Etablere en musemodell av en ren lite Fiber nevropati med den Ultrapotent Agonist forbigående reseptor potensielle Vanilloid type 1
Summary
Denne studien etablerer en eksperimentell modell av ren lite fiber nevropati med resiniferatoxin (RTX). En unik dose RTX (50 µg/kg) er optimal for å utvikle en liten fiber nevropati modell som etterligner pasienten egenskaper og kunne hjelpe undersøke nociceptive molekylær betydning underliggende nevropatisk smerte.
Abstract
Pasienter med diabetes mellitus (DM) eller de opplever nevrotoksiske effekter av chemotherapeutic agenter kan utvikle følelsen lidelser degenerasjon og skade av liten diameter sensoriske neurons, kalt lite fiber nevropati. Nåværende dyr modeller av små fiber nevropati påvirker både store og små-diameter sensoriske fiber og dermed skape en neuropathology kompleks til riktig vurdere virkningene av skadde liten diameter sensoriske fiber. Derfor er det nødvendig å utvikle en eksperimentell modell av ren lite fiber nevropati tilstrekkelig undersøke disse spørsmålene. Denne protokollen beskriver en eksperimentell modell av små fiber nevropati påvirker spesielt liten diameter sensoriske nerve med resiniferatoxin (RTX), en ultrapotent Agonistiske forbigående reseptor potensielle vanilloid type 1 (TRPV1), gjennom en enkelt dose intraperitoneal injeksjon, kalt RTX nevropati. Denne RTX nevropati viste patologisk manifestasjoner og atferdsmessige abnormiteter som etterligner klinisk karakteristikkene av pasienter med lite fiber nevropati, inkludert intraepidermal nerve fiber (IENF) degenerasjon, spesielt skade i liten diameter neurons, og induksjon av termisk hypoalgesia og mekanisk allodynia. Denne protokollen testet tre doser av RTX (200, 50 og 10 µg/kg, henholdsvis) og konkluderte med en kritisk dose RTX (50 µg/kg) er nødvendig for utvikling av typiske små fiber nevropati manifestasjoner, og utarbeidet en modifisert immunostai-prosedyre for å undersøke IENF degenerasjon og neuronal soma skade. Endret prosedyren er rask, systematisk og økonomisk. Atferdsproblemer vurdering av nevropatisk smerte er avgjørende å avsløre funksjonen av liten diameter sensoriske nerver. Evalueringen av mekanisk terskler i eksperimentell gnagere er spesielt utfordrende og denne protokollen beskriver en tilpasset metallnett som passer for denne typen vurdering i gnagere. Oppsummert er RTX nevropati nye og lett etablerte eksperimentell modell å evaluere molekylær betydning og intervensjon underliggende nevropatisk smerte for utvikling av terapeutiske agenter.
Introduction
Lite fiber nevropati involverer nevropatisk smerten, som det fremgår av degenerering av IENFs, er vanlig i ulike forhold, som DM, og som et resultat av nevrotoksiske effekter av chemotherapeutic agenter1,2, 3,4,5. IENFs er de eksterne terminalene av liten diameter neurons i dorsal root Ganglion (DRG), og berøres parallelt i tilfeller av IENF degenerasjon6. For eksempel har endret oppstrøms genetisk transkripsjon av neuronal somata blitt demonstrert av oppregulering av aktivere transkripsjon faktor-3 (ATF3)6,7. Videre er evaluering av IENFs gir med huden biopsi nyttig for diagnosen lite fiber nevropati5,8,9. Tradisjonelt har profiler av IENFs på huden biopsi avhengig immunohistochemical demonstrasjon av protein gene produktet 9.5 (PGP 9,5)1,10,11. Samlet patologisk profiler av DRG og IENFs gjenspeiler funksjonelle tilstanden underliggende lite fiber nevropati og kan være en indikator for funksjonell konsekvensene av denne typen nevropati på liten diameter neurons.
Tidligere har flere eksperimentelle modeller adressert spørsmålet om IENF degenerasjon i tilfeller av kjemoterapi-indusert nevropati12,13 og nerve skader forårsaket av komprimering eller transection14,15 , 16. disse eksperimentelle modeller også påvirket stor-diameter nerver; Det var derfor, det er ikke mulig å ekskludere bidrag av berørte stor-diameter nerver i den observerte lite fiber nevropati; undersøkelse av thermosensation lidelse av skadelige uttak avhenger for eksempel funksjonelle motor nerve fiber17,18,19. Dermed er etablere en ren lite fiber nevropati modell og systematisk undersøke statusen patologisk neuronal somata og deres eksterne cutaneous nerve fiber i tynne neurons nødvendig og avgjørende.
