Білок тирозин фосфатаза 1В: нова мета для лікування ожиріння та супутніх захворювань

З кафедри внутрішньої медицини та біоцентру Оулу, Університет Оулу, Оулу, Фінляндія

Анотація

Анотація. Ukkola O, Santaniemi M (Університет Оулу, Оулу, Фінляндія). Білкова тирозин фосфатаза 1В: нова мета для лікування ожиріння та супутніх захворювань (огляд). J Intern Med 2002; 251: 467–475.

Порушення дії інсуліну є важливим у патофізіології множинних порушень обміну речовин, таких як ожиріння та діабет 2 типу. Білкова тирозинфосфатаза 1В (PTP1B) вважається негативним регулятором передачі сигналів про інсулін. Про це найкраще свідчать дослідження на мишах-нокаутах, які показують, що відсутність PTP1B пов'язана з підвищеною чутливістю до інсуліну, а також стійкістю до ожиріння та в пробірці дослідження, в той час як дослідження на тваринах та людях дали суперечливі результати. Однак кілька досліджень підтверджують думку, що передача сигналу про інсулін може посилюватися за рахунок інгібування PTP1B, забезпечуючи привабливу мішень для терапії проти діабету 2 типу та ожиріння. Крім того, останні генетичні дослідження підтверджують зв'язок між PTP1B та резистентністю до інсуліну. Розробка інгібіторів PTP1B вже розпочалася, хоча стало очевидним, що знайти селективний, безпечний та ефективний інгібітор PTP1B непросто. Метою даної роботи є огляд сучасних доказів PTP1B у патофізіології ожиріння, діабету 2 типу та раку, а також у лікуванні цих розладів.

Вступ

Стійкість до стимульованого інсуліном поглинання глюкози пов'язана з гіперінсулінемією, а також множинними порушеннями метаболізму, включаючи ожиріння, дисліпідемію, гіпертонію, порушення толерантності до глюкози та цукровий діабет 2 типу [1]. Отже, зниження дії інсуліну або резистентність до інсуліну було запропоновано як основний фізіологічний дефект, що лежить в основі цих метаболічних відхилень [2]. Відкриття ліків, що посилюють дію інсуліну, може запропонувати `` прецизійний препарат '' для розладів, де інсулінорезистентність є ключовою патологією метаболізму. Тіазолідиндіони підвищують чутливість до інсуліну за рахунок посилення диференціації адипоцитів за допомогою активованого проліфератором пероксизоми рецептора-гамма (PPAR-γ) [3]. На жаль, вони часто призводять до збільшення ваги та мають побічні ефекти. Тому терміново потрібні більш потужні та безпечні препарати. Наявні знання про ключові патогенні механізми призвели до появи нових молекулярних цільових препаратів [4]. Виявлено низку інгібіторів сигнальних шляхів інсуліну [5], і нещодавно їм запропоновано зіграти певну роль у патогенезі інсулінорезистентності [4, 6].

Ми маємо намір переглянути тут поточні докази ролі PTP1B у метаболічних та пухлинних захворюваннях та їх патофізіології. Огляд організований за чотирма основними темами: (i) PTP1B та дія інсуліну, (ii) PTP1B при діабеті та ожирінні, (iii) PTP1B при раку, (iv) інгібітори PTP1B та (v) генетика PTP1B.

PTP1B та дія інсуліну

Каскад сигналізації інсуліну

Роль PTP1B у передачі сигналів інсуліну

Дослідження in vitro.

Дослідження на тваринах.

Динаміку PTP також вивчали в адипоцитах щурів [28]. Результати свідчать, що PTP1B може відігравати важливу роль у модуляції сигнального шляху інсуліну через інактивацію ІР-кінази та пост-ІЧ-клітинного субстратного білка, такого як IRS-1. Крім того, показано, що надмірна експресія PTP1B у жирових клітинах щурів погіршує стимульовану інсуліном транслокацію GLUT-4 [29].

Однак дані щодо інших моделей тварин щодо PTP1B далеко не остаточні. У дослідженні Meyerovitch активність цитозольної та твердих частинок PTP у печінці мишей ob/ob зменшилась у печінці. та ін. [30]. В іншому дослідженні миші з ожирінням показали зниження активності PTP1B у м’язах [31]. Крім того, резистентні до інсуліну щури Цукера мали знижену активність ПТП скелетних м’язів щодо ІЧ [32]. На противагу цьому, Ахмад та ін. [33] повідомили про збільшення кількості РРТ1 скелетних м’язів у генетичній моделі інсулінорезистентного ожиріння та цукрового діабету.

Підсумовуючи, в пробірці Дослідження показують, що PTP1B є негативним регулятором сигналізації інсуліну. Однак дослідження на тваринах, що вивчають зв'язок PTP1B із чутливістю до інсуліну та ожирінням, суперечливі. Однією з причин цього може бути уявлення про те, що зміни в дії інсуліну не можуть бути передбачені лише спостережуваною зміною експресії PTP1B [34]. Крім того, припускають, що рівні активованого ІЧ, первинного субстрату для PTP1B, також знижуються під час інсулінорезистентності. Отже, зміна співвідношення рівня експресії IR до рівня PTP1B може бути навіть важливішим, ніж сам вираз PTP1B [26]. Наприклад, якщо рівні ІЧ знижуються, хоча рівні РТР1В залишаються постійними, то чистим результатом буде зменшення фосфорилювання ІР-тирозину. Існують також інші пояснення цих розбіжностей у зв'язку PTP1B активності з дією інсуліну. Було поставлено під сумнів, чи вся PTP-активність, що вимірюється, пов’язана з PTP1B, чи інші PTP, які також можуть впливати на дію інсуліну [35], вимірюються в тому ж аналізі. Більше того, здається, є помітні специфічні для тканин відмінності в діяльності PTP1B.

PTP1B при цукровому діабеті та ожирінні людини

З моменту свого відкриття PTP1B асоціюється з інсулінорезистентністю до ожиріння та цукрового діабету 2 типу. Якщо втрата активності PTP1B посилює дію інсуліну і одночасно запобігає ожирінню та діабету, PTP1B буде ідеальною мішенню для розробки препарату проти цих розладів. Ці драматичні ефекти PTP1B були продемонстровані у нокаутованих мишей PTP1B [25, 27]. Однак висновки у людей набагато складніші, і стало очевидним, що існують відмінності в активності PTP1B між різними тканинами у людини. Ми коротко представимо тут дані про PTP1B при цукровому діабеті та ожирінні людини.

Метаболічні властивості скелетних м’язів можуть відігравати певну роль в етіології ожиріння та супутніх захворювань [36, 37]. Показано, що активність розчинної активності ПТП у скелетних м’язах вища у резистентних до інсуліну суб’єктів порівняно з тими, хто був чутливим до інсуліну і пригнічувався вливанням інсуліну [38]. Навпаки, активність PTP1B скелетних м’язів була знижена у пацієнтів з діабетом 2 типу, а втрата ваги пов’язана зі збільшенням активності PTP у дослідженні Кусарі та ін. [39]. Подібні висновки щодо діабету 2 типу повідомляли інші [40]. Дивно, але в дослідженні Ахмада та ін. активність і експресія скелетних м’язів PT1B у недиабетних осіб із ожирінням була збільшена, але знижена у хворих на цукровий діабет 2 типу [41]. Ці дані свідчать про те, що підвищений PTP1B може відігравати роль у патогенезі резистентності до інсуліну при ожирінні людини, тоді як інші фактори можуть брати участь у діабетичному стані.

PTP1B при раку

Проліферація клітин та передача сигналу частково регулюються взаємозв’язком активності між протеїнкіназами та білковими фосфатазами [48]. Останнє може мати вплив на канцерогенез. Як різні, так і знижені рівні PTP1B спостерігались у різних пухлин. Експресія РНК-месенджера PTP1B (мРНК) була суттєво пригнічена при ураженнях раку стравоходу порівняно з експресією в оточуючій нормальній слизовій оболонці [49]. Це підтверджує уявлення про те, що PTP1B може бути геном супресора пухлини, що відповідає його негативному впливу на ріст клітин [50]. Навпаки, повідомляється про підвищену експресію PTP1B у клітинах карциноми молочної залози людини [51, 52], а також у карциномах яєчників [53]. Крім того, надмірна експресія PTP1B характерна для багатьох типів епітеліальних карцином [54]. Яка точна роль PTP1B та інших PTP у пухлинному генезі наразі невідома.

Інгібітори PTP1B

Однією з проблем розвитку інгібіторів PTP1B є те, що інгібітори PTP1B, швидше за все, зв'язуються з іншими PTP. Включення негідролізованого фосфатного міметику призвело до розробки потужних та селективних інгібіторів PTP1B [63]. Однак, як пептидні фосфонати, вони виявилися не найкращими кандидатами на наркотики. Отже, протягом останніх років було зроблено кілька зусиль, розроблених на основі структурних інгібіторів [64-68]. Цікаво, що серія азолідиндіонів, нових агоністів PPAR-γ, була підготовлена як інгібітори PTP1B [69]. Вони повідомляють про нормалізацію рівня глюкози та інсуліну в плазмі крові на генетично діабетичних та/або ожиріних тваринних моделях діабету 2 типу. Підводячи підсумок, хоча PTP1B є дуже важливою метою для розробки лікарських засобів для лікування діабету, знайти препарат, який блокує PTP1B, але не інші PTP, непросто.

Генетика PTP1B

Ген PTP1B людини знаходиться в хромосомі 20q13.1. PTP1B кодується 10 екзонами та кодами exon 6 для активного сайту PTP1B [70]. Крім того, ген характеризується великим першим інтроном. Існує дві форми мРНК PTP1B, велика 4,7 кб транскрипт, включаючи інтрон 9, і менша 3,5 кб транскрипт з інтроном 9, сплайований. Показано, що збільшена кількість більшої форми позитивно корелює з відсотком жиру в організмі та інсуліном натще [71]. Тому мінливість у співвідношенні двох варіантів сплайсингу вважається потенційним біомаркером хронічної гіперінсулінемії у хворих на цукровий діабет.

Цікаво, що хромосомна область 20q13 була пов’язана з кількісними локусами ознак ожиріння та рівня інсуліну в сироватці натще [72], а також цукрового діабету 2 типу [73]. Це надихнуло на вивчення асоціацій. Нещодавно Ехвальд та ін. вивчали, чи пов'язана генетична мінливість у PTP1B із цукровим діабетом 2 типу [74]. Результати свідчать про те, що рідкісний варіант гена PTP1B P387L асоціюється з 3,7 відносним ризиком діабету 2 типу у датських кавказьких суб’єктів. Варіант мав також функціональні наслідки, що призвели до погіршення стану в пробірці серинове фосфорилювання пептиду PTP1B. Мок та ін. [75] виявив поліморфізм одного нуклеотиду в PTP1B, який був пов'язаний із захистом від діабету або порушенням толерантності до глюкози. У 3 ′ неперекладеній області гена PTP1B була виявлена варіація 1484insG [76], яка у двох різних популяціях асоціювалася з декількома особливостями резистентності до інсуліну. Суб'єкти з варіантом 1484insG також продемонстрували надмірну експресію мРНК PTP1B у скелетних м'язах. Отже, особи, які носять варіант 1484insG, можуть отримати особливу користь від інгібіторів PTP1B. Підводячи підсумок, ці генетичні дослідження підтверджують думку, що PTP1B відіграє певну роль в резистентності до інсуліну.

Висновки

В пробірці Дослідження та нокаутовані моделі мишей чітко демонструють, що PTP1B є негативним регулятором сигналізації інсуліну, хоча дослідження на тваринах та людях дали суперечливі результати. Крім того, кілька досліджень підтверджують думку, що передача сигналів про інсулін може посилюватися за рахунок інгібування PTP1B. Недавні генетичні дослідження також продемонстрували зв'язок між PTP1B та резистентністю до інсуліну. Отже, інгібування PTP1B забезпечує привабливу терапію проти діабету 2 типу та ожиріння. Однак розробка потужного та селективного інгібітора PTP1B є непростим завданням, хоча вже є декілька перспективних кандидатів, які потрібно протестувати. Знання про роль PTP1B у регулюванні передачі сигналів про інсулін та інших захворюваннях у людини все ще залишаються досить обмеженими. Потрібні подальші дослідження на більшій кількості людей. Крім того, надзвичайно бажаною була б більша специфічність аналізів вимірювання PTP1B. Сподіваємось, наше розуміння сигналізації про інсулін та ролі PTP1B у ньому може призвести до нового терапевтичного інструменту для профілактики та лікування діабету 2 типу та ожиріння.