Page 1

Eндодоканабиноидите като метаболитна регулаторна система A.Цончева Медицински университет София V Национална конференция по клинична лаборатория 24-26 септември 2009 г. Хотел “Маджестик” Слънчев бряг


ЕНДОКАНАБИНОИДНА СИСТЕМА „ Ендоканабиноидната система е физиологична система, коята играе роля в регулацията на храненето, телесното тегло и в обмяната на метаболити (глюкоза и липиди), които могат да модулират сърдечно-съдови рискови фактори. „ През последните 10-15 години нашите познания за компонентите на тази система и как тя функционира се увеличават драматично.


Откриване на Ендоканабиноидната система „

2600 Пр.Хр. – китайският император Huang Ti съобщава за приeмане на Канабис за облекчаване на крампи и ревматични и менструални болки.

„

1839 – Публикация на Британсикят лекар O'Shaughnessy, която съобщава за терапевтичния потенциал на Канабиса в Западния свят.

„

1964 – Изолиране на Δ9-THC, активната съставка на Cannabis sativa

„

1988 – първа идентификация на канабиноидните рецептори в мозък на плъх.

„

1990 – Клониране на първият G protein-свързан канабиноиден рецептор CB1 в плъх.

„

1991 – Клониране на човешки CB1 рецептор


Откриване на Ендоканабиноидната система (продължение) „

1992 – Откриване на anandamide, първият ендогенен канабиноид

„

1993 – Клониране на CB2 рецептор

„

1994 – Проучване на първия CB1 рецепторен инхибитор, SR141716 (rimonabant)

„

1995 – “Endocannabinoid” предложено от Di Marzo

„

1995 – Изолиране на втория ендоканабиноид, 2-Arachidonoil Glycerol (2-AG)

„

2000 – Широко разпределение на CB1 рецептори в тъканите — Характеристика на периферни ECS — Роля на ECS при затлъстяване и свързаните с това обменни нарушения


Потенциална роля на ендоканабиноидната система: „ Ендоканабиноидите са продукти на арахидоновата киселина, които принадлежат на семейство, съставено от увеличаващ се брой членове, от които най-проучен e arachidonoyl ethanolamide (AEA) наречен anandamide. Anandamide на Hindu означава “блаженство” „ Pagotto U в “Endocrine review” 2006, подчертава важната роля на ендоканабиноидната система в ендокринната регулация на енергийния баланс, посредством специфични канабиноидни рецептори тип 1 (CB1) и тип 2 (CB2).


Потенциална роля на ендоканабиноидната система(продълж.): „ Интересен аспект от ендоконобиноидната система е нейната активност “при поискване”, което означава, че системата може да се активира с тясно регулаторна селективност: само “когато” и “където” това е необходимо. „ Учудващото количество данни, събрани при проучване на биологичната роля на едноканабиноидната система, могат да бъдат обобщени в следното: ECS e включена в различни физиологични функции, много от които са свързани със стрес възстановяващи системи и поддържане на хомеостазния баланс и енергийния метаболизъм.


Потенциална роля на ендоканабиноидната система(продълж.): „ Di Marzo et al 2004 показват, че антагонисти на CB1 рецептори могат да редуцират приемането на храна. „ Регулацията на метаболитните процеси включва както централно / на хипоталамично ниво/ така и периферно действие / в мастната тъкан и черния дроб/.


Потенциална роля на ендоканабиноидната система(продълж.): „ Периферното действие на ендоканабиноидите е било документирано на животински модели, третирани със селективния CB1 антагонист “rimonabant” от Jbiloo et al 2005. „ Despite JP et al 2005 използват rimonabant при пациенти като ново фармакологично лечение на затлъстяването. „ Установено е, че Ендоканабиноидната система може да регулира множество ендокринни функции, включени в H-P-O ос.


Потенциална роля на ендоканабиноидната система(продълж.): „ Van et al в Lancet 2005, показват, че CB1 антагонисти могат да увеличат енергийните разходи чрез активиране на неефективни цикли, усилване на липолизата и стимулиране на глюкозния метаболизъм чрез увеличение на глюкозния транспорт за включване и активиране. „ Беше показано също, че AEA варира през време на овариалния цикъл както в хипоталамуса, така и в хипофизата като повлиява хормоналната секреция и сексуалното поведение чрез активиране на СB1 рецептори.


