Interaction between central noradrenergic system and serotoninergic 5-HT3 receptor mediated analgesia in rats

BACKGROUND The aim of the present study was to examine the impact of the central noradrenergic system on the serotoninergic 5-HT3 receptor mediated analgesia in rats. MATERIAL AND METHODS The noradrenergic system was lesioned in male rats shortly after birth by subcutaneous (sc) injections of the neurotoxin DSP-4 [(N-(-2-chloroethyl)- N-ethyl-2-bromobenzylamine (50 mg/kg x 2) given on postnatal days 1 and 3. Rats continued to be housed until they were 10 weeks old, for further experimentation. The anti-nociceptive effects of the central serotoninergic 5-HT3 receptor agonist (1-phenylbiguanide; 7.5 mg/kg), antagonist (ondansetron; 1.0 mg/kg) and both drugs administration (intraperitoneal; ip) were examined in models of exteroceptive sensation using thermal (tail immersion and hot plate tests) and mechanical stimuli (paw pressure test). Furthermore accumulation of 5-hydroxytryptamine (5-HTP) in some parts of the brain were determined using high pressure chromatography with electrochemical detection method (HPLC/ED). RESULTS AND CONCLUSION In the tail immersion test we did not observe differences between control and DSP-4 treated rats as far as the anti-nociceptive effect evoked by the central serotoniergic 5-HT3 receptor agonist (1-phenylbiguanide; 7.5 mg/ kg ip) is concerned. Conversely in the hot plate test 1-phenylbiguanide (7.5 mg/kg ip) produced significantly diminished analgesic reaction in DSP-4 lesioned rats in comparison to control (in all tested intervals (20, 40, 60 and 80 min; p <0.05); this effect was abolished by 5-HT3 receptor antagonist (ondansetron; 1.0 mg/kg ip) pretreatment. Similar effects were observed in paw pressure test; in this case significant changes were noticed in 20 and 40 min of testing (p <0.05). In biochemical assay we found that 1-phenylbiguanide significantly increased 5-HTP level in the prefrontal cortex of control rats being without effect in DSP-4 group in this regard. Ondansetron did not affect 5-HTP content when given alone but injected before 1-phenylbiguanide abolished its effect in control group. In the thalamus with hypothalamus (control) as well as in the brain stem (control and DSP-4) 1-phenylbiguanide only non-significantly elevated 5-HTP level. Ondansetron alone did not affect examined parameters but in the brain stem administered before 1-phenylbiguanide statistically lowered 5-HTP (in both tested groups) in comparison to respective controls (1-phenylbiguanide). The results of the present study indicate that the noradrenergic system participates in the analgesic properties of 5-HT3 acting drugs integrated in the higher brain structures (e.g. thalamus, cortex) being without effect on spinal analgesia. Additionally, obtained data pointed out on the possibility of nociception disturbances (mediated by 5-HT3 receptor) in patients with noradrenergic system dysfunction (e.g., depression and/or anxiety disorders).

WSTĘP Badanie miało na celu określenie roli ośrodkowego układu noradrenergicznego w antynocyceptywnych efektach pośredniczonych przez receptor serotoninergiczny 5-HT3 u szczurów. MATERIAŁ I METODY Noworodki szczurze szczepu Wistar 1. i 3. dnia życia otrzymały podskórnie (sc) iniekcję neurotoksyny DSP-4 [N-(2-chloroetylo)-N-etylo-2-bromo-benzylaminy] w dawce 50 mg/kg x 2 celem trwałego zniszczenia ośrodkowego układu noradrenergicznego. Zwierzęta kontrolne otrzymały 0,9% roztwór NaCl (1,0 ml/kg sc). Po osiągnięciu wieku 10 tygodni wykonano testy behawioralne oceniające czucie interoceptywne z użyciem bodźca termicznego (test imersji ogona, test gorącej płytki) oraz bodźca mechanicznego (test wycofania łapy) po dootrzewnowym (ip) podaniu agonisty ośrodkowego receptora serotoninergicznego 5-HT3 (1-fenylbiguanidu; 7,5 mg/kg), antagonisty receptora 5-HT3 (ondansetronu; 1,0 mg/kg) oraz łącznym podaniu obu związków. Ponadto, posługując się metodą chromatografi i cieczowej wysokociśnieniowej z detekcją elektrochemiczną (HPLC/ED), oznaczono zawartość 5-hydroksytryptofanu (5-HTP) w wybranych częściach mózgu badanych zwierząt. WYNIKI I WNIOSKI Nie stwierdzono różnicy w antynocyceptywnym działaniu agonisty receptora serotoninergicznego 5-HT3 1-fenylbiguanidu (7,5 mg/kg ip) w teście imersji ogona pomiędzy grupą kontrolną i DSP-4. Natomiast w teście gorącej płytki 1-fenylbiguanid (7,5 mg/kg ip) wykazywał znamiennie słabsze działanie analgetyczne u zwierząt z lezją układu noradrenergicznego wywołaną podaniem DSP-4 we wszystkich badanych przedziałach czasowych, tj. 20. 40. 60. i 80. minucie obserwacji (p <0,05); efekt ten był blokowany przez antagonistę receptora 5-HT3 ondansetron (1,0 mg/kg ip). Podobne wyniki uzyskano w teście wycofania łapy, w tym przypadku znamienność statystyczna wystąpiła w 20. oraz 40. minucie obserwacji (p <0,05). W badaniach biochemicznych stwierdzono, że 1-fenylbiguanid znamiennie zwiększa zawartość 5-HTP w korze móz gowej u zwierząt kontrolnych, pozostając bez wpływu u zwierząt z lezją DSP-4. Efekt ten był blokowany podaniem antagonisty ondansetronu. Podobną tendencję zaobserwowano we wzgórzu z podwzgórzem (uzyskane różnice nie były jednak statystycznie znamienne), natomiast w pniu mózgu stosowane ligandy receptora 5-HT3 nie wpływały na badany parametr. Na podstawie przeprowadzonych badań wyciągnięto wnioski, iż zniszczenie ośrodkowego układu noradrenergicznego osłabia antynocyceptywne efekty pośredniczone przez receptor serotoninergiczny 5-HT3 integrowane na poziomie wyższych struktur ośrodkowego układu nerwowego (kora mózgowa, wzgórze), natomiast pozostaje bez wpływu na procesy integrowane w rdzeniu kręgowym (brak zmian w teście imersji ogona). Wyniki badań wskazują pośrednio na możliwość wystąpienia zaburzeń transmisji bodźców bólowych pośredniczonych przez receptor 5-HT3 u chorych z dysfunkcją ośrodkowego układu noradrenergicznego (np. u chorych z zaburzeniami lękowymi lub depresją).