Sulla via del Dolore
The path of Pain
Review
Pathos 2016; 23; 3. Online 2017, Jan 24
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Francesco Amato,1 Erminia Gilda Morrone 2
1Direttore UOC Ter Dolore e CP AO Cosenza
Centro Hub Regionale
2Biologa, Associazione Centro Studi Terapia del Dolore
Cosenza
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Riassunto Gli studi condotti sull’impiego dei farmaci analgesici hanno preso in considerazione quei farmaci che avevano la capacità di diminuire il firing di impulsi che dalla periferia si propagano al cervello. Dopo la clonazione dei TRPV1,1,2 avvenuta negli ultimi dieci anni di ricerca, l’attenzione si è spostata sui Transient Receptor Potential (TRPV1) che li vedono implicati in molti processi infiammatori e neuropatici. Per questi motivi i TRPV1 potranno essere dei formidabili target farmacologici di utilizzo clinico nel management del dolore. Questa breve review vuole fornire un’immagine generale del ruolo fisiologico e fisiopatologico svolto dai canali TRPV1 e delle loro proprietà strutturali, farmacologiche e biofisiche, quali potenziali agenti terapeutici nel management del dolore cronico e neuropatico.
Summary The studies conducted on the employment of the analgesic drug have considered that drugs that had the ability to decrease the firing of impulses that from the periphery they are propagated to the brain. After the cloning of TRPV1,1,2 occurred in the last ten years of research, the focus has shifted to the Transient Receptor Potential (TRPV1) which sees them involved in many inflammatory and neuropathic processes. For these reasons TRPV1 has become a viable drug target for clinical use in the management of pain. This short review will provide a general picture of the physiological and pathophysiological roles of the TRPV1 channel and of their structural, pharmacological and biophysical properties, as therapeutic agents for the management of chronic and neuropathic pain.
Parole chiave Canali ionici, TRPV1, dolore, analgesia, infiammazione neuropatica
Key words Ion channels, TRPV1, pain, analgesia, neuropathic inflammation
Introduzione
Negli ultimi anni la ricerca farmacologica ha posto l’attenzione sui Transient Receptor Potential (TRPV1). E’ stato osservato come l’attivazione dei TRPV1 nei neuroni nocicettivi, dove vengono normalmente espressi, innesca il rilascio di neuropeptidi e trasmettitori e conseguente generazione di potenziali d'azione che verranno inviati alle maggiori aree del sistema nervoso centrale, dove vengono spesso percepiti come dolore.
In presenza di un dolore acuto cosiddetto “fisiologico”, solo il 20 per cento della popolazione dei nocicettori è attivata; mentre solo durante un’infiammazione cronica o una lesione tessutale molto forte, che dura a lungo, abbiamo un’attivazione del 100 per cento.
Quando compare una lesione, l’impulso doloroso viene trasmesso verso i centri superiori, ma contemporaneamente vengono attivate anche vie collaterali che con andamento antidromico raggiungono i capillari sanguigni dilatandoli e liberando sostanze proinfiammatorie e chemiotattiche che richiamano i mastociti. E’ l’inizio dell’infiammazione neurogena. In questa prima fase, attorno all’area di lesione si forma un alone iperemico e dolente (iperalgesia primaria) dovuto all’infiammazione, responsabile della cosiddetta sensibilizzazione periferica.
Queste modificazioni hanno inizio con il rilascio di idrogenioni che realizzano uno strato di acidosi locale e di riduzione del pH nei tessuti circostanti alla noxa patogena. A questo accumulo di H+ si accompagna quello delle sostanze provenienti dalle cellule danneggiate (K+, ATP, metaboliti dell’acido arachidonico, così come COX2, PGE2) come anche di neurotrasmettitori delle fibre C (SP, CGRP), o di sostanze modulatrici provenienti dalle cellule della GLIA (NGF, GDNF) o peptidi, come la bradichina (BK) provenienti da cellule vascolari danneggiate.
Recenti studi hanno messo in evidenza come il NGF legandosi al proprio recettore TRkA possa formare un complesso che viene trasportato con andamento retrogrado dalle terminazioni periferiche verso la radice del ganglio (DRG) contribuendo, anch’esso, alla sintesi dei neurotramettitori (sostanza P e peptide correlato al gene della calcitonina), di recettori e canali (il recettore per la bradichinina, i TRPV1, i canali del Sodio Nav 1.8 ) e di fattori trascrizionali (ATF-3).3 Sia nel caso della nocicezione senza flogosi sia in quella associata all’infiammazione, questi ligandi attivano i loro specifici recettori, con il risultato finale di una depolarizzazione intracellulare che produce veloci PdA (potenziali d’azione) che camminano lungo le membrane dell’afferente primario, raggiungendo i neuroni del corno posteriore.4-5 Il processo flogistico fa abbassare la soglia di attivazione anche dei recettori TRPV1, che normalmente si attivano a temperature più elevate della temperatura corporea.
