ППАР-гамма и лечение инсулинорезистентности

J.M.Olefsky, A.R.Saltiel.

Тиазолидинэдионы улучшают чувствительность к инсулину

С появления тиазолидинэдионовых препаратов началась эпоха лекарственного воздействия на инсулинорезистентность. Эти препараты - троглитазон, росиглитазон, пиоглитазон - усиливают действие инсулина в большинстве животных моделей - с ожирением и инсулинорезистентностью и с СД2 типа. Эти препараты снижают инсулинорезистентность, уменьшают уровень глюкозы плазмы, гиперинсулинемию у мышей и крыс с ИНСД, снимают инсулин-зависимое ингибирование глюконеогенеза в печени.

После полученных универсальных положительных результатов на животных моделях инсулинорезистентности любого генеза, тиазолидинэдионы были апробированы у больных с СД и инсулинорезистентностью. Первые клинические испытания продемонстрировали, что троглитазон у больных с СД 2 типа снижает уровень инсулина и уровень глюкозы и натощак и после еды, усиливает инсулин-зависимый уровень захвата глюкозы на 30%.

Повышенная продукция глюкозы печенью - также проявление инсулинорезистентности и характерная особенность пациентов с СД и гипергликемией натощак. Однако данные о влиянии троглитазона на базальную продукцию глюкозы печенью различны. Некоторые исследования показывают снижение этого процесса, другие - отсутствие изменений или необходимость высоких доз троглитазона. Неизвестно, является ли снижение продукции глюкозы печенью результатом прямого действия на печень или вторичным эффектом, следствием общего благоприятного влияния на обмен веществ. Например, троглитазон снижает концентрацию свободных жирных кислот, что приводит к вторичному снижению продукции глюкозы печенью.

Троглитазон также используется для лечения инсулинорезистентности без СД у людей. Лечение пациентов с ожирением, нарушенной толерантностью к глюкозе, СПКЯ повышает чувствительность к инсулину. Эти результаты совпадает с данными, полученными на животных, о том что троглитазон может уменьшать резистентность к инсулину независимо от ее причин. Важно отметить, что в то время как у животных троглитазон полностью блокирует инсулинорезистентность, у людей он ее улучшает на 20-40%.

Синдром Х - это совокупность метаболических нарушений, помимо инсулинорезистентности. Лечение троглитазоном оказывает положительное воздействие на многие, если не все, компоненты синдрома Х. В частности, троглитазон снижает уровень дислипидемии, повышая концентрацию ЛПВП, снижает АД и концентрацию ИАП-1. Факт устранения троглитазоном всех проявлений синдрома Х позволяет выделить инсулинорезистентность как ключевой механизм развития синдрома Х, связанный с развитием всех остальных симптомов.

Тиазолидинэдионы активируют ядерный рецептор ППАР-гамма

Молекулярные основы механизма действия троглитазона оставались неизвестны до тех пор, пока Grimaldi, Kliever et Speigelman открыли, что тиазолилинэдионы являются агонистами мероксизонпролифератор-активированного рецептора гамма. ППАР-гамма - член семейства ядерных рецепторов, факторов транскрипции и сходен с другими двумя членами этого же семейства - ППАР-дельта и ППАР-альфа. Имеются две изоформы ППАР-гамма. ППАР-гамма2 имеет дополнительные 30 остатков аминокислот и экспрессируется премущественно в жировой ткани.

Пока неизвестны эндогенные лиганды этого рецептора, в их качестве предложены некоторые липиды и простагландины. ППАР-гамма существует в виде гетеродимера с ядерным рецептором ретиноида Х (РХР). Гетеродимер связывается с элементом ответа ППАР-гамма в промоторной области гена-мишени. В состоянии, не связанном с лигандом, гетеродимер связывается с корепрессорным комплексом, обладающим гистоновой деацетилазной активностью. Деацетилированный гистон поддерживает нуклеосому в состоянии блокирования транскрипции, поскольку ацетилирование гистона - важный этап преобразования хроматина, облегчающий транскрипцию. Когда лиганд связывается с рецептором, корепрессорный комплекс диссоциирует, и с гетеродимером соединяется коактиваторный комплекс с гистоновой ацетилазной активностью.

