Resumen de Role of sigma-1 receptors in visceral pain
Introducción El dolor visceral es una de las formas más comunes de dolor patológico y una de las principales razones por las que los pacientes buscan atención médica (Cervero and Laird, 1999; Robinson and Gebhart, 2008). El dolor urológico y gastrointestinal es muy frecuente en clínica, particularmente en pacientes con síndrome del intestino irritable, enfermedad inflamatoria intestinal o cistitis intersticial (Grundmann and Yoon, 2010; Marinkovic et al., 2009); todas ellas patologías con un impacto sustancial en la calidad de vida de los pacientes. Las características fisiológicas del dolor somático y visceral en humanos son muy diferentes (Strigo et al., 2002). Además, estudios en animales de experimentación han demostrado que: a) la neuroquímica de las aferentes primarias que inervan las vísceras, la piel o el músculo es diferente (Lu et al., 2001; Perry and Lawson, 1998), b) las neuronas espinales, las vías ascendentes y los núcleos de proyección supraespinal implicados en la transmisión de la información nociceptiva somática y visceral son distintos (Braz et al., 2005), y c) los mecanismos neurobiológicos activados por el dolor visceral no son los mismos que los activados por el dolor somático (Al-Chaer and Traub, 2002; Foreman, 2004). Por todo ello, los resultados obtenidos en modelos de dolor cutáneo/somático no pueden ser meramente extrapolados al dolor visceral.
El dolor visceral está generalmente causado por lesiones en las vísceras huecas y, muy a menudo, se asocia a un ¿dolor referido¿ en una determinada zona cutánea según la víscera afectada, siendo muy frecuente que se produzca hiperalgesia cutánea en la zona del dolor referido (Cervero and Laird, 1999; Robinson and Gebhart, 2008). Se han desarrollado distintos modelos animales de dolor visceral que provocan una activación de vísceras huecas y generan hiperalgesia cutánea. Entre ellos son particularmente interesantes los modelos de estimulación química del colon mediante capsaicina y de cistitis inducida por ciclofosfamida (Bon et al., 2003; Laird et al., 2001; Olivar and Laird, 1999), ya que, como hemos comentado la cistitis y el dolor intestinal son tipos de dolor visceral muy frecuentes en humanos. Ambos modelos producen una alteración del comportamiento del animal indicativa de dolor visceral, una hiperalgesia cutánea a estímulos mecánicos puntiformes (equivalente a la hiperalgesia cutánea descrita por los humanos) y en el modelo de la cistitis, una inflamación de la vejiga (Bon et al., 2003; Laird et al., 2001; Olivar and Laird, 1999). Además, ambos modelos animales han sido validados en humanos, ya que la ciclofosfamida es un fármaco antitumoral entre cuyos efectos indeseables dosis-limitantes se encuentra una cistitis hemorrágica de características idénticas a la que aparece en el ratón (Olivar and Laird, 1999). De igual modo la aplicación intestinal de capsaicina en humanos produce dolor visceral y dolor cutáneo referido (Arendt-Nielsen et al., 2008; Drewes et al., 2003).
El receptor sigma-1 es una proteína neuromoduladora con una rica farmacología. En la actualidad los antagonistas específicos mejor estudiados son NE-100, S1RA y BD-1063 (Cobos et al., 2008; Maurice and Su, 2009; Romero et al., 2012). Se han generado ratones knockout sigma-1 que están ayudando a definir mejor las características bioquímicas y funcionales del receptor sigma-1 (Cendán et al., 2005; Entrena et al., 2009; de la Puente et al., 2009; Langa et al., 2003).
Existe una alta densidad de receptores sigma-1 en zonas del sistema nervioso con especial relevancia en la transmisión y modulación de la información nociceptiva, como las láminas superficiales (I y II) del asta dorsal de la sustancia gris de la médula espinal y la sustancia gris periacueductal, entre otras (Alonso et al., 2000; Kitaichi et al., 2000). Recientemente, se ha descrito la presencia de receptores sigma-1 en el sistema nervioso periférico, concretamente, en los cuerpos neuronales de los ganglios de la raíz dorsal, siendo la concentración de receptores sigma-1 mayor en estos ganglios que en las áreas del sistema nervioso central implicadas en la nocicepción (Bangaru et al., 2013; Sánchez-Fernández et al., 2014). Los receptores sigma-1 también se encuentran en las células de Schwann, específicamente en su citoplasma y en la región paranodal de los nódulos de Ranvier.
