Aconiti tuber attenuates oxaliplatin-induced mechanical and cold allodynia in rats by suppression of spinal astrocyte activation

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Oxaliplatin, a widely used anticancer drug against metastatic colorectal cancer, can induce acute peripheral neuropathy, which is characterized by cold and mechanical allodynia. Activation of glial cells (e.g. astrocytes and microglia) and increase of pro-inflammatory cytokines (e.g. IL-1β and TNF-α) in the spinal cord play a crucial role in the pathogenesis of neuropathic pain. Our previous study demonstrated that Gyejigachulbu-Tang (GBT), a herbal complex formula, alleviates oxaliplatin-induced neuropathic pain in rats by suppressing spinal glial activation. However, it remains to be elucidated whether and how Aconiti Tuber, a major ingredient of GBT, is involved in the efficacy of GBT. Cold and mechanical allodynia induced by an oxaliplatin injection (6 mg/kg, i.p.) in Sprauge-Dawley rats were evaluated by a tail immersion test in cold water (4°C) and a von Frey hair test, respectively. Aconiti Tuber (300 mg/kg) was administrated orally for five consecutive days following the oxaliplatin injection. Glial activation in the spinal cord was quantified by immunohistochemical staining using GFAP (for astrocytes) and Iba-1 (for microglia) antibodies. The amount of spinal pro-inflammatory cytokines, IL-1β and TNF-α, were measured by ELISA. Significant behavioral signs of cold and mechanical allodynia were observed three days after an oxaliplatin injection. Oral administration of Aconiti Tuber significantly alleviated oxaliplatin-induced cold and mechanical allodynia by increasing the tail withdrawal latency to cold stimuli and mechanical threshold. Immunohistochemical analysis showed the activation of astrocytes and microglia and the increase of IL-1β and TNF-α levels in the spinal cord following an oxaliplatin injection. Administration of Aconiti Tuber suppressed the activation of spinal astrocytes without affecting microglial activation and down-regulated both IL-1β and TNF-α levels in the spinal cord. These results indicate that Aconiti Tuber has a potent anti-allodynic effect in a rat model of oxaliplatin-induced neuropathic pain, which is associated with the inhibition of activation of astrocytes and release of pro-inflammatory cytokines in the spinal cord. Thus, these findings suggest that administration of Aconiti Tuber could be an alternative therapeutic option for the management of peripheral neuropathy, a common side-effect of oxaliplatin.

국문 초록 (Abstract)

연구 배경 및 목적
Oxaliplatin은 전이성 대장직장암에 널리 사용되는 항암제이나, 차가운 온도에 대한 자극이나 기계적 자극에 대한 이질통과 같은 말초 신경병증을 유발한다는 부작용이 있다. 이러한 신경통의 병리기전으로 척수내의 염증유발 cytokine들 (e.g. IL-1β and TNF-α)의 증가와 아교세포 (e.g. astrocytes and microglia)의 활성화로 볼 수 있다. 이전의 연구 결과에서는 계지가출부탕이 쥐 모델에서 척수의 아교세포의 활동을 억제하여 oxaliplatin에 의하여 유발된 신경통을 억제한다고 보고되었으나, 한의학적으로 온리(溫裏)약으로 분류가 되어있으며, 진통 작용이 있는 것으로 알려진 부자가 실제로 oxaliplatin에 의하여 유발된 신경성 이질통에 대하여 어떤 기전을 통해 진통 작용을 하는 것에 대해서는 연구된 바는 없었다.


연구방법
Sprauge-Dawley rat에 oxaliplatin을 투여하여 (6 mg/kg, i.p.) 한성 자극과 기계적 자극에 대한 이질통을 유발하였으며, 차가운 물에(4°C) 접촉시 꼬리를 드는 시간을 측정하여 한성 이질통을, von Frey hair test 로 기계적 자극에 대한 이질통을 매일 측정하였다. 부자는(300 mg/kg) oxaliplatin 주입 다음날부터 5일 연속으로 경구 투여되었다. 척수에서의 아교세포의 활성화는 by immunohistochemical (IHC) 염색방법 이후 관찰했으며, astrocyte 염색에는 GFAP 항체, microglia 염색에는 Iba-1 항체를 이용해 각각 염색하였다. 염증유발 cytokine들인 IL-1β 와 TNF-α는 ELISA를 통하여 관찰하였다.

연구결과
Oxaliplatin 주입을 한 이후 3일만에 기계적 자극에 대한 쥐의 역치의 변화는 물론 (P<0.01), 한랭자극에 대한 역치의 변화 (3일째에 P<0.05 , 5일째에 P<0.01) 를 보여 부자의 경구투여가 oxaliplatin에 의해 유발된 신경통을 완화하였다. Oxaliplatin 투여 이후 Immunohistochemical 분석상 척수에서의 성상교세포와 미세아교세포의 활성화와 IL-1β, TNF-α의 수적 증가가 관찰되었으며(P<0.01), 부자의 투여로 인해 염증유발 cytokine은 (IL-1β, TNF-α) 둘 다 유의하게 억제되었으며(P<0.01),, 척수에서의 성상교세포의 활성은 억제되었으나(P<0.01), 미세아교세포의 활성에는 영향을 주지 않았다.

결론
이러한 연구결과들은 부자가 쥐 모델에서 oxaliplatin에 의해 유발된 신경통을 완화해 준다고 볼 수 있으며, 그 기전은 척수에서의 성상교세포의 억제와 염증유발 cytokine 분비감소로 보여진다.

목차 (Table of Contents)

• I. Introduction 1
• II. Materials and methods 5
• 2.1. Animals 5
• 2.2. Drug administration 5
• 2.3. Behavioral tests- 7
• 2.4. Immunohistochemistry 9
• 2.5. ELISA 10
• 2.6. Statistical analysis 12
• III. Results 13
• 3.1. Anit-allodynic effects of Aconiti Tuber in oxaliplatin-injected rats 13
• 3.2. Suppressive effect of Aconiti Tuber on activation of spinal astrocytes in oxaliplatin-injected rats 17
• 3.3. Aconiti Tuber down-regulated the levels of spinal pro-inflammatory cytokines in oxaliplatin-injected rats 26
• IV. Discussion 30
• V. Conclusion 35
• VI. References 36
• 국문초록 44