Differing effects of exogenous and endogenous hydrogen sulphide in carrageenan-induced knee joint synovitis in the rat

Background and purpose: Recent findings suggest that the noxious gas H(2)S is produced endogenously, and that physiological concentrations of H(2)S are able to modulate pain and inflammation in rodents. This study was undertaken to evaluate the ability of endogenous and exogenous H(2)S to modulate carrageenan-induced synovitis in the rat knee. Experimental approach: Synovitis was induced in Wistar rats by intra-articular injection of carrageenan into the knee joint. Sixty minutes prior to carrageenan injection, the rats were pretreated with indomethacin, an inhibitor of H(2)S formation (dl-propargylglycine) or an H(2)S donor [Lawesson`s reagent (LR)]. Key results: Injection of carrageenan evoked knee inflammation, pain as characterized by impaired gait, secondary tactile allodynia of the ipsilateral hindpaw, joint swelling, histological changes, inflammatory cell infiltration, increased synovial myeloperoxidase, protein nitrotyrosine residues, inducible NOS (iNOS) activity and NO production. Pretreatment with LR or indomethacin significantly attenuated the pain responses, and all the inflammatory and biochemical changes, except for the increased iNOS activity, NO production and 3-NT. Propargylglycine pretreatment potentiated synovial iNOS activity (and NO production), and enhanced macrophage infiltration, but had no effect on other inflammatory parameters. Conclusions and implications: Whereas exogenous H(2)S delivered to the knee joint can produce a significant anti-inflammatory and anti-nociceptive effect, locally produced H(2)S exerts little immunomodulatory effect. These data further support the development and use of H(2)S donors as potential alternatives (or complementary therapies) to the available anti-inflammatory compounds used for treatment of joint inflammation or relief of its symptoms.

Neuropathic pain activates the endogenous kappa opioid system in mouse spinal cord and induces opioid receptor tolerance.

Release of endogenous dynorphin opioids within the spinal cord after partial sciatic nerve ligation (pSNL) is known to contribute to the neuropathic pain processes. Using a phosphoselective antibody [kappa opioid receptor (KOR-P)] able to detect the serine 369 phosphorylated form of the KOR, we determined possible sites of dynorphin action within the spinal cord after pSNL. KOR-P immunoreactivity (IR) was markedly increased in the L4-L5 spinal dorsal horn of wild-type C57BL/6 mice (7-21 d) after lesion, but not in mice pretreated with the KOR antagonist nor-binaltorphimine (norBNI). In addition, knock-out mice lacking prodynorphin, KOR, or G-protein receptor kinase 3 (GRK3) did not show significant increases in KOR-P IR after pSNL. KOR-P IR was colocalized in both GABAergic neurons and GFAP-positive astrocytes in both ipsilateral and contralateral spinal dorsal horn. Consistent with sustained opioid release, KOR knock-out mice developed significantly increased tactile allodynia and thermal hyperalgesia in both the early (first week) and late (third week) interval after lesion. Similarly, mice pretreated with norBNI showed enhanced hyperalgesia and allodynia during the 3 weeks after pSNL. Because sustained activation of opioid receptors might induce tolerance, we measured the antinociceptive effect of the kappa agonist U50,488 using radiant heat applied to the ipsilateral hindpaw, and we found that agonist potency was significantly decreased 7 d after pSNL. In contrast, neither prodynorphin nor GRK3 knock-out mice showed U50,488 tolerance after pSNL. These findings suggest that pSNL induced a sustained release of endogenous prodynorphin-derived opioid peptides that activated an anti-nociceptive KOR system in mouse spinal cord. Thus, endogenous dynorphin had both pronociceptive and antinociceptive actions after nerve injury and induced GRK3-mediated opioid tolerance.

Lack of evidence for ectopic sprouting of genetically labeled Aβ touch afferents in inflammatory and neuropathic trigeminal pain.

