Examensarbete, 15 hp Apotekarprogrammet, 300 hp Rapporten godkänd: HT eller VT 2019
Handledare: Olov Nilsson, Examinator: Sofia Mattsson
Cannabinoidreceptor typ 1 vid Parkinsons sjukdom
Förändring av CB1 aktivitet och uttryck
Sara Granath
Sammanfattning
Introduktion
Vid ett bortfall av dopaminerga neuron, som vid parkinsons sjukdom, sker en förändring i uttryck och aktivitet hos den cannabinoida receptorn typ 1 (CB1) i olika delar av basala ganglia. CB1 är främst placerade på presynaptiska GABAinerga neuron men även glutamat-, acetylkolin- och seretoninfrisättande neuron. CB1 har en regulatorisk funktion på
frisättningen av transmittorsubstans och ser till att överbliven excitatorisk och inhibitorisk signalering uteblir. De cannabinoida receptorerna är G-protein kopplade receptorer som genom aktivering av endocannabinoider eller andra cannabinoider skapar en kaskadreaktion där bland annat kaliumjonkanaler aktiveras och kalciumjonkanaler inaktiveras vilket leder till en dämpning av neuronet. CB1 finns inte uttryckt på dopaminerga neuron och därigenom ser CB1 endast ut att ha en indirekt reglering på dopamin men nyare studier har funnit att en direkt reglering via TRPV1 receptorn skulle kunna föreligga. Den indirekta regleringen sker genom att endocannabinoider frisätts som i sin tur aktiverar GABAinerga neuron som då inhiberar frisättningen av dopamin.
Syfte
Vid Parkinsons sjukdom ses en överdriven inhibering av det motoriska systemet pågrund av inhiberingen av talamus som sker genom GABA, och syftet med denna studie har varit att se om en förändring av CB1 aktiviteten och uttrycket kan användas för att behandla bradykinesi som är ett av kardinalsymtomen vid Parkinsons sjukdom. Samt att ta reda på om dopamin och cannabinoid systemet har en koppling mellan varandra och om det skulle kunna utnyttjas i läkemedelsbehandlingen av Parkinsons sjukdom.
Metod
En litteraturstudie som utgår från totalt åtta original studier, varav sex är prekliniska studier på djur,en är in vivo studie på Parkinson patienter och en är gjord på personer som avlidit i Parkinsons sjukdom. Alla artiklar är hittade genom Pubmed.
Resultat
I alla studier ses en förändring av CB1 i samband med bortfallet av dopamin. I de preklinska studierna kunde de flesta se en ökning i intrastriatala delar av basala ganglia och en
minskning eller oförändrat mängd i den extrastriatal vävnaden. Förändringen skiljer sig från tid efter injektionen samt de olika delarna av hjärnan. En studie fann att aktivering av CB1 minskar återupptaget av GABA vilket ger en ökad koncentration. Resultatet tyder även på att vid samtidig behandling med dopaminagonist eller levodopa minskar CB1 uttrycket i
striatum mot kontrollvärde.
Diskussion
Resultatet av denna litteraturstudie är väldigt svårt att samla ihop till en enda slutsats.
Studierna är likvärdiga när det gäller metoder och frågeställning men det finns så otroligt många faktorer som kan inverka på resultatet och därför är det väldigt svårt att säga vad som faktiskt är gör att resultaten är så spridda som de är. Alla studierna i denna uppsats är
överens om att en förändring sker av CB1 vid bortfallet av dopamin och de flesta är överens om att en uppreglering av receptorn sker i putamen. Många av forskarna som varit
involverade i studierna om CB1 beskriver liknande teorier att CB1 har en hämmande effekt på dopaminfrisättningen genom ökningen av koncentrationen av GABA men ändå tycks ingen kunna bevisa detta och på studier med agonister och antagonister till CB1 är lkresultaten ännu mer spridda.
Nyckelord: Parkinsons sjukdom, cannabinoid receptor typ 1, dopamin, 6- OHDA, GABA.
Innehållsförteckning
1. Introduktion ... 1
Bakgrund ... 1
Parkinsons sjukdom ... 1
Läkemedelsbehandling……… 3
Endocannabinoida systemet ... 4
Dopamin och endocannabinoida systemets samspel ... 4
Syfte ... 5
2. Metod ... 6
3. Resultat ... 7
Prekliniska studier ... 7
Kliniska studier ... 8
4. Diskussion ... 11
5. Slutsats ... 13
6. Tack ... 13
7. Referenser ... 14
2 Ordlista
PD Parkinsons disease
CB Cannabinoidreceptor
CB1 Cannabinoidreceptor typ 1
eCB Endocannabinoid
ECS Endocannabinoida systemet
6-OHDA 6-hydroxydopamin
SN Substantia nigra
GP Globus pallidus
eGP External globus pallidus
iGP Internal globus pallidus
SNpr Substantia nigra pars reticulata
MSNs Medium spiny neurons
LID Levodopa induced dyskinesia
D1 och D2 Dopamin 1 och dopamin 2 receptor
1
1
1. Introduktion
1.1 Bakgrund
I basala ganglia är cannabinoidreceptor som mest uttryckt i striatala neuron tillsammans med dopamin 1 (D1) och dopamin 2 (D2) receptorer vilket gjort att cannabinoida receptor 1 (CB1) blivit ett intressant mål när det gäller behandling mot motoriska symtom vid Parkinsons sjukdom (PD). Ett flertal studier har visat att det sker en uppreglering av CB1 receptorerna och deras aktivitet i vissa delar basala ganglia hos 6-OHDA behandlade råttor [1,2,3,] samt hos PD patienter och MPTP-behandlade silkesapor [4.5,6]. En studie visar även att denna uppreglering återgår mot kontrollvärdet vid behandling med L-dopa [5], men det finns även studier som tyder på det motsatta [7]. Detta gör att man tror att dopamin kan ha en nedreglerande roll över CB1 så när ett kraftigt bortfall av
dopaminerga neuron sker, som vid PD, ökar uttrycket av CB1 och huruvida denna uppreglering kompenserar för bortfallet av dopamin eller bidrar till sjukdomsbilden vid PD är ännu oklart. De flesta studier tyder på att uppregleringen av CB1 har en negativ inverkan på sjukdomsbilden. CB1 har en direkt regulatorisk effekt på GABA och Glutamat och finns uttryckt på dessa neuron samt har forskare sett att CB1 aktivering ökar
koncentrationen av GABA genom att minska upptaget samt öka frisättningen [8].
