TKÁŇOVĚ SPECIFICKÝ CUSHINGŮV SYNDROM

endokrinologie

TKÁŇOVĚ SPECIFICKÝ CUSHINGŮV SYNDROM TISSUE-SPECIFIC CUSHING’S SYNDROME KATEŘINA ŠIMŮNKOVÁ, KAREL VONDRA, LUBOSLAV STÁRKA Endokrinologický ústav, Praha SOUHRN 11β-hydroxysteroidní dehydrogenáza typu 1 (11β-HSD1) je tkáňově specifický enzym, který umožňuje lokální interkonverzi neaktivního kortizonu na aktivní kortizol, čímž se stává významným prereceptorovým regulátorem účinku glukokortikoidů na tkáňové úrovni. V současné době je jeho funkce intenzivně studována vzhledem k možné roli v patogenezi řady onemocnění, především obezity. Cílená inhibice enzymu 11β-HSD1 by mohla otevřít nové možnosti terapie řady onemocnění. Vzhledem k všudypřítomnosti enzymu v organizmu a s tím spojené řadě výhod i nevýhod dosud vyvinutých selektivních inhibitorů se ukazuje na nutnost vytvoření nových tkáňově specifických zvířecích modelů ke studiu významu aktivity enzymu v organizmu a k vývoji účinnějších selektivních inhibitorů. Klíčová slova: 11β-hydroxysteroidní dehydrogenáza typu 1, kortizol, kortizon, obezita, metabolický syndrom, selektivní inhibitory SUMMARY 11β-hydroxysteroid dehydrogenase (11β-HSD1) is an important, tissue specific, enzyme. It converts inactive cortisone into an active cotrisol form, thus amplifying local prereceptor activity of glucocorticoids. Recently, much focus has been paid on the 11β-HSD1 because of its possible role in the pathogenesis of many common diseases, namely obesity. Selective inhibition of 11β-HSD1 has been proposed as a novel therapeutic strategy for many diseases. Because of the wide expression of this enzyme in many human tissues, its selective inhibition is linked with many benefits and disadvantages in organism. It is necessary to develop new tissue specific models to study importance of 11β-HSD1 in organism and to create more efficient selective inhibitors of 11β-HSD1. Key words: 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1, cortisol, cortisone, obesity, metabolic syndrome, selective inhibitors

ÚVOD Za posledních 20 let se komplexně změnil pohled na aktivitu glukokortikoidů (GC). Dříve byla pro účinnost GC na tkáňové úrovni rozhodující koncentrace GC v séru, koncentrace vazebných proteinů v plazmě a za hlavní regulátor na intracelulární úrovni byla považována koncentrace (rozložení a množství) glukokortikoidních receptorů (GR). Enzym 11β-hydroxysteroidní dehydrogenáza (11β-HSD) je znám od roku 1950. Jeho dvě izoformy 11β-hydroxysteroidní dehydrogenáza typu 1 (11β-HSD1) a  11β-hydroxysteroidní dehydrogenáza typu 2 (11β-HSD2), které byly popsány v posledních 10 letech, se dostávají v současnosti do popředí zájmu řady pracovišť pro svoji klíčovou úlohu při regulaci účinnosti GC na tkáňové prereceptorové úrovni a jsou intenzivně studovány pro možný vztah k vývoji metabolického syndromu a řady dalších onemocnění. 11β-HSD1 je tkáňově specifický enzym, který umožňuje interkonverzi neaktivního kortizonu na aktivní kortizol a zajišťuje tak na intracelulární úrovni regulaci dostupnosti DMEV 3/2007

kortizolu pro GR beze změny koncentrace kortizolu v  séru (Tomplinson et al., 2004). V  posledních letech se velmi intenzivně studuje vztah 11β-HSD1 k  rozvoji řady onemocnění a  možnost ovlivnění exprese a  aktivity enzymu ve tkáních pomocí selektivních inhibitorů. Intenzivně se studuje neuroprotektivní vliv 11β-HSD1, význam při vývoji neurodegenerativních onemocnění a  možnost využití tzv. antiglukokortikoidů (anti-GC) (Holmes et al., 2006; Muller et al., 2006; Kim et al., 2003). Pro onkologii je významný poznatek, že při maligní transformaci dojde v glukokortikoidně dependentních tkáních ke změně exprese z 11β-HSD1 na 11β-HSD2. Tento poznatek by mohl být využit k časné predikci maligního zvratu v prekancerozách (Rabbitt et al., 2003; Nigawara et al., 2005). Význam CG při vzniku glaukomu je známý, intenzivně se studuje výskyt a ovlivnění aktivity 11β-HSD1 v oftalmologii (Onyimba et al., 2006). První použití kortizonu bylo využito při terapii revmatoidní artritidy a  ovlivnění procesu zánětu. Intenznivně se zkoumá význam 11β-HSD1 v imunologii (Gilmour et al.,

