Open Access

Bona Linke

• Im Hinterhorn des Rückenmarks werden aus der Peripherie kommende nozizeptive Reize auf zentrale Neurone umgeschaltet. Sphingosin-1-Phosphat ist ein potentieller Modulator dieser spinalen nozizeptiven Transmission. Vorarbeiten zeigten, dass die intrathekale Applikation von S1P zu einer Verringerung des nozizeptiven Verhaltens führt. Aus diesem Grund sind sowohl Enzymsysteme, welche die spinale S1P-Konzentration regulieren, als auch spezifische S1P-Rezeptoren und deren Aktivatoren und Inhibitoren potentielle ‚Targets’ und ‚Tools’ für eine suffiziente Schmerztherapie. Zur Charakterisierung der dem antinozizeptiven Effekt von S1P zugrunde liegenden Mechanismen konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass die S1P-Rezeptoren S1P1 und S1P2 in den für die Schmerzverarbeitung wichtigen äußeren Laminae I-III des dorsalen Hinterhorns des Rückenmarks exprimiert werden. S1P verringert über Aktivierung Gi-Protein-gekoppelter Rezeptoren die Hemmung der cAMP-Synthese in exzitatorischen Rückenmarksneuronen dieser Laminae, was die antinozizeptive Wirkung von S1P erklären könnte. Zur Aufklärung der Regulation der S1P-Konzentration im Rückenmark nach peripherer nozizeptiver Stimulation sollte die Aktivität S1P metabolisierender Enzyme näher betrachtet werden. Es konnte nachgewiesen werden, dass es nach peripherer nozizeptiver Stimulierung in vitro und in vivo zu einer negativen Rückkopplung durch S1P kommt, basierend auf einer anfänglichen Aktivierung beider SPHKs. Das durch SPHK-1 gebildete S1P vermittelt extrazellulär über den S1P1-Rezeptor die Hemmung der SPHK-1, während es über den S1P2-Rezeptor die SPHK-2 hemmt und dadurch zu einer Absenkung der S1P-Konzentration führt. Das durch SPHK-2 gebildete S1P hingegen wird nicht sezerniert, bedingt demnach keine Hemmung der S1P-Synthese und übt keinen direkten Einfluss auf die akute spinale Schmerzverarbeitung aus. Bei dem antinozizeptiv wirkenden S1P handelt es sich um von SPHK-1 gebildetes und anschließend sezerniertes S1P. Auch in nicht-neuronalen Zellen konnte die negative Rückkopplung detektiert werden und stellt daher einen allgemeinen regulatorischen Mechanismus dar. Des Weiteren sollte die Untersuchung von neu synthetisierten S1P-Rezeptor-Agonisten und Antagonisten weitere Grundlagen für eine neuartige, pharmakologische Schmerztherapie liefern. Vorarbeiten zeigten, dass die intraperitoneale oder intrathekale Gabe des strukturellen S1P-Analogons FTY720 das Schmerzverhalten von Tieren reduziert. Die hemmende Wirkung des FTY720 auf die Eicosanoidsynthese durch direkte Hemmung der cPLA2 kann zur Vermittlung des antinozizeptiven Effekts von FTY720 beitragen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass FTY720-Analoga die PGE2-Synthese in vivo und in vitro hemmen können. Die strukturelle Vorraussetzung für die hemmende Wirkung dieser S1P-Rezeptor-Agonisten und -Antagonisten ist der Besitz eines basischen Zentrums und darüber hinaus die Freiheitsgrade der Substanzen eine Rolle für die Bindung an die cPLA2 spielen. Die Verwendung von FTY720-Analoga, welche keine Aktivierung der für Nebenwirkungen verantwortlichen S1P-Rezeptoren bedingen und dennoch eine Reduktion der Prostaglandin- und cAMP-Synthese vermitteln, wären viel versprechende neue Substanzen zur Behandlung chronischer Schmerzen.
• Sphingosine-1-Phosphate (S1P) is a potent modulator of the pain perception in the spinal cord. Preliminary results showed that elevated spinal S1P concentrations reduced the nociceptive behaviour of mice. For that reason, the S1P metabolizing enzymes, S1P receptors as well as there activators and inhibitors are potential targets and tool for a sufficient treatment of chronic pain. In order to characterize the mechanism underlying the antinociceptive effect of S1P it could be shown that the S1P receptors S1P1 and S1P2 are strongly expressed in the outer laminae I-III of the spinal cord. This region is very important for pain processing because primary afferents as well as GABAergic neurons terminate in these laminae and dendrites of excitatory neurons of laminae III enter the superficial laminae. S1P decreased cAMP synthesis in excitatory dorsal horn neurons located in these laminae to cause its antinociceptive action. To elucidate the regulation of the spinal S1P concentration after peripheral nociceptive stimulation, the activity of the S1P metabolizing enzymes have been considered. Using spinal cord sections from wild type as well as SPHK-1 and -2 knockout mice, we showed that SPHK-1-derived S1P can inhibit both SPHK’s through a negative feedback loop. Pharmacological studies using S1P receptor agonists and antagonists as well as SPHK-knockout mice showed that S1P-receptor 1 (S1P1) and S1P2 mediate the feedback-inhibition of SPHK-1 and SPHK-2, respectively. Fittingly, peripheral inflammation induced an early intermittent SPHK-1-mediated increase of S1P concentrations in the dorsal horn of the spinal cord. S1P receptor-mediated S1P synthesis was also observed in non-neuronal cells suggesting that the feedback regulation presents a common regulatory mechanism. Furthermore the analysis of newly synthesized S1P receptor ligands should provide fundamentals for a novel strategy for the treatment of chronic pain. Preliminary data showed that the Sphingosine-1-Phosphate receptor prodrug agonist FTY720 (Fingolimod) decreases nociceptive behavior in inflammatory and neuropathic pain models. FTY720 is able to attenuate eicosanoid synthesis by directly inhibiting cPLA2 activity and, consequently, prostaglandin synthesis. This effect is involved in mediating the antionociceptive activity of FTY720. In the context of this work it could be shown that FTY720 derivates, acting as S1P receptor agonists or antagonists, can inhibit PGE2 synthesis in blood plasm both in vitro and in vivo. FTY720 increases the risk for infections due to its immunosuppressive actions. The application of FTY720-analoga, that do not induce lymphopenia through S1P1 but still have an analgesic potential by reducing prostanoid level and intracellular cAMP synthesis, could be a novel approach to new therapeutic drugs to treat pain.