Betasolujen endokannabinoidisysteemi (9). Betasolun elossapysyminen ja proliferaatio

Diabetes Obes Metab. 2016 Jun;18(6):549-57. doi: 10.1111/dom.12646. Epub 2016 Mar 31.  Betasolufunktioiden endokannabinoidisäätely: sovellutusta glykemiseen kontrolliin ja diabetekseen

 LÄHDE: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5045244/

Haiman betasolun elossapysymisen ja proliferoitumisen endokannabinoidisäätely (9)

Endocannabinoid Regulation of Pancreatic β-Cell Survival and Proliferation(9)

Tiedetään, että insuliini vaikuttaa autokriinisenä tekijänä edistämällä betasolujen proliferaatiota ja tämä mekanismi vaaditaan betasolumassan ylläpitämiseen.

Tyypin 2 diabetekseen liittyy betasolujen kokonaismassan vähentyminen. Nykyään tiedetään, että GPCRs, signaloiminen G alfa i/o proteiinien kautta (Gi-GPCRs) säätelee betasolumassaa estämällä betasolujen proliferoitumisen ja erityisesti betasolumassan kehityksellisen expansoitumisen perinataalisen jakson aikana.

(TERMI: GPCR lyhennys = https://en.wikipedia.org/wiki/G_protein%E2%80%93coupled_receptor

G-proteiinien kytkeytyneet reseptorit)

http://doctorlib.info/medical/biochemistry/42.html

• Insulin is known to act as an autocrine factor promoting β-cell proliferation, and this mechanism is required for the maintenance of β-cellmass. T2Dis associated with reduced total β-cell mass, and a recent study showed that GPCRs, signalling via Gα_i/o proteins (G_i-GPCRs), regulate β-cell mass by inhibiting β-cell proliferation, and in particular the developmental expansion of β-cell mass during the perinatal period [85].

Todellakin betasoluspesifinen transgeeninen, erilaisten inhibitorisiin  (Gi) G-proteiineihin  kytkeytyneitten reseptoreitten normaalia korkeampi ilmenemä hiirillä johti alentuneeseen betasolumassaan ja huonontuneeseen glukoosihomeostaasiin aikuisissa eläimissä, kun taas betasoluspesifinen transgeeninen ilmenemä geenistä, joka koodasi Gi/o inhibitorista pertussis toxiinia, selektiivisesti indusoituna, perinataalin jakson aikana, johti lisääntyneeeeen betasolumassaan ja paransi glukoosihomeostaasia. http://doctorlib.info/medical/biochemistry/42.html

• Indeed, β-cell-specific transgenic overexpression of different G_i-GPCRs in mice resulted in reduced β-cell mass and impaired glucose homeostasis in adult animals, whereas β-cell-specific transgenic expression of the gene encoding the G_i/o inhibitor pertussis toxin, selectively induced during the perinatal period, resulted in increased β-cell mass and improved glucose homeostasis [85].

Näitä löytöjä myötääviä houkuttelevia hypoteeseja on esitetty äskettäin, ja ne antavat mekanistista pohjaa endokannabinoidijärjestelmän vaikutuksille betasolufunktioon ja glukoosihomeostaasiin.

• In line with the above findings, an attractive hypothesis has recently been put forward to provide a mechanistic basis for the effects of the ECS on β-cell function and glucose homeostasis [28,64].

Niin ollen  havaittiin hiiren betasolussa agonistin aktivoiman CB1 -reseptorin muodostaneen heterotrimeerisen kompleksin Gi alfan ja insuliinireseptorin kanssa: Gi alfa esti insuliinireseptorin autofosforylaation sitoutumalla sen aktivaatiosilmukkean, sen tyrosiinikinaasidomaaniin. Tämä aiheutti fosforylaation estymisen apoptoottisessa BAD-proteiinissa johtaen sitä  lisääntyneeseen apoptoottiseen aktiivisuuteen ja betasolukuolemaan,

• Accordingly, agonist-activated CB1R in mouse β-cells was found to form a heterotrimeric complex with Giα and the insulin receptor, and Giα inhibited insulin receptor autophosphorylation by binding to the activation loop in the its tyrosine kinase domain. This caused inhibition of the phosphorylation of the apoptotic protein BAD, resulting in its increased apoptotic activity and β-cell death [28].

