Bersagli emergenti nel dolore cronico da neuroinfiammazione

 

 

Riassunto

Gli analgesici attuali modulano prevalentemente la trasduzione e la trasmissione del dolore nei neuroni ed hanno un successo limitato nel controllo della progressione della malattia.  Si sono accumulate evidenze che suggeriscono che la neuroinfiammazione, caratterizzata da infiltrazione di cellule immunitarie, attivazione di cellule gliali e produzione di mediatori infiammatori nel sistema nervoso centrale e periferico, ha un ruolo importante nell’induzione e nel mantenimento del dolore cronico.  Questa rassegna si focalizza sui bersagli emergenti di chemochine, proteasi e via Wnt che promuovono la neuroinfiammazione nel midollo spinale ed il dolore cronico.  Mette anche in luce i mediatori lipidici anti-infiammatori e pro-risoluzione che agiscono sulle stesse cellule immuni, sulle cellule gliali e sui neuroni che risolvono l’infiammazione, la plasticità sinaptica ed il dolore.  Agire contro l’eccesso di neuroinfiammazione potrebbe offrire nuove opportunità terapeutiche per il dolore cronico e per i disordini neurologici e psichiatrici correlati.

Introduzione

Il dolore cronico è un problema sanitario in crescita che potrebbe interessare fino al 30% degli adulti nel mondo, ma gli attuali trattamenti – come farmaci oppioidi e anti-infiammatori non steroidei – sono inadeguati.  Molti tipi diversi di dolore contribuiscono al dolore cronico, inclusi il dolore infiammatorio dovuto a danno tessutale (per es. nell’artrite), il dolore da cancro ed il dolore neuropatico dovuto a danno di nervi, a danno al midollo spinale e a danno al cervello (per es., ictus e trauma).  Il dolore cronico è tipicamente caratterizzato da iperalgesia, che è una risposta aumentata a stimoli nocivi termici e meccanici ed allodinia in cui ci sono risposte nocicettive a stimoli normalmente innocui come un leggero toccamento (conosciuto come allodinia meccanica).  Il dolore neuropatico è caratterizzato anche da dolore bruciante, parestesia (una sensazione di formicolio e solletico, punture e forature) e disestesia (un anormale, spiacevole senso tattile).

Generalmente si pensa che il dolore cronico derivi da un’attività neuronale alterata (cioè, plasticità neuronale).  Questa alterata attività include la sensibilizzazione di neuroni periferici sensitivi primari nei gangli delle radici dorsali e nel ganglio del trigemino e la sensibilizzazione di neuroni centrali nocicettivi nel midollo spinale, nel nucleo del trigemino, nel tronco encefalico e nella corteccia.  Queste azioni nel sistema nervoso periferico (conosciuta come sensibilizzazione periferica) e nel sistema nervoso centrale (conosciuta come sensibilizzazione centrale) significano che un soggetto possiede una aumentata percezione del dolore.

Il dolore è una delle caratteristiche cardinali dell’infiammazione.  E’ ben stabilito che i mediatori infiammatori rilasciati localmente dopo un danno tessutale – inclusi i classici mediatori (per es., bradichinina, prostaglandine, H+, ATP, nerve growth factor), citochine pro-infiammatorie e chemochine così come mediatori emergenti (peptidi batterici N-formilati e micro-RNA) – possono stimolare direttamente e causare sensibilizzazione di nocicettori dolorifici localizzati nelle fibre nervose di neuroni afferenti primari nei tessuti periferici (Fig. 1).  Perciò, l’infiammazione acuta è intimamente legata allo sviluppo del dolore acuto.

 

Figura 1.  L’infiammazione provoca il dolore attraverso mediatori infiammatori e sensibilizzazione periferica. Danno tessutale ed infezione causano infiammazione attraverso estravasazione plasmatica ed infiltrazione di cellule immuni come macrofagi, cellule T, e neutrofili nel tessuto danneggiato.  Le cellule immuni infiltrate e le cellule residenti che includono mastcellule, macrofagi e cheratinociti rilasciano molti mediatori infiammatori, come bradichinina, prostaglandine, H+, ATP, nerve growth factor (NGF), citochine proinfiammatorie (TNF-α, IL-1β, IL-6), e chemochine proinfiammatorie (CCL2, CXCL1, CXCL5).  I neuroni nocicettivi esprimono i recettori per tutti questi mediatori infiammatori, che agiscono sui propri rispettivi recettori nelle fibre nervose nocicettive periferiche.  Questi recettori includono i GPCR, recettori ionotropici, e recettori a tirosin chinasi, e la loro attivazione risulta nella generazione di un secondo messaggero come Ca2+ e cAMP, che a loro volta attivano molte chinasi, come PKA, PKC, CaMK, PI3K, e le MAPK (ERK, p38, e JNK).  L’attivazione di queste chinasi causa ipersensibilità ed ipereccitabilità dei neuroni nocicettivi (nota come sensibilizzazione periferica), attraverso la modulazione di molecole chiave di trasduzione come i canali ionici transient receptor potential A1 e V1 (TRPA1 e TRPV1) e Piezo (un canale ionico attivato dalla distensione) così come molecole chiave di conduzione come i canali del sodio NaV1.7, NaV1.8 e NaV1.9.  I neuroni nocicettivi esprimono anche i TLR (cioè, TLR3, TLR4, e TLR7), che possono essere attivati da ligandi esogeni (conosciuti come quadri molecolari attivati da patogeni, che includono componenti virali e batteriche) e ligandi endogeni (conosciuti come quadri molecolari attivati dal danno, come gli RNA).  Alcuni miRNA (per es., let-7b) funzionano come dei nuovi mediatori del dolore per attivare i nocicettori attraverso TLR7 che è accoppiato a TRPA1 (l’accoppiamento è ulteriormente aumentato quando TLR7 è attivato da let-7b).  Anche l’infezione batterica (da Stafilococcus aureus) attiva direttamente i nocicettori ed induce ipereccitabilità neuronale attraverso il rilascio di N-formylated peptide (FP) batterici e la formazione della tossina che forma pori α-hemolysin (α-HL).  L’attivazione dei nocicettori rilascia anche sostanza P e CGRP che sono coinvolti nella generazione dell’infiammazione neurogena.  CGRP regola negativamente anche la linfadenopatia dopo l’infiammazione.

Figura 1. L’infiammazione provoca il dolore attraverso mediatori infiammatori e sensibilizzazione periferica.
Danno tessutale ed infezione causano infiammazione attraverso estravasazione plasmatica ed infiltrazione di cellule immuni come macrofagi, cellule T, e neutrofili nel tessuto danneggiato. Le cellule immuni infiltrate e le cellule residenti che includono mastcellule, macrofagi e cheratinociti rilasciano molti mediatori infiammatori, come bradichinina, prostaglandine, H+, ATP, nerve growth factor (NGF), citochine proinfiammatorie (TNF-α, IL-1β, IL-6), e chemochine proinfiammatorie (CCL2, CXCL1, CXCL5). I neuroni nocicettivi esprimono i recettori per tutti questi mediatori infiammatori, che agiscono sui propri rispettivi recettori nelle fibre nervose nocicettive periferiche. Questi recettori includono i GPCR, recettori ionotropici, e recettori a tirosin chinasi, e la loro attivazione risulta nella generazione di un secondo messaggero come Ca2+ e cAMP, che a loro volta attivano molte chinasi, come PKA, PKC, CaMK, PI3K, e le MAPK (ERK, p38, e JNK). L’attivazione di queste chinasi causa ipersensibilità ed ipereccitabilità dei neuroni nocicettivi (nota come sensibilizzazione periferica), attraverso la modulazione di molecole chiave di trasduzione come i canali ionici transient receptor potential A1 e V1 (TRPA1 e TRPV1) e Piezo (un canale ionico attivato dalla distensione) così come molecole chiave di conduzione come i canali del sodio NaV1.7, NaV1.8 e NaV1.9. I neuroni nocicettivi esprimono anche i TLR (cioè, TLR3, TLR4, e TLR7), che possono essere attivati da ligandi esogeni (conosciuti come quadri molecolari attivati da patogeni, che includono componenti virali e batteriche) e ligandi endogeni (conosciuti come quadri molecolari attivati dal danno, come gli RNA). Alcuni miRNA (per es., let-7b) funzionano come dei nuovi mediatori del dolore per attivare i nocicettori attraverso TLR7 che è accoppiato a TRPA1 (l’accoppiamento è ulteriormente aumentato quando TLR7 è attivato da let-7b). Anche l’infezione batterica (da Stafilococcus aureus) attiva direttamente i nocicettori ed induce ipereccitabilità neuronale attraverso il rilascio di N-formylated peptide (FP) batterici e la formazione della tossina che forma pori α-hemolysin (α-HL). L’attivazione dei nocicettori rilascia anche sostanza P e CGRP che sono coinvolti nella generazione dell’infiammazione neurogena. CGRP regola negativamente anche la linfadenopatia dopo l’infiammazione.

Inoltre l’iperattività dei neuroni sensitivi primari dovuta all’infiammazione periferica aumenterà il rilascio di neurotrasmettitori (per es., glutammato) e neuromodulatori come sostanza P, calcitonin gene-related peptide (CGRP) e brain-derived neurotrophic factor (BDNF) dai terminali centrali di afferenti primari nel midollo spinale e nel nucleo trigeminale, che causano iperattività di neuroni nocicettivi postsinaptici, cioè sensibilizzazione centrale.  In particolare, la sensibilizzazione centrale è responsabile del dolore secondario al di fuori del sito iniziale di danno.  L’attivazione dei recettori NMDA e di mitogen activated protein kinase ha un ruolo importante nella sensibilizzazione centrale e nell’ipersensibilità al dolore.

Mentre l’infiammazione acuta produce una sensibilizzazione centrale transitoria, il dolore cronico è associato con una sensibilizzazione centrale di lungo periodo e perfino permanente che persiste dopo che l’infiammazione acuta si è risolta.  Per esempio, si è visto che il Toll-like receptor 4 (TLR4) espresso nel midollo spinale media la transizione dell’ipersensibilità meccanica da acuta a persistente dopo la risoluzione dell’infiammazione in un modello di artrite nei roditori.  Dolore ed infiammazione si possono anche dissociare in altre condizioni, per esempio la malattia periodontale (che insorge in seguito ad infiammazione cronica) non è di solito associata a dolore.

