Analogul oxyntomodulin crește consumul de energie prin receptorul glucagonului
Abstract
Hormonul intestinal oxyntomodulin (OXM) determină pierderea în greutate prin reducerea poftei de mâncare și creșterea cheltuielilor de energie. Mai mulți analogi sunt în curs de dezvoltare pentru a trata obezitatea. Cu toate acestea, exact modul în care funcționează oxyntomodulinul rămâne controversat. OXM poate activa atât receptorii glucagonului, cât și receptorii GLP-1, dar nu a fost identificat un receptor specific. Se crede că efectul anorectic apare predominant prin activarea receptorului GLP-1, dar, până în prezent, nu s-a confirmat în mod formal care receptor este responsabil pentru creșterea consumului de energie.
Am dezvoltat OX-SR, un analog OXM cu lansare susținută. Produce o creștere semnificativă și susținută a cheltuielilor de energie la șobolani, măsurată prin calorimetrie indirectă. Acum arătăm că această creștere a cheltuielilor de energie are loc prin activarea receptorului de glucagon. Blocarea receptorului GLP-1 cu Exendin 9-39 nu blochează creșterea consumului de oxigen cauzată de OX-SR. Cu toate acestea, atunci când activitatea la receptorul glucagonului este pierdută, nu există o creștere a cheltuielilor de energie. Prin urmare, activitatea receptorilor de glucagon pare a fi esențială pentru efectele OX-SR asupra cheltuielilor de energie. Dezvoltarea viitorilor analogi „dual agonist” va necesita o echilibrare atentă a activităților GLP-1 și a receptorilor de glucagon pentru a obține efecte optime.
1. Introducere
Oxyntomodulin (OXM) este o peptidă de 37 aminoacizi produsă de celulele L neuroendocrine ale ileonului. Se compune din cei 29 de aminoacizi ai glucagonului plus o coadă octapeptidică. Până în prezent, nu a fost identificat niciun receptor specific OXM. OXM activează receptorul glucagonului, deși mai puțin puternic decât glucagonul nativ din cauza cozii octapeptidice. Aceeași coadă permite OXM să activeze receptorul GLP-1, dar și mai puțin puternic decât GLP-1 nativ [1], [2], [3], [4]. În plus, coada octapeptidică încetinește eliminarea OXM din circulație în comparație cu glucagonul [5]. OXM este produs de acțiunea PCSK1 proprotein convertază subtilizină/kexin tip 1 asupra peptidei proglucagon. OXM este co-secretat din intestin cu GLP-1 ca răspuns la aportul de nutrienți. La fel ca GLP-1, OXM este o incretină, provocând în mod direct eliberarea de insulină din celulele insulelor pancreatice.
Toate tratamentele actuale disponibile pentru obezitate - dietetice, farmacologice și chirurgicale - reduc aportul de alimente. Cu toate acestea, pierderea inițială în greutate din reducerea aportului alimentar este asociată cu o scădere a cheltuielilor de energie, ceea ce limitează pierderea totală în greutate [6], [7], [8]. În schimb, stările în care cheltuielile de energie sunt crescute, cum ar fi tirotoxicoza sau expunerea la frig, sunt însoțite de o hiperfagie compensatorie, care are un efect limitativ similar asupra pierderii în greutate [9], [10]. Studiile pe termen scurt sugerează că administrarea OXM exogenă poate reduce greutatea corporală la om [4], [5]. Eficacitatea OXM, în comparație cu alte tratamente anti-obezitate, rezultă din capacitatea sa de a reduce atât aportul de alimente, cât și de a crește cheltuielile de energie. Afectând ambele părți ale ecuației echilibrului energetic, OXM oferă un mijloc de a provoca o pierdere în greutate eficientă și durabilă.
Mecanismul care stă la baza efectului anorectic al OXM este bine stabilit. Acesta este mediat central prin activarea receptorului GLP-1, confirmat atât prin blocarea farmacologică a receptorului GLP-1, cât și prin utilizarea șoarecilor knock-out ai receptorului GLP-1 [2], [11], [12]. Cu toate acestea, mecanismul prin care crește consumul de energie rămâne controversat și au fost implicați atât receptorii glucagonului, cât și receptorilor GLP-1.
Contribuția la incertitudinea cu privire la care receptor crește cheltuielile de energie este dificultatea de a măsura direct efectele cheltuielilor de energie ale OXM. Studiile menționate mai sus utilizează markeri surogat ai cheltuielilor de energie: compararea pierderii în greutate cu aportul alimentar sau a activității nervoase simpatice în BAT. Într-adevăr, niciun studiu până în prezent nu a arătat o creștere a consumului de oxigen după administrarea OXM. Acest lucru nu a fost pe deplin explicat, dar poate reflecta insensibilitatea relativă a celor mai multe cuști metabolice [16], combinată cu timpul de înjumătățire scurt al OXM, care necesită injecții zilnice multiple de OXM. O creștere semnificativă a cheltuielilor de energie la rozătoare a fost măsurată direct cu mai mulți analogi OXM diferiți [17], [18], [19]. Reproductibilitatea acestor rezultate conferă credibilitate ideii că OXM afectează cheltuielile de energie.
Analogii sunt din ce în ce mai folosiți pentru a investiga fiziologia hormonilor peptidici, deoarece manipularea peptidelor native poate crește timpul de înjumătățire și potența hormonilor [17], [19]. Am dezvoltat un analog OXM cu lansare susținută, OX-SR. Aceasta diferă de OXM nativ cu 5 aminoacizi între resturile 16 și 27. Aceste modificări permit OX-SR să formeze un depozit subcutanat, permițând administrarea ca o singură injecție subcutanată zilnică. Am măsurat direct cheltuielile de energie cauzate de acest analog în cuștile metabolice și le-am comparat cu efectele inhibării atât a receptorilor glucagonului, cât și a receptorilor GLP-1. Prin urmare, am reușit să determinăm în mod eficient contribuția relativă a acestor receptori la efectele de cheltuială a energiei OXM.
2. Metode
2.1. Peptide
OX-SR și OX-SR-Glu3 au fost sintetizate de Insight Biotechnology Ltd. (Middlesex, Marea Britanie) utilizând metodologia de sinteză a peptidelor în fază solidă (SPPS) și purificată prin HPLC preparativă în fază inversă. Puritatea peptidelor a fost mai mare de 95%. Pe tot parcursul, OX-SR și OX-SR-Glu3 au fost administrate într-un diluant pe bază de zinc. Oxyntomodulin, GLP-1, glucagon și exendin 9-39 au fost cumpărate de la Bachem (Bubendorf, Elveția). OX-SR-Glu3 are aceeași structură peptidică ca analogul OXM cu acțiune lungă OX-SR cu o substituție a acidului glutamic în poziția 3 pentru a elimina activitatea peptidei la receptorul glucagonului [6].
2.2. test de acumulare AMPc
Celulele CHO-K1 supraexprimând stabil receptorul uman de glucagon (hGCGr) au fost achiziționate de la Invitrogen Life Technologies (Paisley, Marea Britanie) în timp ce celulele CHO supraexprimând receptorul uman GLP-1 au fost produse în casă [7]. acumularea de AMPc a fost măsurată utilizând o analiză a AMP dinamică 2 (Analize Cisbio, Codolet, Franța), urmând protocolul producătorului.