Активация ППАР-гамма лигандами коррелирует с противодиабетитическим действием троглитазона, что позволяет предположить, что активация ППАР-чувствительных генов необходима для положительного воздействия троглитазона на чувствительность к инсулину. Однако было сложно идентифицировать гены, отвечающие за изменения фенотипа. В настоящее время известно большинство генов, изменяющих фенотип под действием троглитазона, приводя к синтезу липогенных протеидов и дифференцировке адипоцитов. Обнаружено несколько генов, регулирующих дифференцировку клеток. Однако был сделан вывод о том, что физиологическая роль ППАР-гамма заключается в поддержании оптимального уровня экспрессии ключевых глюко- и липорегуляторных молекул, а также других белков, вовлеченных в процесс передачи сигнала инсулина, которая (экспрессия) в конечном итоге повышает общую чувствительность организма к инсулину. Одна недавняя находка может пролить свет на попытки открыть ген, кодирующий сигнальный белок, САР. САР - это SH3-содержащий адаптерный протеин, активирующий фосфорилированный Cbl у инсулинового рецептора. После фосфорилирования Cbl инициирует путь передачи сигнала, необходимый для инсулин-зависимого транспорта глюкозы. Среди сигнальных протеинов, вовлеченных в действие инсулина, САР - единственный идентифицированный, который напрямую регулируется через ППАР-гамма в зрелых клетках жировой ткани, как in vitro, так и in vivo. Т.о. возможно, что регуляция экспрессии САР играет основную роль в обратимости инсулинорезистентности, вызванной активацией ППАР-гамма.

Возможно также, что по крайней мере часть инсулин-сенситизирующего эффекта троглитазона является результатом воздействия через другие механизмы. Например, в некоторых исследованиях лечения троглитазоном приводило к снижению конценирации свободных жирных кислот, в то время как их повышенный уровень сочетается с инсулинорезистентностью. Однако неизвестно, является ли снижение концентрации свободных жирных кислот под действием троглитазона доказательством его прямого влияния на адипоциты, или оно вторично по отношению к общему улучшению чувствительности к инсулину, и происходит за счет усиления антилиполитического эффекта инсулина.

Другой нерешенной на сегодня проблемой является место приложения действия троглитазона - ткань-мишень.Усиливает ли троглитазон сенситизацию к инсулину in vivo, повышая экспрессию генных продуктов жировых клеток, которые (продукты), в свою очередь, передают сигнал скелетынм мышцам, или этот препарат напрямую воздействует на мышцы. Основным фенотипическим проявлением сенситизации к инсулину является повышенный инсулин-зависимый захват глюкозы. У людей приблизительно 80% инсулин-стимулированного захвата глюкозы происходит в скелетных мышцах. Т.о. конечный физиологический эффект троглитазона по улучшению гомеостаза глюкозы должен быть следствием повышения чувствительности скелетных мышц к инсулину. ППАР-гамма экспрессируется в основном в жировой ткани, минимальное его количество обнаружено в скелетных мышцах и печени. Учитывая относительно высокий уровень экспрессии ППАР-гамма в жировык клетках и факт выраженной адипогенности троглитазона, некоторые исследователи предполагают, что первичное действие троглитазона происходит в клетках жировой ткани, которые затем каким-то образом заставляют скелетные мышцы лучше реагировать на инсулин. Таким сигналом может быть снижение уровня свободных жирных кислот, секреция ТНФ-альфа адипоцитами, вызванные троглитазоном, или какие-то другие сигналы. Ими может быть снижение уровня циркулирующих свободных жирных кислот, снижение секреции ТНФ-альфа адипоцитами или другие сигналы. Однако есть основание считать, что троглитазон напрямую действует на скелетные мышцы, скорее, чем опосредованно через адипоциты. Например, ППАР-гамма экспрессируется в скелетных мышцах в количествах около 10% от того, который имеется в жировой ткани. Более того, исследования in vitro выявили, что троглитазон напрямую увеличивает транспорт глюкозы в культуре мышечной ткани L6. Burant et al изучали трансгенных мышей с удаленной жировой тканью. У этих животных имеется инсулинорезистентность и гипергликемия. Лечение их троглитазоном приводило к резкому увеличению чувствительности к инсулину, хотя жировой ткани у них не было. Следовательно, троглитазон напрямую влиял на скелетные мышцы.

Результаты опытов на животных, лишенных ППАР-гамма или имеющих модифицированный рецептор

Для дальнейшего изучения роли ППАР-гамма в поддержании гомеостаза глюкозы, у мышей был удален ген, кодирующий синтез этого рецептора. Гомозиготы, лишенные этого гена, нежизнеспособны, поэтому изучались гетерозиготные животные. Ожидалось, что у них разовьется инсулинорезистентность и, возможно, СД. Однако при нормальном питании рост, развитие, масса тела и развитие жировой ткани оказались номральными. Базальные уровни глюкозы и свободных жирных кислот также были в норме. Во время пробы с определением толерантности к глюклозе уровни самой глюкозы были сравнимы с таковыми нормальных мышей, а уровень инсулина - снижен. Нормальная толерантность к глюкозе на фоне гипоинсулинемии предполагает состояние повышенной чувствительности к инсулину. Это предположение подтверждается исследованием толерантности к глюкозе у изучаемых животных, которое выявляет у них 35% повышение инсулин-зависимого захвата глюкозы и на 60% снижает инсулин-зависимое ингибирование синтеза глюкозы печенью - по сравнению с нормальными животными. Т.о., вопреки ожиданиям, снижение уровня ППАР-гамма приводило к повышенной периферической и печеночной чувствительности к инсулину. В то время как у обычных животных на жирной диете развивается инсулинорезистентность, у гетерозигот чувствительность сохранялась, и развитие жировой ткани наблюдалось в меньшей степени. Эти данные подтверждают гипотезу о том, что видимо физиологическая роль ППАР-гамма при связывании с естественным лигандом заключается в торможении действия инсулина и создании состояния инсулинорезистентности. Снижение экспрессии ППАР-гамма, наблюдающееся у гетерозигот, частично снимает это действие и ведет к повышению чувствительности к инсулину. Из этих наблюдений напрашивается вывод о том, что блокирование функции ППАР-гамма у животных или людей может сделать их менее восприимичивыми к факторам риска инсулинорезистентности. Следует изучить, позволит ли блокирование функции ППАР-гамма предотвратить нарушение действие инсулина за счет ожирения, возрастного фактора и пр.

Deeb et al показали, что у людей с мутацией гена Pro12Ala, инактивирующей рецептор ППАР-гамма, уровень инсулина снижен, чувствительность к нему повышена, признаки синдрома Х смягчены, ИМТ ниже. Мутация в лиганд-связывающем домене ППАР-гамма была отмечена у трех пациентов с инсулинорезистентностью и гипертензией. Этот измененный рецептор демонстрировал нарушенную лиганд-связывающую активность in vitro. Интересно, что мутации в рецепторе не сочетались с ожирением и повышением ИМТ.

Во-первых, необходимо определить природу синтетических лигандов ППАР-гамма. Большинство, вероятно, должны быть частичными агонистами. В таком случае, по определению, они также должны быть частичными антагонистами, которые могут замещать эндогенные лиганды, являющиеся чистыми полными агонистами. В соответствии с этой концепцией, индуцированная троглитазоном сенситизация к инсулину может отражать способность этого препарата частично ингибировать торможение действия инсулина естественными лигандами ППАР-гамма. ППАР-гамма содержит функциональные модули, вовлеченные в репрессию транскрипции, и взаимодействующие с корепрессором в своем свободном, безлигандном состоянии. Т.о. индуцированная ППАР-гамма репрессия транскрипции ключевых генов глюкорегуляции может снижать действие инсулина, и чувствительность к инсулину можно восстановить снижением уровня ППАР генетически или с помощью частичных агонистов.

Концепция тиазолидинэдионов как частичных агонистов/антагонистов поддерживается недавними работами Leff et al. Исследователи обнаружили, что росиглитазон и пиоглитаон являются полныим агонистами с разной аффинностью к ППАР-гамма. Наоборот, троглитазон действует как частичный агонист. Разные тиозолидинэдионы индуцируют участки генов, перекрывающиеся, но все-таки разные.

Как может быть препарат агонистом, если он индуцирует или подавляет участки генов, на которые не влияют другие препараты этой группы? Все тиазолидинэдионы способны связываться с ППАР-гамма, так как объяснить отсутствие эффекта одного препарата на ген, индуцируемый или подавляемый другим препаратом? Каждый препарат обладает различным аффинитетом с различным временем воздействия на рецептор. Различные тиазолидинэдионы взаимодействуют со связывающими участками ППАР-гамма различными способами. Конформация комплекса ППАР-гамма - препарат различается в зависимости от структуры лиганда. Образованный комплекс может взаимодействовать с генами по-разному, вовлекая различные наборы ко-репрессоров и ко-активаторов. В не связанном с лигандом состоянии ядерные рецепторы подавляли транскрипцию генов-мишеней, связываясь с ко-репрессорным комплексом, обладающим деацетилазной активностью. Связывание лигандов приводит к высвобождению ко-репрессора и подключению серии ко-активаторов к транскрипторному комплексу. Многие из этих активаторов обладают ацетилазной активностью, и ацетилирование гистонов облегчало транскрпцию гена. Т.о., различные конформации лиганд-рецепторного комплекса изменяют равновесие процессов ацетилирования/деацетилирования и влияют на процесс транскрипции. Даже если лиганд ППАР-гамма проявляет себя как полный агонист in vitro, это не означает, что он будет полным агонстом в отношении рассматриваемой эндогенной генетической системы. Обнаруженный факт, что разные тиазолидинэдионы индуцируют различные перекрывающиеся участки генов, показывает, что эти препараты не являются полныим агонистами для всех генов.

Предполагается, что агонистическая или антагонистическая акитвность троглитазона зависит от особенностей клетки и отвида промотора. Такая же концепция существует относительно механизма действия селективных модуляоров эстрогеновых рецепторов (СЕРМ). Различные лиганды эстрогеновых рецепторов могут проявлять агонистические или антагонистические свойства, зависящие от клеточного окружения и специфического гена-мишени. По аналогии предполагается наличие селективных модуляторов ППАР-гамма. Эта теория объясняет, каким образом единственный рецептор может по-разному отвечать на эндогенные лиганды.

Перевод Малярской М.М.