Diversos datos sugieren una implicación funcional de los receptores sigma-1 en la nocicepción cutánea/somática. Hay una amplia evidencia de que la inhibición de los receptores sigma-1 reduce el dolor nociceptivo, inflamatorio o neuropático originado en la piel o en estructuras somáticas. (Cendán et al., 2005a; Tejada et al., 2014; Nieto et al., 2012) Objetivos El objetivo principal de esta Tesis fue evaluar el efecto del bloqueo farmacológico y de la inactivación genética de los receptores sigma-1 en modelos de dolor visceral inflamatorio y no inflamatorio (utilizando modelos de dolor que han sido previamente validados en humanos para maximizar la validez translacional de nuestros resultados).
Resultados La instilación de la solución de capsaicina produjo diferentes tipos de comportamientos dolorosos (lamidos, estiramientos y contracciones del abdomen). El número de estas respuestas aumentó dosis dependientemente conforme se aumentó la concentración de capsaicina tanto en ratones salvajes como en ratones knockout sigma-1, pero en los ratones knockout el aumento fue significativamente menor.
Por el contrario, no se encontraron diferencias significativas en la hiperalgesia mecánica referida entre ratones salvajes y knockout sigma-1. La solución de capsaicina redujo el umbral mecánico de manera dosis-dependiente en ambos grupos.
El bloqueo farmacológico de los receptores sigma-1 mediante los antagonistas selectivos BD-1063, NE-100 y S1RA, administrados por vía subcutánea 30 minutos antes de la instilación de la solución de capsaicina (1%), produjo una inhibición dosis-dependiente del número de respuestas comportamentales dolorosas. Sin embargo, ninguno de los antagonistas sigma-1 probados produjo ningún efecto en los ratones knockout sigma-1. Los antagonistas sigma-1 no fueron capaces de eliminar completamente las manifestaciones dolorosas provocadas por la capsaicina, sin embargo, a la dosis mayor probada todos redujeron el número de respuestas a valores similares a los obtenidos en los ratones knockout sigma-1.
En los ratones salvajes, la hiperalgesia mecánica referida producida por la capsaicina (0,1%) fue revertida casi completamente con la dosis mayor de los antagonistas sigma-1. Sin embargo, dichos antagonistas sigma-1 no modificaron la hiperalgesia mecánica referida en los ratones knockout sigma-1, lo cual pone de manifiesto la especificidad de los fármacos.
La administración subcutánea de morfina produjo una inhibición dosis dependiente de los comportamientos dolorosos producidos por la capsaicina tanto en los ratones salvajes como en los knockout sigma-1, así como una reversión de la hiperalgesia mecánica referida (llegando a superarse el umbral mecánico de animales tratados con el solvente de capsaicina). El efecto de la morfina fue significativamente mayor en los animales knockout sigma-1 que en los salvajes. La administración de ketoprofeno no produjo ningún efecto en las respuestas comportamentales ni en la hiperalgesia mecánica referida en ninguno de los dos genotipos.
Los experimentos inmunohistoquímicos en ratones salvajes detectaron la presencia del receptor sigma-1 en el citoplasma de diferentes capas de células del urotelio, estando particularmente concentrado alrededor del núcleo y junto a estructuras citoplasmáticas circulares. No se encontraron receptores sigma-1 en ratones knockout sigma-1, apoyando la especificidad del anticuerpo. En las vejigas humanas, se encontraron también receptores sigma-1 en el urotelio, con un patrón similar a las vejigas de ratón.
Los experimentos de ¿western blot¿ con anticuerpos frente a los receptores sigma-1 identificaron una banda con un peso molecular ligeramente superior de 25 kDa en la vejiga de los ratones salvajes pero no en la de los ratones knockout sigma-1 y mostraron que el tratamiento con ciclofosfamida no altera la densidad de dicha banda.
El tratamiento con ciclofosfamida produjo un aumento dosis dependiente de la actividad mieloperoxidasa en las vejigas de los ratones salvajes, pero un aumento significativamente menor en las animales knockout para el receptor sigma-1. La mayor diferencia en el efecto de la ciclofosfamida entre ratones salvajes y knockout sigma-1 se observó a la dosis de 300 mg/kg. Esta dosis de ciclofosfamida no modificó la expresión de ERK1/2 total, pero produjo un aumento tiempo-dependiente de la expresión de pERK1/2 que fue significativamente superior en ratones salvajes que en ratones knockout sigma-1 a las 3 y 5 horas.
Las secciones de vejiga urinaria de ratones salvajes teñidas con hematoxilina-eosina mostraron una apariencia normal, que no presentó diferencias con las vejigas control de ratones knockout sigma-1. El tratamiento con ciclofosfamida en ratones salvajes produjo (a las 5 horas) una marcada cistitis con edema, descamaciones del urotelio y focos hemorrágicos. Esta cistitis inducida por la ciclofosfamida fue menos marcada en los ratones knockout sigma-1, los cuales mostraron una significativa reducción en el área de edema, así como un menor número de focos hemorrágicos y de descamación.
