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In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in der Aufklärung von Mechanismen der Protonensensibilität auf molekularer Ebene gemacht, die ein wesentliches Element der Nozizeption darstellt. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von den in diesem Zusammenhang entdeckten Kanälen TRPV1 und ASIC3 auf die Protonensensitivität von nativen Spinalganglienneuronen, sowie Unterschiede zwischen der IB4-positiven und der IB4-negativen Population untersucht. Hierzu wurden Patch-Clamp-Studien an isolierten Neuronen von TRPV1-defizienten und ASIC3-defizienten Mäusen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Experimente bestätigen dabei die wesentliche Rolle von TRPV1 für die Protonensensibilität. Insbesondere für nicht desensibilisierende Komponenten von protoneninduzierten Strömen, die für die Transduktion extrazelluärer azidotischer Schmerzzustände in eine anhaltende Erregung des nozizeptiven Systems verantwortlich sind, ist TRPV1 von großer Bedeutung. Diese sind in den TRPV1-defizienten Neuronen stark reduziert. Der Einfluss von ASIC3 auf diese Komponenten ist hingegen gering, auch wenn es Hinweise auf eine Beteiligung dieses Rezeptors an diesen Komponenten gibt. Größere Bedeutung hat ASIC3 für schnell desensibilisierende Komponenten der Reaktion dieser Neurone auf Protonen, die von ASIC3-defizienten seltener als von Wildtyp-Neuronen gezeigt werden. Die Bedeutung dieser transienten Komponenten ist nicht geklärt, wahrscheinlich erfüllen sie eine modulatorische Funktion, nicht nur im nozizeptiven System. Noch wenig ist über die funktionellen Unterschiede der zwei verschiedenen Subpopulationen nozizeptiver Neurone bekannt, die durch die Bindung des Isolektins B4 differenziert werden können. Diese Arbeit gibt Hinweise darauf, dass sich diese auch in ihrer Protonensensitivität unterscheiden. Das könnte Ausdruck dafür sei, dass diese an der Wahrnehmung unterschiedlicher Schmerzzustände beteiligt sind. Die Charakterisierung der Mechanismen des komplexen nozizeptiven Systems auf zellulärer und molekularer Ebene ist Vorraussetzung zur Entwicklung von gezielt wirkenden, analgetischen Pharmaka. Die schon lange bekannte Wirksamkeit von Capsaicin – dem wohl bekanntesten Agonisten von TRPV1 – bei verschiedenen schmerzhaften Zuständen und fortschreitende Erkenntnisse über die Bedeutung dieses und der ASIC-Rezeptoren bei der Wahrnehmung von schmerzassoziierter Gewebsazidose, zeigt Wege auf, über die solche Medikamente ihre Wirkung entfalten könnten.
In dieser Arbeit sollte an weiblichen Sprague Dawley Ratten untersucht werden, ob sich durch die Antidepressiva Amitriptylin und Venlafaxin Schmerzverhalten nach Nervenläsion verringern läßt und wenn ja, welche Mechanismen dieser Wirkung zugrunde liegen. Den Tieren wurde einseitig der N. ischiadicus nach dem Nervenläsionsmodell der Chronic-Constriction-Injury (CCI) operiert. Das Schmerzverhalten der mit Antidepressiva behandelten Tiere wurde über zwei bis drei Wochen verblindet im Vergleich mit plazebobehandelten Tieren untersucht. Das Ausmaß von Hitzehyperalgesie und taktiler Allodynie wurde durch die Anwendung etablierter