Molekuláris párkeresés a népszerű fogyókúrás gyógynövény, a Hoodia gordonii és a GPR119 között, amely az anyagcserezavar potenciális gyógyszercélja

Keresse meg ezt a szerzőt a Google Tudósban
Keresse meg ezt a szerzőt a PubMed oldalon
Keresse meg ezt a szerzőt ezen a webhelyen
Levelezés céljából: xxie @ simm.ac.cnbyu @ mail.sioc.ac.cn

Szerkesztette: Robert J. Lefkowitz, Howard Hughes Orvostudományi Intézet, Duke Egyetem Orvosi Központ, Durham, NC, és 2014. augusztus 19-én jóváhagyta (2013. december 29-én kapott felülvizsgálatra)

Jelentőség

Az elhízás napjainkban az egyik leggyakoribb egészségügyi probléma. A gyógynövény alapú étrend-kiegészítőket széles körben használják az elhízás kezelésére. Közülük az afrikai Hoodia gordonii kaktuszform kiegészítők rendkívül népszerűek. A Hoodia és az állítólagos hatóanyag P57 kifejlesztése problematikus volt a szellemi tulajdonjogokkal és a korlátozott természeti erőforrásokkal kapcsolatos vita miatt. A Hoodia valódi aktív komponensei és molekuláris célpontjai máig tisztázatlanok. Itt bemutatjuk, hogy a Gordonoside F, a Hoodia vegyülete, aktiválja a GPR119-et, a metabolikus homeosztázisban kritikusan részt vevő receptort, és fokozott inzulinszekrécióhoz és csökkent táplálékfelvételhez vezet. A Gordonoside F itt leírt sikeres szintézise lehetőséget nyújt új gyógyszerek kifejlesztésére az anyagcsere-betegségek kezelésében.

Absztrakt

Az elhízás az egyik leggyakoribb egészségügyi probléma, amely világszerte több mint 300 millió embert érint (1). Az elhízás számos betegséghez kapcsolódik, és ahhoz vezethet, beleértve a 2-es típusú cukorbetegséget (T2D), a szív- és érrendszeri betegségeket, az osteoarthritist, a dyslipidaemiát és az alvási apnoét, amelyek közül sok megelőzhető a testsúly csökkentésével (1). A testtömeg kezelésének jelenlegi stratégiái közé tartozik a kalória korlátozás, a rendszeres testmozgás és a viselkedés módosítása. Bár rövid távon hatékonyak, a diéta és a testmozgás önmagában nehéz a betegek többségének hosszú távon fenntartani. Így gyógyszereket és alternatív kezeléseket kerestek. Az elhízás elleni készítmények kereskedelmi piaca óriási, de sajnos csak két FDA által jóváhagyott gyógyszer áll rendelkezésre, a fentermin és az orlisztát, mindkettő korlátozott hatékonyságú, de jelentős mellékhatásokkal jár (2).

A gyógynövény alapú étrend-kiegészítők az elhízás egyik legelterjedtebb alternatív kezelési módja. Hatékonyságuk, biztonságuk és cselekvési mechanizmusuk azonban nagyrészt ismeretlenek. Közülük a Hoodia gordonii kiegészítők rendkívül népszerűek. Az afrikai H. gordonii kaktuszforma (Asclepiadaceae) egy zamatos növény, amely a Dél-afrikai Köztársaságban, Namíbiában és Botswanában a Kalahari Deseret területén növekszik (3). Xhomani Bushmen évezredek óta használja a növényt éhség- és szomjúságcsökkentőként vadászati utak során, a növény természetes elhízás elleni szere pedig nagy figyelmet keltett és számos kereskedelmi előkészítéshez vezetett (4).

