Observationen att immunoneutralisering av somatostatin ökade basalvolymen och amylasproduktionen i en isolerad pankreasmodell för råttor tyder på en intrapankreatisk somatostatinkälla. Detta pankreatiska somatostatin skulle därför kunna orsaka en tonisk hämning av den exokrina pankreassekretionen (97). Hos medvetna råttor med galla- och bukspottkörtelsekret som återförs till tarmen hämmade iv somatostatin (5 µg kg-1 h-1) den basala pankreatiska protein- och vätskeutsöndringen med 84 respektive 64 %; tillsats av atropin ip (500 µg kg-1 h-1) orsakade ingen ytterligare hämning (51). Hos bedövade råttor inhiberades den basala sekretionen av amylas signifikant av en infusion av somatostatin i en relativt hög dos på 100 µg 100 g-1 h-1. När det gavs som en bolusinjektion på 50 µg 100 g-1 BW ökade dock amylasfrisättningen fyra gånger under 20 minuter (39). I en tidigare studie (25) resulterade somatostatin som gavs i doser på 0,4 till 25 µg kg-1 h-1 till medvetna fistelråttor i dosberoende minskningar av basalt flöde, bikarbonat- och proteinfrisättning. Vid de högsta doserna minskade proteinavgivningen med 80 %, bikarbonat med 63 % och flödet med 42 %. Hos uretanbedövade råttor observerades en initial ökning av alla pankreasparametrar under de första två minuterna, följt av en 30-40 % minskning av proteinproduktionen. Under sådana förhållanden måste somatostatin nå en dos på 100 µg kg-1 h-1 för att påverka den basala bikarbonatfrisättningen. Dessa uppgifter om basal pankreasutsöndring av vätska och proteiner visar att den hämmande effekten av somatostatin verkar artspecifik och känslig för anestesi, vilket tidigare visats (17). När råttor infunderades intraduodenalt med SS-14 i doser från 12 till 96 µg kg-1 h-1 påverkades inte den basala totala volym- och proteinutsöndringen; dessa resultat kan tyda på att luminal duodenal somatostatin inte påverkar den basala pankreasutsöndringen direkt eller genom basal frisättning av CCK och sekretin (126). I motsats till råttan hämmade iv-infusion av SS-28 vid 400 ng kg-1 h-1 helt den basala vätske- och proteinsekretionen hos den medvetna hunden (147). Även hos hundar preparerade med mag- och bukspottkörtelfistlar hämmade somatostatin-14 vid 2,5 µg kg-1 h-1 den basala volym- och proteinutsöndringen med mer än 90 % (146).
Hos människor dämpades den pankreatiska stimuleringen genom intraduodenal administrering av tryptofan eller en blandning av aminosyror av exogent SS-28 (58). I andra studier på människa hämmade oktreotid den postprandiella pankreatiska enzymutsöndringen (81). Hos hund orsakade SS-14 som gavs som iv bolus med 3,5 µg kg-1 följt av infusion med 3,5 µg kg-1 h-1 signifikanta minskningar av de duodenala aktiviteterna av trypsin och amylas under en stimulering av en testmåltid (70). Hos råtta hämmade oktreotid signifikant pankreasvolym, bikarbonat, amylas och serumnivåer av sekretin och CCK som svar på intraduodenal oljesyra, en CCK-frisättare (137).
