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Ruolo dei Recettori Glutammatergici Metabotropici nel Dolore: differenze tra le versioni

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==Glutamic Acid as a Key Excitatory Neurotransmitter==
==L'acido Glutammico come Principale Neurotrasmettitore Eccitatorio==


Glutamic acid represents the most widespread excitatory neurotransmitter in the Central Nervous System (CNS) and plays a key role in multiple functions. In recent years, the discovery of metabotropic glutamate receptors, a class of G-protein-coupled receptors, has led to a substantial body of experimental work aimed at clarifying the role of these receptors in both physiological activities and pathological processes within the CNS <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>. Glutamic acid receptors are divided into two main functional categories: ionotropic and metabotropic (mGlu) <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>.
L'acido glutammico rappresenta il neurotrasmettitore eccitatorio più diffuso nel Sistema Nervoso Centrale (SNC) e svolge un ruolo chiave in molteplici funzioni. Negli ultimi anni, la scoperta dei recettori metabotropici del glutammato, una classe di recettori accoppiati a proteine G, ha portato a una sostanziale mole di lavoro sperimentale volto a chiarire il ruolo di questi recettori sia nelle attività fisiologiche che nei processi patologici all'interno del SNC <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>. I recettori dell'acido glutammico sono divisi in due principali categorie funzionali: ionotropici e metabotropici (mGlu) <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>.
[[File:Pisani 1.jpg|thumb|'''Figure 1:''' General structure of mGlu receptors for glutamate.<nowiki>'''</nowiki> The structure shows seven transmembrane domains, the amino-terminal residue (NH2), and the carboxy-terminal residue (COOH).]]
[[File:Pisani 1.jpg|thumb|'''Figura 1:''' Struttura generale dei recettori mGlu per il glutammato.<nowiki>'''</nowiki> La struttura mostra sette domini transmembrana, il residuo ammino-terminale (NH2) e il residuo carbossi-terminale (COOH).]]
The metabotropic receptor group, which includes eight receptors, is further subdivided into three subgroups based on amino acid sequence homology, pharmacological profiles, and post-receptor signal transduction mechanisms (Fig. 1). Group I includes mGlu1 and mGlu5 receptors, activated by agonists specific to these receptors (DHPG and CHPG). Activation of Group I receptors stimulates the hydrolysis of membrane phosphoinositides through a G-protein-dependent mechanism. Group II (mGlu2, mGlu3) and Group III (mGlu4, mGlu6, mGlu7, mGlu8), activated by the selective agonists LY379268 and L-SOP respectively, share the mechanism of reducing cAMP synthesis <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>.
Il gruppo dei recettori metabotropici, che include otto recettori, è ulteriormente suddiviso in tre sottogruppi basati sull'omologia della sequenza amminoacidica, sui profili farmacologici e sui meccanismi di trasduzione del segnale post-recettore (Fig. 1). Il Gruppo I include i recettori mGlu1 e mGlu5, attivati da agonisti specifici per questi recettori (DHPG e CHPG). L'attivazione dei recettori del Gruppo I stimola l'idrolisi dei fosfoinositidi di membrana attraverso un meccanismo dipendente dalla proteina G. Il Gruppo II (mGlu2, mGlu3) e il Gruppo III (mGlu4, mGlu6, mGlu7, mGlu8), attivati rispettivamente dagli agonisti selettivi LY379268 e L-SOP, condividono il meccanismo di riduzione della sintesi di cAMP <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>.


mGlu receptors regulate neuronal excitability in various CNS regions, mainly by modulating the activation of ion channels. These receptors have been implicated in the pathogenesis of several CNS disorders, including epilepsy, ischemia, and neurodegenerative diseases <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>.
I recettori mGlu regolano l'eccitabilità neuronale in varie regioni del SNC, principalmente modulando l'attivazione dei canali ionici. Questi recettori sono stati implicati nella patogenesi di diverse malattie del SNC, tra cui epilessia, ischemia e malattie neurodegenerative <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>.


Recent pharmacological, immunohistochemical, and in situ hybridization studies indicate that Group I mGlu receptors play a key role in nociceptive transmission. In addition to their role in pain transmission at the CNS level, both at the spinal and cortical-thalamic levels, glutamate has also been shown to excite peripheral nociceptive neurons, mediating responses partly related to ionotropic receptor activation and partly to mGlu receptor activation <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>.
Studi farmacologici, immunoistochimici e di ibridazione in situ recenti indicano che i recettori mGlu del Gruppo I svolgono un ruolo chiave nella trasmissione nocicettiva. Oltre al loro ruolo nella trasmissione del dolore a livello del SNC, sia a livello spinale che cortico-talamico, è stato dimostrato che il glutammato eccita anche i neuroni nocicettivi periferici, mediando risposte parzialmente correlate a


In recent years, pharmacological research has become more effective due to the synthesis of new, more selective molecules for individual receptors. Thus, metabotropic glutamate receptors represent a novel and promising target for analgesic therapy <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>.
l'attivazione dei recettori ionotropici e in parte all'attivazione dei recettori mGlu <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>.


Negli ultimi anni, la ricerca farmacologica è diventata più efficace grazie alla sintesi di nuove molecole più selettive per i singoli recettori. Pertanto, i recettori metabotropici del glutammato rappresentano un nuovo e promettente bersaglio per la terapia analgesica <ref>Conn PJ, Pin JP. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1997;37:205-37.</ref>.


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== Role of Group I mGlu Receptors in Neurophysiopathological Mechanisms==
== Ruolo dei Recettori mGlu del Gruppo I nei Meccanismi Neurofisiopatologici ==


In addition to playing an essential role in various physiological activities, glutamate has been implicated in the pathogenesis of several pathological conditions affecting the CNS. This is due primarily to its widespread distribution in all brain areas, but also to its ability to activate receptor subtypes linked to the activation of calcium-permeable ion channels, whose accumulation is known to be harmful to neurons. Indeed, excessive stimulation of glutamate receptors results in neuronal death, a phenomenon termed "excitotoxicity," which has been proposed as a pathogenic mechanism for a variety of CNS disorders, such as cerebral ischemia <ref>Rothman SM, Olney JW. Glutamate and the pathophysiology of hypoxic--ischemic brain damage. Ann Neurol. 1986 Feb;19(2):105-11.</ref>. The concept of excitotoxicity has also been extended to epilepsy and chronic neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease, Alzheimer's disease, and Huntington's chorea <ref>Albin RL, Greenamyre TJ. Alternative excitotoxic hypotheses. Neurology. 1992 Apr;42(4):733-8.</ref>. The exact role of glutamate in these pathological phenomena is not yet fully understood, whether it is a sufficient cause or a contributing factor to neuronal death. However, experimental evidence suggests that antagonists of glutamate receptors can exert neuroprotective actions.
Oltre a svolgere un ruolo essenziale in varie attività fisiologiche, il glutammato è stato implicato nella patogenesi di diverse condizioni patologiche che colpiscono il SNC. Questo è dovuto principalmente alla sua ampia distribuzione in tutte le aree cerebrali, ma anche alla sua capacità di attivare sottotipi di recettori collegati all'attivazione di canali ionici permeabili al calcio, il cui accumulo è noto per essere dannoso per i neuroni. Infatti, l'eccessiva stimolazione dei recettori del glutammato porta alla morte neuronale, un fenomeno denominato "eccitotossicità," che è stato proposto come meccanismo patogenetico per una varietà di disturbi del SNC, come l'ischemia cerebrale <ref>Rothman SM, Olney JW. Glutamate and the pathophysiology of hypoxic--ischemic brain damage. Ann Neurol. 1986 Feb;19(2):105-11.</ref>. Il concetto di eccitotossicità è stato esteso anche all'epilessia e ai disturbi neurodegenerativi cronici come il morbo di Parkinson, il morbo di Alzheimer e la corea di Huntington <ref>Albin RL, Greenamyre TJ. Alternative excitotoxic hypotheses. Neurology. 1992 Apr;42(4):733-8.</ref>. Il ruolo esatto del glutammato in questi fenomeni patologici non è ancora completamente compreso, se sia una causa sufficiente o un fattore contributivo alla morte neuronale. Tuttavia, evidenze sperimentali suggeriscono che gli antagonisti dei recettori del glutammato possono esercitare azioni neuroprotettive.


