Эндоканнабиноиды - это производные полиненасыщенных жирных кислот, которые образуются в клетке «по требованию» из фосфолипидов клеточной мембраны и действуют аутокринно или паракринно на эндоканнабиноидные рецепторы. Наиболее изученными каннабиноидами являются анандамид (N-этаноламид арахидоновой кислоты, AEA), глицериновый эфир арахидоновой кислоты или 2-арахидоноглицерин (2-AG). Анандамид образуется из N-ацилфосфатидилэтаноламина (NAPE) с помощью N-ацетилтрансферазы и NAPE-PLD. Эти ферменты содержатся в желудочно-кишечном тракте и центральной нервной системе. 2-АГ образуется при гидролизе диацилглицерина под действием DAG-липаз альфа и бета. Существуют и другие способы производства анандамида и 2-АГ.
Основными рецепторами эндоканнабиноидной системы являются CB1 и CB2, которые связываются не только с эндоканнабиноидами, но и с фитоканнабиноидами (Δ9-тетрагидроканнабиол - основной компонент марихуаны и каннабидиола) и синтетическими каннабиноидами (набилон). Однако каннабиноиды действуют и на другие рецепторы:
- CB1R: они расположены в головном мозге, отвечают за антиноцицептивное действие, когнитивные функции и нарушения памяти. В основном это пресинаптические рецепторы в следующих структурах центральной нервной системы: обонятельная луковица, кора головного мозга, гипоталамус, гиппокамп, стриатум, мозжечок. Они также содержатся в постсинаптических мембранах, астроцитах. В гораздо меньших количествах они содержатся в сердечной мышце, кровеносных сосудах, желудочно-кишечном тракте, репродуктивных органах, мышцах, костях и коже. CB1R связаны с Gi и через каскад PKA уменьшают высвобождение нейротрансмиттеров и снижают активность MAPK-пути. Некоторые CB1R связаны с Ca2+-каналами и Kir-каналами или стимулируют NOS.
3. Рецептор капсаицина TRPV1: его переносят первичные афференты и периваскулярные нейроны. Эффекты: местная вазодилатация, провоспалительный эффект, кардиопротекторное и антигипертензивное действие. Регулирует высвобождение субстанции Р и гена кальцитонинового пептида (CGRP).
4. PPARs, G-белок-связанный рецептор 55 (GPR55), никотиновые рецепторы, 5-HT3 и A2A аденозиновые рецепторы.
Эндоканнабиноиды действуют аллостерически на 5-HT2-рецепторы, 5-HT3-рецепторы, α1-адренергические рецепторы, M1 и M4 мускариновые рецепторы и AMPA GLUA1 и GLUA3 глутаматные рецепторы. Связывание с вышеперечисленными рецепторами опосредует эффекты эндоканнабиноидов: анальгетический; спазмолитический; иммуносупрессивный; противовоспалительный; противоаллергический; седативный; нормотимический; орексигенный; противорвотный; снижение внутриглазного давления; бронхолитический; нейропротекторный; противоопухолевый; антиоксидантный; тахикардия и сухость во рту. Деградация анандамида и 2-АГ происходит путем обратного захвата эндоканнабиноидов клеткой и их гидролиза ферментами: анандамида - гидролазой амидов жирных кислот, 2-АГ - моноацилглицерол-липазой. 2-АГ также может окисляться циклооксигеназой-2 с образованием биологически активных глицериновых эфиров простагландинов.
Гиперактивация эндоканнабиноидной системы может быть связующим звеном между ожирением и сопутствующими заболеваниями. Гиперактивация ЭКС обнаруживается как в гипоталамусе, так и в периферических тканях, включая печень и жировую ткань. В центральной нервной системе эндоканнабиноиды выполняют функцию ретроградных нейромодуляторов, которая заключается в торможении высвобождения возбуждающих и тормозных нейротрансмиттеров через пресинаптические CB1-рецепторы. Таким образом, они модулируют активность нейронов, в том числе в участках мозга, отвечающих за регуляцию энергетического баланса: гипоталамусе, стволе мозга, кортико-лимбической системе - ядре аккумбенса (NAc) и вентральной тегментальной области (VTA).
Было показано, что орексигенный или анорексигенный эффект эндоканнабиноидов зависит от свойств нейрона, на котором расположены пресинаптические CB1-рецепторы. Однако орексигенный эффект агонистов рецепторов CB1 на организм в целом указывает на преимущественное ингибирование глутаматергических синапсов. Эндоканнабиноиды информируют о мгновенных изменениях энергетического баланса, поскольку синтезируются «по требованию». Их концентрация в структурах мозга повышается во время голодания и снижается, когда потребность в пище удовлетворена. Прямое введение AEA и 2-AG в гипоталамус или NAc крыс увеличивает потребление пищи и раствора сахарозы через CB1R-зависимый механизм. Кроме того, каннабиноидная система регулирует аппетит по лектиновому пути в гипоталамусе. Лептин снижает потребление пищи, увеличивая высвобождение нейропептидов, снижающих аппетит, и подавляя высвобождение факторов, стимулирующих чувство голода. Снижение уровня лептина совпадает с повышением уровня эндоканнабиноидов в гипоталамусе. Лептин подавляет синтез эндоканнабиноидов, снижая уровень внутриклеточного кальция, и подавляет CB 1-зависимую активацию нейронов, экспрессирующих меланин-концентрирующий гормон в латеральном гипоталамусе. Однако эффект лептина проявляется только при активации ECS, в противном случае (при нокауте гена рецептора CB1) лептин не снижает аппетит у мышей.
Каннабиноиды усиливают чувство удовольствия от еды, увеличивая высвобождение дофамина в NAc. Вероятно, активация дофаминергических нейронов ВТА опосредована действием эндоканнабиноидов на СВ1-рецепторы на глутаматергических терминалях, которые тормозят ГАМК-ергические нейроны, экспрессирующиеся из НАК в ВТА, и тем самым дезингибируют дофаминергические нейроны в ВТА. Вкусовые ощущения обрабатываются в парабрахиальном ядре (ПБЯ) и ядре солитарного тракта (ЯТС), где они интегрируются с сигналами, поступающими из желудочно-кишечного тракта. Обработанная информация определяет количество потребляемой пищи и интервалы между приемами. Стимулируя рецепторы CB1 в PBN, эндоканнабиноиды увеличивают потребление вкусной пищи.и ради удовольствия связан с повышением уровня грелина и 2-АГ.
Увеличение потребления пищи достигается за счет повышения концентрации эндоканнабиноидов, активации CB1-рецепторов на аксонных терминалях обонятельной коры и торможения гранулярных клеток в обонятельной луковице, что повышает чувствительность к приятным запахам. Эндоканнабиноидные рецепторы колокализуются с рецепторами сладкого на сосочках языка и усиливают удовольствие от сладкой пищи. Нет никаких доказательств того, что влияние эндоканнабиноидов на вкус и обоняние играет роль в патогенезе ожирения. Повышение регуляции рецепторов CB1 также наблюдается в патогенезе ожирения. Интересно, что мыши с нокаутом рецепторов CB1 устойчивы к алиментарному ожирению. У них повышается активность симпатической нервной системы, усиливается окисление липидов и термогенез, повышается уровень эндоканнабиноидов в плазме крови и слюне. Показано, что уровень эндоканнабиноидов в плазме крови повышен у пациентов с ожирением и диабетом 2 типа и коррелирует со степенью инсулинорезистентности, индексом массы тела, окружностью талии и массой висцерального жира. Предлагается использовать эти показатели в качестве маркеров распределения жировых белков и инсулинорезистентности для прогнозирования ответа на лечение. Однако до клинического применения еще далеко: методы выделения и измерения концентрации эндоканнабиноидов не стандартизированы, референсные уровни и корреляция возраста, пола и имеющихся заболеваний с их значениями не установлены.
Гиперактивация каннабиноидной системы отражается на изменении энергетического метаболизма в различных органах:
1. Активация CB1-рецепторов в изолированных адипоцитах мыши приводит к стимуляции синтазы жирных кислот и липопротеиновой липазы и ингибированию AMPK. Увеличивается экспрессия генов дифференцировки адипоцитов (PPAR), нарушается биогенез митохондрий;2. Активация CB1-рецепторов в гепатоцитах приводит к снижению фосфорилирования AMPK и его активности. Повышается экспрессия ацетил-КоА-карбоксилазы-1 (АСС1) и синтазы жирных кислот (FAS), усиливается синтез жирных кислот de novo, развивается стеатоз печени. Происходит усиление ингибирующего фосфорилирования субстрата инсулинового рецептора (IRS) и ингибирующего дефосфорилирования инсулин-активируемой протеинкиназы B (PKB), после чего запускается стресс эндоплазматического ретикулума. Было показано, что рецептор CB2 участвует в патогенезе стеатоза печени;
3. Активация рецепторов CB1 в скелетных мышцах подавляет окисление глюкозы и жирных кислот и биогенез митохондрий, снижает базальный и инсулинзависимый транспорт глюкозы, уменьшает чувствительность тканей к инсулину за счет PI3-киназы/PKB и Raf-MEK1/2-ERK1/2 путей, что может привести к инсулинорезистентности;
4. Активация CB1R на бета-клетках поджелудочной железы рекрутирует киназы фокальной адгезии (FAK). Под ее действием происходит перестройка цитоскелета, экзоцитоз везикул с инсулином, запускается апоптоз бета-клеток, что способствует инфильтрации островков макрофагами и воспалению, приводящему к диабету 2 типа.
Лечение метаболических нарушений и ожирения путем снижения тонуса каннабиноидной системы.
Для снижения активности ЭКС у пациентов с ожирением предлагаются антагонисты ЭКС и модификация образа жизни:1. Неселективные блокаторы CB1-рецепторов;
2. Селективные блокаторы периферических CB1-рецепторов («Соединение 2p», «Соединение 10q»);
3. Аллостерические антагонисты CB1-рецепторов (гемопрессин, прегненолон, ORG27569 и PSNCBAM-1).
4. Нейтральные агонисты (AM4113, AM6545, JD5037, TM38837, NESS06SM);
5. Агонисты CB2-рецепторов (JWH-133, JWH-015);
6. Нонселективные агонисты рецепторов CB1 и CB2 (URB447);
7. Модуляторы других рецепторов (TRPV1, GPR55);
8. Ингибиторы ферментов, участвующих в синтезе эндоканнабиноидов;
9. Диета с высоким содержанием омега-3 и омега-6 жирных кислот.
Первым блокатором CB1R, одобренным клиническими испытаниями для лечения ожирения, стал римонабант (SR141716A). В Европе он продавался с 2006 года под названием Acomplia. Его часто называют антагонистом CB1R, но на самом деле он является обратным агонистом. Данные многонациональных клинических исследований римонабанта у пациентов с ожирением (Rimonabant in Obesity, RIO), а именно RIO-Lipids, RIO-Europe, RIONorth America и RIO-Diabetes, свидетельствуют об эффективности римонабанта в снижении веса и уменьшении факторов сердечно-сосудистого риска. Последнее обусловлено нормализацией уровня адипонектина, ЛПВП, триглицеридов и HbA1c у пациентов с диабетом.
Длительное лечение римонабантом восстанавливало чувствительность клеток к инсулину, нормализовало размер жировых клеток и их распределение в организме, предотвращало отложение висцерального жира и уменьшало количество подкожного жира, снижало массу тела независимо от снижения потребления пищи. Механизмы наблюдаемых эффектов пока не ясны. Одним из них может быть увеличение экспрессии гена адипонектина в висцеральном жире и концентрации адипонектина в плазме крови при лечении римонабантом. Наблюдается повышение активности рецепторов адипонектина 1 и 2 в печени. Гепатопротекторный эффект римонабанта также проявляется в виде увеличения окисления жиров в печени и уменьшения воспаления, что снижает накопление жира в печени.
Блокада рецепторов CB1, экспрессирующихся в бета-клетках панкреатических островков, стимулировала их пролиферацию и увеличивала размер клеток, уменьшала воспалительную реакцию, приводила к нормализации уровня глюкозы и восстановлению чувствительности к инсулину. Фармакологическая блокада CB1 эффективна только при гиперактивности ЭКС и гиперсекреции инсулина. Блокада рецепторов CB1 в белых адипоцитах in vitro стимулирует биогенез митохондрий через увеличение экспрессии эндотелиальной NOS, снижает синтез жирных кислот и накопление триглицеридов, а также вызывает трансдифференциацию белой и коричневой жировой ткани, характеризующуюся увеличением экспрессии белка, не связывающегося с клетками (uncoupling protein-1 (UCP-1)), альфа-коактиватора PPAR-гамма (PGC-1) и активности AMPK.
Блокада рецепторов CB1 в коричневых адипоцитах усиливает нарушение тканевого дыхания. Однако in vivo было показано, что ЭКС регулирует липогенез и липолиз в белой жировой ткани на уровне симпатической нервной системы, а не на тканевом уровне. Гипофагический эффект римонабанта, достигаемый в течение часа, зависит от активности симпатической нервной системы и исчезает при приеме бета-блокаторов. Одновременно исчезают неврологические и психиатрические побочные эффекты - страх, тревога. В 2008 году препарат Acomplia был отозван с европейских рынков, так как был связан с суицидальным поведением, депрессией, судорогами и стал причиной пяти смертей в Великобритании. Клинические исследования других антагонистов CB1-рецепторов (таранабант, суринабант, ибипинабант) были прекращены на 2-3 фазе в 2008-2012 годах.
Фокус исследований сместился в сторону периферических блокаторов CB1R, аллостерических ингибиторов, нейтральных агонистов, ингибиторов синтеза эндоканнабиноидов, стимуляторов их деградации, модуляторов других рецепторов и диетических ограничений. Ни один из возможных препаратов пока не был испытан на людях, хотя все они показали определенную эффективность на животных моделях ожирения. Диета с высоким содержанием жиров увеличивает содержание анандамида в печени мышей, в то время как аналогичная диета с высоким содержанием омега-3 жирных кислот (содержащихся в рыбьем жире) снижает содержание 2-АГ в мозге поросят. У крыс, потребляющих большое количество линолевой кислоты («западная диета»), содержание 2-АГ и анандамида в тонком кишечнике повышается. Однако в клинических исследованиях одинаковое количество калорий в рационе с низким и высоким содержанием жиров не привело к изменению концентрации эндоканнабиноидов в плазме крови. Диета, обогащенная полиненасыщенными жирными кислотами, не привела к снижению веса у пациентов с ожирением, но улучшила липидный профиль у пациентов с гиперхолестеринемией.