Tổng quan về incretin và các ứng dụng trong y dược

Năm 1903, khi nghiên cứu về mối quan hệ của hệ thần kinh trung ương tới quá trình tiêu hóa thức ăn, Bayliss và Starling đã nhận thấy trong dịch chiết được bài tiết ra ở đường tiêu hóa có

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp tôi đã nhận được rất nhiều sự chỉ bảo, những lời khuyên hữu ích cũng như sự động viên từ các thầy cô, gia đình và bạn bè

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo đáng kính TS Đào Thị Mai Anh, Bộ môn Hóa Sinh- người đã tận tâm hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong quá trình thực hiện, bổ sung đóng góp ý kiến để tôi hoàn thiện khóa luận này Cô không những dạy cho tôi phương pháp nghiên cứu khoa học hiệu quả, khơi gợi ở tôi tinh thần làm việc hết mình vì khoa học mà còn chỉ bảo tôi nhiều điều trong cuộc sống

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn tới các thầy cô của Trường Đại Học Dược Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô của bộ môn Hóa Sinh, trường Đại học Dược Hà Nội Các thầy

cô đã truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành khóa luận

Tôi xin cảm ơn bạn bè và các anh chị đã luôn sát cánh và cho tôi những góp ý chân thành và hữu ích nhất để tôi hoàn thiện khóa luận này

Cuối cùng, tôi xin cám ơn gia đình những người đã luôn động viên, hỗ trợ và tiếp thêm sức mạnh để tôi vượt qua những khó khăn trong suốt thời gian thực hiện khóa

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC INCRETIN 3

1.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 3

1.1.1 Sự ra đời của giả thiết trục điều hòa đường ruột- insulin (entero-insular axis) 3

1.1.2.Nghiên cứu và xác định các thành phần của incretin 4

1.1.3.Tình hình nghiên cứu incretin trong giai đoạn hiện nay 5

1.2.ĐỊNH NGHĨA 6

1.3.PHÂN LOẠI 6

CHƯƠNG 2 GLUCOSE-DEPENDENT INSULINOTROPIC POLYPEPTIDE (GIP) 7

2.1.CẤU TRÚC PHÂN TỬ CỦA GIP 7

2.2 GEN MÃ HÓA CHO GIP 8

2.3 QÚA TRÌNH SINH TỔNG HỢP GIP 8

2.4 QUÁ TRÌNH BÀI TIẾT GIP VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 10

2.4.1 Vai trò của các chất dinh dưỡng 10

2.4.2 Vai trò của các hormon và yếu tố thần kinh 12

2.5 QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA THẢI TRỪ CỦA GIP 12

2.6 TÁC DỤNG SINH LÝ CỦA GIP 12

2.6.1 Trên tụy 13

2.6.2 Trên mô mỡ 14

2.6.3 Trên các cơ quan trên đường tiêu hóa 15

2.6.4.Trên các cơ quan hệ tim mạch 15

2.6.5 Trên xương 15

2.7.1 Receptor của GIP 16

2.7.2 Cơ chế truyền tín hiệu chung của GIP 17

2.7.3 Cơ chế tắt tín hiệu của GIP 19

CHƯƠNG 3 GLUCAGON-LIKE PEPTIDE 1 (GLP – 1) 20

3.1 CẤU TRÚC PHÂN TỬ CỦA GLP-1 20

3.2 GEN MÃ HÓA CHO GLP-1 20

3.3 QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP GLP-1 21

3.4 QUÁ TRÌNH BÀI TIẾT GLP-1 VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 22

3.4.1 Vai trò của các chất dinh dưỡng 23

3.4.2 Vai trò của các hormon và yếu tố thần kinh 25

3.5 QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA THẢI TRỪ GLP-1 25

3.6 TÁC DỤNG SINH LÝ CỦA GLP-1 26

3.6.1 Trên tuyến tụy 26

3.6.2 Trên mô mỡ 27

3.6.3 Trên gan 27

3.6.4 Trên các cơ quan trên đường tiêu hóa 27

3.6.5 Trên cơ 28

3.6.6 Trên hệ miễn dịch 28

3.6.7 Trên hệ tim mạch 28

3.6.8 Trên xương 29

3.6.9 Trên thận 29

3.6.10 Trên hệ thần kinh trung ương và ngoại vi 30

3.7 CƠ CHẾ TRUYỀN TÍN HIỆU CỦA GLP-1 31

3.7.1 GLP-1 receptor 31

3.7.2 Cơ chế truyền tín hiệu chung của GLP-1 33

3.7.3 Cơ chế tắt tín hiệu của GLP-1 36

CHƯƠNG 4 VAI TRÒ CỦA CÁC INCRETIN TRONG MỘT SỐ BỆNH LÝ 37

4.1 TRONG BỆNH ĐÁI THÁO ĐƯỜNG 37

4.2 TRONG BỆNH BÉO PHÌ 39

4.3 TRONG BỆNH ALZHEIMER 40

4.4 TRONG BỆNH PARKINSON 42

4.5 TRONG HỘI CHỨNG CUSHING DO TĂNG TIẾT GIP 44

4.6 TRONG BỆNH GÃY XƯƠNG Ở PHỤ NỮ MÃN KINH 44

4.7 TRONG BỆNH THẬN 44

4.8 TRONG BỆNH GAN NHIỄM MỠ KHÔNG DO CỒN 46

4.9 TRONG BỆNH HEN CÓ LIÊN QUAN ĐẾN BÉO PHÌ 46

4.10 TRONG BỆNH KÉM HẤP THU 46

4.11 TRONG MỘT SỐ BỆNH TIM MẠCH 47

4.12 TRONG BỆNH BUỒNG TRỨNG ĐA NANG 48

4.13 TRONG BỆNH CONGENITAL HYPERINSULINISM (CHI) 48

4.14 TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP TĂNG INSULIN QUÁ MỨC Ở NHỮNG BỆNH NHÂN THỰC HIỆN PHẪU THUẬT NỐI THÔNG RUỘT (ROUX-EN-Y GASTRIC BYPASS SURGERY) 48

CHƯƠNG 5 CÁC LOẠI THUỐC THUỘC LIỆU PHÁP INCRETIN 50

5.1 CÁC THUỐC LIÊN QUAN ĐẾN GIP 50

5.2 CÁC THUỐC LIÊN QUAN ĐẾN GLP-1 52

5.3 CÁC THUỐC CHỦ VẬN TRÊN CẢ GIPR VÀ GLP-1R 55

5.4 CÁC CHẤT ỨC CHẾ DPP IV 56

5.5 NHÓM THUỐC CHỦ VẬN TRÊN GPR119 57

CHƯƠNG 6 BÀN LUẬN 58

6.1 VỀ CÁC ĐẶC TÍNH HÓA SINH CỦA INCRETIN 58

6.2 VỀ VAI TRÒ ỨNG DỤNG CỦA INCRETIN TRONG Y DƯỢC 59

6.2.1 Về tiềm năng sử dụng các incretin trong điều trị 59

6.2.2 Về tiềm năng các nhóm thuốc 62

KẾT LUẬN 66

ĐỀ XUẤT 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt Tên viết tiếng Anh Tên tiếng Việt

ADA American Diabetes Association Hiệp hội đái tháo đường

Mỹ AMPK AMP-activated protein kinase

ATF-4 activating transcription factor-4

Bad Bcl-2-associated death promoter

Bax Bcl2-associated X protein

Bcl-2 B-cell lymphoma

Bik Bcl2-interacting killer

cAMP Cyclic adenosine monophosphate

Casp-3 Caspase 3

Casp-9 Caspase 9

CHOP C/EBP (CCAAT/enhancer-binding

protein)-homologous protein Cnr-1 Gi- coupled endocannabinoid receptor

c-Raf Cellular Raf gene (rapidly accelerated

fibrosarcom)

AMPv CREB cAMP response element binding protein Protein gắn với yếu tố

đáp ứng với AMPv DPP IV dipeptidyl peptidase IV protease

eIF2α eukaryote initiation factor 2 α

Epac2 cAMP-regulated guanine nucleotide

exchange factor 2 ERK Extracellular signal-regulated kinase

FDA Food and Drug Administration

Gadd34 growth arrest and DNA

damage-inducible protein GEF II Guanine nucleotide exchange factor II

GIP glucose-depepdent insulinotropic

polypeptide

Polypeptide kích thích bài tiết insulin phụ thuộc nồng độ glucose GIPR Glucose- dependent insulinotropic

polypeptide receptor

Receptor của GIP

GLP-1 glucagon-like peptide 1 Peptid có cấu trúc tương

tự glucagon 1 GLP-1R Glucagon-like peptide 1 receptor Receptor của GLP-1

glucose GPR119/120 long chain fatty acid G-protein coupled

receptor 119/120

Receptor cặp đôi với protein G của acid béo chuỗi dài 119 hoặc 120 IRS-2 Insulin receptor substrate 2

