Инкретины: роль в регуляции углеводного обмена

Отсутствие идеального препарата для лечения больных сахарным диабетом 2 типа, который мог бы обеспечить не только адекватный контроль уровня гликемии с минимальным количеством побочных эффектов (прибавка веса, увеличение риска развития гипогликемии, негативное влияние на сердце, почки, печень), но и сохранить секреторную способность β-клеток, заставило ученых продолжить поиски новых возможностей воздействия на причину воз­никновения и прогрессирования этого заболевания.

В поисках оптимального метода лечения СД2 научные иссле­дования были направлены на изучение принципиально нового механизма регуляции гомеостаза глюкозы посредством гормонов желудочно-кишеч­ного тракта, называемых инкретинами.

Выяснилось, что при пероральной нагрузке глюкозой инсулин секретируется в гораздо большем количестве, чем в ответ на внутривенное вве­дение аналогичного количества глюкозы. Разница в секреции инсулина в ответ на пероральную и внутривенную на­грузки глюкозой называют «инкретиновым эффектом» (рис. 1).[1]

История открытия инкретинов

Первые сведения об инкретинах появились более 100 лет назад. В 1902 году Bayliss и Starling обнаружили, что кишечная слизь содержит гормон, стимулирующий экзокринную секрецию поджелудочной железы, и назвали его «секретин». Четырьмя годами позже, в 1906 году, Moore опуб­ликовал статью под названием «Лечение сахарного диабета при помощи экстракта слизистой двенадцатиперстной кишки». [2]

В своей статье ученый предположил, что «секретин» может воздейство­вать не только на экзокринную, но и на эндокринную часть поджелудочной железы. Для подтверждения своей гипотезы исследователь выделил экстракт слизистой двенадцатиперстной кишки и начал использовать его в практике лечения па­циентов с глюкозурией. Ниже представлен один из случаев из его практики:

«Пациент 25 лет, кучер, попал в Королевский лазарет г. Ливерпуля 14 сентября 1904 года с жалобами на частое мочеиспускание, потерю веса, избыточную слабость и сильную жажду.

При обследовании пациента диурез составил 110- 120 унций [3-3,5 л] и содержал 195 г сахара. 24 сентября пациенту была назначена 1 драхма [3,6 г] бикарбоната натрия в сутки, и такая терапия поддержи­валась до 18 ноября. 11 октября была начата терапия кодеином в дозе S гранул [0,03 г] 3 раза в день… На фоне такого лечения не наблюдалось никакого снижения сахара, и 24 ноября пациент был переведен на 0,3 г феназона [антипирин] три раза в день.

После назначения феназона уровень сахара стал медленно снижать­ся. .. до середины января 1905 г и оставался стабильным в пределах от 40 до 65 г в сутки. Не отменяя феназона, мы дали пациенту экстракт слизистой двенадцатиперстной кишки… по пол-унции… три раза в день, а 8 февраля 1905 года доза была удвоена.

Количество сахара [в моче] в течение первых трех недель остава­лась неизменным, однако 28 февраля 1905 года оно внезапно снизилось до 32 граммов. Второго марта оно уже составило 25 грамм… Количес­тво сахара продолжало снижаться, и, наконец, в мае сахар в моче пе­рестал определяться, и исчезла полиурия. Пациент вернулся к своей работе и вскоре перестал приходить за экстрактом».

Однако, несмотря на невероятный успех доктора Moore, финал этой истории оказался достаточно драматичным.

«Пациент чувствовал себя удовлетворительно вплоть до 14 авгус­та 1905 года…, когда он заболел простудой на работе. ..С тех пор он становился все слабее и потерял в весе. Тринадцатого октября паци­ент вернулся в лазарет, где у него определялось от 4 до 5 процентов са­хара в 80-100 унциях суточной мочи. Несмотря на назначение экстра­кта, снижения уровня сахара не наблюдалось, и скоро обнаружилось, что пациент страдает от быстропрогрессирующего туберкулеза, от которого он и умер 17 декабря 1905 года».

Несмотря на то, что этот случай закончился летально, нельзя не отме­тить существенных успехов доктора Moore в терапии препаратом, который стал предшественником инкретинов. Само же название «инкретин» было предложено La Barre в 1932 году для гормона, выделенного из слизи верх­него отдела кишечника и способного вызывать гипогликемию.

Первый гормон с инкретиновой активностью был выделен из экстракта дуоденальной сли­зи свиньи. Благодаря свойству ингибировать секрецию соляной кислоты желудка пептид был назван «желудочным ингибиторным полипептидом» (ЖИП). Позже выяснилось, что главным биологическим эффектом этого вновь открытого пептида является глюкозозависимая стимуляция секреции инсулина, в связи с чем было предложено переименовать ЖИП в глюкозозависимыи инсулинотропный полипептид (ГИП). Местом его синтеза являются К-клетки слизистой кишечника, в основном – двенадцатиперстной и тощей кишки.

