CPZ zmírňuje kolitida nezávisle na TRPV1
Na výzvu mechanismus, který CPZ klystýr zmírnit experimentální kolitidy, jsme vyvolané dextran sulfát sodný (DSS) kolitidy u wild-type (WT) a TRPV1-deficientní myši (v každé skupině n = 8). I když existují protichůdné zprávy, TRPV1-deficitní myší vyvinuté DSS kolitida a hubnutí ve stejné míře jako congenic WT myší v naší laboratoři, která je v souladu s našimi výsledky z modelu TNBS kolitida, že jsme měli dříve published7,8,9,10,11,12. Pro ošetření klystýru CPZ jsme použili stejnou koncentraci CPZ (531 µM), o které bylo dříve hlášeno, že zmírňuje DSS (5%) kolitidu u potkanů8. Průběh kolitidy byl denně sledován měřením tělesné hmotnosti a endoskopií. Dvakrát denně aplikace CPZ (531 µM) klystýr oslabené DSS kolitida ve stejné míře v obou WT a TRPV1−/− myší, což se projevilo tím, že lepší endoskopické skóre a snížení ztráty tělesné hmotnosti (Obr. 1A–C). H&E skvrny od distální tlustého střeva, na konci 7 den DSS experiment odhalil, zničil slizniční tkáň architektury s četnými infiltrující imunitní buňky v dvojtečky kontrol. To bylo v ostrém kontrastu se široce neporušené sliznice a absence významných imunitních buněk infiltrace v dvojtečky z CPZ léčených myší obou genotypů (Obr. 1D). V souladu s těmito nálezy bylo histologické skóre silně sníženo u myší léčených CPZ obou genotypů (obr. 1E).
CPZ aktivuje TRPA1
in vivo pozorování, že CPZ klystýr účinně inhibována kolitida v TRPV1 null mutantních myší uložené na otázku, na TRPV1-nezávislé neuronální účinky CPZ. Od TRPA1 bylo prokázáno, že být důležité v různých modelů zánětu včetně colitis6,12,14, testovali jsme, zda CPZ působí na TRPA1.
CPZ-indukované iontové proudy přes hTRPA1
Patch clamp experimenty byly prováděny v napětí svorky režimu na HEK293t buněk exprimujících rekombinantní hTRPA1 (hTRPA1-HEK293t buněk). V hospodářství potenciálu -60 mV, CPZ (10 µM) indukované vnitřní proud, který byl téměř kompletně inhibována (93% inhibice, n = 5) selektivní antagonista TRPA1 HC-030031 (HC, 10 µM) (Obr. 2A). Ve všech buňkách, v nichž CPZ-indukované vnitřní proud byl zaznamenán, karvakrol (100 µM) zavedený agonista TRPA1, také vyvolal velký vnitřní proudy ve stejné držení potenciál, což dokazuje funkční vyjádření hTRPA1. Tyto články hTRPA1-HEK293 byly také podrobeny napěťovým rampám od -100 do + 100 mV o délce 400 ms každé 4 s (obr. 2B). Vztah proud-napětí vyvolaný CPZ vykazoval mírně vnější rektifikaci a reverzní potenciál blízký 0 mV (obr. 2C). Proudy vyvolané CPZ (10 µM) byly inhibovány HC (10 µM). Efekt byl výraznější u negativních potenciálů (89% ± 5% inhibice při -80 mV, průměr ± SD, n = 7), než na pozitivní potenciály (80% ± 9% inhibice na +80 mV).