1.2 Parkinsons sjukdom
PD är en neurodegenerativ sjukdom som drabbar 1,5/1000 personer där debutålder ofta är från 55 år och uppåt. De motoriska symtomen består av svårigheter att initiera rörelse samt ofrivilliga rörelser. De fyra kardinalsymtom som förknippas med PD är vilotremor, brady/hypokinesi, rigiditet och postural instabilitet. Vilotremor börjar vanligen i
arm/hand som fingrar (pillertrillartremor) och upphör vid rörelse och sprids sedan till benet på samma sida och ibland käke. Bradykinesi är långsamma rörelser och minskade medrörelser vilket resulterar i kort steglängd, startsvårigheter, försämrad handmotorik och att dagliga sysslor tar betydligt längre tid. Rigiditet uppstår av ett ökat motstånd vid passiv rörelse över led och kugghjulsliknande motstånd. Postural instabilitet innefattar nedsatta jämvikts korrigerande reflexer vilket orsakar en ökad fallbenägenhet. Förutom dessa kardinalsymtom förekommer även sömnstörningar, depression, fotdystoni och nedsatt luktsinne [9].
Basala ganglierna planerar, anpassar och genomför alla former av rörelser. Vid PD förtvinar de dopaminerga neuronen långsamt och symtom uppträder ofta inte förrän några år då stor del av dopamincellerna är borta. Det är substantia nigra (SN) som degenereras och minskar vilket ger lite dopamin som i sin tur leder till en överdriven inhibering av rörelser, Se figur 1. En basal utredning tillsammans med noggrann anamnes och undersökning avbildning av hjärnan för att utesluta andra sjukdomar [10].
Sjukdomsförloppet kan delas in i tre olika faser när det gäller läkemedelsbehandlingens effekt; under första fasen fungerar läkemedelsbehandlingen mycket bra och patienten besväras inte så mycket av sjukdomen, fluktuations fasen sitter läkemedelseffekter inte i lika bra och symtomen återkommer i perioder trots behandling och sista fasen är
komplikationsfasen då ytterligare symtom tillkommer som ytterligare rörelsesvårigheter samt psykiska symtom och läkemedelsbehandlingens effekt fungerar endast i perioder.
De psykiska symtomen tillkommer när sjukdomen även har drabbat andra transmittorsubstanser än dopamin, som acetylkolin och serotonin [11].
Ofta söker patienten själv vård pågrund av ensida symtom som tremor, rigiditet eller hypokinesi. Om patienten har flera av kardinalsymtomen kan ofta diagnosen PD ställas direkt och behandling med Levodopa sätts in direkt. Vid osäkra fall kan längre utredning med MR-undersökningar samt SPECT-undersökningar styrka diagnosen och utesluta differentialdiagnoser [9].
2
Figur 1A. Visar hur den normala motorkontrollen sker. Cortex bestämmer om rörelse och skickar signal till muskulatur samt till striatum där signalen bearbetas med hjälp av SNFigur 1B. Hur signaleringen sker vid PD där det finns ett bortfall av dopamin.
Inhiberingen blir kraftigt förstärkt och en dämpning av systemet sker vilket ger bradykinesi.
3
1.3 LäkemedelsbehandlingBehandlingen som finns idag är symtomlindrande och inte sjukdomsmodifierande.
Levodopa är den mest effektiva medicinen som finns idag. Levodopa passerar blod-hjärn- barriären (BHB) och omvandlas i basala ganglierna till dopamin. Det finns många
problem med levodopabehandlingen, en kort halveringstid leder till komplexa dosering scheman och kosten styr upptaget av läkemedlet till stor del. Dyskinesier och
hyperkinesier som är ofrivilliga rörelser kan uppstå och har koppling till behandlingen och sjukdomsgraden. En ökad dopaminstimulering kan även leda till hypersexualitet samt dopaminergt dysregleringssyndrom som innefattar stereotypa beteenden och upprepande av mönster. Trots biverkningarna är det viktigt att behandling sätts in så tidigt som möjligt samt med kombinationsbehandlingar för att undvika för höga enskilda doser, se tabell 1.
COMT och MAO-B hämmare sätts in för att minska nedbrytningen av levodopa och dopamin så en lägre dos krävs. Olika orostillstånd som uppstår behandlas vanligen med SNRI eller oxazepam [10].
Tabell 1. Läkemedelsbehandling vid PD. Sammanfattning av läkemedelsverkets behandlingsstrategier vid PD i olika stadier [10].
Läkemedels
grupp Milda symtom (någon av
behandlingarna väljs som monoterapi)
Avancerade symtom (kombinations behandling)
Avancerade symtom + dosglapp
MAO-B / COMT-
hämmare Selegilin 5-10mg/dag Rasagilin 1mg/dag
Selegilin 5- 10mg/dag
Rasagilin 1mg/dag
Rasagilin 1mg/dag
Dopamin
agonist
Pramipexol 1-2mg/dag Ropinirol 3-12mg/dag
Pramipexol 1- 2mg/dag Ropinirol 3- 12mg/dag
Pramipexol 1-2mg/dag Ropinirol 3-12mg/dag
Levodopa 200-300mg /dag 200-300mg /dag 200-500mg /dag
fördelad på 3-5 tillfällen.
Depotberedning till natten.
Apomorfin ---- Som akutmedicinering
vid behov.
