Посещений:
Глия и Боль

Гипералгезия и Аллодиния

GLIA: A NOVEL DRUG DISCOVERY TARGET FOR CLINICAL PAIN
Linda R. Watkins, Steven F. Maier
Nature Reviews Drug Discovery 2, No 12, 973-985 (2003); doi:10.1038/nrd1251

In many clinical pain syndromes, painful sensations are greatly amplified so that normally innocuous sensations, such as light touch or warmth, are perceived as pain. Presently available drugs are ineffective in controlling such pain in most patients and abolish the pain in only few. Why do they fail? These drugs were developed to target neurons that transmit nociceptive ('pain') information. However, glia have recently been recognized as powerful modulators of nociception, and could hold the key to the control of clinical pain and present a new target for drug discovery. This review examines the evidence for glial regulation of nociception and pharmacological approaches that might successfully control glially driven clinical pain syndromes.


Рис.1.  |  Classical pain transmission pathway.


Рис.2.  |  A historical look at glial involvement in pain.


Рис.3.  |  Microglia, as well as astrocytes, are activated by manipulations that create enhanced nociception in animal models.


Рис.4.  |  Neuron-to-glia communication.


Рис.5.  | Pro-inflammatory cytokines are constitutively expressed in an inactive precursor form, allowing rapid release.


Рис.6.  | Pro-inflammatory cytokines are constitutively expressed in an inactive precursor form, allowing rapid release.

Links

DATABASES
LocusLink: CX3CR1 | Fractalkine
Online Mendelian Inheritance in Man: Alzheimer's disease | Crohn's disease | rheumatoid arthritis



См. также О хронической боли
PAIN FACILITATION страдают десяткам миллионов людей только в США. Когда возникает такое болевой состояние, то жар, холод, сильное давление существенно усиливают боль (HYPERALGESIA). В самом деле, тепло, холод и прикосновение воспринимаются как боль (ALLODYNIA) (Рис. 1). Такая боль м. продолжаться дольше, чем сохраняется повреждение или инфекция, её вызвавшие, вызывая годами неослабевающие страдания. Ослабление боли слабо контролируется имеющимися в арсенале лекарствами1,2.
Термин 'pain' означает неприятное ощущение, ассоциируемое с действительным или ощущаемым поврежедением ткани с поощью noxious (damaging) стимулов. Ощущение боли включает не только восприятие сенсорных стимулов, но также ассоциирует с познавательным (cognitive) анализом и эмойиональными реакциями. Количественная оценка таких ощущений вполне понятно невозможна у лабораторных животных. Поэтому для изучения боли у лабораторных животных была создана терминология, означающая 'lower order' количественных аспектов боли. Термин 'nociception' ('noci-' означет 'боль') используется для описания нервных, физиологических или поведенческих реакций на стимулы, которые люди обычно воспринимают как болевые. Сходным образом, 'nocisponsive neurons' это те нейроны, которые кодируют присутствующие noxious в стимулы, 'nociceptors' это сенсорные рецепторы, активируемые такими стимулами и т.д. В обзоре термин 'боль' ограничивается ситуациями, при которых ощущение боли описывается людьми. Термины 'hyperalgesia' и 'allodynia', когда дело касается изучения лаб. животных, когда животные обнаруживают усиленную реакцию избегания на применяемые стимулы.
Большинство пластических изменений в нейрнах болевого пути, как было установлено, м. умножать передачу информации о болевых (noxious) стимулах. Напр., повреждённые периферические нервы м. обладать рядом изменений: м. появляться спонтанная активность, которая сигнализирует о присутствии болевых стимулов несмотря на то, что таких стимулов нет; м.б. экспрессированы новые рецепторы для стрессовых гормонов, так что симпатическая активация будет провоцировать боль у людей и усиливать поведеие избегания у лаборатоных животных; м. появляться такие PHENOTYPE SHIFTS, что нейроны, которые обычно передают информацию о безобидных стимулах, начинают высвобождать нейротрнасмиттеры, которые сигналят о присутствии noxious стимулов; или м. возникать альтераци в катионных каналах, которые индуцируют состояние чредмерной воозбудимости3,4. Такие изменения функции нейронов привели исследователей к вопросу об успешном контроле боли.
Ответ на эту болевую дилемму м. заключаться в типе клеток, который не учитывался, когда разрабатывались современые лекарства. Этими клетками к удивлению оказались не нейроны. Это глия; в частности, микрглия и астроциты внутри спинного мозга. Здесь впервые анализируются доказательства, активированная глия управляет созданием и поддержанием allodynia и hyperalgesia. Астроциты и микроглия спинного мозга м. действительно быть активными участниками создания и поддержания облегчения боли, вызванной воспаленем и повреждением периферических тканей, периферических нервов, спинальных нервов и спинного мозга. После активации эта глия высвобождает различные возбуждающие нейроны субстанции, которые потенциируют перенос боли нейронами. Из этих глиальных продуктов про-воспалительные цитокины, как было показано, являются распространёнными спинальными медиаторами allodynia и hyperalgesia. Учитываая неспособность доступных лекарств осуществлять адекватное успокоение клинических болей, эта вновь распознанная роль глии в целеом и про-воспалительные цитокины в частности являются многообещающими, т.к. маячат новые подходы эффективного контроля боли за счет целенаправленной активации глии.

What does it mean that glia are 'activated'?


