Linee di ricerca attuali in ambito tabaccologico

1. GIORNATA MONDIALE SENZAFUMO 2011 Modena - 24 Maggio 2011 Linee di ricerca attuali in ambito tabaccologico Michele Zoli Coordinatore Scientifico, Centro AntiFumo (interdipartimentale) Dipartimento di Scienze Biomediche

2. Fumo di sigaretta e tabagismo Il fumo di sigaretta (circa 500 mg/sigaretta) è un aerosol composto di agenti volatili (circa 500) nella fase acquosa (vapore) e semivolatili o non volatili (circa 3500) nella fase particolata. Di questi almeno 20 sono carcinogeni in dose sufficiente ad esercitare il loro effetto nell’uomo. Inoltre, svariati composti sono agenti eziologici di malattiecardiovascolari e polmonari. Tra queste sostanze è compresa la nicotina, un alcaloide capace di indurre dipendenza nell’uomo come in altri mammiferi.

3. Bersaglio molecolare della nicotina: il recettore nicotinico subunità Canale aperto Canale chiuso nicotina membrana plasmatica

4. Filogenesi delle subunità nicotiniche Le Novère and Changeux 1995

5. Sottotipi del nAChR nel cervello di roditore Abenula mediale Ippocampo a4b2, a7 a3b2* a4b2,a4a5b2, Corteccia a3b3b4, 3b4* a3b4 a7 a4b2,a4a5b2 a7 Ghiandola pineale Bulbo olfattivo a7 a3b4 a7 a4b2 Cervelletto a7 a4b2, a3b4* a3b2* Locus coeruleus a6b2b3 a3b4 Striato Midollo spinale 4b2a4a5b2 a7 a4b2 a3b2* a6b2b3, a6a4b2b3 Talamo Amigdala a4b2 a4a5b2 Nuclei del rafe a7 a4b2 a4b2 Nucleo interpeduncolare Ipotalamo 4b2 a7 4b2 a7 Sostanza nera Area tegmentale ventrale a3b3b4 a2b2* 4b2 a4a5b2 , a7 a3b4* a6b2b3* Gotti, Zoli, Clementi (2006) TIPS 27: 482-491

6. QUALI SOTTOTIPI DEL RECETTORE NICOTINICO SONO RESPONSABILI PER LA DIPENDENZA DA NICOTINA

7. Principali sistemi cerebrali della ricompensa Abenula mediale (neuroni ad ACh) e laterale Caudato- putamen Fascicolo retroflesso Corteccia prefrontale Nucleo accumbens Area tegmentale Ventrale e sostanza nera (neuroni a DA) Nucleo interpeduncolare Via mesotelencefalica

8. Gotti et al (2010) Nicotinic acetylcholine receptors in the mesolimbic pathway: primary role of ventral tegmental area alpha6beta2* receptors in mediating systemic nicotine effects on dopamine release, locomotion, and reinforcement.J Neurosci30:5311-5325. Grady et al (2009) Rodent habenulo-interpeduncular pathway expresses a large variety of uncommon nAChR subtypes, but only the alpha3beta4* and alpha3beta3beta4* subtypes mediate acetylcholine release.J Neurosci29:2272-2282. Frahm et al (2011) Aversion to nicotine is regulated by the balanced activity of β4 and α5 nicotinic receptor subunits in the medial habenula.Neuron 70:522-535. Fowler et al (2011) Habenular α5 nicotinic receptor subunit signalling controls nicotine intake. Nature 471:597-601.

9. Sottotipi del nAChR e dipendenza da nicotina • Rilascio di dopamina nel nucleo accumbens indotta da nicotina sistemica: • Subunità a4, a6, b2 • Autosomministrazione di nicotina • Subunitàa4, a6, b2 • Sindrome d’astinenza • Subunitàa5, b4, a7

10. Significato per il tabagismo Possibilità di sviluppo di farmaci sottotipo-specifici e terapia del tabagismo

11. PREDISPOSIZIONE GENETICA AL TABAGISMO E ALLE MALATTIE CORRELATE

12. Polimorfismo genetico • Variante nella sequenza genomica senza conseguenze fenotipiche patologiche. • A livello di sequenza sono indistinguibili da una mutazione ma rispetto a questa presentano 2 fondamentali differenze: • questa variazione genotipica non cambia in senso patologico il fenotipo del portatore • B) mentre la mutazione è un evento raro il polimorfismo è presente almeno nell'1% della popolazione

13. Meta-analysis and imputation refines the association of 15q25 with smoking quantity Nature Genetics VOLUME 42: 437-440, MAY 2010 Genome-wide meta-analyses identify multiple loci associated with smoking behavior Nature Genetics VOLUME 42: 441-447, MAY 2010 Sequence variants at CHRNB3–CHRNA6 and CYP2A6 affect smoking behavior Nature Genetics VOLUME 42: 448-453, MAY 2010

14. Polimorfismi genetici nelle subunità del nAChR Il cluster a3a5b4: polimorfismi a singolo nucleotide (SNP) codificanti (es. rs16969968 in a5) e non-codificanti relati a dipendenza da nicotina, carcinoma polmonare, broncopneumopatia cronica ostruttiva, alcolismo. Il cluster a6b3: SNP relati a dipendenza da nicotina. Altri geni: a4 e b2 hanno SNP significativamente relati a dipendenza da nicotina. Vi è anche qualche evidenza per a2 e a7.

