Terapia Gênica – Produção de insulina por engenharia genética

A glicose é uma das principais fontes de energia para nossas células, mas para as células do sistema nervoso, é a única fonte. Para essas células, ficar sem energia por tempo prolongado pode produzir danos severos e irreversíveis. Para garantir o bem estar e o bom funcionamento do organismo, como um todo, a glicemia deve ser mantida dentro de limites estáveis, o que se consegue através da interação entre ingestão de glicose, sua liberação de depósitos endógenos e a liberação de vários hormônios. Hormônios da família dos glicocorticóides, adrenalina, glucagon, hormônio de crescimento e a insulina participam da regulação dos níveis de glicose sérica.

Insulina

Dentre os hormônios, o mais importante é, sem dúvida nenhuma, a insulina. A insulina é produzida pelas células beta, localizadas nas ilhotas de Langerhans, no interior do pâncreas, e tem a função de regular a quantidade de glicose existente no organismo.

A glicose penetra nas células graças à ação da insulina. No diabetes há falta de insulina e portanto a glicose não penetra nas células permanecendo na circulação. O nível normal de açúcar no sangue é de 70 a 110 mg/dL. Acima de 110 e até 126 mg fala-se em intolerância à glicose e após 126mg – diabetes mellitus.

Produção de insulina

Até alguns anos atrás a produção da insulina se dava pela extração de proteínas eucarióticas, requerendo grandes quantidades de matéria-prima (pâncreas suíno e bovino), que nem sempre estão disponíveis e são, geralmente, de elevado custo. Isso tornava o processo extrativo cada vez mais oneroso, além de ser uma proteína de origem animal, portanto diferente da humana, que causava grandes transtornos alérgicos. Nesse contexto, o emprego de técnicas mais eficientes, como a do DNA recombinante, abriu novas perspectivas de produção.

Características da molécula de insulina

A insulina tem sido isolada de uma grande variedade de espécies de vertebrados (o que permitiu a extração e uso em humanos da insulina dos suinos e buvinos), sendo que, em todas elas, a molécula é composta de duas cadeias polipeptídicas (A e B) ligadas por pontes dissulfídricas. A insulina humana, como muitos hormônios protéicos, é sintetizada como uma proteína precursora maior – cadeia de 110 aminoácidos, seguida de uma clivagem proteolítica, para gerar o hormônio ativo.

Os vinte e quatro primeiros aminoácidos formam o peptídeo sinal ou seqüência pré da proteína e têm a função de facilitar a entrada da mesma no retículo endoperiplasmático. Durante esse processo, o peptídeo sinal é separado da proteína, resultando na formação
da pró-insulina. Essa molécula resultante, na qual as cadeias A (21 aminoácidos) e B (30 aminoácidos) estão ligadas pelo peptídeo conectante C (35 aminoácidos), é a precursora da insulina. Ela adquire sua conformação com a formação de duas pontes
dissulfídricas e é transportada para o aparelho de Golgi, onde vai ser empacotada em grânulos de estoque.

Durante a formação e maturação dos grânulos secretórios, a pró-insulina é clivada por enzimas proteolíticas do tipo da tripsina,
resultando na liberação do peptídeo C.

Princípios da engenharia genética para insulina

Inicialmente construi-se um gene sintético para a pró-insulina humana a partir da sequência de aminoácidos dessa proteína descrita por Sures et al. (1980). Utilizando-se os códons genéticos preferenciais para Escherichia coli (De Boer & Katelein, 1986) para a otimização da expressão do gene nessa bactéria, foi montado um gene codificando a proteína humana. A partir deste novo DNA (DNA recombinante) pode-se então produzir a insulina humana, em grande quantidade e com menos carcaterísticas antigênicas, como mostra o esquema abaixo.

A Escherichia coli é uma bactéria bacilar Gram-negativa, que, juntamente com o Staphylococcus aureus é a mais comum e uma das mais antigas bactérias simbiontes do homem. O seu descobridor foi o alemão-austríaco Theodor Escherich, em 1885.

Referências:

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Bell, G.I.; Swain, W.F.; Pictet, R.; Cordell,B.; Tischer, E. & Goodman, H.M.  Nucleotide sequence of a cDNA clone encoding human preproinsulin. Nature, 1979;282, 525-7.

