CC BY
386
Биохимия
© В. Н. ТИТОВ, 2012 УДК 612.015.3:612.76
В. Н. Титов
регуляция инсулином метаболизма жирных Кислот, а затем глюкозы в реализации биологической функции локомоции
ФГУ Российский кардиологический научно-производственный комплекс минздравсоцразвития РФ, москва
Становление на поздних ступенях филогенеза биологической функции локомоции, системы инсулина и наиболее рано сформированная функция митохондрий позволяют расположить все окисляемые ими субстраты в следующей последовательности:
a) метаболиты С4масляной жирной кислоты (ЖК) — кетоновые тела; б) короткоцепочечные С6-С10; в) пальмитиновая (Пальм) ЖК со специфичным транспортером; г) глюкоза. Митохондрии начнут окислять глюкозу тогда, когда в цитозоле не останется кетоновых тел, не будет короткоцепочечных ЖК и Пальм-насыщенной (н)-ЖК. Изменить функциональные свойства наиболее ранних в филогенезе митохондрий филогенетически поздний инсулин в соответствии с биологическим принципом субординации не может. Для того чтобы заставить митохондрии начать окисление глюкозы, инсулин вначале ингибирует во всех клетках биохимические реакции, в которых происходят освобождение полярных неэтерифицированных ЖК и образование их полярных метаболитов. Столь же выраженную и длительную гипогликемию в межклеточной среде, как и инсулин, вызывает DL-аминокарнитин; он специфично ингибирует активность карнитин-пальмитоил ацилтрансферазу и поступление в митохондрии ацил-КоА. Выраженное снижение содержания ЖК и их метаболитов в матриксе вынуждает митохондрии окислять глюкозу. Можно обоснованно полагать, что по такому же филогенетически древнему принципу — ингибирование активности карнитин-пальмитоил ацилтрансферазы, уменьшение образования метаболитов С4 ЖК (кетоновые тела), короткоцепочечных метаболитов Пальм-н-ЖК и олеиновой моноеновой (моно) ЖК — происходит и реализация действия филогенетически позднего инсулина. Первое действие инсулина в условиях гипергликемии, биологической реакции экзотрофии направлено на регуляцию метаболизма ЖК, и только второе — на метаболические превращения глюкозы. Поэтому есть основания рассматривать сахарный диабет как нарушение метаболизма в первую очередь н-ЖК и моно-ЖК, а во вторую — метаболизма глюкозы. Если инсулин не сможет понизить в цитозоле содержание липидных субстратов окисления инсулина, митохондрии не станут окислять глюкозу. При этом независимо от этиологических факторов формируется единый по патогенезу синдром резистентности к инсулину, при котором митохондрии физиологически не хотят окислять глюкозу, если есть возможность окислять ЖК и их полярные метаболиты.
Ключевые слова: инсулин, метаболизм, жирные кислоты, глюкоза, локомоция
V.N. Titov
THE INSULIN REGULATION OF METABOLISM OF FAT ACIDS AND GLUCOSE NEXT IN THE REALIZATION OF BIOLOGIC FUNCTION OF LOCOMOTION The becoming at the late stages ofphylogeny of the biologic function of locomotion, insulin system and the earliest formed function of mitochondria make it possible to align all oxidized substrates in the following sequence: a) fatty acid metabolites C4 - ketone bodies;
b) butyric fatty acid short-chained metabolites C6-C10; c) palmitic fatty acid with specific carrier; d) glucose. The mitochondria will begin to oxidize glucose if there will be no ketone bodies in cytosol and no remains of short-chained fatty acids and palmitic fatty acid. According to "the biologic subordination principle" philogenically late insulin can't change the functional characteristics of the phylogeny earliest mitochondria. To "force" the mitochondria starting to oxidize glucose first of all the insulin is to inhibit the biochemical reactions in all cells where releasing ofpolar non-etherified fatty acids and formation of their polar metabolites occurs. As in case of insulin, the same marked and prolonged hypoglycemia is induced by DL-aminocarnitine. This substance specifically inhibits both activity of carnitine-palmitoilacylaminotrsansferase andflux of acyl-KoA in mitochondria. The pronounced decrease of fatty acids content and their metabolites in matrix force mitochondria to oxidize glucose. It is possible to be validly of opinion that the same philogenically ancient principles as inhibition of activity of carnitine-palmitoilacylaminotrsansferase, decrease of formation of fatty acid metabolites C4 (ketone bodies), short-chained metabolites of palmitic fatty acid and olein mono fatty acid are applied in realization ofphilogenically late insulin effect. The first insulin effect in the hypoglycemia and biologic exotrophy reaction conditions is targeted to the regulation of fatty acids metabolism. Only second insulin effect is targeted to the glucose metabolic transformation. Therefore, there is a background to consider the diabetes mellitus primarily as a disorder of metabolism of unsaturated and mono fatty acids and only secondary and only then as a disorder of glucose metabolism. If insulin will not be able to decrease in cytosol the content of lipid substances of oxidation of insulin the mitochondria will not oxidize glucose. At that, a pathogenesis uniform syndrome of resistance to insulin is formed independently of etiologic factors. Under these conditions the mitochondria physiologically "don't want" to oxidize glucose a possibility exists to oxidize fatty acids and their polar metabolites.
Key words: insulin, metabolism, fatty acid, glucose, locomotion
Почти за вековую историю познания инсулина анатомами и эмбриологами, физиологами и биохимиками, молекулярными биологами и клиницистами опубликованы тысячи статей. Однако и в настоящее время сахарный диабет (СД) остается одной из наиболее распространенных патологий и одной из основных причин смертности
во всех индустриально развитых странах. К тому же мы не до конца поняли функциональные взаимоотношения в системе гуморальной, позже гормональной регуляции, о чем свидетельствуют термин «контринсулярные» гормоны и функциональное противопоставление гуморальных регуляторов. Заметим, что при СД in vivo происходят ком-
пенсация низкого содержания глюкозы в цитозоле клеток (гликопения), нормализация биологической функции го-меостаза; в то же время клиницисты стараются понизить концентрацию глюкозы в межклеточной среде, т. е. нормализовать в первую очередь биологическую функцию эн-доэкологии. Не до конца выяснена биологическая целесообразность того, что инсулин регулирует метаболические превращения в клетках не глюкозы, а в первую очередь липидов — насыщенных и моноеновых жирных кислот (н-ЖК и моно-ЖК). Одновременно инсулин не оказывает влияния на перенос, поглощение и метаболизм в клетках эссенциальных полиеновых ЖК (ЭС-поли-ЖК) [31].
Со свойственной ему первичной структурой инсулин функционирует у позвоночных, хотя пептиды с инсулин-подобной активностью присутствуют в ткани моллюсков в форме инсулинподобного ростового фактора. Используя технику рекомбинации ДНК, наличие инсулинподобно-го фактора роста выявили в тканях насекомых и нематод [21]. И инсулин, и два его пептида, предшественника в эволюции, происходят из одного общего гена; они имеют гомологичность первичной структуры, которая превышает 50%; это относится к последовательности аминокислотных остатков в обеих цепях гормона. У всех позвоночных инсулин синтезируют эндокринные клетки поджелудочной железы, которые образованы из экзодермального зародышевого листка и развиваются вместе с тонкой кишкой. Синтез инсулина происходит в форме проинсулина, и после удаления сигнального пептида (С-пептид) образуется гормонально активная молекула с четвертичной структурой. Структура инсулина консервативна; на протяжении более 400 млн лет между ранними рыбами и человеком в ней сохранена последовательность более 61% аминокислотных остатков; столь же высока степень консерватизма для рецептора к инсулину и его предшественников на плазматической мембране. Для всех позвоночных характерно анаболическое действие инсулина.
