RICERCA ITALIANA     

CONTROLLO CENTRALE DELLA FUNZIONE ERETTILE E DEL COMPORTAMENTO SESSUALE: RUOLO DEGLI ENDOCANNABINOIDI, DEI LORO RECETTORI E LORO INTERAZIONE CON NEUROTRASMETTITORI E NEUROPEPTIDI.

Università degli Studi di Cagliari

Abstract

Lo scopo della ricerca è quello di identificare e caratterizzare possibili interazioni tra neurotrasmettitori, neuropeptidi e endocannabinoidi e i loro recettori CB1 a livello centrale coinvolte nel controllo del comportamento sessuale e dei suoi principali aspetti in condizioni fisiologiche e/o farmacologiche. In particolare sarà studiata la possibilità che esistano interazioni tra alcuni neurotrasmettitori (dopamina, amminoacidi eccitatori, GABA, ossido nitrico) e/o neuropeptidi (ossitocina, peptidi oppioidi, ACTH-MSH), per i quali in questi ultimi anni sono state ottenute significative evidenze sperimentali per un loro coinvolgimento a livello di specifici nuclei cerebrali nel comportamento sessuale, e alcuni cannabinoidi endogeni (anandamide ed altri) e di sintesi (agonisti e antagonisti dei recettori CB1), per i quali sono state ottenute in questi anni diverse evidenze sperimentali di un loro possibile coinvolgimento nella funzione sessuale maschile e femminile a livello centrale. L'unità di Cagliari verificherà la possibilità che esista un'interazione tra i sopraccitati neurotrasmettitori e neuropeptidi con i suddetti recettori CB1 nel controllo della funzione erettile a livello del nucleo paraventricolare dell'ipotalamo in condizioni ex copula ed in copula (durante l'attività sessuale). Poiché risultati preliminari suggeriscono che il blocco dei recettori CB1 nel nucleo paraventricolare facilita la risposta erettile, si studierà se i recettori presenti in questo nucleo sono in grado di influenzare i meccanismi mediante cui i neurotrasmettitori e i neuropeptidi suddetti influenzano l'espressione della funzione erettile a livello di questo nucleo ipotalamico. Si cercherà anche di misurare qualche indice della funzione e la localizzazione dei recettori cannabinoidi nel nucleo paraventricolare. Nell'Unità di Modena sarà studiato l'effetto della somministrazione sistemica di agonisti e antagonisti dei recettori cannabionoidi sul comportamento copulatorio maschile e femminile in ratti esperti e non esperti (naive), e in ratti veloci e lenti nell'intrapendere l'attività sessuale, condizioni in cui spesso sono riportati dati contrastanti per quanto riguarda l'attività sessuale e che potrebbero essere caratterizzate da differente sensibilità dei recettori cannbinoidi, sui principali parametri del comportamento sessuale maschile e femminile, sugli RNA messaggeri di alcuni dei neurotrasmettitori e dei neuropeptidi suddetti in alcuni nuclei dell'ipotalamo implicati nel comportamento sessuale. Infine nell'Unità di Teramo saranno misurati i livelli di cannabinoidi endogeni e la attività degli enzimi che sono implicati nella loro sintesi e metabolismo (PLD, FAAH, AMT) in nuclei discreti dell'ipotalamo di ratti maschi e femmine precedentemente identificati per la loro capacità sessuale (potenti ed impotenti) e per la loro abilità di mostrare erezioni senza contatto, selezionati i primi dalla Unità di Modena ed i secondi dalla Unità di Cagliari. Anche l'Unità di Teramo cercherà di misurare qualche indice della funzione dei recettori cannabinoidi nel nucleo paraventricolare e altri nuclei ipotalamici. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Antonio ARGIOLAS Università degli Studi di CAGLIARI

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il comportamento sessuale ha un ruolo fondamentale nella riproduzione delle specie animali, da quelle più in basso a quelle più in alto nella scala filogenetica, mammiferi e uomo inclusi. Esso è il risultato di una complessa attività neurale, centrale e periferica, complicata ulteriormente da influenze endocrine ormonali, anche esse centrali e periferiche. A dispetto della sua importanza, ben poco è tuttora noto dei meccanismi centrali che controllano l'espressione dei suoi vari aspetti, sia nei maschi sia nelle femmine. Proprio per la sua complessità esso può essere modificato in modo spesso drammatico da sostanze che agiscono sia a livello centrale sia periferico o che inducono variazioni ormonali. Molte alterazioni del comportamento sessuale sono la conseguenza di una alterazione funzionale dell'attività di neurotrasmettitori e di neuropeptidi a livello centrale e periferico. In particolare, in questi ultimi anni è diventato evidente