Leukocytes in the generation and control of pain

Abstract

Inflammatory pain is modulated by hyperalgesic and analgesic mediators. Hyperalgesic mediators include protons, cytokines, chemokines, and bradykinin produced by leukocytes at the site of inflammation. Simultaneously, leukocytes are known to produce analgesic mediators e.g. opioid peptides including beta- endorphin, met-enkephalin and endomorphins. Opioid peptides are secreted locally following exposure to stress or by local injection of releasing agents like corticotrophin releasing hormone (CRF). Following release, they bind to opioid receptors on sensory nerve terminals and confer peripherally mediated opioid analgesia. In this thesis we examined four aims in inflammatory pain induced by complete Freund’s adjuvant (CFA) in rats: i) role of granulocytes in the generation of inflammatory pain, ii) impact of inflammation on transcription of opioid receptor genes in the dorsal root ganglion (DRG), iii) peripherally mediated opioid analgesia by endomorphins, and iv) signaling pathways of opioid peptide release from granulocytes. The results show that i) granulocytes do not seem to confer pain, because selective recruitment of granulocytes by chemokines does not alter thermal or mechanical nociceptive thresholds. ii) Kappa-opioid receptor mRNA as well as protein in the DRG is upregulated in CFA inflammation mediated by IL-1beta iii) The newly discovered endomorphins can elicit potent analgesia in inflammation. Stress- as well as CRF-induced peripherally mediated analgesia is dependent on the release of classic opioid peptides but also on the release of endomorphins. iv) In granulocytes, opioid peptide release by is CXCR1/2 ligands dependent on Ca2+ from intracellular stores, phosphoinositol-3-kinase (PI3K) and p38 mitogen activated kinase (MAPK). In vivo, intraplantar injection of CXCR2 ligands elicits analgesia in inflammatory pain. Taken together, granulocytes contribute to peripherally mediated opioid analgesia in early inflammation while their role in the generation of inflammatory pain seems to be limited. Interference with granulocyte function using e.g. anti-inflammatory treatments like chemokine receptor antagonists or inhibitors of intracellular signaling pathways might inadvertently impair endogenous peripherally mediated opioid analgesia.

Entzündungsschmerz wird durch algetische und analgetische Mediatoren moduliert. Zu den algetischen Mediatoren aus Leukozyten gehören z.B. Protonen, Zytokine, Chemokine und Bradykinin. Gleichzeitig werden aber von Leukozyten auch analgetische Mediatoren wie Opioidpeptide (Beta-Endorphin, Met-Enkephalin und Endomorphine produziert, die an Opioidrezeptoren an periphere sensorische Neuronen binden und so Analgesie auslösen. Stress oder bestimme Hormone wie Corticotrophin releasing factor (CRF) können Freisetzung von Opioidpeptiden auslösen. In der vorliegenden Arbeit wurden 4 Fragestellungen im Entzündungsschmerzmodell durch intraplantare Injektion von Freunds Adjuvans (CFA) untersucht: (i) Die Rolle von Granulozyten in der Schmerzentstehung, (ii) den Einfluss von Entzündung auf die Transkription von Opioidrezeptorgenen in Hinterwurzelganglien (DRG), (iii) periphere Opioidanalgesie durch Endomorphine und (iv) die Signalübertragungswege in der Freisetzung von Opioidpeptiden aus Granulozyten. Es wurde gezeigt, dass (i) Granulozyten per se keine Schmerzen auslösen, denn die selektive Rekrutierung durch Chemokine führt zu keiner Änderung der Schmerzschwellen. (ii) Kappa-Opioidrezeptor mRNA sowie Protein werden in der CFA Entzündung über IL-1beta hochreguliert. (iii) Die neu entdeckten Endomorphine können ebenfalls eine potente Analgesie auslösen. Stress und CRF induzierte Analgesie sind sowohl von der Ausschüttung klassischer Opioidpeptide als auch von Endomorphinen abhängig. (iv) Opioidpeptidfreisetzung aus Granulozyten nach CXCR1/2 Stimulation hängt von der intrzellulären Mobilisation von Kalzium sowie der Aktivierung von Phosphoinositol-3-Kinase (PI3K) und p38 mitogen activated kinase (MAPK) ab. In vivo können CXCR2 Liganden eine Analgesie in der entzündeten Pfote auslösen. Granulozyten spielen eine Rolle bei der peripheren Opioidanalgesie in der frühen Entzündungsphase während ihre Rolle bei der Schmerzentstehung begrenzt zu sein scheint. Anti-inflammatorische Medikamente, die auf Granulozytenfunktion oder die intrazellulären Signalkaskaden zielen, könnten unbeabsichtigter Weise daher die endogenen analgetischen Mechanismen des Körpers beeinträchtigen.