Преглед на биологията на Ендоканабиноидите За да бъде разбрано цялостното действие на Ендоканабиноидната система, може на кратко да се обобщи структурата на тази система чрез следните компоненти: „

Рецептори

„

Лиганди

„

Пътища на синтеза и разраждане

„

Пренасяне на информацията

„

Запознаване с физиологичните ефекти


I. Ендоконобиноидна система (ECS): Рецептори

CB1

CB2

Имунна Система

Мозък Мастна Мускул Ч.дроб GI Панкр. тъкан тракт

T-кл. B-кл. Моноцити далак Тонзили

• CB1 са локализирани в различни участъци на мозъка и в разлчни други тъкани като мастна тъкан, черен дроб, мускули, стомашно-чревен тракт, панкреас, гонади и сензорни нерви • CB2 рецепторите са локализирани в имунни клетки като T-лимфоцити напр. Howlett AC et al., Pharmacol Rev. 2002, 54: 161-202.


II. ECS: Лиганди, които се свързват с Тип 1 (CB1) Рецептори Eндогенни продукти O

Растителен продукт O

N H

OH

OH

OH

O CH OH O

Anandamide (AEA)

Arachidonoyl glycerol (2-AG)

Δ9-Tetrahydrocannabinol

• 3 вида: ендогенни продукти, растителни продукти и синтетични продукти • Ендогенните лиганди (ендоканабиноидите) се синтезират от мембранни фосфолипиди • Като липофилни съставки, ендоканабиноидите не се съхраняват в цитоплазмените синапсови везикули, а могат да дифундират свободно през клетъчните мембрани

Di Marzo V, et al. Nat Neurosci. 2005;8:585-589.


III. ECS: Пътища на синтеза и разграждане на лигандите

• Ендоканабиноидите се образууват при нужда от произхождащи от фосфолипиди прекурсори в клетъчните мембрани • Anandamide и 2-AG действат като ретроградни посредници • Fatty Acid Amide Hydrolase /FAAH/ бързо разгражда тези лиганди

Freund TF et al. Physiol Rev. 2003, 83: 1017-1066.


IV. ECS действие: контраст между Класическите невротрансмитери и ECS Класически невротрансмитер: Aцетилхолин (Ach)

Ендоканабиноидна Система

Пресинаптично

Пресинаптично

Постсинаптично

Постсинаптично

Di Marzo V, et al. Nat Rev Drug Discov. 2004;3:771-784.


Действие на ендоканабиноидната система „

„

„

В контраст с клесическото правило, ECS не се складират във везикули. Действие, което отключва отварянето на калциевите канали, активира синтезата на Ендоканабиноидите от мембранно свързани прекурсори. Това става постсинаптично. ECS се освобождават и свободно преминават в синаптичната цепнатина. Транспортният механизъм не е напълно изяснен. След това ECS се свързват и активират CB1 рецепторите, които са разположени пресинаптично. Инхибират освобождаването на невротрансмитерите.

Di Marzo V, 2005 Di Marzo V, 1998 Wilson R, 2002


ECS Moдулира: ƒ ƒ ƒ ƒ

Eнергийния баланс Поведението към храната Чернодробната липогенеза Глюкозната хомеостаза


Ендоканабиноидите стимулират приемането на храна при мишки 7

Anandamide 0.001 mg/kg

*P<0.05; **P<0.01 vs vehicle

* *

6

Приемане на Храна 5 (grams/ден)

Разтворител

** *

4

3 1

3

5 дни

Hao S et al. Eur J Pharmacology. 2000; 392:147-156.

7


Действие CB1 модулиране при Енергийната хомеостаза Енергиен баланс

Хранителни навици

Хипоталамус глад/ситост

Изпразване на стомаха GI перисталтика

Limbic forebrain Мотивация за вкусна храна

Грелин, PYY

Чернодробна липогенеза Метаболизъм на мастната тъкан Глюкозна хомеостаза Продукция на ч.др.глюкоза Липогенеза

Навлизане на глюкоза Липидно окисление

липолиза Липогенеза


Действие на ECS: „ Енергиен баланс — ECS блокират редуцираното приемане на храна и телесното тегло — CB1 делеция е свързана с слабия фенотип и резистентност към индуцираното от храна затлъстяване „ Хранителни навици — Стимулацията на CB1 рецепторите увеличава приемането на храна, докато CB1 блокиране редуцира храненето Wiley JL et al. Br J Pharmacol. 2005;145:293-300. Cota D et al. J Clin Invest. 2003;112(3):423–431. Hao S et al. Eur J Pharmacology. 2000; 392:147-156.


Цнтрална и периферна дисрегулация на ECS води до тегло-зависими и тегло-независими ефекти CB-1 блокада

Тегло-зависими Тегло-независими

Хранене

Eндоканабиноидна система

Тегло

Дислипидемия Тип 2 Диабет Периферна инсулинова резист.

Ч.др. инсулинова резист.

Ч.др. глюкозно освобожд.