I friska frivilliga (30) erhölls ren bukspottkörteljuice genom endoskopisk kanylering av bukspottkörtelns huvudgång. Som svar på syntetiskt sekretin (0,06 CU kg-1 h-1) nådde bikarbonatkoncentrationen i bukspottkörteljuice nivåer på 117 µEq ml-1 efter 10 minuter och ett juiceflöde på 7,3 ml/5 min efter 15 minuters sekretininfusion. SS-14 ledde till en minskning av pankreasflödet med 47 % efter 10 minuter och med 67 % efter 15 minuter. Bikarbonat- och proteinkoncentrationerna i pankreasjuice visade endast en tendens till minskning vid somatostatindosen 5 µg kg-1 h-1. Även hos människor inhiberades pankreasenzymutsöndring, men inte bikarbonatutsöndring, som stimulerades av secretin (250 ng kg-1/20 min) och caerulein (25 ng kg-1/20 min) av SMS 201-995 på ett dosoberoende sätt (73). Hos medvetna hundar (147) påverkades sekretionen av vätska och bikarbonat som stimulerades av sekretin (1 CU kg-1 h-1) något av större doser av SS-28 (400 ng kg-1 h-1). Vid samma dos hämmades proteinutsöndringen stimulerad av caerulein signifikant. Hos bedövade råttor orsakade linjärt somatostatin-14 som gavs med 100 µg/100 g-1 h-1 en stark hämning av pankreasamylas- och trypsinfrisättning som stimulerades av 3 IVY-hundenheter/100 g-1 h-1 CCK med en snabb återhämtning av dessa sekret när somatostatininfusionen avslutades (39). Hos medvetna råttor med omledning av pankreasjuice (51) som orsakade kraftiga ökningar av protein- och vätskeutsöndring, inhiberade alla fem doser av infunderat oktreotid (5,20,80,320 och 1280 ng kg-1 h-1) signifikant både protein- och vätskeutsöndring med IC50 på 40 respektive 60 ng kg-1 h-1. Maximal protein- och vätskehämning nådde 90 % respektive 75 % vid dosen 1,28 µg kg-1 h-1. SS-14 hade jämfört med sin analog oktreotid en IC50 på 0,7 µg kg-1 h-1 för proteinsekretion och 1,2 µg kg-1 h-1 för vätskesekretion, med en maximal hämmande effekt som erhölls vid 25 µg kg-1 h-1 för både protein- och vätskesekretion. Dessa data tyder på att oktreotid är 20 gånger mer potent än SS-14 när det gäller att hämma pankreatisk protein- och volymsekretion som stimuleras av pankreasjuiceavledning.
In vitro-studier
Pankreatisk enzym- och vätskesekretion in vivo är summan av ett flertal komplexa fysiologiska processer som innefattar samspel mellan endokrina och parakrina hormoner samt stimulering och frisättning av neurotransmittorer. På grund av dessa många interaktioner är det ofta svårt att bedöma om en substans som hämmar bukspottkörtelsekretionen in vivo påverkar acinar- och duktalcellsfunktioner direkt eller ändrar frisättningen av sekretagoger. Därför kan den isolerade perfunderade bukspottkörteln, de isolerade acinära och duktala cellpreparaten och cellkulturer av båda celltyperna ge svar på en del av dessa frågor.
Råttans pankreatiska acinära celler besitter receptorer som är specifika för somatostatin-14 och 28 (124,166) och som förblir närvarande efter cellpreparaten (40). Det har också rapporterats att i den isolerade perfunderade hundpankreas kan körteln ta upp till 50-80 % av det perfunderade somatostatinet i ett koncentrationsintervall på 20 till 4 000 pg ml-1 jämfört med mindre än 21 % av insulin eller glukagon (71). Denna observation bekräftades senare med en extraktion av SS-14 från in situ-hundens bukspottkörtel på i genomsnitt mer än 50 % jämfört med mindre än 17 % för glukagon (152). Alla dessa observationer låter oss tro att somatostatin borde kunna hämma direkt neuralt eller hormonellt stimulerad pankreasenzymutsöndring in vitro med hjälp av de ovan nämnda cellpreparaten.
