Uno studio condotto da ricercatori negli Stati Uniti e nel Regno Unito ha rivelato un meccanismo precedentemente sconosciuto attraverso il quale il cannabidiolo (CBD), un componente non psicoattivo della cannabis, riduce le convulsioni in molte forme di epilessia pediatrica resistenti al trattamento tradizionale.
Condotto da ricercatori della NYU Grossman School of Medicine, il nuovo studio, su dei roditori, ha scoperto che il CBD bloccava i segnali trasportati da una molecola chiamata lisofosfatidilinositolo (LPI) nei neuroni. Si ritiene che l’LPI amplifica i segnali nervosi come parte della normale funzione, ma può essere dirottato dalla malattia per provocare convulsioni.
La nuova ricerca ha confermato una precedente scoperta secondo cui il CBD blocca la capacità dell’LPI di amplificare i segnali nervosi nell’ippocampo del cervello e sostiene per la prima volta che l’LPI indebolisce anche i segnali che contrastano le convulsioni, spiegando ulteriormente il valore del trattamento con CBD.
«I nostri risultati approfondiscono la comprensione del campo di un meccanismo centrale che induce le crisi, con molte implicazioni per la ricerca di nuovi approcci terapeutici», ha affermato l’autore Richard W. Tsien, PhD, presidente del Dipartimento di Fisiologia e Neuroscienze presso la NYU Langone Health. «Lo studio ha anche chiarito non solo il modo in cui il CBD contrasta le convulsioni, ma più in generale il modo in cui i circuiti sono bilanciati nel cervello. Squilibri correlati sono presenti nell’autismo e nella schizofrenia, quindi lo studio potrebbe avere un impatto più ampio».
Questa immagine al microscopio della regione del cervello chiamata ippocampo mostra la proteina presa di mira dal CBD derivato dalla cannabis, GPR55 (rosso) e le cellule cerebrali (blu) che inviano le loro estensioni per formare gli strati visti nell’immagine. La natura interconnessa dell’ippocampo lo rende un sito importante per l’inizio e la diffusione delle crisi epilettiche. [Tsien et al., per gentile concessione di Cell Press].
Tsein, insieme ai colleghi della NYU Langone e a collaboratori negli Stati Uniti e nel Regno Unito, hanno raccontato il loro lavoro su Neuron, in un articolo intitolato “Il cannabidiolo modula il rapporto eccitatorio-inibitorio per contrastare l’iperattività dell’ippocampo”.
Quando un neurone “si attiva”, invia un impulso elettrico lungo un’estensione di se stesso fino a raggiungere una sinapsi, lo spazio che collega un neurone alla cellula successiva in un percorso neuronale. Quando l’impulso elettrico raggiunge l’estremità della cellula prima della sinapsi, innesca il rilascio di neurotrasmettitori che attraversano lo spazio vuoto per raggiungere la cellula successiva. Dopo aver attraversato questa sinapsi, tali segnali incoraggiano la cellula successiva ad attivarsi (eccitazione) o applicano i freni all’attivazione (inibizione). L’equilibrio tra i due è essenziale per la funzione cerebrale; un’eccessiva eccitazione favorisce le convulsioni e uno squilibrio tra inibizione ed eccitazione è implicato anche in altri disturbi.
«I circuiti neuronali richiedono la coordinazione tra l’eccitazione sinaptica (E) e l’inibizione (I) per un corretto funzionamento», hanno scritto gli autori, «e le interruzioni nel rapporto eccitatorio-inibitorio (E:I) contribuiscono all’epilessia, ai disturbi dello spettro autistico e schizofrenia.»
Ma mentre è stato dimostrato che il cannabidiolo riduce le convulsioni in molteplici forme di epilessia pediatrica, i meccanismi dell’azione anticonvulsivante rimangono poco chiari. «Nei modelli preclinici, il CBD riduce le crisi epilettiche ricorrenti spontanee e regola il rapporto E:I nelle crisi acute; tuttavia, la segnalazione molecolare alla base delle azioni anticonvulsivanti del CBD rimane poco definita».
I possibili bersagli terapeutici del CBD comprendono canali ionici, trasportatori e proteine di segnalazione transmembrana, ha osservato il team. Tra i candidati proposti ci sono due GPCR: il recettore dei cannabinoidi CB1R e il recettore GPR55. «In un modello, il CBD agisce sui terminali degli assoni glutamatergici, bloccando le azioni pro-eccitatorie del fosfolipide di membrana endogeno lisofosfatidilinositolo, sul recettore accoppiato alla proteina G GPR55… Tuttavia, l’impatto della segnalazione LPI-GPR55 sulle sinapsi inibitorie e nell’epilettogenesi rimane sottoesplorato.»