BACKGROUND: Mechanical and in particular tactile allodynia is a hallmark of chronic pain in which innocuous touch becomes painful. Previous cholera toxin B (CTB)-based neural tracing experiments and electrophysiology studies had suggested that aberrant axon sprouting from touch sensory afferents into pain-processing laminae after injury is a possible anatomical substrate underlying mechanical allodynia. This hypothesis was later challenged by experiments using intra-axonal labeling of A-fiber neurons, as well as single-neuron labeling of electrophysiologically identified sensory neurons. However, no studies have used genetically labeled neurons to examine this issue, and most studies were performed on spinal but not trigeminal sensory neurons which are the relevant neurons for orofacial pain, where allodynia oftentimes plays a dominant clinical role. FINDINGS: We recently discovered that parvalbumin::Cre (Pv::Cre) labels two types of Aβ touch neurons in trigeminal ganglion. Using a Pv::CreER driver and a Cre-dependent reporter mouse, we specifically labeled these Aβ trigeminal touch afferents by timed taxomifen injection prior to inflammation or infraorbital nerve injury (ION transection). We then examined the peripheral and central projections of labeled axons into the brainstem caudalis nucleus after injuries vs controls. We found no evidence for ectopic sprouting of Pv::CreER labeled trigeminal Aβ axons into the superficial trigeminal noci-receptive laminae. Furthermore, there was also no evidence for peripheral sprouting. CONCLUSIONS: CreER-based labeling prior to injury precluded the issue of phenotypic changes of neurons after injury. Our results suggest that touch allodynia in chronic orofacial pain is unlikely caused by ectopic sprouting of Aβ trigeminal afferents.

Administration d'Eugénol intrathécal pour le traitement de la douleur neuropathique

Le projet porte sur l’étude de l’effet de l’eugénol, composant principal du clou de girofle, sur la douleur neuropathique. L’objectif principal du projet était de déterminer la contribution du système nerveux central dans l’effet analgésique de l’eugénol. Lors d’une étude préliminaire, la pénétrabilité de l’eugénol a été évaluée dans le système nerveux central du rat. Des échantillons de sang, de cerveau et de moelle épinière ont été prélevés et les concentrations d’eugénol dans ces différents tissus ont été analysées à l’aide d’un spectromètre de masse. Les résultats ont montré que l’eugénol pénètre bien le système nerveux central avec une distribution plus importante dans la moelle épinière. Après l’induction de la douleur neuropathique à des rats Sprague-Dawley par le modèle de ligatures du nerf sciatique, des injections intrathécales d’eugénol furent réalisées afin d’évaluer l’effet central de l’eugénol. La plus forte dose d’eugénol a atténué l’allodynie secondaire après 15min, 2h et 4h et a aussi amélioré l’hyperalgésie thermique après 2h et 4h. Ces résultats confirment l’hypothèse que l’eugénol atténue les deux aspects de la douleur neuropathique que sont l’allodynie et l’hyperalgésie. Les injections au niveau lombaire permettent de penser que l’eugénol, un agoniste/antagoniste des récepteurs vanilloïdes pourrait diminuer la douleur neuropathique en agissant notamment au niveau des récepteurs vanilloïdes situés dans la corne dorsale de la moelle épinière.

Caractérisation d'un modèle animal de douleur articulaire associée à l'arthrose du genou chez le rat Sprague-Dawley

