PLoS ONE: tumorvæv-Afledte Formaldehyd og sure mikromiljø Synergistisk Fremkald Bone Cancer Pain

Abstrakt

Baggrund

Der er aktuel interesse i at forstå de molekylære mekanismer i tumor-induceret knoglesmerter. Akkumuleret beviser for, at endogene koncentrationer formaldehyd er forhøjede i blodet eller urinen af ​​patienter med bryst-, prostata- eller blærecancer. Disse kræftformer er ofte forbundet med smerte cancer især efter knoglemetastaser. Det er velkendt, at transient receptor potential vanilloidreceptor 1 (TRPV1) deltager i cancersmerter. Nærværende undersøgelse har til formål at vise, at tumorvæv-afledte endogene formaldehyd inducerer knoglekræft smerte via TRPV1 aktivering under tumor surt miljø.

Metodologi /vigtigste resultater

Endogen koncentration formaldehyd steg betydeligt i dyrkede brystcancercellelinier

in vitro

, i knoglemarven af ​​brystkræft MRMT-1 knoglekræft smerte model hos rotter og i væv fra brystkræft og lungekræft patienter

in vivo

. Lave koncentrationer (1~5 mm) formaldehyd induceret smerte reaktioner i rotter via TRPV1 og denne smerte reaktion kunne blive væsentligt forbedret ved pH 6,0 (efterligne sure tumor mikromiljø). Formaldehyd ved lave koncentrationer (1 mm til 100 mm) inducerede en koncentrationsafhængig forøgelse af [Ca

2+] i i de frisk isolerede rotte dorsale rod ganglion neuroner og TRPV1-transficerede CHO-celler. Desuden viste elektrofysiologiske eksperimenter, at lav koncentration formaldehyd-fremkaldte TRPV1 strømninger kunne blive væsentligt forstærket af lav pH (6,0). TRPV1 antagonister og formaldehydrensemidler svækket knoglekræft smerte svar.

Konklusioner /Betydning

Vores data tyder på, at kræft væv direkte udskille endogene formaldehyd, og dette formaldehyd ved lav koncentration fremkalder metastatisk knoglekræft smerte gennem TRPV1 aktivering især under tumor surt miljø

Henvisning:. Tong Z, Luo W, Wang Y, Yang F, Han Y, Li H, et al. (2010) tumorvæv-Afledte Formaldehyd og sure mikromiljø Synergistisk Fremkald Bone Cancer Pain. PLoS ONE 5 (4): e10234. doi: 10,1371 /journal.pone.0010234

Redaktør: Hiroaki Matsunami, Duke University, USA

Modtaget: November 25, 2009; Accepteret: 24 marts 2010; Udgivet: 21 April, 2010

Copyright: © 2010 Tong et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Denne forskning blev støttet af tilskud fra National Natural Science Foundation of China (30700206, 30800332), den 111-projektet af Undervisningsministeriet Kina (B07001), National Basic Research Program for Ministeriet for Videnskab og Teknologi i Kina (2007CB512501) og Beijing Enestående ph.D. Program Mentor Grant, Key Project af kinesisk Undervisningsministeriet (109.003). De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Cancersmerter er en alvorlig klinisk tilstand, og ca. 75~90% af avancerede eller terminale cancerpatienter oplever kroniske smerter relateret til behandlingssvigt og /eller tumorprogression eller metastase. Maligne knogletumorer forekommer hos patienter med primær knoglekræft, men er langt mere almindeligt findes at være fjerne metastaser fra andre primære cancere, især bryst-, lunge- og prostatakræft. Som sådan knogle er det mest almindelige sted for oprindelsen af ​​kronisk smerte hos patienter med metastatisk lunge-, bryst- og prostatacancer og myelom [1]. I udviklingen af ​​cancer, foreslås det, at tumorvæv udskiller forskellige slags faktorer, herunder cytokiner, såsom TNF-α og IL-1 [2].

