大麻受体CB1及CB2在慢性吗啡成瘾大鼠中枢神经系统与免疫系统的分布和表达

吗啡是临床常用的镇痛药物之一，通过模拟内源性抗痛物质脑啡肽的作用，激活中枢神经阿片受体而产生强大的镇痛作用。吗啡属于阿片类生物碱，为阿片受体激动剂，是目前我国主要的毒品成瘾类型之一，对人民生命健康危害极大。目前我国登记在册的吗啡成瘾者约有100万，每年导致的直接经济损失超过1000亿元。因此吗啡成瘾机制的研究以及治疗，是目前神经疾病的研究重点之一。 吗啡成瘾与其结合的受体有关。吗啡除结合阿片受体外，也可能结合大麻素受体，现发现体内有两种大麻素受体的存在：CB1受体和CB2受体。大麻CB1、CB2受体都是G蛋白耦联受体。其中CB1受体主要位于脑、脊髓与外周神经系统中，脑内CB1受体主要分布于基底神经节（黑质、苍白球、外侧纹状体）、海马CA锥体细胞层，小脑和大脑皮层。因此推测大麻CB1受体的功能可能与成瘾、记忆、认知、运动控制的调节有关。而大麻CB2受体主要分布于外周组织，如脾脏边缘区、扁桃体等，它的这种分布可能与免疫抑制作用有关。近来的研究发现大麻CB2受体在中枢神经系统也有分布，目前对其在此分布的功能不明确，推测可能与成瘾、抑郁症等神经类疾病有密切关系。 在药物成瘾导致的精神依赖作用中，奖赏效应是各种药物成瘾的药理学基础。中脑—边缘系统（(mesolimbic dopamine system,MLDS)是药物奖赏效应的神经解剖学基础。目前认为内源性大麻素所起的药理作用与多巴胺能和阿片能的神经传递有密切的关系。因此推断大麻素CB1受体与慢性吗啡成瘾有密切关系，至少是部分参与到慢性吗啡成瘾过程中。 相较于较多的关于大麻CB1受体的研究，有关大麻CB2受体的研究很少。尽管近来证实大麻CB2受体也分布于中枢神经系统，但在慢性吗啡成瘾时，大麻CB2受体表达的改变仍不清楚。在本项目中，我们将对慢性吗啡成瘾动物通过分子生物学、蛋白质化学、免疫组织化学的方法，探讨大麻CB2受体在中枢神经系统的分布和表达，以及大麻CB2受体在吗啡成瘾中可能的作用。 吗啡对免疫系统有抑制作用, 包括抑制淋巴细胞增殖, 减少细胞因子的分泌，减弱自然杀伤细胞（NKC）的细胞毒作用。现已证实激活周围神经系统的CB2受体可诱导IL-4的生成，从而影响阿片μ型受体的转录。此发现提供了内源性大麻系统-阿片系统-免疫系统之间存在相互作用的关系。然而，吗啡吸食是否通过CB2受体从而导致免疫功能的抑制，现在还没有直接证据，在本实验中我们将探讨CB2受体与吗啡成瘾导致免疫功能的改变有关。 实验结果显示（1）应用RT-PCR法，检测到大麻素受体CB1在慢性吗啡成瘾大鼠的皮质和海马处mRNA表达水平与对照组大鼠有明显不同。（2）应用western免疫印迹法，检测到大麻素受体CB1在慢性吗啡成瘾大鼠的皮质，海马和脑干处蛋白表达水平与对照组大鼠有明显不同。在脑干处，虽然mRNA表达水平无变化，但蛋白质的表达水平上升。（3）应用免疫组化检测到大麻素受体CB1在大鼠的皮质，海马，脑干，小脑处都广泛分布。（4）应用RT-PCR法，检测到大麻素受体CB2在慢性吗啡成瘾大鼠的皮质，海马，脑干处mRNA表达水平与对照组大鼠有明显不同。（5）应用western免疫印迹法，检测到大麻素受体CB2在慢性吗啡成瘾大鼠的皮质，海马，脑干蛋白表达水平与对照组大鼠有明显不同。且蛋白质的表达改变趋势与mRNA表达水平的改变相似。（6）应用免疫组化法检测到大麻素受体CB2在大鼠的皮质，海马，脑干，小脑处都广泛分布。但数量明显少于大麻CB1受体。（7）应用直接ELISA法，检测到慢性吗啡成瘾大鼠的血清与对照组大鼠的血清比较，IgM表达下降；IgG表达上升。 实验结果提示大麻受体CB1和CB2 很可能在慢性吗啡成瘾过程起着重要的作用，至少是部分参与到慢性吗啡成瘾的过程中。因为大麻素受体CB1和CB2都属于G 蛋白耦连受体，长期持续使用吗啡，其表达的变化可能会导致cAMP信号通路的上调；提高了腺苷酸环化酶(AC)和蛋白激酶A(PKA)的活性从而激活下游相关基因的表达最终导致成瘾。此外大麻素受体CB1和CB2表达的变化可能与慢性吗啡成瘾后免疫功能的改变有相关性。 通过以上的的实验结果，可以得到以下的结论：（1）我们验证了大麻素受体CB1在慢性吗啡成瘾大鼠的皮质，海马和脑干处mRNA和蛋白质表达水平与对照组大鼠有明显不同，且大麻CB1受体在大鼠中枢神经系统中广泛大量分布，表明大麻素受体CB1很可能在慢性吗啡成瘾过程中起着重要的作用，至少部分参与到慢性吗啡成瘾的过程中。（2）我们第一次证实了大麻素受体CB2在吗啡成瘾大鼠的皮质，海马和脑干处mRNA和蛋白质表达水平与对照组大鼠有明显不同，且大麻CB2受体在大鼠中枢神经系统中少量广泛分布。表明大麻素受体CB2很可能在慢性吗啡成瘾过程中起着重要的作用，至少部分参与到慢性吗啡成瘾的过程中。（3）同时我们发现大麻素受体CB1和CB2在大鼠脑组织中广泛表达，表明内源性大麻系统有可能广泛的参与各种神经疾病，很可能成为治疗的新靶点。（4）最后我们发现慢性吗啡成瘾大鼠血液中IgM表达下降；IgG表达上升，表明慢性吗啡成瘾对机体的免疫功能有广泛的调节作用。慢性吗啡成瘾大鼠血清CB2受体mRNA表达上升。我们证实了大麻受体CB2可能正是把神经系统和免疫系统相联系的一个靶点。

