Каннабиноидергическая регуляция функционального состояния сердца (часть I)

Эндогенная каннабиноидная система

В 1965 г. два израильских фармаколога выделили действующее начало конопли Cannabis sativa — Δ ⁹-тетрагидроканнабинол ( Δ ⁹-ТГК) [1]. Прошло 25 лет, прежде чем был открыт центральный каннабиноидный рецептор (СВ1) и его структура была идентифицирована, а сам рецептор был клонирован [2]. Рецептор CB1 сопряжен с G_i/o-белками и широко представлен в головном мозге [2, 3]. Указанный рецептор обнаружен в миокарде взрослых крыс [4, 5] и мышей [6]. В 1993 г. был идентифицирован и клонирован периферический каннабиноидный рецептор (СВ2) [7]. Названный рецептор также сопряжен с G_i/o-белками и экспрессируется иммуноци-тами в селезенке [8–10]. Этот рецептор также был найден в неонатальных кардиомиоцитах крыс [11] и в левом желудочке (ЛЖ) у взрослых мышей [6]. Активация CB1-и CB2-рецепторов способствует ингибированию адени-латциклазы, потенциал-зависимых Са²⁺-каналов и обеспечивает стимуляцию митоген-активируемой протеин-киназы и фосфолипазы С [3, 8]. Установлено, что у человека СВ1- и СВ2-рецепторы экспрессируются в ткани ЛЖ сердца примерно в равном количестве [12].

В 1999 г. в некоторых ядрах головного мозга человека был обнаружен орфановый G-белок-сопряженный рецептор, состоящий из 319 аминокислот [13]. Этот рецептор был назван GPR55. Позже было установлено, что GPR55 является рецептором каннабиноидов и экспрессируется в стволе головного мозга, лобной коре головного мозга, стриатуме, гипоталамусе, мозжечке и гиппокампе [14]. Позже GPR55 был обнаружен в периферических органах, таких как надпочечники, селезенка, тощая и подвздошная кишка. Следовые количества мРНК GPR55 были найдены в других органах, в сердце GPR55 не обнаружен [14]. Рецептор GPR55 отличается от других СВ-рецепторов сродством к CB-лигандам. Он обладает высоким сродством к CP55940, анандамиду, Δ ⁹-ТГК, пальмитоилэтаноламиду и HU-210, но имеет низкую аффинность к антагонисту СВ1-рецепторов SR141716 и не взаимодействует с CB1-, CB2-агонистом WIN55212-2 [14]. Рецептор GPR55 сопряжен с G _{α 13}-белком и не взаимодействует с G_i- и G_q-белками [14].

В 1992 г. W.A. Devane и соавт. открыли первый эндогенный каннабиноид N-arachidonoylethanolamine (анандамид) [15]. Группа профессора R. Mechoulam обнаружила, что 2-арахидоноилглицерол (2-АГ) также является эндогенным каннабиноидом [16], и в 2001 г. эта группа нашла эндоканнабиноид 2-арахидонилглицерил эфир (ноладин-эфир) [17]. Другой эндоканнабиноид, олеамид, был идентифицирован в 2004 г. [18]. Затем последовало открытие N-арахидоноил-L-серина [19] и RVD-гемопрессина [20]. Помимо них следует упомянуть дигомо-γ-линоилэтаноламид, виродгамин, докозагекса-еноилэтаноламид, эйкозапентаеноилэтаноламид, доко-затетраеноилэтаноламид, N-архидоноилдопамин, паль-митоилэтаноламид, N-олеилдопамин [21]. Эндогенные каннабиноиды идентифицированы в миокарде [22–24]. По всей видимости, они синтезируются in situ. Источ- ник циркулирующих в крови каннабиноидов неизвестен. При эндотоксическом шоке таким источником являются тромбоциты и макрофаги [25]. Возможно, что циркулирующие в крови эндоканнабиноиды оказывают влияние на функциональное состояние сердца. Каннабиноиды относятся к аутокоидам, т.е. они действуют на те клетки, которые их синтезируют (аутокринная регуляция), или на соседние клетки (паракринная регуляция) [26].