RTX er en capsaicin analog og en potent Agonistiske å forbigående reseptor potensielle vanilloid reseptor 1 (TRPV1), som formidler nociceptive behandling20,21,22. Nylig perifere RTX behandling lettet neurogenic smerte23,24,25 og en intraganglionic injeksjon av RTX indusert irreversibel tap av DRG neurons22. Effekten av eksterne RTX administrasjon er doseavhengig20,26,27, som resulterte i forbigående desensitization eller degenerasjon av IENFs. Intriguingly, systematisk høydose RTX behandling førte til nevropatisk smerte28, et symptom på små fiber nevropati. Disse funnene tyder på at behandling modus og dose RTX produsere forskjellige patologisk effekter og neuronal svar; nemlig, ekstern administrasjon forhindret smerte overføring av lokale effekter29 og påvirket de neuronal somata som utviklet nevropatisk atferd6. Samlet viser disse funnene at RTX har en multipotency effekt og reist spørsmålet om det er en bestemt dose RTX som systematisk kan påvirke eksterne nervene, som eksterne IENFs og sentrale neuronal somata. I så fall kan RTX være en potensiell agent spesielt påvirker liten diameter nevroner og etterligne små fiber nevropati i klinikken. For eksempel er DM i klinikken en komplisert sak inkludert stoffskiftesykdom og neuropathology av eksterne nerver, som er sammensatt av små fiber nevropati. Mekanismer for DM-assosiert lite fiber nevropati kunne ikke utelukke bidrag av stoffskiftesykdom som ikke kanskje er den viktigste agenten påvirker perifere nerver. Derfor krever DM-assosiert lite fiber nevropati en ren dyr modell som kan utelukke effekten av systematisk stoffskiftesykdom. Denne protokollen beskriver arbeider dosen av RTX å utvikle en typisk liten fiber nevropati modellen, inkludert IENF degenerasjon og tynne Nevron skade, som demonstrert av endrede immunostai-analyse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Effektiv behandling av små fiber nevropati i klinikken er nødvendig for å fremme funksjonelle utvinning og livskvalitet pasienter. Foreløpig er det mangel på en terapeutisk guide målretting sensoriske lidelse forbundet med lite fiber nevropati skyldes mangel på omfattende forståelse av molekylære mekanismer underliggende liten diameter neuronal skade. Tidligere modeller av neuropathy påvirkes vanligvis både store og små-diameter sensoriske nerver; for eksempel modeller av kjemoterapi-indusert nevropati<sup cl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av tilskudd fra departementet for vitenskap og teknologi (106-2320-B-037-024), Kaohsiung medisinske universitet (KMU-M106028, KMU-S105034) og målet for topp universiteter stipend (TP105PR15), Kaohsiung medisinske universitet, Taiwan.
Materials
| Chemical reagent | |||
| Resiniferatoxin | Sigma | R8756 | |
| Tween 80 | Sigma | P1754 | |
| 3,3’-diaminobenzidine | Sigma | D8001 | |
| avidin-biotin complex | Vector | PK-6100 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Primary Antisera | |||
| Peripherin | Chemicon | MAB-1527 | |
| ATF3 | Santa Cruz | SC-188 | |
| PGP9.5 | UltraClone | RA95101 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Secondary Antisera | |||
| Biotinylated goat anti-rabbit IgG | Vector | BA-1000 | |
| Texas Red-conjugated goat anti-mouse | Jackson ImmunoResearch | 115-075-146 | |
| Isothiocyanate (FITC)-conjugated donkey anti-rabbit | Jackson ImmunoResearch | 711-095-152 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Hot plate | IITC | Model 39 | |
| von Frey filament | Somedic Sales AB | 10-600-0001 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Material | |||
| Shandon coverplate | Thermo scientific | 72110017 | |
| Slide rack | Thermo scientific | 73310017 |
References
- Shun, C. T., et al. Skin denervation in type 2 diabetes: correlations with diabetic duration and functional impairments. Brain. 127 (Pt 7), 1593-1605 (2004).
- Polydefkis, M., et al. The time course of epidermal nerve fibre regeneration: studies in normal controls and in people with diabetes, with and without neuropathy. Brain. 127 (Pt 7), 1606-1615 (2004).
- Holland, N. R., et al. Small-fiber sensory neuropathies: clinical course and neuropathology of idiopathic cases. Ann Neurol. 44 (1), 47-59 (1998).