163

endokrinologie 2006; Chapman et al., 2006; Vagnerova et al., 2006) a využítí enzymu v tvorbě anti-GC (Pellisieret et al., 2006). Velký vliv má také 11β-HSD1 na reprodukční systém (Jonas et al., 2006; McDonald et al., 2006). GC indukovaná osteoporóza je také dobře známá. Za zmínku stojí i  poznatek o  vztahu senilní osteoporózy k aktivitě 11β-HSD1 (Cooper et al., 2002). Předpokládá se, že exprese 11β-HSD1 je významná pro individuální odpovědi kosti na terapii GC (Cooper et al., 2003; Eijken et al., 2006). Aktivita enzymu hraje roli při zrání plic v  průběhu intrauterinního vývoje a  také při metabolizmu tabákových karcinogenů (Tomlinson et al., 2004) a metabolizmu xenobiotik (Maser et al., 2006). V nadlevinách se enzym uplatňuje při uvolňování katecholaminů při reakci na stres. V pankreatu je změna aktivity enzymu spojena s regulací uvolňování inzulinu (Tomlinson et al., 2004). Protože tento enzym je v  organizmu všudypřítomný, možnosti jeho uplatnění při vzniku a progresi metabolických změn v organizmu jsou bezesporu velké. V tomto článku se soustředíme pouze na vztah 11β-HSD1 a  metabolického syndromu, který je v dnešní době v popředí zájmu.

FYZIOLOGIE A REGULACE 11β-HSD1 11β-HSD1 je tzv. jaterní typ izoformy enzymu 11β-HSD, protože poprvé byla aktivita tohoto enzymu objevena v  hepatocytech. Tento enzym působí převážně reduktázovou aktivitou a umožňuje tak konverzi neaktivního kortizonu na aktivní kortizol (obr. 1). Touto reakcí zesiluje účinnost kortizolu na celulární tkáňově specifické prereceptorové úrovni nezávisle na koncetraci GC v plazmě. Přítomnost enzymu v  organizmu je ubikviterní. Nejvyšší koncentrace 11β-HSD1 nacházíme ve tkáních s  přímým vztahem k  metabolizmu GC, hlavně jsou to játra, gonády, tuková tkáň, mozek, oko, kosti, svalovina cévní stěny. GC v  plazmě lze rozdělit na aktivní a  neaktivní. Kortizol patří k aktivním GC a kortizon představuje neaktivní GC, kortizol se dělí dále na volný a vázaný na proteiny (transkortin a  albumin). Změny v  průběhu diurnálního rytmu se týkají pouze volné frakce kortizolu, jejíž koncentrace se pohybuje od 1 do 100 nmol/l. Tento volný kortizol má přímý přístup k intracelulárním GR a je regulován 11β-HSD. Neaktivní GC kortizon je vytvářen z části nadledvinami, ale hlavním zdrojem v  ledvinách je probíhající přeměna kortizolu na kortizon dehydrogenační reakcí pomocí 11β-HSD2. Kortizon

se vyskytuje v séru ve volné formě. Koncentrace kortizonu v séru se pohybuje v rozmezí 50–100 nmol/l a přibližně se rovná koncentraci volného kortizolu (Tomlinson et al., 2004; Draper et al., 2005). Sérový kortizon představuje pool, který je k dispozici pro působení 11β-HSD1 v době nízké koncentrace kortizolu v krvi v průběhu diurnálního rytmu a umožňuje udržení lokální koncentrace aktivních GC pro metabolické potřeby tkání i při zátěžových situacích (stres, operace, úraz, onemocnění) (Stulnig et al., 2004). 11β-HSD1 je mikrosomální enzym (obr. 2). Jeho aktivita je bidirekcionální, vykazuje jak aktivitu reduktázovou, tak dehydrogenázovou na rozdíl od 11β-HSD2, která má preferenčně dehydrogenázovou aktivitu. V  poškozených buňkách a in vitro systémech má enzym 11β-HSD1 aktivitu dehydrogenázovou, zatímco in vivo je jeho aktivita výlučně reduktázová. Tento posun ve funkci enzymu je dán lokalizací enzymu uvnitř endoplazmatického retikula (ER) a  výlučnou lokalizací kofaktoru a  koenzymu 11β-HSD1 uvnitř ER. Zvláštní postavení mají např. buňky tukové tkáně a ovaria, které umějí posouvat aktivitu enzymu z  dehydrogenázové na reduktázovou. Pro reduktázovou aktivitu enzymu je klíčová koncentrace kofaktoru NADP(H) v ER. K udržení dostatečné hladiny kofaktoru je nezbytný koenzym hexoza-6-fosfát dehydrogenáza (H6PDH), který ze substrátu glukóza-6-fosfátu (G6P) oxidací vytváří 6-fosfoglukonát za regenerace NADP na NADP(H). Přítomnost enzymu H6PDH je odpovědná za posun aktivity 11β-HSD1 z  dehydrogenázové k  reduktázové, protože 11β-HSD1 má nízkou afinitu k  NADP(H). Enzym H6PDH je přítomen pouze v ER, uplatňuje se v tzv. redox. potenciálu ER (Tomlinson et al., 2004; Seckl et al., 2004) . Faktory regulující aktivitu 11β-HSD1: aktivitu zvyšují samy glukokortikoidy, cytokiny jako TNFα, IL-1, IL-6. Aktivita 11β-HSD1 je snižována růstovým hormonem (GH), IGF1, a  PPARα a  γ. Efekt inzulinu je spíše inhibiční, ale nebyla dosud publikována jednoznačná data. Složení potravy mění aktivitu enzymu. Z toho plyne, že tento enzym může regulovat akutní nebo chronickou odpověď tkání na různý hormonální a nutriční stav organizmu (Putignano et al., 2004). Aktivita 11β-HSD1 je také regulována i  posttranskripčně, a  to na úrovni kofaktoru a  koenzymu, dostupnost NADPH a přítomnost H6PDH ukazuje směr aktivity enzymu (Tomlinson et al., 2004).

