エネルギーセンシングに対するシルデナフィルの二相性効果は、脂肪細胞と肝細胞におけるホスホジエステラーゼ2と3を介している

Biphasic Effect of Sildenafil on Energy Sensing is Mediated by Phosphodiesterases 2 and 3 in Adipocytes and Hepatocytes.

• Jheelam Banerjee
• Antje Bruckbauer
• Teresa Thorpe
• Michael B Zemel

抄録

Sirt1（サーチュイン1）、AMPK（AMP活性化プロテインキナーゼ）、およびeNOS（内皮一酸化窒素合成酵素）は、肝エネルギー代謝および炎症を調節し、NASHの発症において主要な役割を果たしている。環状ヌクレオチドホスホジエステラーゼ（PDE）は、細胞内の環状ヌクレオチドレベルを調節することにより、シグナル伝達に重要な役割を果たしている。我々はこれまでに、PDE5阻害薬シルデナフィルがロイシンおよびロイシン-メトホルミンの組み合わせと相乗効果を示すことを、NASHおよび肥満症を対象とした前臨床試験で見出している。しかし、シルデナフィルの濃度が高くなると効果は低下する。ここで、我々はシルデナフィルのU字型の用量反応をin vitroでモデル化することに成功し、このモデルを用いて、この用量反応関係の潜在的なメカニズムを評価することに成功した。脂肪細胞と肝細胞をロイシン（0.5 mM）と異なる濃度のシルデナフィル（1 nM～100 μM）で処理し、cAMP、cGMP、P-AMPKタンパク質の発現を用いて、シルデナフィル濃度の増加に伴う二相性の反応を示した。より高いシルデナフィル濃度での反転は、PDE2阻害により鈍化した。これらのデータは、シルデナフィルを介したcGMPの増加が低濃度でPDE3を阻害し、cAMPを増加させることを示している。しかし、シルデナフィル濃度が高くなるとPDE2が活性化され、結果的にcAMPが減少することから、PDE2、PDE3、PDE5を介したcAMPとcGMPのクロストークが明らかになった。これらのcAMP濃度の変化は、AMPK活性化を含む下流効果にも反映されています。

Sirt1 (Sirtuin 1), AMPK (AMP-activated protein kinase), and eNOS (endothelial nitric oxide synthase) modulate hepatic energy metabolism and inflammation and play a major role in the development of NASH. Cyclic nucleotide phosphodiesterases (PDEs) play an important role in signal transduction by modulating intracellular levels of cyclic nucleotides. We previously found the PDE5 inhibitor sildenafil to synergize with leucine and leucine-metformin combinations in preclinical studies of NASH and obesity. However, efficacy is diminished at higher sildenafil concentrations. Herein, we have successfully modeled the U-shaped sildenafil dose-response in vitro and utilized this model to assess potential mechanisms of this dose-response relationship. Adipocytes and liver cells were treated with leucine (0.5 mM) and different concentrations of sildenafil (1 nM to 100 µM). cAMP, cGMP, and P-AMPK protein expression were used to demonstrate the biphasic response for increasing concentrations of sildenafil. The reversal with higher sildenafil levels was blunted by PDE2 inhibition. These data indicate that sildenafil-mediated increases in cGMP inhibits PDE3 at lower concentrations, which increases cAMP. However, further increases in cGMP from higher sildenafil concentrations activate PDE2 and consequently decrease cAMP, which demonstrates crosstalk between cAMP and cGMP via PDE2, PDE3, and PDE5. These changes in cAMP concentration are further reflected in downstream effects, including AMPK activation.