Sistema Endocannabinoide
Scoperta dei cannabinoidi
1964: Raphael Mechoulam isola dalla pianta di Cannabis Sativa
una miscela di composti di natura lipofila
Scoperta dei cannabinoidi
Cannabinoidi– Principi attivi
– Identificati oltre 60 derivati della – Identificati oltre 60 derivati della Cannabis classificabili in 10 sottoclassi (delta-9-tetrahydrocannabinol (∆9-THC), cannabidiolo, cannabigerolo, cannabicromene e cannabinolo.)
• Strutture a 21 atomi di carbonio
• Insolubili in acqua
• Solubili in lipidi, alcool e altri solventi polari
Marjuana
Non specifico?– Modulazione della fluidità delle membrane
Specifico?
Meccanismo d’azione
Specifico?Risposta dose effetto– Effetto diverso dell’isomero d e l
– Inibizione del cAMP via proteina G (1986)
Esiste uno specifico recettore per i CB?
Struttura dei Recettori CB1 e CB2
I Recettori per i Cannabinoidi (CB1 e CB2)
I Recettori CB1 e CB2 appartengono alla famiglia dei
recettori con 7 domini transmembrana accoppiati a
� Regolano numerosi pathways intracellulari (MAPK, ERK)� Modulano la neurotrasmissione ed il rilascio di neurotrasmettitori, attivando i canali ionici per il K+
ed inibendo quelli per il Ca2+ (tipo N, tipo P/Q, tipo L )
transmembrana accoppiati a proteine Gi, responsabili dei
meccanismi di trasduzione del segnale intracellulare
Straiker A, J Neurphysiol, 2003; Howlett AC, Pharmacol Rev, 2002; Howlett AC, Handb Exp
Pharmacol, 2005
Peroxisomeeroxisome
I Recettori nucleari per i I Recettori nucleari per i CannabinoidiCannabinoidi ((PPARsPPARs))
Proliferatorroliferator
Activatedctivated
Receptoreceptors
O’Sullivan SE 2007
PPARs(α,β,γ,δ)
PPARs
• Sono recettori ormonali
nucleari
• Agiscono come fattori di
trascrizione
I Recettori nucleari per i Cannabinoidi (PPARs)
O’Sullivan SE 2007
.
trascrizione
• Sono attivati da
prostaglandine e leucotrieni
• Regolano l’espressione
genica di proteine coinvolte
nello storagestorage degli acidi degli acidi
grassigrassi
Recettori nucleari per i Recettori nucleari per i CannabinoidiCannabinoidi ((PPARsPPARs αα,,ββ,,γγ) )
Recettori PPSRs Sono primariamente espressi a livello nucleare
Regolano la crescita e la differenziazione cellulare
Effetti Biologici
Regolano il bilancio lipidico, l’assorbimento del glucosio, il peso corporeo.glucosio, il peso corporeo.
Effetti Biologici
Azione Immunomodulatrice
Proprietà anti-infiammatorie
Effetti cardiovascolari
Kapadia R. Front Biosci. 2008 J1;13:1813-Cresci S. Pharmacogenomic 2007Ward J.E. PPARs 2007
Recettore CB1Recettore CB1Recettore CB1Recettore CB1
Recettori per i Recettori per i CannabinoidiCannabinoidi (CB1) (CB1)
Recettori CB1 Sono primariamente espressi nel SNC e nei neuroni periferici a livello sinaptico
Sistema Nervoso Centrale
LocalizzazioneRidotta locomozione (cervelletto e substanzia nigra) e temperatura corporea, catalessi, alterazione della memoria (ippocampo), sedazione, euforia (area mesolimbica)
Effetti Biologici
Sistema Nervoso Periferico
Analgesia, riduzione della tosse, inibizione del transito intestinale
Berdyshev EV, Chem Phys Lip, 2000; LoVerme J, Life Sci, 2005; Massi P, Curr Pharm Des, 2006;
Sistema Immunitario
Localizzazione Effetti Biologici
Azione Immunomodulatrice maturazione e
Recettori CB2Sono meno espressi nel SNC e sono maggiormente espressi dalle cellule del
sistema immune e da quelle ematiche
Recettori per i Recettori per i CannabinoidiCannabinoidi (CB2) (CB2)
Recettori CB1
Sistema Nervoso Periferico
differenziamneto delle cellule del sistema immunitario
Analgesia periferica e azione anti-infiammatoria
Scoperta degli endocannabinoidiLa scoperta dei recettori CB iniziò la ricerca di agonisti endogeni:• 1992: Devane e coll. isolano e caratterizzano dal cervello di maiale l’ N-arachidonoyl
etanolammina (N-ArE), a cui viene dato il nome di anandamide (dal sanscrito “ananda” cioè “portatore di illuminazione e tranquillità).
