FFAR-agonist op incretines, insuline, lipiden en ontstekingen

Diabetes type 2 (T2D) is wereldwijd een van de grootste gezondheidsuitdagingen. De ziekte is sterk geassocieerd met obesitas en ontwikkelt zich via pre-diabetische aandoeningen, waarbij insulineresistentie en lichte ontsteking een belangrijke rol spelen, tot T2D, waarbij het falen van de bètacel van de pancreas om insulineresistentie te compenseren hyperglycemie veroorzaakt. Volgens recente schattingen lijden wereldwijd 350 miljoen mensen aan diabetes. De ziekte leidt doorgaans tot vele jaren van verminderde kwaliteit van leven als gevolg van nevencomplicaties zoals hart- en vaatziekten (HVZ), blindheid, nierfalen en amputaties. T2D wordt geschat op de 4e belangrijkste doodsoorzaak in de westerse wereld met een 5-10 jaar verminderde levensverwachting. Men is het er algemeen over eens dat een gezond dieet en meer lichaamsbeweging effectief zijn bij het voorkomen van T2D, en ook kunnen helpen om T2D beter onder controle te krijgen en het risico op HVZ te verminderen. Er is echter geen algemene overeenstemming over wat een gezonde voeding inhoudt.

Gedurende het laatste decennium zijn verschillende receptoren op het celoppervlak ontdekt die reageren op vrije vetzuren (FFA). Deze vrije vetzuurreceptoren (FFAR's) behoren tot de superfamilie van G-eiwit-gekoppelde 7-transmembraanreceptoren (GPR's) en zijn allemaal betrokken bij metabole processen, energieverbruik en ontsteking. Bijgevolg hebben verschillende van de receptoren belangstelling gewekt als potentiële doelen voor de behandeling van metabole en ontstekingsziekten, waaronder obesitas en T2D.

FFAR1 (GPR40), dat wordt geactiveerd door FFA met lange keten, komt sterk tot expressie in β-cellen van de pancreas en verhoogt de glucose-gestimuleerde insulinesecretie (GSIS) [4]. Er zijn aanwijzingen dat FFAR1 ook tot expressie wordt gebracht in intestinale entero-endocriene cellen, waar het de secretie van incretinehormonen zoals GLP-1 en GIP bevordert. GLP-1 is zeer interessant voor de behandeling van obesitas en T2D vanwege zijn vermogen om GSIS te verhogen, β-celgroei te verbeteren, insulinegevoeligheid te verhogen, maagmotiliteit te verminderen, verzadiging te vergroten en gewichtsverlies te veroorzaken. De gepubliceerde klinische fase II-studie met de selectieve FFAR1-agonist TAK-875 toonde een hoge werkzaamheid aan bij het verlagen van plasmaglucose zonder verhoogde incidentie van hypoglykemie, en heeft geleid tot aanzienlijke belangstelling voor de receptor als een nieuw doelwit voor de behandeling van T2D.

FFAR4 (GPR120), dat wordt geactiveerd door onverzadigde FFA met lange keten, komt tot expressie in het maagdarmstelsel, vetweefsel en β-cellen, en er wordt gemeld dat het de GLP-1-secretie uit darmcellen bevordert, ontstekingen tegengaat en insuline verhoogt gevoeligheid in vetweefsel. Met name werd disfunctioneel FFAR4 onlangs in verband gebracht met de ontwikkeling van obesitas bij zowel muizen als mensen. Dit heeft de belangstelling voor de receptor als doelwit voor obesitas en stofwisselingsziekten aanzienlijk vergroot. Dit wordt ondersteund door aanwijzingen dat onverzadigde FFA door voeding geïnduceerde hypothalamische ontsteking door FFAR4 omkeert en daardoor het lichaamsgewicht vermindert bij door voeding geïnduceerde obese (DIO) muizen. Deze FFAR's komen dus tot expressie in verschillende weefsels in het lichaam, waar ze mogelijk metabole en ontstekingsaandoeningen zoals T2D en obesitas kunnen beïnvloeden.

Deze gecombineerde functies en de overvloed aan vetzuren in voedsel suggereren dat FFAR's kunnen worden beschouwd als regulatoren van het metabolisme die voedingsstoffen waarnemen.

Roux-en-Y gastric bypass (RYGB) chirurgie, vaak gebruikt om ernstige obesitas te behandelen, resulteert vaak in onmiddellijk gunstige effecten op het glucosemetabolisme bij T2D, vaak met volledige remissie. Deze effecten zijn gedeeltelijk onafhankelijk van het gewichtsverlies, maar kunnen worden verklaard door een significante stijging van de GLP-1-spiegels direct na de operatie. Het lijkt er dus op dat het effect puur afhangt van de rechtstreekse levering van voedingsstoffen en pancreassappen aan de lagere delen van het ileum. Normaal gesproken wordt FFA snel geabsorbeerd in de bovenste delen van het maagdarmkanaal. Het is daarom mogelijk dat de RYGB-effecten gedeeltelijk het gevolg zijn van entero-endocriene stimulatie van FFAR1 en misschien FFAR4 door directe afgifte van voedingsstoffen, dat wil zeggen FFA-afgifte in de lagere darmen. Een hypothese die in dit doctoraatsproject moet worden onderzocht, is dat de afgifte van een specifieke natuurlijk voorkomende meervoudig onverzadigde FFA met bewezen hoge werkzaamheid op zowel FFAR1 als FFAR4 rechtstreeks aan de lagere darmen de gunstige effecten na RYGB kan nabootsen met minder kosten en minder nadelige effecten.

