Alzheimer's disease (AD) is characterized by enhanced β-amyloid peptide (βA) deposition along with glial activation in senile plaques, selective neuronal loss, and cognitive deficits. Cannabinoids are neuroprotective agents against excitotoxicity in vitro and acute brain damage in vivo . This background prompted us to study the localization, expression, and function of cannabinoid receptors in AD and the possible protective role of cannabinoids after βA treatment, both in vivo and in vitro . Here, we show that senile plaques in AD patients express cannabinoid receptors CB 1 and CB 2 , together with markers of microglial activation, and that CB 1 -positive neurons, present in high numbers in control cases, are greatly reduced in areas of microglial activation. In pharmacological experiments, we found that G-protein coupling and CB 1 receptor protein expression are markedly decreased in AD brains. Additionally, in AD brains, protein nitration is increased, and, more specifically, CB 1 and CB 2 proteins show enhanced nitration. Intracerebroventricular administration of the synthetic cannabinoid WIN55,212-2 to rats prevent βA-induced microglial activation, cognitive impairment, and loss of neuronal markers. Cannabinoids (HU-210, WIN55,212-2, and JWH-133) block βA-induced activation of cultured microglial cells, as judged by mitochondrial activity, cell morphology, and tumor necrosis factor-α release; these effects are independent of the antioxidant action of cannabinoid compounds and are also exerted by a CB 2 -selective agonist. Moreover, cannabinoids abrogate microglia-mediated neurotoxicity after βA addition to rat cortical cocultures. Our results indicate that cannabinoid receptors are important in the pathology of AD and that cannabinoids succeed in preventing the neurodegenerative process occurring in the disease.

Autophagy can promote cell survival or cell death, but the molecular basis underlying its dual role in cancer remains obscure. Here we demonstrate that Δ9-tetrahydrocannabinol (THC), the main active component of marijuana, induces human glioma cell death through stimulation of autophagy. Our data indicate that THC induced ceramide accumulation and eukaryotic translation initiation factor 2α (eIF2α) phosphorylation and thereby activated an ER stress response that promoted autophagy via tribbles homolog 3–dependent (TRB3-dependent) inhibition of the Akt/mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) axis. We also showed that autophagy is upstream of apoptosis in cannabinoid-induced human and mouse cancer cell death and that activation of this pathway was necessary for the antitumor action of cannabinoids in vivo. These findings describe a mechanism by which THC can promote the autophagic death of human and mouse cancer cells and provide evidence that cannabinoid administration may be an effective therapeutic strategy for targeting human cancers.

Leptin, a circulating hormone secreted mainly from adipose tissues, is involved in the control of body weight. The plasma concentrations are correlated with body mass index, and are reported to be high in patients with insulin resistance, which is one of the major risk factors for cardiovascular disease. However, the direct effect of leptin on vascular wall cells is not fully understood. In this study, we investigated the effects of leptin on reactive oxygen species (ROS) generation and expression of monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) in bovine aortic endothelial cells (BAEC). We found that leptin increases ROS generation in BAEC in a dose-dependent manner and that its effects are additive with those of glucose. Rotenone, thenoyltrifluoroacetone (TTFA), carbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazone (CCCP), Mn(III)tetrakis (4-benzoic acid) porphyrin (MnTBAP), uncoupling protein-1 (UCP1) HVJ-liposomes, or manganese superoxide dismutase (MnSOD) HVJ-liposomes completely prevented the effect of leptin, suggesting that ROS arise from mitochondrial electron transport. Leptin increased fatty acid oxidation by stimulating the activity of carnitine palmitoyltransferase-1 (CPT-1) and inhibiting that of acetyl-CoA carboxylase (ACC), pace-setting enzymes for fatty acid oxidation and synthesis, respectively. Leptin-induced ROS generation, CPT-1 activation, ACC inhibition, and MCP-1 overproduction were found to be completely prevented by either genistein, a tyrosine kinase inhibitor, H-89, a protein kinase A (PKA) inhibitor, or tetradecylglycidate, a CPT-1 inhibitor. Leptin activated PKA, and the effects of leptin were inhibited by the cAMP antagonist Rp-cAMPS. These results suggest that leptin induces ROS generation by increasing fatty acid oxidation via PKA activation, which may play an important role in the progression of atherosclerosis in insulin-resistant obese diabetic patients.

