In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob der nichtkompetitive NMDA-Rezeptorantagonist Memantine die Wahrnehmung noxischer und nichtnoxischer Temperaturreize beim Menschen signifikant beeinflusst. Dazu wurden bei 40 Probanden, doppelblind und placebokontrolliert die Wahrnehmungsschwellen für Warm-, Kalt- und Hitzeschmerzreize bestimmt. Anschließend wurde ein noxischer Hitzereiz appliziert; die Schmerzintensität wurde aufgezeichnet. Danach wurden Veränderungen der Wahrnehmungsschwellen innerhalb und außerhalb des Reizareals registriert. Die Ausdehnung von Allodynie, sekundärer Hyperalgesie und Flarereaktion wurde vermessen. Bei der Memantinegruppe zeigte sich vor der Applikation noxischer Hitze eine signifikante Reduktion der Sensibilität für Kaltreize. Durch die Verabreichung des Hitzeschmerzreizes von 47°C wurden die Probanden beider Gruppen weniger sensibel gegenüber Warm- und Kaltreizen innerhalb der Hitzereizapplikationsstelle. Die Ausdehnung der Flarefläche und die Perfusion innerhalb des gereizten Areals waren bei Probanden durch die Memantinevorbehandlung deutlich reduziert. Aus diesen Ergebnissen lassen sich folgende Vermutungen ableiten: 1. Durch alleinige Blockade des NMDA-Rezeptors besteht bei chronischen Schmerzzuständen wenig Aussicht auf Schmerzlinderung. 2. Die Aktivierung des NMDA-Rezeptors ist für die Wahrnehmung von Kaltreizen von Bedeutung. 3. Ein Axonreflex löst die Flarereaktion nach Verabreichung eines noxischen Hitzereizes aus. Intensität und Ausdehnung der Flarereaktion werden durch NMDA-Rezeptoren moduliert. / The present study examined the influence of the non-competitive NMDA receptor antagonist Memantine on the perception of painful and non-painful thermal stimuli. Double-blind and placebo-controlled perception thresholds for warm, cold and heat stimuli were taped in 40 healthy human volunteers. Afterwards painful heat was applied; pain intensity was taped. Changes of perception thresholds within and beyond the irritated area were registered. The expansion of Allodynia, secondary Hyperalgesia and Flare response was measured. Memantine produced a significant reduction of cold sensitivity before application of painful heat. After delivery of painful heat both groups became less sensitive to warm and cold stimuli within the irritated area. The expansion of the Flare response and perfusion within the irritated area were clearly reduced by Memantine. The following conclusions can be derived from these results: 1. By sole blockade of the NMDA receptor there is only little chance of pain relief in chronic pain states. 2. Activation of the NMDA receptor influences the perception of cold. 3. An axon-reflex releases the Flare response after delivery of painful heat. Intensity and expansion of the Flare response are modulated by NMDA receptors.

Schmerzen sind ein Hauptsymptom der Entzündung. Während der Entzündungsreaktion führt die Freisetzung von Zytokinen und Chemokinen zur Einwanderung von Leukozyten in das entzündete Gewebe. Durch die Freisetzung weiterer proalgetischer Mediatoren tragen Leukozyten zur Sensitivierung des Nozizeptors bei und verursachen damit die Schmerzentstehung. In Verhaltensexperimenten verursacht intraplantare Injektion des Monozyten-rekrutierenden Chemokins CCL2 bei Wistar Ratten eine Hyperalgesie. Gleichzeitige Injektion von CCL2 mit dem Enzym Katalase oder dem Superoxiddismutasemimetikum TEMPOL verhindert die Entwicklung der CCL2-induzierten Hyperalgesie. Dark Agouti Ratten mit einer verringerten Aktivität der NADPH-Oxidase, aufgrund eines Polymorphimus im Gen ncf1, entwickeln keine CCL2-induzierte Hyperalgesie. In dieser Arbeit wurde die Bedeutung von Monozyten/Makropagen und reaktiven Sauerstoffradikalen für die Entstehung der CCL2-induzierten Hyperalgesie untersucht. In vitro wurde die Bildung von reaktiven Sauerstoffradikalen in humanen Monozyten und Peritonealmakrophagen aus Wistar und Dark Agouti Ratten nach Stimulation mit CCL2 untersucht. In vivo wurde die Bildung des Lipidperoxidationsproduktes 4-HNE im Pfotengewebe von Wistar und Dark Agouti Ratten nach CCL2 Injektion untersucht. / Pain is a cardinal symptom of inflammation. During inflammation liberation of cytokines and chemokines lead to immigration of leukocytes into the inflamed tissue. Via liberation of proalgetic mediators leukocytes sensitize the nociceptor and cause the development of pain. In behavioural tests intraplantar injection of CCL2, which mediates the recruitement of monocytes into the tissue, causes hyperalgesia in Wistar rats. Admission of enzyme catalase or superoxiddismutase mimetic TEMPOL together with CCL2 blocks the development of CCL2-induced hyperalgesia. Dark Agouti rats, having a reduced activity of the NADPH oxidase because of a polymorphism in ncf1, do not develop CCL2-induced hyperalgesia. This work investigated the influence of monocytes and reactive oxygen species on CCL2-induced hyperalgesia. The production of reactive oxygen species in human monocytes and peritoneal macrophages from Wistar and Dark Agouti rats was measured in vitro after CCL2 stimulation. The content of lipidperoxidation product 4-HNE was measured after CCL2 injection into paws of Wistar and Dark Agouti rats.

