Inkretinové hormony

Overview

Inkretinové hormony jsou peptidy, které jsou secernovány endokrinními buňkami zažívacího traktu po požití potravy a mají schopnost zvyšovat sekreci inzulinu. Inzulinotropní peptid závislý na glukóze (Glucosodependent Insulinotropic Peptide – GIP) se tvoří v K-buňkách lokalizovaných v duodenu a proximální části jejuna, nejnověji byla prokázána syntéza GIP také v α-buňkách Langerhansových ostrůvků. Kromě inkretinového účinku způsobuje zvýšení tvorby a snížení odbourávání tuku v tukové tkáni, tlumí resorpci a stimuluje novotvorbu v kosti a má protektivní a proliferační účinek na buňky centrálního nervového systému. Terapeuticky se uvažuje jak o použití agonistů GIP ke zvýšení sekrece inzulinu, při léčbě osteoporózy a některých degenerativních onemocnění CNS, tak antagonistů GIP k ovlivnění obezity. Další peptidy s inkretinovým účinkem vznikají posttranslační modifikací proglukagonu. Ve střevních L-buňkách, a také v mozku, je štěpen mimo jiné na glucagon-like peptide 1 a 2 (GLP-1 a GLP-2). GLP-1 vede v Langerhansových ostrůvcích ke stimulaci sekrece inzulinu a k utlumení sekrece glukagonu, má proliferační a protektivní účinky na β-buňky. Centrálním působením i přes receptory na vláknech vagu vede ke snížení příjmu potravy a váhovému úbytku. Inhibuje tvorbu kyseliny a vyprazdňování žaludku, čímž snižuje vzestup glykemie po jídle. Má protektivní účinky při poškození srdečního svalu. Receptory byly prokázány i v játrech, ale snížená produkce a zvýšené vychytávání glukózy játry a svaly je dáno především nepřímo, změnou hladiny inzulinu a glukagonu. GLP-2 stimuluje proliferaci enterocytů, zvyšuje vstřebávání živin a snižuje motilitu střeva i žaludku. Inhibuje také kostní resorpci.

Klíčová slova:
inkretinové hormony – GIP – GLP-1 – GLP-2

Úvod

Již počátkem minulého století byla vyslovena teorie, že po požití potravy vyplaví střevní sliznice látky, které stimulují sekreci endokrinního pankreatu, a tak snižují glykemii [1]. Dokonce se uskutečnily i pokusy léčit diabetes kyselými extrakty sliznice dvanáctníku [2]. Termín inkretin byl poprvé použit ve 30. letech minulého století [3]. Po objevu radioimunoanalýzy inzulinu bylo zřejmé, že perorální podání glukózy stimuluje sekreci inzulinu mnohem více než intravenózně podané množství, které vede ke stejnému vzestupu glykemie [4,5]. Tento fenomén byl označen jako inkretinový efekt s tím, že je zodpovědný za 50–70 % celkové sekrece inzulinu po požití cukru. Inkretinové hormony jsou tedy secernovány do krve zažívacím traktem po požití potravy a zvyšují sekreci inzulinu.

GIP

První inkretinový hormon byl izolován ze sliznice vepřového tenkého střeva a nazván gastric inhibitory peptide – GIP, podle schopnosti tlumit histaminem stimulovanou sekreci kyselé žaludeční šťávy. Záhy se však ukázalo, že hlavním fyziologickým účinkem GIP je potenciace sekrece inzulinu působením glukózy. Proto je dnes nazýván „inzulinotropní peptid závislý na glukóze“ (Glucosodependent Insulinotropic Peptide). GIP gen je umístěn na dlouhém raménku 17. chromozomu a kóduje delší peptid pro GIP, který se posttranslačním štěpením mění na fyziologicky aktivní peptid o 24 aminokyselinách. Jeho aminokyselinové složení je podobné jako u řady obratlovců. Biologický poločas tohoto peptidu je v řádu několika minut, hlavní cestou katabolizmu je štěpení v poloze 3 enzymem dipeptidylaminopeptidáza 4 (obr. 1).

