La douleur. Régulation de la nociception. Carine Bécamel

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1 La douleur Régulation de la nociception Carine Bécamel

2 Définition officielle (l Association Internationale de l Etude de la Douleur) «La douleur est l expression d une expérience sensorielle et émotionnelle désagréable, liée à une lésion tissulaire réelle ou potentielle qui provoque des réactions motrices et végétatives protectrices, conduisant à la modification du comportement de l individu.»

3 LES NOCICEPTEURS

4 Douleur et nociception PERCEPTION DE LA DOULEUR = NOCICEPTION La nociception est le processus sensoriel à l'origine du message nerveux qui provoque la douleur. La douleur nous apprend à éviter les situations dangereuse. C'est avant tout un signal d'alarme qui met en jeu des réflexes de protection nous permettant - de nous soustraire aux stimuli nocifs - de soulager les parties de notre corps soumises à de trop fortes tensions.

5 Les nocicepteurs Les terminaisons nerveuses à l origine des sensations de douleur sont les NOCICEPTEURS Ce sont des terminaisons libres (extrémités distales de l'axone), amyéliniques (Fibres C) ou faiblement myélinisées (Fibres Adelta), de neurones sensoriels primaires. Ils sont donc distincts des récepteurs de la sensibilité générale (récepteurs somesthésiques).

6 Les nocicepteurs Les nocicepteurs sont localisés dans les tissus cutanés, musculaires striés, musculaires lisses (viscères, vaisseaux), articulaires, osseux On distingue 3 types de NOCICEPTEURS: - Les nocicepteurs mécaniques - Les nocicepteurs mécano-thermiques - Les polymodaux

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8 1 - Les nocicepteurs mécaniques - Ils sont activés par des pressions mécaniques intenses sur la peau de type pincements, piqûres. - Les parties réceptrices sont les terminaisons libres d axones myélinisées appelées fibres A delta (Aδ). (1-5 µm de diamètre= gros diamètre, vitesse de conduction 4-30m/s)

9 2 - Les nocicepteurs mécano-thermiques - Ils sont activés par des températures extrêmes - Ce sont des parties libres d axones de type fibres Aδ

10 3 - Les polymodaux - Ces récepteurs répondent non seulement à des stimuli mécaniques intenses, thermiques ainsi qu à des stimuli chimiques de types algogènes (= substances libérées par les cellules lésées). - Ce sont des parties libres d axones amyéliniques très fines de types fibres C. ( µm de diamètre, vitesse de conduction 0.2 1m/s). Rq: vitesse de conduction d informations nociceptives < V info somesthésiques

11 Les substances algogènes Ces substances, sont retrouvées dans l'espace extracellulaire à la suite d'un dommage tissulaire. Elles sont responsables de la sensibilisation périphérique (hyperalgie) ex: coups de soleil

12 Les substances algogènes Elle proviennent de trois sources: - Elles s'écoulent des cellules endommagées par le stimulus: K +, H +, histamine (douloureuse à forte [C]), sérotonine, ATP - Elles sont synthétisées sur place par des enzymes provenant des substrats dus aux dommages, ou encore, arrivent dans cette zone à la suite de l'épanchement de plasma ou de migration des lymphocytes Bradykinine, prostaglandine E, leucotriènes Rq: L aspirine et des autres anti-inflammatoires non stéroïdiens inhibent la cyclo-oxygénase et, du même coup, la production des prostaglandines

13 Les substances algogènes - Elles sont sécrétées par l'activité du nocicepteur lui-même (fibres C, Aδ) substance P elle entraîne la libération d histamine. --> réponse inflammatoire et déclenche vasodilatation et oedème le glutamate

14 Ces nocicepteurs ont des caractéristiques communes: - un seuil élevé de déclenchement - une activité dont l intensité est proportionnelle à celle de la stimulation - une capacité de sensibilisation (une répétition de stimulations nociceptives crée une du seuil du nocicepteur et une de son activité)

