Dosis-responseffect van pijnboompittenolie als een dubbele FFA1- en FFA4-agonist op glucosetolerantie bij gezonde mensen.

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 complicaties 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's). 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.

FFA1 (GPR40), dat wordt geactiveerd door FFA's met lange ketens, komt sterk tot expressie in β-cellen van de pancreas en verhoogt de glucose-gestimuleerde insulinesecretie (GSIS) [4]. Er zijn aanwijzingen dat FFA1 ook tot expressie wordt gebracht in intestinale entero-endocriene cellen, waar het de uitscheiding van incretinehormonen bevordert, zoals GLP-1 en glucose-afhankelijk insulinotroop peptide (GIP). 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 FFA1-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.

FFA4 (GPR120), dat wordt geactiveerd door onverzadigde langketenige FFA, 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 FFA4 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's door voeding geïnduceerde hypothalamische ontsteking via FFA4 omkeren en daardoor het lichaamsgewicht verminderen bij door voeding geïnduceerde zwaarlijvige 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 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 afhangt van de rechtstreekse levering van voedingsstoffen en pancreassappen aan de lagere delen van het ileum. Normaal gesproken worden FFA's 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 FFA1 en misschien FFA4 door directe afgifte van voedingsstoffen, dat wil zeggen FFA-afgifte in de lagere darmen. Een hypothese die in dit doctoraatsproject zal worden onderzocht, is dat de afgifte van een specifieke natuurlijk voorkomende meervoudig onverzadigde FFA met bewezen hoge werkzaamheid op zowel FFA1 als FFA4 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 FFA1- en FFA4-agonisten te fungeren, uitgevoerd om de krachtigste natuurlijk voorkomende dubbele FFA1/FFA4-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 bij muizen. Het is overtuigend dat gezuiverd pinoleenzuur de glucosetolerantie aanzienlijk verbeterde door de glucosespiegels te verlagen in vergelijking met controle (maïsolie). De werkzaamheid was vergelijkbaar met die verkregen met een farmaceutisch selectieve FFA1-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's, maar niet als triglyceriden, is gemeld dat het de secretie van GLP-1 verhoogt en de eetlust vermindert bij vrouwen met overgewicht. Dit komt overeen met eerdere resultaten bij muizen en geeft aan dat gezuiverd pinoleenzuur mogelijk superieur is in het verbeteren van het glucosemetabolisme.

Hypotheses: Zoals beschreven, is de expressie van FFA1 en FFA4 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 en 4) verbeterde insulinegevoeligheid. Op basis van de bovenstaande bevindingen voeren de onderzoekers een aantal klinische onderzoeken uit met pinoleenzuur dat is afgeleid van Siberische pijnboompitten als een natuurlijk voorkomende dubbele FFA1/FFA4-agonist. De onderzoekers veronderstellen dat de inname van een kleine hoeveelheid pinoleenzuur, gegeven als maagsapresistente pellets opgelost in de onderste darmen, 1) de GLP-1-secretie zal verhogen door FFA1/FFA4 op entero-endocriene cellen te stimuleren, wat leidt tot verbeterde GSIS en verhoogde verzadiging, 2) GSIS verbeteren door FFA1 rechtstreeks op bètacellen te stimuleren, en 3) de lichte ontsteking te verminderen die wordt waargenomen bij insulineresistente aandoeningen zoals obesitas en T2D door FFA4 op adipocyten te stimuleren.

Het doel van deze studie is het onderzoeken van: Het dosis-responseffect van pinoleenzuur met vertraagde afgifte (gehydrolyseerde pijnboompittenolie) op glucosetolerantie, insuline- en incretinesecretie, eetlust en verdraagbaarheid bij gezonde mensen.

Deze registratie betreft de derde van vijf geplande pilotstudies die het effect van gehydrolyseerde pijnboompitolie op het glucosemetabolisme tijdens een orale glucosetolerantietest onderzoeken.