Testverfahren quantifiziert. Amitriptylin hatte in der Dosis von zweimal täglich 10 mg/kg KG i.p. keinen relevanten Effekt auf das Schmerzverhalten der Tiere. Eine akute Gabe von Amitriptylin bei Tieren, die zuvor über 19 Tage chronisch mit Amitriptylin behandelt worden waren, reduzierte die taktile Allodynie geringgradig und hatte keinen Einfluß auf die Hitzehyperalgesie. Venlafaxin in der Dosis von zweimal täglich 25 mg/kg KG p.o. reduzierte in einigen Teilversuchen mäßiggradig die Hitzehyperalgesie und die taktile Allodynie nach CCI. Auf diesen Ergebnissen aufbauend wurde versucht, die Wirkung der chronischen Venlafaxin-Medikation durch Kombination mit zusätzlich akut verabreichten alpha-adrenergen- bzw. µ-Opiat-Rezeptor-agonistischen Substanzen zu verstärken. Die Kombination von Venlafaxin mit dem alpha-2A-Rezeptoragonisten Clonidin ergab eine Wirkungsverstärkung in Bezug auf die Reduktion der Hitzehyperalgesie, wobei sich zusätzlich eine Eigenwirkung von Clonidin nachweisen ließ. Der µ-Opiat-Rezeptor-Agonist Morphin führte hingegen zu keiner signifikanten Wirkungsverstärkung in Kombination mit Venlafaxin. Im Anschluß an die jeweilige Testreihe wurde den Tieren Nervengewebe entnommen, welches nach immunhistochemischer Färbung für alpha-2A- und µ-Rezeptoren morphometrisch evaluiert wurde. Dies diente der Untersuchung der Hypothese, daß den o.g. Wirkungen eine Vermehrung der entsprechenden Rezeptoren bei Venlafaxin-behandelten Tieren zugrunde lag. Die chronische postoperative Gabe von Venlafaxin hatte keinen Einfluß auf die Anzahl von alpha-2A-Rezeptor-immunreaktiven Neuronen im Spinalganglion CCI-operierter Ratten. Allerdings ließ sich unter der Medikation die Immunreaktivität für alpha-2A-Rezeptoren vermehrt in großkalibrigen Spinalganglienneuronen nachweisen. Die chronische postoperative Gabe von Venlafaxin führte zudem zu einer Zunahme von µ-Opiat-Rezeptoren im ipsilateralen N. ischiadicus CCI-operierter Ratten. Im Spinalganglion ergab sich nach Venlafaxinbehandlung keine Veränderung der Anzahl der µ-Rezeptor-immunreaktiven Neurone. Allerdings konnte durch chronische Venlafaxin-Medikation eine Phänotyp-Verschiebung mit Auftreten von µ-Rezeptor-Immunreaktivität in großkalibrigen Neuronen, wie sie nach CCI ohne Venlafaxinbehandlung auftrat, verhindert werden. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, daß die chronische, zweimal tägliche Anwendung der Antidepressiva Amitriptylin und Venlafaxin das Schmerz-assoziierte Verhalten von Ratten nach einer peripheren Nervenläsion inkonstant und nur in unzureichendem Ausmaß beeinflussen. Unabhängig davon wurden in den immunhistochemischen Untersuchungen Veränderungen in der Verteilung µ- und alpha-adrenerger Rezeptoren in Spinalganglionzellen und Ischiasnerv beobachtet, die auf eine kontinuierliche Venlafaxin-Medikation zurückzuführen zu sein scheinen. Berücksichtigt man vor diesem Hintergrund die Tatsache, daß sich die Venlafaxinwirkung durch den alpha-2A-Agonisten Clonidin verstärken ließ, so bieten diese Zusammenhänge eine mögliche Erklärung für die zugrundeliegenden Mechanismen der Wirkungsvermittlung von Antidepressiva in der Behandlung einer schmerzhaften Mononeuropathie.
Am Modell des tumorinduzierten Schmerzes der Maus wurden sowohl das Schmerzverhalten der Tiere als auch spezifische morphologische Veränderungen im Hinterhorn des Rückenmarks (Aktivierung von Astrozyten) und im tumorbefallenen Knochen analysiert. Durch Analyse von Mäusen mit Defizienz für TNF-Rezeptor 1, TNF-Rezeptor 2 oder für beide Rezeptoren konnte die Rolle von TNF-α seiner Rezeptoren bei der Entstehung von tumorinduziertem Schmerz untersucht werden. Im Unterschied zu neuropathischen Schmerzmodellen konnte gezeigt werden, dass beide TNF-Rezeptoren ausgeschaltet werden müssen, um eine signifikante Schmerzreduktion zu erzielen. Die systemische Behandlung mit dem TNF-neutralisierenden Fusionsprotein Etanercept konnte die im genetischen Modell gezeigte Reduktion der mechanischen Allodynie teilweise, aber nicht vollständig reproduzieren. Eine Hemmung der Mikrogliaaktivierung mittels Minocyclin erbrachte im Tumor-schmerzmodell keinen Effekt auf das Schmerzverhalten der Tiere. Die histologische Analyse der tumoraffizierten Knochen zeigte eine signifikante Zunahme der Osteoklastenaktivität in tumortragenden Tieren. Die Behandlung mit Minocyclin war ohne erkennbaren Effekt auf die Differenzierung und die Aktivität der Osteoklasten. Es ergaben sich jedoch Hinweise, dass TNF-α einen hemmenden Einfluss auf die Osteoklastenaktivität im Knochentumormodell hat, da sowohl in den TNFR-KO-Tieren als auch unter Gabe von Etanercept eine Steigerung der Osteoklastenaktivität nachgewiesen werden konnte. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass TNF-α eine wichtige Rolle, sowohl in der Entstehung, als auch in der Aufrechterhaltung von tumorinduziertem Schmerz spielt. Hier liegt der Ansatzpunkt für weitere Studien mit dem Ziel, eine spezifische Pharmakotherapie zu entwickeln mit wirksamer TNF-α Blockade auch bei Patienten mit Tumorschmerzen. Nach den Erkenntnissen dieser Arbeit mit Etanercept sollte ein spezielles Augenmerk auf die ZNS-Gängigkeit dieser Substanzen gelegt werden und die Gefahr der Möglichkeit eines vermehrten Tumorwachstum bedacht werden.
Background
Fibromyalgia syndrome (FMS) is a chronic condition characterized by widespread pain and associated symptoms. We investigated cerebral activation in FMS patients by functional near-infrared spectroscopy (fNIRS).
Methods
Two stimulation paradigms were applied: a) painful pressure stimulation at the dorsal forearm; b) verbal fluency test (VFT). We prospectively recruited 25 FMS patients, ten patients with unipolar major depression (MD) without pain, and 35 healthy controls. All patients underwent neurological examination and all subjects were investigated with questionnaires (pain, depression, FMS, empathy).
Results
FMS patients had lower pressure pain thresholds than patients with MD and controls (p < 0.001) and reported higher pain intensity (p < 0.001). Upon unilateral pressure pain stimulation fNIRS recordings revealed increased bilateral cortical activation in FMS patients compared to controls (p < 0.05). FMS patients also displayed a stronger contralateral activity over the dorsolateral prefrontal cortex in direct comparison to patients with MD (p < 0.05). While all three groups performed equally well in the VFT, a frontal deficit in cortical activation was only found in patients with depression (p < 0.05). Performance and cortical activation correlated negatively in FMS patients (p < 0.05) and positively in patients with MD (p < 0.05).
Conclusion
Our data give further evidence for altered central nervous processing in patients with FMS and the distinction between FMS and MD.
Fabry disease is an X-linked lysosomal storage disorder due to impaired activity of alpha-galactosidase A with intracellular accumulation of globotriaosylceramide. Associated small fiber pathology leads to characteristic pain in Fabry disease. We systematically assessed sensory system, physical activity, metabolic parameters, and morphology of male and female mice with alpha-galactosidase A deficiency (Fabry ko) from 2 to 27 months of age and compared results with those of age- and gender-matched wild-type littermates of C57Bl/6J background. Results From the age of two months, male and female Fabry mice showed mechanical hypersensitivity (p < 0.001 each) compared to wild-type littermates. Young Fabry ko mice of both genders were hypersensitive to heat stimulation (p < 0.01) and developed heat hyposensitivity with aging (p < 0.05), while cold hyposensitivity was present constantly in young (p < 0.01) and old (p < 0.05) Fabry ko mice compared to wild-type littermates. Stride angle increased only in male Fabry ko mice with aging (p < 0.01) in comparison to wild-type littermates. Except for young female mice, male (p < 0.05) and female (p < 0.01) Fabry ko mice had a higher body weight than wild-type littermates. Old male Fabry ko mice were physically less active than their wild-type littermates (p < 0.05), had lower chow intake (p < 0.001), and lost more weight (p < 0.001) in a one-week treadmill experiment than wild-type littermates. Also, Fabry ko mice showed spontaneous pain protective behavior and developed orofacial dysmorphism resembling patients with Fabry disease.
