Modulation der neokortikalen Neurotransmission durch exogene und endogene Cannabinoide unter Berücksichtigung möglicher Speziesunterschiede zwischen Mensch und Tier
Das in der Cannabispflanze vorkommende delta9-THC sowie verwandte synthetische Analoga vermitteln ihre pharmakologischen Effekte im Gehirn in erster Linie durch Aktivierung von Cannabinoid CB1 Rezeptoren (CB1-R). Körpereigene Liganden sind die sog. Endocannabinoide (EC), denen man Bedeutung als (patho)-physiologische Neuromodulatoren beimisst. Die Manipulation des "EC-Systems" bietet einerseits therapeutische Möglichkeiten, kann aber auch zu unerwünschten Wirkungen auf Kognition und Gedächtnisleistung führen. Auf molekularer Ebene scheinen dabei Effekte auf die Neurotransmission eine wichtige Rolle zu spielen, was allerdings bisher im humanen Gehirn kaum untersucht wurde. In der vorliegenden Arbeit wurden (vor dem Hintergrund möglicher Speziesunterschiede zwischen Mensch und Tier) mittels pharmakologischen und biochemischen in vitro Methoden v.a. funktionelle CB1-R-abhängige und -unabhängige Wirkungen von Cannabinoiden untersucht. Ferner wurde die Rolle von EC als Neuromodulatoren erörtert. Mittels Radioligand-Bindungsstudien wurde die CB1-R-Dichte und die Bindungsaffinität diverser CB1 Liganden in humanem Neokortex- und Amygdalagewebe untersucht. Die elektrisch evozierte [³H]-ACh Freisetzung wurde im Neokortex von Mensch und Maus durch den exogenen CB1-R Agonisten WIN55212-2 gehemmt, wobei im Menschen der Effekt deutlich geringer ausgeprägt war. Zudem kam es nach CB1-R Blockade durch SR141716 (CB1-R Antagonist) nur im Menschen zu einer erhöhten [³H]-ACh Freisetzung. Dies ließ auf einen hohen hemmenden Einfluss endogener CB1-R Agonisten wie Anandamid (AEA) auf die cholinerge Transmission im humanen Neokortex schließen. Das Ausmaß dieses "EC-Tonus" scheint dabei von der neuronalen Aktivität abzuhängen. CB1-R-Aktivierung führte bei K+ Stimulation in Gegenwart von TTX zu einem ähnlichen Hemmeffekt wie bei elektrischer Stimulation, sodass CB1-R-Lokalisation auf cholinergen Terminalen im humanen Neokortex angenommen werden kann. Bei der elektrisch und K+ (in Ggw. von TTX) evozierten [³H]-DA Freisetzung im Neokortex wurden ebenfalls deutliche Speziesunterschiede (Mensch - Ratte) beobachtet. Während sich im Menschen die [³H]-DA Freisetzung durch CB1-R-Agonisten und -Antagonisten modulieren ließ, hatten die Substanzen im Neokortex der Ratte keine Wirkung. Es konnte gefolgert werden, dass sich nur im humanen Neokortex durch EC tonisch aktivierte CB1-R auf dopaminergen Terminalen befinden. Um der Vermutung nachzugehen, dass endogene Cannabinoide wie AEA durch neuronale Depolarisation gebildet werden, wurde eine Methode zur Quantifizierung von AEA in Hirngewebe entwickelt. Diese beinhaltete Lipidextraktion, Festphasenextraktion und HPLC-Analyse. Die AEA-Konzentration stieg nach K+ Depolarisation neokortikaler Hirnschnitte von Mensch und Ratte deutlich an. Im Menschen lagen die Konzentrationen signifikant über denen in der Ratte und erreichten Werte, die in etwa im Bereich des gemessenen Bindungs-Ki von AEA lagen. Analog den Superfusionsergebnissen kann also eine größere (patho)-physiologische Bedeutung von ECs im Menschen vermutet werden. CB1-R-unabhängig hemmten Arachidonsäure, AEA und WIN55212-2 den [³H]-5-HT- und [³H]-DA-Uptake im Neokortex der Ratte. Mittels eines ATP-Biolumineszenzassays konnte gezeigt werden, dass die Uptakehemmung durch AEA teilweise durch Hemmung der Na+/K+-ATPase zustande kam. Im Fall von WIN55212-2 konnte eine Beteiligung der Na+/K+-ATPase ausgeschlossen werden, eventuell waren andere ATPasen, "non-CB1/2" Rezeptoren oder andere Rezeptorsysteme beteiligt. Die Beeinträchtigung der Na+/K+-ATPase oder anderer ATPasen die an der Aufrechterhaltung des transmembranären Ionengradienten beteiligt sind, könnte einen zytotoxischen Wirkaspekt von Cannabinoiden darstellen. cAMP-Messungen liessen auf die Kopplung von CB1-R an ein inhibitorisches G-Protein im humanen Neokortex schliessen. Die Hemmung der cAMP Bildung durch CB1-R Agonisten und die damit verbundene Aktivierung von auswärtsgleichrichtenden K+ Kanälen könnte dabei zu einem membranpotential-stabilisierenden Effekt führen. Die erhöhte cAMP Bildung nach CB1-R-Blockade lässt sich mit der Antagonisierung der EC-Aktivität erklären. Die verringerte cholinerge und dopaminerge Neurotransmission durch CB1-R-Aktivierung im humanen Neokortex mag zu den negativen Auswirkungen von Cannabis auf Kognition und Gedächtnisleistung beitragen. Das EC-System scheint vor allem im menschlichen Gehirn tonisch aktiv zu sein, eine regulatorische Rolle bei Gedächtnisprozessen ist denkbar. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen andererseits auch vermuten, dass die Blockade des EC-Tonus mittels CB1-R-Antagonisten eine Therapieoption bei Demenzerkrankungen, wie beispielsweise dem Morbus Alzheimer, bietet. Die beschriebenen Speziesunterschiede machen die Problematik deutlich, Daten aus Tiermodellen direkt auf den Menschen zu übertragen. Somit sollten auch künftig tierexperimentelle Studien möglichst mit Experimenten an humanem Gewebe kombiniert werden.
Endocannabinoid, Anandamid, Cannabinoidrezeptor, Superfusion, anandamide, cannabinoid receptor, human brain, neocortex
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