Il sistema dei cannabinoidi endogeni (endocannabinoidi)

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Dott. Giuseppe Montefrancesco

Il sistema degli endocannabinoidi

La conoscenza di come agiscono nel nostro organismo sia i cannabinoidi endogeni (endocannabinoidi) che i derivati della cannabis (marijuana) o i cannabinoidi sintetici, e se questi composti possono avere utilità terapeutica, è stata possibile grazie alla scoperta e alla caratterizzazione del sistema degli endocannabinoidi iniziata circa 40 anni fa.

Tale sistema è fisiologicamente coinvolto:
• nell’analgesia,
• nell’apprendimento, nella memoria,
• nell’attività motoria,
• nell’appetito, nella nausea nel vomito
• e nel controllo del sistema immune;
• non ultimo, nel sistema della gratificazione

Linea temporale dell’uso e delle scoperte scientifiche sulla cannabis:
Reperti di corde di canapa   8000 anni a.C.
Uso medico in Cina       2700 anni a.C.
Uso religioso in India   2000 anni a.C.
Uso medico in Oriente (Arabia)    1000 anni d.C.

L’occidente apprende della sua bioattività
Scoperta del THC   1964
Scoperta dell’inibizione dall’adenilciclasi   1984
Accoppiamento alle proteine G   1986
Scoperta del legame recettoriale   1988
Mappatura dei recettori e clonazione dei CB1   1990
Anandamide   1992
clonazione dei CB2   1993
Primo antagonista (SR14716A)   1994
Astinenza indotta    1995
Animali knock-out  1998

Sino alla identificazione della corretta struttura chimica del THC, le ricerche sulla marijuana interessavano pochi scienziati; tra l’altro l’elevata lipofilia naturale di questi composti sembrava sufficiente a giustificare i loro effetti come conseguenza della capacità di dissolversi, di interagire aspecificatamente con i lipidi delle membrane e di alterarne quindi le funzioni. Le scoperte successive, come riportato nello schema storico, hanno non solo mostrato la specificità d’azione dei cannabinoidi, perché agiscono su specifiche strutture (i recettori dei cannabinoidi) ma complessivamente è stato “composto” tutto il sistema dei cannabinoidi con i “propri” recettori, i ligandi endogeni (gli endocannabinoidi), la sintesi, il rilascio, il reuptake, il metabolismo di questi, la modalità d’azione.
Tutto ciò ha inoltre stimolato, negli ultimi anni, la ricerca e la sintesi di numerose sostanze analoghe (anche questi chiamati cannabinoidi) capaci di modificare, in senso inibitorio o eccitatorio il sistema dei cannabinoidi ed avere elevate potenzialità terapeutiche.
Il sistema endocannabinoide (ECS) è un sistema neuromodulatore presente nel cervello e nella periferia, che media, tra le altre, gli effetti del fitocannabinoide psicotropico del THC

Esso consiste di:
• leganti endogeni: anandamide (N-arachidonoil-etanolamina9 2-arachidonilglicerolo (2-AG);
• di enzimi per la biosintesi dell’endocannabinoide (N acilfosfatidiletanolammina selettiva fosfodiesterasi o glicero-fosfodiesterasi E1 e diacilglicerolo lipasi α o β)
• di enzimi per la loro inattivazione (acidi grassi lipolasi -FAAH e monoacil-AG) ;
• di uno specifico meccanismo di captazione cellulare ma non ancora identificato
• di recettori dei cannabinoidi tipo CB1 e CB2, che questi ultimi sono stabiliti come mediatori degli effetti biologici indotti da cannabinoidi di origine vegetale, o sintetici o endogeni (Piscitelli e Di Marzo , 2012).

Recettori CB1 e CB2

Il THC e tutti gli altri cannabinoidi agiscono principalmente legandosi a specifici recettori trovati sulla superficie di membrana di diversi tipi cellulari, principalmente localizzati nel cervello e nel sistema immunitario.

