Centrális mechanizmusok a neuropathiás fájdalom kialakulásában
Nagy Gergely György, Andrew Todd
A diabetes prevalenciája TELJES LAKOSSÁG
DIABETESESEK SZÁMA (2000)
Egyesült Királyság
60,512,000
1,765,000 (2.9%)
Franciaország
60,496,000
1,710,000 (2,8%)
2,645,000
Magyarország
10,098,000
333,000 (3.3%)
376,000
Németország
82,689,000
2,627,000 (3.2%)
3,771,000
Spanyolország
43,064,000
2,717,000 (6.3%)
3,752,000
Európa
730,000,000
33,332,000 (4.5%)
47,973,000
USA
298,213,000
17,702,000 (5.9%)
30,312,000
Világ
6,081,000,000
171,000,000 (2.8%)
366,000,000
ORSZÁG
DIABETESESEK SZÁMA (2030) 2,668,000
A diabetes komplikációi Makroangiopathia Mikroangiopathia Neuropathia (Nephropathia) (Retinopathia)
Szívinfarktus Szívelégtelengésg Hirtelen halál Veseelégtelenség Stroke Dementia Vakság Fájdalom Erektilis diszfunkció Claudicatio intermittens Diabeteses láb Diabeteses gangraena Végtag amutpáció stb…
A diabeteses neuropathia • Cukorbetegeken neuropathiás szövődmény 20-40%-os gyakorisággal fordul elő • Sokszínű tünetegyüttesként jelentkezhet • Számos felosztása ismert – – – –
pathomechanizmus, pathomorphológia, klinikai kép, kórlefolyás alapján
• Kezelésére csak nagyon korlátozottak a lehetőségeink • Az életminőséget jelentősen rontja • Megjelenése rizikótényező a hirtelen halál és a diabeteses láb kialakulása szempontjából • Jelentőségét még gyakran a diabetológusok is alulbecsülik
A diabeteses neuropathia tünetei Autonóm neuropathia • • • • • • •
Erektilis diszfunkció: retrográd ejakuláció – impotentia Gasztrointesztinalis motilitászavar: hányás – hasmenés Húgyhólyag beidegzési zavara: vizeletretenció Érfal beidegzési zavara: vasodilatatio – csontreszorpció Szívritmuszavar: hirtelen halál – „tachycardio-myopathia” Visceralis neuropathiás fájdalom: hasi panaszok Verejtékezés zavara: bőrszárazság – „gustatory sweating”
Sensoros neuropathia • Allodynia, hyperalgesia, spontán fájdalom • Hypaesthesia, anaesthesia, paraesthesia: elesés – sérülés – ulcus
Motoros neuropathia • Agyideg bénulás, perifériás idegbénulás • Izomatrophia
Diabeteses láb syndroma
A diabeteses neuropathia (DPN) kialakulásának pathomechanizmusa Klasszikus hypothesisek – perifériás károsodás • • • •
Nem-enzimatikus glikáció Szorbitol felhalmozódás Oxidatív stressz Vasa nervosum microangiopathia
Axonális demyelinizáció
Új elképzelések – centrális károsodás • • • •
Centrális szenszitizáció ? Excitotoxicitás ? GABAerg inhibíció csökkenése ? „Sprouting” („bimbózás) ?
Gerincvelői atrophia
Mi az evidencia a centrális mechanizmusok szerepére? • DPN-ben MRI-vel vizsgálva a gerincvelő keresztmetszeti területe kisebb mint az egészségeseké • A gerincvelőbe irányuló sensoros input nem nő, hanem éppen ellenkezőleg csökkent DPN-ben • Valamennyi DPN-ben hatásos gyógyszer a KIR-ben hat • DPN-ben a glutamát receptort kódoló mRNS-ek upregulációja észlelhető • NMDA-receptor antagonisták csökkentik fájdalmat DPN-ben
Primer afferens rostok végződése a gerincvelő hátsó szarvában
Glutamát • A legfőbb excitátoros neurotranszmitter: – mind primér afferensek, mind serkentő interneuronok használják
• Számos glutamát receptoron hat: – ionotróp (iGluR) • AMPA • NMDA • kainát
– metabotróp (mGluR)
Extracelluláris
S1 Flip/Flop NH2
S2
M1
M2
M3 Ser-831
COOH Intracelluláris Ser-845
M4
AMPA receptorok • tetramer szerkezetű kationcsatornák • négy alegység ismert: GluR1-4 • a receptor komplexek homo- és heteromerek egyaránt lehetnek • GluR2 alegység megakadályozza a Ca2+-permeabilitást • „receptor trafficking” függ az alegység összetételtől • foszforilációs állapotuk szerepet kap LTP- és LTD-ben
Ionotróp glutamát receptorok és a nociceptív ingerület feldolgozás • Funkció: – AMPA – többnyire akut fájdalom – NMDA – krónikus fájdalom, szinaptikus plaszticitás – Fokozott AMPA aktivitás (foszforiláció vagy inszerció hozzájárul a szinaptikus plaszticitáshoz) • Lokalizáció: – főleg glutamaterg szinapszisok PSD-jében de . . . nagyon keveset tudunk ezen receptorok lamináris megoszlásáról és elhelyezkedésükről meghatározott gerincvelői neuronális hálózatokban
Glutamaterg szinapszis sematikus képe Glu
(CGRP)
wwww
wwww
wwww
NK1 NK3
(substance-P)
NMDA NR1 NR2
non- NMDA AMPA GluR 1-4 kainte GluR 5-7 KA 1-2
m GLuRs
Szinaptikus iGluR-ok kimutatása I. • konvencionális ICC-vel nem detektálhatók – az epitópokat elrejti a szinaptikus denzitás és rés kiterjedt fehérje hálózata
