SIGMA-1 receptors control immune-driven peripheral opioid analgesia during inflammation

Resumen

Introducción Existe la necesidad de nuevos analgésicos con mecanismos de acción diferentes a los actuales (Kissin, 2010). El receptor sigma-1 es una proteína chaperona neuromoduladora que modifica la función de varios receptores y canales iónicos implicados en los procesos de neurotransmisión (Su et al., 2016), y ha sido recientemente el foco de un exahustivo estudio preclínico para establecerlo como una nueva diana farmacológica para el tratamiento del dolor (Zamanillo et al., 2013; Vela et al., 2015). Aunque la inhibición del receptor sigma-1 no influye en el dolor agudo inducido por estímulos térmicos o mecánicos (p.ej., Chien y Pasternak 1994, de la Puente et al 2009, Entrena et al 2009, Marrazzo et al., 2011, Romero et al., 2012, Sánchez-Fernández et al., 2013), es capaz de aliviar el dolor neuropático mediante la inhibición del proceso de sensibilización central (Kim et al., 2006, Roh et al., 2008, de la Puente et al. 2009; Nieto et al., 2012, Romero et al., 2012). Por lo tanto, los receptores sigma-1 juegan un papel importante en el procesamiento del dolor a nivel central. Entre los antagonistas selectivos sigma-1, los mejor caracterizados son el BD-1063 y el S1RA (Zamanillo et al., 2013). Este último compuesto ha superado los ensayos clínicos de fase I demostrando su seguridad y tolerabilidad en personas sanas (Abadias et al. 2013), y ha sido evaluado recientemente en ensayos clínicos de fase II, siendo su indicación principal el tratamiento del dolor neuropático (Vaqué et al., 2016). Otra indicación potencial de este antagonista sigma-1, el S1RA, es el incremento de la analgesia inducida por los fármacos opioides (Vela et al., 2015). La potenciación de la antinocicepción opioide mediante el antagonismo del receptor sigma-1 fue descrita a principios de los años 90 (Chien y Pasternak, 1993). En estudios posteriores se observó que este efecto del antagonismo sigma-1 se puede producir a nivel central (Mei y Pasternak, 2002), y más recientemente, se ha visto que también ocurre a nivel periférico (Sánchez-Fernández et al., 2013 y 2014). Sin embargo, aunque la capacidad del antagonismo sigma-1 para potenciar el efecto analgésico de los fármacos opioides es clara, el papel fisiológico o fisiopatológico de los receptores sigma-1 en la modulación opioide sigue siendo un enigma. El dolor inflamatorio es uno de los principales tipo de dolor patológico (p.ej., Scholz y Woolf 2002, Woolf 2004). Al inicio de este proyecto de Tesis Doctoral se desconocía si los receptores sigma-1 podrían participar en este tipo de dolor. A diferencia del dolor neuropático, el dolor inflamatorio se caracteriza por un aumento más pronunciado de la capacidad de respuesta de los nociceptores (sensibilización periférica) tras la estimulación con mediadores inflamatorios liberados en el foco de la inflamación (véase Scholz y Woolf 2002, Ji 2004, Latremoliere y Woolf 2009, Patapoutian et al., 2009). La hiperalgesia inflamatoria es debida, al menos en parte, a la liberación de algógenos químicos producidos por las células inmunes que se infiltran en el tejido inflamado (Ji et al., 2014). Es interesante señalar que las células inmunes, además de producir estos algógenos químicos, son capaces de producir péptidos opioides endógenos (POEs), siendo el más destacado la β-endorfina, la cual se sintetiza a partir de la pro-opiomelanocortina (POMC) (Hua y Cabot, 2010). Sin embargo, a pesar del potencial analgésico de estos POEs, la inflamación conlleva habitualmente el desarrollo de dolor. Se desconoce si los receptores sigma-1 reducen los efectos antinociceptivos de los POEs periféricos durante la inflamación, facilitando por este mecanismo el dolor inflamatorio. Objetivos Teniendo en cuenta estos antecedentes, el objetivo principal de esta tesis doctoral fue estudiar si la inhibición del receptor sigma-1 podría aliviar la hiperalgesia inflamatoria mediante la desinhibición de las acciones periféricas de los POEs de origen inmune. Si este fuera el caso, sería un mecanismo de analgesia totalmente novedoso que podría expandir el potencial terapéutico de los antagonistas sigma-1. Resultados Los resultados mostraron que la inhibición genética del receptor sigma-1 (KO sigma-1) o farmacológica, administrando antagonistas selectivos sigma-1 (BD-1063 y S1RA) por vía subcutánea (s.c.) o intraplantar (i.pl.), carecía de efectos antinociceptivos por sí mismo. Sin embargo, la inhibición del receptor sigma-1, tanto sistémica como local en el sitio de la inflamación, abolió la hiperalgesia inflamatoria aguda (3 h tras la administración de carragenina i.pl.) frente a estímulos mecánicos o térmicos. Además, la administración i.pl. del agonista sigma-1 PRE-084 en la pata inflamada revirtió completamente el efecto antihiperalgésico de los antagonistas sigma-1 incluso al ser administrados de manera sistémica. Estos datos indican que la actividad tónica