Trots många studier är den hämmande effekten av SS-14 och SS-28 på stimulerad enzymutsöndring från isolerade bukspottkörtelns acini fortfarande kontroversiell. För att förstå en del av dessa motsatta resultat kan det hjälpa att göra en distinktion mellan effekten av SS på stimulering där agonisten, t.ex. VIP, verkar genom cAMP, där SS hämmar och agonister, t.ex. CCK, där vissa forskare observerat en hämmande effekt och andra inte. I perfunderade acini från marsvin minskades den kinetiska profilen för amylasfrisättning som svar på VIP signifikant av SS (100 nM) (140). Å andra sidan hämmade oktreotid (100 nM) signifikant den synergistiska amylasfrisättningen som stimulerades av sekretin + CCK-8 eller av VIP + CCK-8 (65). Somatostatin hämmade också effekten av cAMP på kalciuminducerad amylasutsöndring från pankreasacini från råttor genom att förskjuta dosresponskurvan till höger (99), vilket är ett annat exempel på att SS verkar via cAMP-vägen.
Många andra studier visar dock tydligt att somatostatin inte har några hämmande effekter på den exokrina bukspottkörteln in vitro, vare sig det gäller den isolerade perfunderade bukspottkörteln, de isolerade acini eller de isolerade lobulära preparaten där CCK var stimulus (65,96,99,139,158). I isolerad bukspottkörtel från råtta (43) förstärkte exogent insulin (10 mU ml-1) signifikant CCK- och karbacholstimulerad amylassekretion, en förstärkning som inhiberades signifikant av SS. Avsaknaden av en direkt hämmande effekt av SS observerades också i isolerade parietalceller från hund (106). SS vid 1 µM misslyckades faktiskt med att hämma det gastriska sekretoriska svaret på histamin, metakolin och pentagastrin, vilket stöder några av de ovan nämnda uppgifterna. Intressant nog kunde SS-28 vid den höga koncentrationen 10 µM stimulera amylasfrisättning från pankreasacini från marsvin till cirka 68 % av den som stimulerades av 100 pM caerulein. Ett maximalt sekretoriskt svar som var identiskt med det som initierades av caerulein erhölls också av två SS-28-analoger, Nat S1-28 och SS28. Under dessa förhållanden hade SS-14 ingen stimulerande effekt (33). Som förklaring till denna sekretoriska effekt av SS-28 på acini föreslogs att SS-28 kan interagera med CCK-receptorn vid höga koncentrationer (34), en effekt som hämmas av DBcGMP, en CCK-receptorantagonist (105). Å andra sidan kan SS-14:s oförmåga att hämma stimulerad enzymutsöndring från isolerade acini bero på att ett aktivt proteas, som först observerades i den utsöndrade bukspottkörtelsaften och som kan bryta ned SS-14, släpps ut i inkubationsmediet (127). Detta serinproteas renades till homogenitet från ren pankreasjuice från råttor. Med en MW på cirka 29 kDa motsvarar det elastas II från råttans bukspottkörtel. Om det utsöndras i inkubationsmediet skulle det därför bryta ned SS-14 och förhindra alla dess hämmande effekter och därmed delvis förklara varför SS-14 inte kunde visa sina hämmande effekter på enzymfrisättning in vitro (151). Det kan också påverka det sekretoriska svaret på SS-28 vid lägre koncentrationer i inkubationsmediet. En annan möjlighet skulle kunna vara att cellkalciummobiliserande medel minskar affiniteten hos acinarcellernas somatostatinreceptorer för somatostatin (33).
Effekter på tillväxt
Normal tillväxt hos en organism resulterar i en komplex balans mellan de inblandade hormonerna, såsom tillväxthormon, insulin och sköldkörtelhormoner. Eftersom somatostatin kan hämma frisättningen av många hormoner bör dess neutralisering stimulera deras sekretion och därmed öka tillväxten. Detta tillvägagångssätt med autoimmunisering mot somatostatin för att stimulera tillväxten har testats på lamm. När betydande antikroppstitrar uppnåddes var viktökningen större hos SS-immuniserade djur och åtföljdes av ökad längd. Hos dessa immuniserade lamm fanns det ett större tillväxthormonsvar på argininstimulering samt basalt högre blodnivåer av somatomedin (143). Dessa uppgifter bekräftades senare även hos denna djurart (75). När somatostatin gavs till råttor som var implanterade subkutant med en Alzet-minipump hade somatostatin som gavs med 1,5 µg h-1 under 14 dagar ingen effekt på deras viktökning. Infusion av en somatostatinantagonist ledde dock till en signifikant ökning av viktökningen jämfört med kontrollen (144).
