GLUCAGON-LIKE PEPTIDE 1: PRECLINICAL STUDIES
GLP-1, w obu formach molekularnych (7-37) i (7-36amid), jest uwalniany z proglukagonu poprzez przetwarzanie potranslacyjne i jest wydzielany z komórek endokrynnych jelita w sposób zależny od składników odżywczych.139 Chociaż enteroendokrynne komórki L są rozmieszczone na całej długości przewodu pokarmowego od żołądka do odbytnicy, największa liczba komórek L znajduje się w końcowym odcinku jelita krętego i proksymalnej okrężnicy. Gwałtowny wzrost stężenia GLP-1 w osoczu po spożyciu pokarmu wzbudził zainteresowanie istnieniem pętli proksymalno-dystalnej, w której składniki odżywcze dostające się do dwunastnicy i proksymalnej jelita czczego promują jeden lub więcej sygnałów endokrynnych i/lub neuronalnych, które aktywują wydzielanie GLP-1 z dystalnej części jelita cienkiego.140 Badania na szczurach zidentyfikowały GIP jako jeden z przypuszczalnych składników takiego systemu sygnalizacyjnego. Specyficzne mechanizmy sygnalizacyjne wykorzystywane przez składniki odżywcze do stymulacji wydzielania GLP-1 u ludzi nie są do końca poznane.
Regulacja bioaktywności GLP-1 zależy w dużym stopniu od tempa degradacji i klirensu GLP-1 in vivo. Zarówno GLP-1, jak i GLP-2 zawierają resztę alaninową w pozycji 2, co czyni te cząsteczki substratami dla enzymatycznej inaktywacji przez peptydazę dipeptydylową-4 (DPP-4). DPP-4, ulegająca ekspresji lokalnie w jelicie w pobliżu miejsc syntezy GLP-1, rozszczepia krążący GLP-1, dając GLP-1 (9-37/9-36amid).141 Chociaż GLP-1 (9-37/9-36amid) wykazuje słabe powinowactwo do receptora GLP-1 i teoretycznie jest krążącym antagonistą działania GLP-1, infuzja GLP-1 (9-36amidu) ma umiarkowany, niezależny od insuliny wpływ na tolerancję glukozy i wydzielanie insuliny u ludzi.142,143 Niemniej jednak znaczna część całkowitej immunoreaktywności GLP-1 krąży jako GLP-1 (9-37/9-36amid), a badania, w których nie rozróżnia się pomiędzy nienaruszonym GLP-1 a rozszczepionym GLP-1 (9-37/9-36amid), będą zawyżać stężenie krążącego bioaktywnego GLP-1. Nowsze badania wskazują, że amid GLP-1 (9-36) może poprawiać czynność serca w badaniach przedklinicznych144,145 i może hamować wątrobową produkcję glukozy u otyłych ludzi.146
W dużej mierze w wyniku szybkiej inaktywacji GLP-1 przez DPP-4, czas
krążenia nienaruszonego, bioaktywnego GLP-1 jest bardzo krótki, na ogół krótszy niż 1 minuta. Te odkrycia zachęciły do podjęcia wysiłków w celu opracowania silniejszych, długo działających analogów GLP-1 odpornych na inaktywację spowodowaną przez DPP-4. Alternatywnie zidentyfikowano inhibitory enzymu DPP-4, które obniżają stężenie cukru we krwi u osób z cukrzycą typu 2.147-149
GLP-1 wywiera kilka uzupełniających się działań, które kontrolują poposiłkowy skok glikemii, w tym stymulację zależnego od glukozy wydzielania insuliny oraz hamowanie wydzielania glukagonu i opróżniania żołądka (ryc. 35-2). Agoniści GLP-1R regulują również wzrost i rozwój endokrynny trzustki.150 Aktywacja receptora GLP-1 sprzyja przeżyciu komórek β poprzez zwiększenie stężenia cAMP, co prowadzi do aktywacji CREB, zwiększenia aktywności IRS-2 i ostatecznie aktywacji Akt. Te działania GLP-1 znajdują odzwierciedlenie w zwiększeniu masy komórek β i zwiększonej odporności na uszkodzenie komórek β, co wykazano w wielu eksperymentalnych modelach cukrzycy in vivo. Ponadto myszy Glp1r-/- wykazują niewielkie defekty w tworzeniu dużych wysepek i zwiększoną podatność na uszkodzenia apoptotyczne.151 Potencjalne znaczenie dla terapeutycznego zastosowania GLP-1 ma wykazanie, że pierwotne ludzkie hodowle wysepek wykazują zwiększone wydzielanie insuliny zależne od glukozy i zwiększoną przeżywalność po krótkotrwałej ekspozycji na GLP-1 in vitro.152 Badane jest również zastosowanie egzenatydu, agonisty GLP-1R, u ludzi z cukrzycą typu 1 po przeszczepieniu wysepek.153
Zahamowanie opróżniania żołądka stanowi istotną część działań GLP-1 obniżających stężenie glukozy, zwłaszcza u pacjentów z cukrzycą typu 1. Uczucie zwiększonej sytości i zmniejszenie apetytu są powszechne po infuzji GLP-1 u ludzi,154 a GLP-1 prawdopodobnie zmniejsza apetyt poprzez ośrodkowy wpływ na jądra podwzgórza zaangażowane w odżywianie oraz poprzez obwodowy wpływ na opróżnianie żołądka. Chociaż podawanie GLP-1 i jego analogów gryzoniom powoduje również zmniejszenie spożycia wody, działania te nie wydają się mieć znaczenia klinicznego w badaniach na ludziach.
GLP-1 wywiera swoje działanie poprzez aktywację receptora sprzężonego z białkiem G, który jest strukturalnie związany z nadrodziną receptorów glukagonu/sekretyny.155 GLP-1 przekazuje swój sygnał za pośrednictwem szlaków zależnych od cAMP i wapnia. Receptor GLP-1 (GLP-1R) zlokalizowany na ludzkim 6p21, mimo że jest potencjalnym genem kandydującym do cukrzycy, nie został powiązany z rodzinami z cukrzycą typu 2. Podobnie, nie zidentyfikowano mutacji GLP-1R u osób z cukrzycą, ani nie opisano mutacji aktywujących GLP-1R u ludzi.
Dowody na fizjologiczne znaczenie GLP-1 w kontroli stężenia glukozy pochodzą z badań wykorzystujących antagonistów GLP-1 do zahamowania działania GLP-1 in vivo. Infuzja antagonisty GLP-1, eksendyny (9-39), szczurom lub ludziom zwiększała stężenie glukozy we krwi w powiązaniu ze zmniejszonym stężeniem insuliny stymulowanej glukozą.156,157 Podobnie, immunoneutralizacja aktywności GLP-1 za pomocą surowicy GLP-1 zwiększała u pawianów zarówno skoki glikemii na czczo, jak i związane z posiłkiem.158 Co więcej, myszy Glp1r-/- wykazują łagodną cukrzycę, z nieprawidłowościami zarówno w glikemii na czczo, jak i poposiłkowej oraz z subnormalnymi poziomami insuliny stymulowanej glukozą.159