Neuroprotektive und immunmodulatorische Wirkung des Endocannabinoidsystems bei Neuroinflammation Teil 2

N-Acyl-Neurotransmitter und Lipoaminosäuren stellen einen separaten Cluster innerhalb des Endocannabinoidoms dar, der das Potenzial für die Identifizierung neuer Rezeptorziele in diesem System birgt.

Acyl-Neurotransmitter sind eine Art von Neurotransmittern, die aus Glutamat und Acetyl-Coenzym A synthetisiert werden. Sie sind im Gehirn weit verbreitet und an einer Vielzahl physiologischer und pathologischer Prozesse wie kognitiver Funktion, Aufmerksamkeit, Hemmung usw. beteiligt. In den letzten Jahren mehr und weitere Studien haben gezeigt, dass Acyl-Neurotransmitter eng mit dem Gedächtnis verbunden sind.

Erstens spielen Acyl-Neurotransmitter eine wichtige Rolle im Gedächtnisprozess. Es ist an der synaptischen Übertragung zwischen Neuronen beteiligt und reguliert die Erregbarkeit und Hemmung von Neuronen. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung, Speicherung und dem Abruf von Erinnerungen. Studien haben ergeben, dass der Spiegel von Acyl-Neurotransmittern positiv mit dem Gedächtnis korreliert, und wenn der Spiegel steigt, verbessert sich auch das Gedächtnis.

Zweitens stehen Acyl-Neurotransmitter in engem Zusammenhang mit der kognitiven Funktion. Bei kognitiven Aufgaben regulieren Acyl-Neurotransmitter die Erregbarkeit und Hemmung von Neuronen, indem sie die Calciumionenkanäle in der präsynaptischen Membran und die Calciumionenübertragung in der postsynaptischen Membran regulieren und dadurch die Leistung kognitiver Funktionen beeinflussen. Studien haben gezeigt, dass, wenn der Spiegel an Acyl-Neurotransmittern sinkt, auch die kognitiven Funktionen abnehmen.

Darüber hinaus stehen Acyl-Neurotransmitter auch im Zusammenhang mit der emotionalen Regulierung. Studien haben gezeigt, dass Acyl-Neurotransmitter emotionale Zustände und die emotionale Regulierung beeinflussen können, indem sie den Spiegel von Neurotransmittern wie Dopamin, Serotonin und Noradrenalin regulieren. Wenn der Spiegel der Acyl-Neurotransmitter steigt, erhöht sich auch die emotionale Stabilität.

Kurz gesagt, Acyl-Neurotransmitter stehen in engem Zusammenhang mit dem Gedächtnis, der kognitiven Funktion und der emotionalen Regulierung. Wir können den Spiegel der Acyl-Neurotransmitter durch richtige Ernährung, Bewegung und Ruhe erhöhen und dadurch die Verbesserung des Gedächtnisses und der kognitiven Funktionen fördern sowie emotionale Stabilität und einen glücklichen Geisteszustand aufrechterhalten. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche antioxidative, entzündungshemmende und Anti-Aging-Wirkungen hat, die dazu beitragen können, oxidative und entzündliche Reaktionen im Gehirn zu reduzieren und so die Gesundheit des Gehirns zu schützen Nervensystem. Darüber hinaus kann Cistanche auch das Wachstum und die Reparatur von Nervenzellen fördern und dadurch die Konnektivität und Funktion neuronaler Netzwerke verbessern. Diese Effekte können dazu beitragen, das Gedächtnis, die Lernfähigkeit und die Denkgeschwindigkeit zu verbessern und können auch das Auftreten kognitiver Dysfunktionen und neurodegenerativer Erkrankungen verhindern.

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Unter diesen Verbindungen sind N-Acyldopamine CB1- und TRPV1-Agonisten, während N-Acylserotonine TRPV1-Antagonisten sind und N-Arachidonoyl- -aminobuttersäure (NAGABA) den GPR92-Rezeptor aktiviert. Die Freisetzung freier Neurotransmitter nach dem Abbau von N-Acyl-Neurotransmittern macht ihre Wirkung komplexer.

