Pregledni ślanki - Review Articles Farmakolořki pristopi pri zdravljenju debelosti I Pharmacological approaches for the treatment of obesity I Mojca Lunder Povzetek: Debelost je vedno bolj razřirjen in resen zdravstveni problem. Zaradi kroniśno pozitivne energijske bilance pride do kopiśenja odveśnega mařśobnega tkiva in zveśanja telesne mase. Śeprav će dolgo poznamo nevarne posledice debelosti, je řele v zadnjem śasu naraslo zanimanje za zdravljenje le-te kot osnovnega vzroka. V regulacijo telesne mase so vpleteni tako centralni kot periferni mehanizmi Farmacevtske uśinkovine lahko tako delujejo na razliśnih nivojih: ojaśajo periferne aferentne signale, vplivajo na centralne mehanizme, vpletene v regulacijo vnosa hrane in porabo energije, ter neposredno poveśajo porabo energije in oksidacijo mařśob. Ślanek obravnava potencialne tarśe za zdravljenje debelosti v centralnem ćivśevju, preko katerih bi z zmanjřanjem apetita zmanjřali vnos hrane. Kljuśne besede: debelost, farmakoterapija, ciljne molekule Abstract: Obesity is a common, serious and growing health problem. It is a condition associated with the accumulation of excessive body fat resulting from chronic imbalance of energy whereby the intake of energy exceeds the expenditure. Although it has long been associated with serious health issues, it has only recently been regarded as a disease in the sense of being a specific target for pharmacological therapy. Body weight is regulated by both central and peripheral mechanisms. Pharmaceutical agents may intervene at different levels i.e. reinforce the afferent signals from the periphery, target central pathways involved in regulation of food intake and energy expenditure, and increase peripheral energy expenditure and fat oxidation directly. This review focuses on potential targets for the treatment of obesity in central nervous system, which control appetite and food intake. Keywords: obesity, pharmacotherapy, drug targets 1 Uvod Kompleksni biokemijski procesi, povezani z regulacijo telesne mase in razvojem debelosti, nudijo obilo moćnosti pri iskanju tarśnih mest in farmakolořkih pristopov. V prvem delu se bomo najprej dotaknili vprařanj, ali je debelost dejansko bolezen, kakřne so trenutne moćnosti za terapijo in katere poti so primerne za farmakolořko intervencijo. Prikazali bomo naśine zmanjřanja apetita z delovanjem v centralnem ćivśevju in poslediśno zmanjřanja vnosa hrane. 2 Ali je debelost bolezen? To vprařanje zadnje desetletje mośno razvnema strokovno in laiśno javnost po vsem svetu. Z vidika prizadetega posameznika z zveśano telesno tećo in pa strořkov javnega zdravstva, povezanih s posledicami debelosti, gotovo gre za kroniśno bolezen. Kot bolezen jo obravnava tudi Svetovna zdravstvena organizacija (WHO). Debelost je posledica dolgotrajno poruřenega energetskega ravnovesja. Ravnovesje med vnosom in porabo energije dolośa koliśino zalog v telesu. Dolgorośno poveśan vnos energije v primerjavi s porabo vodi do hipertrofije in hiperplazije mařśobnih celic, kar je edinstven znak debelosti. Temu sledijo ře druga metaboliśna neravnovesja, ki vodijo v řtevilne z debelostjo povezane bolezni (1). V zaśetku enaindvajsetega stoletja je debelost će v takřnem razmahu da Svetovna zdravstvena organizacija govori o pandemiji in uvrřśa to metaboliśno bolezen med prvih deset svetovnih zdravstvenih problemov (3, 4). Stopnjo debelosti merimo z indeksom telesne mase (ITM), ki ga izraśunamo kot razmerje med telesno maso (v kg) in kvadratom telesne viřine (v metrih). Zadnje epidemiolořke raziskave ocenjujejo, da je 1,1 milijarde (17 %) ljudi po vsem svetu preseglo idealno telesno maso (ITM > 25). Statistika za Zdrućene Drćave pa ocenjuje, da je 65 % odraslih ljudi (~ 127 milijonov) z zveśano telesno maso (ITM 25 - 30) in debelih (ITM > 30) ter da je veś kot 300000 smrti na leto posledica debelosti in zaradi debelosti nastalih bolezenskih zapletov (5). Porast debelosti pa ni problem omejen na razvite drćave, temu trendu dobro sledijo tudi drćave v razvoju, predvsem v urbanih srediřśih (6, 5). K nedavnemu porastu debelosti sta doprinesla ćivljenjski slog, ki zahteva malo fiziśne aktivnosti, in okolje kaloriśnih presećkov (7). Ne gre pa pozabiti tudi na koncept evolucijsko pomembnega »varśnega genotipa«, ki je odgovoren za uśinkovit vnos in izkoristek hrane. Tak genotip igra pomembno vlogo za prećivetje v okolju, kjer hrana ni stalno dosegljiva, v kombinaciji s presećki sodobnega sveta pa je postal celo řkodljiv (4) Mojca Lunder, mag. farm., Fakulteta za farmacijo, Ařkerśeva 7, 1000 Ljubljana 86 farm vestn 2007; 58 Farmakološki pristopi pri zdravljenju debelosti I Preglednica 1: Posledice debelosti (2). Table 1: Consequences of obesity (2). Z debelostjo povezani zdravstveni zapleti in bolezni kardiovaskularni sistem hipertenzija, kongestivna kardiomiopatija, varikozne žile, pljucna embolija, koronarna bolezen živcni sistem možganska kap, intrakranialna idiopatska hipertenzija, paresteticna meralgija respiratorni sistem dispnea, obstruktivna apnea, sindrom hipoventilacije, astma, pickwickovski sindrom mišicno-skeletni sistem negibljivost, degenerativni osteoartritis, bolecine v hrbtu koža strije, venska staza spodnjih okoncin, limfni edem, celulit, intertrigozni dermatitis, karbunkel, akantoza nigricans, kožna znamenja gastrointestinalni trakt gastro-ezofagealni refluks, nealkoholni steatohepatitis, holelitiaza, kila, rak debelega crevesa urogenitalni trakt inkontinenca, glomerulopatija, rak dojke, maternicni rak endokrini sistem metabolicni sindrom, diabetes tipa 2, dislipidemija, hiperandogenemija pri ženskah policisticni sindrom jajcnikov, dismenoreja, neplodnost, komplikacije v nosecnosti hipogonadizem pri moških duševno stanje depresija, majhna samozavest, zmanjšana kakovost življenja Prevladuje torej prepricanje, da debelost ni samo slabo zdravstveno stanje, ki predstavlja tveganje za razvoj drugih bolezni, temvec kompleksna bolezen z raznovrstno etiologijo, patofiziologijo in spremljajocimi boleznimi. Je posledica vplivov okolja, genskih nepravilnosti in predispozicije ter ima znacilen nabor znakov in simptomov z dolocenimi anatomskimi spremembami (8). 3 Trenutno dostopne terapije Ustaljeno zdravljenje še zmeraj temelji na kaloricni restrikciji in zvecani telesni aktivnosti (9). Enostavna strategija, ki pa se pri marsikom zaradi razlicnih vzrokov znova in znova izkaže za neuspešno (4). Bariatricna kirurgija je zaradi precejšnjega tveganja zadnja možnost šele pri zelo hudi debelosti (ITM > 40), ki ogroža življenje (9). Farmakološki pristopi, ki so trenutno na voljo, so precej omejeni in le delno ucinkoviti. FDA je do sedaj za dolgorocno zdravljenje debelosti odobrila le dve ucinkovini: orlistat in sibutramin (5). Orlistat je ucinkovina, ki zavira pankreasno lipazo, kar zmanjša razgradnjo in absorpcijo mašcob v tankem crevesu (4, 12). Žal se pri približno 20 % bolnikov pojavijo nesprejemljivi neželeni ucinki (5), kot so krci, diareja in tekalna inkontinenca. Klinicne raziskave so pokazale, da ob socasni dieti skupina, ki jemlje tudi orlistat, izgubi le 2 do 3 % telesne mase vec kot primerjalna skupina, ki ne jemlje orlistata (4). Sibutramin je zaviralec privzema serotonina in noradrenalina, deluje kot antidepresiv in vpliva predvsem na zmanjšanje obcutka lakote, deloma pa vpliva tudi na povecanje termogeneze (11). Telesna masa se zmanjša v prvih 6 mesecih in se jo lahko vzdržuje vsaj 2 leti (12). Vendar se pri bolnikih pojavita zvišan krvni tlak in povecana srcna frekvenca, zato je kontraindiciran pri hipertenziji, koronarni bolezni, srcnih aritmijah, kongestivni srcni odpovedi in miokardnem infarktu (2). Ucinkovine, ki jih uporabljamo v klinicni praksi, imajo torej precejšnje omejitve. Farmakološko zdravljenje debelosti ima za seboj precej neuspešnih in za bolnike nevarnih poskusov, od amfetaminov do kombinacije fenfluramin-fentermina in deksfenfluramina, ki so povezani s hudimi neželenimi ucinki in celo smrtnimi primeri (4). 