В этой статье описывается роль рецептора P2X7 в участии астроцитов, нейронов и микроглии в невропатической боли (NPP). Таргетирование рецептора P2X7 может стать молекулярной мишенью для терапии NPP.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Обзорная статья
* These authors contributed equally
В этой статье описывается роль рецептора P2X7 в участии астроцитов, нейронов и микроглии в невропатической боли (NPP). Таргетирование рецептора P2X7 может стать молекулярной мишенью для терапии NPP.
Первичные и вторичные повреждения нервной системы могут вызывать невропатическую боль (NPP), которая серьёзно влияет на физическое и психическое здоровье пациентов и накладывает значительную экономическую нагрузку на отдельных людей, семьи и общество. В настоящее время эффективные лечебные методы по-прежнему недостижимы. Следовательно, исследование молекулярной основы патологических механизмов NPP имеет решающее значение для разработки таргетных терапий. Ионный канал P2X7 пуринергический рецептор (P2X7R) широко экспрессируется в нервной системе и играет важную роль в поддержании его функциональной стабильности. Накопленные данные указывают на то, что P2X7R — это молекула, связанная с болью, участвующая в инициации и прогрессировании NPP. Активация или апрегуляция P2X7R способствует развитию NPP, опосредуя активность иммунных клеток, глиальных клеток и нейронов, регулируя межклеточные взаимодействия между ними, усиливая передачу сенсорных сигналов и синаптическую пластичность, а в конечном итоге приводя к центральной сенсибилизации. В частности, целенаправленное ингибирование активации P2X7R с помощью специфических антагонистов (например, A438079, A740003 и BBG) проявляет фармакологические обезболивающие свойства. Кроме того, снижение экспрессии P2X7R в тканях/ клетках с помощью альтернативных подходов (таких как фармакологические агенты, клеточная терапия и физиотерапия) также демонстрирует терапевтический потенциал против NPP. В этом обзоре подробно рассматриваются механизмы, с помощью которых P2X7R регулирует как нейронные, так и ненейронные клетки в NPP. Учитывая его характеристики, нацеление на экспрессию P2X7R или антагонистирование его активности представляет собой перспективную, новую фармакологическую стратегию лечения NPP.
Невропатическая боль (НПП), хроническое состояние, возникающее из-за поражений или заболеваний соматосенсорной нервной системы, серьёзно снижает качество жизни пациентов. Она проявляется как спонтанная боль (например, жжение, покалывание), гипералгезия и аллодиния, при которых безобидные стимулы, такие как лёгкое прикосновение, вызывают боль. Кроме того, стоит отметить, что даже после устранения ноцицептивной стимуляции боль сохраняется, что может быть связано с невосстановленным повреждением нерва. Боль, вызванная повреждением нервов, может распространяться на соседние участки, а её потенциальная патофизиология связана с периферической и центральной сенсибилизацией, что включает множество факторов, включая изменения ионных каналов, активацию иммунных клеток, медиаторов, получаемых из глиали, и эпигенетическуюрегуляцию 1,2. Хотя для облегчения боли применяются различные клинические методы, включая медикаменты, физиотерапию и хирургическое вмешательство, чтобы достичь максимального обезболивающего эффекта, терапевтический эффект всё ещё остаётся неудовлетворительным. Поэтому необходимо изучить молекулярную основу патологических механизмов невропатической боли и обратить эти патологические изменения, включая активацию и инфильтрацию иммунных клеток, активацию глиальных клеток, снижение нейровоспаления, защиту нейронов и улучшение нейропластичности. Целенаправленное лечение NPP.
Изменения в локальной микросреде вокруг повреждения нервов, особенно активация воспалительных и глиальных клеток, могут регулировать активность клеток и способствовать прогрессированию заболевания, высвобождая аденозинтрифосфат (АТФ) в внеклеточныйматрикс 3,4. Внеклеточный пуринергический сигнальный путь, опосредованный АТФ, играет ключевую роль при NPP после повреждения центрального или периферического нерва. Исследования показали, что объёмно-регулируемые анионные каналы (VRAC), выделяющие АТФ из микроглии, являются ключевым фактором NPP, снижая рост внеклеточного АТФ в спинном мозге из-за повреждения периферических нервов и облегчающийNPP 5. Рецептор P2X7 (P2X7R) широко экспрессируется в центральной и периферической нервных системах и играет фундаментальную роль в поддержании функции и стабильностинервной системы 6. P2X7R может служить важным медиатором боли, участвуя в развитии и регулируя прогрессированиеNPP 6,7. P2X7R экспрессируется в иммунных клетках, глиальных клетках и нейронах. Регулируя активность и взаимодействия клеток, эти клетки участвуют в нейровоспалении, иммуномодуляции и высвобождении цитокинов, которые опосредуют возникновение и развитиеNPP 8,9,10,11. Экспрессия P2X7R на периферических лимфоцитах и моноцитах крови, а также уровень сыворотки IL-1β были значительно повышены у пациентов с хронической ноцицептивной иNPP 12.