KV Voltage-dependent K+ channel Kênh Kali phụ thuộc

điện thế LPL Lipoprotein lipase

Mcl1 Myeloid cell leukemia protein 1

NEP-24.11 Neutral endopeptidase 24.11 / neprilysin

PAM peptidyl-glycine alpha-amidating

monooxygenase

PBOW Hydraulic pressure in Bowman Áp lực thủy tĩnh trong

bọc Bowman PC1/3 prohormone convertase 1/3

PC2 prohormone convertase 2

PDH Pyruvate dehydrogenase

PGLO Hydraulic pressure in glomerular Áp lực thủy tĩnh trong

cầu thận PI3K Phosphoinositide 3 kinase

PIP2 Phosphatidylinositol4,5-bisphosphate

PKA Protein kinase A

PKC Protein kinase C

PLA2 Phospholipase A2

Rab2 Member RAS oncogene family

Rim Rab-3 interacting molecule

Rim 2 Regulating synaptic membrane

exocytosis 2

SGLT1/2 Sodium-gluco co-transporter Kênh đồng vận chuyển

glucose và natri VDCCs/ Cav Voltage-dependent calcium channels Kênh calci phụ thuộc

điện thế

DANH MỤC CÁC BẢNG

1 Bảng 5.1 Các phương pháp biến đổi và cấu trúc các thuốc là

các chất chủ vận trên GIPR và có cấu trúc tương tự GIP

50

2 Bảng 5.2 Các phương pháp biến đổi và cấu trúc các thuốc chủ

vận trên GLP-1R

52

DANH MỤC CÁC HÌNH

2 Hình 2.2 Cấu trúc bậc 3 của GIP(1-30) trong môi trường nước 8

3 Hình 2.3 Quá trình phiên mã và dịch mã của gen mã hóa cho

proGIP

8

4 Hình 2.4 Biến đổi sau dịch mã của GIP ở tế bào K 9

5 Hình 2.5.Biến đổi sau dịch mã của GIP tại tế bào α của đảo tụy 9

6 Hình 2.6 Cơ chế kích thích bài tiết GIP ở tế bào K của các chất

dinh dưỡng

10

7 Hình 2.7.Cơ chế kích thích bài tiết GIP ở tế bào K bởi glucose 11

8 Hình 2.8 Quá trình chuyển hóa và thải trừ của GIP 12

9 Hình 2.9 Các tác dụng sinh lý của GIP lên một số cơ quan 13

11 Hình 2.11 Các vị trí tương tác của GIP với receptor của nó được

nghiên cứu thông qua việc đột biến một số vị trí acid amin trên

receptor

17

13 Hình 3.1 Cấu trúc phân tử GLP-1 với những gốc acid amin có

15 Hình 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bài tiết của GLP-1 23

16 Hình 3.4 Tác dụng sinh lý của GLP-1 trên một số cơ quan 26

17 Hình 3.5 Tác dụng gián tiếp và trực tiếp của GLP-1 thông qua hệ

thần kinh tới quá trình tiêu thụ thức ăn

30

21 Hình 3.9 Ảnh hưởng của quá trình dimer hóa đồng thể và dị thể

lên tín hiệu của GLP-1R

36

21 Hình 4.1 Sự khác nhau về tác dụng của GIP trong các bệnh lý 39

22 Hình 4.2 Tác dụng của GLP-1 và các chất chủ vận trên GLP-1R

trên động học máu ở những bệnh nhân đái tháo đường

45

23 Hình 4.3 Tác dụng của GLP-1 trên một số bệnh lý tim mạch 47

24 Hình 5.1 Cấu trúc của các thuốc trong nhóm thuốc chủ vận trên

GLP-1R đang được sử dụng trên lâm sàng

54

25 Hình 5.1 Tác động của thuốc chủ vận trên cả GIPR và GLP-1R 55

26 Hình 5.2 Cấu trúc các thuốc chủ vận trên cả GIPR và GLP-1R 56

27 Hình 5.3 Cấu trúc các thuốc ức chế enzym DPP IV 57

ĐẶT VẤN ĐỀ

Những năm gần đây, trên toàn thế giới, người ta nhận thấy cùng với sự phát triển của nền kinh tế là sự suy thoái về môi trường dẫn đến sự bùng phát của hàng loạt các bệnh lý như Đái tháo đường (ĐTĐ), béo phì, Alzheimer và Parkinson Sự phổ biến của các căn bệnh này ảnh hưởng tới cuộc sống của nhiều người trên khắp thế giới, đồng thời để lại một gánh nặng lớn về tài chính không những cho người bệnh mà cho toàn

xã hội Các số liệu thống kê cho thấy, số lượng bệnh nhân mắc ĐTĐ ngày càng tăng cao Năm 2000 trên toàn thế giới có 151 triệu người mắc bệnh, nhưng tới năm 2017 con số này đã lên đến 425 triệu người [34] Tương tự như vậy, năm 2014 có 24 triệu người mắc bệnh Alzheimer, con số này được ước tính sẽ tăng lên gấp 4 lần vào năm

2050 [178] Cùng năm đó, các nhà khoa học đã thống kê được có 11% số đàn ông và 15% số phụ nữ trên 18 tuổi trên toàn thế giới bị béo phì [11] Đối với bệnh Parkinson, theo số liệu thống kê năm 2017, có khoảng 1% dân số thế giới, những người lớn hơn

60 tuổi bị mắc bệnh này [215] Việt Nam và các nước trong khu vực Đông Nam Á cũng không nằm ngoài xu hướng đó Chỉ ví dụ trong năm 2017 khu vực này đã có tới

82 triệu người mắc ĐTĐ và có 1,1 triệu người đã chết Con số này chỉ đứng thứ hai sau khu vực Tây Thái Bình Dương [34] Điều đáng buồn là, các thuốc điều trị hiện nay hầu hết chỉ tập trung vào điều trị triệu chứng do đó người bệnh phải dùng thuốc suốt đời mà vẫn không thể khỏi hoàn toàn được Nguyên nhân của thực tế này vì cơ chế bệnh sinh của các bệnh lý này rất phức tạp và chưa được nghiên cứu rõ ràng Gần đây, các kết quả nghiên cứu mới nhất đã tiết lộ một điều thú vị là ở tất cả những bệnh lý này dường như có những đặc điểm chung và nổi bật nhất chính là sự kháng insulin [204] Kết quả này mở ra một hướng tiếp cận mới trong nghiên cứu để có thể điều trị triệt để các bệnh lý nói trên

Incretin là các hormon đường tiêu hóa có vai trò kích thích sản xuất và bài tiết đến 70% tổng lượng insulin được cơ thể [171] Không chỉ vậy, incretin còn có tác dụng giảm kháng insulin và có chức năng bảo vệ và phục hồi chức năng tế bào β cũng như các tế bào thần kinh thông qua nhiều cơ chế khác nhau Với những ưu điểm vượt trội trên, dường như incretin chính là chiếc chìa khóa cho hướng tiếp cận mới nêu trên Trên thực tế, hiện nay đã có nhiều nhóm thuốc ra đời dựa trên incretin Tuy nhiên, các nhóm thuốc này vẫn còn có những ưu và nhược điểm riêng mà chúng có thể được tận

dụng hoặc khắc phục bằng nhiều cách để tối đa hóa tác dụng của incretin Do đó những kiến thức tổng quan về incretin là rất quan trọng để các cán bộ y tế nói chung và dược sỹ nói riêng có thể hiểu thêm và vận dụng vào việc nghiên cứu phát triển thuốc mới với tác dụng vượt trội hơn cũng như hướng dẫn các bệnh nhân sử dụng các loại thuốc một cách an toàn và hiệu quả Chính vì vậy , chúng tôi tiến hành đề tài ― Tổng quan về incretin và các ứng dụng trong Y Dược‖ với 2 mục tiêu:

1 Hệ thống hóa được các thông tin hóa sinh (nguồn gốc, cấu tạo, cơ chế tác dụng) của các incretin

2 Tổng hợp và phân tích được vai trò, ứng dụng của các incretin trong lĩnh vực Y Dược

CHƯƠNG 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC INCRETIN

1.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

Lịch sử nghiên cứu incretin là cả một quá trình xuyên suốt từ khi phát hiện ra insulin, chức năng của đảo tụy, thuật ngữ trục điều hòa đường ruột insulin (entero-insular axis), cho đến khi xác định được các thành phần của incretin, vai trò, chức năng và ứng dụng của chúng

1.1.1 Sự ra đời của giả thiết trục điều hòa đường ruột- insulin (entero-insular axis)

Từ lâu, các nhà khoa học đã biết đến vai trò của glucose cũng như tầm quan trọng của việc duy trì ổn định nồng độ nguồn nguyên liệu quý báu này trong máu Tuy nhiên đến tận giữa thế kỷ 19 người ta vẫn chưa thể biết rõ về các tác nhân cũng như các quá trình tham gia điều hòa glucose máu Trong năm 1849, nhà khoa học Claude Bernard đã cho rằng yếu tố thần kinh có thể có ảnh hưởng đến quá trình điều hòa glucose máu, tuy nhiên tại thời điểm này nhận định của ông nhận được khá ít sự chú ý

vì ngay cả bản thân ông cũng chưa chắc chắn về điều này [81] Phải đến những năm đầu của thế kỷ 20, khi vai trò nội tiết của tụy được chứng minh và insulin được tìm ra, người ta mới biết được rằng đây là yếu tố đóng vai trò quan trọng bậc nhất của quá trình điều hòa này [160], [182] Tuy nhiên, việc quan sát thấy có thể uống một lượng đường lớn hơn nhiều so với lượng đường dùng bằng đường tiêm mà không gây ra hiện tượng thải đường qua thận đã đặt ra giả thiết rằng insulin không đơn độc trong việc thực thi nhiệm vụ của mình

