Pregledni œlanki - Review Articles
Kanabinoidi –
njihovo delovanje in uœinki
Cannabinoids – their action and effects
Mateja Ĝtempelj, Ilonka Ferjan
Povzetek: Med kanabinoide uvrĝœamo aktivne komponente konoplje, njihove sintetiœne in endogene analoge. Glavna psihoaktivna uœinkovina konoplje je D9-tetrahidrokanabinol (D9-THC). Farmakoloĝke lastnosti (D9-THC) so zelo podobne lastnostim endogenih kanabinoidov. Najbolj znani endogeni kanabinoid, anandamid, je amid arahidonske kisline in etanolamina. Kanabinoidi delujejo preko visokoafinitetnih receptorjev CB1 in CB2, ki so sklopljeni s proteinom Gi/0. Do terminacije delovanja kanabinoidov pride zaradi njihovega privzema v celico, kjer se razgradijo s pomoœjo encima FAAH (fatty acid amide hydrolase). Danaĝnje ĝtudije so usmerjene predvsem v odkrivanje terapevtske uporabnosti kanabinoidov, saj je znano, da prepreœujejo slabost in bruhanje, lajĝajo boleœino, poveœajo apetit, delujejo proti miĝiœnim krœem, lajĝajo simptome pri avtoimunih obolenjih in pri glavkomu.
Kljuœne besede: kanabinoidi, D9- THC, anandamid, kanabinoidni receptorji, terapevtska uporaba
Abstract: Cannabinoids are the active components of Cannabis sativa, their synthetic and endogenous analogues. D9-tetrahydrocannabinol (D9-THC) is the main psychoactive component of Cannabis sativa. Its pharmacological properties are very similar to those exerted by endogenous cannabinoids. The first endocannabinoid discovered was named anandamide, with reference to its chemical structure, the amide of arachidonic acid and ethanolamine. Cannabinoids act on specific Gi/0-protein-coupled CB1 and CB2 receptors. The cannabinoid signaling is terminated by cellular uptake and intracellular degradative enzyme fatty acid amide hydrolase. Recent studies are focused on therapeutic uses of cannabinoids, since they exert effects in multiple conditions, including nausea and vomiting, pain loss, appetite stimulation, convulsions, autoimmune diseases and glaucoma.
Key words: cannabinoids, D9-THC,
anandamide, cannabinoid receptors, therapeutic use
1 Uvod
Konoplja (Cannabis sativa) se kot rekreativna droga in v medicinske namene uporablja ĉe stoletja. Vsebuje okoli 60 razliœnih komponent, ki jih s skupnim imenom imenujemo kanabinoidi. Glavno psihotropno uœinkovino konoplje, D9-tetrahidrokanabinol (D9-THC), sta leta 1964 prva izolirala Mechoulam in Gaoni (1). Kljub dolgoletni uporabi konoplje se je razmah ĝtudij o delovanju kanabinoidov zaœel ĝele leta 1990, ko so klonirali specifiœni kanabinoidni receptor (2). Le malo kasneje, leta 1993, je Munro dokazal, da obstajata vsaj dva tipa kanabinoidnih receptorjev. Tretje pomembno odkritje v tem œasu je bilo odkritje endogenih ligandov kanabinoidnih receptorjev (3, 4, 5, 6, 7). Vsa ta odkritja so sproĉila ekspanzijo baziœnih raziskav o delovanju kanabinoidov in njihovih terapevtskih uœinkih.
Z izrazom kanabinoidi danes poimenujemo snovi s podobno strukturo kot D9-THC in/ali snovi s podobnimi farmakoloĝkimi lastnostmi kot D9-THC. Œeprav so nekatere snovi v konoplji strukturno podobne D9-THC imajo lahko drugaœne farmakoloĝke lastnosti. Medtem ko imajo nekatere naravne in sintetiœne spojine, ki se po strukturi razlikujejo od D9-THC, enake farmakoloĝke lastnosti kot D9-THC. Vse te snovi, ki izraĉajo podobne farmakoloĝke lastnosti kot D9-THC, imenujemo kanabimimetiki (8).