3.3. Beteiligung des Endocannabinoidsystems als Reaktion auf Neuropathologie

Endocannabinoide und verwandte NAEs werden bei Bedarf produziert und spielen eine entscheidende regulatorische Rolle bei Stoffwechselprozessen, Verhalten und Immunität. Unter gesunden Bedingungen kommen diese Lipidmediatoren am häufigsten im Gehirn vor und kommen kaum im Kreislauf und in peripheren Geweben vor [55].

Während verschiedener pathologischer Zustände des ZNS unterliegen die Profile von eCBs und ihren Kongeneren erheblichen Veränderungen, die mit der entzündungsmodulierenden, analgetischen und neuroprotektiven Aktivität dieser Verbindungen verbunden sind (zusammengefasst in Tabelle 2).

Abbildung 3. Signalweg und entzündungshemmende Wirkung von NAEs. Arachidonoylethanolamid (AEA) signalisiert über die Cannabinoidrezeptoren CB1/2, den nicht-cannabinoiden G-Protein-gekoppelten Rezeptor (GPR)55, den transienten Rezeptor-Potenzialkationskanal-Unterfamilie V Mitglied 1 (TRPV1) und den Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptor (PPAR)- Und .

Es wurde gezeigt, dass Palmitoylethanolamid (PEA) die Fettsäureamidhydrolase (FAAH) hemmt und über GPR55, TRPV1 und PPAR- signalisiert, während die CB1/2-Bindung immer noch umstritten ist.

Oleoylethanolamid (OEA) aktiviert TRPV1 und PPAR-, während Stearoylethanolamid (SEA) FAAH hemmt und PPAR- aktiviert. Es wurde gezeigt, dass Linoleylethanolamid (LEA) TRPV1 und GPR119 aktiviert und FAAH hemmt, während die Signalübertragung von Docosahexaenoylethanolamid (DHEA) die Aktivierung von GPR110 beinhaltet.

4. Glutamatrezeptor-vermittelte Neurotoxizität

4.1. Glutamat als wichtiger erregender Neurotransmitter bei Säugetieren und potenzielles Neurotoxin

Die Aktivierung postsynaptischer Neurotransmitterrezeptoren und der Ca2+-Einstrom in das postsynaptische Terminal induzieren die Synthese von eCBs und verwandten Verbindungen. Diese aktivitätsabhängige Produktion von eCBs ist für die Feinregulierung der Neurotransmission unerlässlich.

Im Gehirn von Säugetieren ist Glutamat der wichtigste erregende Neurotransmitter, der an Lernen und Gedächtnisbildung beteiligt ist. Die glutamaterge Neurotransmission vermittelt die synaptische Plastizität, wobei ionotrope und metabotrope (mGluRs) Glutamatrezeptoren eine primäre Rolle spielen.

Zwischen den Freisetzungen quantaler Neurotransmitter wird der Glutamatspiegel im synaptischen Spalt geschätzt<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]. 

Die Abhängigkeit dieses Transportsystems von Na+- und K+-Gradienten über die Plasmamembran macht es sehr anfällig für einen ATP-Abbau mit anschließender Hemmung der Glutamataufnahme oder Umkehrung der Transporter [67].

Ein weiterer Faktor, der die Effizienz der Glutamatentfernung aus dem synaptischen Spalt beeinflusst, ist die translatorische Kontrolle von EAATs oder die posttranslationale Modifikation der Transportermoleküle, die sich auf die Menge an aktiven Transportern auswirkt. Glutamat wird in den synaptischen Vesikeln über vesikuläre Glutamattransporter (VGLUTs) unter Verwendung des ∆µH+-Gradienten weiter akkumuliert.

In Anbetracht der hochenergieabhängigen Kompartimentierung von Glutamat und seines Gradienten über den synaptischen Bouton, d. h. von synaptischen Vesikeln (~200 mM [68]) bis zum synaptischen Spalt (<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. 