The basal ganglia, and particularly the striatum, represent one of the most vulnerable brain regions to ischemic and excitotoxic insults, which are associated with excessive activation of glutamate receptors. The high energy demands required by neuronal cells are essential for maintaining proper ionic homeostasis. Within the striatum, GABAergic projection cells exhibit selective vulnerability to both energy deprivation and excitotoxic damage, whereas other cell types, such as cholinergic interneurons and nitric oxide synthase-positive interneurons, are particularly resistant <ref>Ferrante RJ, Kowall NW, Beal MF, Richardson EP Jr, Bird ED, Martin JB. Selective sparing of a class of striatal neurons in Huntington's disease. Science. 1985 Nov 1;230(4725):561-3.</ref>. However, the reasons for this differential vulnerability remain unclear.
I gangli della base, e in particolare lo striato, rappresentano una delle regioni cerebrali più vulnerabili agli insulti ischemici ed eccitotossici, che sono associati all'eccessiva attivazione dei recettori del glutammato. Le elevate richieste energetiche necessarie alle cellule neuronali sono essenziali per mantenere una corretta omeostasi ionica. All'interno dello striato, le cellule proiettive GABAergiche mostrano una vulnerabilità selettiva sia alla deprivazione energetica che al danno eccitotossico, mentre altri tipi di cellule, come gli interneuroni colinergici e gli interneuroni positivi alla sintasi dell'ossido nitrico, sono particolarmente resistenti <ref>Ferrante RJ, Kowall NW, Beal MF, Richardson EP Jr, Bird ED, Martin JB. Selective sparing of a class of striatal neurons in Huntington's disease. Science. 1985 Nov 1;230(4725):561-3.</ref>. Tuttavia, le ragioni di questa vulnerabilità differenziale rimangono poco chiare.


In our laboratories, we have developed electrophysiological and fluorimetric techniques to evaluate neuronal responses to various exogenous stimuli. Specifically, male Wistar rats are sacrificed, and corticostriatal coronal slices (200-300 μm) are cut with a vibratome from blocks of brain tissue. A slice is transferred to a recording chamber, where it is immersed in a Krebs solution (2-3 ml/min), gassed with a 95% O2 - 5% CO2 mixture, and maintained at a constant temperature (32-33°C). For intracellular electrophysiological recordings, microelectrodes filled with KCl are used. Both current-clamp and voltage-clamp recordings are made using an Axoclamp-2A amplifier. For simultaneous fluorimetric and electrical recordings, the microelectrode is filled with a 1 mM bis-fura2 or 5 mM SBFI solution in 100 mM KCl for calcium or sodium measurements, respectively. The recording chamber is mounted on a microscope (Zeiss) equipped with a 60X objective (Olympus). Epillumination is provided by a 75W Xenon lamp, alternately filtered at 340 and 380 nm. Emission light is filtered at 500 nm, detected by a CCD camera, and images are analyzed using Ionvision software (ImproVision, UK).
Nei nostri laboratori, abbiamo sviluppato tecniche elettrofisiologiche e fluorimetriche per valutare le risposte neuronali


It has been demonstrated that spiny neurons and cholinergic interneurons exhibit different sensitivities to glutamatergic agonists, both ionotropic and metabotropic <ref>Calabresi P, Centonze D, Pisani A, Sancesario G, Gubellini P, Marfia GA, Bernardi G. Striatal spiny neurons and cholinergic interneurons express differential ionotropic glutamatergic responses and vulnerability: implications for ischemia and Huntington's disease. Ann Neurol. 1998 May;43(5):586-97.</ref>. These cells respond in opposite ways to energy deprivation <ref>Calabresi P, Saiardi A, Pisani A, Baik JH, Centonze D, Mercuri NB, Bernardi G, Borrelli E. Abnormal synaptic plasticity in the striatum of mice lacking dopamine D2 receptors. J Neurosci. 1997 Jun 15;17(12):4536-44.</ref>, demonstrating a functional substrate, namely glutamatergic receptor sensitivity between spiny neurons and interneurons, capable of determining opposing behaviors between cell types. Furthermore, the functional interaction between ionotropic and mGlu receptors appears significantly different and is certainly one of the possible co-factors responsible for the different striatal neuronal vulnerabilities.
a vari stimoli esogeni. In particolare, i ratti Wistar maschi vengono sacrificati e le sezioni coronali corticostriatali (200-300 μm) vengono tagliate con un vibratomo da blocchi di tessuto cerebrale. Una sezione viene trasferita in una camera di registrazione, dove viene immersa in una soluzione di Krebs (2-3 ml/min), gassata con una miscela di 95% O2 - 5% CO2, e mantenuta a una temperatura costante (32-33°C). Per le registrazioni elettrofisiologiche intracellulari, vengono utilizzati microelettrodi riempiti con KCl. Sia le registrazioni in current-clamp che in voltage-clamp vengono effettuate utilizzando un amplificatore Axoclamp-2A. Per le registrazioni fluorimetriche ed elettriche simultanee, il microelettrodo è riempito con una soluzione di 1 mM bis-fura2 o 5 mM SBFI in 100 mM KCl per le misurazioni del calcio o del sodio, rispettivamente. La camera di registrazione è montata su un microscopio (Zeiss) dotato di un obiettivo 60X (Olympus). L'epilluminazione è fornita da una lampada allo Xenon da 75W, filtrata alternativamente a 340 e 380 nm. La luce di emissione è filtrata a 500 nm, rilevata da una telecamera CCD, e le immagini sono analizzate utilizzando il software Ionvision (ImproVision, UK).
[[File:Pisani 2.jpg|thumb|400x400px|Figure 2: The electrophysiological recording from a spiny neuron in the striatum<nowiki>'''</nowiki> shows membrane depolarization induced by NMDA application. The dashed line indicates incubation with 3,5-DHPG, a group 1 mGlu agonist. After incubation, the NMDA response is significantly potentiated (right trace).]]
Indeed, it has been observed that while NMDA receptor responses in striatal spiny neurons are significantly potentiated by Group I mGlu agonists (Fig. 2) <ref>Pisani A, Gubellini P, Bonsi P, Conquet F, Picconi B, Centonze D, Bernardi G, Calabresi P. Metabotropic glutamate receptor 5 mediates the potentiation of N-methyl-D-aspartate responses in medium spiny striatal neurons. Neuroscience. 2001;106(3):579-87.</ref>, this potentiation is never observed in cholinergic interneurons <ref>Calabresi P, Centonze D, Pisani A, Bernardi G. Metabotropic glutamate receptors and cell-type-specific vulnerability in the striatum: implication for ischemia and Huntington's disease. Exp Neurol. 1999 Jul;158(1):97-108.</ref>.