Conclusions. Mice with alpha-galactosidase A deficiency show age-dependent and distinct deficits of the sensory system. alpha-galactosidase A-deficient mice seem to model human Fabry disease and may be helpful when studying the pathophysiology of Fabry-associated pain.
Different phosphoinositide 3-kinase isoforms mediate carrageenan nociception and inflammation
(2016)
Phosphoinositide 3-kinases (PI3Ks) participate in signal transduction cascades that can directly activate and sensitize nociceptors and enhance pain transmission. They also play essential roles in chemotaxis and immune cell infiltration leading to inflammation. We wished to determine which PI3K isoforms were involved in each of these processes. Lightly anesthetized rats (isoflurane) were injected subcutaneously with carrageenan in their hind paws. This was preceded by a local injection of 1% DMSO vehicle or an isoform-specific antagonist to PI3K-α (compound 15-e), -β (TGX221), -δ (Cal-101), or -γ (AS252424). We measured changes in the mechanical pain threshold and spinal c-Fos expression (4 hours after injection) as indices of nociception. Paw volume, plasma extravasation (Evans blue, 0.3 hours after injection), and neutrophil (myeloperoxidase; 1 hour after injection) and macrophage (CD11b+; 4 hour after injection) infiltration into paw tissue were the measured inflammation endpoints. Only PI3K-γ antagonist before treatment reduced the carrageenan-induced pain behavior and spinal expression of c-Fos (P ≤ 0.01). In contrast, pretreatment with PI3K-α, -δ, and-γ antagonists reduced early indices of inflammation. Plasma extravasation PI3K-α (P ≤ 0.05), -δ (P ≤ 0.05), and -γ (P ≤ 0.01), early (0-2 hour) edema -α (P ≤ 0.05), -δ (P ≤ 0.001), and -γ (P ≤ 0.05), and neutrophil infiltration (all P ≤ 0.001) were all reduced compared to vehicle pretreatment. Later (2-4 hour), edema and macrophage infiltration (P ≤ 0.05) were reduced by only the PI3K-δ and -γ isoform antagonists, with the PI3K-δ antagonist having a greater effect on edema. PI3K-β antagonism was ineffective in all paradigms. These data indicate that pain and clinical inflammation are pharmacologically separable and may help to explain clinical conditions in which inflammation naturally wanes or goes into remission, but pain continues unabated.
In our study, we aimed at investigating corneal langerhans cells (LC) in patients with fibromyalgia syndrome (FMS) and small fiber neuropathy (SFN) as potential contributors to corneal small fiber pathology. We enrolled women with FMS (n = 134) and SFN (n = 41) who underwent neurological examination, neurophysiology, prostaglandin analysis in tear fluid, and corneal confocal microscopy (CCM). Data were compared with those of 60 age‐matched female controls. After screening for dry eye disease, corneal LC were counted and sub‐classified as dendritic (dLC) and non‐dendritic (ndLC) cells with or without nerve fiber association. We further analyzed corneal nerve fiber density (CNFD), length (CNFL), and branch density (CNBD). Neurological examination indicated deficits of small fiber function in patients with SFN. Nerve conduction studies were normal in all participants. Dry eye disease was more prevalent in FMS (17%) and SFN (28%) patients than in controls (5%). Tear fluid prostaglandin levels did not differ between FMS patients and controls. While corneal LC density in FMS and SFN patients was not different from controls, there were fewer dLC in association with nerve fibers in FMS and SFN patients than in controls (P < .01 each). Compared to controls, CNFL was lower in FMS and SFN patients (P < .05 each), CNFD was lower only in FMS patients (P < .05), and CNBD was lower only in SFN patients (P < .001). There was no difference in any CCM parameter between patients with and without dry eyes. Our data indicate changes in corneal innervation and LC distribution in FMS and SFN, potentially based on altered LC signaling.
Introduction
We characterized dermal innervation in patients with fibromyalgia syndrome (FMS) as potential contribution to small fiber pathology.