Die pathophysiologischen Bedingungen, die dem langfristigen Glutamat-Anstieg im synaptischen Spalt und dem extrasynaptischen Glutamat-Spillover zugrunde liegen, sind traumatische Hirnverletzungen, Ischämie und andere Ursachen von Hypoxie, Schlaganfall und oxidativem Stress, die zum Übergang der wesentlichen Teile der EAATs in den umgekehrten Modus führen, wenn Glutamat vorhanden ist vom Zytosol in den extrazellulären Raum abgegeben. Glutamat-vermittelte Neurotoxizität entsteht durch eine Überstimulation ionotroper Glutamatrezeptoren, vor allem N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptoren, und einen massiven Ca2+-Fluss zum postsynaptischen Terminal.

Hohe extrazelluläre Glutamatkonzentrationen führen zu einer längeren gemeinsamen Aktivierung von synaptischen und extrasynaptischen (an nicht-synaptischen Stellen lokalisierten) NMDA-Rezeptoren, Glutamat-vermittelter Neurotoxizität [70] und sind an der Pathogenese der Alzheimer-Krankheit und der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) beteiligt. und der Huntington-Krankheit. Aufgrund der Ca2+-Permeabilität und der hohen Affinität für Glutamat gehören NMDA-Rezeptoren zu den primären molekularen Zielen, die an der Pathogenese der Exzitotoxizität beteiligt sind.

Beim Ruhemembranpotential wird der Strom durch die Kanäle der NMDA-Rezeptoren fast vollständig durch Mg2+ blockiert, wodurch die Leitfähigkeit zwischen den Reizen verhindert wird. Während der Freisetzung quantaler Neurotransmitter sind zwei Bedingungen für den Ca2+-Einstrom durch NMDA-Rezeptoren erfüllt:* die Glutamatkonzentrationen steigen schnell an und ** die Depolarisation der synaptischen Membranen entfernt den Mg2+-Block aus den NMDA-Rezeptorkanälen.

Therapeutische Konzentrationen (1–10 µM) des NMDA-Rezeptorantagonisten Memantin, der zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit eingesetzt wird, blockieren bevorzugt extrasynaptische statt synaptische Ströme durch NMDA-Rezeptoren im selben Neuron [71].

Die Wirkungsweise von Memantin ermöglicht eine wirksame Verhinderung einer übermäßigen Stimulation des extrasynaptischen NMDA-Rezeptors, wobei die Auswirkung auf die durch den NMDA-Rezeptor vermittelte synaptische Aktivität weitaus geringer ist, wenn Glutamat nur für Millisekunden erhöht ist [72].

Neben dem deutlichen Anstieg der intrazellulären Ca2+-Spiegel ist die vesikuläre Glutamatfreisetzung ein weiterer Faktor, der zu einer erhöhten extrazellulären Glutamatkonzentration und exzitotoxischen Schäden beiträgt.

Bei Ratten und Mäusen lösen ischämische Zustände, gefolgt von der Freisetzung von axonalem vesikulärem Glutamat in den periaxonalen Raum unter der Myelinscheide, die Aktivierung myelinischer GluN2C/D-haltiger NMDA-Rezeptoren aus [73], die im Allgemeinen extrasynaptisch sind [74].

4.2. Exzitotoxizität als Voraussetzung und Folge von Neuroinflammation und Neurodegeneration

Aufgrund der Fähigkeit von Ca2+, eine Reihe von Enzymen zu aktivieren, führt die durch Glutamatrezeptoren vermittelte Dexzitotoxizität zum nekrotischen und apoptotischen neuronalen Tod. Der massive Zustrom von Ca2+ überlastet die intrazellulären Puffersysteme für dieses Ion, führt zu einer mitochondrialen Dysfunktion und der Aktivierung einer Reihe von Proteasen, darunter Caspasen und Calpain, was zum anschließenden Abbau von Komponenten des neuronalen Zytoskeletts und der Freisetzung von Apoptose führt Faktoren. Ein Beispiel für die aktive Beteiligung des ECS an der Vermittlung der zellulären Kommunikation ist die funktionelle Kopplung von Mikroglia und Synapsen während der normalen synaptischen Aktivität sowie bei exzitotoxischen Verletzungen.