Questa sollecitazione è alla base della sensibilizzazione periferica caratterizzata da un’aumentata attività recettoriale che causa dolore;6,7 con la conseguente aumentata risposta a stimoli sopra soglia (nocivi) e ridotta soglia per gli stimoli termici e meccanici. In questo stato di sensibilizzazione i TRPV1 diventano permeabili agli ioni Ca++, favoriscono in primis la depolarizzazione della membrana, poi l’attivazione dei canali del sodio voltaggio dipendenti e infine la generazione del potenziale d’azione.
E’ stato recentemente osservato come esista un’interazione fisica tra TRPV1 e anoctamin 1 (un canale del cloro attivato dall’aumentata concentrazione del calcio che attraversa i pori dei TRPV1 divenuti permeabili allo stesso ione) e che questa interazione è rilevante nel potenziare il fenomeno della nocicezione.8
Per quanto riguarda la distribuzione tissutale dei TRPV1, essi sono espressi in tutti i gangli sensoriali (DRG, TG, Vagal) e sulle fibre sensoriali di piccolo calibro quali le fibre C e fibre Ad che possono secernere vari neuropeptidi tra cui la sostanza P (SP) e/o Calcitonin Peptide Gene-relativo (CGRP).7 Mediante la reazione di retrotrascrizione a catena della polimerasi (RT-PCR) i TRPV1 sono stati ritrovati anche a livello del Sistema Nervoso Centrale (SNC) e in tessuti non neuronali quali i cheratociti, le mastcellule, le cellule muscolari, nel distretto epatico, nel distretto urinario, nel distretto polmonare eccetera.9-13
Per capire come gli agonisti e le proteine modulatrici vadano a modificare l’attività del TRPV1 prenderemo in esame la conformazione del recettore. Il canale del recettore TRPV1 è costituito da sei domini transmembrana, che assemblandosi formano una struttura tetramerica, selettiva ai cationi Ca2+.14-16 Nei neuroni gli attivatori fisici e i protoni, stimolando il flusso dei cationi (Ca2+) attraverso i TRPV1, causano la depolarizzazione della membrana mediante l’attivazione dei canali del sodio voltaggio-dipendenti generando, così, un potenziale d’azione. Si possono individuare delle macromolecole enzimatiche che agiscono su alcuni residui di fosforilazione, vie elettive, utilizzate dagli agonisti e dai modulatori. La proteina PKA, la cui attività dipende dal cAMP, fosforila per esempio i residui Ser 502 implicati nella sensibilizzazione del TRPV1. La Ser 502 è un target anche per la protein chinasi C(PKC), che a sua volta può fosforilare il canale anche a livello della Ser 800. La regione formata dagli amminoacidi 777-820 costituisce un sito elettivo ove agisce il PIP2. Prenderemo quindi rapidamente in considerazione gli agonisti attivatori e i modulatori dei TRPV1 .
I primi si possono raggruppare nelle seguenti classi di composti:
- La capsaicina o i composti solforganici quali l’allicina presente nell’ Allium genus. Entrambi i ligandi sono lipofilici, capaci di attraversare la membrana e interagire con i siti di legame del TRPV1 presenti sulla superficie interna. E’ stato recentemente osservato come al legame della capsaicina con il proprio recettore segua un’interazione fisica tra TRPV1 e anoctamin 1 (un canale del cloro attivato dall’aumentata concentrazione del calcio che attraversa i pori dei TRPV1 divenuti permeabili allo stesso ione) e che questa interazione è rilevante nel potenziare il fenomeno della nocicezione.8
- L’aumento dell’acidità nel distretto extracellulare incrementa la sensibilizzazione al dolore durante i processi di infiammazione in particolare in quelle condizioni patologiche che riguardano il cancro e l’artrite.3,17-18 I residui amminoacidici critici coinvolti nella sensitizzazione protonica sono localizzati sui loops extracellulari delle proteine TRPV1.19-20
In particolare, è stato localizzato un importante residuo recettoriale posizionato a livello extracellulare Glu (E200); questa regione fa da link tra il quinto dominio transmembrana e la regione preposta alla formazione del poro del canale recettoriale. Ciò suggerisce che il suddetto residuo sia un sito chiave di regolazione recettoriale sensibile agli stimoli nocivi in risposta ai cambiamenti della concentrazione protonica extracellulare.21 Segnali molecolari come l’Ossido Nitrico (NO) effettuano una modificazione sulle cisteine presenti a livello della sequenza primaria della proteina recettoriale.
L’enzima responsabile della sintesi dell’NO è la NOSintetasi ed è attivata dalle concentrazioni di calcio intracellulari,22 (la sintesi di ossido nitrico in genere aumenta in condizioni di ipossigenazione).