Большинство из перечисленных эндогенных каннабиноидов взаимодействуют с СВ-рецепторами в на-номолярном диапазоне [21]. Они, видимо, являются физиологическими регуляторами СВ-рецепторов. Оле-амид, N-олеилдопамин, пальмитоилэтаноламид взаимодействуют с СВ1- и СВ2-рецепторами в микромолярном диапазоне [21], поэтому представляется маловероятным, чтобы они регулировали состояние каннабиноидных рецепторов в физиологических условиях. Некоторые исследователи по этой причине называют их каннабино-ид-подобными соединениями [27]. Вместе с тем, как мы отмечали выше, пальмитоилэтаноламид проявляет высокое сродство к GPR55-рецептору. Большинство каннабиноидов взаимодействуют с СВ1- и СВ2-рецепторами, исключением является ноладин-эфир, который проявляет высокое сродство только к СВ1-рецептору, но не к СВ2-рецептору [27]. Ряд эндогенных каннабиноидов проявляют высокое сродство к GPR55-рецептору [21]; так, EC₅₀ (endogenous cannabinoid ₅₀) для анандамида, 2-АГ, ноладин-эфира и виродгамина соответствует 18, 3, 10 и 12 нМ [21]. Некоторые эндоканнабиноиды (анандамид, N-архидоноилдопамин) проявляют высокое сродство к ваниллоидным рецепторам (transient receptor potential vanilloid-1, TRPV1), поэтому их называют эндованил-лоидами [27]. Другие эндоканнабиноиды (анандамид, N-архидоноилдопамин, пальмитоилэтаноламид) взаимодействуют с peroxisome proliferator-activated receptor- α и - γ (PPAR- α , PPAR- γ ) [28]. Следовательно, кардиоваскулярные эффекты эндоканнабиноидов могут быть обусловлены стимуляцией TRPV1, PPAR- α , PPAR- γ .

Неотъемлемыми звеньями эндогенной каннабиноидной системы являются: ферменты, которые синтезируют и гидролизуют каннабиноиды; белки, осуществляющие их обратный захват [27]. В синтезе каннабиноидов участвуют несколько ферментов, для многих каннабиноидов существует несколько альтернативных путей синтеза [27]. Анализ путей синтеза каннабиноидов выходит за рамки данной статьи. Гидролиз большинства каннабиноидов осуществляет фермент fatty acid amide hydrolase (FAAH), исключение составляет 2-АГ, который гидролизуется моноацилглицероллипазой [27]. Белки-переносчики, осуществляющие обратный захват каннабиноидов, пока не идентифицированы. Их наличие в организме подтверждается существованием целой группы «фармакологических инструментов», которые нарушают обратный захват каннабиноидов [27]. Предполагается, что таким переносчиком является fatty acid binding protein 5 (FABP-5) [27].

Все исследования кардиоваскулярных эффектов каннабиноидов можно условно разделить на два этапа:

• (1 ) до появления селективных антагонистов СВ-рецепторов (70-е и 80-е гг. ХХ в.); (2) после появления селективных антагонистов СВ-рецепторов в 90-е гг. ХХ в. Именно в таком хронологическом порядке будет проводиться анализ данных литературы. Кроме того, будут рассмотрены результаты экспериментов на «нокаутированных» животных с делецией генов, кодирующих СВ-рецепторы. Будут проанализированы данные экспериментов с использованием препаратов, повышающих уровень эндогенных каннабиноидов.

