Modulación del receptor canabinoide

De la planta Cannabis sativa se han aislado cerca de 400 compuestos químicos de los cuales,  los tetrahidrocanabinoles (conocidos como canabinoides)  han sido  propuestos como los componentes activos  de la marihuana. Esta mezcla contiene aproximadamente 60 componentes psicoactivos, pero Mechoulam y Gaoni reportaron en 1965 que el principal componente psicoactivo de la marihuana es  el (-)-∆⁹-6a,10a-trans-tetrahidrocanabinol (∆⁹-THC). Los canabinoides sintéticos han facilitado la identificación  de proteínas involucradas en la biosíntesis y el catabolismo  de los canabinoides endógenos y de receptores acoplados a proteína G (GPCR) involucrados en la actividad canabinoide. En el año 1990, Matsuda y colaboradores reportaron  la clonación y la expresión funcional de un GPCR  en  cerebro de rata, el cual cuando era estimulado con canabinoides provocaba una reducción del AMPc intracelular. El GCPR  localizado en el cerebro fue llamado receptor canabinoide CB1.  Un segundo GPCR, CB2, fue clonado posteriormente a partir  de macrófagos esplénicos.  A pesar de  tener alguna homología estructural y funcional, CB1 y CB2 tienen diferente distribución en el cuerpo.

El descubrimiento de receptores específicos para los canabinoides derivados de plantas y sintéticos estimuló la investigación para identificar “hormonas” endógenas para los receptores canabinoides. Una de tales moléculas, identificada a partir de extractos de cerebro porcino, fue llamada anandamida (AEA).  La biosíntesis de AEA es catalizada enzimáticamente por la fosfolipasa D,  activada por Ca²⁺ y responsable de la hidrólisis  de la N-araquidonilfosfotidiletanolamina. Otro canabinoide endógeno derivado de lípidos  y con mayor potencia que la AEA fue identificado como 2-araquidonil glicerol (2-AG). La biosíntesis de 2-AG es mediada por la sn-1-diacilglicerol lipasa. Otras sustancias derivadas de lípidos que pueden unirse a los CB son el araquidonilgliceril éter, la n-araquidonoildopamina y la virodhamina (un congénero de la AEA), pero la AEA y el 2-AG son los agentes mejor caracterizados hasta el presente. Las enzimas amidohidrolasa de ácidos grasos y monoacilglicerol lipasa son las responsables de terminar hidrolíticamente la actividad de AEA y 2-AG, respectivamente.

La activación  de los receptores CB1  -o CB2- resulta en la liberación de una proteína G heterotrimérica que impacta negativamente  la producción celular de AMPc, activa canales de K⁺ e inhibe canales de Ca²⁺. Los sitios de unión  del CB1 para los agonistas canabinoides clásicos/no clásicos como ∆⁹-THC y CP55940 derivan de los dominios transmembrana 3-6-7 mientras el agonista WIN55212-2 interactúa con los dominios 3-4-5-6.  Una vez estimulado, el CB1 tiene la capacidad  para activar las rutas MAPK, PI3K y quinasa de adhesión focal (FAK). El CB2 también es capaz  de activar la ruta MAPK.  CB1 o CB2 pueden reclutar β-arrestinas. Clásicamente, la β-arrestinasregulan negativamente al GPCR y promueven su traslado a endosomas proteolíticos para su reciclaje o su degradación.  Estudios recientes reportan que el 2-AG activa en diferentes tipos de células las rutas proteína G y β-arrestina. Además de agonistas, antagonistas y agonistas inversos, se han identificado moduladores alostéricos para el receptor CB1. En contraste con el sitio de unión para ligandos endógenos (sitio ortoestérico), el sitio alostérico es estructuralmente y topográficamente distinto. Los ligando alostéricos pueden aumentar (o inhibir) la actividad temporal y espacial  del ligando endógeno proporcionando un mecanismo para la respuesta del receptor con muy pocos efectos colaterales. El modulador alostérico se une al receptor e induce un cambio conformacional que puede aumentar (o inhibir) la afinidad de unión del ligando ortoestérico y/o atenuar su eficacia como ligando. Algunos moduladores alostéricos pueden actuar de manera independiente del ligando ortoestérico.  Entre los moduladores alostéricos del receptor CB1 se incluyen ORG27569, PSNCBAM-1, RT1371  y el ligando endógeno lipoxina A4. Hasta el presente no hay reportes de moduladores alostéricos para el receptor CB2.

El receptor CB2 tiene 44% de identidad con el receptor CB1 y a nivel de los dominios transmembrana, el grado de identidad estimado es de 35% a 82%.  Los sitios de unión para los ligandos no son totalmente idénticos a los sitios correspondientes en el CB1.La activación del CB2 impacta negativamente  la actividad de la adenilciclasa. El canabinoide no clásico CP55940 actúa como agonista del receptor CB2  para estimular el reclutamiento de β-arrestinas, inducir la activación de MAPK e inhibircanales de calcio dependientes de voltaje. El WIN55212-2, otro agonista del CB2, promueve  el reclutamiento de β-arrestinas, activa MAPK pero no tiene inhibición detectable sobre los canales de calcio dependientes de voltaje.

El receptor CB1 es ampliamente expresado en el SNC e influye en la actividad de otros sistemas neuronales. En efecto, el CB1 es uno de los GPCR más densamente expresados en el cerebro humano. En el cerebro, el CB1 se encuentra en regiones con funciones cognitivas como la corteza cerebral. También está en hipocampo, ganglios basales, cerebelo y áreas involucradas en el sistema recompensa, la ingesta de alimentos y la ingesta de drogas, particularmente  núcleo accumbens y área tegmental ventral. El CB1 se localiza presinápticamente  y su activación puede impactar negativamente la liberación  de otros neurotransmisores (GABA y glutamato), causando hiperpolarización de la neurona, estimulación de canales de K⁺ e inhibición de canales de Ca²⁺ (actividad neuromoduladora). Fuera del SNC, el CB1 es expresado en nervios periféricos, testículo, glándulas suprarrenales, páncreas, corazón y pulmones.

La activación –y el bloqueo- del receptor CB1 pueden  alterar la fisiología del cuerpo en roedores y humanos. En este contexto, se han propuesto varias aplicaciones  de los agentes canabinérgicos que incluyen neuroprotección, medicaciones para reducir la adicción, mejorar el metabolismo (liberación de insulina) e impactar la obesidad. La activación del receptor CB1 protege las neuronas del hipocampo del estrés excitotóxico y también  ha sido explorada como medio para proteger al cerebro de la excitotoxicidad que se presenta  en la hiperglucemia. Por otra parte, el bloqueo de CB1 ha sido investigado en modelos de roedores  como medio  para reducir la adicción y se ha demostrado que disminuye la ingesta de alimentos y mejora los marcadores de enfermedades metabólicas.

Metabólicamente, la presencia de receptores canabinoidesy de la maquinaria para la biosíntesis y el catabolismo  de los canabinoides endógenos en las células α y β del páncreas endocrino  plantea la pregunta sobre el rol de este sistema en la glucodinámica. Con relación a  este punto, una serie de experimentos en cultivos de células β han demostrado que: (i) los agonistas del receptor CB1 incrementan la liberación deinsulina; (ii) la biosíntesis de AEA y 2-AG es inducida en condiciones de hiperglucemia y (iii) la inactivación delas enzimas catabólicas responsables de la hidrólisis de AEA y 2-AG está asociada con incrementos en la secreción de insulina. Estos datos proporcionan un fuerte soporte  para el rol de CB1 y los canabinoides endógenos en algunos aspectos de la secreción de insulina, cinéticamente asociados con la primera fase de la secreción. Más aún, se ha demostrado que la activación del CB1 está relacionada con rearreglos del citoesqueleto a través de la FAK consistentes con la dinámica celular asociada con la segunda fase de la liberación de insulina.  Algunos autores proponen  un vínculo entre los niveles elevados de endocanabinoides y la adaptación  de las células β en el desarrollo de resistencia a la insulina a través del impacto asociado de hipersecreción de insulina.  Esta relación también se ha propuesto para la obesidad considerada metabólicamente como una enfermedad con manifestaciones periféricas manejadas en gran extensión por influencias del SNC entre rutas altamente redundantes diseñadas para regular el balance energético. El hipotálamo es responsable del control central del hambre mientras los centros de recompensa del núcleo accumbens proporcionan la motivación para comer. La disfunción de alguno de estos centros  está asociada con obesidad y el receptor CB1 está presente en ambas estructuras  del cerebro. Adicionalmente, se ha demostrado que AEA,  2-AG y ∆⁹-THC estimulan la hiperfagia en modelos roedores de obesidad. Esta observación es apoyada por el hallazgo que los niveles de endocanabinoides tienden a fluctuar con relación al estatus de alimentación. Con la privación de alimentos, los endocaninoides tienden a aumentar mientras tienden a disminuir cuando se   ingiere  alimentos, lo cual sugiere  que los endocanabinoides son orexigénicos por naturaleza.

