Nitric oxide (NO), a diffusible gas, is produced in the central nervous system, including the spinal cord dorsal horn and the trigeminal nucleus, the first central areas processing nociceptive information from periphery. In the spinal cord, it has been demonstrated that NO acts as pronociceptive or antinociceptive mediators, apparently in a concentration-dependent manner. However, the central role of NO in the trigeminal nucleus remains uncertain in support of processing the orofacial nociception. Thus, we here investigated the central role of NO in formalin (3%)-induced orofacial pain in rats by administering membrane-permeable or -impermeable inhibitors, relating to the NO signaling pathways, into intracisternal space. The intracisternal pretreatments with the NO synthase inhibitor L-NAME, the NO-sensitive guanylate cyclase inhibitor ODQ, and the protein kinase C inhibitor GF109203X, all of which are permeable to the cell membrane, significantly reduced the formalin-induced pain, whereas the membrane-impermeable NO scavenger PTIO significantly enhanced it, compared to vehicle controls. These data suggest that an overall effect of NO production in the trigeminal nucleus is pronociceptive, but NO extracellularly diffused out of its producing neurons would have an antinociceptive action.
The aim of the present study was to develop an animal model for evaluation of temporomandibular (TMJ) nociception under TMJ inflammation. We also investigated the participation of $IL-1{\beta}$ in inflammation-induced TMJ nociception. Experiments were carried out using male Sprague-Dawley rats. Intra-articular injection of 3% formalin was administered to evaluate hyperalgesia 3 days after CFA injection. Intra-articular injection of 3% formalin did not produce nociceptive behavior in normal rats. Although intra-articular injection of 3 doses of CFA produced TMJ inflammation, only 1:3 diluted CFA produced hyperalgesia when formalin was injected intra-articularly 3 days after CFA injection. Co-administration of IL-1 receptor inhibitor with formalin into the TMJ cavity 3 days after CFA injection was performed. Co-administration of IL-1 receptor inhibitor significantly inhibited formalin-induced hyperalgesia in rats with CFA-induced TMJ inflammation. These results suggested that intra-articular injection of formalin produced hyperalgesia under chronic TMJ inflammation. Moreover, $IL-1{\beta}$ plays an important role in TMJ hyperalgesia under chronic inflammation and blockade of $IL-1{\beta}$ is a potential therapeutic target for inflammatory TMJ pain.
Park, Min-Kyoung;Song, Hyun-Chul;Yang, Kui-Ye;Ju, Jin-Sook;Ahn, Dong-Kuk
International Journal of Oral Biology
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제36권3호
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pp.143-148
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2011
The present study investigated the role of peripheral P2X receptors in inflammatory pain transmission in the orofacial area in rats. Experiments were carried out on male Sprague-Dawley rats weighing 220 to 280 g. Formalin (5%, 50 ${\mu}L$) and complete Freund's adjuvant (CFA, 25 ${\mu}L$) was applied subcutaneously to the vibrissa pad to produce inflammatory pain. TNP-ATP, a $P2X_{2,2/3,4}$ receptor antagonist, or OX-ATP, a $P2X_7$ receptor antagonist, was then injected subcutaneously at 20 minutes prior to formalin injection. One of the antagonists was administered subcutaneously at three days after CFA injection. The subcutaneous injection of formalin produced a biphasic nociceptive behavioral response. Subcutaneous pretreatment with TNP-ATP (80, 160 or 240 ${\mu}g$) significantly suppressed the number of scratches in the second phase produced by formalin injection. The subcutaneous injection of 50 ${\mu}g$ of OX-ATP also produced significant antinociceptive effects in the second phase. Subcutaneous injections of CFA produced increases in mechanical and thermal hypersensitivity. Both TNP-ATP (480 ${\mu}g$) and OX-ATP (100 ${\mu}g$) produced an attenuation of mechanical hypersensitivity. However, no change was observed in thermal hypersensitivity after the injection of either chemical. These results suggest that the blockade of peripheral P2X receptors is a potential therapeutic approach to the onset of inflammatory pain in the orofacial area.