15. Significato per il tabagismo Polimorfismi genetici delle subunità del nAChR, in particolare nel gene CHRNA5 (codificante la subunità alfa5), sono associati al tabagismo e ad una serie di malattie correlate quali il carcinoma polmonare, e la broncopneumopatia cronica ostruttiva

16. RECETTORI NICOTINICI E PATOLOGIE POLMONARI

17. Dove sono localizzati i recettori nicotinici? • - Muscolo scheletrico (sottotipi(a1)2b1gd / (a1)2b1ed) • Gangli autonomici (sottotipi(a3)2a5(b4)2 / (a3)2a5b4 / a7) • Sistema nervoso centrale ((a4)2(b2)3 / a7 e molteplici sottotipi • minori) • Altri tessuti: • cute: a3b2, a3b4, a7, a9 • macrofagi, monociti, microglia: a7 • epitelio polmonare: a3b2, a3b4, a7, a9, a1b1ed

19. nAChR nell’epitelio polmonare

20. nAChR nell’epitelio polmonare • - Le cellule epiteliali bronchiali e bronchiolari e le cellule alveolari di tipo II esprimono vari sottotipi di nAChR:a3a5b4, a7 • La nicotina inibisce l’apoptosi, aumenta l’angiogenesi e la • proliferazione cellulare • Possibile ruolo favorente la tumorigenesi

21. nAChR nelle cellule tumorali polmonari

22. Significato per il tabagismo E’ attualmente ipotizzato che la nicotina possa essere un fattore causale diretto dello sviluppo di tumori polmonari mediante l’attivazione di recettori nicotinici espressi dalle cellule degli epiteli broncopolmonari e delle cellule tumorali

23. TABAGISMO E COMORBIDITA’ CON MALATTIE NEUROPSICHIATRICHE

24. Comorbiditàtratabagismo e malattieneuropsichiatriche Il tabagismo è associato a un largo numerodimalattieneuropsichiatricheincluse le psicosimaggiori (depressione e schizofrenia): - gliaffettidapsicosihannopiùaltafrequenzaditabagismo e/o - la cessazionedalfumoaumenta la possibilitàdisviluppareunapsicosi Unadellespiegazione per questofenomeno è cheilfumodisigarettasiauna forma diautomedicazione

25. Neuron, 70: 20-33, April 14, 2011

26. Recettori alfa7 e schizofrenia 1. studi post-mortem dell'ippocampo e del talamo di schizofrenici mostrano una diminuzione selettiva di recettori nicotinici alfa7. 2. il difetto di inibizione sensoriale (pre-pulse inhibition, PPI) è associato al locus cromosomico15q14, cioè al locus CHRNA7, il gene per la subunità alfa7 nAChR. Polimorfismi del promotore di alfa7 in una vicina duplicazione parziale del gene, FAM7A, sonoassociati sia alla schizofrenia sia al difetto di inibizione sensoriale 3. i malati di schizofrenia hanno la più alta percentuale di fumatori di ogni altro sottogruppo nella popolazione. Oltre l'80% degli schizofrenici è fumatore. Il fumo di sigaretta migliora transitoriamente il loro deficit di inibizione sensoriale.

27. Deficit di inibizione sensoriale nella schizofrenia

28. Sviluppo corticale e recettori nicotinici alfa7 • - Un’ipotesi molto accreditata sulla patogenesi della schizofrenia consiste in un deficit di sviluppo neuronale della corteccia cerebrale • Nel corso della maturazione neuronale i neuroni GABAergici passano da un iniziale ruolo eccitatorio a quello inibitorio proprio dell’età adulta. I recettori alfa7 sono necessari per questo switch. • Neuroni corticali di topi privi di recettore alfa7 (alfa7 KO) hanno una riduzione marcata di spine dendritiche. • I livelli perinatali di colina (agonista alfa7) sono determinanti per lo sviluppo della struttura corticale e dell’inibizione sensoriale.

29. Significato per il tabagismo La comorbiità tra tabagismo e schizofrenia potrebbe essere determinata da uno specifico ruolo dei recettori nicotinici nella patogenesi della schizofrenia. Farmaci nicotinici potrebbero quindi avere un importante ruolo terapeutico in questa sindrome psichiatrica.

30. TABAGISMO E PESO CORPOREO

31. Tabagismo, nicotina e peso corporeo • - Il fumo di tabacco e la nicotina diminuiscono l’assunzione di cibo ed il peso corporeo • Smettere di fumare causa aumento di peso corporeo, mediamente di 2,5 kg. • Buona parte dei giovani fumatori, ed in particolare le fumatrici, sostiene di fumare come mezzo di controllo del peso corporeo • L’aumento di peso è una forte motivazione contro la cessazione del fumo di sigaretta e al ritorno al fumo dopo la cessazione

33. Nicotinic Acetylcholine Receptors 2011 18-21 May 2011 Wellcome Trust Conference Centre, Wellcome Trust Genome Campus, Hinxton, Cambridge, UK

35. Gli effetti anoressigeni della nicotina sono mediati dal recettore alfa3beta4 • - Gli effetti sull’assunzione di cibo sono mimati dalla citisina, agonista dei recettori alfa3beta4 • Recettori alfa3beta4 sono espressi selettivamente nei neuroni POMC del n. arcuato ipotalamico • Inattivando il recettore alfa3beta4 selettivamente nei neuroni POMC ipotalamici la nicotina perde la sua attività anoressigena.

36. Significato per il tabagismo L’effetto anoressigenodella nicotina è legato ai recettori alfa3beta4, un sottotipo specifico e minoritario nel cervello. Questa evidenza apre la possibilità allo sviluppo di farmaci anoressigeniad attività agonistica alfa3beta4 che potrebbero essere usati per controllare l’aumento di peso successivo alla cessazione del fumo di sigaretta.