4
Det finns endast generella riktlinjer som följs idag när behandling för Parkinson sätts in men varje individ måste få en skräddarsydd behandlingsplan. Olika läkemedel tolereras olika hos individer och det finns en mängd olika faktorer som läkaren måste ta ställning till när det gäller behandlingsstrategi samt noggrann uppföljning och nära kontakt med patienten är ett måste för att kunna optimera behandlingen. Behandlingen som finns tillgänglig idag är effektiv till en viss grad men har brister. Första tiden fungerar behandlingen väldigt bra men med tiden kommer doserna att behöva höjas och biverkningar och dosglapp blir väldigt besvärande för patienten.1.4 Det endocannabinoida systemet
Cannabinoider är ett samlingsnamn för de molekyler som binder till de cannabinoida receptorerna i kroppen. ECS har under de senaste 20 åren kartlagts och många studier har gjorts för att förstå dess roll i nervsystemet. ECS har till stor del en regulatorisk roll och har inverkan på humör, kognition, motorisk kontroll, smärta och aptit.
Endocannabinoider (eCB) syntetiseras i kroppen från lipider och Arachidonyl ethanolamide (anandamide, AEA), 2-arachidonyl glycerol (2-AG), O-arachidonyl
ethanolamine (virodhamine) och 2-arachidonyl glyceryl eter (noladin eter) är några av de större grupperna av eCB. Dessa cirkulerar både perifert men främst i hjärnan och
anandamide är den cannabinoid som finns mest av i de regioner som kontrollerar rörelse som globus pallidus (GP) och substantia nigra (SN) [12]. Fytocannabinoider kommer från växtriket och hundratals syntetiska cannabinoider har framställts i forskningssyfte. ECB är fettlösliga molekyler som frisätts från postsynaptiska membranet direkt till den synaptiska klyftan där de verkar genom feedbackmekanism genom att binda till cannabinoida receptorer (CB) på det presynaptiska neuronet. Detta minskar kalciuminfluxet i det presynaptiska neuronet vilket orsakar en minskning av neurotransmittorfrisättning och därmed minskad signalering och aktivering av det postsynaptiska neuronet [13]. CB är G-protein kopplade receptorer som vid aktivering triggar igång en kaskadreaktion som innefattar inhibering av adenylate cyclase,
inhibering av kalciumjonkanaler och aktivering av kaliumjonkanaler.
CB1 finns främst uttryckt i basala ganglia, hippocampus, cortex och cerebellum men finns även utspridd i hela centrala och perifera nervsystemet samt vissa organ. CB1 har en regulatorisk funktion och hjälper till att bibehålla homeostas i signaleringen genom att inhibera överdriven excitation eller inhibition. CB1 har hög densitet på presynaptiska glutaminerga och GABA-inerga terminaler där aktivering leder till minskad
neurotransmittor frisättning. CB1 finns även presynaptiskt på många olika
neurotransmittor neuron och kan därigenom reglera transmittorsubstanser som opioder, acetylkolin, 5-HT utöver GABA och glutamat. Cannabinoidreceptor typ 2 (CB2)
är involverad i immunsystemet och finns perifert i olika organ uttryckt på makrofager och lymfocyter [4][14].
1.5 Dopamin- och cannabinoid-systemets samspel.
De dopaminerga neuron som man finner i CNS, främst de nigrostriatala dopaminerga neuronen, har en koppling till cannabinoiderna trots att dessa celler inte tycks uttrycka cannabinoida receptorer. Det förefaller vara en indirekt reglering som sker genom glutamat och främst GABA. Ett flertal studier har påvisat en hypokinetisk effekt som kan kopplas till vissa CB1 agonister och vid hyperkinetiska tillstånd ses ett överflöd av
dopamin samt vid ett hypokinetiskt tillstånd, som PD, ses en överaktivering av ECS. eCB tros kunna frisättas från dopaminerga neuroner för att aktivera CB1 som i sin tur ökar eller minskar glutamat/GABA. Pågående forskning kan ha hittat en länk som gör att cannabinoidernas inverkan på dopamin skulle kunna vara direkt. Anandamid som är en av de mest studerade eCB har visat sig binda till TRPV1 receptorn som man har funnit i basala ganglia inklusive nigrostriatala dopaminerga neuron. Forskare som studerade
5
detta fann att aktivering av dessa receptorer resulterade i hypokinesi hos råtta samt minskad aktivitet hos dopaminerga neuron [15].1.6 Syfte
Syftet var att ta reda på om dopamin och ECS har en koppling mellan varandra och om det skulle kunna utnyttjas i läkemedelsbehandlingen av PD. Behandlingen som finns idag är effektiv till en viss grad men med tiden kommer effekten av behandlingen avta och doserna måste höjas vilket leder till besvärande biverkningar. Vissa patienter är oroliga för att påbörja behandling med Levodopa pågrund av problematiken med LID. Att hitta en behandling som kan ersätta Levodopa eller som kan minska Levadopa doseringen skulle kunna innebära ett mindre lidande för patienterna.
Frågeställningen med denna studie var att undersöka om det sker en förändring av CB1 i basala ganglia till följd av ett bortfall av dopaminerga neuron, som vid Parkinsons sjukdom eller vid olika Parkinson modeller på djur.
6
2. Metod
En litteraturstudie på vetenskapliga artiklar som hittades genom sökningar i databasen Pubmed enligt tabell 2. Artiklarna som valdes ut för att besvara frågeställningarna och som tas upp i resultatdelen är alla originalartiklar utförda efter 1990. En artikel är även hämtad från arkiv på universitetsbiblioteket och finns inte att tillgå online. De
inklusionskriterier som tillämpats är följande; orginalartikel som studerat cannabinoid receptor typ 1 i basala ganglia vid bortfall av dopaminerga neuron. Bortfallet av den nigrostriatala dopaminerga signaleringsbanan ses vid parkinsons sjukdom på människor där en studie med hjälp av MRI kunnat studiera CB1 in vivo sant en studie på människa in vitro efter dödsfall. Prekliniska studier som inkluderats har framkallat parkinsonism genom injektion av 6-OHDA eller MPTP.
Artiklar som används som källa för information har hittats genom slagningar i Pubmed samt kursmaterial, böcker och Läkemedelsboken.
Tabell 2. sökningar i pubmed.
datum sökord antal träffar vald referens
190215 Changes, CB1, 6-OHDA 6 1, 7, 8.
190202 Parkinsons disease, CB1, changes 34 4,5
190315 CB1 mRNA, caudate putamen 31 6
190315 CB1 mRNA, 6-OHDA 1 1
CB1 mRNA level, dopaminergic 33 2,
7
3. Resultat
3.1 Prekliniska studier
Studier som utförts på råttor och framkallat bradykinesi genom att injicera 6-
hydroxydopamine i striatum som är ett nervgift som bryter ner de dopaminerga neuronen har funnit att CB1 aktivitet och uttryck förändras i olika delar av basala ganglia. En studie studerade hur CB1 uttrycket förändras över tid efter intrastriatal injektion med 6-OHDA och fann att CB1 uttrycket ökade kraftigt en dag efter injektionen men minskade sedan gradvis, främst i interna globus pallidus (iGP) såg man en tydlig reduktion av CB1 uttryck (tabell 3) [1].
Tabell 3. Immunohistokemi Analys av CB1 uttrycket i basala ganglia 1, 5, 10, 20, 60 dagar efter injektionen (DPL) med 6-OHDA. Kontrollvärde på frisk hjärnhalva: 1.
struktur 1 DPL 5 DPL 10 DPL 20 DPL 60 DPL
DL striatum 1,03 1,02 1,03 0,99 0,99
eGP 1,45 ↑↑↑↑ 1,29 ↑↑ 1,13 ↑ 1 0,86 ↓
iGP 1,52 ↑↑↑↑ 0,83 ↓ 0,74 ↓↓ 0,41 ↓↓↓ 0,42 ↓↓↓
SNpr 0,92 0,84 ↓ 0,65 ↓↓ 0,6 ↓↓↓ 0,61 ↓↓↓
↑↑↑↑/↓↓↓↓ mycket stor ökning/minskning, ↑↑↑/↓↓↓ stor ökning/minskning, ↑↑/↓↓
medelstor ökning/minskning, ↑/↓ liten ökning/minskning.
En annan studie som utfört 6-OHDA injektionen i mediala framhjärnsbunten studerade hur CB1 mRNA förändrades i caudate putamen samt hur dess aktivitet förändrades efter bortfallet av den nigrostriatala dopaminerga neuron. Råttorna delades in i två grupper och avlivades efter 7–10 veckor eller 17–18 veckor för att se om någon ytterligare förändring skedde en längre period efter ingreppet. Ingen förändring hittades jämfört med kontroll när det gällde receptorns bindningsförmåga eller aktivitet i
signaleringsmekanismer men en signifikant ökning av CB1 mRNA kunde fastställas i caudat putamen (p<0,0005). Ökningen var störst 7–10 veckor efter ingreppet och uppregleringen avtog sedan när man studerade djuren 17–18 veckor efter injektionen, se tabell 4, [2].
Tabell 4. CB1r mRNA i caudate putamen efter 6-OHDA injektion (kontrollvärde).
Hjärnregion lesion (icke lesion) 7-10 veckor 17-18 veckor
L. caudate putamen 56,8 (41) 36,4 (29,6)
M- caudate putamen 30,6 (16,4) 19,0 (13,6)
En ökning av CB1 aktiviteten kunde även ses i en studie där silkesapor behandlats med MPTP som har en likartad effekt som 6-OHDA (bryter ner dopaminerga neuron). En frisk kontrollgrupp, en MPTP behandlad grupp samt en grupp med MPTP + levodopa
behandling studerades. I denna studie jämfördes även individer som avlidit i PD. Fem
8
kontroller som avlidit av annan orsak utan känd neurologisk sjukdom jämfördes med sju hjärnor från individer med bekräftad PD. Alla patienter stod pålevodopabehandling. Med hjälp av audio radiogram kunde CB1 aktiviteten mätas. En CB1 agonist användes för att studera bindning och signalering mekanism mättes i närvaro av agonist och GTP bindande protein. Resultatet visade hos PD patienterna var stimulering av GTP bindande protein signifikant högre i caudate nucleus, putamen samt laterala GP och SN. En ökning av inbindningen av receptorn kunde även ses i caudate nucleus samt putamen. MPTP-behandlande silkesapor hade högre grad av inbindning till CB1 jämfört med kontroll samt visade de högre inbindning till GTP bindande protein i främst
putamen men även caudate nucleus. Gruppen apor som behandlats med L-dopa hade värden som närmade sig kontrollvärden [5].
En studie som studerat 6-OHDA injicerade råttor in vivo med hjälp av CB1 selektiv radioligand och PETscanner kom fram till att densiteten av CB1 receptorerna ej var förändrade trots ett totalt bortfall av dopaminerga neuron [7]. Vanderhaeghen et.al utförde en in situ hybriditions studie på 6-OHDA injicerade råttor med syfte att studera CB1 mRNA i caudate putamen efter bortfall av dopaminerga neuron. Råttorna studerades fyra veckor efter ingreppet med 6-OHDA och resultatet i denna studie visade på en tydlig ökning av CB1 mRNA i caudate-putamen jämfört med den intakta hjärnhalvan. Denna studie fastställde även resultatet genom att jämföra 6-OHDA gruppen med en grupp råttor som behandlats med dopamin D1 och D2 antagonister i 4 veckor före obduktion.
Även där sågs en tydlig ökning av CB1 mRNA i caudate putamen hos de som behandlats med D1 och D2 antagonist. [3]. En annan studie har hittat ett samband mellan CB1 och GABA. Råttor som enligt 6-OHDA Parkinson modellen har ett bortfall av de nigrostriatala dopaminerga neuronen får ett minskat upptag av GABA samt ökad frisättning i globus pallidus när CB1 + D2 aktiverats [8].
3.2 Kliniska studier
Studie gjord på patienter med PD för att undersöka CB1 receptornivåerna i hjärnan jämfört med friska kontroller. I studien ville man se om det fanns ett samband mellan CB1 receptor tillgängligheten och Levodopa-inducerad dyskinesi (LID). 29 patienter med PD valdes ut i tre olika sjukdomsstadier; en grupp där patienter med ett tidigt stadie av PD med sjukdom <5 år och patienter med avancerad PD med LID med sjukdomsförlopp
>5 år samt patienter med avancerad PD utan LID med sjukdom >5 år. Grupp ett som var i tidigt stadium av PD stod ej på Levodopabehandling, grupperna med avancerad PD stod på Levodopabehandling samt dopaminagonist, entacapone, amantadine, selegiline.