- Gli stimoli termici indotti dall’aumento della temperatura (>44° C) mediano l’attivazione recettoriale sia a livello della regione N-terminale che a livello della regione carbossi-terminale (regions heat activation).23
- Anche la concentrazione dei cationi divalenti >10 mM riescono a regolare direttamente il canale. Questi effetti vengono esplicati mediante un’interazione elettrostatica con due residui di glutammato (E600 and E648) formalmente identificati come residui di legame protonici.24
I modulatori dei TRPV1
Le proteine recettoriali TRPV1 sono influenzate anche da una cascata di segnali intracellulari correlata ai processi infiammatori che ne regolano l’attività.
Focalizziamo l’attenzione brevemente sui principali pathways che determinano la regolazione delle suddette proteine recettoriali:
1) Le prostaglandine (agenti pro-infiammatori) interagendo con il proprio recettore accoppiato alla proteina G (GPCR) ne attivano la subunità Gs presente nel distretto intracellulare.
Ciò induce la stimolazione dell’adenilato ciclasi con la formazione di cAMP che attiva la protein-chinasi A, quest’ultima capace di controllare la fosforilazione di un sito chiave a livello del residuo S 502, modulando l’attività del TRPV1.25
2) L’istamina, anch’essa uno dei mediatori chimici dell’infiammazione, si lega a una proteina recettoriale GPCR che ne attiva la subunità Gq, presente anch’essa nel distretto intracellulare, fosforilando la fosfolipasi C (PLC).26
3) Il fattore di crescita nervoso (nerve growth factor NGF) legandosi al proprio recettore TrkA determina, anch’esso, la fosforilazione della fosfolipasi C (PLC).27-28
4) La bradichinina peptide formato da 9 residui amminoacidi esplica la propria attività (vasodilatazione, aumento della permeabilità capillare, induzione di fenomeni dolorosi eccetera) legandosi al proprio recettore B2 e determinando la fosforilazione della fosfolipasi C (PLC).29 L’attivazione delle proteine recettoriali GPCR-Gq, TrkA e B2 induce in tutti e tre i casi la stimolazione della fosfolipasi C. La PLC degrada il PIP2, associato alla membrana plasmatica in 1,2-diacilglicerolo (DAG) and (1,4,5)-inositolo trifosfato (IP3). L’incremento del’IP3 porta al rilascio di Ca2+ dalle strutture endocellulari, in cui si accumula, quali il reticolo endoplasmitico (ER). Sia il Ca 2+ che il DAG attivano la Protein Kinasi C (PKC) che fosforila il TRPV1 a livello dei residui Ser 502 , Ser 800 regolandone la funzione.
Anche i processi di depolarizzazione legati all’attivazione dei canali del calcio e del sodio (VDSC) determinano l’attivazione dei TRPV1 mediante la PKC.
Molti segnali che originano dai processi infiammatori convergono, dunque, sull’attività dei TRPV1, la cui attivazione a livello dei neuroni sensoriali ha come conseguenza finale la percezione del dolore.
E’ chiaro, pertanto, che i TRPV1 giochino un ruolo chiave nella fisiologia della percezione algica, non solo integrando diversi segnali molecolari collegati al dolore (durante l’edema da danno tissutale o durante l’infiammazione neurogenica si assiste al rilascio di sostanza P (SP), del gene correlato al peptide della calcitonina, del NGF (nerve growth factor), dei protoni, dell’ATP, dell’istamina, delle citochine, del leukotriene B4 (LTB4) e anche di altri metaboliti quali l’acido arachidonico eccetera, tutti capaci di modulare i TRPV1) ma anche mediando una risposta a diversi livelli di azione: dagli effetti sistemici mediante la depolarizzazione nervosa alla trasmissione nervosa verso i centri superiori. E’ stata riscontrata, inoltre, un’estesa distribuzione delle suddette proteine recettoriali (TRPV1) sia in diversi tessuti sia in diversi organi, incluso il sistema nervoso centrale e occupano un importante ruolo in un vasto range di patologie. Diversi gruppi di ricerca hanno proposto, infatti, che l’up-regolazione dei TRPV1 possa contribuire alla patogenesi di varie patologie quali l’iperalgesia infiammatoria, le infiammazioni intestinali, quelle da reflusso gastroesofageo, la sindrome dell’intestino irritabile, eccetera.
Gli antagonisti dei TRPV1 costituiranno, pertanto, potenziali scelte terapeutiche per condizioni come diabete, patologie a livello delle vie urinarie, emicrania, affezioni respiratorie, dolore da cancro, eccetera. Ciò dimostra che questo canale proteico potrebbe essere un formidabile target terapeutico nel trattamento farmacologico del dolore.
Conflitto di interessi
Gli autori dichiarano che l'articolo non è sponsorizzato ed è stato redatto in assenza di conflitto di interessi.
Published
24th January 2017
Bibliografia
13) Hayes P et. Cloning and functional expression of a human orthologue of rat vanilloid receptor-1. Pain 2000;88: 205–215.
17) Jung J, Hwang SW, Kwak J, Lee SY, Kang CJ, Kim WB, Kim D, Oh U. Capsaicin binds to the intracellular domain of the capsaicin-activated ion channel. J Neurosci. 1999;19:529–538.