Modulation neuronaler nikotinischer Acetylcholinrezeptoren durch den Monoterpenalkohol (-)Menthol

Abstract

Menthol ist Inhaltsstoff verschiedener Mentha-Arten und wird häufig als Zusatzstoff in Nahrungs- und Genussmitteln, aber auch zu medizinischen Zwecken verwendet. Neben seinen kühlenden (Eccles, 1994; Reid and Flonta, 2001) und lokalanästhetischen Wirkungen (Galeotti et al., 2001), die über das periphere Nervensystem vermittelt werden, hat Menthol auch Effekte auf das Zentralnervensystem (ZNS). Dazu gehören seine sedierende, narkotische sowie analgetische (anästhetische) Wirkung (Galeotti et al., 2002), wobei die beiden ersten Effekte auf eine positive allosterische Modulation von GABAA- und Glycinrezeptoren durch Menthol zurückgeführt werden (Hall et al., 2004; Watt et al., 2008). <br /> Dagegen ist über die analgetische Wirkung von Menthol wenig bekannt. Da neuronale nikotinische Acetylcholinrezeptoren (nAChRs) bei der nozizeptiven Reizverarbeitung eine wichtige Rolle spielen, könnten sie ein möglicher Angriffspunkt für Menthol sein. <br /> In dieser Arbeit wurde untersucht, wie die Funktion von nativen und rekombinanten nAChRs durch (-)Menthol beeinflusst wird. Dazu wurden Ströme durch nAChRs mit Hilfe schneller Agonist-Applikation in trigeminalen Neuronen der Ratte sowie in HEK tsA201 Zellen induziert und mittels der Patch-Clamp-Technik analysiert.<br /> Biophysikalische und pharmakologische Untersuchungen mit den drei Agonisten Acetylcholin (ACh), (-)Nikotin und (±)Epibatidin ergaben, dass in trigeminalen Neuronen unterschiedliche nAChR-Subtypen vorkommen. Hauptsächlich wurden neben dem α7-nAChR-Subtyp α4β2- und α3β4-nAChR-Subtypen identifiziert. Diese Ergebnisse bestätigen und erweitern frühere molekularbiologische Befunde von Flores (Flores et al., 1996), die belegen, dass trigeminale Neurone nAChR-Proteine der Subtypen α4β2 und α3β4 exprimieren.<br /> Die durch Agonisten induzierten Ströme wurden durch Menthol in ihrer Amplitude konzentrationsabhängig reduziert, wobei die Kinetik der Ströme (Aktivierung und Desensitisierung) unbeeinflusst blieb. Für Nikotin (75 µM) betrug der IC50-Wert für die Hemmung durch Menthol in trigeminalen Neuronen 111 µM. An stabil in HEK tsA201 Zellen exprimierten humanen α4β2-nAChRs wurden Konzentrations-Wirkungs-Kurven für Nikotin mit und ohne Menthol erstellt. In Anwesenheit von Menthol war der EC50-Wert für Nikotin nicht signifikant verändert, während die Nikotin-induzierten Stromantworten im getesteten Konzentrationsbereich signifikant verringert waren.<br /> Weiterhin wurden Nikotininduzierte Ströme durch einzelne Rezeptorkanäle in trigeminalen Neuronen analysiert. In Anwesenheit von Menthol war die Offenwahrscheinlichkeit einzelner nAChRs dadurch verringert, dass die Kanaloffenzeit verkürzt und die Geschlossenzeit verlängert war. Demnach veränderte Menthol die Schaltkinetik von nAChRs. In Anwesenheit von Menthol wurden weder eine Verminderung der Einzelkanalamplitude noch eine Veränderung der Flicker-Häufigkeit des Einzelkanals beobachtet.<br /> Zusammenfassend kann aus unseren Ergebnissen geschlossen werden, dass Menthol als negativer allosterischer Modulator am nAChR-Protein wirkt, der im Sinne eines nicht-kompetitiven Antagonisten (NKA) vorwiegend am geschlossenen Rezeptor, außerhalb der Pore bindet und die Wirkstärke des Agonisten verringert.