Sous-types de récepteurs opiacés et sigma dans le système nerveux : distribution dans le système nerveux centra,l rôle fonctionnel et transport axonal

This is a work of fundamental research in the field of neuropharmacology, especially neuroreceptors. Our interest for the pharmacotherapy of pain has lead us to the study of opiate receptors. Indeed, morphine and opiates keep a key role in medicine.
This work will be divided in two parts: the first one concerning opiate receptors, the second one concerning sigma receptors, which are, now, no more referred to as opiate receptors. In each part, personal experimental results will b presented after a review of the subject. The multiplicity of experimental methods was required by the multiple subtypes of opiate receptors and their various functions.
The regional distribution of receptor subtypes is important to precise, since abnormalities of neurotransmitters systems might be involved in some pathological conditions. We have characterized systems might be involved in some pathological conditions. We have characterized µ and κ opiate receptors in human brain, and studied their regional distribution, using binding methods. Bmax value for µ opiate receptors in human frontal cortex was about 40 fmol/mg of tissue, which was in the same range as previously reported. Bmax value for κ opiate receptors in human frontal cortex was lower than for µ opiate receptors: between 8 and 15 fmol/mg of tissue. Such a specific measure has not been previously reported. Regional distribution of ù opiate receptors was comparable when studied with [3H]lofentanil of with [3H]sufentanil as ligands, and showed an enrichment in the frontal and anterior temporal regions, with an anterior-posterior decreasing gradient. Very high levels of µ opiate receptors were also found in the thalamus. The regional distribution of κ opiate receptors was comparable when studied with [H3]brelazocine or with [3H]CI977. Though a more diffuse distribution in the cerebral cortex, there was also an anterior enrichment for κ opiate receptors. It is interesting to notice that the regions mainly involved in sensory (thalamus) and affective (frontal and anterior temporal cortex) process are the most enriched in opiate receptors. The regional experiments is compatible with the regional distribution of [11C]diprenorphine, suited in vivo, by the mean of emission positron tomography, and which also showed a frontal enrichment. The subcellular distribution of µ opiate receptors has been studied with [3H]lofentanil and shows an enrichment in the microsomal fraction.
Complex interactions between opiate and dopaminergic systems have been reported. In the striatum, κ agonists clearly modulate the release of dopamine, possibly by a presynaptic mechanism. The aim of our experiments was to precise the anatomical relations between κ opiate receptors and the dopaminergic neurons of the nigrostriatal pathways, in rat and in human. In the model of rats, lesionned with 6-hydrowydopamine, we could observe a decrease of about 40% if the amount of κ opiate receptors in the striatum, suggesting that some if these sites are located on nigrostriatal dopaminergic terminals. However, since this decrease was lee pronounced than that of dopamine uptake sites, it is likely that some κ opiate receptors might be located in other cell types.
We have measured κ opiate receptors in samples of human putamen and human frontal cortex of control subjects and from patients with supranuclar palsy and with Parkinson’s disease, which is a human model of nigrostriatal degeneration. Data of experiments performed in human brain are different from those obtained on animals. Indeed, there was no decrease of the among of κ opiate receptors in any region of patients, when compared to control subjects. Therefore, the hypothesis of a presynaptic localization of κ opiate receptors on nigrostrialal dopaminergic neurons was not confirmed in human brain. It should be remembered that in Parkinson’s disease, there is always a strong nigrostriatal dopaminergic degeneration, and all markers if dopaminergic neurons are always severely decreased: dopamine itself, tyrosine hydroxylase, dopamine uptake sites or neurotensin receptors. Therefore we conclude that, in human, κ opiate receptors are preferentially located on other neurons than nigrostriatal dopaminergic neurons. The modulations of dopamine release in the striatum might be differently modulated by opiate receptors in human and in rat. […]

Ce travail s’inscrit dans le domaine de la pharmacologie des neurorécepteurs opiacés et apparentés, tel le récepteur sigma. Depuis la démonstration formelle de leur existence en 1973, une classification en différentes types puis en sous-types a été progressivement élaborée, menant à une complexité de plus en plus grande.
Nous avons étudié la distribution régionale des sous-types µ et κ opiacés dans le cerveau humain, qui révèle une abondance toute particulière non seulement dans le thalamus, relais central principale des afférentes sensitives, mais également un enrichissement important des régions corticales frontale et temporale, qui pourrait suggérer un rôle du système opiacé dans certains processus affectifs, voire dans la régulation de l’humeur.