15 1 ère douleur: sensation brève et localisée de type piqûre --> fibre Aδ = petits champs récepteur, conduction rapide --> réaction rapide à une stimulation d intensité dangereuse --> défense AP 2 nde douleur: sensation plus tardive et plus diffuse de type brûlure --> fibre C = champs récepteurs diffus, conduction lente

16 Fibres afférentes

17 TRAJET DES VOIES NOCICEPTIVES

18 Les fibres nociceptives rejoignent la moelle par les racines dorsales puis, par les voies ascendantes médullaires, le message douloureux est transmis aux centres supérieurs. 3 ième Neurone Neurone de projection Fibre afférente des nocicepteurs

19 1- Entrée dans la moelle La substance grise de la moelle est divisée en 10 couches = lames de Rexed Il existe plusieurs types de neurones dans la corne dorsale: - les neurones de projection qui relaient l information vers l encéphale -les interneurones inhibiteurs participent au contrôle du message nociceptif dans les couches I et II.

20 Neurotransmitteurs - Glutamate -> potentiel postsynaptique excitateur RAPIDE -> action localisée au niveau post-synaptique (recapture du Glu) - Substance P -> potentiel postsynaptique excitateur LENT -> prolonge l action du glutamate -> peut diffuser dans le tissus = action sur plusieurs synapses (pas de recapture)

21 Le cheminement de l'influx douloureux Emprunte trois neurones: Le protoneurone conduit l'influx des nocicepteurs jusqu'à la corne postérieure de la moelle. Il fait synapse sur un deutoneurone de la substance grise spinale. Le deutoneurone assure la transmission spino-thalamique (voies ascendantes). On distingue: les neurones nociceptifs dits SPÉCIFIQUES (couches I et II) Ils reçoivent exclusivement des fibres Aδ et C et ne déclenchent une activité qu à partir d un certain seuil de stimulation. Il existe également à ce niveau des phénomènes de convergences

23 Le cheminement de l'influx douloureux Emprunte trois neurones: (couche V). les neurones nociceptifs dits NON SPÉCIFIQUES - Ces neurones reçoivent des informations non nociceptives et nociceptives - A partir d un certain seuil d activité le message devient nociceptif - Des messages musculaires, viscéraux et cutanés se projettent sur des neurones non spécifiques communs --> sensation de douleurs projetées Le troisième neurone assure la transmission thalamocorticale.

25 Douleur projetée La convergence des inputs nociceptifs somatiques et viscéraux peut expliquer les douleurs projetées --> atteinte viscérale = douleur ressentie également au niveau d une zone corporelle différente. Ex: Infarctus du myocarde Douleur au niveau de la poitrine ainsi qu au niveau du bras gauche --> un neurone de projection unique reçoit des inputs de ces 2 régions Au niveau des centres: - pas de discrimination de la source douloureuse = douleur associée à une zone cutanée

26 2- De la moelle au thalamus Après les lames médullaires, le message nociceptif emprunte des voies ascendantes jusqu au thalamus. On distingue 2 voies principales: - voie de la composante sensorielle discriminative de la douleur (emplacement, intensité, nature de la douleur) = fx spino-thalamique - la voie de la composante émotionnelle, affective (caractère désagréable, déclenche la fuite, la défense) = voie spino-réticulaire

27 Cortex somesthésique Noyau ventro Postero-latéral Du Thalamus Fx spino thalamique Pont La voie spino-thalamique ou néospinothalamique Bulbe Moelle lombaire Système antérolatéral

28 Noyaux Intralaminaires du Thalamus Neurones projetant vers l amygdale et l hypothalamus Pont La voie spino-réticulaire ou paléo-spino-thalamique Formation réticulaire Bulbe Moelle lombaire Système antérolatéral

29 SYSTÈMES DE CONTRÔLE

30 Modulation Tout au long de son trajet nerveux, le message nociceptif fait l objet de modulations, soit facilitatrices, soit inhibitrices. mécanismes regroupant les modulations inhibitrices: - le contrôle médullaire = théorie du «gate control» - le contrôle inhibiteur diffus induit par la nociception - le contrôle exercé par les centres supérieurs du SNC

