Az állatmodellek hasznossága az új elhízás elleni szerek értékelésében

Absztrakt

KAPCSOLÓDÓ CIKKEK

Ez a cikk a transzlációs neurofarmakológia témájú kiadásának része. A lap további cikkeinek megtekintéséhez látogasson el a http://dx.doi.org/10.1111/bph.2011.164.issue-4 oldalra.

Bevezetés

A világ egészségügyi szakemberei egyetértenek abban, hogy az elhízás globális járványa a jelenlegi és jövőbeli generációk számára a morbiditás és a halálozás egyik vezető oka lesz, hacsak nem fordítják meg ennek a rendellenességnek az emelkedését. Az elhízás metabolikus következményei más életveszélyes rendellenességek, köztük a dyslipidaemia, a magas vérnyomás, az aterogenezis és a 2-es típusú cukorbetegség mozgatórugói (áttekintésként lásd Heal et al., 2009). Az egykor főleg a nyugati kultúrák problémájának tekintett fejlődő nemzetek csatlakoztak az elhízás által megterhelt országok sorához. Az Egészségügyi Világszervezet nemrégiben készített jelentése szerint 2008-ban körülbelül 500 millió felnőtt elhízott és 1,5 milliárd volt túlsúlyos világszerte (Egészségügyi Világszervezet, 2011).

A jóváhagyott gyógyszerek gyenge eredményei miatt ebben a terápiás javallatban továbbra is óriási kielégítetlen igény van a biztonságosabb, kiemelkedő hatékonyságú vegyületek felfedezésére. Ennek eredményeként kritikus fontosságú az állatmodellek fontossága a testtömeg változásának észlelésében, hanem abban is, hogy bizalmat nyújtsanak abban, hogy ezek a változások viselkedésspecifikusak és nem a gyógyszer okozta mellékhatások következményei. Az új vegyületek élelmiszer-bevitelre és/vagy testtömegre gyakorolt hatásának szűrésében betöltött kulcsfontosságú szerep mellett az állatmodellek hasznosak az elhízás fiziológiai és genetikai alapjainak azonosításában, ami új terápiás módszerek felfedezését és validálását eredményezheti. célpontok [pl transzgenikus állatok létrehozásával és jellemzésével (Powell, 2006)].

Ez az áttekintés számos rágcsálómodellt mutat be, különös tekintettel azokra, amelyeknek különös jelentősége van az elhízás kezelésére szolgáló új gyógyszerek felfedezése szempontjából. Bár egyetlen modell nem feltétlenül alkalmazható minden gyógyszerkutatási programra, azt javasoljuk, hogy bizonyos modellek nagyobb érvényességgel bírjanak, mint mások, és ahol lehetséges, előnyben kell részesíteni, hogy a klinikai gyakorlatban a lehető legjobb előrejelzést kapják az eredményről.

Az elhízás kezelésére új ligandumok felfedezésében használt állatmodellek

A testtömeg szabályozása a táplálékfelvétel és az energiafelhasználás kölcsönhatásától függ. Például, ha hosszabb ideig nő a napi táplálékfelvétel az energiafelhasználás elégtelen növekedésével (az energia-egyensúlyhiány különbsége), akkor a testtömeg nőni fog. Ez jellemzően az elhízás kialakulásakor fordul elő, amikor a fő hajtóerő a megnövekedett teljes energiafogyasztás (Swinburn et al., 2009). Pontosabban, az olcsó, nagyon ízletes, kalóriatartalmú ételekhez való hozzáférés az energiafogyasztás növekedéséhez vezetett, amely egyre inkább ülő életmóddal párosult (pl. Fokozottabb autóhasználat, a videojátékok szabadidős tevékenységként való fokozottabb használata stb.). ). Az ételbevitel, az energiafogyasztás és a testtömeg közötti kapcsolat nemcsak ahhoz vezet, hogy a gyógyszer csökkentheti a testtömegét (azaz az étkezés mennyiségének csökkentésével, az energiafelhasználás ösztönzésével vagy mindkettővel), hanem releváns a az elhízás elleni potenciál értékeléséhez megfelelő állatmodellek kiválasztása és fejlesztése. Például a táplálékbevitel akut modellje kevéssé hasznos lehet olyan vegyületek kimutatásában, amelyek csökkenthetik a testtömeget az energiafelhasználás ösztönzése révén.