A növény gazdag pregnán-glikozidokban, amelyek 6-dezoxi- és 2,6-dideoxi-cukrokat tartalmaznak. A mai napig a P57AS3 (P57) az egyetlen biológiailag aktív alkotóelem a H. gordonii-ból, amelyről beszámoltak róla, hogy anorexigén aktivitással rendelkezik (5). Nincs bizonyíték a P57 kötődésére vagy az ismert receptorok vagy fehérjék aktivitásának megváltoztatására, de a patkányokban a P57 intracerebroventrikuláris injekciói arról számoltak be, hogy növelik a hipotalamusz ATP-tartalmát, ami a jóllakottság jelét jelentheti és elnyomhatja az étvágygerjesztő reakciókat (6). Egy nemrégiben készült tanulmány azonban azt állította, hogy a P57 nem volt kimutatható az agyban orális beadás esetén egerekben, ami a P57 és H. gordonii hatásmechanizmusait megfoghatatlanná teszi (7). A H. gordonii és a P57 fejlesztése és forgalmazása problematikus volt a szellemi tulajdonjogokkal és a korlátozott természeti erőforrásokkal kapcsolatos vita miatt, valamint az egyértelmű mechanizmus hiánya miatt, amely több nagy gyógyszeripari vállalat kivonulását eredményezte a Hoodia projektekből (3) . A P57 izolálása óta újabb új glikozidokat, köztük a Gordonoside A-L-t (8) ismertetnek az irodalomban, bár bioaktivitásuk továbbra sem tisztázott.

Időközben számos új, anyagcsere-rendellenességekhez kapcsolódó potenciális gyógyszercélot azonosítottak. Számos G-fehérjéhez kapcsolt receptort (GPCR) célzó vegyületeket, köztük GLP-1R, GPR40, GPR120, CB1, GCGR és β2-adenoceptort (9) javasoltak a T2D és az elhízás kezelésére. Nemrégiben kimutatták, hogy a GPR119, a hasnyálmirigy β-sejtjeiben és a bél L-sejtjeiben nagymértékben expresszált GPCR (10, 11) megkönnyíti a glükózstimulált inzulin szekréciót (GSIS) (12). Az LPC és az OEA endogén ligandumok elősegítik a GSIS-t, közvetlenül a GPR119 aktiválásával a β-sejteken és közvetett módon a GPR119 aktiválásával az L-sejteken, és GLP-1 szekréciót indukálnak (13). Az AR231453, a GPR119 szintetikus agonistájának orális beadása jelentősen javítja a keringő inzulin, a GLP-1 és a GIP szintjét, és csökkenti a vér glükózkoncentrációját az egerek glükóz tolerancia tesztjeiben (11, 14). Egy másik GPR119 agonistáról, a PSN632408-ról kimutatták, hogy a vércukorszint-csökkentő hatása mellett elnyomja a táplálékfelvételt és csökkenti a patkányok testtömeg-növekedését (15). Ezért a GPR119 vonzó célpont a cukorbetegség és az elhízás terápiájában.

Itt azt közöljük, hogy a Gordonoside F (a H. gordoniitól izolált szteroid-glikozid), de nem a széles körben ismert P57, hatékonyan és szelektíven aktiválja a GPR119-et, ami következésképpen elősegíti a GSIS-t in vitro és in vivo, valamint csökkenti az állatok táplálékfelvételét. Ezenkívül beszámolnak a gordonozid F kémiai szintéziséről. Jelen eredmények nemcsak egyértelműen bizonyítják, hogy a GPR119 receptor aktiválása fontos mechanizmus a H. gordonii terápiás hatásának hátterében, hanem arra is utalnak, hogy a Gordonoside F vagy rokon vegyületei új gyógyszerekké fejleszthetők az anyagcserezavarok kezelésében.

Anyagok és metódusok

Vegyszerek és reagensek.

A gordonozid F-et és annak természetes rokonait az AnalytiCon Discovery cégtől vásároltuk és/vagy kémiailag szintetizáltuk (a részletekért lásd az SI függeléket: Anyagok és módszerek). A H. gordonii (Ref: EA149464) nyers kivonatát a Naturex biztosította. A különféle GPCR-eket és Gα16-ot kódoló emlős expressziós vektorokat az UMR cDNS Resource Center-től vásároltuk.

Reporter Assay.