Recenti progressi indicano che lo sviluppo di neuroinfiammazione – infiammazione di tessuti all’interno del sistema nervoso periferico (SNP) e del sistema nervoso centrale (SNC) – è responsabile della generazione e del mantenimento della sensibilizzazione dei neuroni nocicettivi che portano al dolore cronico.  Quindi, avere come bersaglio i processi e le molecole che sono coinvolte nella neuroinfiammazione potrebbe portare a migliori trattamenti del dolore cronico.

Neuroinfiammazione

Così come ha un ruolo chiave nello sviluppo del dolore cronico, evidenze crescenti suggeriscono che la neuroinfiammazione è una causa alla base di molte malattie del SNC tra cui la malattia di Alzheimer, la malattia di Parkinson, la sclerosi multipla e disordini psichiatrici.  Tuttavia, ci sono controversie sul fatto se la neuroinfiammazione abbia un ruolo dannoso o benefico nella patologia delle malattie del SNC, a seconda che vengano prodotti mediatori pro-infiammatori (dannosi) o mediatori anti-infiammatori e/o fattori di crescita (benefici) in differenti stadi della neuroinfiammazione.  E’ degno di nota che ci siano chiare differenze tra la neuroinfiammazione nelle malattie neurodegenerative e quella nel dolore cronico dopo un danno periferico (Box 1).

Box 1

Neuroinfiammazione nelle malattie neurodegenerative e nel dolore cronico

Ci sono chiare differenze tra la neuroinfiammazione delle malattie neurodegenerative (per es., la malattia di Alzheimer) e quella del dolore cronico che segue ad un danno periferico.  La neuroinfiammazione delle malattie neurodegenerative e del danno al midollo spinale è il risultato di un danno diretto al SNC e causerà ulteriore degenerazione neuronale e morte cellulare (danno secondario).  Nel dolore cronico (cioè il dolore neuropatico ed infiammatorio), la neuroinfiammazione è spesso il risultato di un danno periferico e di una eccessiva attività neuronale di neuroni sensitivi primari.  Quindi, la neuroinfiammazione del SNC conseguente ad un danno periferico è relativamente lieve e non causa una marcata perdita neuronale.  Ci sono anche differenze nel ruolo delle citochine proinfiammatorie nella malattia neurodegenerativa in paragone al dolore infiammatorio.  Citochine come il TNF-α e l’IL-1β causano neurodegenerazione ed alterano la plasticità sinaptica e la memoria (come per es. LTP) in molte regioni cerebrali (per es., ippocampo e cingolo dentato) associate con disfunzioni cerebrali nelle malattie neurodegenerative.  Al contrario, TNF-α e IL-1β servono da neuromodulatori nelle corna dorsali del midollo spinale dopo danno periferico ed inducono/aumentano la plasticità sinaptica (per es., LTP) ed il dolore infiammatorio e neuropatico.  E’ interessante notare la scoperta che la neutralizzazione del TNF-α inibisce il dolore cronico in pazienti con artrite reumatoide molto più velocemente di quanto non migliori i segni d’infiammazione come la riduzione del gonfiore articolare, probabilmente attraverso l’inibizione della neurotrasmissione nocicettiva mediata dal TNF-α (plasticità sinaptica) nelle corna dorsali del midollo spinale prima del miglioramento dell’infiammazione.

La neuro infiammazione avviene nel SNP (cioè, nei nervi e nei gangli periferici) e nel SNC (cioè midollo spinale e cervello) ed è caratterizzata da infiltrazione di leucociti ed aumentata produzione di mediatori infiammatori in questi siti.  Il traffico di tipi diversi di leucociti nel SNP e nel SNC avviene con profili temporali distinti; il traffico iniziale di neutrofili (ore) è seguito dal traffico di macrofagi (giorni) e quindi dall’infiltrazione di linfociti T (da giorni a settimane).  In particolare, la neuroinfiammazione si manifesta come attivazione di cellule gliali, come le cellule di Schwann nel nervo, cellule gliali satelliti nei gangli e nella microglia, ed astrociti ed oligodendrociti nel midollo spinale e nel cervello.  L’attivazione delle cellule gliali porta alla produzione di mediatori gliali che possono modulare la sensibilità al dolore. Delle cellule residenti nel SNC, quelle microgliali sono probabilmente le prime cellule a rispondere (in giorni) al danno dei nervi periferici seguite dagli astrociti (da giorni a settimane).  Questi dettagli temporali sono rilevanti come bersagli farmacologici per il controllo dell’inizio e del mantenimento del dolore cronico, perché in dipendenza di quale stadio del dolore cronico un farmaco può colpire, i tipi cellulari e quindi i mediatori possono variare.  In aggiunta, l’aumento della permeabilità della BEE e della barriera emato-midollo spinale (BEMS) – che porta ad un aumento dell’invasione dei leucociti nel SNC – è un’importante caratteristica dell’infiammazione del SNC.

La neuroinfiammazione è un’infiammazione locale il chè significa che è più efficace nel provocare e sostenere il dolore rispetto all’infiammazione sistemica, ma nonostante ciò è difficile da rilevare clinicamente.  Per esempio, la fibromialgia, una condizione dolorosa muscolare cronica, era precedentemente considerata come un dolore atipico, perché non potevano essere rilevate patologie ed infiammazioni ovvie nei pazienti affetti.  Tuttavia, uno studio recente ha identificato una neuropatia di piccole fibre nervose nei pazienti con fibromialgia, che potrebbe essere il risultato ed anche la causa di una neuroinfiammazione cronica.  Sembra che la neuroinfiammazione sia permanente nei pazienti con dolore cronico, per esempio la neuroinfiammazione (misurata tramite attivazione gliale ed espressione di citochine) è associata positivamente con il dolore neuropatico in campioni post-mortem di midollo spinale di pazienti infetti da HIV.  La neuroinfiammazione nel SNC potrebbe anche essere infiammazione neurogena, dal momento che può essere innescata dalle attività neuronali di neuroni sensitivi primari o di neuroni locali del midollo spinale.

Ci sono molte rassegne eccellenti su neuroinfiammazione periferica e dolore cronico.  Noi focalizziamo questa rassegna sul come la neuroinfiammazione centrale guidi il dolore cronico (Fig. 2), in parte perché l’infiammazione centrale produce un maggior numero di bersagli che sostengono il dolore cronico.   Sottolineeremo come la produzione di mediatori infiammatori e gliali nel midollo spinale moduli la trasmissione sinaptica per fornire un legame tra la neuroinfiammazione ed il dolore cronico e metteremo in luce i bersagli emergenti incluse le chemochine che mediano le interazioni tra neuroni e cellule gliali, mediatori lipidici che agiscono su neuroni e glia per risolvere l’infiammazione così come altri bersagli emergenti che modulano la neuroinfiammazione come proteasi e molecole del segnale Wnt.  In aggiunta, metteremo in luce i vantaggi e gli svantaggi di ciascun approccio.  Ci focalizzeremo su questi bersagli in quanto per prima cosa sono dei bersagli relativamente nuovi nel campo di ricerca sul dolore e in secondo luogo in quanto modulano il dolore cronico attraverso un meccanismo unico, cioè, le interazioni neurone-cellula gliale nel SNC.

Figura 2: La neuroinfiammazione nel midollo spinale guida il dolore cronico attraverso interazioni neurono-gliali e sensibilizzazione centrale Il dolore cronico, come nel dolore neuropatico indotto da danno ai nervi ed al midollo spinale, il dolore infiammatorio indotto dall’artrite, il dolore da cancro, ed il dolore indotto da trattamento con farmaci è il risultato di una neuroinfiammazione del midollo spinale.  Questa neuroinfiammazione è innescata dal rilascio dipendente dall’attività di attivatori gliali (cioè, neurotrasmettitori, chemochine e proteasi, e ligandi wnt) nei terminali centrali di neuroni afferenti primari e/o è innescata dalla distruzione della BEE.  La neuroinfiammazione è caratterizzata dall’attivazione della microglia e degli astrociti, da infiltrazione di cellule immuni nel SNP (per es., nei DRG) e nel SNC (per es., nel midollo spinale), e dalla produzione di mediatori gliali ed infiammatori come le citochine e le chemochine proinfiammatorie, fattori di crescita e gliotrasmettitori (glutammato ed ATP).  Questi mediatori gliali possono modulare potentemente la trasmissione sinaptica eccitatoria ed inibitoria, determinando una sensibilizzazione centrale e stati aumentati di dolore cronico.  I mediatori gliali possono ulteriormente agire sulla glia e sulle cellule immuni per facilitare la neuroinfiammazione attraverso vie autocrine e paracrine.  Inoltre, la neuroinfiammazione genera anche citochine anti-infiammatorie e pro-resolution lipid mediators (PRLMs) per normalizzare la neuroinfiammazione, la plasticità sinaptica ed il dolore cronico anormale.

Figura 2: La neuroinfiammazione nel midollo spinale guida il dolore cronico attraverso interazioni neurono-gliali e sensibilizzazione centrale
Il dolore cronico, come nel dolore neuropatico indotto da danno ai nervi ed al midollo spinale, il dolore infiammatorio indotto dall’artrite, il dolore da cancro, ed il dolore indotto da trattamento con farmaci è il risultato di una neuroinfiammazione del midollo spinale. Questa neuroinfiammazione è innescata dal rilascio dipendente dall’attività di attivatori gliali (cioè, neurotrasmettitori, chemochine e proteasi, e ligandi wnt) nei terminali centrali di neuroni afferenti primari e/o è innescata dalla distruzione della BEE. La neuroinfiammazione è caratterizzata dall’attivazione della microglia e degli astrociti, da infiltrazione di cellule immuni nel SNP (per es., nei DRG) e nel SNC (per es., nel midollo spinale), e dalla produzione di mediatori gliali ed infiammatori come le citochine e le chemochine proinfiammatorie, fattori di crescita e gliotrasmettitori (glutammato ed ATP). Questi mediatori gliali possono modulare potentemente la trasmissione sinaptica eccitatoria ed inibitoria, determinando una sensibilizzazione centrale e stati aumentati di dolore cronico. I mediatori gliali possono ulteriormente agire sulla glia e sulle cellule immuni per facilitare la neuroinfiammazione attraverso vie autocrine e paracrine. Inoltre, la neuroinfiammazione genera anche citochine anti-infiammatorie e pro-resolution lipid mediators (PRLMs) per normalizzare la neuroinfiammazione, la plasticità sinaptica ed il dolore cronico anormale.

