Semaglutid und Teduglutid reduzieren immunbedingte Darmverletzungen bei Mäusen

Was geschieht, wenn der Darm seine natürlichen hormonellen Abwehrmechanismen gegen immunologische Angriffe verliert, und könnten bestehende Medikamente einen neuen Ansatz zum Schutz der Darmschleimhaut bieten?

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Eine aktuelle Studie, die in der Fachzeitschrift Cell Reports Medicine veröffentlicht wurde, untersuchte, wie darmabgeleitete Glukagon-ähnliche Peptide (GLP) Schäden im Darm durch aktivierte T-Zellen beeinflussen. Bei Mäusen half die Signalübertragung über die Rezeptoren GLP-1R und GLP-2R, solche Schäden zu begrenzen. Mäuse, denen das Proglukagon im Darm fehlt, waren anfälliger für Verletzungen. Semaglutid und Teduglutid, die jeweils GLP-1R und GLP-2R aktivieren, reduzierten den durch CD3ε-zielgerichtete Antikörper verursachten Darmschaden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass darmabgeleitete GLP-Hormone den Darm während akuter Entzündungen schützen könnten.

Spezialisierte L-Zellen im Darm setzen GLP-Hormone frei, die unterschiedliche Funktionen haben. Während GLP-1 hilft, den Blutzucker und den Appetit zu regulieren, unterstützt GLP-2 die Nährstoffaufnahme, das Wachstum der Darmschleimhaut, die Integrität der Barriere und die Durchblutung. Tierversuche haben ebenfalls gezeigt, dass die Behandlung mit Agonisten dieser Rezeptoren Darmschäden reduzieren kann, was weitere Untersuchungen ihrer potenziellen schützenden Wirkungen anregte.

Über die Studie

In der vorliegenden Studie untersuchten die Forscher, ob die Aktivierung von GLP-Hormonrezeptoren dazu beitragen könnte, den Darm vor von T-Zellen induzierten Schäden in Mäusen zu schützen.

Um die Rolle der darmabgeleiteten Glukagon-ähnlichen Peptide zu untersuchen, verwendeten die Forscher Mäuse, denen GLP-1R oder GLP-2R fehlte, sowie Tiere, denen die Proglukagon-Expression selektiv aus dem Darm entfernt wurde (GcgGut−/−). Die Experimente verwendeten männliche Mäuse im Alter von 12 bis 16 Wochen. Sie testeten außerdem Semaglutid in einer Dosis von 2,5 μg/kg und Teduglutid mit 40 μg/kg, um zu bestimmen, ob die Aktivierung dieser Rezeptoren Darmschäden begrenzen könnte. Separate Immunzellexperimente verwendeten eine höhere Dosis von Semaglutid von 10 μg/kg. 16S ribosomale RNA-Sequenzierung charakterisierte Änderungen im fäkalen Mikrobiom, wobei die alpha-Diversität mit den Shannon- und Simpson-Indizes bewertet und der mikrobielle Reichtum mit Chao1 geschätzt wurde.

Nach der Behandlung mit Anti-CD3 wurden Immunzellen aus den mesenterialen Lymphknoten (MLNs), dem kleinen Darm (Lamina propria) und der Milz mittels Durchflusszytometrie untersucht. Das Team maß auch die mRNA-Spiegel der intestinalen Stammzellmarker Olfactomedin 4 (Olfm4) und Leucin-reiche Repeat-haltige G-Protein-gekoppelte Rezeptoren 5 (Lgr5). Weitere Messungen umfassten Lipocalin 2 (Ngal), die Panethzellmarker Lysozym 1 (Lyz1) und Defensin Alpha 5 (Defa5), sowie entzündliche Zytokine. Die Forscher untersuchten auch die Dichte der Krypten und den Verlust von Paneth-Zellen, um die Darmschäden zu bewerten.

Ergebnisse und Diskussion

Der von T-Zellen induzierte Darmschaden nahm bei Mäusen ohne Glp1r−/−, Glp2r−/− und GcgGut−/− zu, aber die Abweichungen variierten zwischen den Modellen. Ein Mangel an GLP-1R erhöhte die Entzündung und den histologischen Schaden, ohne den Verlust von Krypten im Vergleich zu Kontrolltieren zu erhöhen. Der Mangel an GLP-2R reduzierte die Höhen der Zotten und die Proliferation der Kryptenzellen und erhöhte den Verlust von Paneth-Zellen, ohne das Gewicht oder die Länge des Dünndarms zu vermindern. Mäuse ohne intestinales Proglukagon wiesen eine erhöhte intestinale Permeabilität, einen größeren Verlust von Krypten und ein vermindertes Dünndarmgewicht auf. Bei Mäusen, denen die GLP-1-Rezeptoren (Glp1r−/−) fehlten, fanden die Forscher eine höhere Geneexpression für Ileal Lipocalin 2 (Ngal) sowie höhere Konzentrationen von C-X-C-Motiv-Chemokin-Ligand 1 (CXCL1), IL-1β und IL-6. Auch die Anzahl der neutrophilen Elastase (NE)-positiven Zellen war erhöht. Im Vergleich dazu war die Expression von Niemann-Pick C1-like 1 (Npc1l1), intestinalem Fettsäure-bindendem Protein 2 (Fabp2) und regenerierendes Inselprotein 3 Gamma (Reg3g) bei Glp1r−/− Tieren reduziert. Zusammen deuten diese Ergebnisse auf eine verstärkte entzündliche Reaktion in diesen Tieren hin.

