Ból dotyka co najmniej 1,5 miliarda ludzi na całym świecie i pomimo dostępności różnych leków przeciwbólowych nie wszystkie rodzaje bólu są uleczalne. Ponadto leki przeciwbólowe mogą mieć skutki uboczne, takie jak uzależnienie i tolerancja, zwłaszcza w przypadku morfiny i innych opioidów.

W poszukiwaniu nowych środków przeciwbólowych naukowcy z Butantan Institute’s Special Pain and Signaling Laboratory (LEDS) w São Paulo w Brazylii badali TRPV1, receptor neuronów czuciowych, który wychwytuje szkodliwe bodźce, w tym ciepło i pieczenie przenoszone przez papryczki chili, i odkryli potencjalna mutacja niewrażliwości na ból w genie kodującym to białko. O swoich odkryciach informują w artykule opublikowanym w czasopiśmie Dziennik badań klinicznych.

Badanie zostało przeprowadzone we współpracy z Uniwersytetem Stanforda i Uniwersytetem Emory w Stanach Zjednoczonych oraz Szpitalem Uniwersyteckim w Münster w Niemczech. Naukowcy przeanalizowali szereg mutacji u ludzi, a także skorzystali z istniejącej wiedzy o ptakach, które w przeciwieństwie do ssaków mają receptor TRPV1, który jest naturalnie odporny na szkodliwe zniewagi, a nawet pieprzne jedzenie, ale wciąż może odczuwać ból.

„Istnieje ponad 1000 mutacji TRPV1 u ludzi i nie ma nic nowego w próbie wyłączenia receptora w celu złagodzenia bólu, ale próby te nie powiodły się do tej pory” – powiedziała Vanessa Olzon Zambelli, badaczka z LEDS i współautor artykułu.

„Po pierwsze, wiele leków powstałych w wyniku tego procesu zaburza regulację temperatury ciała. Po drugie, TRPV1 jest ważnym kanałem sygnalizacji ciepła, a całkowita zmiana jego aktywności niweluje ból fizjologiczny, zaburzając uczucie pieczenia, które pełni funkcję ochronną. ”

Naukowcy rozpoczęli od zbadania bazy danych genomu w celu porównania sekwencji genetycznych ptasiego i ludzkiego TRPV1. Wykorzystując podejście obliczeniowe, zidentyfikowali pięć ptasich mutacji, które ich zdaniem są powiązane z odpornością na ból.

Kriogeniczna mikroskopia elektronowa (która nie wymaga dużych rozmiarów próbek ani krystalizacji i dlatego nadaje się do wizualizacji struktur z rozdzielczością zbliżoną do atomowej) wykazała, że ​​pięć ptasich mutacji znajdowało się w K710, reszt aminokwasowej, o której uważa się, że kontroluje bramkowanie (otwieranie i zamknięcie) kanału TRPV1.

Mutacje mogą występować również u ludzi, ale są one bardzo rzadkie, dlatego naukowcy postanowili dowiedzieć się, co by się stało, gdyby zostały „przeszczepione” ssakom. Kiedy przetestowali te warianty w genetycznie zmodyfikowanych komórkach, odkryli, że funkcja kanału została rzeczywiście zmieniona. Następnie wykorzystali technikę edycji genów CRISPR/Cas9, aby stworzyć myszy z mutacją K710N, która, jak odkryli wcześniej, zmniejsza reakcję receptora na kapsaicynę w komórkach. Kapsaicyna jest aktywnym składnikiem pieprzu.

Naukowcy nie zaobserwowali zachowań nocyceptywnych (sugerujących unikanie bólu) u myszy z mutacją K710N, którym wstrzyknięto kapsaicynę i którym podawano pieprzową paszę dla kurczaków, w przeciwieństwie do zachowania normalnych myszy, które podnosiły łapy, aby uniknąć dotykania kapsaicyny, prawdopodobnie dlatego, że nawet kontakt ze skórą powodował ból.

Myszy z mutacją K710N wykazywały również mniejszą nadwrażliwość na uszkodzenie nerwów, podczas gdy ich reakcja na szkodliwe ciepło pozostała nienaruszona. Co więcej, zablokowanie regionu K710 u normalnych myszy ograniczyło ostre reakcje behawioralne na szkodliwe bodźce i przywróciło nadwrażliwość na ból wywołaną uszkodzeniem nerwu do poziomów wyjściowych.

Oprócz modulowania bólu, TRPV1 odgrywa również ważną rolę w ochronie przed innymi bodźcami. Na przykład ostatnie dowody sugerują, że służy ona w komórkach nieneuronalnych jako wewnątrzkomórkowy czujnik molekularny, który chroni przed stresem komórkowym wywołanym glukozą lub niedokrwieniem tkanek. Dodatkowe testy przeprowadzone w ramach tego badania na kardiomiocytach (komórkach mięśnia sercowego) uszkadzanych nadtlenkiem wodoru, wysokimi poziomami glukozy oraz modelem niedokrwienia mózgu potwierdziły działanie ochronne nawet przy mutacji.

Analiza translacyjna

Druga część badania polegała na próbie farmakologicznego zmniejszenia funkcji receptora. W tym celu naukowcy opracowali peptyd V1-cal, który działał selektywnie na region K710. Myszy leczone V1-cal i otrzymujące kapsaicynę wykazywały mniej nocyceptywne zachowanie i zmniejszone uwalnianie neuropeptydów, co prowadziło do neurogennego zapalenia i obrzęku bez zmiany temperatury. Wreszcie, ból przewlekły również znacznie się poprawił.

„Chcemy teraz wnieść wartość dodaną do tego badania, sprawdzając wyniki w warunkach laboratoryjnych opartych na najlepszych praktykach [required by regulatory agencies]zidentyfikować inne małe cząsteczki oprócz peptydu, które można łatwiej zsyntetyzować, przeprowadzić badania przedkliniczne i, jeśli zakończą się sukcesem, rozpocząć badanie kliniczne” – powiedział Zambelli.