Мы предлагаем при рассмотрении регуляции метаболизма in vivo исходить из того, что на разных ступенях филогенеза, от простейших до Homo sapiens, произошло формирование трех последовательных уровней регуляции: а) аутокринного — в каждой из клеток; б) паракрин-ного — на уровне специализированных клеточных сообществ функционально разных клеток — предшественников органов (специализированные клетки + локальный перистальтический насос + интерстициальные клетки); на уровне организма, гуморальных нейросекреторных центров гипоталамуса и продолговатого мозга [6]. Так сформировался «клеточный» уровень регуляции, «муниципальный» — в паракринных сообществах и «федеральный» — in vivo. При этом «муниципальная» регуляция не вмешивается в регуляторные механизмы клеток, «федеральная» не в силах отменить действие «муниципальной» регуляции, и все они сотрудничают в реализации биологических функций и биологических реакций in vivo [9].
В эмбрионах мышей, на 7-й неделе беременности a-клетки островков Лангерганса начинают синтезировать глюкагон. Наличие Р-клеток и начало синтеза инсулина удается отметить только 2 нед позже. Когда в филогенезе еще не было инсулина, уже функционировало: а) пассивное (по градиенту концентрации межклеточная
Для корреспонденции:
Титов Владимир Николаевич, д-р мед. наук, проф., рук. лаб. клин.
биохимии обмена липопротеинов
Адрес: 122551, Москва, ул. 3-я Черепковская, 15а
Телефон: (495) 414-63-10
E-mail:vn_titov@maiLra
среда ^ цитозоль) поглощение клетками глюкозы; б) депонирование глюкозы в форме гидрофильного полимера гликогена; в) синтез глюкозы в биохимических реакциях глюконеогенеза из лактата, ЖК, аланина и гликогенолиз в реализации биологической функции гомеостаза — ком -пенсации гликопении в цитозоле клеток; г) гуморальная регуляция нормогликемии (эугликемия) в межклеточной среде; д) биохимические реакции липогенеза — синтез С 16:0 пальмитиновой (Пальм) н-ЖК из глюкозы и пассивное поглощение клетками н-ЖК, моно-ЖК, ненасыщенных (нена) ЖК и ЭС-поли-ЖК из состава апоА-1 липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). Это миллионами лет обеспечивало клеткам возможность пассивно, quantum sates, поглощать из межклеточной (внешней) среды глюкозу и ЖК и до синтеза инсулина.
И в настоящее время живут многоклеточные (кишечнополостные), которые не синтезируют инсулин. Мы предлагаем рассмотреть: а) поглощение in vivo клетками глюкозы до формирования биологической функции локо-моции, до инсулина; б) "причины", которые инициировали биологическую функцию локомоции и синтез инсулина; в) анатомические, физиологические и биохимические изменения, которые последовали in vivo за становлением функции локомоции, синтезом инсулина и формированием системы реализации регуляторного действия гормона; г) биологическое обоснование регуляции инсулином метаболизма не только глюкозы, но и н-ЖК и моно-ЖК;
д) роль инсулина в дифференцировке клеток рыхлой соединительной ткани (РСТ) и формировании адипоцитов;
е) становление активированного поглощения клетками глюкозы и активного, рецепторного поглощения н-ЖК и моно-ЖК в форме триглицеридов (ТГ) в составе липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП); ж) направленный (векторный) перенос н-ЖК и моно-ЖК в первую очередь к скелетным, поперечнополосатым миоцитам.
Становление биологической функции локомоции (движение) и роли инсулина как фактора обеспечения энергией биологической функции локомоции происходило длительно; «федеральная» система инсулина надстроилась над паракринной регуляцией клеточных сообществ и ауторегуляцией каждой из клеток. Вместе с тем в соответствии с методологическим приемом «биологической субординации» инсулин не в силах оказать регуляторное влияние на те процессы метаболизма, которые сформировались на ступенях филогенеза ранее его [12]. Поэтому инсулин не может повлиять на перенос к клеткам ЖК в составе ЛПВП; пассивное поглощение клетками н-ЖК и моно-ЖК из ассоциатов неэтерифи-цированных ЖК (НЭЖК) с альбумином; с) блокировать липолиз в клетках, когда его инициируют филогенетически более ранние тиреоидные гормоны, катехоловые амины, соматотропный гормон и эстрогены.
Клетки и одноклеточные поглощают глюкозу путем пассивной диффузии через филогенетически ранние каналы плазматической мембраны — порины, которые образованы интегральными белками с Р-складчатой структурой [30]. Позже клетки стали синтезировать и выставлять на мембрану глюкозные транспортеры (ГТ) — специализированные белки, в которых доминируют уже a-спиральные структуры [20]; ГТ переносят глюкозу как в клетку, так и из клетки по электрохимическому градиенту (градиент концентрации). Клетки поглощают глюкозу в том случае, если ее уровень в цитозоле ниже, чем в межклеточной среде, и они секретируют глюкозу тогда, когда ее уровень в цитозоле выше, чем в межклеточной среде. Регуляторами поглощения калетками глюкозы задолго до синтеза инсулина стали гликопения в цитозоле; гипергликемия в меж-
клеточной среде; в) секреция глюкагона. Это происходит путем поддержания гликемии в межклеточной среде на более высоком уровне, чем в цитозоле; гликемия в клетке на уровне несколько более низком, чем во внеклеточной среде [8]. При избытке глюкозы в межклеточной среде все клетки депонируют ее в цитозоле в форме гликогена; гепа-тоциты в большей мере накапливают гликоген и при необходимости компенсируют гликопению и в иных клетках in vivo путем активации гликогенолиза, глюконеогенеза и секреции глюкозы в межклеточную среду. Гипергликемия межклеточной среды активирует выставление клетками на мембрану дополнительного количества ГТ. Производительность ГТ в первую очередь зависит от градиента концентрации глюкозы и физико-химических параметров плазматической мембраны [25]. Образованный глюкозо-6-фосфат клетки используют для гликолиза в цитозоле; окисления в митохондриях с образованием АТФ; в) депонирования в форме гликогена. Глюкоза химически активна и потенциально всегда склонна к неферментативной реакции гликирования, поэтому длительная гипергликемия нежелательна ни в цитозоле, ни в межклеточной среде.
По мере развития и совершенствования многоклеточных у некоторых видов появилось непреодолимое желание (крайняя необходимость) начать передвигаться; сформировались условия для новой биологической функции — локомоции. Более вероятно этим стимулом стал недостаток кормовой базы при возросшем числе особей и наличие большого, богатого пищей незаселенного пространства. Формирование биологической функции локомоции и совершенствование способов добычи пищи изменили и характер индукции субстратом. Периоды обильной еды стали чередоваться с периодами голодания и выраженными различиями метаболизма в биологической реакции экзотрофии (период накопления субстратов для наработки энергии, постпрандиальная гипергликемия и гиперлипидемия) и биологической функцией эндотро-фии (период без пищи и расходования накопленных запасов энергии). После еды в крови и межклеточной среде развивалась выраженная гипергликемия. Глюкоза увеличивала осмолярность межклеточной среды, а необратимое ковалентное взаимодействие глюкозы с остатками Lys в белках и ее афизиологическое действие активных метаболитов С3 — гликотоксинов (глиоксаль и метилгли-оксаль) — нарушало химический состав циркулирующих и структурированных протеинов. В филогенезе, мы полагаем, это привело к формированию инсулина, который призван активировать поглощение клетками и депонирование глюкозы и ЖК. Формирование системы инсулина в филогенезе происходило путем специализации функциональной активности Р-клеток островков Лангерган-са, образования сенсоров гипергликемии во внеклеточной среде и цитозоле [19], синтеза и секреции инсулина; б) специализации в скелетных миоцитах инсулинзави-симых глюкозных транспортеров 4, которые при рецеп-торном восприятии гормонального сигнала клетки стали выставлять на мембрану намного быстрее; в) фосфорили-рование глюкозы в миоцитах стала активировать не гек-сокиназа, а глюкокиназа [15]; г) далее последовали синтез рецепторов к инсулину [17] и каскада посредников проведения и реализации сигнала инсулина в клетках.
