Plasticité de l`inhibition spinale et symptômes douloureux chez l

ArticleoriginalpubliédanslarevueDouleurs(2006)7(4),187‐193
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Plasticitédel'inhibitionspinaleetsymptômesdouloureuxchezl'animal
MathieuRAJALU&PierrickPOISBEAU
InstitutdesNeurosciencesCellulairesetIntégratives
UnitéMixtedeRecherchen°7168CNRS/UniversitéLouisPasteur
Département«NociceptionetDouleur»
21,rueRenéDescartes
67084Strasbourg,France
Résumé
Lescornesdorsalesdelamoelleépinièreconstituentlepremierrelaispourlesmessagesnociceptifs
avantleurtransmissionverslesstructuressupraspinalesdontfaitpartielecortex,siègedel'élaboration
delasensationdouloureuse.Auniveaudecepremierrelaismédullaire,l'intégrationdesmessages
nociceptifsparlesneuronesdelacornedorsaleestdéterminéeparunéquilibrefragileentreles
contrôlesexcitateursetinhibiteurs.Beaucoupdetravauxderecherchesontmontréquelescontrôles
excitateurssontexacerbéslorsdudéveloppementdesdouleursinflammatoiresetneuropathiques.La
contributiondescontrôlesinhibiteursquiprésidentàl'apparitiondessymptômesdouloureuxétait
jusqu'àprésentméconnue.Danscetterevuesontprésentésplusieursexemplesrécentsquimontrent
commentlaproductiondecertainsmédiateursdel'inflammationoul'altérationdel'homéostasiedes
ionschlorureaggravel'hypersensibilitédouloureuseenproduisantunedésinhibitionspinaledescircuits
glycinergiquesetGABAergiques.Certainestentativesdecompensationsemblentnéanmoinslimiter
cettedésinhibitionetnousvenonsd'identifierlerôledeneurostéroïdesdansunmodèlede
sensibilisationdouloureuseinflammatoire.L'identificationdecesmécanismesdevraitpermettrede
développeràtermedenouvellesstratégiesthérapeutiquesvisantàaccentuerlescontrôlesinhibiteurs
médullaires.
Motsclés:Moelleépinière,nociception,GABA,glycine,homéostasiechlorure,prostaglandineE2,
neurostéroïde,désinhibitionspinale
Abstract
Neuronslocatedinthedorsalhornofthespinalcordconstitutethefirstrelayforperipheralnociceptive
messagesbeforetheirtransmissiontosupraspinalstructures,suchasthecortex,themainCNSareafor
theelaborationofpainsensations.Atthespinallevel,painprocessingbythedorsalhornneuronsis
determinedbyafrailbalancebetweenexcitatoryandinhibitorycontrols.Alargenumberofstudies
haveshownthatexacerbationofexcitatorycontrolsoccursduringinflammatoryandneuropathicpain
butlittleisknownregardingthecontributionofinhibition.Inthisreviewarepresentedoriginal
mechanismscontributingtoanaggravationofpainsymptomsbyreducinginhibitionmediatedby
glycinergicandGABAergictransmissions.Apartfromthesespinaldisinhibitionprocesses,wealsogive
evidencethattheproductionofneurosteroids,synthesizedlocallybygliaandneuronsinthedorsal
horn,representsanovellocalantinociceptivecontrolduringinflammatorypain.Insummary,spinal
disinhibitionplaysanimportantroleduringspinalpainprocessingandtherecentidentificationofthese
localmechanismsmightbeofsignificativeimportancetodevelopnoveltherapeuticalstrategies.
Keywords:spinalcord,nociception,GABA,Glycine,chloridehomeostasis,prostaglandinE2,
neurosteroid,spinaldisinhibition.