I råttan hade daglig injektion av somatostatin-14 på 390 µg kg-1 dag-1 i gelatin i tre veckor ingen effekt på kroppsvikten, men sänkte den parietala och peptiska celltätheten per kubikmillimeter jämfört med kontroller. Det antagoniserade dock den tillväxtfrämjande effekten av exogen (130 µg kg-1 dag-1) och endogen gastrinfrisättning efter transposition av antrum på kolon, vilket orsakade hypergastrinemi. Hos dessa antrum-translokerade djur reducerades den ökade pankreasvikten signifikant med somatostatin (400 µg kg-1 dag-1) i tre veckor (80). Under en 5-dagarsperiod orsakade somatostatin-14 s.c. i gelatin i doser på 11, 33 eller 100 µg kg-1 var 8:e timme signifikanta minskningar av amylas-, chymotrypsin- och proteinkoncentrationer i bukspottkörteln och total DNA-innehållet endast vid de två högsta doserna, utan att det hade någon effekt på den totala pankreatiska vikten. Hastigheten av protein-, RNA- och DNA-syntesen minskade dock signifikant omedelbart efter varje somatostatininjektion under 24 timmar (92). Somatostatin-14, som också gavs s.c. i gelatin i en dos på 600 µg kg-1, tre gånger om dagen i 2 och 4 dagar, minskade signifikant de trofiska effekterna av caerulein (1 µg kg-1, tre gånger om dagen) med en stark effekt på det totala DNA-innehållet. Intressant nog ökade immunoneutralisering mot SS-14 signifikant alla studerade tillväxtparametrar över de som observerades som svar på caerulein (93). Liknande hämmande effekter observerades vid långvarig administrering av långverkande somatostatin, SMS 201-995 (54). Avledning av bukspottkörteljuice hos råtta orsakar betydande frisättningar av endogent CCK vilket resulterar i ökad tillväxt i bukspottkörteln (89). Med hjälp av detta förfarande för omledning av galla-pankreasjuice ledde en sådan teknik som tillämpades 8 h dag-1 i 4 dagar till betydande ökningar av pankreasvikten och CCK i serum. Båda effekterna reducerades signifikant av SMS 201-995 som gavs som infusion i en dos av 5 µg kg-1 h-1 och av L-364,718, en CCK-1-receptorantagonist, som gavs i en dos av 0,5 mg kg-1 h-1. Under dessa förhållanden var både SMS och L-364,718 likvärdiga när det gällde att minska tillväxten i bukspottkörteln, medan SMS var den enda antagonisten som kunde reducera endogent CCK som frigjordes genom omledning av pankreas och galla till en basal nivå (119). Dessa data tyder på att somatostatin och analoger kan minska pankreastillväxten som stimuleras av exogent och endogent frigjort CCK. Slutligen observerades att somatostatin (SMS) som gavs som infusion med 5 µg kg-1 h-1 i två dagar helt kunde förhindra 70 % kaseininducerade ökningar av pankreasvikt och totalt RNA- och DNA-innehåll (94). Detta är ytterligare ett bevis för att somatostatin kan kontrollera den inducerade pankreastillväxten som stimuleras av endogent CCK som frigörs av en proteinrik kost (50). SMS 201-995, som gavs ensamt som iv-infusion i 7 dagar i en dos på 5 µg kg-1 h-1, orsakade signifikanta minskningar av pankreas- och tarmvikten tillsammans med minskningar av totalt DNA och RNA i båda organen. Plasma CCK och IGF-1 minskade medan det totala IGF-1-innehållet i bukspottkörteln ökade (120). Förutom endogent CCK tyder vissa observationer på en möjlig inblandning av IGF-1 i processen för positiv tillväxtkontroll i tarmen och bukspottkörteln. Denna tillväxtfaktor finns faktiskt i tarmen (28) och bukspottkörteln (56) och specifika receptorer har dokumenterats på celler i dessa organ (76,162); parakrina eller autokrina verkningsmekanismer har postulerats (29). Somatostatin kan verka på kontrollen av dessa två organ genom en hämning av IGF-1-frisättning som åtföljs av en liknande effekt på tarmens CCK.