В 1983 году Bell и соавторы из гена проглюкагона хомяка выделили после­довательность, кодирующую два глюкагоноподобных пептида – ГПП-1 и ГПП-2. На мышиных моделях было показано, что именно ГПП-1 стимулировал глюкозозависимую секрецию инсулина, т.е. обладал инкретиновой активностью. Местом синте­за этого гормона являются эндокринные L-клетки слизистой подвздошной кишки (рис. 2).

Глюкагоноподобные пептиды, как и глюкагон, являются продуктами гена проглю­кагона. В поджелудочной железе в результате считывания этого гена синтезируется глюкагон, а в L-клетках тонкого кишечника – ГПП-1, ГПП-2 и глицентин (энтероглюкагон). ГПП-2 несмотря на свою структурную схожесть с ГПП-1, не оказывает такого же биологического эффекта: действие ГПП-2 ограничивается регуляцией процессов роста в интестинальном тракте.

Сходства и различия ГПП-1 и ГИП

Высвобождение ГПП-1 и ГИП зависит от пищевых, неврогенных и гормо­нальных стимулов и происходит сразу после приема пищи: значитель­ное увеличение концентрации инкретинов отмечается через 10-15 минут.

Результаты исследований показали, что секреция ГПП-1 и ГИП стимули­руется всасыванием в кишечнике жиров и углеводом. На секрецию ГПП-1 также влияет всасывание белков. Более того, для высвобождения инкретиновых гормонов из К- и L-клеток достаточно простого контакта этих нутриентов со слизистой кишечника, что приводит к быстрому подъему уровня инсулина в крови. Однако подъ­ем плазменной концентрации ГПП-1 происходит слишком быстро для того, чтобы быть следствием прямой активации L-клеток: большинство из этих клеток расположено в дистальной части тонкой кишки, и для того, чтобы нутриенты достигли этого уровня, потребовалось бы больше времени.

Альтернативной теорией, объясняющей скорость реакции высво­бождения инкретинов клеток кишечника, является теория неврогенной регу­ляции, подразумевающей, что активация холинергических мускариновых рецепторов, находящихся на поверхности L-клеток, вызывает сек­рецию ГПП-1. Однако данных, подтверждающих наличие вагусного влия­ния на функцию L-клеток, очень мало, а активация симпатической нервной системы вовсе приводит к ингибированию секреторной функции L-клеток.

Третьей гипотезой, призванной объяснить раннее начало инкретиновой секреции, является теория паракринного влияния. Соматостатин, высвобождаемый из D-клеток кишечника, подавляет секрецию инкретинов, а угнетение действия соматостатина вызывает резкий подъем уровня ГПП-1. В опытах на животных ГИП в высоких дозах также стимулирует выработку ГПП-1 L-клетками, хотя наличие этого эффекта у че­ловека не доказано.

Общие свойства ГИП и ГПП-1:

• быстро (ГПП-1 — в течение 2 минут, ГИП в течение — 6 минут) подвергаются расщепле­нию ферментом дипептидилпептидазой 4-го типа (ДПП-4) (рис. 3).

• ГПП-1 разрушается, еще не покинув кишечник, так как ДПП-4 присутс­твует на поверхности эндотелиальных клеток капилляров слизистой ки­шечника.

• Способствуют увеличению массы β-клеток (на животных моделях)

Различия ГИП и ГПП-1:

• ГИП:
  • Не влияет на эвакуацию пищи из желудка
  • Не влияет на процесс насыщения и массу тела
  • Не влияет на секрецию глюкагона α-клетками поджелудочной железы
  • Не влияет на сердечно-сосудистую систему
  • Секреция ГИП у больных диабетом сохранена
  • Не стимулирует (или слабо стимулирует) секрецию инсулина у больных СД2
• ГПП-1:
  • Замедляет эвакуацию пищи из желудка
  • Снижает количество потребляемой пищи и массу тела
  • Снижает секрецию глюкагона α-клетками поджелудочной железы
  • Положительно воздействует на сердечно-сосудистую систему
  • Секреция ГПП-1 у больных СД2 снижена
  • Стимулирует секрецию инсулина у больных СД2

Мишени и механизм действия ГПП-1

Как следует из приведенных данных, ГПП-1 имеет большую при­влекательность, чем ГИП, для лечения больных СД2. В связи с этим абсолютное большинство исследований в настоящее время направлено на изучение биологической активности и создание аналогов ГПП-1 как терапии СД2.

Детальное изучение эффектов ГПП-1 показало его непосредственное влияние не только на поджелудочную железу, но и на ткани печени, желудка, мозга, сердечной мышцы (рис. 4).

