Каннабиноидный рецептор 1 ( CB1 ) — это каннабиноидный рецептор, связанный с G-белком , который у людей кодируется геном CNR1 . [ 5] Он был обнаружен путем определения и характеристики в 1988 году [6] и впервые клонирован в 1990 году. [7] [8] [9] Человеческий рецептор CB1 экспрессируется в периферической нервной системе и центральной нервной системе . [5] Он активируется эндогенными каннабиноидами [10] , называемыми эндоканнабиноидами , группой ретроградных нейротрансмиттеров , включающих липиды, такие как анандамид и 2-арахидоноилглицерин ; растительными фитоканнабиноидами , такими как докозатетраеноилэтаноламид, обнаруженный в диком даге , соединение тетрагидроканнабинол , которое является активным компонентом психоактивного препарата каннабиса ; и синтетическими аналогами тетрагидроканнабинола . CB1 в низких дозах блокируется фитоканнабиноидом тетрагидроканнабиварином , а в более высоких дозах он активирует рецептор CB1 как агонист , но с меньшей эффективностью, чем тетрагидроканнабинол. [11] [12] [13]
Основным эндогенным агонистом человеческого рецептора CB1 является анандамид . [5]
Рецептор CB1 имеет структуру, характерную для всех рецепторов, сопряженных с G-белком, обладая семью трансмембранными доменами, соединенными тремя внеклеточными и тремя внутриклеточными петлями, внеклеточным N-концевым хвостом и внутриклеточным C-концевым хвостом. [14] [15] Рецептор может существовать в виде гомодимера или образовывать гетеродимеры или другие олигомеры GPCR с различными классами рецепторов, сопряженных с G-белком . Наблюдаемые гетеродимеры включают A 2A –CB1, CB 1 – D2 , OX 1 –CB 1 , μOR –CB 1, в то время как многие другие могут быть достаточно стабильными только для того, чтобы существовать in vivo. [16] [17] Рецептор CB1 обладает аллостерическим модуляторным сайтом связывания . [18]
Рецептор CB1 кодируется геном CNR1, [19] расположенным на 6-й хромосоме человека. [20] Для этого гена были описаны два варианта транскрипта, кодирующие различные изоформы. [19] Ортологи CNR1 [21] были идентифицированы у большинства млекопитающих .
Ген CNR1 имеет структуру, состоящую из одного кодирующего экзона и нескольких альтернативных 5' нетранслируемых экзонов. Рецептор CB1 создается путем транскрипции последнего экзона на гене CNR1. [22]
Рецептор CB1 представляет собой пресинаптический гетерорецептор , который модулирует высвобождение нейротрансмиттера при активации дозозависимым, стереоселективным и чувствительным к коклюшному токсину образом. [19] Рецептор CB1 активируется каннабиноидами , которые естественным образом вырабатываются внутри организма ( эндоканнабиноиды ) или экзогенно, обычно через каннабис или родственное синтетическое соединение.
Исследования показывают, что большинство рецепторов CB1 связаны через белки G i/o . После активации рецептор CB1 проявляет свои эффекты в основном через активацию G i , что снижает внутриклеточную концентрацию цАМФ путем ингибирования его фермента производства , аденилатциклазы , и увеличивает концентрацию митоген-активируемой протеинкиназы (МАР-киназы). Альтернативно, в некоторых редких случаях активация рецептора CB1 может быть связана с белками G s , которые стимулируют аденилатциклазу . [17] Известно, что цАМФ служит вторичным мессенджером, связанным с различными ионными каналами, включая положительно влияющие внутренне выпрямляющие калиевые каналы (=Kir или IRK), [23] и кальциевые каналы , которые активируются посредством цАМФ-зависимого взаимодействия с такими молекулами, как протеинкиназа A (PKA), протеинкиназа C (PKC), Raf-1 , ERK , JNK , p38 , c-fos , c-jun и другие. [24]
С точки зрения функции, ингибирование внутриклеточной экспрессии цАМФ сокращает продолжительность пресинаптических потенциалов действия за счет продления выпрямляющих токов калия А-типа, которые обычно инактивируются при фосфорилировании PKA. Это ингибирование становится более выраженным, если рассматривать его с эффектом активированных рецепторов CB1, ограничивающих вход кальция в клетку, что происходит не через цАМФ, а посредством прямого ингибирования, опосредованного G-белком. Поскольку пресинаптический вход кальция является требованием для высвобождения везикул, эта функция уменьшит количество трансмиттера, который входит в синапс при высвобождении. [20] Относительный вклад каждого из этих двух ингибирующих механизмов зависит от дисперсии экспрессии ионных каналов в зависимости от типа клеток.
Рецептор CB1 также может аллостерически модулироваться синтетическими лигандами [25] в положительном [26] и отрицательном [27] смысле. Воздействие тетрагидроканнабинола in vivo ухудшает долгосрочную потенциацию и приводит к снижению фосфорилированного CREB . [28]
Сигнальные свойства активированного CB1 дополнительно изменяются за счет присутствия SGIP1 , который препятствует интернализации рецептора и снижает сигнализацию ERK1/2, одновременно усиливая взаимодействие с GRK3 , β-аррестином-2 . [29] [30]
Подводя итог, можно сказать, что активность рецептора CB1 связана с определенными ионными каналами следующим образом: [17]
Рецепторы CB1 локализуются по всей центральной и периферической нервной системе, особенно на аксональных окончаниях в мозжечке, гиппокампе, базальных ганглиях, лобной коре, миндалевидном теле, гипоталамусе и среднем мозге. [22] Рецептор CB1 в первую очередь экспрессируется в пресинаптических окончаниях ГАМКергических (миндалевидное тело и мозжечок), глутаматергических (кора, гиппокамп и миндалевидное тело), дофаминергических, ГАМКергических интернейронов, холинергических нейронов, норадренергических и серотонинергических нейронов. [31] Действуя как нейромодулятор, рецептор CB1 ингибирует высвобождение как возбуждающих, так и ингибирующих нейротрансмиттеров, включая ацетилхолин, глутамат, ГАМК, норадреналин, 5-HT, дофамин, D-аспартат и холецистокинин. [22] Повторное введение агонистов рецепторов может привести к интернализации рецепторов и/или снижению сигнализации рецепторного белка. [17]
Обратный агонист MK-9470 позволяет получать изображения in vivo распределения рецепторов CB 1 в мозге человека с помощью позитронно-эмиссионной томографии . [32]
Рецептор CB1 признан наиболее распространенным метаботропным рецептором в мозге. [10] Рецепторы CB1 обнаруживаются в умеренной или высокой степени экспрессии в коре головного мозга ( поясная извилина , префронтальная кора и гиппокамп ), околоводопроводном сером веществе , гипоталамусе , миндалевидном теле , мозжечке и базальных ганглиях ( бледный шар , черная субстанция ). [31] Различные уровни CB1 также могут быть обнаружены в обонятельной луковице , корковых областях ( неокортекс , грушевидная кора ), частях базальных ганглиев , таламусе , гипоталамусе и ядрах ствола мозга , а также в подкорковых областях (например, септальной области ) и коре мозжечка . [24]
Рецепторы CB1 экспрессируются наиболее плотно в центральной нервной системе и в значительной степени отвечают за опосредование эффектов связывания каннабиноидов в мозге. Эндоканнабиноиды, высвобождаемые деполяризованным нейроном, связываются с рецепторами CB1 на пресинаптических глутаматергических и ГАМКергических нейронах, что приводит к соответствующему снижению высвобождения либо глутамата, либо ГАМК. Ограничение высвобождения глутамата вызывает снижение возбуждения, в то время как ограничение высвобождения ГАМК подавляет торможение, распространенную форму краткосрочной пластичности, при которой деполяризация одного нейрона вызывает снижение ГАМК -опосредованного торможения, в результате чего возбуждается постсинаптическая клетка. [20]
Высокая экспрессия CB1 обнаружена в ядрах продолговатого мозга, включая ядро одиночного пути и area postrema. Рецептор CB1 относительно низок в центрах контроля дыхания продолговатого мозга. [31]
Транскрипты мРНК CB1 в изобилии присутствуют в ГАМКергических интернейронах гиппокампа , косвенно отражая экспрессию этих рецепторов и проясняя установленный эффект каннабиноидов на память . Эти рецепторы плотно расположены в пирамидальных клетках cornu ammonis , которые, как известно, выделяют глутамат . Каннабиноиды подавляют индукцию LTP и LTD в гиппокампе, ингибируя эти глутаматергические нейроны. Снижая концентрацию высвобождаемого глутамата ниже порога, необходимого для деполяризации постсинаптического рецептора NMDA [20] , рецептора, который, как известно, напрямую связан с индукцией LTP и LTD, каннабиноиды являются решающим фактором в селективности памяти. Эти рецепторы высоко экспрессируются ГАМКергическими интернейронами, а также глутаматергическими главными нейронами. Однако более высокая плотность обнаружена внутри ГАМКергических клеток. [33] Это означает, что, хотя синаптическая сила/частота и, таким образом, потенциал для индукции LTP снижены, чистая активность гиппокампа повышена. Кроме того, рецепторы CB 1 в гиппокампе косвенно ингибируют высвобождение ацетилхолина . Это служит модуляторной осью, противостоящей ГАМК, уменьшая высвобождение нейротрансмиттера. Каннабиноиды также, вероятно, играют важную роль в развитии памяти посредством их неонатальной стимуляции образования миелина и, таким образом, индивидуальной сегрегации аксонов.
Рецепторы CB1 экспрессируются по всей базальной ганглии и оказывают хорошо известное влияние на движение у грызунов . Как и в гиппокампе , эти рецепторы ингибируют высвобождение глутамата или трансмиттера ГАМК , что приводит к снижению возбуждения или снижению торможения в зависимости от клетки, в которой они экспрессируются. В соответствии с переменной экспрессией как возбуждающих глутамата, так и ингибирующих интернейронов ГАМК как в прямых, так и в непрямых двигательных петлях базальных ганглиев, синтетические каннабиноиды , как известно, влияют на эту систему по трехфазной схеме, зависящей от дозы. Снижение локомоторной активности наблюдается как при более высоких, так и при более низких концентрациях применяемых каннабиноидов , тогда как усиление движения может происходить при умеренных дозировках. [20] Однако эти дозозависимые эффекты изучались преимущественно на грызунах, и физиологическая основа этой трехфазной схемы требует будущих исследований на людях. Эффекты могут различаться в зависимости от места применения каннабиноидов, сигналов от высших корковых центров и того, является ли применение препарата односторонним или двусторонним.
Роль рецептора CB1 в регуляции двигательных движений осложняется дополнительной экспрессией этого рецептора в мозжечке и неокортексе , двух регионах, связанных с координацией и инициацией движения. Исследования показывают, что анандамид синтезируется клетками Пуркинье и действует на пресинаптические рецепторы, ингибируя высвобождение глутамата из зернистых клеток или высвобождение ГАМК из окончаний корзинчатых клеток. В неокортексе эти рецепторы сосредоточены на локальных интернейронах в слоях II-III и V-VI мозга. [20] По сравнению с мозгом крысы, люди экспрессируют больше рецепторов CB1 в коре головного мозга и миндалевидном теле и меньше в мозжечке, что может помочь объяснить, почему двигательная функция, по-видимому, более нарушена у крыс, чем у людей при применении каннабиноидов. [33]
Многие из задокументированных анальгетических эффектов каннабиноидов основаны на взаимодействии этих соединений с рецепторами CB1 на интернейронах спинного мозга в поверхностных уровнях заднего рога , известных своей ролью в ноцицептивной обработке. В частности, CB1 в значительной степени экспрессируется в слоях 1 и 2 заднего рога спинного мозга и в пластинке 10 центрального канала. Ганглии заднего корешка также экспрессируют эти рецепторы, которые нацелены на различные периферические терминалы, участвующие в ноцицепции. Сигналы по этому пути также передаются в околоводопроводное серое вещество (PAG) среднего мозга. Считается, что эндогенные каннабиноиды оказывают анальгетическое действие на эти рецепторы, ограничивая как ГАМК, так и глутамат клеток PAG, которые связаны с обработкой ноцицептивного входа, гипотеза согласуется с выводом о том, что высвобождение анандамида в PAG увеличивается в ответ на стимулы, вызывающие боль. [20]
CB1 экспрессируется в нескольких типах клеток в гипофизе , щитовидной железе и, возможно, в надпочечниках. [24] CB1 также экспрессируется в нескольких клетках, связанных с метаболизмом, таких как жировые клетки, мышечные клетки, клетки печени ( а также в эндотелиальных клетках , клетках Купфера и звездчатых клетках печени ) , и в пищеварительном тракте . [24] Он также экспрессируется в легких и почках .