Кардиоваскулярные эффекты Δ9-тетрагидроканнабинола

В 1968 г. в ходе исследования, выполненного на добровольцах, было показано, что внутривенное введение агониста СВ1- и СВ2-рецепторов А9-ТГК вызывает тахикардию [28]. Способность А9-ТГК вызывать тахикардию у человека была подтверждена другими исследователями [29, 30]. В экспериментах на ненаркотизированных собаках было показано, что внутривенное введение А9-ТГК индуцирует умеренную брадикардию, которая при увеличении дозы каннабиноида сменяется выраженной тахикардией [31]. У наркотизированных собак внутривенное введение А9-ТГК способствует снижению сердечного выброса (минутный объем) [32]. Способность А9-ТГК индуцировать тахикардию при внутривенном введении здоровым добровольцам была подтверждена M. Perez-Reyes и соавт. [33, 34]. Между тем у наркотизированных пентобарбиталом собак внутривенное введение А9-ТГК способствовало снижению частоты сердечных сокращений (ЧСС), сердечного выброса, силы сокращений правого желудочка [35]. Перечисленные эффекты носили дозозависимый характер. Способность А9-ТГК индуцировать тахикардию у человека была подтверждена в более позднем исследовании [36]. Таким образом, у ненаркотизированных собак и бодрствующих добровольцев А9-ТГК вызывал тахикардию, а у наркотизированных собак — брадикардию. Однако, согласно данным турецких физиологов, А9-ТГК при подкожном введении ненаркотизированным крысам вызывает брадикардию [37]. По данным M.D. Adams и соавт. [38], у наркотизированных крыс А9-ТГК при внутривенном введении вызывает брадикардию. Результаты исследований B. Hine и соавт. [39] указывают на то, что каннабиноид А8-ТГК (А8-тетрагидроканнабинол, содержащийся в конопле) вызывает снижение ЧСС у ненаркотизированных крыс. Согласно данным E. Friedman и соавт. [44], после внутривенного введения А9-ТГК бодрствующим и наркотизированным собакам отмечается снижение ЧСС. Снижение ЧСС после внутривенного введения названного каннабиноида наркотизированным собакам отмечали и другие исследователи [41]. В 1980 г. P. Stark и P.B. Dews [42] опубликовали результаты своих экспериментов на ненаркотизирован-ных кроликах и макаках-резусах. Внутривенное введение А8-ТГК вызывало снижение ЧСС у кроликов, не влияло на ЧСС у макак, но снижало у них артериальное давление (АД). По данным H. Kawasaki и соавт. [43], у свободно подвижных крыс А9-ТГК при внутривенном введении вызывал брадикардию. Эксперименты по хроническому введению морфина и А9-ТГК показали, что к анальгетическому и брадикардическому действию обоих препаратов у крыс формируется перекрестная толерантность [40]. Поскольку морфин не взаимодействует с СВ-рецепторами, а А9-ТГК не взаимодействует с опиоидными рецепторами, можно предположить, что морфин и А9-ТГК взаимодействуют на уровне внутриклеточных сигнальных путей или же А9-ТГК является либератором эндогенных опиоидов, а морфин либератором эндогенных каннабиноидов. Нельзя исключить взаимную трансактивацию опиоидных и каннабиноидных рецепторов [45]. Названная гипотеза нуждается в экспериментальной проверке.

Выше речь шла главным образом о том, как А 9 -ТГК влияет на ЧСС. I. Cavero и соавт. [46] решили исследовать, как влияет названный каннабиноид на насосную функцию сердца у наркотизированных пентобарбиталом собак в условиях постоянного сердечного ритма, который обеспечивали с помощью электростимуляции предсердий. Оказалось, что в этих условиях внутривенное введение А ⁹-ТГК способствует уменьшению сердечного выброса, ударного объема, давления, развиваемого ЛЖ, скорости сокращения ЛЖ [46]. Одновременно авторы зафиксировали уменьшение венозного возврата, как они полагают, за счет депонирования крови в селезенке. Снижение сердечного выброса, увеличение сопротивления и давления в легочных артериях после внутривенного введения А ⁹-ТГК наркотизированным собакам отмечали B.S. Jandhyala и A.T. Hamed [41].

В вышеперечисленных исследованиях участвовали здоровые добровольцы, что не позволяет судить о том, как влияет А ⁹-ТГК на функциональное состояние сердца у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями. В какой-то мере ответить на этот вопрос может исследование, выполненное в США в 1974 г. [47]. На 10 добровольцах, больных ишемической болезнью сердца (ИБС), изучали эффект курения марихуаны и плацебо на толерантность к физическим нагрузкам. Использовали велоэргометр при постоянной нагрузке. Критерием прекращения эксперимента была депрессия сегмента ST или появление загрудинных болей. Об аритмиях авторы ничего не сообщают. Время нагрузки в контроле составляло 244±16 с, в группе плацебо — 220±14 с, в группе марихуаны — 129±13 с (p<0,001). Величина депрессии сегмента ST была идентичной во всех группах. Кроме того, без физической нагрузки марихуана вызывала достоверное увеличение ЧСС на 30% — с 70 до 100 уд./мин (p<0,001), систолическое АД увеличивалось со 119 до 129 мм рт. ст. (p<0,001), диастолическое АД с 81 до 87 мм рт. ст. (p<0,001), произведение систолического АД х ЧСС/1000 — с 8,578 до 2,978 (p<0,001). Авторы полагают [47], что каннабиноиды увеличивают потребность миокарда в кислороде за счет повышения ЧСС и частично за счет увеличения АД, что в конечном итоге приводит к снижению толерантности к физической нагрузке у пациентов с ИБС.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют, что А9-ТГК вызывает тахикардию у человека и у ненаркотизированных собак. У наркотизированных собак Δ9-ТГК способствует появлению брадикардии. У наркотизированных и бодрствующих крыс названный каннабиноид способствует снижению ЧСС, брадикардия отмечается и у ненаркотизированных кроликов. Почему реакция сердечно-сосудистой системы на Δ9-ТГК у различных видов существенно разнится, неизвестно. Кроме того, эксперименты in vivo свидетельствуют, что Δ9-ТГК оказывает отрицательный инотропный эффект. Исследования, выполненные на больных ИБС, показали, что марихуана может провоцировать приступ стенокардии. Хотя ни в одной из перечисленных выше работ авторы не использовали антагонисты СВ-рецепторов, есть основания полагать, что эти эффекты связаны с активацией СВ-рецепторов, поскольку нет данных in vivo экспериментов, которые говорили бы о том, что Δ9-ТГК может активировать рецепторы, отличные от СВ-рецепторов.