31 1- Théorie du gate-control Elaborée en 1965 par Wall et Melzach (fibres nociceptives) (fibres non nociceptives-gros calibre) Les neurones de la lame V et I (à l origine du faisceau spino-thalamique) reçoivent : - des inputs excitateurs des fibres nociceptives (Aδ et C) et non-nociceptives ( α,β) - des inputs inhibiteurs des interneurones de la lame II Les fibres Aβ, Aα activent les interneurones de la lame II --> inhibent les neurones convergents = «ferment la porte» Les fibres C inhibent les interneurones de la lame II --> activent les neurones convergents = «ouvrent la porte» MODULE L INTENSITE DE LA DOULEUR (composante sensori-discriminative)

32 Ex: quand reçoit un coups --> on a le réflexe de frotter la zone douloureuse

33 Chez un sujet sain: L effet de BALANCE entre influences excitatrices et inhibitrices évite la transmission d un message douloureux. La rupture de l équilibre peut-être obtenue : - soit par hyperactivation des fibres sensitives de petits calibres (= douleur par excès de nociception) - soit par défaut d inhibition périphérique ou centrale (= douleur neuropatique)

34 2- Contrôle inhibiteur diffus --> Démontré expérimentalement chez l animal Pont Voies descendantes = Un système inhibiteur DESCENDANT module la douleur --> un stimulus nociceptif active les voies ascendantes nociceptives entraînant en retour un message secondaire descendant en direction spinale, qui provoque une diminution de l activité des neurones nociceptifs de la moelle Bulbe Moelle lombaire --> Ce système met en jeu la substance grise périaquéducale, le noyau raphé magnus et les cornes postérieures de la moelle MODULE L INTENSITE DE LA DOULEUR (composante sensori-discriminative)

35 Les neurotransmitteurs - Les amines: sérotonine et norépinéphrine - Les opiacés endogènes: enképhaline, βendorphine et dynorphine

36 5-HT Enk. Subs. P Glu

37 3- Contrôle des centres supérieurs du SNC A partir du tronc cérébral et du thalamus, les afférences nociceptives établissent des liens, directs et indirects, vers le système limbique et le cortex frontal. Ces régions sont étroitement associées à la mémoire et aux émotions. Avec d'autres structures cérébrales, elles affectent la perception de la douleur MODULE SURTOUT L'ASPECT DÉSAGRÉABLE DE LA DOULEUR (composante motivo-affective).

38 Contrôle inhibiteur central Diffus Gate-control

39 LES DIFFERENTS TYPES DE DOULEUR

40 1- Douleur aigue: signal d alarme Elle est RECENTE, TRANSITOIRE et INTENSE Elle persiste en général jusqu à la fin de la cicatrisation Elle est provoquée par des agressions de types: brûlures piqûres pincements

41 2- Douleur chronique: maladie Une douleur devient chronique lorsqu elle dure plus de 6mois Retentissement sur le quotidien, l appétit, le sommeil On distingue plusieurs types de douleurs chroniques: Douleur par excès de nociception Douleur neuropathique

42 Douleur par excès de nociception = stimulation prolongée des nocicepteurs Elle est liée à une des messages nociceptifs générés par les nocicepteurs périphériques au sein du tissus lésés Le + souvent, associée à une réaction inflammatoire (douleur, rougeur, chaleur, oedeme) Si contrôle insuffisant, peut entraîner une sensibilisation des nocicepteurs périphériques puis des modifications centrales se caractérisant par une hyperexcitabilité des neurones (sensibilisation centrale)

43 Sensibilisation centrale par LTP LTP La Substance P active les R Neurokinine1 Le BDNF active les R tyrosine kinase Le Glutamate activent AMPA-R, NMDA-R et mglur

44 Douleurs neuropathiques = elles ne résultent pas de lésions tissulaires Elle sont dues à une interruption des voies nociceptives entraînant une perturbation du système de transmission (lésion soit d un nerf périphérique soit d une zone du SNC) Ce sont des douleurs spontanées ou provoquées de types brûlures, torsions ou décharges électriques

45 Douleurs neuropathiques Douleurs dans une région insensible (anesthésie douloureuse) ou douleur dans un membre fantôme après désafférentation (douleur post-amputation) Dues à des lésions des fibres de gros diamètres Aα,β du SNP --> perte des afférences somesthésiques et du contrôle médullaires des petites fibres (C) = perte de l inhibition, gate-control Présence de symptomes caractéristiques

46 Douleurs neuropathiques: les symptomes - Paresthésie = sensations anormales non douloureuses à type de fourmillements, picotements, engourdissements. - Dysesthésie = sensations anormales non douloureuses ayant une tonalité très désagréable. - Allodynie = douleur causée par une stimulation normalement non douloureuse. - Hyperalgésie = réponse exagérée à une stimulation qui est normalement douloureuse. - Hyperpathie = syndrome douloureux caractérisé par une réponse exagérée à un stimulus répété et dont le seuil est

47 U766 Protéines à domaines PDZ et résistance des douleurs neuropathiques aux antidépresseurs SSRI (inhibiteurs de recapture)

48 Causes et prévalence Secondaires à une lésion nerveuse périphérique ou centrale -métabolique (diabète, hypothyroïdie, insuffisance rénale) -toxique (alcool, chimiothérapie anticancéreuse, toxiques industriels) -infectieuse (Zona, VIH) -traumatique (post-chirurgical, accidentel) -compressive (cancer, sciatique) -carentielle (Béribéri, Pellagre) -ischémique (accident vasculaire cérébral, hémorragie). Affectent 5-7 % de la population française la plus forte prévalence étant trouvée chez des patients d âge moyen (50-64 ans) exerçant une profession manuelle et vivant en zone rurale

49 Comorbidité / Mécanismes Comorbidité importante - troubles du sommeil - dépression - anxiété un impact important sur la qualité de vie et un coût important pour les services de santé et la sécurité sociale. Mécanismes périphériques et centraux - décharges ectopiques spontanées au niveau des lésions et des FAPs - sensibilisation des nocicepteurs - remaniements histologiques (connexions anormales) - hyperexcitabilité neuronale - dysfonctionnement des systèmes de modulation spinaux ou supraspinaux de la transmission nociceptive (GABA, opioïdes, NA, 5- HT )

50 Contrôle de sérotoninergique de transmission nociceptive au niveau spinal

51 Les traitements existants Prise en charge thérapeutique difficile Repose essentiellement sur l utilisation des anticonvulsivants et des antidépresseurs Traitements de référence: imipraminiques (amitriptyline) = inhibiteur de la recapture noradr et 5HT Niveau d efficacité est médiocre : le NNT («Number Needed to Treat», i.e. le nombre de patients qu il est nécessaire de traiter pour pouvoir avoir un patient amélioré d au moins 50 %) étant de 2-3. Alternatives: - SNRI (venlafaxine et duloxétine) = inhibiteur de la recapture noradr et 5HT - SSRI, (fluoxétine, citalopram, fluvoxamine et sertraline), mieux tolérés mais efficacité plus faible (NNT comprise entre 4 et 7). Nouvelles approches thérapeutiques nécessaires

52 Familles des Récepteurs 5HT G- protein coupled receptors Ionic channel Adenylyl cyclase PLC ß 5-HT1A 5-HT1B 5-HT 5A 5-HT4 5-HT6 5-HT2A 5-HT2B 5-HT1D 5-HT1E 5-HT 5B 5-HT7 5-HT 2C 5-HT1F 5-HT3

53 Modèle d étude Rat Diabétique Induction métabolique par streptozotocyne Hyperalgésie mécanique implication? des récepteurs 5-HT 5-HT 2A/2C

54 Test de pression de la patte (Randall and Selitto, 1957)

55 Développement d une hyperalgésie mécanique chez le rat diabétique Vocalisation thresholds (g) // Before STZ Normal Diabetic Time (min)