Implication du récepteur aux cannabinoïdes CB2 dans le développement de la voie rétinothalamique

Durant le développement du système visuel, les cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) envoient des axones qui seront influencés par divers signaux guidant leur cône de croissance, permettant ainsi la navigation des axones vers leurs cibles terminales. Les endocannabinoïdes, des dérivés lipidiques activant les récepteurs aux cannabinoides (CB1 et CB2), sont présents de manière importante au cours du développement. Nous avons démontré que le récepteur CB2 est exprimé à différents points du tractus visuel durant le développement du hamster. L’injection d’agonistes et d’agonistes inverses pour le récepteur CB2 a modifié l’aire du cône de croissance et le nombre de filopodes présents à sa surface. De plus, l’injection d’un gradient d’agoniste du récepteur CB2 produit la répulsion du cône de croissance tandis qu’un analogue de l’AMPc (db-AMPc) produit son attraction. Les effets du récepteur CB2 sur le cône de croissance sont produits en modulant l’activité de la protéine kinase A(PKA), influençant la présence à la membrane cellulaire d’un récepteur à la nétrine-1 nommé Deleted in Colorectal Cancer (DCC). Notamment, pour que le récepteur CB2 puisse moduler le guidage du cône de croissance, la présence fonctionnelle du récepteur DCC est essentielle.. Suite à une injection intra-occulaire d’un agoniste inverse du récepteur CB2, nous avons remarqué une augmentation de la longueur des branches collatérales des axones rétiniens au niveau du LTN (noyau lateral terminal). Nous avons également remarqué une diminution de la ségrégation des projections ganglionnaires au niveau du dLGN, le noyau genouillé lateral dorsal, chez les animaux transgéniques cnr2-/-, ayant le gène codant pour le récepteur CB2 inactif. Nos données suggèrent l’implication des endocannabinoïdes et de leur récepteur CB2 dans la modulation des processus de navigation axonale et de ségrégation lors du développement du système visuel.

