Barbara PrzewłockaZakład Farmakologii Bólu, Instytut Farmakologii, PANKraków

Zaburzenia funkcji endogennych systemów

opioidowych w przewlekłym bólu

Dwa oblicza bólu

działanie ostrzegająco-ochronne

przewlekłe zespoły bólowe – choroba sama

w sobie

Ból jest to nieprzyjemne doznanie zmysłowe i

emocjonalne związane z aktualnie

występującym lub potencjalnym uszkodzeniem

tkanek, lub opisywane w kategoriach takiego

uszkodzenia

Międzynarodowe Stowarzyszenie Badania Bólu International Association for the Study of Pain

Drogi wzgórzowo-korowe

wzgórze

DRG

Drogi rdzeniowo-wzgórzowe

PAG

Rdzeń kręgowy

ból

Syrop na kaszel ?mor

fina

Radość dla świata. Perry Davis roślinny lek przeciwbólowymor

fina

Syrop na ząbkowaniemor

fina

Rzym, ok. 300 AD

mor

fina

1803 – Serturner wyizolował z opium alkaloid –morfinę

7,8-didehydro-4,5-epoksy-17-metylomorfinan-3,6-diol

Białą, gorzką substancję

nazwał „morfeusz” od

imienia greckiego boga marzeń

sennych

•pierwsze doniesienie dotyczące przeciwbólowego działania morfiny pojawiło się 150 lat temu (Wood, 1855)

mor

fina

Klasyczne opioidy (t.j.morfina, fentanyl, buprenorfina) działają

głównie przez ośrodkowy układ nerwowy

Efekty działania morfiny:

•hamuje perystaltykę żołądka i jelit, wywołuje zaparcia

•hamuje uwalnianie hormonów i neurotransmiterów

•nasila pobieranie pokarmu

•wpływa na temperaturę ciała (hipotermia/hipertermia)

•hamuje czynności oddechowe

•działa przeciwkaszlowo

•wywołuje bradykardię

•pobudza chemoreceptory ośrodka wymiotnego

•silne działa uspokajająco, wywołuje senność

•obniża nastrój – dysforia

•wywoluje tolerancję

MORFINA (μ μ1/μ2) mor

fina

Odkrycie specyficznego wiązania opiatów do tkanki mózgowej

1971 A. Goldstein

1973 C. Pert, S. Snyder

E. Simon, L.Terenius

ERIC J. SIMON PNAS 1973

opioidy

Odkrycie enkefalin

1975 - H. Kosterlitz i J. Hughes

Ekstrakt z mózgu hamuje wydzielanie acetylocholiny w preparacie jelita świnki morskiej.

opioidy

Le Bars et al., 2001

Liczba artykułów opublikowanych w latach 1970-2000, w których stosowano różne bodźce w badaniach

progu bólowego

opioidy

1979 - proopiomelanokortyna (POMC)

1982 - proenkefalina

1982 - prodynorfina

1995 - Nocyceptyna/orfanina (Nociceptin/orphaninFQ) Meunier; Reinscheid

Czy w OUN występuje substancja, która działa na ten sam receptor co morfina, na receptor m?

1997 Zadina - odkrycie dwóch nowych peptydów: endomorfiny-1 i endomorfiny-2

opioidy

1992 – receptor d

B. Kieffer, Ch. Evans

1994 – receptor m

1994 - receptor k

opioidy

Klasyfikacja ligandów receptorów opioidowych:

• struktura alkaloidowa - opiaty– naturalnie występujące związki - morfina– związki syntetyczne – sufentanyl

• struktura peptydowa - opioidy- typowe peptydy opioidowesekwencja aminokwasowa na N-końcuH-Tyr-Gly-Gly-Phe- (Met-enkefalina, -endorfina, dynorfina)i ich syntetyczne pochodne ([D-Pen2,D-Pen5] enkefalina, DPDPE)(prohormon - proopiomelanokortyna, proenkefalina, prodynorfina)