В отличие от других классических терапевтических мишень и стратегий для NPP, таргетирование P2X7R обладает уникальными преимуществами эффективности и специфичности механизмов. Например, традиционные фармакотерапии первой линии для NPP, такие как некоторые анальгетики и противовоспалительные препараты, часто временно облегчают симптомы без устранения основных патологических процессов нейровоспаления и активации глии. Стратегии модуляции глиальных клеток, направленные на ингибирование спинномозговоймикроглиальной активации 4, нацелены только на один тип клеток в сложной патологической сети NPP, тогда как антагонисты P2X7R или таргетная даунрегуляция могут одновременно регулировать активность глиальных клеток, иммунных клеток и нейронов — ключевых популяций клеток, участвующих в прогрессированииNPP 6,7,12. В отличие от стратегий, направленных на общие нейровоспалительныепути 3, таргетирование P2X7R специально блокирует пуринергический сигнальный каскад тесно связан с инициацией и поддержанием NPP, избегая неспецифической иммуносупрессии и возможных побочных эффектов. Кроме того, подходы, направленные на другие ионные каналы или нейронные сигнальныепути 10, часто не способны обратить устойчивое нейровоспаление, опосредованное глиально-нейронным перекрёстнымконтактом 4, тогда как таргетирование P2X7R напрямую подавляет этот перекрёстный контакт, регулируя передачу сигнала, опосредованную АТФ, 5,6, достигая более комплексного терапевтического эффекта.
Этот обзор направлен на всесторонний и критический синтез современных знаний о специфических для клеток механизмах, с помощью которых P2X7R модулирует нейронные и ненейронные клетки в NPP. Однако интересно отметить, что ингибирование P2X7R с помощью антагониста или таргетированная регуляция экспрессии P2X7R оказывает фармакологическое влияние на облегчение и лечениеNPP 13. Например, Lu AF27139 является высокоселективным и мощным маломолекулярным антагонистом P2X7R у крыс, мышей и людей, обладая хорошей фармакокинетикой и проницаемостью центральной нервной системы14. Lu AF27139 может функционально блокировать уровни P2X7R в мозге и спинном мозге, а также их болевые пути, а также снижать нейропатологическую гиперчувствительность у крыс с хроническими компрессионнымиповреждениями 14. Триметоксифлаванон облегчает невропатическую боль, подавляя функцию P2X7R, производство CGRP, сенсибилизацию нейронов DRG и аномальную активацию глиальных клеток спинногомозга 15. Эти исследования выявляют ключевую роль P2X7R в АЭС. Поэтому понимание механизма и фармакологических свойств P2X7R в NPP имеет большое значение для целенаправленного лечения NPP.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. NPP
NPP вызывается первичным или вторичным прямым или косвенным повреждением центральной или периферической нервной системы, что приводит к нарушению функции или временным нарушениям нервной системы и передаче сенсорной информации, главным образом проявляющейся в виде спонтанной боли, гипералгезии или аномальнойболи. NPP возникает из периферических частей нервной системы, таких как тройничная невралгия, постгерпетическая невралгия, повреждение периферических нервов, болезненная полинейропатия или радикулопатия. Периферическая сенсорная информация может передаваться в центр (ключевой фактор восприятия хронической боли). Повышенная чувствительность центральной нервной системы к боли связана с изменениями функциональной связности нейронной сети. В то время как центральная хроническая NPP может быть вызвана травмами спинного мозга или мозга, инсультом или рассеяннымсклерозом 16,17,18,19,20. После повреждения периферических тканей периферические ноцицепторы чувствительны, усиливая вход болевых волокон. Повреждение нервов может привести к уменьшению количества нервных волокон и демиелинизации аксонов в повреждённой области. Открытие ионного канала в сенсорных нейронах в зоне повреждения было увеличено (приток кальция был усилен), а синаптическая пластичность между афферентными С-волокнами и нейронами дорсального рога была усилена, что увеличило ввод информации19. Хотя специфический патологический механизм невропатической боли до сих пор неясен, известно, что процесс нейропатической боли включает иммуномодуляцию, аномальное возбуждение и пластичность нейронов, активацию глиальных клеток, нейровоспалительные реакции и изменения рецепторов ионных каналов (например, P2X7R)10,20,21. Активация и взаимодействия клеток, включая передачу информации и высвобождение цитокинов, играют ключевую роль в возникновении и развитии NPP. Поэтому мы проведём всестороннее и глубокое обсуждение взаимосвязи между P2X7R и этими ячейками.
