CC BY
39
ОБЗОРЫ ЛИТЕРАТУРЫ
Десятилетие исследований панкреатических островков:
вклад в понимание и лечение сахарного диабета типа 2
А.С. Аметов
ГБОУ ДПО «Российская медицинская академия последипломного образования», Москва
При сахарном диабете (СД) как типа 1 (аутоиммунном), так и типа 2 (связанном с ожирением) гипергликемия натощак возникает в том случае, когда панкреатические р-клетки уже не способны секретировать достаточное количество инсулина для компенсации резистентности периферических тканей к инсулину.Секреция инсулина поджелудочной железой может снижаться в результате разрушения р-клеток (как при СД 1), дисфункции р-клеток либо сочетания этих нарушений (как при классиче-
инсулин, р-клетки, терапия
Ключевые слова:
ском СД 2). За последние годы разработано сахарный диабет, множество экспериментальных и терапевтиче- гипергликемия, ских стратегий с целью улучшения понимания и лечения диабета. Новейшие стратегии основываются на стимуляции пролиферации Р-клеток и/или предотвращении их гибели, вмешательстве на уровне генетических или гуморальных факторов, участвующих в созревании и функционировании р-клеток, а также запуске механизмов, регулирующих процесс экзоцитоза инсулина.
Ф
Decade of pancreatic islet researches: contribution to understanding and treatment of diabetes mellitus type 2
A.5. Ametov Russian Medical Academy of Postgraduate Education, Moscow
In both type I (autoimmune) and type II (obesity-associated) diabetes, overt diabetes with fasting hyperglycemia does not occur until the pancreatic cells are unable to secrete a sufficient amount of insulin to compensate for peripheral insulin resistance. This can result from pure cell loss, as in type I diabetes, pure cell dysfunction, as with some monogenic disorders affecting the cell, or both cell secretory dysfunction and cell loss, as in classic
type II diabetes. Over several years, many technical and clinical strategies have been developed in order to better understand and treat diabetes. The most recent strategies are aimed at stimulation of cell proliferation and/or inhibition of cell susceptibility to death, manipulation of genetic or humoral factors involved in cell development and function, and triggering of the mechanisms involved in the regulation of the insulin exocytosis process.
Key words:
diabetes,
hyperglycemia,
insulin,
pancreatic cells, therapy
endocrinología 2 2Ui3.inaa 55 W 21.U2.2U13 13:30:2У
$
Исполнилось 12 лет со дня создания Международной группы по изучению секреции инсулина. Этому событию был посвящен специальный симпозиум, на котором выдающиеся международные эксперты в области диабета представили самые последние результаты исследований по данной проблеме. Доклады были сгруппированы по четырем ключевым темам:
I. Регуляция и поддержание массы р-клеток.
II. Регуляция и выработка инсулина.
III. Факторы, лежащие в основе дисфункции р-клеток при СД 2.
IV. Новые инструменты в исследованиях и их клиническое значение.
ВСТУПЛЕНИЕ:
ДИЛЕММА МЕЖДУ р-КЛЕТКОЙ И ЦИВИЛИЗОВАННЫМ МИРОМ
На открытии симпозиума Эрол Церази (Иерусалим,
Израиль), основатель группы IGIS, прочитал лекцию, в которой описал дилемму р-клетки в процессе естественного течения СД 2. Классическая модель, согласно которой резистентность к инсулину является триггером развития СД, больше не является адекватной - сейчас патогенез СД считается гораздо более сложным. Хотя резистентность к инсулину - одно из ключевых патофизиологических нарушений, само по себе это состояние не способно привести к развитию СД - необходимо наличие выраженной дисфункции р-клеток. Это связано с тем, что в норме р-клетки способны увеличивать секреторную активность с целью адаптации к возросшим потребностям в инсулине, в том числе вследствие резистентности к этому гормону. Важную роль в этой адаптации играет белковый комплекс, получивший название «мишень рапамицина у млекопитающих» (mammalian Target Of Rapamycin -mTOR). Исследовательская группа Эрола Церази продемонстрировала в экспериментах in vitro и на моделях у грызунов, что при определенных состояниях метаболического стресса комплекс mTOR может оказывать как защитное, так и повреждающее действие на р-клетки, таким образом влияя на адаптацию/дисфункцию р-клеток и последующее развитие СД 2.
I. РЕГУЛЯЦИЯ И ПОДДЕРЖАНИЕ МАССЫ р-КЛЕТОК
В центре внимания двойственная роль комплекса mTOR
«Мишень рапамицина у млекопитающих» (mTOR) - это серин-треониновая протеинкиназа, которая функционирует как сенсор уровня питательных веществ и энергии в клетке. В условиях глюкозо- и липотоксичности избыточная активация рапамицинчувствительного комплек-са-1 (mTORCl) приводит к стрессу эндоплазматического ретикулума (ЭР), дисфункции и апоптозу р-клетки. Ингибитор mTORCl рапамицин вызывает обратное развитие этого фенотипа стресса ЭР [1]. Однако длительное лечение животных с диабетом ингибиторами mTORCl приво-
дит к ускорению апоптоза р-клеток и прогрессированию гипергликемии, в связи с чем подавление mTORCl вряд ли станет терапевтическим подходом при СД 2. Кроме того, ингибирование mTOR на модели ожирения у крыс Psammomys obesus с СД 2, индуцированным диетой, драматически ухудшало метаболический синдром вследствие развития дисфункции и активации апоптоза р-клеток. Это наблюдение свидетельствует о том, что активация mTOR -необходимая реакция в процессе адаптации р-клеток к глюкозо- и липотоксичности путем увеличения клеточной массы [2]. Таким образом, mTOR оказывает дифференцированное действие на панкреатические р-клетки в зависимости от наличия метаболического стресса. С одной стороны, mTOR необходим для адаптивного увеличения функции р-клеток и их пролиферации, которые опосредуются стимуляцией белкового синтеза, с другой -он может увеличивать стресс ЭР и апоптоз р-клеток, например, в ответ на поступление жирных кислот (ЖК). Рапамицин (сиролимус) широко используется в качестве иммунодепрессанта при трансплантациях цельных органов, в том числе панкреатических островков, а также в качестве антипролиферативного средства при лечении рака. Недавно проведенные исследования показали, что рапамицин нарушает приживание островков и функцию Р-клеток после трансплантации островков.
