реферат
Терапія глюкагоноподібним пептидом-1 (GLP-1) представляє перспективне лікування діабету 2 типу. Однак існує декілька обмежень щодо пептидних міметиків GLP-1, які зараз є на ринку або в стадії розробки. Цей інтерес призвів до постійного інтересу до пошуку агоністів непептидного рецептора GLP-1 (GLP-1R). У цій статті ми коротко обговорюємо відкриття, характеристику та поточний стан нового класу непептидних агоністів, отриманих циклобутаном для GLP-1R, включаючи Boc5 та його нещодавно відкритий аналог WB4-24. Незважаючи на те, що пероральна біодоступність таких сполук все ще створює серйозні проблеми, досягнутий дотепер прогрес спонукає нас визначити справді "лікарський" агоніст малих молекул GLP-1R.
Цукровий діабет 2 типу (T2DM) включає низку дисфункцій, що виникають внаслідок поєднання інсулінорезистентності та недостатньої секреції інсуліну. Він характеризується гіперглікемією і пов’язаний з мікросудинними, макросудинними та нейропатичними ускладненнями. T2DM також причинно пов'язаний з ожирінням, яке саме по собі є глобальним тягарем для здоров'я 1. Якщо не вжити відповідних заходів, передбачається, що до 2030 року у світі буде щонайменше 350 мільйонів людей з Т2ДМ 2. Ця ситуація ще більше погіршується тим фактом, що доступні в даний час препарати, такі як інсулін, сульфонілсечовини та тіазолідиндіони, мають обмежену ефективність і не вирішують дві основні проблеми - зниження функції β-клітин та пов'язане з цим ожиріння. Тому пошук нових терапевтичних засобів для боротьби з діабетом та пов'язаними з ним порушеннями метаболізму є виправдано інтенсивним.
Терапія глюкагоноподібним пептидом-1 (GLP-1) представляє альтернативний та ефективний підхід до лікування T2DM3. GLP-1 - це шлунково-кишковий пептид, що продукується геном проглюкагону в L-клітинах тонкої кишки у відповідь на поживні речовини. Вважається, що він має антигіперглікемічний ефект, стимулюючи секрецію інсуліну, уповільнюючи спорожнення шлунка, пригнічуючи вивільнення глюкагону, стимулюючи проліферацію та диференціацію β-клітин та покращуючи ситість 4. GLP-1 представляється ідеальним та доповнюючим підходом до управління T2DM з кількох причин 3: (i) глюкозозалежне вивільнення інсуліну не викликає гіпоглікемії; (ii) придушення споживання їжі призводить до втрати ваги; та (iii) захист маси та функції β-клітин зменшує тяжкість T2DM. Однак основне обмеження поширення цих переваг на клінічні переваги полягає у дуже короткому періоді напіввиведення GLP-1 in vivo (приблизно 1-2 хвилини) 5. Це пояснюється деградацією NH2-кінця дипептидилпептидазою IV (DPP-IV) та нирковим кліренсом 6. Тому докладено значних зусиль для виявлення молекул, які активують шлях GLP-1 із покращеними фармакокінетичними властивостями.
Наразі доступні міметики GLP-1 включають два класи агентів 7: агоністи GLP-1R (наприклад, ексенатид та ліраглутид), які структурно пов'язані з GLP-1 та перорально доступні інгібітори DPP-IV (наприклад, ситагліптин, саксагліптин та вілдагліптин) . які збільшують циркулюючі концентрації GLP-1, обмежуючи деградацію ендогенного GLP-1. Різні дослідження на людях та тваринах показують, що ці терапевтичні засоби досягають значного зниження рівня гемоглобіну A (1c) (HbA1c), не викликаючи значної гіпоглікемії. Крім того, спостерігалася втрата ваги при застосуванні агоністів GLP-1R, що супроводжувалось сприятливим впливом на серцеву функцію людини 8. Незважаючи на те, що ринкові перспективи для міметиків GLP-1 виглядають сприятливими, певні обмеження, такі як повторні ін'єкції, необхідні для синтетичних пептидів, та відсутність ваги після лікування інгібіторами DPP-IV, можуть перешкодити нам повністю засвоїти терапевтичний потенціал GLP-1 Таким чином, активні непептидні агоністи GLP-1R залишаються перспективним підходом для вирішення таких проблем.
GLP-1R належить до рецепторів, пов'язаних G-білками класу B (GPCR), що складаються з семи мембранних мостикових доменів, пов'язаних між собою трьома позаклітинними та трьома внутрішньоклітинними петлями. Загальновизнано, що GPCR є найважливішим цільовим класом для терапевтичного втручання 9. Хоча існує багато прикладів GPCR класу A, які активуються агоністами малих молекул, для GPCR класу B було виявлено дуже мало непептидних лігандів. Наприклад, описано лише декілька невеликих агоністів GLP-1R з малими молекулами з різними структурними особливостями та функціональною селективністю (ортостеричні, алостеричні, доалостеричні, зворотні або часткові/повні агоністи) 10, 11, 12, 13, 14, 15 . Серед них заміщений циклобутан Boc5 - це той, який систематично досліджувався як in vitro, так і in vivo. .
