Non psychotropic cannabinoids for the treatment of inflammatory diseases

Abstract

Medicinal cannabis and purified cannabinoids have garnered worldwide attention since millions of patients can benefit from their medical properties. Over the past few years, the endocannabinoid system (ECS) has emerged as a crucial player for the regulation of physiological mechanisms related to inflammatory and immunomodulatory processes as well as food intake and energy metabolism. Hence, its pharmacological manipulation represents a novel strategy for the management of inflammatory diseases such as metabolic syndrome (MetS) and rheumatoid arthritis (RA) To investigate the real potential of medicinal marijuana, pre-clinical and clinical studies have been launched, with positive results for some neurological conditions like multiple sclerosis and some genetic juvenile forms of epilepsy. All these studies have used neutral cannabinoids, especially Δ9-THC and CBD, with little attention to the genuine phytocannabinoids of the plant, namely their acidic forms, such as the native precursor of Δ9-THC, the Δ9-THC acid A (Δ9-THCA-A), a non-psychoactive phytocannabinoid that remains largely unexplored. In addition, the modification of CBD scaffold was carried out in order to increase its application in different diseases. Δ9-THCA has two isomers, Δ9-THCA-A, in which the carboxylic acid group is in the 1 position, between the hydroxy group and the carbon chain, and Δ9-THCA -B, in which the carboxylic acid group is in the 3 position. Δ9-THCA-A is the most abundant isomer. In the present work, the CBD aminoquinone derivative VCE-004.8, a dual PPARγ and CB2 receptor agonist that also activates the HIF pathway, and Δ9-THCA-A, a partial and selective PPARγ modulator, showed lower adipogenic activity than the full PPARγ agonist rosiglitazone (RGZ) and did not affect osteoblastogenesis in hMSC. In an in vivo murine model of high fat diet (HFD)-induced obesity, both VCE-004.8 and Δ9-THCA-A treatments induced a significant reduction in body weight gain, total fat mass, adipocyte volume, plasma triglyceride levels, and liver steatosis in HFD mice. In addition, the treatments improved sensitivity to insulin and regulated the expression of other metabolic biomarkers in obese mice. Thus, VCE-004.8 and Δ9-THCA-A were qualified as novel therapeutic candidates for the management and improvement of the symptoms of obesityassociated metabolic syndrome and inflammation. In addition, subsequent in vitro and in silico analyses also showed that Δ9-THCA-A can act as an orthosteric CB1 agonist and also as a positive allosteric modulator in the presence of CP-55,940. Moreover, Δ9-THCA-A seemed to be an inverse agonist for CB2. In vivo experiments in a murine model of collagen-induced arthritis (CIA) demonstrated that Δ9-THCA-A prevented the inflammation and cartilage damage on knee joints. The anti-arthritic effect of Δ9-THCA-A was greatly prevented by either SR141716 or T0070907. Analysis of plasmatic biomarkers as well as determination of cytokines and anti-collagen antibodies confirmed that Δ9-THCA-A is mediating its activity mainly through PPARγ and CB1 pathways. Thus, our studies document that Δ9-THCA-A exerted anti-arthritis activity through CB1/PPARγ pathways highlighting its potential for the treatment of chronic inflammatory diseases such as RA.

El cannabis medicinal y los cannabinoides purificados han captado la atención mundial, ya que millones de pacientes pueden beneficiarse de sus propiedades terapéuticas. En los últimos años, el sistema endocannabinoide (SEC) ha presentado un papel crucial en la regulación de mecanismos fisiológicos relacionados con procesos inflamatorios e inmunomoduladores, así como con la ingesta de alimentos y el metabolismo energético. Por lo tanto, su manipulación farmacológica representa una nueva estrategia para el tratamiento de enfermedades inflamatorias como son síndrome metabólico y artritis reumatoide (AR). Para investigar el verdadero potencial medicinal de la marihuana, se han realizado estudios preclínicos y clínicos con resultados positivos en determinadas condiciones neurológicas como la esclerosis múltiple y ciertas formas genéticas de epilepsia juvenil. Todos estos estudios han utilizado cannabinoides neutros, especialmente Δ9-THC y CBD, sin prestar atención a los auténticos fitocannabinoides de la planta, sus formas ácidas, como es el precursor nativo del Δ9-THC, el Δ9-THC ácido (Δ9-THCA-A), un fitocannabinoide no psicoactivo que permanece en gran medida inexplorado. Además, se ha realizado una modificación de la estructura química del CBD con el fin de aumentar su aplicación en el tratamiento de diferentes enfermedades. En el presente trabajo, el derivado aminoquinona del CBD, VCE-004.8, un agonista dual de los receptores PPARγ y CB2, que también activa la ruta de HIF, y Δ9-THCA-A, un modulador selectivo y parcial de PPARγ, mostraron una menor actividad adipogénica que rosiglitazona (RGZ), un agonista completo de PPARγ, y además, no presentaron efectos adversos asociados a los agonistas completos de PPARγ, como por ejemplo inhibición de osteoblastogénesis. En un modelo murino in vivo de obesidad inducida por una dieta alta en grasa (HFD), el tratamiento con VCE-004.8 y Δ9-THCA-A indujo una reducción significativa del peso corporal, masa grasa total, volumen de adipocitos, niveles plasmáticos de triglicéridos y esteatosis en ratones obesos. Además, también mejoraron la sensibilidad a la insulina y regularon la expresión de otros biomarcadores metabólicos. Por otro lado, el análisis posterior in vitro e in silico también demostró que Δ9-THCA-A puede actuar como un agonista ortostérico de CB1 y también como un modulador alostérico positivo en presencia de CP-55,940. Además, se muestra que Δ9-THCA-A es un agonista inverso de CB2. Experimentos in vivo en un modelo murino de artritis inducida por colágeno (CIA) demostraron que el tratamiento con Δ9-THCA-A previno la inflamación y el daño del cartílago en las articulaciones de la rodilla. El efecto antiartrítico de Δ9-THCA-A fue evitado en gran medida por SR141716 o T0070907. El análisis de biomarcadores plasmáticos, así como la determinación de citoquinas y anticuerpos anticolágeno confirmaron que Δ9-THCA-A actúa principalmente a través de las vías PPARγ y CB1. Nuestros hallazgos establecen que VCE-004.8 a través de PPARγ, CB2 y HIF, y Δ9- THCA-A a través de PPARγ, tienen un potencial terapéutico para el tratamiento de la obesidad y síndrome metabólico, sin presentar los efectos nocivos en adipogénesis y osteoblastogénesis asociados a los agonistas completos de PPARγ. Además, Δ9-THCA-A modula al receptor CB1 tanto a través del sitio de unión ortostérico como alostérico. Es más, Δ9-THCA-A también previene el desarrollo de artritis, principalmente a través de las vías CB1/PPARγ, destacando su potencial para el tratamiento de enfermedades inflamatorias crónicas como es la artritis reumatoide.