Хорхе Феррер (Барселона, Испания), глава исследовательской группы при Институте биомедицинских исследований им. Августа Пи Суньера, в своей лекции рассказал о роли факторов транскрипции генов в регуляции обновления р-клеток. Эта тема привлекает значительный клинический интерес, поскольку основные факторы транскрипции, в частности представители семейства ядерных факторов гепатоцитов (Hepatocyte Nuclear Factor - HNF), занимают центральное место в современной концепции нарушения секреции инсулина в патогенезе СД. Например, генные мутации ряда факторов транскрипции обусловливают возникновение некоторых подтипов диабета взрослого типа у молодых (MODY), которые характеризуются тяжелым нарушением секреции инсулина.
После рассмотрения механизмов адаптации р-клеток к состоянию резистентности к инсулину и умеренной/тяжелой гипергликемии Рохит Кулкарни (Бостон, США) обсудил значение гуморальных факторов в процессах роста и обновления р-клеток. Основными гуморальными факторами, регулирующими эти процессы, являются инсулин и глюкоза. Исследования на мышах с нокаутными генами позволили глубже понять зависимость между клеточными сигнальными путями инсулина и глюкозы и патофизиологией СД. У мышей с нокаутом гена печеночно-специфического рецептора инсулина (liver-specific insulin receptor knockout - LIRKO) наблюдается развитие резистентности к инсулину в сочетании с увеличением размеров р-клеток и повышением синтеза инсулина. У этих мышей не развивается СД, что свидетельствует о том, что увеличения массы р-клеток и выработки инсулина достаточно для компенсации резистентности к инсулину. Однако у мышей с нокаутом генов и инактивацией рецепторов инсулина как в печени, так и на р-клетках (LIRKO/
52
ЭНДОКРИНОЛОГИЯ: новости, мнения, обучение №1 2013
Репликация предсуществующих р-клеток
Дифференцировка стволовых/прогениторных клеток в эпителии протоков
Дифференцировка стволовых/прогениторных клеток (происходящих не из островков, эпителия протоков или ацинарных клеток)
Новые ацинарные клетки
Образование новых островков
Дифференцировка ацинарных клеток в р-клетки
Рис. 1. Новые источники образования панкреатических р-клеток (рисунок адаптирован из работы Bonner-Weir S., Weir G.C. // Nature Biotechnology. - 2005. - Vol. 23, N 7. - P. 857-861.)
piRKO) либо только на р-клетках (piRKO), развивается СД, и они умирают преждевременно. Было также показано, что рост и выживаемость р-клеток зависят от активации рецептора инсулина (IR) и субстрата рецептора инсулина (IRS). В совокупности эти наблюдения указывают на то, что сигнальный путь инсулина играет критическую роль в обеспечении нормального функционирования р-клеток.
Фред Левин (Ла Йолла, США) описал репликацию и неогенез р-клеток как механизмы регенерации массы р-клеток (рис. 1). Оба механизма перспективны в плане их использования в терапии СД с целью замещения р-клеток, несмотря на то что у взрослого человека эти клетки, как оказалось, обладают ограниченным потенциалом к пролиферации. Неогенез р-клеток - важный механизм увеличения массы р-клеток не только в период внутриутробного и неонатального развития, но и в случае повышения потребности в инсулине, например, при ожирении и беременности. Значительный прогресс в изучении факторов, влияющих на превращение стволовых/прогениторных клеток в р-клетки, был достигнут в исследованиях in vitro на островках поджелудочной железы, удаленных у людей с целью трансплантации. В панкреатических островках, протоках и паренхиме были обнаружены прогениторные клетки, обладающие потенциалом к дифференцировке с образованием клеток, синтезирующих инсулин. Больше всего исследований in vivo и in vitro было проведено по неогенезу р-клеток из эпителия протоков. Дифференцировка р-клеток из неэндокринных эпителиальных клеток поджелудочной железы человека также недавно изучалась в исследовании Hao и соавт. [3]. У мышей с иммунодефицитом неэндокринные эпителиальные клетки после совместной трансплантации с фетальными панкреатическими клетками дифференцировались в клетки, способные синтезировать инсулин. И хотя эти наблюдения обнадеживают в плане разработки эффективных методов терапевтической трансплантации Р-клеток, остаются нерешенными множество других про-
блем, таких как потребность в достаточном числе р-клеток и поддержание функциональной массы р-клеток.
II. РЕГУЛЯЦИЯ И ВЫРАБОТКА ИНСУЛИНА
В центре внимания взаимодействие панкреатических р-клеток и эндотелиальных клеток
В эмбриональном периоде р-клетки вначале представляют малочисленную группу изолированных клеток. В ходе дальнейшего развития они объединяются между собой и с другими эндокринными клетками, образуя панкреатические островки. Подобная агрегация очень важна в межклеточном взаимодействии, а также в регуляции секреции инсулина. В то время как глюкоза может самостоятельно стимулировать секрецию инсулина, коммуникация между р-клетками приводит к уменьшению базальной секреции инсулина и увеличению глюкозости-мулированной секреции инсулина. Этот механизм обеспечивает более низкий уровень синтеза инсулина в периоды голодания, но достаточный уровень синтеза этого гормона после приема пищи. Основными компонентами регуляции секреции инсулина с участием коммуникации Р-клеток являются тирозинкиназный рецептор (ЕрИА) и его лиганд эфрин-А, оба из которых коэкспрессируются на мембране р-клетки. У мышей с дефицитом эфрина-А наблюдается повышение базальной секреции инсулина, снижение глюкозостимулированной секреции инсулина, а также нарушение толерантности к глюкозе [4]. Таким образом, активация прямого сигнального пути ЕрИА приводит к подавлению базальной секреции инсулина в периоде голодания, тогда как стимуляция глюкозой ослабляет прямой сигналинг ЕрИА и способствует преимущественно обратному сигналингу эфрин-А, что приводит к повышению секреции инсулина.
