Spinal Metabotropic Glutamate Receptors (mGluRs) are involved in the Melittin-induced Nociception in Rats

Abstract

벌독의 주성분인 melittin을 흰쥐의 발바닥에 피하주사하면 기계적 자극에 대한 역치가 지속적으로 현저하게 감소되고 자발적인 flinching과 부종이 유발된다. 좌골 신경에 1% capsaicin을 국소적으로 적용하여 C신경섬유의 전도를 차단한 흰쥐에서 는 기계적 자극역치를 감소시키고 자발적인 flinching을 유발하는 melittin의 효과 가 거의 완전하게 차단되며, 말초수감영역으로부터 A신경과 함께 C신경의 입력을 받는 wide dynamic range (WDR) 척수후각세포는 melittin의 피하주사에 의해 활성 화되지만 C신경의 입력을 받지 않는 WDR척수후각세포는 활성화되지 않는다. Melittin의 통증반응은 N-methyl-D-aspartate (NMDA)수용체, non-NMDA수용체, 칼슘이온통로, 세로토닌 수용체, cyclooxygenase 및 extracelluler signalingregulated kinase (ERK)등의 활성변화에 의해 변동된다고 한다. Metabotropic glutamate receptor (mGluR)는 척수후각의 표면층과 유수 및 무 수신경을 포함한 구심성 신경에 분포하며, 유해자극에 의해 mGluR의 발현이 증가 된다. Group I mGluR의 효현제를 피하 혹은 수막강내로 투여하면 기계적 자극에 대 한 통각과민증이 유발되며, WDR척수후각세포가 자극될 뿐만 아니라 유발된 WDR 세포의 반응이 더욱 증가된다. 반면에 group II 및 III mGluR의 효현제는 염증 및 신경손상에 의해 유발된 통각과민증을 억제할 뿐만 아니라 유해자극과 capsaicin투 여에 의해 유발된 척수시상로 신경세포의 반응도 억제한다. 이와 같은 연구보고는 mGluR가 각종 원인에 의해 유발된 통증반응에 관여함을 시사한다. 본 연구는 mGluR의 활성변화가 melittin의 피하주사에 의해 유발된 통증반응에 미치는 영향 을 규명하기 위하여 시행되었다. 정상흰쥐와 group I mGluR의 길항제와 group II 및 III mGluR의 효현제를 수막 강내로 투여한 흰쥐의 발바닥에 피하주사한 melittin에 의해 유발되는 기계적 자극 역치의 감소, 자발적인 flinching 및 부종의 변화를 측정하여 비교하였다. 본 연구에서 얻은 결과는 다음과 같다. 1. Melittin의 피하주사에 의해 기계적 자극역치가 매우 지속적으로 감소되며 자 발적인 flinching과 부종이 유발되었다. 2. Group I mGluR, mGluR1 및 mGluR5의 길항제와 group II 및 III mGluR의 효 현제를 수막강내로 투여한 흰쥐에서는 melittin의 피하주사에 의해 유발된 통증반응 이 유의하게 억제되었다. 3. 수막강내로 투여한 group I mGluR의 길항제와 group II 및 III mGluR의 효현 제는 melittin의 피하주사에 의해 유발된 부종에는 유의한 영향이 없었다. 이상의 연구결과로부터 다수의 척수내 mGluR가 melittin의 피하주사에 의해 유 발된 통증반응에 관여함을 알수 있다.; Intraplantar (i.pl.) injection of melittin, a major component of whole bee venom, induces a sustained decrease of mechanical and thermal thresholds, spontaneous flinchings and edema. In the rat whose sciatic nerves were pretreated with capsaicin, melittin-induced mechanical hyperalgesia and spontaneous flinchings are almost completely blocked. Intraplantar injection of melittin increases only the discharge rate of wide dynamic range (WDR) neurons with, but not without, C-fiber inputs from the peripheral receptive field. Melittin-induced nociceptive responses are also modulated by the changes in the activity of N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor, non-NMDA receptor, Ca^(2+) channel, 5-hydroxytryptamine (5-HT) receptor, extracellular signaling-regulated kinase (ERK) and cyclooxygenase in peripheral and spinal sites. Metabotropic glutamate receptors (mGluRs) are localized in the superficial laminae of spinal dorsal horn and present on both unmyelinated and myelinated afferent fibers. The expression of mGluRs is increased in the superficial laminae of spinal cord following noxious inputs. Intraplantar or intrathecal (i.t.) injection of group I mGluR agonist induces mechanical hyperalgesia in behavioral test, activates spinal WDR neurons and potentiates the evoked responses of WDR neurons. On the other hand, group II and III mGluR agonists inhibit peripheral inflammation- and nerve injury-induced hyperalgesia as well as the responses of spinothalamic tract cells to noxious mechanical stimulation and capsaicin. These experimental findings show that mGluRs may contribute to the nociceptive responses with different causes. The present study was undertaken to investigate how the melittin-induced nociceptive responses were modulated by the changes of mGluR activity. Melittin-induced changes of mechanical threshold, spontaneous flinchings and paw thickness were measured in the control rat and the rat i.t. pre-treated with group I mGluR antagonists, group II and III mGluR agonists. The results obtained from the present study were as follows: 1. Intraplantar injection of melittin induced a sustained decrease of mechanical threshold, spontaneous flinchings and edema. 2. The effects of melittin to reduce mechanical threshold and to induce spontaneous flinchings were significantly suppressed following i.t. pre-administration of group I mGluR, mGluR1 and mGluR5 antagonists, group II and III mGluR agonists. 3. Group I mGluR antagonists, group II and III mGluR agonists had no significant effect on melittin-induced edema. These experimental findings indicate that multiple spinal mGluRs are involved in the modulation of melittin-induced nociceptive responses.