- nietypowe peptydy opioidowesekwencja aminokwasowa na N-końcuH-Tyr-X-X-X- (kazomorfina, Tyr-W-MIF, endomorfina-1)i ich syntetyczne pochodne (PL017)

opioidy

Opiaty

Peptydyopioidowe

Opioidy

Terminologiaop

ioidy

POMC

PENK

PDYN

opioidy

Struktura endogennych peptydów opioidowych

Prekursor Peptyd Struktura

POMC -endorfina (1-31) H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-Tyr-Ser-

Glu-Lys-Ser-Gln-Thr-Pro-Leu-Val-

Thr-Leu-Phe-Lys-Asn-Ala-Ile-Ile-Lys-

Asn-Ala-His-Lys-Lys-Gly-GLN-OH

PENK Met-enkefalina H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-OH

PDYN dynorfina A(1-17) H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-Arg-Arg-Ile-Arg-

Pro-Lys-Leu-Lys-Trp-Asp-Asn-Gln-OH

nie znany endomorfina-1

endomorfina-2

H-Tyr-Pro-Trp-Phe-NH2

H-Tyr-Pro-Phe-Phe-NH2

opioidy

Graeme Henderson, Sandy McKnight, Alistair Corbett

opioidy

Endogenne peptydy opioidowe –selektywność receptorowa

Proopiomelanokortyna -Endorfina m , d

Proenkefalina [Met]enkefalina[Leu]enkefalina

BAM 1-22d , m

Prodynorfina Dynorfina ADynorfina A(1-8) Dynorfina B

k

m , d

Pronocyceptyna / OFQ Nocyceptyna ORL-1

Proendomorfina (?) Endomorfina-1Endomorfina-2

m

opioidy

Miejsca antynocyceptywnego działania opioidów

Opioidy

Hamują wyładowania pierwszego neuronu

-+

+

Hamują wydzielanie neuroprzekaźnikówWywołują hyperpolaryzację neuronów

Nasilają hamowanie dróg zstępujących

opioidy i b

ól

Presynaptycznie - na zakończenia neuronów w rdzeniu kręgowym i na obwodzie - hamowanie wydzielania neuroprzekaźników

Postsynaptycznie - na receptory opioidowe –hyperpolaryzacja i hamowanie wywołanej przez bodziec bólowy aktywacji we wstępujących drogach nerwowych

Postsynaptycznie - na neurony hamującenp. GABA i w ten sposób dochodzi do odhamowanie neuronów (np. 5-HT) ograniczających transmisję nocyceptywną

MECHANIZM DZIAŁANIA OPIOIDÓW NA

TRANSMISJĘ NOCYCEPTYWNĄ

Neuron

hamujący

opioidy i b

ól

W WYNIKU ROZWOJU SENSYTYZACJA OBWODOWEJ ORAZ OŚRODKOWEJ POJAWIA SIĘ BÓL PRZEWLEKŁY

opioidy i b

ól

BÓL NEUROPATYCZNY może się pojawić po urazie obwodowego lub ośrodkowego układu nerwowego (I neuron).

Charakteryzują go dwa symptomy:

Allodynia: ból przy „nieszkodliwym” bodźcu (włókna Aß)

Hiperalgezja: nadwrażliwość na bodźce bólowe (włókna C, Aδ)

Ból neuropatyczny bywa oporny na opioidowe leki przeciwbólowe, np MORFINĘ, chociaż czasami można go złagodzić wyższymi dawkami niż standardowe (efekty niepożądane!).

Poszukiwanie nowych sposobów terapii

50

0

50

0

PP

% M

PE

vo

n F

rey

% M

PE

10 –1 10 0 10 1 10 2

neuropatia

kontrola

Dawki morfiny [nmol]

ból n

eur

opaty

czny

Mechanizm bólu neuropatycznego•Degeneracja zakończeń pierwotnych

Nuytten et al. 1992

•Rozrastanie się włókien A i tworzenie nowych synaps Woolf et al. 1992

•Tworzenie się miejsc o spontanicznej aktywności, które nasilają wrażliwość neuronów rdzeniowych