2 Kanabinoidni receptorji
Kanabinoidne receptorje razdelimo v podrazreda CB1 in CB2. Uvrĝœamo jih med visokoafinitetne 7-transmembranske receptorje, ki so sklopljeni s proteinom Gi/0 in so obœutljivi na inhibicijo s pertusis toksinom. Aktivacija receptorjev sproĉi razliœne znotrajceliœne procese: inhibicijo adenilat-ciklaze in poslediœno zniĉanje koncentracije cAMP (cikliœni adenozin-5’-monofosfat); aktivacijo z mitogeni aktiviranih protein-kinaz ERK (extracellular signal-regulated kinase), JNK (JUN amino-terminal kinase) in p38 (protein, katerega velikost je 38 kDA); aktivacijo fosfatidilinozitol-3-kinaze; razgradnjo sfingomielina ter nastanek ceramidov (8, 9, 10, 11).
Receptorji CB1 so prisotni v centralnem ĉivœnem sistemu in v perifernih tkivih. V moĉganih se nahajajo v predelih, ki uravnavajo motoriœne aktivnosti (bazalni gangliji in cerebelum), spomin in kognitivne funkcije (korteks in hipokampus), œustva (amigdala), senzorno zaznavanje (talamus) in avtonomne ter endokrine funkcije (hipotalamus, pons in medula). Na periferiji jih najdemo v testisih, ĉilnem endoteliju, vranici in perifernih ĉivcih. Receptorji CB2 so prisotni le na periferiji, predvsem na celicah imunskega sistema, v vranici, mandljih in limfnih vozlih. Nekateri kanabinoidi delujejo tudi na vaniloidne receptorje in na T-tip kalcijevih kanalov. Na sploĝno velja, da so psihoaktivni uœinki kanabinoidov posredovani preko receptorjev CB1, imunomodulatorni pa preko receptorjev CB2 (8, 12, 13, 14).
asist. dr. Mateja Ĝtempelj, univ. dipl. inĉ. kem. inĉ., Inĝtitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska Fakulteta, Korytkova 2, 1000 Ljubljana doc. dr. Ilonka Ferjan, mag. farm., Inĝtitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Medicinska Fakulteta, Korytkova 2, 1000 Ljubljana
30 farm vestn 2006; 57
Kanabinoidi – njihovo delovanje in uœinki
Aktivacijo kanabinoidnih receptorjev sproĉijo aktivne uœinkovine konoplje, endogeni kanabinoidi in sintetiœni kanabinoidi. Agoniste kanabinoidnih receptorjev razdelimo glede na njihovo strukturo v ĝtiri skupine (slika 1) (12):
1. Klasiœni kanabinoidi: analogi D9-THC.
2. Neklasiœni kanabinoidi: bicikliœni in tricikliœni analogi D9-THC.
3. Aminoalkilindoli: sintetiœni kanabinoidi.
4. Derivati arahidonske kisline: endogena kanabinoida anandamid in 2-arahidonilglicerol.
Vse te spojine sluĉijo kot farmakoloĝko orodje za ĝtudij mehanizma delovanja kanabinoidov in predstavljajo osnovo za razvoj kliniœno uporabnih kanabinoidov.
3 Endogeni kanabinoidni sistem
Aktivacija kanabinoidnih receptorjev z D9-THC, kot tudi njegovimi sintetiœnimi analogi povzroœi v organizmu enak bioloĝki odgovor kot aktivacija z endogenimi ligandi. Najpomembnejĝa endogena kanabinoida, anandamid (arahidoniletanolamid, AEA) in 2-arahidonilglicerol (2-AG), v najveœjih koncentracijah nastajata v moĉganih. Oba spadata med avtakoide oziroma lokalne hormone, za katere je znaœilno, da povzroœijo bioloĝki uœinek v bliĉini mesta nastanka. Koncentraciji AEA in 2-AG v organizmu moœno narasteta pri patofizioloĝkih procesih, kot so: miokardni infarkt, ishemija, nevronske poĝkodbe idr. (15). Endogeni agonisti kanabinoidnih receptorjev so ĝe 2-arahidonilglicerileter (2-AGE), virodhamin (O-arahidoniletanolamin) in N-arahidonildopamin (NADA). Kanabimimetiœne lastnosti izraĉa tudi palmitoiletanolamid (PEA), ki pa verjetno ne deluje preko receptorjev CB1 in CB2 (6, 7, 8, 16).
