Il sistema serotoninergico Prof. Piero Geppetti

Esparmer : Enteramina Page : Serotonin 5-idrossi-tryptamine H O C H C H N H 2 2 3 N H

Serotonin Serotonin (5-hydroxytryptamine,5-HT) is a monoamine neurotransmitter. Biochemically derived from tryptophan, serotonin is primarily found in the gastrointestinal (GI) tract, platelets, and the central nervous system (CNS) of animals, including humans.

Distribuzione fisiologica della serotonina 5% SNC As you all know, serotonin is a biogenic amine that is predominantly located in the gastrointestinal tracts. In fact, it has been estimated that 95% of all the serotonin in the body is in the digestive tract. 90% of this is in the enterochromaffin cells in the mucosa, 10% is in the neurons in different plexuses, which we will discuss later. About 5% of the body serotonin is in the central nervous system. Next slide, please 95% tratto GI di cui: 90% cellule EC 10% neuroni

Syntesis and metabolism of serotonin

Acido 5-OH indolacetico Biosintesi della serotonina OH N C COOH NH2 triptofano COOH Triptofano idrossilasi C NH2 (fase limitante) N 5-idrossitriptofano 5-OH triptofano decarbossilasi C COOH OH H N Aldeide deidrogenasi Acido 5-OH indolacetico C NH2 MAO N 5-OH indolacetaldeide 5-idrossitriptamina

Melatonina 5-methoxy-N-acetyl tryptamine Regulator of biological rythm Jet lag Agomelatina (antidepressant)

Il catabolismo della serotonina Avviene grazie all’ossidazione della serotonina a 5-idrossi-3 indolacetaldeide. L’enzima coinvolto è MAO-A Questo enzima è presente nei mitocondri delle terminazioni nervose La clorgyline è un suo inibirore

Il SERT: neuro-transportatore della serotonina Tryptophan 5-OH-tryptamine Serotonin PCPA Il trasportatore è localizzato: Sui corpi neuronali (nuclei del rafe) Sulle teminazioni serotoninergiche periferiche dirette ai gangli basali, al diencefalo e alla corteccia. La sua funzione è quella di modulare le concentrazioni di serotonina all’interno dello spazio sinaptico 5-HT1A SERT SERT 5-HT1A 5-HT2A/C 5-HT1A 5-HT2A/C

The Heart and Brain and Serotonin TPH1 produces serotonin in the pineal gland and the enterochromaffin cells, while TPH2 produces it in the raphe nuclei and in the myenteric plexus. TPH1 develop progressive loss of heart strength early on. Serotonin agonists causes cardiac valve fibrosis Drugs which block 5-HT2C receptors make the body unable to shut off appetite, and are associated with increased weight gain. If a lobster is injected with serotonin, it behaves like a dominant animal, while octopamine causes subordinate behavior

Fattori che influenzano i livelli di serotonina corporei Stress Mancanza di sonno Mancanza di esercizio Alimentazione scorretta (dieta povera di triptofano) Mancanza di luce

Funzioni endogene Neurotrasmettitore centrale con effetti generali di tipo inibitorio Precursore della melatonina Proaggregante piastrinico e vasocostrittore Mediatore della motilità intestinale e del riflesso del vomito

Tumori GI e serotonina

Sindrome da carcinoide Il quadro clinico della sindrome da carcinoide, legato ad ipersecrezione neoplastica di Serotonina, ed è caratterizzato da: episodi accessuali di arrossamento della cute del volto (flushing), del collo, del tronco e degli arti superiori diarrea acquosa a volte di entità tale da causare una vera e propria sindrome da malassorbimento fino alla cachessia per un incremento della motilità ileale stenosi dell’ostio polmonare e steno-insufficienza tricuspidale ipertrofia ventricolare destra eccentrica. Diagnosi : Misurazione del 5-idrossindolacetic acid (5-HIAA) nelle urine

Effetti della serotonina sull’apparato respiratorio: Broncocostrizione (sintomo presente nella sindrome da carcinoide) Stimolazione dei chemorecettori aorto-carotidei (↑ Frequenza respiratoria)

Effetti gastrointestinali della serotonina La serotonina è sintetizzata nei neuroni dei plessi mioenterici e nelle cellule etrocromaffini. La serotonina è coinvolta: nella regolazione della motilità intestinale sensibilità del tratto GI nella secrezione ghiandolare induzione del riflesso del vomito Serotonin has a number of diverse effects in the gastrointestinal tract. These diverse effects are related to the different serotonin receptor subtypes, the different locations of serotonin reserves, and mechanisms of actions, some of which will be discussing today. With reference to the gastrointestinal tract, there are four main 5HT receptor subtypes - 1, 2, 3, and 4. Next slide, please

Effetti cardiovascolari della serotonina Vasocostrizione / vasodilatazione mediata da: attivazione 5HT1a presenti nei nuclei vasomotori centrali attivazione 5HT2 ipotalamici coinvolti nel rilascio di renina attivazione 5HT2 con produzione endoteliale di NO e PGI2 Effetto diretto inotropo e cronotropo (5-HT4) Bradicardia e ipotensione 5-HT3, riflesso di Bezold Jarisch

Le piastrine e la serotonina Non sintetizzano la serotonina ma la liberano Possiedono un trasportatore capace di captare il neurotrasmettitore presente nel sangue e lo immagazzinano nei granuli Esprimono in prevalenza il recettore 5HT2

Serotonina e sistema endocrino L’attivazione dei recettori 5-HT1A 5-HT2 5-HT1b ipotalamici aumenta: la secrezione della corticotropina (CRH). la secrezione dell’ossitocina (effetto collaterale del buspirone) la liberazione del Prolactin releasing factor

La serotonina e il sistema nervoso centrale Percezione del dolore Ritmo sonno/veglia Comportamento: depressione Regolazione neuroendocrina: controllo sul rilascio di ormoni ipotalamici (prolattina, ossitocina, CRH) Regolazione delle sensazioni di fame/sazietà Termoregolazione

Possibili bersagli d’azione dei farmaci Trasportatore del triptofano Ossidrilazione del L-triptofano (p-clorofenilalanina) Decardossilazione di 5 OH-triptofano Incorporazione della serotonina nelle vescicole (reserpina) Deaminazione ossidativa ad opera delle MAO (moclobemide) Ricaptazione della serotonina (SSRI) Azione a livello recettoriale (5HTR)

I Recettori

Meccanismo di trasduzione Recettore Sottotipo Meccanismo di trasduzione del segnale 5-HT1 5-HT1A Gi/o cAMP 5-HT1B 5-HT1D 5-HT1E 5-HT 1F 5-HT2 5-HT2A Gq/11 IP3/DAG 5-HT2B 5-HT2C 5-HT3 Recettore canale 5-HT4 Gs cAMP 5-HT5 5-HT5A ? 5-HT5B 5-HT6 5-HT7

Meccanismi recettoriali serotoninergici Fig. 1. Graphical representation of the current classification of 5-HT receptors. Receptor subtypes represented by coloured boxes and lower case designate receptors that have not been demonstrated to definitively function in native systems. Abbreviations: 3′-5′ cyclic adenosine monophosphate (cAMP); phospholipase C (PLC); negative (−ve); positive (+ve).

Localizzazione dei recettori 5-HT 5-HT1: SNC, vasi meningei 5-HT2: SNC, muscolatura liscia 5-HT3: SNC, afferenze vagali, chemoreceptor trigger zone 5-HT4: SNC, tessuto cardiaco, GI

Effetti mediati dai Recettori Sottotipo Funzione 5-HT1A,1B,1D Neuronal inhibition of central nervous system (CNS) neurons, smooth muscle relaxation, contraction of some vascular smooth muscle 5-HT2 Neuronal depolarization; vasoconstriction of most blood vessels, bronchoconstriction, contraction of gastrointestinal smooth muscle, platelet aggregation 5-HT3 Neuronal depolarization leading to activation of autonomic reflexes, neuronal excitation in the CNS 5-HT4 Gastrokinetic action (cholinergically mediated ileal contraction) myocardial stimulation, esophageal relaxation (in animal studies)

Ruolo patogenetico dei recettori serotoninergici 5-HT1A Ansia, disfunzione sessuale 5-HT1C Ansia, dolore emicranico 5-HT1D Dolore emicranico 5-HT2 Ansia, depressione 5-HT3 Emesi 5-HT4 Ansia

Recettore 5-HT1 Il 5-HT1 è presente nel sistema nervoso centrale con funzione inibitoria determinata dall’aumento della conduttanza al potassio sui neuroni. I recettori 5-HT1 periferici mediano sia effetti eccitatori (vasocostrizione) che inibitori (rilassamento della muscolatura liscia) a seconda dei distretti.

Ruolo dei recettori 5HT1a nella trasmissione serotoninergica Nuclei del rafe Aree di proiezione 5HT buspirone 5HT-2 5HT1A 5HT1B/D G IP3 DAG Ca2+ PKC MAO PLC Ca2+ Fosfoproteine 5HT 5HT CaMKII 5HT 5HT1A G * AC – Funzioni cellulari 5HT1A cAMP PKA AC + 5HT4 G SSRI Risposte cellulari

Il recettore 5-HT1a Il recettore 5HT1a è particolarmente espresso nelle vie serotoninergiche del SNC (nuclei del rafe, ipotalamo) E’ Presente anche nei nuclei vasomotori centrali E’ un auto-recettore somato-dendritico La sua attivazione determina: Effetto ansiolitico Aumento dell’appetito Ipotermia Aumento della produzione degli ormoni corticosteroidei

Farmaci che agiscono sui recettori 5HT1 Sumatriptan: agonista 5-HT1B/D –antiemicranico Buspirone: agonista 5-HT1A –_ansiolitico LSD: 5HT2A (partial agonist) – allucinogeno Derivati dell’ergot : agonisti 5-HT1 e 5-HT2 – antiemicranico

Buspirone Agonista 5-HT1A (azaspirodecanedione). Inibisce il rilascio di 5-HT attraverso la stimolazione dei autorecettori presenti nel nucleo del rafe. Ansiolitico.

I recettori 5-HT1d Localizzazione pre-sinaptica Effetto inibitorio sul rilascio dei neurotrasmettitori classici e peptidici Bersaglio molecolare dei triptani

I recettori 5-HT2 I recettori 5-HT2 si localizzano: nel SNC (5-HT2c): perifericamente (5-HT2b): Questi recettori mediano: Depolarizzazione neuronale (SNC) Vasocostrizione Contrazione muscolare (stomaco, bronchi, utero, vasi sanguigni)

Ketanserina E’ un antagonista del recettoriali 5-HT2 Si utilizza nella cura dell’ipertensione L’efficacia clinica dipende da: Blocco dei recettori 5-HT2 presenti sui nuclei vasomotori centrali con inibizione del rilascio di renina Azione antagonista sui recettori alfa1 sia centrali che periferici Inibizione dell’aggregazione piastrinica mediata da 5-HT2

Farmaci che agiscono sui recettori 5HT2 Metisergide: antagonista 5HT2ab e 5HT2c antiemicranico, terapia dei carcinoidi Ciproeptadina: antagonista H1 - effetto antistaminico antagonista dei recettori 5HT2a effetto rilassante sulla muscolatura liscia intestinale Clozapina: antagonista 5HT2A/2C

Recettore 5HT4 IMAO 5-HT 5-HT 5-HT4 Gs AC ATP cAMP + PKA PKC

i recettori 5-HT4 Il recettore 5-HT4 è associato positivamente adenilato-ciclasi Il recettore 5-HT4 si localizza: nel SNC (ippocampo), dove non sappiamo quale sia la sua rilevanza pato-fisiologica in perifera (enterociti, cellule muscolari liscie) dove è convolto nella: Regolazione della peristalsi intestinale Regolazione della forza di contrazione delle fibre atriali

I recettori 5-HT4 Azione gastrocinetica Stimolazione miocardica Rilassamento dello sfintere esofageo (in studi su animali)

I recettori serononinergici e il tratto GI Nel tratto GI si presentano principalmente i sottotipi recettoriali: 5-HT1, 5-HT2, 5-HT3, e 5-HT4. i recettori 5-HT4 si localizzazionno sui: neuroni, cellule eterocromaffini, enterociti, cellule muscolari liscie. I recettori 5-HT3 and 5-HT4 sono coinvolti nella regolazione della motilità, sensibilità del tratto GI e nella secrezione ghiandolare. Serotonin has a number of diverse effects in the gastrointestinal tract. These diverse effects are related to the different serotonin receptor subtypes, the different locations of serotonin reserves, and mechanisms of actions, some of which will be discussing today. With reference to the gastrointestinal tract, there are four main 5HT receptor subtypes - 1, 2, 3, and 4. Next slide, please

Farmaci che agiscono sul recettore 5HT4 Cisapride - Tegaserod: agonisti 5-HT4 ↑ motilità GI e ridurre l’entità del reflusso G-E Sono stati rimossi dal commercio per insorgenza di aritmie fatali

Il receptore 5-HT3 Il receptore 5-HT3 si localizza: SNC: corteccia entoriale, prefrontale, amigdala, ma principalmente nell’ area postrema (CTZ) e nucleo del tratto solitario neuroni sensitivi periferici del plesso mienterico. Sono dei recettori canale, eccitatori

recettore canale Channel pore is permeable to cations Na+ K+ Ca2+ K+ Extracellular Intracellular Na+ Ca2+ Na+ Ca2+

I recettori 5HT3 possono modulare la liberazione di diversi neuropeptidi I recettori 5HT3 potenziano i circuiti dopaminergici centrali con l’esclusione della via nigro-striale . Gli antagonisti 5HT3 sono in sperimentazione per l'indicazione neurolettica ed hanno un profilo di sicurezza migliore dei comuni antipsicotici. Promuovono il rilascio di colecistochinina (risultati ancora sperimentali)

Farmaci che agiscono sul SERT D-fenfluramina: Agente anoressizzante Determina l’inversione di direzione del SERT presente sulle terminazioni nervose ipotalamiche. SSRI (fluoxetina) Farmaci d’abuso (anfetamine) Antidepressivi triciclici (imipramina)

Eziologia e fisiologia del riflesso del vomito

Stimoli che inducono l’emesi

Recettori coinvolti nell’emesi

Organizzazione anatomo/funzionale del riflesso del vomito Cortex CTZ GI Centro del VOMITING Vestibular vomito CENTRE

Organizzazione anatomo/funzionale del riflesso del vomito Blood brain Barrier Nucleus tractus solitarious (NTS) 5HT3, D2, M, H1, NK1 CNS Periphery Sensory input (pain, smell, sight) Chemoreceptor Trigger Zone (area postrema) 5HT3, D2, M, NK1 Memory, fear, dread Motion/spaceH1, M, 5HT1a Inner ear Cerebrum GI tract 5HT3, SP Blood born toxins Local irritants Vagal and sympathetic afferents Pharynx Emetic center Calcium causes an exocytic release of serotonin from enterochromaffin cells in the GI tract, possibly as a result of free radical generation. The release serotonin activates vagal afferent receptors which stimulate the CNS. 5HT3 receptors are also in the area postrema, NTS, subnucleus gelatinosus, the lower densities of the vagus. Substance P is co-localized with serotonin in the enterochromaffin cells of the GI tract.

Antiemetici

Le maggiori classi di farmaci antiemetici antagonisti 5-HT3 antagonisti del receptore D2 benzamidi sostituite corticosteroidi benzodiazepine (BZ) cannabinoidi antagonisti del receptore H1 antagonisti muscarinici antagonisti Sostanza P (NK1a) The 5-HT3 receptor antagonists have been available in the US since 1991 and represent the largest therapeutic advance in the control of chemotherapy-induced emesis. Lorazepam, a benzodiazepine, is used to control anxiety, induce amnesia, and decrease the stress of receiving chemotherapy; antiemetic activity has been suggested for this drug.* Cannabinoids are used in the treatment of CIE; however, their use is limited by the many CNS side effects caused by these agents including sedation, mood changes, memory loss, euphoria, and hallucinations Dopamine receptor antagonists (including the phenothiazines, the butyrophenones, and domperidone) may produce extrapyramidal side effects, they have been used to prevent CIE, radiotherapy-induced emesis, and postoperative nausea and vomiting (PONV). Histamine H1 receptor antagonists are used to treat postoperative vomiting and motion sickness. Muscarinic receptor antagonists include scopolamine (hycosine) and atropine, both of which are used to control PONV and motion sickness. Pyridoxine (vitamin B6) has been used to treat pregnancy-associated nausea and vomiting and radiotherapy-induced emesis, but its efficacy has never been clearly established. Steroids, such as dexamethasone and methylprednisolone, are used to control CIE; their antiemetic mechanism of action is unknown, but it may be mediated through inhibition of prostaglandin synthesis Substituted benzamides, such as metoclopramide, are used to treat CIE; at high does, they may produce extrapyramidal side effects. *This indication is not approved by the FDA for use in the United States.

Emesi e chemioterapia

Emesi e chemioterapia Il trattamento chemioterapico è la più frequente causa di nausea e vomito farmaco-indotto. La severità dei sintomi è determinata da diversi fattori fra cui: Il chemoterapico utilizzato La dose somministrata La via di somministrazione utilizzata Il timing del trattamento Fattori individuali (età, sesso, comorbilità)

Vomito indotto da chemioterapia (CIV) Il cisplatino è l’agente chemioterapico maggiormente ematogeno, inducendo vomito nel 99% dei pazienti trattati. L’andamento della frequenza di emesi farmaco indotta è tipicamente bifasico, arbitrariamente suddiviso in: Fase acuta: Se la nausea o/e vomito si presentano nelle prime 24h dall’inizio della terapia Fase ritardata: Se la nausea o/e vomito si presentano tra le 24h e 72h dall’inizio della terapia

Classificazioni dei trattamenti chemoterapici secondo il loro potenziale emetico. ALTO RISCHIO cisplatin: Emesi documentata nei 99% dei pazienti trattati con cisplatino ALTO RISCHIO noncisplatin: Emesi documentata nel 30% - 90% dei pazienti trattati con : dacarbazine (DTIC-Dome) actinomycin-D (Cosmegan) mechlorethamine (Mustargen) streptozocin (Zanosar) carboplatin (Paraplatin) cyclophosphamide (Cytoxan) daunorubicin (DaunoXome) doxorubicin (Adriamycin) cytarabine (Cytostar) ifosfamide (Ifex) Da “Linee guida” della Asco, 1999

Classificazioni dei trattamenti chemoterapici secondo il loro potenziale emetico. RISCHIO INTERMEDIO: Emesi documentata nel 10%-30% dei pazienti trattati con : irinotecan (Camptosar) mitoxantrone (Novantrone) paclitaxel (Taxol) docetaxel (Taxotere) mitomycin (Mutamycin) topotecan (Hycamtin) gemcitabine (Gemzar) etoposide (Vepesid) teniposide (Vumon) Da “Linee guida” della Asco, 1999

Classificazioni dei trattamenti chemoterapici secondo il loro potenziale emetico. BASSO RISCHIO: Emesi documentata in meno del 10% dei pazienti trattati con: fluorouracil (Efudex) methotrexate (Rheumatrex) thioguanine (Lanvis) mercaptopurine (Purinethol) bleomycin (Blenoxane) vindesine (Eldisine) vinblastine (Velban) vincristine (Oncovin) chlorambucil (Leukeran) hydroxyurea (Hydrea) fludarabine (Fludara) tamoxifen (Nolvadex Da “Linee guida” della Asco, 1999

Classificazione dell’emesi da chemioterapici Nausea e vomito anticipatorio: Se i sintomi si presentano prima dell’inizio di un nuovo ciclo di chemioterapia/radioterapia in risposta a stimoli olfattivi, visivi, sonori che si ritrovano tipicamente durante la seduta di trattamento. Nausea e vomito acuto: Nausea e vomito che si presentano durante le 24 ore dopo l’inizio del trattamento

Classificazione dell’emesi da chemioterapici Nausea e vomito ritardato: Se i sintomi si presentano dopo più di 24 ore dall’inizio del trattamento. Solitamente sono associati a terapia chemioterapica con cisplatino, ciclofosfamide, doxorubicina somministrate a dosi elevate o per due giorni consecutivi. Nausea e vomito cronico in pazienti con patologia tumorale all’ultimo stadio

Incidenza degli dell’emesi nei pazienti sotto trattamento chemioterapico Dopo un trattamento chemioterapico a lieve potenziale emetico: Il 35% dei pazienti soffre di nausea acuta Il 13% dei pazienti soffre vomito acuto Dopo un trattamento moderatamente emetico Il 52% dei pazienti soffre nausea ritardata Il 28% dei pazienti soffre vomito ritardato Dopo un trattamento chemioterapico altamente emetico: Il 60% dei pazienti soffre di nausea ritardata, Il 50% dei pazienti soffre di vomito ritardato Grunberg SM, Deuson RR, Mavros P, et al. Cancer 100 (10): 2261-8, 2004.

Ruolo della serotonina nell’emesi La serotonina è un’importante mediatore della fase acuta del vomito indotto da chemioterapici. Tale ruolo è mediato dall’attivazione dei recettori 5HT3. La serotonina sembra essere coinvolta: Nei meccanismi periferici di induzione del riflesso Nei meccanismi centrali di induzione del riflesso

Meccanismi periferici Il cisplatino causa il rilascio calcio-dipendente della serotonina dalle cellule eterocromaffini del tratto gastrointestinale, con stimolazione delle fibre vagali. Il trattamento con il cisplatino provoca un incremento di metaboliti urinari nelle prime 24h (comprova il rilascio periferico della 5HT).

Meccanismi centrali Non sono ancora ben definiti Evidenze a favore: Presenza nell’uomo del recettore 5HT3 nell’area postrema, NTS, nucleo motore dorsale del vago, nuclei trigeminali spinali Nel cane: Attenuazione del riflesso dopo somministrazione nell’area postrema di inibitori del recettore.

Antagonisti 5HT3 I farmaci antiemetici con elevato indice terapeutico per la cura dell’emesi acuta sono: Antagonisti del recettore 5HT3 Corticosteroidi Questi farmaci hanno un ottima efficacia ed un buon profilo di sicurezza ( non hanno effetti extrapiramidali) e possono essere somministrati in combinazione quando richiesto.

Antagonisti selettivi del recettore 5HT3 Ondansetron Granisetron Dolasetron Palonosetron Si prescrivono nel trattamento del vomito incoercibile indotta da chemioterapici

Effetti collaterali degli antagonisti 5-HT3 Cefalea Sonnolenza Astenia, vertigini Stipsi, crampi addominali Disturbi visivi, diplopia Flush, rash, prurito Reazioni anafilattoidi Aumento transaminasi Alterazione dell’ECG

Dalle linee guida della ASCO Equivalenza nell’efficacia e nella sicurezza dei vari antagonisti 5HT3 in commercio La somministrazione in singola dose è preferibile al trattamento ripetuto sia per efficacia (uguale nei due casi) che per i costi. La Somministrazione per os è preferibile a quella i.v. per sicurezza ed efficacia (uguale nei due casi) e costi. E’ consigliabile il trattamento combinato con corticosteroidi per l’aumento dell’efficacia ed il miglioramento del profilo di sicurezza.

Attuale terapia standard dell’emesi da chemoterapici Antagonisti 5-HT3 Aumenta l’efficacia terapeutica degli antagonisti 5-HT3 Alcune evidenze sperimentali sull’efficacia della monoterapia nel prevenire I sintomi ritardati. Previene I sintomi acuti nel 50% dei pazienti Efficacia ancora non completamente dimostrata della prevenzione dei sintomi ritardati. Terapia cortisteroidea +

Domande?