ArticleoriginalpubliédanslarevueDouleurs(2006)7(4),187‐193
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Introduction
Lesneuronessituésdanslescornesdorsalesdelamoelleépinièreserventdepremierrelaisaux
informationsnociceptivesquiproviennentdelapériphérieducorps.Qu'ilssoientdesneurones
àprojectionsupraspinale(localisésmajoritairementdanslescoucheIetV)oudes
interneurones,leuractivitéélectriqueintrinsèqueetlanaturedescontrôlesqu'ilsreçoivent
sontdéterminantslorsdel'intégrationetdelamodulationprécocedecesmessages
nociceptifsascendants[1,2].Encequiconcernelescontrôlesexcitateursrapides,lerôledes
récepteursduglutamateestaujourd'huibiendocumentédansl'apparitiondesdouleursaiguës
oupersistantes[2],maispeudedonnéessontdisponiblesquantàl'implicationdescontrôles
inhibiteursmédiésparlaglycineetl'acideγ‐aminobutyrique(GABA).L'objectifdecetterevue
estdemettreenlumièredesrésultatsrécents,confirméspardeslaboratoiresindépendants,
quisoulignentl'importancedeladésinhibitionspinaledansplusieursmodèlesdedouleurchez
l'animal.Ladésinhibitionspinaleestunehypothèsederechercheoùlabalance
excitation/inhibitionestmodifiéesuiteàunebaissedel’efficacitédescontrôlesinhibiteurs.La
diminutiondutonusinhibiteurspinal,quiagitnormalementcommeunfreinsurlatransmission
desstimulinociceptifsverslesstructuressupraspinales,seraitalorsresponsabled’une
hyperexcitabilitéspinaleassociéeauxsymptômesdouloureux.
Lestravauxprésentésiciontétémenésenquantifiantleschangementsplastiquesdutonus
inhibiteurquicontrôlel’activitéélectriqueintrinsèquedesneuronesdusystèmenociceptif
spinal.
Lescontrôlesinhibiteursauseindelacornedorsalesontvariésetreposentsurlaprésencede
neuroneslocaux(interneurones)etdeterminaisonssupraspinalesutilisantlaglycineetle
GABAcommeneurotransmetteurs.Cesdeuxneurotransmetteurssefixent,entreautres,sur
desrécepteurscanauxforméspar5sous‐unitésprotéiques[3]quel’onappellerespectivement
récepteurGABAdetypeA(R‐GABAA)etrécepteurdelaglycine(R‐Gly).Leuractivationentraîne
l’ouvertureducanalquiestsélectivementperméableauxionschlorure(Cl‐).Chezl'adulte,les
ionsCl‐sontmaintenusàuneconcentrationfaibleàl'intérieurdesneuronesdelacornedorsale
grâceàl'activitéd'uncotransporteurmembranaireK+/Cl‐(KCC2)quiexpulselesionsCl‐vers
l'extérieur[4].Danscesconditions,l'activationdesR‐GABAAoudesR‐Glyinduituneentrée
massived'ionsCl‐quiproduitunerapidehyperpolarisationmembranaire.Defaçonintéressante,
nousavonspumontrerquelesdeuxneurotransmetteursGABAetglycinesontcolocalisésdans
certainessynapsesdelacornedorsaledelamoelleépinière[5]cequiapourconséquence
d'augmentersignificativementl'efficacitéinhibitricedecessynapsesmixtesetd’yrenforcerles
contrôlesinhibiteursassociésàunehypoalgésie.
Réductiondutonusinhibiteuretsymptômesdouloureux
Jusqu'àprésent,lerôlepotentield'unedésinhibitionglycinergiqueet/ouGABAergiqueétait
associéàl’apparitiondesymptômesd'hyperalgésieetd'allodynieàlasuited'injections
intrathécalesd'antagonistesdesR‐GABAAoudesR‐Gly[6].Lesdeuxexemplesquisuivent
illustrentcommentdesneuromédiateursendogènes,lesprostaglandinesE2oulefacteurde
croissanceBDNF(brainderivedneurotrophicfactor),réduisentl'inhibitionmédiée
respectivementparlesrécepteursglycineetGABAApourproduiredessymptômesdouloureux.

