Inhibition of fatty acid amide hydrolase in the insular cortex produces analgesic effects in neuropathic rats

Abstract

The insular cortex (IC) is an important brain region involved in the processing of pain and emotions. Recent studies indicate that a lesion of the IC induces pain asymbolia and reverses neuropathic pain. Endogenous cannabinoids (endocannabinoids) are also known to attenuate pain; however, they are simultaneously degraded by the fatty acid amide hydrolase (FAAH), which ceases the mechanism of action. FAAH activity can be suppressed by the selective inhibitor URB597, which reduces pain by conserving endocannabinoids. The present study was conducted to examine the analgesic effects of URB597 treatment in the IC of an animal model of neuropathic pain. Under pentobarbital anesthesia, male Sprague-Dawley rats were subjected to nerve injury and assessed mechanical thresholds using the von Frey test. In the neuropathic pain group, that expression of c-Fos, CB1R, N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D (NAPE-PLD), and transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) increased significantly, compared with the sham-operated control group. URB597 or vehicle were administered to the IC in rats by microinjection, 14 days after nerve injury. It is found that the mechanical threshold and expression of NAPE-PLD significantly increased in groups treated with 2 nM and 4 nM URB597 compared with the vehicle-injected group. Attenuation of neural activation was quantified by URB597 using histological analysis of c-Fos expression levels and optical imaging of the IC. These results suggest that the microinjection of FAAH inhibitor into the IC causes analgesic effects by decreasing neural excitability and increasing signaling related to the endogenous cannabinoid pathway in the IC.

뇌섬엽 피질은 통증과 감정의 처리에 관여하는 뇌의 주요한 부위 중 하나이다. 최근 연구에 따르면, IC의 손상은 통증 상실 및 신경 병증성 통증을 완화시키는데 기여하는 것으로 알려져 있다. 내인성 카나비노이드는 통증을 약화시키는 것으로 알려져 있지만, 이 기능을 저해시키는 가수분해 효소 FAAH(fatty acid amide hydrolase)에 의해 내인성 카나비노이드가 생성됨과 동시에 분해된다. FAAH의 활성은 선택적 억제제인 URB597을 통해 억제될 수 있으며, 내인성 카나비노이드의 보존을 통해 통증을 감소효과를 유지시킬 수 있다. 본 연구는 신경 병증성 통증 백서 모델의 뇌섬엽 피질에서 URB597의 진통 효과를 확인하기 위해 수행되었다. 수컷 백서에게 신경 손상을 가하였고 von Frey 검사를 통해 기계적 이질통의 생성을 확인하였다. 신경 병증성 통증 군에서 c-Fos, CB1R (cannabinoid receptor 1), NAPE-PLD (N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D) 및 TRPV1 (transient receptor potential vanilloid 1)의 분자 발현량은 대조군에 비해 유의하게 증가 하였다. 신경 손상 14 일 후 동물모델의 뇌섬엽 피질에 URB597 또는 대조약물을 미세주입 함으로써 통증완화 효과를 확인하였다. 2 nM 및 4 nM 농도의 URB597을 미세주입한 군에서 기계적 이질통이 유의하게 감소하는 것을 확인하였으며, NAPE-PLD의 발현량 또한 해당 군에서 증가한 것을 확인하였다. 조직학적 분석 및 뇌섬엽 피질의 광영상(optical imaging)을 통해 신경 병증에 의한 신경 활성화 변화 및 URB597 미세주입에 의한 신경 활성화의 감소를 확인하였다. 이러한 결과는 뇌섬엽 피질에서 URB597의 미세주입을 통한 FAAH 억제가 신경 병증으로 인한 인한 뇌섬엽 피질 내의 내인성 카나비노이드 관련 신호의 변화를 조절하고 통증유발과 관련된 신경 흥분성 감소를 유도함으로써 FAAH 신경 병증성 통증을 조절할 수 있는 중요한 기전일 수 있음을 시사한다.