56 Résistance à l effet analgésique de la 5-HT chez le rat diabétique hyperalgésique Normal rats Diabetic hyperalgesic rats NaCl 10 µl i.t. NaCl 10 µl i.t. 5-HT 0.1 µg i.t. 5-HT 1 µg i.t. 5-HT 1 µg i.t. 5-HT 10 µg i.t. AUC of vocalisation threshold variations (0-60 min, g.min) HT 10 µg i.t. * * AUC of vocalisation threshold variations (0-60 min, g.min) HT 100 µg i.t. * Chez le rat diabétique, seule la dose de 100µg est efficace - Moindre efficacité de la 5-HT dans la neuropathie diabétique par rapport au rat normal

57 Résistance à l effet analgésique de l α-me-5ht chez le rat diabétique hyperalgésique Normal rats Diabetic hyperalgesic rats NaCl 10 µl i.t. NaCl 10 µl i.t. AUC of vocalisation threshold variations (0-60 min, g.min) α-me-5-ht 10 µg i.t. α-me-5-ht 100 µg i.t. ** * AUC of vocalisation threshold variations (0-60 min, g.min) α-me-5-ht 10 µg i.t. α-me-5-ht 30 µg i.t. α-me-5-ht 100 µg i.t

58 Rôle du récepteur 5-HT 2A dans l effet analgésique de l α-me-5ht 4,000 *** AUC (g.min) 3,000 2,000 1,000 # NaCl + DMSO α-me-5-ht (100 µg i.t.) + DMSO α-me-5-ht (100 µg i.t.) + M ng i.t. NaCl + M ,000 ##

59 Diminution de l expression des récepteurs 5-HT 2A spinaux chez le rat diabétique hyperalgésique Normal Diabetic 5-HT 2A R β-actin 1 5-HT 2A R expression (O.D. arbitrary units) ## Normal Diabetic

60 Diminution de l expression des récepteurs 5-HT 2A spinaux chez le rat diabétique hyperalgésique 5-HT 2A receptor IHC (spinal cord dorsal horn) Normal rats Diabetic hyperalgesic rats

61 Implication des MAGUKs dans la résistance à la 5-HT des neuropathies diabétiques? Conclusion: une diminution de l expression des récepteurs 5-HT 2A spinaux, qui ne peut que partiellement rendre compte de la résistance aux agonistes 5-HT 2A dans la neuropathie d origine diabétique. TIPS, 25, 397, 2004 PDZ1 PDZ2 PDZ3 SH3 GK PSD-95

62 Interaction des RCPG avec des protéines intracellulaires NH 2 Src PDZ SH2 PPxY WW Compartimentalisation subcellulaire, désensibilisation, internalisation, activité intrinsèque, signalisation

63 Domaines PDZ PSD95-Dlg-ZO1 90 aa motif Protein- protein interactions G F L G V X S/T R GL GF loop Receptor targeting Cell signaling N Q H Carboxy-terminal extremity

64 Implication des protéines MAGUK associées au récepteur 5-HT 2A dans la résistance à la 5-HT dans la neuropathie diabétique? PDZ proteins are involved in chronic pain - AMPA receptor/pdz interactions mediate facilitation of spinal sensory synapses - PSD-93 deletion reduces NMDA receptor-dependent persistent pain - Lack of neuropathic sensitization in PSD-95 mutant mice Brain 5-HT 2A receptors interact with intracellular proteins including a majority of PDZ proteins 5-HT 2A receptor RSK2 Caveolin ARF CaM MUPP1 CIPP 10 S C V WW MAGI2 GK CaM nnos PSD-95 SH3 GK? L27 L27 MRE SH3 MPP3 GK SH3 HOOK GK SAP97

65 Identification des protéines à partir de leur empreinte peptidique massique --> une méthode pour l analyse de protéines isolées 1- Elctrophorèse 2D Charge 2- Digestion par la trypsine Mélange de peptides Masse Protéines isolées 3-MALDI-T OF Identification de la protéine 4- Interrogation des banques de données Cartographie des masses = empreinte peptidique

