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Péptido similar al glucagon tipo 1 ( GLP-1) en biología y patología.
(1ra. parte)
Autores: Juris J. Meier , Michael A. Nauck
Diabetes Metab Res Rev 2005; 21: 91-117.
RESUMEN
El procesamiento proteolítico post traducción del gen del preproglucagon en el
intestino, resulta en la formación del Péptido similar al glucagon tipo 1 GLP-1). Debido
a su efecto insulinotrópico glucosa dependiente, esta hormona fue postulada
primariamente como una incretina, esto es aumentar la secreción de insulina después de
la ingestión de glucosa o comida. Además el GLP-1 desacelera el vaciamiento gástrico
y suprime la secreción de glucagon. Bajo condiciones fisiológicas el GLP-1 actúa como
parte del freno ileal (“ileal brake”) o sea el enlentecimiento de la transición de nutrientes
en el intestino distal. Estudios en animales sugieren un rol del GLP-1 en el desarrollo y
crecimiento del páncreas endócrino. A la luz de sus múltiples acciones alrededor del
cuerpo, son posibles diferentes aplicaciones terapéuticas para el GLP-1.Resultados
promisorios fueron obtenidos con GLP-1 en el tratamiento de diabetes tipo 2 , pero su
potencial para reducir el apetito y el consumo alimentario permiten también su uso para
el tratamiento de la obesidad. Aunque la rápida degradación in vivo del GLP-1 impidió
su uso clínico extendido, diferentes aproximaciones farmacológicas evaluadas
actualmente apuntan a extender la vida media in vivo del GLP-1, o a inhibir su
inactivación.Por lo tanto, el tratamiento antidiabético basado en GLP-1 estará
disponible en los próximos años. Esta revisión resumirá los efectos biológicos del GLP1, caracterizando su rol en biología y patología humana, y discute sus aplicaciones
clínicas potenciales y los estudios clínicos actuales.
ANTECEDENTES HISTÓRICOS
El potencial efecto antidiabetogénico de los factores intestinales, fue propuesto por
primera vez por Moore y col. que demostraron de descenso de glucosa con extractos
duodenales en pacientes diabéticos. En 1929 Zunz y Labarre reportaron sustancias de la
mucosa intestinal que disminuían los niveles de glucosa. En la segunda mitad del s.20,
con el radioinmunoensayo, se observaron mas detalles. En 1964, Elrick y col.
demostraron que la secreción de insulina secundaria a la ingesta , era mayor a la de una
perfusión i.v. de la misma cantidad de glucosa. Esta observación sugirió que había
mecanismos o sustancias intestinales involucradas en la regulación postprandial de
insulina. Los fenómenos del aumento postprandial de la secreción de insulina por
factores del intestino, se denominan: “efecto incretina”. Por imitación de la elevación
plasmática de glucosa luego de la ingesta,con una infusión isoglucémica i.v de glucosa,
se cuantificó la estimulación por incretinas del total de la secreción postprandial de
insulina. Los efectos incretina se mostraron en un 20 a 60% del total de secreción
postprandial de insulina en voluntarios sanos, dependiendo de la cantidad y de la
composicion de los nutrientes ingeridos. Un patrón tipico de concentraciones de
insulina y péptido C post ingesta y post inyección i.v. se muestran en la figura 1.
La primera hormona con actividad de incretina fue detectada en extractos de mucosa
duodenal de porcinos rica en fracciones de colecistokinina. Debido a la observación
original de actividad inhibitoria de la secreción gástrica ácida, este péptido fue
denominado “polipéptido inhibidor gástrico” (GIP) .
En 1983 , Bell y col. identificaron la secuencia de 2 péptidos adicionales afines al
glucagon que denominaron péptido tipo glucagon 1 (GLP-1) y péptido tipo glucagon 2
(GLP-2). Mientras que el proceso post traducción del proglucagon en el páncreas resulta
en la formación de glucagon y fragmentos mayores de proglucagon , en las células L del
intestino resulta en los péptidos glicentina, GLP-1 y GLP-2. En islotes de ratas se
encontró GLP-1 en respuesta a la estimulacion de la secreción de insulina por glucosa,
apoyando su rol como una incretina.Bajo condiciones fisiológicas , GLP-1 es liberada
de 2 diferentes maneras, de las cuales una versión corta “GLP-1 truncada” es mas
importante.Los efectos de estimulación de secreción insulínica se usarán en el
tratamiento futuro de la diabetes.
