β-клетки поджелудочной железы при сахарном диабете

Введение

• Во всём мире заболеваемость и распространённость СД 2 типа высоки и продолжают неуклонно увеличиваться.
• Согласно последней классификации Американской Диабетической Ассоциации выделяют 4 типа сахарного диабета:
  • сахарный диабет 1 типа;
  • сахарный диабет 2 типа;
  • гестационный сахарный диабет;
  • другие специфические типы.
• СД 1 типа характеризуется абсолютной недостаточностью инсулина (β-клетки полностью утрачивают способность вырабатывать инсулин).
• При СД 2 типа отмечаются существенные изменения в секреции инсулина и работе инсулиновых рецепторов.

• Секреция инсулина осуществляется поджелудочной железой — органом, состоящим из клеток различных типов, ряд которых обладают эндокринными или экзокринными функциями.
• Настоящий обзор посвящён β—клеткам островков Лангерганса, обеспечивающим секрецию инсулина.

• При СД 2 типа основной причиной инсулиновой недостаточности является значительное снижение пула β—клеток.
  • Существенное уменьшение β—клеточного объёма было впервые описано при сравнении образцов поджелудочной железы, полученных в ходе аутопсии у пациентов с СД и без этого заболевания.
  • Данные многих исследований свидетельствуют о том, что уменьшение массы β—клеток предваряет манифестацию СД практически на 10 лет.
  • Более того, на момент постановки диагноза пациенты утрачивают около 50% от изначального пула β—клеток.
• Уменьшение клеточной массы — медленный процесс, ведущий к развитию клинической манифестации СД.
• Механизм, вызывающий гибель клеток, всё ещё изучается, тем не менее, имеющиеся данные указывают на положительную корреляцию между развитием гипергликемии и апоптозом. Возможно, возникновение СД связано именно с запрограммированной клеточной гибелью.

• Причины нарушения целостности β—клеточной популяции подразделяются на 2 группы.
  • 1 — молекулярные факторы, влияющие на экспрессию клеточной линии, неогенез и созревание,
  • 2 — факторы, вызывающие повреждение и гибель зрелых β—клеток.
• К сожалению, биологические процессы более сложны, чем предполагает данная классификация.
  • Так, например, метаболические факторы, которые путём непосредственного воздействия вызывают повреждение или гибель клеток, могут также нарушить неогенез и функциональную направленность линии β—клеток.
• В данном обзоре рассматриваются факторы, способствующие повреждению β-клеточной массы.

Поджелудочная железа и её функции

• Развитие поджелудочной железы начинается с формирования её передней и задней областей из зародышевого слоя энтодермы.
• Большинство имеющихся данных о росте клеток поджелудочной железы получено в ходе исследований на грызунах. За исключением некоторых особенностей у грызунов поджелудочная железа развивается так же, как у человека.
• Образование поджелудочной у мышей начинается на 9 день эмбрионального развития.
• Протоковая система формируется до 13 дня эмбрионального развития, с этого времени начинается клеточная дифференцировка.
• На этой стадии в поджелудочной железе и двенадцатиперстной кишке благодаря активации последовательности генов, кодирующих фактор транскрипции, образуется один из ключевых сигнальных факторов Pdx1.
• Затем клетки поджелудочной достигают следующей стадии: клеточной зрелости или детерминации дифференцировки. На ней клетки окончательно специализируются: в эндокринные или экзокринные.
  • Данная стадия регулируется группой специфических факторов транскрипции и роста.

Клеточное развитие

• Под воздействием средовых и генетических факторов клетки в своём развитии могут последовать по любому из следующих путей:
  • воспроизведение;
  • пролиферация;
  • дифференцировка;
  • полная детерминация дифференцировки;
  • переход в латентное состояние (дедифференцировка);
  • мутация.
• Выбор того или иного пути обусловлен влиянием эндогенных или экзогенных сигналов:
  • гормонов;
  • факторов роста;
  • нейротрансмиттеров;
  • промежуточных метаболитов;
  • факторов транскрипции.
    • Многие факторы транскрипции являются триггерами для запуска пролиферации и окончательной дифференцировки клеток поджелудочной железы.