A táplálékbevitel akut modelljei

Az egyik szempont a gyógyszerek szűrése során egy akut táplálék-beviteli vizsgálatban az, hogy a teszt érzéketlen lesz a késleltetett hatású gyógyszerekkel szemben. Ilyen gyógyszerek közé tartoznak az 5-HT6 receptor részleges agonisták (Heal és mtsai, 2008) és az MCH1 receptor antagonisták (Shearman és mtsai, 2003). Ilyen esetekben a kezdeti szűrések megkövetelhetik az ismételt gyógyszeradagolást, vagy alternatív megoldásként az MCH1 receptor antagonisták esetében az MCH által kiváltott táplálékbevitel blokkolását (Shearman et al., 2003). Az akut táplálékbeviteli tesztek másik hátránya, hogy a vizsgálat nem releváns a gyógyszer hatásának minden mechanizmusa szempontjából. Például egy akut táplálékbeviteli modell kevés értéket mutat be az energiafelhasználást növelő gyógyszerek vagy a lipáz inhibitorok azonosításában, amelyek csökkenthetik a testtömeget a bélből származó zsír csökkent felszívódása révén.

Az elhízott állatoknál általában nem szükséges akut táplálékbeviteli vizsgálatokat végezni. Ezenkívül ilyen vizsgálatok patkányokon vagy egereken is lefuttathatók, mivel mindkét faj érzékeny az olyan klinikailag hatékony vegyületosztályok akut hatásaira, mint a szerotonin és noradrenalin újrafelvétel gátlói (pl. Sibutramin), CB1 receptor antagonisták (pl. Rimonabant) és az 5-HT2C receptor. agonisták (pl. lorcaserin) (Hewitt és mtsai, 2002; Matsumoto és Iijima, 2003; Poncelet és mtsai, 2003; Halford és mtsai, 2010). A felfedezési folyamat ezen szakaszában az egerek használata előnyösnek bizonyulhat, mivel az egyes szükséges vegyületek mennyisége sokkal kisebb. Ennek megfelelően az erőforrások az új ligandumok szintézisére összpontosíthatók, ahelyett, hogy a meglévő jelölteket megfelelő in vitro profilokkal növelnék patkányvizsgálatokhoz. Ennek ellenére egyes esetekben a fajok kiválasztása kritikus fontosságú. Például patkányokban és emberekben az 5-HT6 receptorok széles körben expresszálódnak és fókuszálódnak, különösen a bazális ganglionokban (Hirst et al., 2003). Ezzel szemben az 5-HT6 receptor nemcsak kevésbé expresszálódik az egér központi idegrendszerében, hanem hasonló szekvenciahomológia ellenére is eltérő farmakológiai profillal rendelkezik, mint a másik két faj (Hirst et al., 2003). Ennek megfelelően, ahol 5-HT6 receptor ligandumokat kell kifejleszteni az elhízás (vagy bármely más rendellenesség) kezelésére, akkor patkánymodelleket kell alkalmazni az egér modellek helyett.

A táplálékfelvétel és a testsúly hosszú távú (krónikus) modelljei

Akut vizsgálatokat általában sovány hím állatokon végeznek a vegyületek gyors profilozása és a vegyület hatékonyságára, hatékonyságára, hatásának időtartamára és potenciálisan mellékhatásprofiljára vonatkozó információk megszerzése érdekében in vivo. Ilyen modellek alkalmazhatók olyan vegyületek kiválasztására, amelyek megfelelő profilúak a krónikus teszteléshez (például 28 napig), mivel a gyógyszer súlyosabb fenntartásának csökkenésének bizonyításához hosszabb ideig tartó gyógyszeradagolásra van szükség. Szubkrónikus vagy krónikus táplálkozási vizsgálatokat néha normál, sovány patkányokon és egereken végeznek (pl. Vickers et al., 2000; 2003a; Smith és mtsai, 2008), vagy „túlsúlyos” állatmodellekben, például magas patkányokban. -zsír-étrend viszonylag rövid ideig (pl. 2 hétig) a vizsgálat megkezdése előtt (Thomas és mtsai, 2006). Ezeket a vizsgálatokat szűrőként lehet felhasználni az elhízott állatokon végzett akut etetési és a drága krónikus etetési vizsgálatok közötti szakadék áthidalására.

Fontos a nem megválasztása az elhízás állatmodelljeiben. Emberben a zsírszövet szubkután és a hasban oszlik el (zsigeri zsír). A nőknél viszonylag több a szubkután zsír, mint a hímeknél, míg ezzel ellentétben a férfiaknál több a zsigeri zsír, ami az elhízás szövődményeivel társul (Wajchenberg, 2000). A legújabb vizsgálatok hasonló különbségeket mutattak ki a patkányokban a zsírszövet mennyiségében és eloszlásában, valamint a zsírokhoz kapcsolódó hormonok keringési szintjeiben. Tehát a nőstény patkányok több zsírral és főleg több szubkután zsírral rendelkeznek, mint a hím patkányok és a hím patkányok zsigeri zsírral több (Clegg et al., 2003a, b). Ezenkívül, bár a zsírhormonok, a leptin és az inzulin szintje általában korrelál a zsírszövet mennyiségével mind a hímeknél, mind a nőknél, a nőstények érzékenyebbek a leptin táplálékfelvételre gyakorolt gátló hatására, míg a hím patkányok jobban reagálnak az inzulinra (Clegg és mtsai, 2003b). Ezek a különbségek azzal érvelnek, hogy a lehetséges elhízás elleni szerek testtömegre gyakorolt hatását mind hím, mind nőstény állatoknál értékelni kell.

