Hexarelin: изследователско ръководство за GHRP зад проучванията на грелиновия рецептор и кардиопротекцията

⚠️ Само за изследователски цели — Тази статия обсъжда hexarelin строго като лабораторно изследователско съединение. Не представлява препоръка за лекарство, ръководство за дозировка или медицински съвет. Hexarelin не е за консумация от хора. Не е предназначен за диагностициране, лечение, излекуване или предотвратяване на каквото и да е заболяване. Всички твърдения по-долу се отнасят до публикувани предклинични изследвания, in vitro проучвания или рецензирана литература, цитирана само за научен контекст.

Въведение

Hexarelin е синтетичен хексапептид, принадлежащ към по-широкия клас на пептидите, освобождаващи растежен хормон (GHRPs), които са разработени в края на 70-те години на XX век като нискомолекулни сонди за механизмите на секреция на растежен хормон. Наред с GHRP-6, GHRP-2 и ipamorelin, hexarelin е използван широко в изследванията за разграничаване на биологията на рецептора-секретагог на растежния хормон (GHSR-1a), чийто ендогенен лиганд е грелинът, а напоследък и за проучване на сигнализация, неопосредствана от GHSR, чрез скавенджър рецептора CD36 [1][2].

За изследователите, работещи в областта на ендокринологията, сърдечно-съдовата биология, невронауката или пептидната фармакология, hexarelin е добре характеризирано инструментално съединение със значителен обем публикувани трудове, обхващащи повече от две десетилетия. Научният интерес към него произтича от три основни особености: (1) съединението е химически стабилно и мощно активира GHSR-1a; (2) то проявява кардиопротективни ефекти в предклинични модели на исхемия-реперфузия, които изглеждат поне отчасти независими от освобождаването на растежен хормон; и (3) пептидът има свързващи мишени извън GHSR-1a, включително специфичен сърдечен път, опосредстван от CD36, описан в изследователската литература [1][3].

Тази статия разглежда структурата на hexarelin, механизмите на действие и трите основни изследователски области, в които той е проучван: сигнализация на грелиновия рецептор, кардиопротекция и невропротекция.

Молекулна структура и биохимия

Hexarelin е синтетичен хексапептид с последователност His-D-2-methyl-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2. Неговият структурен дизайн онагледява стратегията на медицинската химия при GHRP: въвеждането на D-аминокиселини (D-2-methyl-Trp на позиция 2 и D-Phe на позиция 5) придава устойчивост на протеолитично разграждане от аминопептидази и ендопептидази, докато C-крайната амидация предпазва от C-крайни карбоксипептидази. Заедно тези модификации придават на хексапептида значително по-голяма метаболитна стабилност в сравнение с ендогенния грелин.

Ключови биохимични особености:

• Малкият размер (~887 Da) прави този GHRP лесен за синтезиране чрез стандартна Fmoc твърдофазна пептидна химия и подходящ за перорални, назални, подкожни или интравенозни изследователски пътища на въвеждане в предклинични протоколи.
• Два триптофанови остатъка (един естествен L-Trp, един D-2-methyl-Trp) допринасят за UV абсорбция при 280 nm, което е полезно за HPLC количествено определяне по време на изследователската характеризация.
• Основен C-краен лизин с амидна група придава на молекулата нетен положителен заряд при физиологично pH и подпомага взаимодействието с отрицателно заредени рецепторни повърхности.
• Химическа стабилност: В сравнение с грелина, съединението е по-стабилно, не е ацилирано (за разлика от грелина, който изисква O-октаноилиране на Ser3 за активност спрямо GHSR-1a) и запазва мощна активност в по-широк диапазон от условия на съхранение и въвеждане [1][4].

Тъй като hexarelin не изисква ацилна модификация, за да активира GHSR-1a, той предоставя полезен изследователски инструмент за проучване на рецепторната биология без усложненията, свързани с механизма на грелин O-ацилтрансферазата (GOAT), който обработва ендогенния грелин.

Механизъм на действие в изследователски модели

Hexarelin има два основни механизма, описани в публикуваната изследователска литература:

1. GHSR-1a агонизъм и освобождаване на растежен хормон. Класическият механизъм: hexarelin се свързва с рецептора-секретагог на растежния хормон тип 1a (GHSR-1a) върху соматотрофите на предния дял на хипофизата и хипоталамичните неврони, като активира Gq-опосредствана сигнализация, IP3-зависима мобилизация на калций и последваща секреция на GH. GHSR-1a е също и ендогенният грелинов рецептор, а способността на този GHRP да имитира действието на грелина върху този рецептор го е превърнала в широко използван изследователски инструмент [1][4].

В изолирани изследователски препарати от хипофиза на плъх пептидът предизвиква стабилно дозозависимо освобождаване на GH с активност, сравнима с или надвишаваща тази на ендогенния грелин. Публикувани изследвания са използвали това съединение за характеризиране на десенсибилизацията на GHSR-1a, кинетиката на сигнализацията и фармакологичните разлики между GHRPs и непептидните секретагоги като MK-0677 [1][5].

2. Сърдечна сигнализация, опосредствана от CD36. Отличителна особеност на този GHRP, която го отличава от някои други пептиди, освобождаващи растежен хормон, е способността му да се свързва с CD36 — скавенджър рецептор, експресиран в кардиомиоцити, макрофаги и други тъкани. Обзорът на Mao et al. 2014 в Journal of Geriatric Cardiology обобщава доказателствата, че CD36 служи като специфичен сърдечен рецептор за хексапептида и опосредства неговите кардиопротективни ефекти независимо от GHSR-1a и независимо от освобождаването на растежен хормон [1]. Този профил на свързване с два рецептора е механистичната основа за изследователската полезност на съединението в сърдечно-съдови модели.

Допълнителни сигнални направления в изследователската литература за hexarelin включват:

• Фосфорилиране на Akt/гликоген синтаза киназа-3β: В неонатален модел на хипоксия-исхемия при плъх лечението с пептида увеличава фосфорилирането на Akt и GSK-3β, което корелира с намалена активност на каспаза-3 и намалено мозъчно увреждане [7]. Този път се счита широко за канонична про-преживяемостна сигнална ос.
• Модулация на IL-1 сигнализацията: В изследвания на сърдечна I/R при плъх съединението понижава експресията на IL-1β и повишава експресията на IL-1Ra в I/R миокард, като тези ефекти се блокират от GHSR-1a антагониста [D-Lys3]-GHRP-6, което показва компонент на модулация на възпалението, зависима от GHSR-1a [9].
• Повишаване на PTEN и потискане на Akt/mTOR: В модел на сърдечна недостатъчност при плъх, предизвикана чрез лигиране на коронарна артерия, хроничното лечение с този GHRP повишава PTEN и понижава сигналния път Akt/mTOR, подобрявайки функцията на лявата камера и намалявайки оксидативния стрес [10].
• Модулация на автофагията: В изследвания на хипертрофия, предизвикана от ангиотензин II, в H9C2 кардиомиоцити съединението засилва автофагията чрез потискане на mTOR сигнализацията, като защитният ефект се премахва от инхибитора на автофагията 3-метиладенин [11].
• Запазване на простациклин (PGI2): Ранни сърдечни изследвания съобщават, че хексапептидът предотвратява спада в освобождаването на простациклин в изолирани перфузирани сърца на плъх, подложени на I/R, осигурявайки съдово-защитен компонент към кардиопротективния фенотип [4].

Ключови изследователски области

1. Изследвания на грелиновия рецептор (GHSR-1a)

Този пептид, освобождаващ растежен хормон, е основно работно изследователско съединение за биологията на GHSR-1a от клонирането и характеризирането на рецептора в края на 90-те години на XX век. Неговата полезност произтича от химическата му стабилност, високия афинитет към рецептора и добре дефинираната фармакология. Изследователските приложения включват:

• Характеризиране на експресията и разпределението на GHSR-1a в хипоталамо-хипофизния комплекс и периферните тъкани. Наблюдението, че GHSR-1a се експресира в сърдечно-съдова тъкан, доведе до проучване на директните сърдечни действия на пептида [1].
• Фармакологично разграничаване на рецепторната сигнализация чрез използване на съединението заедно с антагонисти като [D-Lys3]-GHRP-6 за разграничаване на зависимите от GHSR-1a от независимите от GHSR-1a ефекти [9].
• Сравнителни проучвания на GHRPs, изследващи разликите между този хексапептид, GHRP-6, GHRP-2, ipamorelin и непептидния секретагог MK-0677 в способността им да активират сърдечни спрямо хипофизни рецепторни пулове [4][5][8].
• Изследвания на регулацията чрез обратна връзка с използване на съединението за проучване на пулсативността на GH, отрицателната обратна връзка на IGF-1 и взаимодействието на GHSR-1a сигнализацията с GHRH и соматостатинови входни сигнали.

Клиничният и експериментален обзор на Svensson и Bengtsson от 1999 г. обобщава ранните човешки и предклинични изследвания на този GHRP, включително ефектите му върху секрецията на GH, телесния състав в изследователски кохорти и предизвикания от диета катаболизъм при здрави изследователски доброволци — предоставяйки исторически контекст за областта [5].

2. Изследвания на кардиопротекцията

Областта на изследванията на кардиопротекцията е може би там, където този GHRP е дал своя най-отличителен принос. Множество независими изследователски групи съобщават, че съединението защитава кардиомиоцитите и целите сърца от увреждане при исхемия-реперфузия в предклинични модели.

Основополагащо проучване от 1999 г. на Locatelli и колеги показа, че кардиопротективните ефекти на пептида при хипофизектомирани плъхове са независими от освобождаването на растежен хормон, установявайки GH-независимия характер на сърдечния фенотип [3]. Това беше механистично важно откритие, тъй като отдели сърдечните действия на hexarelin от класическото му соматотрофно действие и мотивира търсенето на не-GHSR сърдечни рецептори, което в крайна сметка идентифицира CD36 като релевантната мишена [1].

Последвалите изследвания на кардиопротекцията съобщават за:

• Намален размер на инфаркта в изолирани работещи сърца на плъх, подложени на исхемия, последвана от реперфузия, като съединението осигурява измерима защита, която е частично блокирана от инхибитора на протеин киназа C хелеритрин [4].
• Защита на H9c2 кардиомиоцити от предизвикана от доксорубицин клетъчна смърт чрез специфично свързване на пептидни GHSs и инхибиране на ДНК фрагментацията, осигурявайки клетъчно-линеен модел за анти-апоптотичната кардиопротекция на пептида [8].
• Подобрена функция на лявата камера при плъхове с in vivo I/R увреждане, предизвикано от коронарно лигиране, като за този GHRP се съобщава, че подобрява систолната функция, намалява производството на малондиалдехид и увеличава преживяемостта на кардиомиоцитите [9].
• Дългосрочна функционална полза от единична перорална доза, приложена 30 минути след миокарден инфаркт в миши модел, като в хроничната фаза се съобщава за по-висока фракция на изтласкване, по-ниски съотношения на теглото на белите дробове и промени в автономния баланс [6].
• Анти-хипертрофични ефекти чрез засилване на автофагията в стимулирани с Ang II H9C2 клетки [11].
• Облекчаване на сърдечната недостатъчност чрез повишаване на PTEN и потискане на пътя Akt/mTOR в модел на HF при плъх, предизвикан от CAL [10].

Заедно тези доклади утвърждават съединението като един от по-задълбочено характеризираните пептидни изследователски инструменти за кардиопротекция, с механистични проучвания, обхващащи сигнализация (Akt, PKC, mTOR, PTEN), възпаление (IL-1), автофагия и пътища на оксидативен стрес.

3. Изследвания на невропротекцията

По-малък, но заслужаващ внимание обем от изследвания е разгледал ефектите на съединението в централната нервна система. Проучването на Brywe et al. от 2005 г. изследва пептида в неонатален модел на хипоксия-исхемия при плъх (едностранно каротидно лигиране плюс излагане на 7.7% кислород) [7]. За интрацеребровентрикуларно въвеждане непосредствено след хипоксично-исхемичното увреждане се съобщава, че намалява мозъчното увреждане спрямо носителя, с намаляване на увреждането в мозъчната кора, хипокампуса и таламуса, но не и в стриатума [7]. Церебропротективният ефект е придружен от намалена активност на каспаза-3 и повишено фосфорилиране на Akt и GSK-3β, докато ERK сигнализацията остава незасегната.

Това беше първият публикуван доклад за централно невропротективно действие на този GHRP и предоставя модел за изследователи, интересуващи се от пептидно-базирано предкондициониране или интервенции след увреждане в изследвания на хипоксично-исхемичен мозък.

Стабилност, съхранение и работа в лабораторията

Този GHRP е стабилен синтетичен пептид, който е сравнително непридирлив в лабораторни условия:

• Лиофилизирана форма: Стабилен при -20°C или -80°C за дългосрочно изследователско съхранение. Краткосрочното съхранение при 2-8°C е приемливо за неотворени флакони.
• Реконституция: Стерилна вода или 0.9% физиологичен разтвор са стандартни разтворители за изследователска реконституция. Бактериостатична вода също се използва в някои изследователски протоколи. Съдържанието на D-аминокиселини и C-крайният амид на пептида осигуряват устойчивост в широк диапазон на pH, макар че неутрално pH (6-8) е за предпочитане за максимален срок на годност.
• Стабилност след реконституция: Реконституираното съединение е стабилно в продължение на няколко дни при 2-8°C и за продължителни периоди при -20°C, когато е разделено на аликвоти, за да се избегнат цикли на замразяване-размразяване.
• HPLC и MS характеризация: Стандартният аналитичен контрол на качеството за пептида с изследователско качество включва чистота чрез обратнофазова HPLC (≥95%) и масспектрометрично потвърждение на очакваната маса на хексапептида (~887 Da).
• Пътища на въвеждане в публикувани изследвания: Подкожни, интравенозни, интраперитонеални, интрацеребровентрикуларни и перорални пътища са били използвани в предклинични изследователски протоколи [3][6][7]. Бионаличността се различава значително между пътищата и изследователските дизайни трябва да уточняват пътя и обосновката за диапазона на дозите.
• Чувствителност към светлина и въздух: Както при повечето пептиди, съдържащи ароматни остатъци, кехлибарените флакони и съхранението в инертна атмосфера подобряват дългосрочната изследователска стабилност.

Изследователски съображения и ограничения

GH-зависими спрямо GH-независими ефекти. Тъй като действията на съединението върху хипофизата освобождават GH, много последващи ефекти (напр. повишаване на IGF-1, анаболни ефекти) могат да бъдат опосредствани косвено. Разделянето на директните периферни ефекти от GH-опосредстваните ефекти изисква хипофизектомирани контроли или съответстващи групи за сравнение с екзогенен GH [3].

Рецепторна селективност. Този GHRP не е селективен GHSR-1a агонист. Допълнителното му свързване с CD36 и потенциално други рецептори означава, че експерименталните резултати изискват предпазлива механистична интерпретация, а изследователите трябва да включват GHSR-1a антагонисти ([D-Lys3]-GHRP-6) или CD36-нокаут контроли там, където механистичната специфичност е от значение [1][9].

Видови различия в експресията на сърдечните рецептори. Моделите на експресия на GHSR-1a и CD36 се различават между видовете, а екстраполацията от изследвания при гризачи към други видове или към човешка тъкан трябва да се подхожда с внимание.

Тахифилаксия. Повтарящото се въвеждане на GHRP може да предизвика десенсибилизация на GH отговора в изследователски модели, така че експериментите с хронично дозиране трябва да включват количествено определяне на отговора във времето.

Ефекти върху кортизол и пролактин. В някои изследователски популации за пептидите, освобождаващи растежен хормон, включително това съединение, се съобщава, че умерено повишават кортизола и пролактина заедно с GH. Изследователите, измерващи GH-специфични крайни точки, трябва да включват тези хормони като контроли.

Транслационни предупреждения. По-голямата част от изследванията на кардиопротекцията са проведени в предклинични модели при гризачи, а екстраполацията към човешки сърдечно-съдови изследвания изисква стандартните предупреждения относно видовите различия в рецепторната биология, толерантността към исхемия и механизмите на реперфузионно увреждане.

Често задавани изследователски въпроси

Въпрос 1: Как hexarelin се сравнява с грелина в изследователски приложения?
Hexarelin и грелинът са и двата GHSR-1a агонисти, но първият е химически по-стабилен и не изисква Ser3 октаноилирането, което е от съществено значение за активността на грелина спрямо GHSR-1a. В изследователски приложения, където активирането на GHSR-1a трябва да се проучи без объркващата биология на ензима грелин-O-ацилтрансфераза (GOAT), този хексапептид често е предпочитан. Конкретно в сърдечните изследвания за двете съединения се съобщава, че защитават от I/R увреждане, но съединението има по-задълбочено характеризиран механизъм, опосредстван от CD36 [1][4].

Въпрос 2: Селективен ли е hexarelin за GHSR-1a?
Не. Макар че този GHRP е мощен GHSR-1a агонист, публикувани изследвания са установили, че той се свързва и с CD36 в сърдечна тъкан, а това не-GHSR взаимодействие опосредства поне част от неговия кардиопротективен фенотип [1]. Изследователите, интересуващи се от чист GHSR-1a агонизъм в сърдечни изследователски условия, трябва да обмислят допълнителна употреба на по-селективни агонисти.

Въпрос 3: Какви пътища на въвеждане се използват в предклиничните изследвания на hexarelin?
Публикувани изследвания при гризачи са прилагали подкожно въвеждане в проучвания за кардиопротекция [3][9], еднократно интрацеребровентрикуларно въвеждане в неонатални изследвания за невропротекция [7] и перорално въвеждане в някои протоколи [6]. Пътят и експозицията се определят от изследователския въпрос; нищо тук не представлява насока за употреба при хора.

Въпрос 4: Може ли hexarelin да се използва in vitro за изследване на биологията на кардиомиоцитите?
Да. Клетъчните линии H9c2 (кардиомиобласт на плъх) и C2C12 (миобласт на мишка) са били използвани широко в тази изследователска област. Публикуваните концентрации в клетъчна култура варират от наномоларни до ниски микромоларни, в зависимост от крайната точка. Специфични места на свързване за съединението (проучвания с радиомаркирани трасери) са характеризирани в тези клетъчни линии [8][11].

Въпрос 5: Кой е най-добрият панел от крайни точки за изследвания на кардиопротекция с този GHRP?
Публикуваните изследвания обикновено комбинират функционални измервания (фракция на изтласкване на лявата камера, фракционно скъсяване, коронарно перфузионно налягане), биохимични маркери (малондиалдехид, креатин киназа, тропонин), анализи за клетъчна жизнеспособност (TTC оцветяване за размер на инфаркта, TUNEL за апоптоза) и отчитане на сигналните пътища (фосфорилиране на Akt, GSK-3β, mTOR, PTEN) [4][7][9][10]. Конкретната комбинация зависи от изследователския въпрос и наличната апаратура.

Литература

Според PubMed следните рецензирани статии са използвани като първични източници за този изследователски преглед. DOI връзки са предоставени където са налични.

1. Mao Y, Tokudome T, Kishimoto I. The cardiovascular action of hexarelin. J Geriatr Cardiol. 2014;11(3):253-8. PMID: 25278975. Пълен текст в PMC
2. Cao JM, Ong H, Chen C. Effects of ghrelin and synthetic GH secretagogues on the cardiovascular system. Trends Endocrinol Metab. 2006;17(1):13-8. PMID: 16309920. DOI
3. Locatelli V, Rossoni G, Schweiger F, et al. Growth hormone-independent cardioprotective effects of hexarelin in the rat. Endocrinology. 1999;140(9):4024-31. PMID: 10465272. DOI
4. Frascarelli S, Ghelardoni S, Ronca-Testoni S, Zucchi R. Effect of ghrelin and synthetic growth hormone secretagogues in normal and ischemic rat heart. Basic Res Cardiol. 2003;98(6):401-5. PMID: 14556085. DOI
5. Svensson JA, Bengtsson B. Clinical and experimental effects of growth hormone secretagogues on various organ systems. Horm Res. 1999;51 Suppl 3:16-20. PMID: 10592439. DOI
6. Mao Y, Tokudome T, Kishimoto I, et al. One dose of oral hexarelin protects chronic cardiac function after myocardial infarction. Peptides. 2014;56:156-62. PMID: 24747279. DOI
7. Brywe KG, Leverin AL, Gustavsson M, et al. Growth hormone-releasing peptide hexarelin reduces neonatal brain injury and alters Akt/glycogen synthase kinase-3beta phosphorylation. Endocrinology. 2005;146(11):4665-72. PMID: 16081643. DOI
8. Filigheddu N, Fubini A, Baldanzi G, et al. Hexarelin protects H9c2 cardiomyocytes from doxorubicin-induced cell death. Endocrine. 2001;14(1):113-9. PMID: 11322493. DOI
9. Huang J, Li Y, Zhang J, Liu Y, Lu Q. The Growth Hormone Secretagogue Hexarelin Protects Rat Cardiomyocytes From in vivo Ischemia/Reperfusion Injury Through Interleukin-1 Signaling Pathway. Int Heart J. 2017;58(2):257-263. PMID: 28321024. DOI
10. Agbo E, Liu D, Li M, et al. Modulation of PTEN by hexarelin attenuates coronary artery ligation-induced heart failure in rats. Turk J Med Sci. 2019;49(3):945-958. PMID: 31091855. DOI
11. Agbo E, Li MX, Wang YQ, et al. Hexarelin protects cardiac H9C2 cells from angiotensin II-induced hypertrophy via the regulation of autophagy. Pharmazie. 2019;74(8):485-491. PMID: 31526442. DOI

---

Отказ от отговорност: Всички продукти, продавани от CertaPeptides, са предназначени само за лабораторна изследователска употреба. Не за употреба при хора или ветеринарна употреба. Не за консумация. Тази статия е предоставена с научна и образователна цел и не представлява медицински съвет, насока за дозиране или одобрение на каквато и да е конкретна употреба. Изследователите носят отговорност за спазването на всички приложими институционални, национални и международни разпоредби, уреждащи придобиването, работата с и изучаването на пептидни изследователски съединения.