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