Эффекты ГПП-1 опосредуются рецепторами (рГПП-1), которые были найдены в ос­тровках поджелудочной железы, почках, сердце, желудке, легких, а также в периферической и центральной нервной системе.

Влияние ГПП-1:

• На β-клетки поджелудочной железы

ГПП-1 обладает множественным влиянием на эндокринную часть поджелудочной железы, но его принципиальным действием является потенцирование секреции инсулина.

Механизм данного влияния следующий: контакт ГПП-1 с рецептором – увеличение количества внутриклеточного цАМФ – стимуляция протеинкиназы А – экзоцитоз инсулиновых гранул из β-клеток.

Важно, что стимуляция секреции инсулина глюкагоноподобным пептидом-1 носит глюкозозависимый характер, т.е. ГПП-1 стимулирует секрецию инсулина только при высоких значениях гликемии. Как только уровень глюкозы плазмы снижается до нормаль­ного уровня (приблизительно до 4.5 ммоль/л), стимулирующий эффект ГПП-1 исчезает.

Помимо стимуляции секреции инсулина, ГПП-1 оказывает воздействие и на все этапы процесса биосинтеза инсулина, т.е. подготавливает запасы инсулина к его секреции, что предупреждает истощение запасов инсулина вследствие стимуляции его секреции.

В экспериментальных работах показано, что ГПП-1 воздействует на мас­су β-клеток, стимулируя их пролиферацию и неогенез и блокируя апоптоз. Однако эти данные в настоящее время не имеют клинического подтверждения у человека.

• На а-клетки поджелудочной железы

ГПП-1 вызывает снижение секреции глюкагона.

Этот эффект может быть обусловлен:

• Непрямой стимуляцией α-клеток – через стимуляцию секреции инсулина и соматостатина.
• Прямой стимуляцией α-клеток, поскольку в них также обнаружены ре­цепторы к ГПП-1.
  • Подтверждением прямого действия ГПП-1 на α-клетки является тот факт, что у больных СД1 (при полном отсутствии секреции инсулина) введение ГПП-1 также подавляло секрецию глюкагона и снижало уровень гликемии.

Подавление секреции глюкагона под воздействием ГПП-1 также носит глюкозозависимый характер.

• На клетки желудочно-кишечного тракта (ЖКТ)

Стимуляция рГПП-1 в подвздошной кишке обеспечивает снижение мо­торики ЖКТ, замедление опорожнения желудка и всасывания глюкозы. В результате наблюдается снижение уровня постпрандиальной гликемии. Этот эффект носит название «кишечный тормоз».

Суть феномена заклю­чается в том, что пища, попавшая в дистальные отделы кишечника, спо­собна затормозить моторику и секреторную активность верхних отделов кишечника и желудка. Механизм этого феномена связан с активацией аф­ферентных волокон блуждающего нерва и торможением прохождения импульса по эфферентным. Исследование на здоровых добровольцах показало, что внутривенное введение ГПП-1 вызывает дозозависимое снижение скорости опорожнения желудка. В результате постпрандиальный уровень глюкозы в крови снижается вплоть до базального уровня.

Предполагают, что снижение постпрандиальной концентрации глюкозы при введении ГПП-1 достигается преимущественно за счет торможения опорожнения желудка, а не только благодаря увеличению синтеза инсулина поджелудоч­ной железой.

• На сердечную мышцу

Ре­цепторы к ГПП-1 были обнаружены в миокарде, что нашло свое применение в клинической практике. Исследования на мышах, ли­шенных рГПП-1, выявили у них сниженную сократимость левого желудочка и диастолическую дисфункцию, а испытания на собаках показали, что вве­дение ГПП-1 может улучшить сердечную функцию у животных с сердечной недостаточностью, усиливая сердечный выброс.

На животных с ишемией миокарда была продемонстрирована способность ГПП-1 уменьшать раз­мер инфаркта, что говорит о возможной кардиопротективной роли этого инкретина.

Кроме того, обнаружено и не опосредованное рГПП-1 благоприят­ное воздействие ГПП-1 на коронарный кровоток. Так, в экс­перименте на собаках с дилатационной кардиомиопатией показано, что метаболит ГПП-1 (ГПП-1 (9-36)), образующийся в результате разрушения ГПП-1 ферментом ДПП-4, усиливает поступление глюкозы в миокард, что улучшает функцию левого желудочка у этих животных. Этот же метаболит обладает способностью вызывать NO-зависимую вазодилагацию коронарных сосудов и, как следствие, улучшать кровоснабжение сердечной мышцы.