Năm 1903, khi nghiên cứu về mối quan hệ của hệ thần kinh trung ương tới quá trình tiêu hóa thức ăn, Bayliss và Starling đã nhận thấy trong dịch chiết được bài tiết ra

ở đường tiêu hóa có thể có những chất đi vào máu, đóng vai trò như tín hiệu dẫn truyền tới đảo tụy và kích thích chức năng bài tiết của cơ quan này Trong số đó, họ đã phân lập được một chất và đặt tên cho nó là secretin [91] Vì vậy, các nhà khoa học này đã cho ra một giả thuyết rằng có thể đường tiêu hóa mới là nhân tố đóng vai trò giúp ngăn ngừa hiện tượng tăng glucose máu khi chất này được đưa vào đường tiêu hóa thay vì tiêm

Phải đến năm 1928, giả thuyết này mới được Zunc và LaBarre chứng minh thành công khi phát hiện ra rằng dịch chiết thô chứa secretin từ niêm mạc đường tiêu hóa có

khả năng gây nên hiện tượng giảm glucose máu Hơn thế, họ còn chứng minh được tác dụng này được điều hòa qua tụy Năm 1932, La Barre đã cho rằng trong dịch chiết của thí nghiệm năm xưa bao gồm 2 thành phần: một thành phần kích thích chức năng nội tiết của tuyến tụy còn một thành phần thì kích thích chức năng ngoại tiết của tuyến tụy [41] Ông đã đặt tên cho peptid được chiết từ lớp niêm mạc đường tiêu hóa, làm giảm glucose máu nhưng không kích thích chức năng ngoại tiết của tụy là incretin, chất còn lại là excretin [40] Đây là lần đầu tiên thuật ngữ incretin được xuất hiện

Năm 1964, hai nhà khoa học độc lập là Elrick và McIntyre chứng minh được khi

sử dụng glucose đường uống làm tiết insulin nhiều hơn hẳn so với đường tiêm Thí nghiệm này khẳng định rằng có mối liên hệ giữa yếu tố đường tiêu hóa và việc bài tiết insulin, củng cố cho giả thuyết về mối liên hệ giữa đường ruột, tụy và insulin [21], [55] Thuật ngữ trục điều hòa đường ruột-insulin (entero-insular axis) ra đời vào năm

1969 bởi nhà khoa học R Unger, thuật ngữ này bao gồm tất cả các yếu tố bắt nguồn từ ruột là thần kinh, hormon và các cơ chất kích thích bài tiết trực tiếp các hormon tuyến tụy bao gồm insulin, glucagon, somatostatin và các peptid ở tụy [84]

1.1.2.Nghiên cứu và xác định các thành phần của incretin

Sau khi giả thuyết về trục điều hòa đường ruột insulin được xác định, các nhà khoa học tập trung vào nghiên cứu thành phần của trục điều hòa này Năm 1978, nhà khoa học Daniel đã chứng minh có rất nhiều peptid xuất phát từ đường tiêu hóa xuất hiện cả trên hệ thần kinh trung ương như bombesin, cholecystokinin (CCK), enkephalin, gastrin, neurotensin, somatostatin, substance P, thyrotropin releasing hormon (TRH) and vasoactive intestinal peptide (VIP) Một số peptid này chỉ tìm thấy trên các dây thần kinh và không có trên các tế bào nội tiết, một số thì có ở cả hai nơi Từ đó cho thấy, hệ thần kinh ruột có lẽ tham gia vào trục điều hòa đường ruột insulin theo 2 con đường: hoặc là bài tiết các peptid vào máu hoặc thông qua kích thích trực tiếp các dây thần kinh Trong đó, các incretin được cho là những chất có khả năng kích thích bài tiết insulin mà bản chất không phải là các chất dẫn truyền thần kinh đơn thuần [40] Năm 1975, John Brown đã phân lập được một peptid có khả năng ức chế bài tiết acid

và đặt tên là ―gastric inhibitory polypeptide‖, viết tắt là GIP Phải 4 năm sau đó, các nhà khoa học khác (Elahi và các đồng nghiệp) mới nhận thấy peptid này có khả năng

đã đổi tên thành ―glucose-dependent insulinotropic polypeptide‖ và vẫn giữ nguyên những chữ cái đại diện cho peptid này Đây chính là incretin đầu tiên được tìm ra [28] Năm 1978, nhà khoa học Buchan và đồng nghiệp đã phát hiện ra peptid này được bài tiết từ tế bào K

Năm 1979, Creutzfeldt [40] đã định nghĩa các đặc điểm của incretin như sau:

 Được bài tiết sau khi quá trình tiêu hóa thức ăn diễn ra

 Kích thích bài tiết insulin khi glucose ngoại sinh không vượt quá ngưỡng glucose máu sau ăn

 Được bài tiết chỉ khi nồng độ glucose trong máu tăng cao

Căn cứ vào định nghĩa này, các ứng cử viên peptid đường ruột khác như CCK, VIP, Glycentin (GLI-1) đều không thỏa mãn đầy đủ các tiêu chí của một incretin Vì thế, đến năm 1979, vẫn chỉ có GIP là incretin duy nhất [40]

Năm 1982, hai nhà khoa học là Ebert và Creutzfeldt sau khi loại bỏ toàn bộ GIP nhưng vẫn quan sát thấy còn hơn 50% hoạt tính bài tiết insulin của incretin Do đó, họ

dự đoán rằng, ngoài GIP, incretin vẫn còn bao gồm các chất khác GLP-1 được tìm ra độc lập bởi nhiều nhà khoa học vào những năm sau đó, với tên gọi ban đầu là

―glucagon-like sequence‖ rồi sau được đổi tên thành ―glucagon-like peptide 1‖ bởi nó

có cấu trúc tương tự glucagon [162] Tuy nhiên phải đến năm 1987, GLP-1 mới được kết luận là đủ tiêu chuẩn của một incretin [77] [120]

1.1.3.Tình hình nghiên cứu incretin trong giai đoạn hiện nay

Từ những năm 2000-2010, các nhà khoa học nghiên cứu chủ yếu các vấn đề xoay quanh GIP và GLP-1 ví dụ như các quá trình sinh tổng hợp, phân bố, chuyển hóa, thải trừ của 2 peptid này, sự phân bố của receptor ở các mô nhằm tìm ra cơ quan đích, nghiên cứu kỹ về cơ chế hoạt hóa receptor tương ứng trên các mô này Trong số đó, tụy dường như nhận được nhiều sự chủ ý nhất do đây là đích tác dụng chính của các incretin, các cơ quan khác ngoài tụy cũng đã bắt đầu được nghiên cứu

Khoảng gần 10 năm trở lại đây, xu hướng nghiên cứu có phần quay trở lại các yếu

tố kích thích bài tiết 2 hormon này từ các tế bào K/L ở đường tiêu hóa đồng thời nghiên cứu ứng dụng tạo ra các thuốc dựa trên cấu trúc và chức năng của peptid và receptor tương ứng

1.2.ĐỊNH NGHĨA

Cho đến ngày nay, định nghĩa của Creutzfeldt vào năm 1979 vẫn đƣợc áp dụng làm tiêu chuẩn xác định các incretin [39] Theo đó, một chất sẽ đƣợc gọi là incretin khi thỏa mãn 3 tiêu chí sau [40]:

 Đƣợc bài tiết sau khi quá trình tiêu hóa thức ăn diễn ra

 Kích thích bài tiết insulin khi glucose ngoại sinh không vƣợt quá ngƣỡng glucose máu sau ăn

 Đƣợc bài tiết chỉ khi nồng độ glucose trong máu tăng cao

1.3.PHÂN LOẠI

Mặc dù vẫn có thể còn nhiều hormon khác có hoạt tính incretin mà chƣa đƣợc tìm ra, tuy nhiên cho đến hiện nay GLP-1, GIP là 2 hormon đóng vai trò chính trong hầu hết các hoạt động incretin đã quan sát đƣợc [39]

CHƯƠNG 2 GLUCOSE-DEPENDENT INSULINOTROPIC

POLYPEPTIDE (GIP)

2.1.CẤU TRÚC PHÂN TỬ CỦA GIP

Trong máu dạng hoạt động chính của GIP là GIP (1-42) Đây là một polypeptid được cấu tạo từ 42 acid amin, có khối lượng phân tử là 5105 Da (hình 2.1) GIP (1-42)

có vùng đuôi N từ 1-7 là đoạn có vai trò sinh học quan trọng, chỉ cần thay đổi nhỏ tại vùng Tyr1-Ala2 tại đầu tận N thì hoạt tính sinh học của GIP (1-42) bị giảm mạnh, vùng có ái lực gắn cao là vùng (7-30) hay Phe6-Lys30 Cấu trúc này khá tương đồng ở

các loài động vật như lợn, các loài gắm nhấm và người [94]

