TRPV1 수용체 길항제의 진통 소염 효과와 효현제의 항소양 효과

Abstract

Capsaicin and its analogues manifest their well known burning sensation via activation of the transient receptor potential vanilloid subtype 1 (TRPV1) receptor. TRPV1 receptor is predominantly expressed in sensory neurons that play a key role in the detection of noxious stimuli, such as heat (>43℃), acid, capsaicin and endogenous agonists, such as the cannabinoid anandamide, and arachidonic acid metabolites from the lipoxygenase pathway, which could be released or up-regulated as a result of tissue damage or disease. Research about TRPV1 receptor has expanded rapidly in the past few years to offer new treatment for a wide range of debilitating conditions, such as pain, cough and overactive bladder. In the present study, the therapeutic effects of novel TRPV1 receptor antagonists (PAC-20030 and PAC-14028) and extracts of A. katsumadai which has TRPV1 receptor agonist properties were evaluated in an attempt to explore their therapeutic utility in treating pain, ulcerative colitis (UC), and pruritus.

1. Anti-nociceptive effect of novel TRPV1 receptor antagonists The present study was conducted to determine the antinociceptive effects of TRPV1 receptor antagonists in a pain animal model. TRPV1 receptor antagonists PAC-20030 and PAC-14028 inhibited capsaicin-evoked calcium uptake, substance P, and calcitonin gene related peptide (CGRP) release in vitro. Based on these data, PAC-20030 and PAC-14028 are selective and potent TRPV1 receptor antagonists. PAC-20030 inhibited PBQ-induced writhing, carrageenan-induced mechanical hyperalgesia and monosodium iodoacetate (MIA)-induced osteoarthritis pain. PAC-14028 can alleviate abdominal pain as evidenced by the attenuation of referred hyperalgesia responses in a dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis model. These results indicate that TRPV1 receptor antagonists can be novel therapeutics in treating inflammatory pain, osteoarthritis pain, and abdominal pain.

2. Anti-inflammatory effect of novel TRPV1 receptor antagonists TRPV1 receptor expression receptor increases in the colon of ulcerative colitis (UC), suggesting the role of TRPV1 receptor in UC. The TRPV1 receptor antagonist, PAC-14028 attenuated capsaicin-induced colon contractions, and enteritis in vivo. Another TRPV1 receptor antagonist, PAC-20030, inhibited TPA-induced mouse ear inflammation. Most importantly, PAC-14028 significantly attenuated DSS-induced colitis in a dose-dependent manner (3-30 mg/kg), as demonstrated by the alleviation of disease severity, macroscopic damage, and colon contractions. PAC-14028 also attenuated increases in MPO activity, IL-1b, substance P release, and NK-1R expression in the colon. These results indicate TRPV1 receptor antagonists can alleviate UC-associated inflammation through the inhibition of substance P release.

3. Anti-pruritic effect of Alpinia Katsumadai extracts through TRPV1 receptor Pruritus is a major symptom of atopic dermatitis (AD). To date, there have been no reports concerning A. katsumadai (Zingiberaceae) (AK) extracts for antipruritic activities in animal model. AK extract caused significant inhibition of C48/80-induced scratching behavior (P<0.05). Scratching of 0.05% capsaicin-treated group was also decreased. Scratching induced by U46619 (a thromboxane A2 (TXA2) receptor agonist) was dose dependently suppressed by the topical application of AK extract. The mechanism AK extract suppresses the C48/80- or U46619-induced scratch response, should be further studied. One possibility is that AK extract contains constituents that act as a TRPV1 receptor agonist. In capsaicin-sensitive dorsal root ganglion (DRG) neurons, AK extracts induced an inward current in a dose-dependent manner. These AK extract-induced currents were reversibly blocked by capsazepine (a TRPV1 receptor antagonist). However, AK extracts did not induce any currents in capsaicin-insensitive DRG neurons. These results suggest the AK extract-induced inward current was caused by the activation of TRPV1 receptor in DRG neuron. In conclusion, AK had a topical antipruritic effect in mice.

In summary, the results of this study indicate that novel TRPV1 receptor antagonists (PAC-20030 and PAC-14028) have therapeutic effects on pain and ulcerative colitis and that AK extracts (a TRPV1 agonist) has anti-pruritic effects which is induced by activation of TRPV1 receptor. These findings are believed to be useful in the development of new therapeutics acting on the TRPV1 receptor.

캡사이신과 유사물질들은 TRPV1 (transient receptor potential vanilloid subtype 1) 수용체의 활성을 통해 통증을 유발한다. TRPV1 수용체는 주로 감각신경세포에서 발현되어 열 (>43℃), 낮은 pH 그리고 캡사이신 등의 통증 유발자극에 반응하여 통증신호에 중요한 역할을 한다. 최근 TRPV1이 통증, 호흡기질환 그리고 과민성 방광 등의 다양한 질환에 새로운 치료타겟이 될 수 있음이 알려졌다. 본 연구에서는 TRPV1 수용체 길항제 PAC-20030와 PAC-14028의 염증성 통증과 궤양성 대장염에 대한 치료효능을 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 아울러 초두구 (Alpinia Katsumadai) 추출물의 항소양 효과와 그 기전을 규명하고자 하였다.

1. 새로운 TRPV1 수용체 길항제들의 진통 효과 TRPV1 수용체는 염증과 통증신호에 관여하는 일차 구심신경에 주로 분포한다. 본 실험은 새로운 TRPV1 수용체 길항제인 PAC-20030와 PAC-14028의 진통효능을 동물모델을 통해 평가하고자 하였다. PAC-20030은 세포내로의 랫드 뒤뿌리 신경절 세포 (dorsal root ganglia neurons)또는 랫드 TRPV1수용체가 발현되는 CHO 세포에서 세포 내 칼슘이동을 강력하게 억제하였고, substance P 또는 칼시토닌 유전자 관련 펩티드 (CGRP)분비 증가를 억제하여 TRPV1 수용체 길항제임을 보였다. PAC-20030은 PBQ유발성 통증, carrageenan 유발성 통증 그리고 MIA유발성 골관절염성 통증에 진통효능을 보였다. PAC-14028은 또한 DSS유발성 전이통 (referred hyperalgesia)을 억제함으로써 대장염과 관련된 복통을 완화시킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 실험의 결과는 TRPV1 수용체 길항제가 염증성 통증, 골관절염성 통증 그리고 대장염과 관련된 복통에 치료효과가 있을 수 있음을 보여주고 있다.

2. 새로운 TRPV1 수용체 길항제들의 항염 효과 염증성 대장질환 환자에서 TRPV1 수용체의 발현이 증가함으로써 대장염에서 TRPV1 수용체의 중요성을 인식하게 되었다. PAC-14028은 적출대장에서 캡사이신에 의한 수축과 장내 주입한 캡사이신에 의한 염증을 억제하였다. 그리고 PAC-20030은 TPA에 의한 귀부종에 대해 항염효능을 보였다. 더욱이 PAC-14028은 dextran sulfate sodium (DSS)에 의한 장염을 혈변정도, 설사정도, 장수축, 대장부위 육안소견 그리고 장무게 증가지표에서 억제하였고 MPO활성, IL-1 사이토카인 지표, substance P 분비 그리고 NK-1R 면역 반응성도 억제하였다. 본 실험의 결과는 TRPV1 길항제가 궤양성 대장염에 새로운 치료제가 될 수 있음을 보여주고 있다.

3. 초두구 (Alpinia Katsumadai, AK) 추출물의 TRPV1수용체를 통한 항소양 효과 소양증은 아토피성 피부염의 주증상이며 동물모델에서 초두구 추출물의 항소양 효능에 대해서는 보고된 바가 없다. 초두구 추출물과 캡사이신은 C48/80 유도성 가려움증을 억제하였다. 또한 U46619 (TXA2 수용체 효현제)에 의해 유발된 가려움도 초두구 추출물 국소적용에 의해 억제되었다. 초두구 추출물의 항소양 효능 기전으로 캡사이신과 유사하게 TRPV1 수용체 효현제로 작용하는 성분이 있는 것으로 나타났다. 초두구 추출물은 등쪽 뿌리 신경절 (dorsal root ganglion) 세포에서 농도의존적으로 내향성 전류 (inward current)를 유발하였으며, 캡사제핀 (capsazepine, TRPV1 길항제)에 의해 가역적으로 억제되었다. 그러나 초두구 추출물은 캡사이신에 민감하지 않은 신경세포에서는 내향성 전류를 유발하지 않았다. 위 결과는 초두구 추출물이 TRPV1 수용체 활성에 의해 내향성 전류가 유도된 것으로 추측된다. 이 실험의 결과는 초두구 추출물이 마우스에서 국소 항소양 효능을 가지고 있음을 보여주며, 이는 초두구 추출물 혹은 관련 물질이 소양증 치료에 사용될 수 있음을 제시하고 있다.

본 연구의 결과는 국내에서 새로 개발된 TRPV1 수용체 길항제인 PAC-20030과 PAC-14028이 통증과 궤양성 대장염에 대해 치료효능이 있음을 보여주며, 초두구 추출물이 TRPV1 수용체를 활성화하여 항소양 효과를 발휘함을 처음으로 규명하였다. 이 발견은 TRPV1 수용체에 작용하는 새로운 치료제를 개발하는데 유용한 자료로 활용될 것으로 여겨진다.