Зрелая поджелудочная железа

• Макроскопически в поджелудочной железе хорошо видна протоковая система, окружающая головку, тело и хвост поджелудочной железы, а также диффузно рассеянные островки клеток.
• Между тем, микроскопически поджелудочная железа устроена гораздо сложнее.
• На клеточном уровне орган представляет собой сложную организацию клеток, выполняющих различные функции.
• Как гормональный, так и негормональный секрет поджелудочной железы продуцируется отдельными группами клеток, каждая из которых имеет специфическую локализацию и выполняет особую функцию.
  • В зависимости от функции клетки можно подразделить на эндокринные и экзокринные.

Экзокринные клетки поджелудочной железы

Ациноциты

• Экзокринная функция поджелудочной обеспечивается экзокринными клетками, также известными как ациноциты.
• Название «ацинарный» или «дольковой», данное целой группе клеток, связано с аггрегацией их в кластеры.
• Основная физиологическая функция ациноцитов — секреция пищеварительных ферментов:
  • альфа-амилазы;
  • протеазы;
  • липазы.
• Через протоковую систему ферменты поступают в двенадцатиперстную кишку.
• Что касается влияния ациноцитов на клеточное развитие органа и детерминацию дифференцировки, то одной из их функций является регуляция неогенеза островковых клеток.

Клетки протоковой системы

• Протоковые структуры поджелудочной выстланы эпителиальными клетками, происходящими из её зачатка.
• Соединённые в цепочки протоковые клетки образуют извитую трубку, проходящую через всю поджелудочную железу; их основная функция — секреция слизи и бикарбоната.
• В основе текущего исследования лежит предположение о том, что, подобно ациноцитам, функциональные возможности шире, чем просто экзокринная секреция.
  • В поджелудочной железе этим клеткам отводится важная роль в регенеративных процессах.

Эндокринные клетки поджелудочной железы

• Поджелудочная железа состоит из экзокринных ациноцитов и клеток протоковой системы, а также эндокринных клеток, образующих островки Лангерганса.
• Островковые клетки можно классифицировать на 5 различных гландулярных типов:
  • альфа;
  • бета;
  • дельта;
  • эпсилон;
  • F-клетки.
• По некоторым оценкам, поджелудочная у людей содержит около миллиона островковых клеток.
• Островки занимают приблизительно 1-1.5% от общего объёма органа.
• У взрослого человека и у грызунов экзокринные клетки занимают 95% поджелудочной.
• Наиболее часто экспериментальной моделью по изучению клеток поджелудочной железы служат грызуны.
  • Однако, в строении островковых клеток имеются некоторые характерные межвидовые различия.
  • Например, и у грызунов, и у людей на стадии развития бета-клетки располагаются в ядре островков Лангерганса, окружённые дельта и альфа-клетками.
    • У грызунов подобное строение органа сохраняется и во взрослом состоянии.
    • У взрослых представителей человеческого вида же бета-клетки обнаруживаются диффузно рассеянными по всей поджелудочной железе, хотя в передней части головки их плотность выше.
  • Также, имеются данные, что и у людей, и у грызунов островки снабжены различными глюкозными сенсорными системами.
    • В ходе исследований было установлено, что в островках поджелудочной у людей используются GLUT-1 и GLUT-4, в то время как у грызунов основной транспортёр глюкозы-GLUT-2.
    • Различные транспортёры характеризуются разным аффинитетом к глюкозе (величина Km);
      • эти различия принципиальны, т. к. именно они определяют количество выделяемого инсулина.
  • Ещё одним принципиальным отличием является скорость роста:
    • in vitro человеческие β—клетки растут значительно медленнее, чем у грызунов.
• При проведении исследований в области диабетологии всегда оценивается β—клеточное содержимое. Это важно, т. к. полученная информация может быть использована в случае вынужденного клеточного резервного лечения или при трансплантации.
• Текущие исследования демонстрируют различные значения β—клеточного содержимого, это можно закономерно списать на:
  • различия в параметрах используемых экспериментальных моделей (видовые, возрастные, различия в технических аспектах процедур);
  • характеристики, используемые для его описания: объём, фракции.
• По некоторым оценкам поджелудочная железа взрослого человека содержит около миллиона островков.
• Кроме того, в ходе недавнего исследования с использованием комбинации светового и электронного микроскопа установлено, что 73.6 ± 1.7% человеческих островковых клеток являются β—клетками.

