Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 108-145.

Background: Fibromyalgia (FM) is a chronic pain disorder characterized by
widespread musculoskeletal pain, fatigue, sleep disturbances, and mood alterations.
Central sensitization, neuroinflammation, and aberrant cortical network connectivity
underlie its pathophysiology, but mechanistic understanding remains incomplete.
Recent evidence implicates neuroimmune modulation, synaptic plasticity changes in
pain-processing regions such as the medial prefrontal cortex (mPFC) and insula and
altered network dynamics within resting-state networks. Therapeutic innovations
targeting these mechanisms—including glucagon-like peptide-1 (GLP-1) receptor
agonists and deep brain stimulation (DBS)—may offer new treatment strategies.

Aim: This work aimed to (1) evaluate the therapeutic potential of semaglutide against
reserpine-induced FM-like manifestations, (2) characterize biochemical evidence of
hypersynapticity within the mPFC in this model, and (3) investigate the effects of
anterior insular DBS on cortical oscillatory activity and pain behavior in FM.

Methods: Adult Sprague-Dawley rats were used in three experimental series. In the
first, FM was induced by subcutaneous reserpine (1 mg/kg/day) for three days,
followed by daily intraperitoneal semaglutide at low (5 nmol/kg), intermediate (10
nmol/kg), or high (20 nmol/kg) doses for 14 days. Behavioral tests for pain, motor
coordination, and depression were conducted, and spinal cord tissues were analyzed
histologically and immunohistochemically for CD86 and CD163 expression,
cAMP/PKA/p-CREB signaling, and inflammatory markers. In the second experiment,
mPFC tissues from control and FM rats were assessed by ELISA for glutamate, γ-
aminobutyric acid (GABA), c-Fos, nerve growth factor (NGF), synaptophysin, and
postsynaptic density protein-95 (PSD-95) to verify synaptic alterations. In the third,


Abstract



7



control and FM rats underwent sham or monopolar anterior insular DBS (60 Hz, 210
µs, 100 µA; 15 min/day for 3 days). Local field potentials (LFPs) were recorded from
the mPFC, and thermal nociception was evaluated using tail immersion and hot plate
tests.

Results: Semaglutide markedly alleviated reserpine-induced pain hypersensitivity,
depressive-like behavior, and motor incoordination. It reversed spinal
histopathological damage, suppressed CD86 while enhancing CD163 expression,
inhibited inducible nitric oxide synthase, and lowered tumor necrosis factor-α levels.
Additionally, it upregulated arginase-1 and interleukin-4, reflecting M2 microglial
polarization, and activated the cAMP/PKA/CREB pathway. Biochemical analyses
confirmed hypersynapticity in FM, evidenced by elevated glutamate, c-Fos, NGF,
synaptophysin, and PSD-95 levels with reduced GABA. Insular DBS significantly
increased delta power, normalized FM-associated reductions in theta power, reduced
elevated gamma activity, and decreased alpha and beta bands in control groups. DBS
also enhanced pain thresholds, as reflected by increased withdrawal latencies.
Conclusion: This work provides novel insights into the pathophysiology and
therapeutic modulation of FM. Semaglutide ameliorates neuroinflammation and
nociplastic pain via cAMP/PKA signaling and M2 microglial polarization. Reserpine-
induced FM is associated with mPFC hypersynapticity, implicating excitatory-
inhibitory imbalance in disease mechanisms. Moreover, anterior insular DBS
rebalances cortical oscillatory activity and alleviates hyperalgesia, highlighting its
potential as a neuromodulatory therapy. Collectively, these findings advance
understanding of FM mechanisms and propose innovative therapeutic strategies
targeting neuroimmune and network dysfunctions.