Активация является фундаментально иным феноменом в нейронах по сравнению с таковой в глие. Термин 'activation' означает усиление способности клетки выполнять функцию за границей того, что присутствует в базовом состоянии. Для нейронов активация является одномерной, т.к. она в основном связана с продукцией потенциалов действия. Напроив, активация глии является многомерной, т.к. глия выполняет многочисленные функции. Имеется множество разных активированных состояний, причём разные компоненты экспрессируются с разными time-courses и интенсивностью в зависимости от стимулов, которые запускают активацию.
Астроциты базово активны, т.к. выполняют ряд функций, но в отсутствие внешних стимулов они не м.б. активированы. Астроциты выполняют несколько функций в нормальной ЦНС, включая регуляцию: концентрации внеклеточных ионов и нейротрансмиттеров; доступности предшественников нейротрансмиттеров/нейромодуляторов соседним нейронам; и внеклеточного pH. Нет доказательств в литературе, что эти функции регулируются стимулами, которые активируют астроциты или с помощью субстанций, высвобождаемых активированой глией. И как таковые они, по-видимому, не испытывают влияния со стороны лекарств, которые нацелены на эти аспекты функции активированных астроцитов.
Активация астроцитов происходит в ответ на травму, ишемию, опухоли, нейроденегнеацию в ЦНС и в ответ на присутствие иммуногеных компонентов вирусов и бактерий5. Активация морфологически характеризуется гипертрофией и повышенной продукцией для промежуточных филамент (GLIAL FIBRILLARY ACIDIC PROTEIN (GFAP), vimentin и/или nestin)5, a функционально повышенной продукцией разнообразных про-воспалительных субстанций 6. Отметим, что функциональные и морфологические изменения не являются time-locked, так что функциональные изменения м.б. выявлены и в отсутствии увеличения промежуточных филамент и наоборот.
В противопложность астроцитам микроглия в нормальной ЦНС это молчащие клетки с нераспознаваемой функцией7. В этом состоянии, they exhibit a разветвленной (ramified) морфологией, у них не активирована p38 MITOGEN-ACTIVATED PROTEIN (MAP) KINASE и незначительная или отсутствие экспрессии рецепторов, маркёров клеточной поверхности или функциональных активностей, характерных для активированной микроглиии7.
Активация микроглии происходит в ответ на тот же самый ранг стимулов, что активируют астроциты. Это градированный феномен, характеризующийся специфической морфологией (ретракция отростков и гипертрофия; амёбоидная морфология при строго патологических обстоятельствах), пролиферацией, повышенной экспрессией одного или нескольких маркеров клеточной поверхности или рецепторов (таких как complement 3 рецептор, ассоциированный с адгезией, миграцией и фагоцитозом, scavenger рецепторы, ассоциированные с фагоцитозом), и/или измпенении функциональных активностей (миграция в область повреждения, фагоцитоз, продукция/высвобождение про-воспалительных субстанций)7. Отметим, что изменения в рецепторах, маркерах клеточной поверхности и/или в продукции про-воспалительных субстанций м. происхолдить в отсутствие морфологических изменений, пролиферации или фагоцитоза7,8.Итак, активация микроглии является многомерным процессом. Способ, с помощью которого проявляется активация зависит от типа и интенсивности стимулов, и м. появляться разные паттерны и time-courses.

