Role of sigma 1 receptors on viscerosensitivity and inflammation of intestinal origin

Abstract

El dolor d’origen visceral és una troballa freqüent en les alteracions gastrointestinals amb un component inflamatori, com són la malaltia inflamatòria intestinal, o les alteracions funcionals gastrointestinals, com la síndrome d’intestí irritable. Malgrat això, no existeixen tractaments efectius per al dolor visceral. Els receptors sigma de tipus 1 (Rσ1) són proteïnes de membrana regulades per lligand amb activitat neuromoduladora i immunoduladora. Aquests receptors s’han implicat en dolor somàtic de diferents etiologies, incloent l’inflamatori, intervenint respostes pronociceptives i interaccionant amb els efectes analgèsic dels opioides. Això ha fet que actualment els Rσ1 es considerin una diana per al tractament farmacològic del dolor somàtic. En aquest treball s’avaluen les implicacions dels Rσ1 com a moduladors de la inflamació intestinal i del dolor visceral associat a aquesta. Amb aquesta finalitat, s’ha valorat la resposta inflamatòria intestinal, mitjançant el model de colitis induïda per dextrà sulfat de sodi (DSS), i el desenvolupament d’hipersensibilitat visceral i somàtica referida, tant en ratolins com en rates. Per valorar la hipersensibilitat intestinal en rates s’ha posat a punt un model d’hipersensibilitat a llarg termini que es basat en la inducció de colitis amb DSS. La implicació dels Rσ1 s’ha valorat mitjançant el seu bloqueig genètic (ratolins mancats de manera constitutiva d’aquest receptor) o farmacològic (ús dels antagonistes selectius BD1063 i E-52862). S’ha estudiat també la interacció entre mecanismes opioides dependents de receptors de tipus µ i els Rσ1 mitjançant la co-administració de morfina i BD13063 o l’ús de la molècula amb activitat dual EST73502 (agonista parcial μ-opioide i antagonista Rσ1). Les sensibilitats somàtica i visceral s’han determinat mitjançant el test de von Frey o la valoració de respostes viscerosomàtiques associades a la distensió colorectal. En paral·lel, s’han determinat canvis en l’expressió de marcadors relacionats amb la inflamació i el dolor, tant a nivell perifèric (còlon) com a central (medul·la espinal lumbosacra) (RT-qPCR i westtern Blot). Els resultats obtinguts, tant amb el bloqueig genètic com amb el farmacològic, mostren que els Rσ1 no modulen la sensibilitat mecànica en condicions basals. En el ratolí, l’absència constitutiva de Rσ1 o el seu bloqueig farmacològic va atenuar el desenvolupament clínic de la inflamació, tant aguda com crònica, en el model de colitis induïda per DSS, sense alterar els canvis esperats en marcadors inflamatoris (regulació a l’alça de citocines inflamatòries). Durant la colitis, els ratolins amb Rσ1 funcionals van desenvolupar hipersensibilitat mecànica referida, determinada tant a la paret abdominal (mescla de sensibilitat visceral i somàtica) com a la pota (sensibilitat somàtica). Per contra, l’absència de Rσ1 funcionals es va associar a una falta de desenvolupament d’hipersensibilitat mecànica referida, amb respostes bàsicament idèntiques a les observades en animals sense colitis. Aquests canvis no es van poder associar a una modulació específica de marcadors implicats en vies sensorials, ni en el còlon ni en la medul·la espinal. En la rata, el model de colitis induïda per DSS genera un estat d’hipersensibilitat a llarg termini que sembla implicar una combinació de mecanismes de sensibilització tant perifèrics (còlon) com a centrals (medul·la espinal lumbosacra). Aquest estat no s’altera pel bloqueig farmacològic dels Rσ1, tot i que és modulable per morfina o pregabalina. El compost EST73502 va augmentar els llindars de dolor en rates durant la distensió colorectal i va mostrar activitat antihiperalgèsica durant la hipersensibilitat còlica induïda per la inflamació. En el seu conjunt, aquests resultats suggereixen que els Rσ1 presenten propietats antiinflamatòries i analgèsiques que fan del mateix una diana factible per al tractament de trastorns gastrointestinals caracteritzats per la presència de signes d’inflamació i alteracions de la sensibilitat visceral.

