Alterazioni secretorie nel diabete. Oltre l’insulina: ruolo delle alfa cellule pancreatiche e delle L cellule intestinali.

Chronic exposure to GLP-1 increases GLP-1 synthesis and release in a pancreatic alpha cell line (alfa-TC1): evidence of a direct effect of GLP-1 on pancreatic alpha cells. Aims/hypothesis: Incretin therapies, which are used to treat diabetic patients, cause a chronic supra-physiological increase in GLP-1 circulating levels. It is still unclear how the resulting high hormone concentrations may affect pancreatic alpha cells. The present study was designed to investigate the effects of chronic exposure to high GLP-1 levels on a cultured pancreatic alpha cell line. Methods: alpha-TC1-6 cell line was cultured in the presence or absence of GLP-1 (100 nmol/l) for up to 72 h. In our model GLP-1 receptor (GLP-1R) was measured. After the cells were exposed to GLP-1 the levels of glucagon secretion were measured. Because GLP-1 acts on intracellular cAMP production, the function of GLP-1R was studied. We also investigated the effects of chronic GLP-1 exposure on the cAMP/MAPK pathway, Pax 6 levels, the expression of prohormone convertases (PCs), proglucagon gene and protein expression, glucagon and GLP-1 production. Results: In our model, we were able to detect GLP-1R. After GLP-1 exposure we found a reduction in glucagon secretion. During further investigation of the function of GLP-1R, we found an activation of the cAMP/MAPK/Pax6 pathway and an increase of proglucagon gene and protein expression. Furthermore we observed a significant increase in PC1/3 protein expression, GLP-1 intracellular content and GLP-1 secretion. Conclusions/interpretation: Our data indicate that the chronic exposure of pancreatic alpha cells to GLP-1 increases the ability of these cells to produce and release GLP-1. This phenomenon occurs through the stimulation of the transcription factor Pax6 and the increased expression of the protein convertase PC1/3. Role of ATP Production and Uncoupling Protein-2 in the GLP-1 Secretory Defect Induced by Chronic High Glucose Exposure in the GLUTag Enteroendocrine Cell Line Aims/hypothesis: In type 2 diabetes, the incretin effect has been shown to be markedly reduced. The loss of incretin effect in diabetic patients may be secondary to impaired glucose homeostasis or insulin resistance. The impaired secretion of GLP-1 seems to be a consequence rather than a cause of the beta cell failure. With the recent advent of incretin-based drugs, it would be critical determining what could affect GLP-1 secretion and whether it would be possible to modulate the endogenous release of GLP-1. We hypothesize that the mechanism that causes the progressive incretin effect failure depends on the negative influence of chronic high glucose plasma concentrations (glucotoxicity) typical of diabetes. This metabolite could affect L-cell function by chronic L-cell stimulation and consequent desensitization to glucose. Methods: GLUTag cell line was cultured in the presence or pabsence o High glucose concentrations (25,2 mmol/l) for up to 72 h. In our model we first evaluated GLP-1 secretion and, because the rise of ATP plays a significant role in glucose-induced GLP-1 release, we measured ATP levels. We also investigated the effect of glucotoxicity on uncoupling protein-2 (UCP-2) and PPAR-gamma protein expression. Results: In our model, after high glucose chronic treatment we found a reduction in GLP-1 secretion and ATP production. During further investigation we found an over-expression of UCP-2 and PPAR-gamma. Conclusions/interpretation: Our results demonstrate that glucotoxicity, simulated with a chronic high glucose treatment, induces massive GLP-1 secretion decrease in the GLP-1-secreting cells. Further, we report that this phenomenon is associated with a decrease in ATP synthesis as a result of the inability of L-cells to increase the ATP levels in response to acute glucose stimulation. This phenomenon occurs through the stimulation of the UCP-2 protein

L'introduzione nella pratica clinica delle incretine ha rappresentato una significativa innovazione nel trattamento del Diabete Mellito di Tipo 2. Il loro più esteso impiego ha messo in evidenza nuovi quesiti che meritano indagini più approfondite. La nostra ricerca si è focalizzata sull analisi dell azione del GLP-1 a livello dell'isola pancreatica, con particolare attenzione all'alfa cellula e sulla valutazione dell'ipotesi per cui fattori ambientali, quali per esempio la glucotossicità, possano essere la causa della disfunzione a carico del sistema incretinico osservata in corso di diabete. Il DMT2 è una malattia a eziopatogenesi eterogenea, caratterizzata da una diminuita sensibilità all'azione insulinica dei tessuti periferici, difetti della secrezione insulinica da parte della beta cellula pancreatica, alterazioni funzionali dell'alfa cellula e degli ormoni incretinici. Queste alterazioni forniscono il razionale per un intervento terapeutico basato sul ripristino di equilibrate concentrazioni di insulina e glucagone mediante l'impiego di agonisti del recettore del GLP-1 o inibitori del DPP-IV. L'infusione di GLP-1 è in grado di normalizzare la glicemia potenziando la secrezione insulinica ed inibendo quella di glucagone. Noi abbiamo studiato gli effetti di un trattatamento cronico con GLP-1 in dettaglio sull alfa celllula pancreatica e sulla secrezione di glucagone. I nostri dati, inoltre, forniscono evidenza che tali effetti si verificano mediante meccanismi diretti attraverso specifici recettori per il GLP-1 posti sulla membrana plasmatica delle alfa cellule. Ma l'aspetto più originale dei nostri risultati riguarda la dimostrazione che l esposizione cronica al GLP-1 sia capace di amplificare la produzione insulare di GLP-1. Non è stato totalmente chiarito se un difetto di secrezione e/o azione delle incretine abbia un ruolo primario nella fisiopatolgia del DMT2 o se invece sia secondario alle alterazioni metaboliche presenti nella patologia. Molteplici studi hanno evidenziato che le alterazioni ormonali a carico dell asse incretinico possono essere secondarie ai difetti dell omeostasi glucidica ed i dati ottenuti nei nostri studi sulla linea murina di L cellule GLUTag confermano l ipotesi per cui alterazioni metaboliche, secondarie all instaurarsi del diabete, siano responsabili del compromesso effetto incretinico tipico della patologia. Nel nostro modello, lo stato di iperglicemia cronica, simulata mediante trattamento prolungato con alti livelli di glucosio, è causa di una sensibile riduzione della risposta secretoria agli stimoli acuti dei nutrienti. Tale effetto si associa ad una disfunzione del metabolismo mitocondriale. Come già osservato in modelli di alfa e beta cellule pancreatiche, le alterazioni a carico del macchinario metabolico, dovute peraltro ad una condizione di tossicità cronica da metaboliti, conducono ad un alterazione funzionale anche nelle L cellule intestinali. Tale disfunzionalità si esplica in una ridotta secrezione di GLP-1. Tale difetto potrebbe essere uno degli elementi all origine dell alterazione dell effetto incretinico in pazienti affetti da DMT2. Le terapie sinora sviluppate mirano unicamente a prolungare il mantenimento del GLP-1 in circolo; alla luce dei dati da noi acquisiti una diretta evoluzione in tal senso potrebbe consistere nel valutare l eventuale modulazione della produzione/secrezione di GLP-1 in situ direttamente da parte delle stesse L cellule. Le informazioni riguardanti le alterazioni metaboliche a monte della disfunzione delle L cellule diventano di fondamentale importanza perché forniscono utili spunti per sviluppare strategie terapeutiche che si approccino alla patofisiologia del diabete in maniera innovativa, mirando cioè ad ottenere una maggiore quantità di GLP-1 circolante mediante la modulazione fisiologica della sua produzione in situ.