Infiltrazione delle cellule immuni nel SNC

L’infiltrazione di leucociti come i macrofagi e le cellule T nel midollo spinale è molto ovvia dopo un danno diretto al midollo spinale (come una contusione del midollo spinale).  Anche l’infiltrazione di cellule immuni nel SNC dopo un danno dei nervi periferici o danno tissutale è evidente.  L’attivazione del recettore CCR2 delle chemochine contribuisce all’infiltrazione dei macrofagi derivati dal midollo osseo nel midollo spinale dopo danno dei nervi periferici.  Anche l’infiltrazione di cellule T nel midollo spinale è stata implicata nello sviluppo del dolore neuropatico dopo danno ai nervi, in maniera dipendente dall’età.  E’ stato riportato l’apertura della BEMS dopo danno ai nervi e attivazione delle fibre C nei roditori, che porta all’infiltrazione di cellule immuni nel midollo spinale.

Attivazione della microglia e degli astrociti nel dolore cronico

A causa della presenza di grandi numeri di cellule gliali residenti in paragone ai leucociti, si pensa che le cellule gliali residenti abbiano un ruolo più importante nello sviluppo del dolore cronico.  La così detta “attivazione gliale” sta emergendo come meccanismo chiave che sta alla base della genesi del dolore cronico.  E’ da notare che la glia possiede più di uno stato di attivazione e non si comporta in modo inerte nemmeno nello stato fisiologico di “riposo”.  Quindi, è importante definire le caratteristiche specifiche della glia attivata che può essere associata con diversi stati di attivazione della glia stessa (Box 2).  Ciascuno stato di attivazione può avere un gruppo di caratteristiche distinte e queste caratteristiche possono avere ruoli diversi nella sensibilizzazione al dolore, e quindi, sarebbe più appropriato avere come bersagli terapeutici alcuni stati di attivazione/caratteristiche rispetto ad altri.

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Box 2  

Caratteristiche distinte della glia attivata

C’è non solo la glia non attivata (nota che anche in “stato di riposo” la microglia continua a fare il lavoro di sorveglianza) e la glia attivata ma anche più di un tipo di glia attivata con caratteristiche diverse che possono essere associate con diversi stati di attivazione della glia.

La gliosi, l’ipertrofia gliale, o reazione gliale è la caratteristica più studiata della glia attivata e si manifesta come modificazione della morfologia gliale ed aumentata espressione dei marcatori gliali come il CD11b e Ionized calcium binding adaptor molecule 1 (Iba1) nella microglia, e glial fibrillary acidic protein (GFAP) e S100 negli astrociti.  Sembra che l’ipertrofia/reazione astrocitaria nel midollo spinale sia più generale e persistente rispetto all’ipertrofia/reazione microgliale ed è meglio correlata con gli stati di dolore cronico dovuti a vari danni dolorifici.  E’ da notare che la reazione microgliale nel midollo spinale indotta da danno ai nervi è dipendente dall’età; dolore neuropatico e reazione microgliale non avvengono nei ratti giovani (< 3 settimane di età).

L’attivazione delle MAPK è un’altra caratteristica preminente dell’attivazione gliale.  ERK1/2, p38, JNK, ERK5 sono coinvolti nel segnale intracellulare della glia attivata e nella patogenesi del dolore cronico.  Sorprendentemente, MAPK diverse hanno quadri diversi di attivazione nelle cellule spinali gliali dopo danno ai nervi, come ad esempio attivazione di p38 ed ERK5 nella microglia, attivazione di JNK negli astrociti, e l’attivazione sequenziale di ERK 1/2 nella microglia e poi negli astrociti.

Il danno ai nervi causa anche l’aumento dell’espressione di molti recettori e canali della glia in modelli di roditori.  Il danno dei nervi periferici induce l’espressione dei recettori dell’ATP P2X4, P2X7, P2Y6 e P2Y12 nella microglia spinale, che è implicata nello sviluppo del dolore neuropatico.  L’espressione degli emicanali Connexin-43 (Cx43), che controllano il rilascio di ATP, è aumentata negli astrociti del midollo spinale dopo danno al midollo spinale e sono anche coinvolti nello sviluppo del dolore neuropatico.  Inoltre, il recettore CXC3CR1 delle chemochine è espresso specificamente nella microglia e la sua espressione è aumentata nel midollo spinale dopo danno ai nervi.  IL dolore neuropatico è anche associato alla diminuita espressione del trasportatore del glutammato GLT-1 e GLAST negli astrociti del midollo spinale, il chè causa una deficienza del rilascio di glutammato dalle fessure sinaptiche e dallo spazio extracellulare, che porta ad una aumentata trasmissione glutammatergica.

La caratteristica più critica dell’attivazione gliale nella regolazione del dolore è la generazione di mediatori gliali, che agiscono da potenti neuromodulatori per regolare la trasmissione sinaptica eccitatoria ed inibitoria nel midollo spinale.

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Il tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) è una delle citochine infiammatorie più studiate e più potenti ed è stato mostrato che è espressa da microglia, astrociti e neuroni DRG sensitivi primari.  Tuttavia, PCR-analisi di singole cellule rivela che nonostante la maggioranza della microglia (90%) ed alcuni astrociti (40%) esprimano TNF-α, i neuroni del midollo spinale non lo fanno, suggerendo che la microglia è la sorgente maggiore di TNF-α nel midollo spinale.  L’interleuchina-1 beta (IL-1β), un’altra citochina infiammatoria cruciale, è espressa sia dalla microglia che dagli astrociti nel midollo spinale, mentre l’IL-18 – che è strettamente correlata all’IL-1β – è indotta nella microglia dopo danno ai nervi ed esposizione cronica agli oppioidi.  Le chemochine come CCL2, CXCL1 e CCL7 sono prodotte dagli astrociti del midollo spinale e facilitano il dolore neuropatico.  Il BDNF è stato trovato in origine nei neuroni DRG e nei loro terminali centrali nel midollo spinale, ma è anche indotto nella microglia del midollo spinale dopo danno ai nervi ed in seguito a trattamento cronico con morfina e contribuisce al dolore neuropatico ed alla tolleranza alla morfina.  Il basic fibroblast growth factor (bFGF) è indotto negli astrociti del midollo spinale per sostenere il dolore neuropatico.  Inoltre, le cellule gliali producono citochine antinfiammatorie come IL-4, IL-10, TGF-β ed IFN-α che antagonizzano il dolore, ma la localizzazione cellulare di queste citochine antinfiammatorie non è ben caratterizzata.

Il danno ai nervi causa anche proliferazione della microglia e degli astrociti nel midollo spinale, il chè potrebbe contribuire ad aumentare la produzione di mediatori gliali e l’espressione di iperalgesia ed allodinia.  I mediatori gliali sono neuromodulatori, e come tali possono modulare potentemente la trasmissione sinaptica nel midollo spinale a concentrazioni nanomolari.  E’ interessante che TNF-α, IL-1β, IL-6 e BDNF modulino sia la trasmissione sinaptica eccitatoria che inibitoria.  Nelle corna dorsali il TNF-α aumenta il rilascio di glutammato dai terminali delle fibre C che esprimono TRPV1, il chè porta ad aumento della trasmissione sinaptica eccitatoria negli interneuroni eccitatori della lamina IIo, che a loro volta fanno sinapsi con i neuroni di proiezione alla lamina-I per formare un circuito del dolore.

Il BDNF secreto dalla microglia induce una riduzione trans-sinaptica nell’espressione dell’esportatore KCC2 del potassio-cloruro, che porta ad uno slittamento depolarizzante nel potenziale anionico di ristabilimento nei neuroni di proiezione della lamina I.  Come conseguenza, il GABA produce una minore inibizione e talvolta evoca perfino eccitazione nei neuroni di proiezione del midollo spinale.  La disinibizione della trasmissione sinaptica GABAergica e glicinergica nel circuito del dolore del midollo spinale ha un ruolo importante nella generazione del dolore cronico.  E’ interessante notare che un circuito feed-forward glicinergico nelle lamine II-III del midollo spinale è stato implicato come nuovo meccanismo di cancello di controllo nel dolore, e la perdita di questo cancello di controllo dopo danno al nervo apre il cancello rendendo capaci stimoli meccanici normalmente innocui di determinare allodinia meccanica, una caratteristica cardinale del dolore neuropatico.  Nonostante molte delle molecole citate prima come TNF-α, IL-1β, IL-6 e KCC2 siano dei bersagli potenziali di terapeutici del dolore, ci focalizzeremo sui seguenti bersagli emergenti (vedi tabella 1) che hanno sia azioni pro- che anti-infiammatorie.  Discuteremo anche nuove strategie terapeutiche per la gestione del dolore cronico in cui i bersagli con azioni anti-infiammatorie dovrebbero essere attivati/potenziati e quelli con azioni pro-infiammatorie dovrebbero essere ridotti/bloccati.