4 Kaj je na vidiku? Vedno boljše poznavanje biokemijskih procesov, povezanih z regulacijo telesne mase (slika 1) in razvojem debelosti, ki se je zacelo z odkritjem leptina in leptinskega receptorja, je sprožilo novo obdobje raziskav potencialnih tarc (10). Izjemen porast debelosti v zadnjih dveh desetletjih, ki dosega razsežnosti epidemije, vedno resnejše dojemanje tveganja za nastanek sekundarnih bolezni in vedno boljše poznavanje regulatornih mehanizmov telesne mase pa so spodbudili tudi zanimanje farmacevtske industrije. Terapevtski cilj je doseci in vzdrževati negativno energijsko bilanco, kar lahko s farmakološkega vidika dosežemo na štiri nacine: 1. Z zmanjšanjem vnosa hrane oziroma zmanjšanjem apetita s sredstvi, ki zmanjšajo obcutek lakote in povecajo obcutek sitosti posredno ali neposredno delujejo na centralno živcevje in olajšajo sodelovanje pri kaloricni restrikciji. V to skupino sodi sibutramin 2. Z zmanjšanjem absorpcije mašcob oziroma vnosa energije preko perifernega, gastrointestinalnega mehanizma. Na ta nacin deluje orlistat. 3. S povecanjem porabe energije preko vpliva na termogenezo (brez povecane fizicne aktivnosti). 4. S stimulacijo mobilizacije mašcob in z zmanjšanjem mase adipoznega tkiva preko perifernega delovanja na adipocite in farm vestn 2007; 58 87 Pregledni ślanki - Review Articles 4. S stimulacijo mobilizacije mašcob in z zmanjšanjem mase adipoznega tkiva preko perifernega delovanja na adipocite in sintezo trigliceridov. Po tem principu lahko razdelimo tudi potencialne terapevtske tarce in ucinkovine v razvoju. Pomembno se je zavedati, da lahko delovanje ucinkovine iz kateregakoli razreda hitro iznicimo s povecanim vnosom hrane ali z zmanjšanjem fizicne aktivnosti (13). 5 Supresorji apetita oziroma zaviralci vnosa hrane: 5.1 Spojine z delovanjem na nevrotrasmitorne sisteme in ionske kanale Bupropiron je aminoketon, ki je šibek zaviralec privzema noradrenalina, serotonina in dopamina. Deluje kot antidepresiv; uporabljamo ga tudi pri odvajanju od kajenja. V klinicnih raziskavah se je pokazalo, da pride pri bolnikih z depresijo ali brez nje do zmanjšanja telesne mase (14, 15). Ucinki med posameznimi bolniki nihajo in zdravljenje debelosti še ni med indikacijami Topiramat uporabljamo kot antiepileptik. Deluje na natrijeve in kalcijeve kanale živcnih celic, poveca pretok skozi ionske kanale GABA in blokira glutamatne receptorje. V šestmesecnih klinicnih preizkušanjih je prišlo v testni skupini do zmanjšanja telesne mase v primerjavi s skupino, ki je jemala placebo (16). Pokazal se je kot ucinkovit pri kompulzivnem prenajedanju (17). Neželeni ucinki vkljucujejo kognitivne disfunkcije in vecinoma prehodne parestezije. Zonisamid je ravno tako antiepileptik, ki blokira natrijeve in kalcijeve kanale, ima serotoninergicno in dopaminergicno delovanje. V manjši raziskavi, ki je trajala 16 tednov in zajela 60 ljudi, je v kombinaciji s hipokaloricno dieto dosegel boljše rezultate pri zmanjševanju telesne mase v primerjavi s placebom. (18) Preko endokanabinoidnega sistema, ki je povezan z metabolizmom in apetitom, lahko vplivamo na številne nevrotransmitorne sisteme v centralnem živcevju (glutamat, GABA in glicin, noradrenalin serotonin, acetilholin in nevropeptide). Rimonabant je prvi selektivn blokator kanabinoidnih receptorjev 1 (CB1). Od številnih ucinkovin, ki so trenutno v razvoju za zdravljenje debelosti, je edini, ki je uspešno zakljucil III. fazo klinicnega preizkušanja. Ugodno vpliva na energijsko bilanco, vnos hrane, metabolizem glukoze in mašcob ter na telesno maso. Najpogostejši neželeni ucinki so slabost, vrtoglavica, diareja in spremembe razpoloženja z znaki depresije (19). 5.2 Nevropeptidi in periferni peptidi Leptin je hormon, ki nastaja v adipocitih, iz krvnega obtoka prehaja hematoencefalno bariero (HEB). Veže se na leptinske receptorje, preko katerih stimulira kaskado JAK/STAT in posreduje svoje delovanje v centralni živcni sistem (CŽS). Za nadzor kaloricne bilance organizma je pomemben hipotalamus, ki preko delovanja na endokrini sistem centralnega živcevja, avtonomno živcevje in sprošcanje hormonov, vpliva na vnos hrane in porabo energije. Zmanjšana aktivnost leptina v CŽS preko teh treh poti povzroci pozitivno energijsko bilanco in s tem zvecanje telesne mase. Funkcija leptina je regulacija mase adipoznega tkiva. S povecanjem mašcobnih zalog, se njegova koncentracija poveca, kar naj bi preko hipotalamusa sprožilo zmanjšan vnos in povecano porabo energije. Koncentracija leptina res korelira s kolicino mašcobnega tkiva, vendar negativna povratna zanka pri že razviti debelosti ne deluje. Vzrok je lahko neodzivnost na leptin ali druge okolišcine, ki preglasijo ucinke leptina. Logicna rešitev, vnos eksogenega leptina ali leptinskih analogov ne doseže pricakovanih rezultatov (20). Kljub temu se iskanje na podrocju leptinskih analogov oziroma agonistov, ki bi povecali aktivnost leptinskega receptorja, pa tudi promotorjev leptina, ki povecajo periferno ekspresijo leptina, še ni ustavilo. Zelo veliko obetajo ucinkovine, ki zmanjšajo neodzivnost na leptin. Eden od pristopov je tudi izboljšanje prehoda skozi hematoencefalno bariero (HEB), vendar pa trenutno še ni popolnoma jasno, kako leptin prehaja HEB (2). Podobne ucinke kot leptin izzove tudi aksokin (ang. axokine), rekombinantna oblika ciliarnega nevrotropnega dejavnika (CNTF), ki so ga preizkušali za zdravljenje amiotrofne lateralne skleroze, bolezni motoricnih nevronov. Pri testiranju je imela ucinkovina le majhno nevroprotektivno delovanje, prišlo pa je do zmanjšanja telesne mase bolnikov. Pri kasnejših raziskavah so ugotovili, da imata CNTF in leptin skupni postreceptorski mehanizem. Vendar ucinkovitost pri zmanjševanju telesne mase ni boljša od obstojecih farmakoterapevtskih možnosti, uporaba pa je omejena tudi zarad nastanka protiteles (21). Pankreasni hormon inzulin podobno kot leptin s pomocjo transportnega sistem prehaja HEB, se veže na receptorje v hipotalamicnih jedrih in med drugim regulira vnos hrane in telesno maso. Podobno kot pri leptinu tudi koncentracija inzulina v krvi korelira s kolicino mašcobnega tkiva. Spojine, ki povecajo obcutljivost na inzulin in s tem izboljšajo metabolizem glukoze, hkrati pa zmanjšajo plazemsko koncentracijo inzulina, bi se lahko izkazale za zelo ucinkovite pri zdravljenju debelosti, posebej pri bolnikih z diabetesom tipa 2 ali inzulinsko rezistenco. Takšno delovanje ima antidiabetik metformin, ki ima neodvisno od delovanja na glikemijo ugoden vpliv na presnovo lipidov in ga pogosto povezujejo tudi z zmanjšanjem telesne mase pri bolnikih (2). Delovanje leptina se kaže tudi preko drugih sistemov v hipotalamusu (slika 1). Najpomembnejši so sistem nevropeptida Y (ang nevropeptide Y - NPY) in sistem agoutiju sorodnega peptida (ang agouti related peptide - AgRP), ki delujeta oreksigeno (stimulirata apetit), ter sistem proopiomelanokortina (ang. proopiomelanocortin -POMC) in sistem s kokainom in amfetaminom reguliranega transkripta (ang. cocaine and amphetamine regulated transcript - CART), ki delujeta anoreksigeno (zavirata apetit). Povecana