Kliniske data har vist, at koncentrationen formaldehyd forhøjet (2 8 gange) i urinen fra patienter med prostata og blærecancer [3] og i den udåndede luft fra tumorbærende mus og brystcancerpatienter [4]; og disse patienter ofte lider smerte knoglekræft [5], [6]. Formaldehyd anses for at være en risikofaktor for udviklingen af ​​kræft [7], men for det meste viden om formaldehyd sekretion med tumorvæv er begrænset. Uanset om overdreven endogen formaldehyd fremkalder kræft smerter stadig skal bestemmes

En nylig rapport har vist, at formaldehyd ( 0,013 mM). Kan fremkalde strømme via forbigående receptor potentielle vanilloidreceptor 1 (TRPV1), og denne strøm kan være blokeret af den specifikke TRPV1 antagonist capsazepine i dorsale ganglion (DRG) neuroner [8]. Desuden formaldehyd ( 0,02 mM) kan fremkalde Ca

2+ tilstrømning via TRPV1 og forbigående receptor potentielle ankyrin 1 (TRPA1) i transfekterede-CHO celler. TRPA1 er mere følsomme over for formaldehyd end TRPV1 [9], [10], men TRPA1 er følsom over for et intracellulært alkalisering, ikke en sur mikromiljø (pH 6,0) [11]. Det er velkendt, at tumorvæv typisk findes i et surt mikromiljø i området pH 4~5 [12]. TRPV1 er en kation kanal aktiveres af capsaicin, skadelige varme, lav pH (pH 5,5) og endogene vanilloids [13], [14]. Mere vigtigt TRPV1-medierede strømme induceret af capsaicin, endogene vanilloids og ethanol kan forøges ved lavt pH [15]. TRPV1 deltager i nociception især under sure betingelser [16] og anses for at spille en vigtig rolle i cancer smerte [17]. Klinisk undersøgelse fundet TRPV1 overekspression hos patienter med pancreas karcinom [18], blærekræft [19] og brystkræft [20], og en sådan en overekspression er positivt korreleret med intensiteten af ​​smerte [18]. Derfor, i den foreliggende undersøgelse, postulerede vi, at overdreven cancer vævsafledt endogen formaldehyd inducerer knoglekræft smerte via TRPV1 især under sure tumormikromiljøet.

Resultater Salg

Formaldehyd koncentration steg i dyrkede cancercelle linjer og tumorvæv fra kræftpatienter

Vi først undersøgt, om koncentrationen formaldehyd blev forhøjet i dyrkede tumorcellelinjer

in vitro

. Formaldehyd koncentrationer i rotte brystcancer cellelinje MRMT-1-celler var signifikant højere på dag 2 end kontrollerne på den første dag efter celledensitet nåede 10

5 celler /ml og 8 × 10

5 celler /ml , men faldt på dag 3, når celledensiteten faldt (n = 6) (fig. 1A). Formaldehyd-koncentrationen blev også signifikant forøget i humane lungecancer-cellelinje H1299-celler og SY5Y-celler (fig. 1, B og C). Syngene Walker 256 brystkirtel carcinomaceller blev dyrket ved podning i bughulen. En betydelig stigning i koncentrationen af ​​formaldehyd blev fundet i 0,5 ml ascitesvæske (2 × 10

7 celler /ml) 6 d og 12 d efter podning. Formaldehyd koncentrationen blev forhøjet to gange på dag 6 efter podning (fra 0,04 mM til 0,08 mM) og faldt på dag 12, hvor tumorceller voksede til terminale fase. Den højeste koncentration var 0,10 mM (fig. 1D). Formaldehyd-koncentrationen blev signifikant forhøjet i knoglemarv af MRMT-1 cancer pain model i sammenligning med den i normal knoglemarv (fig. 1E). Disse resultater indikerer, at formaldehydkoncentrationen var forhøjet i alle testede tumorcellelinier. Salg

(A) MRMT-1 cancerceller. (B) Menneskelig H1299 lunge kræftceller. (C) Humane SY5Y cancerceller. (D) Ascites fra peritoneale inokulering af Walker 256 brystkirtel carcinomceller. (E) Bone imorgen af ​​MRMT-1 brystkræft smerte model rotte

in vivo

. (F) tumorvæv fra lunge- og udyret kræftpatienter. *

s

0,05,

**

s.