Как и гипергликемия, инсулин повышает поглощение клетками глюкозы. В то же время гипергликемия и инсулин — это два самостоятельных регулятора, которые сформированы на разных ступенях филогенеза. Гипергликемия в межклеточной среде обеспечивает клетками возможность увеличить поглощение глюкозы; она же активирует и синтез инсулина. Инсулин рецепторным
путем стимулирует в инсулинзависимых миоцитах выставление на мембрану дополнительного количества ГТ. При гипергликемии в межклеточной среде глюкозу усиленно, пассивно поглощают все клетки in vivo, при гиперинсулинемии депонирование глюкозы усиливают только инсулинзависимые клетки, которыми являются скелетные миоциты, адипоциты и перипортальные гепа-тоциты. Количество синтезированного гликогена определено индукцией субстратом (количество поступившей с пищей глюкозы) и возможностью клеток депонировать гидрофильный гликоген. Гиперинсулинемия невозможна без гипергликемии; гипергликемия же миллионы лет активировала поглощение клетками глюкозы и в отсутствие инсулина. Гипергликемия в межклеточной среде дает все клеткам in vivo возможность увеличить поглощение глюкозы; после приема пищи (биологическая функция трофологии, биологическая реакция экзотро-фии) инсулин в течение нескольких часов инициирует нормогликемию во внеклеточной среде путем активации поглощения глюкозы главным образом инсулинзависи-мыми гепатоцитами, миоцитами и адипоцитами.
Далее в филогенезе глюкагон и инсулин, действуя скоординированно, обеспечивают клеткам возможность поглощать глюкозу путем поддержания ее уровня в межклеточной жидкости в границах нормогликемии (эугли-кемия). При этом верхнюю и нижнюю границы физиологического интервала глюкозы в межклеточной среде регулируют разные гормоны: нижнюю «границу» нор-могликемии (биологическая функция гомеостаза) регулируют (подпирают) филогенетически ранние а-клетки и глюкоиды; верхнюю «границу» нормоэугликемии регулируют (супрессируют) филогенетически более поздние Р-клетки и инсулин (биологическая функция эндоэкологии). Следовательно, регуляция биологической функции гомеостаза и функции эндоэкологии происходит раздельно, используя для этого филогенетически разные гуморальные (гормональные) регуляторы — глюкагон и инсулин; функционально же оба гормона действуют как синергисты. Раздельная функциональная регуляция верхней и нижней «границ» интервала нормо-гликемии является основой формирования изолированной патологии, патологической гипо- и гипергликемии с разными способами ее компенсации и нормализации. При этом компенсация гипогликемии и биологической функции гомеостаза более древняя и более совершенная, а компенсация гипергликемии и биологической функции эндоэкологии при действии инсулина более молодая и в филогенезе менее отработанная. Поэтому в физиологических условиях состояние гипергликемии в биологической функции трофологии, биологической реакции экзотрофии развивается намного чаще, чем состояние гипогликемии.
Формирование гипергликемии в филогенезе вызвано изменением характера питания — чередование периодов приема пищи (биологическая реакция экзотрофии) и отсутствия пищи, временем голодания или состояния гиббернации (биологическая реакция эндотрофии) [5]. Глюкагон и инсулин — функциональные синергисты. Однако инсулин как филогенетически более поздний не может влиять на процессы, которые миллионы лет до него регулировал глюкагон: инсулин не может влиять на гликогенолиз, глюконеогенез и секрецию печенью глюкозы, если в цитозоле, несмотря на гипергликемию в крови и межклеточной среде, если в цитозоле клеток развивается (сохраняется) гликопения. Усиление синтеза глюкозы в гепатоцитах de novo при СД, активация глюконеогенеза в гепатоцитах являются следствием
того, что in vivo происходит усиление биохимических процессов, направленных на компенсацию гликопении, которая может формироваться и при выраженной гипергликемии в межклеточной среде и крови. Сенсоры, которые инициируют секрецию глюкагона, расположены в цитозоле a-клеток и призваны выявлять гликопению в клетках, в то время как филогенетически поздние сенсоры Р-клеток фиксируют изменение содержания глюкозы в межклеточной среде, плазме крови. Поэтому при СД 2-го типа, нарушении физико-химических свойств мембран клеток, когда выраженная гипергликемия в крови сочетается с высоким уровнем инсулина и состоянием гликопении в цитозоле, глюкагон активирует в гепато-цитах процессы гликогенолиза, глюконеогенеза и секрецию глюкозы, и их не может остановить даже высокая концентрация инсулина в межклеточной среде.
Все гормоны, на каких бы ступенях филогенеза они не синтезированы, в силу биологического принципа преемственности являются синергистами. Из них только инсулин — «бюджетобразующий гормон», он формирует запас субстратов для наработки клетками энергии in vivo. Остальные же гормоны этот "бюджет" (глюкоза и ЖК) тратят на поддержание и развитие тех функций, которые делегированы им в филогенезе: адреналин — реализация биологической функции адаптации; тиреоидные гормоны — регулирование морфогенеза; соматотропный гормон — проявление анаболического действия; эстрогены — обеспечение герминативной биологической функции [18, 28]. Роль инсулина очерчена конкретно — обеспечение энергией биологической функции локомоции. Реализация этих функций в филогенезе и привела в итоге к формированию системы инсулина, которая включает: новый способ векторного (направленного) переноса субстратов для наработки миоцитами энергии; б) новые способы депонирования гидрофобных (липофильные субстраты) для наработки энергии; в) новое специализированное депо для запаса не гидрофильного субстрата (гликоген), а выраженно гидрофобных субстратов — ЖК и ТГ.
На ступенях филогенеза вначале единственными ин-сулинзависимыми клетками были скелетные миоциты; в них инсулин сформировал ГТ4 и возможность запасания большего количества гликогена для реализации биологической функции локомоции — сокращения мио-фибрилл. При этом in vivo сформировались два функционально разных пула гликогена: пул в перипортальных
гепатоцитах для компенсации гипогликемии в межклеточной среде и реализации биологической функции го-меостаза; б) пул гликогена в миоцитах для реализации биологической функции локомоции особенно в условиях гипоксии. После интенсивной физической нагрузки рыхлые гранулы гликогена занимают при микроскопии примерно 3% площади цитозоля [2]; далее при действии гипергликемии и инсулина накопление гликогена в мио-цитах повышается до 40%. Общее количество глюкозы, которое можно депонировать in vivo в форме гликогена, определяет в первую очередь количество миоцитов, т. е. массу мышечной ткани. Инсулин рецепторно активирует перемещение на мембрану миоцитов дополнительное количество ГТ4; «производительность» же ГТ4 при действии инсулина возрастает незначительно [24].
При соблюдении методологических приемов «биологической преемственности и биологической субординации», «федеральная» регуляция инсулина надстроилась над ау-токринной регуляцией каждой из клеток и гуморальной («муниципальная») регуляцией на уровне паракринных сообществ, полностью сохранив все более ранние регуля-торные функции. В условиях гипергликемии и гиперин-сулинемии миоциты усиливают депонирование глюкозы в цитозоле в форме гликогена. Когда депонировать его уже негде, клетки, руководствуясь принципами аутокринной регуляции, «убирают» ГТ с мембраны [27], формируя, полагаем, «физиологическую» резистентность к инсулину. Чем больше in vivo количество миоцитов, тем позже наступает физиологическая резистентность к инсулину и меньше глюкозы приходится депонировать в адипоцитах в форме ТГ. Однако как только миоциты начнут сокращаться, произойдет активация гликогенолиза, и понизится содержание гликогена, миоциты возвратят ГТ на мембрану и опять начнут поглощение глюкозы [13] (рис. 1).
По мере становления функции локомоции необходимо постоянно депонировать в миоцитах in vivo все большее количество субстратов для наработки энергии. Поэтому встала проблема: где и в какой форме депонировать эти субстраты in vivo. Можно полагать, что на более поздних ступенях филогенеза это было решено путем действия системы инсулина за пределами миоцитов при дифференцировании и специализации пула клеток РСТ, которые сформировали адипоциты и жировую ткань. Основная функция адипоцитов — депонирования субстратов для обеспечения энергией биологической функ-
Рис. 1. Принципы передачи сигнала ИНС рецепторами и перемещение ГТ4 из эндоплазматического ретику-лума миоцитов на плазматическую мембрану.