The development of selective pharmacological agents for ionotropic receptors has been recently hindered by the emergence of significant adverse effects in advanced stages of clinical trials. In contrast, there has been considerable progress in the development of selective agonists and antagonists for mGlu receptors. By developing drugs that can selectively inhibit glutamatergic transmission mediated by mGlu receptors, it may be possible to avoid the onset of side effects associated with ionotropic receptor activation. In particular, the most promising effort in the last 5-10 years has been the creation of receptor antagonists for Group I mGlu receptors, specifically mGlu1 and mGlu5.
È stato dimostrato che i neuroni spinosi e gli interneuroni colinergici mostrano diverse sensibilità agli agonisti glutamatergici, sia ionotropici che metabotropici <ref>Calabresi P, Centonze D, Pisani A, Sancesario G, Gubellini P, Marfia GA, Bernardi G. Striatal spiny neurons and cholinergic interneurons express differential ionotropic glutamatergic responses and vulnerability: implications for ischemia and Huntington's disease. Ann Neurol. 1998 May;43(5):586-97.</ref>. Queste cellule rispondono in modi opposti alla deprivazione energetica <ref>Calabresi P, Saiardi A, Pisani A, Baik JH, Centonze D, Mercuri NB, Bernardi G, Borrelli E. Abnormal synaptic plasticity in the striatum of mice lacking dopamine D2 receptors. J Neurosci. 1997 Jun 15;17(12):4536-44.</ref>, dimostrando un substrato funzionale, ovvero la sensibilità dei recettori glutamatergici tra neuroni spinosi e interneuroni, capace di determinare comportamenti opposti tra i tipi cellulari. Inoltre, l'interazione funzionale tra i recettori ionotropici e mGlu appare significativamente diversa ed è certamente uno dei possibili co-fattori responsabili delle diverse vulnerabilità neuronali striatali.
[[File:Pisani 2.jpg|thumb|400x400px|Figura 2: La registrazione elettrofisiologica da un neurone spinoso nello striato<nowiki>'''</nowiki> mostra la depolarizzazione della membrana indotta dall'applicazione di NMDA. La linea tratteggiata indica l'incubazione con 3,5-DHPG, un agonista del gruppo 1 mGlu. Dopo l'incubazione, la risposta NMDA è significativamente potenziata (traccia a destra).]]
Infatti, è stato osservato che mentre le risposte del recettore NMDA nei neuroni spinosi striatali sono significativamente potenziate dagli agonisti del Gruppo I mGlu (Fig. 2) <ref>Pisani A, Gubellini P, Bonsi P, Conquet F, Picconi B, Centonze D, Bernardi G, Calabresi P. Metabotropic glutamate receptor 5 mediates the potentiation of N-methyl-D-aspartate responses in medium spiny striatal neurons. Neuroscience.


==Role of Group I mGlu Receptors in Central Pain Transmission==
<ref>2001;106(3):579-87.</ref>, questa potenziamento non è mai osservato nei neuroni interneuroni colinergici <ref>Calabresi P, Centonze D, Pisani A, Bernardi G. Metabotropic glutamate receptors and cell-type-specific vulnerability in the striatum: implication for ischemia and Huntington's disease. Exp Neurol. 1999 Jul;158(1):97-108.</ref>.


Experimental evidence suggests a significant involvement of excitatory amino acids, glutamate, and aspartate, in mediating both acute and chronic nociceptive transmission <ref>Dickenson AH, Chapman V, Green GM. The pharmacology of excitatory and inhibitory amino acid-mediated events in the transmission and modulation of pain in the spinal cord. Gen Pharmacol. 1997 May;28(5):633-8.</ref>. In fact, a large number of peripheral sensory fibers contain glutamate, including C fibers, and about 80% of Substance P fibers <ref>Battaglia G, Rustioni A. Coexistence of glutamate and substance P in dorsal root ganglion neurons of the rat and monkey. J Comp Neurol. 1988 Nov 8;277(2):302-12.</ref>. In the spinal cord, the response to brief acute mechanical or thermal stimuli primarily involves AMPA-type ionotropic receptors. If the stimulus is prolonged or if the frequency or intensity of the stimulus is increased, NMDA-type ionotropic receptors are also activated. This phenomenon results in an enhancement of the sensory response, a mechanism referred to as "sensitization." Sensitization is an increased response to a stimulus and has been experimentally reproduced in spinal cord preparations using the experimental paradigm known as "wind-up" <ref>Woolf CJ. Evidence for a central component of post-injury pain hypersensitivity. Nature. 1983 Dec 15-21;306(5944):686-8.</ref>.
Lo sviluppo di agenti farmacologici selettivi per i recettori ionotropici è stato recentemente ostacolato dall'emergere di effetti avversi significativi nelle fasi avanzate delle sperimentazioni cliniche. Al contrario, ci sono stati notevoli progressi nello sviluppo di agonisti e antagonisti selettivi per i recettori mGlu. Sviluppando farmaci che possono inibire selettivamente la trasmissione glutamatergica mediata dai recettori mGlu, potrebbe essere possibile evitare l'insorgenza di effetti collaterali associati all'attivazione dei recettori ionotropici. In particolare, lo sforzo più promettente negli ultimi 5-10 anni è stato la creazione di antagonisti dei recettori per il Gruppo I dei recettori mGlu, specificamente mGlu1 e mGlu5.


The "wind-up" phenomenon is an increase in the number of action potentials generated by a neuron after successive stimuli during a train of impulses. It has been proposed that "wind-up" represents a central mechanism of hyperalgesia. It is interesting to note that both glutamate and the exogenous ionotropic NMDA agonist reproduce the phenomenon, while NMDA receptor antagonists are able to prevent it. Recent studies suggest the involvement of mGlu receptors in nociceptive transmission in line with their anatomical distribution, which shows the presence of Group I receptors (mGlu1 and mGlu5) in laminae I and II of the dorsal columns <ref>Valerio A, Rizzonelli P, Paterlini M, Moretto G, Knopfel T, Kuhn R, Memo M, Spano P. mGluR5 metabotropic glutamate receptor distribution in rat and human spinal cord: a developmental study. Neurosci Res. 1997 May;28(1):49-57.</ref>. Similar to what has been observed with NMDA receptor antagonists, Group I mGlu antagonists have been shown to be effective in inhibiting wind-up <ref>Boxall SJ, Berthele A, Laurie DJ, Sommer B, Zieglgansberger W, Urban L, Tolle TR. Metabotropic glutamate receptor activation contributes to nociceptive reflex activity in the rat spinal cord in vitro. Neuroscience. 1996 Sep;74(1):13-20.</ref>.
==Ruolo dei Recettori mGlu del Gruppo I nella Trasmissione del Dolore Centrale==


This is confirmed by experimental evidence that mGlu agonists induce the phenomenon themselves. One of the experimental paradigms used to study the response to acute nociceptive stimuli in vitro involves a single robust electrical stimulation of the dorsal roots sufficient to recruit both A and C fibers. It has been shown that Group I mGlu antagonists, but not NMDA antagonists, are able to block the late component of potentials recorded from the ventral roots <ref>Boxall SJ, Berthele A, Laurie DJ, Sommer B, Zieglgansberger W, Urban L, Tolle TR. Metabotropic glutamate receptor activation contributes to nociceptive reflex activity in the rat spinal cord in vitro. Neuroscience. 1996 Sep;74(1):13-20.</ref>. The late phase, often attributed to the activation of C fibers, is defined as "peptidergic" because it is blocked by neurokinin receptor antagonists. The early component of the potential is mainly mediated by AMPA-type ionotropic receptors and is not blocked by mGlu antagonists.
Le evidenze sperimentali suggeriscono un coinvolgimento significativo degli aminoacidi eccitatori, glutammato e aspartato, nella mediazione della trasmissione nocicettiva sia acuta che cronica <ref>Dickenson AH, Chapman V, Green GM. The pharmacology of excitatory and inhibitory amino acid-mediated events in the transmission and modulation of pain in the spinal cord. Gen Pharmacol. 1997 May;28(5):633-8.</ref>. Infatti, un gran numero di fibre sensoriali periferiche contengono glutammato, incluse le fibre C, e circa l'80% delle fibre di Sostanza P <ref>Battaglia G, Rustioni A. Coexistence of glutamate and substance P in dorsal root ganglion neurons of the rat and monkey. J Comp Neurol. 1988 Nov 8;277(2):302-12.</ref>. Nel midollo spinale, la risposta a stimoli meccanici o termici acuti e brevi coinvolge principalmente i recettori ionotropici di tipo AMPA. Se lo stimolo è prolungato o se la frequenza o l'intensità dello stimolo è aumentata, vengono attivati anche i recettori ionotropici di tipo NMDA. Questo fenomeno risulta in un potenziamento della risposta sensoriale, un meccanismo noto come "sensibilizzazione". La sensibilizzazione è una risposta aumentata a uno stimolo ed è stata riprodotta sperimentalmente in preparazioni del midollo spinale utilizzando il paradigma sperimentale noto come "wind-up" <ref>Woolf CJ. Evidence for a central component of post-injury pain hypersensitivity. Nature. 1983 Dec 15-21;306(5944):686-8.</ref>.


