Modulacja transporterów glutaminianu w leczeniu bólu neuropatycznego

Czy modulacja transporterów glutaminianu może skutecznie leczyć ból neuropatyczny?

Badanie eksperymentalne przeprowadzone na modelu zwierzęcym wykazało, że modulacja transporterów glutaminianu może stanowić skuteczną strategię w leczeniu bólu neuropatycznego wywołanego paklitakselem. Naukowcy wykorzystali model neuropatii obwodowej indukowanej paklitakselem u samic szczurów Wistar, podając lek w dawce 2 mg/kg dootrzewnowo w dniach 0, 2, 4 i 6, co skutkowało rozwojem allodynii mechanicznej.

Badana populacja obejmowała 36 samic szczurów Wistar podzielonych na sześć grup: kontrolną, paklitakselową oraz cztery grupy otrzymujące różne substancje terapeutyczne (ceftriakson 200 mg/kg/dzień, penicylinę G 400,000 U/kg/dzień, klonidynę 2,5 μg/kg/dzień lub morfinę 0,1 mg/kg/dzień) przez 10 dni, począwszy od 27. dnia eksperymentu. Wybór samic szczurów Wistar był celowy, gdyż wcześniejsze modele neuropatii indukowanej paklitakselem wykazują większą powtarzalność i stabilność u samic, a dodatkowo neuropatia indukowana paklitakselem występuje częściej i ma cięższy przebieg u kobiet, co zwiększa wartość translacyjną modelu. Pomiary progu bólowego wykonywano metodą Randalla-Selitto w określonych interwałach czasowych.

Jak neurobiologia bólu wpływa na wyniki eksperymentu?

Ból neuropatyczny wynikający z uszkodzenia lub dysfunkcji układu nerwowego nie jest rzadkością, a jego patobiologia pozostaje niejasna. Wcześniejsze badania sugerowały, że uszkodzenie komórek nerwowych, zaburzona transmisja nerwowa, zaburzenia równowagi neuroprzekaźników i stan zapalny tkanki nerwowej mogą przyczyniać się do bólu neuropatycznego. Neuropatia obwodowa indukowana paklitakselem dotyka około 97% pacjentów leczonych tym lekiem i znacząco obniża długoterminową jakość życia, często wymuszając zmniejszenie dawki lub przerwanie chemioterapii, co ogranicza skuteczność leczenia.

Wyniki badania wykazały, że paklitaksel znacząco wydłuża czas reabsorpcji glutaminianu w korze somatosensorycznej kończyny tylnej (S1HL) do około 8 sekund, w porównaniu z około 3 sekundami w grupie kontrolnej. Ten funkcjonalny defekt w usuwaniu glutaminianu ze szczeliny synaptycznej korelował z obniżonym progiem bólowym, co wskazuje na związek między zaburzeniami transportu glutaminianu a allodynią. Wszystkie badane leki poprawiały próg bólowy i skracały czas reabsorpcji glutaminianu, jednak w różnym stopniu.

Jakie substancje modulują transport glutaminianu w badaniu?

Najsilniejszy efekt obserwowano w grupie otrzymującej ceftriakson, który zwiększał ekspresję transportera glutaminianu GLT-1 w regionie S1HL 4,5-krotnie w porównaniu z grupą kontrolną. Ceftriakson, będący antybiotykiem β-laktamowym, zwiększa ekspresję GLT-1 w komórkach glejowych, zmniejszając tym samym poziom glutaminianu w synapsach. Mechanizm ten przyczynia się do łagodzenia objawów bólu neuropatycznego, takich jak allodynia i hiperalgezja. Dodatkowo, ceftriakson zwiększał również ekspresję innych transporterów: GLAST (1,5-krotnie), EAAC1 (1,6-krotnie) i EAAT4 (około 5-krotnie). Ceftriakson indukował także 2-krotny wzrost ekspresji syntetazy glutaminowej, co prowadziło do zwiększonego przekształcania glutaminianu w glutaminę w astrocytach, oraz 1,3-krotny wzrost ekspresji glutaminazy.