E

F

O

0

CH 3

0 0

11ß-oxoreduktáza 11ß-HSD1 NADPH

11ß-dehydrogenáza (11ß-HSD1) NADP+

0

kortizon (E) neaktivní glukortikoid

OH

0

0

NADP

0

CH 3

-H S

NADPH

H6PDH

ER lumen 0

G6P

6PG

kortizol (F) 11ß-dehydrogenáza 11ß-HSD2 NAD+

aktivní glukortikoid

Obr 1. Interkonverze kortizolu na kortizon pomocí 11β-HSD. Převzato z Draiper NJ et al., Endocrinol 2005, 186, 25.

164

CH 3

F

11 ß

CH 2 OH

11ß-HSD1

CH 3

D2

Cytosol

CH 2 OH

E

G6P

Obr. 2 Uvnitř ER H6PDH generuje NADPH, pomocí konverze glukóza-6fosfátu (G6P) na 6- fosfoglukonát. Glukóza-6-fosfátu (G6P) je transportován přes G6P transportér do ER. 11β-HSD1 využívá kofaktor NADPH ke konverzi kortizonu (E) na kortizol (F). Upraveno podle Draper NJ et al., Endocrinol, 2005, 186, 264.

DMEV 3/2007

endokrinologie Aktivitu enzymů 11β-HSD lze sledovat v  séru, v  moči, expresí mRNA enzymu v jednotlivých tkáních pomocí biopsie a  dynamickými testy pomocí H3-značeného kortizolu podaného intravenózně. Mikrodialýzou lze hodnotit rychlost interkonverze za různých patofyzilogických stavů v organizmu nebo v jednotlivých tkáních (Walker et al., 2006).

KLINICKÝ VÝZNAM 11β-HSD1 U OBEZITY A METABOLICKÉHO SYNDROMU Cushingův syndrom a metabolický syndrom mají mnohé společné rysy. Cushingův syndrom se vyznačuje reverzibilní centrální obezitou, hypertenzí, hyperlipidemií, glukózovou intolerancí až diabetem 2. typu. Tyto projevy nacházíme v  různém stupni i  u  metabolickému syndromu. Na základě této podobnosti se soustřeďuje pozornost na studium významu GC při vzniku metabolického syndromu a v poslední době hlavně také vztah mezi tkáňovou koncentrací GC a vznikem metabolického syndromu. Změny koncentrace GC na tkáňové úrovni probíhají za fyziologických podmínek beze změn v  hladině GC v  krvi a  za normální zpětné vazby HPA (hypothalamus-hypofýzanadledviny). U  metabolického syndromu se předpokládá tkáňově specifický (celulární) nadbytek GC zprostředkovaný změněnou aktivitou 11β-HSD1 (Draper et al., 2005 ). Pro tento tkáňově specifický nadbytek GC bylo navrženo označení Cushingova choroba omenta nebo tkáňově specifický Cushingův syndrom (Stewart et al., 2005). Metabolický syndrom spojený s obezitou hlavně viscerálního typu představuje vysoké riziko morbidity, pochopení patogeneze a možnosti terapie jsou proto dnes v popředí zájmu. V  popředí zájmu výzkumu zůstává otázka, zda zvýšená aktivita 11β-HSD1 ve tkáních je primární příčinou obezity nebo zda ke změnám v aktivitě 11β-HSD1 ve tkáních dochází až následkem obezity a jaká je souvislost se vznikem metabolického syndromem. Ke zjištění významu enzymu 11β-HSD1 v organizmu byla vyvinuta řada zvířecích modelů. Myší knouckout 11βHSD1 /- vykazuje nízkou tkáňovou koncentraci GC (kortikosteronu – aktivní myší GC) s normální nebo mírně zvýšenou hladinou v séru a je chráněná před vznikem dyslipidemie, glukózové intolerance a obezity i při vysokotukové dietě (Morton et al., 2004). Model myší se zvýšenou expresí 11β-HSD1 v tukové tkáni má vysoké hladiny GC v tukové tkáni i ve véně portae, ale v  systémové cirkulaci je koncentrace GC nezměněna. Tento model má všechny znaky metabolického syndromu: centrální obezitu, hypertenzi, glukózovou intoleranci a dyslipidemii, ovšem nevyskytuje se u ní hyperglykemie nalačno, to ukazuje na defekt v periferních tkáních (Masuzaki et al., 2003). Naopak zvýšená exprese 11β-HSD1 v játrech u myších modelů se liší od modelu se zvýšenou expresí v tuku nepřítomností obezity a  glukózové intolerance (Paterson et al., 2004). Zvýšená aktivita 11β-HSD1 v tukové tkáni a v játrech zvyšuje lokálně koncentraci GC a  podporuje tak známky metabolického syndromu. Tyto studie dokládají význam 11β-HSD1 při vývoji metabolického syndromu a  ukazují, že významnější ve vztahu k metabolickému syndromu je 11β-HSD1 v tukové tkáni. Pomocí značeného kortizolu byla stanovena velikost interkonverze kortizonu a kortizolu ve splanchnické oblasti. Celková produkce kortizolu na tkáňové úrovni je značná ve srovnání s poměrem produkce nadledvinami a splanchnická oblast tak přispívá asi dalšími 25 % k celkové denní produk-

