Il ruolo del recettore 5HT2c nelle possibili terapie contro obesita psicosi e dipendenza da sostanze

UNIVERSITÀ DI PISA

Dipartimento di Farmacia

Corso di Laurea specialistica in Farmacia

Tesi di Laurea

Il ruolo del recettore 5HT

2c

nelle

possibili terapie contro obesità

psicosi e dipendenza da sostanze

Relatore: Candidato: Prof. Antonio Lucacchini Resta Lamberto Correlatore:

Prof. Gino Giannaccini

1

INDICE

Introduzione……….. . 3

Elenco delle abbreviazioni……… .... 4

Glossario………. 5

Sezione introduttiva……… 7

1 Opportunità terapeutiche con gli agonisti 5-HT

……. 7

1.1 La via della serotonina……….. 7

1.2 Caratteristiche del recettore 5-HT

………... 8

1.2.1 Problemi di interazione fra i recettori... 9

1.2.2 Interazione tra i recettori 5-HT

e 5-HT

.. 10

1.3 Impatto del recettore 5-HT

sull’attività dei

neuroni dopaminergici………... ... . 11

2 Effetto dei recettori 5-HT

relativo ai comportamenti

verso il cibo………. 13

2.1 Azione dei polimorfismi dei geni del recettore

5-HT

, 5-HT

e COMT in relazione all’obesità e al

diabete di tipo 2………... 14

2

2.2 Sintesi delle azaindane agonisti selettivi 5-HT

oralmente attivi per il trattamento dell’obesità……… 19

3 Azione degli agonisti dei recettori 5-HT

sull’impulsività………. 23

3.1 Farmacologia ottimale per un agonista dei recettori

5-HT

nel trattamento delle psicosi………. 24

3.1.1 Nuovi modulatori oralmente attivi………... 25

3.1.2 Farmacologia comportamentale in vitro…. 26

3.2 Iperdipsia e CFL indotti da Quinpirole come

modelli di compulsività………... 29

3.2.1 Effetto di SB242084 antagonista 5-HT

sul

potenziamento dell’assunzione idrica indotta da

Pramipexolo……… 31

4 Recettori 5-HT

e droghe d’abuso……….. 33

4.1 Opportunità di utilizzo della Lorcaserina contro il

fumo e l’abuso di sostanze………... 34

Conclusioni………... 35

Bibliografia………... 36

3

Introduzione

Il lavoro proposto in questa tesi ha come soggetto principale i recettori 5-HT2c delle serotonina e i nuovi composti agonisti e antagonisti

di questi recettori, che possono essere utilizzati in campo terapeutico. La serotonina è un neurotrasmettitore molto importante a livello del SNC che ha un ruolo di primaria importanza nella modulazione dei sistemi dopaminergici.

Nelle pagine che seguono vengono descritti i meccanismi attraverso i quali la serotonina interagisce proprio con il sistema dopaminergico, e grazie soprattutto ai suoi recettori 5-HT2c riesce a modulare i livelli di

dopamina.

Questa sua caratteristica è molto importante per lo sviluppo di nuovi farmaci, con azione contro l’obesità, i disturbi psicotici e l’abuso di sostanze; essi, anzi, possono portare all’estinzione dei comuni effetti collaterali, dovuti ad un’attivazione non selettiva dei recettori della serotonina, tramite una forte selettività sul recettore 5-HT2c.

4

Elenco delle abbreviazioni

-

Serotonina (5-HT)

-

Food and Drug Administration (FDA)

-

Area tegmentale ventrale (VTA)

-

Dopamina (DA)

-

Nucleo arcuato (ARC)

-

Proopiomelanocortina (POMC)

-

Corteccia prefrontale mediale (mPFC)

-

Catecolo-O-metiltransferasi (COMT)

-

Alterata tolleranza al glucosio (IGT)

-

Diabete di tipo 2 (T2D)

-

Polimorfismo a singolo nucleotide (SNP)

-

Indice di massa corporea (BMI)

-

Trans-4-4(4’-clorofenil)-N,N-dimetil-2-aminotetralina (p-Cl-PAT)

-

(-)-2,5-dimetossi-4-iodoanfetamina cloroidrato

(DOI)

-

Quinpirole (QNP)

-

Pramepixolo (PPX)

-

Clomipramina (CIM)

5

Glossario

CP-809101: agonista del recettore 5-HT

SB-242084: antagonista del recettore 5-HT

M100907: antagonista 5-HT

Nucleus accumbens: è un sistema di neuroni situato nella

regione ventrale dello striato, e si pensa che svolga un

ruolo fondamentale nella risata, nella dipendenza e

nell’elaborazione delle sensazioni di piacere e paura.

Area tegmentale ventrale: è costituita da un gruppo di

neuroni localizzati in vicinanza della linea mediana sul

pavimento del mesencefalo, all’interno della quale sono

contenuti i neuroni dopaminergici appartenenti al sistema

mesocorticolimbico, ed è ampiamente implicata nel

sistema di ricompensa del cervello. La VTA è importante

nella cognizione, motivazione, assuefazione, dipendenza

da droghe ed in diversi disturbi mentali.

Sistema nigro-striatale: è formato da fibre che si

6

Questa via dopaminergica fa parte del cosiddetto sistema

extrapiramidale, che è deputato al controllo del

movimento, della postura e dell’equilibrio.

