Minimal residual disease (MRD)-negativitet

Ny antidiabetisk behandling i form av broccoliextrakt

Anders Rosengren | Dec 2017 | Diabetes / Hjärtkärlsjukdomar | Primärvård |

Anders Rosengren
läkare, universitetslektor,
Institutionen för neurovetenskap
och fysiologi,
Göteborgs universitet

I en studie i Science Translational Medicine har vi genom en kombination av matematisk modellering, cell- och djurstudier samt en klinisk prövning identifierat sulforafan som en ny antidiabetisk substans.1

Sulforafan reducerar uttrycket av nyckelenzymer i glukoneogenesen, minskar leverns glukosproduktion och förbättrar fasteglukos och HbA1c hos överviktiga personer med dysreglerad typ 2-diabetes. Sulforafan finns i hög koncentration i broccoli, vilket öppnar upp en intressant väg för sulforafaninnehållande så kallad functional food som ett komplement till existerande läkemedel vid typ 2-diabetes. Ökad hepatisk glukosproduktion är en central sjukdomsmekanism vid typ 2-diabetes. Metformin, som är förstahandsvalet vid behandlingen av typ 2-diabetes, minskar glukosproduktionen via adenosinmonofosfatkinas (AMPK) och även via AMPK-oberoende mekanismer.2 Upp till 15 procent av patienterna kan emellertid inte ta metformin på grund av nedsatt njurfunktion.3 Det är dessutom vanligt att gastrointestinala biverkningar försvårar behandlingen eller nödvändiggör dosreduktion.4 Det är därför av hög prioritet att finna alternativa eller kompletterande sätt att minska leverns glukosproduktion.

Kan genetiska data användas för att finna antidiabetiska substanser?
Under det senaste decenniet har ett stort antal genetiska varianter och genuttrycksprofiler kopplats till typ 2-diabetes. Dessa data har dock inte utnyttjats maximalt för att identifiera nya behandlingar. En potentiellt intressant metod är att jämföra genetiska varianter och genuttrycksprofiler med ”substanssignaturer”. En substanssignatur speglar de gener vars uttryck ändras efter behandling med en viss substans. Denna metod har prövats i begränsad omfattning i cell- och djurstudier med fokus på cancer, neurologiska och gastrointestinala sjukdomar.5,6 Det återstår emellertid att visa om metoden kan identifiera nya substanser med kliniskt relevant effekt på patienter. 

Metodens användbarhet har sannolikt hämmats av att genuttrycksprofiler från sjukdomsvävnader i hög grad representerar sekundära förändringar. Många tidigare studier har dessutom gjort antagandet att graden av uttrycksförändring av en gen speglar genens patofysiologiska betydelse. Detta linjära tänkesätt har diabetesforskningen måhända ”ärvt” från cancergenomiken, och studiet av monogena sjukdomar och knockoutmodeller, där det kan vara befogat att tänka i termer av att en enskild genvariant ger dramatiska förändringar på proteinnivå och på det sättet driver sjukdomsförloppet. Men vid typ 2-diabetes är det nog rimligare att anta att subtila förändringar av ett stort antal sjukdomsgener tillsammans med miljöfaktorer successivt rubbar metabolismen snarare än att försöka leta efter dramatiska mönster.

Ett nätverk av centrala sjukdomsgener jämfördes med substanssignaturer
För att undvika dessa begränsningar provade vi att använda matematisk nätverksanalys av det globala genuttrycket i levervävnad från personer med eller utan typ 2-diabetes. Denna analys fokuserar på de gener som är centrala förbindelsenoder i nätverk av gener. På detta sätt identifierade vi 50 gener som var förändrade i levern hos personer med typ 2-diabetes, gener som inte nödvändigtvis hade de största uttrycksförändringarna men som kunde antas vara centrala i sjukdomsprocessen. Vi jämförde dessa 50 gener med drygt 3 800 allmänt tillgängliga sjukdomssignaturer för att hitta substanser som skulle kunna påverka en så stor del av nätverket som möjligt (överuttryckta gener vid typ 2-diabetes bör således vara minskade i substanssignaturen och omvänt). Den högst rankade substansen i dessa jämförelser var sulforafan (figur 1). Substansen är en antioxidant som tidigare har studerats för cancer och inflammatoriska sjukdomar men inte för behandlingen av typ 2-diabetes.

 

Sulforafan påverkar glukosproduktionen i cell- och djurstudier
Vi noterade först att glukosproduktionen från leverceller minskade på ett dosberoende sätt efter 24 timmars behandling med sulforafan. Vi studerade också den bakomliggande verkningsmekanismen och fann att sulforafan leder till nukleär transport av transkriptionsfaktorn NRF2 och minskat uttryck av PEPCK och andra nyckelenzymer i glukoneogenesen. 

Hos möss och råttor med dietinducerad diabetes förbättrades glukostoleransen efter fyra veckors sulforafanbehandling. Förändringen var lika stor som metformins glukossänkande effekt. Dessutom sjönk leverns glukosproduktion, mätt med pyruvattoleranstest. Vi noterade också en specifik minskning av glukoneogenesen mätt med hyperinsulinemisk-euglykemisk klamp och masspektrometri efter intag av radioaktivt vatten. Genuttrycket i levern från behandlade djur analyserades också, vilket visade att en stor del av det förändrade gennätverket hade återställts av sulforafan.

