Substance P, calcitonin gene-related peptide 및 흥분성 아미노산 수용체 효능제의 공동작용이 척수후각세포의 감작에 미치는 영향

Abstract

[한글]

말초신경 혹은 조직손상 후에는 자발적 통증, allodynia 및 hyperalgesia등 통각과민 현상이 나타나는 것으로 알려져 있으며, hyperalgesia 중 secondary hyperalgesia와 allodynia는 중추신경계 특히 척수후각세포의 감작에 의하여 나타나는 것으로 추측하고 있다.

여러 형태의 지속적 통증모델을 이용한 실험에 의하면, 지속적 통증에 의해 일차구심성 섬유에서 여러 신경전달물질이 분비되며, 이때 분비된 신경전달물질들이 N-methyl-D-aspartate(NMDA) 그리고 non-NMDA 수용체의 반응특성에 다양한 변화를 일으켜 감작이 이루어 지리라 추측하고 있다. 최근에 이와 같은 가설을 검증하기 위해 이온영동적으로 substance P(SP) 그리고 NMDA, non-NMDA 수용체의 특이효능제를 원숭이의 척수시상로세포에 공동투여하여 그 반응특성을 조사하였는데 두 효능제에 대한 반응이 모두 증가하는 세포군이 비교적 적어 SP외에 통증전달과 관련된 신경펩타이드에 대한 검사의 필요성이 제시된 바 있다.

본 실험에서는 흰쥐에서 통증에 의해 분비되는 신경펩타이드(SP, calcitonin gene-relatedpeptide: CGRP)와 흥분성아미노산 수용체의 특이효능제를 이온영동적으로 공동투여하여 그 반응특성를 밝히고 이를통해 지속적 통증모델에서 나타나는 척수후각세포의 감작이 통증전달섬유로 부터 유리된 신경전달물질의 작용에 의해 나타날 가능성을 간접적으로 검증해 보고자하였다.

실험 결과를 요약하면 다음과 같다.

1. SP투여시 NMDA에 대한 반응은 161.3±16.5%로 증가된 반면, AMPA에 대한 반응은 투여전의 96.0±9.7%로 거의 변화가 없었다. 따라서 SP는 전체적으로 NMDA반응을 특이적으로 증가시킴을 알 수 있었다.

2. CGRP 투여시에는 NMDA, AMPA에 대한 반응이 각각 161.8±14.6%, 121.8±11.8%로 둘다 의의있게 증가되어 비특이적인 반응항진이 나타났으며, 이 경우에도 상대적으로 NMDA반응의 항진이 더 크게 나타났다.

3. SP혹은 CGRP가 NMDA, AMPA반응에 미치는 영향은 각세포에 따라 다양하게 나타났으며, 그 특성에 따라 크게 3 types(type 1: NMDA와 AMPA반응이 모두 증가됨, type 2: AMPA반응이 억제되면서 NMDA반응이 항진됨, type 3: AMPA, NMDA반응이 모두 억제됨)으로 나눌수 있었다.

4. SP를 투여한 세포의 25.1%, CGRP를 투여한 세포의 70.0%가 type 1에 속해, AMPA와 NMDA반응이 모두 항진되는 세포는 CGRP의 경우 더 많음을 알 수 있었다.

5. SP를 투여한 세포의 50%, CGRP를 투여한 세포의 15.8%가 type 2에 속해, AMPA반응이 억제되면서 NMDA반응이 항진되는 세포는 SP의 경우 더 많음을 알 수 있었다.

6. Type 3에 속하는 세포는 SP와 CGRP투여시 각각 21.5%, 21.0%로 SP와 CGRP간에 특징적인 차이를 볼 수 없었다.

이상의 결과로 미루어 볼 때, SP뿐만 아니라 CGRP도 척수후각세포의 감작에 영향을 미치는 것으로 보이며, SP나 CGRP에 의해 AMPA보다 상대적으로 NMDA반응 항진이 현저한 사실은 감작현상에서 NMDA수용체의 활성이 중요한 역할을 할 것으로 추측된다.

또한 SP와 CGRP에 의해 흥분성 아미노산 효능제에 대한 반응이 세포에 따라 다양하게 변화되는 것으로 보아, 감작이 일어날 수 있는 방법 및 기전도 다양하리라 추측된다.

[영문]

Spontaneous pain, allodynia and hyperalgesia are well blown phenomena following peripheral nerve or tissue injury, and it is speculated that secondary hyperalgesia and allodynia, especially, are due to sensitization of the dorsal hem neurons. According to previous researches on pain, it is supposed that the sensitization is due to various actions of neurotransmitters released from the primary afferent fibers.

In this study, we used iontophoretic application of substance P(SP), calcitonin gene-related peptide(CGRP)and excitatory amino acid receptor agonists(N-methyl-D-aspartate : NMDA,

alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxaEolepropionic acid: AMPA) to test their role in the sensitization of dorsal hem neuron (WDR cell) and characterized the response patterns.

The results were summarized as follows:

1, NMDA and AMPA response after SP application were changed to 161 ± 16.5% and 96.7±9.177, respectively, therefore, SP specifically increased NMDA response.

2. NMDA and AMPA response after CGRP application were changed to 161.8± 14.6%, 127.8± 11.8%,respectively, therefore, CGRP nonspecifically increased both NMDA and AMPA responses. NMDA response, however, was significantly greater than AMPA response.

3. NMDA and AMPA responses after SP and CGRP application could be classified into 3 types(type 1 :increase in both NMDA and AMPA responses, type 2: increase of NMDA response and suppression of AMPA response, type 3: decrease in both NMDA and AMPA responses).

4. Type 1 response was observed in 26.1% of SP applied cells and 60.0% of CGRP applied cells, therefore, cell propotion showing global facilitation was greater in case of CGRP application.

5. Type 2 response was observed in 50.0% of SP applied cells and 15.8% of CGRP applied cells, therefore, cell proportion showing reciprocal change was greater in case of SP application.

6. Type 3 responses was observed in 21.5% of SP applied cells and 21.0% of CGRP applied cells, therefore, no difference was found between SP and CGRP application.

In conclusion, CGRP as well as SP playa a role in the sensitization of rat dorsal horn neurons. And the fact that potentiation of NMDA response was greater and NMDA, AMPA responses were diverse by SP or CGRP application suggests that NMDA receptor activity would be more important in the sensitization, and the mechanisms of the sensitization could be diverse.