GIP je syntetizován a secernován především ve specifických K-buňkách lokalizovaných v duodenu a v proximální části jejuna. V menším množství jsou L-buňky přítomny v celém tenkém střevě, v některých buňkách je lokalizován spolu s GLP-1 [6]. Podnětem k jeho vyplavení je požití potravy, především s obsahem glukózy a tuku. Sekrece je dána více rychlostí absorpce těchto živin než jejich přítomností a snižuje se při malabsorpci [7]. Nejnověji byla prokázána syntéza GIP také v α-buňkách Langerhansových ostrůvků různých druhů, včetně člověka. Díky odlišnému posttranslačnímu štěpení zde vniká peptid 1–30, který je ale biologicky účinný a může se podílet na regulaci sekrece inzulinu [8].

Receptor pro GIP je membránový receptor spřáhnutý s G-proteinem. Vyskytuje se v Langerhansových ostrůvcích pankreatu, v žaludku, tenkém střevě, tukové tkáni, na kostních osteoblastech, srdci, v kůře nadledvin, v hypofýze, štítné žláze, varlatech, na endoteliálních buňkách cév, průdušnici, slezině, thymu, ledvinách, v plicích a v různých oblastech mozku.

Účinky GIP jsou schematicky znázorněny na obr. 2. Hlavním fyziologickým účinkem je inkretinový efekt, tedy zvýšení sekrece inzulinu v β-buňkách Langerhansových ostrůvků v závislosti na glykemii. U laboratorních zvířat vede vyloučení GIP signální dráhy k porušené glukózové toleranci a snížení glukózou navozené sekrece inzulinu [7]. Synergicky s glukózou stimuluje GIP proliferaci a inhibuje různými mechanizmy navozenou apoptózu β-buněk. V tukové tkáni zvyšuje GIP aktivitu lipoproteinové lipázy, stimuluje lipogenezi, zvyšuje vychytávání glukózy a mastných kyselin, potencuje inzulinem navozené vychytávání mastných kyselin a inhibuje lipolýzu navozenou jak glukagonem, tak adrenergní stimulací. Dieta s vysokým obsahem tuku vede k hyperplazii K-buněk a hladina GIP je u obézních osob zvýšená [9]. Vyřazení GIP signální dráhy zabrání vzniku obezity při vysokotukové dietě, a dokonce zmírní obezitu u ob/ob myší. U osob s metabolickým syndromem má tak GIP jak příznivé, tak nepříznivé účinky (tab. 1). Proto se terapeuticky uvažuje nejen o mimeticích GIP, ale také o použití jeho antagonistů. Vyřazení sekrece GIP z proximální části zažívacího traktu je pravděpodobně jedním z mechanizmů příznivého metabolického efektu baria­trických operací u obezity [10,11].

V kosti je receptor pro GIP lokalizován na osteoblastech. GIP zvyšuje počet a aktivitu osteoblastů a inhibuje parathormonem navozenou aktivaci osteoklastů. V experimentu na zvířeti vede vyřazení GIP receptoru k nízké kostní hmotě a porušení kostní architektoniky pro zvýšení resorpce a snížení kostní novotvorby. Transgenní myši s vyšší aktivitou GIP mají naopak kostní hmotu zvýšenou a úbytek kostní hmoty s věkem je pomalejší. Je pravděpodobné, že intermitentní stimulace osteoblastů GIP po jídle je důležitá pro udržení kostní hmoty [12].

V posledních letech byl GIP gen prokázán v hipokampu a jeho exprese korelovala s proliferační aktivitou neuronů [13]. Imunocytochemicky byl prokázán kromě hipokampu také v čichovém bulbu a v Purkyňových buňkách [14]. Receptory pro GIP jsou přítomny v hipokampu, mozkové kůře, mozečku a bazálních gangliích [15]. GIP hraje roli v proliferaci progenitorových buněk a jejich diferenciaci, ovlivňuje také plasticitu neuronů a má protektivní účinek při experimentálním poškození mozkové tkáně. Je možné, že najde terapeutické uplatnění u temporální epilepsie, Parkinsonovy a Alzheimerovy choroby [15].