ции локомоции в форме не гидрофобного гликогена, а ЖК в гидрофобной форме ТГ [1]. Это привело к тому, что количество инсулинзависимых клеток увеличилось, и ими стали поперечно-полосатые, скелетные миоциты, перипортальные гепатоциты и функционально разные адипоциты дифференцированных жировых депо. И, хотя инсулинзависимыми являются только три вида клеток, в сумме in vivo они составляют большинство.
И все-таки на ступенях филогенеза цели, для которых природа инициировала синтез инсулина, не достигнуты. Инсулин не сформировал активное поглощение глюкозы даже инсулинзависимыми миоцитами [33]. Причиной тому является то, что активно, путем рецепторного эндоцитоза клетки поглощают (проводят через липидную мембрану) гидрофобные вещества [4], а глюкоза выраженно гидрофильна. К тому же депонировать глюкозу в форме гидрофильного, разветвленного, рыхлого полимера гликогена, между цепями которого располагается много воды, также не рационально (рис. 2). Полагаем, что далеко не на ранних ступенях филогенеза, но все-таки отработан такой вариант, который позволил превратить глюкозу в гидрофобные молекулы и компактно, в "одном депо", запасать поступающие с пищей субстраты — и глюкозу и ЖК. Реализация в филогенезе действия инсулина привела к тому, что гепатоциты при действии инсулина стали использовать глюкозу пищи для синтеза С16:0 Пальм-ЖК. Это единственная ЖК, которую клетки приматов способны синтезировать in situ de novo из уксусной кислоты, из ацетил-КоА [29]. Синтез С16:0 происходит из глюкозы, пирувата, ацетил-КоА. Пальм-н-ЖК синтезирует каждая животная клетка, но депонировать ее в полярной форме невозможно; к тому же все полярные НЭЖК, как и глюкоза, но особенно Пальм-н-ЖК являются химически активными. Депонирование полярных НЭЖК в цитозоле с ранних степеней филогенеза осуществляют клетки в форме неполярных эфиров с трехатомным спиртом глицерином, формируя ТГ. Поскольку этерифицировать с глицерином in vivo три молекулы Пальм-н-ЖК невозможно (температура плавления трипальмитата близка к 70oC), гепатоциты, как и иные клетки in vivo, стали удлинять цепь Пальм-н-ЖК на два атома С с образованием С18:0 стеариновой н-ЖК и далее вводить в углеродную цепь одну двойную связь при 9-м атоме С, превращая С16:0 Пальм-н-ЖК в ш'-9 С18:1 олеиновую моно-ЖК. Она-то чаще и этери-фицирована в средней (sn-2) позиции трехатомного спирта глицерина (со вторичной спиртовой группой) в эндогенно синтезированных ТГ; в sn-1 и sn-3 глицерин с первичными спиртовыми группами могут быть этерифицированы еще две олеиновые ЖК, а также одна или две Пальм-н-ЖК [32]. Иные ЖК в эндогенно синтезированных олеиновых ТГ не содержатся.
В филогенезе на ступенях последовательно произошло формирование, можно полагать, нескольких поколений ГТ, которые обозначены ГТ1—ГТ5 в той последовательности, в какой была установлена их функциональная активность. Филогенетически наиболее ранним в тканях является менее совершенные ГТ1, которые продолжают и сейчас функционировать на мембране эритроцитов, клеток монослоя эндотелия (мезотелий) сосудов и нейронов головного мозга. ГТ2 — это низкоаффинный переносчик, который располагается на плазматической мембране ге-патоцитов, почек, эпителии тонкой кишки, в а-клетках и Р-клетках островков поджелудочной железы. ГТ2 может поглощать глюкозу и при снижении ее концентрации в межклеточной среде, информируя а-клетки островков о состоянии гипогликемии. ГТ2, а позже в филогенезе и ГТ4 задействованы в поглощении клетками глюкозы в период постпрандиальной гипергликемии. Более со-
VI о X V,-0-Í о -I
Рис. 2. Схема рыхлой гидрофильной упаковки цепей гликогена в цитозоле миоцитов (верх) и плотной гидрофобной упаковки ТГ в липидных каплях миоцитов и единой капле адипоцитов (низ).
вершенный, филогенетически ранний ГТ3 осуществляет перенос глюкозы через гематоэнцефалический барьер, перенос энтероцитами глюкозы через базолатеральную мембрану эпителия, поглощение нейронами глюкозы при низком градиенте межклеточная среда ^ цитозоль. ГТ5 обеспечивает поглощение клетками только фруктозы.
Основным местом депонирования глюкозы являются инсулинзависимые скелетные миоциты, в меньшей мере перипортальные гепатоциты. Чем больше in vivo скелетных миоцитов, тем большее количество глюкозы в форме гликогена можно в них депонировать. Поэтому чем больше in vivo масса скелетных мышц и выше уровень ее функциональной активности, тем более короткой является гипергликемия после приема пищи. ГТ4 — основной переносчик при поглощении глюкозы всеми инсулинзависи-мыми клетками: скелетными миоцитами, адипоцитами и перипортальными гепатоцитами. Все ГТ составляют семейство доменных протеинов (интегральные белки), которые встроены в плазматическую мембрану клеток и содействуют (облегчают) пассивное поглощение глюкозы по градиенту концентрации межклеточная среда ^ цитозоль. Именно ГТ4 инициирует нормализацию уровня гликемии в плазме крови после приема пищи. При исполнении биологической функции трофологии, реализации биологической реакции экзотрофии и эндотрофии ГТ4 перемещаются между пулом транспортеров, выставленных клеткой на плазматическую мембрану, и теми резервными единицами, которые временно депонированы во внутриклеточных мембранах. В течение десятков минут после повышения в межклеточной среде содержания инсулина, ГТ4 переме-
щается на плазматическую мембрану, встраивается и начинает активированно, но все-таки пассивно поглощать глюкозу. По мере понижения гликемии в межклеточной среде инсулинзависимые клетки убирают с плазматической мембраны ГТ4 и возвращаются в базальное состояние.
В процессе дифференцировки из фибробластов и далеко не на ранних ступенях филогенеза адипоциты и поперечнополосатые миоциты в соответствии с биологическим принципом единой технологии становления в филогенезе функциональных систем также сформировали ГТ4. Структура ГТ4 до конца не расшифрована, однако транспортер располагает следующими доменами: доменом, который из а-спиральных цепей формирует канал для прохождения глюкозы и механизмы его функции как осциллятора; канал не бывает открыт одновременно с обеих сторон; доменом, который обеспечивает перемещение ГТ4 с плазматической мембраны в цитозоль и обратно, является белок целлуги-рин; специфичные белки «замыкания и размыкания» эндо-сом (экзосом) для ГТ4, которые могут быть и рецепторами-векторами направленного перемещения на мембрану клетки и обратно. После определенного количества челночных переходов (эндосомы ^ плазматическаая мембрана) ГТ4 подвергается деградации в лизосомах.
Все ГТ - это высокогомологичные белки-транспортеры, однако в филогенезе произошла их специализация, и клетки синтезируют ГТ с разными кинетическими параметрами. ГТ принято обозначать цифрами в порядке того, как они описаны в литературе. ГТ1 — наиболее древний транспортер; его используют все поколения эритроциты, поэтому его именуют эритроцитарным [2]; в пренатальном периоде ГТ1 имеют и миоциты. ГТ1 — первый клонированный белок-транспортер; его синтез на транскрипционном уровне регулирует цАМФ). ГТ1 — наиболее ранний в филогенезе транспортер: он функционирует на мембране неоплазированных клеток и метастазов; понижает содержание растворимых фрагментов рецепторов в плазме крови: его предлагали использовать как тест оценки эффективности химиотерапии. Одновременно повышение уровня фрагментов ГТ1 в крови расценивают как формирование компенсаторных процессов при прекондиционировании, когда понижение парциального давления 02 в перфузате негативно соотносится с повышением концентрации растворимых фрагментов ГТ1 в плазме крови животных.