Tabella 1

Chemochine: mediatori delle interazioni neurono-gliali

Generalmente si crede che la neuroinfiammazione moduli il dolore cronico promuovendo le interazioni di segnale tra neuroni e cellule gliali.  In particolare, le chemochine sono ben posizionate per mediare queste interazioni, in quanto le chemochine ed i loro recettori sono espressi differenzialmente nei neuroni e nelle cellule gliali.  Le interazioni neuroni-glia mediate dalle chemochine hanno due livelli.  Primo, i neuroni esprimono le chemochine e le cellule gliali esprimono i rispettivi recettori di queste chemochine.  Secondo, le cellule gliali esprimono le chemochine ed i neuroni esprimono i loro rispettivi recettori.  Il ruolo delle chemochine nella regolazione della migrazione e dell’attivazione dei leucociti periferici, dell’adesione cellulare e dell’attivazione delle cellule T, così come nell’induzione della sensibilizzazione periferica è ben stabilito.  Qui ci focalizziamo sul ruolo delle chemochine all’interno del SNC nel processo del dolore cronico e forniamo un aggiornamento sui progressi recenti in questa area di ricerca.  Specificamente, discuteremo diverse paia di chemochine e recettori di chemochine nella modulazione del segnale dai neuroni alla glia e dalla glia ai neuroni nel midollo spinale e come questo segnale sia coinvolto nella persistenza del dolore cronico.

CX3CL1 e CX3CR1 mediano le interazioni neuroni-microglia

CX3CL1 (conosciuta anche come fractalkine) è il solo membro della sottofamiglia CXC3 e possiede due distinte forme molecolari: una legata alla membrana che promuove l’adesione cellulare ed una forma solubile con proprietà chemiotattiche.  CX3CL1 è espressa costitutivamente nei DRG e nei neuroni del midollo spinale.  In seguito a danno dei nervi in un modello di roditori o nel trattamento di neuroni DRG con la proteasi catepsina S, CX3CL1 è tagliata e secreta dai neuroni DRG (inclusi i loro terminali centrali) e dai neuroni spinali.  Successivamente si lega a CX3CR1, l’unico recettore per CX3CL1, ed è importante che CX3CR1 sia espresso specificamente nella microglia ed abbia un’aumentata espressione nelle condizioni di dolore cronico.  Il dolore neuropatico è ridotto dalla somministrazione spinale di anticorpi neutralizzanti anti-CX3CR1 nei ratti ed è abrogato in topi senza il gene Cx3cr1.  Meccanicisticamente, è stato mostrato che CX3CL1 attiva p38 MAPK nella microglia spinale.

Quindi, CX3CL1 e CX3CR1 sono coinvolti nelle interazioni neuroni-microglia nel midollo spinale per promuovere il dolore cronico.  In aggiunta agli anticorpi neutralizzanti citati precedentemente, è stato identificato un analogo hCX3CL1  (chiamato F1) come il primo antagonista CX3CR1 che può inibire potentemente l’accumulo dei macrofagi in un modello murino di periodontite.  L’efficacia analgesica di questo antagonista necessita di essere misurata in modelli animali.

CCL2 e CCR2 mediano le interazioni neuroni-microglia e astrociti-neuroni

CCL2 (nota anche come monocytes chemoattractant protein 1 (MCP-1)) è uno dei 28 membri della sottofamiglia CC delle chemochine.  CCL2 riconosce molti recettori tra cui CCR1, CCR2 e CCR4, ma CCR2 è il recettore preferito con l’affinità più alta per CCL2.  La neutralizzazione di CCL2, gli antagonisti di CCR2 o la delezione di Ccr2 riducono il dolore neuropatico nei roditori.  Studi precoci hanno suggerito che CCL2 e CCR2 sono coinvolti nelle interazioni di segnale tra i neuroni sensitivi primari e la microglia del midollo spinale nel dolore neuropatico, in base alle seguenti evidenze: Primo, il danno ai nervi causa un aumento dell’espressione di CCL2 nei neuroni dei nocicettori DRG.  Secondo, la stimolazione ad alta intensità delle radici dorsali (che contiene fibre efferenti dei neuroni DRG) induce il rilascio di CCL2 da fettine di midollo spinale in modelli animali di dolore neuropatico.  Terzo, topi knock-out per Ccr2 hanno livelli ridotti di dolore neuropatico e microgliosi spinale.  Tuttavia, evidenze morfologiche dell’espressione di CCR2 nella microglia spinale sono insufficienti, anche se è stato mostrato che l’espressione di CCR2 è aumentata nella microglia del midollo rostrale ventromediale (un’area del tronco encefalico coinvolto nella modulazione del dolore) in seguito a legatura del nervo spinale nei ratti.  Studi recenti (dal 2009) suggeriscono che CCL2 e CCR2 mediano anche il segnale astrocita-neurone nel midollo spinale durante il dolore neuropatico.  Primo, il danno ai nervi nei topi induce l’espressione di CCL2 negli astrociti del midollo spinale e del nucleo trigeminale ed aumenta anche l’espressione di CCR2 nei neuroni del midollo spinale.  Secondo, l’incubazione di fette di midollo spinale con CCL2 aumenta molto rapidamente (entro minuti) la trasmissione sinaptica eccitatoria, le correnti dell’NMDA e l’attivazione di ERK nei neuroni delle corna dorsali.  Terzo, topi transgenici che esprimono livelli aumentati di CCL2 negli astrociti sono ipersensibili al dolore.  Quindi, CCL2 serve anche da neuromodulatore nel midollo spinale.  E’ ragionevole postulare che le interazioni neuroni-microglia mediati da CCL2 e CCR2 (che attivano la microglia nella fase precoce del danno ai nervi) siano coinvolti nell’induzione del dolore neuropatico e che il segnale astrocita-neurone mediato da CCL2 e CCR2 (che è ritardato e durevole) è coinvolto nel mantenimento del dolore neuropatico.

CXCL1 e CXCR2 mediano l’interazione astrocita-neurone

CXCL1 (nota anche come keratinocyte-derived chemokine) appartiene alla famiglia CXC delle chemochine.  Nei roditori CXCL1 ha ruoli biologici simili all’interleuchina-8 nell’uomo.  La legatura di un nervo spinale nei topi induce un aumento persistente (> 3 settimane) dell’espressione di CXCL1 negli astrociti del midollo spinale; questo aumento può avvenire anche con l’applicazione di TNF-α in colture di astrociti.  CXCL1 è espresso selettivamente anche in astrociti ipertrofici da lesioni attive di sclerosi multipla presi dai pazienti, il chè indica un possibile coinvolgimento di CXCL1 astrocitica nella patogenesi della sclerosi multipla.  L’espressione di CXCR2, il principale recettore di CXCL1, è aumentata nei neuroni delle corna dorsali dopo danno ai nervi.  Studi comportamentali hanno mostrato che l’iniezione intratecale di un anticorpo neutralizzante CXCL1 e dell’antagonista di CXCR2 SB225002 attenua l’allodinia meccanica e l’iperalgesia da calore che erano indotte dalla legatura del nervo spinale nei topi.  Inoltre, la somministrazione intraspinale di shRNA di CXCL1 attraverso un lentivirus produce effetti simili.

Questi dati suggeriscono che il segnale di CXCL1 e CXCR2, che media le interazioni astrocita-neurone, ha un ruolo importante nel mantenimento del dolore neuropatico.  In aggiunta, CXCL1 potrebbe anche essere coinvolto in altri tipi di segnale cellula-cellula, dal momento che è transitoriamente indotto nei neuroni DRG dopo danno ai nervi (che può essere coinvolto nel segnale neurone-microglia come CCL2).  Dopo danno al midollo spinale, anche gli astrociti del midollo spinale esprimono CXCL1, e ciò promuove l’ingresso dei leucociti nel sito danneggiato.

Altre chemochine coinvolte nella modulazione del dolore

Nei roditori l’espressione di CCL21 nei neuroni dopo danno al midollo spinale o ai nervi è stato implicato nell’attivazione microgliale nel talamo e nel midollo spinale.  L’iniezione di CCL21 ricombinante nel nucleo ventrale posterolaterale del talamo attiva transitoriamente la microglia ed induce comportamenti correlati al dolore nel ratto, e gli effetti potevano essere bloccati dall’inibitore microgliale non selettivo minociclina.  Un altro studio ha mostrato che lo sviluppo di allodinia era bloccato nei topi deficienti di CCL21 o dalla somministrazione intratecale di un anticorpo bloccante CCL21 a topi normali.  Inoltre, anche l’aumentata espressione indotta dal danno nella microglia dei nervi dei recettori P2X4, che è essenziale per lo sviluppo del dolore neuropatico nei ratti, era abolita in topi deficienti di CCL21.

Nei topi, il danno ai nervi induce anche un’aumentata espressione di lunga durata  di CCL7 negli astrociti del midollo spinale che sostiene il dolore neuropatico, e la somministrazione intratecale di un anticorpo neutralizzante il CCL7 sopprime l’attivazione della microglia spinale indotta dal danno ai nervi ed il comportamento tipo dolore neuropatico.  CXCL12 (nota anche come stromal derived factor-1 (SDF1)), ed il suo recettore CXCR4 sono coinvolti nel segnale neurone-glia nei DRG e nella neuropatia periferica associata all’HIV: nei ratti l’ipersensibilità dolorifica prodotta da un farmaco antivirale era inibita dal trattamento con l’antagonista di CXCR4 AMD3100 (anche chiamato plerixafor).  Tuttavia, le interazioni neurone-glia mediate da CXCL12/CXCR4 nel midollo spinale devono ancora essere studiate.  In aggiunta, un danno parziale al nervo sciatico induce un drastico aumento dell’espressione di CCL3 (anche nota come macrophage inflammatory protein-1alpha, MIP-1α) nei macrofagi e nelle cellule di Schwann del nervo sciatico danneggiato, e nei topi l’iperalgesia termica indotta dal danno al nervo era prevenuta dal trattamento perineurale con siRNA contro CCR5 recettore di CCL3.  Il danno al nervo causa un persistente aumento dell’espressione di CCL3 e CCR5, ed inoltre, la somministrazione spinale ed orale dell’antagonista di CCR5 maraviroc allevia il dolore neuropatico nei roditori.