7

Sezione Introduttiva

1

Opportunità terapeutiche con gli agonisti 5HT

1.1

La via della serotonina

I farmaci che presentano una funzione modulatrice nei confronti dei sistemi centrali della 5-HT hanno avuto un grosso impatto nel trattamento di diversi disturbi mentali, ed infatti fino al 2000 i 5 principali farmaci con azione sul sistema nervoso centrale agivano proprio con un’azione modulatoria sulla funzione della 5-HT (1). Fra questi farmaci, l’ultimo serotoninergico approvato dalla FDA è la Lorcaserina utilizzata per il trattamento dell’obesità. Si tratta di un farmaco che agisce tramite un’azione agonista nei confronti dei recettori 5-HT2c, via che è stata

proposta come possibile per la cura di disturbi come depressione, ansia e schizofrenia (2) (3). È stato dimostrato che gli agonisti dei recettori 5-HT2c

sono coinvolti nell’alterazione dei comportamenti e dei sistemi neurobiologici che riguardano l’abuso di sostanze e l’assuefazione. Infatti, recenti studi hanno preso in considerazione quelli che sono gli aspetti comportamentali e neurobiologici in comune fra l’obesità e l’assuefazione da sostanze (4). Data quindi la coincidenza di questi effetti, provocata dall’attività agonista nei confronti dei 5-HT2c, è possibile avere un’azione

rivolta a contrastare i meccanismi che riguardano l’assuefazione da sostanze e insieme contribuire efficacemente contro l’obesità. Quindi, considerando quelli che sono gli aspetti dannosi dovuti al fumo di sigaretta

8

sulla salute umana, e le limitazioni nelle terapie esistenti (5), si sottolinea l’importanza di questa azione nel curare la dipendenza psico-stimolante indotta da nicotina, ma anche dall’azione di altre sostanze come alcool e oppioidi (6) (7). Nel 1996 la dexfenfluramina, che agisce aumentando le concentrazioni della serotonina, fu approvata per il trattamento dell’obesità, seguita in seguito dalla sibutramina. I due farmaci vennero successivamente ritirati dal commercio per i loro effetti collaterali che si manifestavano con valvulopatia cardiaca e ipertensione polmonare (8). Questa azione ha dimostrato quindi che l’aumento della concentrazione della serotonina provoca inevitabilmente un’azione a livello dei vari recettori 5-HT, determinando quindi un’attività fuori bersaglio che ne limita l’efficacia e la sicurezza, e che può portare a risultati opposti, come eccitabilità neuronale o comportamenti complessi come impulsività (9).

1.2 Caratteristiche del recettore 5-HT

La classificazione dei recettori 5-HT è caratterizzata da uno schema rimasto invariato dal 1994 (10), in cui sono presenti 14 sottotipi di recettori, con tre membri appartenenti alla sottoclasse 5-HT2 (5-HT2a,

5-HT2b e 5-HT2c), che sono accoppiati alle proteine Gq, quindi alla via della

fosfolipasi C e fosfolipasi A (11). Il recettore 5-HT2c è l’unico membro

della superfamiglia dei recettori transmembrana che è sottoposto all’ editing dell’RNA (12). Sono state identificate quindi diverse isoforme del recettore 5-HT2c dei ratti formate da 4 residui adenosinici che possono

subire la conversione ad inosina attraverso gli enzimi dell’adenosina deaminasi. Sono dunque state identificate più di 20 isoforme che presentano significative differenze nella distribuzione regionale (13), ed in termini funzionali questi cambiamenti di sequenza possono portare ad un

9

cambiamento di 10-15 volte nell’efficacia dell’agonista. I primi studi hanno evidenziato che l’espressione delle isoforme può essere modificata in particolari stati psichiatrici, anche se la successiva ricerca ha suggerito incongruenze con questi risultati. Sta di fatto che dei miglioramenti riguardanti le metodologie utilizzate porteranno probabilmente ad ottenere dei progressi nella comprensione del coinvolgimento delle isoforme del recettore 5-HT2c in stati psichiatrici (14). La classificazione di questo

recettore ha dunque permesso di poter studiare in maniera selettiva ogni suo sottotipo, e l’utilizzo di Ro-60-0175 (15) (agonista di 5-HT2c) e

SB-242084 (16) (antagonista di 5-HT2c) ha permesso di comprendere le sue

funzioni, il suo ruolo nel regolare i comportamenti, così come le aree cliniche di applicazione.

1.2.1 Problemi di interazioni fra i recettori

Le strette analogie che accomunano i recettori 5-HT2a , 5-HT2b e

5-HT2c , rappresentano uno dei problemi principali per l’identificazione di

agonisti che agiscano selettivamente sul recettore 5-HT2c. Questa selettività

è critica principalmente per quelli che sono gli effetti collaterali che si verificano in conseguenza dell’attivazione di 5-HT2a e di 5-HT2b , che sono

associati rispettivamente ad una potenziale attività allucinogena e a valvulopatia cardiaca (17) (11). Una piattaforma di screening è importante per caratterizzare i membri di questa classe di farmaci, ed un classico approccio di screening di primo livello è quello di utilizzare sistemi di espressione ricombinante comprendente popolazioni cellulari omogenee, contenenti ciascuno di questi sottotipi recettoriali. Tuttavia la proprietà agonista sarà influenzata da fattori che riguardano l’espressione del recettore (18) (19), tipo di cellula (20), trasduzione (21), e nel caso del

10

recettore 5-HT2c , l’isoforma modificata dall’RNA (12) (13). Purtroppo non

tutti i rapporti che riportano la farmacologia dei composti includono questi dettagli; e tuttavia sono stati identificati composti come Lorcaserin, Vabicaserin e CP-8091101 che sono tra i composti con maggiore attività agonista nei confronti del 5-HT2c. Una recente indagine di brevetto (2),

inoltre, ha messo in evidenza una classe di composti che presenta proprietà chimiche tali che questi possono legarsi al recettore in un sito allosterico, diverso dal normale sito ortosterico dove si lega l’agonista. Il primo ad essere descritto è stato il PNU-69176E, un modulatore allosterico positivo (PAM), ed è molto probabile che appariranno altri esempi di questa classe, perché i PAM dovrebbero apportare un miglioramento della funzione di destinazione, fisiologicamente più rilevante rispetto ad un normale agonista ortosterico 5-HT2c (22).

