Распространенность type 2 diabetes (T2D) и ожирение растут во всем мире. T2D и резистентность к инсулину очень строго ассоциированы с ожирением, чья распространенность также увеличивается g (So & Leung, 2016). Ожирение повышает риск гибели (Peeters et al, 2003) и также является очень существенным фактором риска сердечных заболеваний, нарушений иммунитета, гипертензии, артритов, нейродегенеративных заболеваний и определенных типов рака (Spiegelman & Hotamisligil, 1993; Whitmer, 2007; Roberts et al, 2010). Зависимость от стиля жизни и and обычного фармакологического лечения является эффективным у многих пациентов с ожирением и T2D. Однако, эти терапевтические подходы безуспешны во всех случаях и не лишены побочных эффектов.

Fibroblast growth factor 21 (FGF21) недавно возник как многообещающий терапевтический агент для лечения ожирения и T2D (Kharitonenkov & DiMarchi, 2017). Этот пептидный гормон секретируется некоторыми органами и может действовать на многие ткани, чтобы регулировать энергетический гомеостаз (Potthoff et al, 2012; Fisher & Maratos-Flier, 2016). Одним из главных секретирующих FGF21 органов является печень (Markan et al, 2014). FGF21 соединяется специфически с FGF рецепторами (FGFR) и нуждается в β-Klotho в качестве облигатного ко-рецептора (Fisher & Maratos-Flier, 2016). Применение рекомбинантного FGF21 белка к ob/ob, db/db или high-fat diet (HFD)- питаемым мышам или к ожиревшим Zucker diabetic fatty (ZDF) крысам способствует сильному снижению тучности, снижению глюкозы и триглицеридов в крови и к улучшению чувствительности к инсулину (Kharitonenkov et al, 2005; Coskun et al, 2008; Berglund et al, 2009; Xu et al, 2009a; Adams et al, 2012a,b). Сходным образом, избыточная экспрессия специфичного для печени FGF21 у трансгенных мышей защищает животных от вызванного питанием диабета и резистентности к инсулину (Kharitonenkov et al, 2005; Inagaki et al, 2007). Более того, применение FGF21 к жирным диабетическим резус обезьянам заметно снижает у постящихся уровень в плазме глюкозы и триглицеридов и уровни инсулина и вызывает небольшую, но достоверную потерю веса тела (Kharitonenkov et al, 2007).

Нативный FGF21 белок, однако, обладает плохими фармакокинетическими свойствами, включая короткую продолжительность полу-жизни (в пределах от 0.5 до 2 ч), частично из-за повышенной фильтрации клубочками в почках из-за малых размеров (~22 kDa), и восприимчивости in vivo к протеолитической деградации и in vitro агрегации (Zhang & Li, 2015; So & Leung, 2016). Фармацевтическая индустрия прикладывает огромные усилия для преодоления этих ограничений и улучшения продукции FGF21 аналогов или миметиков, способных к продукции потенциальных лекарственных веществ (Zhang & Li, 2015; So & Leung, 2016). Эти FGF21-класса молекулы, как известно, обладают сходной терапевтической эффективностью, что и нативный FGF21 белок у небольших и крупных животных моделей ожирения и T2D (Foltz et al, 2012; Hecht et al, 2012; Adams et al, 2013; Talukdar et al, 2016; Stanislaus et al, 2017). В самом деле, первое поколение FGF21 аналогов уже достигло клинической стадии и сообщается о двух в фазе I клинических испытаниях, продемонстрировавших достоверное улучшение dyslipidemia, легкую потерю веса тела и снижение инсулинемии при голодании у пациентов с ожирением и T2D (Gaich et al, 2013; Talukdar et al, 2016). Т.о., пре-клинические доказательства и клинические данные указывают на то, что FGF21 может оказаться привлекательным кандидатом для борьбы с тучностью и TD2.

Несмотря на фармакокинетические улучшения, FGF21 аналоги и миметики требуют периодического введения, чтобы обеспечить клиническое улучшение, это может оказаться не только некомфортабельным для пациентов и скомпроментировать лечение, но и могут также возникать иммунологические проблемы, связанные с использованием экзогенных белков (Gaich et al, 2013; Talukdar et al, 2016; Kim et al, 2017). Здесь мы рассмотрели преимущества adeno-associated viral (AAV) векторов и их способность обусловливать в течение многих лет продукцию терапевтических белков (Mingozzi & High, 2011; Naldini, 2015) для разработки стратегии генотерапии ожирения и T2D, базируясь на переносе гена FGF21 в печень, жировую ткань или скелетные мышцы. AAV векторы происходят из непатогенных вирусов, они обычно являются не-интегрирующимися векторами, которые сохраняются годами квк эписомы в ядрах неделящихся клеток (Lisowski et al, 2015; Wolf et al, 2015). Многочисленные исследования сообщают о высокой эффективности трансдукции для in vivo переноса генов в этих векторах, а также о высокой безопасности профилей в клинических исследованиях (Mingozzi & High, 2011; Naldini, 2015). В частности, исследования на крупных животных (Rivera et al, 2005; Niemeyer et al, 2009; Callejas et al, 2013; Bainbridge et al, 2015), также как и клинические исследования (Hauswirth et al, 2008; Maguire et al, 2008; Simonelli et al, 2010; Buchlis et al, 2012; Jacobson et al, 2012; Gaudet et al, 2013; Testa et al, 2013; Nathwani et al, 2014; Bainbridge et al, 2015), предоставляют строгие доказательства долговременной экспрессии AAV-обеспечиваемых терапевтических белков в отсутствие клинически достоверных побочных эффектов. Поэтому AAV-обеспечиваемая генотерапия может в принципе преодолеть фармакокинетические ограничения FGF21-класса молекул.

Здесь мы продемонстрировали впервые, что одиночное применение АAV векторов, кодирующих FGF21 вызывает долговременное повышение уровней FGF21 в кровообращении, это приводит к существенному противодействию ожирению, печеночному steatosis и резистентности к инсулину у двух разных моделей ожирения и T2D, у HFD питающихся мышей и у ob/ob мышей.

Итак, использованы adeno-associated viral vectors (AAV) для генетического преобразования печени, жировой ткани или скелетных мышц, чтобы секретировать FGF21. Лечение животных длительно принимающих высоко-калорийную пищу или ob/ob мышей приводит к заметному уменьшению веса тела, гипертрофии жировой ткани и воспаления, печеночного steatosis, фиброза и резистентности к инсулину в течение более 1 года. Подобный терапевтический успех был достигнут без побочных осложнений, несмотря на постоянно повышенный в сыворотке FGF21. Более того, избыточная продукция FGF21 у здоровых животных при кормлении стандартной диетой предупреждала повышение веса и резистентность к инсулину, связанные с возрастом. Следовательно, имеется потенциал FGF21 генотерапии для лечения ожирения и резистентности к инсулину и T2D.