Interazione degli acidi

xanturenico e cinnabarinico con i

recettori metabotropici del

glutammato: nuovi target nel

trattamento della schizofrenia

Facoltà di Medicina e Odontoiatria

Dottorato in Neuroscienze Clinico-Sperimentali e

Psichiatria XXXI Ciclo

Coordinatore: Prof. Marco Salvetti

Martina Curto

Matricola: 367691

La via delle chinurenine del metabolismo del triptofano

5-HT

Melatonin

Fazio et al., 2016

Via della

serotonina

- 5-10% del

metabolismo

- Recettori

per

serotonina e

melatonina

Via delle

chinurenine

- 90-95% del

metabolismo

- Recettori

per il

glutammato

Metaboliti neuroattivi della via delle chinurenine

Acido chinurenico

(KYNA)

Acido chinolinico

(QUINA)

Acido xanturenico

(XA)

Acido cinnabarinico

(CA)

3-idrossichinurenina

(3-HK) e

Acido 3-idrossiantranilico

(3-HANA)

Agonista NMDA-R

Antagonista NMDA-RAntagonista α7-nAch-R

Agonista mGlu2/3-R (?)

Agonista mGlu4-R (?)

Generano

radicali

liberi tossici

Stress

ossidativo

?

?

Glutammato e Schizofrenia

Sintomi positivi

Sintomi negativi

Disfunzione cognitivaKetamina/PCP

Ridotta

attivazione

NMDA

interneuroni

PFC (GABA)

Aumento rilascio

glutammato

cellule piramidali

Possibili target per la regolazione dei recettori NDMA.

Maksymetz et al. 2017

Interazione fisica e funzionale

Gonzalez-Maeso et al, 2008; Molinaro et al, 2009

Acido Cinnabarinico (?)

Acido chinurenico e

quinolinico

Acido Xanturenico (?)

Disfunzione glutamatergica precoce nei soggetti ad alto rischio di

psicosi (UHR)

Fusar-Poli et al., 2011

Allen et al., 2012

Broome et al., 2009

UHR

Aumentata attivazione PFC e

mesencefalo durante compiti

che reclutano le funzioni

esecutive (fluenza verbale)

associata con ridotti livelli

talamici di glutammato.

Disegno dello studio (1)

1- Studio delle interazioni recettoriali con modelli animali in vivo

Modello: aumento dell’attività

locomotoria indotto da MK-801.

Effetto della somministrazione di XA in:

L’attivazione farmacologica dei mGlu2/3-R e mGlu4-R ha già dimostrato attività antipsicotica in modelli animali.

Topi wild-type Topi knockout mGlu2-/-

(già pubblicati gli studi di binding e attivazione recettoriale dei mGlu2/3-R)

Modelli:

- Head-twitch test (DOI);

- Pre-pulse inhibition test (MK-801);

- Novel object recognition test (MK-801);

- Social interaction test (MK-801);

- Microdialisi PFC (MK-801).

Effetto della somministrazione di CA in

animali wild-type.

- Attività locomotoria (MK-801).

Effetto della somministrazione di CA in

animali wild-type e knockout mGlu4-/-

Disegno dello studio (2)

2 – Studi in pazienti affetti da schizophrenia, UHR e controlli sani

Dosaggio dei livelli sierici di XA e di

altri 8 metaboliti della via delle

chinurenine in 4 gruppi:

Pazienti affetti da

schizofrenia (SZ)

cronici (MES) e al

primo episodio (FES)

Pazienti UHR

Controlli sani

Parenti di I grado di

pazienti SZ

Pazienti FES dopo 1 aa di

trattamento antipsicotico

Poichè la metodica HPLC-MS/MS di

dosaggio sierico sviluppata e validata non

ha permesso di dosare il CA con

sufficiente sensibilità

Dosaggio dei livelli di CA nella corteccia

prefrontale (PFC) di soggetti affetti da

schizofrenia cronica e controlli sani

La somministrazione di CA ha effetto antipsicotico nei modelli animali di

psicosi indotta da MK-801

Aumento attività

locomotoria indotta da

MK-801

Pre-pulse inhibition

(inibizione sensorimotroria)

Novel object

recognition

Social interaction

La somministrazione di CA

normalizza l’aumentato rilascio di

glutammato indotto da MK-801 nella

PFC di topo

La somministrazione di CA ha effetto

antipsicotico nel modello murino di

psicosi indotta da DOI

I recettori mGlu-4 mediano l’attività antipsicotica del CA nel modello di

iperattività indotta da MK-801

Topi knockout

mGlu4-/-: nessun

effetto di CA

Livelli sierici dei metaboliti delle chinurenine in pazienti affetti

da schizofrenia, parenti di I grado e controlli sani -1

Healthy

controls (n=84)

Patients with

schizophrenia (n=90)

Relatives of

patients (n=25)

Gender (F, %) 47 (55.9) 28 (31.1)* 17 (68.0) #

Age (years; mean±SD) 32.8 ± 10.4 33.4 ± 11.7 60.0 ± 9.9*# BMI (mean±SD) 23.1 ± 4.0 24.6 ± 4.0* 23.5 ± 2.4* Antipsychotic treatment (n,%) - 60 (66.0) - CGI (mean±SD) 1.0 ± 0.0 5.3 ± 1.0* 1.0 ± 0.0# GAF (mean±SD) 93. 0 ± 2.8 40.8 ± 14.3* 90. 6 ± 2.9# PANSS total (mean±SD) 32.6 ± 3.3 91.6 ± 17.9* 41.2 ± 8.0*# PANSS positive (mean±SD) 7.0 ± 0.0 19.7 ± 7.2* 8.6 ± 2.3*# PANSS negative (mean±SD) 7.0 ± 0.0 25.4 ±7.3* 8.7 ± 3.5*# PANSS general (mean±SD) 18.6 ± 3.3 46.5 ± 10.2* 23.9 ± 4.2*#

Trp (μg/ml) (mean ± SD) 4.97 ± 1.55 5.25 ± 1.52 5.90 ± 1.60*#

KYN (μg/ml) (mean ± SD) 0.34 ± 0.12 0.37 ± 0.15 0.40 ± 0.11*

KYNA (ng/ml) (mean ± SD) 3.28 ± 1.84 3.79 ± 2.03* 3.88 ± 1.39*

ANA (ng/ml) (mean± SD) 2.28 ± 2.14 3.76 ± 3.09* 3.29 ± 2.88

3-HANA (ng/ml) (mean ± SD) 9.11 ± 4.33 4.70 ± 3.86* 6.67 ± 2.89*#

QUINA (ng/ml) (mean ± SD) 18.2± 12.85 10.8± 9.25* 15.3± 10.2# 5-HIAA (ng/ml) (mean ± SD) 32.6± 11.4 34.5± 13.3 37.0± 10.5 XA (ng/ml) (mean ± SD) 1.83 ± 1.0 0.89 ± 0.56* 1.10 ± 0.66* 3-HK (ng/ml) (mean ± SD) 1.81 ± 1.70 0.74 ± 1.26* 2.70 ± 2.50#

p<0.05 vs. healthy controls (*) or vs. patients affected by schizophrenia (#)

(Mann-Whitney/Chi-squared test).

Non correlazioni significative fra XA e caratteristiche cliniche o domini cognitivi.

Livelli sierici dei metaboliti delle chinurenine in pazienti affetti

da schizofrenia al primo episodio (FES) o cronica (MES), parenti

di I grado e controlli sani

* vs Healthy Controls § vs MES patients

*§ *

*§

*

**

* *

*§

*

Livelli sierici dei metaboliti delle chinurenine in pazienti affetti

da schizofrenia al primo episodio prima e dopo 12 mesi di terapia

antipsicotica

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

XA (ng/ml) KYNA (ng/ml) TRP (µg/ml) ANA (ng/ml) KYN (µg/ml) 3-HK(ng/ml) QUINA (ng/ml) 3-HANA (ng/ml)

T0

T1*

*

*

*

n = 14

Livelli sierici dei metaboliti delle chinurenine in pazienti UHR

per psicosi

MeasuresHealthy

Controls

UHR

Cases

Subjects (n) 25 10

Sex (% females) 30.0 55.6

Age (years) 21.6±3.80 23.3±1.63

Body-mass index 21.5±1.73 22.0±1.86

Drug abuse (%) 3.70 10.0

Alcohol use (%) 3.70 0.00

Smoking (%) 29.6 10.0

L-Tryptophan (mg/mL) 4.40 ±1.17 5.74±1.33*

Kynurenine (mg/mL) 0.35±0.12 0.55±0.59

Kynurenic acid (ng/mL) 3.03±2.06 3.56±1.46

Anthranilic acid (ng/mL) 2.47±2.42 2.51±2.13

Quinolinic acid (ng/mL) 21.1±15.4 22.5±10.9

5-Hydroxyindoleacetic acid (ng/mL) 33.4±12.4 34.4±10.1

Xanthurenic acid (ng/mL) 1.88±1.00 1.13±0.64*

3-Hydroxykynurenine (ng/mL) 2.29±1.47 3.07±0.86

Tryptophan/xanthurenic acid ratio 3.03±1.73 7.83±7.00*

Riduzione dei livelli di

CA endogeno in PFC di

pazienti affetti da

schizofrenia

23 pazienti e 26 controlli

Non correlazioni con età,

durata di malattia, durata

del trattamento

antipsicotico e tipologia di

antipsicotici assunti.