Effekter av sulforafan på patienter
Nästa steg var att undersöka om sulforafan påverkar blodsockerkontrollen hos personer med typ 2-diabetes i en randomiserad kontrollerad studie (n = 103). I litteraturen fann vi att sulforafan förekommer i hög koncentration i broccoli. Tillsammans med forskare vid Johns Hopkins-universitetet samt Lantmännen, Sveriges lantbrukares organisation, framställde vi därför ett broccoliextrakt till patienterna. Först säkerställdes att broccoliextraktet (BSE) hade samma effekter som rent sulforafan i leverceller och diabetiska möss. Selektiv inaktivering av sulforafan i BSE ledde till utebliven glukossänkande effekt hos möss, vilket talar för att sulforafan är den aktiva substansen i detta sammanhang. 

Patienterna intog BSE som en dryck en gång dagligen under 12 veckor. Varje dos innehöll 150 mikromol sulforafan, motsvarande 4–5 kg ordinär broccoli. Hos gruppen överviktiga patienter (BMI >30 kg/m2) med HbA1c över 50 mmol/mol (n = 17) gav BSE förbättrat fasteglukos (8,9 mM med placebo och 8,3 mM med BSE; p = 0,036) och förbättrat HbA1c (57 mmol/mol med placebo och 53 mmol/mol med BSE; p = 0,034). Sulforafankoncentrationen i plasma var signifikant associerad med behandlingseffekten. Alla patienter stod samtidigt på metformin, och behandlingseffekterna är i samma storleksordning som de som observerats vid tillägg av DPPIV-inhibitorer till metformin. BSE påverkade inte vikt, levervärden eller blodfetter.

Glukosproduktionen är ökad i synnerhet hos överviktiga patienter7,8 och följaktligen sågs en korrelation mellan BMI och behandlingseffekt. BSE hade ingen effekt hos patienter med BMI under 30 kg/m2. BSE var mer effektivt hos personer med förhöjda plasmatriglyceridnivåer och med tendens till ökat fettinnehåll i levern.

De flesta patienter tolererade BSE väl. Av de 103 studiedeltagarna rapporterade åtta personer i BSE-gruppen och sju i placebogruppen lös avföring under de första behandlingsdagarna, en effekt som sedan avtog. Inga allvarliga biverkningar rapporterades, vilket är i linje med tidigare fas 1- och fas 2-studier med BSE inom cancerområdet.9

Framtida behandlingsvägar
Vi kommer nu att i samarbete med Lantmännen göra BSE tillgängligt som sulforafaninnehållande functional food, som ett komplement till metformin för att minska leverns glukosproduktion. Functional food kan bli intressanta tillskott till behandlingsarsenalen vid typ 2-diabetes, men det är av högsta vikt att de verksamma substanserna och mekanismerna detaljstuderas, som i detta fall, för att säkerställa att seriösa och vetenskapligt utvärderade alternativ når patienterna. Vi kommer också att göra ytterligare studier av BSE där även effekten vid prediabetes kommer att utvärderas.

Studien pekar också på en ny strategi för att finna substanser för metabola sjukdomar genom att kombinera nätverksanalys med cellstudier och kliniska undersökningar. Genom att använda substanser som redan studerats inom andra sjukdomsområden, vilket var fallet med sulforafan, är det möjligt att mer effektivt översätta resultaten från laboratoriet till patientstudier, vilket är en av de stora flaskhalsarna i dagens medicinska forskning.

Slutsats

Sulforafan reducerar uttrycket av nyckelenzymer i glukoneogenesen, minskar leverns glukosproduktion och förbättrar fasteglukos och HbA1c hos överviktiga personer med dysreglerad typ 2-diabetes. Sulforafan finns i hög koncentration i broccoli, vilket öppnar upp en intressant väg för sulforafaninnehållande functional food som ett komplement till existerande läkemedel vid typ 2-diabetes.

Intressekonflikt: Anders Rosengren har beviljade patent (US9,597,307B2 och EU2919775) som täcker användandet av sulforafan för att behandla ökad hepatisk glukosproduktion. Rättigheterna till dessa patent har licensierats till Lantmännen, ett kooperativ som ägs av Sveriges lantbrukare.

Referenser

1. Axelsson AS, Tubbs E, et al. Sulforaphane reduces hepatic glucose production and improves glucose control in patients with type 2 diabetes. Science Translational Medicine 2017;9:4477. 2. Hur KY, Lee MS. New mechanisms of metformin action: Focusing on mitochondria and the gut. J Diabetes Investig 2015;6:600-609. 3. Solini A, Penno G, et al. Renal Insuffieciency and Cardiovascular events Study Group, Age, renal dysfunction, cardiovascular disease, and antihyperglycemic treatment in type 2 diabetes mellitus: Findings from the Renal Insufficiency and Cardiovascular Events Italian Multicenter Study. J Am Geriatr Soc 2013;61:1253-1261. 4. Garber AJ, Duncan TG, et al. Efficacy of metformin in type II diabetes: Results of a double-blind, placebo-controlled, dose-response trial. Am J Med 1997;103:491-497. 5. Sirota M, Dudley JT. Discovery and preclinical validation of drug indications using compendia of public gene expression data. Sci Transl Med 2011;3:9677. 6. Liu X, Yang X. Expression profiling identifies bezafibrate as potential therapeutic drug for lung adenocarcinoma. J Cancer 2015;6:1214-1221. 7. Gastaldelli A, Baldi S. Influence of obesity and type 2 diabetes on gluconeogenesis and glucose output in humans: A quantitative study. Diabetes 2000;49:1367-1373. 8. Roden M, Stingl H. Effects of free fatty acid elevation on postabsorptive endogenous glucose production and gluconeogenesis in humans. Diabetes 2000;49:701-707. 9. Shapiro TA, Fahey JW. Safety, tolerance, and metabolism of broccoli sprout glucosinolates and isothiocyanates: A clinical phase I study. Nutr Cancer 2006;55:53-62.