Nonmelanoma skin cancer is one of the most common malignancies in humans. Different therapeutic strategies for the treatment of these tumors are currently being investigated. Given the growth-inhibiting effects of cannabinoids on gliomas and the wide tissue distribution of the two subtypes of cannabinoid receptors (CB1 and CB2), we studied the potential utility of these compounds in anti–skin tumor therapy. Here we show that the CB1 and the CB2 receptor are expressed in normal skin and skin tumors of mice and humans. In cell culture experiments pharmacological activation of cannabinoid receptors induced the apoptotic death of tumorigenic epidermal cells, whereas the viability of nontransformed epidermal cells remained unaffected. Local administration of the mixed CB1/CB2 agonist WIN-55,212-2 or the selective CB2 agonist JWH-133 induced a considerable growth inhibition of malignant tumors generated by inoculation of epidermal tumor cells into nude mice. Cannabinoid-treated tumors showed an increased number of apoptotic cells. This was accompanied by impairment of tumor vascularization, as determined by altered blood vessel morphology and decreased expression of proangiogenic factors (VEGF, placental growth factor, and angiopoietin 2). Abrogation of EGF-R function was also observed in cannabinoid-treated tumors. These results support a new therapeutic approach for the treatment of skin tumors.

Cannabinoid-derived drugs are promising agents for the development of novel neuroprotective strategies. Activation of neuronal CB(1) cannabinoid receptors attenuates excitotoxic glutamatergic neurotransmission, triggers prosurvival signalling pathways and palliates motor symptoms in animal models of neurodegenerative disorders. However, in Huntington's disease there is a very early downregulation of CB(1) receptors in striatal neurons that, together with the undesirable psychoactive effects triggered by CB(1) receptor activation, foster the search for alternative pharmacological treatments. Here, we show that CB(2) cannabinoid receptor expression increases in striatal microglia of Huntington's disease transgenic mouse models and patients. Genetic ablation of CB(2) receptors in R6/2 mice, that express human mutant huntingtin exon 1, enhanced microglial activation, aggravated disease symptomatology and reduced mice lifespan. Likewise, induction of striatal excitotoxicity in CB(2) receptor-deficient mice by quinolinic acid administration exacerbated brain oedema, microglial activation, proinflammatory-mediator state and medium-sized spiny neuron degeneration. Moreover, administration of CB(2) receptor-selective agonists to wild-type mice subjected to excitotoxicity reduced neuroinflammation, brain oedema, striatal neuronal loss and motor symptoms. Studies on ganciclovir-induced depletion of astroglial proliferation in transgenic mice expressing thymidine kinase under the control of the glial fibrillary acidic protein promoter excluded the participation of proliferating astroglia in CB(2) receptor-mediated actions. These findings support a pivotal role for CB(2) receptors in attenuating microglial activation and preventing neurodegeneration that may pave the way to new therapeutic strategies for neuroprotection in Huntington's disease as well as in other neurodegenerative disorders with a significant excitotoxic component.

One of the most exciting areas of current research in the cannabinoid field is the study of the potential application of these compounds as antitumoral drugs. Here, we describe the signaling pathway that mediates cannabinoid-induced apoptosis of tumor cells. By using a wide array of experimental approaches, we identify the stress-regulated protein p8 (also designated as candidate of metastasis 1) as an essential mediator of cannabinoid antitumoral action and show that p8 upregulation is dependent on de novo-synthesized ceramide. We also observe that p8 mediates its apoptotic effect via upregulation of the endoplasmic reticulum stress-related genes ATF-4, CHOP, and TRB3. Activation of this pathway may constitute a potential therapeutic strategy for inhibiting tumor growth.

Abstract Pancreatic adenocarcinomas are among the most malignant forms of cancer and, therefore, it is of especial interest to set new strategies aimed at improving the prognostic of this deadly disease. The present study was undertaken to investigate the action of cannabinoids, a new family of potential antitumoral agents, in pancreatic cancer. We show that cannabinoid receptors are expressed in human pancreatic tumor cell lines and tumor biopsies at much higher levels than in normal pancreatic tissue. Studies conducted with MiaPaCa2 and Panc1 cell lines showed that cannabinoid administration (a) induced apoptosis, (b) increased ceramide levels, and (c) up-regulated mRNA levels of the stress protein p8. These effects were prevented by blockade of the CB2 cannabinoid receptor or by pharmacologic inhibition of ceramide synthesis de novo. Knockdown experiments using selective small interfering RNAs showed the involvement of p8 via its downstream endoplasmic reticulum stress–related targets activating transcription factor 4 (ATF-4) and TRB3 in Δ9-tetrahydrocannabinol–induced apoptosis. Cannabinoids also reduced the growth of tumor cells in two animal models of pancreatic cancer. In addition, cannabinoid treatment inhibited the spreading of pancreatic tumor cells. Moreover, cannabinoid administration selectively increased apoptosis and TRB3 expression in pancreatic tumor cells but not in normal tissue. In conclusion, results presented here show that cannabinoids lead to apoptosis of pancreatic tumor cells via a CB2 receptor and de novo synthesized ceramide-dependent up-regulation of p8 and the endoplasmic reticulum stress–related genes ATF-4 and TRB3. These findings may contribute to set the basis for a new therapeutic approach for the treatment of pancreatic cancer. (Cancer Res 2006; 66(13): 6748-55)

Δ9-Tetrahydrocannabinol (THC) and other cannabinoids inhibit tumour growth and angiogenesis in animal models, so their potential application as antitumoral drugs has been suggested. However, the antitumoral effect of cannabinoids has never been tested in humans. Here we report the first clinical study aimed at assessing cannabinoid antitumoral action, specifically a pilot phase I trial in which nine patients with recurrent glioblastoma multiforme were administered THC intratumoraly. The patients had previously failed standard therapy (surgery and radiotherapy) and had clear evidence of tumour progression. The primary end point of the study was to determine the safety of intracranial THC administration. We also evaluated THC action on the length of survival and various tumour-cell parameters. A dose escalation regimen for THC administration was assessed. Cannabinoid delivery was safe and could be achieved without overt psychoactive effects. Median survival of the cohort from the beginning of cannabinoid administration was 24 weeks (95% confidence interval: 15–33). Δ9-Tetrahydrocannabinol inhibited tumour-cell proliferation in vitro and decreased tumour-cell Ki67 immunostaining when administered to two patients. The fair safety profile of THC, together with its possible antiproliferative action on tumour cells reported here and in other studies, may set the basis for future trials aimed at evaluating the potential antitumoral activity of cannabinoids.

Endocannabinoids (eCBs) have recently been identified as axon guidance cues shaping the connectivity of local GABAergic interneurons in the developing cerebrum. However, eCB functions during pyramidal cell specification and establishment of long-range axonal connections are unknown. Here, we show that eCB signaling is operational in subcortical proliferative zones from embryonic day 12 in the mouse telencephalon and controls the proliferation of pyramidal cell progenitors and radial migration of immature pyramidal cells. When layer patterning is accomplished, developing pyramidal cells rely on eCB signaling to initiate the elongation and fasciculation of their long-range axons. Accordingly, CB(1) cannabinoid receptor (CB(1)R) null and pyramidal cell-specific conditional mutant (CB(1)R(f/f,NEX-Cre)) mice develop deficits in neuronal progenitor proliferation and axon fasciculation. Likewise, axonal pathfinding becomes impaired after in utero pharmacological blockade of CB(1)Rs. Overall, eCBs are fundamental developmental cues controlling pyramidal cell development during corticogenesis.