Differential modulation by sigma-1 receptors of ¿-opioid-induced antinociception and side effectsrole of peripheral sigma-1 receptors

Resumen

Título de la Tesis Doctoral: Differential modulation by sigma-1 receptors of µ- opioid-induced antinociception and side effects: Role of peripheral sigma-1 receptors Doctorando: Cristina Sánchez Fernández Introducción Los agonistas opioides se usan en clínica como analgésicos, principalmente aquellos del subtipo µ, tales como fentanilo, oxicodona, morfina, buprenorfina y tramadol. Esta acción analgésica la producen principalmente a nivel central (p.ej. Christie et al., 2000; Khalefa et al., 2012). Además de la analgesia, estos fármacos producen otros efectos derivados principalmente de sus acciones a nivel central, incluyendo confusión mental y depresión respiratoria, entre otros efectos adversos de relevancia clínica (revisado en Waldhoer et al., 2004 y Al-Hasani and Bruchas, 2011). Los opioides también producen efectos periféricos, ya que disminuyen el tránsito intestinal principalmente por su efecto inhibitorio de la actividad del plexo mientérico (Holzer et al., 2009; Brock et al., 2012). Este efecto de los opioides se utiliza clínicamente para el tratamiento sintomático de la diarrea, concretamente mediante el uso de loperamida. Este fármaco es un agonista opioide que actúa exclusivamente a nivel periférico (Menéndez et al., 2005), y que, por lo tanto, es capaz de inhibir el tránsito intestinal aunque carece de efectos centrales (Gallelli et al., 2010), por lo que no se utiliza clínicamente como analgésico. El receptor sigma-1 (sigma-1) es una proteína neuromoduladora cuya farmacología está bien descrita en la actualidad, habiendo disponibles tanto antagonistas (BD-1063, BD-1047, NE-100 y S1RA) como agonistas (PRE-084 y (+)-pentazocina) selectivos (Cobos et al., 2008; Romero et al., 2012). Se sabe que la inhibición del receptor sigma-1 a nivel central potencia la analgesia opioide (Mei y Pasternak, 2002 y 2007; Marrazzo et al., 2006). Sin embargo, se desconoce si este receptor es capaz de modular la analgesia opioide a nivel periférico o si su inhibición también podría incrementar los efectos no analgésicos de los opioides, lo cual limitaría su utilidad clínica. Desafortunadamente, la inhibición del tránsito intestinal también es producida por los opioides analgésicos (con penetrabilidad central) y tiene un gran impacto en la calidad de vida del paciente, ya que el estreñimiento producido por estos fármacos es la causa principal de abandono voluntario de medicación opioide por los pacientes (Dhingra et al., 2013). Objetivos El objetivo principal de esta Tesis fue estudiar el papel neuromodulador del receptor sigma-1 en la analgesia opioide periférica en el ratón, así como en varios efectos no analgésicos (adversos) de los opioides. Resultados Los resultados mostraron que la inhibición genética del receptor sigma-1 (KO-sigma-1) o farmacológica, administrando por vía subcutánea (s.c.) o intraplantar (i.pl.) antagonistas selectivos sigma-1 (BD-1063, BD-1047, NE-100 y S1RA) carecía de efectos antinociceptivos por sí mismo. Sin embargo, la inhibición del receptor sigma-1 potenció el efecto analgésico de los agonistas opioides al aplicar un estímulo mecánico doloroso (450 g de presión en la pata trasera). Los ratones KO-sigma-1 tratados s.c. con opioides fentanilo, oxicodona, morfina, buprenorfina, o tramadol, mostraron un marcado aumento del efecto analgésico respecto a los ratones salvajes (WT). La administración sistémica (s.c) de antagonistas selectivos sigma-1 a ratones WT tratados por vía sistémica con dosis bajas de agonistas opioides consiguió una potenciación similar a la registrada en ratones KO-sigma-1. El efecto de los antagonistas sigma-1 fue totalmente revertido por el agonista selectivo sigma-1 PRE-084, indicando la selectividad de los efectos observados. Para estudiar la importancia de los receptores opioides periféricos en el efecto analgésico de los opioides administrados por vía sistémica, observado tanto en una situación normal o de bloqueo del receptor sigma-1, se administró naloxona metiodida, un agonista opioide periférico (Menéndez et al., 2005). Los resultados mostraron que la potenciación del efecto analgésico de los opioides por la inhibición del receptor sigma-1, era marcadamente más sensible al antagonista periférico que la analgesia observada en una situación normal, indicando el papel clave de los opioides periféricos en la potenciación del efecto analgésico al bloquear el receptor sigma-1. Además, la inhibición del receptor sigma-1 (en ratones KO-sigma-1 o mediante antagonistas sigma-1 en ratones WT) fue capaza desenmascarar el efecto analgésico de la loperamida, que en circunstancias normales no induce ningún efecto antinociceptivo. Estos datos refuerzan la importancia