Vuorostaan- kun tehtiin CB1R -geenideleetio tai farmakologinen blokadi diabeettisille hiirille (db/db) , seurasi betasoluissa lisääntynyttä insuliinireseptorisignalointia insuliinireseptorisubstanssi-2 ( IRS2)/AKT välitteisesti sekä alentunutta veren glukoosia ja lisääntynyttä betasolumassaa.

Kuitenkin eräässä toisessa tutkimuksessa kehittyvien (epäkypsien) betasolusaarekkeiden ja niiden betasolusisältö pysyi muuttumattomana CB1R(-/-) poistogeenisessä hiiressä verrattuna CB1R(+/+) hiiriin.

• In turn, genetic deletion or pharmacological blockade of CB1R in diabetic (db/db) mice resulted in increased insulin receptor signalling via insulin receptor substrate 2 (IRS2)/AKT in β-cells, reduced blood glucose, and increased β-cell mass [64]. In another study, however, the size of immature (developing) islets and their β-cell content remained unchanged in CB1R−/− compared with CB1R+/+ mice [32].

Nykyään on tunnistettu T2 diabetes inflammatorisena tilana, kun taas aiemmat tutkimukset ovat kohdistuneet rasvakudoksen tulehdukseen ja sen osaltaan aiheuttamaan insuliiniresistenssivaikutukseen. 

 Tuoreemmat näytöt viittaavat siihen, että haiman saarekkeisiin tapahtunut tulehduksellisten solujen infiltroituminen johtaa sytokiinien ylläpitämään insuliittiin (insula-tulehdukseen, saareketulehdukseen) , mikä osaltaan saattaa vaikuttaa betasolujen katoa ja seuraamuksena insuliiniresistenssin progredioitumista ilmiselväksi tyypin 2 diabetes mellitukseksi.

 Tätä hypoteesia tukee IL-1-reseptoriantagonistin (ankinra) dokumentoitu terapeuttinen vaikuttavuus T2 diabeteksessa sekä myös monoklonaalisten anti-IL-1beta vastaaineitten käyttö. Vaikka anti-IL-1-terapia ei ole vielä saavuttanut lainsäädännölliatä hyväksyntää , edelleen arvioidaan anakinraa T2DM:n anti-inflammatorisen terapian konseptina käynnissä olevissa kliinissä kokeissa.

• It is now recognized that T2D is an inflammatory condition, with earlier studies focusing on adipose tissue inflammation and its contribution to insulin resistance. More recent evidence indicates that inflammatory cell infiltration into pancreatic islets leads to cytokine-driven insulitis, which may contribute to β-cell loss and the consequent progression of insulin resistance to overt T2D [86–88]. This hypothesis is supported by the documented therapeutic efficacy in T2D of the IL-1 receptor antagonist anakinra [89] or a monoclonal anti-IL-1β antibody [90,91]. Although anti-IL-1 treatment has not yet gained regulatory approval, the concept of anti-inflammatory therapy for T2D continues to be evaluated by ongoing clinical trials with anakinra in T2D (NCT02310009; NCT00928876, listed at clinicaltrials.gov).

Lisäksi on tehty havaintoja, jotka viittaavat glukotoksisuuden aiheuttavan endoplasmisen verkoston eli retikulumin (ER) stressiä ja siitä aktivoituu betasoluissa tioredoxiinin kanssa vuorovaikuttava proteiini TXNIP ja sen alavirran kohteet, Nlrp3 inflammasomi ja IL-1beta- mikä sitten johtaa betasolukuolemaan.

(Sitaatti: Tioredoxiinijärjestelmä. Kuva: apoptoositeistä tulehduksen kautta. http://www.nature.com/cdd/journal/v12/n1s/fig_tab/4401625f1.html

Inflammasomi, NLRP http://www.nature.com/cdd/journal/v12/n1s/fig_tab/4401625f1.html

Koska korkeat glukoosipitoisuudet voivat indusoida endokannabinoidisynteesiä  betasoluissa ja CB1R aktivaatio betasoluissa voi aiheuttaa betasolun joutumista apoptoosilinjalle, nämä löydöt voisivat viitata autokriiniseen mekanismiin, jonka kautta betasoluperäiset endokannabinoidit CB1-reseptoriin vaikuttamalla samaisiin soluihin  aiheuttavat apoptoosia aktivoimalla jotain proinflammatorista kaskadia.

• Additional observations indicate that glucotoxicity-induced endoplasmic reticulum (ER) stress in β-cells activates the thioredoxin interacting protein TXNIP and its downstream targets, the Nlrp3 inflammasome and IL-1β, leading to β-cell death [92–94]. As high glucose levels can induce endocannabinoid synthesis in β-cells [57,64] and activation of CB1R on β-cells can cause their apoptosis [28], these findings could suggest an autocrine mechanism through which β-cell-derived endocannabinoids acting on CB1R on the same cells cause apoptosis via activation of a proinflammatory cascade.

Alternatiivinen parakriininen mekanismi lienee tärkeämpi kehossa diabeettisessa saarekkeessa- kuten äskettäiset tulokset ZDF-rotilla ovat osoittaneet, siis T2DM mallista, jossa betasolukato on progredioivaa.

Siinä tutkimuksessa lisääntyivät CB1R ilmenemä ja Nlrp3 /Asc inflammasomi ZDF-saarekkeissa (verrattuna ei-diabeettisiin kontrolleihin) ja paikallistui samaan kohtaan kuin infiltroituvat M1 makrofagit pikemminkin kuin betasoluihin,

ja in vivo käsittely periferiaan rajoittuneella CB1R-antagonistilla, makrofagien puutos tai makrofagispesifinen in vivo CB1R-poistogeenisyys esti progressiivisen betasolukadon ja siihen liittyvän hyperglykemian, ja palautti GSIS-funktion,( sokerilla stimuloituvan insuliinin erityksen).

• An alternative paracrine mechanism may be more important in the diabetic islet in vivo, as indicated by the results of a recent study using ZDF rats, a model of T2D with progressive β-cell loss [53].
• In that study, increased expression of CB1R and the Nlrp3/Asc inflammasome iislets of ZDF compared with non-diabetic control rats co-localized with infiltrating M1 macrophages rather than β-cells, and in vivo treatment with a peripherally restricted CB1 R antagonist, depletion of macrophages, or macrophage-specific in vivo knockdown of CB1R prevented the progressive β-cell loss and the associated hyperglycaemia, and restored GSIS.
  

Inkuboitaessa anandamidin (AEA) kanssa ihmisen tai jyrsijän isoloituja makrofageja saatiin esiin kohonnutta Nlrp/ASC- ilmenemää ja makrofagin kemotaktista proteiinia (MCP-1), samoin proteolyyttistä aktivaatiota ja aktiivien IL-1 beta- ja IL-18 -aktivoitumista ja vapautumista. Mielenkiintoista oli, että IL-1beta indusoi hyvin vahvasti CB1-reseptorigeenin ilmenemän alassäätymisen eräissä insulinomasoluissa, mikä saattaisi diabeettisessa saarekkeessa edelleen vähentää endokannabinoidien suoraa vaikutusta betasoluihin.

• Incubation of isolated human or rodent macrophages with AEA elicited increased expression of Nlrp3/ASC and the macrophage chemotactic protein (MCP)-1, as well as the proteolytic activation and release of active IL-1β and IL-18 [53]. Interestingly, IL-1β induced a robust downregulation of CB₁R gene expression in MIN6 insulinoma cells that would further attenuate a direct effect of endocannabinoids on β-cells in the diabetic islet.