0,01, sammenlignet med den første dag

Pain visuelle analoge scores (VAS) blev anvendt i grupper af patienter med (n = 19) og uden (n = 6) brystsmerter. Nitten patienter havde signifikant led af cancersmerter. Kun 1 patient rapporterede termiske smerte deskriptorer (brændende, varme), mens de fleste rapporterede smerte og ømhed. VAS scorer i disse patienter og kontroller var 3,8 ± 0,3 og 0,3 ± 0,2 hhv. Formaldehyd-koncentrationen blev undersøgt i tumorvæv fra patienter (fig. 1F). I præparater fra patienter med lungecancer, den gennemsnitlige koncentration af formaldehyd var 0,72 ± 0,06 mM (n = 10) med den højeste koncentration 1,01 mM. Dette var betydeligt højere end i de normale væv støder op til cancer (0,19 ± 0,06 mM). I brystkræft væv fra patienter, formaldehydkoncentrationen var 0,75 ± 0,12 mM med den højeste koncentration 2,35 mM. Selvom brysttumor tilstødende væv (som kontroller) ikke blev opnået, niveauer af formaldehyd i humane væv blev omtrent 0.1~0.2 mM som tidligere rapporteret [21]. Disse niveauer svarer til det gennemsnitlige niveau (0,19 ± 0,06 mM) fundet i humane lungecancer tilstødende væv i det foreliggende forsøg. Tilsammen disse data viser, at koncentrationen tumor-afledte formaldehyd er forhøjet i kræft væv, kraftigt antyder, at tumorvæv udskiller formaldehyd.

Formaldehyd skraldemanden og TRPV1 antagonister svækkede formalin-induceret smerte adfærd

formalintesten (5% formalin, dvs. 1662 mM formaldehyd) er en klassisk smertemodel almindeligt anvendt til at evaluere analgetiske lægemidler. Vi fandt, at formaldehydrensemidler glutathion (GSH) og resveratrol (Res), og TRPV1 antagonister capsazepine (CPZ) og melatonin (MT) faldt betydeligt antallet af flinchings på en dosis-afhængig måde ved både akutte og toniske faser (fig. 2, A-D), der ligner den i tidligere rapporter [1], [22]. Opløsningsmidlet anvendt til disse regenter, DMSO (slutkoncentration 10%) i sig selv viste ikke signifikant virkning (figur 2A.)

(A) Capsazepine (CPZ, et TRPV1 antagonist).; (B) Melatonin (MT); (C og D) formaldehydrensemidler: Resveratrol (Res) og glutathion (GSH). mg /pote. *

s

0,05,

**

s

0,01, sammenlignet med de formaldehyd injektion grupper. n = 10.

lav koncentration formaldehyd-induceret smerte adfærd via TRPV1 blev styrket ved lav pH

formalin 5% fungerer som et kemisk irriterende kan fremkalde nociceptive adfærdsmæssige reaktioner (smerte). Dette rejser et interessant spørgsmål, om formaldehyd ved patologisk lave koncentrationer (1~3 mM, baseret på koncentrationerne af formaldehyd detekteret i humane tumorvæv) kan inducere smertereaktioner, og om TRPV1 eller TRPA1 er involveret i smertereaktioner. Intraplantar injektion af formaldehyd (0,1 mM til 100 mM) til højre bagpote fremkaldt dosisafhængig kortvarig (5 min) smertereaktioner af den injicerede pote i normale rotter. Capsazepine, melatonin og AP-18 (a TRPA1 antagonist) alle svækkede den lave koncentration formaldehyd (5 mM) -inducerede smertereaktioner (fig. 3A). Disse resultater indikerer, at formaldehyd ved lav patologisk koncentration kan inducere smerte adfærdsmæssige reaktioner, muligvis ved aktivering af TRPV1 og TRPA1. Salg

(A) Melatonin, capsazepine og AP-18 svækkede formaldehyd smerter responser. (B) lav pH forbedret formaldehyd smerter responser. (C) Melatonin (MT) og capsazepine (CPZ) blokeret capsaicin (0,5 mM) -inducerede smertereaktioner. (D) AP-18 blokerede ikke capsaicin-induceret smertereaktioner. Con: kontrol; DMSO: køretøj; CAP: capsaicin. *

s

0,05, **

s

0,01,

##

s

0,01,

s

0,05,

s

0,01, alle sammenlignet med de respektive kontroller. n = 10.

Desuden formaldehyd (3 mM) med en lav pH-værdi på 5,0 eller 6,0 (efterligne den sure cancer mikromiljø) inducerede mere alvorlige smerter responser end formaldehyd i et neutralt miljø (pH 7,4 ). Disse responser blev delvist inhiberet af AP-18, men næsten fuldstændigt inhiberet af capsazepine (a TRPV1 antagonist) (fig. 3B). Desuden capsazepine og melatonin svækkede capsaicin-induceret smerte responser (fig. 3C), men AP-18 gjorde ikke (fig. 3D). Dette resultat svarer til en tidligere rapport [23]. Disse data tyder på, at TRPV1, men ikke TRPA1, spiller en central rolle i lav koncentration formaldehyd-induceret smerte adfærd under surt miljø.

