Perspectives thérapeutiques Pharmacologie de la fonction insulino-sécrétrice
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Perspectives thérapeutiquesPharmacologie de la fonction
insulino-sécrétrice
Pr. Pierre Petit
Centre de Pharmacologie & Biotechnologie pour la SantéCNRS UMR 5160
Centre d’Investigation CliniqueCHU - INSERM CIC 0001
GLUCOTOXICITE
HYPERGLYCEMIE
INSULINO-RESISTANCE
DEFICIT INSULINO-SECRETION
InflammationDysfonction endothéliale
HypertensionDyslipidémie
Obésité
Syndrome métabolique
LIPOTOXICITE
Fact
eurs
d’en
viro
nnem
ent Facteurs
génétiques
DIABETE
Objectifs thérapeutiques dans le diabète de Type 2
Prévenir l’hyperglycémie diabétique
Réduire l’hyperglycémie les complications liées au diabète
(UKPDS, 1998)
Réduire les dommages de l’hyperglycémie
Réduire les autres facteurs de risques
PREVENIR L’HYPERGLYCEMIE DIABETIQUE
Essai Intervention Nouveaux cas /100 participants /an
DPP Conseil + placebo
Conseil + metformine (1700 mg/j)
Diététique + exercice physique
11,0
7,8* (- 29 %)
4,8* (- 56 %)
IDPP Soins usuels (A)
(A) + metformine (500 mg/j)
Diététique + exercice physique (B)
(B) + metformine (500 mg/j)
18,3
13,5* (- 26 %)
13,1* (- 28 %)
13,2* (- 28 %)
Xendos Diététique + placebo
Diététique + orlistat (360 mg/j)
1,05
0,73* (- 30 %)
Stop-NIDDM Conseil + placebo
Conseil + acarbose (194 mg/j)
12,1
10,1 (- 17 %)
Dream Conseil + placebo
Conseil + rosiglitazone (8 mg/j)
21,1
8,8* (- 58 %)
REDUIRE LES DOMMAGESDE L’HYPERGLYCEMIE
-
RuboxistaurinRétinopathie
Anti-oxydants
Diabetes 2005, 54, 1615-1625
Inhibiteur PARP
-
-
Inhibiteur aldose réductaseNeuropathie expérimentale
-
Plasmaglucose
Plasmainsulin
Glucose production
Glucose utilization
Insulin sensitivetissues
LiverPancreas
Intestine
Insulin
-+Glucagon
Glucoseabsorption
+
SULFONYLUREAS/GLINIDES
ALPHA-GLUCOSIDASEINHIBITORS
METFORMINTHIAZOLIDINEDIONES
METFORMIN REDUIREL’HYPER-
GLYCEMIE
ACTIVATEURS AMPKBerbérine
(alcaloïde végétal)
Diabetes Res & Clin Pract 2005, 68S1, S22-S29
Sécrétiond’insuline
-
FIBRATES
GLITAZONESRosiglitazonePioglitazone
GLITAZARSMuraglitazar, Tesaglitazar
Trends Pharmacol Sci 2005, 26, 244-251
RIO-North America Study, NEJM, 2005, 353, 2121-2134
ANTAGONISTES DES RECEPTEURS CB1Rimonabant
Effets centraux
Effets périphériques
Prise énergétiquePoids
AdiponectineHDL-CholestérolLDL & triglycérides
Insuline
Homéostasie glucidique
Signaux physiologiques
Myocytes & adipocytes
Hépatocytes
Activateurs pharmacologiques
Modulateurs pharmacologiques
Celluleβ
Captation & utilisation
de glucose
Production de glucose
Glucose
+ -
• La dysfonction cellulaire β pancréatique est un facteur déclenchant majeur du diabète de type 2
• L’activation pharmacologique de la fonction insulino-sécrétrice permet un meilleur contrôle glycémique et une réduction des complications secondaires liées au diabète (UKPDS, 1998)
