NYA VERKNINGSMEKANISMER FÖR GLUKOS OCH GLIBENKLAMID

[ Läs eventuella Repliker på detta inlägg ] [ Skicka Replik på detta inlägg ] [ Diskussionsforum ]

INSÄNT AV Åke Sjöholm DEN 31 :e JANUARI, 1997 vid 22 - tiden

NYA VERKNINGSMEKANISMER FÖR GLUKOS OCH GLIBENKLAMID

De mekanismer varigenom insulinfrisättningen regleras från pancreas' ß-celler har varit föremål för intensiva forskningsinsatser. För att insulinfrisättningen skall fungera optimalt då ß-cellen stimuleras av stigande blodsocker eller av sulfonylurea-preparat som glibenklamid hos typ-2 diabetiker, krävs att de signalsystem som reglerar ß-cellens funktion fungerar som de skall. För drygt 10 år sedan påvisades att ATP-beroende K+-kanaler i ß-cellens plasmamembran inaktiveras av glukos. ATP kan således uppfattas som en länk mellan glukosmetabolismen och förändringar i jonflöden och elektrisk aktivitet hos ß-cellen. Mer specifikt, ATP som genererats under nedbrytningen av glukos kan stänga K+-kanaler, resulterande i depolarisering med åtföljande inflöde av Ca2+ genom spänningsberoende Ca2+-kanaler. Detta inflöde av Ca2+ ökar den cytoplasmatiska Ca2+-koncentrationen, en händelse som initierar frisättningen av insulin till blodet. Denna arbetshypotes har emellertid nyligen ifrågasatts, då det visats att glukos bibehåller en utmärkt förmåga att frisätta insulin då K+-kanalerna hålls öppna med diazoxid (Hyperstat™) samtidigt som ß-cellen depolariseras maximalt med K+. Dessa fynd antyder existensen av andra reglermekanismer som kontrollerar stimulus-sekretionskopplingen i ß-cellen. I denna modell visades en god korrelation mellan ß-cellens energitillstånd (ATP/ADP) och glukos-stimulerad insulinfrisättning; emellertid förefaller cykliskt AMP, inositolfosfater och proteinkinas C ej kunna mediera denna. Dock är Ca2+-inflöde nödvändigt för glukosmedierad insulinfrisättning, då inhibitorer av spänningsberoende Ca2+-kanaler (t.ex. Verapamil™) blockerar denna effekt.