NH
OH
O
N-Arachidonoil etanolammina
• 1994: Mechoulam identifica un estere,il 2-Arachidonoyl glicerolo,capace di legare entrambi i recettori e avente anch’esso proprietà cannabimetiche
N-Arachidonoil etanolammina(Anandamide, AEA)
O
O
OH
OH
2-Arachidonoyl glicerolo(2-AG)
Altri endocannabinoidi
– Derivato dell’acido arachidonico (amide dell’ AA)
• azione analoga ai CB
– inibisce cAMP attraverso il legame ai recettori cannabici
Anandamide
– agonista parziale dei recettori CB1 e CB2
CONHCH 2CH2OH
Anandamide (Anandamide 20:4,n-6)
•Le strutture chimiche del THC e dell’AEA sono molto diverse
•L’AEA è una molecola molto flessibile
•In ambiente acquoso essa assume un ripiegamento ad U
•In tali condizioni la distribuzione di carica delle due molecole è molto simile
AEATHC
Distribuzione tissutale AEA• Vastamente distribuito, principalmente nel cervello
• i livelli di AEA possono variare in base alla dieta e alla età.
Situazioni Patologiche
• Livelli elevati nel fluido cerebrospinale di soggetti umani affetti da schizofrenia (1999)(1999)
• Alte concentrazioni nella corteccia cerebrale di topi affetti da spasticità (2001)
• Sostanziali aumenti in diverse cellule tumorali:
-cancro al seno EFM-19, meningioma, neuroblastoma CHP100, linfoma U937
NH
OH
O
Distribuzione tissutale 2-AG
• E’ il maggior monoacilglicerolo del cervello:• Agisce sia come neuromodutatore sia come neurotrasmettitore
Situazioni patologiche:
• Alti valori nel cervello e nel midollo spinale di ratti affetti da spasticità
• Alti livelli riscontrati in diverse cellule tumorali:
-meningioma
-neuroblastoma CHP100
-linfoma U937
Biosintesi AEA
O
R2
O
O
R1
O
O P
O
O
O NH2
R3 O
O
O
O
O P O X
O
O
+
Ca
transacilasi
Fosfatidiletanolammina (PE) Fosfatidilcolina (PC)
2+
R2
O
O
O P
O
O
O NH
O
O
O
R1R3 O
O O P O X
O
O
OH
NH
O
OH
O P
O
O
OH
OR2
O
O
O
R1
+
Fosfodiesterasi
AEA
N-Arachidonilfosfatidiletanolammina
Acido fosfatidico
Biosintesi 2-arachidonilglicerolo
•Ricaptazione neuronale
–Diffusione facilitata
•Rapida degradazione idrolitica
Inattivazione anandamide
–FAAH
•Inibita da FANS
–COX-2
•Ruolo minore
–FANS anandamide
Il trasportatore di membrana
• Il trasporto dell’AEA è dipendente dalla concentrazione, dal tempo e dalla temperatura
• Il trasporto dell’AEA è indipendente dalla [ Na+] esterna e dall’idrolisi dell’ATP
• Il ligando deve contenere almeno un doppio legame in una catena alchilica lunga
• Sostituenti aromatici nella regione del gruppo di testa dell’AEA stabilizzano il legame al trasportatore
FAAH
• 579 aminoacidi (PM 63KDa) • pH ottimale tra 8,5 e 10• La FAAH è l’Anandamide sintasi”:
- stessa dipendenza dal pH e dalla temperatura- stessi profili di inibizione enzimatica
FAAH: proteina integrale di membrana vastamente distribuita
- stessi profili di inibizione enzimatica- stessa distribuzione tissutale- stessa coeluizione cromatografica - si è clonato ed espresso il DNA,ed essa può sintetizzare AEA attraverso sintesi diretta
(se [EA] è mM)
O H
O
NH2
O HN
H
O H
O
FAAH
H2O
+
Anandamide formation and inactivation
2AG formation and inactivation
Il sistema endocannabinoide (ECS)
• Ligandi
CB1
• AEA
• 2-AG
• altri
endocannabinoidi
• Recettori cannabici
• Enzimi per il trasporto
e la degradazione
CB2
AMT
FAAH
CB1
SISTEMA ENDOCANNABINOIDE
Farmacocinetica THC•estrema liposolubilità
•vie di somministrazione
–orale, inalatoria
–inizio d’azione dopo poche inalazioni
–durata 3-8 ore
•metabolizzazione
–CYP2D6–CYP2D6
–11-idrossi-THC più attivo
–11-norcarbossi-THC, inattivo
•urine e plasma 2-3 giorni successivi
–cannabidiolo, inattivo, modifica metabolismo
Debole coniugazione e circolo enterepatico
•lenta escrezione
–accumulo in tessuto adiposo
–emivita 1-3 giorni
Assorbimento– Ottimo assorbimento via inalatoria
– Rapido picco
THC Administration
Farmacocinetica THC
100
1
100
1
0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
Time (hr)
Injection Smoking
Blo
od
le
ve
ls
17.2
THC Administration
Assorbimento – Lento per via orale
Oral
THC Administration
17.4
Farmacocinetica THC
Blo
od
le
ve
ls
100
1
Time (hr)
0 1 2 3 4 5 6
17.20 120 240 360
Time (min)
Intravenous (5 mg) Smoking (19 mg) Oral (20 mg)
Ra
ted
“h
igh
”
Inibizione retrograda
Meccanismi post recettoriali