2. Регуляция активности микроглии с помощью P2X7R
Микроглии — это резидентные иммунные клетки нервной системы, широко распространённые по центральной нервной системе, играющие ключевую роль в стабилизации функции нервной системы и поддержании стабильности микросреды. При нормальных физиологических условиях микроглии находятся в состоянии покоя, не имеют иммунитета и фагоцитозу, но сохраняют некоторую миграционную способность. Однако после повреждения центральной нервной системы, например, из-за ишемии, воспаления или травмы, микроглия может активироваться, размножаться и мигрировать в повреждённую область для удаления клеточных метаболитов и фрагментов апоптотических клеток. Он очень важен для восстановления и поддержания центральной нервной системы после травмы. Своевременный микроглиальный клиренс обеспечивает эффективную ремиелинизацию, обеспечивая необходимую основу для регенерациинервов 22,23,24. Поляризация и распространение микроглии способствуют развитию невропатической боли. Неудача регенерации миелина в центральной нервной системе приводит к нейровоспалительным и нейродегенеративным заболеваниям, которые могут вызыватьNPP 25. Исследования показали, что эффективная ремиелинизация требует гибели и размножения провоспалительной микроглии для стимулирования регенерации. Гибель и/или регенерация повреждённой микроглии может быть основой дисактивации микроглии при заболеванияхнервной системы 26. Доминирующее мнение в области боли состоит в том, что NPP обусловлена микроглией в соматосенсорной области спинного дорсального рога. Реакция спинной микроглии на внеклеточную стимуляцию изменяет их активацию и поляризацию, а также вызывает высвобождение воспалительных цитокинов через внутриклеточные сигнальные пути, такие как митоген-активированные протеинкиназы, p38 и внеклеточные сигнал-регулируемые протеинкиназы. вызывают нейровоспалительные реакции и приводят к боли. Однако ингибирование или изменение микроглиальной активации/пролиферации может снизить аномальную возбудимость и NPP в нейронах дорсальногорога 27,28,29. Микроглия GI DREADD может снижать нейровоспаление, синаптическую функцию и NPP после пересечения спинномозговогонерва 30.
P2X7R широко экспрессируется в нервной системе, особенно в микроглиях. P2X7R регулирует активность микроглии, связываясь с их лигандами (АТФ или его аналогом BzATP) и играет ключевую роль вNPP 31,32. Уровень экспрессии P2X7R тесно связан со степенью боли. NPP индуцируется повышенной активацией или экспрессией P2X7R при повреждении нервов.
Через семь дней после повреждения периферического нерва экспрессия мРНК и белка P2X7R значительно увеличилась в спинном мозге, которая в основном локализована в микроглии дорсального рога. Интратекальная инъекция антагониста P2X7R (A438079) могла эффективно подавлять микроглиальную активацию и облегчать механическуюгиперчувствительность 33. Хорошо известно, что активация P2X7R способствует развитию невропатической боли (NPP), запуская микроглиальную активацию, способствуя их поляризации в сторону провоспалительного (M1) фенотипа, опосредуя выброс провоспалительных цитокинов, запуская нейровоспалительные каскады, усугубляя повреждение нервной ткани и, в конечном итоге, вызывая или усугубляя боль34,35. В частности, только сверхэкспрессия P2X7R достаточно для стимулирования активации и пролиферации микроглии. В частности, активация P2X7R в микроглии приводит к высвобождению провоспалительных цитокинов, таких как интерлейкин-1β (IL-1β), и этот процесс тесно связан с развитием и поддержаниемNPP 7. IL-1β выступает ключевым медиатором в активации и пролиферации микроглии, а его высвобождение или производство зависит от функции макропор P2X7R34. Обработка агонистом P2X7R BzATP может вызвать выделение микроглии IL-1α, IL-1β и IL-18, тогда как выделение других цитокинов и хемокинов не зависит от активации P2X7R. Эти результаты подчёркивают конкретную роль P2X7R в регулировании высвобождения цитокинов семействаIL-1 36. В совокупности эти результаты показывают, что P2X7R является критическим медиатором нейровоспалительных реакций, вызванных микроглией, в NPP. В первичной культивируемой крысиной микроглии цильнидипин может подавлять кальциевые реакции, опосредованные P2X7R, и высвобождение IL-1β; Исследования in vivo дополнительно подтверждают, что цилнидипин может обратить механическую аллодинию, вызванную микроглиальным воспалением, опосредованнымP2X7R. 7.
Кроме того, P2X7R может регулировать взаимодействие между микроглией и нейронами, участвуя в патогенезе NPP. В моделях NPP сигнальный путь P2X7R-p38 тесно связан с микроглиальным выпадением микровезикул и играет важную роль в прогрессировании NPP, опосредуя микроглиально-нейронныевзаимодействия 37. Электроакупунктура доказала свою эффективность в снижении плотности дендритных шипов, подавление аномального синаптического ремоделирования, облегчение нейровоспаления и улучшение невропатических болевых симптомов; эти эффекты связаны со снижением экспрессии P2X7R и улучшением нейроповеденческой функции. В отличие от этого, активация P2X7R BzATP может усиливать аномальное ремоделирование дендритного позвоночника/синапса и способствовать нейровоспалению, тем самым усиливая боль38.
Таким образом, модуляция активности P2X7R для смещения микроглии с провоспалительного фенотипа M1 на противовоспалительный M2 представляет собой перспективную терапевтическую стратегию для NPP. Фенотип микроглии M1 характеризуется высвобождением провоспалительных цитокинов (таких как IL-1β и TNF-α) и стимулированием нейровоспаления, тогда как фенотип M2 связан с выбросом противовоспалительных факторов и стимулированием восстановления тканей. Ингибирование активности P2X7R может обратить невропатическую боль, снижая экспрессию фактора некроза опухоли-α (TNF-α), интерлейкина-1α и IL-6 за счёт ингибирования фосфорилирования p38MAPK в микроглии, что сопровождается переходом микроглии с фенотипа M1 на M239.