Kim, Tae-Hyung;Chung, Ge-Hoon;Park, Seok-Beom;Chey, Won-Young;Jun, Sung-Jun;Kim, Joong-Soo;Oh, Seog-Bae
International Journal of Oral Biology
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제36권2호
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pp.83-89
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2011
Substantia gelatinosa (SG) neurons receive synaptic inputs from primary afferent $A{\delta}$- and C-fibers, where nociceptive information is integrated and modulated by numerous neurotransmitters or neuromodulators. A number of studies were dedicated to the molecular mechanism underlying the modulation of excitability or synaptic plasticity in SG neurons and revealed that second messengers, such as cAMP and cGMP, play an important role. Recently, cAMP and cGMP were shown to downregulate each other in heart muscle cells. However, involvement of the crosstalk between cAMP and cGMP in neurons is yet to be addressed. Therefore, we investigated whether interaction between cAMP and cGMP modulates synaptic plasticity in SG neurons using slice patchclamp recording from rats. Synaptic activity was measured by excitatory post-synaptic currents (EPSCs) elicited by stimulation onto dorsal root entry zone. Application of 1 mM of 8-bromoadenosine 3,5-cyclic monophosphate (8-Br-cAMP) or 8-bromoguanosine 3,5-cyclic monophosphate (8-Br-cGMP) for 15 minutes increased EPSCs, which were maintained for 30 minutes. However, simultaneous application of 8-BrcAMP and 8-Br-cGMP failed to increase EPSCs, which suggested antagonistic cross-talk between two second messengers. Application of 3-isobutyl-1-methylxanthine (IBMX) that prevents degradation of cAMP and cGMP by blocking phosphodiesterase (PDE) increased EPSCs. Co-application of cAMP/cGMP along with IBMX induced additional increase in EPSCs. These results suggest that second messengers, cAMP and cGMP, might contribute to development of chronic pain through the mutual regulation of the signal transduction.
R-type($Ca_v2.3$) calcium channel contributes to pain sensation in peripheral sensory neurons. Six isoforms of $Ca_v2.3$ that result from combinations of presence or deletion of three inserts(insert I and insert in the II-III loop, and insert III in N-terminal regions) have been demonstrated to be present in different mammalian tissues. However, the molecular basis of $Ca_v2.3$ in trigeminal ganglion(TG) neurons is not known. In the present study, we determined which isoforms of $Ca_v2.3$ are expressed in rat TG neurons using the RT-PCR analysis. Whole tissue RT-PCR analyses revealed that only two isoforms, $Ca_v2.3a$ and $Ca_v2.3e$, were present in TG neurons. From single-cell RT-PCR, we found that $Ca_v2.3e$ rather than $Ca_v2.3a$ was the major isoform expressed in TG neurons, and $Ca_v2.3e$ was preferentially detected in small-sized neurons that express nociceptive marker, transient receptor potential vanilloid 1(TRPV1). Our results suggest that $Ca_v2.3e$ in trigeminal neurons may be a potential target for the pain treatment.
Kim, Min-Ji;Cho, Jin-Ho;Kim, Hye-Jin;Yang, Kui-Ye;Ju, Jin-Sook;Lee, Min-Kyung;Park, Min-Kyoung;Ahn, Dong-Kuk
International Journal of Oral Biology
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제40권2호
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pp.71-77
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2015
The activation of glial cells in the spinal cord has been contribute to the initiation and maintenance of pain facilitation induced by peripheral inflammation and nerve injury. The present study investigated effects of botulinum toxin type A (BoNT-A), injected subcutaneously or intracisternally, on the expression of microglia and astrocytes in rats. Complete Freund's Adjuvant (CFA)-induced inflammation was employed as an orofacial chronic inflammatory pain model. A subcutaneous injection of $40{\mu}L$ CFA into the vibrissa pad was performed under 3% isoflurane anesthesia in SD rats. Immunohistochemical analysis for changes in Iba1 (a microglia marker) and GFAP (an astrocyte marker), were performed 5 days after CFA injection. Subcutaneous injection of CFA produced increases in Iba1 and GFAP expression, in the ipsilateral superficial lamia I and II in the medullary dorsal horn of rats. Subcutaneous treatment with BoNT-A attenuated the up-regulation of Iba1 and GFAP expressions induced by CFA injection. Moreover, intracisternal injection of BoNT-A also attenuated the up-regulated Iba1 and GFAP expressions. These results suggest that the anti-nociceptive action of BoNT-A is mediated by modulation activation of glial cells, including microglia and astrocyte.