- Chaudhry, V., Rowinsky, E. K., Sartorius, S. E., Donehower, R. C., Cornblath, D. R. Peripheral neuropathy from taxol and cisplatin combination chemotherapy: clinical and electrophysiological studies. Ann Neurol. 35 (3), 304-311 (1994).
- Mellgren, S. I., Nolano, M., Sommer, C. The cutaneous nerve biopsy: technical aspects, indications, and contribution. Handb Clin Neurol. 115, 171-188 (2013).
- Hsieh, Y. L., Chiang, H., Lue, J. H., Hsieh, S. T. P2X3-mediated peripheral sensitization of neuropathic pain in resiniferatoxin-induced neuropathy. Exp Neurol. 235 (1), 316-325 (2012).
- Fukuoka, T., et al. Re-evaluation of the phenotypic changes in L4 dorsal root ganglion neurons after L5 spinal nerve ligation. Pain. 153 (1), 68-79 (2012).
- Joint Task Force of the, E., et al. European Federation of Neurological Societies/Peripheral Nerve Society Guideline on the use of skin biopsy in the diagnosis of small fiber neuropathy. Report of a joint task force of the European Federation of Neurological Societies and the Peripheral Nerve Society. J Peripher Nerv Syst. 15 (2), 79-92 (2010).
- Hsieh, S. T. Pathology and functional diagnosis of small-fiber painful neuropathy. Acta Neurol Taiwan. 19 (2), 82-89 (2010).
- Kennedy, W. R., Wendelschafer-Crabb, G. Utility of the skin biopsy method in studies of diabetic neuropathy. Electroencephalogr Clin Neurophysiol Suppl. 50, 553-559 (1999).
- Kennedy, W. R. Opportunities afforded by the study of unmyelinated nerves in skin and other organs. Muscle Nerve. 29 (6), 756-767 (2004).
- Verdu, E., et al. Physiological and immunohistochemical characterization of cisplatin-induced neuropathy in mice. Muscle Nerve. 22 (3), 329-340 (1999).
- Ko, M. H., Hu, M. E., Hsieh, Y. L., Lan, C. T., Tseng, T. J. Peptidergic intraepidermal nerve fibers in the skin contribute to the neuropathic pain in paclitaxel-induced peripheral neuropathy. Neuropeptides. 48 (3), 109-117 (2014).
- Hsieh, S. T., Chiang, H. Y., Lin, W. M. Pathology of nerve terminal degeneration in the skin. J Neuropathol Exp Neurol. 59 (4), 297-307 (2000).
- Tseng, T. J., Hsieh, Y. L., Ko, M. H., Hsieh, S. T. Redistribution of voltage-gated sodium channels after nerve decompression contributes to relieve neuropathic pain in chronic constriction injury. Brain Res. 1589, 15-25 (2014).
- Hsieh, Y. L., Lin, W. M., Lue, J. H., Chang, M. F., Hsieh, S. T. Effects of 4-methylcatechol on skin reinnervation: promotion of cutaneous nerve regeneration after crush injury. J Neuropathol Exp Neurol. 68 (12), 1269-1281 (2009).
- Tseng, T. J., Chen, C. C., Hsieh, Y. L., Hsieh, S. T. Effects of decompression on neuropathic pain behaviors and skin reinnervation in chronic constriction injury. Exp Neurol. 204 (2), 574-582 (2007).
- Hsieh, Y. L., Chiang, H., Tseng, T. J., Hsieh, S. T. Enhancement of cutaneous nerve regeneration by 4-methylcatechol in resiniferatoxin-induced neuropathy. J Neuropathol Exp Neurol. 67 (2), 93-104 (2008).
- Hsieh, Y. L., et al. Role of Peptidergic Nerve Terminals in the Skin: Reversal of Thermal Sensation by Calcitonin Gene-Related Peptide in TRPV1-Depleted Neuropathy. PLoS One. 7 (11), e50805 (2012).
- Neubert, J. K., et al. Peripherally induced resiniferatoxin analgesia. Pain. 104 (1-2), 219-228 (2003).
- Almasi, R., Petho, G., Bolcskei, K., Szolcsanyi, J. Effect of resiniferatoxin on the noxious heat threshold temperature in the rat: a novel heat allodynia model sensitive to analgesics. Br J Pharmacol. 139 (1), 49-58 (2003).
- Karai, L., et al. Deletion of vanilloid receptor 1-expressing primary afferent neurons for pain control. J Clin Invest. 113 (9), 1344-1352 (2004).
- Apostolidis, A., et al. Capsaicin receptor TRPV1 in urothelium of neurogenic human bladders and effect of intravesical resiniferatoxin. Urology. 65 (2), 400-405 (2005).
