Evaluation of the potential anti-inflammatory and neuroprotective effect of a FAAH inhibitor in glaucome models

Abstract

O glaucoma é a segunda causa de cegueira a nível mundial e é caracterizado pela perda progressiva de células ganglionares da retina (CGR). A pressão intraocular (PIO) é considerada o maior fator de risco para desenvolver glaucoma, e a redução da PIO é atualmente a única terapia utilizada. Contudo, apesar de um controlo adequado da PIO uma percentagem significativa de doentes continua a perder visão. Várias evidências têm demonstrado que a neuroinflamação tem um papel importante na patogénese do glaucoma. Em situações de neuroinflamação, as células da microglia ficam ativadas e libertam mediadores inflamatórios, os quais podem iniciar e perpetuar processos degenerativos e a morte das CGR. A enzima hidrolase de ácidos gordos com um grupo amida (do inglês fatty acid amide hydrolase, FAAH) é considerada o mediador primário da hidrólise dos endocanabinóides, tais como anandamida (AEA), oleoiletanolamina (OEA), e palmitoiletanolamina (PEA). O aumento da resposta aos endocanabinóides pode ser alcançado com a inibição da atividade da FAAH, bem como através da inibição do seu transportador. Foi descrito que o aumento local dos níveis de endocanabinóides, particularmente da AEA, pode complementar eficazmente estratégias neuroprotetoras para o tratamento de doenças degenerativas da retina, como o glaucoma. Além disso, tendo em conta as propriedades dos endocanabinóides como hipotensores oculares, e os seus efeitos neuroprotetores e anti-inflamatórios, os inibidores da FAAH têm potencial para reduzir a PIO e proteger as CGR, reforçando assim a sua relevância para o tratamento do glaucoma. Neste estudo, pretendeu-se avaliar o potencial efeito de um inibidor da FAAH (URB597) na diminuição da PIO num modelo de hipertensão ocular (cauterização das veias episclerais – CVE). Além disso, pretendeu-se investigar, pela primeira vez, os potenciais efeitos neuroprotetores e anti-inflamatórios do URB597 num modelo de pressão hidrostática elevada (PHE), com o objetivo de mimetizar uma situação de PIO elevada, em explantes de retina de rato. Em animais submetidos a CVE, a PIO aumentou significativamente, durante pelo menos 7 dias. A administração do URB597 diminuiu significativamente a PIO, e este efeito pareceu ter sido mediado pela ativação dos recetores dos endocanabinóides do tipo CB1. A atividade da FAAH foi fortemente inibida pelo URB597 em culturas organotípicas de retina. Além disso, o composto URB597 aumentou os níveis de AEA, Resumo viii OEA e PEA nestas culturas. A exposição de explantes de retina a PHE reduziu significativamente a sobrevivência das CGR. O tratamento com URB597 inibiu a diminuição do número de CGR. Contudo o efeito protetor do URB597 pareceu não ter sido mediado pela ativação dos recetores CB1. Além disso, o composto URB597 inibiu o aumento da imunoreatividade da isoforma indutível da sintase do monóxido de azoto (do inglês inducible nitric oxide synthase, iNOS) em células da microglia, induzida pela PHE em explantes de retina. No entanto, uma vez mais, o efeito inibitório do URB597 não pareceu ter sido mediado pelo recetor CB1. Em conclusão, os resultados apresentados nesta tese indicam claramente que a enzima FAAH representa um potencial alvo terapêutico num contexto de glaucoma, que vale a pena investigar, uma vez que a inibição da FAAH tem potencial para diminuir a PIO, para controlar a neuroinflamação e para proporcionar neuroprotecção contra a degenerescência das CGR.

Glaucoma is the second leading cause of blindness in the world and is characterized by progressive loss of retinal ganglion cells (RGCs). Elevated intraocular pressure (IOP) is considered the primary risk factor for the development of glaucoma and lowering IOP is the only clinical therapy available. However, some patients continue to lose vision despite successful IOP control. It has been shown that neuroinflammation plays an important role in the pathogenesis of glaucoma. During neuroinflammatory events, microglial cells become activated and release proinflammatory mediators, which in turn can initiate and perpetuate degenerative processes and RGC death. The enzyme fatty acid amide hydrolase (FAAH) is thought to be the primary mediator of the hydrolysis of released endocannabinoids, such as anandamide (AEA), oleoiletanolamine (OEA), and palmitoiletanolamine (PEA). Enhancement of endocannabinoid responses can be achieved with inhibition of FAAH activity, as well as through inhibition of its endocannabinoid transporter. It was described that increasing local endocannabinoid levels, particularly AEA, may be an effective supplement to the arsenal of neuroprotective strategies for retinal degenerative diseases, such as glaucoma. Moreover, taking into account the ocular hypotensive properties of endocannabinoids, in addition to its neuroprotective and antiinflammatory effects, FAAH inhibitors have the potential to decrease IOP, thereby strengthening its relevance to treat glaucoma, protecting RGCs against degeneration. In this study, we aimed to assess the potential effect of a FAAH inhibitor (URB597) in decreasing IOP in a model of ocular hypertension (episcleral vein cauterization - EVC). In addition, another goal was to investigate, for the first time, the potential neuroprotective and anti-inflammatory effects of URB597 in a model of elevated hydrostatic pressure (EHP), mimicking elevated IOP, in rat retinal explants. In animals submitted to EVC, the IOP was significantly increased, at least for 7 days. The administration of URB597 significantly decreased IOP, and this effect seemed to be partially mediated by CB1 receptor activation. The activity of FAAH was strongly inhibited by URB597 in retinal organotypic cultures. Moreover, URB597 increased the levels of AEA, OEA, and PEA in these cultures. Exposure of retinal explants to EHP significantly reduced RGC survival. Treatment with URB597 inhibited the decrease in the number of RGCs, but this protective effect did not seem to be mediated by the activation of CB1 receptors. In addition, URB597 inhibited the increase of iNOS immunoreactivity in microglial cells induced by EHP exposure in Abstact x retinal explants, but the CB1 receptor did not seem to mediate this inhibitory effect of URB597. In summary, our results clearly show that FAAH enzyme represents a potential therapeutic target worth to investigate in the context of glaucoma, once FAAH inhibition has the potential to decrease IOP, control neuroinflammation, and provide neuroprotection against RGC degeneration.