Ботулотоксин A (BTX-A) смягчает NPP, ингибируя P2X7R и способствуя M2-поляризации счастливой микроглии, стимулируемойлипополисахаридом 40. Высокочастотная стимуляция спинного мозга значительно снижает иммунный ответ в спинном дорсальном роге и способствует длительному облегчению боли, инактивируя ось Kaiso-P2X7R в микроглии. Таргетирование Kaiso-P2X7R в микроглии значительно повысило эффективность высокочастотной стимуляции спинного мозга, тем самым уменьшая нейровоспаление и обеспечивая длительное облегчениеболи 41. Электроакупунктура может значительно увеличить болевой порог, вызванный повреждением седалищного нерва или агонистом P2X7R BzATP у мышей, подавлять активацию микроглии спинного мозга P2X7R, подавлять избыточную экспрессию IL-1β и IL-18 в спинном мозге, а также снижать тактильную гиперчувствительность и термическуюгипералгезию 42 (см. рисунок 1). Другие исследования также показали, что интратекальная инъекция термически обработанного Aconitum jaluense может подавлять выработку и экспрессию P2X7R в спинном мозге и снижать активацию микроглии, которая оказывает антигиперчувствительное действие наNPP 43. Кроме того, активация микроглии после повреждения периферических нервов играет важную роль в аномальной конвергенции ноцицептивных сигналов с нейронами спинного дорсального рога и возникновении NPP. Перекрёстный контакт между микроглией и нейронами наконец участвует в проявлении ноцицептивной гиперсенсорной боли. Галектин-3, получаемый из повреждённых сенсорных нейронов, усиливает возбуждающую синаптическую передачу возбуждающих нейронов в спинном дорсальном роге за счёт активации микроглии, что приводит к образованиюNPP 44. Эти исследования показали, что активность микроглии, опосредованная P2X7R, играет ключевую роль в NPP. Таргетирование микроглиальной активации путём ингибирования или снижения экспрессии P2X7R — это новый подход к лечению NPP.
3. P2X7R опосредует астроциты
Астроциты составляют около 20–40% от общего числа глиальных клеток центральной нервной системы, что является ключом к поддержанию стабильности окружающей среды в центральной нервной системе. Считается, что астроциты обеспечивают структурную и питательную поддержку нейронов и отличаются от других типов глиальных клеток экспрессирующими глиальными фибриллярными кислотными белками (GFAP). GFAP экспрессируется во всех основных ветвях и процессах астроцитов и динамически меняется во время перехода от травмы к реактивномусостоянию 45,46,47. Появляется всё больше доказательств того, что хроническая боль может быть вызвана астроцитарным глиозом. Кроме того, астроциты могут регулировать ноцицептивную синаптическую передачу через взаимодействия нейрон-глиальная и нейроглиально-глиальная клетка, а также участвуют в модуляции болевых сигналов и поддержанииNPP 45,48,49,50. Астроциты имеют обширный контакт с нейронными синапсами. Активация астроцитов может инициировать пластичность позвоночника, уменьшая синапсы, образующиеся вскоре после связывания седалищного нерва, и вызывая болевоеповедение 50. Исследования показали, что CXCL13, производимый нейронами, активирует астроциты через CXCR5, тем самым вызывая невропатическую боль и раскрывая взаимодействие нейрона и астроцитов в спинноммозге 51. Активация реактивных астроцитов включает различные механизмы передачи сигналов и молекулы, включая внутриклеточные киназы, каналы, рецепторы и факторы транскрипции. После возникновения патологических изменений они играют роль в регулировании боли послетравмы 52. Экспрессия аквапорана AQP4 в спинном мозге значительно повышается после повреждения спинного мозга, преимущественно экспрессируется в астроцитах, тогда как ингибирование AQP4 может ослаблять развитие и поддержание NPP, ингибируя активацию глиальных клеток и механизм противоневрита. Они показывают, что активация астроцитов участвует в патогенезе NPP. Поэтому нацеление на астроциты и подавление их активации полезно для облегчения NPP.
P2X7R также экспрессируется в астроцитах и может участвовать в NPP, регулируя активность астроцитов. Различные исследования подтвердили, что в модели невропатической боли экспрессия P2X7R значительно увеличивается в астроцитах, а активация астроцитов тесно связана с развитием и поддержаниемболи (53,54). В таких моделях в гиппокампе наблюдалось повышение уровня мРНК и белка P2X7R, а также его солокализация с астроцитным маркером GFAP. Одновременно повышены уровни компонентов, связанных с инфламасомой (NLRP3, ASC, Caspase-1), порообразующего белка Gasdermin D и зрелых цитокинов IL-1β и IL-18, что указывает на взаимодействие инфламмасомныхпутей 55 (Рисунок 1). С 11 по 21 день после невропатической модели боли хроническое лечение антагонистом P2X7R A438079 увеличило порог механического сокращения стопы и снизило депрессивные и тревожные поведения56. A438079 может значительно снизить иммунный ответ IBA-1 и GFAP у микроглии и астроцитов после патологической боли, вызванной повреждением нервов, а также облегчить болевое поведение укрыс 56. Возбуждающие постсинаптические токи, вызванные отдельными синаптическими волокнами C, были зафиксированы в секциях поясничного спинного мозга у крыс. BzATP активирует микроглию и астроциты или стимулирует первичные афферентные волокна C на высокой частоте, что приводит к долгосрочной потенциации афферентовC-волокна 9. Усиленный волокнистый афферентный ответ, вызванный BzATP, может быть блокирован антагонистами P2X7R A438079 и астроцитотоксином фтороацетатом соответственно9. Координированная активация микроглии и астроцитов может индуцировать глиально-опосредованный LTP на этих синапсах, высвобождая D-серин и фактор некроза опухоли-α (TNF-α9. Диабетическая невропатическая боль и депрессия, вызванные высоким уровнем глюкозы, вещества P (SP) и кортикостерона, могут повышать экспрессию P2X7R и уровень фосфорилирования фактора некроза опухоли-α, IL-1β, свободного кальция и ERK1/2 в первичных культивированных гиппокампальных астроцитах. Однако этот эффект можно подавить лечением дигидромирицетином или шРНК P2X7R57.