El dolor de origen visceral es un hallazgo frecuente en las alteraciones gastrointestinales con un componente inflamatorio, como son la enfermedad inflamatoria intestinal, o las alteraciones funcionales gastrointestinales, como el síndrome de intestino irritable. A pesar de ello, no existen tratamientos efectivos para el dolor visceral. Los receptores sigma de tipo 1 (Rσ1) son proteínas de membrana reguladas por ligando con actividad neuromoduladora e inmunoduladora. Estos receptores se han implicado en dolor somático de diferentes etiologías, incluyendo el inflamatorio, mediando respuesta pronociceptivas e interaccionando con los efectos analgésicos de los opioides. Esto ha hecho que actualmente los Rσ1 se consideren una diana para el tratamiento farmacológico del dolor somático. En este trabajo se evalúan las implicaciones de los Rσ1 como moduladores de la inflamación intestinal y del dolor visceral asociado a la misma. Para ello, se ha valorado la respuesta inflamatoria intestinal, mediante el modelo de colitis inducida por dextrano sulfato de sodio (DSS), y el desarrollo de hipersensibilidad visceral y somática referida en ratones y en ratas. Para valorar la hipersensibilidad intestinal en ratas se ha puesto a punto un modelo de hipersensibilidad a largo plazo basado en la inducción de colitis con DSS. La implicación de los Rσ1 se ha valorado mediante su bloqueo genético (ratones carentes de forma constitutiva de dicho receptor) o farmacológico (uso de los antagonistas selectivos BD1063 y E-52862). Se ha estudiado también la interacción entre mecanismos opioides dependientes de receptores de tipo µ y los Rσ1 mediante la co-administración de morfina y BD13063 o el empleo de la molécula con actividad dual EST3502 (agonista parcial μ-opioide y antagonista Rσ1). Las sensibilidades somática y visceral se han determinado mediante el test de von Frey o la valoración de respuestas viscerosomáticas asociadas a la distensión colorrectal. En paralelo, se han determinado cambios en la expresión de marcadores relacionados con la inflamación y el dolor, tanto a nivel periférico (colon) como central (médula espinal lumbosacra) (RT-qPCR/westtern Blot). Los resultados obtenidos, tanto con el bloqueo genético como con el farmacológico, muestran que los Rσ1 no modulan la sensibilidad mecánica en condiciones basales. En el ratón, la ausencia constitutiva de Rσ1 o su bloqueo farmacológico atenuó el desarrollo clínico de la inflamación, tanto aguda como crónica, en el modelo de colitis inducida por DSS, sin alterar los cambios esperados en marcadores inflamatorios (regulación al alza de citoquinas inflamatorias). Durante la colitis, los ratones con Rσ1 funcionales desarrollaron hipersensibilidad mecánica referida, determinada tanto en la pared abdominal (mezcla de sensibilidad visceral y somática) como en la pata (sensibilidad somática). Por el contrario, la ausencia de Rσ1 funcionales se asoció a una falta de desarrollo de hipersensibilidad mecánica referida, con respuestas básicamente idénticas a las observadas en animales sin colitis. Estos cambios no se pudieron asociar a una modulación específica de marcadores implicados en vías sensoriales, ni en el colon ni en la médula espinal. En la rata, el modelo de colitis inducida por DSS resulta en un estado de hipersensibilidad a largo plazo que parece implicar una combinación de mecanismos de sensibilización tanto periféricos (colon) como centrales (médula espinal lumbosacra). Este estado no se ve afectado por el bloqueo farmacológico de los Rσ1, mientras que es modulable por morfina o pregabalina. El compuesto EST73502 aumentó los umbrales de dolor en ratas durante la distensión colorrectal y mostró actividad antihiperalgésica durante la hipersensibilidad cólica inducida por la inflamación. En su conjunto, estos resultados sugieren que los Rσ1 presentan propiedades antiinflamatorias y analgésicas que hacen del mismo una diana factible para el tratamiento de trastornos gastrointestinales caracterizados por la presencia de signos de inflamación y alteraciones de la sensibilidad visceral.