• На ткань мозга

Поскольку рГПП-1 были найдены в ядрах гипоталамуса, отвечающих за процесс насыщения, то воздействие на эти рецепторы может влиять на пищевое поведение. У крыс введение ГПП-1 в желудочки мозга способс­твовало уменьшению времени приема пищи и ее количества, в то время как противоположный эффект наблюдался при назначении антагонистов ГПП-1.

Последующие испытания показали, что центральное введение агонистов ГПП-1 вызывает уменьшение частоты приемов пищи и воды, что приводит к снижению веса. Аналогичные ре­зультаты были получены и в клинических испытаниях агонистов ГПП-1 у здоровых людей, больных диабетом и у лиц с ожирением, когда перифе­рическое подкожное введение этих препаратов приводило к быстрому наступлению насыщения, уменьшению количества потребленной пищи и снижению веса.

• На печень, скелетные мышцы, жировую ткань

В печени ГПП-1 ингибирует глюконеогенез, а в жировой и мышечной тканях способс­твует усвоению глюкозы. Однако эти эффекты оказывают меньший эффект на снижение гликемии по сравнению с регу­ляцией секреции инсулина и глюкагона.

• На костную ткань

В эксперименте показано, что ГПП-1 контролирует процесс резорбции костной ткани. В отсутствие рГПП-1 у мышей наблюдалась кортикальная остеопения, увеличение числа остеокластов и маркеров резорбции кости.

• Эти эффекты устранялись в присутствии кальцитонина, что свидетельство­вало о том, что протективное воздействие ГПП-1 на костную ткань осущест­вляется посредством кальцитонин-зависимого механизма.

Инкретиновый эффект при сахарном диабете 2 типа

У пациентов с СД2 и с ожиреним наблюдается значительное снижение инкретинового эффекта, т.е. снижение секреции инсулина в ответ на пероральную нагрузку глюкозой при сохранной его секреции в ответ на внутривенное введение глюкозы (рис.5).

Снижение инкретинового эффекта влечет за собой нарушение инсулинового ответа на прием углеводов и, соответственно, увеличение уровня глюкозы в крови.

При изучении причины снижения инкретинового ответа у больных с СД2 было установлено, что это связно с более низкой секрецией ГПП-1 (при сохранной секреции ГИП). На стадии предиабета также отмечается снижение секреции ГПП-1, однако менее выраженное, чем у больных с СД2. (рис.6)

ВЫВОДЫ:

• Инкретины — это гормоны желудочно-кишечного тракта, выра­батываемые в ответ на прием пищи и стимулирующие секрецию инсулина.
• «Инкретиновым эффект» — это разница в секреции инсулина в ответ на пероральную и внутривенную на­грузки глюкозой.
• Глюкозозависимая сти­муляция секреции инсулина и глюкозозависимое подавление секреции глюкагона, обеспечиваемые ГПП-1, являются механизмами защиты от возникновения гипогликемических состояний.
• ГПП-1 вызывает дозозависимое снижение скорости опорожнения желудка. Это приводит к значительному снижению постпрандиального уровня глюкозы в крови. Предположительно, этот эффект достигается преимущественно за счет торможения опорожнения желудка, а не только благодаря увеличению синтеза инсулина поджелудоч­ной железой.
• Активация рГПП, как и прямое воздействие метаболита ГПП-1 на сердечную мышцу, обеспечивают благоприят­ные сердечно-сосудистые эффекты аналогов ГПП-1: увеличение сердечного выброса, уменьшение зоны инфаркта миокарда, улуч­шение коронарного кровотока.
• Воздействие ГПП-1 на ядра гипоталамуса способствует быстрому наступлению насыщения, уменьшению количества потребляе­мой пищи и, как следствие, к снижению массы тела.
• ГПП-1 снижает инсулинорезистентность периферических тка­ней и снижает продукцию глюкозы пе­ченью.
• ГПП-1 препятствует развитию остеопороза и остеопении.
• У пациентов с инсулинорезистентностью наблюдается значительное снижение секреции инсулина в ответ на пероральную нагрузку глюкозой при сохранной его секреции в ответ на внутривенное введение глюкозы. Снижение инкретинового эффекта влечет за собой ослабление инсулинового ответа на прием углеводов и, как следствие, увеличение уровня глюкозы в крови.

Источники:

1. ДЕДОВ И.И. et al. ПОКАЗАТЕЛИ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА И ПРОДУКЦИЯ ИНКРЕТИНОВ У БОЛЬНЫХ МОРБИДНЫМ ОЖИРЕНИЕМ, В ТОМ ЧИСЛЕ ПЕРЕНЕСШИХ БИЛИОПАНКРЕАТИЧЕСКОЕ ШУНТИРОВАНИЕ // Ожирение и метаболизм. 2014. № 1. P. 24–31.
2. Moore В. On the treatment of diabetes mellitus by acid extract of duodenal mucous // Biochem J. 1906. Vol. 1. P. 28–38.