Cannabinoid CB1 Receptor Expression and Localization in the Dorsal Horn of Male and Female Rat and Human Spinal Cord

ABSTRACT

Background

Preclinical and clinical evidence suggests that cannabis has potential analgesic properties. However, cannabinoid receptor expression and localization within spinal cord pain processing circuits remain to be characterized across sex and species.

Aims

We aimed to investigate the differential expression of the cannabinoid type 1 (CB1) receptor across dorsal horn laminae and cell populations in male and female adult rats and humans.

Methods

To investigate and quantify CB1 receptor expression in the spinal dorsal horn across species, we refined immunohistochemical procedures for successful rat and human fixed tissue staining and confocal imaging. Immunohistochemical results were complemented with analysis of CB1 gene ( CNR1) expression within rodent and human dorsal horn using single-cell/nuclei RNA sequencing data sets.

Results

We found that CB1 was preferentially localized to the neuropil within the superficial dorsal horn of both rats and humans, with CB1 somatic staining across dorsal horn laminae. CB1 receptor immunoreactivity was significantly higher in the superficial dorsal horn compared to the deeper dorsal horn laminae for both rats and humans, which was conserved across sex. Interestingly, we found that CB1 immunoreactivity was not primarily localized to peptidergic afferents in rats and humans and that CNR1 (CB1) but not CNR2 (CB2) was robustly expressed in dorsal horn neuron subpopulations of both rodents and humans.

Conclusions

The conserved preferential expression of CB1 receptors in the superficial dorsal horn in male and female rodents and humans has significant implications for understanding the roles of this cannabinoid receptor in spinal mechanisms of nociception and analgesia.

RÉSUMÉ

Contexte: Les données probantes précliniques et cliniques indiquent que le cannabis possède des propriétés analgésiques potentielles. Cependant, l’expression et la localisation des récepteurs cannabinoïdes au sein des circuits de traitement de la douleur de la moelle épinière restent à caractériser selon le sexe et les espèces.

Objectifs: Nous avons cherché à étudier l’expression différenciée du récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1) dans les différentes couches de la corne dorsale et les populations cellulaires chez des rats et des êtres humains adultes de sexe masculin et féminin.

Méthodes: Pour étudier et quantifier l’expression des récepteurs CB1 dans la corne dorsale de la moelle épinière chez différentes espèces, nous avons perfectionné les procédures d’immunohistochimie pour obtenir des résultats de coloration réussis sur des échantillons de tissus provenant de rats et d’êtres humains, ainsi que des images confocales. Les résultats immunohistochimiques ont été complétés par l’analyse de l’expression du gène CB1 (CNR1) dans la corne dorsale des rongeurs et des humains en utilisant des ensembles de données de séquençage d’ARN au niveau des cellules uniques et des noyaux.

Résultats: Nous avons constaté que le CB1 était principalement localisé dans le neuropile au sein de la corne dorsale superficielle chez les rats et les humains, avec une coloration somatique du CB1 dans les différentes couches de la corne dorsale. Chez les deux espèces, l’immunoréactivité du récepteur CB1 était significativement plus élevée dans la couche superficielle de la corne dorsale par rapport aux couches plus profondes, indépendamment du sexe. De manière intéressante, nous avons constaté que l’immunoréactivité du CB1 n’était pas principalement localisée dans les afférences peptidergiques chez les rats et les humains. De plus, nous avons observé une forte expression du gène CNR1 (CB1), mais pas du CNR2 (CB2), au sein de sous-populations de neurones de la corne dorsale chez les rongeurs et les êtres humains.

Conclusions: La localisation privilégiée et constante des récepteurs CB1 dans la couche superficielle de la corne dorsale chez les rongeurs et les humains, quel que soit leur sexe, revêt une importance majeure pour la compréhension des fonctions de ce récepteur des cannabinoïdes dans les mécanismes médullaires de la nociception et de l’analgésie.