Effekter av somatostatin på bukspottkörteltumörer
Somatostatin har karakteriserats som ”den universella avstängningsknappen” eftersom det hämmar de flesta av de organ- och cellfunktioner som det har associerats med. En roll för somatostatin och dess analoger vid behandling av bukspottkörtelcancer har föreslagits eftersom dessa molekyler ursprungligen gav en positiv icke-toxisk adjuvant terapi.
I den gyllene syriska hamstern som implanterats subkutant med WD-duktala pankreasadenokarcinomceller minskade en 21-dagars kronisk behandling med somatostatinanalogen (L-5-Br-Trp8)SS i en dos av 20 µg b.i.d. tumörvikt med 44 % och tumörvolym med 22 % (114). Somatostatin och dess analog RC-160 har också visat sig hämma preneoplastiska förändringar och minska förekomsten av tumörer hos hamstrar som exponerats för pankreascarcinogenen BOP; dessa behandlingar orsakade en ökning av antalet apoptotiska tumörceller (150). I en annan studie ökade antalet somatostatinreceptorer på tumörcellerna efter behandling med RC-160 (35). Tillväxten av MIAPaCa-2-celler som implanterats s.c. i nakna möss hämmades dosberoende av två dagliga injektioner av oktreotid på 250 och 2500 µg kg-1 (160). Med hjälp av en annan form av läkemedelstillförsel, mikrokapslar, hämmar RC-160 som levereras med 1250 µg kg-1 d-1 signifikant tillväxten av MIAPaCa-2-tumörer i nakenmöss (110). Om somatostatin eller dess analoger inte lyckas hämma tumörtillväxten kan det bero på avsaknad av SS-receptor, vilket visades i de humana bukspottkörtelcancercellerna PGER som är oemottagliga för SMS 201-995 (141). I MIAPaCa-2- och PANC-1-celler som odlas i DMEM innehållande 10 % fetalt kalvserum hämmade 1 µM SS-14 och SMS 201-995 tillväxten av PANC-1-cellerna med aktivering av tyrosinfosfatasen SHP-1. Tvärtom orsakade SS och dess analoger tillväxt av MIAPaCa-2-cellen och denna tillväxteffekt kan vara ett resultat av avsaknaden av SHP-1 i dessa celler (31). I celler som reagerar på somatostatin har det tidigare visats att SHP-1 sampurifierades med somatostatinreceptorn (167). En liknande tillväxtstimulerande effekt av SMS observerades i BON-celler (humana karcinoidceller från bukspottkörteln) vid doserna 1 nM och 100 nM; denna tillväxteffekt åtföljdes av betydande minskningar av cellernas cAMP-innehåll utan att PI-hydrolysen påverkades (66).
De flesta kliniska prövningar av somatostatinanaloger vid adjuvant behandling av bukspottkörtelcancer har inte visat på ett svar. Ingen antitumoreffekt observerades hos 14 patienter med metastaserad bukspottkörtelcancer med tre dagliga s.c. injektioner av 100-200 µg SMS under 7 veckor (72). I en annan studie fick nitton patienter med avancerad exokrin bukspottkörtelcancer somatostatinanalog BIM23014 från 250 µg till 1 mg dag-1 i 2 månader. I denna grupp hade en patient ett partiellt svar, sex hade stabila sjukdomar och elva hade progressiv sjukdom (20). Utifrån studier som utförts på olika cancerceller i bukspottkörteln och de olika svar som erhållits på deras tillväxt verkar det som om en nyckel till framgång i den kritiska kampen mot bukspottkörtelcancer är uttrycket av specifika somatostatinreceptorer och användning av den specifika analogen (37). Egenskaperna hos de fem klonade subtyperna av humana somatostatinreceptorer och de etablerade, sannolika och oetablerade indikationerna för användning av somatostatinanaloger har sammanfattats i referens 77.
