Azione neuroprotettiva e immunomodulante del sistema endocannabinoide in condizioni di neuroinfiammazione Parte 2

I neurotrasmettitori N-acilici e i lipoamminoacidi rappresentano un cluster separato all’interno dell’endocannabinoidoma, che ha il potenziale per l’identificazione di nuovi bersagli recettoriali in questo sistema.

I neurotrasmettitori acilici sono un tipo di neurotrasmettitore sintetizzato dal glutammato e dall'acetil coenzima A. Sono ampiamente distribuiti nel cervello e sono coinvolti in una varietà di processi fisiologici e patologici, come la funzione cognitiva, l'attenzione, l'inibizione, ecc. Negli ultimi anni, sempre più e ulteriori studi hanno dimostrato che i neurotrasmettitori acilici sono strettamente correlati alla memoria.

Innanzitutto, i neurotrasmettitori acilici svolgono un ruolo importante nel processo di memoria. Partecipa alla trasmissione sinaptica tra neuroni e regola l'eccitabilità e l'inibizione dei neuroni, svolgendo un ruolo importante nella formazione, archiviazione e recupero della memoria. Gli studi hanno scoperto che il livello dei neurotrasmettitori acilici è correlato positivamente con la memoria e quando il suo livello aumenta, anche la memoria migliora.

In secondo luogo, i neurotrasmettitori acilici sono strettamente correlati alla funzione cognitiva. Nei compiti cognitivi, i neurotrasmettitori acilici regolano l'eccitabilità e l'inibizione dei neuroni regolando i canali ionici del calcio nella membrana presinaptica e la trasmissione degli ioni calcio nella membrana postsinaptica, influenzando così le prestazioni della funzione cognitiva. Gli studi hanno dimostrato che quando il livello dei neurotrasmettitori acilici diminuisce, diminuisce anche la funzione cognitiva.

Inoltre, i neurotrasmettitori acilici sono anche legati alla regolazione emotiva. Gli studi hanno dimostrato che i neurotrasmettitori acilici possono influenzare gli stati emotivi e la regolazione emotiva regolando i livelli di neurotrasmettitori come la dopamina, la serotonina e la norepinefrina. Quando il livello dei neurotrasmettitori acilici aumenta, aumenterà anche la stabilità emotiva.

In breve, i neurotrasmettitori acilici sono strettamente correlati alla memoria, alla funzione cognitiva e alla regolazione emotiva. Possiamo aumentare il livello dei neurotrasmettitori acilici attraverso una dieta adeguata, esercizio fisico e riposo, promuovendo così il miglioramento della memoria e della funzione cognitiva e mantenendo la stabilità emotiva e uno stato mentale felice. Si può vedere che dobbiamo migliorare la memoria, e Cistanche può migliorare significativamente la memoria perché Cistanche ha effetti antiossidanti, antinfiammatori e antinvecchiamento, che possono aiutare a ridurre le reazioni ossidative e infiammatorie nel cervello, proteggendo così la salute del cervello. sistema nervoso. Inoltre, Cistanche può anche promuovere la crescita e la riparazione delle cellule nervose, migliorando così la connettività e la funzione delle reti neurali. Questi effetti possono aiutare a migliorare la memoria, la capacità di apprendimento e la velocità di pensiero e possono anche prevenire il verificarsi di disfunzioni cognitive e malattie neurodegenerative.

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Tra questi composti, le N-acildopamine sono agonisti CB1 e TRPV1, mentre le N-acilserotonine sono antagonisti di TRPV1 e l'acido N-arachidonoil- -amminobutirrico (NAGABA) attiva il recettore GPR92. La liberazione di neurotrasmettitori liberi in seguito alla degradazione dei neurotrasmettitori N-acilici rende la loro azione più complessa.

3.3. Coinvolgimento del sistema endocannabinoide nella risposta alla neuropatologia

Gli endocannabinoidi e i relativi NAE sono prodotti su richiesta e svolgono un ruolo regolatorio cruciale nei processi metabolici, nel comportamento e nell'immunità. In condizioni di salute, questi mediatori lipidici sono più abbondanti nel cervello e difficilmente si trovano nella circolazione e nei tessuti periferici [55].

Durante varie condizioni patologiche del SNC, i profili delle eCB e dei loro congeneri subiscono cambiamenti significativi, che sono associati all'attività di modulazione dell'infiammazione, analgesica e neuroprotettiva di questi composti (riassunta nella Tabella 2).