che l'attività di neurotrasmettitori e /o neuropeptidi può essere influenzata dagli endocannabinoidi, nome con cui sono chiamati un gruppo di composti lipdici derivati dagli acidi grassi insaturi, proprio perché hanno tra i loro effetti biologici quelli di mimare spesso (anche se non sempre) l'effetto della stimolazione dei recettori su cui agiscono i derivati della canapa indiana (cannabis sativa) a livello centrale e periferico. Questo ha portato alla identificazione di due tipi principali di recettori cannabinoidi (CB1 e CB2) e alla sintesi di composti agonisti e antagonisti dei due tipi di recettore. Poiché diverse evidenze sperimentali suggeriscono che anche il comportamento sessuale può essere influenzato dai cannabinoidi, il Gruppo Nazionale proponente, composto da psicobiologi, psicofarmacologi e biochimici, tutti con una notevole conoscenza sull'argomento, si propone di effettuare una serie di ricerche nel ratto atte ad identificare: 1) interazioni tra neurotrasmettitori, neuropeptidi e cannabinoidi in particolare a livello del nucleo paraventricolare dell'ipotalamo (PVN), nucleo che ha un ruolo importante nel controllo della funzione erettile e dell'attività sessuale in condizioni fisiologiche e farmacologiche, 2) l'influenza di agonisti e antagonisti dei recettori cannabinoidi sul comportamento sessuale maschile e femminile in condizioni fisiologiche in ratti sessualmente esperti e naive, e in ratti con bassa e elevata capacità sessuale, e 3) se esistono variazioni dei livelli degli endocannabinoidi, degli enzimi che controllano la loro sintesi e il loro metabolismo e dell'attività dei loro recettori a livello del nucleo paraventricolare e di altri nuclei ipotalalamici nelle condizioni sperimentali suddette. Lo scopo è che i risultati delle ricerche suddette rendano possibile lo sviluppo di approcci razionali al trattamento dei disturbi del comportamento sessuale nell'uomo (i.e., disfunzione erettile, caduta della libido) che spesso si riscontrano in coloro che fanno abuso dei derivati della cannabis, oltre che nella popolazione in generale, dato che quanto trovato nel ratto è spesso predittivo di ciò che si osserva nelle specie umana. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Quando si parla di comportamento sessuale, ci si riferisce in genere all'esecuzione di precise risposte comportamentali specie-specifiche che si concludono con l'accoppiamento, messe in atto dagli animali quando il sistema nervoso centrale percepisce uno stimolo sessuale (di natura visiva, olfattiva, uditiva, tattile, ecc.) (vedi Meisel & Sachs, 1994). Sebbene sia facile immaginare che i centri cerebrali superiori attivino tutta una serie di attività che costituiscono il substrato neurale del comportamento sessuale, ben poco è noto di questi sistemi. Tuttavia è comunemente accettato che diversi neurotrasmettitori e/o neuropeptidi siano implicati nelle due principali fasi del comportamento sessuale, quella anticipatoria e quella consumatoria. Tra di questi i più noti sono la dopamina, la serotonina, la noradrenalina, gli aminoacidi eccitatori, il GABA e lo stesso NO, mentre tra i neuropeptidi l'ossitocina, i peptidi oppioidi e i peptidi relati all'ACTH (ormone adrenocorticotropo) e all'MSH (ormone -melanocita stimolante) sono quelli meglio conosciuti. Quasi tutti facilitano il comportamento sessuale, eccetto il GABA, che è inibitorio, la serotonina, che spesso è inibitoria, anche se è necessario distinguere tra i vari tipi di recettore coinvolti, e i peptidi oppioidi che inibiscono la fase consumatoria, ma facilitano quella anticipatoria (vedi Meisel & Sachs, 1994; Andersson & Wagner, 1995; Argiolas & Melis, 1995; Argiolas, 1999; Giuliano & Rampin, 2000; Melis & Argiolas, 2003, Argiolas & Melis, 2004). Queste sostanze possono influenzare l'espressione dei principali aspetti del comportamento sessuale, l'erezione, la monta, l'intromissione e l'eiaculazione nel maschio, la procettività e la recettività (lordosi) nella femmina agendo in diverse aree cerebrali, le più note delle quali sono l'area preottica, in particolare quella mediale, il nucleo paraventricolare dell'ipotalamo, l'ippocampo, l'amigdala, il midollo allungato ed il midollo spinale (Meisel & Sachs, 1994; Liu et al., 1997a, 1997b; McKenna, 1998; Melis et al., 1998). In quale modo queste strutture interagiscano per modulare l'attività delle vie neurali periferiche è ancora sconosciuto. Tuttavia recenti studi neuroanatomici, neurofarmacologici e elettrofisiologici