Pain of visceral origin is a frequent finding in gastrointestinal disorders with an inflammatory component, such are inflammatory bowel disease or functional gastrointestinal disorders, with irritable bowel syndrome as the main representative. Despite this, there are no effective treatments for visceral pain. Sigma type 1 receptors (σ1Rs) are ligand-regulated membrane proteins with neuromodulatory and immunodulatory activity. They have been implicated in somatic pain of different etiologies, including inflammatory pain, mediating pro-nociceptive responses and interacting with the analgesic effects of opioids. According to this, σ1Rs are currently regarded a target for the pharmacological treatment of somatic pain. In this work, we evaluate the implications of σ1R as modulators of intestinal inflammation and inflammation-associated visceral pain. For this purpose, the intestinal inflammatory response, dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis model, and the development of visceral and referred somatic hypersensitivity have been assessed in both mice and rats. To assess intestinal hypersensitivity in rats, a long-term hypersensitivity model based on the induction of colitis with DSS has been set-up. The involvement of σ1Rs has been assessed through its genetic (knockout mice constitutively lacking this receptor) or pharmacological blockade (use of the selective σ1R antagonists BD1063 and E-52862). The interaction between µ-opiate receptors-mediated analgesia and σ1Rs has been studied by the co-administration of morphine and BD13063 or the use of the dual μ-opioid receptor partial agonist and σ1R antagonist EST3502. Somatic and visceral sensitivities have been determined using the von Frey test or through the assessment of viscerosomatic responses associated to colorectal distension. In parallel, changes in gene expression of different inflammation- and pain-related markers have been assessed, both in peripheral (colon) and central tissues (lumbosacral spinal cord) (RT-qPCR and westtern Blot). The results obtained with either the genetic (KO mice) or the pharmacological blockade (selective σ1R antagonists) show that σ1Rs do not modulate mechanical sensitivity under basal conditions. In mice, the constitutive absence of σ1Rs or their pharmacological blockade attenuated the clinical development of inflammation, both acute and chronic, in the DSS-induced colitis model, without affecting the expected changes in inflammatory markers (up-regulation of inflammatory cytokines). During colitis, mice with functional σ1Rs developed referred mechanical hypersensitivity, determined both in the abdominal wall (mixed visceral and somatic sensitivity) and in the paw (somatic sensitivity). In contrast, the lack of functional σ1Rs was associated with the absence of referred mechanical hypersensitivity, eliciting responses essentially identical to those observed in animals without colitis. These changes could not be associated with a specific modulation of sensory-related markers implicated in pain processing, neither in the colon nor in the spinal cord. In rats, the DSS-induced colitis model results in a state of long-lasting hypersensitivity that appears to involve a combination of both peripheral (colon) and central (lumbosacral spinal cord) sensitization mechanisms. This state of hypersensitivity is not affected by the pharmacological blockade of σ1Rs with BD1063, whereas it can be attenuated by de µ-opioid agonist morphine or the voltage gated calcium channels (α2δ subunit) ligand pregabalin. Compound EST73502 increased pain thresholds in rats during colorectal distention and showed anti-hyperalgesic activity during colitis-induced hypersensitivity. Taken together, these results suggest that σ1Rs exhibits anti-inflammatory and analgesic properties that make this receptor a potentially feasible target for the treatment of gastrointestinal disorders characterized by the presence of signs of inflammation and alterations in visceral sensitivity.