Hình 2.1 Cấu trúc bậc 1 của GIP (1-42) [94]

(PC2: prohormone convertase 2) Gần đây, người ta còn tìm thấy một dạng khác có hoạt tính tương tự GIP (1-42) là GIP (1-30) Đây là một polypeptid gồm 30 acid amin được cắt ngắn từ GIP (1-42) nhờ enzym prohormone convertase 2 (PC2) (hình 2.1) tại đầu C tận Tại điểm cắt này GIP (1-30) được amid hóa tạo ra phân tử chứa nhóm NH2 ở cả 2 đầu

Nghiên cứu cấu trúc bậc 3 của GIP, người ta thấy đoạn đầu tiên của cấu trúc này được sắp xếp ngẫu nhiên, sau đó từ gốc acid amin 10-30 là cấu trúc xoắn α và đoạn từ

31 đến 42 lại sắp xếp một cách ngẫu nhiên (hình 2.2) Cấu trúc xoắn α có vai trò quan trọng trong việc gắn với GIPR do đó GIP(1-30), đồng thời cùng với đoạn sắp xếp ngẫu nhiên 6-10 đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của GIP Đoạn sắp xếp ngẫu nhiên gồm 12 acid amin cuối cùng không có ý nghĩa gì trong việc gắn của GIP với GIPR , đây chính là lý do GIP (1-30) và GIP(1-42) có cùng hoạt tính như nhau [135]

Hình 2.2 Cấu trúc bậc 3 của GIP(1-30) trong môi trường nước [135]

2.2 GEN MÃ HÓA CHO GIP

GIP được sinh ra từ một tiền peptid lớn hơn gọi là proGIP Đoạn gen mã hóa proGIP gồm 6 exon, nằm ở đoạn tay dài của chromosom 17, đoạn mã hóa cho GIP nằm tại exon 3 [102]

Quá trình phiên mã gen proGIP sẽ được tăng cường nhờ các yếu tố gắn vào các vị

trí trên vùng 5’UT (5’ upstream region), đoạn này gồm các cấu trúc TATA, GATA, CATTA, cấu trúc ISL-1 và các vị trí gắn cho Sp1, Sp3Ap1, Ap2 cũng như 2 yếu tố CRE, c-Jun [18],[26],[183] Ngoài ra ở người, khi cung cấp lượng lớn glucose và chất béo có trong thành phần bữa ăn cũng có khả năng làm tăng lượng mARN GIP trong khu vực tá tràng và tăng nồng độ của GIP, tuy nhiên theo cơ chế nào thì còn chưa rõ [18]

2.3 QÚA TRÌNH SINH TỔNG HỢP GIP

GIP được tổng hợp chủ yếu ở tế bào K nằm rải rác ở vùng ruột non trên và tập trung chủ yếu tại tá tràng và hỗng tràng [142] Quá trình sinh tổng hợp GIP tại tế bào

K diễn ra như sau (hình 2.3) [18]:

Hình 2.3 Quá trình phiên mã và dịch mã của gen mã hóa cho proGIP

A: gen của ProGIP, B: ARN thông tin của ProGIP, C: Protein ProGIP[18]

Sau khi gen proGIP được phiên mã thành ARN thông tin, hai đoạn đuôi 5’-UTR và

3’-UTR sẽ được cắt ngắn để tạo ra đoạn protein proGIP gồm 4 đoạn peptid là đoạn tạo tín hiệu (21 acid amin), đoạn đuôi N (30 acid amin), đoạn peptid của GIP (42 acid amin) và đuôi C (60 acid amin)

Sau đó ProGIP là 1 peptid gồm 153 acid amin sẽ được cắt bởi enzym prohormone convertase 1/3 (PC1/3) ở cả 2 đầu với vị trí arginin số 22 và 65 để giải phóng ra GIP (1-42) là dạng hoạt động Cụ thể 2 vị trí cắt là tại 19RGPR22/ ở đầu N tận và 65R/EAR68 ở đầu C tận (hình 2.4) [218]

Hình 2.4 Biến đổi sau dịch mã của GIP ở tế bào K [218]

Ngoài tế bào K, GIP còn được sản xuất ra ở tế bào α của đảo tụy Quá trình sinh tổng hợp GIP ở tế bào α diễn ra tương đối giống với tế bào K, chỉ khác là sau khi được tạo ra, GIP (1-42) sẽ tiếp tục bị cắt bởi PC2 để tạo GIP (1-30) rồi được amid hóa tại gốc C vừa tạo thành bởi peptidyl-glycine alpha-amidating monooxygenase (PAM) để tạo ra sản phẩm cuối cùng là GIP (1-30)-NH2 (hình 2.5)[65]

Hình 2.5 Biến đổi sau dịch mã của GIP tại tế bào α của đảo tụy [65]

Sau khi tổng hợp xong, GIP (1-42) hoặc GIP (1-30) sẽ được dự trữ trong các túi tiết ở các tế bào và sẽ được bài tiết khi có những yếu tố kích thích tương ứng

2.4 QUÁ TRÌNH BÀI TIẾT GIP VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

Quá trình bài tiết tại tế bào K được nghiên cứu khá kỹ, kết quả của các nghiên cứu cho thấy quá trình này được kích hoạt và kiểm soát bởi nhiều yếu tố khác nhau theo những cơ chế khác nhau trong số đó có thể kể tới các chất dinh dưỡng, các hormon và các chất dẫn truyền thần kinh

2.4.1 Vai trò của các chất dinh dưỡng

Các chất dinh dưỡng từ thức ăn như glucid, lipid, protein là những chất kích thích chủ yếu quá trình bài tiết GIP ở tế bào K Sự bài tiết GIP tương quan với giá trị dinh dưỡng và tỷ lệ vận chuyển đến ruột non của chất dinh dưỡng Các chất dinh dưỡng vận chuyển càng nhanh thì GIP trong máu tăng càng nhiều Các chất dinh dưỡng có thể kích thích bài tiết GIP bằng cách kết hợp với các receptor đặc trưng của mình trên màng tế bào và truyền tín hiệu theo những con đường khác nhau để dẫn tới kết quả cuối cùng là làm tăng Ca2+ nội bào, hoạt hóa protein vận chuyển, vận chuyển nang tiết GIP ra khu vực màng tế bào và giải phóng ra bên ngoài (hinh 2.6) [56]

Hình 2.6 Cơ chế kích thích bài tiết GIP ở tế bào K của các chất dinh dưỡng [56]

2.4.1.1 Vai trò của glucid

Glucid có vai trò kích thích bài tiết GIP mạnh mẽ nhất là glucose Glucose sau khi được vận chuyển vào trong tế bào bởi kênh đồng vận chuyển với natri (SGLT-1)

sẽ làm tăng lượng Na+ nội bào, gây khử cực màng tế bào dẫn tới kích thích hoạt động

trong tình trạng glucose máu cao, glucose còn có thể được vận chuyển vào tế bào nhờ kênh glucose transporter 2 (GLUT2) Sau khi vào trong tế bào theo con đường này, glucose nhanh chóng được thoái hóa làm tăng tỷ lệ ATP/ADP, làm đóng kênh K+

, gây

mở kênh Ca2+ và giải phóng GIP (hình 2.7) [96]

Hình 2.7.Cơ chế kích thích bài tiết GIP ở tế bào K bởi glucose [193]

Ngoài glucose, các loại đường như galactose, disaccharides sucrose và maltose cũng có thể kích thích bài tiết GIP còn fructose, sorbitol thì không có tác dụng này

2.4.1.2 Vai trò của lipid

Sau glucose, triglycerid (TG) cũng có tác dụng kích thích bài tiết GIP tốt Tuy nhiên, thời gian TG kích thích tiết GIP chậm hơn so với glucose Nguyên nhân của hiện tượng này một phần có thể do các TG có tác dụng giảm rỗng dạ dày Mặt khác, tác động của TG còn phụ thuộc vào sự bài tiết dịch mật cùng các enzym tiêu hóa cũng như độ dài của chuỗi acid béo Acid béo mạch dài là tác nhân kích thích chủ yếu còn mạch trung bình thì không có tác dụng Một số sản phẩm khác của lipid được tạo ra trong đường tiêu hóa ví dụ như 2-monoacylglycerol cũng có thể kích thích bài tiết GIP thông qua GRP-119 receptor (hình 2.6) [35], [105] Ngược lại, các cannabinoid nội sinh (bao gồm các amide, ester, and ether của các acid béo dạng poly, chuỗi dài không bão hòa) kích hoạt Gi- coupled endocannabinoid receptor (Cnr1) thì lại làm giảm bài tiết GIP [148]

2.4.2 Vai trò của các hormon và yếu tố thần kinh

Somatostatin và insulin là hai hormon được cho là có khả năng tham gia quá trình điều hòa bài tiết GIP Các kết quả nghiên cứu cho thấy hai hormon này làm giảm bài tiết GIP [148]