Konvencionális ICC nem mutatja ki a szinaptikus helyzetű iGluR-okat
Konvencionális ICC nem mutatja ki a szinaptikus helyzetű iGluR-okat
Szinaptikus iGluR-ok kimutatása II. • konvencionális ICC-vel nem detektálhatók – az epitópokat elrejti a szinaptikus denzitás és rés kiterjedt fehérje hálózata
• alternatív stratégiák – post-embedding elektronmikroszkópos ICC (?) – antigén „unmasking” (felfedés) • hővel • mikrohullámú sugárzással • enzimatikus emésztéssel – pl. pepszin kezeléssel (Watanabe et al. 1998 Eur J Neurosci 10:478-487)
– szignál amplifikáció – pl. Tyramid reakció
AMPAR alegységek a gerincvelőben • Pepszin kezelés után mindegyik alegység pontszerű jelölést ad; az immunoreaktív szemcsék szinapszisoknak felelnek meg • Laminaris megoszlás: – GluR2: mindenhol a szürkeállományban – GluR1: hátsó szarvra korlátozódik (főleg lamina I-II) – GluR3-4: főleg elülső szarvban és a hátsó szarv mély lamináiban
Nagy et al. (2004) J Neurosci 24, 5766-5777
Mi a bizonyíték, hogy a szemcsék valóban szinaptikus iGluR-oknak felenek meg? • Glutamaterg boutonokkal asszociálódnak • Egyéb szinaptikus elhelyezkedésű fehérjékkel co-localizálódnak (pl. PSD-95) • Elektronmikroszkóppal a PSD-nek felenek meg
VGLUT1 boutonok (lamina IIi-III) (főleg „low-threshold” myelinhüvelyes Aβ és Aδ afferensek) ~ 4 szemcse/bouton
IB4-jelölt boutonok (lamina II) (főleg nem-peptiderg C afferensek) ~ 4.8 szemcse/bouton
VGLUT2 boutonok (lamina I-III) (főleg interneuronok terminálisai) ~ 1.5 szemcse/bouton Nagy et al. (2004) J Neurosci 24, 5766-5777
Co-localizáció PSD-95-tel
szinte valamennyi GluR2 szemcse egyben PSD-95 immunoreaktív is
0.5 µm
Elektron mikroszkópia: bár az ultrastruktúra károsodott a pepszin kezelés hatására, mégis számos szinapszis PSD-je jelölődött. Nagy et al. (2004) J Neurosci 24, 5766-5777
Konklúziók az AMPA receptorokkal kapcsolatban • az egyes alegységek eltérő lamináris megoszlást mutatnak • a GluR2 alegység szinte minden AMPA receptort tartalmazó szinapszisban előfordul • a GluR1 alegység nagyobb arányban fordul elő primer afferens alkotta szinapszisban, mint interneuronális szinapszisokban • a fájdalomérzés szempontjából legfontosabb felszínes I-II laminában a GluR2/GluR1 alegységet tartalmazó AMPAR komplexek fordulnak elő legnagyobb gyakorisággal
AMPAR alegységek foszforilációja • szerepet játszik a szinaptikus plaszticitásban (pl. LTP a hippocampusban)
• egyes vélemények szerint hasonló mechanizmus áll a krónikus fájdalommal járó kórképek hátterében
AMPA alegységek foszforilációja • GluR1 foszforiláció Ser831-nél (PKC, CaMKII) – ↑ current flow (megnövekedett konduktancia)
• GluR1 foszforiláció Ser845-nél (PKA) – ↑ current flow (megnövekedett nyitvatartási valószínűség) – hippocampusban elengedhetetlenül szükséges az új AMPA receptorok szinaptikus inszerciójához LTP során
GluR1 foszforiláció a S831-nél pS831 GluR1 10 perccel fájdalmas hőingerlés után
• ps831 – basal levels and doesn't change
A S831-nek van egy bazális foszforilációs szintje, mely úgy tűnik nem növekszik akut fájdalominger hatására
GluR1 foszforiláció a S845-nél • Az S845 bazális foszforilációs szintje nem tűnik számottevőnek a hátsó szarv felszínes lamináiban • 10 perccel s.c. capsaicin injekció vagy fájdalmas hőingerlés után (52°C) a szinaptikus pS845-GluR1 szint jelentősen megemelkedik az ipsilateralis hátsó szarvban
pS845 GluR1 10 perccel s.c. capsaicin injekció után
Konklúzió I.
Akut gyulladásos fájdalomban fokozódott a GluR1 Ser845 oldalláncának PKA mediált foszforilációja, mely felveti, hogy a hyperalgesiában a szinaptikus ingerületátvitel erősségének fokozódása, ún. centrális szenzitizáció játszhat szerepet.
Foszforiláció diabeteses neuropathiában • Számos irodalmi adat utal DPN-ben a PKC fokozott aktivitására. • 80 mg/kg streptozotocin i.p. adása után 24 órán belül DM alakul ki (vc > 15 mmol/l) • kb. 4 nappal a DM indukcióját követően viselkedési teszteléssel mechanicus allodynia mutatható ki • az allodynia csúcspontját 4 hét múlva éri el, ezt követően hypaesthesiába megy át
„Viselkedései tesztelés”
von Frey monofilamentumok
GluR1-p-Ser831
GluR1-p-Ser831 vs GluR2
Konklúzió II.
Diabeteses mechanicus allodyniában fokozódott a GluR1 Ser831 oldalláncának PKC mediált foszforilációja, mely felveti, hogy a diabeteses neuropathiás fájdalomban a szinaptikus ingerületátvitel erősségének fokozódása, ún. centrális szenzitizáció játszhat szerepet.