Benefici e limitazioni di avere come bersaglio il segnale delle chemochine

Nonostante due inibitori del recettore per le chemochine siano approvati per uso clinico, l’antagonista CCR5 maraviroc per il trattamento dell’infezione da HIV e l’antagonista CXCR4 anti-cancro plerixafor, molti inibitori dei recettori per chemochine non hanno mostrato alcuna efficacia negli studi clinici.  Data l’efficacia di maraviroc intratecale ed orale in un modello nei roditori di dolore neuropatico, sarà interessante analizzare questo farmaco in condizioni dolorifiche nell’uomo in futuro.  CCR2 è probabilmente il recettore delle chemochine maggiormente studiato nella ricerca sul dolore.  AZD2423, che è un antagonista di CCR2 altamente selettivo, induce una robusta analgesia in due modelli di dolore neuropatico nei roditori ed in un modello di dolore da distruzione articolare (http://www..ncats.nih.gov/files/AZD2423.pdf). Tuttavia, AZD2423 non ha mostrato effetti significativi in uno studio di neuralgia post-traumatica, nonostante ci sia stato una tendenza verso una riduzione in alcune componenti sensitive di dolore come il dolore parossistico e parestesie e disestesie.  Questa bassa efficacia può derivare da selettività di specie (roditori contro uomini), proprietà farmacocinetiche e/o metabolismo farmacologico, e ridondanza nella rete chemochinica, dal momento che spesso una chemochina ha più di un recettore.  Dato il ruolo importante del segnale centrale delle chemochine nel dolore cronico, la bassa efficacia dell’antagonista CCR2 AZD2423 in uno studio sul dolore potrebbe anche essere il risultato di scarsa azione sul SNC.  Potenzialmente per aumentare l’efficacia dell’antagonismo alle chemochine potrebbe essere di beneficio puntare contemporaneamente a più recettori delle chemochine.  Infatti il peptide antagonista doppio CCR2/CCR5 RAP-103 (che è attivo oralmente) riduce efficacemente il dolore neuropatico ed inibisce la chemiotassi monocitaria e l’infiammazione mediate da CCR2 e CCR5 nei roditori.

Molti antagonisti CXCR2 sono stati analizzati in modelli di infiammazione nell’uomo.  La somministrazione di AZD-8309, un antagonista CXCR2 basato sulle pirimidine, riduce il reclutamento dei neutrofili ed i livelli di leucotriene B4 del 50% in un modello di infiammazione delle vie aeree indotta dal lipopolisaccaride, senza causare infiammazione sistemica.  SB-656933, un antagonista CXCR2 selettivo e reversibile, inibisce in maniera dose-dipendente l’attivazione neutrofila e riduce l’infiammazione delle vie aeree indotta dall’ozono in seguito a somministrazione orale.  SCH527123, un altro antagonista selettivo di CXCR2, attenua anche l’attivazione dei neutrofili delle vie aeree indotta dall’ozono in soggetti sani.  Varrebbe la pena compiere ulteriori studi preclinici per analizzare questi nuovi antagonisti CXCR2 in modelli animali di dolore infiammatorio e neuropatico.  Dato che il segnale di CXCL1 e CXCR2 ha un ruolo critico nel mantenimento del dolore cronico, gli inibitori o gli antagonisti CXCR2 che sono permeabili al SNC potrebbero essere promettenti per la gestione del dolore.

Bersagli emergenti: mediatori lipidici che favoriscono la risoluzione

Avere come bersaglio mediatori lipidici che promuovono la risoluzione dell’infiammazione potrebbe essere un’altra via per combattere la neuroinfiammazione.  E’ degno di nota che questi mediatori lipidici come le resolvine e le protectine non agiscono solo sulle cellule immuni e sulle cellule gliali ma agiscono anche su neuroni ed hanno azioni neuroprotettive (Tabella 1).  Nonostante gli acidi grassi non saturi omega-3 acido deicosaenoico (DHA) e acido eicosapentanoico (EPA), che sono metabolizzati per produrre resolvine e protectine (figura 3), diano molti benefici tra cui il sollievo dal dolore, quando usati sperimentalmente, l’efficacia analgesica e la potenza delle resolvine e delle protectine, sono molto più alte.  Le resolvine, come la resolvina D1 (RvD1), resolvina D2 (RvD2), e resolvina E1 (RvE1), e la protectina D1 rappresentano una classe di mediatori lipidici pro-risoluzione (PRLM) (fig. 3).  Le resolvine sono state isolate in origine da essudati infiammatori che erano coinvolti nella risoluzione dell’infiammazione in roditori e nell’uomo ed hanno potenti azioni anti-infiammatorie e pro-risoluzione in molti modelli di roditori di infiammazione, come la colite, polmonite e danno acuto al polmone, ed ischemia renale.  La protectina D1 è chiamata anche neuroprotectina D1, in quanto protegge contro il danno sperimentale del cervello, lo stress ossidativo nelle cellule pigmentate epiteliali della retina, e contro l’accumulo di peptide beta-amiloide in cellule di cervello umano in coltura.  La stechiometria completa della protectina D1 e la struttura di 10,17-deicosatriene sono stati confermati tramite sintesi organica totale.  E’ degno di nota che gli enzimi responsabili della sintesi delle resolvine e delle protectine come la lipossigenasi-5 e la lipossigenasi-12 (LOX-5/12) e la ciclossigenasi-2 possono essere indotti nelle fasi acute o di risoluzione dell’infiammazione.  Quindi, se l’olio di pesce (che comprende DHA ed EPA) consumato (digerito) possa essere convertito a resolvine e protectine dipende dall’attività di questi enzimi.

Le azioni biologiche di questi mediatori lipidici sono mediate da GPCR.  Per esempio, ChemR23 è stato identificato come recettore di RvE1, mentre GPR32 e ALX sono stati identificati come recettori per RvD1.  Tuttavia, GPCR specifici per RvD2 e protectina D1 devono ancora essere trovati.  Nei prossimi paragrafi, discuteremo le azioni delle resolvine e della protectina D1 nei roditori e le loro potenzialità traslazionali.

Figura 3.  Vie biosintetiche delle resolvine e della protectina PRLM e meccanismi d’azione della protectina D1 (a)Gli acidi grassi polinsaturi Omega-3 (DHA ed EPA) sono derivati da grassi essenziali della dieta arricchiti in olio di pesce.  Le resolvine (RvD1, RvD2) e la protectina D1 (PD1, nota anche come neuroprotectina D1) sono derivate da DHA, mentre RvE1 è derivata da EPA.  Enzimi sintetici distinti, incluso COX-2, citocromo P450, e 5- e 15-lipossigenasi (5-LOX e 12-LOX) sono responsabili della biosintesi delle PRLM.  (b) Struttura e meccanismo d’azione di PD1.  Nota che PD1 agisce sulle cellule immuni e gliali per controllare la neuro infiammazione così come sui neuroni e sulle sinapsi per normalizzare la plasticità sinaptica e neuronale.

Figura 3. Vie biosintetiche delle resolvine e della protectina PRLM e meccanismi d’azione della protectina D1
(a) Gli acidi grassi polinsaturi Omega-3 (DHA ed EPA) sono derivati da grassi essenziali della dieta arricchiti in olio di pesce. Le resolvine (RvD1, RvD2) e la protectina D1 (PD1, nota anche come neuroprotectina D1) sono derivate da DHA, mentre RvE1 è derivata da EPA. Enzimi sintetici distinti, incluso COX-2, citocromo P450, e 5- e 15-lipossigenasi (5-LOX e 12-LOX) sono responsabili della biosintesi delle PRLM. (b) Struttura e meccanismo d’azione di PD1. Nota che PD1 agisce sulle cellule immuni e gliali per controllare la neuro infiammazione così come sui neuroni e sulle sinapsi per normalizzare la plasticità sinaptica e neuronale.

Inibizione del dolore infiammatorio

L’iniziezione periferica (intraplantare) di RvD1 e RevE1 previene efficacemente il dolore infiammatorio e riduce anche l’edema della zampa indotta dall’infiammazione e l’espressione di citochine proinfiammatorie e chemochine (TNF-α, IL-1β, IL-6, CCL2) nei topi.  Inoltre, la somministrazione spinale molto rapida (< 15 min) di RvE1 inibisce il dolore infiammatorio persistente, a dosi efficaci che erano circa 100 volte più basse di quelle della morfina.  RvE1 e protectina D1 sono inibitori potenti del segnale del TNF-α: l’iperalgesia spinale evocata dal TNF-α può essere bloccata dalla somministrazione intratecale di RvE1 e protectina D1, suggerendo ulteriormente l’importanza delle PRLM nella modulazione delle funzioni del SNC.

Protezione del dolore neuropatico e della neuropatia

Il dolore neuropatico è spesso resistente ai trattamenti che sono efficaci per il dolore infiammatorio, come oppioidi e FANS.  Sorprendentemente, il trattamento peri-chirurgico con PD1 previene completamente l’allodinia meccanica (Fig. 4a) in un modello murino di dolore neuropatico, mentre RvE1 e glia-derived neurotrophic factor (BDNF) prevengono solo transitoriamente questo tipo di dolore.  Inoltre, anche il post-trattamento con protectina D1 attraverso la via intratecale spinale, 2 settimane dopo il danno ai nervi, inverte per molte ore l’allodinia meccanica del nervo indotta dal danno (Fig. 4b, c) e non induce tolleranza antinocicettiva.  Considerevolmente, erano necessarie dosi molto più alte di gabapentina – che è ampiamente usata per trattare il dolore neuropatico – per sopprimere l’allodinia meccanica (Fig. 4c).  E’ interessante notare che il pretrattamento con protectina D1 sopprime l’espressione dell’activating transcription factor-3 (ATF-3) associato al danno assonale (cioè alla neuropatia) nei neuroni DRG, il chè mostra che la protectina D1 protegge ulteriormente i neuroni sensitivi primari contro la neuropatia dei nervi indotta dal danno.