Hệ thần kinh tự động, hệ thần kinh phó giao cảm có thể đóng vai trò trong quá trình bài tiết GIP tuy nhiên cơ chế vẫn còn chưa rõ

2.5 QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA THẢI TRỪ CỦA GIP

Ở người, sau khi được bài tiết vào máu GIP bị tấn công và phá hủy bởi dipeptidyl peptidase IV protease (DPP IV) Enzym này cắt GIP ở vị trí Tyr1-Ala2 của GIP (1-42) và GIP (1-30) để tạo dạng không còn hoạt tính là GIP (3-42) và GIP(3-30) So với GLP-1, DPP-4 bất hoạt GIP chậm hơn, do đó GIP giữ được hoạt tính trong thời gian dài hơn (hình 2.8) [191]

Hình 2.8 Quá trình chuyển hóa và thải trừ của GIP [191]

Sau khi bị bất hoạt, các chất chuyển hóa sẽ được thải trừ qua thận Gan và một số các cơ quan khác cũng có vai trò nhất định trong quá trình thải trừ GIP, tuy nhiên đó là những cơ quan nào và cơ chế ra sao thì vẫn chưa rõ ràng [144], [226]

2.6 TÁC DỤNG SINH LÝ CỦA GIP

GIP có thể thể hiện tác dụng trên nhiều cơ quan (tụy, tim, não, mô mỡ, xương và mạch máu) theo cơ chế trực tiếp hoặc gián tiếp tạo ra các tác dụng sinh lý khác nhau (hình 2.9)[31]

Hình 2.9 Các tác dụng sinh lý của GIP trên một số cơ quan [18]

2.6.1 Trên tụy

Ở tuyến tụy, GIP tác dụng cả trên tế bào α và trên tế bào β của đảo tụy chủ yếu

theo cơ chế trực tiếp, bằng cách gắn vào GIPR trên bề mặt các tế bào này

Trên tế bào β, GIP làm tăng cường khả năng bài tiết insulin Tác dụng kích thích

bài tiết insulin của GIP phụ thuộc vào lượng glucose có trong máu: chỉ khi lượng

glucose trong máu tăng cao hơn mức bình thường GIP mới kích thích tế bào β đảo tụy

để tăng cường bài tiết insulin Không những thế, GIP còn có khả năng tăng quá trình

bài tiết insulin phụ thuộc glucose của tế bào β bằng cách tăng biểu hiện của các thành

phần nhạy cảm với glucose trên tế bào này Mặt khác, GIP còn thúc đẩy quá trình dịch

mã insulin và tăng cường tổng hợp proinsulin

Không chỉ có vai trò trong quá trình tổng hợp và bài tiết insulin, GIP còn có tác

dụng trên quá trình phân bào, tăng trưởng và phát triển của tế bào này Ngoài ra GIP

còn ngăn cản quá trình apoptosis của tế bào β bằng cách tăng tổng hợp các gen chống apoptosis và ức chế tổng hợp các gen tiền apoptosis

Đối với tế bào α của đảo tụy, GIP kích thích bài tiết glucagon cũng theo cơ chế phụ thuộc vào nồng độ glucose có trong máu (khi nồng độ glucose trong máu thấp hơn giới hạn bình thường, GIP sẽ tăng bài tiết glucagon)

2.6.2 Trên mô mỡ

Trên mô mỡ, GIP có tác dụng trực tiếp thông qua hoạt hóa receptor hoặc gián tiếp thông qua insulin, có thể kể ra là tăng hoạt động của lipoprotein lipase (LPL), tăng tổng hợp mô mỡ, tăng hấp thu glucose và các acid béo tự do, kích thích bài tiết các adipokin bao gồm resistin và osteopontin ( hình 2.10) [13],[76], [118], [185]

Tuy nhiên có một giả thiết đối lập là GIP biểu hiện tại nhân bụng vùng dưới đồi sẽ làm giảm hấp thụ thức ăn và không tăng tiêu thụ năng lương do đó làm giảm cân trên những con chuột biểu hiện quá mức GIP [5]

Sự phức tạp trong tác động của GIP lên mô mỡ như đã nói ở trên có thể do tính đa

hình của các gen GIPR, có một số gen làm tăng cường dự trữ mỡ, có một số gen khác

lại làm tham gia vào quá trình giảm dự trữ mỡ [3], [214]

Hình 2.10 Tác động của GIP trên mô mỡ [65]

2.6.3 Trên các cơ quan trên đường tiêu hóa

Tác dụng đầu tiên phải kể đến là giúp ức chế bài tiết acid ở dạ dày, đây cũng chính

là ý nghĩa tên gọi đầu tiên của GIP gastrin- inhibitory polypeptide Tuy nhiên tác dụng này chỉ xuất hiện khi GIP được sử dụng ở liều cao hơn mức sinh lý GIP không có tác dụng làm rỗng dạ dày [141], [154]

Ở gan, GIP có tác dụng thông qua gắn trực tiếp lên các GIPR làm co các động mạch gan, dãn tĩnh mạch cửa, giúp tăng cường vận chuyển chất dinh dưỡng tới gan GIP cũng theo còn đường gián tiếp GIP làm giảm sản xuất glucose ở gan [48]

2.6.4.Trên các cơ quan hệ tim mạch

Các nghiên cứu về tác dụng của GIP trên hệ tim mạch mới chỉ tiến hành trên động vật Kết quả cho thấy, GIP làm tăng lượng máu qua động mạch mạc treo ruột, tăng lượng máu qua tĩnh mạch chủ gan và giảm lượng máu động mạch gan và tụy của mèo

Ở chuột, GIP giúp giải quyết tình trạng toàn bộ lượng máu qua tụy bị giảm khi có hiện tượng hạ glucose máu [139]

Ngoài ra, GIP còn làm tăng hoạt động của dây thần kinh phế vị, tăng tập trung máu vào các tạng Nghiên cứu trên chuột cho thấy GIP có khả năng tăng nhịp tim nhưng làm giảm huyết áp, tuy nhiên tác dụng này cần được nghiên cứu thêm [236]

2.6.5 Trên xương

Đối với các tế bào tạo xương GIP làm tăng Ca2+ nội bào và AMPv do đó tăng biểu hiện của collagen tuýp 1 cũng như quá trình trưởng thành của collagen, tăng tạo liên kết chéo trong collagen đồng thời tăng hoạt động alkaline phosphatase, tăng mật độ khoáng trong hệ xương, tăng tiết transforming growth factor beta (TGF-β) và hoạt động của lysyl oxidase

Đối với các tế bào hủy xương, GIP làm giảm sự hình thành cũng như hoạt động của các tế bào này

Ngoài ra các tác dụng này còn là kết quả của việc GIP tác động gián tiếp thông qua bài tiết insulin của tế bào đảo tụy, hoặc thay đổi sự bài tiết adipokin ở các tế bào

mỡ [133]

2.6.6 Trên hệ thần kinh trung ương

GIP có tác dụng kích thích tăng trường tế bào tiền thân vùng hải mã và sự thay đổi hành vi ngăn ngừa apoptosis của các tế bào tiểu não Hoạt hóa GIPR còn giúp tăng sinh tế bào tiền thân não và góp phần vào tổng hợp các neuron [157], [165]

2.7 CƠ CHẾ TRUYỀN TÍN HIỆU CỦA GIP

GIP thể hiện tác dụng chủ yếu bằng cách trực tiếp thông qua gắn và hoạt hóa receptor của nó

2.7.1 Receptor của GIP

Trong các tế bào, GIP có thể thể hiện tác dụng của nó một cách trực tiếp thông qua gắn và hoạt hóa với GIPR hoặc gián tiếp thông qua cơ chế thần kinh

2.7.1.1 Phân bố

GIPR phân bố ở vùng tụy, mô mỡ, đường tiêu hóa, tim, tuyến yên, vỏ tuyến thượng thận và não Tại não, GIPR tập trung nhiều ở các neuron lớn như neuron ở vùng vỏ tháp [58], [220]

2.7.1.2.Cấu trúc

GIPR ở các tế bào β đảo tụy là một glycoprotein bao gồm 466 acid amin, trong đó các acid amin có vai trò quan trọng đối với việc gắn với phối tử cũng như tạo đáp ứng bên trong tế bào là Arg183, Arg190, Gln220, Thr223, Gln224, Asn230, Arg300 ( Hình 2.11) [239] Cấu trúc của GIPR giống GLP-1R và glucagon receptor đến 40-47% Bên cạnh dạng 466 acid amin, GIPR còn tồn tại dưới dạng isoform có 493 acid amin (đoạn 27 acid amin thêm này nằm ở đoạn nối giữa vùng xuyên màng số 7 và đuôi C của GIPR Cả 2 dạng này đều gắn GIP với ái lực như nhau Vai trò của đoạn 27 acid amin đến nay vẫn chưa được nghiên cứu rõ [4]

Hình 2.11 Các vị trí tương tác của GIP với receptor của nó được nghiên cứu thông qua việc đột biến một số vị trí acid amin trên receptor [239]