Formaldehyd induceret Ca

2+ tilstrømning i dorsale ganglion (DRG) neuroner og TRPV1-CHO celler

in vitro

Vi yderligere brugt calcium imaging at teste, om lav koncentration formaldehyd direkte kan ophidse DRG neuroner via TRPV1. Som forventet formaldehyd i koncentrationer på 1 mM til 100 mM inducerede en koncentrationsafhængig forøgelse af [Ca

2+] i i frisk isolerede rotte DRG-neuroner (fig. 4, A og B). TRPV1 antagonister capsazepine og melatonin hæmmede [Ca

2+] i-stigning fremkaldt af formaldehyd (fig. 4, C og D) eller ved capsaicin (fig. 4, E og F).

(A ) Formaldehyd-induceret dosisafhængig stigning i cytosolisk [Ca

2+] i i DRG-neuroner. (B) Statistisk analyse af formaldehyd-induceret [Ca

2+] i tilstrømning i DRG-neuroner. (C og D) Inhibering af capsazepin (CPZ, 100 uM) og melatonin (MT, 200 uM) på formaldehyd-induceret [Ca

2+] i tilstrømning i DRG-neuroner. (E og F) Inhibering af MT og CPZ på capsaicin (CAP, 10 uM) -inducerede Ca

2+ tilstrømning i DRG-neuroner. (G) Formaldehyd-induceret dosisafhængig stigning i cytosolisk [Ca

2+] i i TRPV1-CHO-celler. (H) Statistisk analyse af formaldehyd-induceret Ca

2+ tilstrømning i TRPV1-CHO-celler. (I og J) Hæmning af MT og CPZ på formaldehyd-induceret Ca

2+ tilstrømning i TRPV1-CHO celler.

**

s

0,01 sammenlignet med kontroller. n = 5~10.

For at kontrollere, om formaldehyd direkte aktiverer TRPV1, vi næste undersøgt effekten af ​​formaldehyd på TRPV1-CHO (TRPV1-CHO) celler. Som forventet, formaldehyd ( 0,1 mM) fremkaldte en stigning på cytosolisk [Ca

2+] i i en koncentrationsafhængig måde (figur 4, G og H.). Som en kontrol, i de ikke-transfekterede CHO-celler, formaldehyd ved 100 mM fremkaldte kun lille Ca

2+ tilstrømning (data ikke vist). Formaldehyd induceret Ca

2+ tilstrømning i TRPV1-CHO celler var signifikant hæmmet af TRPV1 antagonisten capsazepine og melatonin (fig. 4, I og J).

Formaldehyd og pH 6,0 synergistisk fremkaldte strømme i TRPV1 -CHO celler

in vitro

Da nociceptive adfærd (smerte) fremkaldt af formaldehyd ved pH 6,0 var følsomme over for TRPV1 antagonist, kan formaldehyd ved pH 6,0 handle direkte på TRPV1 (fig. 3B) . Vi indspillede TRPV1 strøm induceres af capsaicin og formaldehyd (med eller uden pH 6,0) under anvendelse af patch clamp optagelse i TRPV1-CHO-celler. Capsaicin ved 10 pM inducerede en indadgående strøm med spænding fastspændt ved -60 mV. Capsazepine, en TRPV1 antagonist, stærkt undertrykt capsaicin-induceret strøm. Tilsvarende formaldehyd ved 3 mM (koncentration detekteret i humane tumorvæv) inducerede en indadgående strøm i TRPV1-CHO-celler i en koncentrationsafhængig måde og 10 uM capsazepine blokeret formaldehyd-inducerede strøm (fig. 5A). Som kontroller, hverken 3 mM formaldehyd, eller 10 uM capsaicin, eller formaldehyd plus capsaicin inducerede nogen strøm i de utransficerede CHO-celler (data ikke vist).

