Neuropathic pain arises from the damage or disease of the somatosensory system. Spared nerve injury (SNI) is a preclinical experimental model of neuropathic pain, which consists in the ligation and transection of 2 out of the 3 branches of the sciatic nerve, leaving the sural branch intact.
Anatomically, the afferent primary sensory neurons from the injured and uninjured nerves project to the L3 and L4 dorsal root ganglia (DRG), where their somas are found mixed, while the L5 contained mainly uninjured sural neurons. SNI results in pain-related hypersensitivity to mechanical or thermal stimulation in the sural territories of the hind paw. A lot of research has been conducted on the excitability of injured afferent primary sensory neurons after nerve injury. We turn our attention to the importance of the remaining uninjured neurons that mediate the evoked hypersensitivity.
We conducted the first electrophysiological study that distinguishes the injured and uninjured neurons located within the same DRG. We found that injured neurons have an altered action potential shape and firing pattern, probably as a result of the known downregulation in voltage-gated sodium and potassium channels. Importantly, we observed a hyperexcitability of uninjured sural neurons, as they fired more action potentials at a higher frequency in response to current stimulation. The hyperexcitability was especially prominent in uninjured sural neurons from the L4, in comparison to the L5 DRG. This suggests that the presence of injured neurons within the same DRG may trigger the sensitisation of uninjured neurons.
Besides primary sensory neurons, resident macrophages and satellite glial cells (SGCs) are present within the DRG. We demonstrate that macrophages from SNI mice are capable of sensitising uninjured neurons from naïve mice. The neuro-immune crosstalk is bi-directional: macrophages activate and proliferate in the L3 and L4 DRG in the presence of injured neurons, and in turn they sensitise DRG neurons via the pro-inflammatory cytokine TNF. Soluble TNF activates uninjured DRG neurons and induced downstream activation of p38 which upregulates NaV1.7 and NaV1.8 currents and leads to hyperexcitability.
Interestingly, we found that DRG macrophages proliferate and adopt a unique activation profile characterised by the upregulation of CD38 and Tgm2, but a downregulation of CD74 and Agr1. Furthermore, DRG macrophages upregulate their potassium channel Kir2.1 currents, upon their activation in SNI. Silencing Kir2.1 currents in macrophages prevented them from sensitizing DRG neurons. Manipulating the electrophysiological state of macrophages may be an interesting tool to modify their state and functions.
We found that glial cells expressing GFAP, a commonly used SGCs activation marker, did not sensitise DRG neurons through released soluble signalling. In fact, we found that GFAP cells in hGFAP-CFP reporter mouse line labelled GFAP+ FABP7+ SGCs and GFAP+ FABP7- non- myelinating Schwann cells in the DRG. Further investigation of glial subpopulations within the DRG would lead to a better understanding of their potentially distinct roles in peripheral sensitisation in neuropathic pain conditions.
--
La douleur neuropathique est une conséquence d'une lésion ou d'une maladie du système somatosensoriel. Un modèle expérimental préclinique de la douleur neuropathique (spared nerve injury, SNI) consiste en une lésion de 2 des 3 branches périphériques du nerf sciatique, laissant la branche surale intacte. Anatomiquement, les neurones sensoriels primaires afférents des axones lésés et non-lésés se retrouvent mélangés dans les ganglions spinaux L3 et L4, tandis que le L5 contient principalement des neurones suraux non-lésés. Le SNI entraîne une hypersensibilité à la douleur lors d'une stimulation tactile ou thermique dans les territoires suraux de la patte arrière. De nombreuses recherches ont été menées sur l'excitabilité des neurones sensoriels primaires afférents après leur lésion. Nous nous intéressons ici à l'importance des neurones non-lésés qui assurent la transmission de l'hypersensibilité évoquée.
Nous avons réalisé la première étude électrophysiologique qui distingue les neurones lésés et non- lésés situés dans le même ganglion. Nous avons constaté que les neurones lésés ont leur forme de potentiel d’action qui est altérée, probablement en raison de la diminution des canaux sodiques et potassiques. Mais aussi, nous avons observé une hyperexcitabilité des neurones suraux non-lésés, qui émettent plus de potentiels d'action à une fréquence plus élevée quand ils sont stimulés par un courant. L'hyperexcitabilité était particulièrement importante dans les neurones suraux non-lésés du ganglion L4, par rapport au L5. Cela suggère que la présence de neurones lésés dans le même ganglion participe à la sensibilisation des neurones non-lésés.