Die GLP-1-Spiegel waren bei Proglukagon-defizienten Mäusen deutlich niedriger. Bei diesen Tieren nahm die CXCL2-Expression zu, während die intestinalen Zotten kürzer waren. Die Forscher erkannten auch niedrigere mRNA-Niveaus des Slc10a2, Olfm4 und Lgr5. Die Ergebnisse gingen mit einer verzögerten Wiederherstellung des Körpergewichts nach der Anti-CD3-Herausforderung einher. Die Behandlung mit Anti-CD3 reduzierte den mikrobiellen Reichtum in beiden Genotypen, während die Shannon- und Simpson-Indizes auf eine geringere Diversität bei Proglukagon-defizienten Mäusen im Vergleich zu Kontrolltieren hinwiesen. Nach der Aktivierung der T-Zellen machten Verrucomicrobiota und Proteobacteria einen größeren Teil der Darmmikrobiota aus, während Firmicutes in beiden Genotypen weniger zahlreich wurden. Die Aktivierung der T-Zellen war hauptsächlich für die Veränderungen in der mikrobielle Zusammensetzung verantwortlich, nicht der Mangel an Proglukagon im Darm.

Die systematische Aktivierung der T-Zellen führte zur Sekretion von intestinalem GLP-1 und GLP-2, und die endogene Signalgebung über GLP-1R/GLP-2R schützte vor dem von T-Zellen induzierten Darmschaden. Die Behandlung mit Semaglutid oder Teduglutid reduzierte den durch Anti-CD3 induzierten Darmschaden, wobei die Kombinationstherapie ebenfalls schützende Wirkungen zeigte.

Teduglutid stellte teilweise das Verhältnis von Dünndarmgewicht zu -länge wieder her, reduzierte die Zytokinspiegel im Darm sowie die neutrophile Infiltration und linderte den Gewebeschaden, verbesserte jedoch nicht die gemessenen Indikatoren der intestinalen Permeabilität. Semaglutid senkte die Zytokinwerte im Blut und erhöhte die Expression von Paneth-Zell-assoziierten Genen in Mäusen, wobei die selektive Entfernung der intestinalen Proglukagon-Expression nach der Behandlung mit dem Anti-CD3ε-Antikörper erfolgte. Die Kombinationstherapie senkte die systematischen Entzündungsmarker, stellte die Dichte der kryptalen Zellen im Ileum wieder her und reduzierte den histologischen Schaden. Obwohl beide Medikamente schützende Wirkungen zeigten, konnte nicht festgestellt werden, ob die Kombination zusätzliche Vorteile gegenüber einer der beiden Behandlungen allein bot.

Semaglutid reduzierte auch die Auslenkungen des Blutzuckers während eines oralen Glukosetoleranztests (OGTT) und erhöhte die Expression von Genen, die mit den Aktivitäten der Paneth-Zellen und des intestinalen Epithels in Verbindung stehen. Die Genexpression, die in proglukagon-defizienten Mäusen mit Paneth-Zellen zusammenhängt, stieg, während Fgfbp1 in Kontrollen auffälliger anstieg und Fabp2 nur in Kontrollen zunahm. Die Kombinationstherapie steigerte die Genexpression von Ereg und Egr1.

Die Durchflusszytometrie zeigte, dass die Verhältnisse der Immunzellen im intestinalen LP und in den MLNs nach der Behandlung mit Anti-CD3 weitgehend unverändert blieben, während die T-Zellen in der Milz bei Mäusen mit fehlendem intestinalen Proglukagon geringer waren. Semaglutid und Teduglutid verursachten nur wenige Veränderungen in den Verhältnissen der Immunzelluntergruppen.

Frühere Studien mit Modellen von Kolitis und Mukositis berichteten, dass GLP-1R-Agonisten dazu beitragen könnten, die Darmentzündung zu lindern und die Schleimproduktion der Brunnerdrüsen anzuregen. GLP-2 unterstützt unterdessen die Darmschleimhaut, indem es das Zellwachstum fördert und den Zelltod einschränkt. Tierversuche legen auch nahe, dass Mäuse ohne GLP-2R anfälliger für Dysfunktionen der Paneth-Zellen und Enteritis sind. Darüber hinaus könnte GLP-2 die Gruppierung der angeborenen lymphoiden Zellen Typ 2 beeinflussen, während GLP-1 das Wachstum des Darms durch die Teilung von Krypten fördern kann. Diese Wirkungen können je nach Art der Darmschädigung variieren.

Schlussfolgerungen

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die endogene Signalgebung über GLP-1R und GLP-2R vor muosalen Schäden durch T-Zellen schützt, während die pharmakologische Aktivierung dieser Rezeptoren Darmverletzungen reduzieren kann. Der Verlust der intestinalen Proglukagon-Expression erhöhte die Anfälligkeit für T-Zellen-bedingte Enteropathien bei Mäusen.

Die Experimente waren kurz und betrafen junge männliche Mäuse mit akuten Darmschäden, sodass die Vorteile noch nicht auf menschliche Erkrankungen übertragen werden können. Auch die Entfernung des intestinalen Proglukagons senkt andere verwandte Peptide, was zu den Ergebnissen beigetragen haben könnte.

In zukünftigen Studien könnten Forscher untersuchen, ob niedrigere Dosen von GLP-1R-Agonisten oder eine kombinierte Aktivierung von GLP-1R und GLP-2R die immunvermittelte Darmverletzung reduzieren könnten, ohne erhebliche Gewichtsverluste zu verursachen. Forscher könnten auch die Rollen anderer glucagon-abgeleiteter Peptide, einschließlich Glicentin und Oxyntomodulin, untersuchen und längere Behandlungsregime sowie unterschiedliche Agonistendosen bei Mäusen mit Diabetes oder Fettleibigkeit bewerten.

Quellen: