Kannabinoidy i ich endogenne odpowiedniki, tzw. endokannabinoidy, sprzyjają neuroprotekcji u zwierząt laboratoryjnych, oddziałując na receptory kannabinoidowe CB1, które są jednymi z najliczniej występujących receptorów w mózgu. Jednak ocena znaczenia fizjologicznego i potencjału terapeutycznego receptora CB1 w chorobach neurologicznych jest utrudniona, przynajmniej częściowo, z powodu braku wiedzy na temat specyficzności oddziaływania receptora CB1 na populację neuronów. Niniejsze badanie pokazuje, że unikalna i dobrze zdefiniowana populacja receptorów CB1, mianowicie te zlokalizowane na zakończeniach glutaminergicznych, odgrywa kluczową rolę w neuroprotekcji w mózgu myszy. To odkrycie otwiera nowy koncepcyjny sposób postrzegania, w jaki receptor CB1 wywołuje neuroprotekcję, i dostarcza wsparcia w fazie przedklinicznej dla poprawy rozwoju terapii neuroprotekcyjnych opartych na kannabinoidach.
Receptor kannabinoidowy CB1, główny molekularny cel endokannabinoidów i aktywnych składników konopi, jest najbardziej obfitującym receptorem sprzężonym z białkiem G w mózgu ssaków. Receptory CB1 są obecne na synapsach dwóch przeciwnych populacji neuronów (to jest GABAergicznych/inhibicyjnych i glutaminergicznych/ekscytujących), co oznacza, że aktywacja jednej i/lub drugiej populacji receptorów może potencjalnie wywoływać różne efekty. Pomimo szeroko opisywanej aktywności neuroprotekcyjnej receptora CB1 w modelach zwierzęcych, dokładne znaczenie patofizjologiczne tych dwóch populacji receptora CB1 w procesach neurodegeneracyjnych jest nieznane. W niniejszym badaniu wprowadziliśmy uszkodzenie pobudzające w mózgu myszy, (i) podając kwas chinolinowy zwierzętom mutantom, w których brakowało receptorów CB1 wyłącznie w neuronach GABAergicznych lub glutaminergicznych, oraz (ii) manipulując projektami glutaminergicznymi koryczostriatalnymi zdalnie za pomocą farmakogenetycznego podejścia do projektów związanych z projektem opartym na wyłącznym aktywowaniu receptora przez lek projektowy. Następnie zbadaliśmy zmiany zachodzące w myszy R6/2, dobrze znanym modelu choroby Huntingtona, po (i) pełnym wyłączeniu receptorów CB1 i (ii) selektywnym usunięciu receptorów CB1 w neuronach corticostriatal glutaminergicznych lub GABAergicznch striatalnych. Dane jednoznacznie identyfikują ograniczoną populację receptorów CB1 zlokalizowanych na zakończeniach glutaminergicznych jako niezbędną część aktywności neuroprotekcyjnej (endo)kannabinoidów, sugerując tym samym, że ta konkretna populacja receptorów stanowi obiecujący cel dla terapii neuroprotekcyjnych.
Endokannabinoidy są rodziną przekaźników sygnałów między neuronami, które działają poprzez oddziaływanie na receptory kannabinoidowe CB1, na które również działa Δ9-tetrahydrokannabinol (THC), główny bioaktywny składnik konopi. Sygnalizacja endokannabinoidów pełni kluczową rolę jako mechanizm sprzężenia zwrotnego, który zapobiega nadmiernemu działaniu przed- i postsynaptycznemu, regulując funkcjonalność i plastyczność wielu synaps (1, 2). Receptor CB1 jest najbardziej obfitującym receptorem sprzężonym z białkiem G w mózgu i jest wysoce wyrażany w zakończeniach GABAergicznych w przedniej części mózgu (szczególnie w interneuronach dodatnich dla cholecystokininy i ujemnych dla parwalbuminy) (3), gdzie hamuje uwalnianie GABA. Funkcjonalne receptory CB1 znajdują się także na zakończeniach neuronów glutaminergicznych w różnych obszarach mózgu, gdzie hamują uwalnianie glutaminianu (4). Wraz z tą dobrze znaną funkcją neuromodulacyjną receptor CB1 chroni neurony w wielu różnych modelach zwierzęcych ostrego uszkodzenia mózgu i przewlekłej neurodegeneracji, co w ostatnich latach wzbudziło nadzieje na możliwe kliniczne zastosowanie kannabinoidów jako leków neuroprotekcyjnych, zwłaszcza w jeszcze niezbadanych stanach, takich jak choroba Alzheimera, choroba Huntingtona (HD), stwardnienie zanikowe boczne i udar (5–7). Jednak ocena znaczenia fizjologicznego i potencjału terapeutycznego receptora CB1 w chorobach neurologicznych jest utrudniona, przynajmniej częściowo, z powodu braku wiedzy na temat specyficzności oddziaływania receptora CB1 na populację neuronów. W niniejszym badaniu, przy użyciu różnych genetycznych modeli utraty funkcji receptora CB1, w połączeniu z narzędziami farmakologicznymi i farmakogenetycznymi, pokazujemy, że unikalna populacja receptorów CB1, mianowicie te zlokalizowane na zakończeniach glutaminergicznych, odgrywa niezbędną rolę w aktywności neuroprotekcyjnej systemu endokannabinoidowego w mózgu myszy. To odkrycie otwiera nowy koncepcyjny sposób postrzegania, w jaki receptor CB1 wywołuje neuroprotekcję i dostarcza wsparcia w fazie przedklinicznej dla poprawy rozwoju terapii neuroprotekcyjnych opartych na kannabinoidach.
Wyniki
Receptory kannabinoidowe CB1 zlokalizowane na neuronach glutaminergicznych, a nie GABAergicznych, chronią przed uszkodzeniem pobudzającym. Aby ocenić rolę neuroprotekcyjną receptorów CB1 zlokalizowanych na neuronach glutaminergicznych (pobudzających) lub GABAergicznych (hamujących), najpierw skorzystaliśmy z myszy warunkowych mutacyjnych, które nie miały receptorów CB1 w neuronach glutaminergicznych (myszy Glu-CB1−/−) lub GABAergicznych (myszy GABA-CB1−/−). Zwierzęta te były iniekcjonowane do jądra półleżącego kwasem chinolinowym (QA), powszechnie stosowanym agonistą receptorów glutaminianowych typu NMDA, w dawce (50 nmol w 1 µL roztworu PBS, jednostronnie), która, według naszych badań, nie wywoływała wyraźnych deficytów u myszy WT (Fig. 1A i Fig. S1). Myszy Glu-CB1−/− były wrażliwe na uszkodzenia pobudzające, co potwierdziła (i) utrata fosfoproteiny regulowanej przez kwas moczowy, DARPP-32 (paradygmatyczny marker neuronów o średniej wielkości, stanowiących około 90% wszystkich neuronów w jądrze półleżącym), oraz (ii) spadek zdolności w teście na biegunce (uznany test sprawności motorycznej, który przynajmniej częściowo zależy od funkcji jądra półleżącego; Fig. 1A). W przeciwieństwie do tego, nie obserwowano istotnych uszkodzeń neurologicznych u myszy GABA-CB1−/− leczonych kwasem chinolinowym (Fig. 1A).
źródło: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1400988111