DMEV 3/2007

ci kortizolu z nadledvin, hepatální produkce přispívá asi 1/3 k splanchnické produkci kortizolu (Andrew et al., 2005) a produkce v tukové tkáni asi 2/3 (Basu et al., 2004). To dokládá, že celulární interkonverze kortizonu na kortizol má vliv na změnu kortizolemie intracelulárně i ve vena portae, nikoliv v systémové cirkulaci. Zvýšená aktivita 11β-HSD1 v tukové tkáni může být opět významnější pro vznik metabolického syndromu než jaterní tkáň. Kortizol se tak může dostávat spolu s  dalšími hormony (adipokiny, cytokiny) z  viscerální tukové tkáně do jater a může tak ovlivňovat vznik inzulínové rezistence u  centrální obezity. Ovšem studie na myších modelech jsou více přesvědčivé než studie u lidí. Na modelech obezity u  zvířat je dokázáno, že v  tukové tkáni se aktivita 11β-HSD1 zvyšuje a v játrech klesá, ovšem důkazy nejsou jednotné u všech modelů obezity. Sledování koncetrace kortizolu v moči je nevhodné, protože odráží aktivitu 11β-HSD1 i 2 a dalších enzymů. Proto se měří celkový tělesný obrat kortizolu a obrat v jednotlivých tkáních pomocí značeného kortizolu (Tomlinson et al., 2004) . U obezity se ukazuje, že celkový tělesný obrat kortizolu je nezměněn, protože asi dochází k vzájemnému vykompenzování produkce kortizolu jednotlivými tkáněmi (Sandeep et al., 2005). Další studie zaměřené na tkáňově specifické změny dokázaly, že na úrovni jater je jako možný fyziologický ochranný mechanizmus aktivita 11β-HSD1 snížena (Rask et al., 2001; Rask et al., 2002), protože nedochází k  aktivaci klíčových enzymů glukoneogeneze. Zvýšená aktivita v podkožním tuku in vivo byla potvrzena mikrodialýzou se značeným kortizonem. Dochází k  šestinásobnému zvýšení konverze kortizonu na kortizol u  obézních pacientů oproti neobézním (Sandeep et al., 2005). Zvýšená aktivita 11β-HSD1 v podkožní tukové tkáni je spojena s inzulinovou rezistencí u obezity, ale toto spojení už nenacházíme u  viscerální obezity a  hypertenze (Tomplinson et al., 2002). Zůstává stále nejasné, zda dochází ke zvýšené aktivitě a expresi mRNA 11β-HSD1 ve viscerální tukové tkáni, výsledky ze studií s biopsií jsou nekonzistentní. (Tomlinson et al., 2004; Aldhahi et al., 2004). Zjištění, že u  obezity nenacházíme zvýšenou produkci kortizolu ve splanchnické oblasti resp. zvýšenou koncentraci kortizolu ve v. portae, ukazuje, že snížená aktivita 11β-HSD1 a  tím snížená aktivace kortizonu v  játrech je kompenzována zvýšenou konverzí na kortizol v tukové, hlavně viscerální tkáni (Basu et al., 2005; Walker et al., 2006). Tento mechanizmus by mohl dokázat významnou souvislost viscerální obezity a  inzulinové resistence. (Andrew et al., 2005; Masuzaki et al., 2001 ). Aktivita 11β-HSD1 a exprese mRNA 11β-HSD1 není zvýšena na gram tukové tkáně, ale může být zvýšena množstvím tukové tkáně, která dodává kortizol venou portae játrům. Klíčová otázka je, jaký objem tuku významně zvyšuje 11βHSD1 v  tukové tkáni ve vztahu k  metabolickým změnám doprovázejícím obezitu (Walker et al., 2006). Abnormality v ose HPA u obézních jedinců by se daly také vysvětlit nízkou aktivitou 11β-HSD1 v hipokampu, která by vedla ke zvýšené produkci ACTH v důsledku snížené konverze kortizonu na kortizol (Yau et al., 2001). Genetické studie ukazují možný vztah mezi polymorfizmem genu, který kóduje 11β-HSD1 u DM 2 a hypertenze, ale ne u obezity (Caramelli et al., 2001; Draper et al., 2002). Vliv genotypu je nejistý, významnější asociace se nacházejí u zvířat než u lidí (Gelernter-Yaniv et al., 2003). To spíše ukazuje, že 11β-HSD1 rozhoduje o metabolické odpovědi na obezitu a sama není příčinou obezity.

165

endokrinologie DALŠÍ ONEMOCNĚNÍ SPOJENÁ S OBEZITOU A MOŽNÝ VZTAH K 11β-HSD1

MOŽNOSTI CÍLENÉ INHIBICE 11β-HSD1 A TERAPEUTICKÉ VYUŽÍTÍ U METABOLICKÉHO SYNDROMU

Onemocnění označované jako kortizon reduktázový deficit (CRD) je modelem lidského 11β-HSD1 knockoutu. Vyskytuje se převážně u  žen v  průběhu dospívání nebo v  časné dospělosti. Tento syndrom je velmi vzácný. Příznaky jsou shodné s  charakteristikou PCOS (syndrom polycystických ovarii) a  vykazují různý stupně hirsutismu, akné, oligomenorhey, infertility, v  některých případech nacházíme také obezitu. U mužů se vyskytuje jen předčasná puberta. Podstatou onemocnění je porucha konverze kortizonu na kortizol, a tím dochází ke zvýšenému metabolickému obratu kortizolu. K udržení normální hladiny kortizolu v séru se aktivuje negativní zpětnou vazbou osa HPA (hypothalamus-hypofýza-nadledviny) a  dojde ke zvýšení sekrece ACTH, ovšem vzhledem ke zvýšené konverzi kortizolu na kortizon v  ledvinách pomocí 11β-HSD2 a tím zvýšené exkreci metabolitů kortizonu močí (koncentrace metabolitů kortizolu jsou nízké až nedetekovatelné v moči). Dochází pouze k nežádoucímu efektu aktivace HPA osy, a to ke zvýšené koncentraci androgenů v séru (Tomlinson et al., 2004). Původní předpoklad, že hlavní porucha je na úrovni enzymu 11β-HSD1 a jeho genu, se nepotvrdil. Nyní je jasné, že jde o  kombinaci poruchy enzymu 11β-HSD1 s  poruchou koenzymu H6PHD a  jejich genů (White et al., 2005). Dále existují pouze ojedinělé práce zabývající se otázkou, zda genotyp CRD má vztah ke zvýšenému riziku vzniku PCOS (Draper et al., 2006). Podklad onemocnění CRD a  změny koenzymů ukázaly na další způsob manipulace s  aktivitou enzymu. Intenzivně se studuje role enzymu H6PDH a redox potenciálu v ER u dalších onemocnění (Hewitt et al., 2005). Je jen málo studií, které ukazují, že cílená inaktivace genu H6PDH ovlivňuje 11β-HSD1 aktivitu. U myší s knockoutem -/- H6PDH nedochází po podání G6P k  obnovení aktivity 11β-HSD1 a  je zvýšená dehydrogenázová aktivita tohoto enzymu a  degradace kortikosteronu (aktivní myší GC). Nacházíme nízké hladiny aktivního GC kortikosteronu v séru, ačkoli nadledviny jsou hyperplastické, na rozdíl od myši s  11β-HSD1 deficitem, které měly mírně zvýšené hladiny aktivního GC v  séru (Lavery et al., 2006). Příznaky deficitu GH (abdominální obezita) jsou podobné s Cushingovým syndromem. Je možné, že změny metabolizmu kortizolu ve tkáních přispívají k těmto podobnostem. Proto by další možností terapie metabolického syndromu mohla být dlouhodobá terapie GH nebo IGF-1, která by vedla ke snížení produkce kortizolu v tukové tkáni (Paulsen et al., 2006). GH prostřednictvím IGF-1 inhibuje aktivitu 11βHSD1 a při deficitu GH je aktivita 11β-HSD1 zvýšena, a to přispívá ke vzniku obezity a glukózové intoleranci a ke zvýšení močových metabolitů GC. K úpravě dojde po substituci deficitu pomocí GH. Naopak u  akromegalie je snížená aktivita 11β-HSD1, ale při léčbě akromegalie moderními preparáty, jako je pegvisomant, je aktivita 11β-HSD1 zvýšena, protože dochází k  redukci IGF-1 (Tomlinson et al., 2004). Další syndrom s obezitou a inzulinou rezistencí je lipodystrofie u HIV pozitivních, kde dochází k  distribuci tuku v  oblasti břicha, obličeje a krku. Je zvýšená exprese mRNA 11β-HSD1 v podkožní tukové tkáni v biopsiích u pacientů s lipodystrofii ve srovnání s  pacienty bez lipodystrofie, kteří užívali stejnou antiretrovirovou terapii (Sutinen et al., 2004).