Mélangé avec les neurones sensoriels primaires, il y a aussi des macrophages et des cellules gliales satellites (CGS) dans les ganglions spinaux. Nous démontrons que les macrophages après SNI sont capables de sensibiliser les neurones non-lésés. La communication entre neurones et macrophages est bidirectionnelle : les macrophages s'activent et prolifèrent dans les ganglions L3 et L4 en présence de neurones lésés, et à leur tour, sensibilisent les neurones par l'intermédiaire, par exemple, de la cytokine pro-inflammatoire TNF. Le TNF soluble active les neurones du ganglion sensorielle et induit une activation de p38 qui augmente les courants sodiques NaV1.7 et NaV1.8 et induit l'hyperexcitabilité.
Après SNI, les macrophages du ganglion sensoriel adoptent un profil d'activation unique, caractérisé par la régulation à la hausse de CD38 et Tgm2 et la baisse de CD74 et Agr1. De plus, les macrophages ont une hausse de leurs courants Kir2.1 lors de leur activation par SNI. L'inhibition des courants Kir2.1 dans les macrophages les empêche de sensibiliser les neurones. La manipulation de l'état électrophysiologique des macrophages peut être un outil intéressant pour modifier leur état et fonction.
Nous avons constaté que les cellules gliales exprimant la GFAP, un marqueur d'activation des CGS couramment utilisé, ne sensibilisaient pas les neurones du ganglion avec une signalisation soluble. En fait, nous avons constaté que les cellules GFAP de la lignée de souris transgénique hGFAP-CFP marquaient les CGS expriment GFAP+ FABP7+ et les cellules de Schwann non-myélinisantes expriment GFAP+ FABP7- dans le ganglion sensoriel. Une étude plus approfondie des sous- populations gliales dans le ganglion sensoriel permettrait de mieux comprendre leurs rôles distincts dans la sensibilisation lors de douleur neuropathique.
--
La douleur neuropathique est la conséquence d'une lésion ou d'une maladie du système nerveux somato-sensoriel. Nous utilisons un modèle expérimental préclinique de douleur neuropathique, qui consiste à couper 2 des 3 branches périphériques du nerf sciatique. Cela entraîne une sensibilité accrue à la douleur dans la zone innervée par le nerf intact non-lésés. De nombreuses recherches ont été menées sur la pathologie des nerfs lésés. Nous nous intéressons aux changements qui se produisent dans le nerf intact, car c'est la branche restante qui transmet l'hypersensibilité à la douleur en réponse à une stimulation tactile ou thermique de la peau.
Nous avons étudié l'activité électrique des neurones lésés et non-lésés du nerf sciatique. Les nerfs lésés ont développé une activité anormale. Mais aussi, nous avons constaté que les neurones non- lésés ont une activité accrue. Nous supposons que les neurones non-lésés du nerf sciatique deviennent plus sensibles en raison de leur proximité avec les neurones blessés.
Les neurones lésés et non-lésés sont regroupés dans le ganglions spinal, proche de la colonne vertébrale, qui contient aussi des cellules immunitaires comme les macrophages, et des cellules dites gliales. Nous avons démontré que les macrophages avec une douleur neuropathique s’activent en présence de neurones lésés, et à leur tour, peuvent sensibiliser les neurones du nerf sciatique sans lésion. Les macrophages activés envoient un signal pro-inflammatoire qui enclenche une augmentation de canaux sodiques. Ces canaux dans les neurones sont essentiels pour générer des potentiels d’actions qui transmettent l’information et contribuent à la douleur perçue. De cette manière, une augmentation de ces canaux sodique engendre l’activité électrique accrue des neurones non- lésés.
Lors de leur activation, les macrophages augmentent un de leur canaux potassique appelé Kir2.1. En bloquant ce canal potassique dans les macrophages, ils ne sont plus capables de sensibiliser les neurones nociceptifs. Ce pourrait être un outil intéressant qui permettrait de réguler la fonction des macrophages.
Nous avons aussi étudié des sous-populations de cellules gliales du ganglion spinaux qui expriment la protéine GFAP. C’est un marqueur couramment utilisé pour identifier l’activation des cellules gliale satellite qui encercle le corps des neurones sensoriels dans le ganglion spinal. Cependant, nous avons constaté que la GFAP est aussi exprimée dans beaucoup de cellules gliale, appelées cellules Schwann non-myélinisantes, qui entoure les axones des neurones qui transmettent la douleur. Une étude plus approfondie des sous-populations gliales dans le ganglion sensoriel permettrait de mieux comprendre leurs rôles distincts dans la douleur neuropathique, et de proposer de nouvelles cibles pour le traitement de la douleur neuropathique.