Study on experimental models of itch: new applications of skin provocations tests with histamine, cowhage (Mucuna pruriens) and capsaicin

Chronischer Juckreiz ist eine komplexe, multidimensionale Empfindung, die viele dermatologische Erkrankungen, wie z. B. atopische Dermatitis (AD), Psoriasis oder Urtikaria begleitet. Dabei reduziert der chronische Juckreiz die Lebensqualität Betroffener erheblich und ist, aufgrund eines Mangels gezielt wirkender Therapien, oft schwierig zu behandeln. Experimentelle Modelle mit induziertem Juckreiz dienen als wichtiges Werkzeug bei der Erforschung zugrundeliegender Pathomechanismen und bei der Testung neuer Therapieoptionen. Zwei gut etablierte Juckreiz-Modelle sind der Skin Prick Test (SPT) mit Histamin und die Hautprovokation mit Cowhage (Mucuna pruriens). Cowhage stimuliert den Protease-aktivierten Rezeptor 2 - assoziierten Weg, welcher in der Pathophysiologie des AD-assoziierten Juckreizes eine Rolle spielen kann. Ein weiterer Mediator, Capsaicin, aktiviert den Transienten Rezeptor-Potential-Kationenkanal der Unterfamilie V Subtyp 1 (TRPV1), der ebenfalls im Rahmen des atopischen Juckreizes involviert sein kann. Zurzeit fehlt jedoch ein standardisiertes und reproduzierbares Verfahren für eine Capsaicin-Applikation, welches als Modell für TRPV1-induzierten Juckreiz dienen könnte. Die hier vorliegende Arbeit hatte zum Ziel: 1) durch SPT mit Histamin und Capsaicin sowie durch Hautprovokation mit Cowhage ausgelösten Juckreiz und Juckreiz-assoziierte Wahrnehmungen zu vergleichen. Für diesen Zweck wurde der SPT mit Capsaicin als Modell für TRPV1-induzierten Juckreiz in gesunden Probanden validiert; 2) den Zusammenhang zwischen Juckreiz und Flare-Reaktionen in drei experimentellen Juckreiz- Modellen zu untersuchen; 3) die Ergebnisse von Hautprovokationen mit Histamin und Cowhage in gesunden Probanden und AD Patienten zu vergleichen und zu prüfen, ob diese Tests als diagnostische Biomarker der AD genutzt werden können. In Rahmen eines Pilotexperiments wurde zunächst eine Capsaicin-Konzentration ermittelt, die bei 8 gesunden Probanden zuverlässig einen reproduzierbaren Juckreiz hervorruft. Des Weiteren wurden Hautprovokationen mit Histamin (10 mg/ml), Capsaicin (8%) und Cowhage bei 31 gesunden Probanden durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass Hautprovokationen mit Histamin, Capsaicin und Cowhage unterschiedliche Juckreizantworten (Juckreizdauer und Profil assoziierter Empfindungen) und Flare-Reaktion induzieren. Eine Charakterisierung der Reaktionsprofile zu diesen Provokationen kann dabei helfen, sie als Modelle von pruriginösen Erkrankungen zu etablieren. Ein Zusammenhang zwischen Juckreiz und Größe der Flare-Reaktion bestand nur bei Histamin. Dieses Ergebnis impliziert, dass in experimentellen Bedingungen die Fläche der Flare-Reaktion als objektive Ergänzung zu rein subjektiven Juckreizbewertungen angewendet werden könnte. In einem weiteren Hauptexperiment wurde ein SPT mit Histamin (10 mg/ml) und eine Hautprovokation mit Cowhage bei 22 AD Patienten und 18 gesunden Probanden durchgeführt. AD Patienten entwickelten signifikant kleinere Histamin-induzierte Flare-Reaktionen und längeren Cowhage-induzierten Juckreiz als gesunden Probanden. Beide Parameter zeigten gute diagnostische Eigenschaften und könnten in Zukunft dabei helfen die Diagnosestellung der AD zu unterstützen.Chronic itch is a complex, multidimensional experience, accompanying many skin conditions, e.g., atopic dermatitis (AD), psoriasis or urticaria. Pruritus significantly reduces the quality of life and is often, in absence of targeted therapies, difficult to treat. The experimental models of induced itch are an important tool to investigate the complex underlying pathomechanisms and to test new therapeutic options. Two well established itch models are the Skin Prick Test (SPT) with histamine and skin provocation with cowhage ((Mucuna pruriens). Cowhage activates the itch pathway associated with a protease activated receptor 2, which can be involved in pathophysiology of AD-associated itch. Another mediator, capsaicin, activates transient receptor potential cation channel subfamily V member 1 (TRPV1), which can also be involved in atopic itch. Currently a standardized and reproducible procedure which could be used as a model of TRPV1-induced itch is lacking. The here presented work has the following goals: 1) to compare the itch- associated sensations induced by SPT with histamine and capsaicin and skin provocation with cowhage. For this purpose, SPT with capsaicin was validated in healthy volunteers as a model of TRPV1- induced itch; 2) to test the link between itch and flare reactions in three experimental models of itch; 3) to compare the results of skin provocations with histamine and cowhage between healthy subjects and patients with AD and to investigate whether these tests may be used as diagnostic markers of AD. During a pilot experiment a concentration of capsaicin evoking the most reproducible itch was determined in 8 healthy subjects. Further the skin provocations with histamine (10 mg/mL), capsaicin (8%) and cowhage were performed in 31 healthy subjects. The results showed that provocations with histamine, capsaicin and cowhage induce different itch responses (in terms of duration and profile of accompanying sensations) and different flare reactions. The characteristics of profiles of responses to these skin provocations can help to establish them as models for itchy dermatoses. The link between pruritus und flare existed only for histamine. This finding implicates that in experimental settings flare area could be used as a surrogate parameter for otherwise subjective itch assessment. In the further experiment SPT with histamine (10 mg/mL) and provocation with cowhage were performed in 22 AD patients and 18 healthy subjects. AD patients developed significantly smaller histamine-induced flare and longer cowhage-induced itch than healthy subjects. Both parameters showed good diagnostic properties and could help to support diagnosis of AD