Изучение боли сейчас фокусируется на генах и молекулах, активных в поврежденных и воспаленных тканях. Агенты, которые блокируют действие leuktrienes и сходных хим. веществ используются в предварительных тестах на человеке.

Когда специальные тонкие нервные волокна, наз. nociceptors, в коже и др. тканях тела стимулируются, то они передают сообщения в спинной и головной мозг, где болевые сигналы обрабытываются(processed). Более толстый тип волокон передает информацию о прикосновении и давлении и м. вызывать движение. Nociceptors обычно отвечают только в ответ на сильные стимулы, но в поврежденной и воспаленной ткани м. продуцироваться химические вещества, которые усиливают их чувствительность и обеспечивают передачу болевых сигналов в ответ даже на слабые стимулы. Увеличить иллюстрацию. (70k)

Illustration by Lydia Kibiuk, Copyright © 1995 Lydia Kibiuk.

S.Rebelo, C.Reguenga, C.Lopes, D.Lima. Prrx11 is Required for the Generation of a Subset of Nociceptive Glutamatergic Superficial Spinal Dorsal Horn Neurons Dev. Dyn. V. 239, P. 1684-94, 2010

Восприятие сенсорной информации о болевых ощущениях головным мозгом нуждается в высоко упорядоченной синаптической связи между периферическими сенсорными нейронами и их мишенями в ЦНС. Соматосенсорная информация преобразуется в дорсальных рогах спинного мозга, которые ответственны за модуляции, интеграцию и передачу в высшие центры головного мозга различных типов сенсорных сигналов, используя сложные рефлекторные дуги (circuits), которые устанавливаются во время эмбрионального развития (Gillespie, Walker, 2001; Julius, Basbaum, 2001). Молекулярные события, которые управляют генерацией специфических типов сенсорных нейронов дорсальных рогов вдоль нервной трубки, начали устанавливать лишь недавно. Сенсорные нейроны зарождаются и начинают мигрировать в направлении своих окончательных мест пребывания вдоль дорсо-вентральной оси в точном пространственном и временном порядке (Coulding et al., 2002; Caspary, Anderson, 2003; Helms, Johnson, 2003) благодаря экспрессии комбинаторным способом множественных паттерн-формирующих генов, которые кодируют гомеодоменовые транскрипционные факторы ( Lee, Jessell, 1999; Jessel, 200; Goulding et al., 2002; Muller et al., 2002; Helms et al., 2005). Эти гены важны для инструктирования нейронов в выполнении ими программ дифференцировки (Chen et al., 2001; Muller et al., 2002; Qian et al., 2002; Zhou, Anderson, 2002; Cheng et al., 2004; Ding et al., 2004).

В спинном мозге мыши нейроны дорсальных рогов возникают из предшественников в вентрикулярной зоне в результате двух нейрогенных волн между днями эмбриогенеза 10 и 14 (Е10-14). Первая волна проходит между Е10.5 и Е11.5 и генерирует 6 субпопуляций (dI1-6) рано зарождающихся нейронов, которые занимают глубокие части дорсальных рогов. Вторая волна (Е12-Е14.5) дает начало двум поздно зарождающимся популяциям нейронов (dILA и aILB), которые мигрируют дорсально и образуют поверхностную часть дорсальных рогов (Gross et al., 2002; Muller et al., 2002). Рано зародившиеся нейроны могут быть подразделены на два больших класса: Class A (dI1-3) нейроны зарождаются в дорсальной части alar plate, в зависимости от сигналов roof plate и являются Lbx1-независимыми (Liem et al., 1997; Lee et al., 1998, 2000; Wine-Lee et al., 2004); Class B нейроны (dI4-6) возникают из вентральной части alar plate и не зависят от сигналов от roof plate и зависят от Lbx1 (Piernani et al, 2001; Gross et al., 2002; Matise, 2002; Muller et al., 2002; Cheng et al., 2004). Нейроны dI3 и dI5 экспрессируют детерминант глютаматергической судьбы Tlx3 (Cheng et al., 2004). Нейроны dI1-3, как было установлено, участвуют в proprioceptive процессах (Birmingham et al., 2001; Gowan et al., 2001). Поздно зарождающиеся нейроны dILA экспрессируют Pax2, Lhx1/5 и Ptf1a, а нейроны dILB являются Tlx1/3-позитивными и Lmx1b-позитивными (Gross et al., 2002; Muller et al., 2002; Cheng et al., 2005). Глютаматергические нейроны дифференцируются из популяции dILB, тогда как aILA нейроны приобретают GABAergic судьбу(Gross et al., 2002; Muller et al., 2002; Cheng et al., 2005; Glasgow et al., 2005).

