Sistema Incretinico: Glucagon-Like Peptide-1 e i suoi effetti pancreatici

Università San Raffaele Roma

Prof. Massimiliano Caprio

Università San Raffaele Roma www.unisanraffaele.gov.it

Insegnamento Disturbi del comportamento alimentare e del controllo ormonale

Professore Massimiliano Caprio

Argomento Sistema incretinico

Sistema incretinico

Che cos'è il glucagon-like peptide-1?

His) Ala)Glu Gly)Thr Phe Thr Ser Asp Val Ser Lys Ala Ala Gln Gly Glu Leu Tyr Ser Glu Phe Ile Ala Trp Leu Val Lys Gly Arg Gly

• Due forme molecolari equipotenti circolanti: GLP-1 (7-37); GLP-1 (7-36) amide
• Viene scisso dal proglucagone nelle cellule L nel tratto gastrointestinale (e nei neuroni dell'ipotalamo)
• Secreto in risposta all'ingestione di cibo (stimolazione diretta luminale e indiretta neuronale)
• Membro della famiglia delle incretine
• Le incretine sono peptidi naturali glucoregolatori
• Il GIP (glucose-dependent insulinotropic polypeptide) è un' altra incretina

Sistema incretinico

L'effetto incretinico

• La risposta insulinica è maggiore dopo carico orale di glucosio che dopo glucosio per via endovenosa, nonostante vengano raggiunte concentrazioni plasmatiche di glucosio simili

His) Ala)Glu Gly)Thr Phe Thr Ser Asp Val Ser Lys Ala) Ala GIn Gly Glu Leu Tyr Ser) Glu Phe Ile)Ala Trp Leu) Val Lys Gly Arg Gly

Sistema incretinico

L'effetto incretinico: Carico orale e Infusione isoglicemica

• Carico orale di glucosio (50 g/400 mL)

Glucosio plasmatico (mmol/L) Glucosio plasmatico -270 10- -180 -90 0 - T 0 -10-5 60 120 180 tempo (min)

• Infusione isoglicemica di glucosio Risposta insulinica 80 7 IR-insulin (mU/L) 60 Effetto 40 - incretinico 20 - * * 0 -10-5 60 120 180 Tempo (min)

Glucosio plasmatico(mg/dL) 15 T 5 - *

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GLP-1: effetti pancreatici funzionali

1 Secrezione di insulina glucosio dipendente Sintesi di insulina Secrezione di somatostatina Secrezione di glucagone Output epatico di glucosio Cellule pancreatiche: ß-cell a-cell 8-cell

L'effetto insulino-tropico è dipendente dalla glicemia Ørskov et al. Endocrinology 1988;123:2009-13. Drucker et al. Proc Natl Acad Sci USA 1987;84:3434-8.

Sistema incretinico

GLP-1: effetti sui sistemi gastrointestinale, cardiaco e nervoso centrale

1 Apprendimento e memoria (studi animali) GLP-1 Neuroprotezione (studi animali) + Protezione e miglioramento della funzionalità 1 Sazietà Svuotamento gastrico e secrezione acida Assunzione di cibo

Kieffer, Habener. Endocr Rev 1999;20:876-913. Flint et al. J Clin Invest 1998;101:515-20. Wettergren et al. Dig Dis Sci 1993;38:665-73. During et al. Nat Med 2003;9:1173-9. Perry et al. J Pharmacol Exp Ther 2002;302:881-8. Perry et al. J. Neurosci Res 2003; 72:603-12.Bose et al. Diabetes 2005;54:146-51. Kavianipour et al. Peptides 2003;24:569-78. Thrainsdottir et al. Diab Vasc Dis Res 2004;1:40-3. Nikolaidis, et al. Circulation 2004; 109:962-5. Nystrom et al. Am J Physiol Endocrinol Metab 2004;287:E1209-15. Nystrom et al. Regul Pept 2005;125:173-7.

Sistema incretinico

Effetti ipotizzati del GLP-1 sul sistema cardiovascolare

Rene · Aumenta la diuresi e l'escrezione di sodio in risposta al sovraccarico di sodio e all'espansione di volume

Cuore (miocardio) · Aumenta l'uptake di glucosio (maccanismo non-insulinico) · Sintesi di ossido nitrico · Attività della p38 MAP chinasi GLP-1 · Translocazione GLUT-1 · Attiva le chinasi anti- apoptotiche

Sistema vascolare · Vasodilatazione ossido nitrico-dipendente · Riduce la secrezione di PAI-1 TNFa-mediata da parte delle cellule endoteliali in coltura

Sistema incretinico

GLP-1: potenziali terapeutici nel diabete tipo 2

Diabete tipo 2 · Alterata funzione ß-celllulare · Ridotta massa ß-cellulare · Ipersecrezione di glucagone · Sovralimentazione, obesità · Complicanze macrovascolari · Resistenza insulinica

Azioni del GLP-1 ·f secrezione e biosintesi di insulina · Migliora la funzione ß-cellulare (sensibilità al glucosio, rapporto proinsulina/insulina) · Sovraesprime geni essenziali per la funzione ß-cellulare (eg. GLUT 2, glucochinasi) ·1 proliferazione/differenziamento ß-cellulare ·Į apoptosi ß-cellulare ·Į secrezione di glucagone ·Į svuotamento gastrico, ¡ sazietà, Į appetito > I apporto di cibo & perdita di peso · Effetti benefici cardiovascolari

Azioni possibilmente secondarie al miglioramento del controllo metabolico · Miglioramento della sensibilità insulinica