Methods
Skin biopsies of the calf were collected (86 FMS patients, 35 healthy controls). Skin was immunoreacted with antibodies against protein gene product 9.5, calcitonine gene-related peptide, substance P, CD31, and neurofilament 200 for small fiber subtypes. We assessed two skin sections per patient; on each skin section, two dermal areas (150 x 700 mu m each) were investigated for dermal nerve fiber length (DNFL).
Results
In FMS patients we found reduced DNFL of fibers with vessel contact compared to healthy controls (p<0.05). There were no differences for the other nerve fiber subtypes.
Discussion
We found less dermal nerve fibers in contact with blood vessels in FMS patients than in controls. The pathophysiological relevance of this finding is unclear, but we suggest the possibility of a relationship with impaired thermal tolerance commonly reported by FMS patients.
Diabetic polyneuropathy (DPN) is the most common complication in diabetes and can be painful in up to 26% of all diabetic patients. Peripheral nerves are shielded by the blood-nerve barrier (BNB) consisting of the perineurium and endoneurial vessels. So far, there are conflicting results regarding the role and function of the BNB in the pathophysiology of DPN. In this study, we analyzed the spatiotemporal tight junction protein profile, barrier permeability, and vessel-associated macrophages in Wistar rats with streptozotocin-induced DPN. In these rats, mechanical hypersensitivity developed after 2 weeks and loss of motor function after 8 weeks, while the BNB and the blood-DRG barrier were leakier for small, but not for large molecules after 8 weeks only. The blood-spinal cord barrier remained sealed throughout the observation period. No gross changes in tight junction protein or cytokine expression were observed in all barriers to blood. However, expression of Cldn1 mRNA in perineurium was specifically downregulated in conjunction with weaker vessel-associated macrophage shielding of the BNB. Our results underline the role of specific tight junction proteins and BNB breakdown in DPN maintenance and differentiate DPN from traumatic nerve injury. Targeting claudins and sealing the BNB could stabilize pain and prevent further nerve damage.
Objectives
The pathogenesis of fibromyalgia syndrome (FMS) is unclear. Transcranial ultrasonography revealed anechoic alteration of midbrain raphe in depression and anxiety disorders, suggesting affection of the central serotonergic system. Here, we assessed midbrain raphe echogenicity in FMS.
Methods
Sixty-six patients underwent transcranial sonography, of whom 53 were patients with FMS (27 women, 26 men), 13 patients with major depression and physical pain (all women), and 14 healthy controls (11 women, 3 men). Raphe echogenicity was graded visually as normal or hypoechogenic, and quantified by digitized image analysis, each by investigators blinded to the clinical diagnosis.
Results
Quantitative midbrain raphe echogenicity was lower in patients with FMS compared to healthy controls (p<0.05), but not different from that of patients with depression and accompanying physical pain. Pain and FMS symptom burden did not correlate with midbrain raphe echogenicity as well as the presence and severity of depressive symptoms.
Conclusion
We found reduced echogenicity of the midbrain raphe area in patients with FMS and in patients with depression and physical pain, independent of the presence or severity of pain, FMS, and depressive symptoms. Further exploration of this sonographic finding is necessary before this objective technique may enter diagnostic algorithms in FMS and depression.
Polyneuropathy (PNP) is a term to describe diseases of the peripheral nervous system, 50% of which present with neuropathic pain. In some types of PNP, pain is restricted to the skin distally in the leg, suggesting a local regulatory process leading to pain. In this study, we proposed a pro-inflammatory pathway mediated by NF-κB that might be involved in the development of pain in patients with painful PNP. To test this hypothesis, we have collected nerve and skin samples from patients with different etiologies and levels of pain. We performed RT-qPCR to analyze the gene expression of the proposed inflammatory pathway components in sural nerve and in distal and proximal skin samples. In sural nerve, we showed a correlation of TLR4 and TNFα to neuropathic pain, and an upregulation of TNFα in patients with severe pain. Patients with an inflammatory PNP also presented a lower expression of TRPV1 and SIRT1. In distal skin, we found a reduced expression of TLR4 and miR-146-5p, in comparison to proximal skin. Our findings thus support our hypothesis of local inflammatory processes involved in pain in PNP, and further show disturbed anti-inflammatory pathways involving TRPV1 and SIRT1 in inflammatory PNP.