Slika 1: Strukturne formule agonistov kanabinoidnih receptorjev. D9-tetrahidrokanabinol (D9-THC): klasiœni kanabinoid; CP55940 in CP55244: neklasiœna kanabinoida; JWH-015: aminoalkilindol; anandamid (AEA) in 2-arahidonilglicerol (2-AG): derivata arahidonske kisline.
Figure 1: Chemical structures of cannabinoid receptor agonists. D9-tetrahydrocannabinol (D9-THC): classical cannabinoid; CP55940 and CP55244: nonclassical cannabinoids; JWH-015: aminoalkylindol; anandamide (AEA) and 2-arachidonyl-glycerol (2-AG), arachidonic acid derivatives.
Slika 2: Endogeni kanabinoidni sistem.
NT, nevrotransmiter; mR, metabotropni receptor; iR, ionotropni receptor; T, prenaĝalec; Et, etanolamin; AA, arahidonska kislina; CB1R, receptor CB1; AEA, anandamid; 2-AG, 2-arahidonilglicerol; FAAH, angl. fatty acid amide hydrolase.
Figure 2: The endogenous cannabinoid system. NT, neurotransmitter; mR, metabotropic receptor; iR, ionotropic receptor; T, transporter; Et, ethanolamine; AA, arachidonic acid; CB1R, CB1 receptor; AEA, anandamide; 2-AG, 2-arachidonylglycerol; FAAH, fatty acid amide hydrolase.
farm vestn 2006; 57 31
Pregledni œlanki - Review Articles
Kemijsko so endogeni kanabinoidi amidi in estri maĝœobnih kislin (slika 1). Prvi je bil izmed endogenih kanabinoidov izoliran anandamid, zato je o njegovem delovanju tudi najveœ znanega (16). Prekurzor za sintezo anandamida je membranski fosfolipid N-arahidonilfosfatidiletanolamin, ki ga fosfolipaza D hidrolizira v anandamid. Sinteza ne poteka spontano, temveœ je potreben ustrezen fizioloĝki ali patoloĝki draĉljaj (8, 16, 17, 18).
V nevronih sproĉi sintezo anandamida vezava nevrotransmiterja, ki se sprosti iz presinaptiœnega nevrona, na ustrezni ionotropni ali metabotropni receptor na postsinaptiœnem nevronu (slika 2). To sproĉi dvig koncentracije citosolnih prostih ionov kalcija v postsinaptiœnem nevronu, kar je draĉljaj za sintezo in sproĝœanje endokanabinoidov iz njihovega prekurzorja v membrani. Sproĝœeni kanabinoidi se veĉejo na receptorje CB1 na presinaptiœni membrani. Aktivirani receptorji nato inhibirajo napetostno odvisne kalcijeve kanale in aktivirajo kalijeve kanale. Zaradi poveœane difuzije kalijevih ionov iz celice se zmanjĝa depolarizacija presinaptiœne membrane. Posledica je inhibicija sproĝœanja nevrotransmiterjev, kot so glutamat, dopamin in g-aminomaslena kislina (GABA), ki imajo fizioloĝke uœinke pri procesih, kot so uœenje, gibanje in spomin (8, 13, 19).
Terminacija bioloĝkih uœinkov anandamida poteka v dveh stopnjah. V prvi stopnji potuje anandamid nazaj v celico, v drugi stopnji pa se razgradi z encimatsko hidrolizo s pomoœjo encima FAAH (fatty acid amide hydrolase) (slika 2). Glede na to, da je anandamid lipofilna spojina, lahko potuje v celico s pasivno difuzijo v smeri koncentracijskega gradienta. Transport anandamida v celico omogoœa tudi selektivni prenaĝalec imenovan AMT (anandamide membrane transporter), ki se nahaja v plazemski membrani in deluje reverzibilno. Znana sta ĝe dva mehanizma, po katerih lahko pride do privzema anandamida v celico, in sicer s transportom v znotrajceliœne membranske vezikle in z endocitozo (20, 21, 22, 23, 24).
