abstract
Terapia cu glucagon-peptidă-1 (GLP-1) reprezintă un tratament promițător pentru diabetul de tip 2. Cu toate acestea, există mai multe limitări în ceea ce privește peptidele GLP-1 mimetice care sunt în prezent pe piață sau în curs de dezvoltare. Acest interes a condus la un interes continuu în căutarea agoniștilor non-peptidici ai receptorului GLP-1 (GLP-1R). În acest articol, discutăm pe scurt descoperirea, caracterizarea și starea actuală a unei noi clase de agoniști non-peptidici derivați de ciclobutan pentru GLP-1R, inclusiv Boc5 și noul său analog WB4-24. Deși biodisponibilitatea orală a unor astfel de compuși prezintă încă provocări majore, progresele realizate până acum ne încurajează să identificăm un agonist cu molecule mici cu adevărat „drogabil” pentru GLP-1R.
Diabetul zaharat de tip 2 (T2DM) implică o serie de disfuncții care rezultă dintr-o combinație de rezistență la insulină și secreție insuficientă de insulină. Se caracterizează prin hiperglicemie și este asociată cu complicații microvasculare, macrovasculare și neuropatice. T2DM este, de asemenea, legat cauzal de obezitate, care în sine este o povară globală pentru sănătate 1. Dacă nu se iau măsuri adecvate, se estimează că vor exista cel puțin 350 de milioane de persoane cu T2DM în lume până în 2030 2. Această situație este în continuare agravată de faptul că medicamentele disponibile în prezent, cum ar fi insulina, sulfonilureele și tiazolidindionele, au o eficacitate limitată și nu abordează cele două probleme principale, scăderea funcției celulelor β și obezitatea asociată. Căutarea de noi terapii pentru combaterea diabetului și a anomaliilor metabolice conexe este, prin urmare, intensă în mod justificat.
Terapia cu peptidă-1 (GLP-1) asemănătoare glucagonului reprezintă o abordare alternativă și eficientă la tratamentul T2DM3. GLP-1 este o peptidă gastro-intestinală produsă de gena proglucagon în celulele L ale intestinului subțire ca răspuns la nutrienți. Se crede că are efecte antihiperglicemice prin stimularea secreției de insulină, încetinirea golirii gastrice, inhibarea eliberării glucagonului, stimularea proliferării și diferențierii celulelor β și îmbunătățirea sațietății 4. GLP-1 pare a fi o abordare ideală și complementară pentru gestionarea T2DM din mai multe motive 3: (i) eliberarea insulinei dependentă de glucoză nu provoacă hipoglicemie; (ii) suprimarea consumului de alimente duce la pierderea în greutate; și (iii) protecția greutății și funcției celulei β reduce severitatea T2DM. Cu toate acestea, principala limitare a extinderii acestor beneficii la beneficiile clinice constă în timpul de înjumătățire foarte scurt al GLP-1 in vivo (aproximativ 1-2 minute) 5. Acest lucru este atribuit degradării NH2-terminale de către dipeptidil peptidază IV (DPP-IV) și clearance-ului renal 6. Prin urmare, s-au depus eforturi considerabile pentru a identifica moleculele care activează calea GLP-1 cu proprietăți farmacocinetice îmbunătățite.
Mimeticele GLP-1 disponibile în prezent includ două clase de agenți 7: agoniști GLP-1R (de exemplu, exenatidă și liraglutidă), care sunt legați structural de GLP-1 și inhibitori de DPP-IV disponibili oral (de exemplu, Sitagliptin, saxagliptin și vildagliptin) . care cresc concentrațiile circulante de GLP-1 prin limitarea degradării GLP-1 endogen. Diverse studii la om și animale arată că acești agenți terapeutici realizează reduceri semnificative ale nivelurilor de hemoglobină A (1c) (HbA1c) fără a provoca hipoglicemie semnificativă. În plus, s-a observat scăderea în greutate cu agoniștii GLP-1R însoțiți de efecte benefice asupra funcției cardiace umane 8. Deși perspectivele pieței pentru mimetice GLP-1 par a fi favorabile, anumite limitări, cum ar fi injecțiile repetate necesare peptidelor sintetice și lipsa de greutate după tratamentul cu inhibitori de DPP-IV, ne pot împiedica să captăm pe deplin potențialul terapeutic al GLP-1 Astfel, agoniștii GLP-1R activi non-peptidici rămân o abordare promițătoare pentru a aborda astfel de provocări.
