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CXCL10 Controls Inflammatory Pain via Opioid Peptide- Containing Macrophages in Electroacupuncture
(2014)
Acupuncture is widely used for pain treatment in patients with osteoarthritis or low back pain, but molecular mechanisms remain largely enigmatic. In the early phase of inflammation neutrophilic chemokines direct opioid-containing neutrophils in the inflamed tissue and stimulate opioid peptide release and antinociception. In this study the molecular pathway and neuroimmune connections in complete Freund's adjuvant (CFA)-induced hind paw inflammation and electroacupuncture for peripheral pain control were analyzed. Free moving Wistar rats with hind paw inflammation were treated twice with electroacupuncture at GB30 (Huan Tiao - gall bladder meridian) (day 0 and 1) and analyzed for mechanical and thermal nociceptive thresholds. The cytokine profiles as well as the expression of opioid peptides were quantified in the inflamed paw. Electroacupuncture elicited long-term antinociception blocked by local injection of anti-opioid peptide antibodies (beta-endorphin, met-enkephalin, dynorphin A). The treatment altered the cytokine profile towards an anti-inflammatory pattern but augmented interferon (IFN)-gamma and the chemokine CXCL10 (IP-10: interferon gamma-inducible protein) protein and mRNA expression with concomitant increased numbers of opioid peptide-containing CXCR3+ macrophages. In rats with CFA hind paw inflammation without acupuncture repeated injection of CXCL10 triggered opioid-mediated antinociception and increase opioid-containing macrophages. Conversely, neutralization of CXCL10 time-dependently decreased electroacupuncture-induced antinociception and the number of infiltrating opioid peptide-expressing CXCR3+ macrophages. In summary, we describe a novel function of the chemokine CXCL10 - as a regulator for an increase of opioid-containing macrophages and antinociceptive mediator in inflammatory pain and as a key chemokine regulated by electroacupuncture.
Die Grundlage für diese Arbeit bildete ein Modell mit CFA-(komplettes Freundsches Adjuvant) induziertem Entzündungsschmerz in Ratten, bei denen eine zweimalige Behandlung mit Elektroakupunktur zu einer langanhaltenden Antinozizeption führte, welche abhängig von peripheren Opioiden war. In einem nächsten Schritt sollten nun die durch Akupunktur vermittelten Zytokin- und Chemokinveränderungen untersucht und deren Beitrag zu den antinozizeptiven und anttiinflammatorischen Mechanismen geklärt werden. Mittels ELISA und PCR wurden die Protein- und mRNA-Level der klassischen Zytokine und des Chemokins CXCL10 bestimmt. CXCL10, welches durch Elektroakupunktur sowohl auf Transkriptions- als auch auf Translationsebene hochreguliert wurde, ist notwendig für die Rekrutierung β-Endorphin haltiger Makrophagen in das entzündete Gewebe und für die antinozizeptive Wirkung der Akupunkturbehandlung. Ein antiinflammatorischer Effekt der Akupunkturbehandlung äußerte sich durch die Reduktion von TNF-α und IL-1β und ein erhöhtes IL-13. Das einzige hochregulierte proinflammatorische Zytokin war IFN-γ. Ein Teil der entzündungshemmenden Wirkung, die Reduktion der proinflammatorischen Zytokine TNF-α und IL-1β, wird durch Adenosin-2B-Rezeptoren vermittelt, welche bekannt sind für ihre Rolle in der „Deaktivierung“ IFN-γ-stimulierter Makrophagen. Diese Ergebnisse verweisen auf die bisher unbekannte Verbindung zwischen chemokinvermittelter peripherer, opioidabhängiger Antinozizeption durch Elektroakupunktur. Sie erweitern das Verständnis für das Zusammenspiel von Immunzellen, Adenosin und Akupunktur. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um neuroimmunologische Verbindungen zu klären und die Wirkungen durch die Nadelinsertion mit Effekten in der entfernten Rattenpfote besser zu verstehen.