ГТ2 (печеночный тип) выставляют на мембрану ге-патоциты, эпителий почек, тонкой кишки, а- и Р-клетки островков Лангерганса [34]. Молекула ГТ2 состоит из 524 аминокислотных остатков. Мутации в гене, кодирующем синтез ГТ2, вызывает понижение чувствительности Р-клеток островков к глюкозе; это может быть причиной структурно обусловленной, постоянной резистентности к инсулину — СД 2-го типа. При этом в Р-клетках островков выраженно повышается содержание мРНК для белка ГТ2. ГТ3 (мозговой тип) обеспечивают поглощение глюкозы нейронами мозга из спинномозговой жидкости даже в условиях низкого содержания глюкозы в локальном пуле межклеточной среды — в спинномозговой жидкости. ГТ3 функционируют также в плаценте, почках и миоцитах плода. Молекула ГТ3 состоит из 496 аминокислотных остатков. ГТ4 имеют на мембране ин-сулинзависимые миоциты и адипоциты; его называют мышечно-адипоцитарным транспортером. Его содержат на мембране и клетки бурой жировой ткани. ГТ4 имеют на плазматической мембране только те клетки, у которых есть и рецепторы к инсулину. У молекулы ГТ4 509 аминокислотных остатков и высокая степень гомологичности с более ранними ГТ соответственно единой технологии
становления в филогенезе функциональных систем [11]. ГТ4 дифференцировались на поздних ступенях филогенеза, одновременно со становлением системы инсулина, и являются зависимыми от функции гормона [16]. ГТ5 используют клетки только для поглощения моносахарида фруктозы; иные моносахара с невысокой активностью способны транспортировать ГТ1. Наличие на плазматической мембране скелетных миоцитов и адипоцитов только ГТ4 дает основание говорить, что в филогенезе формирование этих клеток и тканей произошло на более поздних ступенях филогенеза; клетки предназначены для реализации биологической функции локомоции; в их становлении большая роль принадлежит инсулину.
При становлении биологической функции локомоции инсулин не сформировал активного поглощения клетками глюкозы, а только усовершенствовал (активировал) пассивное поглощение и только инсулинзависимыми клетками. Эти клетки стали синтезировать и выставлять на мембрану рецепторы к инсулину, что позволило активировать поглощение глюкозы в условиях физиологической гипергликемии в межклеточной среде; поглощение глюкозы происходит без затраты АТФ и только по градиенту концентрации. Рецепторы к инсулину позволяют выставить на мембрану дополнительное количество ГТ4 в течение короткого времени: 40 мин при рецепторном сигнале инсулина вместо 4 ч при действии гипергликемии. Однако, увеличивая на мембране количество ГТ4, инсулин мало что сделал для повышения их производительности; инсулин «берет количеством, а не качеством»; гормон не увеличивает производительность ГТ4. Вероятно, сформировать активное поглощение гидрофильной глюкозы трудно, к тому же гидрофильный гликоген in vivo негде депонировать. Поэтому на следующих ступенях филогенеза инсулин стал организовывать способ депонирования путем иных биохимических реакций — активации липогенеза из глюкозы и превращения большей части поступившей с пищей гидрофильной глюкозы в гидрофобную Пальм-н-ЖК.
Полагаем, что Пальм-н-ЖК можно в принципе рассматривать как "гидрофобную форму глюкозы", удобную для депонирования. Если теоретически все количество запасенных в адипоцитах ТГ заменить эквиэнергетиче-ски на гликоген, масса тела человека увеличится приблизительно на 25 кг. ГТ4 от всех иных транспортеров отличает сочетание их функции с рецепторами к инсулину, и это характерно только для инсулинзависимых клеток. В принципе инсулин — анаболический гормон; он инициирует не активное, а только активированное поглощение клетками глюкозы; оксигенацию тканей при активации окислительного фосфорилирования поглощенной глюкозы при действии глюкокиназы и использовании 02 из воздуха; активное рецепторное поглощение инсулинзави-симыми клетками н-ЖК и моно-ЖК в форме ТГ в составе ЛПОНП путем апоЕ/В-100-рецепторного эндоцитоза; липогенез de novo из глюкозы; формирование адипоци-тов. После связывания с рецептором инсулин активирует фосфорилирование тирозина при действии тирозинкина-зы и, в конце концов, синтез ц-АМФ. Далее в результате каскадной передачи в клетку сигнала инсулина даже в условиях выраженной гипергликемии клетки выставляют на плазматическую мембрану не более половины ГТ4, депонированных в эндоплазматической сети.
При становлении в филогенезе биологической функции локомоции и синтезе инсулина, формировании системы инсулин—гормон в плане обеспечения субстратами энергии биологической функции локомоции и активации поглощения клетками глюкозы сформировал in vivo популяцию ин-сулинзависимых клеток: скелетные миоциты, адипоциты
и перипортальные гепатоциты; рецепторную систему восприятия инсулинзависимыми клетками действия гормона; синтез инсулинзависимыми клетками нового поколения транспортеров — ГТ4 и фосфорилирование в цитозоле глюкозы глюкокиназой вместо гексокиназы. В то же время инсулин не сформировал активного, рецепторного поглощения глюкозы даже инсулинзависимыми клетками. Вероятно, биологически это верно, поскольку энергетическая ценность глюкозы по сравнению с таковой ЖК невелика; запасать глюкозу in vivo практически негде; гидрофильный гликоген для депонирования является очень неудобным субстратом. Вместе с тем глюкоза по сравнению с ЖК имеет и преимущество: при метаболизме глюкозы и гликогена есть возможность некоторое время синтезировать АТФ и при гипоксии, что невозможно для ЖК.
Можно утверждать, что в обеспечении субстратами для наработки энергии в биологической функции локомоции основное внимание инсулина сосредоточено на совершенствовании метаболизма полярных ЖК и неполярных ли-пидов, в метаболизме которых инсулин инициировал формирование принципиальных функциональных и морфологических изменений. Ими являются in vivo увеличение среди энергетических субстратов количества неполярных липидов; снижение содержания полярных липидов; превалирование синтеза моно-ЖК над н-ЖК. Инсулин совершенствует липогенез — синтез Пальм-н-ЖК из экзогенной глюкозы в инсулинзависимых гепатоцитах и адипоцитах, поскольку функционально Пальм-н-ЖК можно рассматривать как "гидрофобную форму" глюкозы; повышает активность пальмитоилэлонгазы и синтез из С16:0 Пальм-н-ЖК ^ С18:0 стеариновой н-ЖК; экаспрессирует активность Д9-стеаторил десатуразы и синтез С18:0 олеиновой моно-ЖК, что позволяет формировать эндогенные олеиновые ТГ; среди олеиновых, линолевых и линоленовых ТГ только первые являются эндогенными, поскольку синтезировать линолевую и линоленовую нена-ЖК клетки приматов и человека не могут; активирует in vivo все ферменты синтеза ЖК и их этерификации в неполярные липиды, ТГ, которые можно запасать; одновременно ингибирует липолиз — формирование в адипоцитах из неполярных ТГ полярных ЖК в форме НЭЖК с альбумином. Суть этого действия инсулина надо объяснить, и, мы уверены в том, что патогенез СД станет более понятным. Не без оснований мы назвали инсулин единственным in vivo энергетическим бюджет-образующим гормоном.
Роль инсулина в метаболизме ЖК столь высока, что позволяет нам говорить о том, что СД 2-го типа — это в первую очередь патология метаболизма ЖК, субстратов для наработки митохондриями энергии, и только во вторую — патология метаболизма углеводов и глюкозы. СД — это нарушение метаболизма всего-то двух ЖК — С16:0 Пальм и С18:1 олеиновой; только они являются субстратами для окисления в митохондриях при наработке энергии, синтеза АТФ, имея разные кинетические параметры окисления [10]; нарушение метаболизма всего-то двух видов ТГ — олеиновых при этерификации в sn-2 спирта глицерина физиологической олеиновой моно-ЖК и афи-зиологической — Пальм-н-ЖК; нарушение переноса и поглощения клетками только олеиновых ЛПОНП, которые и предназначены для снабжения скелетных миоцитов субстратами для наработки энергии. На рис. 3 показано распределение олеиновой, линолевой и линоленовой ЖК и одноименных ТГ между отдельными классами апоВ-100 липопротеинов — ЛПОНП, липопротеинов промежуточной плотности и липопротеинов низкой плотности.