Regolazione della plasticità sinaptica e della neuroinfiammazione

Data l’importanza della plasticità sinaptica nell’induzione e nel mantenimento del dolore cronico, i composti che bloccano la plasticità sinaptica nel midollo spinale hanno la potenzialità di essere dei potenti analgesici.  Si pensa che uno dei meccanismi più efficaci perché le PRML risolvano il dolore sia la modulazione della plasticità sinaptica del midollo spinale.  RvE1, RvD2, e protectina D1 non alterano la trasmissione sinaptica eccitatoria in neuroni spinali ex-vivo di fettine di midollo spinale in condizioni normali (cioè, non dolorose), ma invertono gli aumenti della trasmissione sinaptica eccitatoria indotta dall’infiammazione, dal danno ai nervi, o dal trattamento con TNF-α.  Sarà importante compiere studi futuri per investigare se queste PRLM modulano anche la trasmissione sinaptica inibitoria.  E’ degno di nota che la somministrazione spinale di PD1 e RvD2 inverte il potenziamento a lungo termine nel midollo spinale in vivo – una forma di plasticità sinaptica che è stata collegata allo sviluppo del dolore –.  Inoltre, il trattamento peri-chirurgico con protectina D1 nel sito di danno controlla la neuroinfiammazione dei nervi indotta dal danno del SNC (Fig. 4e-g) e del SNP.  Anche altre PRLM come le resolvine inibiscono la neuroinfiammazione in modelli di roditori: RvE1 inibisce il dolore neuropatico e l’attivazione gliale e RvD1 inibisce il dolore artritico e l’espressione di NF-κB e COX-2 nei DRG e nel midollo spinale dei ratti.

Modulazione dei canali TRP

I canali ionici a transient receptor potential come TRPV1, TRPA1 e TRPV4 sono espressi dai nocicettori dei neuroni e sono coinvolti nella sensibilizzazione periferica e nella patogenesi del dolore cronico.  I mediatori lipidici possono agire come ligandi endogeni per attivare o inibire i canali TRP.  Per esempio, in neuroni DRG nativi la protectin D1 inibisce potentemente TRPV1 (IC50 = 0,4 nM), attraverso le azioni che sono mediate dai GPCR accoppiati a Gi/0.  E’ interessante notare che le resolvine modulano differentemente i canali TRP: RvD1 inibisce solo TRPA1, e RvE1 inibisce solo TRPV1, ma RvD2 inibisce sia TRPV3 che TRPV4 in cellule eterologhe.  Quindi, le PRLM sono potenti inibitori endogeni dei canali TRP.  E’ interessante notare che il recettore di RvE1 ChemR23 è pesantemente co-localizzato con TRPV1 nei neuroni DRG.  I canali TRP servono da integratori chiave dei segnali di trasduzione per molti mediatori infiammatori, e l’iperattività di TRPA1 e TRPV1 è una pietra miliare della sensibilizzazione periferica.  Quindi, è probabile che le PRLM risolvano la sensibilizzazione periferica in parte attraverso la normalizzazione dell’iperattività dei canali TRP indotta dal danno dei tessuti, senza bloccare le funzioni basali di questi canali.

Benefici e limitazioni delle PRLM come bersagli farmacologici

Come descritto prima, le PRLM hanno molte azioni che potrebbero essere benefiche per trattare il dolore infiammatorio e post-operatorio associato con l’artrite, con il danno della parte bassa della schiena e con la chirurgia, così come il dolore neuropatico associato al danno dei nervi.  In aggiunta alle resolvine e alla protectina, anche le lipoxine, che sono PRLM derivati dall’acido arachidonico, riducono il dolore infiammatorio nel ratto.  E’ stato anche mostrato che maresina (Macrophage mediator in resolving inflammation), derivata dal DHA, previene il dolore neuropatico indotto dalla chemioterapia nei topi.  I benefici più sorprendenti di queste PRLM sono l’elevata potenza, una ampia finestra di sicurezza e molteplici meccanismi d’azione.  Queste azioni includono il controllo dell’infiammazione nei tessuti periferici, il controllo della neuroinfiammazione nel SNC e SNP, la risoluzione della plasticità sinaptica nel SNC, e la modulazione delle attività dei canali TRP.

I trattamenti attuali del dolore infiammatorio e neuropatico sono limitati da effetti collaterali molto noti.  Gli oppioidi producono depressione respiratoria e sedazione dopo trattamento acuto e causano anche dipendenza, tolleranza ed iperalgesia dopo trattamento cronico.  Gli inibitori COX-2 sono limitati da difetti cardiovascolari dopo trattamento a lungo termine ed il trattamento che ha come bersaglio il TNF-α può causare infezione attraverso un’immunosoppressione.  I trattamenti del dolore neuropatico come gabapentina e pregabalin (lyrica) sono efficaci solo in una parte di pazienti e causano vertigini, sonnolenza e nausea.  Per superare gli svantaggi delle attuali medicine per il dolore, potrebbero essere sviluppati PRLM endogene o loro analoghi per trattare il dolore infiammatorio.  E’ rimarchevole che l’incidenza del dolore cronico neuropatico in sviluppo dopo chirurgia maggiore, come amputazioni, toracotomia e chirurgia della mammella, è molto alta, nonostante sforzi aggressivi di prevenzione.  Data la rimarchevole efficacia della protectina D1 nel prevenire il dolore neuropatico indotto dalla chirurgia.  Dal momento che il dopo trattamento con protectina D1 attraverso iniezioni ripetute non causa tolleranza analgesica ed effetti collaterali con queste dosi così basse (Fig. 4), protectina D1 ed i suoi analoghi potrebbero anche essere usati per trattare il dolore cronico neuropatico dopo neuropatia diabetica e forse infezione virale o chemioterapia, ma sono necessari ulteriori studi in modelli animali.

Anche le PRLM hanno limitazioni come nuovi terapeutici.  Si sa molto bene che mediatori lipidici endogeni ad azione locale sono metabolicamente instabili in vivo.  Per esempio, RvE1 riduce l’iperalgesia da calore indotta da CFA per meno di 2 ore.  Tuttavia, una forma modificata di RvE1 (19-pf-RvE1), metabolicamente stabile e resistente alla inattivazione locale rapida è capace di ridurre l’iperalgesia da calore per più di 6 ore.  Quindi, lo sviluppo di forme più stabili di PRLM (attraverso modificazione chimica per aumentarne l’emivita nei liquidi corporei), o metodi di somministrazione migliorati per PRLM instabili (per es., usando nanoparticelle per prolungare il rilascio di PRLM) dovrebbe prolungare ed aumentare gli effetti analgesici delle resolvine.  I recettori per alcuni PRLM, come ChemR23 per RvE1 ed ALX per RvD1 ed LXA4 sono ampiamente espressi nei neuroni, glia, e cellule immuni, il chè potrebbe spiegare gli ampi effetti benefici delle PRLM.  Tuttavia, i recettori per altre PRLM (per es., PD1 e RvD2) ed i meccanismi dettagliati di come le PRLM risolvono il dolore rimane non chiaro.  L’identificazione di nuovi recettori (che presumibilmente sono dei GPCR) ed una migliore comprensione dei loro meccanismi di segnale sarà cruciale per il futuro sviluppo di piccole molecole agoniste per attivare i recettori PRLM e le loro vie di segnale.

Una strategia alternativa è di innalzare la produzione di PRLM endogene con una dieta salutare con alto contenuto in acidi grassi Omega-3 e basso contenuto degli acidi grassi Omega-6.  La conversione efficace di DHA ed EPA della dieta a PRLM potrebbe essere responsabile del controllo dietetico del mal di testa cronico.  E’ importante il fatto che l’aspirina inizia la via biosintetica di RvE1 attraverso l’acetilazione di COX-2, il chè potrebbe spiegare gli effetti benefici di basse dosi di aspirina nelle malattie croniche associate all’infiammazione.  Sarà di grande interesse analizzare se il controllo dietetico insieme a basse dosi di aspirina sia un trattamento sicuro ed a basso costo per certi tipi di dolore cronico.

Figura 4:  La protectina D1 protegge dal dolore neuropatico e previene l’LTP dei nervi spinali indotto dal danno e dalla neuroinfiammazione nei topi (a)Il pretrattamento locale peri-chirurgico con NPD1 (300 ng per topo, somministrazione per via peri-sciatica) previene l’allodinia meccanica indotta dal danno da costrizione cronica (CCI). *P<0.05, in paragone al controllo solo operato, #P<0.05, in paragone al controllo  veicolo corrispondente (cioè, soluzione salina di fosfato tampone, PBS). (b)L’iniezione intratecale di NPD1 (100 ng per topo) 2 settimane dopo il danno ai nervi riduce l’allodinia meccanica indotta da CCI.  *P<0.05, in paragone al controllo veicolo (PBS) corrispondente. (c)Inibizione dose-dipendente dell’allodinia meccanica indotta da CCI da NPD1 (20-500 ng per topo somministrato per via intratecale, che equivale approssimativamente a 0.06-1.4 nmol) e gabapentina (i.t., 10-100 μg equivalente a 58.4-584.1 nmol).  L’allodinia meccanica è stata testata 3h dopo l’iniezione del farmaco.  Nota che la dose efficace di gabapentina è molto più alta di quella di NPD1. (d)	NPD1 (300 ng) riduce LTP nel midollo spinale indotto da danno al nervo; *P<0.05 verso il PBS. (e)	Immunocolorazione con Iba1 (marcatore microgliale) nelle corna dorsali del controllo operato e nei topi CCI (1 settimana) con pretrattamento di PBS o NPD1.  Il danno al nervo causa l’aumentata espressione di Iba1 nelle corna dorsali dei topi; questa può essere ridotta dal pretrattamento con NPD1 ma non PBS. Scala, 50μm. (f)	(g) Il trattamento peri-chirurgico con NPD1 previene la neuroinfiammazione (misurata dall’espressione dell’mRNA di GFAP, IL-1β, e CCL2 e dalla fosforilazione di p38/ERK (p-p38/pERK, g) del midollo spinale indotta dal danno ai nervi nelle corna dorsali.  *P<0.05, #P<0.05.  I dati sono la media + SEM.  Modificata dall’articolo di Xu et al. (2013, Annals of Neurology) con il permesso dell’editore.