The activation of dorsal horn neurons is also produced by the application of mustard oil, a chemical irritant capable of activating C fibers. Mustard oil induces central sensitization of these neurons to afferent nociceptive stimuli, a process in many ways analogous to wind-up. This sensitization is prevented by pretreatment with Group I antagonists, confirming the hypothesis of Group I mGlu involvement in inflammatory pain. Together, these findings suggest that in addition to the role of NMDA receptors, Group I mGlu receptors are essential in generating the nociceptive response at the spinal cord level.
Il fenomeno del "wind-up" è un aumento del numero di potenziali d'azione generati da un neurone dopo stimoli successivi durante una serie di impulsi. È stato proposto che il "wind-up" rappresenti un meccanismo centrale di iperalgesia. È interessante notare che sia il glutammato che l'agonista ionotropico esogeno NMDA riproducono il fenomeno, mentre gli antagonisti dei recettori NMDA sono in grado di prevenirlo. Studi recenti suggeriscono il coinvolgimento dei recettori mGlu nella trasmissione nocicettiva in linea con la loro distribuzione anatomica,


The thalamus represents a critical relay station for nociceptive information. One of the experimental models used to analyze pharmacological effects at the thalamic level involves the stimulation of the animal's vibrissae. It has been observed that the responses of thalamic neurons to painful thermal stimuli are reduced by Group I mGlu antagonists. It is important to note that the effect is selective, meaning that if the stimulus does not induce a painful sensation, it is not blocked <ref>Eaton SA, Jane DE, Jones PL, Porter RH, Pook PC, Sunter DC, Udvarhelyi PM, Roberts PJ, Salt TE, Watkins JC. Competitive antagonism at metabotropic glutamate receptors by (S)-4-carboxyphenylglycine and (RS)-alpha-methyl-4-carboxyphenylglycine. Eur J Pharmacol. 1993 Jan 15;244(2):195-7.</ref>. A more recent study confirmed these findings using a selective mGlu1 antagonist, demonstrating for the first time a direct involvement of a specific mGlu receptor subtype in nociceptive response at the thalamic level <ref>Salt T, Turner JP. Reduction of sensory and metabotropic glutamate receptor responses in the thalamus by the novel metabotropic glutamate receptor-1-selective antagonist S-2-methyl-4-carboxy-phenylglycine. Neuroscience. 1998 Aug;85(3):655-8.</ref>. This result is consistent with the receptor distribution of mGlu1 in the thalamus.
che mostra la presenza di recettori del Gruppo I (mGlu1 e mGlu5) nelle lamine I e II delle colonne dorsali <ref>Valerio A, Rizzonelli P, Paterlini M, Moretto G, Knopfel T, Kuhn R, Memo M, Spano P. Distribuzione del recettore metabotropico del glutammato mGluR5 nel midollo spinale di ratto e umano: uno studio sullo sviluppo. Neurosci Res. 1997 May;28(1):49-57.</ref>. Simile a quanto osservato con gli antagonisti del recettore NMDA, è stato dimostrato che gli antagonisti del Gruppo I mGlu sono efficaci nell'inibire il wind-up <ref>Boxall SJ, Berthele A, Laurie DJ, Sommer B, Zieglgansberger W, Urban L, Tolle TR. L'attivazione del recettore metabotropico del glutammato contribuisce all'attività riflessa nocicettiva nel midollo spinale del ratto in vitro. Neuroscience. 1996 Sep;74(1):13-20.</ref>.


Similar to the thalamus, at the level of the somatosensory cortex, the sensory stimulation of the vibrissae is not altered by Group I mGlu antagonists, suggesting that these receptors are not involved in the transmission of simple mechanical stimuli. On the contrary, painful stimulation is blocked by Group I mGlu antagonists. Behavioral studies using the "hot-plate" model to study nociceptive reflexes have shown that intraventricular injection of Group I antagonists significantly reduces nociceptive responses <ref>Moroni F, Lombardi G, Thomsen C, Leonardi P, Attucci S, Peruginelli F, Torregrossa SA, Pellegrini-Giampietro DE, Luneia R, Pellicciari R. Pharmacological characterization of 1-aminoindan-1,5-dicarboxylic acid, a potent mGluR1 antagonist. J Pharmacol Exp Ther. 1997 May;281(2):721-9.</ref>.
Questo è confermato da evidenze sperimentali che gli agonisti mGlu inducono il fenomeno essi stessi. Uno dei paradigmi sperimentali utilizzati per studiare la risposta a stimoli nocicettivi acuti in vitro prevede una singola stimolazione elettrica robusta delle radici dorsali sufficiente a reclutare sia le fibre A che C. È stato dimostrato che gli antagonisti del Gruppo I mGlu, ma non gli antagonisti NMDA, sono in grado di bloccare la componente tardiva dei potenziali registrati dalle radici ventrali <ref>Boxall SJ, Berthele A, Laurie DJ, Sommer B, Zieglgansberger W, Urban L, Tolle TR. L'attivazione del recettore metabotropico del glutammato contribuisce all'attività riflessa nocicettiva nel midollo spinale del ratto in vitro. Neuroscience. 1996 Sep;74(1):13-20.</ref>. La fase tardiva, spesso attribuita all'attivazione delle fibre C, è definita "peptidergica" perché viene bloccata dagli antagonisti del recettore della neurochinina. La componente precoce del potenziale è principalmente mediata dai recettori ionotropici di tipo AMPA e non viene bloccata dagli antagonisti mGlu.


The role of the periaqueductal gray (PAG) in nociceptive transmission is not fully understood. However, experimental evidence indicates that activation of Group I mGlu receptors in the PAG potentiates the antinociceptive activity of the descending pathway originating from this brain area. Indeed, recent studies indicate that intra-PAG administration of DHPG, a Group I mGlu agonist, reduces hyperalgesia induced by formalin injections <ref>Maione S, Oliva P, Marabese I, Palazzo E, Rossi F, Berrino L, Filippelli A. Periaqueductal gray matter metabotropic glutamate receptors modulate formalin-induced nociception. Pain. 2000 Mar;85(1-2):183-9.</ref>. This effect is thought to be linked to glutamate's ability, through mGlu activation, to prevent the establishment of the wind-up phenomenon.
L'attivazione dei neuroni del corno dorsale è prodotta anche dall'applicazione di olio di senape, un irritante chimico capace di attivare le fibre C. L'olio di senape induce la sensibilizzazione centrale di questi neuroni agli stimoli nocicettivi afferenti, un processo in molti modi analogo al wind-up. Questa sensibilizzazione è prevenuta dal pretrattamento con antagonisti del Gruppo I, confermando l'ipotesi del coinvolgimento del Gruppo I mGlu nel dolore infiammatorio. Insieme, questi risultati suggeriscono che, oltre al ruolo dei recettori NMDA, i recettori del Gruppo I mGlu sono essenziali nella generazione della risposta nocicettiva a livello del midollo spinale.