Spinal cord glia as powerful modulators of pain


До недавнего времени глия считалась просто содержателем дома (housekeepers) для нейронов, регулируя внеклеточную ионную среду и удаляя дебрис. Однако в последене время стало ясно, что глия динамически модулирует функции нейронов как при физиологических, так и патологических состояниях 9.
Термин глия 'glia' мы будем использовать для обозначения и микроглиии и астроцитов. Оба типа клеток активируются в спинном мозге в ответ на эксперментальные манипуляции, которые способствуют (facilitation) боли. Оба типа клеток после активации м. продуцировать и высвобождать различные nociception-усиливающие субстанции. Кроме того, каждый стимулирует дальнейшую активацию другого, формируя в общем функциональную единицу. Использование термина 'glia' в данном контексте отражает факт, что большинство имеющихся сегодня данных согласуются с мнением, что микроглия и астроциты вовлечены в allodynia и hyperalgesia, но вклад каждого из них не установлен.
Впервые глия привлекала внимание исследователей боли в 1990s, когда Garrison et al. сообщили, что повреждение периферического нерва создает преувеличенную nociceptive реакцию (нейропатическое 'болевое' поведение), а также активирует глию спинного мозга (Рис. 2). Более того, N-methyl-D-aspartate (NMDA) antagonist MK801, который блокирует нейропатией индуцированную allodynia и hyperalgesia, блокирует также и активацию глии10,11. Эти исследования установили, что активация глии, как минимум, в точности следует индукции нейропатией allodynia и hyperalgesia, так же как и их фармакологическому устранению.
Потенциальное значение данных, собранных Garrison et al. было захватывающим. Если активация глии и в самом деле причинный фактор развития allodynia и hyperalgesia, что скорее, чем просто корреляция с этими состояниями, то будет необходим драматический пересмотр классической точки зрения, что состояния с избыточой болью создаются и поддерживаются нейронами. Т.е., если глия ключевой игок, то это д. открыть совершенно новые подходы к клиническому контролю боли, т.к. лекартва, которые меняют функцию глии скорее всего будут уникальными по сравнению с лекарстванми, нацеленными на нейроны.
Как же глия м. менять nociception? Очевидно, что каждая тестируемая модель индуцированной allodynia и/или hyperalgesia д.б. ассоциирована с активацией и астроцитов и микроглии (Рис. 3). Поэтому выявление пути проверки участия глии становится очень важным.
Возникает вопрос, м. ли появиться преувеличенная nociceptive реакция, если присутствуют нейроны, но не глия. На практике, это м. сравнить с фармакологическим 'удалением' глии с помощью нарушения её функции. disrupting their function. Два лекарства применяются для этой цели: fluorocitrate, который избирательно разрывает энергетический цикл Krebs глии путём ингоибирования специфического для глии энзима aconitase13,14; и minocycline, который избмрательно прерывает активацию микроглии, не влияя непосредственно на нейроны и астроциты15. Оба агента оказались эффективными в блокировании разных моделей allodynia/hyperalgesia16-21. Во-первых, fluorocitrate, который нарушает функцию как астроцитов, так и микроглиии, обусловливает, по-видиомму, более выраженную блокаду состояния преувеличенной nociceptive реакции, чем minocycline, который нацелен только на микроглию. Во-вторых, minocycline оказался более эффективным в блокировании, чем в ревертировании преувеличенной nociceptive реакции20,21. Наиболее важной ролью микроглии м.б. вовлечение в инициальную индукцию преувеличенной реакции на болевые стимулы. Активация микроглии ведет, в свою очередь, к активациии астроцитов, которая поддерживает и облегчает nociception20.
Разработка эффективной стратегии для тестирования, достаточно ли глиальной активации для индукции allodynia/hyperalgesia, зависит от идентификации путей селективной активации этих клеток. Хотя исследования глиальных культур идентифицировали нейротрансмиттеры, которые м. активировать глию9, этой информации недостаточно для использования здесь по двум причинам. Во-первых, все данные по реакции глии на нейротрансмиттеры получены на глие, изолированной из головного мозга. Учитывая земетную гетерогенность как в экспрессии рецепторов, так и в реактивных свойствах глии, изолиированной из различных регионов ЦНС22,23, экстраполяция результатов, полученных на головном мозге, на глию спинного мозга проблематична. В самом деле, имеется гетерогеность между глией в nocisponsive слоях поверхностного дорсального рога (laminae I–III) по сравнению с др. спинальными областями24-26. Мало информации доступно из-за того, что нейротрансмиттеры возбуждают глию дорсальной части спинного мозга, чтобы продуцировать и высвободить нейроактивные субстанции27,28. Учитывая, что активация глии дорсальнго рога происходит в ответ на периферические повржедния и воспаление12, кажется разумным предсказать, что нейротрансмиттеры высвобождаются в спинном мозге в ответ на периферические повреждения и что воспаление будет активировать эти клетки. Однако изучение эффектов таких нейротрансмиттеров на глию in vivo ставится в тупик тем фактом, что эти субстанции способны также активаировать спиналные нейроны.
Первый подход, который был использован для проверки, является ли активация глии достаточной для создания преувеличенной nociception, исходит из того факта, что и астроциты и микроглия являются IMMUNOCOMPETENT типами клеток. Это так, поскольку микроглия является гематопоэтическим (иммунным) клетоным клоном29,30 (хотя этот вопрос не бесспорный31), астроциты также м. вести себя во многих отношениях подобно иммунным клеткам, несмотря на из происхождение из нервной трубки32. Прямое отношение к этому имеет то, что они экспрессируют рецепторы для и активируются с помощью вирусов и бактерий<33. Так изучался эффект инъекции иммуногенных частей бактерий и вирусов в спинной мозг. И как результат наблюдалась активация глии и избыточная болевая реакция 16,18,34. Активация глии служила причиной allodynia и hyperalgesia, наблюдаемых в этих исследованиях, тогд как болевые изменения блокировались нарушением глиальной функции16,18,34.
Второй и недавно предложенный подход для проверки этого вопроса тестировал роль fractalkine (известного также как chemokine (C-X3-C мотив) ligand-1) в pain facilitation. Fractalkine является белком, который привязан ко внеклеточной поверхности нейрнов35. В спинном мозге нет др. типов клеток кроме нейронов, экспрессирующих fractalkine36,37. В ответ на сильную активацию нейронов fractalkine м. высвобождаться и диффундировать прочь38. В спинном мозге тоько микроглия экспрессирует рецепторы для fractalkine (Рис. 4). Итак, fractalkine является предполагаемым сигналом от нейронов к глие. Воздействие экзогенным fractalkine вызывает allodynia и hyperalgesia путём связывания его CX3CR1, единственным известным рецептором для fractalkine36,37. Более того, блокада эээндогенного fractalkine ослабляет allodynia и гипералгезию, индуцируемые на животных моделях NEUROPATHIC PAIN, указывая тем самым на то, что воспаление и повреждение перферических нервов ведет к высвобождению fractalkine нейронама дорсальной части спинного моозга36,37. Т.о., передача сигналов neuron-to-glia обеспечивается активацией микроглии фракталкином, этого, по-видимому, достаточно для усиления ощущения (facilitation) боли.



