Insulina e Análogos: Glargina, Degludeca, Lispro, Aspart — Estrutura Peptídica A-B, Sinalização IR/IRS e Resistência Insulínica Molecular

Insulina: Estrutura e Síntese

A Molécula de Insulina

Insulina humana:

• Peso molecular: 5808 Da
• Estrutura: duas cadeias peptídicas unidas por pontes dissulfeto

- Cadeia A: 21 aminoácidos (contém αA-helix e βA-sheet) - Cadeia B: 30 aminoácidos (contém βB-helix central — B9-B19)

• Pontes dissulfeto: A7-B7, A20-B19 (inter-cadeia) + A6-A11 (intra-cadeia A)
• Formas de oligomerização: monômero, dímero, hexâmero (com Zn²⁺) → insulina em depósito (estoque β-célula) = hexâmero

Síntese:

1. Pré-pró-insulina: sinal peptídeo + B + C-peptídeo + A
2. Pré-pró → pró-insulina (retículo endoplasmático): clivagem do sinal
3. Pró-insulina → insulina + C-peptídeo (trans-Golgi): pró-proteases convertases (PC1/PC3 e PC2) clivam nas junções KB e CA
4. Armazenamento: grânulos secretores (hexâmero + Zn²⁺) → exocitose por estímulo de glicose

C-peptídeo:

• 31 aminoácidos; secretado em proporção equimolar com insulina
• Meia-vida mais longa que insulina (30 vs. 4 min) → medição de produção endógena
• C-peptídeo indetectável: DM1 estabelecido; C-peptídeo detectável: DM2 ou LADA com reserva
• Efeitos próprios do C-peptídeo: vasodilatação, nefroproteção (estudos pré-clínicos)

Receptor de Insulina (IR)

Receptor de Insulina (INSR):

• Receptor tirosina quinase (RTK) de classe II
• Tetramêrico: 2α + 2β subunidades, unidas por pontes dissulfeto (α₂β₂)
• Subunidades α: extracelulares → sítios de ligação de insulina
• Subunidades β: transmembrana + domínio tirosina quinase intracelular
• Isoformas: IR-A (+ exon 11) e IR-B (- exon 11); IR-A: maior afinidade por IGF-1 e pró-insulina; IR-B: tecido sensível à insulina (fígado, músculo, gordura)

Ativação do IR:

1. Insulina liga domínio α (site 1 e 2 de ligação)
2. Mudança conformacional: β-subunidades se aproximam
3. Trans-autofosforilação: Tyr1158, Tyr1162, Tyr1163 no loop de ativação da quinase β → quinase ativa
4. Fosforilação de substratos: IRS-1/2, Shc, Grb10, SH2B → cascatas downstream

Cascata de Sinalização IR/IRS

Via PI3K/Akt/mTOR (Metabólica)

IRS-1 e IRS-2 (Insulin Receptor Substrates):

• IRS-1: expresso em músculo esquelético + fígado + gordura; principal mediador da captação de glicose
• IRS-2: fígado + células β (sobrevida)
• Fosforilação em Tyr (ativadora) → liga SH2 de p85 (subunidade regulatória de PI3K)

PI3K (Phosphoinositide 3-Kinase):

• PI3K (p85+p110): fosforila PIP2 → PIP3
• PIP3: recruta PDK1 (Phosphoinositide-Dependent Kinase 1) + Akt

Akt (PKB — Protein Kinase B):

• PDK1 fosforila Akt em Thr308; mTORC2 fosforila Akt em Ser473 → Akt completamente ativo
• Akt substrato: múltiplos

1. GLUT4 (transportador de glicose): Akt → fosforila AS160 (Rab-GAP) → Rab10 ativo → vesículas com GLUT4 se fundem à membrana plasmática → GLUT4 na superfície → captação de glicose 2. GSK-3β: Akt fosforila GSK-3β em Ser9 → inativa GSK-3β → menos fosforilação de glicogênio sintase → mais síntese de glicogênio 3. FOXO1: Akt fosforila FOXO1 → nuclear export → menos gluconeogênese hepática (PEPCK, G6Pase) 4. mTORC1: Akt ativa mTORC1 (via TSC1/2 e RHEB) → mais síntese proteica + mais lipogênese

Via MAPK/ERK (Mitogênica)

Via alternativa:

• IR → IRS → Shc → Grb2 → SOS → Ras → Raf → MEK → ERK1/2
• Efeitos: proliferação celular, sobrevida, diferenciação
• Relevante em câncer: tumores com IR superexpresso → proliferação via ERK
• Análogos de insulina com maior afinidade por IR-A (ex: glargina) → teórica preocupação com mitogênese (resolvida em dados clínicos)

Resistência Insulínica: Mecanismo Molecular

Serina-Fosforilação de IRS-1: O Bloqueio Central

Resistência insulínica:

• Condição onde doses normais de insulina produzem resposta subótima → compensação com mais insulina → hiperinsulinemia
• Mecanismo molecular central: fosforilação de IRS-1 em Ser307 (humano) → IRS-1 não consegue recrutar PI3K → menos PI3K/Akt → menos GLUT4 → menos captação de glicose

Quinases que fosforilam Ser307 em IRS-1:

1. JNK (c-Jun N-terminal Kinase): ativado por ácidos graxos saturados + TNF-α + ER stress → IRS-1 Ser307
2. IKKβ (IκB Kinase β): ativado por TNF-α + AGL + LPS → IRS-1 Ser307 + ativa NF-κB
3. PKC-θ (PKC-theta): ativado por DAG (lipídeos intracelulares em músculo) → IRS-1 Ser307
4. mTORC1 (via S6K1): feedback negativo fisiológico (hiperinsulinemia crônica → mTOR → S6K1 → Ser307 → resistência)