Insulinsekretagoger, ATP, GTP, glukosmetaboliter och glutamat inaktiverar proteinfosfataser i ß-cellen
I ß-cellen, liksom i alla eukaryota celler, anses reversibel fosforylering av serin/threonin-rester på endogena proteiner vara en viktig och mångsidig reglermekanism för att cellen snabbt skall kunna mediera biologiska signaler, t.ex. insulinsekretion. Graden av proteinfosforylering avgörs av en balanserad aktion av proteinkinaser och proteinfosfataser. I ß-cellen har bl.a. visats att proteinkinas A (cykliskt AMP-beroende) och proteinkinas C (Ca2+/fosfolipid-beroende) stimulerar insulinsekretionen, samt att dessa kinaser aktiveras av glukos, men ingendera synes vara nödvändig för att mediera glukos' effekt på insulinfrisättningen. Jämfört med proteinkinaser har emellertid betydelsen av proteinfosfataser varit ett relativt negligerat område, bl.a beroende på bristen på farmakologiska inhibitorer. Nyligen har man dock i marinalger identifierat okadaic acid, en specifik hämmare av proteinfosfataser. Såväl typ-1 och -2A proteinfosfataser, som cyklosporin-målproteinet calcineurin (proteinfosfatas typ-2B), har av oss identifierats i ß-celler medelst Western blotting-teknik och enzymassay. Dessutom orsakar proteinfosfatas-hämmaren okadaic acid Ca2+-inflöde och insulinfrisättning, sannolikt genom hyperfosforylering (och därigenom aktivering) av spänningsberoende Ca2+-kanaler. Jag har också nyligen påvisat att ett flertal insulinsekretagoger inducerar en snabb och transient inhibition av aktiviteten hos proteinfosfataser i intakta ß-celler, sannolikt resulterande i hyperfosforylering av reglerproteiner i ß-cellen. Min uppfattning är att inhibition av proteinfosfataser resulterar i en ökning i fosfoproteiner som kontrollerar insulinsekretionen från ß-cellen, en mekanism som inte beskrivits tidigare.
Tidigare undersökningar har visat att glukos ökar ß-cellens innehåll av ATP och GTP innan insulinfrisättningen påbörjas och att GTP stimulerar insulinfrisättningen från permeabiliserade ß-celler. Likaså verkar GTP vara nödvändigt (och möjligen hastighetsbegränsande) för insulinfrisättningen. De molekylära mekanismerna för GTP's insulinfrisättande effekt är emellertid inte kända, och kan inte helt och hållet förklaras av fosfoinositidhydrolys, Ca2+, cykliskt AMP eller pertussistoxin-känsliga GTP-bindande proteiner. Vi har nyligen visat, att fysiologiska koncentrationer av GTP och ATP orsakar en dosberoende hämning av aktiviteten hos proteinfosfataser i homogenat från ß-celler, som kan bidraga till den hyperfosforylering av ß-cellsproteiner som sker då insulinfrisättningen aktiveras. Således kan inaktivering av proteinfosfataser vara en kompletterande mekanism, förutom effekter på proteinkinaser och jonkanaler, varigenom dessa nukleotider stimulerar insulinfrisättningen.
Det föreligger en linjär korrelation mellan förmågan hos en aminosyra att aktivera enzymet glutamatdehydrogenas och dess förmåga att frisätta insulin. Följaktligen, även om den insulinfrisättande effekten av L-leucin delvis kan förklaras av dess katabolism med åtföljande ATP-produktion, så orakar aminosyran också en allosterisk aktivering av glutamatdehydrogenas. Dessutom aktiverar den icke-metaboliserbara leucinanalogen BCH också glutamatdehydrogenas och uppvisar jämförbar potens med leucin vad avser insulinfrisättande effekt. Metabolismen av L-glutamin omfattar glutaminas-inducerad nedbrytning till glutamat, som i sin tur undergår oxidativ deaminering i mitokondrien resulterande i bildning av Krebscykel-intermediären a-ketoglutarat. Det är dessutom visat att en cellpermeabel glutamatanalog krafttigt stimulerar insulinfrisättningen. Vi visade nyligen att stimulering av ß-celler med L-glutamin resulterade i en snabb och transient inaktivering av proteinfosfataser, samt att glutamat i fysiologiska koncentrationer hämmar aktiviteten av proteinfosfataser i ß-cellshomogenat. De glukagon-producerande a-cellerna i Langerhanska öarna, liksom intrapankreatiska ganglier, innehåller stora mängder glutaminas, och glutamat kan således influera ß-cellen parakrint genom att frisättas från omkringliggande a-celler eller neuron. Förutom att möjligen verka genom jonotropa glutamatreceptorer nyligen beskrivna på ß-cellen, så antyder våra resultat att glutamat kan aktivera insulinfrisättningen direkt genom inhibition av proteinfosfataser vid sidan av effekter på metabolism och ATP-bildning.
Vi har funnit att tillsats av vissa glukosmetaboliter, bildade i glykolysen och Krebscykeln, till homogenat av ß-celler dosberoende hämmade aktiviteten hos proteinfosfataser i fysiologiska koncentrationer. När insulinfrisättningen stimuleras av glukos, sker en snabb intracellulär ackumulering av dessa metaboliter i ß-cellen. Exempevis befanns fruktos-1,6-bifosfat, 3-fosfoglycerat, fosfoenolpyruvat, oxalat och citrat vara potenta inhibitorer av ß-cellens proteinfosfataser. Däremot hade glukos, fruktos-6-fosfat, ß-glycerofosfat, 2-fosfoglycerat, isocitrat, a-ketoglutarat, succinat, fumarat, malat, NAD(H) och NADP(H) små eller inga effekter. Intressant nog har det visats tidigare att fruktos-2,6-bifosfat och glukos-1,6-bifosfat, som allosteriskt aktiverar fosfofruktokinas, det hastighetsbegränsande enzymet i glykolysen, kan fungera som inhibitorer av proteinfosfataser i kardiomyocyter. Således är det möjligt att dessa glukosmetaboliter, förutom Ca2+ och ATP, kan medverka till att upprätthålla glukos-stimulerad insulinfrisättning genom att bidraga till att hyperfosforylera proteiner i ß-cellens stimulus-sekretionskoppling.

Glukos hämmar oxidationen av fettsyror i ß-cellen via malonyl-CoA
Det har varit känt i över 20 år att glukos hämmar oxidationen av endogena fettsyror i ß-cellen, för att istället shunta dessa till biosyntes av triacylglycerol och fosfolipider. Bland metabola kopplingsfaktorer i ß-cellen, förutom ATP och reducerade pyridinnukleotider (NAD[P]H), har nyligen stort intresse fokuserats på malonyl-CoA som bildas innan insulinfrisättningen initieras då glukos metaboliseras till citrat i Krebscykeln. Malonyl-CoA är en potent inhibitor av enzymet carnitinpalmitoyltransferas 1, som skiftar ß-cellens metabolism av fettsyror från ß-oxidation till acyl-CoA estrar. Dessa kan i sin tur antingen reagera med a-glycerofosfat och därigenom bilda proteinkinas C-aktiverande diacylglycerol, eller utöva effekter i sig själva på stimulus-sekretionskopplingen t.ex. genom att modulera intracellulär Ca2+-hantering eller direkt stimulera proteinkinas C eller jonkanaler. Likaså har det visats att specifik farmakologisk inhibition av carnitinpalmitoyltransferas 1 resulterar i stimulerad insulinfrisättning. Farmakologisk blockad av enzymet som katalyserar bildningen av malonyl-CoA, resulterade i en fullständig inhibition av glukos-stimulerad insulinfrisättning, vilket visar betydelsen av malonyl-CoA. Intressant nog har det i andra celler visats att vid diabetes och svält (som hämmar glukos-stimulerad insulinfrisättning), induceras en resistens hos carnitinpalmitoyltransferas 1 mot inhibition av malonyl-CoA. Huruvida detta fenomen, som troligtvis inaktiverar proteinkinas C p.g.a. omställningen i fettsyremetabolismen från fosfolipidbiosyntes till ß-oxidation, inverkar negativt på glukos-stimulerad insulinfrisättning in vivo hos diabetiker återstår dock att se.

Nya verkningsmekanismer för sulfonylurea-preparat
Hypoglykemiska sulfonylurea-preparat, t.ex. glibenklamid, utgör en hörnsten i behandlingen av typ-2 diabetiker, och det anses att de verkar insulinotropt i ß-cellen genom att (liksom glukos) stänga ATP-beroende K+-kanaler i ß-cellens plasmamembran och på så sätt stimulera Ca2+-inflöde. Det har dock visats att 80-90 % av sulfonylurea binds intracellulärt i ß-cellen, och ett 145 kD sulfonylurea-bindande, exocytos-reglerande, protein har nyligen identifierats i ß-cellen. Dessutom visar våra färska resultat att glibenklamid, i terapeutiska koncentrationer, dosberoende hämmar carnitinpalmitoyltransferas 1 i ß-cellen och således kan generera diacylglycerol med åtföljande aktivering av proteinkinas C. I överensstämmelse med detta, indikerar tidigare resultat att farmakologiska inhibitorer av proteinkinas C blockerar den insulinfrisättande effekten av glibenklamid. Till yttermera visso är det känt att specifika inhibitorer av carnitinpalmitoyltransferas 1 och fettsyreoxidation (t.ex. etomoxir) inte endast stimulerar insulinfrisättningen in vitro utan även har en hypoglykemisk effekt hos diabetiker. Dessa intracellulära effekter i ß-cellen bör definitivt värderas då mer lipofila sulfonylureor produceras.


Åke Sjöholm
Docent, leg. läkare

Kliniken för Endokrinologi och Diabetologi, Karolinska Sjukhuset (L6:01B), 171 76 Stockholm. Telefon: 08-7295782. Fax: 08-7293096 E-mail: ake@enk.ks.se




REPLIKER:


SKICKA REPLIK PÅ DETTA INLÄGG
NAMN:
E-POST:
INLÄGGETS TITEL: Re: NYA VERKNINGSMEKANISMER FÖR GLUKOS OCH GLIBENKLAMID
INLÄGG:
LÄNK:
LÄNKNAMN:
BILD:


[ Läs eventuella Repliker på detta Inlägg ] [ Skicka Replik på detta inlägg ] [ Diskussionsforum ]