La densità dei recettori dei cannabinoidi nel cervello risulta 10–50 volte maggiore di quella dei recettori dei neurotrasmettitori classici, per esempio di quelli della dopamina e degli oppioidi.
Ad oggi sono stati identificati 2 recettori, anche se paiono esistere altri potenziali recettori dei cannabinoidi; essi appartengono alla superfamiglia dei recettori con tipica struttura trasmembrana (i sette domini, la porzione N-terminale extracellulare, quella C-teminale intracellulare) accoppiati alle proteine G.
Il THC è un agonista di entrambi i recettori (CB1 e CB2) e mima parzialmente le azioni dei cannabinoidi endogeni.
Il Cannabidiolo non si lega con nessuno dei due recettori (ma mostra importanti azioni di tipo cannabinoide attribuite alle sue proprietà antiossidanti, alla inibizione della degradazione dell’anandamide o alla interazione con altri recettori non ancora identificati. Gli endocannabinoidi, come i fitocannabinoidi e i cannabinoidi di sintesi, presentano differente affinità e azione su tali recettori.

Il primo recettore dei cannabinoidi, CB1, è espresso in prevalenza nel sistema nervoso centrale , con diverso grado di densità, (cervelletto, ippocampo e gangli basali – striato, globo pallido e sostanza nigra), nel midollo spinale ma anche perifericamente.
La presenza di questi recettori nell’ippocampo, nell’amigdala e nella corteccia prefrontale suggerisce un loro coinvolgimento nei processi di apprendimento e memoria, mentre la localizzazione nei gangli basali e nel cervelletto sembrano mediare gli effetti sull’attività motoria, coordinazione e reazione.
Sono presenti con densità moderata / bassa nella sostanza grigia periaqueduttale (PAG)
Sempre nel sistema nervoso centrale i CB1 sono maggiormente presenti sugli assoni e sui nervi terminali ed in minor misura sui corpi cellulari. Tuttavia, i recettori CB1 si trovano anche nelle cellule non neuronali del cervello come oligodendrociti, microglia e astrociti (Mackie, 2005).
Inoltre, il sistema degli endocannabinoidi controlla la motivazione agli stimoli dell’appetito.
Diversi studi hanno dimostrato che i recettori CB, essendo presenti nei nuclei accumbens e nella corteccia prefrontale mediano tutte le caratteristiche comportamentali e neurochimiche del THC e degli altri cannabinoidi.

In particolare, gli effetti di gratificazione, tolleranza e dipendenza fisica sono stati attribuiti alla loro interazione con gli oppioidi, glutammato, GABA e soprattutto con i sistemi dopaminergici. I cannabinoidi agiscono nel cervello innescando processi di gratificazione molto simili a quelli che si ottengono facendo uso di altri tipi di droghe; come queste, attivano la produzione di dopamina nell’area tegmentale ventrale (VTA) attraverso l’inibizione presinaptica dei neuroni GABAergici presenti in questa area e il suo rilascio nei nuclei accumbens e nella corteccia prefrontale.

Studi con antagonisti dei CB1 hanno dimostrato l’importanza di questi recettori nell’intero fenomeno del craving; al pari è evidente l’importanza del sistema degli endocannabinoidi nella dipendenza da alcol, nella sospensione del fumo, nella perdita di peso o nell’assunzione di cocaina e oppioidi.
La presenza dei CB1 in diversi organi periferici – cuore, occhio, intestino, vescica urinaria e nel microcircolo – è in relazione, ad esempio, alla tachicardia, all’arrossamento congiuntivale, alla ritenzione urinaria e alla inibizione della motilità intestinale che segue l’assunzione di cannabinoidi e comunque alle complessive azioni su questi organi e apparati.
I recettori CB1 sono stati identificati anche nell’apparato riproduttivo sia maschile che femminile, compresi ovaie, endometrio, testicoli, spermatozoi, vasi deferenti. Recenti studi hanno dimostrato che la marijuana (il THC e gli altri cannabinoidi esogeni) agiscono durante la gravidanza e sul sistema degli endocannabinoidi di entrambe le gonadi; inoltre gli endocannabinoidi potrebbero svolgere un ruolo cruciale nell’impianto dell’embrione e nell’aborto.

Il secondo recettore, il CB2, (omologo ai CB1 per il 48%) è espresso in prevalenza nei tessuti periferici, principalmente nel sistema immunitario, milza, tonsille, timo, midollo osseo, tessuti deputati alla produzione delle cellule immunitarie.
Contengono il maggior numero di CB2 in ordine decrescente:
• i linfociti B,
• i natural-killer,
• i monociti,
• i neutrofili,
• i linfociti T8,
• i linfociti T4.
I cannabinoidi, compreso il THC, possono considerarsi degli immunomodulatori, con complesse azioni sui tipi cellulari del sistema immunologico; l’effetto finale è immuno-soppressivo per inibizione delle funzioni dei linfociti, delle cellule natural-killer, macrofagi e mastcellule.

L’espressione di questo recettore è notevolmente alterata nei consumatori abituali di cannabis e la risposta dei linfociti T al THC e gli eventi immunologici che ne conseguono potrebbero spiegare il legame dell’utilizzo della cannabis alle infezioni opportunistiche, AIDS e il cancro delle vie respiratorie.
Il CB2 è stato rilevato anche nel cervello sano o malato e in altri tessuti se pure in concentrazioni inferiori ai CB1.

Aree cerebrali in cui i recettori dei cannabinoidi sono abbondanti

—  Aree cerebrali e  funzioni associate
—  Cervelletto per la coordinazione motoria
  Ippocampo per l’apprendimento e memoria
  Corteccia cerebrale (neofrontale, giro cingolato e regione parietale) per ler funzioni cognitive
  Nucleo accumbens per il sistema della gratificazione, ovvero per il senso di benessere e iacere
  Gangli della base per il  controllo del movimento

Aree cerebrali in cui i recettori dei cannabinoidi sono meno abbondanti
—  Ipotalamo  per la regolazione della temperatura,equilibrio idro-salino, funzione riproduttiva
—  Amigdala per le risposte emozionali, impulsività, paura
—  Mesencefalo per il controllo motorio, controllo della temperatura, sonno e veglia
—  Midollo spinale per le percezioni periferiche incluso il dolore
—  Sostanza grigia periacquaduttale analgesia per il controllo del dolore
—  Nucleo del tratto solitario per la nausea, vomito, sensazioni viscerali

All’interno di queste aree ci sono due principali sottopopolazioni neuronali che esprimono i recettori CB1:
gli interneuroni GABAergici (con alti livelli di recettori CB1)
e i neuroni glutamatergici (con livelli di recettori CB1 relativamente bassi) che rappresentano i due principali elementi che regolano, “dirigono” lo stato di eccitazione del cervello, essendo gli interneuroni GABAergici inibitori e i neuroni glutamatergici eccitatori.
I recettori CB1 si trovano anche nel locus coeruleus e nel nucleo del raphe dorsale che sono le principali fonti di noradrenalina (NE) e serotonina (5-HT) nel cervello (Haringet al., 2007; Oropeza et al., 2007).
Pertanto, la modulazione dell’attività delle monoamine, GABA e neuroni del glutammato, potrebbe essere alla base degli effetti emotivi e non emotivi dell’attivazione del recettore CB1.

Gli elementi del sistema endocannabinoideo

L’identificazione dei recettori cannabinoidi fu seguita dalla scoperta dei ligandi endogeni per questi recettori, denominati appunto endocannabinoidi.
Queste molecole sono derivati di acidi grassi polinsaturi ( acido arachidonico), si differenziano così nella struttura chimica dai fitocannabinoidi e sono altamente specifiche per i recettori dei cannabinoidi.
A differenza dei classici neurotrasmettitori cerebrali non sono prodotti e immagazzinati nelle cellule nervose ma prodotti, sintetizzati dai loro precursori on demand (solo quando è necessario ed è aumentata all’attività neuronale) e quindi rilasciati dalle cellule.

Dopo il rilascio sono rapidamente disattivati per reuptake nelle cellule e quindi metabolizzati. Il metabolismo di anandamide e 2-AG avviene principalmente per idrolisi enzimatica da parte della idrolasamide degli acidi grassi (FAAH) e della monoacilglicerol-lipasi (solo il 2-AG).
Nel cervello sembrano agire come neuromodulatori, inibendo il rilascio degli altri neurotrasmettitori.

Gli endocannabinoidi sino ad ora identificati sono 5:
1. l’anandamide (N-arachidonoiletanolamide, AEA)
2. il 2-arachidonoilglicerolo (2-AG)
3. il noladin etere (2-arachidonilglyceriletere)
4. la virodamina (O-arachidonoil-etanolamina)
5. il NADA (N-arachidonoil-dopamina).
Tra questi l’anandamide e il 2-AG sono quelli più caratterizzati e studiati; degli altri non sono ancora ben conosciute le azioni biologiche e il profilo biochimico.

L’anandamide agisce legandosi ad entrambi i recettori CB1 e CB2 e ai recettori dei vanilloidi (TRPV1); l’agonismo verso i CB2 è comunque basso e talvolta può agire come antagonista.
Il 2-AG è agonista di entrambi i recettori CB1 e CB2; soprattutto è attivo nei riguardi dei CB2 tanto da essere considerato il suo vero ligando.
Inoltre la sua concentrazione nel sistema nervoso centrale è quasi il doppio dell’anandamide, per cui si pensa che solo una parte di esso sia implicata nell’azione del sistema dei cannabinoidi.
Il noladin etere mostra affinità sia per i CB1 che per i CB2.
La virodamina agisce come antagonista dei CB1 e parziale agonista dei CB2 ma secondo alcuni è irrilevante la sua azione biologica.
Il NADA si lega ai CB1 e con maggiore affinità ai CB2 ma è soprattutto un’agonista dei recettori dei vanilloidi (TRPV1) (condivide con la capsaicina, un principio attivo contenuto nel peperoncino, la capacità di stimolare questi recettori) tanto da essere considerato come un importante legando di questo sistema recettoriale.

Oltre agli endocannabinoidi, altri derivati degli acidi grassi vengono definiti come sostanze tipo-cannabinoidi giacchè non agiscono sui recettori CB ma sono in grado di aumentare l’azione degli endocannabinoidi a livello recettoriale attraverso un meccanismo detto “enturage effect”; tra questi:
• i recettori per i vanilloidi (TRPV1),
• le emopressine,
• palmil-etanolamina
• stearoil-etanolamina,
• oleoil-etanolamina,
• arachinoidil-glicina,
• 2-lineoilglicerolo,
• 2-palmitoilglicerolo.

Altri endocannabinoidi, con attività di tipo cannabino-mimetico, continuano ad essere scoperti. Inoltre, piante di specie differenti dalla Cannabis, presentano sostanze in grado di legarsi a recettori CB aprendo così nuove possibilità terapeutiche.

Meccanismo d’azione dei cannabinoidi
Un gran numero di evidenze mostrano che sia gli endocannabinoidi che i fitocannabinoidi attivando i recettori CB1 sopprimono la neurotrasmissione riducendo il rilascio di neurotrasmettitori eccitatori o inibitori, glutammato e GABA.

La loro azione differisce da quella dei classici neurotrasmettitori perché inizia là dove questi terminano.
Quando avviene l’attivazione di recettori, tipo D2, del glutammato, GABAergici, NMDA, ad opera dei rispettivi neurotrasmettitori, si avvia una serie di eventi chimici che portano contemporaneamente alla sintesi e al conseguente rilascio di endocannabinoidi dalla membrana di neuroni postsinaptici (gli endocannabinoidi sono sintetizzati per agire solo su una popolazione selezionata di neuroni e usualmente sono rilasciati solo da neuroni postsinaptici che presentano recettori CB1).
Gli endocannabinoidi diffondono nello spazio extracellulare per legarsi ai recettori CB1 presinaptici che rispondono inibendo l’ulteriore rilascio dei neurotrasmettitori.
Per questa modalità d’azione vengono detti messaggeri retrogradi.
Il successivo trasporto degli endocannabinoidi all’interno delle cellule e la loro degradazione per idrolisi enzimatica da parte della idrolasamide degli acidi grassi (FAAH) e della monoacilglicerol-lipasi (solo il 2-AG) pone termine alla loro azione.
In ogni caso l’azione operata dai cannabinoidi (generalmente inibitoria) nella modulazione della liberazione dei neurotrasmettitori, avviene perché i recettori CB1 (che presentano una prevalente presenza presinaptica) sono accoppiati a proteine G di tipo inibitorio (Gi/o); viene così inibita l’adenilciclasi, cui segue l’inibizione dei canali del calcio e l’attivazione di quelli del potassio.
L’effetto finale è appunto l’inibizione presinaptica della liberazione del neutrasmettitore e la loro azione indica che essi sono in grado di modulare la neurotrasmissione e modificare l’eccitabilità neuronale.

In linea generale, la prevalente attività modulatrice e di inibizione operata dai cannabinoidi si esprime nei riguardi:
—  della funzione immune (attraverso i CB2),
—  della neurotrasmissione (attraverso i CB1)
e complessivamente nei riguardi di tutte funzioni ad essi associate.

Bibliografia

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