Le rôle des récepteurs aux cannabinoïdes CB1 et CB2 dans le guidage axonal

Au cours du développement, les axones des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) voyagent sur de longues distances pour établir des connexions avec leurs cellules cibles. La navigation des cônes de croissance est guidée par différentes molécules chimiotropiques présentes dans leur environnement. Les endocannabinoïdes (eCB) sont d’importants neuromodulateurs qui régulent de manière rétrograde la fonction de nombreuses synapses du cerveau. Ils agissent principalement par le biais de leurs récepteurs liés à une protéine Gi/o CB1 (CB1R) et CB2 (CB2R). La présence des eCBs durant le stade fœtal et la période postnatale suggère leur implication dans des événements régulant le développement du système nerveux. Cette thèse confirme l’expression des récepteurs aux cannabinoïdes CB1 et CB2 ainsi que l’enzyme dégradant les eCBs lors du développement embryonnaire et perinatal des CGRs et de la voie rétinothalamique in vivo. La manipulation pharmacologique de l’activité de CB1R et CB2R réorganise la morphologie du cône de croissance des CGRs et des neurones corticaux in vitro. De plus, la stimulation locale avec un agoniste de CB1R ou de CB2R modifie le comportement du cône de croissance entraînant sa répulsion. CB1R et CB2R modulent par le biais de la voie de signalisation AMPc/PKA, la mobilisation de DCC à la membrane plasmique. Par ailleurs, les résultats de cette recherche démontrent également l’implication de CB1R et CB2R dans la ségrégation des projections ipsi- et controlatérales et le développement de la voie rétinothalamique.

Rôle du récepteur aux cannabinoïdes CB2 sur la synaptogenèse

Lors de cette étude, nous avons d’abord localisé les récepteurs CB1 et CB2 sur les structures neuronales. Nous avons montré que les récepteurs CB1 et CB2 sont présents sur les dendrites et les axones et les filopodes. Dans le même ordre d’idée, nous avons localisé le récepteur DCC sur les structures neuronales. Celui-ci est aussi présent sur les dendrites, les axones et les filopodes. Ces résultats suggèrent que le récepteur DCC serait impliqué non seulement dans le processus de synaptogenèse médié par le récepteur CB1, comme cela a été montré dans le laboratoire du professeur Bouchard, mais aussi dans celui, éventuellement, médié par le récepteur CB2. Nous avons ensuite évalué l’effet des ligands du récepteur CB2. Nous n’avons détecté aucun effet clair des agonistes inverses (AM630 et JTE907) et des agonistes (JWH015 et JWH133) quant à la médiation du processus de synaptogenèse en terme de variation de la densité des filopodes et des points de contacts synaptiques. Nous avons obtenu des résultats variables. Ceux-ci furent non reproductibles. Nous avons obtenu des résultats différents des résultats originaux lorsque nous avons requantifié visuellement les mêmes photos à deux reprises Nous avons développé une méthode informatisée de quantification qui nous a permis d’obtenir des résultats reproductibles. Cependant, nous n’avons toujours pas détecté d’effets sur la synaptogenèse médiés par le récepteur CB2. Ces résultats préliminaires ne nous permettent ni d’infirmer, ni de confirmer d’éventuels effets sur la synaptogenèse médiés par le récepteur CB2. Une étude exhaustive serait nécessaire pour le déterminer.

Cannabinoids inhibit human keratinocyte proliferation through a non-CB1/CB2 mechanism and have a potential therapeutic value in the treatment of psoriasis

Background: Cannabinoids from cannabis (Cannabis sativa) are anti-inflammatory and have inhibitory effects on the proliferation of a number of tumorigenic cell lines, some of which are mediated via cannabinoid receptors. Cannabinoid (CB) receptors are present in human skin and anandamide, an endogenous CB receptor ligand, inhibits epidermal keratinocyte differentiation. Psoriasis is an inflammatory disease also characterised in part by epidermal keratinocyte hyper-proliferation. Objective: We investigated the plant cannabinoids Delta-9 tetrahydrocannabinol, cannabidiol, cannabinol and cannabigerol for their ability to inhibit the proliferation of a hyper-proliferating human keratinocyte cell line and for any involvement of cannabinoid receptors. Methods: A keratinocyte proliferation assay was used to assess the effect of treatment with cannabinoids. Cell integrity and metabolic competence confirmed using lactate-dehydrogenase and adenosine tri-phosphate assays. To determine the involvement of the receptors, specific agonist and antagonist were used in conjunction with some phytocannabinoids. Western blot and RT-PCR analysis confirmed presence of CB1 and CB2 receptors. Results: The cannabinoids tested all inhibited keratinocyte proliferation in a concentration-dependent manner. The selective CB2 receptor agonists JWH015 and BML190 elicited only partial inhibition, the non-selective CB agonist HU210 produced a concentration-dependent response, the activity of theses agonists were not blocked by either C81 /C82 antagonists. Conclusion: The results indicate that while CB receptors may have a circumstantial role in keratinocyte proliferation, they do not contribute significantly to this process. Our results show that cannabinoids inhibit keratinocyte proliferation, and therefore support a potential role for cannabinoids in the treatment of psoriasis. (c) 2006 Japanese Society for Investigative Dermatology. Published by Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Cannabinoids stimulate fibroblastic colony formation by bone marrow cells indirectly via CB2 receptors