Sistema incretinico

I pazienti con diabete mellito tipo 2 hanno un'alterata secrezione di GLP-1

20 - Sani * * * * * - Alterata tolleranza glucidica I * 15- * -& Diabete di tipo 2 I T I 10 - 5 *p<0.05 diabete tipo 2 vs. sani 0 0 60 120 180 240 Pasto Tempo (min)

Sistema incretinico

L'effetto incretinico è ridotto nel diabete tipo 2

Soggetti sani (n=8) 80 T IR Insulin (mU / L) 60 T 40 £ 20 I 0 0 60 120 180 0 60 120 180 Tempo (min) Tempo (min)

• Carico orale di glucosio Infusione endovenosa di glucosio Adapted from Nauck M et. Diabetologia 29:46-52, 1986

Pazienti con Diabete tipo 2 (n=14) 0.6 80 0.5 0.5 60 - 0.4 - 0.3 40 0.2 0.2 20 0.1 0.1 0 0 (nmol / L) (mU / L) (nmol / Sistema incretinico Effetto incretinico 1 0.4 0.3 0 0.6

Sistema incretinico

Il GLP-1 nativo ha valore clinico limitato a causa della sua breve emivita

Inattivazione proteolitica da parte di DPP-IV His) Ala Glu Gly) Thr Phe Thr) Ser Asp Val 7 9 Ser Lys Ala) Ala GIn Gly Glu Leu Tyr)Ser Glu Phe 37 Ile )Ala) Trp Leu) Val)Lys Gly Arg Gly

Clivaggio enzimatico Clearance elevata (4-9 L/min)

Bolo ev GLP-1 (15 nmol/L) GLP-1intatto (pmol/L) 1000- Sogg. sani (n=6) Diabete tipo II (n=6) 500 0 -5 5 15 25 35 45 Tempo (min) ty=1.5-2.1 min (bolo ev 2.5-25.0 nmol/L)

Sistema incretinico

Il GLP1 è rapidamente degradato in vivo dal DPP4

• Il GLP1 (verde) è rilasciato nei capillari intestinali ove è immediatamente esposto al DPP4 (rosso)"
• >50% del GLP-1 secreto è già degradato prima di raggiungere la circolazione
• >40% del GLP-1 circolante è già degratato prima di raggiungere le ß-cellule

Histochemistry by C. Ørskov, Panum Institute, Copenhagen. Copyright @ 1999, The Endocrine Society. 1Hansen et al. Endocrinology 1999;140:5356-5363; 2Deacon et al. Am J Physiol 1996;271:E458-E464

Sistema incretinico

La famiglia delle incretine e le terapie incretiniche

Terapie incretiniche

Inibitori di DPP-4, es. sitagliptin, vildagliptin Saxagliptin, etc

Agonisti del recettore del GLP-1

Terapie exendin- based, es. exenatide

Analogo del GLP-1 umano, es. liraglutide

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Gli effetti biologici del GLP-1 sono dipendenti dalla dose

Vomiting Diarrhoea Nausea Abdominal pain

Increasing plasma GLP-1 concentrations

Appetite Food intake

GLP-1 levels achieved with incretin mimetics = Weight loss

Gastric emptying 1 - Insulin secretion

GLP-1 levels achieved with incretin enhancers

Plasma glucose Glucagon secretion

GLP-1 effects Holst JJ et al Trends in Mol Med 2008

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Liraglutide: analogo umano del GLP-1

GLP-1 nativo umano Degradazione enzimatica da parte di DDP-4 7 9 His( Ala Glu Gly Thy Phe Thy Sen Asp Va Sep Lys Ala Ala Gln GIV Glu Leu Tyr Sep Glu Phe 36 Ile Ala Trp Ley Va Lys Gly Arg Gly Ty=1.5-2.1 min

Liraglutide Partiale resistance al DPP-4 7 9 His Ala Glu Gly Thr Phe Thr Ser Asp Val C-16 fatty acid (palmitoyl) Glu Ser Lys Ala Ala GIn Gly Glu Ley Tyr Ser Glu Phe 36 Ile Ala Trp Ley Val Arg GlyXArg)Gly Ty=13 hours

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Liraglutide causa secrezione insulinica glucosio-dipendente

4.3 3.7 (77) (67) 3.0 (54) 2.3 )41( 1 (pmol/kg/min) I c 0 - 0 60 120 180 240 Minuti

Adapted from Nauck et al. J Clin Endocrinol Metab 2002;87:1239-1246

Plateau glicemico controllato mmol/l (mg/dl)

• Clamps ipoglicemici in 11 pazienti con diabete tipo 2 dopo iniezione di liraglutide o placebo
• Ai livelli glicemici più elevati, la secrezione insulinica era significativamente maggiore con liraglutide rispetto al placebo .

Liraglutide (7.5 µg/kg di peso corporeo) (n=11) Placebo (n=11) Tasso di secrezione insulinica

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Liraglutide non sopprime la secrezione di glucagone durante l'ipoglicemia

160 4.3 3.7 3.0 (54) 2.3 )41( F 120 80 40 0 60 120 180 240 Minuti

Plateau glicemico controllato mmol/l (mg/dl)

• Liraglutide non altera la secrezione di glucagone in risposta ad ipoglicemia indotta1
• Il tasso di infusione di glucosio è simile per liraglutide e placebo1
• La risposta contro-regolatoria all'ipoglicemia è inalterata
• Liraglutide (7.5 µg/kg di peso corporeo) (n=11) Placebo (n=11)

Adapted from Nauck et al. J Clin Endocrinol Metab 2002;87:1239-1246

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