Involvement of lysophosphatidylcholine and ASIC3 channels in chronic joint pain development

La douleur est l’une des premières causes de consultation médicale. Une partie importante de la population souffre de douleurs articulaires chroniques et sollicite des soins médicaux afin de soulager leurs douleurs. La problématique est que ces douleurs sont particulièrement réfractaires aux traitements antalgiques actuellement disponibles. Il y a donc un réel besoin de mieux comprendre la physiopathologie de ces douleurs et d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques afin d’améliorer la prise en charge des patients, de surcroît dans un contexte où l’abus d’opioïdes est devenu un fléau mondial.Parmi les cibles prometteuses, les canaux ioniques sont particulièrement intéressants, car ils sont directement impliqués dans la détection et la transduction des signaux douloureux à la périphérie, dans leur transmission et leur modulation/intégration par le système nerveux central (moelle épinière et centres supra-spinaux). Les canaux ioniques sensibles à l'acide (ASIC) sont apparus comme des candidats importants dans les mécanismes de la nociception. Ils sont exprimés tout au long du neuraxe de la douleur, dans le système nerveux périphérique et central, et sont connus pour être activés par l’acidification extracellulaire. Ils ont été impliqués dans différents types de douleur chez le rongeur, et semblent particulièrement importants pour le développement des douleurs chroniques d’origines musculaires et articulaires. Cependant, leurs rôles dans le(s) mécanisme(s) physiopathologique(s) des douleurs chroniques restent encore mal connus. De manière intéressante, un lipide (la lysophosphatidylcholine, LPC) présent dans les fluides synoviaux (FS) humains de patients souffrant de douleurs articulaires chroniques, a été identifié comme potentialisant fortement l'activité du canal ASIC3, entraînant un courant dépolarisant constitutif au pH physiologique de 7,4.Au cours de mon doctorat, des analyses lipidomiques ont été réalisées en collaboration dans des FS de patients issus de deux cohortes indépendantes : 35 patients atteints d'ostéoarthrose (OA) et 50 patients atteints de différentes maladies rhumatismales, dont l’OA. Nos données montrent que les concentrations de LPC dans les FS des patients sont significativement plus élevées que chez des témoins (post-mortem). De plus, il existe une corrélation significative entre les scores de douleurs et la teneur en LPC des patients de la première cohorte (OA). Les effets de la LPC sur le développement de douleurs chroniques a ensuite été étudié in vivo chez les rongeurs.J'ai montré que deux injections intra-articulaires de LPC induisent des comportements douloureux persistants/chroniques chez les souris sauvages, sans dimorphisme sexuel. De manière intéressante, les souris ASIC3-/- sont protégées de cet état de douleur chronique. De plus, la co-injection d’un inhibiteur d’ASIC3 (APETx2) avec la LPC atténue les comportements douloureux des souris sauvages. Pour conclure, mon travail de thèse établit un nouveau modèle animal de douleur articulaire chronique basé sur des observations cliniques. Il identifie la LPC comme un facteur déclenchant de la douleur articulaire chronique par le biais d’ASIC3 chez la souris, et possiblement chez l’humain.Pain is a main trigger for a patient to visit a physician. Those with chronic joint pain represent a large population seeking medical care and pain relief. The problematic is that analgesic treatments prescribed today are disappointing, mainly because the pathophysiology remains poorly understood. Improving patient care by discovering new triggering factors and/or therapeutical targets is a major health concern, all the more knowing today’s scourge of painkiller misuses and abuses.Among promising targets, ion channels are of particular interest, since they are directly involved in the detection and transduction of painful stimuli at the periphery, and in their transmission and modulation/integration by the central nervous system (spinal cord and supraspinal centres). Acid-Sensing Ion Channels (ASICs) have emerged as important candidates in nociception mechanisms. They are expressed all along the pain neuraxis, both in the central and peripheral nervous systems, and are known to be activated by extracellular acidosis. They have been involved in different types of pain in rodent, and seem particularly important in the development of chronic pain originating from muscles and joints. However, their pathophysiological role in chronic pain mechanisms remain poorly understood. Interestingly, a lipid (i.e. lysophosphatidylcholine, LPC) found in human synovial fluids (SF) from patients suffering from chronic joint pain, has been shown to strongly potentiate ASIC3 channel activity, leading to constitutive depolarizing current at the physiological pH of 7,4.During my PhD, lipidomic analyses have been performed in collaboration in the SF of patients from two independent cohorts: 35 patients with osteoarthritis (OA) and 50 patients with different rheumatic diseases, including OA. Our data show that the SF concentrations of LPC were significantly elevated in patients compared to postmortem controls. Moreover, there were a significant correlation between patient pain scores and the LPC content of patients from the first OA cohort. The effects of LPC on chronic pain development was then investigated in vivo in rodents.I have shown that two intra-articular LPC injections produces persistent/chronic pain-like behaviours in wild-type mice, without sexual dimorphism. Interestingly, ASIC3-/- mice are protected from this LPC-induced chronic pain state. Moreover, co-injections of an ASIC3 inhibitory peptide (APETx2), together with LPC, alleviates pain-like behaviours in mice. To conclude, my thesis work establishes a new rodent model of chronic joint pain, based on clinical observations. It identifies LPC as a triggering factor of chronic joint pain through ASIC3, at least in mice, and possibly in humans