Otras acciones periféricas del bloqueo de CB1 asociadas  con mejoras en el metabolismo están relacionadas directa e indirectamente con  la adiposidad y con el hígado.  El SR141716A, agonista inverso del CB1,  estimula la expresión y secreción de   adiponectina  en cultivos de adipocitos y ratones obesos. En estos ratones, el incremento en los niveles de adiponectina está asociado con perdida de peso y mejoría del estatus hiperglucémico.  Un estudio reciente demuestra que el SR141716A, a través de mecanismos dependientes  del receptor CB1, activa la grasa marrón en ratones con obesidad inducida por dieta, lo cual se manifiesta  mediante un incremento de la actividad de la lipoproteína lipasa, la estimulación dela lipolisis VLDL-TG y el incremento dela expresión  de Ucp1, el gen que codifica a la proteína desacopladora que media la termogénesis.

El receptor CB2 se localiza principalmente en la periferia, especialmente en células de origen inmune como linfocitos B, macrófagos, mastocitos, microglias, células “natural killer” (NK), células mononucleares, células CD4/CD8 y en órganos como bazo, amígdalas y timo. La aplicación mejor caracterizada del CB2 es el desarrollo de analgésicos  periféricos que clínicamente pueden ser usados en la neuropatía diabética y en el dolor inflamatorio agudo y crónico. El AM1241, un agonista del receptor CB2, ha demostrado ser efectivo para la analgesia periférica en modelos animales de neuropatía. La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) es una enfermedad neurodegenerativa fatal que resulta en  muerte  de neuronas motoras en la corteza cerebral, el tallo cerebral y la medula espinal. La fisiopatología de la ELA no es completamente clara, pero se piensa que podría involucrar una combinación de neuroinflamación y estrés oxidativo.  Altos niveles de microglia, la célula inmune residente  del SNC, están presentes en las regiones cerebrales afectadas  de pacientes con ELA. Una mutación común en humanos que desarrollan ELA  ocurre en la Cu/Zn superóxidodismutasa (SOD1). Un estudio con ratones transgénicos SOD1 identificó un  nivel elevado de CB2 en la médula espinal y el tratamiento con AM1241 retarda el progreso de la ELA en esos ratones, presumiblemente a través de un mecanismo mediado por CB2. Por otra parte, un estudio reciente reporta niveles elevados de receptores CB2 en macrófagos y microglias en sujetos con HIV, lo que sugiere que la infección HIV regula hacia arriba la expresión de CB2. Este resultado confirma otros reportes que cuantificaron la expresión de CB2en encefalitis HIV. La regulación hacia arriba  de la expresión de CB2 asociada con la infección HIV podría permitir el desarrollo de compuestos selectivos del receptor CB2 para minimizar el efecto neuroinflamatorio de la infección HIV y potencialmente limitar la replicación HIV en las microglias. La expresión de CB2  ha sido confirmada en osteoblastos, osteoclastos y osteocitos. Un estudio en mujeres postmenopáusicas encontró que un polimorfismo en el gen que codifica al CB2, CNR2, en el cromosoma 1p36,está asociado con disminución de la densidad ósea y osteoporosis. Ratones de ambos sexos que carecen de CB2 tienen menor densidad en el hueso trabecular en comparación con los animales controles de la misma edad. El HU-308, un potente agonista selectivo de CB2, atenúa la pérdida de hueso trabecular y los investigadores sugieren que este efecto está asociado con una disminución en el número de osteoclastos. Estos estudios demuestran que la activación del receptor CB2 juega un rol clave en la diferenciación de osteoblastos y la supresión de la expansión de osteoclastos.

En conclusión, los receptores CB1 y CB2, acoplados a proteína G, son los responsables de la actividad de los endocanabinoides en la fisiología humana. La activación de CB1 o CB2 resulta en disminución de la producción de AMPc, activación de canales de K⁺ e inhibición de canales de Ca²⁺.Agentes selectivos incluyendo agonistas, antagonistas, agonistas inversos y moduladores alostéricosde CB1 o CB2 han sido desarrollados para inhibir o aumentar su tono basal. Las aplicaciones de los agentes canabinérgicos  de CB1 incluyen neuroprotección, medicaciones para reducir la adicción y para mejorar el metabolismo (liberación de insulina) e impactar la obesidad.  La activación CB2 ha sido explorada como un medio para retardar el progreso  de la ELA, minimizar el efecto neuroinflamtorio de la infección HIV y restaurar el balance entre osteoblastos y osteoclastos.

Fuente: Picone RP y Kendall DA (2015).  Therapeutic opportunities for cannabinoid receptor modulation.Molecular Endocrinology 29: 801-813.