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Moded'actiondesprostaglandinesE2danslacornedorsaledelamoelleépinière.
Lesprostaglandinessontdessubstanceschimiquesliposolublesproduitesdanslaplupartdes
tissusdel'organismelorsd'unelésiontissulaireetd'uneinflammation.Cesmoléculessont
produitesinitialementàpartirdesphospholipidesmembranairestransformésenacide
arachidoniquesousl'actiondelaphospholipaseA2.L'acidearachidoniqueestensuiteconverti
enprostaglandinesactivesaprèslesactionssuccessivesdecyclo‐oxygénases(COX),
d’hydroxypéroxydases,d'isomérasesetdeprostacyclinesynthétases.Danslafamilledes
prostaglandines,laPGE2,injectéeparvoieintrathécale,étaitdéjàconnuepourprovoquerune
sensibilisationcentraledesafférencesprimairesdesnocicepteursetl'apparitiondesymptômes
d'hyperalgésieetd'allodynie[7,8].Sonmoded'actionétaitcependantencoremalconnu.
Parmilesconséquencesqu'onluiattribue,laPGE2sembleinduireuneaugmentationdela
libérationdeglutamate,unesensibilitéaccruedesrécepteursauxacidesanimésexcitateurs,
unedépolarisationdeneuronesdescouchesprofondes,unedésinhibitionglycinergiquedes
neuronesdescouchessuperficielles.Àpartirdecettedernièreobservationetgrâceàla
disponibilitédesouristransgéniques,lepuzzledumoded'actiondesPGE2apuêtre
reconstituécesdeuxdernièresannées(Figure1).
Figure1:Mécanismed'actiondelaPGE2conduisantàlalevéedel’inhibitionmédiéeparlesrécepteursde
laglycinecontenantlasousunitéα3.
Lorsdudéveloppementd'uneinflammationpériphérique,lesprostaglandinesE2(PGE2)sont
égalementsécrétéesdanslacornedorsaledelamoelleépinière.Ellespeuventalorsactiverun
récepteurspécifiqueEP2présentsurlamembranedesneuronesspinaux.Cerécepteurestcoupléà
uneprotéineGsquistimulelaproductiond'AMPc,unsecondmessagercapabledestimulerl'activité
delaprotéinekinaseA.Unedesciblesdecetteenzymeestdephosphorylerunesérineenposition
346surlasous‐unitéα3durécepteurdelaglycine.Cettephosphorylationapourconséquencede
réduirefortementlecourantchlorureproduitparl'ouverturedurécepteur‐canaldelaglycine.
Adaptéd'aprèslaréférence[10].
LaPGE2sefixesurunrécepteurmembranaireEP2(RécepteurCoupléàuneProtéineG,quiest
présentsurlesneuronesdescouchessuperficiellesdelamoelleépinière[9].L'activationdece
récepteurprovoquealorsuneaugmentationdelaproductiond'adénosinemonophosphate

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cyclique(AMPc)dufaitdeàlastimulationdel'enzymeadénylatecyclaseparlaprotéineGs.La
conséquencedel'augmentationdelaconcentrationd'AMPcestunehyperstimulationdela
protéinekinaseAquiphosphorylelasous‐unitéα3duR‐Gly(α3R‐Gly)[10].Unetelle
phosphorylationestaccompagnéed'unediminutiondel'inhibitionsynaptiqueportéeparles
R‐Gly(‐50%).Cerésultatesttrèsbienétayéscientifiquementmaisextrêmementsurprenant,car
lacibledelaPGE2enboutchaîneestunseulacideaminé(sérine346)portéparlesα3R‐Gly.Ce
quirendcerésultatencoreplusintéressant,c'estquelesα3R‐Glysontlocalisésquasi
exclusivementdanslesneuronesdescouchessuperficielles(coucheI‐II).Eneffet,lasous‐unité
α3n'estpasprésentedanslesneuronesdescouchesplusprofondesquicontiennent,eux,
principalementdesα1R‐Glyinsensiblesàl'actiondelaPGE2.Alasuitedecetteobservationet
grâceàl'utilisationd'animauxtransgéniquesdontlegènelasous‐unitéα3aétéinvalidé(les