Meccanismi post recettoriali
Effetto euforizzante
Generalmente gli effetti si sviluppano in pochi minuti
Durano 2-4 ore e variano in relazione alla sostanza usata, alla modalità di assunzione, alla personalità del soggetto
Dopo 5 min: ansietà, irrequietezza, iperattività
Effetto euforizzante
Dopo 5 min: ansietà, irrequietezza, iperattività
Dopo10 min. euforia, benessere, esaltazione interiore
Dopo 20 min: alterazioni attività ideativa, tono umore esaltato, scoppi ilarità
Alterazioni dello schema corporeo, dello spazio, delle percezioni visive. Senso di fame
Sonno
Altri effetti SNC
•alterazioni psicomotorie
–rilassamento–distorsioni percettive, allucinazioni, stati d’ansia–disturbi memoria, coordinazione motoria (guida)
•analgesia
–recettore CB1
•attivazione vie discendenti noradrenergiche•attivazione vie discendenti noradrenergiche
–stimolazione oppioidi endogeni
•sensibilità termodolorifica
-interazione con recettori della capsaicina
•attività anticonvulsivante
–inibizione presinaptica neuroni glutammergici•aumento dell’appetito
Tossicità cronica SNC
deficit memoria–apoptosi neuroni ippocampo
sindrome amotivazionale
schizofrenia negli uomini
depressione nelle donne
•cardiovascolare
–possibile tossicità acuta–vasodilatazione, tachicardia
•iperemia
•sistema immunitario
–inibizione linfociti T e B •fumo
Altre tossicità
–apparato respiratorio
–tumori•benzo(a)pirene, catrame, CO
•sistema endocrino
–ridotta produzione testosterone–ridotta spermatogenesi, fertilizzazione
•gravidanza e allattamento
-aborto–basso peso alla nascita–alterato sviluppo psicomotorio
Tolleranza e dipendenza
• Tolleranza
• –internalizzazione recettori
• –alterazioni proteine G
• •Crisi da astinenza poco rilevante
• –lunga emivita cannabinoidi • –lunga emivita cannabinoidi
• •sperimentalmente indotta da antagonisti CB1
• •cAMP
• –irritabilità, insonnia, nausea, crampi, vampate di calore
• •dopo uso cronico
• •Dipendenza
• –polimorfismi FAAH
• •più frequente nei lenti metabolizzatori
Usi terapeuticiLa scoperta dei recettori per i cannabinoidi e dei loro ligandi lipidiciendogeni (endocannabinoidi) ha fatto ipotizzare un enorme edeccitante numero di applicazioni terapeutiche che potrebberoderivare dalla modulazione dell’attività del “SistemaEndocannabinoide”:
• malattie del metabolismo
• dolore e infiammazione• dolore e infiammazione
• malattie del sistema nervoso centrale (schizofrenia, sclerosimultipla, ansietà, depressione)
• malattie cardiovascolari e respiratorie
• malattie oculari (glaucoma, degenerazioni retiniche, neuriti….)
• cancro
• malattie gastrointestinali ed epatiche
• malattie muscoloscheletriche e del sistema riproduttivoPacher P, The Endocannabinoid System as an Emerging Target of Pharmacotherapy, Pharmacol Rev, 2006
Il Dronabinol è il termine registrato INN della variante sterochimica del THC.È un prodotto della Unimed Pharmaceuticals, Inc. ed è commercializzato negli USA come Marinol, ma è disponibile anche nell‘UE come farmaco generico (Dronabinol).
Il farmaco è registrato, a partire dal 1985, per il trattamento della nausea e del vomito nei pazienti in chemioterapia antitumorale e per la stimolazione
Dronabinol
del vomito nei pazienti in chemioterapia antitumorale e per la stimolazione dell'appetito nei pazienti con sindrome da deperimento da AIDS.
Il farmaco non è in commercio in Italia ma può essere importato dall'estero in base alla procedura prevista dal D.M. 11-2-1997 (Importazione di specialità medicinali registrate all'estero)..
Sativex
Sativex® è il primo farmaco basato su estratti di Marjuana approvato per il
trattamneto della spasticità correlata con la Scelorosi multipla.
Spray oromucosale contenente 27 mg di delta-9-tetrahydrocannabinol e 25 mg cannabidiolo.
Approvato UK, Spagna, Germania, Danimarca, Canada e Nuova Zelanda
Rimonabant
Acomplia (Sanofi-Aventis)
Antagonista dei recettori dei cannabinoidi-1 (CB1)
Riminuisce l'appetito, ridurre la lipogenesi nel tessuto adiposo e aumentare la captazione del glucosio da parte adiposo e aumentare la captazione del glucosio da parte del muscolo
Ritirato dal commercio effetti collaterali.
Depressione e ansia (3 casi di suicidio), nausea vertigini