(A) Formaldehyd (FA) -induceret strømme og pH 6,0 forbedring af strøm med patch clamp optagelse. TRPV1 antagonist capsazapine (CPZ) hæmmede både formaldehyd-inducerede strømme og pH 6,0 ekstraudstyr. (B) Statistiske resultater af lav pH forøgelse af formaldehyd-inducerede strømme. (C) Formaldehyd enhancement på capsaicin (CAP) -induceret strømme. (D) Statistiske resultater af formaldehyd forøgelse på capsaicin-induceret strøm. n = 6~10. (E) Formaldehyd-induceret C-fiber udledninger under et surt miljø (pH 5,0) med ekstracellulære optagelse i normale rotter. Udledningen blev hæmmet af CPZ. (F) Statistiske resultater af CPZ inhibering på formaldehyd-induceret C-fiber udladninger. *

s

0,05, **

s

0,01. n = 3.

Selv lav pH på 6,0 i ekstracellulær opløsning havde ringe virkning på TRPV1-CHO-celler, blev strømme induceret af formaldehyd ved 1~10 mM betydeligt forstærket af pH 6,0 (fig. 5, A og B). Dette resultat indikerer, at der er en synergistisk virkning mellem formaldehyd og et surt miljø. Som en positiv kontrol, formaldehyd ved 1 og 3 mM også markant potenseret capsaicin (1 uM) -induceret strøm i TRPV1-CHO-celler (fig. 5, C og D). Disse data tyder på, at formaldehyd direkte aktiverer TRPV1 med større effektivitet ved lav pH.

Formaldehyd og pH 5,0 synergistisk fremkaldt C-fiber udledninger via TRPV1

in vivo

Af større betydning vi forsøgte at afgøre, om formaldehyd i det koncentrationsområde påvist i cancer væv fra patienter er funktionel i spændende perifere nociceptive nervefibre. Perifere C-fibre transducerer nociceptiv information til at foretage nociceptiv information. En stigning i nociceptive C-fiber fyringer er et fælles kendetegn af smerte. Da formaldehyd ved pH 5,0 (efterligner en ekstremt sur tumormikromiljøet) inducerede mere alvorlige smerter adfærd end pH 5,0 alene (fig. 3B), testede vi, om formaldehyd kan excitere C-fibre. Det konstateredes, at formaldehyd (1 mM, svarende til de niveauer detekteret i humane lungecancer væv) ved pH 5,0 kan direkte excitere C-fibre. Antallet af aktionspotentialer steg betydeligt efter formaldehyd (under pH 5,0) injektion i det receptive felt af C-fibre. Denne C-fiber excitation kunne blokeres af den TRPV1 antagonist capsazepine (CPZ) (fig. 5, E og F).

formaldehydrensemidler inhiberede formaldehyd-induceret neurotoksicitet i dyrkede DRG-neuroner

Vi yderligere testet neurotoksiciteten af ​​formaldehyd inden for det ovenfor målte koncentrationsinterval ( 0,1 mM) i de dyrkede DRG-neuroner. Det blev vist, at formaldehyd var neurotoksisk at DRG-neuroner i en dosisafhængig måde (fig. 6A). Resveratrol, et exogent formaldehydindfanger og glutathion, et endogent formaldehydindfanger viste spontan kemisk vekselvirkning med formaldehyd i PBS-opløsning inden for 40 minutter (fig. 6B). Disse formaldehydrensemidler faldt formaldehyd-induceret neurotoksicitet med en koncentrationsafhængig måde (fig. 6, C og D).

(A) Formaldehyd (FA) faldt cellelevedygtigheden af ​​de dyrkede DRG-neuroner med en dosisafhængig måde. (B) Kemisk reaktion af formaldehyd med resveratrol og glutathion. (C) Resveratrol (Res) og (D) glutathion (GSH) inhibering på formaldehyd-inducerede cellers levedygtighed fald. *

s

0,05, **

s

0,01,

#

s

0,05,

##

s

0,01. n = 6.

Formaldehyd skraldemanden og TRPV1 antagonister svækkede knoglekræft smerte adfærd hos rotter

Som vist i fig. 7A, afslørede røntgen at ingen radiologisk ændring (score = 0) er fundet i dyr behandlet med varmedræbte tumorceller eller med PBS-opløsning. Imidlertid 7 dage efter injektion med MRMT-1-celler, udviste et vist tab af medullær knogle og tilsyneladende erosion af den korticale knogle, knoglen. Yderligere forværring blev fundet på dag 15 efter injektion med ekstra fuld tykkelse unicortical knogletab. Formaldehydrensemidler (glutathion og resveratrol) og melatonin alle signifikant nedsat knoglenedbrydning; dog capsazepine, en TRPV1 antagonist, ikke beskyttede knoglestruktur mod erosion på dag 15 (fig. 7, A og B). Smerte adfærd, herunder termisk hyperalgesi og mekanisk allodyni blev observeret fra 7 til 15 dage efter injektion af MRMT-1 cancerceller. Det blev også konstateret, at den smerte adfærd blev svækket ved capsazepine, melatonin og formaldehydrensemidler (glutathion og resveratrol) om dagen 11 og 15 efter MRMT-1 podning (fig. 7, C og D).

(A ) Radiologisk bekræftelse af tumor udvikling i skinnebenet af MRMT-1 smerte model rotter. (B) Resultater relateret til tibia (knogler) i forskellige behandlingsgrupper. n = 4. (C) Termisk hyperalgesi. Formaldehydrensemidler resveratrol (Res, 0,4 mg /ml) og glutathion (GSH, 25 mg /ml), TRPV1 antagonister capsazepine (CPZ, 0,1 mg /ml) og melatonin (MT, 5 mg /ml) forøgede varmeplade latenstid. (D) mekanisk allodyni. Res, GSH, CPZ og MT øget mekanisk tærskel. *

s

0,05, **

s

0,01;

#

s

0,05,

##

s

0,01,

$

s

0,05, sammenlignet med de respektive PBS-grupper. n = 10. dræbt:. varmedræbt gruppe

Det var af interesse at bemærke, at selv om capsazepine og melatonin begge svækkede knoglekræft smerte adfærd, koncentration formaldehyd i rygmarven og Blod cancer pain model-rotter på dag 15 var stadig holdes højere end for kontrol rotterne. Vigtigere, resveratrol og glutathion (formaldehydrensemidler) inhiberede knoglekræft smerte adfærd ved at reducere overdreven formaldehyd i rygmarven (fig. S1, A og B).

Discussion Salg

tumorvæv direkte udskille endogene formaldehyd

den fysiologiske formaldehyd niveau blev rapporteret til at være ca. 0,1 mM i blodet eller hjernen af ​​mennesker og ikke-menneskelige dyr [21]. Overraskende viste kliniske data, at formaldehyd koncentrationer blev signifikant forhøjet (2~8 gange) i urin fra patienter med blærekræft og prostatakræft [3], i udløbet af nogle patienter, der lider af brystkræft [4] og særlig høj i blodprøver (8~10 folder) fra visse patienter med tumor [24]. Formaldehyd blev også forhøjet i lymfocytter i kronisk lymfatisk leukæmi [7]. Ekspression og aktivitet af formaldehyd genererer enzymer, såsom lysin-specifik demethylase 1 (LSD1) [25], [26], semicarbazid-sensitive amin-oxidase (SSAO) [27], [28] og cytochrom P-450 [29] , [30], formaldehyd-nedbrydende enzymer, såsom aldehyd dehydrogenase 2 (ALDH2) og klasse III alkoholdehydrogenase (adh3) [31], [32], anses for at have kritiske roller ved patogenesen af ​​brystkræft. Over-udtryk er fundet af adh3 i kræft væv, som forsvar formaldehyd [33]. Dette indebærer, at tumorvæv kan tolerere formaldehyd ved unormale niveauer. Den foreliggende undersøgelse giver direkte beviser for, at formaldehyd kan udskilles fra de dyrkede kræftceller i

vitro

og tumorvæv fra visse cancer smertepatienter

in vivo

, og dets koncentration kan nå op unormalt højt indhold (fig. 1). Fordi knoglen hulrum volumen af ​​rotter er lille, og mængden af ​​knoglemarv væv er lidt blev fire knoglemarv fra MRMT-1 brystkræft smertemodeller kombineres til ét rør til HPLC måling i den foreliggende undersøgelse. En markant forøgelse af formaldehyd niveau blev fundet i knoglemarv hos cancer pain model rotter (fig. 1E). Dette er enig med en tidligere rapport, formaldehyd kunne akkumuleres i knoglemarven [34]. Interessant formaldehyd i blod blev også klart forhøjet i MRMT cancersmerter model i rotter (fig. S1, B) og formaldehyd betragtes som en årsag til cancer [35]. Disse rapporter tyder på, at overdreven formaldehyd produktion af tumorvæv er muligvis en kritisk faktor i væv cancerization eller ossøse metastaser.