Exklusionskriterier var neuropsykiatriska sjukdomar, andra omfattande medicinska tillstånd, drog och alkoholmissbruk. 12 matchande kontroller valdes ut med avseende på ålder och kön. En CB1 receptor selektiv radioligand, [18F] MK-9470, injicerades
intravenöst och med hjälp MRI kunde in vivo bilder erhållas av hjärnan och CB1 aktiviteten.
Reultatet visade att PD patienter hade en minskad CB1 tillgänglighet i mitthjärnan inkluderat SN och detta gällde alla tre grupper med PD jämfört med kontroll. Patienter med tidig PD hade ökad tillgänglighet i putamen, anterior insula, prefrontal cortex, hippocampus och gyrus cinguli. Denna ökning hittades även i de med avancerad PD.
Inget samband mellan CB1 tillgänglighet och LID hittades.
Forskarna i denna studie kom fram till att det fanns tydliga förändringar i CB1
tillgängligheten i basala ganglia hos personer med PD. Förändringarna sågs i ett tidigt
9
stadium av PD hos patienterna som ej stod på Levodopabehandling vilket tyder på att dessa förändring sker i ett tidigt stadium av sjukdomen [4].I en studie togs hjärnvävnad från tio patienter som avlidit med PD och åtta kontroller utan känd neurologisk sjukdom användes i studien. PD gruppen hade en medelålder på 77,3+-2,6 år och kontrollgruppen var 71,9+-3,4 år. Parkinson patienterna hade levt med sjukdomen i 12,4+-2,3 år och alla stod på behandling med Levodopa och dopamin agonist. Diagnosen bekräftades vid obduktion genom fynd av Lewy bodies i SN och locus coeruleus. Vävnader från nucleus accumbens, putamen, GP och SN avlägsnades. Genom PCR kunde mängden av CB1 receptor mRNA kalkyleras för varje prov sample som procent av bactin mRNA level (referensgen).
Resultatet visade att CB1 receptor mRNA hittades i alla de undersökta hjärnvävnaderna med högst densitet i striatala vävnaden, 94–119%. I den externa delen av GP och SN var CB1 mRNA 122% och 104% av bactinvärdet och i den interna delen lite lägre, 85- och 81%. Hjärnvävnaderna från PD patienterna hade en signifikant reduktion av CB1 receptor mRNA i anterior (5,874, P=0,046) och posterior (8,370, P=0,016) caudate nucleus samt anterior dorsal putamen (10,562 P=0,0175). I den extra striatala vävnaden var CB1 receptor mRNA signifikant lägre i GPe (17,475 P=0,003). Ingen signifikant skillnad kunde ses i nucleus accumbens, anterior posterior ventral putamen, internal segment globus pallidus samt SN [6].
Tabell 5. Sammanfattning av studier.
studie metod resultat
1. intrastriatal 6-OHDA injektion 6 mikrogram på råtta. obduktion 1,5,10,20,60 dagar efter ingrepp.
CB1 kvantifierades genom immunohistokemiska metod.
Ingen skillnad i CB1 uttryck hittades i striatum jämfört med intakt hjärnhalva.
I EGP sågs en ökning av CB1 från 1 till 10 dagar efter injektionen, därefter
minskade uttrycket under kontrollvärde.
IGP hade ökat uttryck 1 dag efter
injektionen, därefter reducerade värden.
SNpr minskade uttrycket från start.
2. Injektion av 8 mikrogram 6-OHDA i vänstra mediala framhjärnsbunten på råtta. Obduktion efter 7-8 veckor eller 17-18 veckor efter ingrepp. CB1 aktivitet fastställdes genom
audioradiografi och CB1 mRNA kvantifierades genom in situ- hybridisering.
Ökning av CB1 mRNA i caudat putamen, ökningen som störst 7-10 veckor.
Ingen signifikant skillnad aktivitet hos receptorn.
5. Neurotoxinet MPTP
administrerades till silkesapor med en dos på 2mg/kg i 5 dagar för att framkalla parkinsonism. Obduktion efter 12 månader. En grupp med kontroll samt en grupp som fick L- dopa behandling.
Ökad CB1 binding i caudate nucleus samt putamen. En ökning av
signaleringsmekanismer kunde även fastställas. Gruppen som erhållit L-dopa hade värden närmare kontroll.
7. Injektion av 24 mikrogram 6-OHDA i substantia nigra på råtta. In vivo studie kunde utföras med hjälp av radioligand specifik för CB1 och PET skanner. Bilder togs 5,8 och 9,2
Regionala bortfall av inbindning till CB1 i cerebellum samt caudate putamen men ingen signifikant skillnad i den totala inbindningen till receptor kunde ses.
10
veckoer efter ingreppet.3. injektion av 4 mikrogram 6-OHDA i mediala framhjärnsbunten på råtta.
Obduktion efter en månad.
Uppreglering av CB1 genuttryck i caudate putamen.
8. injektion av 8 mikrogram 6-OHDA i mediala framhjärnsbunten på råtta.
obduktion efter 8 dagar.
Aktivering av CB1 receptor ökar
frisättning samt minskar återupptaget av GABA i globus pallidus vilket ger en ökad koncentration av GABA i basala gangliga.
4. 29 patienter i olika stadier av PD mottog en injektion av en
radiotracer specifik för CB1 receptorn och MRI togs.
Minskning av CB1 tillgärnlighet i
substantia nigra. minskning oberoende av sjukdomsstadie.
Minskning av CB1 tillgängliget i mitthjärnan.
Ökning av CB1 tillgänlighet i putamen.
6. Hjärnvänvad från avlidna
parkinsonpatienter jämfördes med hjärnanvävnad från kontroll. PCR användes för analys av antal CB1R mRNA.
Personer med parkinson har minskat uttryck av CB1r mRNA i caudate nucleus, anterior dorsal putamen och external globus pallidus.
11
4. Diskussion
Resultatet av denna litteraturstudie är väldigt svårt att samla ihop till en enda slutsats.