CPZ-indukované vápník-příliv přes hTRPA1
Selektivní působení CPZ na TRPA1 bylo potvrzeno tím, že zaměstná vápníku microfluorimetry technika. buňky hTRPA1-HEK293 byly stimulovány dvěma aplikacemi CPZ (50 µM)po dobu 10 s v 5minutových intervalech (obr. 2D). Selektivní antagonisté HC (20 µM) a A-967079 (10 µM) byli aplikováni po dobu 1 minuty před a během první výzvy CPZ. Reakce CPZ byla oběma antagonisty zcela zrušena. Stojí za zmínku, že odstranění HC vedlo k vápníku příliv, pravděpodobně v důsledku zbytkové CPZ akce, zatímco tento off efekt byl přítomen v případě-967079, které mohou oddělit pomaleji (Obr. 2D). Poté jsme analyzovali koncentrační závislost účinků CPZ. Zvyšující se koncentrace CPZ (100 nM, 500 nM, 5 µM a 50 µM) byly aplikovány na buňky hTRPA1-HEK293 po dobu 20 S v 3minutových intervalech. Počínaje 100 nM vyvolaly všechny koncentrace CPZ přechodné stavy vápníku se stále většími amplitudami (obr. 2E). Karvakrol (100 µM) byl aplikován na konci experimentu, aby ovládání pro funkční TRPA1 výraz, ale karvakrol reakce po 50 µM CPZ byl nápadně malý, což naznačuje, že cross-desenzibilizace. Nepřenesené buňky HEK293 byly podrobeny stejným aplikacím CPZ a pouze nejvyšší testovaná koncentrace (50 µM) vyvolala minimální zvýšení vápníku. Očekávali jsme, že CPZ zapojí tři kritické zbytky cysteinu do n-koncové domény kanálu, protože se jedná o elektrofilní sloučeninu. HEK293 buněk exprimujících WT hTRPA1 a buněk exprimujících triple cystein mutant hTRPA1-3C (C621S, C641S, C665S) byly podrobeny CPZ aplikace (1 µM, 20 s), následovaný non-elektrofilní agonista karvakrol (100 µM, 20 s) a vysoce elektrofilní AITC (50 µM, 30 s). Ionomycin byl aplikován na konci experimentu jako pozitivní kontrola. Amplituda vápníku přechodné, vyvolané 1 µM CPZ byla podstatně snížena (>80%) v buňkách exprimujících hTRPA1-3C v porovnání s buněk exprimujících WT hTRPA1 (Obr. 2F), zatímco rozdíl v citlivosti CPZ mezi genotypy byl zrušen při koncentraci 100 µM CPZ (obr. 2G). Odpověď aitc byla snížena v mutantních buňkách, zatímco karvakrol evokoval velké přechodné ionty vápníku u mutantů WT i 3C. Dohromady tyto buněčné odpovědi naznačují, že relativně vysoká účinnost CPZ závisí na třech kritických cysteinech. Pokud je však koncentrace CPZ 100krát vyšší, aktivací hTRPA1 přebírají další vazebná místa. Tato vysoká koncentrace lipofilního CPZ by také mohla interagovat s buněčnou lipidovou membránou, nepřímo aktivující TRPA1, jak bylo dříve ukázáno pro lipidovou složku lipopolysacharidů16. Navíc, v přítomnosti elektrofilem scavenger N-acetyl cystein (NAC) při saturující koncentraci (15 mM) 50 µM CPZ byl schopen vyvolat žádnou reakci. Po odstranění NAC vyvolalo CPZ velké přechodné stavy vápníku v buňkách Htrpa1-transfekovaných hek293t (obr. 2H), což potvrzuje, že CPZ působí jako elektrofilní agonista pro hTRPA1.
CPZ aktivuje subpopulace AITC-citlivé dorsal root ganglion (DRG) neurony
DRG neurony byly udržovány v primární kultuře a vyšetřován vápníku microfluorimetry. Buňky byly stimulovány CPZ (50 µM, 20 s), následuje AITC (100 µM, 30 s), kapsaicin (CAP, 1 µM, 10 s) a KCl (60 mM, 30 s). Obrázek 3A ilustruje příklady neuronů DRG reagujících na všechny tyto čtyři podněty. Typická frakce neuronů DRG byla aktivována AITC (301 z 906 neuronů, 33%, N = 8 myší) indikující funkční expresi TRPA1. Subpopulace těchto neuronů citlivých na aitc byla také aktivována CPZ (185 z 301 neuronů, 61%). Citlivost na CPZ byla téměř úplně omezena na neurony reagující na aitc. Z celkem 200 neuronů citlivých na CPZ bylo 185 (93%) také aktivováno aitc, což naznačuje silnou shodu citlivosti na CPZ a AITC (obr. 3). Stejně jako v případě hTRPA1-vyjádření HEK293 buněk, vápník přechodové jevy vyvolané CPZ v DRG neuronech byla závislá na koncentraci s EC50 hodnota se odhaduje na 30 µM CPZ a malé AITC odpověď po 100 µM CPZ znovu navrhl, cross-desenzibilizace (Obr. 3B,C). Obrázek 3D ukazuje překrytí CPZ, ČEPICI a AITC-schopnost reagovat ve WT DRG neuronů v daných koncentracích: 14% DRG neuronů reagovalo na AITC, ale ne na CAP (125/906), 16% odpovědělo na ČEPICI, ale ne na AITC, vzhledem k tomu, že CPZ vyvolané vápníku přechodové jevy v 78% neuronů, které reagovaly jak na AITC a CAP (137 176). Pro prokázání specifičnosti pozorovaných účinků byly neurony TRPV1−/− a TRPA1−/− DRG vystaveny výše uvedenému protokolu. Asi 90% TRPV1-nedostatečné DRG neurony, které byly AITC-citlivé také reagoval na CPZ (509/572 buněk), zatímco žádný z 448 TRPA1-nedostatečné DRG neurony testovány ukázal, vápník příliv v reakci na CPZ (100 µM), jak dokládá reprezentativní příklady na Obr. 3E, F.
Systémové desenzibilizace prostřednictvím TRPA1 zmírňuje bolest
Poté, co jsme zjistili, že CPZ je silný agonista TRPA1, pochopili jsme, proč první CPZ klystýr (dvakrát denně), byly zřejmě bolestné ve WT myší. Pak jsme se kvantifikovat CPZ (531 µM) klystýr-indukované nocifensive chování u zdravých zvířat (každé n = 6) počítání svíjel reakce a nahrávání visceromotorické reflexní odpovědi (VMRs) přes integrované elektromyografie (EMG) svalové stěny břišní (Obr. 4A,B). V průběhu opakování léčby CPZ dvakrát denně jsme poznamenali, že vyřazování TRPA1 nevykazovalo chování související s bolestí. Kromě toho, WT myší, představila progresivní pokles zpočátku silná bolest reakce s prudkým poklesem kolem 3. den, což vedlo k nakonec úplné znecitlivění v obou nocifensive parametry. Tato ztráta tlustého střeva vnímání bolesti v jinak normálních myší zvýšila očekávání, že klystýr by dodali CPZ farmakodynamické množství dostatečné k vyvolání systémové hypoalgesia. Pro testování této hypotézy jsme použili test očního otření pomocí AITC (100 µM)a CAP (1 mM) (obr. 4c,D) (n = 6). Oba testy prokázaly zřetelný útlum počtu očního očištění u myší WT, které byly léčeny klystýry CPZ (do 12-16 hodin před testem). Tyto účinky jsou pravděpodobně zprostředkovány TRPA1 desenzibilizace, spíše než TRPV1 blok, protože TRPV1-deficientní myši byly necitlivé na hořčičný olej (AITC, 100 µM) nakapání do oka ve stejné míře jako WT myší (Obr. 4C). Naopak, klystýry CPZ byly neúčinné u myší TRPA1 -/ -, když byly tyto myši napadeny instilací čepice do oka (obr. 4D).
Vzhledem k tomu, opakované klystýry jsou nepříjemné podání, které jsme testovali pro případné anti-nociceptivní účinek perorální CPZ (531 µM) v pitné vodě. Pitný režim po dobu 10 dnů byl dobře snášen bez zjevných nežádoucích účinků. V průběhu kontinuálního perorálního podávání CPZ se latence stažení tlapky na stimulaci sálavým teplem (Hargreavesova metoda) postupně zvyšovala u obou zadních tlap (obr. 4E). Doba tolerance byla přibližně zdvojnásobena v den 7 a zůstala významně zvýšena od dne 2 do dne 10. Po 2 týdnech zotavení čistou pitnou vodou se abstinenční latence vrátily na výchozí úroveň. Mechanická citlivost na stimulaci lineárně rostoucí silou elektrodynamického von Freyova vlákna nebyla významně ovlivněna během deseti dnů pití CPZ(obr. 4F). Vyvstala otázka, zda tepelná a chemická hypoalgezie představovala třídní účinek desenzibilizujících TRPA1 agonistů nebo zda byla specifická pro CPZ. Proto jsme podávali aitc v podobné a dobře snášené koncentraci (500 µM) pitnou vodou. Stejný režim dávkování pro AITC, jak je popsáno na CPZ za následek postupné zvyšování tlapku-odstoupení latence sálavé teplo stimulace, který byl výrazně menší než ten, vyvolané CPZ (Obr. 4E). Mechanická odezva se v pitném režimu AITC nezměnila (obr. 4F).