Prrxl1 (также известен как Drg11) является paired-подобным гомеодоменовым белком, который экспрессируется как в рано зарождающихся (dI3 и dI5), так и в глютаматергических поздно зарождающихся (dILB) нейронах (Rebelo et al., 2007). Мыши с делециями в гене Prrxl1 обнаруживают дефекты в поверхностных частях дорсальных рогов, сходные с теми, что наблюдаются у Tlx3/1 или Lmx1b нокаутных мышей. Это указывает на то, что три транскрипционных фактора участвуют в генетическом каскаде, отвечающем за построение принципиальной схемы (circuitry) нейронов поверхностных частей спинного мозга (Chen et al., 2001; Gross et al., 2002; Muller et al., 2002; Quan et al., 2002). У Prrxl1 нокаутных мышей обнаруживаются аномалии DRG спинальных проекций, структуры поверхностных частей дорсальных рогов , нейрохимии и болевые (nociceptive) реакции (Chen et al., 2001). Недавние данные подчеркнули роль Prrxl1 в раннем постнатальном выживании нормально дифференцированных малого размера первичных афферентных нейронов, иннервирующих различного типа периферические ткани, это может объяснить nociceptive дефицит, обнаруживаемый у Prrxl1-нулевых мутантных мышей (Rebelo et al., 2006).

В данном исследовании изучали роль Prrxl1 в спецификации nociceptor мишеней в поверхностных частях дорсальных рогов спинного мозга. Используя преимущества множественного мечения в комбинации с иммуно-гистохимической детекцией Prrxl1 и двух функционально родственных транскрипционных факторов Tix3 и Lmx1b, которые скорее всего стоят выше Prrxl1 (Ding et al., 2004), мы оказались способны определить различные субнаборы рано- и поздно зарождающихся популяций нейронов. Более того, в перинатальный период у мышей Prrxl1^-/- экспрессия Tlx3 и Lmx1b в поверхностных частях дорсальных рогов спинного мозга снижалась, сохранившиеся нейроны равнялись количественно тем, что не не экспрессировали Prrxl1 у мышей дикого типа. Исследования аппарата Гольджи подтвердили отсутствие большого количества нейронов в ламине I-III Prrxl1^-/- мышей, но не в глубоких частях дорсальных рогов. Количество глютаматергических нейронов снижалось на 70%, тогда как количество Golgi-impregnated и индуцированных Fos иммунореактивных нейронов снижалось на 85%. Количество нейронов с-fos, активируемых после токсических (noxious) стимуляций кожи и органов снижалось, но только в поверхностных частях дорсальных рогов, указывая тем самым, что оставшиеся нейроны функционально не нарушены потерей Prrxl1-зависимых нейронов. Следовательно, Prrxl1 играет критическую роль в генерации различных субпопуляций болевых глютаматергических нейронов поверхностных частей дорсальных рогов.

I. M. Chiu, B. A. Heesters, N. Ghasemlou, C. A. Von Hehn, F. Zhao, J. Tran, B. Wainger, A. Strominger, S. Muralidharan, A. R. Horswill, J. B. Wardenburg, S. W. Hwang, M. C. Carroll, C. J. Woolf, Bacteria activate sensory neurons that modulate pain and inflammation. Nature 501, 52–57 (2013). V. Nizet, T. Yaksh, Bacteria get on your nerves. Nature 501, 43– 44 (2013).