GLP-1R aparține receptorilor cuplați ai proteinelor G din clasa B (GPCR), constând din șapte domenii de acoperire a membranei conectate între ele prin trei bucle extracelulare și trei bucle intracelulare. În general, este recunoscut faptul că GPCR sunt cea mai importantă clasă țintă pentru intervenția terapeutică 9. Deși există multe exemple de GPCR de clasă A care sunt activate de agoniști cu molecule mici, au fost descoperiți foarte puțini liganzi non-peptidici pentru GPCR de clasă B. De exemplu, au fost descriși doar câțiva agoniști GLP-1R mici cu molecule mici cu caracteristici structurale diferite și selectivitate funcțională (ortosterică, alosterică, prealosterică, inversă sau parțială/completă agoniști) 10, 11, 12, 13, 14, 15 . Dintre aceștia, ciclobutanul substituit Boc5 este unul care a fost investigat sistematic atât in vitro, cât și in vivo. .
farmacologie
Deși șoarece db/db este un model adecvat de diabet, patogeneza T2DM și obezității umane nu este pe deplin simulată. Prin urmare, am investigat ulterior utilitatea terapeutică a Boc5 într-un model de obezitate indusă de dietă (DIO) la șoarece, care este utilizat în mod obișnuit pentru a evalua eficacitatea noilor agenți antidiabetici. Pe baza unui studiu pilot cu interval de doză la șoareci masculi C57BL/6J, în care DIO ar putea fi complet prevenit prin administrarea intermitentă de Boc5 (Figura S1), am proiectat și efectuat o investigație cuprinzătoare a acestei indicații. De trei ori pe săptămână, nu o dată pe zi, injecțiile ip de Boc5 (0, 3, 3 și 1 mg) timp de 12 săptămâni au dus la răspunsuri tipice dependente de doză în reglarea aportului de alimente, adipozitate, homeostazie la glucoză și sensibilitate la insulină 17, ca raportat. anterior la șoareci db/db 11, 16. Interesant este faptul că Boc5 a reușit să normalizeze greutatea celulelor β pancreatice și dimensiunea insulelor prin suprimarea hiperplaziei compensatorii a celulelor β la șoarecii DIO rezistenți la insulină, însoțită de normalizarea dislipidemiei, disfuncția adipocitokinelor, disfuncția adipocitelor și afectarea ficatului. .
În mai multe studii in vitro (reporterul luciferazei 11 și testul de legare 11) și pe termen scurt in vivo (aportul de alimente 11, golirea gastrică 16 și stimularea secreției de insulină 16), studiile în care GLP-1 sau exenatida au fost utilizate ca martori pozitivi au fost efectele Boc5 au fost similare cu cele ale peptidelor, deși acestea sunt cu aproximativ 3 până la 4 ordine de mărime mai puternice. Deși site-ul (acțiunile) acțiunii efectului anorectic indus de administrarea periferică a agoniștilor GLP-1R este neclar, mai multe linii de dovezi sugerează că inhibarea consumului de alimente exenatidă și liraglutidică este mediată de activarea GLP-1R exprimată pe vagul sub-diafragmatic. aferente, precum și în creier. În acest stadiu, nu știm dacă Boc5 traversează bariera hematoencefalică, lucrările noastre anterioare au arătat că Boc5, la o doză de 6 mg indusă de aversiune a apetitului (CTA) la șoarecii C57BL/6J 16, implicând atât implicarea periferică cât și a celor căi centrale de semnalizare GLP-1.