SÍNTESIS , SECRECIÓN Y ELIMINACIÓN DE GLP-1
El GLP-1 es liberado en respuesta a la ingesta de nutrientes por las celulas-L (celulas
endócrinas distribuidas a lo largo del intestino delgado y grueso). Mientras que las
celulas-L se encontraron inicialmente localizadas en el intestino distal, las celulas-K que
secretan GIP fueron encontradas en porciones superiores del intestino delgado,
principalmente en el duodeno y el yeyuno. Estudios histoquímicos recientes revelaron
un alto grado de localización de células secretoras de GLP-1 y GIP lo que sugiere una
secreción simultánea de ambas incretinas. De acuerdo con nuestra hipótesis nuestro
grupo describió recientemente un alto grado de correlación entre la cantidad de GIP y
GLP-1 secretado después de una ingesta oral de glucosa. La superficie apical de las
celulas-L exhibe microvellosidades hacia la luz mientras que a lo largo de la membrana
basolateral hay una alta densidad de gránulos secretorios que son almacenados en orden
para ser liberados al torrente sanguineo después de un estimulo apropiado de nutrientes.
El mayor estimulo para la secreción de GLP-1 son las comidas ricas en grasas y
carbohidratos. Recientemente fue descripto en pacientes con diabetes tipo 2 después de
la administración de Orlistat ( inhibidor de la secreción de la lipasa) la reducción de la
secreción de incretinas. Lo que significa que la secreción de GLP-1 puede depender de
productos de la digestión intraluminal de grasas. El hecho de que la secreción de GLP-1
es exagerada en pacientes después de la gastrectomía total sugiere que la exposición
intestinal de los nutrientes es el mayor estimulo para la activación de las células-L. Sin
embargo mientras que los niveles plasmáticos de GLP-1 empiezan a aumentar alrededor
de cinco a diez minutos después de la ingesta alimenticia, otros mecanismos como la
transmisión neural pueden también estar involucrados en la secreción de GLP-1,
especialmente considerando su abundancia en el intestino delgado bajo e incluso en el
colon y recto. De acuerdo con esta hipótesis los neurotransmisores de nervios entéricos
son capaces de liberar GLP-1 de ileon perfundido aislado. Recientemente fue sugerido
un rol de receptores muscarínicos en el control de la secreción de GLP-1.
Los niveles de ayuno de GLP-1 total (incluyendo 7-36 amida y productos de
degradacion N-terminal) están en el rango de 5 a 10 pmol/l y los niveles máximos
alrededor de 25 pmol/l después de la ingesta de una comida mixta. En obesos la
secreción de GLP-1 es reducida después de una carga de carbohidratos mientras que la
ingesta de grasas evoca una respuesta semejante a los sujetos con peso normal. Esto
remarca el rol de GLP-1 en la regulación de la conducta alimenticia.
Rápidamente después de su secreción la molécula de GLP-1 es clivada
proteoliticamente por la enzima plasmática dipéptido-peptidasa IV (DPP IV) que
transfiere dos aminoácidos N-terminales (histidina y alanina) y cede el metabolito GLP1 (9-36 amida) que ha perdido su actividad biológica e incluso posee propiedades
antagonistas al receptor de GLP-1. La vida media del GLP-1 fue calculada en
aproximadamente 2 minutos.
Estudios en porcinos y humanos revelaron un alto grado de degradación N-terminal de
GLP-1 y GIP en el lecho hepatoportal y a lo largo de las extremidades, mientras que el
riñon tiene menos importancia para la degradacion de incretinas. De acuerdo con estas
observaciones fueron encontradas altas concentraciones de DPP IV en hepatocitos y
células endoteliales. Mientras que la degradación de GLP-1 mediada por DPP IV fue
hallada en diferentes tejidos a lo largo del cuerpo, los riñones tienden a ser el mayor
sitio de extracción de GLP-1. Siguiendo esta hipótesis, se encontraron niveles
plasmáticos elevados de GLP-1 en pacientes con un deterioro renal.
El receptor de GLP-1 pertenece al dominio de receptores transmembrana 7 y es
expresado en celulas-B de los islotes pancreáticos del Langerhans así como también en
varios otros tejidos incluyendo pulmones, corazón, riñón, el tracto gastrointestinal y
ciertas áreas del cerebro. La distribución de los receptores de GLP-1 y sus vías de
señalización intracelular han sido observadas en otros lugares.
EFECTOS DEL GLP-1
Secreción de Insulina
Los efectos insulinotrópicos del GLP-1 fueron inicialmente descriptos en islotes de
ratas. Este estudio demostró relación entre el GLP-1 (1-37) , niveles de glucosa y
efectos insulinotrópicos. Otros estudios hallaron actividad insulinotrópica de péptidos
de GLP-1 truncados ( 7-36 y 7-37) estimulando la secreción de insulina de las células
beta. En voluntarios humanos se observaron efectos insulinotrópicos con
concentraciones fisiológicas plasmáticas postprandiales de GLP-1. El potencial
antidiabetogénico fue demostrado inicialmente por Gutniak y col. con infusiones del
péptido durante una comida normal en sujetos normales y en pacientes con diabetes tipo
1 y 2. Cuando adeministraron GLP-1 en ayunas en pacientes con diabetes tipo 2, las
concentraciones de glucosa se normalizaron completamente entre las 3 y las 6 hs. Mas
aún , una infusión adicional nocturna de GLP-1 en pacientes con diabetes tipo 2 mostró
menores glucemias basales en ayunas y y mejoría significativa de la secreción de
insulina en respuesta a la glucosa. GLP-1 fue eficaz aún en estadios avanzados de la
enfermedad, en pacientes que requerían insulina luego del fallas secundaria al
tratamiento con sulfonilurea.
Una característica diferencia entre el GLP-1 y otros agentes insulinotrópicos como las
sulfonilureas y el ácido benzóico es la hipoglucemia dosis dependiente que no se ve con
GLP-1.Esto se debe a la acción glucosa dependiente del GLP-1. Las bases moleculares
de este fenómeno, fueron aclaradas por Holz, Gromada y col..En las células beta de los
islotes pancreáticos el GLP-1 tiene un pequeño efecto directo de cierre en los canales de
potasio ATP dependientes, vía la proteinkinasa A, el cual por sí mismo no es suficiente
para causar despolarización de la membrana ( esto solo puede ser realizado por altas
concentraciones de glucosa o por la combinación de GLP-1 y leves elevaciones de
glucosa). Además hay una estimulación directa de los canales tipo L de Ca 2+ lo que
aumenta el ingreso de calcio extracelular. GLP-1 tambien promueve la liberación de
iones de calcio de los depósitos intracelulares. La mas importante contribución es la
estimulación directa de la exocitosis , probablemente promoviendo la transición de los
gránulos depositados a formas listas para ser liberadas. La estimulación de los canales
de Ca2+y la exocitosis sin embargo, dependen del cierre de los canales de potasio en un
grado suficiente para causar despolarización de la membrana. Por lo tanto, la actividad
total insulinotrópica del GLP-1 o de sus derivados, depende de concentraciones
elevadas de glucosa. Mientras que los efectos insulinotrópicos comienzan alrededor de
concentraciones de glucosa de 70 mg/dl, la estimulación de importancia clínica se
espera con concentraciones de alrededor de 110 mg/dl.. En comparación con la
sulfonilurea gliburida, los efectos insulinotrópicos del GLP-1 son más glucosadependientes, porque las sulfonilureas son capaces de despolarizar las células beta aún
con bajos niveles de glucemia.
Secreción de Glucagon
La reducción de la secreción de glucagon en hiperglucemia, contribuye con los efectos
hipoglucemiantes del GLP-1, particularmente en pacientes con diabetes tipo 2,
caracterizados por hiperglucagonemia. Es interesante que este efecto glucagonostático
es específico para GLP-1 , mientras que el GIP , al menos bajo ciertas condiciones
estimula la liberación de glucagon. Estos efectos, de manera similar a los de la secreción
de insulina, se producen sobre la secreción de glucagon sólo en presencia de altas
concentraciones de glucosa. En hipoglucemia, la respuesta contrarregulatoria vía
glucagon no empeora.
Mientras que la presencia de receptores para GLP-1 en las células A del páncreas aún
están baja debate, los efectos parácrinos vía insulina o somatostatina sugieren ser
mediados por la supresión del glucagon. Sin embargo, la intacta supresión de la
secreción de glucagon en pacientes con diabetes tipo 1 hablaría del importante rol de la
insulina en el control de la secreción de glucagon por el GLP-1..
Regulación del vaciamiento gástrico, motilidad y secreción ácida
La homeostasis postprandial de glucosa, es determinada no sólo por la estimulación de
la secreción de insulina y la supresión de la producción hepática de glucosa, sino
también por la velocidad del vaciado gástrico. Por lo tanto, mientras que la acción del
GLP-1 sobre la secreción endócrina pancreática es el mayor determinante del descenso
de glucosa en el ayuno, la marcada descaceleración del vaciamiento gástrico contribuye
al mantenimiento de la normoglucemia después de una ingesta alimentaria durante la
administración de GLP-1.La desaceleración del vaciamiento gástrico estrictamente
depende de la dosis de GLP-1 administrada. Esto es diferente de los efectos de la
secreción pancreática endócrina, que está mas relacionada con la prevalencia de
concentraciones plasmáticas de glucosa y es menos dependiente de los niveles
plasmáticos de GLP-1 . Estudios de motilidad evidenciaron que la contractilidad antropilórica-duodenal así como el tono del fondo gástrico, estan inhibidos por GLP-1,
mientras que el tono pilórico está estimulado. Además, bajo condiciones fisiológicas el
valor del vaciamiento gástrico esta muy relacionado con la secreción de GLP-1 ,
mientras que el GIP parece ser menos importante. Sin embargo, la desaceleración del
vaciado gástrico puede no se beneficiosa , particularmente en pacientes con disturbios
de la motilidad gástrica debido a neuropatía autonómica. En estos pacientes, la
desaceleración del vaciamiento gástrico puede causar efectos gastrointestinales
colaterales. La producción acida gastrica tambien se vio disminuida por GLP-1 en
animales y humanos.
El mecanismo subyacente de los efectos del GLP-1 en motilidad y secreción ácida
gástrica involucraría la inhibición de la actividad vagal. En pacientes vagotomizados por
úlcera duodenal, la actividad inhibitoria del GLP-1 sobre la actividad gastrica fue
anulada.
Regulación del apetito y funciones nerviosas centrales por GLP-1
La observación de altas concentraciones de GLP-1 en el S.N.Central y la diseminación
de sitios de ligadura, aumentan la sospecha del rol de GLP-1 en las funciones nerviosas
centrales. En esta línea, la administración intracerebroventricular en ratas produce una
significativa reducción de la ingesta alimentaria. Estos efectos pueden revertirse por la
administración de un antagonista del receptor de GLP-1 (exandin 9-39). La reducción
de la ingesta así como del peso corporal fue descripta por diferentes derivados y
análogos de GLP-1.
No sólo la ingesta alimentaria , sino también la incorporación de fluidos fue
influenciada por esta incretina. Sin embargo, el ratón con knockout del receptor para
GLP-1 , mostró normal conducta alimenticia y ganancia de peso, lo cual contradice la
importancia del GLP-1 endógeno para el control de la ingesta alimentaria a largo plazo.
En humanos sanos, Flint y col. reportaron 21% de reducción de la ingesta alimentaria,
así como incremento de la saciedad y plenitud durante la administración de GLP-1. La
moderada reducción de la ingesta energética observada durante la infusión de GLP-1 en
diferentes estudios fue del 12%. Un estudio a largo plazo, con infusión sc.de GLP-1 por
más de 6 semanas en pacientes con DBT tipo 2, mostró una progresiva y sustancial
pérdida de peso de 1.9 kg. Recientemente Schick y col. identificaron al hipotálamo
lateral, dorsomedial y ventromedial involucrado en la mediación de los efectos de la
saciedad. No obstante aún no está claro si los efectos sobre la saciedad del GLP-1 se
deben a efectos centrales o periféricos ( desaceleración del vaciado distensión gastrica)
.Esta hipótesis se basa en el hecho de que el GLP-1 es accesible al S,N.C. por ciertas
areas que carecen de la típica barrera hematoencefálica. Además de estos efectos, la
importancia del GLP-1 en el aprendizaje y la memoria fue bien demostrado en el ratón
knockout para el receptor GLP-1 que mostró déficit deficit de aprendizaje, y en cambio,
la sobreexpresión de dicho receptor mostró mejoría en estas funciones.