Ovlivnění aktivity 11β-HSD1 využítím inhibitorů by bylo výhodné jak pro objasnění aktivity vlastního enzymu, tak ovlivnění průběhu a  vývoje řady onemocnění. Dosud vyvinuté syntetické inhibitory lze rozdělit na neselektivní a selektivní. Látky, které snižují aktivitu 11β-HSD, jsou neselektivní inhibitory, patří mezi ně karbenoxolon, jehož základní komponentou je lékořice. Tyto látky inhibují hlavně aktivitu enzymu v  hepatocytech. Karbenoxolon (CBX) měl malý efekt u obézních pacientů, protože ti mají již sami redukovanou aktivitu jaterní 11β-HSD1, a na 11β-HSD1 v tukové tkáni neměl vliv (Walker et al., 2006). Mezi hlavní nežádoucí účinky těchto inhibitorů patří arteriální hypertenze, která vzniká v důsledku snížení aktivity 11β-HSD2 v ledvinách. Nicméně tyto inhibitory otevřely možnosti k vyvíjení selektivních inhibitorů. Látky, které ovlivňují pouze aktivitu 11β-HSD1, jsou selektivní inhibitory, patří mezi ně např. benzothiazolové deriváty. Tyto inhibitory mají 200krát vyšší afinitu k  11βHSD1 než k 11β-HSD2. Pro jejich schopnost snižovat hladiny glykemie a inzulinu u diabetu typu 2 a v experimentu na obézních myších i hmotnost, je intenzivně studováno jejich využití u dalších stavů s inzulinovou rezistencí (Tomlinson et al., 2004; Walker et al., 2006). Dále jsou schopny snižovat hladiny celkového cholesterolu, triglyceridů, volných mastných kyselin v  pokusu na myši. Mezi další selektivní inhibitory patří thiazolidindiony (PPARγ agonisté), fenofibráty (PPARα agonisté) a další ( Putignano et al., 2004). Dosud používané selektivní inhibitory mají také nežádoucí účinky. Při dlouhodobém podávání dochází ke zvýšení hladiny ACTH v důsledku odbrzdění regulace osy HPA vlivem inhibice mozkové (hipokampální) 11β-HSD1 (Putignano et al., 2004). Selektivní inhibice ovlivňuje i expresi enzymu v monocytech, inhibice může narušit protizánětlivou odpověď. Inhibice 11βHSD1 v cévní stěně způsobuje zvýšenou angiogenezi a omezení aterogeneze a  ukazuje na výhody při hojení ran a  při myokardiální ischemii (Small et al., 2005). Na druhé straně, může dojít k neomezené angiogenezi u diabetické retinopatie a u tumorů. Pro mozek může být inhibice enzymu výhodná. Inhibice zlepšuje krátkodobou pamět v experimentu i u diabetiků. (Sandeep et al., 2004). V pankreatu a jeho β-buňkách enzym 11β-HSD1 aktivací GC inhibuje uvolňování inzulinu. Studuje se proto role enzymu v autokrinní regulaci uvolňování inzulinu. (Tomlinson et al., 2004). Vitamin D má vliv na aktivitu enzymu v tukové tkáni. 1,25 D3 inhibuje tukovou 11β-HSD1 a zdá se , že to má vliv na snížení váhy u stravy bohaté na vápník (Kristin et al., 2005).

166

ZÁVĚR 11β-HSD1 je významným prereceptorovým regulátorem účinku glukokortikoidů na tkáňové úrovni. V současné době je její funkce intenzivně studována vzhledem k  pravděpodobné roli v patogenezi řady onemocnění, hlavně obezity. Cílená inhibice enzymu 11β-HSD1 by mohla otevřít nové možnosti terapie řady onemocnění. Vzhledem k  všudypřítomnosti enzymu v organizmu a s tím spojené řadě výhod

DMEV 3/2007

endokrinologie i nevýhod dosud vyvinutých selektivních inhibitorů se ukazuje na nutnost vytvoření nových tkáňově specifických zvířecích modelů ke studiu významu aktivity enzymu v  organizmu a k vývoji účinnějších selektivních inhibitorů. Poděkován: Tato práce vznikla za podpory grantového projektu číslo IGA MZČR NR/ 9154-3.

LITERATURA 1. Aldhahi WE, Mun E, Goldfine AB. Portal and peripheral cortisol levels in obese humans. Diabetologia, 2004; 47: 833-836. 2. Andrews CR, Herlihy O, Livingstone DE, Andrew R, and Walker BR. Abnormal cortisol metabolism and tissue sensitivity to cortisol in patients with glucose intolerance. J Clin Endocrinol Metab, 2002; 87: 5587-5593. 3. Andrew R, Westerbacka J, Wahren J, Yki-Järvinen H, Walker BR. The Contribution of Visceral Adipose Tissue to Splanchnic Cortisol Production in Healthy Humans. Diabetes, 2005; 54: 1364-1370. 4. Basu R, Singh RJ, Basu A, Chittilapilly EG, Johnson CM, Toffolo G, Cobelli C, Rizza RA. Splanchnic cortisol production occurs in humans: evidence for conversion of cortisone to cortisol via the 11-ß hydroxysteroid dehydrogenase (11ß-HSD) type 1 pathway, Diabetes, 2004; 53: 2051-2059. 5. Basu R, Singh RJ, Basu A, Chittilapilly GE, Johnson MC, Toffolo G, Cobelli C, Rizza RA. Obesity and type 2 diabetes do not alter splanchnic cortisol production in humans, J Clin Endocrinol Metab, 2005; 90: 3919-3926. 6. Caramelli E, Strippoli P, Giacomi TD, Tietz C, Carinci P,Pasquali R. Lack of mutationsof type 1 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase gene in patients with abdominal obesity, Endocr Res, 2001; 27(1-2): 47-61. 7. Cooper MS, Rabbitt EH, Goddard PE, Bartlett WA, Hewison M, Stewart PM. Osteoblastic 11betahydroxysteroid dehydrogenase type 1 actvity increas with age nad glucocorticoid exposure. J Bone Miner Res 2002; 17: 979-86. 8. Cooper MS, Blumsohn A, Goddard PE, Bartlett WA, Shackleton CH, Eastell R, Hewison M, Sterawt PM. 11?-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 activity predicts effect of glucocorticoids on bone, J Clin Endocrinol Metab 2003; 88: 3874-3877. 9. Draper N, Echwald SM, Lavery GG, E. Walker EA, Fraser R,Davies E, S?rensen, TIA, Astrup A, Adamski J, Hewison M, Connell JM, Pedersen O, Stewart PM. Association studies between microsatellite markers within the gene encoding human 11ß-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 and body mass index, waist to hip ratio, and glucocorticoid metabolism J Clin Endocrinol Metab, 2002; 87: 4984-4990. 10. Draper, N, Stewart PM. 11ß-hydroxysteroid dehydrogenase and the pre-receptor regulation of corticosteroid hormone action, J Endocrinol, 2005; 186: 251-271. 11. Draper N, Powell BL, Franks S, Conway GS, Stewart PM, McCarthy MI. Variants implicated in cortisone reductase deficiency do not contribute to susceptibility to common forms of polycystic ovary syndrome. Clin Endocrinol (Oxf ), 2006; 65(1): 64-70. 12. Eijken M, Koedam,M, Driel M, Buurman CJ, Pols HAP, JPTM van Leeuwen. The essential role of glucocorticoids for proper human osteoblast differentiation and matrix mineralization. Mol Cell Endocrinology 2006;248: 87-93 13. Gelernter-Yaniv L, Feng N, Sebring NG, Hochberg Z, Yanovski JA. Associations between a polymorphism in the 11 beta hydroxysteroid dehydrogenase type I gene and body composition. Int J Obes Relat Metab Disord, 2003; 27(8): 983-6. DMEV 3/2007

