БИОХИМИЯ, 2021, том 86, вып. 3, с. 409–421

УДК 577.17

Прямое действие синтетического аналога глюкагон-подобного пептида 1-го типа, лираглутида, на sзрелые адипоциты реализуется через аденилатциклаза-зависимое усиление инсулиновой чувствительности*

© 2021 Е.Д. Мамонтова 1,2,3, С.С. Мичурина 1,2, Ю.С. Стафеев 2**, Е.Л. Соркина 3, И.А. Скляник 3, Е.О. Кокшарова 3, М.Ю. Меньшиков 2, М.В. Шестакова 3, Е.В. Парфёнова 2,4

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119234 Москва, Россия

Институт экспериментальной кардиологии, НМИЦ кардиологии Минздрава России, 121552 Москва, Россия; электронная почта: yuristafeev@gmail.com

Институт диабета, НМИЦ эндокринологии Минздрава России, 117036 Москва, Россия

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, факультет фундаментальной медицины, 119234 Москва, Россия

Поступила в редакцию 02.11.2020
После доработки 07.12.2020
Принята к публикации 07.12.2020

DOI: 10.31857/S032097252103009X

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: инсулиновая резистентность, адипоцит, глюкагон-подобный пептид 1-го типа, инкретины.

Аннотация

Аналоги инкретиновых гормонов, в том числе глюкагон-подобного пептида 1-типа (ГПП-1), обладают сочетанным сахароснижающим, анорексигенным и кардиопротективным действиями. Механизмы действия ГПП-1 и его аналогов хорошо изучены для β-клеток поджелудочной железы, гепатоцитов и других типов тканей. Тем не менее эффекты ГПП-1 и его аналогов при локальном действии в жировой ткани в настоящий момент остаются неясными. В нашей работе мы провели оценку локального действия синтетического аналога ГПП-1, лираглутида, на адипогенную дифференцировку и инсулиновую чувствительность адипоцитов 3T3-L1. В ходе выполнения работы проводили белую и бежевую адипогенные дифференцировки преадипоцитов 3T3-L1 в течение 10 дней в присутствии/отсутствии 100 нМ лираглутида. Результат оценивали, определяя среднее число адипоцитов в поле зрения и поглощение экстракта красителя OilRedO. Затем в зрелых адипоцитах методом иммуноблоттинга оценивали зависимость активации и экспрессии киназ Erk и JNK от времени инкубации в присутствии лираглутида. Для уточнения механизма действия лираглутида зрелые адипоциты обрабатывали ингибитором аденилатциклазы SQ22536. В дальнейшем проводили оценку инсулиновой чувствительности клеток методами иммуноблоттинга и оценки инсулин-зависимого захвата глюкозы. В работе выявлено отсутствие значимого влияния лираглутида на бежевую адипогенную дифференцировку преадипоцитов 3T3-L1, при этом в составе белых адипоцитов лираглутид достоверно повышал экспрессию UCP-1. Исследование процессов активации промитогенной киназы Erk и провоспалительной киназы JNK при действии лираглутида продемонстрировало стимуляцию экспрессии киназы Erk и отсутствие эффектов на экспрессию киназы JNK. Добавление к клеткам одновременно с лираглутидом ингибитора аденилатциклазы SQ22536 вызывало подавление экспрессии Erk и активацию экспрессии JNK, что свидетельствует об участии аденилатциклазы в промитогенном и противовоспалительном эффектах лираглутида. Лираглутид стимулировал экспрессию субстрата инсулинового рецептора IRS-1 и киназы Akt, а также усиливал захват глюкозы клетками и экспрессию инсулин-зависимого глюкозного транспортера GLUT4; все эти эффекты нивелировались в присутствии SQ22536. В данной работе продемонстрировано усиление инсулиновой чувствительности зрелых адипоцитов синтетическим аналогом ГПП-1 лираглутидом, опосредуемое аденилатциклазой. Лираглутид не оказывал значимого воздействия на процесс бежевого адипогенеза, однако в составе белых адипоцитов усиливал экспрессию UCP-1. Полученные результаты свидетельствуют о позитивном инсулин-сенситизирующем прямом эффекте лираглутида на зрелые адипоциты, не связанном с формированием новых адипоцитов.

Сноски

* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/ biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM20-312, 08.03.2021.

** Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Научного Фонда (проект № 19-75-00068), а также в рамках совместного Российско-Тайваньского проекта Российского Научного Фонда и Министерства науки и технологий Тайваня (проект № 20-45-08003).

Конфликт интересов

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания выполненных авторами исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Olefsky, J. M., and Glass, C. K. (2010) Macrophages, inflammation, and insulin resistance, Annu. Rev. Physiol., 72, 219-246.

2. Vorotnikov, A. V., Stafeev, I. S., Menshikov, M. Yu., Shestakova, M. V., and Parfyonova, Ye. V. (2019) Latent inflammation and defect in adipocyte renewal as a mechanism of obesity-associated insulin resistance, Biochemistry (Moscow), 84, 1329-1345.

3. Gallagher, E. J., and LeRoith, D. (2015) Obesity and diabetes: the increased risk of cancer and cancer-related mortality, Physiol. Rev., 95, 727-748.

4. Booth, G. L., Kapral, M. K., Fung, K., and Tu, J. V. (2006) Recent trends in cardiovascular complications among men and women with and without diabetes, Diabetes Care, 29, 32-37.

5. Mojsov, S., Weir, G. C., and Habener, J. F. (1987) Insulinotropin: glucagon-like peptide I (7-37) co-encoded in the glucagon gene is a potent stimulator of insulin release in the perfused rat pancreas, J. Clin. Invest., 79, 616-619.

6. Deacon, C. F., Nauck, M. A., Toft-Nielsen, M., Pridal, L., Willms, B., and Holst, J. J. (1995) Both subcutaneously and intravenously administered glucagon-like peptide 1 are rapidly degraded from the NH2-terminus in type II diabetic patients and in healthy subjects, Diabetes, 44, 1126-1131.

7. Jackson, S. H., Martin, T. S., Jones, J. D., Seal, D., and Emanuel, F. (2010) Liraglutide (victoza): the first once-daily incretin mimetic injection for type 2 diabetes, P T, 35, 498-529.

8. Chou, C. Y., Chang, Y. T., Yang, J. L., Wang, J. Y., Lee, T. E., et al. (2017) Effect of long-term incretin-based therapies on ischemic heart diseases in patients with type 2 diabetes mellitus: a network meta-analysis, Sci. Rep., 7, 15795.

9. Nathanson, D., Ullman, B., Löfström, U., Hedman, A., Frick, M., et al. (2012) Effects of intravenous exenatide in type 2 diabetic patients with congestive heart failure: a double-blind, randomised controlled clinical trial of efficacy and safety, Diabetologia, 55, 926–35.

10. White, W. B., and Baker, W. L. (2016) Cardiovascular effects of incretin-based therapies, Annu. Rev. Med., 67, 245-60.

11. Erdogdu, O., Nathanson, D., Sjöholm, A., Nyström, T., and Zhang, Q. (2010) Exendin-4 stimulates proliferation of human coronary artery endothelial cells through eNOS-, PKA- and PI3K/Akt-dependent pathways and requires GLP-1 receptor, Mol. Cell. Endocrinol., 325, 26-35.

12. Ding, W. G., and Gromada, J. (1997) Protein kinase A-dependent stimulation of exocytosis in mouse pancreatic beta-cells by glucose-dependent insulinotropic polypeptide, Diabetes, 46, 615-621.

13. Knop, F. K., Visboll, T., and Holst, J. J. (2009) Incretin-based therapy of type 2 diabetes mellitus, Curr. Protein. Pept. Sci., 10, 46-55.

14. Campbell, J. E., and Drucker, D. J. (2013) Pharmacology, physiology and mechanisms of incretin hormone action, Cell. Metab., 17, 819-837.

15. Young, A. A., Gedulin, B. R., Bhavsar, S., Bodkin, N., Jodka, C., et al. (1999) Glucose-lowering and insulin-sensitizing actions of exendin-4: studies in obese diabetic (ob/ob, db/db) mice, diabetic fatty Zucker rats, and diabetic rhesus monkeys (Macaca mulatta), Diabetes, 48, 1026-1034.

16. Challa, T. D., Beaton, N., Arnold, M., Rudofsky, G., Langhans, W., and Wolfrum, C. (2012) Regulation of adipocyte formation by GLP-1/GLP-1R signaling, J. Biol. Chem., 287, 6421-6430.

17. Chen, J., Zhao, H., Ma, X., Zhang, Y., Lu, S., et al. (2017) GLP-1/GLP-1R signaling in regulation of adipocyte differentiation and lipogenesis, Cell. Physiol. Biochem., 42, 1165-1176.

18. Vendrell, J., Bekay, R. E., Peral, B., García-Fuentes, E., Megia, A., et al. (2011) Study of the potential association of adipose tissue GLP-1 receptor with obesity and insulin resistance, Endocrinology, 152, 4072-4079.

19. Zebisch, K., Voight, V., Wabitsch, M., and Brandsch, M. (2012) Protocol for effective differentiation of 3T3-L1 cells to adipocytes, Anal. Biochem., 425, 8890.

20. Miller, C. N., Yang, J. Y., England, E., Yin, A., Baile, C. A., and Rayalam, S. (2015) Isoproterenol increases uncoupling, glycolysis, and markers of beiging in mature 3T3-L1 adipocytes, PLoS One, 10, e0138344.

21. Laemmli, U. K. (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4, Nature, 15, 680-685.

22. Bao, Y., Jiang, L., Chen, H., Zou, J., Liu, Z., and Shi, Y. (2015) The neuroprotective effect of liraglutide is mediated by glucagon-like peptide 1 receptor-mediated activation of cAMP/PKA/CREB pathway, Cell. Physiol. Biochem., 36, 2366-2378.

23. Kimura, T., Kaneto, H., Shimoda, M., Hirukawa, H., Okauchi, S., et al. (2015) Protective effects of pioglitazone and/or liraglutide on pancreatic β-cells in db/db mice: comparison of their effects between in an early and advanced stage of diabetes, Mol. Cell. Endocrinol., 400, 78-89.

24. Que, Q., Guo, X., Zhan, L., Chen, S., Zhang, Z., et al. (2019) The GLP-1 agonist, liraglutide, ameliorates inflammation through the activation of the PKA/CREB pathway in a rat model of knee osteoarthritis, J. Inflamm. (Lond), 16, 13.

25. Haslam, R. J., Davidson, M. M., and Desjardins, J. V. (1978) Inhibition of adenylate cyclase by adenosine analogues in preparations of broken and intact human platelets. Evidence for the unidirectional control of platelet function by cyclic AMP, Biochem. J., 176, 83-95.

26. Juan, C., Chang, C., Lai, Y., and Ho, L. (2005) Endothelin-1 induces lipolysis in 3T3-L1 adipocytes, Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab., 288, E1146-E1152.

27. Li, F., Wang, D., Zhou, Y., Zhou, B., Yang, Y., et al. (2008) Protein kinase A suppresses the differentiation of 3T3-L1 preadipocytes, Cell. Res., 18, 311-323.

28. Wang, Q., and Brubacker, P. (2002) Glucagon-like peptide 1 treatment delays the onset of diabetes in 8 week-old db/db mice, Diabetologia, 45, 1263-1273.

29. Willard, F. S., and Sloop, K. W. (2012) Physiology and emerging biochemistry of the glucagon-like peptide-1 receptor, Exp. Diab. Res., 2012, 470851.

30. Cho, Y. M., Fujita, Y., and Kieffer, T. J. (2014) Glucagon-like peptide-1: glucose homeostasis and beyond, Annu. Rev. Physiol., 76, 533-536.

31. Nauck, M. A., Vardarli, I., Deacon, C. F., Holst, J. J., and Meier, J. J. (2011) Secretion of glucagon-like peptide 1 (GLP-1) in type 2 diabetes: what is up, what is down? Diabetologia, 54, 10-18.

32. Woerle, H. J., Carneiro, L., Derani, A., Goke, B., and Schirra, J. (2012) The role of endogenous incretin secretion as amplifier of glucose-stimulated insulin secretion in healthy subjects and patients with type 2 diabetes, Diabetes, 61, 2349-2358.

33. Ahren, B. (2013) Incretin dysfunction in type 2 diabetes: clinical impact and future perspectives, Diabetes. Metab., 39, 195-201.

34. Peters, A. (2010) Incretin-based therapies: review of current clinical trial data, Am. J. Med., 123, S28-S37.

35. Drucker, D. J., Sherman, S. I., Gorelick, F. S., Bergenstal, R. M., Sherwin, R. S., and Buse, J. B. (2010) Incretin-based therapies for the treatment of type 2 diabetes: evaluation of the risks and benefit, Diabetes Care, 33, 428-433.

36. Lockie, S. H., Heppner, K. M., Chaudhary, N., Chabenne, J. R., Morgan, D. A., et al. (2012) Direct control of brown adipose tissue thermogenesis by central nervous system glucagon-like peptide-1 receptor signaling, Diabetes, 61, 2753-2762.

37. Beiroa, D., Imbernon, M., Gallego, R., Senra, A., Herranz, D., et al. (2014) GLP-1 agonism stimulates brown adipose tissue thermogenesis and browning through hypothalamic AMPK, Diabetes, 63, 3346-3358.

38. Kooijman, S., Wang, Y., Parlevliet, E.T., Boon, M.R., Edelschaap, D., et al. (2015) Central GLP-1 receptor signalling accelerates plasma clearance of triacylglycerol and glucose by activating brown adipose tissue in mice, Diabetologia, 58, 2637-2646.

39. Ejarque, M., Guerrero-Pérez, F., de la Morena, N., Casajoana, A., Virgili, N., et al. (2019) Role of adipose tissue GLP-1R expression in metabolic improvement after bariatric surgery in patients with type 2 diabetes, Sci. Rep., 9, 6274.

40. Quoyer, J., Longuet, C., Broca, C., Linck, N., Costes, S., et al. (2010) GLP-1 mediates antiapoptotic effect by phosphorylating Bad through a β-arrestin 1-mediated ERK1/2 activation in pancreatic β-cells, J. Biol. Chem., 285, 1989-2002.

41. Li, Y., Tweedie, D., Mattson, M. P., Holloway, H. W., and Greig, N. H. (2010) Enhancing the GLP-1 receptor signaling pathway leads to proliferation and neuroprotection in human neuroblastoma cells, J. Neurochem., 113, 1621-1631.

42. Shiraishi, D., Fujiwara, Y., Komohara, Y., Mizuta, H., and Takeya, M. (2012) Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) induces M2 polarization of human macrophages via STAT3 activation, Biochem. Biophys. Res. Commun., 425, 304-308.

43. Lee, Y. S., Park, M. S., Choung, J. S., Kim, S. S., et al. (2012) Glucagon-like peptide-1 inhibits adipose tissue macrophage infiltration and inflammation in an obese mouse model of diabetes, Diabetologia, 55, 2456-2468.

44. Gao, H., Wang, X., Zhang, Z., Yang, Y., Yang, J., et al. (2007) GLP-1 amplifies insulin signaling by up-regulation of IRbeta, IRS-1 and Glut4 in 3T3-L1 adipocytes, Endocrine, 32, 90-95.

45. Hai, T., and Curran, T. (1991) Cross-family dimerization of transcription factors Fos/Jun and ATF/CREB alters DNA binding specificity, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88, 3720-3724.