Expression der pronozizeptiven Vanilloidrezeptoren TRPV1 und TRPV2 und des antinozizeptiven Cannabinoidrezeptors CB1 in Spinalganglienneuronen der Ratte

Nozizeptive Spinalganglienneurone detektieren mit einer Vielzahl liganden- und spannungsgesteuerter Ionenkanäle noxische Reize, d.h. Reize, die eine Gewebeschädigung bewirken können, wandeln sie in Aktionspotenzialentladungen um und leiten sie über das Rückenmark zum Gehirn weiter, wo eine Schmerzempfindung ausgelöst wird. Die pronozizeptiven transienten Rezeptor-Potenzial-Kanäle der Vanilloidrezeptorfamilie, TRPV1 und TRPV2, sind die klassischen Transduktionsmoleküle für noxische Hitzereize in den Spinalganglien und werden von Reiztemperaturen über 43°C bzw. 52°C aktiviert. Daneben finden sich auch antinozizeptive Membranproteine, wie z.B. der metabotrope Cannabinoidrezeptor CB1. Er koppelt an spannungsgesteuerte Kaliumkanäle, die neben Natrium- und Kalziumkanälen ebenfalls an der neuronalen Erregbarkeit beteiligt sind. Von den spannungsgesteuerten Kaliumkanälen könnte der Kv1.4, der einen schnell inaktivierenden A-Strom vermittelt, an antinozizeptiven Signalwegen beteiligt sein. Um die molekulare Physiologie der Regulation von Nozizeption und Antinozizeption zu charakterisieren, wurde die Expression bzw. Ko-Expression dieser Membranproteine auf der einen als auch die funktionelle Charakterisierung von TRPV1 auf der anderen Seite im Soma der Spinalganglienneurone und im heterologen Expressionssystem untersucht. TRPV1 wurde in je einem Drittel und TRPV2 in je einem Zehntel aller Spinalganglienneurone nachgewiesen. Das Expressionsmuster veränderte sich nicht zwischen verschiedenen Präparationsmethoden, die zur Aufarbeitung der Zellen für unterschiedliche experimentelle Ansätze notwendig sind. Somit können die aus Expressionsanalysen und funktionellen Untersuchungen gewonnenen Ergebnisse miteinander verglichen werden. Obwohl TRPV1 und TRPV2 in unterschiedlich großen Zellen exprimiert werden, überlappen dennoch ihre Größenverteilungen. Durch Ko-Expressionsanalysen konnten hier erstmalig TRPV1-TRPV2-ko-exprimierende Neurone detektiert werden. Mit dem neu entwickelten N-terminalen Antikörper gegen TRPV1 (3C11) konnte gezeigt werden, dass für TRPV1 verschiedene Splice-Varianten existieren. Neben den bereits bekannten Splice-Varianten wurde hier die neue Variante Vr.3’sv isoliert. Diese besitzt zwischen Exon 15 und 16 eine Insertion aus 104 Basen und exprimiert daher einen veränderten C-Terminus. Trotz dieser Veränderung bildeten sich im heterologen Expressionssystem funktionelle Kanäle aus, die im Gegensatz zu den anderen Varianten immer noch durch Capsaicin aktivierbar waren. Vr.3’sv könnte als Homo- oder Heterotetramer die Eigenschaften TRPV1-positiver Neurone beeinflussen. Bei der Bestimmung der Häufigkeit von TRPV1 in einem Gewebe ist somit die Wahl des Antikörpers von entscheidender Bedeutung. Für TRPV2 dagegen gibt es hier keine Hinweise auf Splice-Varianten. TRPV1 wird durch das Vanilloid Capsaicin aktiviert, wobei diese Substanz neurotoxisch ist und eine Degeneration von Neuronen und epidermalen Nervenfasern bewirkt. Hier wurde nun gezeigt, dass unabhängig von den Splice-Varianten nicht alle TRPV1-positiven Neurone bei langer Inkubationszeit absterben. Funktionelle Untersuchungen belegten, dass auch Capsaicin-sensitive Zellen unter dem Einfluss des Agonisten überleben können. Dieser Schutzmechanismus wird möglicherweise von den verschiedenen Splice-Varianten vermittelt. Ko-Expressionsanalysen zeigten, dass der spannungsgesteuerte Kaliumkanal Kv1.4 in nahezu allen TRPV1- aber nicht TRPV2-positiven Neuronen exprimiert wird. Desweiteren ko-exprimierten nahezu alle TRPV1-positiven Neurone auch den Cannabinoidrezeptor CB1. Diese fast vollständige Ko-Lokalisation von CB1 und Kv1.4 in nozizeptiven Spinalganglienneuronen spricht für eine funktionell synergistische Aktivität. Der Kaliumkanal kann unter der regulativen Kontrolle von CB1 als Vermittler von A-Typ-Kaliumströmen an der Kontrolle der repetitiven Entladungen in der Peripherie und der Transmitterausschüttung zentral beteiligt sein. Es ergeben sich daraus Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer Medikamente. Mit Kv1.4-Aktivatoren und/oder peripher wirkenden Cannabinoiden könnten die Nebenwirkungen der Cannabinoide im zentralen Nervensystem umgangen werden.

