Diabetes intensiivisen tutkimuksen kohteena, osa 2

Biomarkkerit diabetestutkimuksessa: Glukagoni, C-peptidi ja suolistosta erittyvät inkretiinit

Diabetestutkijat mittaavat insuliinin ja GAD vasta-aineiden lisäksi myös monia muita sokeriaineenvaihduntaan vaikuttavia tekijöitä kuten proinsuliinia, glukagonia ja C-peptidiä sekä suolistosta erittyviä inkretiinejä. Perustutkimus auttaa selvittämään näiden tekijöiden fysiologisen merkityksen aineenvaihdunnan säätelyssä. Nähtävissä on myös miten intensiivinen tutkimus auttaa uusien hoitomuotojen ja lääkkeiden kehityksessä. Tässä osassa käsittelen: Miten yleisesti mitatut biomarkkerit liittyvät sokeriaineenvaihduntaan, miksi näitä mitataan ja mitkä asiat vaikuttavat tuloksiin.

Insuliini ja C-peptidi

Langerhansin saarekkeen beta-solut tuottavat preproinsuliinia verensokerin nousun stimuloimana. Preproinsuliiini katkaistaan proinsuliiniksi endoplasmisessa retikulumissa ja proinsuliini prosessoidaan edelleen insuliiniksi ja C-Peptidiksi, jotka eritetään soluista. Insuliini alentaa glukoosin määrää verenkierrossa ja sillä onkin keskeinen osuus sokeri-, rasva- ja proteiiniaineenvaihdunnan säätelyssä. Insuliini on yksi elimistön pienemmistä proteiineista (vain 51 aa) ja sen aminohappojärjestys on hyvin samankaltainen eri eläinlajeilla. Aiemmin diabeteksen hoidossa käytettiinkin jopa sian insuliinia. Insuliinien samankaltaisuuden vuoksi lajispesifisten testien kehittelyssä on ollut haasteita, sillä useimmat vasta-aineet eivät erottele eri eläinlajien insuliineja toisistaan.

Insuliinia ja C-peptidiä eritetään samanaikaisesti yhtä paljon, jolloin C-peptidin määrä kuvaa hyvin myös insuliinin tuotantoa. C-peptidin aminohappojärjestys eroaa eri lajeilla huomattavasti enemmän kuin insuliinin, joten esim. Xenotransplantaatio- tutkimuksissa voidaan insuliinin sijaan mitata C-peptiditasoja. C-peptidin hajoaminen maksassa on myös vähäisempää kuin insuliinin, joten C-peptidin määritys antaa paremman kuvan haiman insuliinin tuotannosta.

Glukagoni

Insuliinin vastavaikuttajana toimii hormoni glukagoni, jota haiman alfasolut erittävät matalan verensokerin seurauksena. Glukoositason säätelyn lisäksi glukagonilla on lukuisia muita vaikutuksia mm. rasva-aineenvaihduntaan, energiankulutukseen ja kylläisyyden tunteeseen. Glukagoni nostaa veren glukoosipitoisuutta, joten sitä käytetään ensiapuna hypoglykemiaan. Diabetespotilailla glukagonin tasot ovat kohonneet, joten glukagonitasoa laskevat tai sen vaikutusta vähentävät molekyylit ovat olleet keskeisenä lääkekehityksen kohteena.

Kuva 1. Proglukagonigeeni sisältää glukagonin lisäksi sekvenssit myös mm. GLP-1:lle, GLP-2:lle, oxyntomodulinille, glicentinille ja major proglucagon fragmentille (MPGF).

Inkretiinit

Inkretiinit eli suolistosta erittyvät verensokereihin vaikuttavat hormonit löydettiin jo 1920 luvulla. Tärkeimmiksi inkretiineiksi osoittautuivat GIP (gastric inhibitory polypeptide) ja GLP-1 (glucagon like peptide 1).

Suoliston L-solujen erittämä GLP-1 laskee glukagonitasoa ja vähentää siten glukoosituottoa maksassa. GLP-1 myös hidastaa mahan tyhjentymistä, lisää kylläisyydentunnetta ja auttaa kontrolloimaan syödyn ruuan määrää. Fysiologisesti glukagonilla ja GLP-1:llä on siis vastakkaisia vaikutuksia plasman glukoosiin. Glukagoni suurentaa plasman glukoosipitoisuutta, kun taas GLP-1 pienentää sitä stimuloimalla insuliinineritystä glukoosista riippuvalla tavalla.

GIP on ohutsuolen K-solujen erittämä inkretiinihormoni, joka GLP-1:n lailla lisää insuliinineritystä glukoosista riippuvaisesti. GIP kuitenkin nostaa glukagonitasoja ja vaikuttaa kylläisyyteen toisin kuin GLP-1, vähentäen suolen liikkuvuutta ja mahan tyhjentymistä vain hieman.

Kuva 2. GIP ja GLP-1 suolistohormonien toiminta

Glicentin

Suoliston L-solut tuottavat myös glicentinia ja sillä on inkretiinien kaltaisia vaikutuksia verensokeriin. Glicentinin toimintaa ei tunneta vielä kovin hyvin ja sille on vasta viime vuosina saatu riittävän spesifisiä kaupallisia mittausmenetelmiä.

Biomarkkereiden mittaamisessa on tärkeää tietää tarkalleen, mitä testi tunnistaa

Useat sokeriaineenvaihduntaan vaikuttavat markkerit ovat peräisin samasta proglukaanigeenistä ja rakenteeltaan samankaltaisia, minkä takia spesifisten testien kehittäminen on ollut haasteellista (kuva 1.).

Mittaatko varmasti glukagonia?

Glukagonin koko aminohapposekvenssi sisältyy myös oxyntomoduliiniin ja glicentiiniin, joten vasta-aineiden valinta on tärkeää (kuva 3). Glukagonitasot terveillä henkilöillä ovat matalia ja testiltä vaaditaan hyvää herkkyyttä. Glukagoni-testin ei tulisi tunnistaa varsinkaan glicentinia, jonka määrä verenkierrossa on paljon glukagonia suurempi. Mitattaessa aktiivista glukagonia (aa 1-29) testi ei saisi tunnistaa muita metaboliitteja. Esimerkiksi glukagoni(3-29) tavallisesti on päämetaboliitti kliinisissä näytteissä, johtuen proteaasien toiminnasta säilytyksen aikana. Lisätietoa glukagonitestin valinnasta löydät täältä.

Kuva 3. Testeihin valitaan vasta-aineet sen mukaan, mitä halutaan spesifisesti mitata.

Mitä GLP-1-muotoa mittaat?

GLP-1 tutkimus on lisääntynyt ja sen merkitys diabeteksen hoidossa on viime vuosina kasvanut. Tulosten tarkkuuden ja luotettavuuden varmistamiseksi onkin ensiarvoisen tärkeää tiedostaa mitä GLP-1-muotoa mitataan. GLP-1 (1-37) prosessoidaan aktiiviseksi GLP-1 (7-37), josta muodostuu isoformi GLP-1(7-36)amidi poistamalla glysiini ja liittämällä siihen amidiryhmä. Elimistössä yleisempänä esiintyvä amidimuoto on herkempi stimulaatiolle, joten sen mittaaminen on suositeltavaa.

Aktiivisen GLP-1 erityksen yhteydessä tuotetaan myös proteiinia hajottavaa dipeptidyyli peptidaasi IV (DPP-IV) entsyymiä. DPP-IV katkaisee aktiivisen GLP-1:n metaboliiteiksi (kuva 4). Kattavampi kuva GLP-1 erityksestä saadaankin mittaamalla GLP-1 kokonaismäärä (sekä GLP-1 (7-36) amidi, että metaboliitti (9-36) amidi). Spesifisiä GLP-1(7-36) amidi mittauksia taas hyödynnetään esim. DPP-IV entsyymin inhibiitiotutkimuksissa.

Kuva 4. Aktiivisen GLP-1:n puoliintumisaika verenkierrossa on hyvin lyhyt, vain 1-2 minuuttia.

Mittauksen haasteena on myös GLP-1:n erottaminen hyvin samankaltaisesta MGPFstä (major proglucagon fragment). Molemmat proteiinit muodostuvat proglukagonista, GLP-1 suolistossa ja MGPF haimassa (ks. kuva 1). Käytettäessä C-terminaalista vasta-ainetta amidimuodon mittaaminen vähentää myös ristireagointia MPGF:n kanssa (kuva 5).

GLP-1 toimintaan ja sen säätelyyn voit tutustua Jens Juul Holsin webinaarissa. (Dr. Jens Juul Holst: GLP-1 Secretion in Humans: Recent Advances: During this webinar, one of the foremost experts on GLP-1 focuses on how the secretion of this gut hormone is regulated, including well-established and novel pathways)

Kuva 5. GLP-1 amidin spesifinen mittaus kahden vasta-aineen avulla (Important aspects to consider when measuring GLP-1)

Entäs GIP hormoni?

DPP-IV entsyymi katkaisee myös GIP hormonin aktiivisen GIP(1-42) muodon GIP(3-42) metaboliitiksi, joka on verenkierrossa yleisemmin tavattu muoto. Aktiivisen muodon nopea hajotus ei haittaa mittausta, jos testi tunnistaa molemmat muodot eli mitataan GIP kokonaismäärää. Tällöin näytteeseen ei myöskään tarvitse lisätä stabilointiaineita metaboloitumisen estämiseksi.

Perustutkimuksesta diabeteksen hoitoon ja ennaltaehkäisyyn

Diabetekselta suojaavien biologisten mekanismien tutkiminen on osoittautunut hyvin hyödylliseksi. Glukagonin ja inkretiinien tutkiminen on johtanut jo useiden uusien lääkkeiden kehittymiseen. Intekriineihin vaikuttaviin lääkkeisiin voit tutustua tarkemmin Jorma Lahtelan artikkelissa ja Timo Müllerin (Institute for Diabetes and Obesity, Helmholtz Center Munich) webinaarissa Novel Polypharmacological Treatment Options for Obesity and Diabetes.

Uusimpana hyvänä esimerkkinä mekanismien ymmärtämisen tärkeydestä on Nature Geneticsissä juuri julkaistu tutkimus suomalaisperheistä löytyneestä harvinaisesta sinkin kuljetukseen liittyvästä mutaatiosta, joka tehostaa insuliinin eritystä haimasta. Tämän tyyppiset löydökset voivat avata aivan uudenlaisia näkökulmia diabeteksen ennaltaehkäisyyn ja hoitoon tähtäävien lääkkeiden kehittämiseksi.

On ollut mielenkiintoista uppoutua selvittämään mekanismien ja eri biomarkkereiden merkitystä diabetestutkimuksessa. Ensimmäisessä blogikirjoituksessani käsittelin uutta diabeteksen luokittelua ja tässä osassa syvennyin tarkemmin sokeriaineenvaihdunnan tutkimuksissa käytettäviin eri biomarkkereihin. Tässä on käsitelty vain pieni siivu :). Otathan yhteyttä, jos haluat jutella aiheesta lisää!

Blogi – osa 1

Ota yhteyttä