фармакологія
Хоча миша db/db є підходящою моделлю діабету, патогенез T2DM та ожиріння людини не моделюється повністю. Тому ми згодом дослідили терапевтичну корисність Boc5 на мишачій моделі ожиріння, спричиненого дієтою (DIO), яка зазвичай використовується для оцінки ефективності нових протидіабетичних засобів. На основі експериментального дослідження діапазону доз на самцях мишей C57BL/6J, де ДІО можна було повністю запобігти шляхом періодичного введення Boc5 (рис. S1), ми розробили та провели комплексне дослідження цього показання. Три рази на тиждень, не один раз на день, внутрішньовенні ін’єкції Boc5 (0, 3, 3 та 1 мг) протягом 12 тижнів призводили до типових дозозалежних реакцій при регулюванні споживання їжі, ожиріння, гомеостазу глюкози та чутливості до інсуліну 17, як повідомляється. раніше у db/db мишей 11, 16. Цікаво, що Boc5 зміг нормалізувати масу β-клітин підшлункової залози та розміри острівців, пригнічуючи компенсаторну гіперплазію β-клітин у резистентних до інсуліну мишей DIO, що супроводжувалося нормалізацією дисліпідемії, порушення регуляції адипоцитокінів, дисфункцією адипоцитів та пошкодженням печінки. .
У кількох дослідженнях in vitro (репортер люциферази 11 та аналіз зв'язування 11) та короткотермінових in vivo (прийом їжі 11, спорожнення шлунка 16 та стимуляція секреції інсуліну 16), дослідження, в яких GLP-1 або ексенатид використовувались як позитивний контроль ефекти Boc5 були подібні до ефектів пептидів, хоча вони приблизно на 3-4 порядки потужніші. Незважаючи на те, що місця (місця) дії аноректичного ефекту, викликані периферичним введенням агоністів GLP-1R, незрозумілі, кілька рядків доказів свідчать про те, що пригнічення прийому екзенатиду та ліраглутиду їжею опосередковується активацією GLP-1R, що експресується на субдіафрагмальному вагусі. афферентами, а також у мозку. 18. На цьому етапі ми не знаємо, чи перетинає Boc5 гематоенцефалічний бар’єр, наша попередня робота показала, що Boc5 у дозі 6 мг викликає відвернення апетиту (CTA) у мишей C57BL/6J 16, що передбачає залучення як периферичних, так і центральні сигнальні шляхи GLP-1.
Структури Boc5 та WB4-24.
Повнорозмірне зображення
Поліпшення
Щоб зрозуміти взаємозв'язок між структурою та активністю цього класу агоністів GLP-1R, було здійснено ряд симетричних зусиль з хімії для оптимізації ядра, на захід та схід від Boc5 (рис. 1). З кількох десятків підготовлених аналогів WB4-24 продемонстрував сильнішу біологічну активність, ніж Boc5, in vitro (зв'язування GLP-1R та cAMP) та in vivo (інгібування споживання їжі) 19. Отримавши ці результати, ми розробили та провели набір експериментів із використанням описаної вище моделі миші DIO для характеристики цієї сполуки. Ми вперше вивчили вплив WB4-24 на енергетичний обмін. Як показано на малюнках 2A та 2B, періодичне введення WB4-24 (ip, 3 рази на тиждень) призводило до значної залежності від дози втрати ваги протягом першого 12-тижневого періоду лікування. Максимальні втрати ваги становили приблизно 31,8% (P
Вплив WB4-24 на гомеостаз глюкози у мишей DIO. Експерименти проводили, як описано на малюнку 1, а аналізи внутрішньочеревної толерантності до глюкози (IPGTT) проводили на тижнях 0 (A), 4 (B), 12 (C), 20 (D) та 28 (E) після початкового тесту . лікування WB4–24. Для кожної миші (F) розраховували рівень глюкози під кривою, інтегрованою від 0 до 120 хвилин (AUC 120). Статистичний аналіз проводили за допомогою програмного забезпечення GraphPad Prism за допомогою одностороннього аналізу ANOVA з подальшим аналізом Bonferroni post hoc. Значення подаються як середнє значення ± SEM. n = 6-9 на групу. bP e P f P 0,05, малюнок 4). Така адаптація гормонів ситості сироватки у стані ожиріння була задокументована до 20. Навпаки, лікування як WB4-24, так і Boc5 значно знижує рівень інсуліну в сироватці крові (P 21, Придушення секреції глюкагону після субхронічного введення Boc5 і WB4-24 додатково підтримує нашу догму про те, що цей клас молекул фактично активує весь спектр GLP- 1 ефекти (Таблиця 1).
Співвідношення між титрами антитіл у плазмі крові та терапевтичною ефективністю у мишей DIO, які отримували WB4-24. Титри антитіл WB4-24 не мали статистично значущої кореляції з масою тіла (r = 0,7758, P = 0,698, n = 6; A) або AUC 120 IPGTT (r = 0,5627, P = 0,245, n = 6; C). Рядок у колонці B представляє позитивну кореляцію між титрами антитіл WB4-24 та добовим споживанням їжі (r = 0,8227, P = 0,0444, n = 6). Статистичний аналіз проводили за допомогою програм кореляційного аналізу GraphPad Prism Pearson.
Повнорозмірне зображення
висновок
Внесок автора
Дослідження було розроблено Мін-Вей ВАНГ, Да-Вей М.А., Да-Фанг ЧЖУН, Чуань Л.І. та Лін ЯН; Експерименти проводили хв. ВІН, Ні ГУАН, Вей-вей ГАО, Гуан-бо ГЕ, Цін ЛІУ, Сяо-ян ВУ та Сяо-ян ЧЕН; Дані були проаналізовані Мін-Вей ВАНГ, Да-фан ЧЖУН, Гуан-бо ГЕ, Чуань Л.І. і Лін ЯН; і Мінь ВІН та Мін-Вей ВАНГ написали свій внесок.
Додаткова інформація
Документи Word
Додаткова фігура 1
Профілактичні ефекти внутрішньочеревної ін’єкції Boc5 у мишей із ожирінням (DIO), викликаних дієтою
Додатковий малюнок 2
Ефекти підшкірного введення Boc5 на HbA1c у діабетичних> i/i мишей