La douleur articulaire associée à l’arthrose est un problème clinique majeur, spécialement chez les personnes âgées. L’intensité de la douleur est souvent amplifiée lors de mouvement de l’articulation et principalement lors du soutien de la charge corporelle sur le membre lésé. Malheureusement, les traitements pharmacologiques proposés sont trop souvent associés à des effets secondaires néfastes et à une inefficacité pour le soulagement de la douleur à long terme. Divers modèles murins sont utilisés en laboratoire de recherche pour des études précliniques de molécules aux propriétés analgésiques. Une évaluation comparative de la réponse comportementale douloureuse des animaux d’un modèle d’instabilité articulaire induit par le sectionnement du ligament croisé antérieur accompagné d’une méniscectomie partielle (le modèle ACLT+pMMx) et d’un modèle de dégénérescence articulaire induite par le monoiodoacetate (le modèle MIA) a permis de sélectionner un modèle approprié pour la continuité du projet. Les deux modèles ont démontré des lésions tissulaires, mais le modèle MIA a démontré une réponse douloureuse plus prononcée que le modèle ACLT+pMMx. Par l’analyse de la démarche, le modèle MIA a démontré une boiterie claire dans le patron de la démarche des animaux qui est associée à une lésion unilatérale. Le modèle MIA a donc été choisi pour la suite du projet. La problématique principale dans la recherche sur la douleur associée à l’arthrose est une compréhension incomplète des mécanismes de douleur responsables de l’induction et du maintien de l’état de douleur. Il devient donc nécessaire d’améliorer nos connaissances de ces mécanismes en effectuant une caractérisation plus approfondie des modèles animaux employés pour l’évaluation de stratégies pharmacologiques analgésiantes. Afin de bien comprendre le modèle MIA, une caractérisation des événements moléculaires centraux lors de la progression du processus dégénératif des structures articulaires de ce modèle s’est effectuée aux jours 3, 7, 14, 21 et 28 post injection. Des mécanismes hétérogènes qui modulent l’information nociceptive en fonction de la progression temporelle de la pathologie ont été observés. Les changements du contenu i spinal des neuropeptides sélectionnés (substance P, CGRP, dynorphine A et Big dynorphine) ont débuté sept jours suivant l’injection de MIA. L’observation histologique a démontré que les dommages structuraux les plus importants surviennent entre les jours 14 et 21. C’est entre les jours 7 et 21 que les lésions démontrent le plus de similarités à la pathologie humaine. Cela suggère que lors d’une évaluation préclinique d’un traitement pharmacologique pour pallier la douleur articulaire utilisant le modèle MIA, l’étude doit tenir compte de ces événements afin de maximiser l’évaluation de son efficacité. Puisque les traitements pharmacologiques conventionnels proposés pour le soulagement de la douleur ne font pas l’unanimité en terme d’efficacité, d’effets non désirés et de coûts monétaires parfois onéreux, les molécules de dérivés de plante deviennent une alternative intéressante. L’eugénol, le principal constituant de l’huile de clou de girofle, a été administré oralement pour une période de 28 jours chez des rats ayant reçu l’injection intra-articulaire de MIA afin d’évaluer son efficacité pour le traitement de la douleur articulaire. L’eugénol à une dose de 40 mg/kg s’est révélé efficace pour l’amélioration du patron de la démarche des animaux ainsi que pour la diminution de l’allodynie mécanique secondaire. De plus, les concentrations spinales de neuropeptides pronocicepteurs ont diminué chez les animaux traités. Par une évaluation histopathologique, l’eugénol n’a démontré aucune évidence d’effets toxiques suite à une administration per os quotidienne pour une période prolongée. Ces résultats suggèrent le potentiel thérapeutique complémentaire de la molécule d’eugénol pour le traitement de la douleur articulaire.

Administration de [6]-gingérol intrathécal pour le traitement de la douleur neuropathique chez le rat mâle Sprague-Dawley

Le [6]-gingérol est un analogue structurel de la capsaïcine, une molécule agoniste au récepteurs TRPV1 et ayant des propriétés thérapeutiques connues dans le traitement de la douleur. Deux objectifs principaux ont été poursuivis lors de la réalisation de ce projet de recherche. D’abord, établir une meilleure caractérisation du métabolisme du [6]-gingérol chez le rat. Pour ce faire, une méthode sensible et spécifique pour la quantification du [6]-gingérol et ses métabolites par HPLC-ESI/MS/MS a été développée. Une étude de stabilité métabolique in vitro utilisant des microsomes hépatiques de rats a ensuite été réalisée. Les résultats démontrent une dégradation lente avec un temps de demi-vie de 163 minutes et une clairance intrinsèque relativement basse de 0.0043 mL/min. D’autres analyses ont ensuite été performées pour caractériser les métabolites in vitro et in vivo. Trois principaux métabolites de phase I et quatre métabolites de phase II ont été identifiés par HPLC-MS/MS et HPLC-MSD TOF. Les résultats suggèrent que le principal métabolite excrété dans l’urine est un glucuronide du [6]-gingérol hydroxylé. Le second objectif de ce projet était de déterminer l’effet central du [6]-gingérol sur la douleur neuropathique lorsqu’injecté par voie intrathécale. La distribution de la molécule a d’abord été évaluée suite à une administration intra-péritonéale de 40 mg/kg de [6]-gingérol et les ratios des concentrations cerveau-plasma et moelle épinière-plasma (0.73 et 1.7, respectivement) suggèrent que le [6]-gingérol se distribue efficacement au niveau du système nerveux central. Une injection intrathécale de 10 μg de [6]-gingérol à été performée chez les rats suite à l’induction de douleur par la pose de ligatures au niveau du nerf sciatique. Les résultats suggèrent une réduction significative de l’allodynie mécanique et de l’hyperalgésie thermique à 30 min, 2 h et 4 h suivant l’injection (p < 0.05, p < 0.01 et p < 0.001). Le [6]-gingérol se distribue donc adéquatement au niveau du système nerveux central des rats, permettant une action au niveau des récepteurs TRPV1. Ainsi, le [6]-gingérol pourrait soulager la douleur neuropathique en agissant centralement au niveau de la moelle épinière.