- Helyes, Z., et al. Antiinflammatory and analgesic effects of somatostatin released from capsaicin-sensitive sensory nerve terminals in a Freund’s adjuvant-induced chronic arthritis model in the rat. Arthritis Rheum. 50 (5), 1677-1685 (2004).
- Kissin, I., Bright, C. A., Bradley, E. L. Selective and long-lasting neural blockade with resiniferatoxin prevents inflammatory pain hypersensitivity. Anesth Analg. 94 (5), 1253-1258 (2002).
- Helyes, Z., et al. Inhibitory effect of anandamide on resiniferatoxin-induced sensory neuropeptide release in vivo and neuropathic hyperalgesia in the rat. Life Sci. 73 (18), 2345-2353 (2003).
- Kissin, I. Vanilloid-induced conduction analgesia: selective, dose-dependent, long-lasting, with a low level of potential neurotoxicity. Anesthesia and analgesia. 107 (1), 271-281 (2008).
- Pan, H. L., Khan, G. M., Alloway, K. D., Chen, S. R. Resiniferatoxin induces paradoxical changes in thermal and mechanical sensitivities in rats: mechanism of action. J Neurosci. 23 (7), 2911-2919 (2003).
- Iadarola, M. J., Mannes, A. J. The vanilloid agonist resiniferatoxin for interventional-based pain control. Current topics in medicinal chemistry. 11 (17), 2171-2179 (2011).
- Zimmermann, M. Ethical guidelines for investigations of experimental pain in conscious animals. Pain. 16 (2), 109-110 (1983).
- Chaplan, S. R., Bach, F. W., Pogrel, J. W., Chung, J. M., Yaksh, T. L. Quantitative assessment of tactile allodynia in the rat paw. J Neurosci Methods. 53 (1), 55-63 (1994).
- Cliffer, K. D., et al. Physiological characterization of Taxol-induced large-fiber sensory neuropathy in the rat. Ann Neurol. 43 (1), 46-55 (1998).
- Lipton, R. B., et al. Taxol produces a predominantly sensory neuropathy. Neurology. 39 (3), 368-373 (1989).
- Bennett, G. J., Xie, Y. K. A peripheral mononeuropathy in rat that produces disorders of pain sensation like those seen in man. Pain. 33 (1), 87-107 (1988).
- Ko, M. H., Hsieh, Y. L., Hsieh, S. T., Tseng, T. J. Nerve demyelination increases metabotropic glutamate receptor subtype 5 expression in peripheral painful mononeuropathy. Int J Mol Sci. 16 (3), 4642-4665 (2015).
- Jeftinija, S., Liu, F., Jeftinija, K., Urban, L. Effect of capsaicin and resiniferatoxin on peptidergic neurons in cultured dorsal root ganglion. Regul Pept. 39 (2-3), 123-135 (1992).
- Caudle, R. M., et al. Resiniferatoxin-induced loss of plasma membrane in vanilloid receptor expressing cells. Neurotoxicology. 24 (6), 895-908 (2003).
- Acs, G., Biro, T., Acs, P., Modarres, S., Blumberg, P. M. Differential activation and desensitization of sensory neurons by resiniferatoxin. J Neurosci. 17 (14), 5622-5628 (1997).
- Athanasiou, A., et al. Vanilloid receptor agonists and antagonists are mitochondrial inhibitors: how vanilloids cause non-vanilloid receptor mediated cell death. Biochem Biophys Res Commun. 354 (1), 50-55 (2007).
- Wu, C. H., Ho, W. Y., Lee, Y. C., Lin, C. L., Hsieh, Y. L. EXPRESS: NGF-trkA signaling modulates the analgesic effects of prostatic acid phosphatase in resiniferatoxin-induced neuropathy. Mol Pain. 12, (2016).
- Hsiao, T. H., Fu, Y. S., Ho, W. Y., Chen, T. H., Hsieh, Y. L. Promotion of thermal analgesia and neuropeptidergic skin reinnervation by 4-methylcatechol in resiniferatoxin-induced neuropathy. Kaohsiung J Med Sci. 29 (8), 405-411 (2013).
- Chao, C. C., et al. Pathophysiology of neuropathic pain in type 2 diabetes: skin denervation and contact heat-evoked potentials. Diabetes Care. 33 (12), 2654-2659 (2010).
- Kim, S. H., Chung, J. M. An experimental model for peripheral neuropathy produced by segmental spinal nerve ligation in the rat. Pain. 50 (3), 355-363 (1992).