L’échappement thérapeutique survient avec la détérioration progressive de la fonction β cellulaire et se traduit par la perte de contrôle glycémique
FONCTION MASSE
Une perte progressive de la masse cellulaire β a été mise en évidence dans le diabète de type 2 ; elle constitue l’un des déterminants de cette baisse d’activité
Celluleβ
Glycolyse ATP ADP
RE
GLUT 2
Glucose
Glucokinase
Glu-6-P
Métabolisme oxydatif
mitochondrial
K+
Ca2+
Exocytose
GlucoseInsuline
-
∆
ATP ADP
Voies de signalisationKATP indépendantes
Ca2+
Kir 6.2Kir 6.2
SU
R1
SU
R1
INITIATION
AMPLIFICATION
(%)
(min)
300
100
-10 0 10 20 30
ACTION DU GLUCOSESUR LA CELLULE β
PHARMACOLOGIE DESCANAUX IONIQUES
INITIATION OU INHIBITIONDE LA SECRETION D’INSULINE
ATP ADP
RE
GLUT 2
Glucose
Glucokinase
Glu-6-P
Métabolisme oxydatif
mitochondrial
K+
Ca++
Exocytose
Glucose Insuline
-
∆
ATP ADP
Ca++
Kir 6.2Kir 6.2
SU
R1
SU
R1
INITIATION
AMPLIFICATION
SULFONYLUREES & GLINIDES
Glycolyse
-
Voies de signalisationKATP indépendantes
SUR1
GlibenclamideGlimépiride
TolbutamideGliclazide
NateglinideMitiglinide
MéglitinideRépaglinide
Sélectivité SUR1 vs. SUR2A & SUR2B
Plus grande réversibilité de liaison si affinité pour un seul site
Développements moléculaires & relations structurales
INTERACTIONS AVEC SUR1
Les glinides représentent une famille de composés différenciés sur le plan structural, mais apparentés sur le plan fonctionnel aux sulfonylurées.
L’originalité de leur pharmacologie réside moins dans leur mécanisme d’action (comparable à celui des sulfonylurées), que dans leur pharmacocinétique, caractérisée par la brièveté du délai et de la durée d’action.
Contrôle de l’hyperglycémie postprandiale
Glinides
INTERACTIONS AVEC SUR1
Kir 6.2
IMIDAZOLINESPhentolamineAntazolineMidaglizole
ANTIMALARIQUESQuinolines
ANTIBACTERIENSFluoroquinolones
ANTIARYTHMIQUESDisopyramide, cibenzoline
- -
Moindre spécificité tissulaire de la cible par rapport à SUR1
Risque d’hypoglycémie
INTERACTIONS AVEC Kir6.2
CANAL POTASSIQUE VOLTAGE-DEPENDANT
● Large distribution tissulaire● Existence de sous-unités modulatrices● Action antagoniste de GLP-1
Diabetologia 2003, 46, 1046-1062
OUVERTURE DES CANAUX POTASSIQUES
Une voie alternative pour diminuer la charge de la cellule β et améliorer sa fonction…
Diabetologia 2003, 46, 1375-1382 Diabetes 2003, 52, 2513-2518
PHARMACOLOGIE DES RECEPTEURS MEMBRANAIRES
AMPLIFICATION DE LA SECRETION D’INSULINE
ATP ADP
RE
GLUT 2
Glucose
Glucokinase
Glu-6-P
Métabolisme oxydatif mitochondrial
K+
Ca2+
Exocytose
SignalisationPKA dépendante
cAMP
A C
Glucose Insuline
GLP1 et analogues
-
+PLC
DAGIP3
Glycolyse
∆
PKC
++
ATP ADP
Agonistes P2Y
PIP2
SignalisationPKA indépendante
Voies de signalisationKATP indépendantes
Ca2+
Kir 6.2Kir 6.2
SU
R1
SU
R1
GEF / EPAC
AMPLIFICATION PAR LA VOIE DES INCRETINES
Nauck et al., Diabetologia, 1986, 29, 46-52 Toft-Nielsen et al., JCEM, 2001, 86, 3717-3723
Meal
• Sécrétion du GLP-1 (cellules L intestinales) en réponse à l’ingestion alimentaire
• Amplification de la sécrétion d’insuline
• Altération de la sécrétion de GLP-1 dans le diabète de type 2
Sécrétion d'insuline gluco-dépendante
Synthèse d'insuline
Sécrétion de glucagon
Vidange gastriqueAppétit et prise alimentaire
GLP-1
Régulation de l’homéostasie glucidique
GLP-1 (7-36) amide
DPP IV
Demi-vie < 2 min-
ANALOGUES RESISTANTSExenatideLiraglutideCJC-1131Albugon
INHIBITEURS DE DPP IVVildagliptin
+
GLP-1récepteur
Glucose
-cell
ATPInsulin
Metabolism+
ACH ATP
M3P2
+
NH2
N1
23
4
56
N
7
89
N
N
O
HO OH
2’ 3’
CH2 O P O P O P O-
O- O- O-
O
O
O
AMPLIFICATION PAR LA VOIE DE L’ATP EXTRACELLULAIRE
0
25
50
75
100
30 45 60 75 90 105
Time (min)
Insu
lin s
ecre
tion
(ng
/min
)
ADPßS 0.5 µmol/l(n=7)control (n=5)
G 11
± ADPS
G 5 G 5
0
25
50
75
100
30 45 60 75 90 105
Time (min)
Insu
lin s
ecre
tion
(ng
/min
)
ADPßS 0.5 µmol/l(n=7)control (n=5)
G 11
± ADPS
G 5 G 5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Glucose 3.0 mM
Peak
86R
b ef
flux
/ bas
elin
e ef
flux
Controls
aßMeATP
ADPßS
*
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Glucose 3.0 mM
Controls
Tolbutamide
**
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Glucose 8.3 mM Glucose 3.0 mM
Insu
lin r
elea
se (
ng p
er is
let
for
30 m
in)
**
**
Controls
aßMeATP
ADPßS
Récepteurs P2 de la cellule β
Sécrétion nondépendante du glucose
Conductance potassiqueréduite
Sécrétiongluco-dépendante
Conductance potassiquenon affectée
P2X P2Y
NH2
N1
23
4
56
N
7
89
N
N
O
HO OH
2’ 3’
CH2 O P CH2 P O P O-
O- O- O-
O
O
O
NH2
N1
2
34
56
N
7
89
N
N
O
HO OH
2’ 3’
CH2 O P O P O-
O- O-
O
S
0
25
50
75
100
30 45 60 75 90 105
Time (min)
Insu
lin s
ecre
tion
(ng
/min
) diazoxide / KCl / ADPßS (n=7)
diazoxide / KCl (n=10)
G 11 G 5 G 5± ADPS
0
25
50
75
100
30 45 60 75 90 105
Time (min)
Insu
lin s
ecre
tion
(ng
/min
) diazoxide / KCl / ADPßS (n=7)
diazoxide / KCl (n=10)
G 11 G 5 G 5± ADPS
G 11 G 5 G 5± ADPS
0
5
10
15
INSU
LIN
SE
CR
ET
ION
(ng
per
3 is
lets
)
Control
ADPßS 50 µM
ADPßS 50 µM &SQ22536 100 µM
SQ22536 100 µM
**
0
5
10
15
INSU
LIN
SE
CR
ET
ION
(ng
per
3 is
lets
)
Control
ADPßS 50 µM
ADPßS 50 µM &SQ22536 100 µM
SQ22536 100 µM
**
0
5
10
15
INS
UL
IN S
ECR
ETIO
N (n
g pe
r 3
isle
ts)
Control
ADPßS 50 µM
ADPßS 50 µM &TPCK 3 µM
TPCK 3 µM
*
0
5
10
15
INS
UL
IN S
ECR
ETIO
N (n
g pe
r 3
isle
ts)
Control
ADPßS 50 µM
ADPßS 50 µM &TPCK 3 µM
TPCK 3 µM
*
0
50
100
150
200
250
cAM
P C
ON
TEN
T (f
mol
per
10
isle
ts)
Control
ADPßS 50 µM
***
0
5
10
15
20
25
INSU
LIN
SE
CR
ET
ION
(ng
per
10 is
lets
)
Control
ADPßS 50 µM
*
0
50
100
150
200
250
cAM
P C
ON
TEN
T (f
mol
per
10
isle
ts)
Control
ADPßS 50 µM
***
0
50
100
150
200
250
cAM
P C
ON
TEN
T (f
mol
per
10
isle
ts)
Control
ADPßS 50 µM
***
0
5
10
15
20
25
INSU
LIN
SE
CR
ET
ION
(ng
per
10 is
lets
)
Control
ADPßS 50 µM
*
0
5
10
15
20
25
INSU
LIN
SE
CR
ET
ION
(ng
per
10 is
lets
)
Control
ADPßS 50 µM
*
Couplage des récepteurs P2YMécanismes KATP indépendants impliquant la voie cAMP / PKA
2-hexylthio-ATPS
NH2
N1
23
4
56
N
7
89
N
N
O
HO OH
2’ 3’
CH2 O P O P O P O-
O- O- O-
S
O
O
S
(CH2)5
CH3
NH2
N1
23
4
56
N
7
89
N
N
O
HO OH
2’ 3’
CH2 O P O P O P O-
O- O- O-
S
O
O
S
CH
2-benzylthio-ATPS
Première génération d’analoguesAgonistes des récepteurs P2Y1
ATPS
NH2
N1
23
4
56
N
7
89
N
N
O
HO OH
2’ 3’
CH2 O P O P O P O-
O- O- O-
S
O
O
0
100
200
300
400
500
600
700
800
30 45 60 75 90
INS
UL
IN S
EC
RE
TIO
N (
%)
ATPS
65
75
85
95
105
115
125
30 45 60 75 90
TIME (min)
PA
NC
REA
TIC
FL
OW
RA
TE
(%)
0,15 µM
1,5 µM
15 µM
Control
0
100
200
300
400
500
600
700
800
30 45 60 75 90
INS
UL
IN S
ECR
ETIO
N (
%)
2-benzylthio-ATP S
65
75
85
95
105
115
125
30 45 60 75 90
TIME (min)
PA
NC
REA
TIC
FL
OW
RA
TE
(%)
0,015 µM
0,15 µM
1,5 µM
Control
0
100
200
300
400
500
600
700
800
30 45 60 75 90
INS
UL
IN S
ECR
ETIO
N (
%)
2-benzylthio-ATP S
65
75
85
95
105
115
125
30 45 60 75 90
TIME (min)
PA
NC
REA
TIC
FL
OW
RA
TE
(%)
0,015 µM
0,15 µM
1,5 µM
Control
0
100
200
300
400
500
600
700
CONCENTRATION (M)
ME
AN
INS
UL
IN O
UT
PU
T R
AT
E (
% p
er
min
)ATP
ATP S
A isomer
B isomer
Control
10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3
0
100
200
300
400
500
600
700
CONCENTRATION (M)
ME
AN
INS
UL
IN O
UT
PU
T R
AT
E (
% p
er
min
)ATP
ATP S
A isomer
B isomer
Control
10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3
Gain de puissance mais sélectivité insuffisante
2-methylthio-ATPB
Deuxième génération d’analoguesAgonistes des récepteurs P2Y1
2-chloro-ATPB
NH2
N1
23
4
56
N
7
89
N
N
O
HO OH
2’ 3’
CH2 O P O P O P O-
BH3- O- O-
O
O
O
Cl *
ATPB
NH2
N1
23
4
56
N
7
89
N
N
O
HO OH
2’ 3’
CH2 O P O P O P O-
BH3- O- O-
O
O
O
*
NH2
N1
23
4
56
N
7
89
N
N
O
HO OH
2’ 3’
CH2 O P O P O P O-
BH3- O- O-
O
O
O
S *
CH3
Efficacité, puissance et sélectivité
CE50 : 28,1 x 10-9 M Emax : 9 x sécrétion basale
Actiongluco-dépendante
et sélective
P2Y1 P2Y2
P2Y4 P2Y6
78
40
80
4140
80
61
1 2
40
80
1 21 2
130
40
1 2
40
54
10
20
30
40
-3 -2 -1 0 1
log cDNA dilution
Ct
0
2
4
6
2-M
G
GAPDHP2Y
1P2Y
2P2Y
4P2Y
6
P2Y12
cDNA type
(1/C
t) x
100
B
A
Expression des récepteurs P2Y & paramètres de liaison
40 %
60 %
Faible affinité : P2Y2 P2Y4 P2Y6
Haute affinité : P2Y1
○ ATP-α-S● 2-Me-S-ATP-α-B Isomère A
K0.5 17,7 nM (haute affinité) 2,5 µM (faible affinité)
2-Me-S-ATP-α-B
PHARMACOLOGIE DESVOIES DE SIGNALISATION
