Modulation of chemotherapy-induced peripheral neuropathy by JZL195 through glia and endocannabinoid system

Abstract

Chemotherapy-induced peripheral neuropathy (CIPN) is one of the most serious side effects of chemotherapy. The pathophysiology of CIPN is complex and multifactorial, thereby its pathogenesis depends on the types of chemotherapy used. As a results, the clear mechanism behind CIPN remains elusive. However, recent attention has been given to neuroinflammation, which is modulated by the endocannabinoid system (ECS) and associated with glial activation, as a significant factor in the pathogenesis of CIPN. Therefore, the aim of this study was to investigate the pain-relieving effect of JZL195, which simultaneously inhibits fatty acid amide hydrolase (FAAH) and monoacylglycerol lipase (MAGL), in an animal model of CIPN and to investigate the correlation between the ECS and glial cells. In this study, cisplatin was used to develop an animal model of CIPN. T hree different concentrations of JZL195 were then administered to the CIPN animal model. Both the up-down test and acetone test were conducted to assess mechanical and cold allodynia after JZL195 injections. Furthermore, western blot analysis was conducted to investigate the expression levels of the ECS and toll-like receptor 4 (TLR4), as well as the activation of glial cells, in the dorsal root ganglia (DRG) and spinal cord. Immunohistochemistry staining was performed to determine whether the cannabinoid receptor 1/2 (CB1R and CB2R) and TLR4, which showed expressional changes in the DRG and spinal cord, were regulated by JZL195 within glial cells. The results of behavioral analyses showed that 20 mg/kg of JZL195 provided significant pain relief for both mechanical and cold allodynia. Furthermore, the western blot analysis revealed distinct regulation of FAAH, MAGL, CB1R, and CB2R expression in the DRG and spinal cord. Additionally, treatment with JZL195 resulted in a reduction in the expression levels of TLR4, as well as TNF-α and IL-1β, indicating that JZL195 might alleviate neuroinflammation. Furthermore, JZL195 inhibited the activation of satellite glial cells in the DRG, as well as astrocytes and microglia in the spinal cord, which were initially activated by cisplatin. Immunohistochemistry staining revealed changes in the morphology of glial cells, as well as alterations in the expression of CB1R, CB2R, and TLR4, which co-localized with astrocytes and microglia, but not with satellite glial cells. These findings suggest that the inhibition of FAAH/MAGL with JZL195 can effectively alleviate CIPN and that the alleviation of CIPN is mediated through the close interaction between glial cell activity and cannabinoid receptors.

항암화학요법으로 유발된 말초신경병증(chemotherapy-induced peripheral neuropathy, CIPN)은 항암화학요법을 받은 후 나타나는 가장 심각한 부작용 중 하나이다. CIPN의 병태생리는 복잡하고 다원적이며, 따라서 그 발병 기전은 사용하는 화학요법의 종류에 따라 달라진다. 이러한 이유로 인해 CIPN과 관련된 증상을 감소시키는 것이 CIPN을 겪는 환자들의 삶의 질을 향상하기 위한 최적의 방안으로 알려져 있다. 그러나 CIPN의 발생 및 치료와 관련된 명확한 메커니즘이 아직까지 밝혀지지 않았기에 이 또한 어려움을 겪고 있다. 따라서 본 연구는 지방산 아마이드(fatty acid amide hydrolase, FAAH)와 모노아실글리세롤(monoacylglycerol lipase, MAGL)을 동시에 억제하는 JZL195를 사용하여 신경교세포에 발현하고 있는 카나비노이드 수용체(cannabinoid receptor)를 조절함으로써 CIPN을 완화하고, 신경교세포(glial cell)와 내인성 카나비노이드 시스템 (endocannabinoid system) 사이의 연관성을 밝히고자 했다. 본 연구에서는 시스플라틴(cisplatin)을 사용해 CIPN 동물 모델을 형성하고 JZL195를 세 가지 농도로 투여한 후 행동 검사를 통해 기계적 이질통(mechanical allodynia) 및 냉각 이질통(cold allodynia)을 측정하였다. 이후 웨스턴 블롯 분석을 통해 척수 및 척수신경절에서 FAAH, MAGL, CB1R, CB2R의 발현양을 확인하였고 추가적으로 TLR4와 염증성 인자들의 발현양을 신경교세포와 함께 확인하였다. 또한, 척수와 척수신경절에서 유의한 변화를 보인 CB1R, CB2R, TLR4가 신경교세포 내에서 조절되는지 확인하기 위해 면역조직화학염색을 수행했다. 행동검사 결과, 20 mg/kg의 JZL195가 두 종류의 이질통을 모두 유의미하게 완화시킴을 확인하였고, 웨스턴 블롯 결과를 통해 FAAH, MAGL, cannabinoid receptor 1/2 (CB1/2R)의 발현양이 조절되는 것을 확인하였다. 또한, 웨스턴 블롯을 통해 CIPN의 발병 기전 중 하나로 떠오르는 신경염증(neuroinflammation)에 중요한 역할을 하는 톨유사수용체 4 (toll-like receptor 4, TLR4)의 발현양과 TNF-α, IL-1β의 발현양이 JZL195에 의해 감소됨을 발견하였다. 이와 더불어 척수의 성상세포(astrocytes) 및 미세아교세포(microglia)와 척수신경절의 위성 신경교세포(satellite glial cell)가 시스플라틴에 의해 활성화 되었다가 JZL195에 의해 억제됨을 확인하였다. 면역조직화학염색을 통해 신경교세포의 형태학적 변화와 CB1R, CB2R, TLR4의 발현 변화를 관찰함과 동시에 이들이 성상세포 및 미세아교세포와 함께 염색된 된 것을 확인하였으나 위성 신경교 세포와는 함께 염색되지 않은 것을 알 수 있었다. 본 연구의 결과들을 통해 JZL195를 사용하여 FAAH/MAGL을 억제하면 CIPN을 효과적으로 완화할 수 있으며, 이러한 CIPN 완화 효과는 신경교세포의 활성과 카나비노이드 수용체가 밀접한 작용을 통해 나타나는 것임을 시사한다.