== Role of mGlu Receptors in Peripheral Nociceptive Transmission Mechanisms==
Il talamo rappresenta una stazione di rilancio critica per le informazioni nocicettive. Uno dei modelli sperimentali utilizzati per analizzare gli effetti farmacologici a livello talamico prevede la stimolazione delle vibrisse dell'animale. È stato osservato che le risposte dei neuroni talamici a stimoli termici dolorosi sono ridotte dagli antagonisti del Gruppo I mGlu. È importante notare che l'effetto è selettivo, nel senso che se lo stimolo non induce una sensazione dolorosa, non viene bloccato <ref>Eaton SA, Jane DE, Jones PL, Porter RH, Pook PC, Sunter DC, Udvarhelyi PM, Roberts PJ, Salt TE, Watkins JC. Antagonismo competitivo ai recettori metabotropici del glutammato</ref>.


The role of glutamate in the Peripheral Nervous System is still unclear. It has been shown that subcutaneous injection of glutamate in rats reduces the activation threshold for mechanical and thermal stimuli <ref>Jackson DL, Graff CB, Richardson JD, Hargreaves KM. Glutamate participates in the peripheral modulation of thermal hyperalgesia in rats. Eur J Pharmacol. 1995 Sep 25;284(3):321-5.</ref>. The application of antagonists for ionotropic glutamate receptors attenuates nociceptive levels in the formalin test, a model used to study inflammatory pain. Additionally, glutamate concentration increases in the cutaneous tissue after sciatic nerve stimulation and during the formalin test in rats <ref>de Groet M, van der Kooy D. Sensory neuron specific receptor activation reduces pain in rats. Nature. 2000.</ref>. Altogether, this data suggests that glutamate acts as an effective mediator of peripheral inflammation following tissue injury and that peripheral glutamate activates ionotropic receptors.
recettori da (S)-4-carbossifenilglicina e (RS)-alfa-metil-4-carbossifenilglicina. Eur J Pharmacol. 1993 Jan 15;244(2):195-7.</ref>. Uno studio più recente ha confermato questi risultati utilizzando un antagonista selettivo mGlu1, dimostrando per la prima volta un coinvolgimento diretto di un sottotipo specifico di recettore mGlu nella risposta nocicettiva a livello talamico <ref>Salt T, Turner JP. Reduction of sensory and metabotropic glutamate receptor responses in the thalamus by the novel metabotropic glutamate receptor-1-selective antagonist S-2-methyl-4-carboxy-phenylglycine. Neuroscience. 1998 Aug;85(3):655-8.</ref>. Questo risultato è coerente con la distribuzione dei recettori mGlu1 nel talamo.


The study of mGlu receptor roles in pain transmission was, until a few years ago, confined to the dorsal columns of the spinal cord. Neurophysiological studies demonstrated that Group I receptors are involved in the hyperexcitability of these neurons following inflammatory stimuli. Behavioral studies indicate that intrathecal injection of Group I agonists induces hyperalgesia; additionally, intrathecal administration of Group I mGlu antagonists reduces inflammation and neuropathic pain <ref>Fisher K, Coderre TJ. Hyperalgesia and allodynia induced by intrathecal (RS)-dihydroxyphenylglycine in rats. Neuroreport. 1998 Apr 20;9(6):1169-72.</ref><ref>Fisher K, Fundytus ME, Cahill CM, Coderre TJ. Intrathecal administration of the mGluR compound, (S)-4CPG, attenuates hyperalgesia and allodynia associated with sciatic nerve constriction injury in rats.</ref>. Consistent with these studies, immunocytochemical research has localized Group I mGlu receptors in the dorsal horns of the spinal cord. These studies confirm the hypothesis that mGlu receptors are important in spinal sensitization following tissue injury.
Simile al talamo, a livello della corteccia somatosensoriale, la stimolazione sensoriale delle vibrisse non è alterata dagli antagonisti del Gruppo I mGlu, suggerendo che questi recettori non sono coinvolti nella trasmissione di stimoli meccanici semplici. Al contrario, la stimolazione dolorosa è bloccata dagli antagonisti del Gruppo I mGlu. Studi comportamentali utilizzando il modello "hot-plate" per studiare i riflessi nocicettivi hanno mostrato che l'iniezione intraventricolare di antagonisti del Gruppo I riduce significativamente le risposte nocicettive <ref>Moroni F, Lombardi G, Thomsen C, Leonardi P, Attucci S, Peruginelli F, Torregrossa SA, Pellegrini-Giampietro DE, Luneia R, Pellicciari R. Pharmacological characterization of 1-aminoindan-1,5-dicarboxylic acid, a potent mGluR1 antagonist. J Pharmacol Exp Ther. 1997 May;281(2):721-9.</ref>.


More recently, the presence of mRNA for the Group I mGlu5 receptor has been demonstrated in the dorsal root ganglia of adult and neonatal rats. This finding suggests the possibility that, in addition to a role as a mediator of peripheral inflammation, glutamate may mediate primary afferent activity from the periphery through the activation of mGlu5 receptors <ref>Bhave G, Karim F, Carlton SM, Gereau RW. Peripheral group I metabotropic glutamate receptors modulate nociception in mice. Nat Neurosci. 2001 Apr;4(4):417-23.</ref>. In this study, the authors investigated the role of peripheral mGlu receptors in inflammatory pain and thermal nociception, demonstrating that both mGlu1 and mGlu5 receptors are expressed in unmyelinated nociceptive afferent fibers. Additionally, peripheral injection of agonists for these receptors was able to induce hyperalgesia through the activation of both mGlu1 and mGlu5. Finally, antagonists of these receptors blocked glutamate-induced hyperalgesia and significantly reduced inflammatory pain in the formalin test <ref>Bhave G, Karim F, Carlton SM, Gereau RW. Peripheral group I metabotropic glutamate receptors modulate nociception in mice. Nat Neurosci. 2001 Apr;4(4):417-23.</ref>.
Il ruolo della sostanza grigia periacqueduttale (PAG) nella trasmissione nocicettiva non è completamente compreso. Tuttavia, evidenze sperimentali indicano che l'attivazione dei recettori mGlu del Gruppo I nella PAG potenzia l'attività antinocicettiva della via discendente che origina da quest'area cerebrale. Infatti, studi recenti indicano che la somministrazione intra-PAG di DHPG, un agonista del Gruppo I mGlu, riduce l'iperalgesia indotta da iniezioni di formalina <ref>Maione S, Oliva P, Marabese I, Palazzo E, Rossi F, Berrino L, Filippelli A. Periaqueductal gray matter metabotropic glutamate receptors modulate formalin-induced nociception. Pain. 2000 Mar;85(1-2):183-9.</ref>. Si pensa che questo effetto sia legato alla capacità del glutammato, attraverso l'attivazione mGlu, di prevenire l'instaurarsi del fenomeno del wind-up.


