Refine
Has Fulltext
- yes (2)
Is part of the Bibliography
- yes (2)
Document Type
- Journal article (1)
- Doctoral Thesis (1)
Keywords
- Toll like receptors (2)
- Analgesia (1)
- Endogenous opioids (1)
- Endorphin (1)
- Inflammatory pain (1)
- Monozyt (1)
- Opioide (1)
- Schmerz (1)
- Schmerzforschung (1)
- Toll-like Rezeptoren (1)
Institute
Schmerz gehört zu den Kardinalsymptomen einer Entzündung. Im Wesentlichen kann die Entstehung von Schmerz am Ort des Entzündungsgeschehens auf das Einwandern (Diapedese) von Leukozyten aus dem peripheren Blut-strom in das Gewebe zurückgeführt werden. Dort findet sowohl die Produktion von Zytokinen und Chemokinen statt, welche weitere Entzündungszellen rekrutieren und die Entzündungsreaktion verstärken, als auch die Freisetzung von Opioidpeptiden, die schmerzlindernd wirken.
In Vorarbeiten der Arbeitsgruppe konnte eine Opioidfreisetzung aus neutrophilen Granulozyten nach Stimulation mit bakteriellen Antigenen oder Chemokinen \(in\) \(vitro\) nachgewiesen werden. Diese führen \(in\) \(vivo\) eine Antinozizeption herbei. Für neutrophile Granulozyten wurden der Chemokinrezeptor CXCR1/2 sowie der Formylpep-tidrezeptor als Signal-transmittierende Rezeptoren identifiziert. Über den klassischen Mechanismus der Exozytose gelangt das Beta-Endorphin somit in das Gewebe und interagiert mit Opioidrezeptoren auf primär sensorischen Nervenendigungen. \(in\) \(vivo\) äußerte sich die Freisetzung des Opioidpeptids in einer Anhebung mechanischer Schmerzschwellen, die durch den Opioidrezeptorantagonisten Naloxon aufgehoben werden konnten. Die Bindung, vornehmlich an MOP, führt zur Erniedrigung des cAMP-Spiegels, zur Hyperpolarisation der Nervenzelle und zur Verminderung von Schmerzschwellen.
Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen Monozyten als führende Zellpopulation der späten Entzündungsphase. Es sollte untersucht werden, welche Rezeptoren eine Opioidfreisetzung aus Monozyten vermitteln sowie welche intrazellulären Signalwege involviert sind.
Humane Monozyten wurden isoliert und \(in\) \(vitro\) mit dem bakteriellen Antigen Lipopolysaccharide (LPS) stimuliert. Dieses steht exemplarisch für mikrobielles Infektgeschehen und Entzündung. In den Zellüberständen wurde mittels ELISA die Beta-Endorphin-Konzentration ermittelt. Weiterhin wurden Opioidgehalt und -freisetzung in der nicht-klassischen CD14+CD16+ Monozytensubpopulation im Vergleich zu klassischen CD14+CD16- Monozyten analysiert. Zur weiteren Aufklärung des Rezeptors, welcher die Opioidfreisetzung vermittelt, wurde der niedermolekulare TLR4-Antagonist TAK-242 genutzt.
Wir fanden eine Zunahme der Beta-Endorphin-Freisetzung nach Stimulation mit LPS im Vergleich zur unstimulierten Kontrolle. Eine Zugabe des TLR4-Inhibitors reduzierte die Beta-Endorphin-Freisetzung signifikant. TLR4 agiert somit als PRR für die Opioidfreisetzung aus Monozyten. CD14+CD16+ Monozyten enthalten einen geringeren Anteil an Beta-Endorphin und setzten dementsprechend weniger frei. Ihre Rolle als pro-inflammatorisch und ihre Beteiligung an der Genese inflammatorischer Krankheitsbilder wird dadurch gestützt.
Die Signalkaskade, über die diese Freisetzung erfolgt, konnte durch den Einsatz von Rezeptorinhibitoren dahingehend entschlüsselt werden, dass eine Beteiligung des IP3-Rezeptors sowie von intrazellulärem Calcium wichtig ist. Ferner wurde evident, dass auch eine basale Freisetzung existiert, die über denselben Weg verläuft.
Durch die Behandlung mit dem TLR4-Antagonisten TAK-242, der die Freisetzung von Beta-Endorphin \(in\) \(vitro\) unterdrückt, wird auch die analgetische Wirkung von LPS \(in\) \(vivo\) aufgehoben. TLR4 Agonisten sind daher potentielle alternative Analgetika, welche die endogene Schmerzkontrolle unterstützen könnten. Jedoch fließen viele Wechselwirkungen wie z.B. proalgetische Wirkungen von TLR4 in das komplexe Gefüge der Immunzellantwort ein. Diese wurden nicht weiter untersucht. Vor einer klinischen Anwendung müssten solche Effekte näher betrachtet werden.
Background
Leukocytes containing opioid peptides locally control inflammatory pain. In the early phase of complete Freund’s adjuvant (CFA)-induced hind paw inflammation, formyl peptides (derived e.g. from Mycobacterium butyricum) trigger the release of opioid peptides from neutrophils contributing to tonic basal antinociception. In the later phase we hypothesized that toll-like-receptor-(TLR)-4 activation of monocytes/macrophages triggers opioid peptide release and thereby stimulates peripheral opioid-dependent antinociception.
Results
In Wistar rats with CFA hind paw inflammation in the later inflammatory phase (48–96 h) systemic leukocyte depletion by cyclophosphamide (CTX) or locally injected naloxone (NLX) further decreased mechanical and thermal nociceptive thresholds. In vitro β-endorphin (β-END) content increased during human monocyte differentiation as well as in anti-inflammatory CD14+CD16- or non-classical M2 macrophages. Monocytes expressing TLR4 dose-dependently released β-END after stimulation with lipopolysaccharide (LPS) dependent on intracellular calcium. Despite TLR4 expression proinflammatory M1 and anti-inflammatory M2 macrophages only secreted opioid peptides in response to ionomycin, a calcium ionophore. Intraplantar injection of LPS as a TLR4 agonist into the inflamed paw elicited an immediate opioid- and dose-dependent antinociception, which was blocked by TAK-242, a small-molecule inhibitor of TLR4, or by peripheral applied NLX. In the later phase LPS lowered mechanical and thermal nociceptive thresholds. Furthermore, local peripheral TLR4 blockade worsened thermal and mechanical nociceptive pain thresholds in CFA inflammation.
Conclusion
Endogenous opioids from monocytes/macrophages mediate endogenous antinociception in the late phase of inflammation. Peripheral TLR4 stimulation acts as a transient counter-regulatory mechanism for inflammatory pain in vivo, and increases the release of opioid peptides from monocytes in vitro. TLR4 antagonists as new treatments for sepsis and neuropathic pain might unexpectedly transiently enhance pain by impairing peripheral opioid analgesia.