MODULATION DE LA SECRETION D’INSULINE
AMP cyclique, Epac
Problème du manque de spécificité tissulaire
K+
Ca2+
SignalisationPKA dépendante
cAMP
∆
SignalisationPKA indépendante
Ca2+
Kir 6.2Kir 6.2
SU
R1
SU
R1
Insuline
GEF/EpacPDE3B
AMP
+-
Milrinone Analogues cAMP
Effets anti-insuline sur hépatocytes et
adipocytes
PKA, PKC & imidazolines
Phentolamine
-K+
Ca2+
∆
Ca2+
Kir 6.2Kir 6.2S
UR
1
SU
R1
Insuline
Récepteur α2
adrénergique
-
cAMPA C+
- I3 imidazolinebinding site
+
+
BL11282
RX871024
PKA
PKC
Diabetes 2001, 50, 797-802Hétérogénéité fonctionnelledes imidazolines
INITIATION
AMPLIFICATION
Ca2+
Exocytose
Insuline
Ca2+
Cdk5
L-VDCC
-
p35+
-
Nature Med, 2005, 11, 1104-1108
SNAP-25Syntaxin 1A
Munc-18
Inhibiteurs de la Cdk5
J Biol Chem, 2001, 276, 34199-34205
ATPIP3
Ca2+
Sulfonyuréesaction KATP
indépendante
+SUR1L
Exocytose
PHARMACOLOGIE DUMETABOLISME CELLULAIRE
INITIATION ET AMPLIFICATIONDE LA SECRETION D’INSULINE
GLUT2
Glucose
Glu-6-P
Métabolisme oxydatif
mitochondrial
Glucose
Glycolyse
ATP ADP
GLUCOKINASE
Activateur allostériqueRO-28 1675
+
Méthyl esters del’acide succinique
Ca2+
Na+
+-
CGP 37157
Science, 2003, 301, 370-373
Diabetes, 2003, 52, 965-973
AUTRES VOIES PHARMACOLOGIQUES
ACTIONS SUR LA MASSE ET LA FONCTION DES CELLULES β
80
90
100
110
120
Inco
rpo
rati
on
of
Brd
U(%
co
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0
100
200
300
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0
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secr
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co
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Control ATPS GLP-1
****
***
***
**
A
B
C
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Control ATPS GLP-1
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0
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100
150
200
250
Insu
lin
secr
etio
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co
ntr
ol)
Control ATPS GLP-1 80
90
100
110
120
Inco
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rati
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co
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80
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on
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co
ntr
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0
50
100
150
200
250
Insu
lin
secr
etio
n(%
co
ntr
ol)
Control ATPS GLP-1
****
***
***
**
A
B
C
GLP-1 réduit l’apoptose et augmente la néogenèse
Endocrinology 2003, 144, 5149-5158
J Clin Endocrinol Metab 2002, 87, 4775-4781
Action anti-apoptotique et proliférative des thiazolidinediones
Inhibition du signal pro-apoptotique NFκB par la pioglitazone
J Clin Endocrinol Metab 2004, 89, 5059-5066Diabetes 2001, 50, 1021-1029
Augmentation de la prolifération et de la masse des cellules β par la
