Effetti centrali e periferici di un antagonista del recettore del CGRP in modelli animali di emicrania

Migraine is a neurovascular disease characterized by altered body perceptions, photophobia, phonophobia, osmophobia, and vegetative symptoms. The activation of the trigeminovascular system is associated with the release of vasoactive neuropeptides such as CGRP, a potent algogenic mediator, which contributes to the development of peripheral and central sensitization. Over the past two decades, several studies have established that CGRP is definitely a key player in the pathogenesis of migraine, although the exact mechanism remains elusive. During a migraine attack, local peripheral release of CGRP from nerve endings of activated meningeal nociceptors causes vasodilation, protein extravasation, and neurogenic inflammation. However, the wide distribution of CGRP receptors through the brain suggests that this neuropeptide may present other targets. The aim of this study was to investigate the role of CGRP in different signaling pathways and in the trigeminal hyperalgesia, through the use of Olcegepant, an antagonist of its receptor, by evaluating the gene expression of the neuropeptide and of some other inflammatory mediators in both central and peripheral regions of the nervous system, in two different animal models of migraine. In detail, the first model was based on the administration of nitroglycerin (NTG) in the rat; NTG is an organic nitrate that releases nitric oxide and induces central sensitization through peripheral and central mechanisms. The second model is based on neurogenic inflammation after topic application of an inflammatory solution to rat’s dura mater. In the NTG model, the orofacial formalin test was performed on animals treated with Olcegepant or vehicle, 4 hours after NTG or vehicle administration. At the end of the test, animals were sacrificed and specific areas (meninges, trigeminal ganglia, cervical spinal cord and medulla) were analyzed for the assessment of CGRP and some cytokines gene expression in real-time PCR. The data show that the hyperalgesic state induced by NTG in phase II of the formalin test was significantly counteracted by the administration of Olcegepant. The anti-hyperalgesic effect of Olcegepant in this model was accompanied by a significant modulation of gene expression of most of the studied cytokines (IL-6, TNFα, IL-1β and IL-10) both centrally and peripherally when compared with the vehicle-treated group. Olcegepant also significantly reduced CGRP expression in the same areas. In the neurogenic model, 10 minutes after application of the inflammatory solution, animals were treated with the same antagonist or vehicle and sacrificed 2 hours later. Thereafter, gene expression of cytokines and CGRP was assessed in the same central and peripheral areas investigated in the first model. The data show that application of the inflammatory soup causes a statistically significant increase in gene expression of IL6, TNFα and IL1β compared with the control group in the trigeminal ganglion and brainstem. This increase was counteracted by Olcegepant in the same areas except for TNFα in the trigeminal ganglion. Such data show that Olcegepant can modulate the inflammatory activity in central sites, probably through mainly peripheric feedback mechanisms. However, since CGRP and its receptor are distributed centrally as well, direct actions at this level cannot be excluded.

L’emicrania è una malattia neurologica-vascolare caratterizzata da percezioni corporee alterate, fotofobia, fonofobia, osmofobia e sintomi neurodegenerativi. L'attivazione del sistema trigemino-vascolare è associata al rilascio di neuropeptidi vasoattivi come il CGRP, un potente mediatore algogenico, che contribuisce allo sviluppo della sensibilizzazione periferica e centrale. Negli ultimi due decenni, diversi studi hanno stabilito che il CGRP è sicuramente un attore chiave nella patogenesi dell’emicrania, anche se il preciso meccanismo rimane sfuggente. Durante l’attacco emicranico il rilascio periferico locale di CGRP dalle terminazioni nervose dei nocicettori meningei dopo attivazione, causa vasodilatazione, stravaso proteico e infiammazione neurogenica. Tuttavia, a livello cerebrale, l'ampia distribuzione dei recettori del CGRP suggerisce che tale neuropeptide può presentare altri bersagli. Lo scopo dello studio è stato quello di investigare il ruolo del CGRP nelle diverse vie di segnalazione e nell’iperalgesia trigeminale, attraverso l’uso dell’olcegepant, un antagonista del recettore, valutando l’espressione genica del neuropeptide e di alcuni mediatori infiammatori, a livello di regioni cerebrali e periferiche, in due diversi modelli animali di emicrania. Nello specifico è stato usato il modello basato sulla somministrazione nel ratto di nitroglicerina (NTG), un nitrato organico che rilascia ossido nitrico ed induce sensibilizzazione centrale attraverso meccanismi periferici e centrali. Il secondo modello è basato sull’infiammazione neurogena dopo applicazione locale di una soluzione infiammatoria (“zuppa infiammatoria”) sulla dura madre di ratto. Nel modello NTG, gli animali trattati con Olcegepant o veicolo sono stati sottoposti al test della formalina oro-facciale, 4 ore dopo la somministrazione di NTG o veicolo. Al termine del test gli animali sono stati sacrificati e specifiche aree (meningi, gangli trigeminali, midollo cervicale e bulbo) sono state usate per la valutazione dell’espressione genica del CGRP e di alcune citochine in real-time PCR. I dati ottenuti mostrano che lo stato iperlagesico indotto dalla NTG nella Fase II del test è stato contrastato significativamente dalla somministrazione di Olcegepant. L’effetto anti-iperalgesico dell’Olcegepant in questo modello è stato accompagnato da una modulazione significativa dell’espressione genica della maggior parte delle citochine studiate (IL-6, TNFα, IL-1β e IL-10) sia a livello centrale che periferico rispetto al gruppo trattato con il veicolo. L’Olcegepant, inoltre, ha ridotto significativamente anche l’espressione del CGRP nelle stesse aree valutate. Nel modello neurogenico, gli animali sono stati trattati con lo stesso antagonista o veicolo, 10 minuti dopo l’applicazione della soluzione infiammatoria e sacrificati 2 ore dopo. Successivamente, è stata valutata l’espressione genica delle citochine e del CGRP nelle stesse aree centrali e periferiche investigate nel primo modello. I dati mostrano, che l’applicazione della zuppa infiammatoria causa un aumento statisticamente significativo dell’espressione genica di IL-6, TNFα e IL1β rispetto al gruppo di controllo nel ganglio trigeminale e nel tronco encefalico. Tale incremento è stato contrastato dall’ Olcegepant nelle aree studiate ad eccezione del TNFα a livello del ganglio trigeminale. I dati ottenuti mostrano una modulazione dei siti centrali dopo Olcegepant, probabilmente attraverso meccanismi di feed back che si esplicano prevalentemente a livello periferico, con la modulazione del pathway infiammatorio. Tuttavia, poiché il CGRP e il suo recettore sono distribuiti anche a livello centrale non sono da escludere azioni dirette a livello centrale.