Нейропатическая (хроническая) боль представляет собой сложное хроническое заболевание, характеризующееся различными сенсорными, когнитивными и аффективными симптомами. Большой процент пациентов с нейропатической болью также страдает от депрессии и тревожных расстройств, что можно увидеть и на моделях животных. Кроме того, клинические и доклинические исследования показывают, что хроническая боль соответствует адаптациям в нескольких сетях мозга, связанных с настроением, мотивацией и вознаграждением. Хронический стресс также является основным фактором риска депрессии. Авторы работы исследовали, влияют ли хронические боли и стресс на молекулярные механизмы, и может ли хроническая боль влиять на паттерны экспрессии генов, участвующих в депрессии.
Учёные использовали две мышиные модели: нейропатическая боль (парное повреждение нервов (SNI)) и депрессии (хронический непредсказуемый стресс (CUS)). А затем выполняли секвенирование РНК и анализ путей изменений экспрессии генов в прилежащем ядре (NAc), медиальной префронтальной коре (mPFC) и околоводопроводном сером веществе (PAG). По данным других исследований, именно эти области связаны как с нейропатической болью, так и с депрессией.
Кроме выявления уникальных профилей транскриптомов в этих регионах авторы работы идентифицировали значительное количество генов, связанных с сигнальными путями. Многие из этих генов были вовлечены в депрессию, беспокойство и хроническую боль у пациентов. Новое исследование представляет собой источник информации об изменениях в экспрессии генов, вызванных длительной нейропатической болью в трех различных областях мозга, и выявляет молекулярные связи между болью и хроническим стрессом.
Несколько исследований с использованием моделей грызунов с хронической болью подтверждают, что поведение, подобное депрессии, появляется не ранее, чем через 6 недель после травмы, и, таким образом, понимание молекулярных адаптаций в областях мозга, связанных с настроением в эти более поздние моменты времени имеет первостепенное значение. В новой работе исследователи использовали модель двусторонней нейропатической боли нерва (SNI) у мышей, а также секвенирование нового поколения РНК (РНК-seq) для мониторинга изменений экспрессии генов в mPFC, NAc и PAG ткани взрослых мышей через 2,5 месяца после повреждения нерва. Данные показывают, что различные профили транскрипции возникают в этих областях мозга в соответствии с долгосрочной невропатической болью, но демонстрируют некоторые перекрывающиеся эффекты в сигнальных путях и биологических функциях.
Учёные спровоцировали нейропатическую боль у одной группы взрослых (8 недель) самцов мышей: сделали разрезы на левой задней ноге и повредили малоберцовые и суставные нервы. А другая группа грызунов подверглась той же операции, но без повреждения нерва.
Мыши с повреждённым нервом показали устойчивую механическую аллодинию (это боль вследствие воздействия раздражений, обычно её не вызывающих), о чем свидетельствует уменьшение порога чувствительности, сохранявшегося в течение 2 месяцев. Кроме того, через 2 месяца после операции учёные использовали тесты в лабиринте с закрытыми и открытыми рукавами для оценки связанного с тревожностью исследовательского поведения.
«Повреждённые» мыши значительно реже исследовали открытые участки и в основном находились в закрытых рукавах, по сравнению с контрольной группой, испытавшей операцию – плацебо. Кроме того, уровень депрессии определяли по потреблению сахарозы и поведению в тесте принудительного плавания. Через 9 недель нейропатической боли значительно снижалось количество потребления сахарозы, а также мыши часто были неподвижны при принудительном плавании. Через 2 месяца результаты остались неизменны, что показывает долгосрочные изменения в поведении.
В следующей части учёные выясняли, была ли долгосрочная нейропатическая боль связана с изменениями экспрессии генов в областях мозга, которые, как известно, участвуют в тревоге и депрессии.
Всего было обнаружено 3594 гена с повышенной экспрессией в прилежащем ядре головного мозга.
Кроме того, было обнаружено, что гистондеацетилаза 4 (HDAC4), HDAC5 и HDAC7 участвуют в 40% биологических процессов, представленных генами, регулируемыми совместно. Несколько исследований связывают экспрессию гена HDAC5 с вызванной стрессом депрессией и антидепрессивными эффектами. Позже и в новой работе подтвердили, что HDAC5 играет критическую роль в невропатических болевых состояниях. Также выяснилось, что HDAC5 модулирует эмоциональные эффекты, вызванные долгосрочным SNI, и участвует в антиалкогольном эффекте антидепрессантов.
Полученные данные, а также ряд других исследований показывают, что SNI не только вызывает долгосрочную ноцицептивную сенсибилизацию, но также способствует поведению, вызывающему тревогу и депрессию. По литературным источникам идентифицировано в общей сложности 39 генов, включая 8 генов, которые были вовлечены в депрессию, 9 - в состояние тревоги, 5 - боли, 4 - депрессии и тревожности, 2 - в боли и депрессии, 2 - в боли и тревожности и 9 - во всех трех условиях.
Однако, вместе с новыми данными о поведении, окзалось, что все 39 из этих генов соответствуют невропатической боли, вызванной депрессией и беспокойством. Результаты новой работы выходят за рамки 39 генов и включают 89 генов в mPFC, 123 в NAc и 795 в PAG.
На последнем этапе авторы работы подвергли SNI взрослых мышей C57BL / 6 (8 недель) и подтвердили наличие механической аллодинии в течение 60 дней, после чего их разделили на две группы: одну, принимающую системные инъекции ингибитора кальпаина MDL 28170, а другую -получающую ежедневные солевые инъекции. Через 1 и 2 недели после лечения лекарствами оказалось, что MDL 28170 увеличил пороги чувствительности, что указывает на снижение аллодинию.
По сравнению с ежедневными солевыми инъекциями, мыши, получавшие ежедневный MDL 28170, демонстрировали сходные низкие уровни исследовательского поведения в лабиринте и аналогичные уровни неподвижности в «бассейне». Эти данные указывают на то, что хроническое ингибирование кальпаина может снижать чувствительность к SNI-индуцированной ноцицептивной сенсибилизации после 2-х месяцев невропатической боли, но не может спасти от тревожности и депрессии.
Понимание генов и сетей трансдукции сигналов, регулируемых длительной невропатической болью в сетях с регулирующими настроение, поможет определить, влияют ли лекарства, направленные на ноцицептивную передачу и восприятие, на долгосрочные адаптации, которые приводят к депрессии, или должны ли использоваться дополнительные лекарства. Несколько типов антидепрессантов, таких как трициклические антидепрессанты и селективные ингибиторы обратного захвата серотонина и норэпинефрина, нацелены как на спинномозговые пути, так и на настроение-регулирующие сети, и входят в число самых популярных выписываемых препаратов для лечения невропатической боли. Однако, к сожалению, полная эффективность достигается только у части пациентов, и их использование ограничено медленным началом действия и серьезными неблагоприятными эффектами. Будущие исследования должны описать адаптацию типа клеток к экспрессии генов после долговременной невропатической боли и должны включать в себя несколько других областей, модулирующих познание, мотивацию и ответы на стресс. Ожидается, что эти исследования предоставят важную информацию о генах и сетях, которые должны быть направлены на эффективное лечение нейропатической боли.