for at udfordre den mekanisme, hvormed CPS-klyster dæmper eksperimentel colitis, inducerede vi dekstran sulfatnatrium (DSS) colitis i vildtype (vægt) og TRPV1-mangelfulde mus (hver gruppe N = 8). Selvom der findes modstridende rapporter, udviklede TRPV1-mangelfulde mus DSS colitis og vægttab i samme grad som de congeniske VÆGTMUS i vores laboratorium, hvilket overholder vores resultater fra modellen af tnbs colitis, som vi tidligere havde offentliggjort7,8,9,10,11,12. Til behandling af klyster, brugte vi den samme koncentration af KKP (531 liter), som tidligere blev rapporteret at dæmpe DSS (5%) colitis hos rats8. Forløbet af colitis blev overvåget dagligt ved hjælp af kropsvægtmålinger og endoskopi. To gange dagligt blev DSS-colitis svækket i samme grad i både vægt− og TRPV1−/ – mus, hvilket blev afspejlet ved en forbedret endoskopisk score og reduceret tab af kropsvægt (Fig. 1A-C). H &e pletter fra den distale kolon i slutningen af 7-dages DSS-eksperimentet afslørede ødelagt slimhindevævsarkitektur med adskillige infiltrerende immunceller i kolonerne af kontroller. Dette var i skarp kontrast til en bredt intakt slimhinde og fraværet af signifikant immuncelleinfiltration i kolonerne af CPSA-behandlede mus af begge genotyper (Fig. 1D). I overensstemmelse med disse fund blev den histologiske score kraftigt reduceret i de CPSA-behandlede mus af begge genotyper (Fig. 1E).
CPA aktiverer TRPA1
in vivo-observationen om, at CPA-klyster effektivt hæmmede colitis i TRPV1-null-mutante mus pålagde spørgsmålet om TRPV1-uafhængige neuronale virkninger af CPA. Da TRPA1 havde vist sig at være afgørende i forskellige modeller af inflammation,herunder colitis6,12, 14, testede vi, om CCP virker på TRPA1.Patchklemmeeksperimenter blev udført i spændingsklemme-tilstand på HEK293t-celler, der udtrykte rekombinant hTRPA1 (hTRPA1-HEK293t-celler). Ved et holdepotentiale på -60 mV inducerede CPSE (10-liter) en indadgående strøm, der næsten fuldstændigt blev hæmmet (93% inhibering, n = 5) af den selektive TRPA1-antagonist HC-030031 (HC, 10-liter) (Fig. 2A). I alle celler, hvor der blev registreret en indadgående strøm, fremkaldte carvacrol (100 liter) en etableret TRPA1-agonist også store indadgående strømme ved det samme holdepotentiale, hvilket demonstrerede funktionel ekspression af htrpa1. Disse htrpa1-HEK293 celler blev også udsat for spændingsramper fra -100 til +100 mV med 400 ms varighed hver 4.s (Fig. 2B). Strømspændingsforholdet viste en smule udadrettet udbedring og et reverseringspotentiale tæt på 0 mV (Fig. 2C). De strømme, der blev fremkaldt af CPC (10 liter), blev hæmmet af HC (10 liter). Effekten var mere udtalt ved negative potentialer (89% – 5% – inhibering ved -80 mV, gennemsnitlig-SD SD, n = 7) end ved positive potentialer (80% – 9% – inhibering ved +80 mV).
CCP-induceret calciumtilstrømning gennem hTRPA1
selektiv virkning af CCP på TRPA1 blev bekræftet ved anvendelse af calciummikrofluorimetri-teknikken. htrpa1-HEK293 celler blev stimuleret af to anvendelser af CPR (50 liter) i 10 sekunder med 5 minutters intervaller (Fig. 2D). De selektive antagonister HC (20 liter) og A-967079 (10 liter) blev ansøgt i 1 min før og under den første CPR-udfordring. Begge antagonister afskaffer deres reaktion fuldstændigt. Det er værd at bemærke, at fjernelsen af HC førte til en calciumtilstrømning, sandsynligvis på grund af resterende CCP-virkning, mens denne off-effekt var fraværende i tilfælde af a-967079, som kan løsne langsommere (Fig. 2D). Vi analyserede derefter koncentrationsafhængigheden af CPC-effekter. Stigende koncentrationer (100 nM, 500 nM, 5 liter og 50 liter) blev påført htrpa1-HEK293 celler i 20 sekunder hver med 3 minutters intervaller. Begyndende med 100 nM fremkaldte alle koncentrationer af CPR calciumtransienter med stadig større amplituder (Fig. 2E). Carvacrol (100 liter) blev anvendt i slutningen af eksperimentet for at kontrollere for funktionel trpa1-ekspression, men carvacrol-responsen efter 50 liter var iøjnefaldende lille, hvilket antydede krydsdesensibilisering. Ikke-inficerede HEK293-celler blev udsat for de samme applikationer, og kun den højeste testede koncentration (50 liter) inducerede en minimal stigning i calcium. Vi forventede, at CCP ville engagere de tre kritiske cysteinrester i kanalens N-terminale domæne, fordi det er en elektrofil forbindelse. HEK293-celler, der udtrykker vægt hTRPA1 og celler, der udtrykker den tredobbelte cysteinmutant hTRPA1 – 3c (C621S, C641S, C665S), blev udsat for CPC-applikation (1 liter, 20 sekunder) efterfulgt af den ikke-elektrofile agonist carvacrol (100 liter, 20 sekunder) og den stærkt elektrofile AITC (50 liter, 30 sekunder). Ionomycin blev anvendt i slutningen af eksperimentet som en positiv kontrol. Amplituden af calcium transient fremkaldt af 1 liter KKP blev væsentligt reduceret (>80%) i celler, der udtrykker hTRPA1-3c sammenlignet med celler, der udtrykker vægt hTRPA1 (Fig. 2F), mens forskellen i CPR-følsomhed mellem genotyperne blev afskaffet ved 100 liter CPR-koncentration (Fig. 2G). Aitc-responsen blev nedsat i de mutante celler, mens carvacrol fremkaldte store calciumiontransienter i både vægt-og 3C-mutanter. Samlet set indikerer disse celleresponser, at den relativt høje styrke af CPR afhænger af de tre kritiske cysteiner. Når koncentrationen af HTRPA er 100 gange højere, overtager andre bindingssteder imidlertid aktiveringen af hTRPA1. Denne høje koncentration af den lipofile CPC kunne også interagere med den cellulære lipidmembran, indirekte aktiverende TRPA1, som tidligere vist for lipid a-komponenten af lipopolysaccharider16. I nærvær af den elektrofile scavenger N-acetylcystein (NAC) ved en mætningskoncentration (15 mM) var 50 liter ikke i stand til at fremkalde noget respons. Efter fjernelse af NAC fremkaldte CPSA store calciumtransienter i de htrpa1-transficerede HEK293t-celler (Fig. 2H), som bekræfter, at CPC fungerer som en elektrofil agonist for hTRPA1.