Kræft vævsafledt overdreven formaldehyd inducerer knoglenedbrydning

Kræft celle metastase til knoglemarvsceller stiger osteolyse, osteoklastisk aktivitet og inducerer en sur mikromiljø [36]. Dette er relateret til den kendsgerning, at osteoklaster resorberer knogle ved at opretholde en ekstracellulær mikromiljø pH 4~5 [12]. Forsuring er en årsag til smerter i kræft og inflammation [36]. De aktiverede osteoclaster øge proton-induceret stimulering af TRPV1 eller syrefølsomme ionkanaler (ASIC) på sensoriske nervefibre, som innerverer knogle [1]. En anden kilde til protoner er lyse af tumorcellerne selv. Cancerceller har en lavere intracellulær pH ​​end normale celler [37], som faste tumorer vokser fra deres vaskulær forsyning, så kræftvæv bliver nekrotisk, hvilket bidrager til det sure miljø [38]. En nylig analyse viste også, at formaldehyd, efterhånden udgivet af root kanalen fangere, fremkaldte knoglenekrose [39]. Forhøjet formaldehyd blev også observeret hos patienter med caries [40]. Cytotoksicitet som følge af overdreven formaldehyd på humane osteoblastiske celler er blevet anset for at være en vigtig faktor i knoglenedbrydning [41], [42]. Formaldehyd kan ophobes i knoglemarven [34]. I vores nuværende undersøgelse blev koncentrationen formaldehyd ophøjet til ca. 0,6 mM i knoglemarv hos MRMT-1 knoglekræft smerter i rotter (fig. 1E). Dette niveau er højt nok til at være toksisk for osteoblastiske celler. Knoglenedbrydning blev fundet i MRMT-1 knoglekræft smerter i rotter. Formaldehydrensemidler, resveratrol og glutathion naturligvis nedsat knoglenedbrydning i den foreliggende undersøgelse (fig. 6B, 7A og 7B). Derfor kan overdreven formaldehyd udskilles af cancervæv spille en rolle i knoglenedbrydning. Denne knoglenedbrydning bidrager derefter til cancersmerter, fordi nerve fiber endelser innerverer knogle er lettere udsat for tumor væv-afledte faktorer.

Formaldehyd inducerer smerter svar via TRPV1 og /eller TRPA1

Breast, lunge- og blærekræft patienter ofte lider smerte knoglekræft [5], [6]. I den foreliggende undersøgelse blev mekanisk allodyni fundet i brystcancer smertepatienter og i det berørte bagpote i brystet rotter MRMT-1 cancer pain model (figur 7, B og C).; dette resultat svarer til det observeret i en tidligere rapport [43]. Den MRMT-1 knoglekræft smerte model er meget udbredt i brystkræft knoglesmerter forskning [44]. TRPV1 antagonister svækkede endogene formaldehyd-induceret knoglekræft smerte adfærd (fig. 7, B og C). De selektive TRPV1 antagonister, såsom iod-resiniferatoxin [45] og capsazepine, og den ikke-selektive antagonist ruthenium-rød [46], inhiberede formalin-induceret smerte adfærd. Disse resultater antyder, at TRPV1 kan deltage i formaldehyd-fremkaldte smerter. I vores adfærd test, fandt vi, at formaldehyd ved lav patologisk (3 mM, baseret på koncentrationen detekteret i humane cancervæv) i et surt miljø induceret rotte smertereaktioner via TRPV1

in vivo

(fig. 3B). Capsazepine (a TRPV1 antagonist) svækkede capsaicin- eller formaldehyd (pH 6,0) smerter responser i rotter (fig. 3, B-D). En nylig undersøgelse viste også, at TRPV1 deltager i nociception især under ekstremt sure betingelser [16].

De seneste undersøgelser har vist, at både TRPA1 og TRPV1 er mulige mål af endogent formaldehyd

in vitro

in vivo

[9]. I rapporten fra Macpherson et al, blev formaldehyd-fremkaldte calcium reaktioner i DRG neuroner og nocifensive adfærd næsten afskaffet i TRPA1

– /- mus. Samtidig kunne formaldehyd stadig fremkalde smerte reaktioner i TRPA1

– /- mus. Dette antyder, at formaldehyd ikke blot aktiverer TRPA1. I vores foreliggende undersøgelse formaldehyd ( 0,1 mM) viste sig at aktivere TRPV1 (figur 1A.), Især i det sure miljø. Vi mener, at TRPV1 eller TRPA1 er alle under mekanismerne i smerte. AP-18 (a TRPA1 antagonist) delvist reduceret formaldehyd smerter (pH 5.0~6.0) og ikke svækket capsaicin-induceret smerte adfærd (fig. 3B). Dette indebærer, at der under en sur mikromiljø kræft væv, kan TRPV1 spille en mere afgørende rolle end TRPA1. Hvorvidt TRPA1 også deltager i smerte knoglekræft er ukendt, men vil blive undersøgt i vores videre forskning.