Figura 3. Via di segnalazione e azioni antinfiammatorie dei NAE. L'arachidonoiletanolamide (AEA) segnala attraverso i recettori dei cannabinoidi CB1/2, il recettore accoppiato alle proteine ​​G non cannabinoidi (GPR)55, il recettore transitorio del canale potenziale cationico sottofamiglia V membro 1 (TRPV1) e il recettore attivato dal proliferatore del perossisoma (PPAR). E .

È stato dimostrato che la palmitoiletanolamide (PEA) inibisce l'ammide idrolasi degli acidi grassi (FAAH) e segnala tramite GPR55, TRPV1 e PPAR-, mentre il legame con CB1/2 è ancora controverso.

L'oleoiletanolamide (OEA) attiva TRPV1 e PPAR-, mentre la stearoiletanolamide (SEA) inibisce FAAH e attiva PPAR-. È stato dimostrato che la linoleiletanolamide (LEA) attiva TRPV1, GPR119 e inibisce FAAH, mentre la segnalazione della docosaesaenoiletanolamide (DHEA) comporta l'attivazione di GPR110.

4. Neurotossicità mediata dal recettore del glutammato

4.1. Glutammato come principale neurotrasmettitore eccitatorio nei mammiferi e potenziale neurotossina

L'attivazione dei recettori dei neurotrasmettitori postsinaptici e l'afflusso di Ca2+ nel terminale postsinaptico inducono la sintesi di eCB e composti correlati. Questa produzione di eCB dipendente dall’attività è essenziale per la regolazione fine della neurotrasmissione.

Nel cervello dei mammiferi, il glutammato è il principale neurotrasmettitore eccitatorio implicato nell’apprendimento e nella formazione della memoria. La neurotrasmissione glutammatergica media la plasticità sinaptica, per cui i recettori del glutammato ionotropici e metabotropi (mGluR) svolgono un ruolo primario.

Tra i rilasci di neurotrasmettitori quantistici, si stima che il livello di glutammato nella fessura sinaptica sia<1 µM. This low basal level is maintained by rapid reuptake of glutamate from the extracellular space into the cytosol by high-affinity glutamate transporters EAATs (excitatory amino acid transporters). EAATs are localized on neurons (primarily EAAT4 and EAAT3 (EAAC1, Excitatory Amino Acid Carrier)) and astrocytes (primarily glutamate transporter GLT-1 and glutamate-aspartate transporter GLAST), and co-transport one molecule of L-glutamate (or L-/D-aspartate) with 3Na+ and 1H+ in exchange of 1K+ [66]. 

La dipendenza di questo sistema di trasporto dai gradienti Na+ e K+ attraverso la membrana plasmatica lo rende altamente vulnerabile alla deplezione di ATP con conseguente inibizione dell’assorbimento del glutammato o inversione dei trasportatori [67].

Un altro fattore che influenza l'efficienza della rimozione del glutammato dalla fessura sinaptica è il controllo traslazionale degli EAAT o la modifica post-traduzionale delle molecole del trasportatore, che influenza il livello dei trasportatori attivi. Il glutammato viene ulteriormente accumulato nelle vescicole sinaptiche tramite i trasportatori del glutammato vescicolari VGLUT utilizzando il gradiente ∆μH+.

Considerando la compartimentazione altamente dipendente dall'energia del glutammato e il suo gradiente attraverso il bottone sinaptico, cioè dalle vescicole sinaptiche (~200 mM [68]) alla fessura sinaptica (<1 µM between release events, around 1 mM during the peak of SV release [69]), any factors affecting the efficiency of high-affinity glutamate uptake represent a potential risk of neurotoxic neuronal damage. 

Le condizioni fisiopatologiche alla base dell'aumento a lungo termine del glutammato nella fessura sinaptica e dello spillover del glutammato extrasinaptico sono lesioni cerebrali traumatiche, ischemia e altre cause di ipossia, ictus e stress ossidativo che portano alla transizione di porzioni significative di EAAT alla modalità inversa quando il glutammato viene eliminato. rilasciato dal citosol nello spazio extracellulare. La neurotossicità mediata dal glutammato ha origine da un'eccessiva stimolazione dei recettori ionotropici del glutammato, principalmente dei recettori N-metil-D-aspartato (NMDA), e da un massiccio flusso di Ca2+ al terminale postsinaptico.

Elevate concentrazioni extracellulari di glutammato portano alla prolungata co-attivazione dei recettori NMDA sinaptici ed extrasinaptici (localizzati in siti non sinaptici), neurotossicità mediata dal glutammato [70] e sono coinvolti nella patogenesi del morbo di Alzheimer e della sclerosi laterale amiotrofica (SLA). , e la malattia di Huntington. A causa della permeabilità al Ca2+ e dell'elevata affinità per il glutammato, i recettori NMDA sono tra i bersagli molecolari primari implicati nella patogenesi dell'eccitotossicità.