These findings suggest that Group I mGlu receptors mediate, at least in part, nociceptive transmission and thus may represent an interesting therapeutic target.
== Ruolo dei Recettori mGlu nei Meccanismi di Trasmissione Nocicettiva Periferica ==


==Conclusions==
Il ruolo del glutammato nel Sistema Nervoso Periferico è ancora poco chiaro. È stato dimostrato che l'iniezione sottocutanea di glutammato nei ratti riduce la soglia di attivazione per stimoli meccanici e termici <ref>Jackson DL, Graff CB, Richardson JD, Hargreaves KM. Glutamate participates in the peripheral modulation of thermal hyperalgesia in rats. Eur J Pharmacol. 1995 Sep 25;284(3):321-5.</ref>. L'applicazione di antagonisti per i recettori ionotropici del glutammato attenua i livelli nocicettivi nel test della formalina, un modello utilizzato per studiare il dolore infiammatorio. Inoltre, la concentrazione di glutammato aumenta nel


Understanding the functions of mGlu receptors in the Central and Peripheral Nervous Systems has made significant progress in recent years. In particular, the role of Group I mGlu receptors (mGlu1 and mGlu5) has been extensively investigated at the molecular, cellular, and behavioral levels, highlighting their importance in numerous physiological functions and pathological processes. Both mGlu1 and mGlu5 have been implicated in a variety of brain disorders, including epilepsy, pain, ischemia, and neurodegenerative diseases. The potential of these receptors to modulate glutamatergic transmission and their presence in multiple brain areas could, therefore, represent a genuine target for the treatment of neurological disorders.
tessuto cutaneo dopo la stimolazione del nervo sciatico e durante il test della formalina nei ratti <ref>de Groet M, van der Kooy D. Sensory neuron specific receptor activation reduces pain in rats. Nature. 2000.</ref>. Complessivamente, questi dati suggeriscono che il glutammato agisce come un mediatore efficace dell'infiammazione periferica a seguito di lesioni tissutali e che il glutammato periferico attiva i recettori ionotropici.
 
Lo studio dei ruoli dei recettori mGlu nella trasmissione del dolore era, fino a pochi anni fa, confinato alle colonne dorsali del midollo spinale. Studi neurofisiologici hanno dimostrato che i recettori del Gruppo I sono coinvolti nell'iper-eccitabilità di questi neuroni a seguito di stimoli infiammatori. Studi comportamentali indicano che l'iniezione intratecale di agonisti del Gruppo I induce iperalgesia; inoltre, la somministrazione intratecale di antagonisti dei recettori mGlu del Gruppo I riduce l'infiammazione e il dolore neuropatico <ref>Fisher K, Coderre TJ. Hyperalgesia and allodynia induced by intrathecal (RS)-dihydroxyphenylglycine in rats. Neuroreport. 1998 Apr 20;9(6):1169-72.</ref><ref>Fisher K, Fundytus ME, Cahill CM, Coderre TJ. Intrathecal administration of the mGluR compound, (S)-4CPG, attenuates hyperalgesia and allodynia associated with sciatic nerve constriction injury in rats.</ref>. Coerentemente con questi studi, la ricerca immunocitochimica ha localizzato i recettori mGlu del Gruppo I nei corni dorsali del midollo spinale. Questi studi confermano l'ipotesi che i recettori mGlu siano importanti nella sensibilizzazione spinale a seguito di lesioni tissutali.
 
Più recentemente, è stata dimostrata la presenza di mRNA per il recettore mGlu5 del Gruppo I nei gangli delle radici dorsali di ratti adulti e neonatali. Questo risultato suggerisce la possibilità che, oltre a un ruolo come mediatore dell'infiammazione periferica, il glutammato possa mediare l'attività afferente primaria dalla periferia attraverso l'attivazione dei recettori mGlu5 <ref>Bhave G, Karim F, Carlton SM, Gereau RW. Peripheral group I metabotropic glutamate receptors modulate nociception in mice. Nat Neurosci. 2001 Apr;4(4):417-23.</ref>. In questo studio, gli autori hanno investigato il ruolo dei recettori mGlu periferici nel dolore infiammatorio e nella nocicezione termica, dimostrando che sia i recettori mGlu1 che mGlu5 sono espressi nelle fibre afferenti nocicettive non mielinizzate. Inoltre, l'iniezione periferica di agonisti per questi recettori è stata in grado di indurre iperalgesia attraverso l'attivazione sia di mGlu1 che di mGlu5. Infine, gli antagonisti di questi recettori hanno bloccato l'iperalgesia indotta dal glutammato e ridotto significativamente il dolore infiammatorio nel test della formalina <ref>Bhave G, Karim F, Carlton SM, Gereau RW. Peripheral group I metabotropic glutamate receptors modulate nociception in mice. Nat Neurosci. 2001 Apr;4(4):417-23.</ref>.
 
Questi risultati suggeriscono che i recettori mGlu del Gruppo I mediano, almeno in parte, la trasmissione nocicettiva e quindi possono rappresentare un interessante bersaglio terapeutico.
 
==Conclusioni==
 
Comprendere le funzioni dei recettori mGlu nel Sistema Nervoso Centrale e Periferico
 
I Sistemi Nervosi hanno fatto progressi significativi negli ultimi anni. In particolare, il ruolo dei recettori mGlu del Gruppo I (mGlu1 e mGlu5) è stato ampiamente studiato a livello molecolare, cellulare e comportamentale, evidenziando la loro importanza in numerose funzioni fisiologiche e processi patologici. Sia mGlu1 che mGlu5 sono stati implicati in una varietà di disturbi cerebrali, tra cui epilessia, dolore, ischemia e malattie neurodegenerative. Il potenziale di questi recettori di modulare la trasmissione glutamatergica e la loro presenza in diverse aree del cervello potrebbe, quindi, rappresentare un vero obiettivo per il trattamento dei disturbi neurologici.




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Ruolo dei Recettori Glutammatergici Metabotropici nel Dolore

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L'acido Glutammico come Principale Neurotrasmettitore Eccitatorio

L'acido glutammico rappresenta il neurotrasmettitore eccitatorio più diffuso nel Sistema Nervoso Centrale (SNC) e svolge un ruolo chiave in molteplici funzioni. Negli ultimi anni, la scoperta dei recettori metabotropici del glutammato, una classe di recettori accoppiati a proteine G, ha portato a una sostanziale mole di lavoro sperimentale volto a chiarire il ruolo di questi recettori sia nelle attività fisiologiche che nei processi patologici all'interno del SNC [1]. I recettori dell'acido glutammico sono divisi in due principali categorie funzionali: ionotropici e metabotropici (mGlu) [2].

Figura 1: Struttura generale dei recettori mGlu per il glutammato.''' La struttura mostra sette domini transmembrana, il residuo ammino-terminale (NH2) e il residuo carbossi-terminale (COOH).

Il gruppo dei recettori metabotropici, che include otto recettori, è ulteriormente suddiviso in tre sottogruppi basati sull'omologia della sequenza amminoacidica, sui profili farmacologici e sui meccanismi di trasduzione del segnale post-recettore (Fig. 1). Il Gruppo I include i recettori mGlu1 e mGlu5, attivati da agonisti specifici per questi recettori (DHPG e CHPG). L'attivazione dei recettori del Gruppo I stimola l'idrolisi dei fosfoinositidi di membrana attraverso un meccanismo dipendente dalla proteina G. Il Gruppo II (mGlu2, mGlu3) e il Gruppo III (mGlu4, mGlu6, mGlu7, mGlu8), attivati rispettivamente dagli agonisti selettivi LY379268 e L-SOP, condividono il meccanismo di riduzione della sintesi di cAMP [3].

I recettori mGlu regolano l'eccitabilità neuronale in varie regioni del SNC, principalmente modulando l'attivazione dei canali ionici. Questi recettori sono stati implicati nella patogenesi di diverse malattie del SNC, tra cui epilessia, ischemia e malattie neurodegenerative [4].

Studi farmacologici, immunoistochimici e di ibridazione in situ recenti indicano che i recettori mGlu del Gruppo I svolgono un ruolo chiave nella trasmissione nocicettiva. Oltre al loro ruolo nella trasmissione del dolore a livello del SNC, sia a livello spinale che cortico-talamico, è stato dimostrato che il glutammato eccita anche i neuroni nocicettivi periferici, mediando risposte parzialmente correlate a

l'attivazione dei recettori ionotropici e in parte all'attivazione dei recettori mGlu [5].