de la inhibición del receptor sigma-1 en la analgesia opioide periférica. Posteriormente estudiamos si el bloqueo del receptor sigma-1 a nivel local era suficiente para aumentar el efecto analgésico de ratones tratados sistémicamente con dosis bajas de opioides. La administración i.pl. de los antagonistas selectivos BD sigma-1 (BD-1063 y S1RA), potenció el efecto analgésico de los opioides sólo en la pata adminsitrada, no observándose un aumento en la contralateral, confirmándose así el efecto a nivel periférico de la inhibición del receptor sigma-1. Esta potenciación fue revertida por el agonista selectivo sigma-1 PRE-084 así como por la administración de naloxona metiodida, lo que indica que el efecto observado depende de la inhibición del receptor sigma-1 y de la activación de los receptores opioides periféricos. Por último, evaluamos los efectos de la adminsitración local (i.pl.) de morfina en ratones WT y KO-sigma-1. En ratones WT no se observó efecto alguno, mientras que en los ratones KO-sigma-1 se observó un claro efecto dosis-dependiente en la pata tratada pero no en la contralateral. Además, la coadministración i.pl. de morfina con BD-1063 indujo un marcado efecto antinociceptivo comparable al de los ratones KO-sigma-1. Cabe destacar que la administración de diversos antagonistas sigma-1 careció de efectos en ratones KO-sigma-1, como cabría esperar, ya que su diana farmacológica está ausente en estos animales (y confirmando la especificidad del efecto de los fármacos). Estos resultados indican que pese a que la morfina en una situación normal no ejerce efectos analgésicos locales, estos pueden desenmascararse mediante la inhibición de los receptores sigma-1. Nuestros resultados obtenidos en ratones KO-sigma-1 no pueden explicarse por posibles cambios adaptativos en los receptores µ en los ratones mutantes, ya que estudios con el radioligando selectivo µ [3H]DAMGO, mostraron que los ratones de ambos genotipos poseen receptores µ farmacológicamente equivalentes (en afinidad y densidad de sitios de fijación reconocidos por el radioligando) en tejido de cerebro, médula espinal y piel plantar. Además, también descartamos que hubiera interacciones cruzadas entre los ligandos sigma-1 y los receptores opioides, o los fármacos opioides y los receptores sigma-1, que pudieran interferir en nuestros resultados, ya que los ligandos sigma-1 no desplazaron la unión del radioligando µ [3H]DAMGO, y los fármacos opioides no desplazaron la unión del radioligando sigma-1 [3H](+)pentazocina. La aparente importancia del receptor sigma-1 en la analgesia opioide periférica se vio respaldada por los resultados de expresión del receptor sigma-1 obtenidos mediante la técnica de Western blot, que desvelaron una expresión del receptor sigma-1 de en torno a diez veces superior a nivel del sistema nervioso periférico (ganglios de la raíz dorsal) que a nivel central (médula espinal y diversos núcleos supraespinales). Pese a que nuestros datos ilustran la gran importancia del receptor sigma-1 en la analgesia opioide, la hiperlocomoción y el estreñimiento inducidos por la administración de opioides no se vieron alterados en ratones KO-sigma-1 o en WT tratados con antagonistas sigma-1. Conclusión Considerando los resultados aquí resumidos, podemos concluir que la inhibición del receptor sigma-1, tanto a nivel sistémico como local, incrementa la antinocicepción opioide a nivel periférico frente a un estímulo mecánico, de lo que se deduce que el receptor sigma-1 es un freno biológico a la analgesia opioide periférica. Esta potenciación de la analgesia opioide no conlleva un incremento de efectos no analgésicos centrales o periféricos (hiperlocomoción e inhibición del tránsito intestinal, respectivamente) derivados de la administración de opioides. Por lo tanto, el antagonismo sigma-1 podría tener relevancia clínica como adyuvante, a nivel sistémico o local, para incrementar la analgesia opioide sin incrementar los efectos adversos de los opioides. Referencias Al-Hasani R y Bruchas MR, Anesthesiology. 115:1363-1381 (2011). Brock C et al., Drugs. 72:1847-65 (2012). Christie MJet al., Clin Exp Pharmacol Physiol. 27:520-523 (2000). Cobos EJ et al., Curr Neuropharmacol. 6:344-366 (2008). Dhingra L et al., Palliat Med. 27: 447-56 (2013). Gallelli L et al., Eur J Clin Pharmacol. 66:37-144 (2010). Hnasko TS et al., Nature. 438:854-857 (2005). Holzer P, Regul Pept. 155:11-7 (2009). Khalefa BI et al., Eur J Pain. 16:690-705 (2012). Marrazzo A et al., Life Sci. 78:449-53 (2006). Mei J y Pasternak GW, J. Pharmacol Exp Ther. 300:1070-1074 (2002). Mei J y Pasternak GW, J Pharmacol Exp Ther. 322:1278-1285 (2007). Menéndez L et al., Pharmacol Biochem Behav. 81:114-121 (2005). Romero L et al., Br J Pharmacol. 166:2289-2306 (2012). Waldhoer M et al., Annu Rev Biochem. 73:953-990 (2004).