Glucagon-like peptide 1-baseret behandling af type 2-diabetes mellitus

Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) udskilles fra tyndtarmen efter fødeindtag. Hormonet har en kraftig insulinotrop effekt og en trofisk virkning på betaceller og søges derfor anvendt til behandling af type 2-diabetes. GLP-1-analogen exenatid, er nu godkendt i USA som add on- terapi. En alternativ strategi er at øge den endogene GLP-1-koncentration ved hjælp af inhibitorer af enzymet dipeptidylpeptidase-IV, der nedbryder GLP-1. Ved GLP-1-baseret behandling opnås en tilsyneladende vedvarende reduktion af glykeret hæmoglobin på ca. et procentpoint, og de få og milde bivirkninger samt den minimale risiko for hypoglykæmi er unikke fordele.

Nuværende behandlinger mod type 2-diabetes mellitus (T2DM) er utilstrækkelige og forårsager som oftest vægtstigning. Nye lovende behandlingsmodaliteter er under udvikling. I denne artikel er der foretaget en gennemgang af litteraturen om behandling af T2DM baseret på peptidhormonet glucagon-like peptide-1 (GLP-1). Sådanne behandlinger vil formentlig være på markedet i Danmark inden for det næste års tid. Der er foretaget en litteratursøgning via PubMed med søgeordene: type 2 diabetes, glucagon-like peptide-1, incretin hormones, dipeptidyl peptidase IV, treatment, GLP-1 analogues og dipeptidyl peptidase IV inhibitors. Der er lagt vægt på artikler omhandlende kliniske, randomiserede, placebokontrollerede studier, men også dyrestudier belyser området. Engelsksproget litteratur er foretrukket, og artikler med oplagte metodiske fejl (f.eks. type 2-fejl) er frasorteret.

Glucagon-like peptide-1

Inkretinhormonet GLP-1 er et peptidhormon, der dannes ved ekspression af glukagongenet i tyndtarmens endokrine L-celler [1]. Både i pankreatiske alfaceller og i L-celler resulterer ekspressionen i dannelsen af proglukagon, men den efterfølgende processering resulterer i dannelsen af glukagon i alfacellerne og GLP-1 i L-cellerne [2]. Sekretionen af GLP-1, som er et af de mest potente insulinotrope stoffer, man har kendskab til, stimuleres af næringsstoffer i tyndtarmen. Forsøg med GLP-1-receptorantagonister tyder på, at GLP-1 er essentielt for opretholdelsen af en normal glukosetolerans [3].

Virkninger i de langerhanske øer

GLP-1's glukoseafhængige insulinotropi effektueres efter binding af GLP-1 til en specifik receptor i betacellens cellemembran. Efter ligandreceptorinteraktion aktiveres intracellulær adenylylcyclase, og herpå følger aktivering af proteinkinase A, øget influks af calcium til cytoplasma og eksocytose af insulinholdige granulae [4]. Ud over den akutte effekt på insulinsekretionen stimulerer GLP-1 alle trin i insulinbiosyntesen. Endvidere opregulerer GLP-1 transkriptionen af gener med betydning for insulinsekretionsapparatet [5]. I dyreforsøg er det vist, at GLP-1 øger betacellemassen via betacelleproliferation og -neogenese fra duktale epitelceller [6] og via hæmning af betacelleapoptose [7]. Betacellemassen opretholdes under normale omstændigheder i en balance mellem apoptose og proliferation [8], hvorfor dette er af interesse i situationer, hvor betacellemassen er kompromitteret.

GLP-1 har en hæmmende effekt på de glukagonproducerende alfacellers sekretion, hvilket resulterer i nedsat hepatisk glukoseproduktion [9]. Vigtigheden af denne virkning illustreres bedst ved studier af patienter med insulinkrævende type 1-diabetets mellitus uden residual betacellekapacitet [10]. Hos disse patienter hæmmer GLP-1 glukagonsekretionen, hvilket resulterer i en glukosesænkende effekt på trods af manglende insulinsekretion. GLP-1-induceret glukagonhæmning er glukoseafhængig og bortfalder fuldstændig under hypoglykæmi.

Virkning på appetit og fødeindtag

GLP-1 virker hæmmende på gastrointestinal sekretion og motilitet, specielt ventrikeltømning [11], hvilket i antidiabetisk behandling er ønskværdigt for at undgå store postprandiale glukoseekskursioner. GLP-1 nedsætter appetit og fødeindtag [12] formentlig som en konsekvens af ovennævnte og aktivering af cerebrale GLP-1-receptorer.

Øvrige virkninger

GLP-1-receptor-knock-out-mus udviser nedsat kontraktilitet af venstre ventrikel, nedsat diastolisk hjertefunktion og nedsat kardialt respons på eksogent adrenalin [13]. Studier af rotter har vist, at GLP-1 beskytter iskæmisk og reperfunderet myokardium uafhængigt af insulinmedierede mekanismer [14]. Endvidere har Nikolaidis et al påvist, at patienter, der på trods af angioplastikbehandling efter akut myokardieinfarkt (AMI) fortsat har dårlig funktion af venstre ventrikel, forbedrer deres uddrivningsfraktion med ti procentpoint i forbindelse med GLP-1-behandling [15]. Endvidere fremmer GLP-1 funktionen af venstre ventrikel hos hunde med dilateret kardiomyopati [16]. Disse studier kan være med til at bane vejen for GLP-1 som adjuverende terapi til patienter med inkompenseret hjertesygdom.

Det har også vist sig, at GLP-1 dels forbedrer den endoteliale dysfunktion hos patienter med T2DM og koronar hjertesygdom [17], og dels ophæver den normale postprandiale stigning i triglycerid, samtidig med at det reducerer koncentrationen af frie fede syrer [18].

Intracerebroventrikulær administration af GLP-1 hos rotter har vist sig at være associeret med forbedret indlæring og hukommelse samt at have neuroprotektive effekter, og GLP-1 er blevet foreslået som nyt terapeutikum til visse neurodegenerative sygdomme [19].

Glucagon-like peptide-1 i diabetesbehandlingen

Set i lyset af ovenstående er det klart, at GLP-1 er en kandidat til behandling af diabetes. Det har dog vist sig, at subkutan (SC) eller intravenøs (i.v.) administration af GLP-1 til patienter med T2DM kun medfører en moderat sænkning af blodsukkeret og en kortvarig stimulation af insulinsekretionen [20]. Årsagen til denne beskedne effekt skal findes i den naturlige metabolisme af GLP-1. GLP-1 nedbrydes ekstremt hurtigt af enzymet dipeptidylpeptidase-IV (DPP-IV), som spalter de to N-terminale aminosyrer af peptidet, hvorved molekylet inaktiveres [21]. Halveringstiden for GLP-1 administreret i.v. er ca. 1,5 minutter og plasma-clearance for det aktive hormon overstiger cardiac output [22].

For at udnytte GLP-1's virkninger i antidiabetisk øjemed er der udviklet flere strategier, der tager højde for den hurtige metabolisme. Zander et al påviste i 2002 for første gang langtidseffekterne af GLP-1-behandling af patienter med T2DM [23] ved at udstyre overvægtige patienter i dårlig metabolisk kontrol med insulinpumper, der i en sek sugersperiode kontinuerligt afgav GLP-1 (eller saltvand) i subcutis. Der blev ikke observeret effekt på nogen parameter i saltvandsgruppen, men i GLP-1-gruppen faldt faste- og middelglukoseniveauer ca. 5 mM, hæmoglobin A1 c (HbA1 c) faldt 1,2 procentpoint, og patienterne tabte i vægt gennem alle seks uger (ca. 2 kg i alt). Herudover blev insulinsensitiviteten næsten fordoblet, og den maksimale insulinsekretoriske kapacitet blev signifikant forbedret. Den forbedrede insulinsensitivitet skyldes formentlig den generelt forbedrede glykæmiske kontrol (nedsat glukosetoksicitet) og/eller et GLP-1-induceret fald i frie fede syrer. Dog kan en direkte effekt af GLP-1 ikke udelukkes. Der var kun få bivirkninger og ingen forskel i disse mellem saltvandsgruppen og GLP-1-gruppen. Zander et al konkluderede, at GLP-1-baseret behandling af patienter med T2DM var et muligt og særdeles attraktivt alternativ til eksisterende antidiabetisk terapi.

Sidenhen er specielt to strategier blevet fulgt som alternativer til kontinuerlig infusion af humant GLP-1: udvikling af henholdsvis DPP-IV-resistente GLP-1-analoger og DPP-IV-inhibitorer. I det følgende vil den foreliggende viden om disse to behandlingsformer og fremtidige perspektiver blive gennemgået.

Dipeptidylpeptidase-IV-resistente glucagon-like peptide-1-analoger
Exendin-4

Stabile agonister til GLP-1-receptoren er nødvendige for at undgå DPP-IV-betinget nedbrydelse. I april 2005 blev analogen exenatid som den første GLP-1-analog godkendt af sundhedsmyndighederne i USA (FDA) som antidiabetisk terapeutikum (produceres af Amylin Pharmaceuticals og Eli Lilly & Company; handelsnavn: Byetta). Exenatid er en syntetisk udgave af peptidet exendin-4, som stammer fra spytkirtlerne på det giftige firben Gila Monster (Heloderma circumspectum ) (Figur 1 ). Der er 53% homologi mellem exendin-4 og GLP-1, men hos firbenene optræder exendin-4 ikke som et inkretinhormon. Derfor betegnes det som en GLP-1-receptoraktivator eller incretin mimetic. Exendin-4 har samme affinitet til GLP-1-receptoren som GLP-1 og aktiverer receptoren med samme effektivitet, men alligevel er exendin-4 meget mere potent end GLP-1. Årsagen til dette er den markant langsommere metabolisme af exendin-4. Exendin-4 er resistent over for DPP-IV og har en betydelig langsommere renal elimination (clearance = 1,8 ml × kg-1 × min-1∼ normal glomerulær filtrationsrate). SC administration af 10 μ g exenatid (rekommanderet dosis) eksponerer den menneskelige organisme i 6-7 timer [24], hvorfor peptidet gives to gange dagligt. Ud over den langsommere metabolisme er exendin-4 og GLP-1 virkningsmæssigt ens. I de tre store fase 3-studier, som dannede grundlag for registreringen hos FDA, blev exenatid givet i to forskellige doser (5 μ g og 10 μ g) i 30 uger som add on- terapi til næsten 1.500 patienter, der havde T2DM og ikke kunne opnå tilstrækkelig metabolisk kontrol med sulfonylurea [25], metformin [26] eller kombinationsbehandling med sulfonylurea og metformin [27]. Behandlingens bivirkninger var milde og oftest forbigående - hyppigst kvalme. Mild hypoglykæmi blev rapporteret fra ca. 30% af de patienter, som også blev behandlet med sulfonylurea. Patienterne i alle grupperne opnåede signifikant reducerede fasteblodsukkerniveauer og et fald i HbA1 c på ca. 0,8 procentpoint. Ca. 40% af patienterne opnåede HbA1 c-niveauer under 7% (behandlingsmål). Det skal nævnes, at der hos ca. 38% af patienterne udvikledes antistoffer mod exenatid med lav titer, og hos 6% udvikledes der antistoffer med høj titer. Den blodsukkersænkende virkning af exenatid var tilsyneladende mindre udtalt blandt de sidstnævnte. Som en meget opsigtsvækkende behandlingseffekt opnåede patienterne signifikante, dosisafhængige og progredierende vægttab: 1,6 kg (sulfonylurea og sulfonylurea + metformin) og 2,8 kg (metformin). Der foreligger nu data fra ikkeblindede fortsættelser af disse studier, hvor exenatidbehandlingen er givet i i alt 104 uger. I disse studier ses vedblivende behandlingseffekt på HbA1 c og et fortsat lineært vægttab (www.amylin.com). Ved 66th Scientific Session of the American Diabetes Associaton (juni 2006) blev en række studier vedrørende exenatid præsenteret: Exenatid og glitazoner kan sikkert og effektivt kombineres med HbA1 c-fald og vægttab til følge (Zinman et al ) ligesom exenatid sikkert og effektivt kan gives i stedet for eller i kombination med insulin til patienter med T2DM (Heine et al, Davis et al og Bhatia et al ). Endelig foreligger der nu lovende data om en langtidsvirkende formulering af exenatid (long-acting release formular (exenatide LAR)), som kun skal injiceres en gang ugentligt (Kim et al ). Exenatidbehandling ser ud til at være et effektivt supplement til patienter med T2DM, for hvem konventionel oral antidiabetisk terapi ikke resulterer i optimal metabolisk kontrol.

Albuminbundet glucagon-like peptide-1

En anden tilgang til at løse problemet med den kortvarige virkning af GLP-1 er at modificere GLP-1-molekylet, så det kan binde til albumin og derved opnå albumins fordelagtige farmakokinetik. Novo Nordisk har på basis af det naturlige humane GLP-1-molekyle udviklet liraglutid, en analog, hvortil der er koblet en C16-palmitoylkæde. Herved opnår molekylet affinitet for albumin og optræder derfor overvejende albuminbundet i cirkulationen. Det absorberes derfor også langsomt fra subcutis efter injektion, får en lang halveringstid (13 timer), undgår renal elimination og er DPP-IV-resistent. Liraglutid har vist sig at have en fordelagtig farmakokinetik, idet der efter kun en daglig injektion opnås et stabilt plasmaniveau med relativt små udsving i forbindelse med injektionerne. Herved undgås i høj grad bivirkninger, der er associeret med store udsving i plasmakoncentration, og man opnår samtidig en ret konstant eksponering over døgnets 24 timer, hvilket i overensstemmelse med Zander et al's studier [23] må anses for at give det optimale resultat. Samtidig er stoffet stort set identisk med det naturligt forekommende GLP-1 og er derfor tilsyneladende ikke immunogent. Endvidere ser liraglutide ud til at besidde alle GLP-1's kendte virkninger. Liraglutid har vist sig effektivt i fase 2-studier omfattende tre måneders behandling [28], hvor det dosisafhængigt reducerer fasteblodsukker og HbA1 c (med op til 0,75 procentpoint), resulterer i vægttab og kun har milde og forbigående bivirkninger. Nauck et al har behandlet dårligt regulerede patienter med T2DM (HbA1 c: 8-10%) over en femugersperiode med ugentlige optitreringer til maksimalt 2 mg en gang dagligt [29]. I dette studie reducerede behandling med liraglutid fasteblodsukker fra 13 mM til 9 mM og resulterede i signifikante vægttab (2,4%), mens gastrointestinale bivirkninger var milde og forbigående og kun ledte til seponering hos 4% af deltagerne. Resultaterne fra et større studie (165 patienter med T2DM) har netop været præsenteret ved 66th Scientific Session of the American Diabetes Associaton (juni 2006). Liraglutid givet SC en gang dagligt i 14 uger resulterede i fald i fasteplasmaglukose på op til 3,4 mM, i HbA1 c på 1,7 procentpoint og i kropsvægt på 1,2 kg sammenlignet med placebo (Vilsbøll et al ). Liraglutids styrker er således den attraktive farmakokinetik med stabile plasmaniveauer efter kun en daglig injektion og en fordelagtig bivirkningsprofil.

Stoffet albugon, udviklet af Human Genome Sciences, er en fusion af human albumin og en DPP-IV-resistent GLP-1-analog. Halveringstiden er ca. tre døgn hos aber. Stoffet har ikke alene antidiabetisk effekt i dyremodeller af T2DM, men aktiverer også de neurale mekanismer, som mindre molekyler (f.eks. GLP-1 og exendin-4) påvirker: gastrointestinal motilitet, appetit og fødeindtag [30].

Dipeptidylpeptidase-IV-inhibitorer

Behandling af diabetes med inhibitorer af DPP-IV blev for første gang foreslået af Deacon et al [31]. Flere forskellige DPP-IV-inhibitorer er ved at blive undersøgt i fase 3-studier. DPP-IV-inhibitorer er i stand til at forhindre den N-terminale spaltning af GLP-1 og øger derfor peptidets overlevelse og dermed dets insulinotropiske egenskaber [32]. I diabetiske dyremodeller har DPP-IV-inhibitorer vist sig at medføre forbedret glukosetolerans og udsætte tidspunktet for udvikling af hyperglykæmi [33]. Rotter og mus uden DPP-IV-aktivitet er fuldt levedygtige og har forbedret glukosemetabolisme sammenlignet med wild type-dyr [33].

Novartis har udviklet en langtidsvirkende DPP-IV-inhibitor, LAF237, der indtages oralt en gang dagligt. Data er nu publiceret fra et placebokontrolleret langtidsstudie, hvor 56 patienter med metforminbehandlet T2DM blev behandlet i 12 uger med LAF237 fulgt op af en 40-ugers forlængelsesarm [34]. Tolv ugers behandling med LAF237 medførte et fald i HbA1 c fra 7,7% til 7%, hvilket blev opretholdt i studiets forlængelsesarm. I modsætning hertil blev der i kontrolgruppen observeret en stigning i HbA1 c, således at forskellen mellem LAF237- og placebobehandlede patienter var 1,1 procentpoint. Herudover faldt den måltidsinducerede insulinsekretion gennem studiet for placebogruppen, mens der i behandlingsgruppen ikke blev observeret ændringer, desuagtet signifikant lavere postprandiale glukosekoncentrationer. Dette kunne tyde på, at LAF237 har en vis betacellebeskyttende effekt. Ingen tilfælde af hypoglykæmi blev rapporteret, og generelt var bivirkningerne milde. I modsætning til behandling med GLP-1-analoger blev der ikke observeret vægtændringer. Mari et al har påvist, at LAF237 øger insulinsekretionsraten ved 7 mM glukose og hæmmer glukagonsekretionen [35]. LAF237 bliver nu kaldt vildagliptin og vil blive søgt registreret under navnet Galvus. Ifølge www.novartis.com er resultater fra fase 3-studier undervejs og indsendelse af data med henblik på godkendelse hos FDA forventes i 2006.

Firmaet Merck & Co har udviklet en DPP-IV-inhibitor (MK-0431; sitagliptin), som der kun foreligger få data om. Herman et al [36] har rapporteret, at MK-0431 forårsager stigning i insulinkoncentrationer og fald i glukagon- og glukosekoncentrationer hos patienter med T2DM.

Ifølge www.merck.com viser resultater fra fase 3-studier, at de hyppigste bivirkninger er tilstoppet eller løbende næse, ondt i halsen, hovedpine, diare og ledsmerter. FDA har netop modtaget Merck & Co's New Drug Application (NDA) for sitagliptin (JANUVIA), som forventes færdigbehandlet i 2006. Ifølge de respektive hjemmesider er DPP-IV-inhibitorer under afprøvning af firmaerne GlaxoSmithKline (fase 2-3), Bristol-Meyer Squibb (fase 3) og Probiodrug (P93/01; fase 2). Det er rapporteret, at P93/01 er veltålt og medfører dosisrelaterede fald i postprandiale glukoseniveauer hos patienter med T2DM [37].

I in vitro-studier har man påvist en række potentielle DPP-IV-substrater bl.a. neuropeptider, chemokiner og cytokiner [38], men det er fortsat uvist, hvilke af disse der er fysiologiske substrater for DPP-IV, og om DPP-IV-nedbrydelse er et led i deres primære elimination eller funktion.

DPP-IV kan spille andre væsentlige roller i den menneskelige organisme. Enzymet findes på overfladen af T-celler (kaldes her CD26), hvor det muligvis spiller en rolle i aktivering og proliferation af T-celler [39]. Om den katalytiske aktivitet er nødvendig herfor, er usikkert. Til DPP-IV-relaterede enzymer hører DPP-8 og DPP-9. Selektiv hæmning af disse afficerede T-celle-aktivering in vitro og medførte alvorlige bivirkninger i prækliniske dyreeksperimenter [40]. Som tidligere nævnt er mus og rotter uden DPP-IV-aktivitet fuldt levedygtige og lider tilsyneladende ikke under DPP-IV-manglen.

Konklusion

Alt tyder på, at GLP-1-baseret behandling vil blive en realitet i den nærmeste fremtid. Det første stof er allerede på markedet i USA, og fase 3-studier for mindst to DPP-IV-inhibitorer er afsluttet og forventes offentliggjort med efterfølgende registrering i 2006.

Hvis DPP-IV-inhibitorer fortsat viser sig at have minimale bivirkninger, kunne man fristes til at foreslå, at de blev brugt i behandlingen af milde tilfælde af T2DM eller endog i forebyggende øjemed hos grupper af særligt disponerede personer. Deres evne til at øge niveauet af aktivt GLP-1 er begrænset sammenlignet med GLP-1-analogerne, hvorfor sidstnævnte kunne forestilles brugt i behandlingen af patienter med fremskreden T2DM. Behandling med DPP-IV-inhibitorer er vægtneutral, men behandling med GLP-1-analogerne ser ud til at resultere i betydelige vægttab. Den vigtigste parameter må dog siges at være stoffernes potentielle evne til at beskytte betacellerne, hvorved sygdommens progression kan brydes. De stabilt nedsatte HbA1 c-niveauer observeret hos patienter, der har været langtidsbehandlet med enten GLP-1-analoger eller DPP-IV-inhibitorer, modsat konventionelt behandlede placebokontrolpersoner med stigende HbA1 c-niveauer, tyder på, at sygdomsprogressionen kan brydes ved hjælp af GLP-1-baseret behandling.

Filip Krag Knop, Medicinsk Afdeling F's laboratorium, Gentofte Hospital, DK-2900 Hellerup. E-mail: filipknop@dadlnet.dk

Antaget: 8. september 2006

Interessekonflikter: Filip K. Knop har ingen interessekonflikter. Tina Vilsbøll er konsulent for Novo Nordisk og sidder i advisory board for MSD og Novartis.

Taksigelse: Vi takker professor, dr.med. Jens Juul Holst for konstruktiv kritisk gennemlæsning af manuskriptet.

1. Mojsov S, Hei