CPZ způsobuje trvalé znecitlivění z TRPA1/TRPV1 vyjádření peptidergic smyslové neurony
pak se zeptal na otázku, zda desenzibilizace celých zvířat CPZ mohl být reprodukován na buněčné úrovni. Za tímto účelem jsme provedli vápník-zobrazovací experimenty s izolovanými DRG neurony, které byly získány z kontrolních myší a od zvířat léčených po dobu 7 dní dvakrát denně s CPZ klystýr. Tyto neurony byly nutně udržovány v kultuře po dobu 16 až 24 hodin v přítomnosti NGF. Celkem 399 neuronech z kontrolních myší a 584 neurony z klystýr léčených myší bylo naloženo s Fura-2 a vápníku přechodové jevy vyvolané AITC, karvakrol, ČEPICI a KCl-bohatý řešení byly zaznamenány. Odpovědi na tyto agonisty TRPA1 (AITC a carvacrol) a TRPV1 (CAP)se u neuronů DRG významně nelišily od kontrolních zvířat a zvířat léčených klystýrem (obr. S1). Avšak exprese TRPA1 mRNA (qPCR)byla asi dvakrát upregulována v lumbosakrálním DRG připraveném bezprostředně po konečném klystýru CPZ (obr. S2) vzhledem k tomu, že po uplynutí 24 hodin in vivo po konečném klystýru nebyla zjištěna žádná změna exprese TRPA1. MRNA TRPV1 se za obou okolností nezměnila. Proto došlo k transkripční upregulaci exprese genu TRPA1 v důsledku vícenásobných klystýrů CPZ, ale byla rychle obrácena, když byla dodávka CPZ přerušena. Podle DRG kultivace podmínky, stejné epigenetické zvrat měl pravděpodobně proběhlo a všechny zbytkové CPZ byl pravděpodobně prát-out, tak, že žádné zbytkové desenzibilizace může být ve skutečnosti očekává. Jako buněčné modely neodráží finiši CPZ-vyvolané znecitlivění celého zvířata in vivo, hledali jsme další silný indikátor překvapující systémový účinek. Většina nociceptivních neuronů je peptidergic, vyjadřující převážně kalcitonin gene-related peptid (CGRP) a substance P (SP)15,17. Na depolarizace, jako KCl a příliv vápníku v důsledku aktivace napěťově řízených kalciových kanálů, tyto neuropeptidy jsou uvolněny z nervových vláken v kvazi-eferentní funkce (neurogenní zánět). Na druhou stranu, aktivované TRP kanály jsou velmi dobré vápníku vodiče samy o sobě a nevyžadují podporu nějaké napěťově řízených sodíkových nebo vápníkových kanálů s cílem vyvolat vezikulární exocytóze CGRP18. Stimulované uvolňování CGRP tak může sloužit jako index (peptidergické) nociceptorové aktivace. Ze stejného důvodu mají vazoaktivní neuropeptidy různé účinky na zánětlivý proces sám o sobě a bylo prokázáno, že vyčerpání nebo desenzibilizace populace peptidergických senzorických neuronů tlumí kolitidu19,20,21. K určení, zda CPZ (531 µM) klystýr znecitlivění prostřednictvím TRPA1, lokálně a systémově, jsme použili izolované myš tlustého střeva a kožní přípravky. Dvojtečky zdravých myší c57bl / 6 (n = 8) byly vystaveny CPZ (100 µM), což vyvolalo masivní uvolňování CGRP (obr. 5); následné aplikace AITC (100 µM) 5 min nebo 15 min po CPZ (obr. 5A, B)již nemohlo indukovat uvolňování CGRP, což naznačuje hlubokou akutní funkční zkříženou desenzibilizaci na agonistu TRPA1. Tento účinek nemůže být způsoben deplecí, protože následná odpověď KCl (60 mM) byla normální. Dvojtečky z myší, které byly opakovaně léčeny klystýry CPZ (531 µM) in vivo, dvakrát denně po dobu 7 d, byly izolovány a testovány 12-16 hodin po posledním klystýru. CPZ (100 µM) ani AITC (100 µM) v tomto stavu neindukovaly žádné uvolnění CGRP (obr. 5C, D); zejména uvolňování CGRP vyvolané CAP (30 nM)bylo silně sníženo, ale nebylo zrušeno (obr. 5E). V kontrastu, KCl (60 mM)-vyvolaná CGRP vydání nekonkrétní depolarizace byl nejen nesnížené ale ve skutečnosti lepší, po CPZ klystýr. To naznačovalo, že vlákna tlustého střeva nebyla vyčerpána CGRP, ale spíše přeplněna, ale v podstatě trvale znecitlivěna na chemickou aktivaci prostřednictvím TRPA1 a TRPV1 (n = 6). Konečně, také přípravu kůže, izolované 12-16 h po poslední CPZ klystýr, ukázal, že AITC (100 µM) a VÍČKO (1 µM) indukované uvolnění CGRP byla silně snížena v souladu s tělem-široký desenzibilizace pozorován v behaviorální testy (Obr. 5F, G, viz obr. 4A-F) (n = 6).