Sky sci presents (ur_uha)

Pharmacology of herbal cannabis

(Cannabis Sativa)

大麻草からみる、TRP, Cannabinoid

の薬理作用

大麻 (アサ) Cannabis Sativa L.クワ科 Moraceae

中央アジアから西アジア原産の一年生草本麻 (繊維生産) → 背丈が高く薬理活性の無い株

欧州ではfiber hempと呼ばれている

麻薬として → 低く良く茂る株

東アジアでは、神農本草経に薬草として収載、日本では1886年に印度大麻草として日本薬局方に記載され、1951年の第5改正日本薬局方まで収載されている。現在は麻子仁 (アサの果実) として収載されている。

現在では各国により、大麻草に関する使用制限が異なっており、嗜好品から医薬品目的まで様々。周知のとおり、日本では大麻取締法により、いかなる理由でも使用、輸入ならびに所持は禁止されている。

photo) http://www.wikistrains.com/Image:Northern-lights-flowering.jpg

(クワ科は新エングラー分類体系、クロンキスト分類体系ではアサ科 Cannabaceae)

大麻 Cannabis Sativa L.医療大麻 (Medical Cannabis) として

1980年代終わりに大麻の作用点が特定 1)

Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC) 2)

中枢神経系に存在するCannabinoid 受容体の

agonistとして作用することが明らかになった。

1) Davane WA, et al. Mol Pharmacol. 1988; 34: 605-613

2) Ganoi Y & Mechoulam R. J Am Chem Soc. 1964; 86: 1646

合成大麻成分dronabiolが米国においてmarinolとして販売。ドイツやカナダでも処方されている。用途としてはエイズ末期患者の食欲増進、抗がん剤投与に伴う吐き気の緩和など。

医療活用についての現在も多くの研究がされている

CoAS

SEnz

+

:

+

E

Biosynthesis of phytocannabinoids

from Cannabis sativa

hexanoyl -CoA

×3malonyl -CoA

geranyl PP

a

b

ab

olivetolic acid

cannabigeronic acid

cannabidiolic acid

cannabidiol

Δ9-tetrahydrocannabinolic acid cannabinolic acid

cannabinolΔ9-tetrahydrocannabinol

Cannabinoid (CB) 受容体Matsuda等によりラットの大脳皮質cDNAライブラリーから偶然発見された 3)。現在2つのサブタイプが現在知られ、生理機能解明が注目されている。

CB1 CB2発見年 Mol Pharmacol. 1988; 34: 605-613 Nature. 1990; 346: 561-564

局在中枢神経 (海馬、大脳皮質、線条体、黒質、前脳基底部、嗅脳、

小脳) 、末梢神経末梢神経

活性化作用記憶障害、鎮痛、脳内報酬系

幻覚鎮痛

Ligand Δ9-THC, anandamideΔ9-THC, anandamide

2-arachidonoylgylcerol

3) Matsuda LA, et al. Mol Nature. 1990; 346: 561-564

CB1, CB2 共に7回膜貫通、Gi/o 蛋白共役型の受容体である

Cannabinoid (CB) 受容体Matsuda等によりラットの大脳皮質cDNAライブラリーから偶然発見された 3)。現在2つのサブタイプが現在知られ、生理機能解明が注目されている。

CB1 CB2発見年 Mol Pharmacol. 1988; 34: 605-613 Nature. 1990; 346: 561-564

局在中枢神経 (海馬、大脳皮質、線条

体、黒質、前脳基底部、嗅脳、小脳) 、末梢神経

末梢神経

活性化作用記憶障害、鎮痛、脳内報酬系

幻覚鎮痛

Ligand Δ9-THC, anandamideΔ9-THC, anandamide, 2-

arachidonoylgylcerol

3) Matsuda LA , et al. Mol Nature. 1990; 346: 561-564

CB1, CB2 共に7回膜貫通、Gi/o 蛋白共役型の受容体である

TRPと同様に鎮痛薬などの新たな標的として注目を浴びている。

しかし、CB1は薬物依存に対する作用も強く、opioid受容体の

ように依存性を取り除くなど課題は多い。

TRPV1は知覚神経上に存在する侵害受容器で、トウガラシの辛味成分 Capsaicin のレセプターとして発見された6回膜貫通型非選択的陽イオンチャネルである。

TRPV1 は Capsaicin だけでなく熱やプロト

ンでも活性化される。また、血管・消化管に分布する知覚神経終末にも存在し、血管拡張・腸管蠕動運動などの作用を制御している。

TRPV1 受容体

GPCR

Gq

PLCβ

DAGPIP2

IP3

PKCε

H2N

COOH

H+

43 ℃

CapsaicinCa2+

Na+

Ca2+Na+

TrkA/p75

B2, P2Y/P2X

EP, PAR2

NGF, BK, ATP

EP, Tryptase

5-HT

Activation

Substance PCGRP

Tachykinins

知覚神経終末

血管拡張腸管蠕動運動制御

+

+

Depolazation

+in

out

P

Capsaicin

無髄知覚神経縦走筋

コリン作動性神経

TRPV1

P2

Gq

p

Substance P

ACh

(Acetyl Choline)

NK3 NK1

M3

M3

Na+

Ca2+

Ca2+

Na+

ATP

Ca2+↑↑

Ca2+ 筋収縮

CGRP

Substance P

腸管無髄知覚神経

筋層間神経叢

筋層間神経叢

縦走筋

輪走筋

粘膜

Capsaicin

H+ 43 ℃

NK1

炎症メディエーター

内因性メディエーターTachykinins

Anandamide (AEA : arachidonylethanolamide)

アラキドン酸とエタノールアミンが酸アミド結合した物質で、神経伝達物質、脂質メディエーターの一種。ブタの脳から抽出され構造式が同定された 4) 。名前の由来はサンスクリット語 Ananda (阿難陀 : 釈迦の十大弟子の一人で、法悦や歓喜の意) とアミド amideを合わせた造語。

ニューロン中に存在し、脱分極時に遊放出され、CB1, CB2 両方に作用する。薬理学的にはΔ9-THCと同じ作用。また内因性の疼痛に関係するものとしては脳内モルヒネであるdynorphin (κ-opioid) などと似ている (ヒトが産生できる強力な脳内麻薬の一つ)。

4) Devane WA, et al. Science. 1992; 258: 1946-1949

arachidonic acid

ethanolamine

Cannabinoid と TRP相反する作用と同じ場所に局在する理由とは

Ex) TRPV1とCB1

TRPV1刺激

CGRP, Substance P

の放出による痛み、血管拡張など

CB1刺激

CGRP, Substance P

の放出の抑制、血管拡張の抑制

血管、また中枢神経系では両者の受容体の作用が拮抗する形で働き、且つ同じ細胞に共役発現してることも分かっている 5)。

5) Cristino L, et al. Neuroscoence. 2006; 139: 1405-1415

Ex.2) TRPV1とCB1 に対するligandの影響

TRPV1とCB1 両方のagonist : anandamide (AEA)

Dose highlow

anandamideTRPV1様作用CB1様作用

EC50 (M) : CB1 < TRPV1

痛みの増強血管拡張不安の助長

痛みの軽減血管拡張抑制不安の抑制

Moreira FA, et al., Neuroscience. 2011 article in press

(doi: 10.1016/j.neuroscience.2011.08.046) の図を一部改変

Ex.3) Δ9-THCとTRPCB1 のagonistとして発見されたΔ9-THCだが、近年の研究でTRPサブタイプ (TRPV2 6), TRPA1 7), TRPM8 7)) に対する親和性も報告されている。

6) Qin N, et al. J Neurosci. 2008; 28: 6231-6238

7) De Petrocellis L, et al. J Pharmacol Exp Ther. 2008; 325: 1007-1015

8) De Petrocellis L, et al. Acta Physiol. 2011; article published online

9) De Petrocellis L, et al. Br J Pharmacol . 2011; 163: 1479-1494

10) Pollastro F, et al. J Nat Prod. 2011; 74: 2019-2022

さらに2010年、2011年になりCannabis Sativa の含有成分の多くに、様々なTRPのサブタイプへの活性が報告された 8, 9, 10) 。

TRPV2 TRPA1 TRPM8

発現部位DRG

Aδ侵害受容ニューロン感覚神経のみにTRPV1と

共役発現DRG

ガッセル神経節

分布脳、脊髄、脾臓、肺消化管、輸精管、膀胱

全身の感覚神経感覚神経

Ligand

Activation

> 52℃2-APB

< 17℃AITC, cinnamaldehyde

8 – 28℃menthol, caffein

備考TRPV1と遺伝子の相同性が高い (78%共通)

TRPV1に次ぐ、疼痛抑制のターゲットとして注目

受容体刺激により、冷感をもたらす

8) De Petrocellis L, et al. Acta Physiol. 2011; article published online

9) De Petrocellis L, et al. Br J Pharmacol . 2011; 163: 1479-1494

10) Pollastro F, et al. J Nat Prod. 2011; 74: 2019-2022

でTRP活性 (in vitro, cell experiment) が報告されたCannabis sativa のphytocannabinoid 誘導体一覧。

cannabigeronic acid (CBGA) cannabigerovarin (CBGV)

cannabigerol (CBG)

Δ9-tetrahydrocannabinol

(Δ9-THC)

Δ9-tetrahydrocannabinolic acid

(THCA)

Δ9-tetrahydrocannabivarin

(THCV)

Δ9-tetrahydrocannabivaric acid

(THCVA)

cannabidiolic acid

(CBDA)cannabidivarin

(CBDV)

cannabidiol (CBD) cannabinol (CBN)cannabichromene

(CBC)

sesquicannabigerol

(sesqui-CBG)

TRPV1 TRPV2 TRPV3 TRPV4 TRPA1 TRPM8 CB1 CB2

CBC ○ ○ ○ ○

CBD ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ △

CBG ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

CBN ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

CBDA ○ ○ ○ ○

CBGA ○ ○ ○ ○ ○

CBGV ○ ○ ○ ○ ○ ○

CBDV ○ ○ ○ ○ ○ ○

Δ9-THC ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

THCA ○ ○ ○ ○

THCV ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

THCVA ○ ○ ○

sesqui-CBG ○ ○ ○ ○

Conclusion of TRP & CB activity via phytocannabinoidantagonist

efficacy

binding

affinity (Ki)11)agonist efficacy

: positive controlに対して活性 (50~80%) があったもの

: 結合能力が最も高かったもの 11) Pertwee RG, Br J Pharmacol. 2008; 153: 199-215


cannabigerol (CBG)


(Δ9-THC)


(THCA)


(THCV)


(THCVA)

cannabidiolic acid


(CBDV)


(CBC)

sesquicannabigerol

(sesqui-CBG)

TRPV1 activity

Potency shown as EC50 (μM)

CBD > CBG > THCV > CBGV > CBDV

> sesqui-CBG > CBGA> THCVA


cannabigerol (CBG)


(Δ9-THC)


(THCA)


(THCV)


(THCVA)

cannabidiolic acid


(CBDV)


(CBC)

sesquicannabigerol

(sesqui-CBG)

TRPV2 activity


THC > CBD > CBGV > CBG > CHTV > CBDV

> sesqui-CBG > CBN


cannabigerol (CBG)


(Δ9-THC)


(THCA)


(THCV)


(THCVA)

cannabidiolic acid


(CBDV)


(CBC)

sesquicannabigerol

(sesqui-CBG)

TRPA1 activity


CBC > CBD > CBN > CBDV > CBG > THCV >

sesqui-CBG > THCA > CBDA > CBGA > THCVA


cannabigerol (CBG)


(Δ9-THC)


(THCA)


(THCV)


(THCVA)

cannabidiolic acid


(CBDV)


(CBC)

sesquicannabigerol

(sesqui-CBG)

TRPM8 inhibit

Potency shown as IC50 (μM)

CBD > CBG > THCA > CBN > THCV > sesqui-CBG

> CBDV > CBGA > THCVA > CBGV > CBDA


cannabigerol (CBG)


(Δ9-THC)


(THCA)


(THCV)


(THCVA)

cannabidiolic acid


(CBDV)


(CBC)

sesquicannabigerol

(sesqui-CBG)

TRPV3 activity


CBG > CBDV > CBC > TBGV > CBD = CBN

> THC > CBGA > THCVA > CBDA = THCA


cannabigerol (CBG)


(Δ9-THC)


(THCA)


(THCV)


(THCVA)

cannabidiolic acid


(CBDV)


(CBC)

sesquicannabigerol

(sesqui-CBG)

TRPV4 activity


CBG > CBDV > CBC > TBGV > CBD = CBN

> THC > CBGA > THCVA > CBDA = THCA

TRPV3 TRPV4

発現部位感覚神経、角化細胞DRG、ガッセル神経節、角化細胞、

視床下部

分布感覚神経、脳角化細胞*

表皮角化細胞、視床下部腎臓、膀胱、血管内皮細胞

角化細胞

Ligand

Activation

32 - 39℃camphor, thymol, eugenol

~27 - 35℃、浸透圧arachidonic acid, 4α-PDD

備考Campharによる熱感受性の増強

→角化細胞の温度感知の可能性？浸透圧と温度を感知する。表皮にお

ける皮膚バリア機能を増強。

TRPV3, 4

*角化細胞 (keratinocyte):角化細胞は表皮の一番下にある基底層に存在。細胞は、尐しずつ形や性質を変えながら有棘層 (ユウキョクソウ)、顆粒層へと押し上げられててい

き、約２週間後角質層に到達した細胞は角質細胞となる。角質細胞は、角質層に積み上げられさらに2週間かけて垢となって皮膚の表面からはがれ落ちていく。

TRPV1 TRPV2 TRPV3 TRPV4 TRPA1 TRPM8 CB1 CB2

CBC<10

24.2±3.1

<10

ND

20.2±0.4

1.9±0.2

22.9±1.2

0.6±0.2

119.4±3.1

0.09±0.0140.7±0.6

CBD44.7±0.02

1.0±0.1

40.5±1.6

1.25±0.23

50.1±4.8

3.7±1.6

16.7±1.0

0.8±0.3

115.9±4.6

0.11±0.050.06±0.01 △ △

CBG33.8±2.3

1.3±0.5

73.6±1.2

1.72±0.08

18.5±0.7

1.0±0.2

23.7±1.8

5.1±1.6

99.9±1.1

0.7±0.030.16±0.01 ○ ○

CBN<10

6.2±3.7

39.9±2.1

19.0±3.7

13.1±2.4

5.3±2.7

15.3±1.5

16.1±4.5

83.3±4.0

0.18±0.020.21±0.05 ○ ○

CBDA<10

19.7±3.9

<10

ND

<10

ND

11.6±0.7

7.6±1.0

113.0±11.0

5.3±1.54.78±0.01

CBGA72.8±2.0

21.0±1.25

<10

ND

17.5±1.3

12.6±0.2

36.5±1.9

28.8±0.3

182.8±0.2

8.4±3.51.31±0.09

CBDV21.4±0.6

3.6±0.7

49.9±0.9

7.3±0.4

16.3±1.0

1.7±0.5

30.2±0.9

0.9±0.1

105.0±0.7

0.42±0.010.90±0.01

CBGV58.8±0.9

2.0±0.1

75.4±2.4

1.41±0.36

23.5±1.7

2.4±0.8

26.1±1.7

22.2±3.7

151.4±0.9

1.6±0.011.71±0.04

Δ9-THC<10

ND

53.0±1.4

0.65±0.05

18.2±1.0

9.5±1.9

7.1±0.5

8.5±1.6

117±12

0.23±0.030.16±0.01 ○ ○

THCA<10

ND

68.2±1.0

18.4±0.9

<10

ND

20.8±0.4

3.4±0.4

41.6±2.1

2.7±0.90.15±0.02

THCV68.0±1.6

1.5±0.2

73.8±1.0

4.11±0.11

72.4±2.4

3.8±0.4

59.8±1.7

6.4±0.7

243.0±16.5

1.5±0.60.87±0.006 ○ ○

THCVA20.0±0.5

25.6±1.1

<10

ND

24.7±1.2

47.8±5.0

4.8±1.6

4.4±0.9

170.2±15.9

16.4±2.41.33±0.019

sesqui-CBG38.8±1.9

4.4±1.0

56.0±0.3

2.7±0.2

NE

NE

NE

NE

164.4±16.9

1.7±0.90.95±0.05 ○ ○

Conclusion of TRP & CB activity via phytocannabinoid

antagonist

IC50 (μM)

binding

affinity (Ki)agonist efficacy

above: efficacy (% vs positiv)

below: EC50 (μM)

今回一連の研究で見えてきたこと。課題、考察

大麻草のphytocannabinoid誘導体において、CB受容体以外にもTRP受容体のサブタイプに様々な活性が確認された。

1, Anandamide、大麻にみるCB, TRP両方への活性、CB, TRPの共役して発現している現象→疼痛のドグマの解明 (opioid受容体も含めた疼痛のアプローチ)

→各々の受容体の生理活性の更なる解明。

2, Phytocannabinoid誘導体それぞれによる活性の特異性の違い→個々の化合物がそれぞれの受容体によりフィットするように誘導化することでの創薬への応用 (合成、酵素制御 etc…)

3, CB, TRP両者の活性をうまく制御することで、より高い効果のある鎮痛薬への創造

1, Anandamide、大麻にみるCB, TRP両方への活性、CB, TRPの共役して発現している現象→疼痛のドグマの解明 (opioid受容体も含めた疼痛のアプローチ)

→各々の受容体の生理活性の更なる解明。

既存の鎮痛作用とは違うメカニズムとされている、TRPV1が疼痛制御に着目され拮抗薬の創薬研究が始まったのが1997年からだが、依然として、有用なTRPV1 antagonistの医療用医薬品は世界でも例がない。

TRPだけに着目しているだけでは、新たな疼痛に関する創薬は達成することが難しい？→2000年以降、TRP, CBを含めた研究により、お互いの相互作用を十分に理解

した創薬の必要性。臨床試験段階へのステップを踏んだときの副作用の原因特定への前進 (Amgenの合成した多くのantagonistは動物試験でhypothermia,

hyperthermia両方の副作用を起こすことがわかっており原因は完全に解明されていない 12) )。

12) Gavva NR, et al. Trends Pharmacol Sci. 2008; 29 :550-557

TRPV1

TRPV2 TRPV3

TRPV4 TRPV5

TRPV6

TRPA1

TRPM1 - 8

TRPC1 - 7

TRPML1, 2, 3

TRPPs (PKD2, PKD2L1, PKD2L2)

Phylogenetic relations of the mammalian TRPchannels

13) Vriens J, et al. Mol Pharmacol. 2009; 75 : 1262-1279

CB2

Cannabis Sativa

CB1

Phytocannabinoid

derivates

?

13)

CNS Peripheral nervous

+

2, Phytocannabinoid誘導体それぞれによる活性の特異性の違い→個々の化合物がそれぞれの受容体によりフィットするように誘導化することでの創薬への応用 (合成、酵素制御 etc…)

:

+

E

a

b

a b

CoAS

hexanoyl -CoA

CBGA

CBG CBGV

sesqui-CBGACBC

CBDA

CBD

CBDV

THCA

Δ9-THC

THCVA

THCV

CBNA

CBN

CBDVA

sesqui-CBG

farnesyl PP

CoAS

butanoyl -CoA

+

2, phytocannabinoid誘導体それぞれによる活性の特異性の違い→個々の化合物がそれぞれの受容体によりフィットするように誘導化することでの創薬への応用 (合成、酵素制御 etc…)

:

+

E

a

b

a b

CoA

hexanoyl -CoA

CBGA

CBG CBGV

sesqui-CBGACBC

CBDA

CBD

CBDV

THCA

Δ9-THC

THCVA

THCV

CBNA

CBN

CBDVA

sesqui-CBG

farnesyl PP

CoA

butanoyl -CoA

近年までΔ9-THC中心の研究が種

だったが、今後は誘導体の様々な作用より医療大麻としての適用の拡大が考えられる。

私個人としては、日本でも適用 (法律、法規の範囲で)、研究をしっかりしていく必要があるのでは？

CB2Nature. 1990; 346:

561-564

末梢神経

鎮痛Δ9-THC, anandamide

2-arachidonoylgylcerol

3, CB, TRP両者の活性をうまく制御することで、より高い効果のある鎮痛薬への創造

Dose highlow

TRPV1様作用CB1様作用

痛みの増強血管拡張不安の助長

痛みの軽減血管拡張抑制不安の抑制

Δ9-THC β-caryophyllene

最近では末梢に発現し、TRPV1

と同じ疼痛緩和作用で抹消に存在するCB2も着目され、β-caryophylleneが選択的にCB2に

作用する14)など、今後の痛みと受容体への興味は尽きない。

anandamide

14) Gertsch J, et al. PNAS. 2008; 105: 9099-9104

骨格に相関性？

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