Das Empfinden von Schmerz ist für uns überlebenswichtig. Chronischer Schmerz hingegen hat seine physiologische Bedeutung verloren und wird als eigenes Krankheitsbild angesehen. Schmerzempfindung beginnt mit der Nozizeption. Die Zellkörper nozizeptiver Neurone befinden sich in den Spinalganglien (Hinterwurzelganglion, dorsal root ganglion DRG) und Trigeminalganglien (TG). In den DRG-Neuronen macht der Zwei-Poren-Kaliumkanal (K2P) TRESK die Hauptkomponente eines Kaliumstromes, des „standing outward currents“ IKSO, aus. Die physiologische Hauptaufgabe der TRESK-Kanäle liegt in der Regulation der zellulären Erregbarkeit nozizeptiver Neurone. Während einer Entzündungsreaktion werden Entzündungsmediatoren wie Histamin, Bradykinin, Serotonin und Lysophosphatidsäure (LPA) ausgeschüttet und können durch die Aktivierung ihrer G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR) oder direkte Interaktion mit Ionenkanälen die nozizeptive Erregung beeinflussen. Durch Anwendung von RT-PCR und eines neu entwickelten Antikörpers wurde die Ko-Expression von TRESK-Kanälen zusammen mit Kanälen der Transient-Receptor-Potential-Kationenkanalfamilie (TRP) und LPA-Rezeptoren in DRG-Neuronen nachgewiesen. Durch rekombinante Ko-Expression von TRESK-Kanälen und LPA2-Rezeptoren in Xenopus Oozyten konnte durch Zugabe von LPA eine fast 10-fache Aktivierung des basalen K+-Stromes erzielt werden. Die Auswertung der Dosis-Wirkungskurve ergab einen EC50-Wert von 0,2 µM LPA. Die LPA-induzierte TRESK-Stromaktivierung konnte durch die Verwendung des mutierten Kanals TRESK[PQAVAD] oder durch die Zugabe des Phospholipase C (PLC) Inhibitors U73122 verhindert werden. Dies zeigt die Beteiligung des PLC-Signalwegs und die Bindung von Calcineurin an den TRESK-Kanal bei der Stromaktivierung. TRESK ist das einzige Mitglied der K2P-Familie, das eine LPA-induzierte Aktivierung des Stromes zeigt. TREK- und TASK-1-Ströme werden durch LPA inhibiert. In DRG-Neuronen mit kleinem Durchmesser wird Nozizeption durch die Aktivierung von TRPV1-Kanälen durch Hitze oder Capsaicin, dem Inhaltsstoff des Chilis, und zusätzlich durch die Substanz LPA verursacht. Ein weiteres Mitglied der TRP-Familie, der TRPA1-Kanal, ist bei der verstärkten Nozizeption während einer Entzündung involviert. Werden TRESK- und TRP-Kanäle in Xenopus Oozyten ko-exprimiert, verursacht LPA gleichzeitig einen Kationeneinwärts- wie auch -auswärtsstrom. Unter diesen Bedingungen verschob sich das Umkehrpotenzial in einen Bereich zwischen den Umkehrpotenzialen von Oozyten, die nur den K+-Kanal exprimieren und von Oozyten, die nur den unspezifischen Kationenkanal exprimieren. Durch diese Experimente konnte gezeigt werden, dass die LPA-induzierte Ko-Aktivierung von TRP-Kanälen und TRESK zu einer Begrenzung des exzitatorischen Effekts führen kann. Die DRG-ähnlichen F11-Zellen exprimieren keine TRESK-Kanäle. Sie sind in der Lage durch Strompulse Aktionspotenziale zu generieren. Mit TRESK transfizierte F11-Zellen zeigten eine Verschiebung des Umkehrpotenzials in negative Richtung, einen größeren Auswärtsstrom und den Verlust von spannungsgesteuerten Natriumkanälen. Auch hohe Strompulse konnten keine Aktionspotenziale mehr auslösen. Bei Spannungs-Klemme-Messungen von primären DRG-Neuronen von TRESK[wt]-Mäusen erhöhte sich der IKSO nach Zugabe von LPA um über 20 %. Im Gegensatz dazu zeigten DRG-Neurone von TRESK[ko]-Mäusen unter diesen Bedingungen eine leichte Hemmung des IKSO von etwa 10 %. In Neuronen, die TRPV1 exprimieren, führte LPA nicht nur zum Anstieg des IKSO, sondern auch zur Aktivierung eines Einwärtsstromes (TRPV1). Im Vergleich dazu wurde in TRESK[ko]-Neuronen durch LPA nur der Einwärtsstrom aktiviert. In Strom-Klemme-Experimenten führte LPA-Applikation zur Entstehung von Aktionspotenzialen mit höherer Frequenz in Zellen von TRESK[ko]-Mäusen im Vergleich zu Zellen von TRESK[wt]-Mäusen. Zusätzlich wurde die Erregung, die durch Strompulse von 100 pA ausgelöst wurde, in den beiden Genotypen durch LPA unterschiedlich moduliert. Die Aktionspotenzialfrequenz in TRESK[wt]-Neuronen wurde gesenkt, in TRESK[ko]-Neuronen wurde sie erhöht. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Erregung nozizeptiver Neurone durch LPA aufgrund der Ko-Aktivierung der TRESK-Kanäle abgeschwächt werden kann. Die Erregbarkeit von sensorischen Neuronen wird strak durch die Aktivität und Expression der TRESK-Kanäle kontrolliert. Deswegen sind TRESK-Kanäle gute Kandidaten für die pharmakologische Behandlung von Schmerzkrankheiten. / Pain sensation is essential for survival. Chronic pain lost its physiological function and is categorized as a disease. Pain sensation is initiated by nociception. The cell bodies of nociceptive neurons are located in dorsal root ganglia (DRG) and trigeminal ganglia (TG). In DRG neurons TRESK two-pore-domain potassium channels (K2P) constitute the major current component of the standing outward current IKSO. A prominent physiological role of TRESK channels has been attributed to the regulation of pain sensation. During inflammation mediators of pain e.g. histamine, bradykinin, serotonin and lysophosphatidic acid (LPA) are released and modulate nociceptive signaling by activation of their G-protein coupled receptors (GPCR) or ionic channels. By means of RT-PCR and a newly developed antibody the co-expression of TRESK channels, channels of the transient-receptor-potential (TRP) cation channel family and LPA receptors in DRG neurons were demonstrated. Recombinant co-expression of TRESK channels and LPA2 receptors in Xenopus oocytes revealed an almost 10 fold activation of basal K+ currents upon LPA application with an EC50 of 0.2 µM LPA. Using mutant TRESK[PQAVAD] or application of the phospholipase C (PLC) inhibitor U73122 blocked current augmentation by LPA indicating cellular signaling via PLC pathway and calcineurin binding to TRESK channels. TRESK was the only member of the K2P family that showed a LPA induced activation of current. TREK- und TASK-1 currents were inhibited through LPA. In small diameter DRG neurons nociception results from TRPV1 channel activation by painful stimuli including the inflammatory substance LPA or activation of TRPA1 channels during inflammation. When TRESK and TRP channels are co-expressed in Xenopus oocytes cationic inward and outward currents were simultaneously activated by LPA. Under these conditions the reversal potential of ramp recordings was intermediate to recordings from oocytes expressing only the K+ or the unspecific cation channel. Principally this finding demonstrates that TRESK activation by an inflammatory substance dampens noxious excitation induced by the same agent. DRG-like F11 cells lacking endogenous TRESK channels generate action potential upon current stimulation. However when TRESK channels were recombinantly expressed in F11 cells, they exhibit a shift of the reversal potential to more negative values, a larger outward current and a loss of voltage-gated sodium currents. Accordingly, depolarizing pulses failed to elicit action potentials. In patch-clamp recordings from primary cultured DRG neurons of TRESK[wt] mice IKSO currents increased after application of LPA by over 20 % whereas under these conditions IKSO currents of neurons from TRESK[ko] mice decreased moderately by about 10 %. In TRPV1 positive neurons LPA application induced in TRESK[wt] neurons not only an activation of the IKSO but also an increase of the inward (TRPV1) current. In contrast, in TRESK[ko] neurons LPA only activated an inward (TRPV1) current. Under current-clamp conditions LPA application elicited spike trains in DRG neurons, with higher frequency in cells of TRESK[ko] mice than in cells of TRESK[wt] animals. In addition, upon depolarizing pulses (100 pA) excitability was differentially modulated by LPA in these genotypes. Spike frequency was attenuated in TRESK[wt] neurons and augmented in TRESK[ko] neurons. Accordingly, excitation of nociceptive neurons by LPA is balanced by co-activation of TRESK channels. It is evident that the output of sensory neurons is strongly controlled by the activity and the expression of TRESK channels, which therefore are good candidates for the pharmacological treatment of pain disorders.