Cannabinoid CB1 receptor in the regulation of sociability, stress coping, and its interaction with the serotonergic system

Cannabinerge Substanzen können das Verhalten in einer dosisabhängigen, aber biphasischen Weise beeinflussen. Eine Erklärung für diese Art der Effekte könnte die Verteilung des CB1 Rezeptors auf verschiedenen Neuronentypen sein. CB1 Rezeptoren in glutamatergen und GABAergen Neuronen sind hier besonders wichtig, da die entsprechenden Neurotransmitter als Gegenspieler die neuronale Erregung kontrollieren. Spezifische Deletion des CB1 Rezeptor-Gens von einer der beiden Populationen führte zu gegensätzlichen Phenotypen, genauer gesagt, einem erniedrigten, bzw. einem gesteigerten Interaktiondrang. Tiere, bei denen der CB1 Rezeptor ausschließlich in striatalen, GABAergen „Medium Spiny“ Neuronen deletiert wurde, zeigten keinen veränderten Phänotyp. Dies legt nahe, dass der CB1 Rezeptor in kortikalen glutamatergen und GABAergen Neuronen für einen ausgeglichenen Interaktionsdrang entscheidend ist (siehe Kapitel 3).rnDiese dosisabhängigen, biphasischen Effekte auf das Verhalten können auch im „Forced Swim Test“ (FST) beobachtet werden. Ein möglicher Mechanismus, durch den Cannabinoide das Stressverhalten beeinflussen können, wäre die Regulierung der Monoaminausschüttung. Um die Abhängigkeit der Cannabinoideffekte von der Serotonintransmission zu untersuchen, wurden Dosen von CB1 Rezeptoragonisten und –antagonisten mit antidepressiv-induzierenden Eigenschaften bei gleichzeitiger Inhibition der Serotonintransmission im FST getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass lediglich der Agonisteffekt durch die Inhibition der Serotoninauschüttung beeinflusst wird. Zusätzlich konnte die Abhängigkeit des Antagonisteneffekts von funktionsfähigen GABAergen CB1 Rezeptoren nachweisen werden. Interessanter Weise konnte der durch die Deletion von glutamatergen CB1 Rezeptoren induzierte Phänotyp durch Inhibition der Serotoninausschüttung blockiert werden (siehe Kapitel 4).rnEin indirekter Einfluss auf Serotoninausschüttung scheint also wahrscheinlich zu sein. Bis jetzt blieb jedoch unklar, inwieweit cannabinerge Substanzen direkt auf serotonerge Neuronen wirken können. Im Jahr 2007 konnte unsere Gruppe die Expression des CB1 Rezeptors in serotonergen Neuronen auf mRNA- und Proteinebene nachweisen. Die Züchtung und Analyse einer mutanten Mauslinie, in welcher der CB1-Rezeptor spezifisch in serotonergen Neuronen ausgeschaltet wurde, zeigte bei männlichen Tieren eine schwache, aber signifikante Verhaltensänderungen, die durch soziale Stimuli und lebensbedrohlichen Situationen ausgelöst wurde. So ist es erstmals gelungen nachzuweisen, dass serotonerge CB1-Rezeptoren eine physiologische Relevanz besitzen (siehe Kapitel 5).rn

Behavioural analysis of mouse mutants with altered neuronal and glial genes

Im ersten Teil dieser Doktorarbeit beabsichtigte meine Arbeit, die funktionelle Beteiligung des CB1 Rezeptors, einer Hauptkomponente des neuronalen Endocannabinoid-Systems (ECS), an der Ausbildung von verschiedenen Verhaltensphänotypen mit Hilfe von konditionalen Mausmutanten, denen der CB1 Rezeptor auf verschiedenen neuronalen Unterpopulationen fehlt, aufzuschlüsseln und zu untersuchen. Verschiedene Verhaltensmodelle wurden hierzu getestet. Dabei lag der Fokus dieser Arbeit auf der CB1f/f;D1-Cre Mauslinie, welche der CB1 Rezeptor auf den D1 Rezeptor exprimierenden Neuronen des Striatums fehlt. Ich konnte zeigen, dass der Verlust des CB1 Rezeptors auf diesen Neuronen keinen Einfluss auf basale neurologische Funktionen, Gewicht, Bewegung, Exploration, Sozialverhalten, Angst und Stressbewältigung der Tiere hat, jedoch eine Beteiligung an der Entwicklung von Suchtverhalten gegeben ist. Bei Betrachtung des Kokain-induzierten Suchtverhaltens zeigten die konditionalen Mausmutanten eine reduzierte Suchtanfälligkeit sowohl im Vergleich zu Tieren mit einem totalen CB1 Rezeptor Verlust in allen Körperzellen, als auch zu genetisch unveränderten Kontrollmäusen beider Linien.rnDes Weiteren zeigen die Ergebnisse dieser Studie eine große, aber gegensätzliche Beteiligung des ECS bei der Regulation von Exploration in Abhängigkeit des Verlustes des CB1 Rezeptors auf GABAergen Neuronen des Vorderhirns und kortikalen glutamatergen Neuronen, jedoch nicht auf striatalen Neuronen alleine. Zusätzlich war ich in der Lage, die Wichtigkeit des genetischen Hintergrunds von Mauslinien nicht nur auf die Ausbildung von spezifischen Verhaltensphänotypen, sondern auch auf die Genexpression zu zeigen.rnIn dem zweiten Teil dieser Arbeit, in dem ich mich auf die Funktion von Gliazellen konzentrierte, wurden ebenfalls Mausmutanten in verschiedenen Verhaltensmodellen getestet. Ein genetisches Auslöschen des NG2 Glykoproteins in Gliazellen sorgt in den Knock-out Mäusen für ein schlechteres Hörvermögen und ein reduziertes Depressionsverhalten im Vergleich zu ihren Wildtyp-Kontrollmäusen. Interessanterweise zeigten diese Tiere auch eine reduzierte Empfänglichkeit bei chemisch induzierten epileptischen Krämpfen, was eine Rolle des NG2 Glykoproteins bei der Kontrolle der glutamatergen Homöostase vorschlägt, die wahrscheinlich durch Strukturänderungen der Neuron-Glia-Synapse verursacht wird. rn

Der Einfluss des Endocannabinoidsystems auf die Alzheimer Pathologie

Die Alzheimer Krankheit ist eine der häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen, deren Ursache, abgesehen von einem geringen Prozentsatz vererbter Formen, bisher nicht bekannt ist. Ein wichtiges Ziel der Grundlagenforschung liegt derzeit in der Modulation der APP-spaltenden Enzyme. Durch die Modulation dieser Enzyme könnten weniger schädigende Amyloid β-Peptide entstehen. Die Aktivität des ECS ist in vielen neurodegenerativen Krankheiten verändert. Protektive Eigenschaften der Cannabinoidrezeptoren wurden bei der Alzheimer Krankheit beschrieben. Deshalb sollte in dieser Arbeit der Einfluss des ECS auf die Pathogenese der Alzheimer Erkrankung untersucht werden. In Zellkultursystemen wurde der Einfluss von Cannabinoiden auf die Prozessierung des Amyloid-Vorläuferproteins analysiert. Durch Inkubation der Zellen mit CB1-Rezeptor Agonisten konnte die APP-Prozessierung zugunsten von sAPPα moduliert werden. Gleichzeitig führte die Inkubation mit Cannabinoiden zur reduzierten Amyloid β Menge im Medium der Zellen. In dieser Arbeit konnte die APP-Prozessierung durch die Aktivierung des CB1-Rezeptors zugunsten des nicht-amyloiden Wegs moduliert werden.rnIn einem Tiermodell wurde der Einfluss des CB1-Rezeptors in APP23 transgenen Mäusen untersucht. Der Knockout des CB1-Rezeptors führte in APP23 transgenen Tieren zu weitreichenden biochemischen Veränderungen. APP23/CB1-/--Tiere zeigten eine erhöhte Mortalität und ein sehr geringes Durchschnittsgewicht. Im Vergleich zu APP23/CB1+/+-Tieren führte der CB1-Rezeptor Knockout zur Reduktion der APP-Expression und dessen Prozessierungsprodukten. In den histologischen Untersuchungen wurde eine reduzierte Anzahl an amyloiden Plaques, sowie eine reduzierte Neuroinflammation ermittelt. Biochemische Untersuchungen zeigten, dass der CB1-Rezeptor einen möglichen regulatorischen Einfluss auf die Expression und Prozessierung von APP ausübt. Die Tiere mit der geringsten Plaque-Menge (APP23/CB1-/-) und einer reduzierten Prozessierung von sAPPα- und den CTFs zeigten die schlechteste Lernleistung im Morris Water-Maze. Deshalb müssen andere Faktoren (z.B. die Degradation der Myelinschicht) für die schlechte Lernleistung verantwortlich sein. Mit einem zweiten Tiermodell könnte in CB1-Knockout Mäusen durch den viral-vermittelten Gentransfer eine mögliche Toxizität von Aβ Peptiden untersucht werden. Die in dieser Arbeit ermittelten Ergebnisse zeigen, dass der CB1-Rezeptor an der Regulation der APP-Prozessierung beteiligt ist und zu proteinbiochemischen Veränderungen im Zell- und Tiermodell führt.

Bioanalysis of new designer drugs

Since the late 1990s the illicit drug market has undergone considerable change: along with the traditional drugs of abuse that still dominate, more than 100 psychotropic substances designed to bypass controlled substances legislation have appeared and led to intoxications and fatalities. Starting from the huge class of phenylalkylamines, containing many subgroups, the spectrum of structures has grown from tryptamines, piperazines, phenylcyclohexyl derivates and pyrrolidinophenones to synthetic cannabinoids and the first synthetic cocaine. Due to the small prevalence and high number of unknown substances, the detection of new designer drugs is a challenge for clinical and forensic toxicologists. Standard screening procedures might fail because a recently discovered or yet unknown substance has not been incorporated in the library used. Nevertheless, many metabolism studies, case reports, screening methods and substance-profiling papers concentrating on single compounds have been published. This review provides an overview of the developed bioanalytical and analytical methods, the matrices used, sample-preparation procedures, concentration of analytes in case of intoxication and also gives a résumé of immunoassay experiences. Additionally, six screening methods for biological matrices with a larger spectrum of analytes are described in more detail.

On-line SPE LC-MS/MS for the quantification of Δ9-tetrahydrocannabinol (THC) and its two major metabolites in human peripheral blood by liquid chromatography tandem mass spectrometry

A universal and robust analytical method for the determination of Δ9-tetrahydrocannabinol (THC) and two of its metabolites Δ9-(11-OH)-tetrahydrocannabinol (11-OH-THC) and 11-nor-Δ9-carboxy-tetrahydrocannabinol (THC-COOH) in human whole blood was developed and validated for use in forensic toxicology. Protein precipitation, integrated solid phase extraction and on-line enrichment followed by high-performance liquid chromatography separation and detection with a triple quadrupole mass spectrometer were combined. The linear ranges used for the three cannabinoids were from 0.5 to 20 ng/mL for THC and 11-OH-THC and from 2.5 to 100 ng/mL for THC-COOH, therefore covering the requirements for forensic use. Correlation coefficients of 0.9980 or better were achieved for all three analytes. No relevant hydrolysis was observed for THC-COOH glucuronide with this procedure--in contrast to our previous GC-MS procedure, which obviously lead to an artificial increase of the THC-COOH concentration due to the hydrolysis of the glucuronide-conjugate occurring at high pH during the phase-transfer catalyzed methylation step.

Single-dose pharmacokinetics and tolerability of oral delta-9- tetrahydrocannabinol in patients with amyotrophic lateral sclerosis

Cannabinoids exert neuroprotective and symptomatic effects in amyotrophic lateral sclerosis (ALS). We assessed the pharmacokinetics (PK) and tolerability of delta-9-tetrahydrocannabinol (THC) in ALS patients.

Cannabinoid receptor trafficking in peripheral cells is dynamically regulated by a binary biochemical switch

The cannabinoid G protein-coupled receptors (GPCRs) CB₁ and CB₂ are expressed in different peripheral cells. Localization of GPCRs in the cell membrane determines signaling via G protein pathways. Here we show that unlike in transfected cells, CB receptors in cell lines and primary human cells are not internalized upon agonist interaction, but move between cytoplasm and cell membranes by ligand-independent trafficking mechanisms. Even though CB receptors are expressed in many cells of peripheral origin they are not always localized in the cell membrane and in most cancer cell lines the ratios between CB₁ and CB₂ receptor gene and surface expression vary significantly. In contrast, CB receptor cell surface expression in HL60 cells is subject to significant oscillations and CB₂ receptors form oligomers and heterodimers with CB₁ receptors, showing synchronized surface expression, localization and trafficking. We show that hydrogen peroxide and other nonspecific protein tyrosine phosphatase inhibitors (TPIs) such as phenylarsine oxide trigger both CB₂ receptor internalization and externalization, depending on receptor localization. Phorbol ester-mediated internalization of CB receptors can be inhibited via this switch. In primary human immune cells hydrogen peroxide and other TPIs lead to a robust internalization of CB receptors in monocytes and an externalization in T cells. This study describes, for the first time, the dynamic nature of CB receptor trafficking in the context of a biochemical switch, which may have implications for studies on the cell-type specific effects of cannabinoids and our understanding of the regulation of CB receptor cell surface expression.

Mitochondrial CB₁ receptors regulate neuronal energy metabolism

The mammalian brain is one of the organs with the highest energy demands, and mitochondria are key determinants of its functions. Here we show that the type-1 cannabinoid receptor (CB(1)) is present at the membranes of mouse neuronal mitochondria (mtCB(1)), where it directly controls cellular respiration and energy production. Through activation of mtCB(1) receptors, exogenous cannabinoids and in situ endocannabinoids decreased cyclic AMP concentration, protein kinase A activity, complex I enzymatic activity and respiration in neuronal mitochondria. In addition, intracellular CB(1) receptors and mitochondrial mechanisms contributed to endocannabinoid-dependent depolarization-induced suppression of inhibition in the hippocampus. Thus, mtCB(1) receptors directly modulate neuronal energy metabolism, revealing a new mechanism of action of G protein-coupled receptor signaling in the brain.

Chemistry and Analysis of Phytocannabinoids and Other Cannabis Constituents

The Cannabis plant and its products consist of an enormous variety of chemicals. Some of the 483 compounds identified are unique to Cannabis, for example, the more than 60 cannabinoids, whereas the terpenes, with about 140 members forming the most abundant class, are widespread in the plant kingdom. The term “cannabinoids” [note: “ ” represents a group of C21 terpenophenolic compounds found until now uniquely in Cannabis sativa L. (1). As a consequence of the development of synthetic cannabinoids (e.g., nabilone [2], HU-211 [dexanabinol; ref. (3), or ajulemic acid [CT-3; ref. 4]) and the discovery of the chemically different endogenous cannabinoid receptor ligands (“endocannabinoids,” e.g., anandamide, 2-arachidonoylglycerol) (5,6), the term ’“phytocannabinoids’” was proposed for these particular Cannabis constituents (7).

Beta-caryophyllene is a dietary cannabinoid

The psychoactive cannabinoids from Cannabis sativa L. and the arachidonic acid-derived endocannabinoids are nonselective natural ligands for cannabinoid receptor type 1 (CB(1)) and CB(2) receptors. Although the CB(1) receptor is responsible for the psychomodulatory effects, activation of the CB(2) receptor is a potential therapeutic strategy for the treatment of inflammation, pain, atherosclerosis, and osteoporosis. Here, we report that the widespread plant volatile (E)-beta-caryophyllene [(E)-BCP] selectively binds to the CB(2) receptor (K(i) = 155 +/- 4 nM) and that it is a functional CB(2) agonist. Intriguingly, (E)-BCP is a common constituent of the essential oils of numerous spice and food plants and a major component in Cannabis. Molecular docking simulations have identified a putative binding site of (E)-BCP in the CB(2) receptor, showing ligand pi-pi stacking interactions with residues F117 and W258. Upon binding to the CB(2) receptor, (E)-BCP inhibits adenylate cylcase, leads to intracellular calcium transients and weakly activates the mitogen-activated kinases Erk1/2 and p38 in primary human monocytes. (E)-BCP (500 nM) inhibits lipopolysaccharide (LPS)-induced proinflammatory cytokine expression in peripheral blood and attenuates LPS-stimulated Erk1/2 and JNK1/2 phosphorylation in monocytes. Furthermore, peroral (E)-BCP at 5 mg/kg strongly reduces the carrageenan-induced inflammatory response in wild-type mice but not in mice lacking CB(2) receptors, providing evidence that this natural product exerts cannabimimetic effects in vivo. These results identify (E)-BCP as a functional nonpsychoactive CB(2) receptor ligand in foodstuff and as a macrocyclic antiinflammatory cannabinoid in Cannabis.

Self-assembling cannabinomimetics: supramolecular structures of N-alkyl amides

Certain fatty acid N-alkyl amides from the medicinal plant Echinacea activate cannabinoid type-2 (CB2) receptors. In this study we show that the CB2-binding Echinacea constituents dodeca-2E,4E-dienoic acid isobutylamide (1) and dodeca-2E,4E,8Z,10Z-tetraenoic acid isobutylamide (2) form micelles in aqueous medium. In contrast, micelle formation is not observed for undeca-2E-ene-8,10-diynoic acid isobutylamide (3), which does not bind to CB2, or structurally related endogenous cannabinoids, such as arachidonoyl ethanolamine (anandamide). The critical micelle concentration (CMC) range of 1 and 2 was determined by fluorescence spectroscopy as 200-300 and 7400-10000 nM, respectively. The size of premicelle aggregates, micelles, and supermicelles was studied by dynamic light scattering. Microscopy images show that compound 1, but not 2, forms globular and rod-like supermicelles with radii of approximately 75 nm. The self-assembling N-alkyl amides partition between themselves and the CB2 receptor, and aggregation of N-alkyl amides thus determines their in vitro pharmacological effects. Molecular mechanics by Monte Carlo simulations of the aggregation process support the experimental data, suggesting that both 1 and 2 can readily aggregate into premicelles, but only 1 spontaneously assembles into larger aggregates. These findings have important implications for biological studies with this class of compounds.