Астроциты активно участвуют в передаче сигналов АТФ и глутамата в мозге. АТФ и глутамат координируют активацию астроцитов, мобилизуя ионы кальция, которые, в свою очередь, запускают астроциты к высвобождению нескольких нейроактивных молекул, включая АТФ и сам глутамат, для сигнализации нейронов и регулирования синаптической передачи и возбуждениянейронов 58,59. Желатиновое вещество (SG) спинного мозга отвечает за передачу афферентной боли к восходящим проекционным нейронам. Нейроны и некоторые астроциты имеют внутренний ток на NMDA, AMPA имикофенола 58,59. Астроциты возбуждают нейроны за счёт кальциезависимого высвобождения глутамата на NMDA-рецепторах экстрасинаптических нейронов, в то время как задержка трансформации астроцитов приводит к ингибированиюнейронов 58. Критически важно, что агонист P2X7R BzATP усиливает внутренние токи как в нейронах, так и в астроцитах SG. Апрегуляция и активация P2X7R в этих астроцитах способствуют высвобождению глутамата, который затем стимулирует катионные токи в соседних нейронах через рецепторы NMDA и AMPA, облегчая передачуболи 60. Кроме того, ганглиозные нейроны дорсального корня могут индуцировать сильный выброс АТФ из соматических клеток. Высвобождённый АТФ активирует P2X7R в астроглиальных сателлитных клетках, которые окружают каждый ганглий дорсального корня, и запускает связь между нейронами и глиальнымиклетками 61. Активация P2X7R приводит к высвобождению фактора некроза-α опухоли из астроцитоподобных сателлитных клеток. Фактор некроз-α опухоли, в свою очередь, усилил ответ, опосредованный P2X3R, и увеличил возбудимость нейроновDRG 61. Эти исследования показали, что P2X7R может участвовать в NPP, регулируя взаимодействие между астроцитами и нейронами.
4. P2X7R опосредует активацию макрофагов
Взаимодействие иммунной и нервной систем очень важно при невропатической боли. Как главный виновник невропатической боли, был установлен иммунный ответ в нервной системе, который не только поддерживает появление и развитие боли, но и поддерживает еёразрешение 62. На самом деле иммунные клетки признаны промоторами нейровоспаления, вызывая боль и аллергию на всех уровнях пути невралгии. Активация иммунных клеток и инфильтрация в ходе боли способствуют прогрессированиюNPP 62,63,64. Параллельно активации микроглии в дорсальном роге после повреждения периферического нерва происходит значительное расширение и пролиферация макрофагов вокруг повреждённых сенсорных нейронов в ганглии дорсального корня (DRG). Удаление ганглиозных макрофагов дорсального корня может снизить механическую гиперчувствительность и расширение макрофагов DRG, вызванное повреждениемнервов 65. Системное или локальное удаление макрофагов может предотвратить болевуюаллергию 66.
Повышенная экспрессия P2X7R в макрофагах/моноцитах может влиять на работу врождённой иммунной системы. Макрофаги проявляются как M1 (провоспалительные) или M2 (противовоспалительные фенотипы) и экспрессируют рецепторы P2X7. В патологических условиях P2X7R реагирует на высокие концентрации внеклеточного АТФ, позволяя неселективный поток катионов (Na+,Ca 2+, K+)67,68. Активация P2X7R с более высокими концентрациями АТФ, особенно после многократного введения агонистов вызывает открытие пор мембраны, позволяет проходить молекулам ~900Da и способствует изменениям функциимакрофагов 67. Ещё одним важным фактором нейровоспалительного ответа, опосредованного P2X7R, является регуляция активности макрофагов, которая вызывает или поддерживает невропатическую боль, стимулируя активацию макрофагов, вырабатывая провоспалительные цитокины и вызывая воспалительные каскады. Макрофаг P2X7R должен быть коактивирован с эндотоксин-чувствительным рецептором Toll-подобным 4 (TLR4), чтобы индуцировать формирование воспалительного тела 3 (NLRP3). Затем воспалительное тело 3 (NLRP3) активирует пре-интерлейкин-1β (Pro-IL-1β) для разложения цистеиновой аспартазы-1 (Caspaza-1), что приводит к высвобождениюIL-1β 67,69 (рисунок 1). Производный нарингенина триметоксифлаванон (Y3) ингибировал функцию P2X7R после введения PTX, уменьшил инфильтрацию IBA1-положительных макрофагоподобных клеток в дорсальный корневой ганглий, а также гиперактивацию астроцитов и микроглии в спинном мозге облегчал невропатическую боль инейротоксичность. 15 макрофаги RAW264.7 лечились с высоким содержанием глюкозы и свободных жирных кислот для индуцирования иммунитета, опосредованного P2X7R, невропатическая боль и воспаление путём выделения цитокинов, ROS и активации сигнального путиERK 70.
