абстрактно
Терапията с подобен на глюкагон пептид-1 (GLP-1) представлява обещаващо лечение за диабет тип 2. Съществуват обаче няколко ограничения по отношение на пептидните миметици GLP-1, които в момента са на пазара или се разработват. Този интерес доведе до продължителен интерес към търсенето на непептидни GLP-1 рецепторни агонисти (GLP-1R). В тази статия обсъждаме накратко откритието, характеризирането и текущото състояние на нов клас непептидни агонисти, получени от циклобутан за GLP-1R, включително Boc5 и неговия новооткрит аналог WB4-24. Въпреки че пероралната бионаличност на такива съединения все още представлява големи предизвикателства, постигнатият досега напредък ни насърчава да идентифицираме наистина „лекуван“ агонист на малки молекули за GLP-1R.
Захарният диабет тип 2 (T2DM) включва редица дисфункции в резултат на комбинация от инсулинова резистентност и недостатъчна секреция на инсулин. Характеризира се с хипергликемия и е свързана с микроваскуларни, макроваскуларни и невропатични усложнения. T2DM също е причинно свързан със затлъстяването, което само по себе си е глобална тежест за здравето 1. Ако не се предприемат подходящи действия, се смята, че до 2030 г. в света ще има поне 350 милиона души с T2DM 2. Тази ситуация се влошава допълнително от факта, че наличните понастоящем лекарства като инсулин, сулфонилурейни продукти и тиазолидиндиони имат ограничена ефикасност и не решават двата основни проблема, намалявайки функцията на β-клетките и свързаното с това затлъстяване. Следователно търсенето на нови терапевтични средства за борба с диабета и свързаните с него метаболитни аномалии е оправдано интензивно.
Терапията с подобен на глюкагон пептид-1 (GLP-1) представлява алтернативен и ефективен подход за лечение на T2DM3. GLP-1 е стомашно-чревен пептид, произведен от гена на проглукагон в L-клетки на тънките черва в отговор на хранителни вещества. Смята се, че има антихипергликемични ефекти, като стимулира секрецията на инсулин, забавя изпразването на стомаха, инхибира освобождаването на глюкагон, стимулира пролиферацията и диференциацията на β-клетките и подобрява ситостта 4. GLP-1 изглежда идеален и допълващ подход към управлението на T2DM по няколко причини 3: (i) глюкозозависимото освобождаване на инсулин не причинява хипогликемия; (ii) потискането на консумацията на храна води до загуба на тегло; и (iii) защитата на теглото и функцията на β-клетките намалява тежестта на T2DM. Основното ограничение обаче за разширяване на тези ползи до клинични ползи се крие в много краткия полуживот на GLP-1 in vivo (приблизително 1-2 минути) 5. Това се дължи на NH2-терминално разграждане от дипептидил пептидаза IV (DPP-IV) и бъбречен клирънс 6. Поради това са положени значителни усилия за идентифициране на молекули, които активират GLP-1 пътя с подобрени фармакокинетични свойства.
Наличните понастоящем GLP-1 миметици включват два класа агенти 7: GLP-1R агонисти (напр. Екзенатид и лираглутид), които са структурно свързани с GLP-1 и наличните през устата DPP-IV инхибитори (напр. Ситаглиптин, саксаглиптин и вилдаглиптин) . които увеличават циркулиращите концентрации на GLP-1 чрез ограничаване на разграждането на ендогенния GLP-1. Различни проучвания при хора и животни показват, че тези терапевтични агенти постигат значително намаляване на нивата на хемоглобин A (1c) (HbA1c), без да причиняват значителна хипогликемия. Освен това се наблюдава загуба на тегло при GLP-1R агонисти, придружени от благоприятни ефекти върху сърдечната функция на човека 8. Въпреки че пазарните перспективи за GLP-1 миметици изглеждат благоприятни, някои ограничения, като многократни инжекции, необходими за синтетични пептиди и липса на тегло след лечение с DPP-IV инхибитори, могат да ни попречат да уловим напълно терапевтичния потенциал на GLP-1 По този начин активните непептидни GLP-1R агонисти остават обещаващ подход за справяне с подобни предизвикателства.
GLP-1R принадлежи към клас В рецептори, свързани с G-протеин (GPCR), състоящи се от седем мембранно обхващащи домейни, свързани заедно от три извънклетъчни и три вътреклетъчни бримки. Общопризнато е, че GPCR са най-важният целеви клас за терапевтична интервенция 9. Въпреки че има много примери за GPCR от клас A, които се активират от агонисти на малки молекули, много малко непептидни лиганди са открити за GPCR от клас B. Например, описани са само няколко малки GLP-1R агонисти с малки молекули с различни структурни характеристики и функционална селективност (ортостерични, алостерични, преалостерични, обратни или частични/пълни агонисти) 10, 11, 12, 13, 14, 15 . Сред тях заместеният циклобутан Boc5 е систематично изследван както in vitro, така и in vivo. .
фармакология
Въпреки че db/db мишката е подходящ модел на диабет, патогенезата на човешкия T2DM и затлъстяването не е напълно симулирана. Следователно, ние впоследствие изследвахме терапевтичната полезност на Boc5 в миши модел на диета-индуцирано затлъстяване (DIO), който обикновено се използва за оценка на ефикасността на новите антидиабетни средства. Въз основа на пилотно проучване с обхват на дозата при мъжки мишки C57BL/6J, където DIO може да бъде напълно предотвратено чрез периодично приложение на Boc5 (Фигура S1), ние проектирахме и извършихме цялостно изследване на това показание. Три пъти седмично, не веднъж дневно, ip инжекции на Boc5 (0, 3, 3 и 1 mg) в продължение на 12 седмици водят до типични дозозависими отговори при регулирането на приема на храна, затлъстяването, глюкозната хомеостаза и инсулиновата чувствителност 17, като съобщава. преди това при db/db мишки 11, 16. Интересното е, че Boc5 успя да нормализира теглото на β-клетките на панкреаса и размера на островчетата чрез потискане на компенсаторната β-клетъчна хиперплазия при резистентни на инсулин DIO мишки, придружено от нормализиране на дислипидемия, дисрегулация на адипоцитокините, адипоцитна дисфункция и увреждане на черния дроб. .
В няколко in vitro проучвания (луциферазен репортер 11 и анализ на свързване 11) и краткосрочни in vivo (прием на храна 11, изпразване на стомаха 16 и стимулиране на секрецията на инсулин 16), проучвания, в които GLP-1 или екзенатид са използвани като положителни контроли максимално стимулирани. ефектите на Boc5 са подобни на тези на пептидите, въпреки че те са приблизително 3 до 4 порядъка по-мощни. Въпреки че мястото (местата) на действие на аноректичен ефект, индуцирано от периферното приложение на GLP-1R агонисти, е неясно, няколко реда доказателства предполагат, че инхибирането на приема на екзенатид и лираглутид се медиира от активиране на GLP-1R, експресирано върху субдиафрагмалния вагус аферентни, както и в мозъка. На този етап не знаем дали Boc5 преминава кръвно-мозъчната бариера, по-ранната ни работа показа, че Boc5, в доза от 6 mg, предизвикана отвращение към апетита (CTA) при мишки C57BL/6J 16, което предполага участието както на периферни, така и на централни сигнални пътища на GLP-1.
Структури Boc5 и WB4-24.
Изображение в пълен размер
Подобрение
За да се разбере връзката между структурата и активността на този клас агонисти на GLP-1R, бяха направени поредица от симетрични химични усилия за оптимизиране на ядрото, западно и източно от Boc5 (Фигура 1). От подготвените няколко дузини аналози WB4-24 демонстрира по-силна биоактивност от Boc5 in vitro (свързване на GLP-1R и cAMP) и in vivo (инхибиране на приема на храна) 19. С тези резултати ние проектирахме и извършихме набор от експерименти, използвайки описания по-горе модел на мишка DIO, за да характеризираме това съединение. Първо изучихме ефектите на WB4-24 върху енергийния метаболизъм. Както е показано на фигури 2А и 2В, периодичното приложение на WB4-24 (ip, 3 пъти седмично) води до значителна дозозависима загуба на тегло през първия 12-седмичен период на лечение. Максималните загуби на тегло са приблизително 31,8% (P
Ефекти на WB4-24 върху глюкозната хомеостаза при DIO мишки. Експериментите са проведени, както е описано на Фигура 1, а интраперитонеалните анализи на глюкозен толеранс (IPGTT) са проведени на седмици 0 (A), 4 (B), 12 (C), 20 (D) и 28 (E) след първоначалния тест . лечение на WB4–24. За всяка мишка (F) се изчислява нивото на глюкозата под кривата, интегрирана от 0 до 120 минути (AUC 120). Статистическият анализ беше извършен с помощта на софтуера GraphPad Prism чрез еднопосочен ANOVA, последван от анализ на Bonferroni post hoc. Стойностите се отчитат като средна стойност ± SEM. n = 6-9 на група. bP e P f P 0,05, Фигура 4). Подобна адаптация на серумни хормони за ситост в затлъстяване е документирана преди 20 години. За разлика от това, лечението както на WB4-24, така и на Boc5 значително намалява серумните нива на инсулин (P 21, Потискане на секрецията на глюкагон след субхронично приложение на Boc5 и WB4-24 допълнително подкрепя нашата догма, че този клас молекули действително активира пълния спектър на GLP- 1 ефекти (Таблица 1).
Корелация между титрите на плазмените антитела и терапевтичната ефикасност при DIO мишки, лекувани с WB4-24. Титрите на антителата WB4-24 нямат статистически значима корелация с телесното тегло (r = 0,7758, P = 0,698, n = 6; A) или AUC 120 IPGTT (r = 0,5627, P = 0,245, n = 6; C). Линията в колона В представлява положителната корелация между титрите на антителата WB4-24 и дневния прием на храна (r = 0,8227, P = 0,0444, n = 6). Статистическият анализ беше извършен с помощта на софтуер за корелационен анализ GraphPad Prism Pearson.
Изображение в пълен размер
заключение
Принос на автора
Изследването е проектирано от Ming-wei WANG, Da-wei MA, Da-fang ZHONG, Chuan LI и Ling YANG; Експериментите са извършени мин. ОН, Ni GUAN, Wei-wei GAO, Guang-bo GE, Qing LIU, Xiao-yan WU и Xiao-yan CHEN; Данните бяха анализирани от Ming-wei WANG, Da-fang ZHONG, Guang-bo GE, Chuan LI и Ling YANG; и Min HE и Ming-wei WANG написаха своя принос.
Допълнителна информация
Word документи
Допълнителна фигура 1
Превантивни ефекти на интраперитонеално инжектиране на Boc5 при диети, предизвикани от затлъстяване (DIO) мишки
Допълнителна фигура 2
Ефекти от подкожно приложение на Boc5 върху HbA1c при диабетични> i/i мишки