66 Identification des MAGUK partenaires des récepteurs 5-HT 2A dans la moelle épinière Spinal cord extracts from diabetic hyperalgesic rats: pull-downs 5-HT 2ASCV Ct 5-HT 2ASCA Ct SAP97 MAGI2 PSD-95 COPII Subunit PSD-95 MPP2 PSD-95 α 1 -syntrophine

67 5-HT 2A R -HN-YGRKKRRQRRRGVNEKVSCV-COOH TAT 5-HT 2A Cter Réseau protéique Test de pression de la patte chez le rat diabétique Moelle épinière Fluo-TAT-empty-2A Fluo-TAT-2A Effet anti hyperalgésique dû au peptide TAT

68 Peptide TAT + Antagoniste 5HT2A L antagoniste bloque l effet du peptide TAT

69 Potentialisation de l effet anti-hyperalgésique de la fluoxétine par le peptide mimétique NaCl Vocalisation thresholds (g) NaCl Fluo + NaCl TAT-5-HT 2ASCV or NaCl Fluo or HPMC Fluo + TAT-5-HT 2ASCV TAT-5-HT 2ASCV AUC (g.min) 11,000 9,000 7,000 5,000 3,000 TAT-5-HT 2ASCV Fluo + NaCl Fluo + TAT-5-HT 2ASCV ** ## # 200 1, // Before STZ Time (min) -1,000

70 Absence de réponses 5-HT fonctionnelles dans les neurones corticaux en culture Cultured cortical neurons (no pretreatment) 1,2 1 F340/F380 0,8 0,6 0,4 0,2 0 5-HT (10 µm) Time (sec)

71 Induction de réponses calciques fonctionnelles à la 5-HT dans les neurones traités au peptide mimétique du récepteur 5-HT 2A 1,2 1 TAT-2ACt (1 µm, 1 hr preincubation) F340/F380 0,8 0,6 0,4 5-HT (10 µm) 5-HT (10 µm) 0, Time (sec)

72 Le peptide mimétique modifié au niveau du résidu C-terminal n induit pas de réponses 5-HT fonctionnelles 1,2 TAT-2ASCACt (1 µm, 1 hr preincubation) 1 F340/F380 0,8 0,6 0,4 5-HT (10 µm) 5-HT (10 µm) 0, Time (sec)

73 Induction de réponses calciques fonctionnelles à la 5-HT dans les neurones traités au peptide mimétique du récepteur 5-HT 2A % of responding neurons ** 0 No peptide TAT TAT- 5-HT 2ASCA Ct TAT- 5-HT 2ASCV Ct L augmentation de la fonctionnalité du récepteur 5-HT 2A provoquée par la rupture des interactions avec ses partenaires PDZ pourrait contribuer à l induction de l effet anti-hyperalgésique du récepteur dans la neuropathie diabétique.

74 Conclusions g GFP-Hp1 PSD95 GFP-Scr1 PSD95 h GFP-Hp1 Fura GFP-Hp1 PSD95 GFP-Hp1 PSD95 GFP-Scr1 PSD95 GFP-Scr1 PSD95 F340/F380 1,2 1 0,8 0,6 0,4 5-HT M HT % of GFP-positive responding neurons ** 0, Scr1 Hp1 Time (sec)

75 Conclusions Résistance à l action anti-hyperalgésique des agonistes 5-HT 2A dans la neuropathie diabétique Diminution de l expression des récepteurs 5-HT 2A spinaux dans la neuropathie diabétique La rupture des interactions entre le récepteur 5-HT 2A et ses partenaires PDZ - augmente l efficacité de la transduction du signal - révèle un effet anti-hyperalgésique de la 5-HT médié par le récepteur 5-HT 2A dans la neuropathie diabétique - est nécessaire aux effets analgésiques des ISRS chez les animaux normaux et potentialise leur effet antihyperalgésique dans la neuropathie diabétique Rôle des interactions récepteur 5-HT 2A /protéines PDZ dans la résistance aux ISRS Nature de la (des) protéine(s) PDZ impliquées? PSD-95? Nouvelle cible thérapeutique?

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