Wolf and Doubell 1994

•Nasilenie przekaźnictwa sympatycznego w zwojach rogów tylnych rdzenia

Xie et al. 1995

•Wzrost poziomu neuropeptydów w rogach tylnych rdzenia

Dubner 1991, Stanfa et al 1994

ból n

eur

opaty

czny

Osłabienie efektywności morfinyP

aw

pre

ssu

re t

est

% M

PE

Von

Fre

y

% M

PE

100

75

50

25

0

100

75

50

25

0

10 –1 10 0 10 1 10 2 10 –1 10 0 10 1 10 2

doses [nmol]

CCI modelkontrolaMorfina

obniżenie liczby presynaptycznych

receptorów opioidowych Yaksh et al. 1993

podwyższenie poziomu CCK Stanfa et al 1994

toniczna aktywacja NMDA Ossipov et al. 1995

dynorfinowa aktywacja NMDA Obara et al. 2003

aktywacja systemu nocyceptynowego Mika et al. 2004

aktywacja gleju Watkins et al. 2004

ból n

eur

opaty

czny

POMC

PENK

PDYN

opioidy

Poziom mRNA:NEUROPATIA ZAPALNY

3 14 3 140

1

2

3 POMC

3 14 3 140

1

2

3PENK

+ *+

+ *+

3 14 3 140

5

10

15

20 PDYN

+*

*

* *

*

+

+

+

+

+

opioidy w

bólu

neur

opaty

czny

m

3 14 3 140.0

0.5

1.0

1.5L4

L5

L6

mOR

+*

*

*

+

+

po

zio

m m

RN

A

[%

ko

ntr

oli

]

3 14 3 140.0

0.5

1.0

1.5dOR

+*

*+

po

zio

m m

RN

A

[%

ko

ntr

oli

]

3 14 3 140.0

0.5

1.0

1.5kOR

* *+ +

po

zio

m m

RN

A

[%

ko

ntr

oli

]

Poziom mRNA:NEUROPATIA ZAPALNY

opioidy w

bólu

neur

opaty

czny

m

POMC - wspólny prekursor melanokortyn i opioidów

PROOPIOMELANOKORTYNA (POMC)

Pro--MSH/N-POMC JP -LPHACTH

-LPH -END

N-LPH -MSH

-MSH CLIP3-MSHN-POMC(1-49)

2-MSH

1-MSH

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

analgezja

-endorfina -MSH

endogenna melanokortyna

hyperalgezja

Proopiomelanokortynamelano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

System melanokortynowy (MC)

Funkcja

Receptor MC1

POMC: -MSH -MSH/ACTH -End

Pigmentacja

Uzależnienie

Pobieranie

pokarmu

Zachowania

pielęgnacyjne

Stres

BÓL

Termoregulacja

Produkcja

mineralokortykoidów (kora nadnerczy)

Aktywność

lipolityczna

MC4 MC5 MC2 m/dMC3

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

mRNARdzeń kręgowy

rogi grzbietowe warstwa I +++

warstwa II +++

warstwa X +++

rogi brzuszne +

Podwzgórze +

Wzgórze +++

Jądro migdałowate +++

------------------------------------------------------------------------------------------

Ekspresja receptora MC4 w rejonach OUNzaangażowanych w nocycepcję

Kishi i wsp., Expression of melanocortin 4 receptor mRNA in the central nervous system of the rat.

J Comp Neurol. 2003;457(3):213-35.

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Melanokortyny i nocycepcja

-MSH powoduje hyperalgezję (tail-flick)efekt po podaniu 0.1-1 mg (icv) –20 min, 10 mg (icv) - 80 min

Sandman i Kastin, 1981

ACTH powoduje hyperalgezję u szczura (tail-shock, hot plate) 20-50 mg (icv)

Bertolini i wsp., 1979

u królika (reakcja na bodziec termiczny) 0.5 i 1 mg (icv)

Williams i wsp., 1986

15 30 45 60

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

MTII 0,03 ugMTII 0,1 ugMTII 0,5 ug

PWD

minutes

saline

% M

PE

Związki (i.t.) Antagonista receptora MC4

SHU9119 0.5; 1 i 1.5 mgJKC-363 0.7; 1.4 i 2.1 mg

Agonista receptora MC4 MT II 30,100, 500 ng

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Antagonista receptora MC4 skuteczniej osłabia

alodynię niż morfina w modelu CCI

10 2 10 3 10 4 10 50

25

50

75

100

DAMGO

morfina

SHU 9119

von Frey

dawka (nmol)