A GPR119-et (vagy más GPCR-eket) és a CRE-luc-t expresszáló sejteket 10 000 sejt/lyuk sűrűséggel szélesztettük 96-lyukú lemezre. 24 órás tenyésztés után különböző koncentrációjú vegyületeket adunk hozzá. DMSO-t (1%) használtunk negatív kontrollként. További 24 órával később a luciferáz aktivitást a Steady-Glo luciferase assay rendszer (Promega) és egy EnVision (PerkinElmer) multiplate olvasóval mértük a gyártó utasításainak megfelelően.

Az inzulin szekréciója izolált szigetekből.

Minden állatkísérletet a Sanghaji Materia Medica Intézet állatetikai bizottsága hagyott jóvá. A korábban leírt (16) szigeteket izoláltuk érzéstelenített hím C57BL/6 egerekből vagy Sprague – Dawley patkányokból (8 hetesek). Röviden, 5 ml kollagenáz XI (Sigma, 0,25 mg/ml HBSS-ben) oldatot injektáltunk a hasnyálmirigybe az epevezetéken keresztül, és a hasnyálmirigyet 37 ° C-on emésztettük 15 percig. A leválasztott szigeteket összegyűjtöttük és egy éjszakán át tenyésztettük 11,1 mM glükózzal és 10% (térfogat/térfogat) FBS-sel kiegészített RPMI 1640-ben. A szigeteket 0,5% zsírsavmentes BSA-t (KRBB puffer) és 2,8 mM glükózt tartalmazó Hepes-kiegyensúlyozott KRBB-vel mostuk, majd sztereomikroszkóp alatt kézzel szelektáltuk, és 24 lyukú lemezekre helyeztük. A KRBB pufferben (2,8 mM glükóz) 30 percig 37 ° C-on történő előinkubálás után a szigeteket 2 órán át 37 ° C-on inkubáltuk különféle vegyületekkel 2,8 mM vagy 16,8 mM glükózt tartalmazó KRBB pufferekben. A felülúszókat összegyűjtöttük, és az inzulin koncentrációt Cisbio HTRF inzulin készlet és egy EnVision multiplate olvasó segítségével mértük a gyártó utasításainak megfelelően.

In vivo kísérletek.

Az orális glükóz-tolerancia teszt (OGTT) céljából a hím C57BL/6 egereket egy éjszakán át éheztetett, majd orális szondán keresztül kívánt dózisban 0,5% metil-cellulózt (hordozóanyag) vagy tesztvegyületet (n = 8 kezelési csoportonként) adott. Ezután glükóz bolust adtunk be (2 g/kg orálisan). A vért egy farokcsonkból gyűjtöttük a kijelölt időpontokban, és a plazma glükózszintjét glükózmérővel határoztuk meg. Az inzulin és a GLP-1 méréséhez vegyületeket és glükózt adtak az éhgyomri egereknek, csakúgy, mint az OGTT. A vért 10 perc múlva a glükóz beadása után DPP-IV gátlót (DPP4-010; Millipore) tartalmazó heparinizált csövekbe gyűjtöttük. A plazmamintákat centrifugálással nyertük 500xg-vel 20 percig. Az inzulint és az aktív GLP-1-et ELISA-val detektáltuk.

Akut etetési kísérletek.

A hím C57BL/6 egereket fordított fázisú világos-sötét ciklusban tartották, és szabadon hozzáférhettek a standard porított egerek étrendjéhez. Az egereket (n = 8 kezelési csoportonként) egy éjszakán át éheztettük, és a tesztvegyületet vagy 0,5% metil-cellulózt (vivőanyag) orális szondával adtuk be. A táplálékfelvételt az adagolóedények mérésével ellenőriztük a gyógyszer beadása után 2, 4, 8 és 24 órával.

Adatelemzés.

Az adatokat GraphPad Prism szoftverrel elemeztük. Nemlineáris regresszióanalízist végeztünk a dózis-válasz görbék és az EC50-értékek előállításához. Az adatokat átlag ± SEM formában mutatjuk be. Kétfarkú Student t teszteket hajtottak végre, és P Tekintse meg ezt a táblázatot:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése

A természetben előforduló Hoodigosides/Gordonosides (1 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ –6) és szintetikus Gordonoside F biológiai aktivitása az emberi GPR119 receptoron