Encim FAAH, ki poleg anandamida hidrolizira tudi druge amide in estre maĝœobnih kislin, se nahaja v znotrajceliœnih membranah. Inhibira ga inhibitor serin-proteaz PMSF (phenylmethylsulfonyl fluoride). Anandamid se z FAAH razgradi v arahidonsko kislino in etanolamin, 2-AG pa v arahidonsko kislino in glicerol. Arahidonska kislina, ki nastane pri hidrolizi se lahko metabolizira v eikozanoide, vendar se je veœina vgradi v membranske fosfolipide. Vse te snovi, ki sodelujejo pri procesu sinteze, privzema in razgradnje kanabinoidov, vkljuœno z endokanabinoidnimi ligandi in njihovimi receptorji, imenujemo endokanabinoidni sistem (13, 15, 25).
4 Terapevtski uœinki kanabinoidov
Razmah ĝtudij o delovanju kanabinoidov se je pojavil zlasti zaradi njihove potencialne terapevtske uporabe, saj je znano da:
•   Prepreœujejo slabost in bruhanje, ki sta pogosta stranska uœinka pri kemoterapiji raka.
V sedemdesetih in osemdesetih letih 20-tega stoletja so dokazali, da so kanabinoidi vsaj tako uœinkoviti antiemetiki kot dopaminski D2 antagonisti, ki so se v tem œasu veliko uporabljali kot antiemetiki. Danes se kot zdravilo proti slabosti in bruhanju zaradi kemoterapije uporablja sintetiœni D9-THC, dronabinol, in njegov analog nabilone.
32 farm vestn 2006; 57
•    Poveœajo apetit
Pri veœ kot polovici bolnikov z rakom sta pogosta simptoma izguba telesne teĉe in podhranjenost. Najpomembnejĝa posledica prekomerne izgube telesne teĉe je slabĝe preĉivetje bolnikov z rakom. Hujĝanje se pojavi tudi pri bolnikih, okuĉenih z virusom HIV. Pri teh bolnikih je pomembno, da ohranijo zdrav apetit in telesno teĉo, kar pripomore, da se laĉje izognejo infekcijam. Ĝtudije kaĉejo, da D9-THC in ostali kanabinoidi izboljĝajo apetit, poveœajo vnos kalorij v organizem in prepreœijo izgubo telesne teĉe. Nasprotno od kanabinoidnih agonistov, kanabinoidni antagonisti zmanjĝajo apetit in sproĉijo izgubo telesne teĉe.
Kanabinoidni CB1 antagonist rimonabant (SR141716) je kot sredstvo za hujĝanje trenutno v fazi III kliniœnega testiranja.
•    Lajĝajo boleœino
Kanabinoidi preko aktivacije receptorjev CB1v moĉganih, hrbtenjaœi in ĉivœnih konœiœih zmanjĝajo zaznavanje boleœine. Poleg tega lahko periferni receptorji CB2 zavirajo sproĝœanje boleœinskih in vnetnih mediatorjev. Ĝtudije kaĉejo, da kanabinoidi lajĝajo boleœino po operaciji in migreno.
•    Zmanjĝajo miĝiœno ĝibkost.
Kanabinoidi zmanjĝajo simptome, ki se pojavijo pri multipl sklerozi, ĝe posebej odpravljajo krœe in sproĝœajo miĝice, zmanjĝajo izgubo koordinacije in blaĉijo tremor.
•    Zmanjĝajo intraokularni tlak pri glavkomu
Glavkom je bolezen, pri kateri se tlak v zrklu poveœa, kar poĝkoduje vidni ĉivec in povzroœi izgubo vida. Kanabinoidi zmanjĝajo tlak v zrklu za 20-40 %
•    Delujejo imunosupresivno.
Kanabinoidi zavirajo proliferacijo limfocitov, nastanek protiteles in aktivnost makrofagov.
•    Zmanjĝajo rast tumorskih celic in povzroœijo njihovo smrt.