Puesto que los resultados bioquímicos e histopatológicos sugirieron que los receptores sigma-1 modulan las alteraciones en la vejiga urinaria inducidas por la ciclofosfamida, evaluamos el efecto de la inhibición de la función de los receptores ¿1 en la respuesta comportamental de la cistitis.
El tratamiento con ciclofosfamida produjo un aumento dosis-dependiente en la puntuación comportamental dolorosa en los animales salvajes. Este efecto de la ciclofosfamida fue significativamente menor en los animales knockout sigma-1, encontrándose las máximas diferencias entre ambos genotipos con la dosis de 300 mg/kg. La puntuación comportamental para esta dosis de ciclofosfamida mostró un curso temporal con marcadas diferencias entre animales salvajes y knockout sigma-1 a partir de los 150 minutos.
Todos los antagonistas sigma-1 (BD-1063, S1RA y NE-100), inyectados 120 minutos después de la ciclofosfamida, produjeron una inhibición dosis dependiente de la puntuación comportamental dolorosa en los ratones salvajes. Sin embargo, estos fármacos carecieron de efecto en los ratones knockout sigma-1, indicando la especificidad de su efecto. Por otro lado, tanto morfina como indometacina inhibieron el dolor inducido por ciclofosfamida tanto en ratones salvajes como knockout sigma-1.
La administración de ciclofosfamida también produjo una hiperalgesia dosis-dependiente referida a la pared abdominal, que no fue significativamente diferente entre ratones salvajes y knockout sigma-1. Cuando los receptores sigma-1 fueron bloqueados mediante fármacos, todos los antagonistas sigma-1 inhibieron dosis dependientemente la hiperalgesia mecánica producida por la ciclofosfamida en ratones salvajes, pero carecieron de efecto en ratones knockout sigma-1. Sin embargo, indometacina redujo la hiperalgesia mecánica producida por ciclofosfamida en ambos genotipos mientras que morfina inhibió la hiperalgesia mecánica y produjo analgesia (en dosis superiores a 4 mg/kg) en ratones salvajes, teniendo un efecto aún mayor en ratones knockout sigma-1.
Conclusión general Los receptores sigma-1 juegan un importante papel funcional en diferentes modelos de dolor visceral (con o sin inflamación) y por ello pueden ser una nueva diana farmacológica para el tratamiento de este tipo de dolor.
Referencias Al-Chaer, E.D., and Traub, R.J. (2002). Biological basis of visceral pain: recent developments. Pain 96, 221¿225.
Alonso, G., Phan, V., Guillemain, I., Saunier, M., Legrand, A., Anoal, M., and Maurice, T. (2000). Immunocytochemical localization of the sigma(1) receptor in the adult rat central nervous system. Neuroscience 97, 155¿170.
Arendt-Nielsen, L., Schipper, K.P., Dimcevski, G., Sumikura, H., Krarup, A.L., Giamberardino, M.A., and Drewes, A.M. (2008). Viscero-somatic reflexes in referred pain areas evoked by capsaicin stimulation of the human gut. Eur J Pain 12, 544¿551.
Bangaru, M.L., Weihrauch, D., Tang, Q.-B., Zoga, V., Hogan, Q., and Wu, H.-E. (2013). Sigma-1 receptor expression in sensory neurons and the effect of painful peripheral nerve injury. Mol Pain 9, 47.
Bon, K., Lichtensteiger, C.A., Wilson, S.G., and Mogil, J.S. (2003). Characterization of cyclophosphamide cystitis, a model of visceral and referred pain, in the mouse: species and strain differences. J Urol 170, 1008¿1012.
Braz, J.M., Nassar, M.A., Wood, J.N., and Basbaum, A.I. (2005). Parallel ¿pain¿ pathways arise from subpopulations of primary afferent nociceptor. Neuron 47, 787¿793.
Cendán, C.M., Pujalte JM, Portillo-Salido E, Montoliu L, and Baeyens, J.M. (2005). Formalin-induced pain is reduced in s1 receptor knockout mice. Eur J Pharmacol 511, 73¿74.
Cervero, F., and Laird, J.M. (1999). Visceral pain. Lancet 353, 2145¿2148.
Cobos, E.J., Entrena, J.M., Nieto, F.R., Cendán, C.M., and Del Pozo, E. (2008). Pharmacology and therapeutic potential of sigma(1) receptor ligands. Current Neuropharmacology 6, 344¿366.
Drewes, A.M., Schipper, K.P., Dimcevski, G., Petersen, P., Gregersen, H., Funch-Jensen, P., and Arendt-Nielsen, L. (2003). Gut pain and hyperalgesia induced by capsaicin: a human experimental model. Pain 104, 333¿341.