Wie bereits erwähnt, sind Mikroglia eine entscheidende Quelle für de novo produziertes AEA und 2-AG unter basalen Bedingungen und während einer Neuroinflammation [75–77]; Eine hohe Glutamatanwendung induziert jedoch eine deutliche 2-AG-Überproduktion in Neuronen [76,78].

Unter diesen Bedingungen steigt die neuronale Produktion von AEA nur geringfügig an, während die Produktion von zwei mutmaßlichen Endocannabinoiden, Homogamma-Linolenylethanolamid und Docosatetraenylethanolamid, unverändert bleibt [76].

Eine durch LPS induzierte systemische Entzündung geht bei Mäusen mit einem Anstieg der basalen Glutamatspiegel im präfrontalen Kortex einher [47]. Erhöhtes Glutamat kann sowohl auf eine entzündungsbedingte Abnahme der Aufnahme als auch auf eine neuronale und nicht-neuronale Glutamatfreisetzung (aus Astrozyten und Mikroglia) zurückzuführen sein. Der Glutamatfluss begünstigt die räumliche Zusammenarbeit zwischen dendritischen Stacheln und verzweigten Mikrogliazellen und induziert die Ausdehnung des Mikrogliaprozesses in Richtung Neuronen (Abbildung 4).

2-AG induziert Chemokinese (zufällige Bewegung, die durch einen chemischen Reiz verstärkt wird) und Chemotaxis (gerichtete Zellmigration entlang eines chemischen Gradienten) in Mikrogliazellen [76,79].

Dementsprechend exprimieren aktivierte Mikroglia CB2-Rezeptoren an der Vorderkante ihrer beweglichen Vorsprünge [76]. Die durch Arachidonylcyclopropylamid (ACPA) induzierte Migration von BV-2-Mikroglia könnte durch den hochselektiven CB2-Antagonisten SR145528 blockiert werden [80]. In ähnlicher Weise wurden die Migrationsreaktionen auf 2-AG und das synthetische Cannabinoid CP 55.940 durch CB2-Rezeptorantagonismus gehemmt [76,79].

Wir nehmen an, dass eCBs, die an Stellen mit synaptischer Aktivität (oder Verletzung) freigesetzt werden, als Chemoattraktoren wirken können, um Mikroglia in einer CB{0}}abhängigen Weise in Richtung neuroinflammatorischer Läsionsstellen zu rekrutieren. Darüber hinaus vermittelte 2-AG in organotypischen Hippocampus-Schnittkulturen den Neuroschutz gegen NMDA-induzierte Exzitotoxizität, indem es explizit auf den abnormal-Cannabidiol(ABN-CBD)-empfindlichen Rezeptor, den mutmaßlichen GPR18, auf Mikrogliazellen einwirkte [81].

Cannabinoide, die in der glutamatergen Synapse unter exzitotoxischen Bedingungen produziert werden, locken Mikrogliazellen in die Nähe der Stacheln. Durch die Übernahme eines entzündungsfördernden oder überlebensfördernden Phänotyps bestimmen Mikroglia weitgehend das Schicksal der verletzten Zellen und Stacheln. Die eCB-Signalisierung verringert die Freisetzung von präsynaptischen Neurotransmittern, unterstützt den Glutamat-Glutamin-Zyklus und gleicht die Glutamat-/GABAerge Übertragung aus.

AMPA, -amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionsäure rezeptor; BDNF, aus dem Gehirn stammender neurotropher Faktor; CB, Cannabinoidrezeptor; EAATs, erregende Aminosäuretransporter; eCBs, Endocannabinoide; ER, endoplasmatisches Retikulum; GDNF, von Gliazellen abgeleiteter neurotropher Faktor; Gln, Glutamin; Glu,Glutaminsäure; IFN, Interferon-Gamma; IL, Interleukin; mGluRs, metabotrope Glutamatrezeptoren; NGF, Nervenwachstumsfaktor; NMDA, N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptor; NO, Stickstoffmonoxid; PGD2, Prostaglandin D2; QUIN, Chinolinsäure;Abbildung 4.

Die Entwicklung einer synaptischen Dysfunktion und die Beteiligung des ECS an neuroprotektiven Reaktionen. Endocannabinoide, die in der glutamatergen Synapse unter exzitotoxischen Bedingungen produziert werden, locken Mikrogliazellen in die Nähe der Stacheln.

Durch die Übernahme eines entzündungsfördernden oder überlebensfördernden Phänotyps bestimmen Mikroglia weitgehend das Schicksal der verletzten Zellen und Stacheln. Die eCB-Signalisierung verringert die Freisetzung von präsynaptischen Neurotransmittern, unterstützt den Glutamat-Glutamin-Zyklus und gleicht die Glutamat-/GABAerge Übertragung aus.

AMPA, -Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolpropionsäurerezeptor; BDNF, aus dem Gehirn stammender neurotropher Faktor; CB, Cannabinoidrezeptor; EAATs, erregende Aminosäuretransporter; eCBs, Endocannabinoide; ER, endoplasmatisches Retikulum; GDNF, von Gliazellen abgeleiteter neurotropher Faktor; Gln, Glutamin;Glu, Glutaminsäure; IFN, Interferon-Gamma; IL, Interleukin; mGluRs, metabotrope Glutamatrezeptoren; NGF, Nervenwachstumsfaktor; NMDA, N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptor; NO, Stickstoffmonoxid; PGD2, Prostaglandin D2; QUIN, Chinolinsäure; ROS, reaktive Sauerstoffspezies; TGF, transformierender Wachstumsfaktor Beta; TNF, Tumornekrosefaktor Alpha; VGCC, spannungsgesteuerte Kalziumkanäle.

In vivo kommt es zu einer aktivitätsabhängigen Veränderung der Mikroglia-Synapsen-Kontakte. Das ischämische Gehirn zeichnet sich durch eine deutlich verlängerte Kontaktzeit zwischen Mikrogliaprozessen und synaptischen Strukturen sowie durch die Umhüllung der Synapse mit Mikrogliaprozessen aus, gefolgt vom Verschwinden präsynaptischer Boutons [82].

Einer der Mechanismen, durch die Mikroglia präsynaptische Boutons und Axone eliminieren, ist die Trogozytose [83], ein Prozess, der im Immunsystem als nicht-apoptotischer Mechanismus zum Einfangen von Membrankomponenten beschrieben wird, der sich von der Phagozytose unterscheidet und die Aufnahme und Beseitigung von Zellstrukturen mit einer Größe von mehr als 1 beinhaltet µm [84].

In einem Mausmodell der kortikalen Multiplen Sklerose zeigte die In-vivo-Bildgebung, dass kortikale Entzündungen die Schaltkreisaktivität stören, was mit einem weit verbreiteten, aber reversiblen Verlust dendritischer Stacheln einhergeht. Unter diesen Umständen werden Stacheln, die lokale Kalziumansammlungen aufweisen, durch eindringende Makrophagen oder resident aktivierte Mikroglia eliminiert [85].

Die akute Mikroglia-Aktivierung geht mit der Freisetzung von Glutamat, Chinolinsäure, proinflammatorischen Zytokinen (IL-1, TNF-, IL-2, IL-6) und Chemokinen-Makrophagen-inflammatorischen Proteinen-1 einher. (MIP-1) und Monozyten-Chemoattraktionsprotein-1 (MCP-1) ​​und freie Arachidonsäure.

Chinolinsäure wird ausschließlich in aktivierten Mikroglia und Makrophagen produziert, ist ein NMDA-Rezeptoragonist und vermittelt Exzitotoxizität während der Immunantwort.

Indem sie zur Destabilisierung des Zytoskeletts in Astrozyten und Endothelzellen beiträgt, verringert Chinolinsäure die Integrität der neurovaskulären Einheit und erhöht den Zustrom von BHS-undurchlässiger Chinolinsäure aus der Peripherie [86].

Produzierte exzitotoxische Moleküle und proinflammatorische Zytokine intensivieren die Bildung freier Radikale und die Lipidperoxidation, was zu einer mitochondrialen Dysfunktion führt und die Exzitotoxizität weiter verschlimmert.