1.2.2 Interazione tra recettori 5-HT

e 5-HT

Una particolare interazione si ha fra i recettori 5-HT2a e 5-HT2c ,

che sembrano avere effetti opposti su determinati comportamenti. Si può così notare che se SB-242084 aumenta quelli che sono gli effetti della cocaina sul comportamento, al contrario M100907 li riduce (23) (24). Una somministrazione di dosi ridotte di agonisti 5-HT2c, insieme a M100907,

interagisce nel ridurre quindi la locomozione, l’astinenza e l’impulsività che sono indotte dalla somministrazione di cocaina (25) (26). Questi risultati ci permettono dunque di capire come diversi aspetti della trasmissione serotoninergica possano andare ad agire sul comportamento, e come, combinando basse dosi di due farmaci che agiscono sinergicamente (25), si possano predisporre terapie che permettono di migliorare i paramentri di tollerabilità, efficacia e sicurezza.

11

1.3 Impatto del recettore 5-HT2c sull’attività dei

neuroni dopaminergici

La serotonina rappresenta un forte modulatore, sia come inibitore che come eccitante, dell’attività dei neuroni dopaminergici (figura 1); e per quanto riguarda questo aspetto, proprio il recettore 5-HT2c è un

meccanismo principale attraverso il quale la serotonina inibisce la funzione della dopamina. Si è così visto che il Ro60-0175 determina una riduzione della frequenza di scarica dei neuroni dopaminergici mesocorticolimbici, che porta ad una riduzione del rilascio di dopamina nelle regioni terminali del nucleus accumbens e della corteccia frontale (27) (28). Al contrario, l’intenso blocco del recettore 5-HT2c con SB-242084 aumenta la frequenza

di scarica dei neuroni dopaminergici nell’area tegmentale ventrale, determinando un maggior rilascio di dopamina all’interno del nucleus accumbens (28) (29). Questo sta a dimostrare che attraverso l’azione del recettore 5-HT2c si ha un’azione modulatoria nei confronti dei neuroni

dopaminergici, con una selettività apparente rivolta al mesocorticolimbico (VTA) rispetto ai sistemi nigrostriatali (29).

12

Figura 1: la figura rappresenta le tre regioni in cui gli agonisti del recettore

5-HT2c possono agire andando a modulare il comportamento in materia di

alimentazione e assunzione di droga. (A) il pannello superiore mostra i recettori 5-HT2c espressi a livello della VTA (30). Questi recettori

modulano l’attività dopaminergica nei confronti del nucleus accumbens, conferma che deriva dall’azione che gli agonisti 5-HT2c, iniettati nella

VTA, svolgono nel ridurre la locomozione indotta da cocaina e la sua auto-somministrazione (31) (32). Il pannello inferiore mostra invece i recettori 5-HT2c espressi su di un interneurone gabaergico che aumenta il rilascio di

GABA su recettori GABA-A espressi a livello del neurone dopaminergico all’interno della VTA, il cui effetto determina una riduzione del rilascio di DA nella VTA. (B) nel pannello superiore sono presenti i recettori 5-HT2c

nella mPFC (33). Gli agonisti 5-HT2c e GABAergici all’interno della PFC

possono modulare comportamenti come l’impulsività e la reintegrazione dello stimolo del comportamento della ricerca, come è confermato anche dal fatto che le infusioni di agonisti 5-HT2c in mPFC riducono la

reintegrazione della ricerca di cocaina (34), e che l’attività alterata della mPFC induce ad un comportamento impulsivo (35). Il pannello inferiore mostra come i recettori 5-HT2c situati a livello di interneuroni GABA,

localizzati nelle regioni corticali, possono inibire gli imput eccitatori glutamatergici a strutture come nucleus accumbens e VTA (33). (C) i recettori 5-HT2c sono localizzati anche all’interno del nucleo arcuato

13

importanti per il controllo regolare del cibo. Se ne ha conferma dal fatto che iniezioni di agonisti 5-HT2c nell’ipotalamo riducono l’alimentazione

(36). Il pannello inferiore mostra come la HT può attivare i recettori 5-HT2c presenti sui neuroni POMC all’interno di ARC per rilasciare AMSH

(ormone alfa-melanocita-stimolante) che attiva i recettori MC4R (melanocortina 4) nel nucleo paraventricolare inducendo sazietà.

2 Effetto dei recettori 5-HT2c relativo ai

comportamenti verso il cibo

I recettori 5-HT2c svolgono un ruolo di primaria importanza per

quanto riguarda il comportamento nei confronti dell’alimentazione, ed il loro interesse riguarda specialmente la possibilità di poter creare dei farmaci che, agendo su di essi, possano contrastare l’obesità. Uno dei primi passi fondamentali è stato quello di riuscire a capire attraverso quali meccanismi questi composti agonisti del recettore 5-HT2c andassero ad

agire alterando l’immissione di cibo ed il metabolismo energetico. Parallelamente si è cercato inoltre di comprendere come la neurotrasmissione del recettore 5-HT2c va a regolare i sistemi della

dopamina nel cervello e come questo recettore riesce a modificare i comportamenti che riguardano la dipendenza da DA. Farmaci come la Fenfluramina e la Sibutramina hanno la capacità di ridurre l’appetito che dipende solo in parte dai recettori 5-HT2c (37) (38), mentre gli agonisti del

recettore riducono l’appetito ed il peso (6) (5). Gli studi hanno indicato l’ipotalamo come il meccanismo centrale nel cervello implicato nei processi di regolazione dell’immissione di cibo e del bilancio energetico. Infatti l’attivazione dei recettori 5-HT2c presenti a livello del nucleo arcuato

dell’ipotalamo stimola la produzione di POMC, che a sua volta viene scissa nell’ormone α-melanocita-stimolante (α-MSH) che, agendo sul recettore

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melanocortina 4 nel nucleo paraventricolare dell’ipotalamo, induce la sensazione di sazietà (6) (39) (40). Questo non è l’unico aspetto dell’alimentazione sul quale questi agonisti del recettore agiscono, poiché questi farmaci riducono l’appetito, ma anche gli aspetti stimolanti dell’alimentazione. È un effetto dovuto all’interazione con il sistema mesocorticolimbico dopaminergico, che ha la sua sede nella VTA, dalla quale partono gli assoni che proiettano verso la corteccia prefrontale e il nucleus accumbens, e che è importante in quanto va a regolare il comportamento verso il cibo (41). I recettori 5-HT2c presenti a livello della

corteccia prefrontale e della VTA, rappresentano quindi dei siti fondamentali su cui questi farmaci agonisti possono agire modificando il comportamento verso il cibo (Figura 1), influenzando l’aspetto metabolico e cognitivo dell’alimentazione (42), con un meccanismo d’azione che può essere importante per curare sia obesità che anoressia.

2.1 Azione dei polimorfismi dei geni del recettore 5-

HT

, 5-HT

e COMT in relazione all’obesità e

al diabete di tipo 2

L’obesità è una condizione medica caratterizzata dall’aumento del grasso corporeo, le cui cause risalgono a una complessa interazione tra fattori rappresentati da esposizione ambientale, salute e componenti ereditarie (43). L’obesità e la distribuzione del grasso a livello corporeo sono fattori importanti che determinano l’omeostasi del glucosio (44) (45), con l’insulino-resistenza come primo responsabile degli effetti deleteri dell’obesità sulla salute, mediante lo sviluppo di patologie metaboliche, IGT, T2D e malattie cardiovascolari (46). Recentemente i geni che

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presentano note funzioni psicofisiologiche ricevono molta attenzione per quanto riguarda l’obesità, ed è stata anche ipotizzata una patofisiologia comune fra depressione, obesità e disordini metabolici (47) (48). La serotonina, la noradrenalina e la dopamina sono dei neurotrasmettitori che svolgono un ruolo molto importante all’interno del sistema nervoso in molti processi fisiologici, tra cui l’omeostasi energetica e quella del glucosio (49) (50). Di conseguenza, questi percorsi neurali rappresentano un obiettivo molto interessante per la sintesi di nuovi farmaci che possono agire con azione anti-obesità, antidepressiva e per il trattamento dei disordini alimentari (50) (51). Gli effetti negativi che però risultano dall’assunzione di questi farmaci inducono ad un aumento di peso, nel caso di trattamento dei disturbi psichiatrici (50) (52), e disturbi dell’umore in seguito all’impiego di agenti anti-obesità (53). Inoltre, la variabilità di risposta che ogni individuo presenta in seguito all’assunzione di farmaci antipsicotici è legata alla suscettibilità genetica (50) (54) (52); e per questo la ricerca farmacogenetica si concentra su geni specifici per individuare quelli che risultano avere influenza sulla risposta ai farmaci (50) (54). Molti studi hanno evidenziato come la serotonina (HT), il recettore 5-HT2a e 5-HT2c siano coinvolti nella regolazione dell’appetito e

dell’omeostasi energetica (55), anche se con differenze funzionali fra i geni (56). Sono stati così identificati due SNP: il 5-HT2c-759C/T, che va ad

influenzare l’aumento di peso indotto dal trattamento farmacologico in pazienti schizofrenici (57), e il 5-HT2a-1438G/A, che è stato collegato a

diversi disturbi neuropsichiatrici (58) (59) e all’obesità addominale. Anche il COMT, essendo un enzima che influisce sulla degradazione delle catecolamine (quindi, tramite la sua azione regolatoria, nei confronti di dopamina adrenalina e noradrenalina), risulta essere coinvolto in molteplici comportamenti che riguardano l’obesità (50) (54) (60) (61), l’umore e altri processi mentali (62). Fra i diversi polimorfismi, quello che è stato preso

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maggiormente in considerazione è rappresentato dal COMT-24938A/G, in quanto presenta associazioni con la schizofrenia, l’alcolismo e l’obesità (63).

2.1.1 Studio clinico

Uno studio che è stato condotto su una fascia ristretta di persone, con una percentuale di individui obesi e una percentuale di individui scelti a caso, analizzati all’età di 46 e 49 anni, ha messo in evidenza proprio l’influenza di questi SNP sull’obesità e di conseguenza sullo sviluppo di IGT e T2D (64). Questo studio ha dimostrato che né il 5-HT2a-1438G/A, né

il 5-HT2c-759C/T erano significativamente associati a BMI, BMI grasso o

alla circonferenza vita, mentre il COMT-24938A/G è stato associato al BMI grasso nella S-46 e, con una significatività marginale, anche alla circonferenza vita (Tabella 1).

TABELLA 1: rapporto di probabilità (OR) che include il 95% degli intervalli di confidenza (IC) per 5-HT2a rs6311, 5-HT2c rs3813929 e COMT

rs4680 in relazione ai fenotipi dell’obesità.

Per quanto riguarda i tratti metabolici, il 5-HT2a-1438G/A è stato

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significativo, si è avuto nella S-49. Il 5-HT2c-759C/T è stato associato alla

glicemia non a digiuno nella S-49, mentre il COMT-24938A/G è stato associato a glicemia nella S-46 (Tabella 2).

TABELLA 2: rapporto di probabilità (OR) che include il 95% degli intervalli di confidenza (IC) per 5-HT2a rs6311, 5-HT2c rs3813929 e COMT

rs4680 in relazione ai fenotipi dell’obesità.

Sulla base di questi risultati vengono dunque esaminati il 5-HT2c

-759C/T e il COMT-24938A/G, mentre il 5-HT2a-1438G/A non viene preso

in considerazione perché non associato all’omeostasi del glucosio. Si è potuto notare quindi che i soggetti con IGT e T2D avevano una tendenza ad una maggiore espressione del genotipo-T per 5-HT2c-759C/T e del

genotipo-GG per COMT-24938A/G, con un aumento rispettivamente del 53% e del 48% rispetto ai soggetti tolleranti al glucosio. Quindi, il 46.5% dei soggetti che presentavano il genotipo-T di 5-HT2c aveva IGT e T2D,

mentre solo il 34.2% dei soggetti con il genotipo-C aveva IGT e T2D (Figura 1A). Per il COMT invece il 41.9% dei soggetti con il genotipo-GG

18

aveva IGT e T2D, mentre solo il 30.3% dei soggetti con il genotipo-AA aveva IGT e T2D(Figura 1B).

