Über die Bedeutung der Zugabe von humanem Serum-Albumin zu exogenen GLP-1-Infusionen am Beispiel der Antagonisierbarkeit des GLP-1 [7-36-Amid]-Einflusses auf die erste Phase der Insulin-Sekretion nach intravenöser Glukosegabe durch den GLP-1-Rezeptor-Antagonisten Exendin [9-39] bei gesunden Menschen

Abstract

Exendin [9-39] wird als spezifischer GLP-1 Antagonist zur Erforschung der Wirkung des endogenen GLP-1 als Inkretin eingesetzt. Aus dem Toxin der Unterkieferdrüsen der Gila Krustenechse (Heloderma suspectum) konnte ein Peptid namens Exendin-4 isoliert werden, und es zeigte sich, dass dieses Protein ein potenter Agonist an GLP-1 Rezeptoren sowohl der Ratte als auch des Menschen ist. Exendin-4 zeigt eine 53 %ige Sequenzhomologie zu GLP-1 [7-36-amid]. Seine trunkierte Form Exendin [9-39] zeigt hingegen eine spezifische, antagonistische Wirkung am GLP-1 Rezeptor, ohne jegliche agonistische Wirkung. Dies ließ sich in in vitro und in vivo Versuchen am Tiermodell bestätigen. Beim Menschen konnte mit Applikationsdosen von 300 pmol/kg/min Exendin [9-39] sowohl der insulinotrope Effekt von exogenem GLP-1, als auch die Glukagonsekretions-hemmende Wirkung des GLP-1 vollständig aufgehoben werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollte nachgewiesen werden, dass die gewählte intravenöse Applikationsdosis von Exendin [9-39] suffizient die insulinotrope Wirkung des parallel zugeführten exogenen GLP-1 [7-36-amid] hemmen kann, um zu demonstrieren, dass mit der gleichen Dosis Wirkungen von endogen sezerniertem GLP-1 ebenfalls vollständig unterdrückt werden. Zur Darstellung der Notwendigkeit einer besonderen Behandlung von exogenen GLP-1 Infusionen wurden zwei Applikationsformen von GLP-1 [7-36-amid] miteinander verglichen. Zum einen ohne Zusatz von humanem Serumalbumin (Projekt A) und zum anderen mit Zusatz von humanem Serumalbumin (Projekt B). Projekt A (GLP-1 ohne Zusatz von Albumin): 6 Probanden (m/w: 5/1; Alter: 47 ± 8 Jahre; BMI: 25,9 ± 4,2kg/m²; HbA1c: 5,2 ± 0,5%) mit normaler Glukosetoleranz erhielten an drei Versuchstagen Infusionen mit 1.) NaCl 0,9%, 2.) GLP-1 [7-36-amid] oder 3.) GLP-1 [7-36-amid] + Exendin [9-39] in Kombination. Unter den Infusionen wurde zum Zeitpunkt 0 eine intravenöse Glukosebelastung mit 0,3g/kg Körpergewicht innerhalb von 10 Sekunden durchgeführt. Vor und nach der Glukosegabe wurden zu definierten Zeitpunkten Blutentnahmen durchgeführt und kapilläre Blutglukose, C-Peptid, Insulin, GLP-1 (intakt), GLP-1 (total), Exendin [9-39] und Glukagon bestimmt. Die Insulin-Sekretionsrate wurde über die Dekonvulotion berechnet und die statistische Auswertung erfolgte über eine Varianzanalyse mit Messwiederholungen. Projekt B (GLP-1 mit Zusatz von Albumin): 6 Probanden (m/w 4/2; Alter: 45 ± 12 Jahre, BMI: 23,5 ± 1,9kg/m²; HbA1c: 5,3 ± 0,1%) mit normaler Glukosetoleranz erhielten an drei Versuchstagen Infusionen mit 1.) NaCl 0,9%, 2.) GLP-1 [7-36-amid] oder 3.) GLP-1 [7-36-amid] + Exendin [9-39] in Kombination. Unter den Infusionen wurde zum Zeitpunkt 0 eine intravenöse Glukosebelastung mit 0,3g/kg Körpergewicht innerhalb von 10 Sekunden durchgeführt. Vor und nach der Glukosegabe wurden zu definierten Zeitpunkten Blutentnahmen durchgeführt und kapilläre Blutglukose, C-Peptid, Insulin, GLP-1 (intakt), GLP-1 (total), Exendin [9-39] und Glukagon bestimmt. Die Insulin-Sekretionsrate wurde über die Dekonvulotion berechnet und die statistische Auswertung erfolgte über eine Varianzanalyse mit Messwiederholungen In Projekt A fand sich unter der GLP-1 Infusion ohne Zusatz von humanem Serumalbumin ein unzureichender Anstieg der GLP-1 Konzentration. Im Gegensatz dazu kam es in Projekt B unter Zusatz von humanem Serumalbumin zu einem raschen Anstieg der GLP-1 Konzentration. 15 Minuten nach Infusionsbeginn ließen sich Konzentrationen von 83 ± 29 pmol/l (GLP-1 Infusion) bzw. 138 ± 25 pmol/l (kombinierte GLP-1 und Exendin [9-39] Infusion) messen. Nach Reduktion der Infusionsgeschwindigkeit sank der GLP-1 Spiegel auf 53 ± 14 pmol/l (GLP-1 Infusion) und 61 ± 5 pmol/l (kombinierte GLP-1 und Exendin [9-39] Infusion) und hielt sich stabil auf diesem Niveau. Nur in Projekt B (GLP-1 mit Zusatz von Albumin) konnte nach der intravenösen Glukosegabe ein Anstieg der Insulin-Sekretionsrate in der ersten Phase von 103 ± 13 pmol/kg (NaCl 0,9% Infusion) auf 234 ± 40 pmol/kg (GLP-1 Infusion) nachgewiesen werden (p < 0,05 vs NaCl 0,9% Infusion). Dieser Effekt konnte durch die gleichzeitige Gabe von Exendin [9-39] komplett antagonisiert werden. Die Insulin-Sekretionsrate betrug in der ersten Phase dann 111 ± 14 pmol/l (kombinierte GLP-1 und Exendin [9-39] Infusion) (p< 0,05 vs GLP-1 Infusion). Die Glukagonkonzentrationen waren signifikant erhöht unter der kombinierten Infusion von GLP-1 und Exendin [9-39] als Ausdruck der Hemmung des inhibitorischen Einflusses des GLP-1 auf die Glukagonsekretion (p< 0,05 vs GLP-1 Infusion). Somit scheint Exendin [9-39] ein potenter Antagonist von GLP-1 zu sein und es kann in der gewählten Konzentration die insulinotrope und die glukagonsekretions-hemmende Wirkung einer pharmakologischen Dosis von exogenem GLP-1 komplett aufheben. Exendin [9-39] ist wahrscheinlich geeignet zur vollständigen Suppression der Wirkung auch von endogen sezerniertem GLP-1. Die Antogonisierung von GLP-1-Wirkung mit Exendin [9-39] führt zum Anstieg des Glukagons, weil bereits im Basalzustand GLP-1 die Glukagonsekretion supprimiert. Zur Vermeidung der Adsorption von GLP-1 (und anderen Peptiden) an Plastik- und Glasoberflächen im Rahmen von Infusionen muss Albumin zugesetzt werden. Sonst kommt es zu zögerlichen und der Kontrolle entzogenen, wenig berechenbaren GLP-1 Konzentrationen.