Sures, I.; Goeddel, D.V.; Gray, A. & Ullrich, A. Nucleotide sequence of human preproinsulin complementary DNA. Science, 1980;208:57-9.

Pâncreas

Entendendo o funcionamento do pâncreas

O pâncreas é composto de unidades funcionais que regulam a duas importantes processos fisiológicos: a digestão e o metabolísmo da glicose.

Pâncreas exócrino – O pâncreas exócrino consiste de células acinares e do ducto. As células acinares produzem enzimas e pró-enzimas digestivas (tripsina, amilase, lipases, endopeptidases, carboxipeptidases, fosfolipasese) e constituem a maior parte do tecido pancreático. Eles estão organizados em agrupamentos, como uva, e estão localizados nas terminações do sistema de ramificação dos ductos pancreáticos.

As células do ducto pancreático tem a função é de produzir e adicionar muco e bicarbonato para a mistura de enzimas. Estes ductos vão formando de uma rede de tamanho crescente, culminando com ductos pancreáticos principais e acessórias que desembocam no duodeno.

Pâncreas endócrino – O pâncreas endócrino, constituído por quatro tipos de células especializadas que são organizados em ilhotas de Langerhans inseridas no tecido acinar, e secreta hormônios na corrente sanguínea. As células alfa-e beta-células regulam o uso de glicose através da produção de glucagon (células alfa) e insulina (células beta), respectivamente. As células PP produzem o Polipéptido pancreático e as células delta produzem a somatostatina.

Eritema migratório necrolítico

Abstrat

Necrolytic migratory erythema is a rare skin condition that consists of migrating areas of erythema with blisters that heal with hyperpigmentation. It usually occurs in patients with an alpha islet cell tumor of the pancreas-or glucagonoma-and when associated with glucose intolerance, anemia, hyperglucagonemia, and weight loss defines the glucagonoma syndrome. The diagnosis of necrolytic migratory erythema is a matter of great importance, since it might be an auxiliary tool for the early detection of glucagonoma.

O eritema migratório necrolítico é uma manifestação cutânea clássico observados em 70% dos pacientes portadores de glucagonoma, caracterizada pela presença de bolhas eritematosas em áreas expostas a maior atrito e pressão, como a região inferior do abdômen, nádegas, períneo e virilha.

O glucagonoma é uma neoplasia extremamente rara das células alfa do pâncreas, que leva a uma produção exacerbada do hormônio glucagon. Além da superprodução de glucagon, observa-se nesta patologia a presença de aumento dos níveis de glicose sanguínea, devido à ativação de processos anabólicos e catabólicos, incluindo os processos de gliconeogênese e lipólise, respectivamente. Também ocorre um aumento de lipídios na corrente sanguínea, em consequência da lipólise (quebra de gordura). Em resultado à alta produção de glucagon, ocorre diminuição dos níveis de aminoácidos sanguíneos, anemia, diarréia e perda de peso.

Veja – Câncer de pâncreas : Tumores neuroendócrinos do pâncreas

Referência:
DAL COLETO, Cassio C. et al. Eritema necrolítico migratório associado à síndrome glucagonoma: descrição de um caso. Rev. Hosp. Clin. [online]. 2001, vol.56, n.6, pp. 183-188.

Aspectos bioquímicos

A resposta hormonal é o resultado composto de taxa secretória e sensibilidade celular. Para muitos hormônios, a ação é modulada através de retroalimentação hormonal (veja o exemplo do hormônio de crescimento). Com este desenho, a sensibilidade de um hormônio é proporcionada por receptores hormonais específicos em tecidos-alvo, bem como na glândula associada da alça de retroalimentação.  No caso da insulina, não há um circuito principal hipofisário ou hipotalâmico; os tecidos-alvo controlam a secreção diretamente pela determinação do nível de estímulos positivos e negativos. Portanto, as concentrações circulantes de substratos (principalmente glicose, mas também aminoácidos, ácidos graxos livres e corpos cetônicos), que resultam da ação da insulina sobre o metabolismo intermediário em diferentes tecidos, alimentam os sinais de volta à célula beta do pâncreas.

Desde a descrição de Revean em 1988, a Síndrome Metabólica teve inúmeras modificações que explicavam a sua fisiopatogenia, culminando com os conceitos atuais que o denominador da síndrome é representado pela resistência a insulina, que constitui o seu mecanismo fisiopatológico básico. A partir dai, o grupo consultor da OMS definiu a síndrome com os seguintes componentes: 1. Regulação alterada da glicose ou diabetes e/ou resistência à insulina; pressão arterial sistêmica elevada (maior que 140/90 mmHg) aumento dos triglicérides (acima de 150 mg/dL); obesidade central (relação cintura-quadril maior que 0,90 para os homens e 0,85 para as mulheres); microalbuminúria (excreção maior que 15 microgramas/minuto).

A prevalência da síndrome metabólica aumenta consideravelmente com a idade, variando de 6,7% (20 e 29 anos) até 43% (acima dos 60 anos). Quando se estuda uma população de alto risco, como o de familiares de indivíduos diabéticos, a prevalência chega próximo de 50% e, nos diabéticos a prevalência é superior a 80%.

A obesidade está associada a um estado inflamatório crônico no tecido adiposo, onde os macrófagos têm papel fundamental. O tecido adiposo alterado promove aumento da liberação de ácidos graxos livres, de hormônios e de moléculas pró-inflamatórias. O aumento da adiposidade resulta em um aumento da secreção da citoquina inflamatória fator de necrose tumoral tipo alfa (TNF-alfa), que estimula a liberação de MCP-1 (Monocyte chemotactic protein-1) pelos pré-adipocitos e pelas células endoteliais, que vai atrair os macrófagos para o tecido adiposo. A obesidade também favorece a produção de leptina e/ou redução da adiponectina pelos adipócitos, o que vai promover ainda mais aumento da presença de macrófagos e perpetuar um ciclo vicioso de recrutamento de macrófagos e produção de citoquinas inflamatórias. Assim, deve-se entender a síndrome metabólica com um processo inflamatório crônico lento. Outro fator é o papel da adiponectina, hormônio adipocitário, que melhora a sensibilidade à insulina, a oxidação dos ácidos graxos, a vasodilatação e a angiogênese, diminuindo a apoptose das células beta das ilhotas de Langerhans.

Em resumo, as células gordurosas aumentam a liberação de TNF-alfa, de Interleucina-6, de leptina, e diminuem a liberação de adiponectina, fatos estes que diminuem a sensibilidade à insulina, aumentando a disfunção endotelial e consequentemente inflamação vascular, e todos os problemas da síndrome metabólica.

Fisiologia da insulina

A insulina exerce várias ações sobre muitos tipos de células, mas o principal sinal regulador para sua liberação é a concentração plasmática de glicose. Ou seja, quando existe muita glicose circulante ocorre uma sinalização para as células beta das ilhotas de Langerhans do pâncreas, e, esta produz e libera insulina na circulação. Esta insulina, colocará a glicose no interior de todas as células do corpo, que necessitam de energia rapidamente, exceto o cérebro, que consome cerca de 80% da glicose utilizada em repouso no estado de jejum, mas a captação não é regulada pela insulina. Porém, o cérebro depende criticamente da manutenção dos níveis normais de glicose sangüínea. Quando os níveis de glicose caem, no sinal leva à diminuição da produção de insulina.

Transportadores de glicose (GLUTs) – A insulina exerce seus efeitos biológicos através da ligação a um receptor na superfície da célula alvo. O receptor de insulina é uma glicoproteína que consiste de duas subunidades alfa extracelulares e duas subunidades beta, que são parcialmente intracelulares. GLUT-1 está envolvido na captação de glicose basal e da glicose não mediada pela insulina em muitas células; GLUT-2 é importante na célula beta da ilhota, onde é um pré-requisito com a glicocinase, para a percepção da glicose; GLUT-3 está envolvido na captação não mediada pela insulina da glicose no cérebro; GLUT-4 é responsável pela captação de glicose estimulada pela insulina nos músculos e tecido adiposo.

Extensas investigações têm sido conduzidas para avaliar o papel do GLUT4 em alterações de sensibilidade à insulina pelas células, como diabetes tipo2. Os estudos mostraram que o GLUT4 reduz-se drasticamente no DM2 o que desempenha um importante papel na resistência insulínica. Na obesidade, o conteúdo de GLUT4 mantem-se normal enquanto a sensibilidade à insulina estiver preservada.