Al potenziale di membrana a riposo, la corrente che attraversa i canali dei recettori NMDA è quasi completamente bloccata dal Mg2+ che impedisce la conduttanza tra gli stimoli. Durante il rilascio quantale del neurotrasmettitore, vengono soddisfatte due condizioni per l'afflusso di Ca2+ attraverso i recettori NMDA:* le concentrazioni di glutammato aumentano rapidamente e ** la depolarizzazione delle membrane sinaptiche rimuove il blocco Mg2+ dai canali dei recettori NMDA.

Le concentrazioni terapeutiche (1-10 µM) della memantina, antagonista del recettore NMDA, utilizzato per il trattamento della malattia di Alzheimer, bloccano preferenzialmente le correnti extrasinaptiche piuttosto che sinaptiche attraverso i recettori NMDA nello stesso neurone [71].

La modalità di azione della memantina consente un'efficace prevenzione dell'eccessiva stimolazione extrasinaptica del recettore NMDA, con un effetto molto minore sull'attività sinaptica mediata dal recettore NMDA quando il glutammato è elevato per soli millisecondi [72].

A causa del notevole aumento dei livelli intracellulari di Ca2+, il rilascio di glutammato vescicolare è un altro fattore che contribuisce all'elevata concentrazione di glutammato extracellulare e al danno eccitotossico.

Nei ratti e nei topi, le condizioni ischemiche, seguite dal rilascio del glutammato vescicolare assonale nello spazio periassonale sotto la guaina mielinica, innescano l’attivazione dei recettori NMDA contenenti GluN2C/D mielinico [73], che sono generalmente extrasinaptici [74].

4.2. Eccitotossicità come prerequisito e conseguenza della neuroinfiammazione e della neurodegenerazione

A causa della capacità del Ca2+ di attivare una serie di enzimi, l'eccitotossicità mediata dal recettore del glutammato provoca morte neuronale necrotica e apoptotica. Il massiccio afflusso di Ca2+ sovraccarica i sistemi tampone intracellulari per questo ione, provoca disfunzione mitocondriale e l'attivazione di una serie di proteasi, comprese caspasi e calpaina, portando alla conseguente degradazione dei componenti del citoscheletro neuronale e al rilascio di apoptosi. fattori. Un esempio del coinvolgimento attivo del SEC nella mediazione della comunicazione cellulare è l'accoppiamento funzionale della microglia e delle sinapsi durante la normale attività sinaptica, nonché il danno eccitotossico.

Come suggerito in precedenza, la microglia è una fonte cruciale di AEA e 2-AG prodotti de novo in condizioni basali e durante la neuroinfiammazione [75-77]; tuttavia, un'elevata applicazione di glutammato induce un'importante sovrapproduzione di 2-AG nei neuroni [76,78].

In queste condizioni, la produzione neuronale di AEA aumenta solo leggermente, mentre la produzione di due presunti endocannabinoidi, l’omogamma-linoleniletanolamide e la docosatetraeniletanolamide rimane invariata [76].

L’infiammazione sistemica indotta da LPS nei topi è accompagnata da un aumento dei livelli basali di glutammato nella corteccia prefrontale [47]. Un aumento del glutammato può avere origine sia dalla diminuzione dell’assorbimento associata all’infiammazione, sia dal rilascio di glutammato neuronale e non neuronale (dagli astrociti e dalla microglia). Il flusso di glutammato favorisce la cooperazione spaziale tra le spine dendritiche e le cellule microgliali ramificate e induce l'estensione del processo microgliale verso i neuroni (Figura 4).

2-AG induce chemocinesi (movimento casuale aumentato da uno stimolo chimico) e chemiotassi (migrazione cellulare diretta lungo un gradiente chimico) nelle cellule microgliali [76,79].

In linea con ciò, le microglia attivate esprimono i recettori CB2 sul bordo anteriore delle loro protuberanze mobili [76]. La migrazione indotta dall'arachidonilciclopropilamide (ACPA) della microglia BV-2 potrebbe essere bloccata dall'antagonista altamente selettivo del CB2 SR145528 [80]. Allo stesso modo, le risposte migratorie verso 2-AG e il cannabinoide sintetico CP 55.940 sono state inibite dall'antagonismo del recettore CB2 [76,79].