Studierna är likvärdiga när det gäller metoder och frågeställning men det finns så otroligt många faktorer som kan inverka på resultatet och därför är det väldigt svårt att säga vad som faktiskt är gör att resultaten är så spridda som de är. Alla studierna i denna uppsats är överens om att en förändring sker av CB1 vid bortfallet av dopamin och de flesta är överens om att en uppreglering av receptorn sker i putamen. Många av forskarna som varit involverade i studierna om CB1 beskriver liknande teorier att CB1 har en hämmande effekt på dopaminfrisättningen genom ökningen av koncentrationen av GABA men ändå tycks ingen kunna bevisa detta och på studier med agonister och antagonister till CB1 är resultaten ännu mer spridda.
Hos patienter med PD kommer den nigrostriatala signaleringsvägar att degenereras och endast några få procent av SN finns kvar, detta leder till att dopamin som har regulatorisk roll i den motoriska funktionen försvinner och en överdriven inhibering av talamus leder till dyskinesier som ses hos patienterna. De cannabinoida receptorerna har även dom en regulatorisk roll och de är främst placerade på GABA-inerga spiny medium neurons (MSNs). Den direkta vägen sker genom att SN skickar ut dopamin till D1 i striatum som via SNr/GPi med hjälp av GABA minskar inhiberingen av talamus. Den indirekta vägen sker genom GPe och subtalamic nucleus som aktiveras av D2 receptorer. Den indirekta och den direkta vägen motverkar varandra genom att den direkta vägen exciterar talamus och den indirekta inhiberar. När dopamin försvinner som det gör i PD kommer en
obalans att ske mellan den direkta och indirekta vägen vilket leder till en överaktiv GPi och därmed inhibering av talamus och därmed bradykinesi. En studie har funnit att CB1 receptorer finns på presynaptiska MSNs som aktiverar GPi/e och SNpr. Även på
kortikostriatala excitatoriska glutaminerga terminaler samt excitatoriska förlängningar av subtamalic nucleus till GPi/SNpr. CB1 roll är retrograde signaling både som inhibitorisk och excitatorisk [15].
Anandamid har som högst koncentration i basala ganglia har visats ha ett direkt samband mellan dess frisättning och dopamin. I en studie har det visats att frisättningen av
anandamid ökade åtta gånger i striatum vid samtidig administrering av
dopaminagonister hos råtta [15]. Eftersom aktivering av CB1 i leder till en ökad koncentration av GABA innebär det att CB har en indirekt inhibitorisk effekt på frisättningen av neurotransmittorsubstanser. När dopamin finns i väldigt hög koncentration aktiverar detta frisättningen av anandamid som aktiverar CB1 och
frisättningen av GABA leder till inhibering av SN. Vid Parkinson när dopaminnivåerna är väldigt låga kommer troligen anandamid koncentrationen minska och en uppreglering av CB1 sker för att kunna kompensera för den minskade frisättningen av dopamin och därigenom anandamid. Min teori är att om man använder sig av en CB1r antagonist bör detta blockera inhiberingen av SN och därmed ge en ökad koncentration dopamin. Detta borde då även fungera som ett bra komplement till Levodopabehandlingen som finns tillgänglig idag. En lägre dos Levodopa skulle innebära att problematiken med LID skulle minska.
I studien av Hernandez från 1996 konstateras det att aktivering av CB1 i globus pallidus leder till minskat upptag av GABA som då leder till en hämning av dopaminfrisättningen.
De har även kommit från till att aktivering av CB1 leder till ökad frisättning av GABA vilket motsätter sig mot andra studier [8]. Den ökade frisättningen som dom sett har däremot endast kunnat styrkas vid samtidig aktivering av D2 receptor och inte om dopaminreceptorn har blockerad. Alltså så har CB1 både en inhibitorisk och excitatorisk effekt på GABAinerga neuron, detta borde då gälla på andra transmittorsubstanser där CB1 finns uttryckt på neuronet.
12
Stimulering av presynaptiska CB1 receptorer i GP kan öka GABA genom att minska upptaget. Stimulering av D2 samt CB1 ger inhiberad motorrespons och aktivering av CB1 och D1 leder till ökad motorrespons. Eftersom CB1 receptorerna är placerade på både excitatoriska glutaminerga neuron samt inhiberade GABAinerga neuron är det svårt att hitta ett sätt att utnyttja dessa receptorer som ett mål för läkemedelsbehandling. Studier som gjorts på CB1 agonister och antagonister har visat ett tvetydigt resultat vilket man kan förvänta sig med tanke på spridningen. Flest studier tyder ändå på att CB1antagonister har bäst effekt på motoriska symtom [18,19,20,21].
Djurmodellen av PD som använder sig av neurotoxin för att degenerera dopamincellerna och den dopaminerga banan framkallar bradykinesi som är ett typiskt parkinsonistiskt symtom. Studierna jag använt mig av är jämförbara då de använder sig av en erkänd metod och kontrollerar resultatet genom rörelsetester för att se att toxinet har verkat som det ska. Däremot kan det inte sägas att detta resultat är helt jämförbart med PD eftersom detta endast visar en del där dopaminet försvinner. Detta sker på en mycket kort period och undersökningarna som gjorts har utförts dagar till veckor efter ingreppet vilket skiljer sig från PD patienter som varit sjuk flera år. Vilken betydelse detta har är svårt att
spekulera i men en tanke är såklart att det tar tid för hjärnan att anpassa sig efter förlusten av dopamin.
När man jämför de olika studiernas tid efter ingreppen kan man se att tidsaspekten har betydelse för resultatet. En uppreglering av CB1 kan ses väldigt direkt efter ingreppet och uppregleringen ökar fram till ungefär två till tre månader efter ingreppet och avtar sedan fram till vecka 17-18 i caudate putamen[1, 2]. En tanke angående detta är att eftersom eCB frisätts samtidigt som frisättningen av dopamin för att reglera
dopaminkoncentrationen genom GABA. Vid bortfall av dopamin regleras först CB1 upp för att lättare kunna aktiveras av den mindre halten dopamin men efter längre period har så ökar halten GABA mer och dopamin minskar så kroppen anpassar sig efter denna förändring och nedreglerar CB1 receptorerna för att inte hämma dopamin ytterligare.