Internalização – Após a ligação da insulina a seu receptor, o complexo insulina-receptor é internalizado através da invaginação pela membrana circulante para formar um “endossoma”. Os receptores são reciclados para a supefície celular, mas a insulina e degrada em lisossomas.

Produção de insulina – O mecanismo através do qual a glicose estimula a liberação de insulina envolve a entrada na célula beta do pâncreas via receptor GLUT-2, que está associado à enzima glicocinase. A fim de que a liberação de insulina ocorra, a glicose deve ser metabolizada no interior da célula beta, via glicólise, para produzir ATP. Isso faz com que ocorra o fechamento dos canais de potássio sensíveis ao ATP, causando despolarização, o que leva, a um influxo de ions de cálcio, desencadeando a translocação dos glânulos e a exocitose. Os fármacos sulfoniluréias atuam de maneira similar no tratamento dos diabéticos.

Resistência à insulina - A resistência à insulina é definida como uma captação defeituosa de glicose face às concentrações elevadas de glicose e insulina no plasma dos pacientes.

A sensibilidade celular à insulina é determinada não apenas pelo número e afinidade dos receptores de insulina, mas também pelo estado funcional das vias de sinalização intracelulares que transduzem a ligação da insulina aos vários efetores (eg, transporte, fosforilação e oxidação de glicose, síntese de glicogênio, lipólise e troca de íons). Portanto, uma redução maciça no número de receptores de insulina ou a presença de altos títulos de auto-anticorpos circulantes antiinsulina ou anti-receptor de insulina, está associada com uma forma de resistência à insulina que é generalizada e extrema.

Freqüentemente, a resistência celular à glicose é causada por um mau funcionamento da maquinaria de transdução dos sinais. Os diversos efetores insulínicos são, pelo menos em parte, independentes entre si. Conseqüentemente, a resistência celular à insulina pode ser de qualquer grau e é geralmente incompleta, ou específica de uma determinada via.

A implicação fisiopatológica deste fenômeno é que, nos estados insulino-resistentes, qualquer anormalidade que se constatar que está associada a um metabolismo defeituoso de glicose (eg, dislipidemia, aumento da pressão arterial, hipercoagulação plaquetária ou alterações protrombóticas) pode teoricamente ser o resultado da própria resistência à insulina ou dos efeitos crônicos da hiperinsulinemia que a acompanha. É esta a origem da síndrome de resistência à insulina.

Ilhotas de Langerhans – As principais células componentes das ilhotas de Langerhans, no pâncreas, são as células beta (produtoras de insulina), as células alfa (produtoras de glucagon), as células gama (produtoras de somatostatina) e as células PP (produtoras do polipeptídeo pancreático). As células da ilhota interagem entre si através do contato direto e de seus produtos, ou seja, o glucagon estimula a secreção de insulina e a somatostatina inibe a insulina e a secreção de glucagon. A inervação parassimpática do nervo vago da ilhota estimula a liberação de glucagon.

Referências

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Camastra S, Bonora E, Del Prato S, et al.: Effect of obesity and insulin resistance on resting and glucose-induced thermogenesis in man. EGIR (European Group for the Study of Insulin Resistance). Int J Obes Relat Metab Disord 1999, 23(12):1307–1313.

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Ferrannini E, Natali A, Capaldo B, et al.: Insulin resistance, hyperinsulinemia, and blood pressure. Role of age and obesity. Hypertension 1997, 30:1144–1149.

Resenha

Abstract

Pancreatitis is inflammation of the pancreas. The pancreas is a large gland behind the stomach and close to the duodenum—the first part of the small intestine. The pancreas secretes digestive juices, or enzymes, into the duodenum through a tube called the pancreatic duct. Pancreatic enzymes join with bile—a liquid produced in the liver and stored in the gallbladder—to digest food. The pancreas also releases the hormones insulin and glucagon into the bloodstream. These hormones help the body regulate the glucose it takes from food for energy. Normally, digestive enzymes secreted by the pancreas do not become active until they reach the small intestine. But when the pancreas is inflamed, the enzymes inside it attack and damage the tissues that produce them.

The acute pancreatitis has numerous causes, but two most common causes are alcohol abuse and biliary tract obstruction related to cholelithiasis. These two conditions account for 60 to 80 percent of all cases of acute pancreatitis. Patients with acute pancreatitis present with mild to severe epigastric pain, with radiation to the flank, the back, or both. Classically, the pain is characterized as constant, dull and boring, and is worse when the patient is supine. The discomfort may lessen when the patient assumes a sitting or fetal position. A heavy meal or drinking binge often triggers the pain. Nausea and nonfeculent vomiting are present in 75 to 90 percent of patients. The clinical diagnosis of pancreatitis is difficult to make.

The treatment of pancreatitis may be conservative or complex, depending on the severity of the presentation and the development of complications. A patient with a history and physical examination consistent with pancreatitis should have laboratory studies, including determination of amylase, lipase. Additional tests that are helpful are a complete blood cell count and hepatic function tests, radiographs of the chest and abdomen. Ultrasonography is indicated if the clinical presentation or laboratory assessment suggests biliary disease.

Pancreatite aguda é um processo inflamatório agudo do pâncreas, de inúmeras etiologias, e que se manifesta por dor abdominal e elevação das enzimas pancreáticas sangüíneas e/ou urinária. A forma anatomoclínica mais comum, representando 80 a 90% dos casos é a pancreatite aguda leve ou intersticial, que corresponde a uma doença restria ao pâncreas e abdome, com evolução clínica e laboratorial favorável. Sob o ponto de vista anatomapatológico, corresponde a um infiltrado inflamatório rico em polimorfonucleares. A pancreatite aguda leve costuma resolver-se clinicamente em 7 dias e histologicamente em 21 dias.

A forma grave ou necrosante corresponde aos 10 a 20% dos casos de pancreatite aguda. É uma doença sistêmica que tem como ponto fundamental a necrose pancreática e a liberação de inúmeras substâncias da cascata inflamatório, como citoquinas, fator de necrose tumoral, fator de ativação plaquetária, elastase do polimorfonuclear neutrófilo. Estas substâncias podem provocar vasodilatação, hemorragia, síndrome de angústia respiratória aguda, insuficiência renal e choque *. A mortalidade nestes casos é de 5 a 30%, sendo mais elevada quando ocorre infecção concomitante.

A figura ilustra o pâncreas inflamado. O quadro histológico mostra os acinos com células inflamtória ao seu redor.

Unidade funcional do pâncreas – A unidade funcional do pâncreas exócrino é o ácino. As células que o compõem circundam a porção final de um ducto pancreático interlobular, dispondo-se de tal forma que quando os grânulos de zimogênio se abrem o fazem para a luz ductal; a cada ácino, corresponde rico suprimento, tanto vascular, quanto nervoso. As células dos ductos pancreáticos são distintas das dos ácinos e produzem fluido rico em água e eletrólitos. O corte histólico de um pâncreas normal (abaixo), corado pelo HE, mostra a região avermelhada os ácinos do pâncreas exócrino e na parte mais clara as ilhotas de Langerhans do pâncreas endócrino (produtora de insulina e glucagon).

Enzimas pancreáticas – O pâncreas produz inúmeras enzimas, sob a forma de pró-enzimas e o tripsinogênio, ativado por peptidases nos vilos do intestino delgado (enteropeptidases), é o responsável pela ativação das mesmas, com a finalidade de prevenir a autodigestão da glândula pancreática.

Fisiopatogenia – As pancreatites agudas decorrem da ativação de enzimas pancreáticas ainda dentro do pâncreas, por um processo ainda desconhecido na sua totalidade. A partir da ativação de tripsinogênio em tripsina, inicia-se, a transformação de enzimas, antes protegidas em grânulos de zimogênio, em enzimas ativas, como a elastase, a quimotripsina, a fosfolipase A, que passam a agir no interior do pâncreas e mesmo a distância.