Structuri Boc5 și WB4-24.
Imagine la dimensiune completă
Îmbunătăţire
Pentru a înțelege relația dintre structura și activitatea acestei clase de agoniști GLP-1R, s-au făcut o serie de eforturi chimice simetrice pentru a optimiza nucleul, la vest și la est de Boc5 (Figura 1). Dintre câteva zeci de analogi preparați, WB4-24 a demonstrat bioactivități mai puternice decât Boc5 in vitro (legarea GLP-1R și AMPc) și in vivo (inhibarea aportului de alimente) 19. Cu aceste rezultate, am proiectat și efectuat un set de experimente folosind modelul DIO al mouse-ului descris mai sus pentru a caracteriza acest compus. Am studiat mai întâi efectele WB4-24 asupra metabolismului energetic. Așa cum se arată în Figurile 2A și 2B, administrarea intermitentă a WB4-24 (ip, de 3 ori pe săptămână) a dus la o pierdere semnificativă în greutate dependentă de doză în prima perioadă de tratament de 12 săptămâni. Pierderile maxime în greutate au fost de aproximativ 31,8% (P
Efectele WB4-24 asupra homeostaziei glucozei la șoareci DIO. Experimentele au fost efectuate așa cum este descris în Figura 1, iar testele de toleranță la glucoză intraperitoneală (IPGTT) au fost efectuate la săptămânile 0 (A), 4 (B), 12 (C), 20 (D) și 28 (E) după testul inițial . tratamentul WB4-24. Pentru fiecare șoarece (F), a fost calculat nivelul de glucoză sub curba integrată de la 0 la 120 de minute (AUC 120). Analiza statistică a fost realizată utilizând software-ul GraphPad Prism prin analiză ANOVA unidirecțională urmată de analiza post-hoc Bonferroni. Valorile sunt raportate ca media ± SEM. n = 6-9 per grup. bP e P f P 0,05, Figura 4). O astfel de adaptare a hormonilor de sațietate serică în starea obeză a fost documentată înainte de 20. În schimb, tratamentul atât al WB4-24, cât și al Boc5 a redus semnificativ nivelul insulinei serice (P 21, suprimarea secreției de glucagon după administrarea subcronică de Boc5 și WB4-24 susține în continuare dogma noastră că această clasă de molecule activează efectiv spectrul complet al GLP- 1 efecte (Tabelul 1).
Corelația dintre titrurile anticorpilor plasmatici și eficacitatea terapeutică la șoarecii DIO tratați cu WB4-24. Titrurile de anticorpi WB4-24 nu au avut nicio corelație semnificativă statistic cu greutatea corporală (r = 0,7758, P = 0,698, n = 6; A) sau AUC 120 IPGTT (r = 0,5627, P = 0,245, n = 6; C). Linia din coloana B reprezintă corelația pozitivă dintre titrurile de anticorpi WB4-24 și aportul zilnic de alimente (r = 0,8227, P = 0,0444, n = 6). Analiza statistică a fost efectuată utilizând software-ul de analiză a corelației GraphPad Prism Pearson.
Imagine la dimensiune completă
concluzie
Contribuția autorului
Cercetarea a fost proiectată de Ming-wei WANG, Da-wei MA, Da-fang ZHONG, Chuan LI și Ling YANG; Experimentele au fost efectuate min. EL, Ni GUAN, Wei-wei GAO, Guang-bo GE, Qing LIU, Xiao-yan WU și Xiao-yan CHEN; Datele au fost analizate de Ming-wei WANG, Da-fang ZHONG, Guang-bo GE, Chuan LI și Ling YANG; și Min HE și Ming-wei WANG au scris o contribuție.
Informatii suplimentare
Documente Word
Figura suplimentară 1
Efectele preventive ale injecției intraperitoneale de Boc5 la șoarecii obezi induse de dietă (DIO)
Figura 2 suplimentară
Efectele administrării subcutanate a Boc5 asupra HbA1c la șoareci diabetici> i/i