Recently, the cannabinoid receptors CB1 and CB2 were shown to modulate bone formation and resorption in vivo, although little is known of the mechanisms underlying this. The effects of cannabinoids on mesenchymal stem cell (MSC) recruitment in whole bone marrow were investigated using either the fibroblastic colony-forming unit (CFU-f) assay or high-density cultures of whole bone marrow. Levels of the CB1 and CB2 receptors were assessed by flow cytometry. Treatment of CFU-f cultures with the endocannabinoid 2-arachidonylglycerol (2-AG) dose-dependently increased fibroblastic and differentiated colony formation along with colony size. The nonspecific agonists CP 55,940 and WIN 55,212 both increased colony numbers, as did the CB2 agonists BML190 and JWH015. The CB1-specific agonist ACEA had no effect, whereas the CB2 antagonist AM630 blocked the effect of the natural cannabinoid tetrahydrocannabivarin, confirming mediation via the CB2 receptor. Treatment of primary bone marrow cultures with 2-AG stimulated proliferation and collagen accumulation, whereas treatment of subcultures of MSC had no effect, suggesting that the target cell is not the MSC but an accessory cell present in bone marrow. Subcultures of MSCs were negative for CB1 and CB2 receptors as shown by flow cytometry, whereas whole bone marrow contained a small population of cells positive for both receptors. These data suggest that cannabinoids may stimulate the recruitment of MSCs from the bone marrow indirectly via an accessory cell and mediated via the CB2 receptor. This recruitment may be one mechanism responsible for the increased bone formation seen after cannabinoid treatment in vivo.

Mutagenesis and computer modeling studies of a GPCR conserved residue W5.43(194) in ligand recognition and signal transduction for CB2 receptor

W5.43(194), a conserved tryptophan residue among G-protein coupled receptors (GPCRs) and cannabinoid receptors (CB), was examined in the present report for its significance in CB2 receptor ligand binding and adenylyl cyclase (AC) activity. Computer modeling postulates that this site in CB2 may be involved in the affinity of WIN55212-2 and SR144528 through aromatic contacts. In the present study, we reported that a CB2 receptor mutant, W5.43(194)Y, which had a tyrosine (Y) substitution for tryptophan (W), retained the binding affinity for CB agonist CP55940, but reduced binding affinity for CB2 agonist WIN55212-2 and inverse agonist SR144528 by 8-fold and 5-fold, respectively; the CB2 W5.43(194)F and W5.43(194)A mutations significantly affect the binding activities of CP55940, WIN55212-2 and SR144528. Furthermore, we found that agonist-mediated inhibition of the forskolin-induced cAMP production was dramatically diminished in the CB2 mutant W5.43(194)Y, whereas W5.43(194)F and W5.43(194)A mutants resulted in complete elimination of downstream signaling, suggesting that W5.43(194) was essential for the full activation of CB2. These results indicate that both aromatic interaction and hydrogen bonding are involved in ligand binding for the residue W5.43(194), and the mutations of this tryptophan site may affect the conformation of the ligand binding pocket and therefore control the active conformation of the wild type CB2 receptor. W5.43(194)Y/F/A mutations also displayed noticeable enhancement of the constitutive activation probably attributed to the receptor conformational changes resulted from the mutations.

Lead discovery, chemistry optimization, and biological evaluation studies of novel biamide derivatives as CB2 receptor inverse agonists and osteoclast inhibitors

N,N'-((4-(Dimethylamino)phenyl)methylene)bis(2-phenylacetamide) was discovered by using 3D pharmacophore database searches and was biologically confirmed as a new class of CB(2) inverse agonists. Subsequently, 52 derivatives were designed and synthesized through lead chemistry optimization by modifying the rings A-C and the core structure in further SAR studies. Five compounds were developed and also confirmed as CB(2) inverse agonists with the highest CB(2) binding affinity (CB(2)K(i) of 22-85 nM, EC(50) of 4-28 nM) and best selectivity (CB(1)/CB(2) of 235- to 909-fold). Furthermore, osteoclastogenesis bioassay indicated that PAM compounds showed great inhibition of osteoclast formation. Especially, compound 26 showed 72% inhibition activity even at the low concentration of 0.1 μM. The cytotoxicity assay suggested that the inhibition of PAM compounds on osteoclastogenesis did not result from its cytotoxicity. Therefore, these PAM derivatives could be used as potential leads for the development of a new type of antiosteoporosis agent.

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.

Discovery of novel CB2 receptor ligands by a pharmacophore-based virtual screening workflow

Cannabinoid receptor 2 (CB(2) receptor) ligands are potential candidates for the therapy of chronic pain, inflammatory disorders, atherosclerosis, and osteoporosis. We describe the development of pharmacophore models for CB(2) receptor ligands, as well as a pharmacophore-based virtual screening workflow, which resulted in 14 hits for experimental follow-up. Seven compounds were identified with K(i) values below 25 microM. The CB(2) receptor-selective pyridine tetrahydrocannabinol analogue 8 (K(i) = 1.78 microM) was identified as a CB(2) partial agonist. Acetamides 12 (K(i) = 1.35 microM) and 18 (K(i) = 2.1 microM) represent new scaffolds for CB(2) receptor-selective antagonists and inverse agonists, respectively. Overall, our pharmacophore-based workflow yielded three novel scaffolds for the chemical development of CB(2) receptor ligands.

The cannabinoid CB2 receptor-selective phytocannabinoid beta-caryophyllene exerts analgesic effects in mouse models of inflammatory and neuropathic pain

The widespread plant volatile beta-caryophyllene (BCP) was recently identified as a natural selective agonist of the peripherally expressed cannabinoid receptor 2 (CB2). It is found in relatively high concentrations in many spices and food plants. A number of studies have shown that CB2 is critically involved in the modulation of inflammatory and neuropathic pain responses. In this study, we have investigated the analgesic effects of BCP in animal models of inflammatory and neuropathic pain. We demonstrate that orally administered BCP reduced inflammatory (late phase) pain responses in the formalin test in a CB2 receptor-dependent manner, while it had no effect on acute (early phase) responses. In a neuropathic pain model the chronic oral administration of BCP attenuated thermal hyperalgesia and mechanical allodynia, and reduced spinal neuroinflammation. Importantly, we found no signs of tolerance to the anti-hyperalgesic effects of BCP after prolonged treatment. Oral BCP was more effective than the subcutaneously injected synthetic CB2 agonist JWH-133. Thus, the natural plant product BCP may be highly effective in the treatment of long lasting, debilitating pain states. Our results have important implications for the role of dietary factors in the development and modulation of chronic pain conditions.

Accumulation rates of dinoflagellate cysts at trap sites CB2, CB3, CB4, and CB9 off Cape Blanc

A 5-year sediment trap survey in the upwelling area off Cape Blanc (NW Africa) provides information on the seasonal and annual resting cyst production of dinoflagellates, their sinking characteristics and preservation potential. Strong annual variation in cyst production characterizes the region. Cyst production of generally all investigated species, including Alexandrium pseudogonyaulax (Biecheler) T. Horig. ex T. Kita et Fukuyo (cyst genus Impagidinium) and Gonyaulax spinifera (Clap. et J. Lachm.) Diesing (cyst genus Nematosphaeropsis) was enhanced with increasing upper water nutrient and trace-element concentrations. Cyst production of Lingulodinium polyedrum (F. Stein) J. D. Dodge was the highest at the transition between upwelling and upwelling-relaxation. Cyst production of Protoperidinium americanum (Gran et Braarud) Balech, Protoperidinium monospinum (Paulsen) K. A. F. Zonn. et B. Dale, and Protoperidinium stellatum (D. Wall) Balech, and heterotrophic dinoflagellates forming Brigantedinium spp. and Echinidinium aculeatum Zonn., increased most pronouncedly during upwelling episodes. Production of Protoperidinium conicum (Gran) Balech and Protoperidinium pentagonum (Gran) Balech cysts and total diatom valves were related, providing evidence of a predator-prey relationship. The export cyst-flux of E. aculeatum, P. americanum, P. monospinum, and P. stellatum was strongly linked to the flux of total diatom valves and CaCO3, whereas the export production of Echinidinium granulatum Zonn. and Protoperidinium subinerme (Paulsen) A. R. Loebl. correlated with total organic carbon, suggesting potential consumption of diatoms, prymnesiophytes, and organic matter, respectively. Sinking velocities were at least 274 m · d**-1, which is in range of the diatom- and coccolith-based phytoplankton aggregates and "slower" fecal pellets. Species-selective degradation did not occur in the water column, but on the ocean floor.