Аналог оксинтомодуліну збільшує витрати енергії через рецептор глюкагону
Анотація
Гормон кишечника оксинтомодулін (ОХМ) спричиняє втрату ваги, зменшуючи апетит та збільшуючи витрати енергії. Для лікування ожиріння розробляється кілька аналогів. Однак, як саме працює оксинтомодулін, залишається суперечливим. OXM може активувати як рецептори глюкагону, так і GLP-1, але конкретних рецепторів не виявлено. Вважається, що аноректичний ефект виникає переважно через активацію рецепторів GLP-1, але на сьогоднішній день офіційно не підтверджено, який рецептор відповідає за збільшені витрати енергії.
Ми розробили OX-SR, аналог OXM з пролонгованим випуском. Це призводить до значного і стійкого збільшення витрат енергії у щурів, виміряних непрямою калориметрією. Тепер ми показуємо, що це збільшення витрат енергії відбувається за рахунок активації рецептора глюкагону. Блокада рецептора GLP-1 за допомогою Exendin 9–39 не блокує збільшення споживання кисню, спричиненого OX-SR. Однак, коли активність рецептора глюкагону втрачається, витрати енергії не збільшуються. Тому активність рецепторів глюкагону, як видається, є суттєвою для впливу OX-SR на витрати енергії. Розробка майбутніх аналогів «подвійних агоністів» потребуватиме ретельного збалансування діяльності GLP-1 та рецепторів глюкагону для отримання оптимальних ефектів.
1. Вступ
Оксинтомодулін (OXM) - це 37 амінокислотний пептид, що продукується нейроендокринними L-клітинами клубової кишки. Він складається з 29 амінокислот глюкагону плюс октапептидний хвіст. Наразі жодного конкретного рецептора OXM не виявлено. OXM дійсно активує рецептор глюкагону, хоча і менш сильно, ніж нативний глюкагон, завдяки октапептидному хвосту. Той самий хвіст дозволяє OXM активувати рецептор GLP-1, але також менш сильно, ніж природний GLP-1 [1], [2], [3], [4]. Крім того, октапептидний хвіст уповільнює очищення OXM від кровообігу порівняно з глюкагоном [5]. OXM продукується дією субтилізину/кексину типу 1 пропротеїну конвертази PCSK1 на пептид проглукагону. OXM секретується з кишечника разом з GLP-1 у відповідь на споживання поживних речовин. Як і GLP-1, OXM є інкретином, безпосередньо викликаючи вивільнення інсуліну з клітин островів підшлункової залози.
Усі доступні на сьогодні способи лікування ожиріння - дієтичні, фармакологічні та хірургічні - зменшують споживання їжі. Однак початкова втрата ваги через зменшення споживання їжі пов'язана з падінням енергетичних витрат, що обмежує загальну втрату ваги [6], [7], [8]. І навпаки, стани, де збільшуються енергетичні витрати, такі як тиреотоксикоз або вплив холоду, супроводжуються компенсаторною гіперфагією, яка має подібний обмежуючий ефект на втрату ваги [9], [10]. Короткотермінові дослідження показують, що введення екзогенного ОХМ може зменшити масу тіла людини [4], [5]. Ефективність OXM, порівняно з іншими методами лікування ожиріння, зумовлена його здатністю як зменшувати споживання їжі, так і збільшувати енергетичні витрати. Впливаючи на обидві сторони рівняння енергетичного балансу, OXM пропонує засоби для ефективного та стійкого схуднення.
Механізм, що лежить в основі аноректичного ефекту ОХМ, добре відомий. Він централізовано опосередковується за допомогою активації рецепторів GLP-1, підтвердженої як фармакологічною блокадою рецептора GLP-1, так і за допомогою нокаутованих мишей рецептора GLP-1 [2], [11], [12]. Однак механізм, за допомогою якого він збільшує витрати енергії, залишається суперечливим, і як рецептори глюкагону, так і GLP-1 причетні.
Невизначеності щодо того, який рецептор збільшує витрати енергії, сприяє складність безпосереднього вимірювання ефекту витрат енергії від OXM. У згаданих вище дослідженнях використовуються сурогатні маркери витрат енергії: порівняння втрати ваги із споживанням їжі або активності симпатичного нерва при НДТ. Дійсно, жодні дослідження на сьогоднішній день не показали збільшення споживання кисню після введення OXM. Це не було пояснено повністю, але може відображати відносну нечутливість більшості метаболічних клітин [16], поєднану з коротким періодом напіввиведення OXM, що вимагає багаторазових щоденних ін'єкцій OXM. Значне збільшення витрат енергії у гризунів було виміряно безпосередньо за допомогою декількох різних аналогів OXM [17], [18], [19]. Відтворюваність цих результатів додає достовірності думці про те, що OXM впливає на витрати енергії.
Аналоги все частіше використовуються для дослідження фізіології пептидних гормонів, оскільки маніпуляції з природними пептидами можуть збільшити період напіввиведення та ефективність гормонів [17], [19]. Ми розробили аналог OXM з тривалим випуском, OX-SR. Це відрізняється від нативного OXM на 5 амінокислот між залишками 16 і 27. Ці зміни дозволяють OX-SR утворювати підшкірне депо, дозволяючи вводити як одну добову підшкірну ін’єкцію. Ми безпосередньо виміряли витрати енергії, спричинені цим аналогом у метаболічних клітинах, і порівняли це з ефектами інгібування як рецепторів глюкагону, так і GLP-1. Тому нам вдалося ефективно визначити відносний внесок цих рецепторів у вплив витрат енергії на OXM.
2. Методи
2.1. Пептиди
OX-SR та OX-SR-Glu3 були синтезовані компанією Insight Biotechnology Ltd. (Middlesex, Великобританія) з використанням методології твердофазного пептидного синтезу (SPPS) та очищені за допомогою фази препаративної ВЕРХ із зворотною фазою. Чистота пептидів була більше 95%. Протягом усього часу OX-SR та OX-SR-Glu3 вводили у розчиннику на основі цинку. Оксинтомодулін, GLP-1, глюкагон та екзендін 9–39 були придбані у компанії Bachem (Бубендорф, Швейцарія). OX-SR-Glu3 має ту саму пептидну структуру, що і аналог OXM тривалої дії OX-SR, із заміною глутамінової кислоти в положенні 3 для усунення активності пептиду на рецепторі глюкагону [6].
2.2. аналіз накопичення цАМФ
Клітини CHO-K1, які стабільно надмірно експресують людський рецептор глюкагону (hGCGr), були придбані у Invitrogen Life Technologies (Пейслі, Великобританія), тоді як клітини CHO, що надмірно експресують людський рецептор GLP-1, вироблялися вдома [7]. накопичення cAMP вимірювали за допомогою динамічного аналізу cAMP 2 (Cisbio Assays, Codolet, Франція), дотримуючись протоколу виробника.