neuronesdecesanimauxn'exprimentdoncqueα1R‐Gly),lerôledeα3R‐Glyapuêtremisen
évidenceenquantifiantexpérimentalementl'hyperalgésieetl'allodyniedansdeuxmodèles
animauxdedouleurinflammatoire(injectionintraplantairedezymozanoud'adjuvantcomplet
deFreund)etàlasuitedel'injectionintrathécaledePGE2.Ilapparaîtquelessymptômes
d'hyperalgésieetd'allodyniesontfortementréduitschezlesanimauxn'exprimantpasα3R‐Gly
comparativementauxanimauxdelasouche"sauvage"[10].Unrésultatsimilaireaétéobtenu
chezdessourisdontlegènecodantpourlerécepteurEP2desPGE2estinvalidé[9].Cette
dernièreétudeconfirmequeleseffetspronociceptifsdelaPGE2passentprincipalementpar
unedésinhibitionglycinergiquequimetenjeulesrécepteursmembranairesEP2,l’activationde
laprotéinekinaseAetlaphosphorylationdesα3R‐Glydesneuronesdescouchessuperficielles
delamoelleépinière.Cestravauxouvrentdesperspectivesimportantesencequiconcernele
développementdefutursantagonistesdesrécepteursEP2maisaussideligandsspécifiquesde
lasous‐unitéα3desrécepteursdelaglycine.
Importancedesgradientsdeconcentrationdechloruredanslesdouleursneuropathiques
Lamanipulationdesgradientsdeconcentrationdechloruremisenjeulorsdel'inhibition
nerveusepassantparlesR‐GlyetR‐GABAAestunaxederechercheinnovantquipourraità
courttermepermettreégalementledéveloppementdenouvellesprocéduresanalgésiques.
Lesgradientsdeconcentrationdechloruresontcontrôléspardesprotéines
transmembranaires,cotransporteurscation/chlorure,quisontégalementimpliquésdansde
nombreuxautresprocessusphysiologiquesassociésauxfonctionssystémiquesdel’organisme
commelasécrétionioniqueouencorel'homéostasiedumilieuintérieur.Danslesystème
nerveux,lecontrôledesgradientsdeconcentrationdechlorurereposeprincipalementsur
l’activitédescotransporteursK+/Cl‐(KCC2)etNa+/K+/Cl‐(NKCC1)[4,11].Cesdeux
cotransporteurssontélectroneutresmaisleuractivitédéterminedesgradientsde
concentrationdechlorureopposésdanslesneuronesoùilssontexprimés.Ainsi,laprésence
majoritairedeNKCC1est‐elleassociéeàdesconcentrationsintracellulairesélevéesenNa+,K+et
Cl‐(accumulationintracellulaire).Al’inverse,laprésencedeKCC2danslesmembranesdes
cellulesnerveusesfavoriseradesconcentrationsintracellulairesfaiblesenK+etenCl‐
(extrusion).Commenousl’avonsdéjàévoquéci‐dessus,l’expressiondescotransporteursest
réguléeaucoursdudéveloppementpostnatal(Figure2).Ainsi,NKCC1estlargementexprimé
danslesstadesprécocesdedéveloppementalorsqueKCC2devientmajoritaireaprèsla
premièresemainepostnataleetchezl'adulte[4].Laconséquencefonctionnelledece
phénomèneestqueleGABAetlaglycine,lorsqu’ilsactiventleursrécepteurscanaux
spécifiques,ontdesactionsdépolarisantes(effetexcitateur:sortied’ionCl‐)surlesneurones
embryonnairesalorsqu’ilshyperpolarisent(effetinhibiteur:entréed’ionsCl‐)lesneurones

ArticleoriginalpubliédanslarevueDouleurs(2006)7(4),187‐193
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adultes.Apartirdecetteobservationdeplasticitédéveloppementale,l’hypothèsed’une
désinhibitionspinaleparchangementdesgradientsdeconcentrationdechlorure(i.e.variation
del’expressiondescotransporteursKCC2etNKCC1)aététestéechezl’animaladulteporteur
d’unedouleurneuropathiquesuiteàunelésiondenerfsciatiqueoulorsd’unedouleurviscérale.