липолиз а

Adiponectin

A FF Visceral Fat Modified from: Lam TKT et al, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2003; Carr DB et al. Diabetes, 2004; Eckel R et al. Lancet, 2005; Pagotto U et al. Lancet, 2005; Di Marzo V et al. Nature Neuroscience, 2005

Portal circulation CB-1 блокада

Small, dense LDL-C

FFA

нисък HDL-C CETP, липолиз а

TG-rich VLDL-C

Liver CB-1 блокада

FFA=free fatty acids CETP=cholesterol ester trans. protein


Действие на ECS: „ Чернодробна липогенеза — Високо мастна диета и CB1 активиране увеличават чернодробния SREBP-1c и свързаните липогенни ензими FAS и ACC — CB1 блокада смекчава тези промени и мастен черен дроб се появява евентуално като последица — CB1 knockout животни са резистентни към увеличение на чернодробния SREBP-1c и FAS и експресия на ACC както и мастен черен дроб като резултат.

Osei-Hyiaman D, et al. J. Clin. Invest. 2005;115:1298-1305.


Ендоканабиноидите индуцрат SREBP-1c и други ключови ензимни системи в черния дроб


Действие на ECS: „ Глюкозна хомеостаза — След високо мастна диета, CB1 knockout животни имат по нисък глюкозен отговор на инсулиново инжектиране, отколкото обикновения тип животни — Приложение на CB1 блокиране за 7 дни на обезни животни води до увеличение на инсулин-стимулирано глюкозно навлизане в изолиран m. soleus

Ravinet Trillou C et al. Int J Obes. 2004;28:640–648. Liu YL et al. Int J Obes Relat Metab Disord. 2005;29:183-187.


Действие на ECS: „ Метаболизиране на мастната тъкан — ECS - стимулиране с CB1 агонисти увеличава експресията на LPL в мастната тъкан, докато CB1 блокиране подтиска този ефект — CB1 стимулиране редуцира, докато блокирането увеличава синтезата на адипонектин — CB1 блокада връща обратно хистологичните промени в мастната тъкан, предизвикани от диета-индуцирано затлъстяване — ECS стимулиране редуцира експресията на AMP киназа във висцералната мастна тъкан Cota D et al. J Clin Invest. 2003;112:423. Matias I, et al. XV ICRS Symposium June 24-27, 2005; Clearwater, Fla. Jbilo O, et al. FASEB J. 2005;19:1567-1569.


ECS стимулиране, централно и периферно, благоприятстват метаболитни процеси, които водят до : ƒ Повишение на теглото ƒ Липогенеза ƒ Инсулинова резистентност ƒ Дислипидемия ƒ Нарушена глюкозна хомеостаза


Периферни ECS в мастна тъкан 300

* P<0.05 vs разтв. контрола † P<0.05 vs CB1 агонист

*

200

LPLактивност (% от контрола)

100

0

CB1 агонист Rimonabant

− + − −

+ − + +

Rimonabant инхибира увеличението на липопротеинлипазната експресия, предизвикана от стимулация на CB1 Cota D et al. J Clin Invest. 2003;112:423.


Действие на ECS: „ Ендоканабиноидната система е променена при затлъстяване — Грешна мутация на FAAH, основния ензим включен в разграждането на Ендоканабиноидите, е свързана с увеличение на BMI — Циркулиращите нива на Ендоканабиноидите са увеличени, докато e FAAH е редуцирана при обезни жени — FAAH експресия в мастната тъкан е редуцирана при обезни спрямо слаби жени Sipe JC et al. Int J Obes Relat Metab Disord.2005;29:755-759.


ECS е Свръхактивна при: „ Животински модели на генетично затлъстяване „ Животински модели на индуцирано от диета затлъстяване „ Затлъстяване при хора


ECS е свръхактивна в мастната тъкан на генетично затлъстели плъхове 5 4

CB1 Рецептор mRNA ниво (Произволни ед.)

3 2 1 0

слаби обезни плъхове

U D 3T3 F442A клетки

Регулация на CB1 рецепторна mRNA • При бяла мастна тъкан на затлъстели (fa/fa) vs. слаби Zucker плъхове) • При мишки 3T3 F442A мастни клетки Bensaid M, et al. Mol Pharm. 2003;63:908-914.


ECS е свръхрегулирана при затлъстявана у хора

1

0

30

*

20

10

Lean

Obese

CB1 рецептор

80

*

60 40 20 0

0

Lean Obese

100

Lean

Obese

F A A H /G A P D H [A U l]

2

*

CB1 рецептор и FAAH генна експресия в мастна тъкан при слаби и обезни жени

C B 1 /G A D P H [A U ]

3

2-AG [pmol/mL]

AEA [pmol/mL]

Циркулиращите Ендоканабиноиди нив високи при затлъстели спрямо слаби

FAAH

10.0 7.5 5.0

*

2.5 0.0

Lean

Obese

Редукция на CB1 рецептори при обезни жени могат да отразят негативна обратна връзка като увеличат ендогенните лиганди както при класическо хормонрецепторно отношение

* P<0.05 vs слаби жени Engeli S, et al. Diabetes 2005; 54:2838–2843.