Další peptidy s inkretinovým účinkem vznikají ve střevě posttranslační modifikací proglukagonu. V α-buňkách Langerhansových ostrůvků je proglukagon štěpen prohormon konvertázou 2 na glukagon a další 3 peptidy (glucagon related polypeptide – GRPP, intrvening peptide 1 – IP1 a Major proglucagon fragment). Ve střevních buňkách, a také v mozku, je štěpen prohormon konvertázou 1/3 na glycerin, glucagon-like peptide 1 (GLP-1), intervening peptide 2 (IP2) a glucagon-like peptide 2 (GLP-2). Dalším působením stejné konvertázy potom vzniká z glycentinu oxyntomodulin a z GLP-1 kratší, ale fyziologicky účinný fragment GLP-1_7-37 (obr. 3).

Glicentin

Je peptid o 69 aminokyselinách. Původně byl izolován z tenkého střeva jako součást „enteroglukagonu“. Je také exprimován v mozku, zejména v hypotalamu a v mozkovém kmeni. Je secernován L-buňkami střevní sliznice spolu s GLP-1 a GLP-2. Jeho prokázané účinky zahrnují inhibici kyselé žaludeční sekrece, vyplavení inzulinu a proliferaci střevní sliznice. Je pravděpodobné, že tyto efekty jsou zprostředkovány vazbou na receptory pro GLP-1 a GLP-2. Specifický receptor pro tento peptid ani jeho fyziologická úloha nejsou známy.

Oxyntomodulin

Jde o peptid o 37 aminokyselinách. Bylo prokázáno, že inhibuje kyselou žaludeční sekreci u hlodavců, má účinky podobné glukagonu. Opět jde zřejmě o účinky zprostředkované vazbou na receptory pro GLP-1 a glukagon. Jeho účinky na snížení příjmu potravy a zvýšení energetického výdeje byly popsány i u člověka [16].

Glucagon-like peptide 1 (GLP-1)

Tento peptid je secernován L-buňkami ve 2 molekulárních formách (GLP-1_7-36 amid a GLP-1_7-36), které mají stejnou účinnost. L-buňky jsou lokalizovány především v distálním ileu a v tračníku. GLP-1 se ale vyskytuje v endokrinních buňkách i v jiných částech zažívacího traktu, někdy společně s GIP [17]. Stimulem pro vyplavení GLP-1 je požití potravy, zejména cukru a tuku. Sekrece je dvojfázová, s prvním vrcholem za 10–15 min a druhým za 30–60 min po jídle [18]. První fáze nastává dříve, než potrava dorazí do distálního ilea a je zprostředkována nervovými impulzy (cestou vagu s cholinergní i peptidergní inervací) a humorálně, především stimulací GIP [7].

Biologický poločas GLP-1 v plazmě je kratší než 2 min, protože je rychle inaktivován všudypřítomným enzymem diepeti­dyaminopaptidázou 4 (DPP-4) [19]. Degradace začíná již v endotelu kapilár tenkého střeva bezprostředně po sekreci, takže jen asi 25 % vyplaveného hormonu dosáhne jater a po průchodu játry zbývá jen 10–15 % aktivního hormonu [20]. Je pravděpodobné, že GLP-1 kromě endokrinního působení účinkuje stimulací zakončení vagových vláken přímo ve sliznici tenkého střeva před degradací. Neurogenní cestou potom stimuluje centra v prodloužené míše a v hypotalamu a eferentními vlákny vagu ovlivňuje motilitu žaludku a sekreci Langerhansových ostrůvků [21]. Řada studií u zvířat i lidí prokázala, že inhibice enzymu DPP-4 vede k prodloužení poločasu intaktního, biologicky účinného GIP-1. U obézních a diabetiků 2. typu je postprandiální vzestup GIP snížen, pravděpodobně v důsledku nižší sekrece, protože metabolizmus se nemění [22].