Mechanisms of glial pain enhancement


Механизмы, с помощью которых активация глии усиливает передачу нейронами болевой (nociceptive) информации поняты лишь частично. Безусловно, активированная глия спинного мозга д. приводить к гипералгезии и allodynia путём высвабождения субстанций, которые действуют на нейроны болевого пути(ей). Эти субстанции д. выполнять разнообразные действия: они д. управлять возбуждением, сенсибилизацией или потенциированием потенциалов действия; управлять активацией нейрональных рецепторов; и способствовать индукции высвобождения других transmitters/modulators, которые м. действовать на кодирующие боль (nocisponsive) нейроны.
К стати, большинство доказательств подтверждает предполагаемую роль для глии про-воспалительных цитокинов, tumour-necrosis factor (TNF), interleukin-1 (IL-1) и IL-6. Про-воспалительные цитокины хорошо известны как семейство белков, высвобождаемых активированными иммунными клетками. Не имеется специалных мотивов из аминокислотных последовательностей или трехмерных структур, которые их связывают; скорее они группируются на базе своих биологических актиностей39. TNF, IL-1 и IL-6 были отнесены к про-воспалительным цитокинам из-за того, что они оркестрируют ранний иммунный ответ на инфекцию и повреждение путем общения с клетками белой крови, привлекая тем самым их в место инфекции/повреждения и заставляя их становиться активированными и реактивными39. Периферически и в ЦНС эти про-воспалительные цитокины часто постепенно образуют каскады, в которых TNF обычно выступает первым, обусловливая индукцию IL-1, который в свою очередь вызывает индукцию IL-6. Это является важным свойством, которое synergize эффекты про-воспалительных цитокинов (особенно TNF и IL-1), так что наблюдаются более мощные эффекты, когда присутствют более одного цитокина39. TNF и IL-1, в частности, яволябтся очень мощными биологическими молекулами, вызывающими значительные эффекты при внесении в ЦНС в пределеах от femptogram до picogram33. И в самом деле, было подсчитано, четырёх молекул IL-1 достаточно в клетке, чтобы вызвать физиологическую реакцию39. Соответственно, учитывая этот потенциал, продукция и высвобождение про-воспалительных цитокинов тонко регулируется и существуют многочисленные системы контроля с помощью негативных петель обратной связи (таких как продукция анти-воспалительных цитокинов, 'decoy' рецепторов и антогонистов рецепторов для про-воспалительных цитокинов), которые м. помочь супрессировать продукцию и функцию про-воспалительных цитокинов33.
И астроциты и микроглия м. высвобождать про-воспалительные цитокины в ответ на активацию33 (Рис. 5), и глия и нейроны экспрессирую рецепторы к ним. В головном мозге про-воспалительные цитокины вызывают широкий круг эффектов, регулируя внутреннюю температуру тела, сон, обучение и память, а также hypothalamo–pituitary гормоны40. Инъекции экзогенных про-воспалительных цитокинов в спинной мозг усиливают nociception41-44, a электрофизиологические исследования документируют быстрое усиление возбуждения нейронов в ответ на повреждающие стимулы после инъекции про-воспалительных цитокинов в соотв. область43,45. Напротив, блокирование функции про-воспалительных цитокинов с помощью или антогонистов IL-1-рецепторов, растворимых TNF рецепторов или анти-IL-6-NEUTRALIZING ANTIBODIES, предупреждает их эффекты в оловном мозге40. Сходным образом PERI-SPINAL INJECTION антогонистов про-воспалительных цитокинов функционируют, предупреждая и/или устраняя allodynia и hyperalgesia в каждой тестированной живоной модели17,19,34,36,46. Такие модели включают воспаление и/или повреждение периферических тканей, пеиферических нервов, спинальных нервов и спинного мозга. Тот факт, что уже имеющиеся allodynia и hyperalgesia м.б. устранены антогонистами про-воспалительных цитокинов подтверждает заключение, что эти глиальные блки участвуют в поддержании, а также в инициальной индукции этих преувеличенных nociceptive состояний.
Выясненеие важности про-воспалительрных цитокинов в индукции и поддержании allodynia и hyperalgesia привело к тестированию разноообразных лекарств, супрессирующ цитокины на живоных моделях. Одним из подходов контроля про-воспалительных цитокинов является блокирование внутриклеточных путей, которые ведут к их продукции. Др. подход это блокирование внутриклеточных путей, которые активируются за счёт связывания про-воспалительных цитокинов их рецепторами. Хотя множественные сигнальные каскады участвуют в продукции и передаче сигналов про-воспалительных цитокинов, однако p38 MAP киназа критически участвует в обоих процессах33,47. В самом деле, ингибиторы p38 MAP киназы первоначально обозначались как цитокин-супрессирующие противо-воспалительные лекарства, отражая важную роль этих сигнальных путей. Эти соединения ингибируют allodynia and hyperalgesia, вызванные воспалениями периферических такней, повреждениями периферических нервов, повреждениями спинальных нервов, воспалениями спинного мозга и воздействием peri-spinal substance P и NMDA у модельных животных18,21,48-52. По крайней мере, некоторые из этих соединений пересекают барьер между кровью и мозгом51,52, и оказываются эффективными как при введении в кровь, так и при peri-spinal применении.
При альтернативном подходе супрессии цитокинов используются производные xanthine, такие как propentofylline. Propentofylline контролирует повышенное восприятие боли, индуцированное перерезкой спинальных нервов53. Заметим, это столь же эффективно и в реверсии и в предупреждении этих отклонений как после системного, так и после peri-spinal введения53. Более того, propentofylline снижает активацию и микроглии и астроцитов в спинном моозге53.
Др. соединения, которые были тестированы на животных моделях, включают болезнь-модифицирующее анти-ревматическое лекарство leflunomide, иммуносупрессивное лекарство methotrexate и иммуномодуляторное лекарство thalidomide. Системное введение leflunomide наиболее эффективно в ослаблении повышенной болевой чувствительности, индуцированной повреждениями периферических невров по сравнению с nociception, вызыванной повреждениями спинальных корешков54. Methotrexate, вводимый системно, а также в места повреждения спинальных корешков и предупреждает и устраняет поведение крыс на нейропатические боли55, это позволят надеяться на его клиническое применение. Thalidomide, кстати, единственный, что тестировался систематически. Он оказался эффективным в задержке преувеличенной nociceptive реакции у крыс, индуцированной повреждениями периферических нервов56. Однако его способность устранять поведение, вызыванное нейропатическими болями, у крыс все ещё под вопросом56. На периферии thalidomide ослабляет повреждениями нервов индуцированнцй TNF, но не оказывает эффекта ни на IL-1 ни на IL-6 экспрессию в поврежденном нерве57. Учитывая, что фокусом этих исследований была регуляция талидомидом изменений периферических нервов скорее, чем глии спинного мозга, поэтому не выявили эффекта от системного введения thalidomide на активацию центральной глии или про-воспалительных цитокинов. Т.к. талидомид пересекает границу кровь-головной мозг58,59, то изменения в функции глии спинного мозга вполне ожидаемы.
Новейшим подходом к контролю глией усиливаемой nociception является усиление экспрессии цитокина IL-10. IL-10 является скорре противо-воспалительным цитокином. Подобно про-воспалительным цитокина противо-восплаительные цитокины являются семейством белков, которые высвобождаются иммунными клеткми и иммунокомпетентными клетками, такими как глия 60,61. Эндогенные, противо-воспалительные цитокины служат в качестве регуляторов негативной обратной связи, которые держат под контролем потенциально патологическую активацию иммунных и иммуноподобных клеток60,61. Внутри этого семейства, IL-10 является наиболее мощным членом. IL-10 является привлекательным в качестве супрессора патологического воозбуждения глии по ряду причин: он м. иногибировать продукцию про-воспалительных цитокинов на многих уровнях, включая транскрипцию, трансляцию и доставку; он м. подавлять экспрессиию рецепторов для про-ваоспалительных цитокинов, так что даже если про-воспалительные цитокины и высвобождаются, они оказываются менее эффективными из-за уменшения доступности рецепторов; он м. усиливать экспрессию эндогенных антогонистов про-воспалительных цитокинов, ограничивая тем самым их эффективность; и есть доказательства, указывающие на то, что нейроны в спинном мозге не экспрессируют рецепторов для IL-10, так что нормальнрая функция нейронов не будет меняться в присутствии IL-10 (60–62). Изучение влияния IL-10 на поведение крыс показало, что он предупреждает или устраняет любое состояние повышенной чувствительности боли. Эти модели включают боль, индуцированную воспалением спинного мозга, воспалительной нейропатией, травматической нейропатией, спинальными травмами и peri-spinal dynorphin19,36,63-65.

Drug discovery outlook


Потенциал эффективности лекарства зависит от многих факторов. До сегодня не было лекарств, доступных для использования у людей, которые были бы нацелены на глию. Скорре они были разработаны для супрессирования функции периферической иммунной системы. И в самом деле, их эффективность в подавлении боли у людей и поведения крыс, вызванного усиленным восприятием боли, после системного применения указывает на то, что супрессия продукции про-воспалительных цитокинов в SYNOVIAL TISSUES, Schwann клетках и др. иммунокомпетентных типах клеток в периферических такнях, пеиферических нервах и/или ганглиях дорсальных корешков3 м. снижать передачу nociceptive информации в спинной мозг. В данном контексте, обсуждение этих соединений фокусируется на их потенциале супрессии боль-усиливающих эффектов активации глии спинного моозга. Необходимы новые лекарства для клинических испытаний, которые бы контролировали патологическую сторону активации глии спинного мозга.
Disrupting glial activation. Два лекарста, которые были изучны на животных моделях в отношении их способности прерывать активацию глии, это fluorocitrate и minocycline. Fluorocitrate является обратимым глиальным ядом, непригодным для использования у людей. Хотя fluorocitrate и является избирательным ингибитором глии в низких дозах и при коротких post-drug time интервалах13,14, его более высокие дозы и более продолжительное post-drug times м. косвенно затрагивать и функции нейронов. Эти непрямые эффекты на нейроны м. возникать в результе увеличения внеклеточных концентраций возбуждающих аминокислот, обусловленное ингибированием глиального транспорта13,14. Судороги обнаруживались также в ответ на токсичные для глии дозы этого соединения66.
Minocycline обнаруживает избирательность в отношении микроглии. Он является произвожным тетрациклина, который обладает противо-воспалительыми эффектами, независимыми от его антимикробного действия. У крыс он м. ингибировать активацию микроглии, активацию p38-MAP-kinase, активацию IL-1-converting-enzyme (caspase-1), высвобождение IL-1 и продукцию nitric oxide28,67. Хотя многочисленные данные подтверждаю, что minocycline ингибирует активацию микроглии независимо от непосредственных эффектов на астроциты и нейроны, однако выявляются neuroprotective эффекты minocycline на культуры нейронов, обработанных токсическими уровнями nitric oxide68. Хотя все эти указания являются позитивными в отношении потенциала minocycline's контролировать глиального происхождения allodynia и hyperalgesia, однако сомнения вызваются тем фактом, что minocycline не способен устранять или менее эффективен в реверсии уже имеющихся состояний повышенного восприятия боли у модельных животных по сравнению с агентами, которые ингибируют активность как астроцитов, так и микроглии20,21. Эти первые исследования показали, что микроглия м. выполнять более важную роль в инициальном создании усиленных nociceptive состояний у животных, тогда как астроциты м. становиться ключевым типом глиальных клеток для персистенции allodynia/hyperalgesia20. Если это заключение будет в дальнейшем подтверждено, то minocycline безусловно окажется эффективным лекарством для контроля клинических болей.

Pro-inflammatory cytokine antagonists. Разнообразные биоактивные модификаторы разработаны для IL-1 и TNF. Anakinra (Kineret; Amgen) является рекомбинантным антогонистом человеческого IL-1-рецептора, принятым для использования при rheumatoid arthritis69. Infliximab (Remicade; Centocor) являются химерными иммуноглобулиновыми G1 антителами, специфичными к TNF-α человека , разрешенными для использования при rheumatoid arthritis и Crohn's disease70. Etanercept (Enbrel; Amgen/Wyeth) человеческим TNF receptor/Fc слитым белком, разрешенным для использования при psoriatic arthritis70. Хотя anakinra и etanercept успешно использовались в исследованиях на животных и для предупреждения и реверсии глиального происхождения allodynia и hyperalgesia19,34,46, необходимо их peri-spinalприменение, т.к. сепейство ээтих соединений не проходит через интактный барьер кровь-головной мозг в достаточной степени. Исследования на животных подтвердили идею, что прерывание действия про-восплаительных цитокинов является важной мишенью для поиска лекарств, но что потенциал этих соединений ограничен необходимостью хронического пребывания subdural катетра, позволяющего ежедневные peri-spinal введения.

Pro-inflammatory cytokine synthesis inhibitors. Это семейство соединений включает propentofylline (Kronos; Aventis) и thalidomide (Thalomid; Celgene). Др. соединения (leflunomide, methotrexate, p38-MAP-kinase ингибиторы м IL-10) также действуют как ингибиторы синтеза про-воспалительных цитокинов, но, крое того, они разрывают передачу сигналов про-воспалительных цитокинов.
Propentofylline является активнным, принимаемым через рот производным xanthine, который пересекает blood–brain барьер и назначается при Alzheimer's disease и vascular dementia71,72. Он обладает сложным механизмом действия, но его профиль действия строго предсказуем в отношении его способности устранять глиальнго происхождения allodynia и hyperalgesia. Propentofylline, как известно, редцирует ишемией-индуцированную активацию и пролиферацию глии, lipid peroxidation и продукцию IL-1 и TNF73-75. Кроме того, он увеличивает потребление внеклеточного glutamate76 и увеличивает внеклеточный adenosine72, эндогенные противо-воспалительные77 и болевые супрессоры78. В культурах глии, propentofylline ингибирует высвобождение TNF, IL-1 и superoxide; высвобождение IL-6 и nitric oxide остается неизменным79. Учитывая, что он разрешен для использования при др. заболеваниях и что он проходит скозь барьер кровь-головной мозг, супрессирует активацию глиии и устраняет (или блокирует) поведение у животных, связанное с избытчными болевыми ощудениями53, propentofylline очевидно является интригующим кандидатом для клинических испытаний, нацеленных на глией обусловленную избыточную болевую чувствительность. Однако Aventis не проводит дальнейшей разработки лекарств из этого соединения из-за неблагоприятной патентной ситуации, неявнфх результатов с исследовнаием его эффективности в отношении Alzheimer's и vascular dementia, и проблем с оральным приёмом лекарства71.
Напротив, thalidomide ([+]-α-phthalimidoglutarimide) и потенциально безопасные аналоги активно разрабатываются Celgene для клинического использования80. После того как он был устранён с рынка в 1963 из-за тяжелых врожденных дефектов81, thalidomide был разрешен для лечения erythema nodosum leprosum80. Thalidomide активен при оральном приёме и легко проходит через барьер кровь-головной мозг58,82. Он выполняет ряд действий, которые согласуются с его потенциальным использованием для контроля глиально обусловленных преувеличенных болей. In vitro, thalidomide и его аналоги м. ингибировать TNF, IL-1 и IL-6, а также увеличивать продукцию IL-1083-86. Системное применение снижает продукцию TNF имунными клетками, или снижает или не оказывает влияния на IL-6 (87,88), и не оказывает эффекта на IL-1. Thalidomide ингибирует такэже TNF- и IL1-индуцированный NUCLEAR FACTOR-κB (NF-κB) transcriptional activation, probably as a result of inhibiting the degradation of INHIBITOR OF κB (IκB)82,89. Наконец, thalidomide и его аналоги м. увеличивать концентрацию IL-10, противо-восплаительного цитокина57,90. Животные модели нейропатии покзали, что системно применяемый thalidomide задерживает развитие allodynia/hyperalgesia, и это коррелирует со снижением TNF, неизменным IL-1 или IL-6, и повышением IL-10 в месте повреждения нервов56,57. Учитывая высокую проницаемость через blood–brain барьер это соединение thalidomide м. оказаться способным в ингибировании продукции про-воспалительных цитокинов глией спинного мозга, но этот потенциал ещё неизучен. Хотя thalidomide оказался неспособным устранять нейропатией индуцированную усиленную nociception у крыс56, но в недавних исследованиях на людях достигнут успех в устранении длительно непроходящих интенсивных болей, обусловленных сложным региональным болевым синдромом91,92. Этот болевой синдром не контролируется лекарствами, нацеленными на нейроны, а недавно была выдвинута гипотеза, что глия спинного мозга вносит вклад в этот загадочный болевой синдром3. Итак, талидомид является соединением нуждающемся в дальнейшем расс мотрении. thalidomide is a compound worthy of further consideration. Как примирить эти данные с индуцируемыми талидомидом нейропатиями58,59,80 пока неясно.