Chronic pain is a common problem in clinical practice, not well understood clinically, and frequently tough to satisfactorily diagnose. Because the pathophysiology is so complex, finding effective treatments for people with chronic pain has been overall less than successful and typically reduced to an unsatisfactory trial-and-error process, all of which translates into a significant burden to society. Knowledge of the mechanisms underlying the development of chronic pain, and moreover why some patients experience pain and others not, may aid in developing specific treatment regimens. Although nerve injuries are major contributors to pain chronification, they cannot explain the entire phenomenon. Considerable research has underscored the importance of the immune system for the development and maintenance of chronic pain, albeit the exact factors regulating inflammatory reactions remain unclear. Understanding the putative molecular and cellular regulator switches of inflammatory reactions will open novel opportunities for immune modulatory analgesics with putatively higher specificity and less adverse effects. It has become clear that small, non- coding RNA molecules known as microRNAs are in fact potent regulators of many thousands of genes and possibly cross-communicate between cellular pathways in multiple systems acting as so-called “master-switches”. Aberrant expression of miRNAs is now implicated in numerous disorders, including nerve injuries as well as in inflammatory processes. Moreover, compelling evidence supports the idea that miRNAs also regulate pain, and in analogy to the oncology field aid in the differential diagnosis of disease subtypes. In fact, first reports describing characteristic miRNA expression profiles in blood or cerebrospinal fluid of patients with distinct pain conditions are starting to emerge, however evidence linking specific miRNA expression profiles to specific pain disorders is still insufficient. The present thesis aimed at first, identifying specific miRNA signatures in two distinct chronic pain conditions, namely peripheral neuropathies of different etiologies and fibromyalgia syndrome. Second, it aimed at identifying miRNA profiles to better understand potential factors that differentiate painful from painless neuropathies and third, study the mechanistic role of miRNAs in the pathophysiology of pain, to pave the way for new druggable targets. Three studies were conducted in order to identify miRNA expression signatures that are characteristic for the given chronic pain disorder. The first study measured expression of miR-21, miR-146a and miR-155 in white blood cells, skin and nerve biopsies of patients with peripheral neuropathies. It shows that peripheral neuropathies of different etiologies are associated with increased peripheral miR-21 and miR-146a, but decreased miR-155 expression. More importantly, it was shown that painful neuropathies have increased sural nerve miR-21 and miR-155 expression, but reduced miR-146a and miR-155 expression in distal skin of painful neuropathies. These results point towards the potential use of miRNAs profiles to stratify painful neuropathies. The seconds study extends these findings and first analyzed the role of miR-132-3p in patients and subsequently in an animal model of neuropathic pain. Interestingly, miR-132-3p was upregulated in white blood cells and sural nerve biopsies of patients with painful neuropathies and in animals after spared nerve injury. Pharmacologically modulating the expression of miR-132-3p dose-dependently reversed pain behavior and pain aversion, indicating the pro-nociceptive effect of miR-132-3p in chronic pain. This study thus demonstrates the potential analgesic impact by modulating miRNA expression. Fibromyalgia is associated with chronic widespread pain and, at least in a subgroup, impairment in small nerve fiber morphology and function. Interestingly, the disease probably comprises subgroups with different underlying pathomechanisms. In accordance with this notion, the third study shows that fibromyalgia is associated with both aberrant white blood cell and cutaneous miRNA expression. Being the first of its kind, this study identified miR-let-7d and its downstream target IGF-1R as potential culprit for impaired small nerve fiber homeostasis in a subset of patients with decreased intra-epidermal nerve fiber density. The work presented in this thesis is a substantial contribution towards the goal of better characterizing chronic pain based on miRNA expression signatures and thus pave the way for new druggable targets. / Chronische Schmerzen sind in der klinischen Praxis ein häufiges Problem, die Ätiologie und Pathogenese jedoch oftmals unklar. Aufgrund der Komplexität des pathophysiologischen Ursprunges chronischer Schmerzen, ist bei einem Teil der Patienten Schmerzfreiheit oder Schmerzreduktion mit gängigen Analgetika nur insuffizient zu erreichen. Dies führt zu einer enormen sozio-ökonomischen Belastung für die Gesellschaft. Daher können Kenntnisse über die Mechanismen, die der Entwicklung von chronischen Schmerzen zugrunde liegen, und darüber hinaus, warum einige Patienten Schmerzen entwickeln und andere nicht, bei der Entwicklung spezifischer und individueller Behandlungsschemata helfen. Eine Vielzahl an Studien belegen die Bedeutung des Immunsystems für die Entwicklung und Aufrechterhaltung chronischer Schmerzen, wenngleich die genauen Faktoren, die entzündliche Reaktionen regulieren, noch unklar bleiben. Rezente Entdeckungen der hochkonservierten, nicht-kodierenden RNA-Moleküle, sogenannten microRNAs, lassen in der Tat darauf schließen, dass diese eine wichtige Rolle im Netzwerk der Genregulation spielen. microRNAs regulieren die hochspezifische „cross-communication“ mehrerer simultaner Signaltransduktionsvorgänge zellulärer Prozesse, und werden daher auch "master-switches" genannt. Interessanterweise, wurden aberrante Expressionen spezifischer miRNAs in zahlreichen Krankheiten, einschließlich Nervenverletzungen, sowie in entzündlichen Prozessen nachgewiesen. Darüber hinaus belegen stichhaltige Beweise nicht nur die Idee, dass miRNAs auch bei der Regulierung von Schmerzen eine wichtige Rolle spielen, sondern auch hilfreich bei der Differentialdiagnose von Krankheits- Subtypen sein können. Dies wurde bei rezenten onkologischen Studien deutlich. Tatsächlich weisen erste Berichte auf ein charakteristisches miRNA- Expressionsprofil in Blut oder Zerebrospinalflüssigkeit von Patienten mit verschiedenen Schmerztypen hin. Jedoch ist die Assoziation spezifischer miRNA-Expressionsprofile mit spezifischen Schmerzstörungen noch unzureichend. Die Zielvorgabe der vorliegenden Arbeit war daher zunächst, spezifische miRNA-Signaturen in zwei verschiedenen chronischen Schmerzzuständen zu identifizieren, nämlich peripheren Neuropathien verschiedener Ätiologien und dem Fibromyalgie-Syndrom. Zweitens wurden die erarbeiteten Ergebnisse dazu verwendet, bestimmte miRNA-Profile zu identifizieren, die schmerzhafte von schmerzlosen Neuropathien unterscheiden lassen und einen Hinweis auf die Pathologie der kleinkalibrigen Fasern bei der Fibromyalgie geben. Darüber hinaus wurde die mechanistische Rolle von miRNAs in der Pathophysiologie von Schmerzen Tierexperimentell untersucht, um künftig neuartige Therapien entwickeln zu können. Die erste Studie untersuchte die Expression von miR-21, miR-146a und miR-155 in weißen Blutkörperchen, Haut- und Nervenbiopsien bei Patienten mit peripheren Neuropathien. Sie zeigt, dass periphere Neuropathien verschiedener Ätiologien mit erhöhten peripheren miR-21 und miR-146a und verminderter miR- 155 Expression assoziiert sind. Wichtiger jedoch, dass Patienten mit schmerzhaften Neuropathien erhöhte miR-21 und miR-155-Expression im Suralis und verminderte miR-146a- und miR-155-Expression in distalen im Vergleich zu proximalen Hautbiopsien aufweisen. Diese Ergebnisse weisen auf die potenzielle Verwendung von miRNA-Profilen zur Stratifizierung schmerzhafter Neuropathien hin. Die zweite Studie baut dieses Ergebnis aus und untersuchte zunächst die Rolle von miR-132-3p im humanen und anschließend bei tierexperimentellen neuropathischen Schmerzen. Interessanterweise war miR-132-3p sowohl in weißen Blutkörperchen und Suralis-Nervenbiopsien von Patienten mit schmerzhaften Neuropathien als auch bei Tieren nach Läsion eines peripheren Nervens hochreguliert. Nach pharmakologischer Intervention gab es eine dosisabhängige Schmerzreduktion und Schmerzaversion, was somit auf den pro- nozizeptiven Effekt von miR-132-3p hinweist. Diese Studie zeigt somit die potenzielle analgetische Wirksamkeit microRNA-gerichteter pharmakologischer Interventionen. Das Fibromyalgie Syndrome ist eine chronische Erkrankung, die von einem multilokulären Schmerzbild und Beeinträchtigungen in kleinen Nervenfasern dominiert wird. Es wird angenommen, dass die Erkrankung wahrscheinlich aus Subgruppen mit unterschiedlichen zugrunde liegenden Pathomechanismen besteht. Die hierzu durchgeführte Studie zeigt, dass Fibromyalgie-Patienten veränderte microRNA Expression sowohl in weißen Blutkörperchen als auch in der Haut aufweisen. Erstmals identifiziert diese Studie miR-let-7d und ihr „downstream-target“ IGF-1R als potentiellen Schädigungsmechanismus kleiner Nervenfaserfunktionen, in einer Subgruppe von Patienten mit verminderter intra-epidermalen Nervenfaserdichte. Die Ergebnisse, die in dieser Arbeit vorgestellt werden, liefern einen wesentlichen Beitrag, die Pathophysiologie chronischer Schmerzen, aufgrund von miRNA-Expressions-Signaturen zu charakterisieren.

Die Grundlage für diese Arbeit bildete ein Modell mit CFA-(komplettes Freundsches Adjuvant) induziertem Entzündungsschmerz in Ratten, bei denen eine zweimalige Behandlung mit Elektroakupunktur zu einer langanhaltenden Antinozizeption führte, welche abhängig von peripheren Opioiden war. In einem nächsten Schritt sollten nun die durch Akupunktur vermittelten Zytokin- und Chemokinveränderungen untersucht und deren Beitrag zu den antinozizeptiven und anttiinflammatorischen Mechanismen geklärt werden. Mittels ELISA und PCR wurden die Protein- und mRNA-Level der klassischen Zytokine und des Chemokins CXCL10 bestimmt. CXCL10, welches durch Elektroakupunktur sowohl auf Transkriptions- als auch auf Translationsebene hochreguliert wurde, ist notwendig für die Rekrutierung β-Endorphin haltiger Makrophagen in das entzündete Gewebe und für die antinozizeptive Wirkung der Akupunkturbehandlung. Ein antiinflammatorischer Effekt der Akupunkturbehandlung äußerte sich durch die Reduktion von TNF-α und IL-1β und ein erhöhtes IL-13. Das einzige hochregulierte proinflammatorische Zytokin war IFN-γ. Ein Teil der entzündungshemmenden Wirkung, die Reduktion der proinflammatorischen Zytokine TNF-α und IL-1β, wird durch Adenosin-2B-Rezeptoren vermittelt, welche bekannt sind für ihre Rolle in der „Deaktivierung“ IFN-γ-stimulierter Makrophagen. Diese Ergebnisse verweisen auf die bisher unbekannte Verbindung zwischen chemokinvermittelter peripherer, opioidabhängiger Antinozizeption durch Elektroakupunktur. Sie erweitern das Verständnis für das Zusammenspiel von Immunzellen, Adenosin und Akupunktur. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um neuroimmunologische Verbindungen zu klären und die Wirkungen durch die Nadelinsertion mit Effekten in der entfernten Rattenpfote besser zu verstehen. / This work is based on a rat model with complete Freund's adjuvant (CFA)-induced hind paw inflammation. Animals were treated twice with electroacupuncture eliciting long-term antinociception, which depended on peripheral opioids. In a next step we wanted to study acupuncture mediated changes in cytokine and chemokine profiles and their contribution to antinociceptive and anti-inflammatory mechanisms. For the measurement of protein and mRNA levels of classical cytokines and the chemokine CXCL10 ELISA and real-time PCR were used. CXCL10, which was upregulated on transcriptional and translational level, increased infiltrating β-endorphin containing macrophages within the inflamed tissue and was necessary for the antinociceptive effect of acupuncture treatment. Anti-inflammatory effects were seen in changed cytokine profiles with decreased TNF-α and IL-1β and increased IL-13. The only pro-inflammatory cytokine which was upregulated was IFN-γ. The anti-inflammatory effect caused by the changed cytokines may partly be mediated by Adenosine-2B Receptors, known for their deactivation of IFN-γ stimulated macrophages. In summary these results show a novel connection of chemokine-mediated, peripheral, opoid-dependent antinociception in electroacupuncture. They expand our understanding of the interaction of immune cells, adenosine and acupuncture. More research is needed to examine neuroimmunological mechanisms and the connection between needle insertion and detected effects in the rat paw.

Der M. Fabry ist eine X-chromosomal vererbte lysosomale Speicherkankheit, die zu einem Multiorganversagen führt. Ein frühes Symptom sind Schmerzen, die meist schon in der frühen Kindheit einsetzen. Das Besondere an diesen Schmerzen ist, dass sie sich sehr unterschiedlich u.a. bezüglich ihres Verlaufs, ihrer Dauer und ihrer Lokalisation präsentieren können. Diese Fabry-assoziierten Schmerzen sind meist brennend und akral betont, können aber auch andere Qualitäten aufweisen und sehr variable Körperpartien erfassen, was ihre diagnostische Einordnung erschwert. Bisher verfügbare validierte Schmerzfragebögen können das Spektrum der Fabry-assoziierten Schmerzen nicht erfassen. In dieser Arbeit wird der erste M. Fabry spezifische Schmerzfragebogen für Erwachsene in zwei Versionen präsentiert. Die erste Version ist eine Interview Version (iFPQ), bei der der Arzt in einem persönlichen Gespräch mit dem Patienten mit Hilfe des Fragbogens alle wesentlichen Aspekte der Fabry-assoziierten Schmerzen erfragen kann. Die zweite Version kann eigenständig vom Patienten ausgefüllt werden (saFPQ). Zur Etablierung der Fragebögen wurde in einer Pilotstudie zunächst mit 20 Patienten eine erste Version des iFPQ entwickelt. Nach Verbesserungen wurde die Interview Version mit Hilfe von 42 Studienteilnehmern validiert, die jeweils an einem Erst- und Zweitgespräch im Abstand von zwei Wochen teilnahmen. Hierbei wurde auch der NPSI als vergleichender Fragebogen ausgefüllt. Bei der ersten statistischen Analyse ergab sich eine gute Reliabilität mit ICC-Werten von 0,896 bis 0,999 aber eine unzureichende Validität zwischen iFPQ und NPSI mit K-Werten von 0,257 bis 0,566. Nach der ersten statistischen Analyse wurde der Fragebogen erneut überarbeitet und mit Hilfe von 20 Studienteilnehmern erneut validiert. Anschließend zeigte sich eine gute Validität mit K-Werten von 0,634 bis 1,0. Der saFPQ wurde im Anschluss an die finale iFPQ Version entwickelt. Bei 40 Patienten erfolgte ein Erstgespräch, bei dem die Patienten die valide Version des iFPQ ausfüllten. Im Abstand von zwei Wochen schickten die Patienten dann die selbständig ausgefüllte Version des saFPQ postalisch zurück. Die postalische Version erweitert die Flexibilität dieses Fragebogens. Sie ist für den klinischen Alltag sehr relevant. Die Resonanz der Patienten hinsichtlich beider Fragebögen war sehr positiv. Perspektivisch ist die Entwicklung einer englischen Version geplant. / Pain may be the earliest symptom in Fabry disease and presents with a distinct phenotype including triggerable pain attacks, evoked pain, pain crises, and chronic pain. Current pain questionnaires do not reflect the special phenotype of Fabry disease–associated pain, which hampers its systematic evaluation as the basis of correct diagnosis and effective treatment. A questionnaire specifically designed to assess Fabry disease–associated pain is thus urgently needed. At the Würzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), Germany, we developed and validated the first face-to-face Fabry Pain Questionnaire (FPQ) for adult patients. The initial version of the FPQ was tested in a pilot study with 20 consecutive Fabry disease patients. The performance of the revised FPQ was assessed in a first (n = 56) and second (n = 20) validation phase in consecutive Fabry disease patients. For this, patients were interviewed at baseline and 2 weeks later. We determined the test-retest reliability and validity of the FPQ in comparison to data obtained with the Neuropathic Pain Symptom Inventory. The FPQ contains 15 questions on the 4 pain phenotypes of Fabry disease (pain attacks, pain crises, evoked pain, chronic pain) in childhood and adulthood, on pain development during life with and without enzyme replacement therapy, and on everyday life impairment due to pain. a self-administered Version of the face-to-face Version was validated accordingly to the face-to-face version. To do this, consecutive Fabry patients with current or past pain history (n=56) were first interviewed face-to-face. Two weeks later patients` self-reported questionnaire results were collected by mail (n=55). Statistical analysis showed that the majority of questions were answered in high agreement in both sessions with a mean AC1-statistic of 0.857 for 55 nominal-scaled items and a mean ICC of 0.587 for 9 scores. This first disease-specific questionnaire is a valuable tool for baseline and follow-up assessment of pain in Fabry disease patients and may guide treatment in this distinct pain phenotype. The self-administered version allows a more flexible usage. In the future an english version is anticipated.

M. Fabry ist eine X-chromosomale, lysosomale Speicherkrankheit, die aufgrund einer Mutation im für das Enzym αGalaktosidase A (αGalA)-kodierenden Gen GLA, zu einer vollständig fehlenden oder verminderten Expression von αGalA führt. Aufgrund ubiquitärer Ablagerungen von Globotriaosylceramid 3 (Gb3) kommt es zu einer progressiven Multiorganerkrankung sowie der Entwicklung einer small-fiber Neuropathie (SFN). Der Pathomechanismus des Fabry-assoziierten Schmerzes blieb trotz Entwicklung eines αGalA-defizienten Mausmodells (Fabry-ko-Maus) durch Ohshima et al. bisher weitgehend ungeklärt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die systematische Charakterisierung des Fabry-ko-Mausmodells hinsichtlich Schmerz-assoziierten Verhaltens und Expression Schmerz-assoziierter Ionenkanäle in Spinalganglienneuronen. Hierzu wurden insgesamt 42 drei Monate und 41 12 Monate alte männliche und weibliche Fabry-ko-Mäuse und ihre gleichaltrigen Wurfgeschwister untersucht. Die Verhaltenstestungen beinhalteten einen von Frey-, einen Hargreaves- sowie einen „Cold“-Test zur Evaluation der mechanischen und thermischen Rückzugslatenz. Weiterhin erfolgten die Analyse der intraepidermalen Nervenfaserdichte (IENFD) in Fußsohlen der Mäuse sowie eine H.E.-Färbung von Spinalganglien zur Untersuchung morphologischer Veränderungen der Neurone. Zusätzlich folgten immunhistochemische und molekulargenetische Untersuchungen des Gb3-Rezeptors (CD77), des transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1)-Kanals, des spannungsgesteuerten Natrium-Kanals 1.8 (Nav1.8), des Calcitonin Gene related peptide (CGRP), des Neurofilaments 200 (NF200) sowie von Isolectin B4 (IB4) an kryokonservierten und kultivierten Spinalganglienneuronen. In Verhaltenstestungen konnten eine Überempfindlichkeit gegenüber mechanischen und Hitze-Stimuli sowie ein vermindertes Kälteempfinden festgestellt werden. Es zeigte sich eine reduzierte IENFD in Fußsohlen sowie eine Vergrößerung der neuronalen Fläche in Spinalganglien von Fabry-ko-Mäusen. Die immunhistochemischen Untersuchungen ergaben eine erhöhte CD77- und TRPV1-Immunreaktivität sowie eine erniedrigte NF200-Immunreaktivität in Fabry-ko-Mäusen; Untersuchungen hinsichtlich der Immunreaktivität von Nav1.8 ergaben keine Unterschiede. Molekulargenetisch konnte neben einer verminderten Nav1.8-Expression in jungen Fabry-ko-Mäusen keine Unterschiede festgestellt werden. Die Ergebnisse der Verhaltenstestungen sowie die verminderte IENFD bei Fabry-ko-Mäusen entsprechen klinischen Befunden bei Fabry-Patienten. Erstmals konnte in dieser Arbeit eine Vergrößerung der Neuronenfläche in Fabry-ko-Mäusen quantitativ nachgewiesen und eine vermehrte Immunreaktivität von TRPV1 und CD77 festgestellt werden. Bei fehlendem Nachweis eines geschlechtsspezifischen Unterschieds der Ergebnisse, konnte ein Einfluss des weiblichen Geschlechts auf den Phänotyp des M. Fabry ausgeschlossen werden.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die von Oshima et al. entwickelte Fabry-ko-Maus ein suffizientes Model zur Erforschung des M. Fabry darstellt. Weiterhin rücken sie TRPV1 und spannungsgesteuerte Natriumkanäle weiter in den Fokus der Untersuchung Fabry-assoziierten Schmerzes und können aufgrund der hohen Anzahl an Versuchstieren und dem Vergleich mit Wurfgeschwistern als Grundlage für weitere Studien dienen. / Morbus Fabry (M. Fabry) is an X-linked lysosomal storage disorder. Due to a mutation in the GLA-gene, which encodes for the enzyme alpha-galactosidase A (αGalA), a multisystemic accumulation of globotriaosylceramid 3 (Gb3) occurs. This leads to organ failure, but also to a small fiber neuropathy (SFN). Despite the development of a mouse model of Fabry disease (Fabry-ko-mouse) by Oshima et al., the pathomechanism of the Fabry-associated pain remains unclear. Aim of this study was the characterization of the Fabry-ko-mouse regarding pain-associated behavior and expression of pain-associated ion channels in dorsal root ganglia (DRG) neurons. A total number of 42 three-month- and 41 12-month-old male and female Fabry-ko-mice and their littermates were examined. To investigate pain-associated behavior, we examined the mechanical and thermal withdrawal latency by using the von Frey-Filament-, the Hargreaves- and the cold plantartest. Furthermore, we analyzed the intraepidermal nerve fiber density (IENFD) in footpads and investigated morphological changes of DRG neurons. In addition, immunohistochemical and molecular genetic studies of the recptor of Gb3 (CD77), transient receptor potential for vanilloid 1 (TRPV1) chanel, sodium channel 1.8 (Nav1.8), calcitonin gene related peptide (CGRP), neurofilament 200 (NF200) and isolectin B4 (IB4) on cryopreserved and cultured dorsal root ganglion neurons were done. In behavioral tests Fabry-ko-mice showed a mechanical and heat hypersensitivity as well as a cold hyposensitivity. Further, a reduced level of IENFD in footpads and an increased level of enlarged DRG neurons in Fabry-ko-mice were found. Immunohistochemical studies revealed an increased CD77- and TRPV1- as well as a decreased NF200-immune reactivity in DRG neurons; studies on Nav1.8 revealed no differences. Despite a reduced Nav1.8-expression, no differences in mRNA levels of CD77 and CGRP were found. The results of the behavioral tests as well as the decreased IENFD in Fabry-ko-mice correlate with clinical findings in Fabry-patients. For the first time an enlargement of DRG neurons could be quantified and an increased immune reactivity of TRPV1 and CD77 in DRG neurons could be determined in Fabry-ko-mice. In the absence of evidence of a gender difference in the results, an influence of the female sex on the phenotype of M. Fabry could not be proved. The results of the present study reveal the Fabry-ko-mouse of Oshima et al. as a sufficient model for further investigations of M. Fabry. Furthermore, they indicate a potential role of TRPV1 and sodium channels in the pathomechanism of Fabry-associated pain, here further studies are still needed. Due to the high number of animals and the comparison with littermates, this study could also serve as a basis for further studies of Fabry-associated pain.

Würzburg, Universiẗat, Diss., 2007. / Dateien im PDF-Format. - Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2006.

Zugl.: Bielefeld, Univ., Habil.-Schr., 2005

Zugl.: Giessen, Univ., Habil.-Schr., 2005