Figura 1: Frequenza di IGT o T2D secondo 5-HT2c-759C/T,

COMT-24938A/G e nell’analisi dei genotipi combinati, in gruppi di uomini obesi e selezionati in maniera casuale.

19

Sulla base di questi risultati è stata presa in esame l’associazione dei genotipi a rischio, ossia il genotipo-T del 5-HT2c-759C/T e il

genotipo-GG di COMT24938A/G, che hanno dimostrato incrementi del BMI, BMI grasso e circonferenza vita, oltre al fatto che il 66.7% dei vettori combinati presentava IGT e T2D, rispetto al 32.6% dei non-vettori (Figura 1C). Lo studio ha quindi indicato che 5-HT2c-759C/T e COMT24938A/G sono

associati a IGT e T2D, ma sono parzialmente indipendenti dall’obesità, anche se i genotipi combinati (il genotipo-T di 5-HT2c-759C/T e il

genotipo-GG di COMT24938A/G) possono avere un impatto significativo sull’obesità. Questo studio infine fornisce dei risultati a sostegno del fatto che la serotonina, così come la dopamina e noradrenalina, è coinvolta nel controllo dell’omeostasi energetica ed in quella del glucosio, quindi contribuisce al rischio per lo sviluppo dell’obesità e T2D, anche se è necessario continuare i test a riguardo, in maniera tale da poter replicare questi risultati e comprendere meglio la complessa interazione tra i geni psicofisiologici esaminati.

2.2 Sintesi delle azaindane agonisti selettivi 5-HT

oralmente attivi per il trattamento dell’obesità

Il recettore 5-HT2c ha avuto un notevole interesse come obiettivo

terapeutico per il trattamento di varie patologie, come obesità, ansia, depressione, disturbo ossessivo compulsivo, schizofrenia, emicrania e disfunzione erettile (65). L’utilizzo di farmaci serotoninergici ha dimostrato un’inibizione dell’assunzione di cibo, con una benefica perdita di peso. Ad esempio, gli agonisti non selettivi mCPP e PNU-22394 hanno causato una significativa perdita di peso in studi a breve termine (14-24 giorni) (66). La

20

dexfenfluramina ha prodotto una sostenuta riduzione del 10% del peso corporeo dopo 1 anno di utilizzo in alcuni gruppi di pazienti, così come farmaci come BVT933 (Biovitrum) e la Lorcaserina, entrambe agonisti selettivi 5-HT2c, hanno dimostrato effetti molto importanti riguardanti

l’assunzione di cibo e la perdita di peso e sono tuttora in fase di sperimentazione (49) (67). Per trovare un agonista selettivo 5-HT2c, un

ostacolo chiave risulta essere un’azione selettiva di tipo antagonista nei confronti dei recettori 5-HT2a e 5-HT2b. Infatti, farmaci come la

dexfenfluramina e la fenfluramina sono stati ritirati dal commercio proprio per i loro effetti a livello delle valvole cardiache, causati da un’azione agonista nei confronti del recettore 5-HT2b (68), mentre l’agonismo sul

5-HT2a è stato associato alle allucinazioni (69). Tramite questo studio di

laboratorio (67) si è cercato di identificare una piccola molecola agonista 5-HT2c con legame di potenza <10 nM e selettività di legame >100 volte

rispetto agli altri recettori del SNC. Questo composto non avrà dunque attività agonista nei confronti di 5-HT2a e 5-HT2b , ma potrà essere un loro

antagonista, e dovrebbe mostrare un’influenza anti-obesità dopo somministrazione per via orale, senza avere effetti collaterali. Le ricerche sono iniziate dal composto 4, CP-0809101 (pirazina originale), che ha mostrato però genotossicità basata sul metabolismo (71). Per ovviare a questo tipo di tossicità, si è deciso di predisporre analoghi carbociclici (Schema 1), che introducono voluminosità alla molecola, rendono la molecola meno piatta, riducendo i rischi di genotossicità, migliorando la selettività ed evitando allarmi strutturali (72).

21

Schema 1:

Si è così arrivati al composto 24 (Schema 2), che non presenta la catena laterale idrofobica, che ha mostrato discreta attività agonista sul recettore 5-HT2c, ed anche buona attività antagonista nei confronti di

5-HT2a e 5-HT2b, essendo un debole agonista parziale 5-HT2a e non avendo

attività agonista su 5-HT2b. Vista questa buona attività del composto 24

(73) è stato successivamente introdotta la catena laterale idrofobica, rappresentata dal gruppo 2-clorofenossile introdotto sul C-8, ed i due enantiomeri risultanti sono stati separati mediante HPLC chirale per il profilo biologico. L’enantiomero S (25) è risultato essere più potente rispetto all’enantiomero R (26) (vedi Schema 2), ha forte selettività per 5-HT2c ma è anche un potente agonista 5-HT2a. Sono stati così studiati gli

analoghi del ciclopentile corrispondenti, ossia le ‘azaindane’ e si è visto che l’azaindane racemica (27) è un agonista estremamente potente di 5-HT2c, solo che purtroppo l’enantiomero S (28), più potente, ha ancora forte

22

Schema 2.

Gli studi sulle azaindane hanno portato all’identificazione del gruppo benzilossi come sostituto ideale del gruppo fenossi, portando ad una riduzione molto efficace dell’agonismo 5-HT2a/2b. Il composto che ne viene

fuori (28) (Schema 3) è un agonista potente del 5-HT2c, con nessuna attività

agonistica su 5-HT2a e 5-HT2b, e addirittura il composto 29

(2-R-metilpiperazina) è un agonista ancora più potente 5-HT2c ed ha attività

antagonistica 5-HT2b (Schema 3).