Efecto de GLP-1 en apoptosis de células beta, diferenciación y neogénesis
La patogénesis de la DBT tipo 2 se caracteriza por una pérdida de masa de células beta
debido al aumento de la apoptosis y la falla adaptativa a la aumentada demanda
secretoria. Otros agentes insulinotrópicos tales como las sulfonilureas, también
mostraron aumento de la apoptosis en células beta. En contraste, estudios en animales
mostraron evidencias de que el GLP-1 puede demorar e incluso revertir la pérdida de
masa celular beta por inhibición de la apoptosis, estimulando la proliferación betacelular
e induciendo la neogénesis de islotes a partir de células ductales exócrinas u otras
células precursoras. Mientras que la replicación de células beta raramente ocurre en
humanos, la inhibición de la apoptosis y la estimulación de neogénesis de islotes puede
ser importante para el futuro tratamiento de la DBT. Los mecanismos subyacentes al
efecto del GLP-1 en el recambio de islotes está relacionado con la sobrerregulación de
la expresión del gen PDX-1, el incremento de la actividad de la fosfatidilinositol
3kinasa (PI3K) y la transactivación del receptor de crecimiento epidérmico. Además el
GLP-1 estimula la transcripción de genes de componentes betacelulares involucrados en
el proceso sensor de glucosa , síntesis y secreción de insulina ( insulina, GLUT 1 y
hexoquinasa ).
Estos efectos crónicos del GLP-1 podrían usarse para la prevención de la DBT.
Efectos del GLP-1 en otros órganos y tejidos
Mientras que el páncreas endócrino, el intestino y el SNC son probablemente el mayor
blanco del GLP-1, se han descripto efectos en otros órganos y tejidos.
El rol del GLP-1 en hígado fue propuesto por D’Alessis y col. que vieron que la
disponibilidad de glucosa insulino dependiente se incrementaba con GLP-1.
Para excluir interferencias debidas a acciones insulinotrópicas y glucagotrópicas ,
Priston y col. midieron la producción endógena de glucosa con concentraciones estables
de insulina y glucagon, durante la infusión de somatostatina , insulina y glucagon en
hombres sanos. Bajo estas condiciones, encontraron reducción de las concentraciones
plasmáticas de glucosa provenientes de la supresión de la producción endógena . Sin
embargo, Vella y col., no encontraron efectos del GLP-1 sobre la producción endógena
de glucosa en pacientes con DBT tipo 2. Otros reportes encontraron que el GLP-1
aumenta la disponibilidad de glucosa en otros tejidos extrahepáticos. En resumen, las
acciones del GLP-1 en la producción hepática de glucosa aún son controvertidas .Sin
embargo los efectos del GLP-1 en la producción de glucosa, difícilmente representen
una acción directa, debido a la ausencia de recepotores hepáticos para GLP-1.
Hay tambien controversia acerca del potencial efecto del GLP-1 sobre la sensibilidad a
la insulina. Se describió una mejoría en la insulinosensibilidad en pacientes con DBT
tipo 1, pero otros grupos no mostraron estos resultados en sujetos sanos o con DBT tipo
2. En un estudio con administración continua por 6 semanas de GLP-1, se describió
mejoría en la sensibilidad insulínica en pacientes con DBT tipo 2. Sin embargo es bien
conocido el fenómeno que alguna mejoría en la secreción de insulina y en el control de
la glucemia, induce secundariamente mejoría de la sensibilidad insulínica.
El hecho de que las concentraciones plasmáticas de GLP-1 intacta en circulación
sistémica sólo aumentan levemente luego de la ingesta alimentaria, mientras que la
concentración de metabolitos aumenta mucho más, sugiere que la mayor parte de los
efectos de GLP-1 son mediados por la temprana interacción con fibras nerviosas
sensoriales, probablemente en el lecho hepatoportal. Esta suposición de que el GLP-1
actúa como un neurotransmisor fue apoyada por estudios en ratas con administración
intraportal de GLP-1.
El GLP-1 se involucró también en la regulación de la función cardiovascular en
ratones. Después de la administración de GLP-1 en ratas hubo aumento de la presión
arterial y frecuencia cardíaca.
Estos efectos cronotrópicos e inotrópicos podrían ser por activación simpática del GLP1. Sin embargo un estudio reciente demostró aumento del espesor del ventrículo
izquierdo y empeoramiento de su contractilidad y de la función diastólica en el ratón
con knockout del receptor de GLP-1, lo cual indicaría impacto directo del GLP-1 en la
función y estructura cardíaca.
Por otro lado , en humanos, especialmente DBT tipo 2 nuestro grupo no encontró
efectos sobre la presión sanguínea o el pulso.
Otros ejes endócrinos pueden ser influidos por acción del GLP-1. Particularmente esta
incretina mostró estimulación de la secreción de T.S.H. y aumento de la secreción de
LH-RH hipotalámica.