Klinisk användning av somatostatin
Kliniskt sett har oktreotid använts vid behandling av akut pankreatit, men ingen enhällig nytta har bekräftats. I en studie (111) gavs somatostatin i en initial bolusdos på 250 µg följt av 250 µg h-1 som en kontinuerlig infusion; behandlingen hos 9 av 12 patienter med akut pankreatit vände amylasemi och medförde klinisk förbättring men visade inte på någon minskning av dödligheten. Somatostatin förblir dock en effektiv behandling av etablerade lokala komplikationer vid akut pankreatit, såsom pankreasfistlar och pseudocystor (112). I en studie behandlades patienter med metastatiska endokrina tumörer i bukspottkörteln inledningsvis med 50 µg s.c. oktreotid var 12:e timme och senare (6-16 månader) ökades dosen till 500 µg var 8:e timme. Vissa patienter svarade inte på behandlingen medan den var effektiv hos andra; symtomen förbättrades men återkom så småningom och alla patienter avled när resistensfasen av deras sjukdom hade nåtts (163). Dessa data tyder på att somatostatin inte är den ideala behandlingen för pankreatit men kan vara användbart för att behandla lokala komplikationer av sjukdomen. SMS har dock visat sig vara mycket effektivt när det gäller att eliminera pankreatisk diarré och möjliggöra korrigering av dehydrering och acidos. Dess effekt resulterade i en markant minskning av plasmakoncentrationerna av VIP (84).
3. Verktyg för studier av somatostatin
a) Peptid
Somatostatin-14 och -28 är kommersiellt tillgängliga. Den viktigaste agonisten som används in vivo är oktreotid (SMS 201-995) och de andra är: RC-160, BIM-23014, BIM-23056, BIM-23027 och L-362,855. Bland BIM-serien fungerar BIM-23056 som agonist på SST-3-receptorn samt som antagonist på SST-5-receptorn (161). De kemiska strukturerna för dessa molekyler presenteras i tabell 1.
b) Antikroppar och analyser
Antikroppar mot somatostatin -14, -28, SMS 201-995 och RC-160 har utvecklats i många laboratorier. Som exempel kan nämnas att Guillemin har genomfört en RIA med hjälp av ett fårantiserum BARBAR-78. Detta antiserum har tagits fram mot syntetiskt SS-14 och korsreagerar med syntetiskt SS-28 från får i ekvimolärt förhållande (15). Ett specifikt antiserum mot SS-28 har också utvecklats (67) och RIA för SMS 201-995 (5) och RC-160 (83) har också upprättats.
c) Experimentella modeller
De flesta av de fysiologiska studier som utförts på människor har gjorts på manliga och kvinnliga friska frivilliga (30). Bland försöksdjuren utfördes studierna mestadels på medvetna hundar med mag- och bukspottkörtelfistlar (146,147), på medvetna råttor med galla- och bukspottkörtelsaft omledd (25,127) och på bedövade råttor (39). För kronisk effekt av somatostatin på bukspottkörteln behandlades råttor dagligen med s.c. injektioner av somatostatin (92). In vitro-studier utfördes vanligen med nypreparerade pankreasacini, isolerade lobuli eller isolerad perfunderad pankreas från råtta, mus eller marsvin (65, 96,139,158). I tabell 2 presenteras några uppgifter om använda djurarter, givna doser eller koncentrationer av somatostatin och analoger samt effekter.