Синтез гормона и формирование системы инсулина произошло далеко не на ранних ступенях филогенеза,
С 18:1
Рис. 3. Распределение содержания ЖК, олеиновых, линолевых и линоленовых ТГ в составе ЛПОНП, липопротеинов промежуточной плотности и ЛПНП. Все олеиновые и пальмитиновые ТГ сосредоточены только в ЛПОНП.
По горизонтали - содержание (в %) ЖК; по вертикали - разделение липопротеинов при ультрацентрифугировании. 1 - ЛПОНП; 2 - липопро-теины промежуточной плотности; 3 - ЛПНП.
инсулин призван обеспечить субстратами энергии биологическую функцию локомоции, функции движения. Инсулин должен обеспечить субстраты для сезонных перелетов и миграции, биологической реакции гибернации — переживания бодрствующих животных при длительном голодании в зимний период. Однако для целей, которые призван решать инсулин, глюкоза является далеко не оптимальной: энергетическая ценность глюкозы невысока; глюкоза выраженно гидрофильна, поэтому трудно (невозможно) сформировать ее активное поглощение клетками; нет возможности in vivo хранить большие запасы глюкозы в форме гликогена. В силу этого все свое внимание инсулин уделил ЖК, которые реально являются in vivo оптимальным субстратом для запасания энергии. В силу исполнения биологической роли инсулин стал регулировать прежде всего метаболизм ЖК, всего-то двух ЖК — Пальм-н-ЖК и олеиновой моно-ЖК. Именно они в каждой из клеток с ранних ступеней филогенеза и являются энергетическими субстратами для окисления в митохондриях с целью наработки АТФ [9]. Полагаем, что биологические основания и накопленный фактический материал позволяет считать СД 2-го типа нарушением в первую очередь метаболизма ЖК и во вторую — глюкозы.
Однако каким же образом инсулин регулирует метаболические превращения глюкозы и углеводов, содержание которых в физиологических условиях — это треть энергетической ценности пищи (а бывает и больше), если их практически негде запасать? Выраженная, пост-прандиальная гипергликемия развивается после каждого приема пищи (биологическая реакция экзотрофии), в которой и происходит действие инсулина; в биологической же реакции эндотрофии (внутреннее питание, вне приемов пищи) инсулин участия практически не принимает. Что же получается? При реализации биологической функции трофологии, функции питания две постоянно чередующиеся биологические реакции экзотрофии (внешнее) и эндотрофии (внутреннее) питания основаны на реакциях метаболизма, которые отработаны на далеко отстоящих друг от друга ступенях филогенеза.
В биологической реакции экзотрофии (постпранди-альная гипергликемия и гиперлипидемия) инсулинза-висимые клетки усиленно (активированно) поглощают глюкозу через ГТ4 при рецепторном действии инсулина; инсулинзависимые клетки активно поглощают ЖК в форме неполярных ТГ в составе олеиновых ЛПОНП
путем апоЕ/В-100-рецепторного эндоцитоза; активированное поглощение глюкозы и активное поглощение ЖК сформировано на поздних ступенях филогенеза, при становлении биологической функции локомоции.
В биологической реакции эндотрофии вне приема пищи все клетки поглощают глюкозу пассивно при действии нормогликемии (эугликемия) в межклеточной среде через разные ГТ, но не ГТ4; все клетки пассивно по градиенту концентрации поглощают полярные ЖК из комплексов НЭЖК с альбумином пассивно путем диффузии через плазматическую мембрану и при действии белков, переносящих НЭЖК, в цитозоле; все эти реакции отработаны на ранних ступенях филогенеза при становлении биологической функции гомеостаза. В силу этого синдром резистентности к инсулину формируется только в биологической реакции экзотрофии, но развившиеся нарушения могут оставаться и во время реализации биологической реакции эндотрофии.
В физиологической реакции экзотрофии при пост-прандиальной гипергликемии и гиперлипидемии инсулин решает, что глюкозу, которую депонировать возможно сугубо ограниченно, расходовать (окислять в митохондриях) в первую очередь, а ЖК складировать и хранить для реализации в биологической функции локомоции. Для этого инсулин связывается с рецепторами на мембране инсулинзависимых клеток и усиливает активированное поглощение глюкозы через ГТ4; активирует депонирование в клетках максимально возможного количества глюкозы в форме гидрофильного гликогена; блокирует липо-лиз ТГ, запасенных во всех инсулинзависимых клетках, в первую очередь в адипоцитах; выраженно понижает в межклеточной среде содержание НЭЖК с альбумином; уменьшает пассивное поглощение НЭЖК миоцитами; сводит к минимуму содержание в цитозоле, во-первых, кетоновых тел — метаболитов С4 масляной ЖК, во-вторых, короткоцепочечных С6—С10 ЖК, в-третьих, С16: Пальм-н-ЖК, единственно для которой в митохондриях имеется специфичный транспортер — карнитин-пальмитоил ацил-трансфераза; вынуждает митохондрии окислять глюкозу, стараясь скорее всю ее использовать.
Одновременно инсулин активирует в гепатоцитах и адипоцитах липогенез и превращение гидрофильной глюкозы в ее «гидрофобную» форму, которой обоснованно, полагаем, является Пальм-н-ЖК, и активирует превращение Пальм-н-ЖК в олеиновую моно-ЖК, формирование в гепатоцитах олеиновых ТГ и образование олеиновых ЛПОНП, синтез апоЕ и активное поглощение ЛПОНП всеми инсулинзависимыми клетками путем апоЕ/В-100-рецепторного эндоцитоза. Инсулин в биологической реакции экзотрофии старается как можно быстрее и полно использовать глюкозу и сохранить in vivo как можно больше ЖК (Пальм-н-ЖК и олеиновая моно-ЖК) как субстрат для реализации далее биологической функции локомоции. Поэтому "трогательное" первоочередное отношение инсулина к глюкозе можно образно охарактеризовать как "исчезни с глаз моих".
Основное действие инсулина сосредоточено на регуляции метаболизма ЖК и запасании субстратов для обеспечения субстратами энергии биологической функции локомоции. В принципе инсулин мало что сделал для совершенствования метаболизма углеводов и глюкозы, создав только активированное поглощение глюкозы всего-то тремя клетками при использовании ГТ4. В то же время инсулин во многом усовершенствовал метаболизм ЖК. На какие бы аспекты действия инсулина как регулятора метаболизма мы бы не обратили внимание, все они являются составными частями исполнения еди-
ной биологической роли гормона — энергетического обеспечения биологической функции локомоции.
Заметим также, что производительность ГТ во многом определена физико-химическими параметрами плазматической мембраны клеток и ЖК, которые этерифицирова-ны в составе фосфолипидов. Чем больше ЭС-поли-ЖК этерифицировано в аннулярных фосфолипидах (фосфа-тидилэтаноламин и фосфатидилсерин) плазматической мембраны, которые окружают ГТ как интегральный белок, создавая более гидрофильное микроокружение в вы-раженно гидрофобной структуре из фосфатидилхолинов [3, 7], чем ниже микровязкость и больше жидкостность липидного бислоя мембраны, тем выше функциональная способность ГТ и клеток в поглощении глюкозы.