14. Gilmour JS, Countinho AE, Cailhier JF, Man TY, clay M, Thomas G, Harris HJ, Mullins JJ, Seckl JR, Savill JS, Chapman KE. Local amplification og glukocorticoids by 11beta hydroxysteroid dehydrogenase type 1 promote macrophage phygocytosis og apoptotic leukocytes. J Imunn 2006; 176: 7605-7611. 15. Hewitt KN, Walker EA, Stewart PM. Minireview: Hexose-6phosphate dehydrogenase and redox control of 11ß-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 activity ,Endocrinology 2005; 146: 2539-2543. 16. Holmes, MC, Seckl, JR.. The role of 11?-hydroxysteroid dehydrogenase in the brain. Mol Cel Endocrinol 2006, 248, 9-14. 17. Chapman KE, Gilmour JS, Countinho AE, Savill JS, Seckl JR. 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 – A role in inflamation, Mol Cel Endocrinol 2006, 248, 3-8. 18. Jonas KC, Chandras CH, Abayasekara DRE, Michael AE Role for prostaglandins in the regulation of type 1 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase in human granulosa lutein cells. Endocrinol 2006; 147: 5865-5872. 19. Kim SB, Hill, M, Kwak Y, Hampl R, Jo D, Morfin R. Neurosteroids: Cerebrospinal fluid levels for Alzheimers disease and vascular dementia diagnostics, J Clin Endocrinol Metab 2003; 88: 51995206. 20. Kristin L, Zemel M, Zemel M 1,25 –dihydroxyvitamin D3 modulation of adipocyte glucocorticoid function Obesity Res 2005; 13: 670-677 21. Lavery GG, Walker EA, Draper N, Jeyasuria P, Marcos J, Shackleton CHL, Parker KL, White PC, Stewart PM,.Hexose-6-phosphate dehydrogenase knock-out mice lack 11-hydroxysteroid dehydrogenase type 1- mediated glucocorticoid generation, J Biol Chem, 2006; 281: 6546-6551. 22. Muller C, Hennebert O, Morfin R. The native anti-glucocorticoid paradigma, J Steroid Biochem Mol Biol 2006, 100, 95-105. 23. Morton NM, Paterson JM, Masuzaki H, Holmes MC, Staels B, Fievet C Walker BR, Flier JS, Mullins JJ, Seckl JR. Novel adipose tissue–mediated resistance to diet-induced visceral obesity in 11ß-hydroxysteroid dehydrogenase type 1–deficient mice, Diabetes 2004; 53: 931-938. 24. Maser E, Friebertshauser J, Volker B. Purification , charakterization and NNK carbonyl reductase activities of 11betahydroxysteroid dehydrogenase type 1 from human liver: enyzm cooperativity and significance in the detoxification of a tabacco derived carcinogen. Chem Biol Interact 2003;143:435-448. 25. Maser E, Wsol V, Martin HJ. 11 beta hydroxysteroid dehydrogenase type 1 purification from human liver and characterization as carbonyl reductase xenobiotics Mol Cell Endocrinol 2006; 248: 34-7. 26. Masuzaki H, Yamamoto H, Kenyon ChJ, Elmquist JK, Morton MN, Paterson JM, Shinyama H, Sharp MGJ, Fleming S, Mullins JJ, Seckl JR, Flier JS. Transgenic amplification of glucocorticoid action in adipose tissue causes high blood pressure in mice, J Clin Invest 2003; 112: 83. 27. Macdonald SE, Henderson TA, Gomez-Sanchez CE, Critchley HOD, Mason .JI 11 beta hydroxysteroid dehydrogenase in human endometrium. Mol Cel Endocrinol 2006; 248: 72-78. 28. Nigawara T, Iwasaki Y, Asai M, Yoshida M, Kambayashi M, Sashinami H, Hashimoto K, Suda T. Inhibition of 11 beta hydroxysteroid dehydrogenase eliminates impaired glucocorticoid supression and induces apoptosis in corticotroph tumor cells. Endocrinology 2006; 147: 769-772. 29. Onyimba CU, Vijapurapu N, Curnow SJ, Khosla P, Stewart PM, Murray PI, Walker EA, Rauz S. Characterisation of the prereceptor regulation of glucocorticoid in the anterior segment of the rabbit eye. J Endocrinol 2006;190:483-493. 30. Paterson JM, Morton NM, Fievet C, Kenyon CHJ, Holmes MC,