Rimonabant, първият CB1 блокер Rimonabant Rimonabant ЦЕНТРАЛНО Мозък

ПЕРИФЕРНО

CB1

↓ Приемане на храна

CB1

Aдипоцит

↑ Aдипонектин ↑ Инсулинова чувствителност

↓ Никотинова зависимост

↑ Глюкозен толеранс ↓ Триглицериди ↑ HDL-холестерол


Промени на лептина и адипонектина

22 20

18

18

18

18 16 14 12 10

14 ↓22% p<0.001

Плацебо Rimonabant 20 mg

Начало

Адипонектин - ниво (μg/mL)

Лептиново ниво (ng/mL)

ITT-LOCF 10

8.2

8

5.9

6

6.7

5.8 ↑ 41% p≤0.001

4 2 0 Плацебо Rimonabant 20 mg

1 год. JP Desprès, A Golay. NEJM, 2005


CB1 блокада редуцира множество кардиометаболитни рискови фактори CB1 блокада

Атерогенна дислипидемия È • HDL-C ↑ • Триглицериди È • Small dense LDL È

Последствие Хранене Интра-абдоминално затлъстяване

Инсулинова резистентност È

•Хиперинсулинемия È •Глюкозен интолерансÈ •Тип 2 диабет È

Метаболитен синдром и възпалителен статус È Ravinet Trillou et al 2003; Bensaid et al 2003; Pagotto et al 2005; Van Gaal et al 2005; Carr & Brunzell 2004; Caballero 2003; Eckel et al 2005


CB1 Блокада предизвиква дозозависима редукция на храната при мишки 2.0 1.5 Хранене 1.0 (g) 0.5 0.0

0.0

0.3 1.0 3.0 10.0 Rimonabant Доза (mg/kg-1)

Wiley JL et al. Br J Pharmacol. 2005;145:293-300.


ECS е свръхактивирана в черния дроб на Диетаиндуцирано затлъстяване при животни, водещо до мастен черен дроб при дивия вид, но не при CB1 Knockout животни CB1+/+

*p<0.05 ***p<0.005

*** 80

CB1-/-

Стандартна диета Мастна диета Нормална диета

60 AEA (fmol/mg 40 тъкан)

*

20 0

CB1+/+

CB1-/-

Хепаталните нива на anandamide (AEA) се повишават при диетаиндуцирано заттлъстяване, повече при първичния вид vs CB1 knockout животни Osei-Hyiaman D, et al. J. Clin. Invest.2005;115:1298-1305.

HF диета x 3 седм.

HF диета x 14 седм.


CB1 рецепторна блокада стимулира глюкозно навлизане в мускулните клетки при обезни плъхове Глюкозно навлизане и фосфорилиране (μmol/h/g)

Мускулна глюкоза 30

20

P<0.05

10

0

Разтворител

Rimonabant

Ефект от 7дневно третиране с Rimonabant (10 mg/kg; i.p. веднаж дневно) върху глюкозното навлизане (образуване на 2-deoxy[3H]glucose-6-phosphate) в изолиран m. soleus в присъствие на 10 nM инсулин Liu YL et al. Int J Obes Relat Metab Disord. 2005;29:183-187.


Периферни ECS в мастна тъкан 4

**P<0.01 vs Контрола

**

3

Релативна Експресия на адипонектин За 12 дни

2

1

** 0

Контрола

CB1 CB1 стимулация блокада (Rimonabant) (HU-210)

CB1 стимулация сигнификантно редуцира, докато rimonabant увеличава адипонектина. Matias I, et al. XV ICRS Symposium June 24-27, 2005; Clearwater, Fla.


В заключение, данни от Клинична проучвания паказват, че при хора със затлъстяване, CB1 рецепторно блокиране с rimonabant дава следните резултати: „ Значимо намаление на обикорката на талията и на теглото „ Значимо подобрение на метаболитния профил, включващо увеличение на HDL-C, намаление на триацилглицеролите, подобрение на инсулиновата чувствителност; и намаление на HbA1c при T2DM „ Подобрения при други метаболитни и CV рискови фактори, включващи увеличение на адипонектина, намаление на CRP, и подобрение на профила на малките плътни LDL частици.


„ Специфично CB1 блокиране предлага нов и обещаващ подход за редуцеране на многобройни кардиометаболитни рискови фактори при хора с висок риск от сърдечно-съдови инциденти


5c_10  
5c_10