Entrena, J.M., Cobos, E.J., Nieto, F.R., Cendán, C.M., Gris, G., Del Pozo, E., Zamanillo, D., and Baeyens, J.M. (2009). Sigma-1 receptors are essential for capsaicin-induced mechanical hypersensitivity: studies with selective sigma-1 ligands and sigma-1 knockout mice. Pain 143, 252¿261.
Foreman, R.D. (2004). Mechanisms of visceral pain: from nociception to targets. Drug Discovery Today: Disease Mechanisms 1, 457¿463.
Grundmann, O., and Yoon, S.L. (2010). Irritable bowel syndrome: epidemiology, diagnosis and treatment: an update for health-care practitioners. J. Gastroenterol. Hepatol. 25, 691¿699.
Kitaichi, K., Chabot, J.G., Moebius, F.F., Flandorfer, A., Glossmann, H., and Quirion, R. (2000). Expression of the purported sigma(1) (sigma(1)) receptor in the mammalian brain and its possible relevance in deficits induced by antagonism of the NMDA receptor complex as revealed using an antisense strategy. J Chem Neuroanat 20, 375¿387.
la Puente, de, B., Nadal, X., Portillo-Salido, E., Sánchez-Arroyos, R., Ovalle, S., Palacios, G., Muro, A., Romero, L., Entrena, J.M., Baeyens, J.M., et al. (2009). Sigma-1 receptors regulate activity-induced spinal sensitization and neuropathic pain after peripheral nerve injury. Pain 145, 294¿303.
Laird, J.M., Martinez-Caro, L., Garcia-Nicas, E., and Cervero, F. (2001). A new model of visceral pain and referred hyperalgesia in the mouse. Pain 92, 335¿342.
Langa, F., Codony, X., Tovar, V., Lavado, A., Giménez, E., Cozar, P., Cantero, M., Dordal, A., Hernández, E., Pérez, R., et al. (2003). Generation and phenotypic analysis of sigma receptor type I (sigma 1) knockout mice. Eur J Neurosci 18, 2188¿2196.
Lu, J., Zhou, X.F., and Rush, R.A. (2001). Small primary sensory neurons innervating epidermis and viscera display differential phenotype in the adult rat. Neurosci Res 41, 355¿363.
Marinkovic, S.P., Moldwin, R., Gillen, L.M., and Stanton, S.L. (2009). The management of interstitial cystitis or painful bladder syndrome in women. Bmj 339, b2707¿b2707.
Maurice, T., and Su, T.-P. (2009). The pharmacology of sigma-1 receptors. Pharmacology and Therapeutics 124, 195¿206.
Nieto, F.R., Cendán, C.M., Sánchez-Fernández, C., Cobos, E.J., Entrena, J.M., Tejada, M.Á., Zamanillo, D., Vela, J.M., and Baeyens, J.M. (2012). Role of sigma-1 receptors in Paclitaxel-induced neuropathic pain in mice. J Pain 13, 1107¿1121.
Olivar, T., and Laird, J.M.A. (1999). Cyclophosphamide cystitis in mice: behavioural characterisation and correlation with bladder inflammation. Eur J Pain 3, 141¿149.
Perry, M.J., and Lawson, S.N. (1998). Differences in expression of oligosaccharides, neuropeptides, carbonic anhydrase and neurofilament in rat primary afferent neurons retrogradely labelled via skin, muscle or visceral nerves. Neuroscience 85, 293¿310.
Robinson, D.R., and Gebhart, G.F. (2008). Inside information: the unique features of visceral sensation. Molecular Interventions 8, 242¿253.
Romero, L., Zamanillo, D., Nadal, X., Sánchez-Arroyos, R., Rivera-Arconada, I., Dordal, A., Montero, A., Muro, A., Bura, A., Segalés, C., et al. (2012). Pharmacological properties of S1RA, a new sigma-1 receptor antagonist that inhibits neuropathic pain and activity-induced spinal sensitization. Br J Pharmacol 166, 2289¿2306.
Sánchez-Fernández, C., Montilla-García, Á., González-Cano, R., Nieto, F.R., Romero, L., Artacho-Cordón, A., Montes, R., Fernández-Pastor, B., Merlos, M., Baeyens, J.M., et al. (2014). Modulation of peripheral ¿-opioid analgesia by ¿1 receptors. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 348, 32¿45.
Strigo, I.A., Bushnell, M.C., Boivin, M., and Duncan, G.H. (2002). Psychophysical analysis of visceral and cutaneous pain in human subjects. Pain 97, 235¿246.
Tejada, M.A., Montilla-García, A., Sánchez-Fernández, C., Entrena, J.M., Perazzoli, G., Baeyens, J.M., and Cobos, E.J. (2014). Sigma-1 receptor inhibition reverses acute inflammatory hyperalgesia in mice: role of peripheral sigma-1 receptors. Psychopharmacology (Berl).