Les récepteurs morphiniques sont impliqués dans la modulation de la libération de nombreux neurotransmetteurs et les opioïdes sont considérés comme de puissants neuromodulateurs. Dans le striatum en particulier les agonistes κ opiacés modulent la libération de dopamine, et dès lors exercent un rôle dans le contrôle moteur. L’objectif du deuxième chapitre est de préciser, chez le rat et chez l’homme, les relations anatomiques entre les récepteurs opiacés de type κ et les neurones de la voie dopaminergique nigrostirée. Dans le modèle animal de lésion de la voie nigrostriée par injection locale de la neurotoxine 6-hydroxydopamine, nous avons pu montrer que certains sites κ opiacés sont localisés directement sur les fibres dopaminergiques de cette voie. Dans la maladie de Parkinson, caractérisée par la dégénérescence de cette même voie nigrostirée, nous n’avons pas pu reproduire ce résultat, ce qui implique probablement des relations plus complexes entre les deux systèmes. Il semble que d’une façon générale, mais dans le domaine des récepteurs opiacés tout particulièrement, les extrapolations de l’animal à l’homme doivent être extrêmement prudentes.
Les récepteurs opiacés sont impliqués dans la modulation de la transmission de l’information nociceptive, non seulement au niveau central et spinal, mais également au niveau périphérique. Des travaux récents, expérimentaux et cliniques, rapportent l’effet analgésique périphérique des agonistes opiacés, en particulier dans des conditions inflammatoires. Nous avons étudié, dans ces conditions, les phénomènes de régulation affectant les récepteurs opiacés présents dans le nerf périphérique du rat. Dans le modèle de douleur inflammatoire par injection intraplantaire d’adjuvant de Freund, nous avons observé une augmentation du transport axonal de récepteurs, μ et κ opiacés, et de substance P. L’injection locale, intraplantaire, d’interleukine-1β reproduit cette augmentation du transport axonal des récepteurs κ opiacés. L’effet à long terme que nous observons pourrait jouer un rôle dans les mécanismes de la douleur chronique et de l’hyperalgésie.
Les récepteurs opiacés sont définies sur la base de leur sensibilité à l’antagoniste naloxone. C’est la raison pour laquelle le site sigma, non reconnu par la naloxone, est actuellement exclu de la classification des récepteurs opiacés. Nous avons réalisé une caractérisation détaillée du site dans différents tissus : culture de cellules C6 de gliomes de rat, cerveau de rat et cortex cérébral humain. La propriété de certains ligands des récepteurs sigma à moduler les conductances au potassium, peut-être en agissant sur des canaux potassiques sensibles au voltage, a été rapportée antérieurement.
Ces différents travaux nous ont amenés à étudier l’effet de bloqueurs de canaux potassique, en particulier e la famille des antiarythmiques de classe III, sur la liaison de ligands sigma dans le système nerveux central. Les résultats suggèrent fortement que le site sigma dans le cortex cérébral de rat et le cortex cérébral humain partage certaines propriétés des canaux potassiques dépendants du voltage qui sont el cible des antiarythmiques de classe III. Dès lors, nous proposons que le site sigma dans le cortex cérébral pourrait être un canal potassique. En outre, la haute affinité de l’halopéridol pour le récepteur sigma a été rapportée à de multiples reprises. Ce site a même été dénommé « site δh » ou « halopéridol-sensible ». Ces travaux nous ont amenés à comparer l’affinité de nombreux neuroleptiques pour le site sigma. Nous avons également comparé ces affinités aux affinités respectives de ces médicaments pour les récepteurs dopaminergiques D2 d’une part et cholinergique muscariniques d’autre part. Plusieurs neuroleptiques, et certains de leurs métabolites, présentent une haute affinité pour les sites sigma dans le conex cérébral.
Il est peu probable que le site sigma soit le site d’action principal de l’effet antipsychotique. Par contre, de nombreuses données expérimentales suggèrent que le site sigma pourrait être impliqué dans la modulation de la motricité, au niveau centra ;. L’observation que des neuroleptiques typiques, qui induisent des altérations motrices marquées chez l’homme, comme chez l’animal, présentent également une haute affinité pour le site sigma est un argument supplémentaire en faveur de l’implication des sites sigma dans les effets secondaires moteurs de ces médicaments. En effet, en pratique clinique, les antipsychotiques, tel l’halopéridol, qui produisent le plus suivant des effets secondaires dystoniques sont également ceux qui présentent la plus haute affinité pour le site sigma alors que les neuroleptiques de type benzamide, qui provoque beaucoup moins souvent de dystonies aiguës, sont dépourvus d’affinité pour les sites sigma.
Ce travail consacré à l’étude des sous-classes de récepteurs opiacés et apparentés confirme leur implication dans des fonctions aussi différentes que la transmission de la douleur, l’inflammation et la contrôle moteur.