Inflamação e resistência insulínica:

• Adipócito obeso: hipóxia + excesso de AGL → macrófagos M1 inflamatórios → TNF-α + IL-6
• TNF-α → TNF-R1 → JNK + IKKβ → Ser307-IRS-1 → resistência insulínica
• Modelo: resistência insulínica como inflamação crônica subclínica (low-grade inflammation)

Lipotoxicidade:

• Ácidos graxos saturados (palmitato C16:0): ativam TLR4 → NFkB + JNK → IRS-1 Ser307
• Ceramida: formada por palmitato + serina → ativa PP2A → desfosforila Akt → bloqueia via PI3K
• Diacilglicerol (DAG) intramiocelular: ativa PKC-θ no músculo → IRS-1 Ser307

Análogos de Insulina

Ação Ultrarrápida

Problema da insulina humana regular:

• Insulina solúvel humana forma hexâmeros no tecido SC → lenta dissociação em monômeros → absorção lenta (2–3 h)
• Refeição requer insulina disponível em 10–20 min → insulina regular não imita o pico fisiológico

Modificações para ação ultrarrápida:

• Objetivo: romper autoassociação hexamérica → absorção mais rápida

Lispro (Humalog — Eli Lilly, 1996 — primeiro análogo aprovado):

• Inversão B28-B29: Pro-Lys → Lys-Pro
• ProB28KP → KP: menos hexâmero (Pro-B28 estabiliza hexâmero; troca por Lys destabiliza)
• Onset: 10–15 min; pico: 1–2 h; duração: 3–5 h

Aspart (NovoRapid — Novo Nordisk, 1999):

• Substituição B28: Pro → Asp (aspartato negativamente carregado → repulsão cargas → menos hexâmero)
• Perfil similar ao lispro

Glulisina (Apidra — Sanofi, 2004):

• B3: Asn → Lys; B29: Lys → Glu
• Sem zinco → monômero mais estável

Ultrarrápidos de nova geração:

• Faster aspart (Fiasp): aspart + niacinamida + L-arginina → absorção SC 2× mais rápida (aprovado FDA 2017/ANVISA)
• Lispro ultra-rápido (Lyumjev): lispro + citrato + treprostinil → onset < 15 min

Ação Prolongada

Problema da NPH (protamina-zinco):

• NPH: pico em 4–12 h + duração 18–24 h → hipoglicemia noturna + variabilidade

Glargina U-100 (Lantus — Sanofi, 2000):

• Modificações: A21: Asn → Gly; B-chain: +2 Arg (B31Arg + B32Arg)
• Ponto isoelétrico deslocado para pH 6,7 → precipita no SC (pH 7,4) → microcristais → absorção lenta
• Pico: flat (peakless); duração: ~24 h

Glargina U-300 (Toujeo — Sanofi, 2015):

• Mesma molécula que U-100 mas 3× concentração → menor volume SC → menor área de difusão → mais plana e duração ~36 h
• Menos hipoglicemia noturna vs. U-100 (EDITION trials)

Detemir (Levemir — Novo Nordisk, 2004):

• B29: Lys+C14 ácido mirístico (ligação covalente de lipídeo)
• Liga albumina via lipídeo → retarda absorção + prolonga ação (albumina como depot)
• Duração: 16–24 h; peakless mas não tão flat quanto glargina

Degludeca (Tresiba — Novo Nordisk, 2012):

• B30: remoção de Thr; B29: Lys + C16:diacid (ácido graxo C18 + glutamato via linker)
• Forma multihexâmeros no SC → cadeia de hexâmeros → dissolução muito lenta
• Duração: > 42 h (podendo cobrir 48–72 h)
• Flexibilidade de horário: pode ser aplicado qualquer hora do dia sem perda de eficácia
• Menor hipoglicemia vs. glargina U-100 (DEVOTE trial: 40% menos hipoglicemia grave)

Referências

1. Sanger F, Thompson EOP. "The amino-acid sequence in the glycyl chain of insulin." *Biochem J*. 1953;53(3):353-74. DOI: 10.1042/bj0530353

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1. White MF. "IRS proteins and the common path to diabetes." *Am J Physiol Endocrinol Metab*. 2002;283(3):E413-22. DOI: 10.1152/ajpendo.00514.2001

1. Hotamisligil GS, et al. "IRS-1-mediated inhibition of insulin receptor tyrosine kinase activity in TNF-alpha- and obesity-induced insulin resistance." *Science*. 1996;271(5249):665-8. DOI: 10.1126/science.271.5249.665

1. Heise T, et al. "Faster-acting insulin aspart: earlier onset of appearance and greater early pharmacokinetic and pharmacodynamic effects than insulin aspart." *Diabetes Obes Metab*. 2015;17(7):682-8. DOI: 10.1111/dom.12468

1. Marso SP, et al. "Efficacy and Safety of Degludec versus Glargine in Type 2 Diabetes (DEVOTE)." *N Engl J Med*. 2017;377(8):723-32. DOI: 10.1056/NEJMoa1615692

1. Bajaj M, DeFronzo RA. "Metabolic and molecular basis of insulin resistance." *J Nucl Cardiol*. 2003;10(3):311-23. DOI: 10.1016/S1071-3581(03)00520-8

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