GLUCAGON-LIKE PEPTIDE 1: PRÄKLINISCHE STUDIEN
GLP-1, sowohl in der (7-37)- als auch in der (7-36-Amid)-Molekülform, wird durch posttranslationale Prozessierung aus Proglucagon freigesetzt und von intestinalen endokrinen Zellen nährstoffabhängig sezerniert.139 Obwohl enteroendokrine L-Zellen über die Länge des gesamten Gastrointestinaltraktes vom Magen bis zum Rektum verteilt sind, findet man die größte Anzahl von L-Zellen im terminalen Ileum und im proximalen Kolon. Der schnelle Anstieg des GLP-1-Plasmas nach der Nahrungsaufnahme hat das Interesse an der Existenz einer proximal-distalen Schleife geweckt, bei der Nährstoffe, die in den Zwölffingerdarm und das proximale Jejunum gelangen, ein oder mehrere endokrine und/oder neurale Signale fördern, die die GLP-1-Sekretion aus dem distalen Dünndarm aktivieren.140 Studien an Ratten haben GIP als eine mögliche Komponente eines solchen Signalsystems identifiziert. Die spezifischen Signalmechanismen, die von den Nährstoffen zur Stimulation der GLP-1-Sekretion beim Menschen genutzt werden, sind nicht vollständig verstanden.
Die Regulation der GLP-1-Bioaktivität ist in hohem Maße von der Geschwindigkeit des GLP-1-Abbaus und der Clearance in vivo abhängig. Sowohl GLP-1 als auch GLP-2 enthalten an Position 2 einen Alaninrest, der diese Moleküle zu Substraten für die enzymatische Inaktivierung durch Dipeptidylpeptidase-4 (DPP-4) macht. DPP-4, das lokal im Darm proximal zu den Stellen der GLP-1-Synthese exprimiert wird, spaltet zirkulierendes GLP-1 zu GLP-1 (9-37/9-36amid).141 Obwohl GLP-1 (9-37/9-36amid) eine schwache Bindungsaffinität für den GLP-1-Rezeptor aufweist und theoretisch ein zirkulierender Antagonist der GLP-1-Wirkung ist, hat die Infusion von GLP-1 (9-36amid) bescheidene insulinunabhängige Effekte auf die Glukosetoleranz und die Insulinsekretion bei Menschen.142,143 Dennoch zirkuliert ein beträchtlicher Anteil der gesamten GLP-1-Immunreaktivität als GLP-1 (9-37/9-36amid), und Assays, die nicht zwischen intaktem GLP-1 und gespaltenem GLP-1 (9-37/9-36amid) unterscheiden, überschätzen die zirkulierenden Konzentrationen von bioaktivem GLP-1. Neuere Studien deuten darauf hin, dass GLP-1 (9-36)-Amid die Herzfunktion in präklinischen Studien144,145 verbessern und die hepatische Glukoseproduktion bei fettleibigen Menschen hemmen kann.146
Großenteils als Folge der schnellen DPP-4-vermittelten Inaktivierung von GLP-1 ist die
des zirkulierenden intakten bioaktiven GLP-1 sehr kurz, im Allgemeinen weniger als 1 Minute. Diese Erkenntnisse haben die Bemühungen um die Entwicklung potenterer, lang wirkender GLP-1-Analoga gefördert, die gegen die DPP-4-vermittelte Inaktivierung resistent sind. Alternativ wurden Inhibitoren des DPP-4-Enzyms identifiziert, die den Blutzucker bei Patienten mit Typ-2-Diabetes senken.147-149
GLP-1 übt mehrere komplementäre Wirkungen aus, die die postprandiale glykämische Exkursion kontrollieren, einschließlich der Stimulation der glukoseabhängigen Insulinsekretion und der Hemmung der Glucagonsekretion und der Magenentleerung (Abb. 35-2). GLP-1R-Agonisten regulieren auch das Wachstum und die Entwicklung des endokrinen Pankreas.150 Die GLP-1-Rezeptoraktivierung fördert das Zellüberleben in β-Zellen über erhöhte cAMP-Spiegel, was zu einer CREB-Aktivierung, einer erhöhten IRS-2-Aktivität und schließlich zu einer Aktivierung von Akt führt. Diese Wirkungen von GLP-1 spiegeln sich in einer Vergrößerung der β-Zellmasse und einer erhöhten Resistenz gegenüber β-Zellverletzungen wider, die in mehreren experimentellen Modellen des Diabetes in vivo nachgewiesen wurden. Darüber hinaus zeigen Glp1r-/- Mäuse leichte Defekte bei der Bildung großer Inseln und eine erhöhte Anfälligkeit für apoptotische Verletzungen.151 Von potenzieller Relevanz für den therapeutischen Einsatz von GLP-1 ist der Nachweis, dass primäre humane Inselkulturen eine verbesserte glukoseabhängige Insulinsekretion und ein verbessertes Überleben nach kurzzeitiger Exposition gegenüber GLP-1 in vitro aufweisen.152 In ähnlicher Weise wird der Einsatz des GLP-1R-Agonisten Exenatide bei Menschen mit Typ-1-Diabetes nach einer Inseltransplantation untersucht.153
Die Hemmung der Magenentleerung macht einen wesentlichen Teil der glukosesenkenden Wirkung von GLP-1 aus, insbesondere bei Patienten mit Typ-1-Diabetes. Sättigungsgefühle und verminderter Appetit sind nach GLP-1-Infusion bei Menschen üblich,154 und GLP-1 verringert wahrscheinlich den Appetit über zentrale Effekte auf die hypothalamischen Kerne, die an der Nahrungsaufnahme beteiligt sind, und über periphere Effekte auf die Magenentleerung. Obwohl die Verabreichung von GLP-1 und seinen Analoga an Nagetiere auch zu einer verringerten Wasseraufnahme führt, scheinen diese Wirkungen in Studien am Menschen nicht klinisch signifikant zu sein.
GLP-1 übt seine Wirkung durch die Aktivierung eines G-Protein-gekoppelten Rezeptors aus, der strukturell mit der Glucagon/Sekretin-Rezeptor-Superfamilie verwandt ist.155 GLP-1 überträgt sein Signal sowohl über cAMP als auch über Calcium-abhängige Wege. Obwohl der GLP-1-Rezeptor (GLP-1R), der auf dem menschlichen 6p21 lokalisiert ist, ein potenzielles Diabetes-Kandidatengen ist, wurde keine Kopplung mit Familien mit Typ-2-Diabetes festgestellt. Ebenso wurden keine GLP-1R-Mutationen bei Personen mit Diabetes identifiziert, noch wurden aktivierende Mutationen des GLP-1R bei Menschen beschrieben.
Der Beweis für die physiologische Bedeutung von GLP-1 bei der Glukosekontrolle stammt aus Studien, in denen GLP-1-Antagonisten zur Hemmung der GLP-1-Wirkung in vivo eingesetzt wurden. Die Infusion des GLP-1-Antagonisten Exendin (9-39) bei Ratten oder Menschen führte zu einem Anstieg des Blutzuckerspiegels in Verbindung mit verminderten Spiegeln von glukosestimuliertem Insulin.156,157 In ähnlicher Weise erhöhte die Immunneutralisierung der GLP-1-Aktivität mit GLP-1-Antiserum sowohl nüchterne als auch mahlzeitenbedingte glykämische Exkursionen bei Pavianen.158 Darüber hinaus weisen Glp1r-/- Mäuse einen milden Diabetes auf, mit Anomalien in der Nüchtern- und postprandialen Glykämie und subnormalen Spiegeln von glukosestimuliertem Insulin.159