Per il loro nuovo studio, il team ha esaminato diverse specie di roditori per esplorare i meccanismi alla base delle convulsioni. «…Ci siamo concentrati sulla via di segnalazione LPI-GPR55 come potenziale modulatore del rapporto E:I e bersaglio anticonvulsivante del CBD».
Per fare ciò hanno utilizzato una varietà di tecniche che includevano la misurazione dei flussi di corrente elettrica che trasporta informazioni con elettrodi a punta fine, o studiando l’effetto dell’LPI rimuovendo geneticamente il suo principale partner di segnalazione, o misurando il rilascio di LPI in seguito alle convulsioni. I loro risultati collettivi hanno confermato le scoperte precedenti secondo cui LPI influenza i segnali nervosi legandosi al GPR55, sulle superfici delle cellule neuronali. Si è scoperto che questa interazione presinaptica LPI-GPR55 causa il rilascio di ioni calcio all’interno della cellula, che incoraggia le cellule a rilasciare glutammato, il principale neurotrasmettitore eccitatorio.
Inoltre, quando LPI ha attivato GPR55 dall’altro lato della sinapsi, ha indebolito l’inibizione, diminuendo l’apporto e la corretta disposizione delle proteine necessarie per l’inibizione. Collettivamente, questo crea un meccanismo “pericoloso” su due fronti per aumentare l’eccitabilità, affermano gli autori. «Abbiamo scoperto che LPI innesca un duplice meccanismo dipendente da aGPR55 per elevare l’eccitabilità della rete: un aumento transitorio della probabilità di rilascio eccitatorio presinaptico, integrato da una riduzione più lenta e sostenuta della forza sinaptica inibitoria», hanno affermato i ricercatori.
Il gruppo di ricerca ha scoperto che gli effetti mediati da LPI sulla trasmissione sinaptica sia eccitatoria che inibitoria potrebbero essere bloccati modificando geneticamente i roditori in modo che siano privi di GPR55, o trattando le cavie con CBD di origine vegetale prima di stimoli che inducono convulsioni. Mentre studi precedenti avevano implicato il GPR55 come bersaglio del CBD in grado di ridurre le crisi epilettiche, il lavoro attuale ha fornito un meccanismo d’azione proposto più dettagliato.
Gli autori propongono che il CBD blocchi un ciclo di feedback positivo in cui le convulsioni aumentano la segnalazione LPI-GPR55, che probabilmente incoraggia più convulsioni, che a loro volta aumentano i livelli sia di LPI che di GPR55. «Le nostre osservazioni suggeriscono un ciclo di feedback positivo in base al quale LPI promuove l’ipereccitabilità, che a sua volta aumenta l’espressione di LPI e GPR55», hanno spiegato ulteriormente. «Proponiamo provvisoriamente che il CBD possa estinguere un ciclo potenzialmente rigenerativo in cui l’iperattività migliora la segnalazione LPI-GPR55, spostando ulteriormente il rapporto E:I… I nostri esperimenti forniscono nuove informazioni sui meccanismi sinaptici degli effetti anticonvulsivanti del CBD.»
Il team ha concluso che il CBD potrebbe rappresentare un potenziale agente terapeutico nei pazienti con epilessia resistenti al trattamento tradizionale e che non rispondono ai farmaci attualmente in uso, come le benzodiazepine, probabilmente a causa degli effetti LPI-GPR55.
Il circolo vizioso proposto rappresenta anche un processo che potrebbe spiegare le ripetute crisi epilettiche, sebbene siano necessari studi futuri per confermarlo. Inoltre, lo studio attuale ha esaminato il cannabinoide CBD di origine vegetale, ma gli autori notano che l’LPI fa parte della rete di segnalazione che include endocannabinoidi come il 2-arachidonoilglicerolo (2-AG) che si trovano naturalmente nei tessuti umani. Anche i recettori target LPI e 2-AG sono regolati dal CBD, ma hanno azioni diverse sulla sinapsi. Mentre l’LPI amplifica i segnali elettrici in entrata, gli endocannabinoidi come il 2-AG rispondono all’aumento dell’attività cerebrale riducendo il rilascio di neurotrasmettitori dalle cellule nervose. È interessante notare che LPI e 2-AG possono essere convertiti l’uno nell’altro attraverso l’azione degli enzimi.
«In teoria, il cervello potrebbe controllare l’attività alternando tra l’LPI pro-eccitatorio e le azioni riparatrici del 2-AG», ha affermato il primo autore dello studio Evan Rosenberg, PhD, studioso post-dottorato nel laboratorio di Tsein. «I progettisti di farmaci potrebbero inibire gli enzimi che sono alla base della produzione di LPI o promuoverne la conversione in 2-AG, come ulteriore approccio per controllare le convulsioni. L’LPI potrebbe anche servire come biomarcatore delle convulsioni o predittore della risposta clinica al CBD, fornendo un’area di ricerca futura».
