ヒト腸管L細胞のGLP-1分泌

ヒト十二指腸、空腸のL細胞はグルコースに反応しGLP-1を分泌する。大腸のL細胞はグルコースに反応しない。

SGLT2阻害薬、GLUT2 阻害薬ともにグルコース刺激GLP-1分泌を抑制する。

Voltage-gated Na+ channel blocker、L-type calcium channel blocker はグルコース刺激GLP-1分泌を抑制する・

Tolbutamide は、GLP-1分泌を刺激しない。KATPチャネルはグルコース刺激GLP-1分泌を駆動しない。

SucroseもGLP-1分泌を刺激するため、sweet taste receptor (STR) もGLP-1分泌に関与している。
STR阻害剤の存在下でグルコース刺激GLP-1分泌は保たれるため、グルコース刺激GLP-1分泌は、STR経路とは独立している。

Sun EW et al. Mechanisms Controlling Glucose-Induced GLP-1 Secretion in Human Small Intestine. Diabetes. 2017 Aug;66(8):2144-2149. 

腸内細菌の変化がGLP-1によるNO産生を抑制する

高脂肪食による腸内細菌の変化が、GLP-1によるNO産生を抑制しgut-brain axisを変化させる。
高脂肪食マウスの腸管ニューロンで、GLP-1受容体および、neuronal nitric oxide synthase (nNOS) のmRNA発現が低下する。

まとめ
高脂肪高炭水化物食で肥満となるが、高脂肪食単独のマウスの体重は、通常食マウスと同等であった。
高脂肪食のマウスでは、通常食に比べ、糖負荷試験で門脈中のGLP-1が増加するがインスリン分泌は低く、GLP-1抵抗性がみとめられた。
通常食では、GLP-1刺激によりthe nucleus of the tracts やthe dorsal vagal nucleus のcFos の発現が認められる。
高脂肪食ではGLP-1刺激によるcFos の増加が認められられなくなるなど、腸管神経系 (enteric nervous system) が変化している。

高脂肪食マウスの腸管ニューロンで、GLP-1受容体および、neuronal nitric synthase (nNOS) のmRNA発現が低下する。

高脂肪食後の腸内細菌の遺伝子解析では、核酸とアミノ酸代謝に関与する遺伝子が増加、Nitrate reduction (nitrate → ammonia) に関与する遺伝子が豊富となる。
高脂肪食による腸管細菌変化が、腸管ニューロンで GLP-1によるNO産生を抑制、求心性迷走神経活性を低下させる。

Grasset E, Puel A, Charpentier J, Collet X, Christensen JE, Tercé F, Burcelin R. A Specific Gut Microbiota Dysbiosis of Type 2 Diabetic Mice Induces GLP-1 Resistance through an Enteric NO-Dependent and Gut-Brain Axis Mechanism. Cell Metab. 2017 Jul 5;26(1):278.

Claus SP. Will Gut Microbiota Help Design the Next Generation of GLP-1-Based Therapies for Type 2 Diabetes? Cell Metab. 2017 Jul 5;26(1):6-7.

パラクラインで作用するGLP-1の重要性

全身にプレプログルカゴンが発現しないマウスを作成し、腸管あるいは膵島でプレプログルカゴンの発現を回復させ、GLP-1受容体拮抗薬 exendin-[9-39](Ex9)の作用を検討した。

膵島にプレプログルカゴンの発現を回復したマウスで、Ex9の静注、腹腔内投与が糖負荷試験の血糖を悪化させる。
腸管にプレプログルカゴンの発現を回復したマウスでは、Ex9はは血糖値に影響しない。

膵島で プレプログルカゴン遺伝子から生じるGLP-1が、パラクラインによりβ細胞に作用し血糖値制御に重要な役割をはたしている。

Chambers AP et al. The Role of Pancreatic Preproglucagon in Glucose Homeostasis in Mice. Cell Metab. 2017 Apr 4;25(4):927-934.

視床下部のGLP-1受容体をノックダウンしたマウスでもGLP-1受容体作動薬は食欲を抑制し体重を減少させる。

視床下部のGLP-1受容体をノックダウンしたマウスで、コントロールと同様に、Exendin-4、リラグルチドの末梢投与による食欲抑制効果およびリラグルチド14日投与による体重減少作用を認めた。

高脂肪食では、リラグルチドによる体重減少効果は抑制される。
今回のCreシステムで検証したニューロンとは別の視床下部ニューロンを介して、GLP-1授与作動薬が食欲を抑制している可能性もある。

Burmeister MA et al. The Hypothalamic Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1) Receptor (GLP-1R) is Sufficient but Not Necessary for the Regulation of Energy Balance and Glucose Homeostasis in Mice. Diabetes. 2017 Feb;66(2):372-384

GLP-1は腺房細胞を増殖させる

GLP-1受容体は腺房細胞 (Acinar cell )に発現している。
GLP-1の4-7日間処置で、腺房細胞が増殖し、アミラーゼ、リパーゼの分泌量が増加する。‪1時‬間程度の暴露では影響しない。 ‬
GLP-1はc-Src を介してEFGRを活性化し腺房細胞を増殖させる。
GLP-1作動薬で報告されているアミラーゼ、リパーゼの上昇は膵炎 (subclinical pancreatitis) ではなく、腺房細胞の増殖の結果と考えられる。

1. Wewer Albrechtsen NJ et al. Glucagon-like Peptide 1 Receptor Signaling in Acinar Cells Causes Growth-Dependent Release of Pancreatic Enzymes Cell Rep. 2016 Dec 13;17(11):2845-2856
GLP-1、c-Src、EGFRのわかりやすい図があります。

2. Buteau J, Foisy S, Joly E, Prentki M. Glucagon-like peptide 1 induces pancreatic beta-cell proliferation via transactivation of the epidermal growth factor receptor. Diabetes. 2003 Jan;52(1):124-32.
GLP-1はc-Src /EFGRを介してβ細胞を増殖させる。

GLP-1(9-36)の生物学的特徴

 GLP-1(9-36) は、GLP-1の主要な代謝産物で、intact bioactive GLP-1よりも血中濃度が高く、現在知られているGLP-1受容体 (canonical GLP-1 receptor) とは親和性が低い。

GLP-1(9-36) は、グルコースによるインスリン分泌増強を起こさないが、インスリン非依存性グルコースクリアランスに関与する。食後血糖をインスリン分泌や gastric emptying と関係なく低下させる。血糖低下作用は、intact GLP-1(7-36)に比べ小さい。

GLP-1 (9 –36) の心保護作用はGLP-1受容体欠損マウスでも認められる。

GLP-1 (9 –36)、GLP-1 (28 –36) はミトコンドリアに存在し、肝糖産生を低下させる。

GLP-1(7-37)、 GLP-1(9-37) 、GLP-1(28-37) は動脈硬化モデルマウスで、プラークへのマクロファージの浸潤を抑制し、プラークを安定化させる。

GLP-1 (9 –36) は心筋梗塞後にマクロファージの浸潤を抑制し、拡張期機能不全を改善させる。

GLP-1(7-36) は、心筋虚血時に心拍出量を増加させるが、GLP-1 (9 –36) は増加させない。

Ussher JR, Drucker DJ. Cardiovascular Biology of the Incretin System. Endocr Rev. 2012 Apr;33(2):187-215.

Drucker DJ. The Cardiovascular Biology of Glucagon-like Peptide-1 Cell Metab. 2016 Jun 22. pii: S1550-4131(16)30295-9.

Deacon CF, Plamboeck A, Møller S, Holst JJ. GLP- 1-(9 –36) amide reduces blood glucose in anesthetized pigs by a mechanism that does not involve insulin secretion. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2002 Apr;282(4):E873-9.

Meier JJ, Gethmann A, Nauck MA, Götze O, Schmitz F, Deacon CF, Gallwitz B, Schmidt WE, Holst JJ. The glucagon-like peptide 1 metabolite GLP-1 (9 –36)amide reduces postprandial glycemia independently of gastric emptying and insulin secretion in humans. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2006 Jun;290(6):E1118-23.

Ban K, Kim KH, Cho CK, Sauvé M, Diamandis EP, Backx PH, Drucker DJ, Husain M. Glucagon-like peptide (GLP)-1(9-36)amide-mediated cytoprotection is blocked by exendin(9-39) yet does not require the known GLP-1 receptor. Endocrinology. 2010 Apr;151(4):1520-31.

Burgmaier, M et al. Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) and its split products GLP-1(9-37) and GLP-1(28-37) stabilize atherosclerotic lesions in apoe (-/-) mice. Atherosclerosis 2013 231, 427–435.

Robinson E et al. Metabolically-inactive glucagon-like peptide-1(9-36)amide confers selective protective actions against post-myocardial infarction remodeling. Cardiovasc Diabetol. 2016 Apr 14;15:65. doi: 10.1186/s12933-016-0386-5.

Goodwill AG, Tune JD, Noblet JN, Conteh AM, Sassoon D, Casalini ED, Mather KJ. Glucagon-like peptide-1 (7-36) but not (9-36) augments cardiac output during myocardial ischemia via a Frank-Starling mechanism. Basic Res Cardiol. 2014;109(5):426.

GLP-1とリンパ球、腸管上皮生育

GLP-1とサイトカイン
IL-6、グラム陰性菌の細胞壁であるLipopolysaccharide によりGLP-分泌が促進される。1, 2, 3)

エクゼナチドの脳内への注入は、視床下部のIL-6、IL-1β、後脳 (hindbrain) のIL-6を増加させる。
IL-6、IL-1β受容体発現のないマウスでは、エクゼナチドによる食欲抑制が認められない。 GLP-1による中枢性食欲抑制の一部は、IL-6 、IL-1βを介している。4)

GLP-1は腸管リンパ球を制御している。
GLP-1受容体は腸管上皮リンパ球に発現している。
エクゼナチドは、腸管上皮リンパ球の cAMP濃度を容量依存性に増加させ、炎症性サイトカイン (IL-2、IL-17a、 interferon γ、tumor necrosis factor-α) の発現を抑制する。脾臓では炎症性サイトカインを抑制しない。forskolin はGLP-1受容体のないマウスでも炎症性サイトカインを抑制する。
GLP-1受容体欠損マウスで薬剤誘発腸炎による腸管粘膜修復が低下する。
GLP-1受容体欠損マウスで、腸管上皮修復に関わる遺伝子発現が低下している。

GLP-1受容体の活性化はFGF7依存性に腸管生育に作用する。
GLP-1、GLP-2は、絨毛の長さを伸ばすのではなく、crypt number を増加させ、腸管生育を促進する。
FgF7-/-マウスではエクゼナチドによる腸管生育が見られないが、GLP-2、EGFによる腸管生育は認められる。
ApcMin/+ マウスで、exendin-4 は、ポリープの数と大きさを増加させる。GLP-1受容体シグナルのない ApcMin/+ マウスでは、ポリープ数が減少する。
GLP-1受容体作動薬は、crypt の細胞増殖を促進するのではなく、crypt fission を増加させ、腸管上皮を増量する。
肥満手術 (bariatric surgery)ではGLP−1分泌が増加する。肥満手術 を受けた患者で大腸がん発症が増加するかフォローしていく必要がある。7)

1. Nguyen AT, Mandard S, Dray C, et al. Lipopolysaccharides-mediated increase in glucose-stimulated insulin secretion: involvement of the GLP-1 pathway. Diabetes 2014;63:471–482

2. Kahles F, Meyer C, Möllmann J, et al. GLP-1 secretion is increased by inflammatory stimuli in an IL-6-dependent manner, leading to hyperinsulinemia and blood glucose lowering. Diabetes 2014;63:3221–3229

3. Ellingsgaard H, Hauselmann I, Schuler B, et al. Interleukin-6 enhances insulin secretion by increasing glucagon-like peptide-1 secretion from L cells and alpha cells. Nat Med 2011;17:1481–1489

4. Shirazi R, Palsdottir V, Collander J, et al Glucagon-like peptide 1 receptor induced suppression of food intake, and body weight is mediated by central IL-1 and IL-6. Proc Natl Acad Sci U S A 2013;110:16199–16204pmid:24048027

5. Yunta B et al. GLP-1R Agonists Modulate Enteric Immune Responses Through the Intestinal Intraepithelial Lymphocyte GLP-1R. Diabetes. 2015 Jul;64(7):2537-49.

6. Rosario W, D'Alessio D. An Innate Disposition for a Healthier Gut: GLP-1R Signaling in Intestinal Epithelial Lymphocytes. Diabetes. 2015 Jul;64(7):2329-31.

7. Koehler JA, et al. GLP-1R agonists promote normal and neoplastic intestinal growth through mechanisms requiring Fgf7. Cell Metab. 2015 Mar 3;21(3):379-91.

胆汁酸は、G-protein coupled bile acid receptor (GPBAR1,TGR5) を介して、GLP-1分泌を促進する。

胆汁酸は、G-protein coupled bile acid receptor (GPBAR1,TGR5) を介して、GLP-1分泌を促進する。
chamber method による検討の結果から、管腔側 (luminal) ではなく基底外側部 (basolateral) の受容体が主要な役割を果たしている。

Brighton CA, Rievaj J, Kuhre RE, Glass LL, Schoonjans K, Holst JJ, Gribble FM, Reimann F. Bile acids trigger GLP-1 release predominantly by accessing basolaterally-located G-protein coupled bile acid receptors. Endocrinology. 2015 Aug 17:en20151321. [Epub ahead of print]

乳酸菌の摂取はGLP-1分泌を増加させる

耐糖能正常者21人、乳酸菌 (Lactobacillus reuteri) 1010個を1日2回、4週間摂取後の糖負荷試験では、
GLP-1、GLP-2、インスリン、Cペプチド分泌が増加する。
腸内細菌を豊富にすることで、インクレチン分泌の増加を介して、インスリン分泌が増加した。

マウスでは乳酸菌摂取がインスリン抵抗性を改善させたが、今回の結果では、インスリン感受性は変わっていない。

Simon MC et al. Intake of Lactobacillus reuteri Improves Incretin and Insulin Secretion in Glucose Tolerant Humans: A Proof of Concept. Diabetes Care. 2015 Jun 17. pii: dc142690. [Epub ahead of print]

グレリンはGL-1分泌のプライミング効果を示す。

グレリンは食事の前(空腹時)に血中濃度が増加している。
 
マウスで、糖負荷試験の15分前に、グレリンを腹腔内投与すると、グルコース刺激GLP-1分泌が増強する。
 
グレリン受容体拮抗薬 GHRP6投与は、OGTTのインスリン値とGLP-1値を低下させる。
グレリンは、L細胞でGLP−1分泌のプライミング効果を示す。
 
ヒトとマウスL細胞株には、グレリン受容体が発現している。
グレリンは、Mitogen-Activated protein kinase (MAPK)を介し、L細胞に直接作用する。
 
1. DeMarco VG, Sowers JR. Ghrelin: a new incretin enhancer therapy?  Diabetes. 2015 May;64(5):1500-2. doi: 10.2337/db14-1871.
2. Gagnon J et al. Ghrelin is a Novel Regulator of Glucagon-like Peptide-1 Secretion Diabetes May 2015 vol. 64 no. 5 1513-1521 

続きを読む

プロフィール

N. Ishizuka

Author:N. Ishizuka
糖尿病専門医です。インスリン分泌の基礎研究を経て臨床に戻りました。これまで読んだ論文を臨床に生かしていこうと思い、ブログ形式でまとめています。

最新記事
カテゴリ
アクセスランキング
[ジャンルランキング]
学問・文化・芸術
57位
アクセスランキングを見る>>

[サブジャンルランキング]
自然科学
10位
アクセスランキングを見る>>
検索フォーム