23

Fra tutti questi composti esaminati, il composto 32, con buona farmacologia e ADME, è stato scelto per ulteriori studi, in quanto dopo i test effettuati in vivo ed ex-vivo ha confermato la sua potente azione agonistica sul recettore 5-HT2c, e la sua attività antagonistica nei confronti

di 5-HT2a/2b ,dimostrando poi una buona attività anoressizzante nel modello

di assunzione di cibo in modo dose-reattività (Schema 4).

Schema 4.

3 Azione degli agonisti dei recettori 5-HT

sull’impulsività

Un eccesso di impulsività può determinare disordini a livello psichiatrico, come aggressività, disturbi dell’attenzione con iperattività, abuso di droghe e disordini nell’assunzione di cibo. La serotonina agisce, tramite la sua azione a livello dei propri recettori, determinando due forme di impulsività: un’impulsività di tipo motorio, caratterizzata dal rispondere prematuramente o dall’incapacità di inibire la risposta, e un’impulsività di tipo cognitivo, caratterizzata dal prendere una decisione affrettata senza

24

considerare le conseguenze e dal preferire una piccola ed immediata ricompensa, piuttosto che una migliore in tempi più lunghi. (74) Attraverso il test di scelte multiple continuate (5-CSRTT) i soggetti sono tenuti a rispondere correttamente a brevi stimoli luminosi e l’azione impulsiva si nota quando gli animali rispondono prima che lo stimolo venga dato. Gli agonisti dei recettori 5-HT2c riducono questa possibilità di risposta

prematura, sia in condizioni normali ma anche quando questa è indotta da sostanze come cocaina, anfetamina e nicotina (75) (76). Tuttavia l’utilizzo di antagonisti 5-HT2c (SB-242084 e SER082) ha mostrato un’attenuazione

della scelta impulsiva, in quanto i ratti prediligono una ricompensa migliore e tardiva, rispetto a quella più facile (77) (78). Questi risultati sono quindi in contrasto con quelli del test 5-CSRTT, in quanto in quest’ultimo l’utilizzo di SB-242084 promuove la risposta impulsiva allo stimolo luminoso (79) (80). Ne consegue che i due trattamenti separati possono modulare entrambe le forme di impulsività.

3.1 Farmacologia ottimale per un agonista del

recettore 5-HT2 nel trattamento delle psicosi

Da molto tempo il sistema dopaminergico e quello serotoninergico del cervello sono ritenuti di primaria importanza nell’insorgenza di patologie come la schizofrenia o altre psicosi. L’ipotesi di una connessione fra dopamina e schizofrenia nasce dall’osservazione che i primi farmaci antipsicotici relativamente sicuri, rappresentati dalle fenotiazine (come clorpromazina), andassero ad interferire con il metabolismo dopaminergico all’interno del SNC (81). Questi farmaci hanno un’azione soppressiva nei confronti del movimento e di altri comportamenti, portando quindi ad

25

effetti collaterali a livello extrapiramidale. Con gli antipsicotici più recenti, chiamati ‘atipici’, fra i quali troviamo le dibenzodiazepine (come clozapina, olanzapina), abbiamo una riduzione del rischio di effetti piramidali, in quanto il meccanismo d’azione risulta essere diverso, grazie anche all’interazione con i recettori 5-HT2 (82) (83) (84). Un’azione antagonista nei confronti del recettore 5-HT2a potrebbe funzionare come

potenziale effetto antipsicotico, ma il principale effetto negativo sarebbe caratterizzato dall’aumento di peso (85) (86) (87) (88), dovuto a questa azione antagonista che coinvolge anche il recettore 5-HT2c (89) (90) (91).

La stimolazione di questo recettore, come abbiamo visto, porta ad una diminuzione nell’assunzione di cibo e ad una perdita di peso (92) (93) (94); inoltre un effetto molto importante dovuto alla sua attivazione è quello di portare ad una diminuzione preferenziale dei livelli di dopamina nel mesolimbico, rispetto ai livelli del nigrostriatale (95), che determina dunque una migliore azione antipsicotica, senza effetti collaterali correlati ai movimenti. La farmacologia serotoninergica auspicabile per un’azione antipsicotica è caratterizzata dunque da composti con azione agonista 5-HT2c e antagonista 5-HT2a, senza nessuna attività sui 5-HT2b, escludendo

dunque la possibilità di valvulopatia cardiaca e altri effetti cardiotossici (96) (97).

3.1.1 Nuovi modulatori 5-HT2 oralmente attivi

Un nuovo composto, denominato PAT (Figura 1), ha dimostrato possedere attività agonista nei confronti del recettore 5-HT2c ed azione

antagonista/agonista inverso, nei confronti di 5-HT2a/2b (98), inducendo a

26

diminuzione dell’assunzione di un alimento molto appetibile in topi con alimentazione incontrollata (94).

Il PAT, come possiamo vedere (Fig.1), possiede due centri chirali; in totale sono perciò presenti 4 stereoisomeri, di cui l’enantiomero (-)-(2S, 4R)-trans è il più potente ed efficace per quanto riguarda i recettori 5-HT2 (98). Sono stati studiati quindi gli effetti in vivo dei nuovi composti (+)- e (-)-p-Cl-PAT (99) che riportano in posizione para del gruppo fenile un residuo di cloro che, grazie alla sua elettronegatività, fornisce una simmetria elettronica e sterica che rende più alta l’affinità di questo composto nei confronti dei recettori 5-HT2 (100) (101).

3.1.2 Farmacologia comportamentale in vivo

I test sono stati effettuati su topi ed è stata esaminata la capacità di p-cl-PAT nel modulare l’HTR (contrazioni della testa) in risposta all’assunzione di (-)-DOI. Infatti, le HTR indotte da DOI (agonista dei recettori 5-HT2) sono state usate per definire una serie di condizioni

27

comportamentali e patologiche, fra cui schizofrenia/psicosi, disturbi ossessivo-compulsivi, tic associati alla sindrome di Tourette e allucinazioni (102). Quando (-)-DOI è stato somministrato (preceduto da un’iniezione di soluzione salina), si è avuto un aumento, dose-dipendente, del numero di contrazioni della testa, e la somministrazione successiva di entrambi gli enantiomeri di p-Cl-PAT non ha riscosso nessun risultato in termini di attenuazione delle HTR (Figura 1, pannello a destra). Successivamente è stato somministrato p-Cl-PAT in pretrattamento alla somministrazione di 1mg/kg di (-)-DOI (Figura 1, pannello di sinistra), che ha mostrato una riduzione significativa delle HTR.