nhibirajo tudi tumorsko angiogenezo in nastanek metastaz, ob tem pa ne poĝkodujejo netransformiranih zdravih celic (8)
5 Nezaĉeleni uœinki kanabinoidov
Kljub terapevtskemu potencialu ostaja uporaba kanabinoidov v medicinske namene omejena zaradi njihovih psihoaktivnih uœinkov na centralni ĉivœni sistem. Te razdelimo v ĝtiri skupine: (a) emocionalne (evforija, izbruhi smeha), (b) senzorne (izkrivljeno zaznavanje œasa in prostora, dezorientacija), (c) somatske (vrtoglavica, zmanjĝane motoriœne sposobnosti), (d) kognitivne (zmedenost, zmanjĝana sposobnost spomina, motnje v koncentraciji). Psihotropni uœinki kanabinoidov v moĉganih so skoraj v celoti posredovani preko receptorjev CB1. Da bi se izognili uœinkom na centralni ĉivœni sistem so za razvoj terapevtsko uporabnih kanabinoidov zanimivi selektivn agonisti oziroma antagonisti receptorjev CB2. Kanabinoidi pa ne delujejo le na moĉgane, temveœ lahko prizadenejo tudi druge organske sisteme: (a) kardiovaskularni (tahikardija), (b) respiratorni
(bronhodilatacija), (c) miĝiœnoskeletni (miĝiœna relaksacija) in (d) gastrointestinalni (zmanjĝana peristaltika). Naĝteti centralni in periferni uœinki kanabinoidov so bolj izraziti pri kadilcih, ki uporabljajo kanabinoide kot rekreacijsko drogo, medtem ko pri kontrolirani kliniœni uporabi ti uœinki niso vedno zaznavni (8).
Strokovnjaki uvrĝœajo kanabinoide na dno seznama snovi, ki povzroœajo odvisnost. Toleranca se razvije pri teĉjih uporabnikih kanabinoidov in je posledica zmanjĝanja ĝtevila receptorjev. Kanabinoidi so lipidotopni in se iz telesa izloœajo poœasi. Znaki abstinenœne krize, ki se zaradi nenadne prekinitve lahko pojavijo pri kroniœnih kadilcih kanabinoidov so razdraĉljivost, nespeœnost, nemir in vroœica. Ti simptomi se obiœajno pojavijo v blagih oblikah in jih obœasni uĉivalec sploh nima. Podobno niso opazili odtegnitvenih simptomov pri kroniœni terapiji z D9-THC. Kanabinoidi spadajo med sorazmerno varne terapevtske uœinkovine. S poskusi na ĉivalih so ocenili, da bi bila smrtna doza enaka 40.000-kratni normalni dozi (3, 13, 19).
6  Sklep
Œeprav se kanabinoidi uporabljajo ĉe stoletja, se je razmah ĝtudij o delovanju kanabinoidov pojavil ĝele v zadnjem desetletju in pol, po odkritju kanabinoidnih receptorjev in njihovih endogenih ligandov. Raziskave ne potekajo le v smeri baziœnega mehanizma delovanja kanabinoidov, temveœ so usmerjene tudi v odkrivanje terapevtsko uporabnih uœinkov kanabinoidov. Danes se kanabinoidi uporabljajo v kliniœni praksi predvsem na podroœjih, kjer ni drugih ustreznejĝih terapevtskih metod. Problem kliniœne uporabe kanabinoidov namreœ ĝe vedno ostajajo njihovi psihotropni uœinki. Za razvoj terapevtsko uporabnih kanabinoidov so zato zanimive predvsem uœinkovine, ki nimajo nezaĉelenih uœinkov na centralni ĉivœni sistem. Nadaljnje baziœne, predkliniœne in kliniœne raziskave so potrebne, da bi ugotovili kakĝna je dejanska terapevtska uporabnost kanabinoidov.
7  Literatura
1.    Mechoulam R, Gaoni Y. A total synthesis of delta-1-tetrahydrocannabinol, the active constituent of hashish. J Am Chem Soc 1965; 87: 3273-5.
2.    Matsuda LA, Lolait SJ, Brownstein MJ et al. Structure of a cannabinoid receptor and functional expression of the cloned cDNA. Nature 1990; 346(6284): 561-4.
3.    De Petrocellis L, Melck D, Bisogno T et al. Endocannabinoids and fatty acid amides in cancer, inflammation and related disorders. Chem Phys Lipids 2000; 108(1-2): 191-209.
4.    Munro S, Thomas KL, Abu-Shaar M. Molecular characterization of a peripheral receptor for cannabinoids. Nature. 1993; 365(6441): 61-5.
5.    Di Marzo V, Fontana A, Cadas H et al. Formation and inactivation of endogenous cannabinoid anandamide in central neurons. Nature. 1994; 372(6507): 686-91.