% M

PE

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Antagoniści receptora MC4 (SHU9119 oraz JKC-363, i.t.)

znoszą allodynię w CCI

Starowicz i wsp., NeuroReport 2002;13:2447-52

0 15 30 45 600

20

40

60

80

100

JKC 0,2 ugJKC 0,7 ugJKC 2 ugsaline

time after injection [min]

% M

PE

von F

rey t

est

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Agoniści receptora MC4 (MT II, i.t.) nasilają allodynię w modelu CCI

0 15 30 45 60-100

-80

-60

-40

-20

0

MT 0,03 ugMT 0,1 ugMT 0,5 ugsaline

von Frey

time after injection [min]

% M

PE

Starowicz i wsp., NeuroReport 2002;13:2447-52

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Nasilenie aktywności systemu melankortynowegotowarzyszy rozwojowi bólu neuropatycznego

strona contra

ipsi ipsi

strona contra

3 dni CCI 14 dni CCI

Ipsi Contra I C I Cintact 3 dni CCI 14 dni CCI

Wzrost poziomu receptora MC4 w rogach grzbietowych rdzenia kręgowego sugeruje wzmożoną wrażliwość na działanie jego ligandów melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Ból neuropatyczny indukuje ekspresję receptora MC4 w rdzeniu kręgowym

Vrinten i wsp., J Neurosci. 2000;20:8131-7

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

HIPOTEZA

• Równowaga między stałą impulsacją probólową (rdzeniowy system MC) a przeciwbólową (rdzeniowy system opioidowy)

?Czy efektywność działania opioidów może być

nasilona przez modulacje aktywności systemu MC

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

0 15 30 45 600

10

20

30

40

50

60

70

80

90

SHU 0,5MF 30SHU 0,5+MF 30

min

% M

PE (

von

Frey)

0 10 20 300

20

40

60

80

100

MFSHU+MFSHU

**

***

*

####

SHU+MF vs. MFalone

SHU+MF vs. SHU alone

MF dose (ug)%

MP

E

(von

Frey)

Zablokowanie systemu melanokortynowego na poziomie rdzenia kręgowego nasila działanie morfiny w modelu bólu neuropatycznego

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Antgoniści MC4-R opóźniają rozwój tolerancji na przeciwbólowe działanie morfiny

0 1 2 3 4 5 6 7 80

1

2

3

4

5

6

7

8

9

saline

M

SHU 0.5/M***

***

***

*** ***

***

*****

#####

##

#

SHU/salineA

Time (days)

tail

-fl

ick (

s)

Mean

S

.E.M

.

saline SHU/saline M SHU/M0

10

20

30

40

50

60

70B

AU

C

0 1 2 3 4 5 6 7 80

1

2

3

4

5

6

7

8

9

saline

M

JKC 0.7/M

***

***

***

***

***

*****

# ###

###

###

JKC/salineA

tail

-fli

ck (

s)

Mean

± S

.E.M

.

saline JKC/saline M JKC/M0

10

20

30

40

50

60

70

B

AU

C

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

SHU9119 i JKC-363 przywracają przeciwbólowe działanie morfiny u zwierząt z rozwiniętą tolerancją

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

****

******

####

######

# vs chronic MF

saline MF

-------------------- --------------------

0.5 1.5 0.7 2

SHU 9119 JKC 363

* vs saline

tail

-fli

ck (

s)

Związek Średnia ± SEM

sól 2.6 ± 0.15

MF 2.8 ± 0.17

SHU 0.5/MF 5.28 ± 0.37

SHU 1.5/MF 6.15 ± 0.4

JKC 0.7/MF 5.44 ± 0.61

JKC 2/MF 6.18 ± 0.68

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

PodsumowanieRdzeniowe receptory MC4 są zaangażowane w transmisjęnocyceptywną

Antagoniści MC4-R (SHU9119, JKC-363) znoszą allodynię i hiperalgezję, natomiast agoniści (MT II) nasilają te objawy