Negli ultimi anni, la ricerca farmacologica è diventata più efficace grazie alla sintesi di nuove molecole più selettive per i singoli recettori. Pertanto, i recettori metabotropici del glutammato rappresentano un nuovo e promettente bersaglio per la terapia analgesica [6].

Ruolo dei Recettori mGlu del Gruppo I nei Meccanismi Neurofisiopatologici

Oltre a svolgere un ruolo essenziale in varie attività fisiologiche, il glutammato è stato implicato nella patogenesi di diverse condizioni patologiche che colpiscono il SNC. Questo è dovuto principalmente alla sua ampia distribuzione in tutte le aree cerebrali, ma anche alla sua capacità di attivare sottotipi di recettori collegati all'attivazione di canali ionici permeabili al calcio, il cui accumulo è noto per essere dannoso per i neuroni. Infatti, l'eccessiva stimolazione dei recettori del glutammato porta alla morte neuronale, un fenomeno denominato "eccitotossicità," che è stato proposto come meccanismo patogenetico per una varietà di disturbi del SNC, come l'ischemia cerebrale [7]. Il concetto di eccitotossicità è stato esteso anche all'epilessia e ai disturbi neurodegenerativi cronici come il morbo di Parkinson, il morbo di Alzheimer e la corea di Huntington [8]. Il ruolo esatto del glutammato in questi fenomeni patologici non è ancora completamente compreso, se sia una causa sufficiente o un fattore contributivo alla morte neuronale. Tuttavia, evidenze sperimentali suggeriscono che gli antagonisti dei recettori del glutammato possono esercitare azioni neuroprotettive.

I gangli della base, e in particolare lo striato, rappresentano una delle regioni cerebrali più vulnerabili agli insulti ischemici ed eccitotossici, che sono associati all'eccessiva attivazione dei recettori del glutammato. Le elevate richieste energetiche necessarie alle cellule neuronali sono essenziali per mantenere una corretta omeostasi ionica. All'interno dello striato, le cellule proiettive GABAergiche mostrano una vulnerabilità selettiva sia alla deprivazione energetica che al danno eccitotossico, mentre altri tipi di cellule, come gli interneuroni colinergici e gli interneuroni positivi alla sintasi dell'ossido nitrico, sono particolarmente resistenti [9]. Tuttavia, le ragioni di questa vulnerabilità differenziale rimangono poco chiare.

Nei nostri laboratori, abbiamo sviluppato tecniche elettrofisiologiche e fluorimetriche per valutare le risposte neuronali

a vari stimoli esogeni. In particolare, i ratti Wistar maschi vengono sacrificati e le sezioni coronali corticostriatali (200-300 μm) vengono tagliate con un vibratomo da blocchi di tessuto cerebrale. Una sezione viene trasferita in una camera di registrazione, dove viene immersa in una soluzione di Krebs (2-3 ml/min), gassata con una miscela di 95% O2 - 5% CO2, e mantenuta a una temperatura costante (32-33°C). Per le registrazioni elettrofisiologiche intracellulari, vengono utilizzati microelettrodi riempiti con KCl. Sia le registrazioni in current-clamp che in voltage-clamp vengono effettuate utilizzando un amplificatore Axoclamp-2A. Per le registrazioni fluorimetriche ed elettriche simultanee, il microelettrodo è riempito con una soluzione di 1 mM bis-fura2 o 5 mM SBFI in 100 mM KCl per le misurazioni del calcio o del sodio, rispettivamente. La camera di registrazione è montata su un microscopio (Zeiss) dotato di un obiettivo 60X (Olympus). L'epilluminazione è fornita da una lampada allo Xenon da 75W, filtrata alternativamente a 340 e 380 nm. La luce di emissione è filtrata a 500 nm, rilevata da una telecamera CCD, e le immagini sono analizzate utilizzando il software Ionvision (ImproVision, UK).

È stato dimostrato che i neuroni spinosi e gli interneuroni colinergici mostrano diverse sensibilità agli agonisti glutamatergici, sia ionotropici che metabotropici [10]. Queste cellule rispondono in modi opposti alla deprivazione energetica [11], dimostrando un substrato funzionale, ovvero la sensibilità dei recettori glutamatergici tra neuroni spinosi e interneuroni, capace di determinare comportamenti opposti tra i tipi cellulari. Inoltre, l'interazione funzionale tra i recettori ionotropici e mGlu appare significativamente diversa ed è certamente uno dei possibili co-fattori responsabili delle diverse vulnerabilità neuronali striatali.

Figura 2: La registrazione elettrofisiologica da un neurone spinoso nello striato''' mostra la depolarizzazione della membrana indotta dall'applicazione di NMDA. La linea tratteggiata indica l'incubazione con 3,5-DHPG, un agonista del gruppo 1 mGlu. Dopo l'incubazione, la risposta NMDA è significativamente potenziata (traccia a destra).

Infatti, è stato osservato che mentre le risposte del recettore NMDA nei neuroni spinosi striatali sono significativamente potenziate dagli agonisti del Gruppo I mGlu (Fig. 2) Errore nelle note: </ref> di chiusura mancante per il marcatore <ref>, questa potenziamento non è mai osservato nei neuroni interneuroni colinergici [12].

Lo sviluppo di agenti farmacologici selettivi per i recettori ionotropici è stato recentemente ostacolato dall'emergere di effetti avversi significativi nelle fasi avanzate delle sperimentazioni cliniche. Al contrario, ci sono stati notevoli progressi nello sviluppo di agonisti e antagonisti selettivi per i recettori mGlu. Sviluppando farmaci che possono inibire selettivamente la trasmissione glutamatergica mediata dai recettori mGlu, potrebbe essere possibile evitare l'insorgenza di effetti collaterali associati all'attivazione dei recettori ionotropici. In particolare, lo sforzo più promettente negli ultimi 5-10 anni è stato la creazione di antagonisti dei recettori per il Gruppo I dei recettori mGlu, specificamente mGlu1 e mGlu5.

Ruolo dei Recettori mGlu del Gruppo I nella Trasmissione del Dolore Centrale

Le evidenze sperimentali suggeriscono un coinvolgimento significativo degli aminoacidi eccitatori, glutammato e aspartato, nella mediazione della trasmissione nocicettiva sia acuta che cronica [13]. Infatti, un gran numero di fibre sensoriali periferiche contengono glutammato, incluse le fibre C, e circa l'80% delle fibre di Sostanza P [14]. Nel midollo spinale, la risposta a stimoli meccanici o termici acuti e brevi coinvolge principalmente i recettori ionotropici di tipo AMPA. Se lo stimolo è prolungato o se la frequenza o l'intensità dello stimolo è aumentata, vengono attivati anche i recettori ionotropici di tipo NMDA. Questo fenomeno risulta in un potenziamento della risposta sensoriale, un meccanismo noto come "sensibilizzazione". La sensibilizzazione è una risposta aumentata a uno stimolo ed è stata riprodotta sperimentalmente in preparazioni del midollo spinale utilizzando il paradigma sperimentale noto come "wind-up" [15].

Il fenomeno del "wind-up" è un aumento del numero di potenziali d'azione generati da un neurone dopo stimoli successivi durante una serie di impulsi. È stato proposto che il "wind-up" rappresenti un meccanismo centrale di iperalgesia. È interessante notare che sia il glutammato che l'agonista ionotropico esogeno NMDA riproducono il fenomeno, mentre gli antagonisti dei recettori NMDA sono in grado di prevenirlo. Studi recenti suggeriscono il coinvolgimento dei recettori mGlu nella trasmissione nocicettiva in linea con la loro distribuzione anatomica,

che mostra la presenza di recettori del Gruppo I (mGlu1 e mGlu5) nelle lamine I e II delle colonne dorsali [16]. Simile a quanto osservato con gli antagonisti del recettore NMDA, è stato dimostrato che gli antagonisti del Gruppo I mGlu sono efficaci nell'inibire il wind-up [17].