Disrupting pro-inflammatory cytokine signalling and synthesis. Эта группа соединиений включает leflunomide (Arava; Aventis), methotrexate (Rheumatrex; Wyeth-Ayerst), ингибиторы p38 MAP kinase и IL-10.
Leflunomide является активным при оральном приёме malononitrilamide, a disease-modifying анти-ревматическим лекарством. Он одобрен для лечения ревматоидных артритов у людей93. Он метаболизируется печенью, чтобы создать активный метоболит A771726 (94). Leflunomide ингибирует некоторые имеющие отношение к боли субстанции. Напр., он снижает экспрессию в ревматоидно-артритической синоваиальной ткани IL-1, TNF, nitric oxide и cyclooxygenase-2 (95–97). Он также прерывает TNF-индуцированную активацию NF-κB, цитотоксичность, продукцию реактивных видов кислорода и lipid peroxidation98. Хотя этот профиль указывает на то, что leflunomide д. супрессировать allodynia и hyperalgesia в результате активации глии, но возникают препятсвия связанные с тем фактом, что leflunomide оказывает широкого спектра иммуносуппрессивые эффекты. Это убулсловлени ингибированием им митохондриального энзима dihydro-orotate dehydrogenase, необходимого для синтеза ДНК и РНК, клточной пролиферации и дифференцировки, синтеза фосфолипидов и гликозилирования белков99,100. Итак, хотя leflunomide подавал надежды при исследовании животных, моделирующх нейропатии54, энтузиазм с ним связанный поуменьшился из-за тяжелых иммуносуппрессивных эффектов. И нет пока исследований, м. ли leflunomide устранять уже имеющиеся состояния избыточных болей54. Нет и информации о потенциале прониконовения через blood–brain барьер активного метаболита A771726 и неизвестнро о его действии на глию. Известно только, что A771726 ингибирует индуцированное высвобождение nitric oxide из астроцитов крыс101. Если A771726 на самом деле проникает в спинной мозг при системном применении, то это м. частично объяснить его успех в контроле воспалительных болезненных состояний, таких как rheumatoid arthritis, которые активируют глию спинного мозга102 также как и синовиальные иммунные клетки.
В противоположность leflunomide, methotrexate как известно, проходит через blood–brain барьер103,104. Это делает возможным его системное применение для контроля активации глии спинного мозга потенциально возможным. Methotrexate является произвожным glutamic acid, которе поступило на рынок как средство для лечения неопластических заболеваниай105. Он активен при оральном приёме, хотя абсорбирутся по-разному. Низкие дозы methotrexate используются у людей для лечения аутоиммунных заболеваний, включая и ревматоидный артрит105. Механизм его действия связан с увеличением концентрации внеклеточного adenosine, мощного эндогенного противо-воспалительного средства106,107. Низкие дозы methotrexate ттакже уменьшают продукцию про-воспалительных цитокинов95,108,109,110 и prostaglandin E2 (110). Кроме того, methotrexate м. увеличивать продукцию IL-10111. Более того, methotrexate как полагают, является конкурентноспособным ингибитором IL-1, соединяясь с его рецептором112, methotrexate прерывает также IL-1-индуцированные эффекты113,114. Эти профили указывают на то, что системное введение methotrexate способно супрессировать allodynia и hyperalgesia, вызыванные активацией глии спинного мозга. Мethotrexate и предупреждает и устраняет уже имеющуюся чрезмерную nociceptive реакцию у крыс и редуцирует некоторые анатомические показатели активации глии в спинном мозге55. Однако имеются сомнения относительно использования этого лекарства в качестве ингибитора активации глии спинного мозга. Напр., необходимо точное дозирование. Methotrexate м. активировать астроциты (это проявляется в экспрессии GFAP), индуцировать пролиферацию астроцитов, а также вызывать дегенеративные изменения в этих клетках103,104. И в самом деле астроциты являются преимущественными мишенями для нейротоксичности methotrexate103,115. Итак, дозирование необходимо, чтобы корректировать потенциальные glia-activating и glia-toxic эффекты, чтобы достичь благоприятной супрессии глиальных про-воспалительных цитокинов.
Хотя токсичные для глии побочные эффекты препятствуют использованию methotrexate, но подобных препятствий не возникает с ингибиторами p38 MAP kinase. Эта группа соединений разработана для клинического использования при Crohn's disease, pancreatitis и rheumatoid arthritis116. Эти соединения варьируют в отношении своей биодоступности, некоторые активны при оральном приёме (напр., SCIO-469 and SCIO-323; Scios) , а др. требуют инъекций (напр., CNI-1493; Cytokine Pharmasciences). Некоторые, такие как CNI-1493 и NPC037282 (Scios) активны в спинном мозге после системного введения51,52. Они варьируют в отношении своей перекрёстной реактивности с др. внутриклеточными сигнальными каскадами116,117. Высоко избирательные ингибиторы p38 MAP kinase находятся в разработке49.