Zablokowanie rdzeniowych receptorów MC4 nasila działanie morfiny w modelu bólu neuropatycznego

Antagoniści receptora MC4: SHU9119 i JKC 363 (i.t.) opóźniają rozwój tolerancji rozwijającej się po wielokrotnych podaniach morfiny

U zwierząt z rozwiniętą tolerancją na przeciwbólowe działanie morfiny, SHU9119 i JKC-363 blokując rdzeniowe receptory MC4 przywracają jej analgetyczne działanie

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

ProopiomelanokortynaFunkcjonalny antagonizm

Proopiomelanokortyna

analgezja

-endorfina -MSH

endogenna melanokortyna

hyperalgezja

melano

kor

tyny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Proenkefalina

analgezja

Enkefalina, BAM 1-22endogennny opioid

BAM 8-22Endogenny ligand SNRS

hyperalgezja

ProenkefalinaFunkcjonalny antagonizm

enk

efa

lina

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Peptydy BAM z PENK działają probólowo‘SNSR’ 1-7 (receptor specyficzny dla neuronu sensorycznego)BAM22 wpływa na receptory d (hamuje) i SNSR (aktywuje)

Ligandy SNSR wywołują hyperalgezjęnadwrażliwość na bodźce nocyceptywne

g-MSH pochodzący z POMC też działa na ten receptor

enk

efa

liny

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Dynorfina A/”Duża” Dynorfina

Opioidowy receptor kappa Receptor NMDAHamowanie cAMP

Hamowanie kanałów Ca++ Aktywacja kanałów K+

Napływ Ca++

Wydzielanie glutaminianu

Wzrost NO

Alodynia/hyperalgezja

Zwiększenie pobudliwości komórki

Drgawki

Degeneracja

Opioidowe i nie-opioidowe działanie dynorfin

Antynocycepcja

Hamowanie pobudliwości komórki

Hamowanie drgawek

Hamowanie wydzielania glutaminianu

Neuroprotekcja

dyno

rfina w

bólu

neur

opaty

czny

m

Wpływ przeciwciał skierowanych przeciw dynorfinie

na probólowe efekty norBNI i GNTI

dyno

rfina w

bólu

neur

opaty

czny

m

Wpływ ketaminy na probólowe efekty norBNI i GNTIdyno

rfina w

bólu

neur

opaty

czny

m

Obara et al., Br J Pharmacol. 2003

dyno

rfina w

bólu

neur

opaty

czny

m

Prodynorfina

Analgezjareceptory opioidowe (kappa)

Dynorfina A opioid

„Big” dynorfina

HiperalgezjaNMDA, receptor bradykininowy

nonopioid

dyno

rfina w

bólu

neur

opaty

czny

m

BÓL

astrocytneuron

mikroglej

ATP, Sub P, EAA, K+, Na+, Ca2+

IL-1, TNF, IL-6, chemokiny, czynniki

wzrostu, C1q

IL-1, TNF, IL-6,

chemokiny

Udział komórek glejowych w patologii bólu neuropatycznego

akty

wacj

a g

leju

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Mikroglej - komórki nieneuronalne ośrodkowego układu nerwowego, tkankowo specyficzne, kontrolują homeostazę i biorą udział w odpowiedzi immunologicznej

Durrenberger i wsp. BMC Neurol. 2006

Inoue i wsp.J Neurochem. 2007

akty

wacj

a g

leju

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

akty

wacj

a g

leju

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

http://www.anzca.edu.au/fpm/events/fpm-events/activated-glia-as-culprits-in-opposing-opioid-analgesia-driving-tolerance.html

akty

wacj

a g

leju

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

http://www.anzca.edu.au/fpm/events/fpm-events/activated-glia-as-culprits-in-opposing-opioid-analgesia-driving-tolerance.html

akty

wacj

a g

leju

w b

ólu

neur

opaty

czny

m

Zakład Farmakologii Bólu, Instytut Farmakologii, PANKraków

Pracownia Patofizjologii Bólu