Кардиоваскулярные эффекты каннабиноидов, отличных от Δ9-тетрагидроканнабинола

Девяностые годы прошлого столетия характеризовались синтезом агонистов, антагонистов СВ-рецепторов и открытием эндогенных каннабиноидов. Однако, несмотря на эти открытия, количество публикаций, посвященных кардиоваскулярным эффектам каннабиноидов, отличных от Δ9-ТГК, сравнительно невелико. У ненаркотизированных макак-резусов было отмечено снижение ЧСС после внутривенного введения Δ9-ТГК и каннабиноида WIN55212, селективный СВ1-антагонист SR141716 устранял эту брадикардию [48]. Инъекция одного SR141716 не влияла на сердечный ритм. В 1996 г. были опубликованы результаты экспериментов с каннабиноидом (-)-11-OH-Δ8-tetrahydrocannabinol-dimethylheptyl (HU-210) [49]. Этот препарат по сродству к СВ1- и СВ2-рецепторам в десятки раз превосходит эндогенные каннабиноиды и в 500 раз превосходит Δ9-ТГК [50]. Выяснилось, что HU-210 вызывает брадикардию и гипотензию у наркотизированных пентобарбиталом и ненаркоти-зированных крыс [49]. Авторы полагают, что в действии HU-210 на сердечно-сосудистую систему следует различать две фазы: раннюю (1 ч) и позднюю (через 1 ч после инъекции). В 1997 г. K.D. Lake и соавт. [51] в опытах на крысах, наркотизированных уретаном, установили, что каннабиноиды (HU-210, Δ9-ТГК, анандамид) вызывают гипотензию и брадикардию. По способности снижать ЧСС и АД каннабиноиды распределяются следующим образом: HU-210 > Δ9-ТГК > анандамид [51]. Уменьшение ЧСС было отмечено после применения агониста СВ1-и СВ2-рецепторов WIN55212 у макак-резусов [48]. Кардиоваскулярные эффекты каннабиноидов не проявлялись в условиях блокады СВ1-рецепторов селективным антагонистом СВ1-рецепторов SR141716. Авторы заключили, что указанные эффекты каннабиноидов связаны с активацией СВ1-рецепторов [48, 51]. Ранее нами было показано, что агонисты СВ-рецепторов при внутривенном введении наркотизированным крысам вызывают брадикардию, которая достигает максимума через 15 мин после инъекции каннабиноидов [52]. В работе мы использовали следующие агонисты СВ1-, СВ2-рецепторов: HU-210 (0,1 мг/кг), анандамид (2,5 мг/кг), метанандамид (2,5 мг/кг, синтетический энзиморезистентный аналог анандамида). Кроме того, мы применяли селективный агонист СВ1-рецепторов arachidonylcyclopropylamide (ACPA, 0,125 мг/кг). Все использованные нами каннабиноиды вызывали снижение ЧСС, наиболее выраженный эффект оказывал HU-210. Селективный антагонист СВ1-рецепторов SR141716 полностью устранял HU-210-индуцированную брадикардию, в то время как селективный антагонист СВ2-рецепторов SR144528 не влиял на снижение ЧСС после инъекции HU-210 [52]. Сами антагонисты СВ-рецепторов не влияли на сердечный ритм. Этот факт говорит о том, что у интактных животных эн-доканнабиноиды не регулируют сердечный ритм.