Активация P2X7R — это механизм, стимулирующий макрофаги к быстрому созреванию и высвобождению IL-1β, который участвует в воспалительном процессе и ноцицептивной передаченервов 71,72. Антагонист P2X7R A839977 блокировал индуцированный BzATP приток кальция рекомбинантного P2X7R у человека, крысы и мыши, эффективно блокировал поглощение и высвобождение IL-1β человеческими клетками THP-1, индуцированный агонистами, и вызвал сильный антигипералгезический эффект73. Интересно, что у мышей с нокаутом с IL-1αβ обезболивающий эффект A839977 полностью исчез73. Предполагается, что антигипералгетический эффект блокады P2X7R в модели боли у мышей опосредован блокировкой высвобождения IL-1β. Исследования показали, что A438079-антагонист P2X7R может уменьшать количество IL-1β, выделяемого периферическими макрофагами в зависимости от дозы, подавлять спонтанную активность нейронов спинного мозга у невропатических крыс и регулировать болевое поведение, модулируя иммунно-нейронное взаимодействие, высвобождаемое эндогеннымицитокинами 74.
5. Нейрон, регулируемый P2X7R,
Повреждение периферических нервов вызывает чрезмерную ноцицептивную реакцию нейронов спинного дорсального рога и активирует конвергентные ноцицептивные афференты спинномозговых дорсальных роговых нейронов. Это изменение считается показателем развития АЭС75. В спинном мозге крысы нокаут гена медиатора белка 2 (CRMP2) с короткоинтерференцией, опосредованного РНК-коллапсином, снизил частоту и амплитуду спонтанных возбуждающих постсинаптических токов в острых поверхностных спинно-дорсальных роговых нейронах, но не снизил частоту и амплитуду спонтанных тормозных постсинаптических токов и не повлиял на малые возбуждающие постсинаптические и тормозные постсинаптическиетоки 76. Экспрессия P2X7R на нейронах исторически подвергалась спорам. Ранее было спорно, экспрессируется ли P2X7R в нейронах. С развитием исследований некоторые исследования показали, что P2X7R экспрессируется нейронами, которые могут регулировать нейронную активность и участвуют в передаче сенсорной информации и генерацииболи 77,78,79. В модели NPP крыс нейроны DRG обрабатывались гликопротеином оболочки ВИЧ 120 (Gp120). Активация гониста P2X7R (BzATP) увеличила нейронный ток, тогда как антагонист P2X7R BBG значительно ингибировал ток, активируемый BzATP, и облегчил гипералгезию в нейронах DRG, обработанных gp120,80. АТФ может индуцировать выработку ROS в спинномозговых дорсальных роговых нейронах, которые могут быть устранены ROS-падальщиком N-терт-бутил-α-бензонитрилом и антагонистом P2X7R A43807981. Интратекальная инъекция агониста P2X7R BzATP может индуцировать производство ROS спинного мозга и окислительное повреждение ДНК нейронов дорсального рога, а также усиливать биполярное спонтанное ноцицептивное поведение укрыс 81. Это свидетельствует о том, что активация нейронов P2X7R приводит к выработке ROS и последующей ноцицептивной боли у крыс.
Активация P2X7R оказывает значительное влияние на активность нейронов спинного мозга после хронических повреждений. В животной модели патологической боли антагонист P2X7R A438079 может снижать вызываемую активность различных типов нейронов спинного мозга (низкий порог, ноцицептивно-специфический, широкий динамический диапазон), регулировать центральную сенсибилизацию и вызвать антиноцицептивныйэффект 82. Другие исследования показали, что повышение уровня белка DRG BDNF, вызванное повреждением седалищного нерва, может усиливать активность P2X7R и способствовать повышению экспрессии белка DRG P2X7R, вызванной повреждением седалищногонерва 83. Кроме того, гиперэкспрессия BDNF увеличивает экспрессию P2X7R в нейронах DRG и опосредует развитие NPP. Также было показано, что гиперэкспрессия BDNF увеличивает экспрессию P2X7R в нейронах DRG и опосредуетNPP 83. Эти исследования показали, что P2X7R экспрессируется в нейронах, а нейронные токи и активности опосредуют невропатическую боль. Однако некоторые исследования показали, что при невропатической боли P2X7R экспрессируется не в нейронах, а в глиальных клетках (например, сателлитных глиальных клеток в дорсальном корневом ганглие), регулирующих NPP. Поэтому необходимы дальнейшие исследования для подтверждения и разъяснения механизмов, лежащих в основе экспрессии и регуляции функции нейронов P2X7R.