aktivnost leptina deaktivira prva dva sistema in aktivira druga dva, posledice so zmanjšana apetit in vnos hrane ter povecana poraba energije. Zaviranje poti NPY in AgRP ali stimulacija poti POMC in CART bi lahko preko zmanjšanega apetita privedla do negativne energijske bilance (2). NPY nastaja v hipotalamusu in je najpogostejši nevropeptid v možganih sesalcev. Opisanih je šest z G-proteinom sklopljenih receptorjev. Za regulacijo vnosa hrane in porabe energije sta najpomembnejša Y1 in Y5. Preizkušanja s strukturno raznolikimi 88 farm vestn 2007; 58 Farmakološki pristopi pri zdravljenju debelosti I antagonisti receptorjev Y1 in Y5 potekajo za zdaj ře na ćivalskih modelih debelosti, kar pa ni neposredno prenosljivo na uśinkovitost pri śloveku (22). Kljub temu so omenjeni receptorji med najbolj obetavnimi tarśami za zdravljenje debelosti. Hipotalamiśni peptid AgRP nastaja v hipotalamusu in je endogen antagonist melanokortinskih (MC) receptorjev. Receptorji MC3 in MC4 se nahajajo le v moćganih. Stimulacija receptorja MC4 zmanjřa apetit in vnos hrane. Mutacije tega receptorja botrujejo 0,5 do 5,8 % primerov hude debelosti. AgRP torej z vezavo na receptor MC4 prepreśi delovanje a-melanocit-stimulirajośega hormona (a-MSH), kar povzrośi narařśanje telesne mase. Pri glodalcih (mutirani vrsti agouti), ki imajo poveśano izraćanje AgRP, pa povzrośi tud poveśano rumeno pigmentacijo koćuha, zaradi blokiranega nastajanja melanina (23). a-MSH nastane s cepitvijo POMC, ki nastaja, ko POMC nevrone v arkuatnem jedru stimulira leptin ali insulin. POMC nastane tudi ob delovanju drugih hipotalamiśnih hormonov, nevrotransmitrov in nevropeptidov, ne nastaja pa v stanju negativne kaloriśne bilance. Antagonisti AgRP, agonisti receptorja MC4, analogi a-MSH in promotorji POMC so moćni pristopi iskanja uśinkovine za zdravljenje debelosti v tem sistemu CART je nevropeptid, ki zavre vnos hrane, śe ga injiciramo v CĆS. Receptorja, preko katerega deluje, ře niso odkrili. Pomembni nevropeptidi, ki vplivajo na telesno maso so ře galanin, oreksin in melanin koncentrirajoci hormon (MCH). Poveśana ekspresija MCH pri miřih sproći nastanek debelosti, medtem ko pomanjkanje receptorja MCHR1, na katerega se veće, povzrośi odpornost na oreksigene uśinke MCH in s tem nizko telesno maso (24). Oreksina A in B nastaneta iz istega prekurzorja in se z razliśnimi afinitetami većeta na receptorja OX1 in OX2. Oreksini sicer stimulirajo vnos hrane, vpleteni pa so predvsem v regulacijo budnosti in spanja (25). Miři brez gena za prekurzor oreksina ali gena za receptor OX2 kaćejo znake narkolepsije. Galanin in galaninu podoben peptid (ang. galanin like peptide -GALP) v centralnem ćivśevju sodelujeta pri regulaciji porabe energije, vnosu hrane in reprodukciji. Injiciranje galanina v paraventrikularno jedro podgan povzrośi zmanjřanje oksidacije lipidov miřicah in poveśano shranjevanje v adipoznem tkivu (26). Antagonisti receptorjev, na katere se većeta, so tako zanimiva tarśa (27) Pozornost sta pritegnila ře dva peptida, kortikoliberin (ang corticotropin releasing factor - CRF), ki se veće predvsem na receptorje CRF1, in sorodni urokortin, ki se veće predvsem na receptorje CRF2. Oba peptida zavreta vnos hrane in pospeřujeta termogenezo, vendar kot del hipotalamo-hipofizne osi delujeta tudi na řtevilne druge fiziolořke in vedenjske odzive. Uporabnosti mimetikov teh peptidov za zdravljenje debelosti ře niso potrdili. Adiponektin je hormon (protein), ki ga tvorijo adipociti. Njegova koncentracija je pri zveśani telesni masi, ateroskerozi in inzulinski rezistenci zmanjřana, kar kaće na pomembno vlogo v etiopatogenezi teh bolezni. Raziskave pri glodalcih so pokazale, da pride pri vnosu adiponektina do poveśane odzivnosti na inzulin, antiaterogenega in Slika 1: Regulacija hranjenja je kompleksen proces, ki ga nadzorujejo razliśni hormoni. Koncentracija leptina in inzulina v krvnem obtoku korelira s koliśino mařśobnega tkiva. Z zaviranjem nevronov, ki sprořśajo NPY (ang nevropeptide Y) in AgRP (ang. agouti related peptide) in aktivacijo POMC (ang. proopiomelanocortin) nevronov v arkuatnem jedru hipotalamusa zavirata apetit. NPY in AgRP stimulirata hranjenje in POMC zavira hranjenje preko delovanja na druge nevrone. Aktivacija nevronov NPY/AgRP, ki jo lahko povzrośi med drugim tudi hormon GIT grelin, zavre aktivnost POMC nevronov. Tehtnica se prevesi na stran vnosa hrane. Protein YY (PYY) je hormon, ki se postprandialno izlośa iz intestinalnih celic in preko zmanjřanja aktivnosti NPY in poveśanja aktivnosti POMC sistema, okrepi obśutek sitosti. Delno deluje avtoinhibitorno, preko NPY receptorjev Y2R ( 28). Figure 1: Appetite control is a complex process. Leptin and insulin circulate in the blood at concentration proportionate to body-fat mass. They decrease appetite by inhibiting neurons that produce the molecules NPY (nevropeptide Y) and AgRP (agouti related peptide), while stimulating POMC (proopiomelanocortin) neurons in the arcuate-nucleus region of the hypothalamus. NPY and AgRP stimulate eating and POMC inhibits eating, via other neurons. Activation of NPY/AgRP-expressing neurons inhibits POMC neurons. The gastric hormone ghrelin stimulates appetite by activating the NPY/AgRP-expressing neurons. Protein YY (PYY) released from the colon inhibits these neurons and thereby decreases appetite in part through the avtoinhibitory NPY receptor Y2R (28). farm vestn 2007; 58 89 Pregledni ślanki - Review Articles protivnetnega delovanja, hkrati pa tudi do zmanjřanja telesne mase. Tako utegne biti nadomeřśanje adiponektina zanimiv pristop pri preventivi ali zdravljenju debelosti, inzulinske rezistence in diabetesa tipa 2, kar bo seveda potrebno potrditi s kliniśnimi raziskavami (29). Adiponektin pa ne vpliva samo na vnos hrane, poveśal naj bi tudi porabo energije, śesar pri śloveku ře niso potrdili (30). Vnos hrane je odvisen tudi od nevrogenih in hormonskih dejavnikov gastrointestinalnega trakta (GIT). Najbolj obetavne tarśe so tako holecistokinin (ang. Cholecystokinin - CCK), glukagonu podoben peptid 1 (ang. glucagone-like peptide 1 - GLP1), protein YY (PYY) in grelin (ang. ghrelin). Holecistokinin nastaja v ćolśniku, pankreasu in ćelodcu ter se koncentrira v tankem śrevesu. Sprořśa se kot odziv na mařśobe v hrani in regulira kontrakcijo ćolśnika, eksokrino sekrecijo pankreasa, praznjenje ćelodca in motilititeto GIT. Preko centralnega delovanja poveśa obśutek sitosti in zmanjřa apetit. Veće se na dve vrsti receptorjev, CCK1, ki so v GIT, in CCK2, ki so v moćganih. Agonisti teh receptorjev tako zavrejo praznjenje ćelodca in poveśajo obśutek sitosti preko vagalnih aferentnih signalov in s tem prekinejo vnos hrane (31). Glukagonu soroden peptid 1 (ang. glucagon-like peptide 1 - GLP1) je peptidni hormon prebavnega trakta, ki zavira praznjenje ćelodca in sprořśanje glukagona, stimulira sekrecijo inzulina, poveśa obśutljivost za inzulin, stabilizira nivo glukoze pri bolnikih z diabetesom in poveśa obśutek sitosti. Analogi GLP1 so zanimive uśinkovine za zdravljenje diabetesa in hkrati sredstva za hujřanje, sam GLP1 pa zaradi hitre razgradnje ni primeren. Iz sline kuřśarja gila (Heloderma suspectum) so izolirali mośan analog eksendin-4 (ang. exendin-4) ali eksenatid (ang. exenatide), trenutno v uporabi za terapijo diabetesa (32). Derivat GLP1 s podaljřanim delovanjem je tudi liraglutid (ang. liraglutide), ki je v fazi kliniśnega preizkuřanja. Raziskave potekajo tudi na zaviralcih encima dipeptidil-peptidaze 4 (DPP-4), ki razgradi GLP1 in s tem prekine njegovo delovanje (33). Protein YY (PYY) je hormon, ki se postprandialno izlośa iz intestinalnih celic in preko zmanjřanja aktivnosti NPY in poveśanja aktivnosti sistema POMC okrepi obśutek sitosti. Pri debelih ljudeh je koncentracija PYY zmanjřana. 