Дональд Ф. Штайнер (Чикаго, США) в своем докладе вначале представил обзор структуры белка инсулина
Ф
53
$
и подчеркнул значение дисульфидных связей, соединяющих цепи A и B белка. Обнаружение предшественника инсулина, прогормона проинсулина, полностью изменило представления, основанные на предыдущих моделях биосинтеза инсулина, и позволило лучше понять роль глюкозы в этом процессе. Проинсулин синтезируется в эндоплазматическом ретикулуме и транспортируется в аппарат Гольджи, где упаковывается в секреторные везикулы. В этих везикулах проинсулин расщепляется с образованием С-пептида и биологически активного инсулина, при этом оба вещества секретируются в эквимолярных количествах. Таким образом, С-пептид можно использовать в качестве маркера функционирования панкреатических р-клеток in vivo, в том числе у пациентов с СД 2. Другие исследования у пациентов с семейной гиперинсу-линемией продемонстрировали, что остатки пары оснований (нуклеотидов), соединяющие А и Б цепи в С-пептид, играют незаменимую роль в превращениях проинсулина. У пациентов с неонатальным диабетом исследования также выявили другие ключевые остатки, нарушающие структуру проинсулина и его последующее превращение. Эти наблюдения подчеркивают, что дефекты образования и секреции инсулина - наиболее важные нарушения, наблюдаемые в патофизиологии СД.
В докладе Мишель Солимена (Дрезден, Германия) были представлены недавние достижения в изучении биогенеза секреторных гранул инсулина (СГИ). Новый метод гистологической подготовки материала путем замораживания под высоким давлением (High Pressure Freezing -HPF) повышает точность различения секреторных гранул инсулина и экзоцитоза при электронной микроскопии. В сравнении с ним прежние методы химической фиксации приводили к переоценке размеров СГИ по причине более низкого разрешения: размеры СГИ оказались меньше, чем раньше предполагалось. На основании исследований с применением метода HPF была построена динамическая модель СГИ, позволившая установить, что недавно синтезированные СГИ обладают наибольшей подвижностью. Тем не менее к настоящему времени не обнаружено каких-либо специфических факторов, позволяющих объяснить более высокие уровни подвижности и экзоцитоза недавно синтезированных СГИ по сравнению с другими СГИ.
В продолжение обзора исследований с изучением СГИ, Сусумо Сейно (Кобе, Япония) сфокусировался на клеточных механизмах транслокации и экзоцитоза СГИ. Секреция инсулина регулируется целым рядом комплексных внутриклеточных сигналов, среди которых особенно важную роль в усилении секреции играет циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). Главный стимул секреции инсулина - глюкоза. Однако при низких концентрациях только глюкозы недостаточно для стимуляции секреции инсулина. В таких ситуациях недостаток активации компенсируется повышением уровней желудочно-кишечных гормонов (инкретинов) - глюкагоноподобного пепдида-1 (GLP-1) и глюкозозависимого инсулинотропного пептида (GIP), они оба усиливают выработку инсулина при определенной концентрации глюкозы за счет увеличения синтеза цАМФ в р-клетках.
Жан Клод Хенквин (Брюссель, Бельгия) отметил, что старая консенсусная модель секреции инсулина, по всей видимости, себя исчерпала. Это модель описывает следующую цепь событий: ускорение метаболизма глюкозы, закрытие АТФ-зависимых калиевых каналов в клеточной мембране, поступление в клетку кальция через потенциалзависимые кальциевые каналы и внутриклеточное накопление кальция, что, в конечном счете, запускает экзоцитоз СГИ. Однако новые экспериментальные модели, созданные на основе фармакологической инактивации калиевых каналов, позволили обнаружить механизм усиления секреции,также активируемый глюкозой, который в физиологических условиях увеличивает секреторный ответ на сигнал внутриклеточного кальция (рис. 2). Таким образом, метаболизм глюкозы не только регулирует секрецию инсулина, но и усиливает сигнал внутриклеточного кальция в процессе активации экзоцитоза СГИ.
III. ФАКТОРЫ, ЛЕЖАЩИЕ В ОСНОВЕ
ДИСФУНКЦИИ ß-КЛЕТОК
ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ ТИПА 2
В центре внимания окислительный стресс и стресс эндоплазматического ретикулума
1. Окислительный стресс
Высокие концентрации глюкозы приводят к окислительному стрессу в результате избыточного образования реактивных форм кислорода (РФК) в различных типах клеток, в том числе в панкреатических ß-клетках. Если внутриклеточная концентрация глюкозы превышает способность ß-клетки к гликолизу, избыток глюкозы шунтируется по пути энолизации, что приводит к выработке супероксида (O2_). Окислительный стресс повышает частоту укорочения концевых участков (теломер) хромосом путем индукции разрывов в теломерных ДНК. Последующее укорочение теломеров до критической длины запускает репликативное старение и апоптоз клеток.
Панкреатические ß-клетки экспрессируют низкие уровни антиоксидантных ферментов, поэтому они высокочувствительны к окислительному стрессу. В исследованиях in vitro было показано, что различные стратегии усиления антиоксидантной защиты ß-клеток позволяют уменьшить окислительный стресс, возникающий в клеточной культуре как при низких, так и при высоких концентрациях глюкозы. Однако убедительных доказательств того, что антиоксиданты улучшают функционирование и увеличивают выживаемость ß-клеток у пациентов с СД 2 до сих пор не получено (лекция Джонас).
2. Стресс эндоплазматического ретикулума
Физиологические процессы сворачивания полипептидной цепи (фолдинга), созревания, хранения и транспорта белков протекают в эндоплазматическом рети-
54
ЭНДОКРИНОЛОГИЯ: новости, мнения, обучение №1 2013
Производные сульфонилмочевины/ Диазоксид
Секреция инсулина
Рис. 2. Комплексная модель секреции инсулина. SUR1 - рецептор сульфонилмочевины 1; Kir - внутренний выпрямляющий калиевый канал; АХ -ацетилхолин; Epac-2 - обменный фактор (белок), напрямую активируемый цАМФ 2; GLP-1 -глюкагоноподобный пептид-1; ПК-A - протеинкиназа А; ПК-С - протеинкиназа С.
кулуме (ЭР). Накопление неструктурированных белков, предельные отклонения уровней энергии и питательных веществ (глюкозо- и липотоксичность, гипоксия и др.) влияют на просвет ЭР и запускают стресс в р-клетках. В результате активируется комплексный сигнальный механизм ответа неструктурированных белков (unfolded protein response - UPR), направленный на восстановление нормальной функции ЭР путем уменьшения активности трансляции, деградации неправильно структурированных белков и усиления транскрипции генов шаперонов (белков, способствующих укладке других белков) для улучшения способности клетки правильно структурировать белки. Если механизм ответа неструктурированных белков не способен восстановить адекватную функцию ЭР, он запускает клеточный апоптоз [5].
В р-клетках стресс в ЭР является признаком глюкозо-и липотоксичности, а также он способен индуцировать развитие резистентности к инсулину и воспаление жировой ткани при ожирении и СД 2. Существуют два главных воспалительных пути, активируемых цитокинами (такими как ФНО-а) и жирными кислотами, которые приводят к прерыванию механизмов действия инсулина: путь JNK/ AP-1 (c-JUN NH2-терминальная киназа/активирующий бе-лок-1) и путь IKK-NF-кВ (ингибитор кВ-киназы - ядерный фактор кВ). Оба пути задействуют молекулы, участвующие в сигнальном пути ответа неструктурированных белков. Более того, ЭР сам является основным источником РФК, и волна окислительного стресса, распространяющаяся из ЭР, также может активировать как путь JNK/AP-1, так и путь IKK-NF-кВ, что потенциально способно ускорить прогрессирование резистентности к инсулину.
В центре внимания рецептор GPR 40
Острое увеличение концентрации жирных кислот (ЖК) приводит скорее к усилению глюкозостимулирован-ной секреции инсулина (ГССИ), чем к непосредственному запуску секреции инсулина. Наоборот, при хроническом воздействии высокие концентрации ЖК нарушают секрецию инсулина и неблагоприятно влияют на выживаемость Р-клеток. Оказалось, что стимулирующее и подавляющее действие ЖК на секрецию инсулина опосредуется через внутриклеточный метаболизм ЖК с образованием липид-ных метаболитов. Имеются также свидетельства того, что ЖК индуцируют самые разные физиологические ответы путем активации рецепторов GPR40. Белок GPR40 (или рецептор свободных жирных кислот 1 - free fatty acid 1 receptor, FFA1R) - в высокой концентрации экспресси-руется в панкреатических р-клетках и линиях инсулин-секретирующих клеток, а также активируется средне-и длинноцепочечными ЖК [6]. Инактивация GPR40 с помощью коротких интерферирующих РНК или фармакологических средств подавляет вызванную ЖК активацию ГССИ in vitro. Более того, делеция GPR40 у трансгенной мыши приводит к снижению, но не блокаде секреторных ответов инсулина на внутривенное введение глюкозы и липидов [6]. Это означает, что оба процесса, т.е. опосредованный GPR40 сигнальный путь и внутриклеточный метаболизм ЖК, участвуют в индуцированной ЖК активации ГССИ. Таким образом, GPR40 может опосредовать по крайней мере 50% общего влияния ЖК на секрецию инсулина р-клетками в период кратковременной стимуляции глюкозой, но не играет роли при более длительном подавлении функции р-клеток ЖК. Это наблюдение согласует-
Ф
55
Пациент с ожирением и диабетом
$
.ОМ
Глюконеогенез
|
Апоптоз р-клеток
ПГ
Гипергликемия
Печень
Поджелудочная железа
• Синтез % Секреция
щ глюкозы % инсулина
Формирование порочного круга
Рис. 3. Эффекты фактора транскрипции Рох01 у пациента с сахарным диабетом типа 2
ся с убедительными данными о том, что внутриклеточный метаболизм ЖК лежит в основе подавляющего влияния ЖК на функцию р-клеток.
Интересно, что GPR40 опосредует стимулированную ЖК секрецию инсулина в р-клетках не только напрямую, но и косвенно, через регуляцию секреции GLP1 и GIP. И хотя остается спорным вопрос о том, защищены ли мыши с делецией GPR40 от развития резистентности к инсулину, индуцированной диетой с высоким содержанием жиров, в настоящее время более веские доказательства обосновывают целесообразность разработки агонистов GPR40 с целью лечения СД 2, а не антагонистов этого рецептора. В подтверждение этого, было обнаружено, что у человека мутации гена GPR40 с потерей функции ассоциируются с нарушением секреции инсулина.
Жан Кристоф Жонас (Брюссель, Бельгия) посвятил свой доклад описанию стрессов, возникающих в панкреатических островках в результате воздействия высоких уровней глюкозы. Гипергликемия приводит к нарушению экспрессии генов и функции р-клеток, а также неблагоприятно влияет на рост и выживаемость р-клеток. Эти изменения связаны с возникновением некоторых стрессов в р-клетках, в частности окислительного стресса, стресса эндоплазматического ретикулума, индуцированного ци-токинами апоптоза и гипоксии. В недавно проведенных исследованиях на животных были получены интересные результаты, свидетельствующие о том, что окислительный стресс в р-клетках сильнее выражен при низких и высоких концентрациях глюкозы, чем при промежуточных концентрациях. Дальнейшее изучение различных клеточных механизмов ответа на стрессы позволит определить новые перспективные стратегии лечения, направленные
на устранение стрессов в р-клетках и улучшение выживаемости р-клеток у пациентов с диабетом.