CB1 присутствует в клетках Лейдига и сперматозоидах человека . У женщин он присутствует в яичниках , миометрии яйцеводов , децидуальной оболочке и плаценте . Он также участвует в правильном развитии эмбриона . [ 24]
CB1 также экспрессируется в сетчатке . В сетчатке они экспрессируются в фоторецепторах, внутренних плексиформных, внешних плексиформных, биполярных клетках, ганглиозных клетках и клетках пигментного эпителия сетчатки. [34] В зрительной системе агонисты каннабиноидов вызывают дозозависимую модуляцию кальциевых, хлоридных и калиевых каналов. Это изменяет вертикальную передачу между фоторецепторными, биполярными и ганглиозными клетками. Изменение вертикальной передачи, в свою очередь, приводит к тому, как воспринимается зрение. [35]
Активация CB1 в организме человека обычно подавляет высвобождение нейротрансмиттера, контролирует боль, регулирует обмен веществ и контролирует сердечно-сосудистую систему . [36] Рецепторы CB1 участвуют в ряде физиологических процессов, связанных с центральной нервной системой (ЦНС), включая развитие мозга, обучение и память, двигательное поведение, регуляцию аппетита, температуру тела, восприятие боли и воспаление. [10]
Локализация рецепторов CB1 выражена в нескольких типах нейронов, включая ГАМКергические , глутаматергические и серотонинергические нейроны. Рецепторы CB1, локализованные в ГАМКергических нейронах, могут модулировать потребление пищи, процессы обучения и памяти, наркотическую зависимость и поведение, связанное с бегом. Рецепторы CB1, локализованные в глутаматергических нейронах, способны опосредовать обонятельные процессы, нейропротекцию , социальное поведение, беспокойство и воспоминания о страхе. Локализация рецепторов CB1 в серотонинергических нейронах может регулировать эмоциональные реакции. [10]
Клинически CB1 является прямой лекарственной мишенью для наркомании , боли, эпилепсии и ожирения . [36] Функция рецептора CB1 связана с несколькими психиатрическими , неврологическими , нейроразвивающими и нейродегенеративными расстройствами, включая болезнь Хантингтона (HD), рассеянный склероз (MS) и болезнь Альцгеймера (AD). Значительная потеря рецепторов CB1 наблюдается у пациентов с HD. Однако стимуляция рецептора CB1 может снизить прогрессирование HD. Улучшения от использования агониста CB при MS связаны с активацией рецепторов CB1 и CB2, что приводит к двойному противовоспалительному и нейропротекторному эффекту по всей ЦНС. Аналогичным образом, активация рецепторов CB1 и CB2 может обеспечить нейропротекторное действие против токсичности амилоида-β (Aβ) при AD. [37] В нескольких областях мозга, включая дорсолатеральную префронтальную кору (DLPFC) и гиппокамп , нарушение регуляции рецептора CB1 связано с развитием шизофрении . Ненормальное функционирование рецептора CB1 ставит под угрозу сложные нейронные системы, которые отвечают за контроль познания и памяти, что способствует патологии. [22] Методы визуализации ПЭТ предполагают, что изменения уровней CB1 в определенных системах мозга тесно связаны с симптомами шизофрении. Нейроповеденческие расстройства, такие как синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), связаны с генетическими вариантами CNR1 в моделях СДВГ на крысах. [31]
Селективные агонисты CB1 могут использоваться для изоляции эффектов рецептора от рецептора CB2, поскольку большинство каннабиноидов и эндоканнабиноидов связываются с обоими типами рецепторов. [20] Селективные антагонисты CB1 , такие как римонабант, используются для снижения веса и отказа от курения . Было обнаружено и охарактеризовано значительное количество антагонистов рецептора CB1. TM38837 был разработан как антагонист рецептора CB1, который ограничен нацеленностью только на периферические рецепторы CB1.
Ген CNR1 используется у животных в качестве филогенетических маркеров ядерной ДНК . [21] Этот ген без интронов впервые был использован для изучения филогении основных групп млекопитающих , [48] и помог выявить, что плацентарные отряды распределены по пяти основным кладам: Xenarthra , Afrotheria , Laurasiatheria , Euarchonta и Glires . CNR1 также оказался полезным на более низких таксономических уровнях, таких как грызуны , [49] [50] и для идентификации дермоптеронов как ближайших родственников приматов. [51]
Источник: [52]
В данной статье использован текст из Национальной медицинской библиотеки США , являющийся общественным достоянием .