Mechanism of Action of the Glucagon-like Peptide-1 analog Exendin-4 in the Reward System – A Preclinical Study in the Drug Addiction Field
Verkningsmekanism för exendin-4 (glukagonlik-peptid-1-analog) i belöningssystemet – En preklinisk studie inom beroendemedicin
Abstract
Background: Alcohol use disorder is a great concern for public health and current pharmacological treatment is not sufficient. Over the last years, there has been a growing interest in the role of gut hormones in drug addiction. Glucagon-like peptide 1 (GLP-1), also acting as a neuropeptide, is one of these hormones in focus. Preclinical studies have shown that GLP-1 receptor agonists can reduce alcohol intake, attenuate alcohol-related behaviors and counter the ability of alcohol to increase dopamine levels in the nucleus accumbens (NAc), however, the mechanism of action is unknown. This study aims to elucidate how the GLP-1 analog exendin-4 acts in the reward system, when systemically administered.
Methods: Male Wistar rats were administered an acute systemic injection of exendin-4 or vehicle, and samples of extracellular fluid from the NAc shell were collected using a microdialysis system. The samples were analyzed in an HPLC system to determine extracellular concentrations of the neurotransmitters glutamate, serine, glycine, taurine, beta-alanine and GABA, all involved in the reward process. The levels after injection were compared between treatment group and control group.
Result: Exendin-4 significantly decreased the levels of serine, glycine and taurine in the NAc shell over time, compared to vehicle. No difference between treatments was found for glutamate.
Conclusions: Serine, glycine and taurine are all agonists to the glycine receptor and previous studies have shown that activation of the glycine receptor in the NAc is crucial for alcohol to elevate the dopamine levels in the NAc. In this study we showed that exendin-4 lowers the levels of these neurotransmitters, thus forming the hypothesis that the drug prevents alcohol to activate the reward system through reduced glycine receptor activation in the NAc.
Degree
Student essay
Other description
Alkoholberoende är en av våra stora folksjukdomar. Tillståndet orsakar stort lidande och förkortar liv, framförallt på grund av dess följdsjukdomar, såsom hjärt- och kärlsjukdomar samt flera sorters cancer. I tillägg till de direkta konsekvenserna för individen och närstående orsakar alkoholbruket stora samhällsekonomiska konsekvenser (t ex i form av förlorade arbetstimmar och sjukvårdskostnader). Ett mindre antal läkemedel finns idag tillgängliga för behandling av alkoholberoende, men trots det står många utan behandling och antalet drabbade är fortsatt högt. Sjukdomen ter sig olika i olika individer och det finns ett betydande behov av ett större utbud av läkemedel för att kunna individanpassa behandlingen. I den här studien undersöks verkningsmekanismerna av en ny potentiell kandidat.
Under senare år har forskning inom ett flertal medicinska fält studerat kopplingen mellan mag-tarmkanalen och hjärnan. Hormonet glucagon-like peptide 1 (GLP-1) produceras i tunntarmen och i hjärnan och en av dess viktiga roller är reglering av blodsocker, varför läkemedel som efterliknar hormonet används som läkemedel mot diabetes typ 2. Senare upptäcktes att denna grupp av läkemedel också kan minska överdrivet matintag och orsaka viktnedgång och fick därför även godkännande för behandling av fetma och övervikt. Mat, liksom droger, aktiverar hjärnans belöningssystem och det är därför inte långt bort att tänka att läkemedel som sänker matintag också skulle kunna påverka droganvändning. Flera studier på möss och råttor har visat att läkemedel som efterliknar GLP-1 kan minska intaget av alkohol och dämpa beteenden relaterade till alkohol, såsom sökandet efter drogen. Liknande försök har gjorts med andra beroendeframkallande droger och gett liknande resultat. Försöken har även visat en direkt biokemisk effekt på belöningssystemet av dessa läkemedel, då de testade drogernas (inkl. alkohol) förmåga att öka nivåerna av dopamin (en signalsubstans viktig för belöning) försvagas. Hur läkemedlen utövar denna effekter är sedan tidigare okänt
och den här studien syftade till att undersöka mekanismerna bakom. Råttor fick därför en injektion av GLP-1-läkemedlet exendin-4 och nivåer av ett antal signalsubstanser mättes i nucleus accumbens (ett viktigt område i hjärnans belöningssystem). Nivåerna efter injektion jämfördes med nivåerna före injektion för att se om läkemedlet påverkade signalsubstanserna.
Studien visade att exendin-4 signifikant sänker koncentrationerna av signalsubstanserna serin, glycin och taurin i nucleus accumbens, medan andra signalsubstanser förblev opåverkade (glutamat) eller inte kunde detekteras (GABA). Tidigare studier har visat att om man blockerar den cellkomponent som serin, glycin och taurin binder in till kan alkohol inte längre öka nivåerna av dopamin. Vi har därför dragit den hypotetiska slutsatsen att även minskade nivåer av dessa signalsubstanser kan förhindra alkoholens dopamin-höjande effekt. Försöken gjordes på råttor som aldrig konsumerat alkohol och endast fick en dos av läkemedlet. Vidare studier bör undersöka vad som händer i alkoholkonsumerande djur och efter en längre tids behandling. En klinisk studie som testar exendin-4 på alkoholberoende patienter är redan igång, men för att bättre kunna ge rätt läkemedel till rätt patient och kunna kombinera olika läkemedel är det av stor nytta att känna till verkningsmekanismerna. Därför ger den här studien ett bidrag till fortsatt läkemedelsutveckling inom ett högt prioriterat område.
Collections
View/ Open
Date
2020-09-28Author
Vestergaard, Elisabeth
Keywords
Mesolimbic dopamine system, nucleus accumbens, alcohol use disorder, gut-brain-axis, GLP-1
Language
eng