Винсент Пуату (Монреаль, Канада) подчеркнул важную роль рецепторов клеточной мембраны, связанных с G-белком (GPCRs), и отметил, что они являются потенциальными мишенями для ряда терапевтических стратегий. За последние годы было продемонстрировано, что в присутствии липидов происходит активация некоторых рецепторов GPCR на р-клетках, в частности рецептора-1 свободных жирных кислот (GPR40), участвующего в усилении глюкозо-индуцированной секреции инсулина. Возможно, что будущие стратегии лечения диабета также будут заключаться в фармакологической активации GPR40. Другие GPCRs, экспрессируемые в р-клетках и/или L-клетках кишечника, включают связанные с G-белком рецепторы 119 (GPR119) и 120 (GPR120). Оба этих рецептора увеличивают уровни инсулина в системном кровотоке как путем прямого инсулинотропного действия на р-клетки, так и через опосредованную ЖК стимуляцию секреции ин-кретинов. Безусловно, недавняя идентификация этих рецепторов клеточной мембраны открыла впечатляющие направления для разработки препаратов для лечения СД 2.
Доменико Ацилли (Нью-Йорк, США) в своем докладе описал, каким образом р-клетки становятся дефектными в результате резистентности к инсулину, приводящей к развитию диабетического состояния. Самой ранней реакцией р-клеток на резистентность периферических тканей к инсулину является повышение активности синтеза и секреции инсулина. Возникающая гиперинсулинемия способствует увеличению массы р-клеток, в основном за счет активации процесса репликации. Однако на моделях животных и у человека было продемонстрировано, что после манифестации диабета наблюдается прогрессирующее снижение функции и уменьшение массы р-клеток. Ключевым регуляторным белком в этих процессах является фактор транскрипции Fox01 ^огкИеа^ (рис. 3). Фактор Fox01 относится к семейству транскрипционных факторов, которые контролируют экспрессию генов, участвующих в фундаментальных клеточных процессах, таких как апоптоз, реакция на окислительный стресс, клеточная пролиферация, клеточная дифференцировка и регуляция энергетического метаболизма. С точки зрения подходов к лечению СД 2 основные вопросы для клиницистов заключаются в том, можно ли сохранить функцию р-клеток путем снижения их метаболических потребностей и целесообразно ли стимулировать функцию р-клеток, чтобы преодолеть резистентность к инсулину. В идеале, конечно, сохранение функции р-клеток более предпочтительно, чем коррекция уже сформировавшейся дисфункции.
IV. НОВЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ В ИССЛЕДОВАНИЯХ И ИХ КЛИНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
В центре внимания генетические варианты
Исследования ассоциаций на уровне всего генома выявили множественные локусы, в которых общие генетические варианты в слабой степени, но воспроизводи-
56
ЭНДОКРИНОЛОГИЯ: новости, мнения, обучение №1 2013
мо влияют на риск развития СД 2. На сегодняшний день описано около 20 генетических вариантов, увеличивающих риск развития СД 2. Большинство из них нарушают способность р-клеток справляться с повышенной потребностью в инсулине при резистентности тканей к этому гормону. Среди этих вариантов - одиночный ну-клеотидный полиморфизм rs10830963 на хромосоме 11 в гене MTNR1B, который кодирует рецептор мелатонина 1В. Наличие генотипа rs10830963 ассоциируется с увеличением экспрессии рецептора мелатонина 1В в панкреатических островках и повышением риска развития СД 2. Таким образом, мелатонин оказывается вовлечен в регуляцию секреции инсулина, в связи с чем блокада системы рецептор-лиганд мелатонина может представлять перспективную стратегию лечения СД 2 [7]. Более редкие генетические варианты, повышающие предрасположенность к СД 2, склонны проявляться более выраженными клиническими нарушениями. К ним относят вариации с числом копий гена в геноме и эпигенетические изменения, такие как метилирование ДНК и ацетилирование гистона. Главным регулятором экспрессии генов в митохондриях является коактиватор-1а рецептора, активируемого пролифератором пероксисом, типа у (PPARGC1A). У пациентов с СД 2 низкая экспрессия PPARGC1A ассоциируется с нарушением окислительного фосфорилирования в мышцах и снижением секреции инсулина в панкреатических островках. Низкий уровень экспрессии PPARGC1A ассоциируется с полиморфизмом PPARGC1A Gly482Ser и повышением активности метилирования ДНК в остров-ковых клетках у пациентов с СД 2 по сравнению с лицами без диабета [8].
Недавно была обнаружена связь между полиморфизмом гена SLC30A8, кодирующего ZnT8 - специфичный для островков транспортер цинка, и развитием СД 2 [9]. У пациентов с СД 1 на протяжении 2 лет после манифестации заболевания наблюдалась сильная корреляция между прогрессирующим снижением уровней циркулирующих антител к ZnT8 и уменьшением уровней C-пептида [9]. Дальнейшее изучение полиморфизмов и молекулярной функции ZnT8, безусловно, очень важно в плане раскрытия патогенетических механизмов обеих форм диабета.
Гордон Вайр (Бостон, США) описал методы, применяемые для изучения изменений в экспрессии генов в клетках, составляющих островки Лангерганса. Некоторые из этих методов приводят к образованию комплементарной ДНК, которую далее можно использовать в клонировании гена. Метод лазерной захватывающей микродиссекции (ЛЗМ, laser capture microdissection -LCM) позволяет изолировать интересующие специфические клетки из микроскопических регионов ткани без нарушения или повреждения морфологии и биохимии образца и окружающих клеток. Метод ЛЗМ можно использовать на образцах различных тканей, в том числе цитологических препаратах, клеточных культурах и аликвотах плотной ткани. Благодаря применению метода ЛЗМ появилась возможность преодолеть трудности в изоляции островковых клеток для анализов экспрессии генов.
Лейф Групп (Мальмо, Швеция) представил обзор генетических факторов, лежащих в основе развития дисфункции р-клеток. Заболевания, связанные с дефектом одного гена (так называемые менделевские болезни), обычно протекают более тяжело и проще выявляются, в отличие от комплексных полигенных заболеваний, которые включают взаимодействие множества генетических и средовых факторов. Расшифровка последовательности ДНК и картирование генома человека открыли путь для исследований ассоциаций на уровне всего генома. Эти исследования позволили глубже понять некоторые генетические факторы, лежащие в основе развития комплексных генетических заболеваний, например, большинства вариантов СД 2. На сегодняшний день описано около 20 генетических вариантов, увеличивающих риск развития СД 2. Большинство этих вариантов ассоциируются с уменьшением способности р-клеток увеличивать секрецию инсулина в ответ на возрастание массы тела и развитие резистентности к инсулину. Современные генетические данные, касающиеся патогенеза СД 2, все еще разрозненны. Возможно, уже в ближайшие несколько лет исследования позволят получить более полную картину генетических взаимодействий в патогенезе этого заболевания. В дополнение к возрастающему пониманию генетических факторов, ассоциированных с риском заболевания СД, эти новые данные можно будет использовать для выбора наиболее подходящих препаратов в зависимости от генетического варианта заболевания у конкретного пациента. Подобное генотипирование пациентов с целью отбора эффективных препаратов в настоящее время применяется при некоторых типах рака молочной железы. Что касается СД 2, уже есть наблюдения о том, что пациенты с некоторыми генотипами риска лучше отвечают на некоторые противодиабетические препараты, чем остальные пациенты. Эти новые методы целенаправленного лечения у конкретных пациентов относятся к области фармакогенетики и представляют один из наиболее перспективных подходов к лечению СД. Результаты анализа генотипа также можно будет использовать для определения рисков осложнений, связанных с СД 2.
Романо Регаззи (Лозанна, Швейцария) обратил внимание на потенциал терапевтического применения микро-РНК при лечении диабета. Микро-РНК - это одноцепочечные некодирующие фрагменты РНК естественного происхождения с длиной молекулы от 21 до 23 нуклеотидов, которые отделяются в ядре клетки от предшественников - двухцепочечных «шпилечных» ДНК. Микро-РНК способны снижать экспрессию генов путем неспецифического связывания с информационной РНК (мессенджером). Согласно оценкам, приблизительно 30% всех генов, кодирующих белки, являются мишенями для микро-РНК. Характерные профили экспрессии сывороточной микро-РНК были обнаружены при раке легких, колоректальном раке и диабете, что позволяет использовать эти профили в качестве кровяных биомаркеров [10]. Интересно отметить, что молекула тп^-375 была описана как новая, эволюционно консервативная и специфичная для островков микро-РНК. Чрезмерная
Ф
57
Мембрана
Кортекс
Мишени
Рис. 4. Регуляция секреции инсулина с помощью микро-РНК в панкреатических р-клетках (Рисунок любезно предоставлен B.R. Gauthier из Отдела клеточной физиологии и метаболизма, Университет Женевы, Швейцария.)
Примечание: Микро-РНК miR-375, miR-124 и let-7b подавляют трансляцию мессенджера РНК миотрофина (MTPN). Миотрофин взаимодействует с белками, ассоциированными с цитоскелетом, что приводит к перестройке активного кортекса клетки и обеспечивает слияние секреторных гранул инсулина с клеточной мембраной. Кроме того, миотрофин выступает в роли транскрипционного фактора, регулирующего транскрипцию гена легких цепей ядерного фактора каппа (NF-кВ). В низких концентрациях NF-кВ увеличивает секрецию инсулина, скорее всего, за счет активации генов, вовлеченных в транспорт и экзоцитоз секреторных гранул инсулина. RISC - РНК-индуцированный комплекс сайленсинга; ANK -повторные мотивы анкирина; GLP-1 -глюкагоноподобный пептид-1; MTPN -мессенджер РНК миотрофина.
$
активация экспрессии тп^-375 приводила к подавлению глюкозо-индуцированной секреции инсулина, тогда как ее ингибирование, наоборот, усиливало секрецию инсулина. Механизмы, посредством которых тп^-375 модифицирует секрецию инсулина, не связаны с изменениями метаболизма глюкозы или сигнальными путями кальция, а вероятнее всего обусловлены прямой активацией экзо-цитоза инсулина [11]. У трансгенных мышей с отсутствием Ш1^-375 (375К0) наблюдаются развитие гипергликемии и снижение массы р-клеток в результате нарушения пролиферации и увеличения числа р-клеток [12]. В подтверждение этих данных была обнаружена повышенная экспрессия тп^-375 в панкреатических островках мышей с ожирением, представляющих собой животную модель повышенной массы р-клеток. Другие микро-РНК также нарушают экзоцитоз инсулина: тп^-9 необходим для оптимальной секреции инсулина в ответ на воздействие глюкозы и других стимуляторов секреции, тогда как тп^-124а модулирует экспрессию некоторых веществ в процессах регуляции экзоцитоза инсулина. В культуре Р-клеток при воздействии повышенных концентраций ЖК наблюдается активация экспрессии тп^-34а и ш1^-146а; уровни обеих микро-РНК увеличены в панкреатических островках, изолированных у мышей с диабетом и ожирением. Обнаружение микро-РНК и установление их важности в регуляции экспрессии генов открыли возможности для разработки препаратов для генной терапии, влияющих на течение заболевания путем изменения характера экспрессии генов в целевых тканях/клетках. Данного эффекта можно добиться с помощью целенаправленной доставки малых молекул олигонуклеотидов, которые блокируют либо симулируют функцию микро-РНК. Среди различных типов олигонуклеотидов, которые могут быть использованы в рамках этого подхода, следует отметить
олигонуклеотиды, похожие на малые интерферирующие РНК, первичные транскрипты микро-РНК, антагомиры (малые синтетические РНК) и морфолины.
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ СЕССИЯ: ЛЕЧЕНИЕ САХАРНОГО ДИАБЕТА ТИПА 2 В БУДУЩЕМ
Ограничения современных препаратов для лечения СД 2 связаны с неприемлемым прогрессирующим снижением секреции инсулина на протяжении всего курса заболевания, а также проблемами, касающимися безопасности противодиабетических препаратов. Кеннет Полански (Сэн Луис, США) выделила 4 типа терапевтических стратегий, которые обещают предоставить эффективные препараты для лечения СД уже в ближайшем будущем.
1. Новые инкретины
Недавно идентифицированный гормон инкретин, ксе-нин 25, вырабатывается эндокринными К-клетками слизистой оболочки тонкого кишечника. Применение ксенина 25 в комбинации с глюкозозависимым инсулинотропным пептидом ^Р) у пациентов с СД 2 способно усилить глю-козозависимое увеличение уровней инсулина в системном кровотоке. В настоящее время проводятся исследования с изучением эффектов ксенина 25 у пациентов с СД 2.
2. Препараты, предотвращающие гибель р-клеток
Применение препаратов, предотвращающих гибель Р-клеток, в качестве средств для лечения СД в настоящее время является скорее концепцией, чем реальностью. Потенциальной мишенью для этой терапевтической стратегии является панкреатический дуоденальный гомеоблок 1 ^х1) - фактор транскрипции, играющий центральную
58
ЭНДОКРИНОЛОГИЯ: новости, мнения, обучение №1 2013
НОВАЯ ФОРМА
для эффективного
контроля гликемии
Простота достижения максимально эффективной дозы
Повышение приверженности больных к лечению
Сохранение всех преимуществ: снижение риска осложнений, низкий риск гипогликемий
♦ ^^^__115054, Москва, Павелецкая пл., д. 2, стр. 3.
^^вЕЯИГЕЯ Тел. (495) 937 0700, факс: (495) 937 0701.
endocrinologia_2_2013.indd 64
роль в регуляции функции и выживаемости панкреатических р-клеток. Полный дефицит Pdx1 ассоциируется с тяжелой дисфункцией и апоптозом р-клеток как у грызунов, так и у человека. В соответствии с этими наблюдениями мутации гена Pdx1 являются причиной возникновения диабета MODY 4 типа. В будущем препараты, устраняющие дефицит Pdx1, могут стать средствами для уменьшения активности апоптоза р-клеток при СД 2.
Еще одну группу терапевтических мишеней для предотвращения гибели р-клеток представляют механизмы, участвующие в аутофагии - повсеместно распространенном процессе в клетках эукариот, который включает разрушение частей клеток или целых клеток лизосомами данных или других клеток (рис. 5). Аутофагия - жестко регулируемый процесс, составляющий в норме часть цикла роста и развития клетки; он помогает поддерживать баланс между синтезом, деградацией и последующим повторным использованием клеточных продуктов. Становится все более очевидно, что аутофагия играет большую роль в патогенезе СД.
Исследования на трансгенных мышах с инактивацией генов, регулирующих процесс аутофагии, позволили обнаружить, что аутофагия на базальном уровне необходима для нормального функционирования и выживания р-клеток. Однако на фоне дефицита Pdx1 скорость аутофагии р-клеток увеличена, что, вероятно, повышает предрасположенность р-клеток к гибели. В такой ситуации подавление аутофагии отдаляет наступление смерти Р-клетки, вызванной снижением концентрации Pdx1. Необходимы дальнейшие исследования для установления того, каким образом аутофагия влияет на выживаемость и функции р-клеток.
3. Противовоспалительные средства
По поводу воспалительной природы СД 2 недавно был опубликован обзор Нс^атп'БЬ'ди и соавт. [13]. В настоящее время считается, что СД 2 является не только метаболическим, но и воспалительным заболеванием. Инфильтрация адипоцитов воспалительными клетками изменяет метаболизм и повышает секрецию цитокинов, таких как ФНО-а и ИЛ-б, которые участвуют в развитии резистентности к инсулину в печени и мышцах. Кроме того, снижается секреция цитокинов, улучшающих чувствительность к инсулину, в частности адипонектина. На общепринятых моделях ожирения и диабета было показано, что вмешательства, блокирующие цитокин-активируемый путь воспаления ^К/АР-1, улучшают системный гомеостаз глюкозы и чувствительность к инсулину, а также уменьшают активность атеросклероза. В дополнение к этому было показано, что трансгенные мыши, гетерозиготные по нулевой мутации гена ингибитора КВ киназы (1КК-Р), инактивирующей воспалительный путь 1КК^-кВ, частично защищены от развития индуцированной ожирением резистентности к инсулину. В подтверждение этих данных подавление 1КК-Р с помощью высоких доз нестероидных противовоспалительных средств (НПВС), в частности салсалата, повышает чувствительность к инсулину, уменьшает гликемию и также способно улучшить воспалительные ин-
Аутофагия
Аутофагосома
Фагоцитоз
Рис. 5. Механизмы аутофагии в сравнении с фагоцитозом
дексы сердечно-сосудистого риска как на животных моделях, так и у человека [14]. Кроме того, исследования с применением НПВС салсалата у пациентов с СД 2 выявили улучшение уровней глюкозы in vivo и гомеостаза липи-дов. Эти наблюдения подтверждают, что целенаправленное воздействие на воспаление представляет собой один из значимых подходов к лечению СД 2.
4. Активаторы глюкокиназы
Мутации гена глюкокиназы, снижающие эффективность выработки этого фермента, являются основной причиной развития диабета MODY типа 2. Наличие дефекта фермента глюкокиназы означает, что чувствительность Р-клеток к возрастающим уровням глюкозы нарушена, а секреция инсулина происходит только при превышении аномально высокого порога. В результате возникает хроническая, незначительно выраженная гипергликемия, которая обычно носит бессимптомный характер. Было описано около сотни мутаций гена глюкокиназы примерно в 42 различных семействах. На мышиных моделях целенаправленная полная инактивация гена глюкокиназы в р-клетках вызывает тяжелый диабет, который приводит к смерти через несколько дней после рождения. Исследования с целью разработки средств, активирующих ген глюкокиназы у этих животных, могут открыть перспективы для создания препаратов для лечения СД 2, по крайней мере, некоторых его разновидностей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сахарный диабет типа 2 - пандемическое заболевание. В настоящее время продолжаются интенсивные исследования в этой области. Для разработки перспективных избирательных терапевтических подходов необходимо дальнейшее продвижение в понимании основных патофизиологических механизмов заболевания. Значительный вклад в этот процесс внесли недавние достижения в области молекулярной биологии и генетики. Сейчас очевидно, что, поскольку для возникновения СД 2 необходима резистентность к инсулину, одним из ключевых признаков этого заболевания является прогрессирующее
Журнал для непрерывного медицинского образования врачей
59
#
ОБЗОРЫ ЛИТЕРАТУРЫ
снижение секреции инсулина. Центральную роль в этом процессе играет функционирование ß-клеток. Предотвращение уменьшения массы ß-клеток и снижения их секреторной функции, увеличение выживаемости ß-клеток, стимуляция регенерации ß-клеток и коррекция факторов, приводящих к повреждению ß-клеток, - вот лишь некоторые из множества потенциальных терапевтических подходов, которые были освещены исследователями в рамках X симпозиума IGIS. Результаты этих исследований, хотя и отражают сложность патогенеза СД 2, тем не менее проливают свет на будущие терапевтические стратегии, которые смогут значительно улучшить ведение пациентов с этим заболеванием.
Важно отметить, что в нашей стране в течение 10 лет активно функционирует научный проект «Национальная группа по изучению инсулиносекреции» (НГИС). В группу входят ведущие ученые нашей страны: профессор А.С. Аметов (председатель группы), член-корреспондент РАМН М.В. Шестакова, профессор А.М. Мкртумян, профессор Г.Р. Галстян, профессор О.М. Смирнова, доктор медицинских наук А.Ю. Майоров, профессор Ю.Ш. Халимов и другие.
Научная группа активно обсуждает самые актуальные вопросы, связанные с секрецией инсулина. В резуль-
тате этих обсуждений были изданы 4 выпуска научных материалов для более широкого ознакомления врачей-специалистов с данной проблемой.
Принципиально важно и то, что на основе данного проекта был создан второй прикладной, клинический проект «Диапозитив», в котором предусмотрено максимально широкое внедрение научных результатов в практику здравоохранения. В настоящее время «Диапозитив» состоялся в 39 городах России, и в целом обучение прошли более 1900 врачей-эндокринологов и диабетологов нашей страны.
В программу «Диапозитива» (2012-2013 гг.) для обсуждения включены важные темы:
1. Современные алгоритмы управления СД 2.
2. СД 2 и рак.
3. Управление микрососудистыми рисками.
4. Все ли препараты СМ одинаковы?
5. Микрососудистые и макрососудистые осложнения СД 2.
Проект «Диапозитив» осуществляется под эгидой Комитета по образованию РАЭ.
Надеемся, что представленный в данном разделе научный материал будет полезен полезен для вашей клинической практики.
$
ЛИТЕРАТУРА
1. Bachar E., AriavY., Ketzinel-Gilad M. et al. Glucose amplifies fatty acid-induced endoplasmic reticulum stress in pancreatic beta-cells via activation of mTORCl // PLoS One. - 2009. - Vol. 4. - P. e4954.
2. Fraenkel M., Ketzinel-Gilad M., AriavY. et al. mTOR inhibition by rapamycin pre—vents beta-cell adaptation to hyperglycemia and exacerbates the metabolic state in type 2 diabetes // Diabetes. - 2008. - Vol. 57. - P. 945-957.
3. Hao E., Tyrberg B., Itkin-Ansari P. et al. Beta-cell differentiation from nonendocrine epithelial cells of the adult human pancreas // Nat. Med. - 2006. - Vol. 12. - P. 310-316.
4. Konstantinova I., Nikolova G., Ohara-Imaizumi M. et al. EphA-Ephrin-A-mediated beta cell communication regulates insulin secretion from pancreatic is—lets // Cell. - 2007. - Vol. 129. -P. 359-370.
5. Elouil H., Bensellam M., Guiot Y. et al. Acute nutrient regulation of the unfolded protein response and integrated stress response in cultured rat pancreatic islets // Diabetologia. -2007. - Vol. 50. - P. 1442-1452.
6. Latour M.G., Alquier T., Oseid E. et al. GPR40 is necessary but not sufficient for fatty acid stimulation of insulin secretion in vivo // Diabetes. - 2007. - Vol. 56. - P. 1087-1094.
7. Lyssenko V., Nagorny C.L., Erdos M.R. et al. Common variant in MTNRlB associa—ted with increased risk of type 2 diabetes
60
and impaired early insulin secretion // Nat. Genet. - 2009. -Vol. 41. - P. 82-88.
8. Ling C., Del G.S., Lupi R. et al. Epigenetic regulation of PPARGClA in human type 2 diabetic islets and effect on insulin secretion // Diabetologia. - 2008. - Vol. 51. - P. 615-622.
9. Wenzlau J.M., Hutton J.C., Davidson H.W. New antigenic targets in type 1 diabetes // Curr. Opin. Endocrinol. Diabetes Obes. -2008. - Vol. 15. - P. 315-320.
10. Chen X., Ba Y., Ma L. et al. Characterization of microRNAs in serum: a novel class of biomarkers for diagnosis of cancer and other diseases // Cell Res. - 2008. - Vol. 18. - P. 997-1006.
11. Poy M.N., Eliasson L., Krutzfeldt J. et al. A pancreatic islet-specific microRNA regu-lates insulin secretion // Nature. -2004. - Vol. 432. - P. 226-230.
12. Poy M.N., Hausser J., Trajkovski M. et al. miR-375 maintains normal pancreatic alpha- and beta-cell mass // Proc. Natl Acad. Sci. USA. - 2009. - Vol. 106. - P. 5813-5818.
13. Hotamisligil G.S. Inflammation and metabolic disorders // Nature. - 2006. - Vol. 444. - P. 860-867.
14. Shoelson S.E., Lee J., Yuan M. Inflammation and the IKK beta/I kappa B/NF-kappa B axis in obesity- and diet-induced insulin resistance // Int. J. Obes. Relat. Metab. Disord. - 2003. -Vol. 27, suppl. 3. - P. S49-S52.
ЭНДОКРИНОЛОГИЯ: новости, мнения, обучение №1 2013