Morfina również wykazała znaczącą skuteczność w przywracaniu fizjologicznego czasu reabsorpcji glutaminianu, skracając go z 8,18±1,33 s w grupie paklitakselowej do 3,67±0,82 s. Opioidy, w tym morfina, należą do najsilniejszych leków przeciwbólowych stosowanych w leczeniu zarówno ostrego, jak i przewlekłego bólu. Jednak długotrwałe stosowanie często prowadzi do zmniejszenia skuteczności przeciwbólowej, co wymaga zwiększania dawek – zjawisko znane jako tolerancja – stanowiące istotne wyzwanie dla skutecznego leczenia. Chociaż morfina może nie wpływać bezpośrednio na system glutaminergiczny, prawdopodobnie oddziałuje na niego pośrednio, częściowo poprzez receptor Sigma-1, który wchodzi w interakcje z receptorem NMDA. W ten sposób morfina może zmniejszać presynaptyczne uwalnianie glutaminianu, prowadząc do zmniejszenia zapotrzebowania na transport glutaminianu i powrotu do normalnych czasów reabsorpcji, co przyczynia się do jej działania przeciwbólowego.

Interesujące wyniki uzyskano również dla penicyliny, która nie wpływała istotnie na poziom glutaminianu, ale zwiększała ekspresję syntetazy glutaminowej i zmniejszała ekspresję glutaminazy, co skutkowało redukcją synaptycznego poziomu glutaminianu do wartości fizjologicznych. Penicyliny należą do klasy antybiotyków β-laktamowych i wywierają swoje działanie przeciwbakteryjne poprzez hamowanie syntezy ściany komórkowej bakterii. Obecnie nie ma bezpośrednich dowodów naukowych wskazujących, że penicylina zwiększa ekspresję transportera glutaminianu GLT-1 w ośrodkowym układzie nerwowym w celu złagodzenia objawów bólu neuropatycznego. Niemniej jednak wykazano, że ampicylina, należąca do grupy penicylin, indukuje ekspresję GLT-1 in vitro, podobnie jak ceftriakson.

Z kolei klonidyna, agonista receptorów α2-adrenergicznych, wykazuje działanie anestetyczne, sedatywne, anksjolityczne, sympatykolityczne i przeciwbólowe. Wykazano, że ma silne działanie neuroprotekcyjne w różnych modelach niedokrwienia mózgu, gdzie nadmierne gromadzenie się zewnątrzkomórkowego glutaminianu odgrywa kluczową rolę patologiczną. Klonidyna zmniejszała ekspresję glutaminazy, co prowadziło do zmniejszenia produkcji i uwalniania glutaminianu w neuronach. Te efekty neuroprotekcyjne są mediowane przez receptory α2-adrenergiczne. Dodatkowo, aktywacja tych receptorów na zakończeniach neuronów glutaminergicznych hamuje uwalnianie glutaminianu.

Jak przekazywane są sygnały bólowe i jaka rola glutaminianu?

Badanie przeprowadzono również w jądrze wzgórzowym tylno-śródblaszkowym (PIL), które pełni kluczową funkcję w przekazywaniu sygnałów bólowych do kory mózgowej. W regionie PIL czas reabsorpcji glutaminianu wynosił około 5 sekund w grupie paklitakselowej, w porównaniu do grupy kontrolnej. Po leczeniu wszystkimi badanymi substancjami, czas reabsorpcji glutaminianu wynosił około 4 sekund we wszystkich grupach terapeutycznych z wyjątkiem grupy leczonej klonidyną.

Transmisja sygnałów bólowych z obwodu do jądra jest glutaminergiczna. Neurony aferentne pierwotne zlokalizowane w zwojach korzeni grzbietowych przenoszą sygnały bólowe do rdzenia kręgowego. W rogu grzbietowym rdzenia kręgowego neurony drugiego rzędu przekazują te sygnały przez drogę rdzeniowo-wzgórzową do wzgórza. Jądro brzuszno-tylno-boczne (VPL) wzgórza przetwarza te sygnały bólowe i przekazuje je do kory mózgowej. Transportery glutaminianu o wysokim powinowactwie z rodziny SLC1A są odpowiedzialne za transmisję bólu i szkodliwych doznań z obwodu do mózgu. Główne transportery zaangażowane w transmisję bólu to EAAT1 (GLAST), EAAT2 (GLT-1) i EAAT3 (EAAC1).

Glutaminian, dominujący neuroprzekaźnik pobudzający, i receptory glutaminianowe wydają się być zaangażowane w rozwój centralnej nadwrażliwości. Stymulacja receptorów NMDA była powiązana z patologiczną hiperalgezją i allodynią, co sugeruje, że antagoniści receptorów NMDA mogą być przydatni w leczeniu bólu neuropatycznego. Zwiększenie aktywności transportera glutaminianu 1 (GLT-1), który zmniejsza zewnątrzkomórkowy glutaminian, może być ważnym celem w leczeniu bólu.

Jakie są kliniczne implikacje i ograniczenia terapii?