Mikroglia bestimmen weitgehend das Schicksal beschädigter synaptischer Kontakte und Zellen und fördern die Auflösung von Neuroinflammation und Regeneration durch die Freisetzung von aus dem Gehirn stammendem neurotrophen Faktor (BDNF) und Zytokinen mit dualem (pro- und antiinflammatorischem) Potenzial, wie TGF- und IL{{4 }}.

5. Die Rolle der retrograden Endocannabinoid-Signalisierung bei der Abstimmung der synaptischen Stärke

5.1. Synaptische Plastizität in glutamatergen Synapsen

Wenn der Glutamatspiegel im synaptischen Spalt eine bestimmte Konzentration erreicht, bindet es an AMPA-Rezeptoren und induziert einen Na+-Einstrom, der als erregende postsynaptische Potentiale (EPSP) bestimmter Amplituden registriert wird.

Aufgrund des Vorhandenseins der GluR2-Untereinheit ist die Mehrheit der AMPA-Rezeptoren im ZNS für Ca2+ undurchlässig [87] und der durch Glutamat ausgelöste postsynaptische Ca2+-Einstrom wird hauptsächlich durch NMDA-Rezeptoren vermittelt. Der Einstrom von Ca2+ durch NMDA-Rezeptorkanäle aktiviert eine Reihe von Kinasen, hauptsächlich Ca2+/Calmodulin-abhängige Proteinkinase II (CaMKII) [88,89], die wiederum Rho-GTPasen, Cdc42, aktiviert. und RhoA [90].

Dies reorganisiert die postsynaptische Dichte durch * Umbau des Aktin-Zytoskeletts und vorübergehende (~5 Minuten) Vergrößerung der Wirbelsäule (Abbildung 5);** verstärkter Transport von AMPA-Rezeptoren zu postsynaptischen Stellen als Ergebnis ihrer Umverteilung vom Recycling-Endosom zum die Plasmamembran [91,92] und *** erhöhte die Einzelkanalleitfähigkeit von AMPA-Rezeptoren als Folge der direkten Phosphorylierung [93].

Es wird auch vermutet, dass die synaptische Rekrutierung von Ca2+--durchlässigen AMPA-Rezeptoren über CaMKI zu Signalwegen beiträgt, die die Wirbelsäulenvergrößerung über Aktinpolymerisation vorantreiben [94].

Somit nimmt die Amplitude des evozierten EPSC im Anschluss an die wiederholten Aktivierungszyklen zu, dh wird potenziert (Langzeitpotenzierung, LTP). Dieser Effekt ist typisch für die erregende Neurotransmission und bleibt je nach Reizmodus in den Synapsen bestehen. Im Gegensatz dazu ist die Langzeitdepression (LTD) ein langanhaltender Abfall der Effizienz der synaptischen Übertragung als Folge einer Abnahme der postsynaptischen und/oder präsynaptischen Rezeptordichte Freisetzung von Neurotransmittern. Während für die Entwicklung von LTP die Aktivierung bestimmter Proteinkinasen wesentlich ist, hängt die LTD-Induktion von der Proteinphosphataseaktivität und der Zieldephosphorylierung ab.

Eine längere 1-Hz-Stimulation führt zu einem Ca2+-Anstieg und einer Calmodulin-abhängigen Aktivierung von Calcineurin (Proteinphosphatase 2B, PP2B) [95], was über die Serin-/Threonin-Proteinphosphatasen PP1 oder PP2A zur Dephosphorylierung von AMPA-Rezeptoren führt [96] , Abnahme ihrer Kanalleitfähigkeit und Verhinderung ihres Recyclings [97].

Es wird angenommen, dass die Dephosphorylierung des cAMP-Response-Element-Binding-Proteins (CREB) des Transkriptionsfaktors im Hippocampusbereich CA1 in vivo einer der Mechanismen ist, durch die diese Proteinphosphatasen zur verlängerten Aufrechterhaltung von LTD beitragen [98].

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