Effects of excitatory amino acid ligands on the activity of spinal dorsal horn neurons in experiemental neuropathic pain model

의학과/박사[한글] 말초신경손상 후 빈번히 나타나는 신경병적 통증(neuropathic pain)은 통각과민(hyperalgesia), 이질통(allodynia), 및 작열통(causalgia)등으로 특징지어진다. 최근 신경병적 통증과 비슷한 행동학적 증상을 보이는 동물모델이 개발되어 이 증상의 병태생리적 기전을 밝히려는 수많은 노력이 진행되고 있다. 말초신경손상 후 척수후각세포에서 유도되는 감작(sensitization)이 신경병적 통증을 유발하는 중요한 요인으로 제시되고 있다. 그러나 신경병적 통증 상태에서 흥분성 아미노산 수용체가 감작현상에 관련되어 있는지에 대 해서는 거의 알려져 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 신경병적 통증 모델 쥐에서 척수후각세포의 과흥분성이 흥분성 아미노산 수용체를 매개한다는 실험적 증거를 제시하는 것이다. 신경병적 통증 모델 쥐는 제5 및 제6 요척수신경의 편측 결찰에 의해 제작되었다. 무해성 기계자극에 대한 모델 쥐의 행동학적 검사는 신경손상 수술 전후에 시행되었다. 수술 약 2주일 후 wide dynamic range(WDR)형 척수후각세포를 대상으로 세가지 기계자극(brush, press, pinch)에 대한 반응과 이온영동법으로 투여한 흥분성 아미노산 수용체 작용제에 대한 반응을 기록하였다. 또한 흥분성 아미노산 수용체 길항제가 기계자극에 대한 이 세포의 활성도에 미치는 영향도 조사하였다. 실험결과는 다음과 같다. 1. 행동학적 검사결과, 제5 및 제6 요척수신경을 손상받은 쪽의 발은 약한 강도의 von Frey filament 자극(3g)에 대해 높은 도피반응빈도를 나타냄으로서 무해성 기계자극에 대한 감수성 증가를 보인 반면, 손상받지 않은 쪽의 발은 동일한 자극에 대해 도피반응을 보이지 않았다. 2. 전기생리학적 실험결과, 신경손상을 받은 쪽의 척수후각세포는 정상쥐와 비교하여 세가지기계자극 중 brush와 pinch에 대한 활성도가 증가되어 있었다. 3. 신경손상을 받은 쪽의 척수후각세포는 N-methyl-D-aspartate(NMDA) 수용체 작용제인 NMDA와 non-NMDA수용체 작용제인 (S)-α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionic acid(AMPA)에 대한 반응양상에 따라, NMDA에 주로 반응하는 세포, AMPA에 주로 반응하는 세포, 그리고 두 물질에 모두 잘 반응하는 세포들로 분류할 수 있었다. 4. AMPA에 주로 반응하는 세포는 전체 척수후각세포의 50%로 제일 많았으며, NMDA에 주로 반응하는 세포는 37.5%였고, AMPA와 NMDA 모두에 잘 반응하는 세포는 12.5%로 제일 적었다. 이 결과는 정상쥐의 척수후각세포의 대부분(70%이상)이 NMDA와 non-NMDA 작용제 모두에 잘 반응한다는 보고와는 대조를 이룬다 5. AMPA에 주로 반응하는 세포는 AMPA의 길항제인 γ-D-glutamylaminomethylsulphonic acid(GAMS)에 의해 brush 유발반응만이 억제되었으며, NMDA에 주로 반응하는 세포는 NMDA의 길항제인 D-2-amino-5-phosphonopentanoic acid(AP-5)에 의해 pinch 유발반응만이 억제되었다. 이상의 실험결과는 기계자극에 대한 WDR형 척수후각세포의 활성도가 말초신경손상 후 증가되어 있음을 보여주고 있으며, 무해성 기계자극에 대한 활성도 증가는 non-NMDA수용체가 관련되고, 유해성 기계자극에 대한 활성도 증가는 NMDA수용체가 관련되어 있음을 보 여준다. 또한 척수후각세포에서 흥분성 아미노산 수용체 발현이 신경손상에 의해 특정 아형으로 유도될 수 있음을 암시해 주고 있다. [영문] Peripheral nerve injury often leads to neuropathic pain that is characterized by symptoms such as spontaneous burning pain, hyperalgesia and allodynia. Animal models showing behavioral signs of neuropathic pain have been developed and numerous efforts have been made to attain a better understanding of the pathophysiological Processes of this symptom. It has been proposed that sensitization of spinal dorsal horn neurons following a peripheral injury seems to play a crucial role in the generation of neuropathic pain. In several hyperalgesia models, such a sensitization has been reported to be mediated by the activation of excitatory amino acid(EAA) receptors. However, it has not yet been directly determined whether EAA receptors are involved in the development of sensitization in a neuropathic state. The aim of the present study is to provide direct evidence that EAA receptors are involved in mediating hyperexcitability of spinal dorsal horn neurons in a rat model of peripheral neuropathy An experimental peripheral neuropathy was induced in rats by an unilateral ligation of L5 and L6 spinal nerves. Behavioral responses to innocuous mechanical stimuli were tested before and after the surgery. About two weeks after the nerve ligation, the activity of wide dynamic range (WDR) dorsal horn neurons were recorded on the side of ligation. The WDR neurons were examined in their responses to three mechanical stimuli (brush, press, pinch) applied to the skin and to ionotophoretically applied EAA receptor agonists. The effects of EAA receptor antagonists on mechanical responsiveness of WDR neurons were also investigated. The results obtained were as fellows 1) Rats with an unilateral ligation of L5 and L6 spinal nerves showed increased mechanical sensitivity of the hindpaw on the side with the nerve libation by showing a higher paw withdrawal frequency on the injured side than the uninjured side in response to repeated application of yon Frey filament(3 g) to the paw skin. 2) In responses of spinal wide dynamic range(WDR) dorsal horn neurons to three mechanical stimuli(brush, press, pinch) applied to the skin, brush- and pinch-evoked responses were enhanced in rats with the nerve ligation as compared to normal rats. 3) WDR neurons in the spinal cord of the side with the nerve ligation were classified into three groups, based on the responsiveness to EAA receptor agonists applied ionotophoretically: neurons responsive preferentially to NMDA, neurons responsive preferentially to AMPA, non-NMDA receptor agonist, and neurons responsive well to both NMDA and AMPA. 4) Proportions of three groups in the sampled neurons were 37.5% for NMDA responsive neurons, 50% for AMPA responsive neurons, and 12.5% for neurons responsive to both NMDA and AMPA, contrasting with data on normal rats where the majority(70%) of spinal dorsal horn neurons are found to be responsive to both NMDA and non-NMDA receptor agonists. 5) Fer responses of AMPA responsive neurons to three mechanical stimuli, only brush -evoked response was suppressed by ionotophoretically applied GAMS, non-NMDA receptor antagonist. On the other hand, for responses of NMDA responsive neurons, only pinch-evoked response was suppressed by AP-5, NMDA receptor antagonist. The results in the present study indicate that following a peripheral nerve injury spinal WDR neurons are enhanced in their responsiveness to cutaneously applied innocuous and noxious mechanical stimuli. In such a enhancement, increased response to innocuous mechanical stimulus is mediated by non-NMOA receptor while that to noxious one is by NMDA receptor. It is further suggested that nerve injury may also induce a preferential expression of EAA receptors in WDR neurons into one of several subtypes.restrictio