New natural noncannabinoid ligands for cannabinoid type-2 (CB2) receptors

Since the discovery that Delta 9-tetrahydrocannabinol and related cannabinoids from Cannabis sativa L. act on specific physiological receptors in the human body and the subsequent elucidation of the mammalian endogenous cannabinoid system, no other natural product class has been reported to mimic the effects of cannabinoids. We recently found that N-alkyl amides from purple coneflower (Echinacea spp.) constitute a new class of cannabinomimetics, which specifically engage and activate the cannabinoid type-2 (CB2) receptors. Cannabinoid type-1 (CB1) and CB2 receptors belong to the family of G protein-coupled receptors and are the primary targets of the endogenous cannabinoids N-arachidonoyl ethanolamine and 2-arachidonoyl glyerol. CB2 receptors are believed to play an important role in distinct pathophysiological processes, including metabolic dysregulation, inflammation, pain, and bone loss. CB2 receptors have, therefore, become of interest as new targets in drug discovery. This review focuses on N-alkyl amide secondary metabolites from plants and underscores that this group of compounds may provide novel lead structures for the development of CB2-directed drugs.

Alkylamides from Echinacea are a new class of cannabinomimetics. Cannabinoid type 2 receptor-dependent and -independent immunomodulatory effects

Alkylamides (alkamides) from Echinacea modulate tumor necrosis factor alpha mRNA expression in human monocytes/macrophages via the cannabinoid type 2 (CB2) receptor (Gertsch, J., Schoop, R., Kuenzle, U., and Suter, A. (2004) FEBS Lett. 577, 563-569). Here we show that the alkylamides dodeca-2E,4E,8Z,10Z-tetraenoic acid isobutylamide (A1) and dodeca-2E,4E-dienoic acid isobutylamide (A2) bind to the CB2 receptor more strongly than the endogenous cannabinoids. The Ki values of A1 and A2 (CB2 approximately 60 nM; CB1 >1500 nM) were determined by displacement of the synthetic high affinity cannabinoid ligand [3H]CP-55,940. Molecular modeling suggests that alkylamides bind in the solvent-accessible cavity in CB2, directed by H-bonding and pi-pi interactions. In a screen with 49 other pharmacologically relevant receptors, it could be shown that A1 and A2 specifically bind to CB2 and CB1. A1 and A2 elevated total intracellular Ca2+ in CB2-positive but not in CB2-negative promyelocytic HL60 cells, an effect that was inhibited by the CB2 antagonist SR144528. At 50 nM, A1, A2, and the endogenous cannabinoid anandamide (CB2 Ki >200 nM) up-regulated constitutive interleukin (IL)-6 expression in human whole blood in a seemingly CB2-dependent manner. A1, A2, anandamide, the CB2 antagonist SR144528 (Ki <10 nM), and also the non-CB2-binding alkylamide undeca-2E-ene,8,10-diynoic acid isobutylamide all significantly inhibited lipopolysaccharide-induced tumor necrosis factor alpha, IL-1beta, and IL-12p70 expression (5-500 nM) in a CB2-independent manner. Alkylamides and anandamide also showed weak differential effects on anti-CD3-versus anti-CD28-stimulated cytokine expression in human whole blood. Overall, alkylamides, anandamide, and SR144528 potently inhibited lipopolysaccharide-induced inflammation in human whole blood and exerted modulatory effects on cytokine expression, but these effects are not exclusively related to CB2 binding.

Lipids as targets for novel anti-inflammatory therapies

Lipids serve important functions as membrane constituents and also as energy storing molecules. Besides these functions certain lipid species have now been recognized as signalling molecules that regulate a multitude of cellular responses including cell growth and death, and also inflammatory reactions. Bioactive lipids are generated by hydrolysis from membrane lipids mainly by phospholipases giving rise to fatty acids and lysophospholipids that either directly exert their function or are further converted to active mediators. This review will summarize the present knowledge about bioactive lipids that either promote or attenuate inflammatory reactions. These lipids include polyunsaturated fatty acids (PUFA), eicosanoids including the epoxyeicosatrienoic acids (EET), peroxisome proliferation activating receptor (PPAR) activators, cannabinoids and the sphingolipids ceramide, sphingosine 1-phosphate and sphingosylphosphorylcholine.