Questo è confermato da evidenze sperimentali che gli agonisti mGlu inducono il fenomeno essi stessi. Uno dei paradigmi sperimentali utilizzati per studiare la risposta a stimoli nocicettivi acuti in vitro prevede una singola stimolazione elettrica robusta delle radici dorsali sufficiente a reclutare sia le fibre A che C. È stato dimostrato che gli antagonisti del Gruppo I mGlu, ma non gli antagonisti NMDA, sono in grado di bloccare la componente tardiva dei potenziali registrati dalle radici ventrali [18]. La fase tardiva, spesso attribuita all'attivazione delle fibre C, è definita "peptidergica" perché viene bloccata dagli antagonisti del recettore della neurochinina. La componente precoce del potenziale è principalmente mediata dai recettori ionotropici di tipo AMPA e non viene bloccata dagli antagonisti mGlu.

L'attivazione dei neuroni del corno dorsale è prodotta anche dall'applicazione di olio di senape, un irritante chimico capace di attivare le fibre C. L'olio di senape induce la sensibilizzazione centrale di questi neuroni agli stimoli nocicettivi afferenti, un processo in molti modi analogo al wind-up. Questa sensibilizzazione è prevenuta dal pretrattamento con antagonisti del Gruppo I, confermando l'ipotesi del coinvolgimento del Gruppo I mGlu nel dolore infiammatorio. Insieme, questi risultati suggeriscono che, oltre al ruolo dei recettori NMDA, i recettori del Gruppo I mGlu sono essenziali nella generazione della risposta nocicettiva a livello del midollo spinale.

Il talamo rappresenta una stazione di rilancio critica per le informazioni nocicettive. Uno dei modelli sperimentali utilizzati per analizzare gli effetti farmacologici a livello talamico prevede la stimolazione delle vibrisse dell'animale. È stato osservato che le risposte dei neuroni talamici a stimoli termici dolorosi sono ridotte dagli antagonisti del Gruppo I mGlu. È importante notare che l'effetto è selettivo, nel senso che se lo stimolo non induce una sensazione dolorosa, non viene bloccato [19]. 

recettori da (S)-4-carbossifenilglicina e (RS)-alfa-metil-4-carbossifenilglicina. Eur J Pharmacol. 1993 Jan 15;244(2):195-7.</ref>. Uno studio più recente ha confermato questi risultati utilizzando un antagonista selettivo mGlu1, dimostrando per la prima volta un coinvolgimento diretto di un sottotipo specifico di recettore mGlu nella risposta nocicettiva a livello talamico [20]. Questo risultato è coerente con la distribuzione dei recettori mGlu1 nel talamo.

Simile al talamo, a livello della corteccia somatosensoriale, la stimolazione sensoriale delle vibrisse non è alterata dagli antagonisti del Gruppo I mGlu, suggerendo che questi recettori non sono coinvolti nella trasmissione di stimoli meccanici semplici. Al contrario, la stimolazione dolorosa è bloccata dagli antagonisti del Gruppo I mGlu. Studi comportamentali utilizzando il modello "hot-plate" per studiare i riflessi nocicettivi hanno mostrato che l'iniezione intraventricolare di antagonisti del Gruppo I riduce significativamente le risposte nocicettive [21].

Il ruolo della sostanza grigia periacqueduttale (PAG) nella trasmissione nocicettiva non è completamente compreso. Tuttavia, evidenze sperimentali indicano che l'attivazione dei recettori mGlu del Gruppo I nella PAG potenzia l'attività antinocicettiva della via discendente che origina da quest'area cerebrale. Infatti, studi recenti indicano che la somministrazione intra-PAG di DHPG, un agonista del Gruppo I mGlu, riduce l'iperalgesia indotta da iniezioni di formalina [22]. Si pensa che questo effetto sia legato alla capacità del glutammato, attraverso l'attivazione mGlu, di prevenire l'instaurarsi del fenomeno del wind-up.

Ruolo dei Recettori mGlu nei Meccanismi di Trasmissione Nocicettiva Periferica

Il ruolo del glutammato nel Sistema Nervoso Periferico è ancora poco chiaro. È stato dimostrato che l'iniezione sottocutanea di glutammato nei ratti riduce la soglia di attivazione per stimoli meccanici e termici [23]. L'applicazione di antagonisti per i recettori ionotropici del glutammato attenua i livelli nocicettivi nel test della formalina, un modello utilizzato per studiare il dolore infiammatorio. Inoltre, la concentrazione di glutammato aumenta nel

tessuto cutaneo dopo la stimolazione del nervo sciatico e durante il test della formalina nei ratti [24]. Complessivamente, questi dati suggeriscono che il glutammato agisce come un mediatore efficace dell'infiammazione periferica a seguito di lesioni tissutali e che il glutammato periferico attiva i recettori ionotropici.

Lo studio dei ruoli dei recettori mGlu nella trasmissione del dolore era, fino a pochi anni fa, confinato alle colonne dorsali del midollo spinale. Studi neurofisiologici hanno dimostrato che i recettori del Gruppo I sono coinvolti nell'iper-eccitabilità di questi neuroni a seguito di stimoli infiammatori. Studi comportamentali indicano che l'iniezione intratecale di agonisti del Gruppo I induce iperalgesia; inoltre, la somministrazione intratecale di antagonisti dei recettori mGlu del Gruppo I riduce l'infiammazione e il dolore neuropatico [25][26]. Coerentemente con questi studi, la ricerca immunocitochimica ha localizzato i recettori mGlu del Gruppo I nei corni dorsali del midollo spinale. Questi studi confermano l'ipotesi che i recettori mGlu siano importanti nella sensibilizzazione spinale a seguito di lesioni tissutali.

Più recentemente, è stata dimostrata la presenza di mRNA per il recettore mGlu5 del Gruppo I nei gangli delle radici dorsali di ratti adulti e neonatali. Questo risultato suggerisce la possibilità che, oltre a un ruolo come mediatore dell'infiammazione periferica, il glutammato possa mediare l'attività afferente primaria dalla periferia attraverso l'attivazione dei recettori mGlu5 [27]. In questo studio, gli autori hanno investigato il ruolo dei recettori mGlu periferici nel dolore infiammatorio e nella nocicezione termica, dimostrando che sia i recettori mGlu1 che mGlu5 sono espressi nelle fibre afferenti nocicettive non mielinizzate. Inoltre, l'iniezione periferica di agonisti per questi recettori è stata in grado di indurre iperalgesia attraverso l'attivazione sia di mGlu1 che di mGlu5. Infine, gli antagonisti di questi recettori hanno bloccato l'iperalgesia indotta dal glutammato e ridotto significativamente il dolore infiammatorio nel test della formalina [28].

Questi risultati suggeriscono che i recettori mGlu del Gruppo I mediano, almeno in parte, la trasmissione nocicettiva e quindi possono rappresentare un interessante bersaglio terapeutico.

Conclusioni

Comprendere le funzioni dei recettori mGlu nel Sistema Nervoso Centrale e Periferico

I Sistemi Nervosi hanno fatto progressi significativi negli ultimi anni. In particolare, il ruolo dei recettori mGlu del Gruppo I (mGlu1 e mGlu5) è stato ampiamente studiato a livello molecolare, cellulare e comportamentale, evidenziando la loro importanza in numerose funzioni fisiologiche e processi patologici. Sia mGlu1 che mGlu5 sono stati implicati in una varietà di disturbi cerebrali, tra cui epilessia, dolore, ischemia e malattie neurodegenerative. Il potenziale di questi recettori di modulare la trasmissione glutamatergica e la loro presenza in diverse aree del cervello potrebbe, quindi, rappresentare un vero obiettivo per il trattamento dei disturbi neurologici.


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