hanno portato alla identificazione di alcune vie che proiettano nel midollo spinale proprio a livello del tratto lombosacrale e che potrebbero essere coinvolte nel controllo delle vie neurali che innervano l'apparato genitale, modulando quindi l'espressione dell'erezione e della eiaculazione, due delle principali funzioni sessuali maschili. La più nota di queste vie origina nel nucleo paraventricolare dell'ipotalamo (PVN), è di natura ossitocinergica e la sua attivazione da parte di diversi trasmettitori (dopamina, ossitocina, aminoacidi eccitatori) porta all'espressione dell'erezione peniena, mentre la sua inibizione, per esempio da parte del GABA o dei peptidi oppioidi, la inibisce per lo meno quando indotta dalle sostanze suddette (vedi Argiolas & Melis, 1995; McKenna, 1998; Veronneau-Longueville et al., 1999; Melis & Argiolas, 2003, Argiolas & Melis, 2004). L'attivazione dei neuroni ossitocinergici che mediano la funzione erettile è apparentemente mediata da un aumento della produzione di NO a livello del PVN, probabilmente nel corpo cellulare degli stessi neuroni ossitocinergici. Diverse evidenze sperimentali suffragano questa ipotesi. Primo, l'inibizione della sintetasi dell'NO nel PVN previene le erezioni peniene indotte da farmaci dopamino agonisti, dagli aminoacidi eccitatori e dalla stessa ossitocina iniettati nel PVN (Melis & Argiolas, 2003). Secondo, farmaci donatori di NO iniettati nel PVN inducono erezioni peniene indistinguibili da quelle indotte dai farmaci dopamino-agonisti, dagli aminoacidi eccitatori e dalla stessa ossitocina (Melis & Argiolas, 2003). Terzo, studi di microdialisi intracerebrale dimostrano che i farmaci dopamino agonisti, l'NMDA e la stessa ossitocina iniettati nel PVN a dosi che inducono erezione peniena aumentano la produzione di NO nel PVN (Melis et al., 2003, Argiolas & Melis, 2004). Infine, in accordo con gli studi farmacologici sopra citati, studi immunocitochimici hanno dimostrato l'esistenza di neuroni ossitocinergici che dal PVN proiettano nella regione lombosacrale del midollo spinale (vedi Veronneau-Longueville et al., 1999), e la stimolazione elettrica del PVN induce erezione peniena nell'animale anestetizzato misurabile dall'aumento della pressione intracavernosa (Chen et al., 1998).
Meccanismi simili a quelli sopra descritti, ossia che portano alla attivazione di neuroni ossitocinergici che mediano la risposta erettile, sono apparentemente operativi nel PVN anche quando l'erezione peniena si manifesta in condizioni fisiologiche, per esempio quando si verifica in seguito a stimoli sessuali (erezioni psicogene)(vedi Melis et al., 1998) e/o durante il comportamento copulatorio. Infatti, una aumentata produzione di NO può essere misurata nel PVN di ratti maschi sessualmente potenti che mostrano erezione peniena sia quando sono posti in presenza di una femmina recettiva inaccessibile, che il maschio può vedere, sentire, udire ed odorare, ma con cui non può interagire, sia durante la copula (Melis et al., 1998). Inoltre, l'aumentata produzione di NO, ed il numero delle erezioni che si osservano nei maschi in presenza di una femmina recettiva inaccessibile, e di quelle che si verificano durante la copula diminuiscono drammaticamente se gli animali vengono trattati con inibitori della NO sintetasi o con morfina o GABA agonisti direttamente nel PVN, oppure con antagonisti dei recettori dell'ossitocina nei ventricoli laterali (vedi Melis et al., 1999; Argiolas, 1999; Melis e Argiolas, 2002). Sempre a livello del PVN studi di microdialisi hanno dimostrato che i livelli di dopamina e di aminoacidi eccitatori (acido glutammico e acido aspartico) aumentano durante le erezioni senza contatto e durante l'atività copulatoria (Melis et al., 2003, 2004a). Ancora, è stato dimostrato che ratti sessualmente impotenti, ossia che non copulano quando messi insieme ad una femmina recettiva, hanno livelli di RNA messaggero per l'ossitocina e per la NO sintetasi nel PVN che sono circa la metà dei livelli di RNA messaggero per queste sostanze che si ritrovano nel PVN dei ratti sessualmente potenti. Queste differenze non si ritrovano in altre aree cerebrali che sono implicate nel comportamento sessuale, quali l'amigdala e l'area preottica (Benelli et al., 1995; Arletti et al., 1997). Nei ratti sessualmente impotenti è stato anche visto che nel PVN i livelli di RNA messaggero per i peptidi oppioidi (enchefaline e dinorfine) sono più alti di quelli che si ritrovano nel PVN dei ratti sessualmente potenti.