6. Антагонистическая активация P2X7R и терапия NPP
Как уже упоминалось, активация P2X7R опосредует возникновение и развитие невропатической боли. Таким образом, ингибирование активации P2X7R оказывает фармакологическое влияние на облегчение и лечение NPP. В настоящее время разработано множество антагонистов P2X7R (таких как BBG, A438079 и A740003). Эти антагонисты могут воздействовать на активность P2X7R и хорошо применяются при различных заболеваниях (таких как повреждения спинного мозга, опухоли и сердечно-сосудистые заболевания). Подтверждено, что таргетированный P2X7R выполняет функцию лечения связанных заболеваний 84,85,86. Соответственно, эти антагонисты также применялись в лечении боли, а фармакологические свойства обезболивающих могут быть реализованы путём ингибирования активации P2X7R87,88.
A740003 (N-(1-{[цианоимино) (5-хинолиниламино) метил] амино}-2 цианоимино-диметилпропил)-2-(3-метоксифенил) ацетамид и A438079 (3-(2mae 3mE 3muricophenyl)-1H-тетразол-1-ил) метилпиридин гидрохлорид были идентифицированы почти одновременно. A740003 является производным цианогуанидина, а A438079 — производным тетразола. Изначально они были описаны как мощные ингибиторы рецепторов P2X7, а позже были охарактеризованы как аллостерические антагонисты, связывающиеся с участком, отличным от АТФ-связывающегокармана 89,90. Они действуют на P2X7R одинаково и проявляют тот же эффект при различных мутациях в аллостерическом кармане, что указывает на их связывание в очень похожей конфигурации. A740003 — новый соревновательный антагонист P2X7R. Его IC50 против человека и крысы составляет 40 нм и 18 нм, соответственно89. Антагонистический IC50 A438079 к человеку P2X7R составлял 130нМ 91,92. В животной модели диабетической невропатической боли интратекальная инъекция антагониста P2X7R A438079 значительно продлила механический порог отмены и термическую задержку отмены, снизила уровень мРНК и белка TRPV1 в дорсальном корневом ганглие, снизила уровень фосфорилирования p38 и внеклеточного сигнального регуляторного белка 1sum2 (ERK1/2), а также облегчилаNPP 93. A438079 значительно снизил активность микроглии и астроцитов после лигации седалищного нерва, повысил порог отмены механической лапы (MWT), уменьшил длительность термической отмены и уменьшил депрессивные и тревожные поведения94. Количество PWT у мышей увеличивалось на 3 часа после интратекального введения селективного антагониста P2X7R A740003 (50 нмоль/л × 5 мкл), и достигло пика через 5 часов. Кроме того, он также может облегчить боль, устраняя экспрессию P2X7R умышей 95.
Другим антагонистом при применении NPP является Brilliant Blue G, широко используемый производный синтетического пищевого красителя FD&C Blue 1, который является высокоселективным антагонистом P2X7R96. BBG действует как высокоселективный антагонист P2X7R в моделях крыс, где он связывается с аллостерическим карманом неконкурентным образом, подавляя токи, вызванные АТФ, с IC50 около 300нМ 97,98. Его потенциальная полезность подтверждается исследованиями, демонстрирующими его безопасность и способность проникать через гематоэнцефалический барьер в моделяхгрызунов 99. Ингибитор P2X7R BBG может снижать экспрессию NLRP3, IL-1β, IL-18, Caspase-1 и P2X7R в микроглиях, стимулируемых липополисахаридом, и повышать болевой порог укрыс на 100. Внутрибрюшинная инъекция агониста TRPV4 GSK-1016790A может значительно увеличить механическую гипералгезию и термическую гипералгезию у крыс, тогда как антагонист P2X7R BBG может частично подавить гипералгезию укрыс 100. Антагонист P2X7R BBG может снижать экспрессию рецептора IL-1β и фактора некроза опухолей α, а также уровень фосфорилирования ERK1/2, повышать экспрессию IL-10 и облегчать гипералгезию у крыс сNPP 101.
Другие широко используемые антагонисты P2X7R, такие как KN-62, JNJ-54175446 и AZ10606120, оказывают фармакологическое влияние на облегчение боли при других типах боли, включая воспалительную, висцеральную боль и боль при раке костей 102,103,104, но существует мало сообщений о применении NPP, которые могут отличаться от P2X7R в различных типах животных моделей и схемах проектирования. Тем не менее, антагонисты P2X7R добились определённого прогресса в терапии NPP и имеют потенциал для дальнейшего развития. Поэтому есть отличная перспектива исследовать больше антагонистов, нацеленных на P2X7R в NPP.