Etiologias – São conhecidos inúmeros fatores etiológicos para a pancreatite aguda, dentre os quais os mais importante são: a litíase biliar e o alcoolismo. Dentre as causas infecciosas, a que chama atenção é a causada pelo vírus da paratodite epidêmica, em função do tropismo do vírus pelo pâncreas. O comprometimento ocorre após quatro dias do início da paratodite e desaparece em aproximadamente uma semana. É uma pancreatite de evolução benigna, sem seqüelas, com dor abdominal, náuseas e vômitos. Aproximadamente, 2% das pancreatite agudas são causadas por medicamentos, fato este que muitas vezes passa despercebido dos médicos. Os medicamentos mais comuns que podem causar pancretite aguda são: corticosteróides, clortiazídicos, sulfapiridina, sulfasalazina, azatioprina, L-asparginase, metronidazol, tetraciclinas, furosemida.

Ainda como causa de pancreatite aguda devemos lembrar os traumas, os procedimentos endoscópicos bíleo-pancreáticos e os procedimentos cirúrgicos sobre as vias biliar e/ou pancreática, neoplasias do pâncreas como adenocarcinomas e as neoplasias produtoras de mucina.

Diagnóstico – O pâncreas é um orgão de difícil acesso propedêutico é a experiência clínica é a melhor forma de diagnosticar a lesão. O diagnóstico de pancreatite pode ser confirmado com a dosagem as enzimas séricas amilase e lipase. Nos últimos anos procura-se substânias orgânicas que, detectadas no sangue ou na urina, possam determinar precocemente o curso da evolução da doença, como as citocinas emvolvidas no processo inflamatório (fator de necrose tumoral alfa, as interleucinas, fator de agregação plaquetária). A avaliação por imagem deve obedecer a rotina indicada para abdome agudo, com Rx símples de abdome e ultrassonografia. No entanto, a tomografia computadorizada abdominal com contraste intravenoso em bolo, também conhecida como “mapeamento dinâmico do pâncreas por TC”, sabidamente constitui o método de imagem mais eficaz para o diagnóstico da pancreatite aguda.

Tratamento – Independente da gravidade ou da etiologia, todos os pacientes com pancreatite aguda devem manter-se em dieta zero, fator preponderante para o repouso glandular, evitando-se estímulos pancreáticos que ativariam secreção enzimática e suas conseqüências. O processo deve durar 3 a 5 dias, tempo suficiente para a redução significativa do processo inflamatório. A reintrodução da alimentação oral deve ser lenta e progressiva. Inicialmente os caldos isentos de conteúdo lipídicos, e posteriomente, dieta lipopídicas padronizadas. Nas forma graves (pancreatite necrosante) a dieta zero prolongada é a regra, sendo por vezes mantida por 30 a 60 dias. É obvio que se impõe nesta situação, não só uma hidratação venosa adequada, mas em especial, nutrição parenteral ou enteral.

Mecanismos de proteção pancreática

1. As enzimas proteolíticas e as que digerem as membranas celulares são produzidas sob a forma de pró-enzimas.
2. As enzimas digestivas são separadas em compartimentos dentro das células acinares, longe do contato com enzimas lisosomiais.
3. O pâncreas produz um inibidor da tripsina juntamente com as enzimas proteolíticas.
4. A enzima de ativação das enzimas pancreáticas, a enteroquinase, encontra-se no duodeno, portanto, longe do pâncreas.
5. O fígado produz dois inibidores séricos da ativação enzimática pancreática, a alfa 1-anti-tripsina e a alfa 2-macroglobulina.

* As enzimas pancreáticas, substâncias vasoativas e tóxicas são liberadas pelo pâncreas e chegam ao espaço retoperitonial e à cavidade peritonial, causando irritação química (peritonite química) e perda para o terceiro espaço de líquidos rico em proteínas, hipovolemia e hipotensão. Esse mesmo material tóxico pode chegar à circulação sistêmica por vias linfática e venosa, contribuindo para a instalação do choque e as falências renal e respiratórias.

Veja – Dieta na Pancreatite aguda

Referências:

Alves JG – Pancreatite Aguda. In Mincis M, ed. Gastroenterologia e Hepatologia: diagnóstico e tratamento. São Paulo. Lemos Editorial 1997. p505-516.
Bradley El III – A clinical based classification system for acute pancreatitis. Arch Surg 1993, 128:586-590.
Guarita DR, Mott CB – Pancretite aguda – etiologia e fisiopatologia. Rev Bras do Pâncreas 15 Abr 2004;10-14.
Meyer R, Belinger C, Layer P et al. ESPN guidelines on nutrition in acute pancretitis. Nutriion 2002;21:173-183.