Badanie ujawnia centralną rolę transportera GLT-1 w regulacji bólu neuropatycznego, co potwierdza znaczący efekt terapeutyczny ceftriaksonu. Transportery GLT-1 zlokalizowane na błonach komórkowych astrocytów regulują poziom zewnątrzkomórkowego glutaminianu. W przewlekłych stanach bólowych, w tym w bólu neuropatycznym, zgłaszano obniżoną regulację GLT-1 i warianty utraty funkcji. W miejscach zapalenia początkowy wzrost aktywności GLT1 zależy od stopnia urazu i przyczynia się do spowolnienia rozwoju hiperalgezji. Jednak ta początkowa upregulacja jest następnie zastąpiona przez downregulację GLT1, co sprzyja ułatwieniu zmniejszonej transmisji sieciowej wraz z utrzymywaniem się urazu, prowadząc do utrzymującego się bólu.

Działanie ceftriaksonu przeciwko bólowi neuropatycznemu jest związane z upregulacją GLT1 w rdzeniu kręgowym. Wcześniejsze badania wykazały, że powtarzane dootrzewnowe (i.p.) iniekcje ceftriaksonu (200 mg/kg) przez pięć dni znacząco łagodzą zarówno mechaniczną, jak i termiczną nadwrażliwość na ból. Ceftriakson łagodzi również neuropatyczny ból nerwu trójdzielnego (TNP) poprzez tłumienie plastyczności.

Jednakże długotrwałe stosowanie antybiotyków, takich jak ceftriakson, niesie ze sobą istotne ryzyko, takie jak potencjalne działania niepożądane i rozwój oporności na antybiotyki. Dlatego zastosowanie ceftriaksonu w leczeniu neuropatii indukowanej chemioterapią wymaga ostrożnej oceny. Chociaż jego zdolność do zwiększania ekspresji GLT-1 stanowi potencjalną korzyść terapeutyczną, należy przyjąć ostrożne podejście w warunkach klinicznych, biorąc pod uwagę brak długoterminowych danych dotyczących bezpieczeństwa i znaczenie dokładnej oceny stosunku korzyści do ryzyka.

Ograniczenia badania obejmują brak potwierdzenia zmian ekspresji na poziomie białka (np. za pomocą Western blot lub IHC) oraz brak bezpośrednich dowodów przyczynowych łączących ekspresję transporterów z odwróceniem bólu. Konieczne są dalsze badania w celu opracowania nowych, specyficznych modulatorów GLT-1, które mogłyby stanowić bezpieczną i skuteczną alternatywę w leczeniu bólu neuropatycznego.

Podsumowując, w badaniu oceniono rolę transporterów glutaminianu i czas ich wychwytu zwrotnego (za pomocą woltammetrii in vivo) oraz różnice w poziomach ekspresji transporterów glutaminianu i enzymów. Efekty różnych środków farmakologicznych na układ transportu glutaminianu były badane zarówno na poziomie molekularnym, jak i behawioralnym, ujawniając centralną rolę GLT-1 w regulacji bólu neuropatycznego. Znaczący efekt terapeutyczny ceftriaksonu wspiera ocenę tego transportera jako potencjalnego celu. Jednak ograniczenia długotrwałego stosowania antybiotyków i ograniczona skuteczność innych środków ujawniają potrzebę opracowania nowych i specyficznych modulatorów GLT-1. Przyszłe badania potwierdzające te mechanizmy w modelach opartych na ludziach i warunkach klinicznych są ważne.

Podsumowanie

Przeprowadzone badanie eksperymentalne na szczurach Wistar wykazało skuteczność modulacji transporterów glutaminianu w leczeniu bólu neuropatycznego wywołanego paklitakselem. W eksperymencie wykorzystano różne substancje terapeutyczne, przy czym najlepsze rezultaty osiągnięto stosując ceftriakson, który znacząco zwiększał ekspresję transportera GLT-1. Istotną skuteczność wykazała również morfina, skracając czas reabsorpcji glutaminianu do poziomu fizjologicznego. Penicylina i klonidyna także przyczyniły się do redukcji synaptycznego poziomu glutaminianu. Badanie potwierdziło kluczową rolę transportera GLT-1 w regulacji bólu neuropatycznego, jednak ze względu na ryzyko związane z długotrwałym stosowaniem antybiotyków, konieczne są dalsze prace nad opracowaniem bezpiecznych i specyficznych modulatorów GLT-1. Wyniki wskazują na potencjał terapeutyczny modulacji transportu glutaminianu w leczeniu bólu neuropatycznego, choć wymaga to jeszcze potwierdzenia w warunkach klinicznych.