Инсулин, как это ни покажется странным, далеко не в первую очередь озабочен метаболизмом углеводов. Прежде всего он обеспечивает запасание субстратов энергии для функции локомоции. Только накопление ЖК является in vivo эффективным способом запасания энергии, поскольку при окислении 1 г ЖК освобождается больше энергии (9,3 ккал), чем при метаболизме 1 г углеводов (3,7 ккал). Высокая энергетическая ценность субстратов обусловлена высвобождением энергии при окислении связей -С—С- и -С—Н- в липидах больше, чем в углеводах. Поскольку жиры выраженно гидрофобны, в депо жировой ткани нет воды, это обеспечивает почти 9-кратную разницу в эффективности запасания ЖК в форме ТГ по сравнению с таковой глюкозы в форме гликогена. У человека массой 70 кг энергетических запасов ЖК в форме ТГ достаточно для голодания в течение примерно 40 дней. Для запасания такого же количества субстрата энергии в форме гликогена масса тела должна быть не менее чем 140 кг.
У животных, которые располагаются на более низких ступенях развития, жировой ткани и адипоцитов — специализированных клеток для запаса субстратов энергии, нет; они сформировались только при становлении биологической функции локомоции и системы инсулина. У животных при отсутствии специализированных адипоцитов накопление ЖК в форме ТГ происходит в гепатоцитах, миоцитах и даже в межклеточном пространстве в контакте с мембраной миоцитов. При этом запасенные ТГ остаются метаболически активными, их можно быстро мобилизовать при внеклеточном действии гормонзависимых липаз миоци-тов и быстро пассивно поглотить в форме НЭЖК. У части насекомых запас ЖК происходит в специализированном «жировом теле», которое имеют бабочки и муравьи, но не филогенетически ранние стрекозы. Полагаем, что рационально отдельно, более внимательно рассмотреть филогенетически не столь раннюю паракринную («муниципальная») регуляцию адипоцитов. Важно установить биологическое предназначение каждого из локальных гормонов наиболее молодой жировой ткани, а также и приемы ее «федеральной» регуляции, исходя из ее основного предназначения — обеспечение запасами энергии биологической функции локомоции. При этом не делать предположений, которые противоречат общей биологии.
Молекула инсулина в течение ХХ века постоянно находилась на переднем крае исследований. Открытие инсулина Бантингом и Бестом в 1922 г. стало первым серьезным продвижением в клинической эндокринологии и положило начало лечению пациентов с СД. За этим последовали успехи в молекулярной и сравнительной эндокринологии и выяснение основ гуморальной, гормональной регуляции многих сторон метаболизма in vivo. В результате инсулин стал первым белком, для которого установлена первичная структура — последовательность аминокислотных остатков. Впервые методом радио-
иммунного анализа определили содержание инсулина в биологической среде. Инсулин — первый гормон, для которого установлена третичная и четвертичная структура, и белок впервые получен в кристаллическом виде. Проинсулин был первым белком-предшественником пептидных гормонов, который удалось определить. ДНК инсулина и его ген впервые клонировали при использовании рекомбинантной технологии.
Инициирует синтез инсулина нарушение биологической функции эндоэкологии и превышение концентрации глюкозы выше верхнего уровня физиологического (эугликемического) интервала, т. е. состояние гипергликемии в межклеточной среде и цитозоле Р-клеток островков Лангерганса; последнее действие обеспечивает ГТ2. Используя рецепторы и инсулинзависимые ГТ4, гормон активирует поглощение глюкозы всеми инсулинзависи-мыми клетками; поглощение же глюкозы филогенетически более ранними клеткам in vivo активирует только гипергликемия; гипергликемия и инсулин — это разные гуморальные регуляторы на ранних и поздних ступенях филогенеза. Если удалить все Р-клетки островков у любого из позвоночных, развивается гипергликемия, и появляются симптомы СД; происходит это не позже, чем через 2 нед после вмешательства [22]. И, хотя инсулинподоб-ные пептиды склонны рассматривать как предшественники инсулина, они являются всего-то факторами роста и проявляют только схожую активность; в то же время рецепторы для них и для инсулина на плазматической мембране клеток характеризует высокая степень гомоло-гичности.
Адипоциты сохранили все свои филогенетически ранние способности; они остались клетками РСТ и, как и ранее в филогенезе, принимают участие в реализации биологической функции эндоэкологии (поддержание чистоты межклеточной среды организма), биологической реакции воспаления, формировании синдрома системного воспалительного ответа. Поэтому in vivo любое по этиологии замусоривание межклеточной среды эндогенными флогогенами, инициация биологическим мусором через toU-рецепторы синдрома системного воспалительного ответа, в реализации биологической реакции воспаления всегда примут участие адипоциты, такие как клетки РСТ. Со временем адипоциты стали воспринимать как процесс замусоривания и накопление в цитозоле таких ТГ, которые не способны гидролизовать позиционно и стереоспеци-фичные гормонзависимые липазы. Это является причиной формирования больших и метаболически неактивных адипоцитов. Прежде всего это результат нарушения биологической функции трофологии, биологической реакции экзотрофии (внешнее питание) и высокого содержания в пище афизиологических ЖК и избытка физиологической Пальм-н-ЖК. При этом биологическая реакция воспаления развивается в рамках жировой ткани, следствием чего всегда является формирование резистентности к инсулину. В дополнение к этому какая бы по этиологии биологическая реакция воспаления не развивалась in vivo, она всегда будет выражена в активации синтеза клетками РСТ (в первую очередь оседлыми макрофагами) первичных и вторичных медиаторов воспаления.
Функциональная роль инсулина в биологической реакции экзотрофии заключается в том, что он вынуждает митохондрии окислять глюкозу для возможно ее быстрого и полного использования. Для этого инсулин рецепторно усиливает поглощение глюкозы всеми инсу-линзависимыми клетками, формируя повышение ее содержания в цитозоле. Однако физиология филогенетически наиболее древних митохондрий состоит в том, что
они, вероятно, с позиций особенностей термодинамики и условий ранних ступеней филогенеза всегда предпочитают окислять ЖК, а не глюкозу. Если в порядке предпочтения (согласно константам скорости реакции) расположить все субстраты, которые in vivo окисляют митохондрии, то получится следующая последовательность:
а) метаболиты самой короткой С4 масляной ЖК (кетоновые тела);
б) короткоцепочечные С6—С10 ЖК;
в) Пальм-н-ЖК, только для которой митохондрии имеют единственный и специфичный транспортер — карнитин-пальмитоил ацилтрансферазу;
г) глюкоза.
С учетом вышесказанного митохондрии начнут окислять глюкозу только тогда, когда в цитозоле не останется кетоновых тел, не будет С6—С10 короткоцепочечных ЖК, и будут только следовые количества полярной Пальм-н-ЖК в форме НЭЖК. Изменить функциональные свойства филогенетически наиболее древних орга-нелл (митохондрии) филогенетически поздний инсулин в соответствии с методологическим положением о «биологической» субординации не может. Поэтому для того чтобы принудить митохондрии начать окисление глюкозы, инсулин вначале ингибирует во всех клетках все биохимические реакции, при которых происходит освобождение полярных НЭЖК или полярных метаболитов ЖК. И только тогда, когда в физиологических условиях инсулин это делает, митохондрии начинают окислять глюкозу. Однако, если убрать из цитозоля все липиды — субстраты для окисления — инсулин не сможет, митохондрии не станут окислять глюкозу. При этом независимо от различия этиологических факторов формируется единый в своем патогенезе синдром резистентности к инсулину, при котором митохондрии физиологически для них не хотят окислять глюкозу, продолжая окислять ЖК и их полярные метаболиты. Таким образом, прежде всего действие инсулина физиологично в условиях гипергликемии, биологической реакции экзотрофии, оно направлено на регуляцию метаболизма ЖК и только потом на метаболические превращения глюкозы. На этом основании СД 2-го типа можно рассматривать в первую очередь, как нарушение метаболизма н-ЖК и моно-ЖК, а во вторую — метаболизма глюкозы.