167

endokrinologie Staels B, Seckl JR, Mullins JJ. Metabolic syndrome without obesity: Hepatic overexpression of 11-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 in transgenic mice. PNAS, 2004; 101: 7088-7093. 31. Pellisier MA, Muller C, Hill M, Morfin R. Protection against dextran sodium sulfate-induced colitis by dehydroepiandrosterone and 7-alpha-hydroxy-dehydroepiandrosterone in the rat. Steroids 2006;71: 240-8. 32. Paulsen SK, Pedersen SB, Jorgensen JOL, Fisker S, Christiansen JS, Flyvbjerg A, Richelsen B. Growth hormon substitution in GH deficient patients inhibits 11b HSD1 mRNA expresiion in adipose tissue. J Clin Endocrin Metab 2006; 91: 1093-1098. 33. Putignano P, Giraldi PF, Cavagnini F. Tissue-specific dysregulation of 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 and pathogenesis of the metabolic syndrome. J Endocrinol Invest 2004; 27(10): 969-74. 34. Rabbitt EH, Gittoes NJ, Hewison M, Stewart PM. 11 beta- hydroxysteroid dehydrogeneses, cell proliferation and malingnancy. J Steroid Biochem Moll Biol 2003; 85(2-5): 415-421. 35. Rask E, Walker BR, Söderberg S, Livingstone DEW, Eliasson M, Johnson O, Andrew R, Olsson T. Tissue-Specific Changes in peripheral cortisol metabolism in obese women: increased adipose 11ß-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 activity. J Clin Endocrinol Metab 2002; 87: 3330-3336. 36. Rask E, Olsson T, Soderberg S, Andrew R, Livingstone DEW, Johnson O, Walker BR. Tissue-specific dysregulation of cortisol metabolism in human obesity. J Clin Endocrinol Metab 2001; 86: 1418-1421. 37. Small GR, Hadoke PWE, Sharif I, Dover AR, Armour D, Kenyon ChJ, Gray GA, Walker BR. Preventing local regeneration of glucocorticoids by 11-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 enhances angiogenesis. PNAS 2005; 102: 12165-12170. 38. Sandeep TC, Yau JLW, MacLullich AMJ, Noble J, Deary IJ,Walker BR, Seckl JR. From The Cover: 11-Hydroxysteroid dehydrogenase inhibition improves cognitive function in healthy elderly men and type 2 diabetics. PNAS 2004; 101: 6734-6739. 39. Sandeep TC, Andrew R, Homer NZM, Andrews RC, Walker BR. Increased in vivo regeneration of cortisol in adipose tissue in human obesity and effects of the 11ß-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 inhibitor carbenoxolone. Diabetes 2005; 54: 872-879. 40. Seckl JR, Morton NM, Chapman KE, Walker BR Glucocorticoids and 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase in adipose tissue. Recent Prog Horm Res 2004; 59: 359.

168

41. Small GR,Hadoke PWF, Sharif I, Dover AR, Armur D, Kenyon CJ, Gray GA. Walker BR. Preventing regeneration of glucocorticoids by 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 enhances angiogenesis. Proc Natl Acad Sci USA 2005; 102:12165-12170. 42. Sutinen J, Kannisto K, Korsheninnikova E, Nyman T, Ehrenborg E, Andrew R, Wake DJ, Hamsten A, Walker BR, Yki-Jarvinen H. In the lipodystrophy associated with highly active antiretroviral therapy, pseudo-Cushing‘s syndrome is associated with increased regeneration of cortisol by 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 in adipose tissue. Diabetologia 2004; 47(10): 1668-71. 43. Stewart PM. Tissue-specific Cushing s  syndrom uncovers a  new target in terating the metabolic syndrome- 11?-hydroxysteroid dehydrogenase type 1. Clin Med 2005; 5: 142-146. 44. Stulnig TM, Waldhausl W. 11?-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 in obesity and type 2 diabetes. Diabetologia 2004; 47, 111. 45. Tomlinson JW, Walker EA, Bujalska IJ, Draper N, Lavery GG, Cooper MS, Hewison M, StewartPM. 11ß-hydroxysteroid dehydrogenase type 1: A  tissue-specific regulator of glucocorticoid response. Endocr Rev 2004; 25: 831-866. 46. Vagnerova K, Kverka M, Klusonova P, Ergang P, MiksikI, Tlaskalova-Hogenova H, Pacha J. Intestinal inflamation modulates expresion of 11beta hydroxysterid dehydrogenase in murin gut. J Endocrinol 2006; 191: 497-503. 47. Walker BR, Andrew R. Tissue production of cortisol by 11ßHydroxysteroid dehydrogenase type 1 and metabolic disease. Ann N Y Acad Sci 2006; 1083: 165-184. 48. Walker BR. Cortisol – cause and cure for metabolic syndrome ? Diabetes 2006; 23: 1281-1288. 49. White PC. Genotypes at 11ß-hydroxysteroid dehydrogenase type 11B1 and hexose-6-phosphate dehydrogenase loci are not risk factors for apparent cortisone reductase deficiency in a large population-based sample. J Clin Endocrinol Metab 2005; 90: 5880-5883.

Adresa autora: MUDr. Kateřina Šimůnková Národní tř. 8 116 94 Praha 1 e-mail: [email protected]

DMEV 3/2007