazują wyższą ekspresję P2X7R, silniejszy ból oraz większą wrażliwość na antagonistów w modelach urazowych i cukrzycowych55,66, podczas gdy różnice płciowe w innych modelach pozostają niedostatecznie zbadane.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Mechanizm NPP po uszkodzeniu nerwu jest złożony, co może prowadzić do zaburzeń sensorycznych i ruchowych, poważnie wpływać na jakość życia pacjentów i nie ma skutecznego leczenia. Dlatego analiza molekularnej podstawy NPP jest pomocna w leczeniu NPP. Na szczęście wykazano, że kanał jonowy P2X7R odgrywa kluczową rolę w występowaniu i rozwoju NPP. Aktywacja lub nadekspresja P2X7R może regulować aktywację komórek glejowych i makrofagów, pośredniczyć w uwalnianiu prozapalnych cytokin i kaskady zapalnej, zwiększać uszkodzenia...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.