Существуют ли вещества, введение которых вызывает in vivo столь же выраженую и длительную гипогликемию в межклеточной среде, как инъекция инсулина? Да, таким веществом является, в частности D, L-аминокарнитин [22]. Добавление его в пищу животных приводит к ингибиро-ванию во внутренней мембране митохондрий активности карнитин-пальмитоил ацилтрансферазы и блокаде поглощения митохондриями ЖК [14]. Выраженное снижение содержания ЖК и их метаболитов в матриксе вынуждает митохондрии окислять глюкозу. Понижение уровня глюкозы в цитозоле усиливает поглощение клетками глюкозы из межклеточной среды, вызывая выраженную гипогликемию и понижая содержание в межклеточной среде метаболитов С4 масляной ЖК (кетоновые тела) [23]. Согласно циклу Рендла, который функционирует только аутокринно, при избытке в матриксе митохондрий ацетил-КоА, который весь не получается метаболизировать в цикле Кребса, происходит активация начальных этапов липогенеза. При этом из двух молекул ацетил-КоА образуется ацетоацетил-КоА, а из трех — малонил-КоА; последний физиологически ингибирует активность карнитин-пальмитоил ацилтранс-феразы и останавливает транспорт в матрикс митохондрий ЖК в активированной форме ацил-КоА, образование короткоцепочечных ацил-КоА и метаболитов масляной
ЖК [26]. Можно обоснованно полагать, что по такому же филогенетически древнему принципу — лишение митохондрий наиболее предпочтительных субстратов окисления, уменьшение образования метаболитов С4 ЖК (кетоновые тела), короткоцепочечных метаболитов Пальм-н-ЖК и олеиновой моно-ЖК — происходит и реализация действия филогенетически позднего инсулина.
Все сложности и непонимание патогенеза резистентности к инсулину будут преодолены, если мы станем трактовать биологическое действие инсулина не на основании скорополительных наблюдений за развитием гипогликемии, а на основании становления процессов регуляции, которые сформировались в филогенезе на протяжении сотен миллионов лет. В своих исследованиях мы в полной мере согласны с Н. А. Тимофеевым-Рессовским в том, что «любое биологическое исследование является оправданным только в том случае, если оно имеет эволюционный выход». Это и есть тест на выживание теорий патогенеза наиболее распространенных в популяции человека заболеваний, включая атеросклероз, артериальную гипертонию, СД и ожирение. Эти биологически обоснованные положения позволяют по-иному рассматривать действие инсулина, вносить коррективы в лечение и профилактику СД и трактовать диетотерапию, в которой липидам, а не только углеводам принадлежит существенно более важная роль, чем мы себе это представляем. Это поможет в лечении и в профилактике данного заболевания. С нарушением метаболизма ЖК связано и формирование синдрома резистентности к инсулину.
ЛИТЕРАТУРА
1. Верещагин А. Г. Биохимия триглицеридов. — М., 1975.
2. Корниенко И. А., Сонькин В. Д. // Физиол. человека. — 1999. — Т. 25, № 1. — С. 98—108.
3. Коротаева А. А., Голованова Н. К., Власик Е. Р. и др. // Биохимия. — 1998. — Т. 63, вып. 12. — С. 1682—1690.
4. Крепс Е. М. Липиды клеточных мембран. — Л., 1981.
5. НаточинЮ. В. // Рос. физиол. журн. — 2002. — № 2. — С. 129—143.
6. Судаков К. В. // Рос. физиол. журн. — 2002. — № 12. — С. 1590—1599.
7. Титов В. Н. Атеросклероз как патология полиеновых жирных кислот. Биологические основы теории атерогенеза. — М., 2002. — С. 418—482.
8. Титов В. Н., Коновалова Г. Г., Лисицын Д.М. и др. // Бюл. экспер. биол. — 2005. — Т. 140, № 7. — С. 45—47.
9. Титов В. Н. // Успехи соврем. биол. - 2008. - Т. 128, № 5. -С. 435-452.
10. Титов В. Н. Биологические функции (экзотрофия, гомеостаз, эндо-экология), биологические реакции (экскреция, воспаление и транс-цитоз) и патогенез артериальной гипертонии. - М., 2009. - С. 439.
11. Уголев А. М. Естественные технологии биологических систем.
- Л., 1987.
12. Хавинсон В. Х., КветнойИ. М., АшмаринИ. П. // Успехи соврем. биол. - 2002. - Т. 122, вып. 2. - С. 190-203.
13. ArduiniA., DenisovaN., VirmaniA. et al. // J. Neurochem. - 1991. -Vol. 62. - P. 1530-1538.
14. BrassE. P., GandourR. D., Griffith O. W. // Biochim. Biophys. Acta.
- 1991. - Vol. 1095. - P. 17-22.
15. Burcelin R., Crivelli V., Perrin C. et al. // J. Clin. Invest. - 2003. -Vol. 111. - P. 1555-1562.
16. ClarkS. F., Molero J. C, JamesD. E. // J. Biol. Chem. - 2000. - Vol. 275. - P. 3819-3826.
17. Collins-Naakai R. I., Noxenworthy D., Lopaschuk G. D. // Am. J. Physiol. - 1994. - Vol. 267. - P. 1826-1871.
18. Corpeleijn E., Feskens E. J., Jansen E. H. et al. // Diabetologia. -2006. - Vol. 49. - P. 2392-2401.
19. Fessler M. D., Rudel L. L., Brown J. M. // Curr. Opin. Lipidol. -2009. - Vol. 20. - P. 379-385.
20. HerniksenE. J. // J. Appl. Physiol. - 2002. - Vol. 93. - P. 788-798.
21. Itoh V, Kawamata Y., HaradaM. et al. // Nature. - 2003. - Vol. 422.
- P. 173-176.
22. Jenkins D. L., Griffith O. W. // J. Biol. Chem. - 1985. - Vol. 260. -P. 14748-14755.
23. JenkinsD. L., Griffith J. W. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1986. -Vol. 83, - P. 290-294.
24. LiuL. B., Omata W., KojimaI., ShibataH. // J. Biol. Chem. - 2003.
- Vol. 278. - P. 30157-30169.
25. Moller D. E., Flier J. S. // N. Engl. J. Med. - 1991. - Vol. 325. -P. 938-948.
26. Murthy M. S., Ramsay R. R., Pandle S. V. // Biochem. J. - 1990. -Vol. 267. - P. 273-276.
27. NakamuraM. T., Nara T. Y. // Annu. Rev. Nutr. - 2004. - Vol.24. -P. 345-376.
28. Pirola L., Johnston A. M., van Obberghen E. // Diabetologia. - 2004.
- Vol. 47. - P. 170-184.
29. Rivellese A. A., Lilli S. // Biomed. Pharmacother. - 2003. - Vol. 57. -P. 84-87.
30. StokaA. M. // J. Mol. Endocrinol. - 1999. - Vol. 22. - P. 207-225.
31. Usui S., Mizuno T., OkazakiM. et al. // Clin. Biochem. - 2009. - Vol. 42. - P. 114-117.
32. Vessby B., Gustafsson J. B., Tengbland S. et al. // Ann. N. Y. Acad. Sci. - 2002. - Vol. 967. - P. 183-195.
33. WhiteM. F. // Science. - 2003. - Vol. 302. - P. 1710-1711.
34. Xu L. Z., Weber I. T., Garrison R. W. // Biochemistry. - 1995. - Vol. 34. - P. 6083-6092.
Поступила 11.04.11
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2012 УДК 612.118+612.461].015.3.083
И. Г. Шушкова, О. В. Островский, В. Г. Зайцев
популяционное исследование общей антиоксидантной активности сыворотки крови и мочи человека
Волгоградский государственный медицинский университет
Многие заболевания сопровождаются развитием окислительного стресса. Одним из методов оценки окислительно-восстановительного баланса является анализ общей антиоксидантной активности (ОАОА). Несмотря на наличие нормативных документов, рекомендующих проводить это исследование, метод анализа антиоксидантной активности (ОАО) не нашел широкого распространения. Среди причин тому — отсутствие референтных значений данного показателя. В работе проведено исследование ОАОА сыворотки крови и разовой порции мочи. На основании результатов рассчитаны референтные границы ОАО и проведен корреляционный анализ взаимосвязи методов определения ОАО с возрастом, полом, а также содержанием веществ, дающих основной вклад в результаты анализа АОА.
Ключевые слова: антиоксидантная активность, сыворотка крови, моча