**

*

Conclusioni-1

Agonista mGlu2-RXA

1)

-Ha azione simil-antipsicotica mediata da

mGlu2-R metabolita “antipsicotico”

endogeno?

2)

v

v

- Tutti i metaboliti dipendenti dall’attività di KMO sono

ridotti in pazienti affetti da schizofrenia, mentre quelli

indipendenti sono aumentati.

- Il trattamento con antipsicotici non modifica le

concentrazioni di XA (FES = MES & T0 = T1).

- I recettori mGlu2 potrebbero rimanere ipofunzionanti

durante tutto il corso della malattia e indipendentemente

dal trattamento.

- XA è fortemente ridotto nei parenti di I grado e non

correla con caratteristiche cliniche e domini cognitivi

potrebbe rappresentare un marker “di tratto” e non “di

stato” della malattia.

- XA potrebbe essere un utilizzato per identificare il

sottogruppo di pz candidato a terapia con ago mGlu2/3.

- XA potrebbe essere utile anche per identificare pazienti

UHR per iniziare una terapia tempestiva. Dimostrazione

della precoce disfunzione glutamatergica.

Conclusioni-2

3)

CA Agonista mGlu4-R

-Ha azione simil-antipsicotica mediata da

mGlu4-R presinaptici che inibiscono il rilascio

di glutmmato metabolita “antipsicotico”

endogeno?

4)- I livelli corticali di CA sono notevolmente ridotti nella PFC di

pazienti affetti da SZ.

- La bassa concentrazione di CA nella PFC di soggetti sani è

coerente con l’azione antipsicotica di basse concentrazioni di CA

esogeno (precendenti dati dimostrano che CA è in grado di

attraversare la barriera ematoencefalica quando somministrato

i.p.).

- L’assenza di correlazione delle concentrazioni di CA con la

durata di malattia suggerisce che la riduzione di CA sia una

caratteristica di tratto della patologia.

- CA ha azione antinfiammatoria mediata dai recettori mGlu4:

possibile azione protettiva per la neuroinfiammazione associata

con la schizofrenia.

- Il dosaggio sierico di CA in pazienti affetti da SZ potrebbe essere

utile come marker (i nostri dati dimostrano una concentrazione

non rilevabile di CA in pazienti affetti da SZ e concentrazioni

molto basse nei controlli; to be continued…).

Il gruppo

Psichiatria Sapienza

Valentina Corigliano

Flavia Napoletano

Anna Comparelli

Iginia Mancinelli

Paolo Girardi

Maurizio Pompili

Stefano Ferracuti

DIMA Sant’Andrea

Luana Lionetto

Fabiola Cipolla

Matilde Capi

Maurizio Simmaco

Michele Cavallari

IRCCS Neuromed

Francesco Fazio

Ferdinando Nicoletti

Valeria Bruno

Giuseppe Battaglia

Cristina Zappullaa

Farmacologia Sapienza

Sergio Scaccianoce

Luisa Iacovelli

Martina Ulivieri

Nico Antenucci

Giuseppe Giannino

…

…

CSM Colleferro

Serena Navari

Enrico Pompili

Giuseppe Nicolò

Pubblicazioni:- Ulivieri M. Wieronska M, Lionetto L, Martinello K, Cieslik P, Chocyc A, Curto M et al. The trace kynurenine, cinnabarinic acid,

displays potent antipsychotic-like activity in mice and its levels are reduced in the prefrontal cortex of individuals affected by

schizoprenia. Accepted with revisions by Schizophrenia Bullettin the 27°January 2020.

- Curto M, Lionetto L, Fazio F, Corigliano V, Comparelli A, Ferracuti S, Simmaco M, Nicoletti F, Baldessarini RJ. Serum xanthurenic

acid levels: Reduced in subjects at ultra high risk for psychosis. Schizophr Res. 2019 Jun;208:465-466.

Fazio F, Lionetto L, Curto M , Iacovelli L, Cavallari M et al. . Xanthurenic Acid Activates mGlu2/3 Metabotropic Glutamate Receptors

and is a Potential Trait Marker for Schizophrenia. Sci Rep. 2015 Dec 8;5:17799.

- Fazio F, Lionetto L, Curto M, Iacovelli L, Copeland CS, Neale SA, Bruno V, Battaglia G, Salt TE, Nicoletti F. Cinnabarinic acid and

xanthurenic acid: Two kynurenine metabolites that interact with metabotropic glutamate receptors. Neuropharmacology. 2016 Jun 21.

- Curto M, Lionetto L, Fazio F, Mitsikostas DD, Martelletti P. Fathoming the kynurenine pathway in migraine: why understanding the

enzymatic cascades is still critically important. Intern Emerg Med. 2015 Jun;10(4):413-21.