7. Целенаправленное снижение экспрессии P2X7R для облегчения NPP
Известно, что повреждения центральной нервной системы (спинного мозга) или периферических нервов (например, седалищного или тройничного нерва) могут значительно повышать экспрессию P2X7R в тканях, что тесно связано с появлением и прогрессированием NPP. Различные исследования показали, что экспрессия P2X7R значительно повышается в невропатической модели боли. Поэтому нацеление на P2X7R и снижение его экспрессии могут облегчить или лечить NPP. В настоящее время некоторые исследования показали, что физиотерапия, миграция клеток, растительные компоненты (такие как галловая кислота), ботулотоксин и ресвератрол могут снижать экспрессию P2X7R в тканях спинного мозга или нервов, и значительные результаты были отмечены в лечении NPP 105,106,107,108,109,110. Каннабиноидный рецептор 2 (CB2R) — один из важных рецепторов в эндогенной каннабиноидной системе. Он широко экспрессируется в центральной нервной системе, особенно в глиальных клетках, и играет важную роль в развитии и прогрессировании воспалениянервной системы 111. После пощадённого повреждения нервов содержание P2X7R в спинном дорсальном роге со временем увеличивалось, но после непрерывной интратекальной инъекции агониста CB2R PM226 содержание белка P2X7R в ткани мозга значительно снизилось, уменьшилось количество микроглии и выделение воспалительных цитокинов, сыграло нейропротекторную роль и облегчило механическую гипералгезию укрыс 111. Галловая кислота (3-4-5-тригидроксибензойная кислота), которая естественным образом встречается во многих растениях, обладает противовоспалительным, антиоксидантным и обезболивающим действием. Исследования показали, что галловая кислота может подавлять ферроптоз в микроглии спинного мозга и уменьшать повреждение митохондрий, регулируя сигнальный путь P2X7R-ROS, тем самым облегчая поведенческие изменения у крыс с болью идепрессией 112. Дигидромирикетин может снижать экспрессию P2X7R в DRG, спинном мозге и гиппокампе, снижать уровень фосфорилированного внеклеточного сигнал-регулируемого белка 1, p38, TNF-α и IL-1, а также эффективно снижать NPP укрыс 113.
В последние годы, благодаря постоянному изучению методов лечения боли, была введена концепция терапии трансплантации клеток. Исследователи культивировали активные и функциональные клетки (такие как мезенхимальные стволовые клетки, нейронные стволовые клетки, клетки Шванна и обонятельные оболоченные клетки) в проекторально и пересадили их в хозяина с помощью нейропротекции, противовоспаления и стимулирования аксональной регенерации, что снизило экспрессию P2X7R в тканях, тем самым сыграв роль в облегченииNPP 114,115,116,117,118. Исследование показало, что через 4 недели после введения нейронных стволовых клеток в повреждённый сегмент спинного мозга в модели повреждения спинного мозга у крысы экспрессия белка нейрофиламентов значительно увеличилась, при этом экспрессия глиального фибриллярного кислотного белка и P2X7R (P2X4R) снизилась, моторная и сенсорная функция значительно улучшилась, а невропатическая больоблегчила 119. В нашем предыдущем исследовании после трансплантации обонятельных оболочных клеток и микроинкапсулированных обонятельных оболочных клеток в модель повреждения седалищного нерва экспрессия P2X7R в спинном мозге была оценена с помощью поведенческих методов. Результаты показали, что трансплантация клеток может значительно снизить экспрессию белка и мРНК P2X7R, а также количество положительных клеток, маркированных P2X7R, в ткани спинного мозга, и облегчить гипералгезию укрыс 118. Мы дополнительно усилили снижение экспрессии P2X7R в обонятельных клетках, оболоченных в сочетании с биоматериалами (хитозаном) в зоне повреждённого седалищного нерва, что значительно облегчило NPP укрыс 120. Все эти исследования показывают, что таргетирование P2X7R и снижение его экспрессии могут облегчить или лечить NPP, обеспечивая более широкое распространение лечения NPP.
Уточнение гетерогенности моделей NPP имеет решающее значение для клинической трансформации таргетной терапии P2X7R. По сравнению с другими распространёнными методами лечения NPP, таргетированные на P2X7R стратегии (антагонисты, целенаправленная пониженная регуляция) обладают уникальными преимуществами в регулировании ключевых популяций клеток и блокировании пуринергическойсигнализации 3,4,6,7,10,12.
NPP можно разделить на травматические, диабетические, химиоиндуцированные и вирусные типы, с различными механизмами, опосредованными P2X7R; 2,5,12,55,80,101: травматические модели включают активацию глии и пуринергическое расстройство 4,5,33; Диабетические модели связаны с нейровоспалением, вызванным гипергликемией, и активацией инфламмасом NLRP3 5,113; модели, индуцированные химиотерапией, включают активацию макрофагов/глиальных и сенсибилизированных 2,15; Вирусные модели опосредованы иммунной/глиальной активацией и повышенной возбудимостью сенсорныхнейронов 6,80,101, что соответствует клиническимслучаям 12.
Инициация NPP зависит от активации P2X7R, вызванной АТФ, и начальногонейровоспаления 3,5,2,55,80; поддержание зависит от устойчивой активации P2X7R и аномальной глиально-нейроннойкоммуникации 4,6,56,60. У самок животных наблюдается более высокая экспрессия P2X7R, более сильная боль и повышенная чувствительность к антагонистам в травматических и диабетическихмоделях 55,66, в то время как половые различия в других моделях остаются недостаточно изученными.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Механизм NPP после повреждения нерва сложен, что может привести к сенсорной и моторной дисфункции, серьёзно повлиять на качество жизни пациентов, и эффективного лечения нет. Поэтому изучение молекулярной основы NPP полезно для лечения NPP. К счастью, показано, что ионный канал P2X7R играет ключевую роль в возникновении и развитии NPP. Активация или гиперэкспрессия P2X7R может регулировать активацию глиальных клеток и макрофагов, опосредовать выброс провоспалительных цитокинов и воспалите...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Ни одного.
Ни одного.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.