Ipotizziamo che le eCB rilasciate nei siti di attività sinaptica (o lesione) possano agire come chemiotattici per reclutare la microglia in modo CB2-dipendente, verso i siti di lesione neuroinfiammatoria. Inoltre, nelle colture organotipiche di fettine di ippocampo, 2-AG mediava la neuroprotezione contro l'eccitotossicità indotta da NMDA agendo esplicitamente sul recettore sensibile al cannabidiolo anormale (ABN-CBD), presunto GPR18, sulle cellule microgliali [81].

i cannabinoidi prodotti nella sinapsi glutammatergica in condizioni eccitotossiche attraggono le cellule microgliali in prossimità delle spine. Adottando un fenotipo pro-infiammatorio o pro-sopravvivenza, le microglia definiscono in gran parte il destino delle cellule e delle spine ferite. La segnalazione eCB diminuisce il rilascio del neurotrasmettitore presinaptico, supporta il ciclo glutammato-glutammina e bilancia la trasmissione glutammato/GABAergica.

AMPA, recettore dell'acido -ammino-3-idrossi-5-metil-4-isossazolopropionico; BDNF, fattore neurotrofico cerebrale; CB, recettore dei cannabinoidi; EAAT, trasportatori di amminoacidi eccitatori; eCB, endocannabinoidi; ER, reticolo endoplasmatico; GDNF, fattore neurotrofico derivato dalla linea cellulare gliale; Gln, glutammina; Glu,acido glutammico; IFN, interferone gamma; IL, interleuchina; mGluR, recettori metabotropici del glutammato; NGF, fattore di crescita nervosa; NMDA, recettore N-metil-D-aspartato; NO, monossido di azoto; PGD2, prostaglandina D2; QUIN, acido chinolinico;Figura 4.

Lo sviluppo della disfunzione sinaptica e il coinvolgimento dell'ECS nelle risposte neuroprotettive. Gli endocannabinoidi prodotti nella sinapsi glutammatergica in condizioni eccitotossiche attraggono le cellule microgliali in prossimità delle spine.

Adottando un fenotipo pro-infiammatorio o pro-sopravvivenza, la microglia definisce in gran parte il destino delle cellule e delle spine danneggiate. La segnalazione dell'eCB diminuisce il rilascio del neurotrasmettitore presinaptico, supporta il ciclo glutammato-glutammina e bilancia la trasmissione glutammato/GABAergica.

AMPA, recettore dell'acido -ammino-3-idrossi-5-metil-4-isossazolopropionico; BDNF, fattore neurotrofico cerebrale; CB, recettore dei cannabinoidi; EAAT, trasportatori di aminoacidi eccitatori; eCB, endocannabinoidi; ER, reticolo endoplasmatico; GDNF, fattore neurotrofico derivato dalla linea cellulare gliale; Gln, glutammina; Glu, acido glutammico; IFN, interferone gamma; IL, interleuchina; mGluR, recettori metabotropici del glutammato; NGF, fattore di crescita nervosa; NMDA, recettore N-metil-D-aspartato; NO, monossido di azoto; PGD2, prostaglandina D2; QUIN, acido chinolinico; ROS, specie reattive dell'ossigeno; TGF, fattore di crescita trasformante-beta; TNF, fattore di necrosi tumorale alfa; VGCC, canali del calcio voltaggio-dipendenti.

Esiste una modifica attività-dipendente dei contatti microglia-sinapsi in vivo. Il cervello ischemico è caratterizzato dal tempo di contatto marcatamente prolungato tra i processi microgliali e le strutture sinaptiche e dall'avvolgimento dei processi microgliali attorno alla sinapsi, seguito dalla scomparsa dei pulsanti presinaptici [82].

Uno dei meccanismi attraverso i quali la microglia elimina i bottoni presinaptici e gli assoni è l'istrogocitosi [83], un processo descritto nel sistema immunitario come un meccanismo non apoptotico per la cattura di componenti della membrana che differisce dalla fagocitosi e comporta l'inghiottimento e l'eliminazione di strutture cellulari più grandi di 1 µm [84].

In un modello murino di sclerosi multipla corticale, l'imaging in vivo ha dimostrato che l'infiammazione corticale interrompe l'attività del circuito, che coincide con una perdita diffusa, ma reversibile, delle spine dendritiche. In queste circostanze, le spine che mostrano accumuli locali di calcio vengono eliminate dai macrofagi invasori o dalle microglia attivate dai residenti [85].