Figure2:Représentationschématiquedurôledestransporteurschlorureaucoursdudéveloppementet
lorsdudéveloppementd'uneneuropathiepériphériquechezl'adulte.
Austadeembryonnaire,laconcentrationintracellulaireenionsCl‐estélevéeetcettesituationrésulte
del'actionducotransporteurNKCC1quiestexpriméàlamembranedesneuronesspinaux.Dansces
conditions,l'actionduGABAsursonrécepteur‐canalGABAAprovoqueunesortied'ionsCl‐quiest
dépolarisante(excitatrice).Dèslafindelapremièresemainepostnataleetaustadeadulte,des
transporteursKCC2sontexprimésàlamembrane.CestransporteursexpulsentlesionsCl‐vers
l'extérieuretmaintiennentalorsuneconcentrationintracellulaireenionsCl‐faible.L'activationdes
récepteursGABAAinduitalorsuneentréed’ionsCl‐quiesthyperpolarisante(inhibitrice).Aucoursdu
développementdedouleursneuropathiques,l’expressiondestransporteursKCC2estinhibéeet
l'expressiondeNKCC1pourraitêtrestimulée.Danscesconditions,l'homéostasiedesionschlorures
estprofondémentperturbéeetlesconcentrationsintracellulairesenionsCl‐redeviennentélevées.
L'hypothèseenvigueurpréditqueleGABAdevientexcitateurdanscertainessynapsesspinales
amplifiantainsil'hyperexcitabilitéassociéeàlastimulationpersistantedesfibresafférentes
nociceptives.Adaptéd'aprèslareférence[11].
L’analysedesgradientsdeconcentrationdechlorurechezlesanimauxporteursd’unelésion
périphériquedunerfsciatique(modèledeconstriction)aétépossibleenutilisant
l’électrophysiologieetl’imagerieducalciumlibreintracellulairesurlesneuronesdelalaminaI
delamoelleépinière[12].Lesneurones,observéschezlesanimauxporteursd’uneneuropathie
périphérique,présententunediminutionimportantedel’expressionmembranairedesKCC2
quiestcorréléeavecuneélévationdelaconcentrationintracellulaireenionCl‐(Figure2).La
conséquenceimmédiatedecetteélévationestqueleGABAprovoquealorsuneaugmentation
delaconcentrationdecalciumlibreintracellulairedanslesneuronesdelalaminaIun
phénomènesystématiquementobservéaprèsunedépolarisationmembranaire.LeGABA
commelaglycine,enagissantsurleurrécepteurscanauxspécifiques,deviennentdonc
excitateursdanscesconditionspathologiques.Ilestd’ailleursintéressantdenoterque
l’utilisationd’unoligonucléotideantisens,quibloquel'expressionducotransporteurKCC2chez
desanimauxsains,réduitégalementleseuilnociceptif(générantunehyperalgésie)suiteàune
stimulationthermiqueoumécanique.L’implicationdescotransporteursNKCC1aégalementété
miseenévidencedansunmodèlededouleurviscéraleinduiteparl’injectionintra‐coloniquede
capsaïcine,undesprincipesactifscontenudanslepiment[13].Chezdesanimauxayantreçu
unetelleinjection,uneaugmentationprécoce(90‐180minutesaprèsinjection)del’expression