Nell'ultimo ventennio numerosi studi hanno portato alla identificazione nel sistema nervoso centrale dei recettori dei cannabinoidi, i principi attivi presenti nei derivati della Cannabis sativa (marijuana e hashish)(vedi Fowler et al., 2002), e di alcuni derivati dell'acido arachidonico (anandamide, 2-arachidonil-glicerolo e 2-arachidonilgliceriletere) e degli enzimi che li sintetizzano (vedi Siugura & Waku, 2000; Fowler et al., 2001; Maccarrone & Finazzi-Agrò, 2002; Freund et al., 2003; Howlett et al., 2004, Oddi et al., 2005 e bibliografia inclusa). Questi derivati lipidici sono stati chiamati endocannabinoidi, perché apparentemente agiscono sugli stessi recettori dei cannabinoidi, mimandone in molti sistemi le relative attività biologiche. Tra queste quelle meglio conosciute sono la modulazione dell'attività motoria, l'ipotermia, l'analgesia e differenti effetti endocrini, questi ultimi mediati soprattutto dall'ipotalamo (vedi De Miguel et al., 1998; Chaperon & Thiebot, 1999; Maccarrone & Finazzi-Agrò, 2002). Studi di biologia molecolare e neurofarmacologia hanno portato alla identificazione di due tipi di recettori per i cannabinoidi e gli endocannabinoidi, il recettore CB1 e il recettore CB2. Il primo fu identificato prima nel cervello, ed il secondo nelle cellule del sistema immune, ma è orami chiaro che esistono in numerosi altri sistemi anche periferici (vedi Freund et al., 2003; Howlett et al., 2004). I recettori CB1 e CB2 sono recettori che appartengono alla famiglia dei recettori legati alle proteine G (Gi/Go) sensibili alla tossina della pertosse e costituiti da una proteina che mostra le tipiche sette regioni altamente idrofobiche che attraversano la membrana cellulare e legata a diversi sistemi di trasduzione, quali l'inibizione della adenilato ciclasi e la riduzione dei livelli di AMP ciclico, l'inibizione dei canali allo ione Ca++-voltaggio dipendenti di tipo N, L, P e Q, l'attivazione di canali allo ione K+ , della fospolipasi C e di differenti protein kinasi (vedi Mackie & Hille, 1992; Twitchell et al., 1997; Pan et al., 1998; Freund et al., 2003; Howlett et al., 2004; Guo & Ikeda, 2004 e bibliografia inclusa).
Stando ai recettori CB presenti nel sistema nervoso centrale, è comunemente accettato che i recettori CB1sono localizzati a livello presinaptico e che la loro attivazione da parte dei cannabinoidi esogeni e endogeni porta alla diminuzione della liberazione di trasmettitore dalle sinapsi che possiedono questi recettori. È stato anche dimostrato che gli endocannabinoidi liberati dalla stimolazione neurale possono agire come messaggero retrogrado, andando ad influenzare in modo inibitorio l'attività delle sinapsi che possiedono i recettori cannabinoidi, in particolare sinapsi GABAergiche e glutamatergiche in diverse strutture cerebrali (vedi Robbe et al., 2001; Freund et al., 2003; Howlett et al., 2004 e bibliografia inclusa). Cosa molto importante i cannabinoidi naturali e di sintesi non solo esercitano marcati effetti inibitori sulla riproduzione maschile, agendo sia livello dell'asse ipotalamo-ipofisi-gonadi che direttamente nel testicolo e sugli spermatozoi (vedi Maccarrone et al., 2003 e bibliografia inclusa), ma anche esercitando effetti inibitori sulla funzione erettile e sulla attività copulatoria (vedi Ferrari et al., 2000; Shrenker & Bartke, 1985 e bibliografia inclusa). Proprio a livello del PVN, studi di binding e autoradiografia hanno dimostrato la presenza di recettori CB1 (vedi Herkenham et al., 1991), e che la somministrazione sistemica di cannabinoidi naturali e di sintesi aumenta la concentrazione della proteina c-fos, cosa che si osserva anche in altri nuclei ipotalamici (McGregor et al., 1998; Patel et al., 1998). Recentemente studi preliminari in una delle Unità di ricerca hanno rivelato che il blocco dei recettori CB1 presenti nel PVN con l'antagonista SR 141776 facilita l'erezione (Melis et al., 2004b). Altri ricercatori hanno invece riportato che lo stesso antagonista potenzia la risposta erettile indotta dall'apomorpfina, classico agonista dopaminergico (da Silva et al., 2003). Questi risultati preliminari suggeriscono che gli endocannabinoidi e i loro recettori presenti nel sistema nervoso centrale possono essere implicati nel controllo della funzione erettile e dell'attività sessuale maschile. L'obiettivo di questo progetto di riceca è proprio quello di identificare il meccanismo o i meccanismi centrale mediante cui gli endocannabinoidi e i loro recettori possono influenzare la funzione erettile e l'attività sessuale <<<