Korean red ginseng (KRG) is a valuable and important traditional medicine in East Asian countries and is currently used extensively for botanical products in the world. KRG has both stimulatory and inhibitory effects on the central nervous system (CNS) suggesting its complicated action mechanisms. The substantia gelatinosa (SG) neurons of the trigeminal subnucleus caudalis (Vc) are involved in orofacial nociceptive processing. Some studies reported that KRG has antinociceptive effects, but there are few reports of the functional studies of KRG on the SG neurons of the Vc. In this study, a whole cell patch clamp study was performed to examine the action mechanism of a KRG extract on the SG neurons of the Vc from juvenile mice. KRG induced short-lived and repeatable inward currents on all the SG neurons tested in the high chloride pipette solution. The KRG-induced inward currents were concentration dependent and were maintained in the presence of tetrodotoxin, a voltage gated $Na^+$ channel blocker. The KRG-induced inward currents were suppressed by 6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione, a non-N-methyl-D-aspartate (NMDA) glutamate receptor antagonist and/or picrotoxin, a gamma-aminobutyric acid $(GABA)_A$ receptor antagonist. However, the inward currents were not suppressed by d,l-2-amino-5-phosphonopentanoic acid, an NMDA receptor antagonist. These results show that KRG has excitatory effects on the SG neurons of the Vc via the activation of non-NMDA glutamate receptor as well as an inhibitory effect by activation of the $GABA_A$ receptor, indicating the KRG has both stimulatory and inhibitory effects on the CNS. In addition, KRG may be a potential target for modulating orofacial pain processing.
Park, So Yun;Lee, Ji Yun;Choi, Jun Young;Park, Mae Ja;Kim, Dong Sun
Molecules and Cells
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제21권2호
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pp.237-243
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2006
Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is a neuromodulator of nociceptive responses in the dorsal root ganglia (DRG) and spinal cord. BDNF synthesis increases in response to nerve growth factor (NGF) in trkA-expressing small and medium-sized DRG neurons after inflammation. Previously we demonstrated differential activation of multiple BDNF promoters in the DRG following peripheral nerve injury and inflammation. Using reporter constructs containing individual promoter regions, we investigated the effect of NGF on the multiple BDNF promoters, and the signaling pathway by which NGF activates these promoters in PC12 cells. Although all the promoters were activated 2.4-7.1-fold by NGF treatment, promoter IV gave the greatest induction. The p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) inhibitor, SB203580, phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K) inhibitor, LY294003, protein kinase A (PKA) inhibitor, H89, and protein kinase C (PKC) inhibitor, chelerythrine, had no effect on activation of promoter IV by NGF. However, activation was completely abolished by the MAPK kinase (MEK) inhibitors, U0126 and PD98059. In addition, these inhibitors blocked NGF-induced phosphorylation of extracellular signal-regulated protein kinase (ERK) 1/2. Taken together, these results suggest that the ERK1/2 pathway activates BDNF promoter IV in response to NGF independently of NGF-activated signaling pathways involving PKA and PKC.
The aqueous extract of Chungsimyeonja-eum has been used to treat palpitation, anemia, chronic fatigue, hypertension, and stroke. It also possesses various pharmacological effects including hypotensive, blood circulating, sedative, anti-inflammatory, diuretic, and anti-stress activities. In the present results, the latency time of plantar test was decreased in the immobilization stress and incusion pain-induction group. However the paw withdrawal latency values were increased in the immobilization stress and incision pain-induction groups after treatment with the aqueous extract of Chungsimyeonja-eum. The c-Fos expression in the paraventricular nucleus (PVN), and 5-hydroxytryptamine (5-HT) and tryptophan hydroxylase (TPH) in the dorsal raphe were enhanced in the immobilization stress and incision pain-induction groups. However, the treatment with the aqueous extract of Chungsimyeonja-eum suppressed the immobilization stress and incision pain-induced increase of c-Fos, 5-HT, and TPH expressions. Here in this study, we have demonstrated the protective effects of Chungsimyeonja-eum on immobilization and incision pain-induced stress. The present study revealed that Chungsimyeonja-eum treatment diminishes immobilization and pain stress.
This study was designed to evaluate the analgesic effect of bee venom (BV) Acupuncture into different treatment points, Chok-samni (ST36) and blank loci of the gluteal muscle and back. We investigated neuronal activity in the spinal cord using the Fos immunohistochemical technique according to the pretreatment with different concentrations of BV, thirty minutes before the formalin injection. The results were summarized as follows: 1. The number of Fos-like immunoreactive (Fos-LI) neurons in L2 segment of the saline-formalin treated group was significantly increased in NECK and VENT of the spinal cord as compared with that of the room control group. However, there was no significant change in the number of the Fos-LI neurons in L2 segment of the BV-formalin treated group as compared with that of the room control group. 2. The number of Fos-LI neurons in L3-5 segment of the saline-formalin group was significantly increased in all the regions of 142 the spinal cord as compared with that of the room control group. However, the Fos-LI neurons in L3-5 segment of the BV-formalin treated group was dramatically decreased in all the regions of the spinal cord as compared with that of the saline-formalin group. Therefore, these results indicated that the BV acupuncture suppressed the nociceptive neuronal activities in L3-5 of the spinal cord induced by formalin injection. 3. There was a strong positive correlation between the formalin-induced pain behavior and the number of the Fos-LI neurons in L3-5 segment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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