Bár a patkányok és az egerek az emberi elhízás domináns modelljei, a fiziológiában van néhány fontos különbség a rágcsálók és az ember között (pl. Patkányoknál nincs hányásreflex vagy epehólyag). Ezenkívül a legtöbb rágcsáló-etetési vizsgálat szokásos környezete nem analóg az emberi helyzettel, mivel az állatokat általában egyedileg (ami korlátozza a társadalmi interakciót és ezért a fizikai aktivitást), viszonylag kicsi ketrecekben (amelyek korlátozzák a fizikai aktivitást), és általában hőmérsékleten tartják. 20–23 ° C, amelyek több fokkal alacsonyabbak a termoneutrális hőmérsékletüknél (29–32 ° C), így az állatok energiát fogyasztanak a melegedéshez. Ezenkívül az étel bármikor könnyen elérhető, ami az embernél nem mindig fordul elő. Ezeknek a modelleknek egy másik korlátja, hogy nem veszik figyelembe azokat a komplex pszichológiai tényezőket, amelyek szabályozzák az étel bevitelét, és túlevéshez vezethetnek az emberben (Halford et al., 2010). E gyengeségek ellenére az elhízott állatmodelleknek számos erőssége van, és ezeket később tárgyaljuk.

Általánosságban elmondható, hogy az elhízott állatmodellek két típusra oszthatók: az étrend által kiváltott elhízási modellekre és az elhízás genetikai modelljeire. Az elhízás állatmodellje ideális esetben a lehető legszorosabban utánozza az emberi állapotot a rendellenesség okainak (konstrukció érvényessége), valamint az állatmodell által mutatott jellemzők és az emberi állapot sajátos tüneteinek (az arc érvényessége) fenomenológiai hasonlósága szempontjából. ). Továbbá a farmakológiai manipulációnak a modellben kifejtett hatásának meg kell egyeznie az ember klinikai eredményével (prediktív érvényesség). Bár egyes állatmodellekben megfigyelt egyetlen génmutációk a leptin (Montague et al., 1997), a leptin receptor (Clément et al., 1998) és mások esetében az emberi elhízáshoz kapcsolódtak, az ilyen esetek ritkák, mint az alábbiakban említettük és általában azt tartják, hogy az egyén hajlamát az elhízásra a magas kalóriatartalmú ételek és a csökkent aktivitás jelenlegi környezetében a poligenetikus háttér határozza meg (Bell és mtsai, 2005; Mutch és Clément, 2006). Ennek megfelelően a poligenetikus modellek, mint például az étrend által kiváltott elhízott patkányok és egerek, különös jelentőséggel bírnak.

Az étrend által kiváltott elhízási modellek

A „magas zsírtartalmú étrend” első alkalmazása patkányok elhízásának kiváltására Masek és Fabry (1959) volt. Azóta számos módszer jelent meg az általános megközelítés alkalmazásával, amely szerint a normál, sovány patkányoknak vagy egereknek 3–4 hónapon keresztül ingyenes hozzáférést biztosítanak a magas zsírtartalmú étrendhez. Idővel az állatok megnövekedett súlygyarapodást mutatnak, amelyet elsősorban a testzsír jelentős növekedése jellemez (pl. Harrold et al., 2000; Jones et al., 2001; Naderali et al., 2001; Ravinet-Trillou et al., 2003; Li et et. al., 2008; Madsen és mtsai, 2010). Ezen túlmenően, bár az állatoknál általában nem alakul ki cukorbetegség (hiperglikémia), inzulinrezisztenciát, glükóz intoleranciát, megemelkedett plazma leptint és enyhe diszlipidémiát mutatnak plazma koleszterin és triglicerid szint mellett, összehasonlítva a szokásos étrend megfelelő kontrolljaival (Dickinson és mtsai., 1998; Harrold és mtsai, 2000; Naderali és mtsai, 2001; Ravinet-Trillou és mtsai, 2003; Li és mtsai, 2008; Madsen és mtsai, 2010). Továbbá vannak olyan beszámolók, amelyek szerint a táplálék által kiváltott elhízott (DIO) patkányokban a vérnyomás megváltozik (pl. (Lobley et al., 2007). Valóban, egyes dolgozók spontán hipertóniás patkányok segítségével fejlesztették ki az étrend okozta elhízás modelljeit (Miesel et al., 2010). Fontos, hogy a DIO egerek és patkányok ilyen változásai utánozzák az elhízott betegeknél megfigyelt változásokat (lásd 1. táblázat).

Asztal 1

A genetikailag elhízott és a DIO rágcsáló modellek összehasonlítása az emberi elhízással