de los receptores sigma-1 del área inflamada facilita el desarrollo del dolor inflamatorio. Los efectos antihiperalgésicos de los antagonistas sigma-1 fueron revertidos por la administración de los antagonista opioides naloxona y su derivado cuaternario naloxona metiodida. Este último compuesto es incapaz de penetrar a nivel central (Menéndez et al., 2005, Sevostianova et al., 2005, Parenti et al., 2012), lo que indica la participación de los receptores opioides periféricos en el efecto antihiperalgésico de los antagonistas sigma-1. Además, la administración de un anticuerpo monoclonal (clon 3E7) en el foco inflamatorio, el cual neutraliza la acción de los POEs al reconocer la secuencia pan-opioide (Tyr-Gly-Gly-Phe de la región N-terminal) presente en la mayoría de los POEs (Rittner et al., 2001), eliminó los efectos antihiperalgésicos de los antagonistas sigma-1. Estos resultados implican que en nuestras condiciones experimentales, durante la inflamación, se producen POEs susceptibles de ser modulados por los receptores sigma-1. De hecho, los niveles de β-endorfina en la pata, cuantificados por un inmunoensayo enzimático de fluorescencia, incrementaron enormemente durante la inflamación aguda inducida por carragenina. Determinamos, mediante citometría de flujo, que el tipo de células inmunes predominantes en la inflamación aguda inducida por carragenina fueron neutrófilos (células CD45+CD11b+Ly6G+), que constituyeron un 70% de las células hematopoyéticas. Además, determinamos mediante PCR la presencia del ARNm que codifica para la pro-opiomelanocortina (POMC) en neutrófilos purificados obtenidos de la pata inflamada. En este estudio mostramos también que la administración de un anti-Ly6G es capaz de inhibir de manera dosis dependiente el número de neutrófilos en el foco inflamatorio hasta su completa eliminación, lo cual es congruente con estudios previos (Wang et al., 2012). La eliminación de los neutrófilos del foco inflamatorio eliminó también el contenido en β-endorfina en la pata inflamada, así como los efectos antihiperalgésicos de los antagonistas sigma-1. Por lo tanto, los POEs que portan los neutrófilos en el foco inflamatorio son imprescindibles para que los antagonistas sigma-1 produzcan sus efectos antihiperalgésicos. Puesto que los tipos de células inmunes predominantes varían con la evolución de la inflamación (Rittner et al., 2001), se buscó determinar si los efectos antihiperalgésicos de los antagonistas sigma-1 sensibles a la naloxona se mantenían cuando las células mieloides predominantes durante la inflamación eran diferentes a los neutrófilos. Encontramos que cinco días después de la administración de carragenina, la presencia de los neutrófilos en el foco inflamatorio era prácticamente nula, mientras que los niveles de macrófagos/monocitos aumentaron considerablemente, siendo en esta situación los más abundantes (sobre el 70% de las células hematopoyéticas). Al igual que ocurría en los neutrófilos, los macrófagos/monocitos también producían el ARNm que codifica para la POMC. Estos datos son congruentes con los estudios previos que indican que todas las subpoblaciones de células inmunes son capaces de producir POEs (Rittner and Stein, 2005), y que la fuente principal de estos péptidos en los diferentes estadíos de inflamación varía dependiendo de los distintos linajes leucocitarios predominantes en cada momento (Rittner et al., 2001). Bajo estas condiciones de inflamación sostenida, los animales manifestaron una hiperalgesia mecánica marcada que pudo ser revertida por el los antagonistas sigma-1. Este efecto de los antagonistas sigma-1 pudo ser revertido a su vez por la administración del PRE-084 y por el antagonista opioide periférico naloxona metiodida. Estos datos indican que tanto los receptores sigma-1 como los receptores opioides periféricos están implicados en el efecto antihiperalgésico del bloqueo sigma 1 durante la inflamación sostenida, y demuestran que la modulación de la analgesia opioide periférica de origen inmune por los receptores sigma-1 no está limitada a la inflamación neutrofílica. Conclusión Los receptores sigma-1 periféricos constituyen un freno biológico a la analgesia opioide de origen inmune durante un proceso inflamatorio, donde las células inmunes y otras fuentes productoras de algógenos químicos producen dolor. Este freno biológico a la analgesia opioide puede ser eliminado farmacológicamente por los antagonistas sigma-1, los cuales promueven la analgesia opioide en el foco inflamatorio, mediante la desinhibición del efecto de los péptidos opioides endógenos de origen inmune. Este mecanismo, el cual es totalmente diferente al de los analgésicos convencionales, maximiza el potencial analgésico de los leucocitos que se acumulan de forma natural en foco inflamatorio. Los hallazgos de esta Tesis Doctoral sugieren que los antagonistas sigma-1 merecen un estudio más exhaustivo como analgésicos potenciales para el tratamiento del dolor inflamatorio.