L'attivazione acuta della microglia è accompagnata dal rilascio di glutammato, acido chinolinico, citochine proinfiammatorie (IL-1, TNF-, IL-2, IL-6), chemochine-proteine ​​macrofagiche infiammatorie-1 (MIP-1) e proteina chemoattrattante monocitaria -1 (MCP-1) ​​e acido arachidonico libero.

L'acido chinolinico, prodotto esclusivamente nella microglia e nei macrofagi attivati, è un agonista del recettore NMDA e media l'eccitotossicità durante la risposta immunitaria.

Contribuendo alla destabilizzazione del citoscheletro negli astrociti e nelle cellule endoteliali, l'acido chinolinico diminuisce l'integrità dell'unità neurovascolare e aumenta l'afflusso di acido chinolinico impermeabile BBB dalla periferia [86].

Le molecole eccitotossiche prodotte e le citochine proinfiammatorie intensificano la generazione di radicali liberi e la perossidazione lipidica, che provocano disfunzione mitocondriale e aggravano ulteriormente l'eccitotossicità.

Le microglia definiscono in gran parte il destino dei contatti sinaptici e delle cellule danneggiati e promuovono la risoluzione della neuroinfiammazione e la rigenerazione rilasciando il fattore neurotrofico derivato dal cervello (BDNF) e citochine con doppio potenziale (pro e antinfiammatorio), come TGF e IL{{4 }}.

5. Il ruolo della segnalazione endocannabinoide retrograda nella regolazione della forza sinaptica

5.1. Plasticità sinaptica nelle sinapsi glutammatergiche

Quando i livelli di glutammato raggiungono una certa concentrazione nella fessura sinaptica, si lega ai recettori AMPA e induce l'afflusso di Na+, che viene registrato come potenziale postsinaptico eccitatorio (EPSP) di determinate ampiezze.

A causa della presenza della subunità GluR2, la maggior parte dei recettori AMPA nel sistema nervoso centrale sono impermeabili al Ca2+ [87] e l'afflusso postsinaptico di Ca2+ innescato dal glutammato è principalmente mediato dai recettori NMDA. L'afflusso di Ca2+ attraverso i canali dei recettori NMDA attiva una serie di chinasi, principalmente Ca2+/proteina chinasi II dipendente dalla calmodulina (CaMKII) [88,89], che a sua volta attiva Rho GTPasi, Cdc42, e RhoA [90].

Ciò riorganizza la densità postsinaptica attraverso * il rimodellamento del citoscheletro di actina e l'allargamento transitorio (~ 5 minuti) della colonna vertebrale (Figura 5); ** traffico potenziato dei recettori AMPA verso i siti post-sinaptici come risultato della loro ridistribuzione dall'endosoma di riciclo ai siti postsinaptici la membrana plasmatica [91,92], e *** ha aumentato la conduttanza a canale singolo dei recettori AMPA come risultato della fosforilazione diretta [93].

Si suggerisce anche che il reclutamento sinaptico di recettori AMPA permeabili al Ca2+- tramite CaMKI contribuisca alle vie di segnalazione che guidano l'allargamento della colonna vertebrale tramite la polimerizzazione dell'actina [94].

Pertanto, in seguito ai cicli ripetuti di attivazione, l'ampiezza delle EPSC evocate aumenta, cioè viene potenziata (potenziamento a lungo termine, LTP). Questo effetto è tipico della neurotrasmissione eccitatoria e persiste nelle sinapsi a seconda della modalità di stimolo. Al contrario, la depressione a lungo termine (LTD) è un calo duraturo dell'efficienza della trasmissione sinaptica come risultato di una diminuzione della densità dei recettori postsinaptici e/o presinaptici. rilascio di neurotrasmettitori. Mentre per lo sviluppo dell’LTP è essenziale l’attivazione di alcune proteine ​​chinasi, l’induzione dell’LTD dipende dall’attività della fosfatasi proteica e dalla defosforilazione del bersaglio.

La stimolazione prolungata a 1 Hz porta all'aumento di Ca2+ e all'attivazione calmodulina-dipendente della calcineurina (proteina fosfatasi 2B, PP2B) [95], che attraverso la serina/treonina fosfatasi proteica PP1 o PP2A, provoca la defosforilazione dei recettori AMPA [96] , diminuzione della conduttanza del loro canale e arresto del loro riciclo [97].

Si suggerisce che la defosforilazione della proteina legante l'elemento di risposta del fattore di trascrizione cAMP (CREB) nell'area dell'ippocampo CA1 in vivo sia uno dei meccanismi attraverso i quali queste fosfatasi proteiche contribuiscono al mantenimento prolungato di LTD [98].

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