Bortfallet av CB1 i delar av striatum och SN som visats på både djurstudier och kliniska studier [1, 4, 6] tror jag endast beror på att dessa delar bryts ner och minskar i storlek vid PD och med neurotoxinet. Studierna som analyserats i denna studie har använt sig av samma metod för att framkalla parkinsonism men några av studierna har studerat vilken aktivitet och inbindningsförmåga receptorn har [2, 5,] vissa har studerat dess
koncentration i de berörda delarna genom att se mRNA [1,3,5] eller med hjälp av radiotracer [7]. Det som egentligen är mest intressant ur min synvinkel för just denna frågeställning är hur aktiviteten på receptorn förändras. Eftersom dess koncentration egentligen inte kan tala om så mycket mer än att den har en koppling till dopamin och när dopamin förändras ändras receptorns densitet i olika delar av basala ganglia. Detta är något som kan fastställas genom många olika studier men vilken roll och anledning som står bakom förändringen har visat sig vara komplicerat att svara på just eftersom
förändringarna skiljer sig åt mellan olika tidpunkter, delar av hjärnan samt många andra faktorer.
Sista studien på mänskliga hjärnprover visade en minskning av CB1 mRNA främst i striatala delar av hjärnan hos PD patienter jämfört med kontroll men även i eGP [6]. En anledning till det resultatet skulle kunna vara degenereringen av hjärnsubstans som gjort att hjärnan helt enkelt minskar i storlek och därmed bortfallet men eftersom
minskningen även kan ses i GP och att SN är oberörd tyder på motsatsen. Anledningen till att denna studie visar på en minskning av CB1 mRNA till skillnad från djurstudierna som visar på ökning skulle kunna vara den höga dosen Levodopa som personerna stått på under en lång tid. Det är ju bevisat att när det finns mycket dopamin så minskar CB. En studie har visat att CB ökar i dessa regioner men vid tillägg av Levodopa normaliseras värdena igen. Kan kanske detta tyda på att CB skulle kunna hjälpa mot LID?
13
De studier som är utförda på PD patienter är väldigt få. Det finns väldigt många studier på olika agonister [16,17] antagonister [18, 19, 20, 21] till CB1 men resultaten har endast varit tvetydiga och inte visat någon viktig slutsats än. Jag anser att det första steget bör vara att kartlägga receptorn först för att förstå varför förändringarna sker och varför CB1 minskar samt ökar i de olika delarna av hjärnan. Efter det kan man gå vidare med att analysera vad som sker vid aktivering/inhibering av CB1 i de olika delarna var för sig.Men det är här svårigheten kommer in eftersom man måste hitta ett sätt att specificera inbindningen till de delar man studera och detta är ett stort och kanske omöjligt uppdrag.
De studier som visat att det finns en direkt reglering av dopamin av CB1 via TRPV1 receptorn har öppnat dörrarna för ett nytt mål i forskningen. Genom att aktivera denna receptor i dopaminerga neuron har man sett en minskning av dopamin så ett intressant mål i framtiden skulle vara att inrikta sig på dessa receptorer.
Det sammanställda resultatet i denna studie visar på en tydlig förändring av CB1 i basala ganglia med en nedreglering i de striatala delarna. Denna nedreglering har varit oklar om den beror på en ökad eller minskad aktivitet av den cannabinoida signaleringen och ingen av studierna jag har använt mig av har kunnat besvara den frågan. Om jag utgår från den informationen som finns tillgänglig om receptorn skulle min teori vara att nedregleringen beror på en överaktivering av CB1 i striatum. Med hjälp av en behandling med CB1
antagonist skulle motoriska symtom vid PD kunna lindras. Om CB1 blockeras kommer en minskad mängd GABA finnas tillgänglig vilket leder till minskad inhibering av talamus och frisättningen av dopamin. Det finns även många studier som styrker teorin om att en CB1 antagonist har denna positiva effekt på motorisk kontroll [21, 22, 23].
Cannabinoider är ett intressant läkemedelsmål i framtiden då receptorerna finns
placerade på områden som påverkas i en mängd olika sjukdomar och används redan idag inom olika typer av nerv- och cancersmärta. De cannabinoida receptorernas funktion är idag inte helt kartlagd och därför finns det en stor potential och motivering för fortsatta studier på dess potential i behandlingen av olika sjukdomar och tillstånd. Något som forskas mycket på idag är CB2 och dess antiinflammatoriska och nervskyddande egenskaper vilket kan få en stor roll i behandling av olika neurodegenerativa och inflammatoriska tillstånd i framtiden.
5. Slutsats
Slutsatsen av denna studie är att det finns en tydlig koppling mellan ECS och det
dopaminerga systemet. En förändring av CB1 sker i samband med bortfallet av dopamin.
Dessa förändringar ses i både djurstudier och hos personer med PD. En uppreglering av CB1 kan ses i putamen och en minskning i delar av striatum och SN. En framtida
läkemedelsbehandling av motoriska symtom vid PD skulle kunna vara att använda sig av en CB1 antagonist för att minska frisättningen av GABA och därmed minska den
överdrivna inhiberingen av talamus som sker vid PD samt öka frisättningen av dopamin.
6. Tack
Jag vill tacka min handledare i detta arbete, Olov Nilsson, för att ha guidat mig igenom detta ämne och kommit med bra synpunkter för hur arbetet ska läggas upp och vilka fallgropar som man kan undvika.
14
7. Referenser
1. Chaves-Kirsten G, Mazucanti C, Real C, Souza B, Britto L, Torrão A. Temporal Changes of CB1 Cannabinoid Receptor in the Basal Ganglia as a Possible Structure-Specific Plasticity Process in 6-OHDA Lesioned Rats. PLoS ONE 2013; 8(10): e76874.
2. Romero J, Berrendero F, Pe´rez-Rosado A, Manzanares J, Rojo A, Ferna´ndez- Ruiz J, de Ye´benes G, Ramos J. A. Unilateral 6-hydroxydopamine lesions of nigrostriatal dopaminergic neurons increased CB1 receptor mRNA levels in the caudateputamen. Life Sci 2000; 66 (6): 485–494.