Ja käänteisesti- CB1R- ilmenemä makrofagissa oli ”autoindusoitua” endokannabinoideista , mikä saattaisi edustaa ” feed forward-” mekanismia, jossa alkuperäinen CB1-reseptorin -indusoima tulehduksellinen signalointi vahvistuu CB1-reseptorin ylössäätymisestä.

• Conversely, CB1R expression by macrophages was ‘auto-induced’ by endocannabinoids [53], which might represent a feed-forward mechanism whereby the initial CB1R-induced inflammatory signalling is amplified through upregulation of CB1R.

Tämän tutkimuksen toinen kiinnostava näkökohta oli se, että pitkäaikainen CB1R blokadi esti betasolukatoa ja hyperglykemian kehittymisestä ja palautti GSIS funktiota ( sokerin stimuloiman insuliinin erityksen) ZDF- jyrsijöillä , mutta ei vähentänyt kuitenkaan basaalia hyperinsulinemiaa eikä insuliiniresistenssiä. Tästä saadaan viitettä jonkin erilaisen mekanismin olemassaolosta, joka saattaisi olla osallisena basaali-insuliinin hypersekretioon ja GSIS-funktioon.

• Another interesting aspect of this study was that chronic CB1R blockade prevented β-cell loss and the development of hyperglycaemia and restored GSIS in ZDF rats, but did not reduce basal hyperinsulinaemia and insulin resistance, providing another indication that different mechanisms may be involved in basal insulin hypersecretion and GSIS [53].
  

Johtopäätöksenä nämä löydöt antavat tukea sellaiselle mallille, jossa endokannabinoidien aiheuttama CB1R- aktivaatio pro-inflammatorississa makrofageissa edistää makrofagitransmigraatiota saarekkeisiin, missä ne aiheuttavat naapuriston betasolujen apoptoosia vapauttamalla sytotoksista IL-1 betaa ja IL-18:ta kuten kuvassa 1 nähdään kaavana. Vaikka tämän mallin soveltuvuus ihmiseen on vielä testaamatta , tuore raportti NLRP1- inflammasomin lisääntyneestä ilmenemisestä hoitamattoman diabetespotilaan perifeerisen veren monosyyteissä (terveet kontrollina) pitää yhtä hypoteesin kanssa.

Nämä löydöt myös valottavat periferiaan rajoittuneiden CB1- reseptoriantagonistien mahdollista terapeuttista potentiaalia tyypin 2 diabeteksessa.

• Together, these findings support a model whereby endocannabinoid activation of CB1R on pro-inflammatory macrophages promotes their transmigration into islets where they induce the apoptosis of neighbouring β-cells via the release of cytotoxic IL-1β and IL-18, as illustrated schematically in Figure 1. Although the applicability of this model to human T2D remains to be tested, a recent report of increased expression of the NLRP3 inflammasome in monocytic cells isolated from the peripheral blood of untreated patients with diabetes compared with control subjects without diabetes is compatible with this hypothesis [95]. These findings also highlight the therapeutic potential of peripherally restricted CB1R antagonist in T2D.
  

Figure 1

Kaavamaisesti esitettynä diabeettisessa saarekkeesa tapahtuva CB1- reseptorivälitteinen mekanismi betasolujen katoamisessa.

Korkea kiertävän glukoosin ja /tai palmitiinihapon määrä indusoi arakidonyylietanolamidin (anandamidin) synteesin infiltroituneessa makrofagissa.

• Schematic illustration of the mechanism of CB₁ receptor (CB₁R)-mediated β-cell loss in the diabetic islet. High circulating glucose and/or palmitic acid induces arachidonoylethanolamide (AEA) synthesis in infiltrating macrophages. The released ...

Go to: