פעולות פרמקולוגיות ושימוש טיפולי פוטנציאלי בקנבינואידים בניוון שרירים

הקהילה המדעית משתמשת במונח מערכת אנדוקנבינואידים (ECS) בכדי להתייחס לקבוצה גדולה של מולקולות אשר בגופנו שולטות בייצורן ותפקודן של שני המתווכים העיקריים של השומנים הקנבינואידים, כלומר אנאנדמיד (AEA) ו- 2-ארכידוניוילגליצרול (2-AG ). לאחר גילוים, מספר מרשים של מחקרים הראו כי גם AEA וגם 2-AG ממלאים תפקיד מפתח בשפע גדול של פונקציות באורגניזמים חיים. כתוצאה מכך, פגיעה תפקודית או הפרעה בוויסות הפעילות של AEA ו- 2-AG מובילה למגוון הפרעות המשפיעות על מערכת העצבים כמו גם על איברים ורקמות היקפיים. מסיבה זו, קנבינואידים ו / או תרופות סינתטיות קנבינואידים מהווים כיום תחום חשוב של מחקר לשימוש פוטנציאלי טיפולי שלהם לטיפול במחלות אנושיות רבות שיש בהן מרכיב גנטי או לא. למרות עדויות אלה, תפקידה של המערכת האנדוקנבינואידית ומכאן שינויים פוטנציאליים בפעילותה בניוון שרירים תורשתי נותר בלתי ידוע במידה רבה. רק לאחרונה זוהה תפקידם של קולטני CB1 אנדוקנבינואידים במחלת ניוון השרירים של דושן (DMD). בפרק זה אני מסכם את התכונות הכימיות והתפקיד הפונקציונלי של האנדוקנבינואידים כמו גם קנבינואידים שמקורם בצמחים במהלך היווצרות ותיקון שרירי השלד בתנאים פיזיולוגיים כמו גם DMD.

מבוא

1.1 תיאור המערכת האנדוקנבינואידית (ECS)

המונח מערכת אנדוקנבינואידים (ECS) נטבע במקור בשנות התשעים לאחר גילוי קולטני המוח, בתגובה ל- ∆9-tetrahydrocannabinol-THC (החומר הפסיכו-אקטיבי העיקרי של קנביס סאטיבה) ומעמד הליגנדים האנדוגניים שלהם שזוהו מיד לאחר מכן [1] . מאז תגליות אלה, מספר המולקולות הקשורות באופן פונקציונלי לפעילות המערכת האנדוקנבינואידית גדל באופן אקספוננציאלי.

כיום, ה- ECS נחשב לרשת מורכבת מאוד של מולקולות איתות מחוברות, ורכיבי המפתח של מערכת זו כוללים (א) שני האגוניסטים האנדוגניים החזקים ביותר של קולטני קנבינואידים, אנאנדמיד (AEA) ו -2-ארכידונויל-גליצרול (2- AG), הנקראים גם אנדוקנבינואידים; (ב) מולקולות הקשורות לאנדוקנבינואידים כולל N-oleoylethanolamine (OEA) ו- N-palmitoylethanolamide (PEA); (ג) האנזימים המווסתים את הביוסינתזה האנדוקנבינואידית (NAPE-PLD, ABDH4, GDE1, PTPN22 ל- AEA ו- DAGLα ו- DAGLβ ל- 2-AG) והשפלה (FAAH ל- AEA ו- MAGL, ABDH6, ABDH12 ו- FAAH ל- 2-AG ); (ד) שני האנדוקנבינואידים המגיבים לקולטנים המצמידים חלבון G המכונים קולטן קנבינואידים מסוג 1 (CB1) וסוג 2 (CB2); ו- (ה) הקטיון המחלחל לפוטנציאל הקולטני חולף מסוג ונילואידי מסוג 1 (TRPV1) [2, 3, 4]. לאחרונה, גם ל- AEA ו- 2-AG יש זיקה לקולטנים שאינם קנבינואידים כולל GABA-A, PPARγ, אדנוזין A3 ו- GPR55 [5]. בתרחיש מורכב זה, הוצעו לחלוק גם אנלוגים אחרים של AEA ו- 2-AG אנדוגניים, כולל N-acyl-ethanolamines (NAE), monoacylglycerols, N-acyl amino acid ו- N-acyl-dopamines / taurines / serotonins, במידה מסוימת, מסלולים אנבוליים או קטבוליים, או שניהם, עם אנדוקנבינואידים (איור 1) [6].