Afgifte van een grotere hoeveelheid niet-geabsorbeerd FFA aan de distale dunne darm kan worden bereikt door gebruik te maken van een enterische coating die oplost bij pH >6,0, wat wordt waargenomen in het lumen van het distale jejunum, ileum en colon, en onafhankelijk is van het colon flora. Deze enterische coatingtechnologie is goed ingeburgerd voor het afleveren van medicijnen aan het ileum en de dikke darm. Het potentiële positieve effect van dit principe werd onlangs gerapporteerd in een klein cohort patiënten met T2D. Aldus stimuleerde de afgifte van kleine hoeveelheden laurinezuur (een C12-vetzuur) aan de distale darm met behulp van enterisch gecoate pellets de GLP-1-secretie en verlaagde de postprandiale glucosespiegels als reactie op maaltijden. In deze studie werden geen chronische effecten getest. Hoewel niet gesuggereerd door de auteurs, zou de verhoogde afgifte van GLP-1 directe stimulatie van FFAR1 en/of FFAR4 door laurinezuur in de distale darm kunnen inhouden.

Als onderdeel van het FFARMED-project, ondersteund door de Deense Raad voor Strategisch Onderzoek, is een screening van 36 relevante FFA's en hun vermogen om in vitro als FFAR1- en FFAR4-agonisten op te treden, uitgevoerd om de krachtigste natuurlijk voorkomende dubbele FFAR1/FFAR4-agonist te identificeren voor klinische studies. Hiervan vertoonde het meervoudig onverzadigde vetzuur (PUFA), pinoleenzuur, een significant hogere werkzaamheid dan de andere, en werd daarom geselecteerd voor verder onderzoek. Om deze keuze verder te ondersteunen, is het effect van pinoleenzuur getest met een kleine dosis (100 mg/kg) gegeven 30 min voorafgaand aan een orale glucosetolerantietest (OGTT) bij muizen. Het is overtuigend dat gezuiverd pinoleenzuur de glucosetolerantie aanzienlijk verbeterde door de AUC-glucose- en piekglucosespiegels te verlagen in vergelijking met controle (maïsolie). De werkzaamheid was vergelijkbaar met die verkregen met een farmaceutisch selectieve FFAR1-agonist (TUG-905). Pinoleenzuur is een vetzuur dat voorkomt in Siberische pijnboompitten, Koreaanse pijnboompitten en de zaden van andere pijnbomen. Het hoogste percentage pinoleenzuur (~20%) wordt aangetroffen in Siberische pijnboompitten en de olie die daaruit wordt geproduceerd. Van Koreaanse pijnboompittenolie, gegeven als gehydrolyseerde FFA, maar niet als TG, is gemeld dat het de secretie van GLP-1 verhoogt en de eetlust vermindert bij vrouwen met overgewicht. Dit ondersteunt eerdere resultaten en geeft aan dat alleen gezuiverd pinoleenzuur het glucosemetabolisme bij muizen verbeterde.

Hypothesen

Zoals hierboven beschreven, is de expressie van FFAR1 en FFAR4 op intestinale entero-endocriene cellen, bètacellen van de pancreas en vetweefsel in verband gebracht met 1) verhoogde secretie van GLP-1 en dus de incretine-gemedieerde toename van GSIS en onderdrukking van glucagonsecretie, 2 ) een direct positief effect op GSIS, 3) verminderde ontsteking, 4) verbeterde insulinegevoeligheid en 5) verhoogd energieverbruik. Op basis van de bovenstaande bevindingen voeren de onderzoekers een aantal klinische onderzoeken uit met pinoleenzuur afgeleid van Siberische pijnboompitten als een natuurlijk voorkomende dubbele FFAR1/FFAR4-agonist.

De onderzoekers veronderstellen dat de inname van een kleine hoeveelheid pinoleenzuur, gegeven als maagsapresistente pellets opgelost in de onderste darmen, 1) de maaltijdgerelateerde GLP-1-secretie zal verhogen door FFAR1/FFAR4 op entero-endocriene cellen te stimuleren, wat leidt tot verbeterde GSIS en verhoogde verzadiging, 2 ) GSIS versterken door FFAR1 (en misschien FFAR4) op bètacellen direct te stimuleren, en 3) de lichte ontsteking verminderen die wordt waargenomen bij insulineresistente aandoeningen zoals obesitas en T2D door FFAR4 op adipocyten te stimuleren.

Doelstellingen

Om de hypothesen te testen, zijn de doelstellingen van dit project het onderzoeken van:

1. Het effect van maagsapresistente pellets van pinoleenzuur (gehydrolyseerde pijnboompittenolie) en placebo (maïsolie) op verdraagbaarheid, veiligheid en glycemieniveaus in vijf pilotstudies bij gezonde personen.
2. De acute effecten van pinoleenzuur op door maaltijden veroorzaakte veranderingen in I) circulerende niveaus van glucose, insuline, GLP-1, GIP en glucagon, II) plasmalipiden en ontstekingsmarkers, III) eetlustclassificaties en IV) substraatmetabolisme bij patiënten met T2D en magere, gezonde en niet-diabetische zwaarlijvige personen.
3. De chronische effecten van pinoleenzuur 3 maal daags gedurende 8 weken op I) het incretine-effect, II) GSIS, III) lichaamssamenstelling, IV) lipiden en ontstekingsmarkers V) substraatmetabolisme en VI) markers van insulineresistentie en ontsteking in weefsel biopsieën (spier- en vetweefsel) bij patiënten met T2D en niet-diabetische obese personen.

Deze registratie betreft de tweede van vijf geplande pilotstudies en onderzoekt het verschil in effect tussen pijnboompittenolie en gehydrolyseerde pijnboompittenolie op insuline, glucose en incretinehormonen bij acute toediening in combinatie met een orale glucosetolerantietest.