Đầu C tận chủ yếu có vai trò trong việc giúp gắn với adenyl cyclase, điều khiển ái lực gắn cùng với điều hòa chuỗi truyền tín hiệu xuống, tuy nhiên vẫn còn ít nhất 405 acid amin ở đầu tận C cần thiết cho vận chuyển 1 cách hiệu quả và lấy các chất từ bên ngoài qua màng sinh chất Đầu N sẽ liên kết với GIP trong bước đầu của quá trình hoạt hóa

Quá trình gắn diễn ra như sau: đầu tiên đuôi C của GIP sẽ gắn vào rãnh trên bề mặt receptor, sau đó GIP sẽ chuyển đổi hình dạng để hình thành nên dạng xoắn α, còn đuôi N của GIP sẽ được tự do để liên kết với các vùng xuyên màng (TMD) trên receptor

2.7.2 Cơ chế truyền tín hiệu chung của GIP

Đầu tiên các tác dụng sinh lý của GIP được thể hiện trực tiếp thông qua gắn và hoạt hóa GIPR Sau khi gắn vào GIPR, GIP sẽ hoạt hóa các con đường truyền tin sau

đó thông qua hoạt hóa các protein cặp đôi với protein G ( hình 2.12) [110], [139], [210]

Hình 2.12 Cơ chế truyền tín hiệu của GIP

GIPR cặp đôi với Gs, khi bị kích thích sẽ tạo tìn hiệu thông qua tiểu phần Gsα hoặc Gβɣ

Thông qua Gsα làm kích thích enzym AC, enzym này xúc tác biến đổi AMP thành AMPv, làm tăng nồng độ AMPv, sau đó tạo đáp ứng thông qua những con đường khác

là PKA hoặc qua con đường không phụ thuộc PKA (ví dụ như GEF/EPAC2) và MAPK

Theo con đường phụ thuộc PKA thì sau khi PKA được kích hoạt, enzym này sẽ gắn các gốc phosphat vào các cơ chất tiếp theo, có rất nhiều đích cho PKA phosphoryl hóa Ví dụ PKA điều hòa quá trình phosphoryl hóa của Ser1448 của SUR1 (là một tiểu phân của KATP) gây đóng kênh này PKA cũng gắn nhóm phosphat vào kênh Kv1.4 làm tăng cường quá trình nhập bào của kênh này từ đó giảm dòng K+ đi vào tế bào, do

đó giúp kéo dài thời gian khử cực làm tăng tín hiệu của dòng Ca2+

Ngoài ra, PKA phosphoryl hóa AMPK, tăng khả năng di chuyển vào nhân của chất đồng kích hoạt

phức hợp của TORC2 với CREB, kích thích sự biểu hiện của Bcl-2 là một gen chống

Theo con đường không phụ thuộc PKA, ở điều kiện không bị kích thích, GEFII gắn với Kir6.2 Ngay sau khi nồng độ AMPv tăng lên sẽ làm cho phức hợp cAMP-GEFII tách khỏi Kir6.2 (một tiểu phân của KATP) và thúc đẩy quá trình dimer hóa Rim2 và piccolo phụ thuộc Ca2+, đồng thời tăng cường sự tương tác của chúng với Rab3 (là một protein gắn với các túi tiết trong tế bào, đây là protein đóng vai trò quan trọng trong cơ chế bài xuất) [110], [139], [210]

Sự giảm phosphoryl hóa MAPK sẽ hoạt hóa p38, dẫn tới sự phân bào Mặt khác, thông qua hoạt hóa phức hợp PKB/Akt sẽ tăng quá trình phosphoryl hóa Foxo1 (nếu Foxo-1 không được phosphoryl hóa, nó sẽ đi vào gắn với nhân và kích thích biểu hiện các protein tiền apoptosis như Bax) do đó làm giảm mức độ Bax

Thông qua Gβɣ, kích hoạt enzym phospholipase A2 (PLA2), dẫn tới tăng sản xuất acid arachidonic sau đó giúp giải phóng Ca2+ từ những bọc dự trữ nội bào Tuy chưa được nghiên cứu kỹ nhưng con đường này có thể liên quan tới con đường nhạy cảm với wortmannin hoặc có sự tham gia của quá trình hoạt hóa PI3-kinase Đặc biệt acid arachidonic còn làm tăng khả năng bất hoạt của Kv2.1 [110], [139], [210]

Ngoài ra, glutamate được tạo thành thông qua MA shuttle, đây sẽ là điểm kết nối quá trình chuyển hóa glucose và tín hiệu thông qua AMPv để khuếch đại tín hiệu bài tiết insulin [240]

2.7.3 Cơ chế tắt tín hiệu của GIP

Bình thường quá trình giảm nhạy cảm của hầu hết các receptor thuộc nhóm GPCRs chỉ phụ thuộc vào các tín hiệu dẫn truyền, các receptor chỉ ở nguyên trên bề mặt màng

tế bào và việc phân tử đích gắn với receptor sẽ làm sự nhạy cảm đối với lần kích thích tiếp theo Tuy nhiên đối với GIPR thì có sự khác biệt, một phần nào đó sự giảm tính nhạy cảm không phụ thuộc vào tín hiệu dẫn truyền, việc hoạt hóa của GIPR do GIP sẽ làm chậm quá trình GIPR được tái vận chuyển trở lại màng tế bào và do đó làm giảm khả năng truyền tín hiệu bên trong tế bào Trên cấu trúc của GIPR serin 406 và 411 cần cho quá trình giảm nhạy cảm của GIPR, trong khi serin 426 và 427 điều hòa quá trình vận chuyển trở lại lòng tế bào của GIPR [104], [232]

CHƯƠNG 3 GLUCAGON-LIKE PEPTIDE 1 (GLP – 1)

3.1 CẤU TRÚC PHÂN TỬ CỦA GLP-1

Trong máu, phần lớn GLP-1 tồn tại dưới dạng GLP-1(7-36)NH2 là dạng amid hóa của GLP-1 (7-37) [163] GLP-1(7-36)NH2 là một peptid có gồm 30 acid amin, khối lượng phân tử 3297.7 Da Các kết quả nghiên cứu cấu trúc không gian của GLP-1 cho thấy phân tử này có bao gồm một đuôi N với 6 gốc acid amin định hướng ngẫu nhiên trong không gian, tiếp sau đó là chuỗi acid amin có cấu trúc xoắn alpha bắt đầu từ Thr-

7 đến Val-27 Các gốc His-1, Gly-4, Phe-6, Thr-7, và Asp-9 có vai trò quan trọng trong việc gắn vào receptor cũng như quá trình hoạt hóa sau đó Các gốc Phe-6, Thr-7,

và Val-10 hình thành cấu trúc xoắn alpha với mũ N giúp GLP-1 gắn với đoạn xuyên màng và hoạt hóa receptor Các gốc Ala-18, Ala-19, Lys-20, Phe-22, Ile-23, và Leu-

26 ở nửa sau của chuỗi xoắn alpha có vai trò tương tác trực tiếp với vùng N tận ở ngoài màng tế bào (ECD) củaGLP-1R Ala-2 là vị trí đích cho DPP IV đến cắt và Gly-

16 có liên quan đến sự vặn xoắn của cấu trúc xoắn alpha trong mô hình gắn với vùng đuôi N của GLP-1R (ECD), cấu trúc này gần như tương đồng 100% giữa các loài khác nhau (hình 3.1) [101]

Hình 3.1 Cấu trúc phân tử GLP-1 với những gốc acid amin có vai trò sinh học

[101]

3.2 GEN MÃ HÓA CHO GLP-1

Gen mã hóa cho GLP-1 nằm trong đoạn gen lớn mã hóa cho protein proglucagon

Gen proglucagon nằm ở vùng đoạn tay dài trên chromosom 2 (2q36-q37) và bao gồm

Điều hòa quá trình biểu hiện gen của GLP-1 cũng có những điểm giống và khác

ở các cơ quan tương ứng Quá trình biểu hiện gen của GLP-1 được nghiên cứu khá kỹ Các kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng đây là một quá trình phức tạp liên quan đến nhiều yếu tố, và tác động vào cả hai giai đoạn của biểu hiện gen là phiên mã và dịch mã, cụ thể là các yếu tố làm tăng phiên mã và tăng dịch mã [18]

Biểu hiện của gen proglucagon ở tụy sẽ được tăng cường khi cơ thể ở trong tình

trạng đói và hạ glucose máu tuy nhiên cơ chế như thế nào thì vẫn chưa rõ Bên cạnh

đó, các yếu tố khác như gastrin, các yếu tố phiên mã Beta2/NeuroD cũng như Foxa,

HNF và Ets sẽ gắn vào khu vực điều hòa và làm tăng phiên mã gen proglucagon

Ngoài ra, trên promoter của gen proglucagon có vị trí bám cho AMPv do đó các yếu tố

kích hoạt con đường AMPv/PKA cũng làm tăng phiên mã gen proglucagon, đồng thời

quá trình khử cực màng tế bào, làm tăng lượng Ca2+ đi từ ngoài vào tế bào cũng kích thích quá trình phiên mã gen Ngoài ra, các yếu tố làm tăng cường quá trình dịch mã bao gồm: sự hoạt hóa con đường dẫn truyền PKC, Pax-6, Cdx-2/3, Isl-1, c-Maf, Foxa-

1 Tương tự, ở ruột, phiên mã gen proglucagon phụ thuộc nhiều vào nồng độ AMPv và

sự hoạt hóa con đường AMPv/PKA hoặc Epac2/MAPK con đường phụ thuộc AMPv, các yếu tố phiên mã TCF-4 Pax-6 Con đường tín hiệu Wnt cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều hòa phiên mã gen phụ thuộc PKA Ngoài ra sự tăng ARN thông tin của proglucagon còn do chính sự tiêu hóa các chất dinh dưỡng, đặc biệt chất

xơ và các acid béo chuỗi ngắn; ở các thử nghiệm trên các loài gặm nhấm còn nhờ các peptid như GIP và Gastrin- releasing peptide (GRP) [18],[111], [211]

Ngược lại, quá trình phiên mã gen này sẽ bị ức chế bởi insulin do có vùng đáp ứng với insulin tại promoter của gen, insulin sẽ ức chế biểu hiện gen proglucagon nhờ việc ngăn yếu tố FoxO1 không gắn vào được nhân [140]

3.3 QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP GLP-1

GLP-1 được sinh tổng hợp chủ yếu ở tế bào L nằm rải rác trên đường tiêu hóa trên (các tế bào này được tìm thấy tập trung nhiều nhất ở đoạn xa của hồi tràng và ruột già) [147] Ngoài tế bào L trên đường tiêu hóa, peptid GLP-1 còn được phát hiện ở tế bào của hệ thần kinh trung ương, đặc biệt là các neuron ở vùng cuối thân não và vùng dưới đồi [222]

Hình 3.2 Quá trình phiên mã, dịch mã và sau dịch mã GLP-1 ở các tế bào [18]

A: gen proglucagon, B: ARN thông tin của proglucagon, C: protein proglucagon,

D: ở tụy , ruột và não có những quá trình dịch mã khác nhau

Mojsov và các đồng nghiệp vào năm 1986 chứng mình rằng tuy gen proglucagon

biểu hiện ở tế bào alpha của đảo tuy, tế bào L tại ruột , các neuron ở thân não và vùng dưới đồi đều tạo ra các đoạn đơn mRNA như nhau tuy nhiên lại có các quá trình sau dịch mã khác nhau và tạo ra các sản phẩm khác nhau Cụ thể là sau khi dịch mã để tạo thành proglucagon là một peptid gồm 180 acid amin, peptid này sẽ được cắt ngắn nhờ enzym proglucagon convertase Tuy nhiên ở các mô khác nhau sẽ có các isozym khác nhau để tạo các sản phẩm đặc trưng cho nó.Tại tụy sẽ có PC2 tạo ra Glicentin-related pancreatic polypeptide (GRPP), glucagon, interventing peptide-1 (IP-1) và major proglucagon fragment (MPGF) là đoạn bao gồm 3 peptid GLP-1, IP-2 và glucagon-like peptide 2 (GLP-2) Tại ruột và thần kinh trung ương có PC1 và 3 tạo ra GLP-1, GLP-2, oxyntomodulin, IP2, Glicentin [61], [172]

3.4 QUÁ TRÌNH BÀI TIẾT GLP-1 VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

GLP-1 được bài tiết ở nồng độ thấp khi cơ thể đang trong trạng thái đói [75] Mức

độ bài tiết phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhịp điệu sinh học ngày đêm quá trình luyện tập, quá trình viêm qua sự tác động của endotoxin, IL-1, IL-6 [74],[114] Đặc biệt là sự có mặt của thức ăn, nồng độ của GLP-1 sẽ tăng đột biến và duy trì một thời gian ngắn sau khi ăn Nồng độ có thể thay đổi tùy vào từng loại bữa ăn, bữa ăn sáng cao hơn là bữa chiều [128]

Ở người, GLP-1 được bài tiết theo mô hình 2 pha, với pha sớm là 10-15 phút đầu

đó ở cả 2 pha này sẽ đều có sự tham gia của cả 2 con đường là trực tiếp và gián tiếp để kích thích tế bào L bài tiết GLP-1 [92]

3.4.1 Vai trò của các chất dinh dưỡng

GLP-1 được bài tiết khi có sự kích thích từ glucid, lipid, protein, acid mật theo các

cơ chế khác nhau (hình 3.3)

Hình 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bài tiết của GLP-1[151]

3.4.1.1 Vai trò của glucid

Tương tự như GIP, glucid có tác dụng kích thích bài tiết GLP-1 mạnh nhất là glucose Ban đầu các nhà khoa học cho rằng, tế bào L được kích thích trực tiếp từ lượng glucose ở trong khoang ruột thông qua kênh vận chuyển SGLT-1 Tuy nhiên khi dùng thuốc ức chế SGLT-1 trên chuột thì thấy rằng GLP-1 vẫn được bài tiết, do đó ngoài SGLT-1, glucose còn thông qua những con đường khác để làm tăng bài tiết GLP-1 Đến nay người ta đã thấy glucose kích thích bài tiết GLP-1 bao gồm 2 pha: pha đầu phụ thuộc SGLT-1 và pha sau không phụ thuộc vào SGLT-1 Một giả thuyết

đã được đưa ra để giải thích cho cơ chế kích thích ở pha sau đó là có thể việc ức chế SGLT-1 đã làm tăng lượng glucose đi tới vùng ruột già, nơi có nhiều tế bào L hơn làm thúc đẩy quá trình lên men nhờ vi sinh vật và từ đó sản xuất ra các chuỗi acid béo

mạch ngắn, dẫn tới kích thích tế bào L qua các con đường truyền tin khác ví dụ như thông qua kênh K+ nhạy cảm với ATP [80], [170]

Ngoài glucose, các monosaccharid khác như galactose khi được vận chuyển qua SGLT-1 cũng có khả năng kích thích bài tiết GLP-1 Đối với các đường khác như fructose khi được vận chuển qua kênh GLUT5 cũng kích thích bài tiết đáng kể GLP-1 [80], [192] Hiện nay, kết quả nghiên cứu cho thấy chitosan, α- glucosyl-isoquercitrin

và fructooligosaccharide cũng có khả năng tang bài tiết GLP-1 [230]

3.4.1.2 Vai trò của lipid

Có nhiều receptor thuộc họ G protein-coupled receptor (GPCR) của tế bào L có khả năng tạo tín hiệu khi có mặt của lipid như GPR119,120 và FFAR1(GPR40) FFAR1 và GPR120 theo thứ tự sẽ đáp ứng với các acid béo mạch ngắn và mạch dài, thông qua Gq, hoạt hóa phospholipase C, sau đó kích hoạt IP3, điều hòa giải phóng

Ca2+ rồi giải phóng GLP-1 GPR119 gắn vớ Gs và tín hiệu dẫn truyền thông qua hoạt hóa AC và tăng nồng độ AMPv Các con đường tạo tín hiệu khác như kênh vận chuyển acid béo FATP4 và sự hoạt hóa protein kinase C cũng có thể có liên quan (hình 2.6) [88], [168]

3.4.1.3 Vai trò của protein

Sản phẩm của quá trình tiêu hóa protein cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kích thích bài tiết GLP-1, tuy nhiên kích thước tối ưu của protein để kích thích bài tiết thì chưa rõ L-Gln giúp khử màng tế bào nhờ kênh đồng vận chuyển Na và acid amin, sau đó tăng nồng độ AMPv nội bào (có lẽ thông qua gắn với Gs tuy chưa xác định được rõ) Bên cạnh đó, nhiều receptor khác thuộc họ GPCR đã được chứng minh có liên quan đến các sự tạo tín hiệu từ các acid amin trong đường tiêu hóa như GPRC6A với ornithin và CaSR với phenylalamin Sự tiêu hóa các protein kích thước lớn hơn có thể tác động thông qua mitogen-activated protein kinase (MAPK) tuy nhiên các receptor liên quan chưa được xác định rõ [79], [164], [177]

Hiện nay các kết quả nghiên cứu còn cho thấy tác dụng kích thích bài tiết insulin của L-arginine là thông qua tác dụng tăng bài tiết GLP-1 của protein này [37]

3.4.1.4 Vai trò của acid mật

Acid mật kích thích bài tiết GLP-1 thông qua sự hoạt hóa TGR5 (GPBAR) gắn với Gs, tác dụng này đã được chứng minh trên người khỏe mạnh và thậm chí còn tăng lên sau phẫu thuật giảm cân [235]

3.4.2 Vai trò của các hormon và yếu tố thần kinh

Tương tự như GIP, GLP-1 cũng bị ức chế bởi somatostatin và các chất khác kích hoạt lên các receptor gắn với Gi Ức chế bởi Cnr1 ít tác động đến GLP-1 hơn so với GIP Sự bài tiết của GLP-1 khi có quá trình tiêu hóa thức ăn xảy ra còn được kích thích bởi yếu tố thần kinh và nội tiết khác, đặc biệt có sự tham gia của hệ thần kinh ruột, các dây thần kinh phế vị hướng tâm và ly tâm [180] Một vài nghiên cứu chỉ ra rằng hệ thần kinh tự động, chất dẫn truyền thần kinh GRP, leptin và acetylcholin cũng như hormon GIP đều liên quan đến sự bài tiết ngay lập tức GLP-1 ở pha 1 khi có sự tiêu hóa thức ăn xảy ra [148]