איור 1.

סינתזה, הפעלה ומנגנון פעולה של שני האנדוקנבינואידים אנאנדמיד ו- 2-AG. חיצים שחורים עבים מצביעים על התגובות הביוכימיות שמתחילות מממברנות המבשר מובילות לסינתזה של שני האנדוקנבינואידים אנאנדמיד ו- 2AG. ABDH4, α β-hydrolase 4; ABDH6, α β-hydrolase 6; ABDH12, α β-hydrolase 12; CB1 ו- CB2, קולטן קנבינואידים מסוג 1 ו -2; COX2, cyclooxygenase 2; DAG, diacylglycerol; EMT, טרנספורטר ממברנה אנדוקנבינואיד; FAAH, חומצת שומן אמיד הידרולז; GDE1, glycerophosphodiester phosphodiesterase 1; MAGL, ליפאז מונואצילגליצרול; NAPE-PLD, N-acyl-phosphatidylethanolamine סלקטיבי phosphodiesterase; NATs, N-acyltransferases; PA, חומצה פוספטידית; PLCbeta, פוספוליפאז Cbeta; PLD, פוספוליפאז D; 15-LOX, 15-lipoxygenase; PTPN22, חלבון טירוזין פוספטאז, שאינו קולטן סוג 22; PGF2α, פרוסטגלנדין F2alpha; 15 HAEA, 15 (S) -HETE אתנולמיד; PGE2, פרוסטגלנדין E2; TRPV1, פוטנציאל קולטן חולף, קולטן תת-סוג 1 ונילואי (נתון זה הועתק ישירות מ- Arturo, Iannotti Fabio ו- Fabiana, Piscitelli (נובמבר 2018) Endocannabinoidome

כפי שצוין לעיל, מערכת האנדוקנבינואידים (ECS) מעורבת באופן קריטי בוויסות מגוון תהליכים מטבוליים וקוגניטיביים. מערכת אנדוקנבינואידית / CB1R פעילה יתר על המידה קשורה להתפתחות השמנת יתר, עמידות לאינסולין ודיסליפידמיה [7, 8, 9, 10] וכן במהלך התקדמותן של הפרעות נוירולוגיות כמו מחלת אלצהיימר, טרשת נפוצה, טרשת לרוחב האמיוטרופית, מחלת פרקינסון, וכוריאה של הנטינגטון [4, 11]. עם זאת, התפקיד הפוטנציאלי של ה- ECS בהפרעות בשרירי השלד נותר בלתי ידוע במידה רבה.

2. מה ידוע על תפקידן של מערכות אנדוקנבינואידים בשרירי השלד

2.1 תפקידה של מערכת האנדוקנבינואידים על מטבוליזם הגלוקוז ורגישות לאינסולין בשרירי השלד

הראיות הראשונות שהוכיחו כי קולטני CB1 באים לידי ביטוי באופן פונקציונלי ברקמות שריר השלד, יצאו בשנת 2005, כאשר ליו ועמיתיו דיווחו על ההשפעות של SR141716 (הידוע בכינויו rimonabant), אחד האנטגוניסטים / אגוניסטים ההפוכים הסלקטיביים ביותר של CB1 [12], על הוצאת אנרגיה וספיגת גלוקוז בשריר סוליאוס מבודד של עכברים Lep (ob) / Lep (ob). בפרט, החוקרים מצאו כי 5 ימים לאחר הטיפול היומי, SR141716 הביא לירידה משמעותית בצריכת המזון היומית ובמשקל הגוף. בעוד שאחרי 7 ימים, ל- SR141716 היו גם השפעות חיוביות על צריכת החמצן הבסיסית ועל צריכת הגלוקוז [13].

כמה שנים לאחר מכן, Cavuoto ועמיתיו בשני מחקרים מקבילים הראו תחילה שלא רק CB1 אלא גם CB2, TRPV1 ו- FAAH באים לידי ביטוי בשריר השלד האנושי והמכרסם. ואז, בצינוריות ראשוניות אנושיות מבודדות מתורמים רזים והשמנת יתר, הם מצאו כי החשיפה ל- AEA או ל- AM251 (אנטגוניסט CB1 סלקטיבי אחר המשמש במידה רבה), בנפרד או בשילוב למשך 24 שעות, גורמת לשינויים משמעותיים ברמות התמליל של גנים מרכזיים המסדירים את מטבוליזם כגון AMPK) חלבון קינאז (AMPK) אלפא 1 (אלפא 1) ואלפא 2 (אלפא 2), פיראזט דהידרוגנאז קינאז 4 (PDK4), ופרוקסיזום מפזר המופעל על ידי קולטן-גמא קואקטיביב -1 אלפא (PGC-1 אלפא) [14, 15].

לפיכך, מחקרים חלוציים אלה סללו את הדרך למחקרים אחרים שבאמצעותם התחזק עוד יותר תפקידו של ה- ECS בוויסות מאזן האנרגיה ברמת שריר השלד. בהקשר זה, Esposito ועמיתיו הראו כי בצינורות L6 מובחנות, המצור הפרמקולוגי על ידי SR141716 או השתקה גנטית של רצפי RNA קטנים המפריעים ל- CB1 הגדילו את ספיגת ה- 2-deoxyglucose (2-DG) באופן תלוי זמן ומינון. החוקרים הוכיחו גם כי פעילותו של פוספטידילינוזיטול-3-קינאז (PI3K) אשר בתורו משפיעה על גירוי קינאז -1- תלוי פוספינוזיטיד, קינאז B / חלבון וחלבון קינאז Cζ, הביא לעלייה ב- SR141716 [16]. בהתאם לכך, אקארדט ואח '. נמצא כי בתאי שריר השלד האנושיים 24 שעות של דגירה עם מדיום המותנה באדיפוציטים (CM) או אנאנדמיד (AEA) פגמו זרחון של גירוי האינסולין (Ser473). לעומת זאת, טיפול מקדים עם rimonabant או AM251 הפחית את ההשפעה של CM בכמחצית, בעוד שההשפעה של AEA נמנעה לחלוטין. הפחתת צריכת הגלוקוז בגירוי האינסולין על ידי CM נמנעה לחלוטין על ידי rimonabant. בנוסף, נמצא כי AEA מפעילה זמנית את ERK1 / ERK2 ו- p38 קינאז חלבון המופעל במיטוגן וגורמת לזרחת Akt (Ser473) המופעלת על ידי אינסולין, אך לא השפיעה על Akt (Thr308) ועל זרחון קינאז 3 אלפא / בטא של גליקוגן סינתזה. באופן מפתיע, לאחר 24 שעות של טיפול נצפתה זרחון משופר של IRS-1 (Ser307) הנגרם על ידי AEA בתאי שריר השלד האנושיים [17]. יתר על כן, הפעלה או עיכוב של פעילות קולטן CB1 מפעילה השפעה דיפרנציאלית ביחס לאיתות מכוון MAP קינאז ו- PKB [18]. לסיכום, כל המחקרים הללו מספקים ראיות חזקות לכך שה"טון "האנדוקנבינואידי (ומכאן איתות CB1) אינו מווסת במהלך ההשמנה, כאשר פעילות יתר שלו מייצרת השלכות מזיקות על הרגישות לאינסולין וכתוצאה מכך קטבוליזם של גלוקוז בתאי שריר השלד.

ראוי לשים לב, עם זאת, ישנם כמה פערים בספרות המדעית האם לגירוי או עיכוב של קולטני CB1 יש השפעות חיוביות או שליליות על חילוף החומרים של הגלוקוז בשרירי השלד. הבדלים אלה הם ככל הנראה בשל המינון / ריכוז וזמן הדגירה של אגוניסטים ואנטגוניסטים של CB1 או יותר במודל הניסוי בו נעשה שימוש. לקבלת סקירה נרחבת יותר על התוצאות הנ"ל, היימן ואח '. פרסמו לאחרונה סקירת ספרות מקיפה [19].

2.2 שינויים בפעילות ה- ECS בתגובה לפעילות גופנית

בנוסף לתזונה, התרגיל הגופני תורם גם לגרום לשינויים בפעילות ה- ECS. בהקשר זה, Sparling et al. היו הראשונים בשנת 2003 שמצאו עלייה חזקה ב- AEA בפלזמה בקרב גברים מתנדבים צעירים שעברו פעילות גופנית בעצימות בינונית. מגמה זו של עלייה, אך בולטת הרבה פחות, נצפתה גם עבור 2-AG [20]. מחקרים אחרים הוכיחו עוד יותר את הקשר ההדוק בין עוצמת הפעילות הגופנית לסוג הפעילות לבין פעילות ECS. בפרט, בעוד שאושרו אימונים בעצימות בינונית שהעלו את רמות הפלזמה של AEA אצל מתנדבים אנושיים, באופן מפתיע לא נצפו שינויים ב- ECs פלזמה בעקבות תרגיל בעצימות גבוהה מאוד ונמוכה מאוד [21, 22, 23] . יש לציין כי פעילות ה- ECS המוגברת הנגרמת על ידי פעילות גופנית הייתה בקורלציה חיובית עם ההשפעות האנטי-דיכאוניות המועילות של פעילות גופנית ברמות מרכזיות כמו גם בפריפריה, כולל תחושת רווחה, הפחתת חרדה, רוגע לאחר פעילות גופנית ותחושת כאב מופחתת [20, 23, 24 , 25, 26]. מעניין שהיל ואח '. מצא כי הגדלת העלייה הנגרמת על ידי פעילות גופנית של הטון האנדוקנבינואיד מדכאת התנהגויות הקשורות למתח ומקדמת התפשטות תאים בהיפוקמפוס, באופן התלוי בגירוי של גירוי CB1 [27, 28]. בנוסף, היימן ואח '. סיפקו ראיות בבני אדם כי בעקבות פעילות גופנית חריפה AEA ו- BDNF, גורם נוירוטרופי מרכזי המסדיר את התפתחות המוח ואת התפקודים הקוגניטיביים [19], היו בקורלציה חיובית בסוף התרגיל ולאחר ההחלמה של 15 דקות.

עד כה, המחיקה הגנטית של קולטני CB מהמוח על נוירונים VTA GABAergic הפחיתה את ביצועי גלגל הגלגלים בעכברים [29]. עם זאת, באופן מפתיע למדי, כאשר Gamelin et al. העריכו שינויים ברמות ה- AEA ו- 2-AG וכן במולקולות המולדות בתזונה עתירת שומן (HFD) שהועברו לאימון כושר של 12 שבועות, הם מצאו כי לדיאטה עתירת השומן יחד עם אימון גופני לא הייתה השפעה על AEA. , 2-AG ו- AEA רמות קוגניר וגם לא בהיפותלמוס או בהיפוקמפוס. עם זאת, רמות הביטוי CB1 הועלו משמעותית בהיפוקמפוס בתגובה ל- HFD, פעילות גופנית ושילוב של שניהם, וחיזקו את הראיות למעורבות איתות EC בפלסטיות עצבית בעקבות דיאטה ו / או פעילות גופנית [30]. מחקר עדכני יותר מראה הבדלים ברמות המחזור של 2-AG ו- AEA בין עכברים ז