Установлено, что внутривенное введение наркотизированным крысам анандамида, метанандамида, капсаицина (агонист TRPV1 рецепторов) вызывает кратковременную гипотензию и брадикардию (I фаза), затем следуют кратковременный подъем АД и возвращение ЧСС к норме (II фаза) [53]. После этого анандамид (1 мг/кг) и метанандамид (0,3 мг/кг), но не капсаицин, вызывают долговременную брадикардию и гипотензию (III фаза). Первую фазу связывают с активацией сенсорных нервов n. vagus (рефлекс Bezold–Jarisch) [52]. Первая и вторая фазы не проявляются в условиях блокады TRPV1 рецепторов капсазепином. Антагонист СВ1-рецепторов SR141716 устранял III фазу. Следовательно, кардиоваскулярные эффекты эндогенного каннабиноида анан-дамида могут быть следствием активации ваниллоид-ных и СВ1-рецепторов. Несколько иные данные были получены в экспериментах на ненаркотизированных крысах [54]. Анандамид при внутривенном введении (75 и 750 мкг/кг) вызывал транзиторную (30 с) гипертензию и тахикардию, аналогичную вышеупомянутой II фазе. В дозе 2,5 мг/кг анандамид также вызывал кратковременную гипертензию, но тахикардия сменялась тран-зиторной брадикардией, которая исчезала при блокаде М-холинорецепторов атропином, что говорит об участии n. vagus и барорефлекторной природе брадикардии [54]. Третью фазу авторам не удалось зафиксировать. Гемодинамические эффекты анандамида (3 мг/кг) сохранялись в условиях блокады СВ1-рецепторов препаратом AM 251 [54]. Таким образом, названные эффекты, по всей видимости, были следствием активации TRPV1 рецепторов. Для того чтобы оценить роль TRPV1 рецепторов в гемодинамических эффектах, были выполнены эксперименты на обычных мышах и «нокаутированных» особях с делецией гена, кодирующего TRPV1 рецептор (TRPV1–/–) [55]. Наркотизированным мышам внутривенно вводили анандамид (20 мг/кг). У мышей TRPV1+/+ изменения гемодинамики носили трехфазный характер [41], как и у крыс [53]. У мышей TRPV1–/– отсутствовали I и II фазы. Третья фаза была идентичной в обеих группах, во время этой фазы было зафиксировано не только снижение АД и ЧСС, но и уменьшение сердечного выбро- са [55]. Внутривенная инфузия здоровым добровольцам агониста СВ1-рецепторов Org 28611 вызывала транзи-торное увеличение ЧСС без изменения АД [56], т.е. реакция сердечно-сосудистой системы была аналогична той, какая наблюдалась при применении Δ9-ТГК.

Гипотензия, по всей видимости, является результатом прямого действия каннабиноидов на сосуды, поскольку эксперименты с изолированными артериями свидетельствуют, что каннабиноиды вызывают вазорелаксацию [57, 58].

Таким образом, каннабиноиды вызывают продолжительную гипотензию и брадикардию, которым могут предшествовать транзиторная тахикардия и гипертензия, которые связаны с активацией TRPV1 рецепторов. Гипотензия и брадикардия являются следствием стимуляции СВ1-рецепторов. Эндогенные каннабиноиды не участвуют в регуляции ЧСС и АД у интактных животных.

Заключение

Представленные данные свидетельствуют, что Δ ⁹-ТГК вызывает тахикардию у человека и у ненаркотизирован-ных собак. У наркотизированных собак Δ ⁹-ТГК способствует появлению брадикардии. У наркотизированных и бодрствующих крыс этот каннабиноид способствует снижению ЧСС, брадикардия отмечается и у ненаркоти-зированных кроликов. Почему реакция сердечно-сосудистой системы на Δ ⁹-ТГК у различных видов существенно разнится, неизвестно. Кроме того, эксперименты in vivo свидетельствуют, что Δ ⁹-ТГК оказывает отрицательный инотропный эффект. Исследования, выполненные на больных ИБС, показали, что марихуана может провоцировать приступ стенокардии. Установлено, что каннабиноиды вызывают продолжительную гипотензию и брадикардию, которым могут предшествовать транзи-торная тахикардия и гипертензия, которые связаны с активацией TRPV1 рецепторов. Гипотензия и брадикардия являются следствием стимуляции СВ1-рецепторов. Эндогенные каннабиноиды не участвуют в регуляции ЧСС и АД у интактных животных.