"Эта руппа лекарств является интригующей в отношении своего потенциала контролировать глиального происхождения избыточную боль по ряду причин: про-воспалительные цитокина активируют (т.е., фосфорилируют) p38 MAP kinase118; активация p38 MAP kinase является одним из крупных внутриклеточных сигнальных каскадов, ведущих к продукции de novo про-воспалительных цитокинов47,119; и, по крайней мере, некоторые из этих соединений пересекают барьер blood–brain51,52. В спинном мозге крыс активация микроглиальной p38 MAP kinase выявлена иммуногистохимически в ответ на nociception-enhancing периферическое воспаление, повреждение перефирических нервов, перевязку спинальных нервов и peri-spinal субстанцию P48,49,120,121. Ингибиторы p38 MAP kinase не затрагивают базовой nociception. Они скорее блокируют чрезмерную nociception, индуцированную ткаевым воспалением17,48, воспалением периферических нервов19, перевязкой спинальных нервов50,120, воспалением спинного мозга18 и peri-spinal NMDA и субстанцией P48,49. Хотя CNI-1493 устраняет уже существующую allodynia, индуцированную воспалением седалищного нерва19, SB203580 (Calbiochem) и SD-282 (Scios) неспособны устранять уже имеющуются спинальную сенсибилизацию, индуцированную перевязкой спинальных нервов50 или периферическим воспалением48. Отражают ли эти различные исходы разные nociceptive потенции у моделей, разную продолжительность вовлечения phospho-p38 MAP в поддержание боли у разных моделей, ингибирование Jun N-terminal kinase также как p38 MAP kinase с помощью CNI-1493 (116,117) или др. факторов, пока неясно.
Важно занать, экспрессируется ли p38 MAP kinase в нейронах, также как и в глие. Периферическое воспаление, хроническое сдавливающее повреждение и перевязка спинальных нервов усиливают количество активированной p38 MAP kinase в нейронах малого диаметра в ганглиях дорсальных корешков, также как активируется p38 MAP kinase в микроглии дорсальных рогов50,120,121. Активация p38 MAP kinase нейронах долрсальных рогов, также как и в микроглие, происходит в ответ на topical capsaicin и peri-spinal NMDA49,51. Важно идентифицировать нижестоящие эффекты активации p38 MAP kinase в нейронах, чтобы понять участие ингибиторов в болевом пути.
Противо-воспалительный цитокин IL-10 кажется важным подходом к терапии глией вызванных allodynia и hyperalgesia, т.к. IL-10 м. супрессировать продукцию и активность TNF, IL-1 и IL-6. IL-10 м. оказывать этот эффект, ингибируя: p38 MAP kinase47,60; активацию, транслокацию и связыание ДНК NF-κB60; транскрипцию, стабильность и трансляцию мРНК про-восплаительных цитокинов47,122-124; и высвобождение про-воспалительных цитокианов61. Кроме того, IL-10 стабилизирует мРНК супрессоров сигнальных передач цитокинов, увличивая тем самым продукцию семейства белков, которые в будущем будут ингибировать продукцию про-воспалительных цитокинов60. IL-10 м. также прерывать предачу сигналов про-воспалительных цитокинов путём подавления экспрессии рецепторов для про-воспалительных цитокинов125. Наконец, он м. активировать эндогенных антогонистов про-воспалительных цитокинов, включая антогониство IL-1-рецепторов и растворимых TNF рецепторов126,127. Известные эффекты IL-10 ограничиваются супрессией про-воспалительных функций активированных иммунных и глиальных клеток, оставляя не связанные с воспалением функции клеток незатронутыми61>. Хотя некоторые нейроны экспрессируют рецепторы IL-10, но единственным известным действием IL-10 на нейроны является ингибирование клеточной гибели (apoptosis)128. Этот профиль действия IL-10 указывает на то, что IL-10 способен супрессировать патологическую реакцию глии, не влияя существенно на базовые функции нейронов и глии.
Хотя сегодня нет лекарств? специфически нацеленных на IL-10, но Avigen разрабатывает методы генотерапии (Рис. 6), чтобы вызывать избыточную экспрессиию этого противо-воспалительного цитокина129. IL-10 не проходит сквозь барьер blood–brain 130, так что системное его введение невозможно. Постоянные вливания в спинномозговую жидкость (CSF) через постоянный катетр являются не только экстраординарынми из-за короткого периода полу-жизни этого белка, но и цены производства рекомбинантного человеского IL-10, а также из-за возможной инфекции черех хронический катетр. Учитывая, что IL-10 является эндогенным белком, то генотерапия м. управлять клетками, окружающими CSF пространство, чтобы продуцировать IL-10 для контроля за болью и устранить необходимость в постоянном катетре. Генотерапевтические технологии быстро развиваются , а новые методологии указывают на возможность пролонгированного (от многих месяцев до нскольких лет) высвобождения gene-therapy-induced белка после единственного введения вектора в спинальное CSF пространство131. Сегодня существуют методологии, позволяющие генотерапии быть контролируемой. Векторы м.б. приготовлены так, что продукция IL-10 м. или активироваться или деактивироваться в ответ на системное применение лекарств, которые индуцируют или супрессируют транскрипцию мРНК IL-10132. Пока это недоступно.

Summary


Astrocytes and microglia in the spinal cord are now recognized as active participants in the creation and maintenance of pain facilitation induced by inflammation and damage to peripheral tissues, peripheral nerves, spinal nerves and spinal cord. On activation, these glia release a variety of neuroexcitatory substances that potentiate pain transmission by neurons. Of these glial products, pro-inflammatory cytokines seem to be common spinal mediators of allodynia and hyperalgesia. Given the failure of presently available drugs to provide adequate clinical pain management, this newly recognized role of glia is exciting as it predicts novel approaches for effective pain control by targeting glial activation. As summarized in this review, several compounds seem worthy of further development and testing in the hope of reaching clinical trials for this application. Even more importantly, perhaps, is the message to pharmaceutical and biotechnology companies that spinal cord glia are key players in hyperalgesia and allodynia, and are prime targets for new drug development aimed at the as-yet-elusive outcome: clinical pain control.