Ngoài ra, dây thần kinh phế vị cũng đóng vai trò quan trọng giúp bài tiết GLP-1 Nhiều nghiên cứu cũng chứng mình được vai trò kích thích của atropin và các chất đối kháng với receptor muscarinic [8]

3.5 QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA THẢI TRỪ GLP-1

Khi băt đầu bài tiết, khoảng 25% lượng GLP-1 vào được tĩnh mạch cửa ở dạng nguyên vẹn, sau đó 40-50% lượng GLP-1 nói trên sẽ tiếp tục bị biến đổi ở gan, chỉ còn khoảng 10-15% dạng nguyên vẹn vào được vòng tuần hoàn Do đó, thời gian tồn tại của GLP-1 trong vòng tuần hoàn rất ngắn, chỉ khoảng ít hơn 2 phút Tương tự như GIP, hầu hết GLP-1 bị một enzym có tên là DPP-IV cắt tại 2 acid amin là His1-Ala2 tạo thành sản phẩm không còn hoạt tính (hình 3.1) Ngoài ra còn 1 enzym khác có tên

là NEP 24.11 cũng có thể cắt GLP-1 tại đuôi C và các kết quả nghiên cứu cho thấy có tới 50% lượng GLP-1 vào được vòng tuần hoàn sẽ bị bất hoạt bởi enzym này [167] Hai sản phẩm chuyển hóa của GLP-1(7-37) và GLP-1(7-36) là GLP-1(9-37), GLP-1(9-36)NH2, trong đó, dạng chuyển hóa chính được phát hiện là GLP-1(9-36)NH2 Ngoài ra còn tồn tại dạng GLP-1 (28-36) là sản phẩm chuyển hóa của GLP-1 (7-36) khi có sự tham gia của enzym NEP-24.11

Cuối cùng các dạng chuyển hóa của GLP-1 sẽ được thải trừ qua thận bởi 1 số cơ chế như lọc, và thải trừ qua ống thận cũng như các quá trình dị hóa khác Do đó tất cả

các dạng chuyển hóa này có T1/2 chỉ khoảng 5 phút (so với T1/2 là 2 phút của dạng nguyên vẹn) Gan có thể cũng tham gia vào quá trình thải trừ GLP-1[45]

3.6 TÁC DỤNG SINH LÝ CỦA GLP-1

GIP có thể thể hiện tác dụng trên nhiều cơ quan ( tụy, tim, não, mô mỡ, gan, dạ dày, mạch máu, cơ và não) theo cơ chế trực tiếp hoặc gián tiếp tạo ra các tác dụng sinh lý khác nhau [31]

Hình 3.4 Tác dụng sinh lý của GLP-1 trên một số cơ quan

3.6.1 Trên tuyến tụy

Tác dụng trên tụy của GLP-1 trực tiếp thông qua kích thích lên GLP-1R đối với các tế bào beta (do có GLP-1R trên bề mặt các tế bào này) và gián tiếp tác động lên tế bào alpha và gamma

Đối với các tế bào beta, GLP-1 làm tăng tiết insulin, giúp tăng cường sinh tổng hợp insulin, phát triển, bảo vệ tế bào beta và chống lại chu trình chết tế bào Ngoài ra GLP-1 còn giúp ức chế bài tiết glucagon

Đối với tế bào alpha, GLP-1 giúp ngăn bài tiết glucagon đến 80% và có phụ thuộc

thuộc vào sự có mặt của insulin nội sinh Mặc dù cũng có một số ít GLP-1R được phát hiện biểu hiện trên bề mặt tế bào alpha Ngoài ra nghiên cứu ở động vật cho rằng tác dụng ức chế trên tế bào alpha là gián tiếp thông qua cơ chế phụ thuộc vào somatostatin

Đối với các tế bào gamma, chúng có tác dụng làm tăng bài tiết somatostatin

Ngoài ra, GLP-1 còn tác động thông qua cơ chế gian tiếp, kích thích hệ thần kinh trung ương gửi tín hiệu đến tụy và trực tiếp làm bài tiết insulin [152]

3.6.2 Trên mô mỡ

Kết quả của nhiều nghiên cứu cho rằng GLP-1 có khả năng làm giảm tổng hợp lipid và tăng cường thủy phân lipid Ngoài ra, tín hiệu thông quaGLP-1R còn giúp làm tăng cường tiêu thụ glucose tại mô mỡ Hơn nữa, tác động của GLP-1 lên vùng dưới đồi làm giảm cảm giác ngon miệng do đó góp phần giảm mô mỡ và giảm cân Đối với mô mỡ nâu, GLP-1R được kích hoạt sẽ tăng cường quá trình tạo nhiệt [22]

3.6.3 Trên gan

GLP-1 làm giảm tân tạo đường và lipid ở gan và tăng cường hình thành glycogen

ức chế tạo VLDL, giảm tạo ApoB100, giảm tích tụ mỡ ở gan, cùng với vai trò của ruột

sẽ làm giảm LDL và TG cũng như cholesterol toàn phần trong máu [42], [117]

Tuy nhiên các tác dụng này vẫn chưa biết được là do GLP-1 tác dụng trực tiếp lên gan hay gián tiếp thông qua việc bài tiết insulin ở tụy hoặc qua hệ thần kinh trung ương vì ở tất cả các nghiên cứu đều chưa chỉ ra được chắn chắn có GLP-1R ở gan

3.6.4 Trên các cơ quan trên đường tiêu hóa

GLP-1 có thể tác động trực tiếp thông qua GLP-1R để tăng cường sự phát triển của ruột và làm giảm bài tiết lipoprotein Ngoài ra thông qua hệ thần kinh trung ương GLP-1 gián tiếp giúp giảm nhu động ruột và giảm tiết acid ở dạ dày[231]

Cơ quan tiêu hóa cũng tham gia vào điều hòa lipid: GLP-1R được kích hoạt sẽ giảm sản xuất chylomicron, giảm tổng hợp lipoprotein và giảm sản xuất ApoA 48 ở ruột [237], [243]

3.6.5 Trên cơ

Người ta đã biết được rằng, GLP-1 thông qua hệ thần kinh trung ương tăng cường tổng hợp glycogen ở cơ GLP-1 còn làm tăng sử dụng glucose của các tế bào cơ, tác dụng này là do GLP-1 làm dãn mạch máu nhỏ làm tăng cường lượng insulin tới cơ [32], [131]

3.6.6 Trên hệ miễn dịch

GLP-1R biểu hiện trên nhiều tế bào của hệ miễn dịch bao gồm tế bào tuyến ức, tế bào đơn nhân lá lách, các tế bào tủy xương và tế bào T, do đo GLP-1 trực tiếp thể hiện tác dụng chống viêm Tác dụng chống viêm trên hệ thần kinh trung ương bào gồm việc giảm các cytokin tiền viêm và giảm sự hoạt hóa các tiểu tế bào thần kinh đệm [82]

3.6.7 Trên hệ tim mạch

GLP-1R chỉ biểu hiện ở các tế bào cơ trơn mạch máu và tâm nhĩ, nhưng không có trên tế bào nội mạc hoặc tâm thất Tuy nhiên GLP-1 lại thể hiện nhiều tác dụng không thông qua việc gắn trực tiếp GLP-1 vào GLP-1R Do đó GLP-1 có thể biểu hiện tác dụng của mình trực tiếp và gián tiếp [221]

Khi GLP-1 gắn và hoạt hóa các GLP-1R có mặt tại các tế bào nội mạc ở tâm nhĩ

và các tế bào cơ trơn mạch vành, sẽ tạo tác dụng tăng dòng máu tới tim, tăng sự tiêu thụ glucose của cơ tim và giảm stress oxy hóa

1 còn có thể tạo tác dụng gián tiếp lên tim thông qua các cơ quan khác:

GLP-1 có thể tác động trực tiếp lên các đảo tụy gây tăng tiết insulin hoặc làm giảm tiết glucagon, trong khi đó hoạt động tại ruột có thể làm giản lipid trong hệ tuần hoàn Các thay đổi về chuyển hóa này có thể giúp giảm lượng acid béo cần vận chuyển và tăng cường sử dụng glucose của tim, giảm sử dụng lipid, tăng chức năng thất trái Ngoài ra hoạt động trực tiếp ở hệ thần kinh giao cảm cũng góp phần giúp GLP-1 thể hiện tác dụng làm thay tăng nhịp tim (chỉ tăng 2-3 nhịp 1 phút do sự phân bố GLP-1R như đã

kể trên) Cùng với đó, GLP-1 cũng tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp tới thận làm giảm thể tích máu từ đó giúp cải thiện tình trạng chung cho chức năng tâm thất trái [221] Tác dụng trên mạch máu của GLP-1 bao gồm tăng chức năng tế bào nội mô, giảm