Inkretinová strategie léčby diabetes mellitus 2. typu - DPP-IV

Overview

Podání analoga GLP-1 rezistentního k účinku DPP-IV nebo terapeutická inhibice těchto enzymů, umožňující zvýšení hladin GLP-1, jsou zcela nové cesty v přístupu léčby diabetes mellitus 2. typu. Inkretinová terapeutická strategie v sobě skrývá velkou potenciální sílu pomoci zlepšit nemocným s cukrovkou jejich neuspokojivou kompenzaci, a tím snížit riziko manifestace všech cévních komplikací. Nízké cirkulující hladiny GLP-1 (i GIP) nalačno se rychle zvyšují po jídle a následně jsou degradovány účinkem dipeptidyl peptidáz IV (DPP-IV) na inaktivní formy. DPP-IV jsou široce přítomné enzymy v organizmu, které proteolyticky degradují GLP-1 a GIP (i další působky). Zabránění jejich inaktivačnímu působení podáním inhibitorů DPP-IV zajistí zvýšení hladin GLP-1, které jsou u diabetiků 2. typu snížené a následně zajistí zlepšení glukózové homeostázy u těchto nemocných. Inhibitory DPP-IV reprezentují hlavní novou třídu PAD a jejich metabolický profil nabízí řadu unikátních klinických výhod pro léčbu nemocných s diabetes mellitus 2. typu.

Klíčová slova:
GLP-1 - DPP-IV - diabetes mellitus 2. typu

Úvod

Myšlenka, že působky uvolňované ze střeva se účastní také regulace endokrinní sekrece v ostrůvkových buňkách slinivky břišní, není nová. Prvně se o ní můžeme dočíst již před více jak 100 lety (ještě v předinzulinové éře) [28]. Také gastroenterologové znají již dlouhou dobu pojem entero-inzulinární osa [33]. Ale teprve dostupnost laboratorního stanovení hladin inzulinu v krvi odstartovala rozvoj poznání a pochopení mechanizmů, kterými střevní působky (hormony) ovlivňují metabolizmus glukózy. Pokud je stejné množství glukózy podáváno ústy a intravenózně, hladiny glukózy v krvi jsou identické, ale po perorálním podání je odezva v inzulinové sekreci vyšší (obr. 1). To znamená, že glukóza není jedinou molekulou, která stimuluje uvolňování inzulinu v B-buňkách, ale na zvýšení sekrece se podílejí také střevní působky. Tento fenomén (tj. vyšší sekrece inzulinu po perorálním podání glukózy) se nazývá „inkretinový efekt“ a látky, které jej vyvolávají, jsou „inkretiny“ [9]. U lidí jsou nejdůležitějšími inkretiny glukagon-like peptid 1 (GLP-1) a na glukóze závislý uvolňující se polypeptid (GIP - glucose dependent insulin releasing polypeptide). GIP byl dříve označován jako gastrický inhibiční polypeptid. Oba jmenované hormony jsou členy glukagonové „superrodiny“ [3,4,6,20,34].

Z hlediska ovlivnění glukózového metabolizmu je významnější GLP-1, který je uvolňován z mukozálních endokrinních L-buněk distální části střev (ileum a kolón). Cirkulující hladiny GLP-1(i GIP) jsou ve stadiu lačnění velmi nízké, ale rychle se zvyšují po jídle, aby byly v zápětí degradovány účinkem dipeptidyl peptidáz IV na inaktivní formy [12]. Dipeptidyl peptidázy IV (DPP-IV) tak oba inkretiny mění na noninzulinotropní látky. GLP-1 není zvýšeně uvolňován pouze vlivem podaného jídla, ale také stimulací sympatické nervové soustavy (například fyzickou aktivitou).

DPP-IV jsou široce přítomné enzymy včetně vilózního vaskulárního endotelu kapilár a z toho plyne, že většina GLP-1 a GIP, když se dostávají do portálního řečiště, jsou již v inaktivní formě. Po podání inkretinů intravenózně zdravým osobám i nemocným s diabetes mellitus 2. typu (DM2T) je jejich poločas u GIP 5-7 min a GLP-1, který má 2 bioaktivní formy (7-37 a 7-36 amid), pouze 1-2 min. Účinek GLP-1 je zprostředkován vazbou na specifické receptory, které se nacházejí v gastrointestinálním traktu (GIT), endokrinním pankreatu (v A- i B-buňkách), plicích, ledvinách, srdci a mozku (hypotalamus, area postrema). Důležitou roli při vylučování GLP-1 hrají ledviny (cestou glomerulární filtrace i tabulárního katabolizmu). Rychlé odstranění GLP-1 z plazmy ale nekoreluje s dobou jeho účinku [7,14,25-27,35,39].

Fyziologické působení GLP-1 uvádí v přehledu tab. 1. Je prokázáno, že u diabetiků 2. typu je uvolňování (sekrece) GLP-1 snížená, ale odezva organizmu na jeho působení je zachovalá. To znamená, že plazmatická koncentrace GLP-1 je u nemocných s DM2T i porušenou glukózovou tolerancí (PGT) snížená v porovnání s odpovídajícím věkem a BMI zdravým osobám [31]. GLP-1, který je uvolňován po jídle, zvyšuje glukózou indukovanou inzulinovou sekreci, potlačuje jaterní produkci glukózy (snižuje sekreci glukagonu v A-buňkách pankreatických ostrůvků) a indukuje také pocit sytosti. Na menším zvýšení glykemií po jídle se může podílet i snížená motilita žaludku a tenkého střeva vlivem GLP-1.

GLP-1 má ale i jiné, přímé, nemetabolické vlivy na pankreatické buňky. Na jedné straně zvyšuje proliferaci B-buněk a na straně druhé snižuje jejich apoptózu. Tak ve svém důsledku přispívá ke zvýšení masy B-buněk a zajišťuje zdroj inzulinové sekrece. Mnohočetné působení GLP-1 v organizmu ovlivňující glukózový metabolizmus může znamenat, že v rozvoji DM2T typu hraje porušená funkce inkretinů patogenetickou roli.

Normalizace inkretinové cesty představuje nový přístup k léčbě DM2T.

Pokud vycházíme z výše uvedených informacích o limitaci možnosti použití nativní molekuly GLP-1 v léčebném procesu, kterou je jejich velmi krátký poločas účinku díky degradaci enzymy DPP-IV, pak se nabízejí 2 alternativní cesty vývoje farmakologicky účinného léku:

1. vývoj analoga GLP-1, který by byl rezistentní k působení dipeptidyl peptidáz IV (inkretinová mimetika),
2. vývoj inhibitorů DPP-IV, které by zabránily rychlé enzymatické degradaci endogenního glukagon-like peptidu 1 (inkretinové zvyšovače).

Prevalence DM2T se stále významně zvyšuje. Současné léčebné možnosti nejsou schopné efektivně snížit nebo zvrátit progresi choroby a zabránit postupné manifestaci chronických komplikací diabetu. Proto se stále ozývají hlasy odborníků s požadavkem nových léčebných prostředků. Inkretinový léčebný přístup takovou novou a úspěšnou farmakoterapii nabízí.

DPP-IV rezistentní analoga GLP-1

V přírodě existuje exendin-4, což je peptid izolovaný ze slin americké ještěrky, který má obdobné vlastnosti a účinky jako GLP-1, váže se na jeho receptory, ale nepodléhá enzymatickému štěpení dipetidyl peptidázami. Byla vyrobena jeho syntetická verze pod názvem exenatid. Preparát byl vyzkoušen a bylo prokázáno, že po jeho podání dochází ke snížené motilitě a potlačení sekrece kyselin žaludku, snížení motility tenkého střeva a zpomalení absorpce živin s následným snížením postprandiálních fluktuací glykemií.

Již první velké klinické studie, které byly publikovány v letech 2004-2005, dokladovaly nejenom redukci HbA_1c a pokles glykemie nalačno i postprandiálně u diabetiků 2. typu neuspokojivě kompenzovaných dosavadní léčbou metforminem, sulfonylureovými deriváty i kombinaci obou, ale jeho podávání vedlo k dlouhodobému a významnému poklesu hmotnosti. Léčba je ale provázena vedlejšími gastrointestinálními příznaky, z nichž je dominující mírná až střední nauzea, jejíž frekvence a intenzita je závislá na podávané dávce (incidence 33-47 %), následovaná zvracením, případně průjmem (v průměru u 10-13 % nemocných) [5,8,19,30].

Prvním dostupným lékem ze skupiny „inkretinových mimetik“ s prokázanou bezpečností a dobrou tolerancí nemocnými s DM2Tje exenatid s názvem Byetta, která byla schválena k běžnému používání v dubnu roku 2005. Byetta je určena k parenterální aplikaci (subkutánní injekce) 2krát denně ve fixní dávce 5 µg nebo 10 µg a na trhu je v kartridžích v předplněných aplikačních perech.

Druhým GLP-1 analogem, který se v blízké budoucnosti dostane na trh, je liraglutid, acylovaný, dlouze působící analog GLP-1, u kterého je významně snížená degradace jeho molekuly enzymatickými DPP-IV. Také u tohoto preparátu již první klinické studie dokumentovaly , že liraglutid je plný agonista GLP-IV receptorů a jeho podání je provázeno zlepšením všech porušených aktivit GLP-1. Poločas liraglutidu je delší než exenatidu Byetta (12-14 hod), a proto je dostačující jeho aplikace 1krát denně.

Obě uvedená analoga GLP-1 mají v léčbě diabetiků 2. typu 3 velké přednosti před jinými perorálními antidiabetiky (PAD) nebo inzulinem:

• nezpůsobují hypoglykemie (hypoglykemie mohou být rizikem při současném podávání sulfonylureových PAD)
• podporují sekreci inzulinu i u těch nemocných, kteří již nereagují na sulfonylureové deriváty zvýšením sekrece inzulinu
• významně snižují hmotnost

Jejich relativními nevýhodami jsou:

• injekční podávání
• vedlejší účinky na GIT

Inhibitory pipeptidyl peptidáz IV

DPP-IV jsou hlavní inaktivující enzymy GLP-1. Svým složením jde o dva transmembranózní glykoproteiny, které mají duální funkci: jako regulující proteázy a jako vázající proteiny. Kromě GLP-1 jsou jejich dalšími substráty peptidy, které mají alanin nebo prolin jako předposlední N-terminální aminokyselinu - neuropeptid Y (NPY), peptid YY, GHRH (growth hormone-releasing hormone), GIP, parakrinní chemokiny, makrofágy uvolňované chemokiny i gliadin (na prolin bohatý protein).

Odhalení situace, že DPP-IV degradují GLP-1 v plazmě, a to jak endogenního glukagon-like peptidu, tak i exogenně podaného, otevřelo zcela novou strategii léčby nemocných s DM2T. Druhou alternativní inkretinovou terapeutickou cestou, která by také zajistila zvýšení hladin GLP-1, je dočasně zamezit degradačnímu účinku DPP-IV vývojem inhibitorů účinku těchto enzymů [1,2].

Při hledání vhodné molekuly zjistili autoři, že existuje řada chemických látek, které reverzibilně blokují působení DPP-IV. Mezi používanými PAD je to např. metformin, který vykazuje blokující účinky na DPP-IV [37,38]. Např. u metforminu je po podání 1 g perorálně dosažena jeho koncentrace v krvi 20 µmol/l. A bylo prokázáno, že hladina 25 µmol/l je již dostatečně efektivní k potlačení aktivity DPP-IV (návrat k bazální aktivitě je do 24 hod). Z důvodů inhibice DPP-IV by bylo lépe podávat nemocným metformin 2-3krát denně. Skupina odborníků v čele s Lindsayem sledovala u 8 obézních diabetiků 2. typu s HbA_1c 7,8 ± 0,6 % aktivitu dipeptidyl peptidáz IV po podávání metforminu nebo placeba. U skupiny nemocných po podání metforminu došlo k významnému snížení aktivity DPP-IV, zatímco po placebu nebyla žádná změna zaznamenána [24]. Ne všichni, kdo se problematice metforminu jako inhibitoru DPP-IV zabývali, tento vliv jednoznačně potvrdili. Sice ještě není jasné, zda prokázaný akutní vliv metforminu bude zjistitelný i při jeho chronickém podávání nemocným s DM2T, ale jistě se seznamujeme s novým možným mechanizmem působení metforminu na snížení hyperglykemií. I když tímto způsobem neovlivní metforminu příliš glykemii a inzulinemii nalačno, tak se jistě podílí na snížení postprandiálních glykemií tím, že přispívá k redukci degradace entero-inzulinárních hormonů po jídle. I další látky s určitým inhibujícím vlivem na působení DPP-IV se našly především ve skupině perorálních antidiabetik. Postupně bylo prokázáno, že mírně degradující účinek na DPP-IV prokazují deriváty thiazolidindionů, sulfonylureová PAD a meglitinidy. Ovšem tyto látky působí účinně až ve vysokých koncentracích, které se běžně v klinické praxi pro léčbu DM2T neužívají. Zatím má nejvíce důkazů o inhibičním působení metformin a ze všech ostatních PAD se zdá být nejsilnějším nateglinid [10,11,15,16].