Kanabinoidi – njihovo delovanje in uœinki
6.    Lambert DM, Vandevoorde S, Jonsson KO et al. The palmitoylethanolamide family: a new class of anti-inflammatory agents? Curr Med Chem 2002; 9(6): 663-74.
7.    Lambert DM, DiPaolo FG, Sonveaux P et al. Analogues and homologues of N-palmitoylethanolamide, a putative endogenous CB(2) cannabinoid, as potential ligands for the cannabinoid receptors. Biochim Biophys Acta 1999; 1440(2-3): 266-74.
8.    Guzman M. Cannabinoids: potential anticancer agents. Nat Rev Cancer 2003; 3(10): 745-55.
9.    Howlett AC, Barth F, Bonner TI et al. International Union of Pharmacology. XXVII. Classification of cannabinoid receptors. 2002; 54(2): 161-202.
10.  Melck D, Rueda D, Galve-Roperh I et al. Involvement of the cAMP/protein kinase A pathway and of mitogen-activated protein kinase in the anti-proliferative effects of anandamide in human breast cancer cells. FEBS Lett 1999; 463(3): 235-40.
11.  Sanchez MG, Ruiz-Llorente L, Sanchez AM, Diaz-Laviada I. Activation of phosphoinositide 3-kinase/PKB pathway by CB(1) and CB(2) cannabinoid receptors expressed in prostate PC-3 cells. Involvement in Raf-1 stimulation and NGF induction. Cell Signal 2003; 15(9): 851-9.
12.  Pertwee RG. Pharmacology of cannabinoid CB1 and CB2 receptors. Pharmacol Ther 1997; 74(2): 129-80.
13.  Lopez-Rodriguez ML, Viso A, Ortega-Gutierrez S et al. Design, synthesis and biological evaluation of new endocannabinoid transporter inhibitors. Eur J Med Chem 2003; 38(4): 403-12.
14.  Howlett AC, Breivogel CS, Childers SR et al. Cannabinoid physiology and pharmacology: 30 years of progress. Neuropharmacology. 2004;47 Suppl 1:345-58.
15.  Mechoulam R, Fride E, Di Marzo V. Endocannabinoids. Eur J Pharmacol 1998; 359(1): 1-18.
16.  De Petrocellis L, Cascio MG, Di Marzo V. The endocannabinoid system: a general view and latest additions. Br J Pharmacol 2004; 141(5): 765-74.
17.  Hansen HS, Moesgaard B, Hansen HH et al. N-Acylethanolamines and precursor phospholipids - relation to cell injury. Chem Phys Lipids. 2000 Nov;108(1-2):135-50.
18.  Schmid HH. Pathways and mechanisms of N-acylethanolamine biosynthesis: can anandamide be generated selectively? Chem Phys Lipids 2000; 108(1-2): 71-87.
19.  Day TA, Rakhshan F, Deutsch DG et al. Role of fatty acid amide hydrolase in the transport of the endogenous cannabinoid anandamide. Mol Pharmacol 2001; 59(6): 1369-75.
20.  Deutsch DG, Glaser ST, Howell JM et al. The cellular uptake of anandamide is coupled to its breakdown by fatty-acid amide hydrolase. J Biol Chem 2001; 276(10): 6967-73.
21.  Giuffrida A, Beltramo M, Piomelli D. Mechanisms of endocannabinoid inactivation: biochemistry and pharmacology. J Pharmacol Exp Ther 2001; 298(1): 7-14.
22.  Maccarrone M, Bari M, Battista N et al. Endocannabinoid degradation, endotoxic shock and inflammation. Curr Drug Targets Inflamm Allergy 2002; 1(1): 53-63.
23.  Bisogno T, MacCarrone M, De Petrocellis L et al. The uptake by cells of 2-arachidonoylglycerol, an endogenous agonist of cannabinoid receptors. Eur J Biochem 2001; 268(7): 1982-9.
24.  Maccarrone M, Finazzi-Agro A. Anandamide hydrolase: a guardian angel of human reproduction? Trends Pharmacol Sci 2004; 25(7): 353-7.
25.  Ueda N, Puffenbarger RA, Yamamoto S et al. The fatty acid amide hydrolase (FAAH). Chem Phys Lipids 2000; 108(1-2): 107-21.
farm vestn 2006; 57