Receptor pro GLP-1 je přítomen v řadě tkání, především v Langerhansových ostrůvcích, plicích, srdci, ledvinách, žaludku, tenkém střevě, hypofýze, kůži, na gangliích vagu a v řadě oblastí CNS. U člověka nebyl zjištěn v tukové tkáni, játrech ani ve svalech. Účinky GIP-1 jsou schematicky znázorněny na obr. 4.

V Langerhansových ostrůvcích stimuluje sekreci inzulinu v závislosti na glykemii. Působí také synergicky s glukózou na zvýšení transkripce genu pro inzulin a syntézy inzulinu na úrovni translace. Tak pomáhá udržet sekreční kapacitu β-buněk [23]. GLP-1 zvyšuje expresi glukózových transportérů a glukokináz, tedy molekulárních komponent glukózových senzorů β-buněk. Tento mechanizmus může být vysvětlením pro obnovení citlivosti rezistentních β-buněk na glukózu. GLP-1 také inhibuje sekreci glukagonu a stimuluje vyplavení somatostatinu z Langerhansových ostrůvků. Glukagonostatické působení GLP-1 je také závislé na glukóze [24]. GLP-1 agonisté stimulují proliferaci a novotvorbu β-buněk a inhibují jejich apoptózu [25]. GLP-1 je proto důležitým faktorem, určujících funkční masu β-buněk [26].

Receptory pro GLP-1 a nervová vlákna s obsahem GLP-1 jsou přítomny v oblastech mozku, které regulují příjem potravy, motilitu žaludku, glukoregulaci a kardiovaskulární funkce. Stimulace GLP-1 vede ke snížení příjmu potravy a úbytku hmotnosti [27]. GLP-1 je malý peptid přestupující snadno hematoencefalickou bariéru, takže může působit přímo v mozkových centrech. Receptory jsou ale také na zakončeních vagu, jak bylo zmíněno výše. Zdá se, že ovlivnění příjmu potravy je zprostředkováno stimulací receptorů na periferních nervech. Stimulace GLP-1 receptoru vykazuje v CNS proliferativní, antiapoptotické a diferenciační účinky, kdy potencuje účinek nervového růstového faktoru [28]. Má také neuroprotektivní účinek při různých experimentálních mechanizmech poškození nervové tkáně. Agonisté GLP-1 zlepšovaly u krys proces učení [29] a uvažuje se o tom, že by mohly být použitelné v léčbě neurogedenerativních chorob a jiných nervových poruch, včetně diabetické neuropatie.

V žaludku GLP-1 výrazně inhibuje sekreci žaludeční kyseliny stimulované jídlem a pentagastrinem a snižuje motilitu a vyprazdňování žaludku. Pomalejší evakuace žaludku může přispívat ke snížení postprandiálního vzestupu glykemie, i když podle nejnovějších prací se na něm nejvíce podílí inhibice glukagonu [30]. Receptory pro GLP-1 jsou přítomny na parietálních buňkách. Zdá se ale, že hlavní mechanizmus, kterým ovlivňuje GLP-1 žaludeční motilitu a sekreci, je zprostředkován vagem, a to přes receptory pro GLP-1 na aferentních vláknech nebo v CNS.

Receptory pro GLP-1 se nacházejí v srdci a také v oblastech mozku, které regulují kardiovaskulární funkce (area postrema, jádra solitárního traktu). U hlodavců vede podání GLP-1 agonisty ke zvýšení systolického i diastolického tlaku a ke vzestupu tepové frekvence. U lidí významná změna těchto parametrů prokázána nebyla [31]. U savců byl prokázán kardioprotektivní účinek GLP-1 na vývoj kardiomyopatie navozené rychlou stimulací [32] a na rozsah ložiska u ischemie [33]. U lidí byl naopak prokázán pokles krevního tlaku, zlepšení endoteliálních funkcí u nemocných s diabetem a funkce levé komory u osob se srdečním selháním [34]. Infuze u nemocných s akutním infarktem myokardu trvající 72 hod snížila postižení funkce levé komory, a dokonce snížila mortalitu [35]. U nemocných s chronickou insuficiencí levé komory naopak nevedlo krátkodobé podání GLP-1 agonisty ke zlepšení srdečního výdeje [36].