الخلفية: الفيبروميالغيا (FM) اضطراب ألم مزمن يتميز بألم عضلي هيكلي منتشر، وإرهاق، واضطرابات في النوم، وتقلبات مزاجية. يُعزى حدوثه إلى فرط الحساسية المركزية، والالتهاب العصبي، واضطراب الاتصال الشبكي القشري، إلا أن فهم آلياته لا يزال غير مكتمل. تشير الأدلة الحديثة إلى دور التعديل العصبي المناعي، وتغيرات اللدونة المشبكية في مناطق معالجة الألم مثل القشرة الجبهية الإنسية (mPFC) والفص الجزيري، وتغيرات في ديناميكيات الشبكة ضمن شبكات حالة الراحة.قد توفر الابتكارات العلاجية التي تستهدف هذه الآليات - بما في ذلك ناهضات مستقبلات الببتيد الشبيه بالجلوكاجون-1 (GLP-1) والتحفيز العميق للدماغ (DBS) - استراتيجيات علاجية جديدة.
الهدف: هدفت هذه الدراسة إلى (1) تقييم الإمكانات العلاجية للسيماغلوتيد ضد مظاهر الألم العضلي الليفي الناجمة عن الريزيربين، (2) تحديد الأدلة البيوكيميائية على فرط التشابك العصبي داخل القشرة الجبهية الإنسية في هذا النموذج، و(3) دراسة تأثيرات التحفيز العميق للدماغ في الفص الجزيري الأمامي على النشاط التذبذبي القشري وسلوك الألم في الألم العضلي الليفي.
الطرق: استُخدمت فئران سبريج-داولي البالغة في ثلاث سلاسل تجريبية. في السلسلة الأولى، تم تحفيز الألم العضلي الليفي عن طريق حقن الريزيربين تحت الجلد (1 ملغم/كغم/يوم) لمدة ثلاثة أيام، تلاها حقن السيماغلوتيد داخل الصفاق يوميًا بجرعات منخفضة (5 نانومول/كغم)، أو متوسطة (10 نانومول/كغم)، أو عالية (20 نانومول/كغم) لمدة 14 يومًا. أُجريت اختبارات سلوكية للألم، والتناسق الحركي، والاكتئاب، وتم تحليل أنسجة الحبل الشوكي نسيجيًا وكيميائيًا مناعيًا لتحديد تعبير CD86 وCD163، وإشارات cAMP/PKA/p-CREB، وعلامات الالتهاب.في التجربة الثانية، تم تقييم أنسجة القشرة الجبهية الإنسية (mPFC) من فئران الكونترول وفئران الفيبروميالجيا (FM) باستخدام اختبار ELISA للكشف عن الغلوتامات، وحمض غاما-أمينوبيوتيريك (GABA)، وc-Fos، وعامل نمو الأعصاب (NGF)، والسينابتوفيزين، وبروتين الكثافة بعد المشبكية-95 (PSD-95) للتحقق من التغيرات المشبكية. في التجربة الثالثة، خضعت فئران الكونترول وفئران الفيبروميالجيا (FM) لعملية تحفيز الدماغ العميق (DBS) الوهمية أو أحادية القطب في الفص الجزيري الأمامي (60 هرتز، 210 ميكروثانية، 100 ميكروأمبير؛ 15 دقيقة/يوم لمدة 3 أيام). تم تسجيل كمونات المجال الموضعي (LFPs) من القشرة الجبهية الإنسية (mPFC)، وتم تقييم الإحساس بالألم الحراري باستخدام اختبار غمر الذيل واختبار الصفيحة الساخنة.
النتائج: خفف سيماغلوتيد بشكل ملحوظ من فرط الحساسية للألم الناجم عن الريزيربين، والسلوك الشبيه بالاكتئاب، وعدم التناسق الحركي. كما عكس الضرر النسيجي المرضي في النخاع الشوكي، وكبح التعبير عن CD86 مع تعزيز التعبير عن CD163، وكبح إنزيم أكسيد النيتريك القابل للتحفيز، وخفض مستويات عامل نخر الورم ألفا. بالإضافة إلى ذلك، رفع من مستوى الأرجينيز-1 والإنترلوكين-4، مما يعكس استقطاب الخلايا الدبقية الصغيرة من النوع M2، ونشط مسار cAMP/PKA/CREB. أكدت التحليلات الكيميائية الحيوية فرط التشابك العصبي في الفيبروميالجيا، ويتضح ذلك من خلال ارتفاع مستويات الغلوتامات، وc-Fos، وNGF، والسينابتوفيزين، وPSD-95 مع انخفاض GABA. أدى التحفيز العميق للدماغ في الفص الجزيري إلى زيادة كبيرة في قوة موجات دلتا، وتطبيع الانخفاضات المرتبطة بالفيبروميالجيا في قوة موجات ثيتا، وتقليل نشاط موجات غاما المرتفع، وانخفاض نطاقات ألفا وبيتا في مجموعات الكونترول. كما عزز التحفيز العميق للدماغ عتبات الألم، كما يتضح من زيادة زمن استجابة الانسحاب.
الخلاصة: يقدم هذا العمل رؤى جديدة حول الفيزيولوجيا المرضية والتعديل العلاجي للألم العضلي الليفي. يُحسّن سيماغلوتيد الالتهاب العصبي والألم عبر إشارات cAMP/PKA واستقطاب الخلايا الدبقية الصغيرة من النوع M2. يرتبط الألم العضلي الليفي الناجم عن الريزيربين بفرط التشابك العصبي في قشرة الفص الجبهي الإنسي، مما يشير إلى اختلال التوازن بين الإشارات الاستثارية والتثبيطية في آليات المرض. علاوة على ذلك، يُعيد التحفيز العميق للدماغ في الفص الجزيري الأمامي توازن النشاط التذبذبي القشري ويُخفف فرط التألم، مما يُبرز إمكاناته كعلاج مُعدِّل عصبي. تُسهم هذه النتائج مجتمعةً في تعزيز فهم آليات الألم العضلي الليفي، وتقترح استراتيجيات علاجية مبتكرة تستهدف الاختلالات العصبية المناعية والشبكية.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.