Figura 1: (pannello di destra) numero di HTR dopo trattamento con soluzione salina e successiva somministrazione di 0.1, 0.3 ed 1.0 mg/kg di (-)-DOI, e risposta in seguito alla somministrazione di (+) e (-) p-Cl-PAT. (pannello di destra) numero di HTR dopo trattamento con (+) e (-) p-Cl-PAT e successiva somministrazione di (-)-DOI.

In seguito a somministrazione orale salina, (-)-DOI (1.0 mg/kg) ha provocato 37.5 HTR (Figura 2), mentre il pretrattamento con (+), (-) e (±) p-Cl-PAT (30 mg/kg) hanno provocato una risposta attenuata al DOI:

28

rispettivamente di 8.5, 18.25 e 13.25 HTR, a conferma della maggiore potenza dell’enantiomero (+) (Figura 5).

Figura 2: numero di HTR dopo trattamento con soluzione salina e (+), (-), (±) p-CL-PAT (30mg/kg) e successiva somministrazione di DOI (1.0mg/kg).

Inoltre, l’attivazione selettiva dei recettori 5-HT2c, tramite

p-Cl-PAT, ha potenziale attività antipsicotica, poiché questa diminuisce i livelli di dopamina mesolimbica, risparmiando la dopamina nigrostriatale (95), determinando così un profilo farmacologico senza debilitanti effetti collaterali a livello extrapiramidale. Un altro effetto collaterale, dovuto all’utilizzo dei farmaci antipsicotici attualmente in uso, è rappresentato dall’aumento di peso (85) (86) (87) (88) e dal fatto che questo induca il paziente a diminuire l’assunzione del farmaco (103), mentre p-Cl-PAT ha dimostrato che la sua somministrazione, con effetto agonista 5-HT2c/antagonista 5-HT2a, va ad aumentare la sazietà, riducendo le

dimensioni del pasto (Figura 3) e diminuendo l’apporto calorico tramite la stimolazione della secrezione di POMC dai neuroni del nucleo arcuato, con

29

successiva attivazione dei sistemi melanocortinici (104). I dati presentati da questo studio (99) suggeriscono dunque che l’enantiomero (+) di p-Cl-PAT ha le premesse per diventare un potenziale farmaco antipsicotico efficace per via orale e capace di evitare effetti collaterali primari come l’aumento di peso, la tossicità cardiovascolare ed effetti a livello extrapiramidale motorio.

Figura 3: consumo di cibo nei ratti attenuato dall’ utilizzo di (+) e (-) p-Cl-PAT i.p.

3.2 Iperdipsia e CFL indotti da quinpirole come

modelli di compulsività

Alcuni studi hanno dimostrato come il quinpirole (QNP), un agonista dopaminergico dei recettori D2 e D3, produce comportamenti anomali per quanto riguarda il bere: si è notato, ad esempio, che quando i

30

ratti, trattati con QNP, hanno liberamente accesso all’acqua, ne aumentano progressivamente il consumo (105). Questa iperdipsia indotta da QNP richiama la polidipsia psicotica, un grave disturbo del comportamento che può determinare pericolo di vita per intossicazione da acqua (106) (107). Questo richiamo è suggerito anche dal fatto che l’iperdipsia è suscettibile ai normali antipsicotici, sia tipici (come aloperidolo) che atipici (come clozapina) (108) (109), ma anche alla clomipramina (CIM), un antidepressivo impiegato nel trattamento del disturbo ossessivo-compulsivo (108), che si pensa agisca tramite una desensibilizzazione dei recettori 5-HT2c. Il QNP induce comportamenti anomali anche in senso di ‘assunzione

idrica non regolata’ (CFL) che si verifica sia negli animali (110) (111) (112) che negli esseri umani (113) (114), i quali, di fronte a libertà di scelta, mostrano preferire la risorsa che richiede più sforzo rispetto a quella facilmente disponibile (115). Questa particolare strategia di foraggiamento (112) può essere considerata come una modalità innata per ottenere informazioni su possibili risorse alternative in un ambiente incerto (116). Infatti ripetute somministrazione di QNP nei topi hanno mostrato un notevole aumento del CFL (117) (118) (119) (120), che si manifesta come un comportamento rigido (aumento di assunzione di acqua tramite la pressatura compulsiva della leva, rispetto all’assunzione di acqua dalla bottiglia) (120). Inoltre è stato visto che i topi non consumavano tutta l’acqua a disposizione (tramite la pressatura della leva), dimostrando così una dissociazione fra la componente appetitiva e quella consumatoria (118). Il CFL indotto da QNP può essere considerato un comportamento compulsivo che può essere inibito dall’utilizzo di CIM, ma non da aloperidolo (antagonista D2) (120). Questo mette in evidenza che il CFL è solo sotto parziale controllo dei recettori D2 e che l’espressione di CFL e iperdipsia può essere dovuta all’attivazione di percorsi diversi. Infatti, l’impiego di pramipexolo (PPX, agonista D2/D3 con profilo D3 preferito)

31

(121) ha mostrato di condividere con QNP la possibilità di promuovere un aumento del CFL e renderlo un comportamento rigido (compulsivo) (122).