3. Mailleux P, Vanderhaeghen J.J. Dopaminergic regulation of cannabinoid receptor mRNA levels in the rat caudate-putamen: an in situ hybridization study. J.
Neurochem 1993; 61 (5): 1705–1712.
4. Van Laere K, Casteels C, Lunskens S, Goffin K, Grachev I. Bormans G,
Vandenberghe W. Regional changes in type 1 cannabinoid receptor availability in parkinsons disease in vivo. Neurobiology of aging 2012; 33 (3): 620.
5. Lastres-Becker I, Cebeira M, de Ceballos M, Zeng B.-Y, Jenner P, Ramos J. A, Ferna´ndez-Ruiz J. J. Increased cannabinoid CB1 receptor binding and activation of GTP-binding proteins in the basal ganglia of patients with Parkinson’s disease and MPTPtreated marmosets. Eur J Neurosci 2001; 14 (11): 1827–1832.
6. Hurley M, Mash D, Jenner P. Expression of cannabinoid CB 1 receptor mRNA in basal ganglia of normal and parkinsonian human brain. Journal of Neural Transmission 2003; 110(11): 1279-1288.
7. Casteels, Lauwers E, Baitar A, Bormans G, Baekelandt V, Van Laere K. In vivo type 1 cannabinoid receptor mapping in the 6-hydroxydopamine lesion rat model of Parkinson's disease. Brain Research2010; 1316: 153-162.
8. Muñoz‐Arenas G, Paz‐Bermúdez F, Báez‐Cordero A, Caballero‐Florán R, González‐Hernández B, Florán B, Daniel Limón I. Cannabinoid CB 1 receptors activation and coactivation with D 2 receptors modulate GABA ergic
neurotransmission in the globus pallidus and increase motor asymmetry. Synapse 2015; 69(3): 103-114.
9. H.widner, C. Marktorp. Parkinsons sjukdom. Läkemedelsboken.se.
Läkemedelsverket. Hämtat från:
https://lakemedelsboken.se/kapitel/neurologi/parkinsons_sjukdom.html?search
=parkinsons&id=r5_2#r5_2 [uppdaterad 2015-07-09, Citerad 2019-02-05]
10. Läkemedelsbehandling vid Parkinsons sjukdom. Läkemedelsverket.se. Hämtad från https://lakemedelsverket.se/upload/halso-och-
sjukvard/behandlingsrekommendationer/rek_parkinson2008_bokm.pdf [uppdaterad 2008-04-09, hämtad 2019-03-05]
11. Vad är Parkinson. Parkinsonförbundet.se. Hämtad från:
http://www.parkinsonforbundet.se/meny2/Om%20Parkinsons%20sjukdom/Vad
%20%E4r%20Parkinson.html [uppdaterad 2014-08-04, hämtad 2019-04-20]
12. More, S.V, Choi DK. Promising cannabinoid-based therapies for Parkinson’s disease: motorsymptoms to neuroprotection. Mol Neurodegeneration (2015) 10:
17.
15
13. Di Marzo V. Endocannabinoid signaling in the brain: biosynthetic mechanisms inthe limelight. Nature Neuroscience 2010; 14(1)
14. Howlett AC, Abood ME. CB1 and CB2 Receptor Pharmacology. Adv Pharmacol 2017; 80: 169-206.
15. García C, Palomo‐Garo C, Gómez‐Gálvez Y, Fernández‐Ruiz J. Cannabinoid–
dopamine interactions in the physiology and physiopathology of the basal ganglia.
British Journal of Pharmacology 2016; 173(13): 2069-2079.
16. García C, Palomo‐Garo C, García‐Arencibia M, Ramos, Pertwee R, Fernández‐ 9 ‐ THCV in animal models of Parkinson's disease. British Journal of Pharmacology 2011; 163(7): 1495-1506.
17. Chagas M, Zuardi A, Tumas V, Pena-Pereira M, Sobreira E, Bergamaschi M Crippa J. Effects of cannabidiol in the treatment of patients with Parkinson’s disease: An exploratory double-blind trial. Journal of Psychopharmacology 2014; 28(11):
1088-1098.
18. Kelsey J.E, Harris O, Cassin J. The CB 1 antagonist rimonabant is adjunctively therapeutic as well as monotherapeutic in an animal model of Parkinson's disease.
Behavioural Brain Research 2009; 203(2): 304-307.
19. Di Marzo V, Hill MP, Bisogno T, Crossman AR, Brotchie JM. Enhanced levels of endogenous cannabinoids in the globus pallidus are associated with a reduction in movement in an animal model of Parkinson’s disease. FASEB J. 2000; 14: 1432–
8.
20. Giuffrida A, Parsons LH, Kerr TM, Rodriguez de Fonseca F, Navarro M, Piomelli D. Dopamine activation of endogenous cannabinoid signaling in dorsal striatum.
Nat Neurosci. 1999; 2: 358–63.
21. Huang P, Liu-Chen LY, Unterwald EM, Cowan A. Hyperlocomotion and paw tremors are two highly quantifiable signs of SR141716-precipitated withdrawal from delta9-tetrahydrocannabinol in C57BL/6 mice. Neurosci Lett. 2009; 465:
66–70.
22. Fernandez-Espejo E, Caraballo I, de Fonseca F.R, El Banoua F, Ferrer B, Flores J.A, et al. Cannabinoid CB1 antagonists possess antiparkinsonian efficacy only in rats with very severe nigral lesion in experimental parkinsonism. Neurobiol Dis 2005; 18: 591-601.
23. Gonzalez S, Scorticati S, Garcia-Arencibia M, Miguel R, Ramos J.A. Fernandez- Ruiz A. Effects of rimonabant, a selective cannabinoid CB1receptor antagonist, in a rat model of Parkinson's disease Brain Res 2006; 1073-1074: 209-219.
24. Kelsey J.E, Mague S.D, Pijanowski R.S, Harris R.C, Kleckner N.W,
Matthews R.T. NMDA receptor antagonists ameliorate the stepping deficits produced by unilateral medial forebrain bundle injections of 6-OHDA in rat.
Psychopharmacology 2004; 175: 179-188.
Institutionen för farmakologi och klinisk neurovetenskap Umeå Universitet
901 87 Umeå www.umu.se