Formaldehyd under surt miljø inducerer smerter svar via TRPV1

Med patch clamp optagelse, blev det konstateret, at formaldehyd ( 3 mM) aktiveret TRPV1 direkte i TRPV1-transficerede CHO-celler. Mens hverken et surt miljø alene (pH 6,0), og heller ikke formaldehyd ved lav koncentration alene ( 3 mM) fremkaldte strømme, formaldehyd på samme lave koncentration under et surt miljø (pH 6,0) dosisafhængigt inducerede strømme via TRPV1 (fig. 5, A og B). Faktisk havde formaldehyd (1~10 mM) ikke fremkalde strømme i ASIC1a-transficerede CHO-celler (data ikke vist). Disse data indikerer, at TRPV1 (og ikke ASIC1a) er den direkte mål for formaldehyd, især formaldehyd i et surt miljø. Formaldehyd også forbedrede capsaicin-inducerede strømme

in vitro

(fig. 5, C og D). Formaldehyd niveau blev ophøjet til ca. 0,6 mM i knoglen imorgen af ​​denne model

in vivo

(fig. 1 E), og formaldehyd (1 mM) under et surt miljø (pH 5,0) fremkaldte C-fiber udledninger

in vivo

(fig. 5, E og F). Formaldehyd smerter responser i rotte var naturligvis forstærket under sure miljø (pH 5,0)

in vivo

(fig. 3, A og B). Det er blevet rapporteret, at mikromiljø tumorvæv har pH-værdier på 4~5 [12], og at smerte adfærd kunne induceres ved et pH så lav som 5,0 ved aktivering af ASICs og /eller TRPV1 [15]. Disse data tyder på, at akkumulerede formaldehyd og sure miljø i tumorvæv synergistisk fremkalde smerte svar ved at aktivere TRPV1 i afferente C-fiber af knoglemarv eller hud.

Desuden formaldehyd opreguleret NGF udtryk i mastceller

in vitro

, og NGF udskilles af mastceller og makrofager kunne opregulere TRPV1 [2]. Dette indebærer, at formaldehyd udskilles af tumorvæv eventuelt opregulerer TRPV1 ekspression. Interessant overekspression af TRPV1 er blevet fundet i knogle Morrow, DRG-neuroner og afferente C-fibre i knoglekræft smertemodeller [1], [47]. Vi derfor hypotesen, at de prolifererende cancerceller secernerer overdreven endogen formaldehyd i de indledende faser, og derefter formaldehyd opregulerer TRPV1 ekspression i de afferente nerver. Derfor overekspression af TRPV1 øger mekanisk overfølsomhed ved faldende smertetærsklen af ​​

patienter

med kræft. Så, som tumoren skrider frem, acceleration af forsuring og kronisk akkumulering af formaldehyd fører til mekanisk allodyni eller svære smerter via ASICs og /eller TRPV1 i hud eller knoglemarv af kræftpatienter (Fig. S2).

Selvom , blokade af TRPV1 er blevet foreslået som en mulig terapeutisk target til at lindre smerter [1], har nyere forskning vist, at den kroniske blokade af denne receptor kan øge risikoen for kræft udvikling [48]. I vores undersøgelse fandt vi, at selv om capsazepine og melatonin alle svækkede knoglekræft smerte svar, de ikke nedsætte lokale formaldehyd niveauer i rygmarven og blod (fig. S1, A og B). Endnu vigtigere er, kan formaldehyd fremme proliferation af celler [49], og det er en risikofaktor for udvikling af kræft [7]. Dette antyder, at formaldehyd kan være en kritisk faktor for glia over-spredning i rygmarven af ​​denne knoglekræft smerte model [44]. Interessant nok har melatonin blevet anvendt klinisk for brystkræft [50]. Vi fandt, at det hæmmede akutte formaldehyd og capsaicin-induceret smerte adfærd (figur 3, A og C)., Som tidligere vist [22], [51] – [52];