Japonští autoři v tomto roce publikovali zajímavou experimentální práci - vycházeli ze skutečnosti, že PAD akarbóza a voglibóza (inhibitory α-glukozidáz) mají stejné cílové místo pro snižování hyperglykemií po jídle jako DPP-IV. Experimentálními zvířaty byli normální myši, u kterých autoři testovali účinek obou léků na postprandiální glykemie po testovacích jídlech s odlišným obsahem glycidůa tuku [36]. Zjistili, že:

• a) DPP-IV inhibitory vykazují oproti inhibitorům α-glukozidáz konzistentnější snížení postprandiálních glykemií, a to nezávisle na typu a množství glycidů v testovacím jídle
• b) kombinace DPP-IV inhibitorů a inhibitorů α-glukozidáz se dá považovat za slibnou léčebnou strategii pro snížení hladin glykemií po jídle

Jedním z prvních reverzibilních inhibitorů dipeptidyl peptidáz, který byl zkoušen v klinické studii, byl diprotin A a po něm řada dalších podobných molekul, ale jejich inhibiční vliv (i když ve studiích in vitro slibný) byl in vivo nedostatečný a prodloužení účinku GLP-1 v organizmu nedokázalo významněji zvýšit působení GLP-1 na glukózový metabolizmus.

Inhibitory DPP-IV byly původně vyvíjeny pouze jako látky dočasně omezující degradační schopnosti tohoto enzymu vůči GLP-1, ale později se ukázalo, že účinné inhibitory mají i jiné působící vlivy:

• stabilizují ostatní inkretiny (GIP, PACAP - pituitární adenyl-cyklázu aktivující peptid)
• snižují antagonistický vliv tvořících se fragmentů inkretinů

Podání inhibitorů degradace inkretinů zvyšuje cirkulující hladiny biologicky aktivních forem, ale celková hladina GLP-1 a GIP (degradované a intaktní peptidy) je spíše snížená (v experimentálních studií na psech [17].

Kritickou rolí DPP-IV je fyziologicky kontrolovat glukózovou homeostázu, a proto jsou tyto enzymy potenciálním cílem pro léčbu DM2T. Na jedné straně bylo odhaleno, že pravděpodobně existují i non-DPP-IV mechanizmy degradace GLP-1 (např. neutrální endopeptidázy) [18]. Dipeptidyl peptidázy IV jsou široce přítomné enzymy v organizmu. Proto zůstává na druhé straně otázkou, jak se projeví skutečnost, že DPP-IV degradují i jiné fyziologicky produkované bioaktivní peptidy a jak se na jejich hladinách i účinku v organizmu projeví blokace těchto enzymů. Farmaceutické firmy v poslední době vycházely z těchto dvou skutečností a snažily se o vývoj vysoce selektivních inhibitorů zmíněných serinových dipeptidyl peptidáz IV, které by ovlivňovaly především gastrointestinální inkretiny účastnící se regulace glukózového metabolizmu a které by tak byly vhodnými antidiabetickými léky pro klinickou praxi.

Dále je důležité připomenout, že DPP-IV mohou hrát důležitou roli v imunitní odezvě organizmu. Někteří autoři klinických studií potvrdili, že DPP-IV působí jako stimulační lymfocytární molekula vázající se na mimobuněčnou bílkovinnou matrix. Nadto je tímto serinovým typem proteáz degradována i řada cytokinů a růstových faktorů. Tyto nálezy evokují představu, že DPP-IV hrají určitou roli jednak v manifestaci některých imunologických onemocněních, jako je revmatoidní artritida, a jednak mohou být spoluzodpovědny za imunitní reakce po transplantacích [21-23].

Zajímavé zjištění publikoval Green se svými spoluautory: enzymatická, proteolytická degradace inkretinů vlivem působení DPP-IV vede k tvorbě fragmentů těchto peptidů, které (na rozdíl od původní molekuly) nemají inzulinotropní aktivitu [13].

Největší pozornost je v poslední době věnována 3 inhibitorům DPP-IV: sitagliptinu, vildagliptinu a saxagliptinu.

prof. MUDr. Jindřiška Perušičová, DrSc.

www.fnmotol.cz

e-mail: jindra.perusicova@lfmotol.cuni.cz

Doručeno do redakce: 20. 6. 2007

Přijato po recenzi: 17. 8. 2007