Бактериальные инфекции вызывают классические реакции покраснения, припухания, жара и боли. Расширение сосудов и поставка иммунных клеток вносят вклад в каждый из этих признаков (see Nizet and Yaksh). Chiu et al. установили, что как живые, так и убитые нагреванием бактерии вызывают непосредственную активацию чувствительных к боли нейронов и вызывают гиперплазию у мышей. Используя инфекцию задних лап мышей в качестве модели, показали, что гиперчувствительность к механическим воздействиям, холоду и нагреванию хорошо коррелирует с бактериальной инфекцией Staphyloccocus aureus, а не с отечностью ткани, рекрутированием иммунных клеток или концентрациями провоспалительных цитокинов, которые сенсибилизируют болевые нейроны. Вызываемая бактериальной инфекцией гипералгезия не уменьшается у мышей с генетическим нарушением передачи сигналов Toll-like receptor (TLR) или с отсутствием T и B клеток. Однако, мыши, преобразованные так, чтобы терять болевые нейроны, были неспособны приобретать механическую и температурную гиперчувствительность к инфекции S. aureus, несмотря на наличие сильного припухания, инфильтрации иммунными клетками и лимфаденопатию ближайших лимфатических узлов по сравнению с инфицированными мышами дикого типа. Воздействие живых или убитых нагреванием S. aureus или шести др. убитых теплом бактерий на ганглии дорсальных корешков мышей активировало передачу сигналов кальция. Детальный анализ реакций на S. aureus показал, что потенциалы действия индуцировались в чувствительных к capsaicin болевых нейронах. Бактерии продуцировали N-formylated пептиды и один из таких пептидов из Escherichia coli или один из S. aureus стимулировал приток кальция в субнабор чувствительных к capsaicin нейронов. Приток кальция в ответ на пептид S. aureus снижался в ганглиях дорсальных корешков от мышей генетически дефицитных по рецептору для N-formylated peptides (Fpr). Fpr-нокаутные мыши обладали также меньшей гипералгезией к механическим стимулам, если им инъецировали или пептид или инактивируемы нагреванием S. aureus. Бактерии также секретировали факторы вирулентности, которые включают различные токсины. S aureus секретирует ?-haemolysin (?-HL), который вызывает болевое поведение у мышей и стимулирует приток кальция и потенциалы действия в capsaicin-чувствительных нейронах в ганглиях дорсальных корешков. Реакция на активность ?-HL в ганглиях дорсальных корешков устранялась нагреванием токсина или если использовались мутанты, которые не могли формировать олигомеры и поэтому не образовывали поры. Инъекции линии S. aureus, лишенной ?-HL вызывали меньшую гипералгезию, чем после инъекции линий, которые продуцировали токсин. Поскольку мыши, лишенные нейронов, чувствительных к боли, обнаруживали пониженную иммунную реакцию на инфекцию S. aureus, то возможны механизмы, с помощью которых эти нейроны общаются с иммунной системой. Рецепторы для нейропептидов CGRP, galanin и somatostatin, которые были обнаружены в изобилии в болевых нейронах, были обнаружены и в иммунных клетках. Эти нейропептиды ингибируют высвобождение провоспалительных цитокинов, когда добавляются к макрофагам в культуре, которые были подвергнуты действию убитых нагреванием S. aureus. Инъекции CGRP во время инфекции S. aureus уменьшали лимфаденопатию дренирующих лимфатических узлов. Т.о., бактериальные продукты непосредственно стимулируют боль активируя нейроны, которые в свою очередь продуцируют сигналы, которые супрессируют иммунную реакцию, запуская др. механизм, с помощью которого патогены ниспровергают защиту хозяина особенно болезненным способом.