3.2.1 Effetti di SB242084 antagonista di 5-HT2c sul

potenziamento dell’assunzione idrica indotta

da pramipexolo

Come abbiamo visto, il PPX ha mostrato di condividere con il QNP la possibilità stimolare il CFL dell’acqua. Il CFL è un comportamento spontaneo in molte specie, compreso l’uomo, ed in condizioni basali il suo valore è strettamente collegato alla grandezza e alla portata del premio, mentre sotto stimolazione di PPX diventa rigido (119). Questo suo effetto sembra dovuto ad un’azione sui recettori dopaminergici D3 presenti a livello dei circuiti limbici, dove modulano sia la scelta che l’esecuzione dei comportamenti motivati (123) (124) (125) (126). Si pensa che il PPX possa influire sul funzionamento della corteccia orbifrontale, un’area importante nella codifica dei valori soggettivi di scelta (127). Inoltre, si è visto che dopo trattamento con PPX il nucleo giacente appare ipoattivo nel rispondere ad un premio inaspettato, ma quando il premio viene guadagnato, e quindi il soggetto lo aspetta, si nota un’iperattivazione di questo settore (128). Nella Figura 1 sono riportati i risultati ottenuti somministrando a dei ratti due differenti dosi (0.3 o 1.0mg/kg) di PPX insieme a SB242084, antagonista di 5-HT2c. Possiamo vedere che è stata

attenuata in maniera significativa la pressatura compulsiva della leva (Figura 1a); l’assunzione di acqua dal mestolo è stata fortemente inibita in caso di somministrazione della dose più alta di SB242084 (Figura 1b);

32

l’assunzione di acqua dalla bottiglia è progressivamente diminuita con la somministrazione di PPX (Figura 1c); la quantità totale di acqua consumata non ha subito rilevanti variazioni (Figura 1d); è drasticamente diminuito il CFL indotto da PPX con il pretrattamento di SB242084 (Figura 4e) (122).

Figura 1: a) numero di rinforzi b) presa d’acqua dal mestolo; c) presa d’acqua dalla bottiglia; d) quantità totale di acqua assunta; e) tasso di CFL, che si verificano iniettando quotidianamente i ratti con PPX 0.5mg/kg o da solo o con SB242084 (0.3 o 1.0mg/kg) per 15 giorni consecutivi.

33

4 Recettori 5-HT

e droghe d’abuso

La maggior parte delle droghe da dipendenza agisce sulla funzione della dopamina, e questa circostanza ha dato vita alla possibilità di esaminare il recettore 5-HT2c come possibile modulatore degli effetti

stimolanti delle droghe. E in effetti sono stati condotti test su roditori con un bisogno compulsivo di cocaina (129), in cui l’utilizzo di agonisti del recettore 5-HT2c ha mostrato un ruolo attivo contro la dipendenza,

attenuando l’auto-somministrazione e il ripristino indotto da cocaina. Gli stessi risultati sono stati ottenuti nell’attenuazione degli effetti della nicotina. È stato infatti visto che l’utilizzo di Ro60-0175, agonista del recettore 5-HT2c, attenuava l’auto-somministrazione e la locomozione

indotta da nicotina (130). Questi studi dimostrano dunque che gli agonisti 5-HT2c riducono gli effetti stimolanti della nicotina, così come l’impatto

della nicotina sugli indici neurochimici della funzione dopaminica. Una condizione che rende molto difficile lo smettere di fumare è caratterizzata dall’incidenza dei sintomi di astinenza. Anche se l’utilizzo di Ro60-0175 e lorcaserina non ha ridotto i sintomi di astinenza in campioni di ratti con dipendenza da nicotina (131), è stata notata una riduzione del sintomo emotivo dell’astinenza, da ricollegarsi all’azione antidepressiva degli agonisti 5-HT2c.

34

4.1 Opportunità di utilizzo della Lorcaserina contro

il fumo e l’abuso di sostanze

Visti quelli che sono gli effetti degli agonisti 5-HT2c nei confronti di

sostanze come la nicotina e la cocaina, si può pensare all’utilizzo di questi farmaci per avere risultati benefici sugli uomini. I risultati preclinici sugli effetti della cocaina suggeriscono che questi farmaci possono essere utilizzati per il trattamento della dipendenza da psicostimolanti. Uno dei maggiori problemi è sicuramente quello di indurre astinenza e mantenerla (132); e, dato che gli approcci socio-comportamentali possono essere efficaci, affiancando a questi un agonista 5-HT2c si potrebbe configurare

una terapia ottimale. La Lorcaserina, farmaco antiobesità approvato dalla FDA nel 2012, ha dimostrato che le dosi utilizzate per ridurre l’appetito e gli effetti comportamentali della nicotina nei ratti (133) potrebbero essere appropriate anche nel trattamento della dipendenza da fumo negli uomini, alle stesse dosi terapeutiche utilizzate per il trattamento dell’obesità. Bisogna però continuare gli studi poiché ancora non si conosce la fase in cui questi farmaci dovrebbero essere presi (se durante il periodo di astinenza, dopo o in entrambe i casi), e poiché gli esperimenti in fase II e III negli Stati Uniti richiedono dalle 2 alle 3 dosi di medicazione rispetto all’effetto placebo. Inoltre, dato che i fumatori possono presentare disturbi a livello psichico o cardiovascolare, sarà necessario garantire una sicurezza a lungo termine, ed in assenza di biomarcatori specifici non si potrà mai stabilire pienamente ogni beneficio del farmaco (74).

35

Conclusioni

Si è visto come il recettore 5-HT2c della serotonina abbia, a livello

di evidenza preclinica, un ruolo molto importante nel meccanismo di modulazione dei sistemi dopaminergici all’interno del SNC, con effetti che rendono questi recettori molto importanti per lo sviluppo di farmaci che possono agire selettivamente su di essi ed essere considerati potenziali terapeutici per la cura di condizioni come l’obesità, i disturbi psicotici e l’abuso di sostanze.

Una condizione molto importante per la ricerca sarebbe quella di introdurre dei biomarcatori, in maniera tale da affermare i risultati clinici e stabilire un target di assunzione sicuro, che aiuterebbe lo sviluppo di nuove terapie.

Infine, l’introduzione della Lorcaserina, come primo agonista del recettore 5-HT2c, approvato clinicamente per il trattamento dell’obesità,

rappresenta uno strumento fondamentale per gli studi in corso, che, se positivo, potrà aprire le porte per una prima vera terapia contro la dipendenza.

36

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