Figura 4: La protectina D1 protegge dal dolore neuropatico e previene l’LTP dei nervi spinali indotto dal danno e dalla neuroinfiammazione nei topi
(a) Il pretrattamento locale peri-chirurgico con NPD1 (300 ng per topo, somministrazione per via peri-sciatica) previene l’allodinia meccanica indotta dal danno da costrizione cronica (CCI). *P<0.05, in paragone al controllo solo operato, #P<0.05, in paragone al controllo veicolo corrispondente (cioè, soluzione salina di fosfato tampone, PBS).
(b) L’iniezione intratecale di NPD1 (100 ng per topo) 2 settimane dopo il danno ai nervi riduce l’allodinia meccanica indotta da CCI. *P<0.05, in paragone al controllo veicolo (PBS) corrispondente.
(c) Inibizione dose-dipendente dell’allodinia meccanica indotta da CCI da NPD1 (20-500 ng per topo somministrato per via intratecale, che equivale approssimativamente a 0.06-1.4 nmol) e gabapentina (i.t., 10-100 μg equivalente a 58.4-584.1 nmol). L’allodinia meccanica è stata testata 3h dopo l’iniezione del farmaco. Nota che la dose efficace di gabapentina è molto più alta di quella di NPD1.
(d) NPD1 (300 ng) riduce LTP nel midollo spinale indotto da danno al nervo; *P(e) Immunocolorazione con Iba1 (marcatore microgliale) nelle corna dorsali del controllo operato e nei topi CCI (1 settimana) con pretrattamento di PBS o NPD1. Il danno al nervo causa l’aumentata espressione di Iba1 nelle corna dorsali dei topi; questa può essere ridotta dal pretrattamento con NPD1 ma non PBS. Scala, 50μm.
(f) (g) Il trattamento peri-chirurgico con NPD1 previene la neuroinfiammazione (misurata dall’espressione dell’mRNA di GFAP, IL-1β, e CCL2 e dalla fosforilazione di p38/ERK (p-p38/pERK, g) del midollo spinale indotta dal danno ai nervi nelle corna dorsali. *P<0.05, #P

Altri bersagli emergenti che modulano la neuroinfiammazione

Proteasi

Evidenze crescenti suggeriscono che le proteasi come le matrix metalloproteases (MMP), la catepsina S e le caspasi sono coinvolte nella sensibilizzazione al dolore attraverso la regolazione della neuroinfiammazione nel SNC.  La famiglia MMP ha oltre 20 membri e le gelatinasi MMP-9 e MMP-2 sono tra quelli maggiormente studiati.  Il danno ai nervi induce un aumento transitorio dell’espressione di MMP-9 nei neuroni DRG in un modello murino, aumento necessario per l’induzione – ma non per il mantenimento – del dolore neuropatico, inducendo attivazione microgliale nel midollo spinale.  Il mantenimento del dolore neuropatico murino dipende dall’aumentata espressione ritardata ma persistente di MMP-2 nelle cellule satellite dei DRG e negli astrociti del midollo spinale.  MMP-9 è sia sufficiente che necessario per produrre una allodinia meccanica persistente attraverso il segnale dell’IL-1β nei topi.  Inoltre, ci sono evidenze che i livelli di MMP sono alterati negli stati dolorosi nell’uomo, dal momento che c’è un’aumentata espressione dei livelli di MMP-2 nel liquido cerebrospinale di pazienti anziani con dolore da osteoartrite cronica.

Quindi, l’inibizione di MMP-9 potrebbe essere usata per prevenire il dolore neuropatico dopo chirurgia maggiore (per esempio amputazione e toracotomia), danno al midollo spinale e trauma cerebrale.  L’inibizione di MMP-2 potrebbe trattare il dolore neuropatico stabilizzato dopo diabete, infezione virale, e chemioterapia.  Un inibitore doppio di MMP-9 ed MMP-2 potrebbe essere di aiuto per trattare il dolore neuropatico in fasi diverse.  Colpire specificamente MMP-9 e/o MMP-2 potrebbe avvenire con piccole molecole inibitrici, anticorpi monoclonali e somministrazione di inibitori endogeni come TIMP-1 e TIMP-2 (tissue inhibitor of MMP).  Infatti, piccole molecole inibitrici di MMP-9 (chiamate MMP-9 inhibitor I) e di MMP-2 (chiamate MMP-2 inhibitor III) così come TIMP-1 e TIMP-2 sono efficaci nel ridurre il dolore neuropatico murino.  L’ipersensibilità periferica tattile e termica indotta dall’infiammazione è anche attenuata dal pretrattamento intratecale sia con l’inibitore MMP-3 acido idrossamico N-isobutil-N-(4-metossifenilsulfonil)glicil (NNGH), che con un largo spettro di inibitori MMP (GM6001).  Tuttavia, gli MMP hanno anche funzioni fisiologiche normali, ed un’ampia inibizione degli MMP o un trattamento a lungo termine con inibitori di MMP-2 e/o -9 può causare effetti collaterali indesiderabili.  Per esempio, è stato visto che il trattamento con inibitori MMP in roditori a 7 giorni dopo un ictus per sopprimere il rimodellamento neurovascolare ed aumentare il danno ischemico del cervello a 14 giorni.  Studi clinici precedenti con inibitori MMP per il cancro sono stati deludenti, a causa della mancanza di efficacia e della tossicità, ma stanno emergendo nuovi inibitori.  E’ stato mostrato che due nuovi inibitori selettivi MMP attivi oralmente, 1-{[4-(4-clorofenossi)-3,5-difluorofenil]sulfonil}-N-idrossi-4-(morfolin-4-ylcarbonil)piperazine-2-carbossammide (XL081) e bis-4-[4-(cloro-fenossi)-3,5-difluoro-benzensulfonil]-3-idrossicarbamoil-piperazine-1-acido carbossilico 2-metossi-etil estere, sale di magnesio (XL784, con valori di IC50 di 1-2 nM per MMP-2 e 20 nM per MMP-9) ritardano la progressione dell’ipertensione e della neuropatia diabetica in seguito a somministrazione cronica nei ratti.

La cisteinproteasi lisosomale catepsina S ha un ruolo importante nella regolazione delle interazioni neuroni-microglia del midollo spinale nel dolore neuropatico.  Dopo danno ai nervi l’espressione della catepsina S è aumentata nella microglia spinale e contribuisce a mantenere il dolore neuropatico attraverso il taglio della chemochina transmembrana dalla superficie dei neuroni DRG e spinali.  La secrezione dipendente dall’attività di CX3CL1 solubile attiva quindi la microglia nel midollo spinale.  L’iniezione intratecale dell’inibitore di catepsina S morfolinurea-leucina-omofenilalanina-vinil fenil sulfone riduce il dolore neuropatico in un modello murino.  Uno studio recente mostra che anche la caspasi-6 regola il segnale neurone-microglia e la sensibilizzazione centrale dipendente dall’attività nel midollo spinale.  In seguito a danno tessutale ed all’attività nocicettiva, il rilascio di caspasi-6 dai terminali assonali centrali nelle corna dorsali superficiali causa secrezione di TNF-α dalla microglia per guidare il dolore infiammatorio.  L’iniezione intratecale dell’inibitore di caspasi-6 Z-V-E-(OMe)-I-D(OMe)-FMK riduce il dolore infiammatorio murino.  Quindi, colpire terapeuticamente catepsina S e caspasi-6 attraverso l’identificazione di piccole molecole inibitrici nel SNC potrebbe aprire una nuova strada nello sviluppo dei terapeutici del dolore.

Il segnale Wnt

Nuove evidenze suggeriscono che la via di segnale Wnt regola la neuroinfiammazione per promuovere il dolore cronico.  Wnt è una famiglia di molecole di segnale secrete che regolano molti processi tra cui la proliferazione, differenziazione e migrazione durante lo sviluppo del sistema nervoso.  I ligandi Wnt legano recettori arricciati e corecettori e segnalano attraverso vie canoniche dipendenti dalla β-catenina e vie non canoniche indipendenti dalla β-catenina.  La disregolazione del segnale Wnt è implicato in molte malattie neurologiche.  Studi recenti hanno dimostrato un ruolo critico del segnale Wnt nella patogenesi del dolore neuropatico e del dolore da cancro nei roditori.  Il danno ai nervi ed il cancro dell’osso causa un aumento rapido e duraturo dell’espressione dei Wnt (per es., Wnt3a, un ligando Wnt prototipico della via canonica), così come l’attivazione del segnale Wnt/frizzled/β-catenina – non solo in neuroni sensitivi primari e delle corna dorsali spinali ma anche in astrociti spinali.  L’iniezione spinale di inibitori delle vie di segnale Wnt nei roditori (per es., l’inibitore della produzione Wnt IWP-2 e lo spazzino Wnt Fz-8/Fc) attenua lo sviluppo ed il mantenimento del dolore neuropatico e da cancro ed ulteriormente blocca la neuroinfiammazione dei nervi indotta dal danno (misurata dall’espressione di Iba1 (ionized calcium-binding adapter molecule 1), GFAP (glial fibrillary acidic protein), IL-18 e TNF-α) nel midollo spinale attraverso la via β-catenina.

Il segnale Wnt è stato implicato nello sviluppo del dolore neuropatico dopo sclerosi multipla.  L’espressione di Wnt3a e β-catenina è aumentata nelle corna dorsali del midollo spinale di topi con encefalomielite sperimentale autoimmune (EAE); l’inibizione di Wnt5a (usando box-5) e β-catenina (usando indometacina) attenua l’allodinia meccanica nei topi con EAE.  Inoltre, anche l’espressione dei ligandi Wnt e le proteine effettrici a valle sono aumentati nelle corna dorsali del midollo spinale di pazienti con HIV che hanno sviluppato dolore ma non in quelli che non hanno sviluppato dolore.  Il segnale Wnt può anche regolare direttamente la plasticità sinaptica nel dolore cronico.

Sono stati iniziati studi di fase I/II sugli inibitori che hanno come bersaglio la secrezione dei ligandi Wnt o il riconoscimento o la funzione a valle della β-catenina per il trattamento del cancro (NCT01345201, NCT01608867, NCT01606579, NCT01302405, e NCT01351103).  La limitazione principale di questi inibitori sono gli effetti avversi, dal momento che oltre alle cellule tumorali, anche altre cellule che hanno un elevato ritmo di ricambio si appoggiano pesantemente sulla via Wnt per la crescita.  Tuttavia, se è provato che questi inibitori sono sicuri potrebbero essere usati per trattare il dolore cronico , e sarebbero particolarmente attraenti per il trattamento del dolore da cancro, in cui sia il dolore che la crescita tumorale potrebbero essere bersagli della stessa molecola.

Considerazioni conclusive

Gli analgesici attuali si focalizzano sulla riduzione della trasduzione e trasmissione del dolore nei neuroni, il chè spiega il loro successo limitato nel controllo della progressione della malattia.  Evidenze crescenti suggeriscono che la neuroinfiammazione, caratterizzata dall’attivazione di cellule gliali, infiltrazione di leucociti e produzione di mediatori infiammatori, abbia un ruolo critico nella patogenesi del dolore cronico.  Il dolore cronico è considerato una conseguenza della “gliopatia”, cioè la disfunzione delle cellule gliali.  La neuroinfiammazione guida il dolore cronico attraverso interazioni neurone-glia e neurone-cellule immuni.  Abbiamo riassunto le evidenze che chemochine (CXCL1, CCL2, e CX3CL1), proteasi (MMP-9, catepsina S e caspasi-6), e la via di segnale Wnt contribuiscono alla neuroinfiammazione ed alla sensibilizzazione del dolore cronico attraverso la regolazione delle interazioni neurone-glia o glia-neurone nel midollo spinale.  Quindi, gli inibitori di questi bersagli emergenti apriranno nuove strade nello sviluppo di terapeutici del dolore.

Nel decennio passato, lo sviluppo di nuovi terapeutici del dolore è stato deludente.  Questi fallimementi possono essere il risultato della complessità dei meccanismi di dolore cronico (periferico e centrale, neuronale e non neuronale), di una lacuna di traduzione dall’animale all’uomo (è un problema basarsi esclusivamente sul comportamento dei riflessi evocati nella misurazione del dolore dei modelli animali) ed inadeguato ingaggiamento dei supposti bersagli farmacologici.  Una recente analisi di 44 studi di fase II mostra che i fallimenti non sono causati solo da mancanza di efficacia ma anche, in un grande numero di casi (43%), dal fatto che il meccanismo d’azione dei farmaci non è studiato adeguatamente nei siti appropriati.  Dato che il dolore cronico è operato da meccanismi distinti in fasi diverse, dovrebbero essere considerate anche strategie diverse per trattare il dolore nelle fasi precoce e tardiva.

Si dovrebbe tenere a mente che bloccare il segnale proinfiammatorio delle chemochine e delle proteasi può avere sia effetti benefici che negativi.  Inibire la risposta immune in seguito a infezione batterica o virale può essere dannoso.  E’ stato mostrato che bloccare il segnale proinfiammatorio (per es., MMP-9) nella fase tardiva di recupero del danno cerebrale altera la risoluzione della neuroinfiammazione.  La neuroinfiammazione acuta non solo produce mediatori proinfiammatori ma recluta anche macrofagi M2 anti-infiammatori e genera mediatori anti-infiammatori e pro-risoluzione per la risoluzione della neuroinfiammazione e del dolore (Fig. 2).  Le resolvine PRLM, le protectine, e le lipoxine posseggono potenti azioni anti-infiammatorie ed anti-nocicettive agendo su neuroni, cellule immuni, e cellule gliali.  E’ degno di nota che queste PRLM non sono immunosoppressori, ma piuttosto proteggono contro infezioni batteriche e virali.  Concettualmente, le PRLM sono diverse dai classici analgesici, e non alterano la percezione basale del dolore ma normalizzano il dolore anormale.  Nonostante che le PRLM abbiano diverse azioni benefiche attraverso molteplici meccanismi d’azione, le loro proprietà farmacologiche come farmaci hanno bisogno di essere migliorate.  Uno dei trattamenti più efficaci di queste PRLM (per es., PD1/NPD1) è di prevenire il dolore cronico da chirurgia o indotto dal trauma.  Strategie alternative sono lo sviluppo di piccole molecole agonistiche per stimolare i loro recettori e la trasduzione di segnale a valle ed anche innalzare la produzione endogena di questi potenti mediatori lipidici attraverso il controllo dietetico insieme a basse dosi di aspirina.

La neuroinfiammazione non è solo una forza trainante del dolore cronico, ma è anche implicata nella maggioranza delle malattie neurologiche, psichiatriche e del neurosviluppo.  Dato che il dolore cronico è una comorbidità di molte di queste malattie, avere come bersaglio l’eccesso di neuroinfiammazione nel SNC e nel SNP, senza alterare la funzione benefica della neuroinfiammazione, aiuterà ad alleviare il dolore cronico ed anche a controllare la progressione delle malattie in corso.

GLOSSARIO

Allodinia meccanica.  Una risposta dolorosa a stimoli meccanici normalmente innocui.  E’ anche considerata una caratteristica cardinale del dolore cronico.

Ganglio delle radici dorsali (DRG).  Un ganglio sensitivo della radice dorsale che è situata lungo il midollo spinale.  E’ il sito dei corpi cellulari dei neuroni sensitivi primari che includono i neuroni nocicettivi e tattili che innervano le diverse parti del corpo.

Ganglio del trigemino.  Un ganglio sensitivo del nervo trigemino.  E’ il sito dei corpi cellulari dei neuroni sensitivi primari che includono i neuroni nocicettivi e tattili che innervano l’area orofacciale.

Afferenti primari.  Fibre afferenti di neuroni sensitivi primari che portano informazioni sensitive dalla periferia al sistema nervoso centrale.

Nucleo del trigemino.  Il nucleo sensitivo che è localizzato nel tronco encefalico ed il nucleo caudale del trigemino nel ponte è un equivalente del midollo spinale che riceve stimoli sensitivi dal sistema trigeminale.

Infiammazione.  Una risposta biologica del tessuto vascolare a stimoli dannosi, come danno tessutale, infezioni, o irritanti.  I segni classici di infiammazione acuta sono dolore, calore, rossore, gonfiore, e perdita della funzione.  L’infiammazione acuta è protettiva e promuove i processi di riparazione.

Neuroinfiammazione.  Infiammazione locale del sistema nervoso periferico e centrale, che è più efficace nel guidare al dolore cronico rispetto all’infiammazione sistemica.

Mediatori gliali.  Molecole secrete prodotte dalle cellule gliali, che includono piccole molecole (per es., glutammato, ATP, ossido nitrico) e grandi molecole (per es., citochine/chemochine proinfiammatorie e fattori di crescita).  Possono agire come neuromodulatori e modulare potentemente l’eccitabilità dei nocicettori e la trasmissione sinaptica nocicettiva.

Mitogen- activated protein kinases (MAPKs).  La famiglia MAPK consiste di ERK1/2 (extracellular signal-regulated kinase 1/2), p38, JNK (c-Jun N-terminal kinase), ed ERK5 ed è attivata dalla fosforilazione.  Le MAPK giocano un ruolo importante nel segnale intracellulare dei neuroni e della glia e nella genesi dell’ipersensibilità al dolore.

Infiammazione neurogena.  Infiammazione innescata dall’attivazione di neuroni afferenti primari ed il conseguente rilascio locale di mediatori infiammatori come la sostanza P ed il calcitonin gene-related peptide.  L’infiammazione neurogena è responsabile della patogenesi dell’emicrania.

Chemochine.  Una famiglia di molecole secrete simili alle piccole citochine.  Possono essere classificate in 4 sottofamiglie: famiglia C, famiglia CC, famiglia CXC e famiglia CX3C.  Ci sono circa 50 chemochine e tutte esercitano le proprie funzioni attivando i GPCR.

Neuroni sensitivi primari.  I neuroni sensitivi con i loro corpi cellulari situati nelle radici dorsali e nei gangli del trigemino.  I loro terminali periferici innervano la cute ed i muscoli ed i loro assoni centrali terminano nel midollo spinale e nel nucleo del trigemino.

Fibre C.  Fibre afferenti non mielinizzate di piccolo diametro e bassa velocità di conduzione.  Sono presenti nei nervi del sistema somatico sensitivo e portano informazioni sensitive del dolore dalla periferia al sistema nervoso centrale.  Possono essere attivate dalla capsaicina, un ingrediente che conferisce la sensazione piccante al peperoncino.

Attivazione gliale.  Modificazioni trascrizionali/traslazionali (espressione genica), modificazioni post-trascrizionali (fosforilazione), modificazioni morfologiche, e proliferazione delle cellule gliali nel SNP e nel SNC.  L’attivazione gliale è stata fortemente implicata nello sviluppo e nel mantenimento del dolore cronico.  E’ degno di nota che le cellule gliali abbiano diversi stati di attivazione.

Potenziale anionico di ritorno. Il potenziale di membrana in cui non c’è un flusso netto di un particolare anione (Cl) da un lato all’altro della membrana.  Dopo il danno ai nervi, una diminuzione nel potenziale anionico di ritorno di Cl (uno slittamento verso potenziali meno negativi) riduce l’iperpolarizzazione mediata dal recettore della glicina/GABAA, che porta alla genesi del dolore neuropatico.

Meccanismo del cancello di controllo.  In origine proposto da Ronald Melzack e Patrick Wall nei primi anni ’60, la teoria del cancello di controllo suggerisce che le corna dorsali del midollo spinale contengono un circuito neurale con modulazione eccitatoria ed inibitoria che serve da cancello che possa sia consentire che bloccare i segnali di dolore verso il cervello.

Legatura dei nervi spinali.  Una condizione di danno ai nervi che può causare dolore neuropatico di lunga durata nei roditori.  Il modello di dolore neuropatico della legatura dei nervi spinali è chiamato anche modello Chung.

Cellule satelliti.  Cellule gliali che circondano i neuroni delle radici dorsali e del ganglio del trigemino.  Come gli astrociti, queste cellule esprimono glial fibrillary acidic protein (GFAP) e contribuiscono alla patogenesi del dolore.

(Tratto da Ru-Rong Ji, Zheng-Zhong Xu, e Yong-Jing Gao “Emerging targets in neuroinflammatory-driven chronic pain”, Nat Rev Drug Discov, 2014; 13:533-548)

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