CPSA aktiverer en subpopulation af aitc-følsomme dorsale rodganglion (DRG) neuroner
DRG neuroner blev opretholdt i primær Kultur og undersøgt ved calciummikrofluorimetri. Celler blev stimuleret af CPC (50 liter, 20 sekunder), efterfulgt af AITC (100 liter, 30 sekunder), capsaicin (CAP, 1 liter, 10 sekunder) og KCl (60 mM, 30 sekunder). Figur 3a illustrerer eksempler på DRG-neuroner, der reagerer på alle disse fire stimuli. En typisk fraktion af DRG-neuroner blev aktiveret af aitc (301 af 906 neuroner, 33%, n = 8 mus), der indikerer funktionel ekspression af TRPA1. En subpopulation af disse aitc-følsomme neuroner blev også aktiveret af CPR (185 af 301 neuroner, 61%). Følsomheden over for CCP var næsten fuldstændig begrænset til aitc-responsive neuroner. Af i alt 200 CPC-følsomme neuroner blev 185 (93%) også aktiveret af aitc, hvilket indikerer en stærk overensstemmelse med følsomhed over for CPC og Aitc (Fig. 3). Som i tilfældet med HTRPA1-eksprimerende HEK293-celler var calciumtransienterne fremkaldt af CPR i DRG-neuroner koncentrationsafhængige med en EC50-værdi estimeret til 30 liter CPR, og det lille aitc-respons efter 100 liter CPR foreslog igen krydsdesensibilisering (Fig. 3B, C). 14% af DRG-neuronerne reagerede på AITC, men ikke på CAP (125/906), 16% reagerede på CAP, men ikke på aitc, mens CPC inducerede calciumtransienter i 78% af neuronerne, der reagerede på både AITC og CAP (137 af 176). For at demonstrere specificiteten af de observerede effekter blev TRPV1−/− og TRPA1−/− DRG-neuroner udsat for ovenstående protokol. Cirka 90% af de TRPV1-mangelfulde DRG-neuroner, der var aitc-følsomme, reagerede også på CPR (509/572-celler), mens ingen af de 448 trpa1-mangelfulde DRG-neuroner, der blev testet, viste calciumtilstrømning som reaktion på CPR (100 liter) som illustreret af repræsentative eksempler i Fig. 3E, F.
systemisk desensibilisering gennem TRPA1 dæmper smerte
efter at vi havde opdaget, at CPA er en potent TRPA1-agonist, forstod vi, hvorfor de første CPA-klyster (to gange dagligt) var åbenlyst smertefulde i VÆGTMUSENE. Vi kvantificerede derefter den CPR (531 liter) enema-induceret nocifensiv adfærd hos raske dyr (hver n = 6) ved at tælle de vridende reaktioner og registrere visceromotoriske refleksresponser (VMRs) gennem den integrerede elektromyografi (EMG) i mavemuskelvæggen (Fig. 4A, B). I løbet af gentagelsen af de to daglige CPC-behandlinger bemærkede vi, at TRPA1-knockouts ikke viste smerterelateret adfærd på noget tidspunkt. Derudover præsenterede VÆGTMUSENE et progressivt fald i oprindeligt stærke smerteresponser med et kraftigt fald omkring dag 3, hvilket førte til en endelig fuldstændig desensibilisering i begge nocifensive parametre. Dette tab af kolon smerteopfattelse hos ellers normale mus rejste forventningen om, at klyster kunne have leveret CCP en farmakodynamisk mængde tilstrækkelig til at inducere systemisk hypoalgesi. For at teste denne hypotese anvendte vi øjetørretest ved hjælp af AITC (100 liter) og hætte (1 mM) (Fig. 4C, D) (n = 6). Begge tests viste en tydelig dæmpning af øjetørretællinger i VÆGTMUSENE, der var blevet behandlet med CPC-klyster (indtil 12-16 timer før testen). Disse virkninger blev sandsynligvis medieret af TRPA1-desensibilisering snarere end TRPV1-blok, da TRPV1-mangelfulde mus var ufølsomme over for sennepsolie (aitc, 100 liter) instillation i øjet i samme grad som VÆGTMUS (Fig. 4C). Omvendt var CPC-klyster ineffektive i TRPA1 – / – mus, da disse mus blev udfordret af CAP-instillationer i øjet (Fig. 4D).