神経障害性疼痛における過敏性と関連した一次求心性侵害受容体におけるErbB1依存性シグナル伝達と小胞性トラフィッキング

ErbB1-dependent signalling and vesicular trafficking in primary afferent nociceptors associated with hypersensitivity in neuropathic pain.

• Rory Mitchell
• Marta Mikolajczak
• Christian Kersten
• Sue Fleetwood-Walker

抄録

神経障害性疼痛に対する効果的な鎮痛治療は依然としてアンメットニーズであり、上皮成長因子受容体阻害薬（EGFRI）が臨床現場で予想外の迅速な疼痛緩和をもたらすというこれまでのエビデンスは、新たな治療法の可能性を示唆している。本研究では、齧歯動物モデルを用いて、これらの知見の細胞および分子的基盤を明らかにした。臨床的な疼痛緩和は、低分子EGFRIだけでなく、セツキシマブやパニツムマブという抗EGFR抗体によってももたらされるため、一次感覚ニューロンに焦点を当てている。我々は、2つの神経障害性疼痛モデルにおいて、EGFR（ErbB1タンパク質）の発現が小侵害受容性求心性ニューロンに限定されていることを示す高度に選択的な抗体を用いた証拠と一致する、EGFRIの頑健で迅速かつ用量依存的な鎮痛効果を報告している。他のErbBファミリーメンバーはErbB1とヘテロ二量化する可能性があるため、その分布を調べたところ、侵害受容器の細胞体においてErbB1とErbB2が一貫して共発現しており、ErbB3やErbB4ではなく、ErbB2とErbB1が一貫して共発現していることが示された。選択的なErbB1阻害薬とErbB2阻害薬を併用投与することで、相乗的な鎮痛効果が得られることが明らかになりました。EGFの末梢（皮内）投与では、神経損傷後にのみ過敏症が誘発されたが、ErbB1またはErbB2の選択的阻害剤を局所的に併用することで、この過敏症は逆転した。神経障害性疼痛においてErbB1がどのように活性化されるかを調べたところ、神経炎症時に炎症性メディエーター、ケモカイン、サイトカインからのシグナルによって活性化されるSrcチロシンキナーゼの役割があることが明らかになった。神経障害性疼痛におけるErbB1活性化の下流への影響を考慮すると、PI 3-キナーゼとAktシグナル伝達のアダプターがErbB1に直接リクルートされ、Aktの活性化と選択的Akt阻害剤による強力な鎮痛効果が得られることが明らかになった。Aktの標的であり、小胞輸送の調節因子であるAS160は、神経障害性疼痛時にErbB1、ErbB2、Akt依存的に核内で強くリン酸化され、AS160のパートナーである小胞シャペロンであるLRP1のクラスター化と転座に対応していることがわかった。興奮性の亢進に寄与するニューロンのイオンチャネルがこの小胞輸送経路によって輸送されるかどうかを調べたところ、Na1.9、(Na1.8)およびCa1.2が細胞質膜に向かって、あるいは軸索近位部に移動していることが確認された。これらの知見は、神経障害性疼痛モデルにおいてErbB1がシグナル伝達ハブとして機能するメカニズムを説明するための上流および下流のシグナルを新たに明らかにし、興奮性亢進に寄与する可能性の高い神経細胞のサブセルへの主要なイオンチャネルの移動を明らかにしたものである。ErbB1とErbB2ブロッカーの併用治療という新しい概念は、神経障害性疼痛の緩和のための有望な戦略として機械論的に検証されている。

Effective analgesic treatment for neuropathic pain remains an unmet need, so previous evidence that epidermal growth factor receptor inhibitors (EGFRIs) provide unexpected rapid pain relief in a clinical setting points to a novel therapeutic opportunity. The present study utilises rodent models to address the cellular and molecular basis for the findings, focusing on primary sensory neurons because clinical pain relief is provided not only by small molecule EGFRIs, but also by the anti-EGFR antibodies cetuximab and panitumumab, which are unlikely to access the central nervous system in therapeutic concentrations. We report robust, rapid and dose-dependent analgesic effects of EGFRIs in two neuropathic pain models, matched by evidence with highly selective antibodies that expression of the EGFR (ErbB1 protein) is limited to small nociceptive afferent neurons. As other ErbB family members can heterodimerise with ErbB1, we investigated their distribution, showing consistent co-expression of ErbB2 but not ErbB3 or ErbB4, with ErbB1 in cell bodies of nociceptors, as well as providing evidence for direct molecular interaction of ErbB1 with ErbB2 in situ. Co-administration of selective ErbB1 and ErbB2 inhibitors produced clear evidence of greater-than-additive, synergistic analgesia; highlighting the prospect of a unique new combination therapy in which enhanced efficacy could be accompanied by minimisation of side-effects. Peripheral (intraplantar) administration of EGF elicited hypersensitivity only following nerve injury and this was reversed by local co-administration of selective inhibitors of either ErbB1 or ErbB2. Investigating how ErbB1 is activated in neuropathic pain, we found evidence for a role of Src tyrosine kinase, which can be activated by signals from inflammatory mediators, chemokines and cytokines during neuroinflammation. Considering downstream consequences of ErbB1 activation in neuropathic pain, we found direct recruitment to ErbB1 of an adapter for PI 3-kinase and Akt signalling together with clear Akt activation and robust analgesia from selective Akt inhibitors. The known Akt target and regulator of vesicular trafficking, AS160 was strongly phosphorylated at a perinuclear location during neuropathic pain in an ErbB1-, ErbB2- and Akt-dependent manner, corresponding to clustering and translocation of an AS160-partner, the vesicular chaperone, LRP1. Exploring whether neuronal ion channels that could contribute to hyperexcitability might be transported by this vesicular trafficking pathway we were able to identify Na1.9, (Na1.8) and Ca1.2 moving towards the plasma membrane or into proximal axonal locations - a process prevented by ErbB1 or Akt inhibitors. Overall these findings newly reveal both upstream and downstream signals to explain how ErbB1 can act as a signalling hub in neuropathic pain models and identify the trafficking of key ion channels to neuronal subcellular locations likely to contribute to hyperexcitability. The new concept of combined treatment with ErbB1 plus ErbB2 blockers is mechanistically validated as a promising strategy for the relief of neuropathic pain.

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