rosiglitazone
PNAS 2006, 103, 2046-51
Inhibiteurs peptidiques de la formation de fibrilles à partir de h-IAPP
Effet protecteur de l’activation PPARγ sur la cytotoxicité induite par h-IAPP
J Clin Endocrinol Metab 2005, 90, 6678-86
● Pertinence de la cible au niveau cellulaire (fonction)au niveau physiopathologique (modèle intégré)
● Spécificité du mécanisme au niveau cellulaire
● Sélectivité β cellulaire de la cible
Écart considérable entre le nombre de cibles potentielles et celui des classes thérapeutiques
disponibles ou en développement
Problématiques récurrentes…
Constat !
RemerciementsGroupe de recherche en
physiopathologie & pharmacologie du diabèteA Blanc
H ChevassusA FarretR FilholR GrossC Jahannault L Lugo-GarciaM ManteghettiC PuechJ Vignon
V AnsquerJ Azay-MilhauD BatailleJL BessoneJ BringerF CastexG CrosK FerrareJP GagnolF GaltierH HaniB N’Guyen
AD LajoixR MagousK MezghennaC Oiry-CuqC PauletS Péraldi-RouxJ PochicS RebuffatE RenardG RibesM TournierD TouschE Youl
Centre dePharmacologie &
Innovation dans leDiabète
Centre dePharmacologie &
Innovation dans leDiabète
CollaborationsB Fischer, Bar-Ilan, IsraëlC Gachet, Strasbourg, FranceR Gomis, Barcelone, Espagne
GLP-1
cAMP
PKA Epac?
VDCC
RYR/IP3-R
[Ca2+]iDéshydrogénasesmitochondriales ATP
Amplification de l’exocytose
Inhibition de KATP
PKA Epac
GLP-1récepteur
D’après Holz, in Diabetes 2004, 53 5-13
PKA
Epac
Rôle du récepteur P2Y1 dans la sécrétion d’insuline et la tolérance au glucose chez la souris P2Y1 -/-
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0
2
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16
Placebo Rosiglitazone
p<0.01
Index d
e s
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line
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p<0.05
Rapport
des
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C-P
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1500
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Ser
umIn
sulin
(pm
ol/l)
Time (min)
Ser
umC
-pep
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(pm
ol/l)
Metabolism, 2003, 52, 1393-1399
Diabetes, 2001, 50, 2598-2602
Recherche d’une action sécrétagogue des thiazolidinediones
Diabetes Res & Clin Pract 2005, 68S1, S22-S29
Insulino-stimulants (sécrétagogues)Hypoglycémie (mécanisme d’action univoque)Prise de poids
Insulino-sensibilisateursMetformine : troubles gastro-intestinaux,
acidose lactique (contre-indications)Thiazolidinediones : prise de poids,
oedèmes, anémie
Inhibiteurs de l’absorption des glucides Troubles gastro-intestinaux
Limites des médicaments actuels
(acceptabilité limitée)
Contrôle glycémique insuffisant
Échappement thérapeutique
Limites des médicaments actuels
(efficacité limitée)
Diabetes Res & Clin Pract 2005, 68S1, S22-S29