GLP-1 působí snížení jaterní produkce glukózy, zvýšení vychytávání glukózy a syntézy glykogenu v játrech a ve svalech. Tento efekt byl prokázán i na izolovaných tkáních, a může tak jít o přímý periferní účinek tohoto hormonu. Přesto není jasné, zda jsou v játrech a svalech přítomny receptory pro GLP-1, a tyto účinky mohou být in vivo zprostředkovány především přímo přes změnu hladiny inzulinu a glukagonu  [37]. Nejnověji se však zdá být průkaz receptorů v játrech přesvědčivý [38]. GLP-1 vedl u ob/ob myší k redukci obsahu tuku v játrech [39] a je možné, že bude vhodným lékem v terapii nealkoholické jaterní steatózy [38].

Účinky v dalších tkáních. V hypofyzárních buňkách hlodavců stimuluje GLP-1 sekreci TSH a gonadotropinů, v hypotalamu pak sekreci GnRH a vazopresinu. Myš s vyřazeným receptorem pro GLP-1 má však hypofyzární funkce normální [40]. U člověka vede akutní podání GLP-1 k přechodnému vzestupu ACTH a kortizolu. Fyzio­logická úloha v regulaci hypotalamo-hypofyzárních funkcí zůstává nejasná. V plicích vede GPL-1 ke zvýšení sekrece hlenu, uvolnění hladké svaloviny bronchů a k tvorbě surfaktantu. V ledvinách působí GLP-1 zvýšení glomerulární filtrace a snížení reabsorpce sodíku v proximálním tubulu. Zvýšení natriurézy dokáže zabránit vzniku hypertenze u vnímavých myší při dietě s vysokým obsahem soli. Podobně vedla infuze GLP-1 u obézních lidí ke zvýšenému vylučování sodíku a snížené hyperfiltraci, což může svědčit pro projektivní účinek na ledvinu [41].

Glucagon-like peptide 2 (GLP-2)

GLP-2 je peptid o 22 aminokyselinách, který vzniká štěpení proglukagonu a je secernován spolu s GLP-1 z L-buněk tenkého střeva v závislosti na příjmu potravin. Receptor pro GLP-2 není lokalizován na enterocytech, ale na střevních neuronech, myofibroblastech a neuroendokrinních buňkách, včetně samotných L-buněk [42]. Účinkuje tedy prostřednictvím lokálně působících humorálních mechanizmů, které jsou postupně poznávány. Např. stimulace vstřebávání tuků je zprostředkována sekrecí IGF-I, která stimuluje produkci receptoru CD36 [43]. Hlavním fyziologickým účinkem GLP-2 je inhibice intestinální motility a kyselé žaludeční sekrece, stimulace absorpce živin a snížení propustnosti střevní sliznice. Stimuluje proliferaci enterocytů a tlumí jejich apoptózu [44]. V experimentu snižuje rozsah poškození a urychluje regeneraci sliznice tenkého i tlustého střeva. Předpokládá se terapeutické využití pro zlepšení hojení po operaci střeva [45], v léčbě syndromu krátkého tenkého střeva a mukositidy po chemoterapii [46].

GLP-2 také působí v kosti, kde po injekci dochází u člověka k útlumu kostní resorpce, zatímco novotvorba zůstává nezměněna. Je možné, že absence GLP-2 přispívá k fyziologickému vzestupu kostní resorpce v nočních hodinách. Čtyřměsíční podávání GLP-2 na noc vedlo u postmenopauzálních žen k signifikantnímu vzestupu kostní hmoty [47].

Podpořeno projektem „Výzkumné záměry“ MSM 0021620820.

prof. MUDr. Jan Čáp, CSc.
www.fhk.cuni.cz
e-mail: capj@lfhk.cuni.cz

Doručeno do redakce: 24. 2. 2011