90-minutna infuzija tega hormona pri ljudeh zmanjřa 24-urni vnos hrane ne glede na indeks telesne mase. Terapevtski cilj je v tem primeru poveśanje aktivnosti PYY, kar lahko dosećemo z analogi PYY, eksogeno administracijo PYY ali s poveśanjem endogenega sprořśanja iz GIT (34). Grelin je peptidni hormon, ki je endogeni ligand receptorja za izlośanje rastnega hormona. Pri zmanjřanju vnosa hrane se izlośanje tega hormona pri ljudeh in ćivalih poveśa, kar sproći hranjenje. Deluje preko aktivacije nevronov NPY/AgRP. Visoka plazemska koncentracija grelina, ki spremlja genetsko motnjo Prader-Wilijev sindrom, je vzrok za kroniśen obśutek lakote in s tem povezan razvoj debelosti (35). Grelin je delno odgovoren za ćeljo po hrani, ki nastane pri daljři kaloriśni restrikciji. Antagonisti grelina bi lahko bili zelo uspeřno pomoćno sredstvo pri zdravljenju debelosti, saj bi zmanjřali ali ublaćili poveśan apetit, ki je posledica zmanjřanega vnosa hrane pri dietah (36). Amilin je peptid, ki ga izlośajo beta celice pankreasa. Zmanjřa vnos hrane preko centralnega in perifernega mehanizma in posredno preko zmanjřanja praznjenja ćelodca. Pramlintid je sintezni analog za subkutani vnos, ki ga će uporabljamo za zdravljenje diabetesa tipa 1 in 2, raziskujejo pa tudi njegov vpliv na telesno maso (37,38,39). 6 Reference 1. Ravussin E, Bouchard C. Human genomics and obesity: finding appropriate drug targets. Eur J Pharmacol 2000; 410(2-3): 131-145. 2. Bays HE. Current and investigational antiobesity agents and obesity therapeutic treatment targets. Obes Res 2004; 12(8): 1197-211 3. Prentice AM. The emerging epidemic of obesity in developing countries. Int J Epidemiol 2006; 35(1): 93-9. 4. Wasan KM, Looije NA. Emerging pharmacological approaches to the treatment of obesity. J Pharm Pharm Sci 2005; 8(2): 259-71 5. Melnikova I, Wages D. Anti-obesity therapies. Nat Rev Drug Discov 2006; 5(5): 369-70. 6. Dove A. Biotech weighs up the options in obesity. Nat Biotechnol 2001; 19(1): 25-8. 7. Zolotukhin S. Gene therapy for obesity. Expert Opin Biol Ther 2005; 5(3): 347-57. 8. Conway B, Rene A. Obesity as a disease: no lightweight matter. Obes Rev 2004; 5(3): 145-51 9. Fernandez-Lopez JA, Remesar X, Foz M et al. Pharmacological approaches for the treatment of obesity. Drugs 2002; 62(6): 915-44. 10. Jandacek RJ, Woods SC Pharmaceutical approaches to the treatment of obesity. Drug Discov Today 2004; 9(20): 874-80. 11. Connoley IP, Liu YL, Frost I et al. Thermogenic effects of sibutramine and its metabolites. Br J Pharmacol 1999; 126(6): 1487-95. 12. Wirth A, Krause J. Long-term weight loss with sibutramine: a randomized controlled trial. JAMA 2001; 286(11): 1331-9. 13. Campfield LA, Smith FJ. Leptin and other appetite suppressants. In: Hofbauer KG, Keller U, Boss O. Pharmacotherapy of obesity. CRC Press, 2004: 321-344. 14. Jain AK, Kaplan RA, Gadde KM et al. Bupropion SR vs. placebo for weight loss in obese patients with depressive symptoms. Obes Res 2002; 10(10): 1049-56. 15. Anderson JW, Greenway FL, Fujioka K et al. Bupropion SR enhances weight loss: a 48-week double-blind, placebo-controlled trial. Obes Res 2002; 10(7): 633-41 16. Bray GA, Hollander P, Klein S et al. A 6-month randomized placebo-controlled, dose-ranging trial of topiramate for weight loss in obesity. Obes Res 2003; 11(6): 722-33. 17. McElroy SL, Arnold LM, Shapira NA et al. Topiramate in the treatment of binge eating disorder associated with obesity: a randomized, placebo-controlled trial. Am J Psychiatry 2003; 160(2): 255-61 18. Gadde KM, Franciscy DM, Wagner HR 2nd et al. Zonisamide for weight loss in obese adults: a randomized controlled trial. JAMA 2003; 289(14): 1820-5. 19. Gelfand EV, Cannon CP. Rimonabant: a selective blocker of the cannabinoid CB1 receptors for the management of obesity, 90 farm vestn 2007; 58 Farmakološki pristopi pri zdravljenju debelosti I smoking cessation and cardiometabolic risk factors. Expert Opin Investig Drugs 2006; 15(3): 307-15. 20. Mantzoros CS, Flier JS. Editorial: leptin as a therapeutic agent-trials and tribulations. J Clin Endocrinol Metab 2000; 85(11): 4000-2. 21. Ettinger MP, Littlejohn TW, Schwartz SL et al. Recombinant variant of ciliary neurotrophic factor for weight loss in obese adults: a randomized, dose-ranging study. JAMA 2003; 289(14): 1826-32. 22. Parker E, Van Heek M, Stamford A. Neuropeptide Y receptors as targets for anti-obesity drug development: perspective and current status. Eur J Pharmacol 2002; 440(2-3): 173-87. 23. Wilczynski AM, Joseph CG, Haskell-Luevano C Current trends in the structure-activity relationship studies of the endogenous agouti-related protein (AGRP) melanocortin receptor antagonist. Med Res Rev 2005; 25(5): 545-56. 24. Marsh DJ, Weingarth DT, Novi DE et al. Melanin-concentrating hormone 1 receptor-deficient mice are lean, hyperactive, and hyperphagic and have altered metabolism. Proc Natl Acad Sci USA 2002; 99(5): 3240-5. 25. Burdakov D, Alexopoulos H. Metabolic state signalling through central hypocretin/orexin neurons. J Cell Mol Med 2005; 9(4): 795-803. 26. Yun R, Dourmashkin JT, Hill J et al. PVN galanin increases fat storage and promotes obesity by causing muscle to utilize carbohydrate more than fat. Peptides 2005; 26(11): 2265-73. 27. Konkel MJ, Lagu B, Boteju LW et al. 3-arylimino-2-indolones are potent and selective galanin GAL3 receptor antagonists. J Med Chem 2006; 49(13): 3757-8. 28. Schwartz MW, Morton GJ. Obesity: keeping hunger at bay. Nature 2002; 418(6898):595-7. 29. Haluzik M. Adiponectin and its potential in the treatment of obesity, diabetes and insulin resistance. Curr Opin Investig Drugs 2005; 6(10): 988-93. 30. Wolf G. Adiponectin: a regulator of energy homeostasis. Nutr Rev 2003; 61(8): 290-2. 31. Szewczyk JR, Laudeman C CCK1R agonists: a promising target for the pharmacological treatment of obesity. Curr Top Med Chem 2003; 3(8): 837-54. 32. Mack CM, Moore CX, Jodka CM et al. Antiobesity action of peripheral exenatide (exendin-4) in rodents: effects on food intake, body weight, metabolic status and side-effect measures. Int J Obes (Lond) 2006; [Epub ahead of print] 33. Gallwitz B. Therapies for the treatment of type 2 diabetes mellitus based on incretin action. Minerva Endocrinol 2006; 31(2): 133-47. 34. Renshaw D, Batterham RL. Peptide YY: a potential therapy for obesity. Curr Drug Targets 2005; 6(2): 171-9. 35. Cummings DE, Clement K, Purnell JQ et al. Elevated plasma ghrelin levels in Prader Willi syndrome. Nat Med 2002;8(7):643-4. 36. Williams DL, Cummings DE. Regulation of ghrelin in physiologic and pathophysiologic states. J Nutr 2005; 135(5): 1320-5. 37. Reda TK, Geliebter A, Pi-Sunyer FX. Amylin, food intake, and obesity. Obes Res 2002; 10(10): 1087-91 38. Want L. Use of pramlintide: the patient's perspective. Diabetes Educ 2006; 32 (3):111-118. 39. Halford JC. Obesity drugs in clinical development. Curr Opin nvestig Drugs 2006; 7(4): 312-8. farm vestn 2007; 58 91 Farmakološki pristopi pri zdravljenju debelosti II Farmakološki pristopi pri zdravljenju debelosti II Pharmacological approaches for the treatment of obesity II Mojca Lunder Povzetek: Debelost lahko obravnavamo kot bolezen, na katero vplivajo tako centralni kot periferni mehanizmi. Farmakolořki pristopi pri zdravljenju debelosti vkljuśujejo poleg delovanja na zmanjřanje apetita preko centralnega ćivśevja tudi delovanje preko perifernih mehanizmov. Telesno maso zmanjřamo preko delovanja na gastrointestinalni trakt, tako da zmanjřamo vnos energije v telo. Preko delovanja na termogenezo poveśamo porabo energije. Preko delovanja na adipocite in sintezo trigliceridov pa dosećemo poveśano mobilizacijo mařśob in zmanjřanje mařśobnega tkiva. V ślanku predstavljamo periferne potencialne tarśe in farmakolořke pristope pri zdravljenju debelosti. Kljuśne besede: debelost, farmakoterapija, ciljne molekule Abstract: Obesity can be addressed as a disease influenced by central as well as peripheral mechanisms. Pharmacological intervention in therapy of obesity includes besides suppression of appetite via central nervous system also peripheral approaches. Reduction of body mass can be achieved through decrease of energy intake in gastrointestinal tract. Increased thermogenesis enhances energy expenditure. Stimulation of fat mobilization and metabolism reduces fat mass by decreasing triacylglycerol synthesis and deposition in fat stores. Here, we review potential peripheral targets and pharmacological approaches in treatment of obesity. Keywords: obesity, pharmacotherapy, drug targets 1 Uvod V prvem delu smo govorili o debelosti na splořno in se lotili prvega od řtirih moćnih pristopov pri farmakoterapiji debelosti. V drugem delu opisujemo ře ostale tri pristope, in sicer: zmanjřanje absorpcije mařśob oziroma vnosa energije preko perifernega, gastrointestinalnega (GIT) mehanizma, poveśanje porabe energije preko vpliva na termogenezo in zmanjřanje mase mařśobnega tkiva preko perifernega delovanja na adipocite in sintezo trigliceridov. 2 Zmanjšanje absorpcije mašcob oziroma vnosa energije »reko perifernega, gastrointestinalnega mehanizma Preden vstopijo zaućiti trigliceridi v enterocite in nato v krvni obtok, so podvrćeni vrsti kompleksnih biokemijskih procesov. Śeprav veśina teh procesov ře ni popolnoma razjasnjena, predstavlja bogat vir potencialnih terapevtskih tarś za zdravljenje debelosti in drugih metabolnih motenj. Gastriśna in pankreasna lipaza razgradita trigliceride iz hrane na mono- in diacilglicerol in proste mařśobne kisline ter omogośita njihovo absorpcijo (slika 1). Za zdravljenje debelosti se uporablja će v prvem delu omenjeni zaviralec obeh encimov orlistat ali tetrahidrolipstatin, ki za 30 % zmanjřa absorpcijo mařśob. V II. fazi kliniśnih preskuřanj pa je novi lipazni zaviralec ATL 962 (cetilistat), ki ima drugaśno zgradbo kot orlistat. Enako uśinkovito zavira obe lipazi, vendar, kot se je pokazalo, z manj nećelenimi uśinki (1). Pankreasna fosfolipaza A2 (pPLA2) hidrolizira fosfolipide v prebavnem traktu, kar olajřa tvorbo meřanih micelov, ki omogośijo uśinkovito absorpcijo trigliceridov in holesterola (slika 1). Pri miřih brez gena za pPLA2 so ugotovili odpornost na visokokaloriśno prehrano (2). Pankreasna PLA2 ima tudi intrinziśno aktivnost pri sprořśanju sekretina, hormona, ki uravnava pankreasno in gastriśno sekrecijo kot tudi gastriśno motiliteto, kar lahko dodatno vpliva na razgradnjo mařśob (3). Kljub temu, da je pPLA2 dobro raziskana v smislu zgradbe in mehanizma delovanja, njen potencial kot farmacevtska tarśna molekula ře ni dodobra izkoriřśen v primerjavi z drugimi fosfolipazami, ki so udelećene pri lipidnih signalnih poteh in vnetnih procesih. Zaviralci za razliśne izoforme pPLA2, ki se ne bi absorbirali iz prebavil, bi omogośili varno zdravljenje debelosti brez centralnega delovanja (4). Membranski transportni proteini. Kljub intenzivnim raziskavam je molekulski mehanizem, s katerim se mařśobne kisline in monoacilglicerol transportirajo preko membrane enterocitov, ře vedno nejasen. Pri absorpciji sta pomembna tako pasivna difuzija kot tudi aktivni transport, ki omogośi uśinkovito absorpcijo, kadar je koncentracija lipidov majhna. Pri transportu dolgih mařśobnih kislin preko intestinalnih epitelnih celic sodelujejo vsaj trije razliśni membranski proteini, ki jih oznaśujemo s kraticami IFABP, CD36 in FATP4. Mośni kompenzatorni mehanizmi so razlog, da pri miřih brez Mojca Lunder, mag. farm., Fakulteta za farmacijo, Ařkerśeva 7, Ljubljana farm vestn 2007; 58 127 Originalni znanstveni ślanki - Scientific articles genov za IFABP (ang. intestinal fatty acid binding protein) in CD36 ne in je pomemben za sestavljanje hilomikronov v enterocitih in VLDL v dosežemo zmanjšane absorpcije lipidov. Izbitje gena za protein jetrih. Je zanimiva tarca za zdravljenje dislipidemije. Za nekatere FATP4 (ang. fatty acid binding protein 4) pa povzroci smrt zarodka zaviralce se je že pokazalo, da zmanjšajo koncentracijo holesterola, (4). trigliceridov in VLDL pri eksperimentalnih živalih in ljudeh. Glavni Slika 1: Razgradnja lipidov se priśne v ćelodcu, kjer nastanejo veśje mařśobne kapljice s hidrofobno sredico trigliceridov (TAG), obdano s polarnimi molekulami fosfolipidi (FL), holesterolom, z mařśobnimi kislinami (MK) in nabitimi proteini. V lumnu tankega śrevesa, kjer se emulzija teh mařśobnih kapljic pomeřa s solmi ćolśnih kislin in pankreasnimi encimi nastanejo drobne kapljice z veliko skupno povrřino, ki je izpostavljena delovanju pankreasne lipaze. Nastanejo molekule monoacilglicerola (MAG), diacilglicerola (DAG) in proste mařśobne kisline, ki se pomeřajo s solmi ćolśnih kislin, holesterolom, z lizofostatidno kislino (LFK) in vitamini, topnimi v mařśobah, v meřane micele, ki so kljuśni za absorpcijo (4). Figure 1: Dietary lipid digestion begins in the stomach, where large fat globules are formed with triacylglycerol (TAG) cores surrounded by polar molecules, including phospholipids (PL), cholesterol, fatty acids (MK) and ionized proteins. In the intestinal lumen where large emulsions of fat globules are mixed with bile salts and pancreatic enzymes, aqueous suspension of small fatty droplets is formed to maximize exposure to pancreatic lipase. Monoacylglycerol (MAG), diacyilglycerol (DAG) and free fatty acids (MK) released by lipid hydrolysis join bile salts, cholesterol, lysophosphatidic acid (LFK) and fat soluble vitamins to form mixed micelles that provide absorption at the membranes of enterocytes (4). Monoacilglicerol-aciltransferaza (ang monoacylglycerol-acyltransferase - MGAT) katalizira prvo stopnjo pri re-sintezi triacilglicerola v enterocitih (slika 2). Vsi trije geni za MGAT (MGAT1, MGAT2 in MGAT3) se izražajo v glavnem v gastrointestinalnem traktu. Izražanje MGAT2 v tankem crevesu inducira z mašcobami bogata hrana. Encim je torej zanimiva tarca za zaviranje absorpcije mašcob iz hrane. Zaostajanje monoacilglicerola in mašcobnih kislin namesto triacilglicerola v prebavnem traktu bi povzrocilo blažje neželene ucinke, kot jih srecamo pri orlistatu. Ni pa še jasno, kakšen ucinek bi sploh imela zvecana kolicina teh snovi tako na enterocite kot tudi na bakterijsko fermentacijo (4). Mikrosomski transportni protein trigliceridov (ang microsomal triglyceride-transfer protein - MTP) omogoci transport lipidov in holesterola od lumna endoplazemskega retikuluma do lipoproteinov Slika 2: Mařśobne kisline (MK) in monoacilglicerol (MAG) vstopajo v enterocite s pasivno difuzijo in preko membranskih transportnih proteinov. S pomośjo encima monoacilglicerol-aciltransferaze (MGAT) in diacilglicerol-aciltransferaze (DGAT) se v endoplazemskem retikulumu ponovno zaestrijo v triacilglicerol (TAG). Fosfolipidi iz hrane in ćolśa se acilirajo z encimom 1-acil-glicerol-3-fosfat-aciltransferazo (AGPAT) in tvorijo fosfatidno kislino (FK), ki se pretvori v TAG. Holesterol se pretvori v holesterolni ester. Mikrosomski transportni proteini olajřajo zdrućevanje TAG, holesterola in apolipoproteina B (ApoB), da nastanejo hilomikroni, ki preko limfe vstopijo v krvni obtok. Figure 2: Fatty acids (MK) and monoacylglycerol (MAG) enter the enterocytes by passive diffusion and are facilitated by membrane transporters. They are then re-esterified by monoacylglycerol acyltransferase (MGAT) and diacylglycerol acyltransferase (DGAT) to form triacylglycerol (TAG). Phospholipids from the diet and bile are acylated by 1-acyl-glicerol-3-phosphate acyltrasferase (AGAPT) to form phosphatidic acid (FK), which is also converted into TAG. Dietary cholesterol is acylated to cholesterol esters. Facilitated by microsomal triglyceride transfer protein (MTP), TAG joins cholesterol and apolipoprotein B (ApoB) to form chylomicrons that enter circulation through the lymph. neželeni ucinek je kopicenje lipidov v jetrih, kar mocno zmanjšuje potencial teh ucinkovin (4). 3 Poveśanje porabe energije preko vpliva na termogenezo 3.1 Proteini UCP Povecanje porabe energije preko fizicne aktivnosti ali povecanja bazalnega metabolizma in/ali termogeneze je pomemben del zniževanja telesne mase. Centralno živcevje uravnava termogenezo v glavnem preko simpaticnega živcnega sistema v rjavem mašcobnem 128 farm vestn 2007; 58 Farmakološki pristopi pri zdravljenju debelosti II tkivu in skeletnih mišicah. Pri glodalcih in majhnih sesalcih se nahajajo adrenoceptorji ß3 v rjavem mašcobnem tkivu, ki je bogato z mitohondriji in skrbi za termoregulacijo. Preko adrenoceptorjev ß3 se aktivirajo mitohondrijski proteini rjavega mašcobnega tkiva UCP1 (ang. uncoupling protein 1 - UCP1), ki kataliziraju uhajanje protonov preko notranje mitohondrijske membrane med celicnim dihanjem. Pride do razdruževanja procesa oksidativne fosforilacije in sinteze ATP in do nastanka toplote oziroma procesa, kjer se troši gorivo, energija pa se ne pretvarja v ATP. Preko receptorjev ß3 se stimulira tudi lipoliza. Dolgorocno pride še do drugih ucinkov, kot so aktivacija transkripcije UCP1, mitohondriogeneza in hiperplazija rjavih adipocitov. Pri cloveku je rjavo mašcobno tkivo prisotno le pri novorojenckih, nato pa z razvojem atrofira in postane podobno belemu mašcobnemu tkivu. Funkcijo termoregulacije prevzamejo skeletne mišice. Na osnovi molekulskih in morfoloških raziskav naj bi tudi pri odraslem cloveku obstajali diseminirani otocki rjavega mašcobnega tkiva med belim. Kljub temu, da pri odraslih ljudeh ni disketnih obmocij rjavega mašcobnega tkiva, zmorejo nekatera tkiva (mišice, jetra), ki sicer nimajo UCP1, ravno tako razklopiti oksidativno fosforilacijo od nastanka ATP in povecati porabo energije. Pri cloveku se pojavljajo analogi UCP1. In sicer UCP2, ki se pojavlja v razlicnih tkivih pri ljudeh in glodalcih, in UCP3, ki se pri ljudeh pojavlja v skeletnih mišicah, pri glodalcih pa v rjavem mašcobnem tkivu. Raziskave kažejo, da njuna funkcija ni povezana s termogenezo. UCP2 in UCP3 ravno tako katalizirata uhajanje protonov, vendar njuna fiziološka funkcija še ni razjasnjena. Oba naj bi šcitila celice pred oksidativnim stresom. UCP2 ima vlogo negativnega regulatorja izlocanja inzulina. Podatki kažejo tudi, da je disfunkcija beta celic ob prisotni hiperglikemiji in debelosti posledica aktivacije UCP2, ki nastopi zaradi oksidativnega stresa. Tako bi zaviranje UCP2 lahko služilo zdravljenju disfunkcije beta celic in diabetesa tipa 2. Primernost teh proteinov kot tarc za terapijo debelosti je precej nedolocena in mehanizem najverjetneje ni povezan s pospeševanjem termogeneze (5, 6). 3.2 Agonisti adrenergiśnih receptorjev ß3 Agonisti adrenergicnih receptorjev ß3 predstavljajo skupino ucinkovin, ki imajo skupen mehanizem delovanja in so zelo zanimive za zdravljenje debelosti. Veliko že prej omenjenih zaviralcev apetita, ki delujejo na adrenergicne receptorje, ima tudi vpliv na porabo energije in termogenezo. Preko receptorjev ß3 deluje efedrin, alkaloid iz rastline Efedra sinica, ki je še posebej ucinkovit v kombinaciji z metilksantini (s kofeinom), ki zavirajo fosfodiesterazo in podaljšajo delovanje cAMP v adrenergicnih poteh. Te ucinkovine žal pogosto delujejo tudi na druge receptorje ß in povzrocijo neželene ucinke, kot je tahikardija. Selektivnost agonistov ß3 ni edini problem pri iskanju ustreznih ucinkovin. Stalna izpostavljenost agonistom privede tudi do zmanjšanja števila adrenoceptorjev ß3, glavni problem pa je izrazita razlika med glodalskim in cloveškim adrenoceptorjem ß3 v strukturi in mehanizmu odzivnosti na ucinkovine (7). Ni še jasno, ali je termogeno delovanje pri cloveku posledica delovanja na otocke rjavega mašcobnega tkiva ali na druga tkiva (mišice), ki vsebujejo te receptorje (8). Kljub temu se raziskave, da bi našli selektivne ucinkovine, ki bi pospešile oksidacijo mašcobnih kislin v mašcobnem tkivu brez kardiovaskularnih neželenih ucinkov, nadaljujejo. Nova generacija visokoselektivnih peroralnih agonistov ß3 je v klicnih preizkušanjih (9). 3.3 Tiroidni hormoni in analogi Tiroidni hormoni zvecajo termogenezo, vendar pa imajo odmerki, višji od fizioloških, nevarne neželene ucinke, kot so kardiovaskularna toksicnost, miopatije in pospešena osteoporoza, in so za zdravljenje debelosti neprimerni. Ucinkovine, ki aktivirajo le dolocene receptorje tiroidnih hormonov in se s tem izognejo neželenim ucinkom, so v razvoju za zdravljenje debelosti in dislipidemij (hiperholesterolemij). Pri agonistih teh receptorjev (TR beta) bo potrebno zagotoviti izgubo telesne mase na racun mašcobnega tkiva, ne pa tudi drugih tkiv, vkljucno z mišicnim in kostnim (10). 4 Neposredni uśinki na shranjevanje in porabo v perifernih tkivih 4.1 Encimi, udelećeni v shranjevanje in mobilizacijo mařśob v adipocitih Ker je nastajanje trigliceridov v enterocitih in adipocitih nujno za kopicenje mašcobnega tkiva, bi z zaviranjem sinteze trigliceridov lahko omejili razvoj debelosti in njenih posledic. 1-acil-glicerol-3-fosfat-aciltransferaza (ang. 1-acyl-glicerol-3-phosphate acyltrasferase - AGPAT) katalizira acilacijo lizofosfatidne kisline na položaju sn-2 (slika 2) v razlicnih tkivih. Nastane fosfatidna kislina, ki je pomemben intermedial v de novo sintezi triacilglicerola in glicerofosfolipidov. Do sedaj so dolocili že sedem genov za AGPAT, katerih fiziološke funkcije pa še niso dodobra razjasnili. Miši brez AGPAT6, ki se nahaja v rjavem in belem mašcobnem tkivu ter v jetrih, so odporne na visokokaloricno prehrano in imajo manjšo telesno maso, kar kaže na pomembno vlogo tega encima pri regulaciji vsebnosti trigliceridov in sestave mašcobnega tkiva, ki je ne more nadomestiti nobeden od drugih encimov iz te družine (11). Diacilglicerol-aciltransferaza (ang. diacylglycerol acyltransferase -DGAT) katalizira zadnjo stopnjo pri sintezi triacilglicerola. DGAT1 in DGAT2 se izražata v razlicnih tkivih. Polimorfizmi DGAT1 so pri cloveku povezani z dolocenimi oblikami debelosti. Miši brez gena za DGAT1 imajo manj mašcobnega tkiva, so bolj obcutljive na leptin in inzulin in odporne na visokokaloricno prehrano. Pri delnem pomanjkanju tega proteina je njihov fenotip normalen. Zaradi tega bi lahko bili zaviralci encima DGAT1 zelo ucinkoviti pri zdravljenju debelosti in diabetesa tipa 2 (12). Cilj vseh vrst zdravljenja debelosti je zmanjšati zaloge mašcob v adipocitih. Glavni encim, ki skrbi za mobilizacijo prostih mašcobnih kislin iz adipoznega tkiva (lipolizo), je hormonsko obcutljiva lipaza (hormon sensitive lipase - HSL). Miši brez gena za HSL so odporne na gensko povzroceno debelost kot tudi debelost zaradi visokokaloricne prehrane, pojavijo pa se številne spremembe v morfologiji mašcevja in izražanju proteinov vpletenih v metabolizem v adipocitih. S prekinitvijo lipolize pride do izrazitega zmanjšanja lipogeneze in sprememb v metabolizmu mašcob. Z razjasnitvijo procesov, ki so farm vestn 2007; 58 1291 98 Originalni znanstveni ślanki - Scientific articles vpleteni v metabolizem na nivoju adipocita, bo tudi jasno, kako primerna tarśa za terapijo debelosti je HSL (13). Perilipin sodi v drućino proteinov PAT, ki obdajajo lipidne delce v celicah in nadzorujejo dostop do teh delcev. Protein-kinaza A, ki se aktivira preko adrenergiśnega receptorja ß3, fosforilira HSL in molekule perilipina na povrřini lipidnih delcev, kar je nujno za translokacijo HSL iz citosola do povrřine lipidnega delca in poslediśno lipolizo (14, 15). Miři brez perilipina imajo nizko telesno tećo, so hipermetabolne in odporne na debelost povzrośeno z visokokaloriśno hrano (16, 17). Razvoj nizkomolekulskih zaviralcev perilipina zavira nepoznavanje tridimenzionalne zgradbe in katalitiśnih domen. Pomanjkanje perilipina pri miřih pa spremljata tudi hiperglikemija in hiperinzulinemija, kar lahko ustavi razvoj zaviralcev perilipina (4). 4.2 Encimi, vpleteni v sintezo in oksidacijo mařśobnih kislin Sinteza in metabolizem mařśobnih kislin sta procesa, ki ju koordinirajo metabolni encimi, te pa uravnavajo nutricijski in hormonski signali, ki se sproćijo kot odziv na stradanje, fiziśno aktivnost in presećek energije. Glicerol-3-fosfat-aciltransferaza (ang. glycerol-3-phosphate acyltransferase - GPAT) katalizira zaśetni korak v de novo sintezi TAG. Acilira glicerol-3-fosfat na poloćaju sn-1. Veśina sesalskih tkiv vsebuje vsaj dve izoobliki: mitohondrijsko mtGAPT (GAPT1) in erGPAT endoplazemskega retikuluma. Poveśano izraćanje mtGAPT, ki se nahaja predvsem v jetrih, pospeři biosintezo trigliceridov in zavre oksidacijo mařśobnih kislin. Pojavita se hepatiśna steatoza in dislipidemija. Obratno pa inaktivacija mtGAPT pri miřih zavre narařśanje telesne mase in zmanjřa vsebnost TAG v jetrih in plazmi ter zmanjřa izlośanje LDL. Śeprav miři brez gena za GAPT1 niso kazale ośitne patofiziolořke motnje, je problem zaviranja tega encima nepoznavanje tridimenzionalne zgradbe in njegovega delovanja na sintezo fosfolipidov (npr. kardiolipina, ki je nujen za normalno delovanje mitohondrija) (18, 19). Sintaza mašcobnih kislin (ang. fatty-acid synthase - FAS) pri sesalcih katalizira de novo sintezo nasiśenih mařśobnih kislin. Deluje kot homodimer multifunkcijskega proteina, ki vsebuje sedem katalitiśnih domen in mesto za prostetiśno skupino. Izraća se predvsem v lipogenih tkivih (jetrih, mařśobnem tkivu, prsih med dojenjem). Pri ohranjanju energetske homeostaze sodeluje tako, da presećek hrane shranjuje v obliki lipidov. Poznavanje vloge FAS izhaja predvsem iz raziskav dveh zaviralcev: cerulenina in C75 (a-metilen-8-butirolaktona). Zaviranje encima z enim ali drugim zaviralcem zmanjřa vnos hrane in povzrośi zmanjřanje telesne mase. C75 hkrati stimulira karnitin-palmitoil transferazo in poslediśno poveśa beta oksidacijo. Centralno ti dve spojini spremenita ekspresijski profil nevropeptidov, povezanih s hranjenjem (zmanjřanje izraćanja oreksigenih peptidov). Vse to kaće na pomembno vlogo FAS v zaznavanju in uravnavanju energijskega ravnovesja. Encim ima tudi zelo pomembno vlogo v embrionalnem razvoju, saj pri odstranitvi tega gena miřji zarodki ne prećivijo. Poleg tega le 50 % heterozigotov prećivi obdobje embrionalnega razvoja. Pri zaviralcih FAS tako obstaja potencialna nevarnost za teratogeno delovanje (20, 4). Karnitin-palmitoil transferaza (ang. carnitine palmitoyl transferase - CPT) Encim katalizira pretvorbo palmitoil-CoA v palmitoilkarnitin, stopnjo, ki omejuje hitrost prehoda dolgih mařśobnih kislin iz citosola v mitohondrij, kjer poteka beta oksidacija. Aktivnost encima zavira alosteriśni zaviralec malonil-CoA, ki nastane iz acetil-CoA z encimom acetil-CoA-karboksilazo (ACC). CPT1 se nahaja pretećno v skeletnih miřicah in srcu, ima pomembno vlogo pri kontroli hitrosti beta oksidacije in je v primerjavi s CPT2 in CPT3 bolj obśutljiva na zaviranje z malonil-CoA. Vedno boljře poznavanje zgradbe encima in mest, ki so pomembna za katalitiśno aktivnost, za vezavo malonil-CoA, karnitina in zaviralca etomoksirja, je pospeřilo racionalno naśrtovanje aktivatorjev CPT. C75 je do sedaj edina molekula s takřnim delovanjem. Deluje pa tudi kot zaviralec sintaze mařśobnih kislin. Pri miřih povzrośi poveśanje oksidacije mařśobnih kislin in zmanjřanje telesne mase (21, 22, 23). Acetil-CoA-karboksilaza (ang. acetyl-CoA carboxylase - ACC) ACC pretvarja acetil-CoA v malonil-CoA, ki zavira delovanje CPT1 in s tem beta oksidacijo v skeletnih in srśni miřici. Pri sesalcih sta prisotni dve izoobliki, ACC1 in ACC2. ACC1 je citosolni encim in se nahaja predvsem v lipogenih tkivih, kjer uravnava sintezo mařśob. ACC2 je povezan z mitohondrijsko membrano in prevladuje v oksidativnih tkivih (srśni in skeletnih miřicah), kjer preko tvorbe malonil-CoA nadzoruje hitrost lipidne oksidacije. Aktivnost teh encimov uravnavata citrat, ki je alosteriśni aktivator, in AMP-kinaza, ki s fosforiliranjem zavira aktivnost. Miři brez gena za ACC2 imajo normalen fenotip, normalno ćivljenjsko dobo in nobene ośitne patofiziolořke motnje. Odporne so na visokokaloriśno prehrano, na diabetes, imajo poveśano hitrost beta oksidacije in zmanjřano koncentracijo malonil-CoA v skeletnih miřicah in srcu ter nizko koncentracijo mařśobnih kislin v krvi. V mařśevju, srcu in miřicah se pojavi poveśana koliśina proteinov UCP, kar ře dodatno doprinese k poveśani porabi energije. Razvili so nekaj zaviralcev rastlinske ACC, ki jih uporabljamo kot herbicide, in nekaj nespecifiśnih zaviralcev sesalskih ACC. Specifiśnih zaviralcev ACC2, ki bi ustavili nastajanje malonil-CoA in s tem pospeřili oksidacijo mařśobnih kislin, ře niso odkrili. Predstavljajo pa pomembno moćnost intervencije pri debelosti. K razvoju zaviralcev bo pripomoglo poznavanje tridimenzionalne strukture karboksiltransferazne domene ACC kvasovk, ki je verjetno zelo podobna vsem evkariontskim (24, 25, 26, 27, 28, 29). Stearoil-CoA-desaturaza (ang. stearoyl-CoA desaturase - SCD) Encim katalizira najpomembnejřo stopnjo v sintezi enkrat nenasiśenih mařśobnih kislin (oleata 18:1 in palmitoleata 16:1), ki sodelujejo pri izgradnji membranskih fosfolipidov, holesterolnih estrov, voskov in triacilglicerola. Transgene miři brez SCD1 imajo nizko telesno maso, so hipermetabolne in odporne na visokokaloriśno prehrano. Vendar pa bi lahko imeli zaviralci SCD1 nećelene uśinke, ki bi se kakor pri transgenih miřih odraćali kot atrofiśne spremembe lojnih ćlez na koći in meibonovih ćlez v ośesu (30, 31). 4.3 Proteini PPAR (ang. peroxisome proliferator activated receptor - PPAR) Gre za receptorje jedra, ki imajo pomembno vlogo pri metabolizmu lipidov, proliferaciji in diferenciaciji adipocitov, adipogenezi in posredovanju vnetnih signalov. Receptorji PPARa so v jetrih in so 130 farm vestn 2007; 58 Farmakološki pristopi pri zdravljenju debelosti II tarśa uśinkovin za znićevanje lipidov v krvi (fibratov). PPARy se nahajajo pretećno v mařśobnem tkivu in so tarśa uśinkovin za zdravljenje diabetesa tipa 2 (tiazolidindionov). Agonisti PPARy zmanjřajo koliśino prostih mařśobnih kislin v krvi, uravnajo metabolizem glukoze, zmanjřajo vnetni odziv mařśobnega tkiva in s tem izboljřajo stanje pri diabetesu tipa 2. So tudi mośni induktorji adipogeneze, kar je lahko koristno v smislu nastajanja metabolno zdravega mařśobnega tkiva, vendar hkrati povzrośi zveśanje telesne mase. Antagonisti PPARy bi morda zavrli diferenciacijo in nastajanje mařśobnega tkiva in s tem prispevali k zmanjřevanju telesne mase, vendar bi obrnili ostale pozitivne uśinke na disfunkcionalno mařśobno tkivo in pospeřili nastanek diabetesa tipa 2. Pri heterozigotnih miřih s pomanjkanjem PPARy ali pri polimorfizmu Pro-12-Ala pri śloveku se ne pojavi rezistenca na inzulin, hkrati pa se pojavi odpornost na debelost. Pri miřih, ki so dobivale antagoniste PPARy, je priřlo do zmanjřanja koliśine trigliceridov v mařśobnem tkivu, miřicah in jetrih, odporne so bile na visokokaloriśno hrano. Nekateri antagonisti in vivo zmanjřajo hipertrofijo adipocitov in tudi rezistenco na inzulin, zato bi bilo kljub temo moćno razviti spojino, ki bi bila uśinkovita tako pri debelosti kot pri diabetesu tipa 2 (32, 33, 34). 5 Zakljuśek Moćnosti za farmakolořko zdravljenje debelosti so v tem trenutku zelo omejene, kljub temu da je veliko raziskav usmerjenih v raziskovanje mehanizmov delovanja uśinkovin in razliśnih pristopov za intervencijo. Nekateri strokovnjaki menijo, da bo podrośje zdravljenja debelosti v naslednjih petih do desetih letih doseglo takřne razsećnosti kot zdravljenje kardiovaskularnih bolezni in hipertenzije (1). Zaradi kompleksnosti uravnavanja telesne mase je malo verjetno, da bo za trajno izgubo odveśnih kilogramov dovolj le ena uśinkovina. Prihodnost zdravljenja debelosti bo zelo verjetno zdrućevala nekaj razliśnih, neodvisnih farmakolořkih pristopov, ki bodo zdrućeni s kaloriśno restrikcijo in fiziśno aktivnostjo. 6 Reference 1. Melnikova I, Wages D. Anti-obesity therapies. Nat Rev Drug Discov 2006; 5(5): 369-70. 2. Huggins KW, Boileau AC, Hui DY. Protection against diet-induced obesity and obesity- related insulin resistance in Group 1B PLA2-deficient mice. Am J Physiol Endocrinol Metab 2002; 283(5): 994-1001. 3. Chang TM, Chang CH, Wagner DR et al. Porcine pancreatic phospholipase A2 stimulates secretin release from secretin-producing cells. J Biol Chem 1999; 274(16): 10758-64. 4. Shi Y, Burn P. Lipid metabolic enzymes: emerging drug targets for the treatment of obesity. Nat Rev Drug Discov 2004; 3(8): 695-710. 5. Krauss S, Zhang CY, Lowell BB. The mitochondrial uncoupling- protein homologues. Nat Rev Mol Cell Biol 2005; 6(3): 248-61. 6. Starkov AA. Protein-mediated energy-dissipating pathways in mitochondria. Chem Biol Interact 2006; 161(1): 57-68. 7. Fernandez-Lopez JA, Remesar X, Foz M et al. Pharmacological approaches for the treatment of obesity. Drugs 2002; 62(6): 915-44. 8. Campfield LA, Smith FJ. Leptin and other appetite suppressants. In: Hofbauer KG, Keller U, Boss O. Pharmacotherapy of obesity. CRC Press, 2004: 321-344. 9. Chiesi M, Huppertz C, Hofbauer KG. Pharmacotherapy of obesity: targets and perspectives. Trends Pharmacol Sci 2001; 22(5): 247-54. 10. Grover GJ, Mellstrom K, Ye L et el. Selective thyroid hormone receptor-beta activation: a strategy for reduction of weight, cholesterol, and lipoprotein (a) with reduced cardiovascular liability. Proc Natl Acad Sci U S A 2003; 100(17): 10067-72. 11. Vergnes L, Beigneux AP, Davis R et al. Agpat6 deficiency causes subdermal lipodystrophy and resistance to obesity. J Lipid Res 2006; 47(4): 745-54. 12. Chen HC, Farese RV Jr. Inhibition of triglyceride synthesis as a treatment strategy for obesity: lessons from DGAT1-deficient mice. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2005; 25(3): 482-6. 13. Kraemer FB, Shen WJ. Hormone-sensitive lipase knockouts. Nutr Metab (Lond) 2006; 3: 12. 14. Tansey JT, Sztalryd C, Hlavin EM et al. The central role of perilipin a in lipid metabolism and adipocyte lipolysis. IUBMB Life 2004; 56(7): 379-85. 15. Londos C, Sztalryd C, Tansey JT et al. Role of PAT proteins in lipid metabolism. Biochimie 2005; 87(1): 45-9. 16. Tansey JT, Sztalryd C, Gruia-Gray J et al. Perilipin ablation results in a lean mouse with aberrant adipocyte lipolysis, enhanced leptin production, and resistance to diet-induced obesity. Proc Natl Acad Sci USA 2001; 98(11): 6494-9. 17. Martinez-Botas J, Anderson JB, Tessier D et al. Absence of perilipin results in leanness and reverses obesity in Lepr(db/db) mice. Nat Genet 2000; 26(4): 474-9. 18. Linden D, William-Olsson L, Ahnmark A et al. Liver-directed overexpression of mitochondrial glycerol-3-phosphate acyltransferase results in hepatic steatosis, increased triacylglycerol secretion and reduced fatty acid oxidation. FASEB J 2006; 20(3): 434-43. 19. Thuresson ER. Inhibition of glycerol-3-phosphate acyltransferase as a potential treatment for insulin resistance and type 2 diabetes. Curr Opin Investig Drugs 2004; 5(4): 411-8. 20. Ronnett GV, Kim EK, Landree LE et al. Fatty acid metabolism as a target for obesity treatment. Physiol Behav 2005; 85(1): 25-35. 21. Jogl G, Hsiao YS, Tong L. Structure and function of carnitine acyltransferases. Ann N Y Acad Sci 2004; 1033: 17-29. 22. Yang N, Kays JS, Skillman TR et al. C75 [4-methylene-2-octyl-5-oxo-tetrahydro-furan-3-carboxylic acid] activates carnitine palmitoyltransferase-1 in isolated mitochondria and intact cells without displacement of bound malonyl CoA. J Pharmacol Exp Ther 2005; 312(1): 127-33. 23. Thupari JN, Kim EK, Moran TH et al. Chronic C75 treatment of diet-induced obese mice increases fat oxidation andreduces food intake to reduce adipose mass. Am J Physiol Endocrinol Metab 2004; 287(1): E97-E104. farm vestn 2007; 58 1311 Originalni znanstveni ślanki - Scientific articles 24. Hardie DG, Pan DA. Regulation of fatty acid synthesis and oxidation by the AMP-activated protein kinase. Biochem Soc Trans 2002; 30(6): 1064-70. 25. Zhang H, Yang Z, Shen Y et al. Crystal structure of the carboxyltransferase domain of acetyl-coenzyme A carboxylase. Science 2003; 299(5615): 2064-7. 26. Ha J, Lee JK, Kim KS et al. Cloning of human acetyl-CoA carboxylase-beta and its unique features. Proc Natl Acad Sci USA 1996; 93(21): 11466-70. 27. Seng TW, Skillman TR, Yang N et al. Cyclohexanedione herbicides are inhibitors of rat heart acetyl-CoA carboxylase. Bioorg Med Chem Lett 2003; 13(19): 3237-42. 28. Weatherly SC, Volrath SL, Elich TD. Expression and characterization of recombinant fungal acetyl-CoA carboxylase and isolation of a soraphen-binding domain. Biochem J 2004; 380(1): 105-10. 29. Harwood HJ Jr, Petras SF, Shelly LD et al. Isozyme-nonselective N-substituted bipiperidylcarboxamide acetyl-CoA carboxylase inhibitors reduce tissue malonyl-CoA concentrations, inhibit fatty acid synthesis, and increase fatty acid oxidation in cultured cells and in experimental animals. J Biol Chem 2003; 278(39): 37099-111. 30. Ntambi JM, Miyazaki M. Recent insights into stearoyl-CoA desaturase-1. Curr Opin Lipidol 2003; 14(3): 255-61. 31. Miyazaki M, Kim YC, Ntambi JM. A lipogenic diet in mice with a disruption of the stearoyl-CoA desaturase 1 gene reveals a stringent requirement of endogenous monounsaturated fatty acids for triglyceride synthesis. J Lipid Res 2001; 42(7): 1018-24. 32. Rieusset J, Touri F, Michalik L et al. A new selective peroxisome proliferator-activated receptor gamma antagonist with antiobesity and antidiabetic activity. Mol Endocrinol 2002; 16(11): 2628-44. 33. Kadowaki T. PPAR gamma agonist and antagonist Nippon Yakurigaku Zasshi 2001; 118(5): 321-6. 34. Bays HE. Current and investigational antiobesity agents and obesity therapeutic treatment targets. Obes Res 2004; 12(8): 1197-211. 132 farm vestn 2007; 58