肝細胞におけるグルコース調節遺伝子発現に対するグルコキナーゼ活性化因子とメトホルミンの反対効果

AIM：グルコキナーゼ（GKAS）の小分子活性化因子は、2型糖尿病（T2D）の潜在的な抗水性血糖薬として広範囲に調査されています。いくつかのGKAは、早期治療中に血糖を下げるのに非常に効果的でしたが、臨床試験中に慢性的に血糖の有効性を失いました。 材料と方法：ラット肝細胞を使用して、GKASが肝細胞6-リン酸（G6P、グルコキナーゼ産物）を飼育し、肝臓グルコキナーゼ遺伝子（GCK）の抑制を伴うダウンストリーム代謝産物を上昇させるという仮説をテストしました。GKAをT2Dの最も広く処方された薬物であるメトホルミンと比較しました。 結果：GCK抑制とG6PC（グルコース6-ホスファターゼ）およびPKLR（ピルビン酸キナーゼ）の誘導と同時に、25 mMグルコースを上昇させた細胞G6Pを含む肝細胞の処理。GKAは、G6Pと調節代謝産物であるフルクトース-2,6-ビスリン酸を上昇させることにより、高グルコースを模倣し、遺伝子調節に対するグルコース応答性の左シフトを引き起こしました。フルクトースは、GKAと同様に、GCKを抑制しましたが、G6PCを適度に誘導しました。グルコキナーゼによってリン酸化されるが、それ以上代謝されない2-デオキシグルコースはGCK抑制を引き起こしたが、G6PC誘導ではなく、GCK抑制におけるグルコキナーゼ産物を暗示した。メトホルミンは、高グルコースの上昇したG6Pおよびフルクトース2,6-ビスリン酸、およびGCK抑制、G6PCおよびPKLRプロモーターへのMLX-CHREBPの動員、およびこれらの遺伝子の誘導に対する高グルコースの効果に対抗しました。 結論：肝細胞G6Pおよび下流代謝産物の上昇は、結果として肝臓GCK抑制を伴い、慢性療法中のGKA有効性の喪失に潜在的な寄与メカニズムです。治療範囲内の細胞メトホルミン負荷は、G6Pおよびグルコース調節遺伝子発現に対する高グルコースの効果を減衰させます。

AIM: Small molecule activators of glucokinase (GKAs) have been explored extensively as potential anti-hyperglycaemic drugs for type 2 diabetes (T2D). Several GKAs were remarkably effective in lowering blood glucose during early therapy but then lost their glycaemic efficacy chronically during clinical trials. MATERIALS AND METHODS: We used rat hepatocytes to test the hypothesis that GKAs raise hepatocyte glucose 6-phosphate (G6P, the glucokinase product) and down-stream metabolites with consequent repression of the liver glucokinase gene ( Gck). We compared a GKA with metformin, the most widely prescribed drug for T2D. RESULTS: Treatment of hepatocytes with 25 mM glucose raised cell G6P, concomitantly with Gck repression and induction of G6pc (glucose 6-phosphatase) and Pklr (pyruvate kinase). A GKA mimicked high glucose by raising G6P and fructose-2,6-bisphosphate, a regulatory metabolite, causing a left-shift in glucose responsiveness on gene regulation. Fructose, like the GKA, repressed Gck but modestly induced G6pc. 2-Deoxyglucose, which is phosphorylated by glucokinase but not further metabolized caused Gck repression but not G6pc induction, implicating the glucokinase product in Gck repression. Metformin counteracted the effect of high glucose on the elevated G6P and fructose 2,6-bisphosphate and on Gck repression, recruitment of Mlx-ChREBP to the G6pc and Pklr promoters and induction of these genes. CONCLUSIONS: Elevation in hepatocyte G6P and downstream metabolites, with consequent liver Gck repression, is a potential contributing mechanism to the loss of GKA efficacy during chronic therapy. Cell metformin loads within the therapeutic range attenuate the effect of high glucose on G6P and on glucose-regulated gene expression.