MODULATION DES TRANSIENT RECEPTOR POTENTIAL VANILLOID 1 (TRPV1) IONENKANALS DURCH µ-REZEPTOR-AGONISTEN

Abstract

Opioide spielen eine herausragende Rolle in der Behandlung akuter und chronischer Schmerzen. Sehr häufig ist die Ursache des Schmerzes auf entzündungsbedingte Veränderungen im Gewebe zurückzuführen. Die Aktivierung von peripheren μ-Rezeptoren führt zur Modulation spannungsabhängiger Calciumkanäle und dadurch zu einer Abnahme der Erregbarkeit afferenter Neurone. Unklar ist jedoch, inwiefern Opioide den ligandengesteuerten Ionenkanal transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) beeinflussen können. TRPV1 ist entscheidend an der Entstehung von Schmerz und der thermalen Hyperalgesie unter Entzündungsbedingungen beteiligt und wird insbesondere durch Entzündungsmediatoren und Proteinkinase-vermittelte Phosphorylierungen sensibilisiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Auswirkungen einer μ -Rezeptor-Aktivierung auf die Funktion des Ionenkanals TRPV1 in DRG-Neuronen und in μ-Rezeptor und TRPV1-exprimierenden HEK293-Zellen analysiert. Wir konnten nachweisen, dass die μ-Rezeptor-Aktivierung zu einer Modulation des Ionenkanals TRPV1 führt. μ-Rezeptoren und TRPV1 sind in DRG-Neuronen colokalisiert. Opioide hemmen die capsaicin- und hitzeinduzierte TRPV1-Aktivität. Die TRPV1-Inhibition wird via inhibierender G-Proteine vermittelt und ist auf eine Reduktion der cAMP-Konzentration zurückzuführen. Dieser Effekt ist insbesondere auch unter Entzündungsbedingungen nachweisbar. Unter Entzündungsbedingungen steigt die TRPV1-Proteinexpression, nicht aber die Anzahl der mRNA-Transkripte an. Die funktionelle Relevanz der μ-Rezeptor TRPV1-Interaktion wurde in vivo bestätigt: Die capsaicininduzierte Hyperalgesie kann in einem Tiermodell durch die lokale Gabe einer nicht systemisch wirksamen Dosis eines Opioids inhibiert werden. Im Gegensatz zur opioidvermittelten TRPV1-Inhibition führt der Opioidentzug zu einer Sensibilisierung der TRPV1-Aktivität. Die TRPV1-Sensibilisierung beim Opioidentzug ist auf eine erhöhte PKA-Aktivität zurückzuführen, die durch eine kompensatorische cAMPHochregulation nach Opioidentzug ausgelöst wird. In unserem Zellsystem sind insbesondere die Adenylylcyclasen AC3 und AC5 an einer erhöhten Umsetzung von ATP zu cAMP und dem anschließenden Anstieg der PKA- Aktivität beteiligt. Die μ-Rezeptor-TRPV1-Interaktion stellt einen neuen molekularen Mechanismus dar, der die analgetischen Eigenschaften der Opioide beim Entzündungsschmerz charakterisiert.

Opioids play an outstanding role in the treatment of acute, postoperative and tumor-caused pain frequently associated with tissue inflammation. The opioid mediated activation of peripheral μ-receptors modulates voltage-gated calcium channels and thus inhibits afferent neuron excitation. However, it is unclear if opioids affect the ligand-gated ion channel transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1). TRPV1 is crucially involved in the development of pain and thermal hypersensitivity associated with tissue inflammation and is particularly sensitized by inflammatory mediators and protein kinase mediated phosphorylation processes. In this study, the effects of μ-receptor activation on TRPV1 ion channel function was analyzed in dorsal root ganglion (DRG) neurons and in μ-receptor and TRPV1 expressing HEK293-cells. For the first time we could show that μ-receptor activation leads to a modulation of ion channel TRPV1. μ-receptors and TRPV1 are co-localized in sensory neurons. Opioids restrain capsaicin and heat induced TRPV1 activity, mediated by μ-receptor activation and inhibitory G proteins. This effect was also confirmed under inflammatory conditions. TRPV1 protein expression increases under inflammatory conditions while the number of mRNA transcripts does not change. The functional relevance of the interaction between μ-receptors and TRPV1 interaction could be confirmed in vivo: Behavioural experiments show, that capsaicininduced thermal hyperalgesia is attenuated by local administration of a not systemically effective dose of an opioid. In opposite to opioid mediated TRPV1 inhibition, TRPV1 is sensitized to capsaicin after longer opioid administration followed by opioid withdrawal. The opioid mediated TRPV1 sensitization is to be due to an increased protein kinase A (PKA) activity, which is triggered by a compensatory cAMP upregulation after opioid withdrawal. In our cell system, mainly adenylylcyclases AC3 and AC5 contribute to the improved conversion from ATP to cAMP and the following increase in PKA activity. The interaction between μ-receptors and TRPV1 represents a new molecular mechanism, which characterizes the analgesic characteristics of opioids during inflammatory pain.