Альтернативный сигнальный путь облегчает боль даже при толерантности к опиоидам

Хронические боли — серьезная проблема здравоохранения, снижающая качество жизни множества людей. В ряде случаев для их облегчения назначают опиоиды, однако серьезные побочные эффекты таких препаратов и привыкание к ним ограничивают их терапевтическое применение. Опубликованное в журнале Neuron исследование описывает альтернативный сигнальный путь, воздействие на который снимает боль даже у тех мышей, у которых развилась толерантность к опиоидам. Он не связан с системой вознаграждения и не обеспечивает развитие толерантности или синдрома отмены, что делает его перспективным в контексте разработки неопиоидных обезболивающих средств.

Нисходящий путь модуляции боли — это эволюционно консервативная нейронная цепь, которая кодирует и модулирует ноцицепцию в зависимости от внутреннего состояния и внешних стимулов. Ключевую роль в его регуляции играет вентролатеральное околоводопроводное серое вещество (vlPAG) — электрические, фармакологические и хемогенетические манипуляции в этой области вызывают анальгезию. Кроме того, vlPAG участвует в подавлении боли эндорфинами.

Ацетилхолин — важный нейромодулятор, влияющий на передачу сигнала и возбудимость нейронов в различных областях мозга; в том числе он участвует в регуляции восприятия боли. Уже известно, что в vlPAG имеются холинергические синапсы, и авторы исследования решили изучить, как их функционирование модулирует болевые сигналы. Они проводили опыты на мышиных моделях, индуцируя у животных боль разными способами: хроническим воспалением, высокой температурой или инъекцией формалина.

С помощью биосенсора, чувствительного к ацетилхолину, ученые установили, что при болевых стимулах выброс этого нейромедиатора в vlPAG снижался. Они также выяснили, какие именно участки мозга отвечают за ацетилхолиновую стимуляцию vlPAG, пометив последний ретроградно транспортирующимся вирусом, кодирующим флуоресцентный белок. Оказалось, что выброс ацетилхолина происходил в синапсах нейронов, идущих из педункулопонтийного тегментального ядра (PPT) — небольшого участка в стволе мозга. Активация этих нейронов, как затем выяснили исследователи, снижала болевую чувствительность. Так, при оптогенетической стимуляции нейронов PPT, продуцирующих ацетилхолин, мыши дольше не отдергивали лапку от нагревающегося источника тепла. Аналогичный результат был получен на модели хронического воспаления — у таких животных уменьшались признаки испытываемой боли, индуцированной воспалением. При этом стимуляция PPT не сказывалась на поведении мышей в норме или на их моторных функциях — это авторы работы подтвердили, проведя тест открытого поля для оценки тревожности животных, а также изучив их двигательную активность.

Важно, что описанный сигнальный путь способен ингибировать болевой сигнал при уже сформировавшейся толерантности к опиоидам. Чтобы это установить, ученые провели несколько экспериментов. Сперва они выяснили, как нейроны vlPAG, экспрессирующие μ-опиоидные рецепторы (vlPAG^Oprm1+), отвечают на болевой стимул до и после развития толерантности к опиоидам. Для этого исследователи экспрессировали в этих нейронах флуоресцентный сенсор кальция, с помощью которого можно было детектировать их активацию. Измерение флуоресценции in vivo показало, что эти нейроны активировались при острой боли, а хроническая боль увеличивала их возбудимость. Введение морфина, как и ожидалось, уменьшало возбуждение vlPAG^Oprm1+ нейронов.

Затем исследователи получили мышей с толерантностью к морфину, регулярно вводя им постепенно увеличивающиеся дозы. Тепловой тест показал, что оптогенетическое ингибирование vlPAG^Oprm1+ нейронов у таких животных по-прежнему уменьшало чувствительность к острому болевому стимулу даже после введения налоксона (антагониста опиоидных рецепторов). Параллельно с этим исследователи подтвердили, что ингибирование vlPAG^Oprm1+ нейронов снижало также уровень хронической боли. Такие результаты были получены как при оптогенетическом воздействии непосредственно на vlPAG^Oprm1+ нейроны, так и при стимуляции PPT, которая облегчала боль у мышей в предыдущих опытах.

Авторы работы также изучили, какие именно механизмы лежат в основе такой регуляции. Они охарактеризовали состав рецепторов при помощи флуоресцентной гибридизации in situ (FISH). Анализ показал, что в нейронах vlPAG на высоком уровне экспрессировалась мРНК Chrna7 и Chrm2. Первая из них кодирует α7-субъединицу никотинового ацетилхолинового рецептора, из которых, в частности, состоит соответствующий подтип н-холинорецепторов (α7 nAChR). Введение антагонистов именно к этим рецепторам, но не к другим их подтипам, блокировало антиноцептивный эффект стимуляции нейронного пути PPT–vlPAG.

Подробно исследовав поведение α7 н-холинорецепторов в ответ на различные болевые стимулы, исследователи установили, что нейроны, экспрессирующие эти рецепторы, активируются в vlPAG при боли. Их ингибирование в мозге мышей оптогенетическими методами уменьшало болевую чувствительность, но не затрагивало моторные функции и не влияло на уровень тревожности. Такой эффект наблюдался в том числе и у мышей с толерантностью к опиоидам. Кроме того, ингибирование α7 nAChR-экспрессирующих нейронов в vlPAG у этих мышей снижало некоторые проявления синдрома отмены опиоидов, такие как периодическое подпрыгивание.

Опираясь на эти результаты, ученые решили проверить, какой эффект на болевой сигналинг окажет применение агониста α7 н-холинорецепторов — EVP-6124. Мыши, получавшие этот препарат, демонстрировали более долгий промежуток перед отдергиванием лапки в тепловом тесте. Проявления боли, вызванной хроническим воспалением, также уменьшались при терапии EVP-6124.

Полученные наблюдения указывают на перспективность применения агонистов α7 н-холинорецепторов для облегчения боли. Авторы рассчитывают, что их работа углубит понимание механизмов контроля боли, а выявленные молекулярные и клеточные мишени позволят определять более эффективные стратегии лечения боли без применения опиоидов.

Противоопухолевый препарат облегчает хроническую боль у мышей