β-клеточная пролиферация и дифференцировка

• Исследования на грузунах показали, что наиболее критическим в отношении формирования общей массы β—клеток является зародышевая стадия развития.
• Согласно этой теории островковые β—клетки начинают делиться под действием факторов роста, гормонов и, вероятно, необходимым стимулом является сигнализация от автономной нервной системы.
• В ходе развития и специализации клетки проходят через 3 стадии:
  • предифференцировка;
  • протодифференцировка;
  • непосредственно дифференцировка.
• Каждая из этих стадий регулируется специфическими сигналами.
• Островки содержат 5 клеточных линий — все они происходят из клеток-предшественниц; развитие каждой определяется специфическими или неспецифическими стимулами.
• Некоторые факторы роста играют строго-определённую роль в специализации и пролиферации клеток. В большинстве случаев, однако, чётко связать ту или иную функцию с действием определённого стимула не удаётся.
• Вдобавок к внутрицикловым клеточным регуляторам , некоторые местные агенты способны оказывать влияние на клеточную дифференцировку и фенотип.
• Одним из ключевых факторов, определяющих судьбу β—клеток, является сигнальный путь Notch.
  • Предполагается, что рецептор Notch-1, экспрессируемый многими клеточными линиями островков Лангерганса, может приостанавливать дифференцировку эндокринных и экзокринных клеток, в то время как именно в ходе неё эндокринные клетки приобретают способность секретировать инсулин и чувствительность к нему.

Факторы, влияющие на развитие β—клеток

Сигнальный путь Notch

• Семейство рецепторов Notch представлено трансмембранными факторами транскрипции.
• Активированный внутриклеточный домен членов семейства Notch-белков взаимодействует с ДНК-связывающим протеином RBP-Jk, таким образом, запуская экспрессию основного участка «спираль-петля-спираль» (bHLH) HES генов.
• Это, в свою очередь, подавляет экспрессию следующих генов.
• Экспрессия белков семейства Notch в дифференцированных клетках угнетает фенотипирование определённых близлежащих клеток путём латерального ингибирования.
• Клетки, нечувствительные к воздействию Notch, специализируются.
• Только в отношении сигнальных факторов Notch можно с уверенностью сказать, что они определяют судьбу клеток поджелудочной железы.
• В случае их отсутствия β—клетки проходят дифференцировку, приобретая свойства зрелых, такие как:
  • экспрессия GLUT – 2, GLUT – 1, глюкокиназы;
  • секреция инсулина.
• При экспрессия Notch-белков развитие клеток поджелудочной идёт по экзокринному пути.
• В ходе исследования клеточных линий найдены другие факторы, ассоциированные с развитием β—клеточного ростка:
  • Mafb;
  • Isl-1;
  • Pax6;
  • Pax-4;
  • HIxb9;
  • NKx2.2;
  • Nkx6.1.
• Как было упомянуто выше, некоторые факторы являются общими регуляторами развития разных клеточных линий островков Лангерганса, однако, количество экспрессируемых молекул специфично для того или иного ростка.

Клетки-предшественницы

• С тех пор, как было установлено, что протоковые клетки, окружающие островки Лангерганса могут генерировать новые β—клетки и, вероятно, другие типы клеток тоже, среди учёных начались споры о неогенезе.
• Неогенез или регенерация эндокринных β—клеток встречается внутри группы эпителиальных экзокринных протоковых клеток.
• Процесс запускается, когда часть эндокринных клеток-предшественниц, окружённых протоковыми, путём «отпочковывания» начинают экспрессировать ростковый маркёр, известный как нейрогенин 3 (Ngn3).
• Клетки могут отделиться от цепи протоковых клеток, после чего они формируют характерные аггрегаты и инсулин-секретирующие островки.
• Дальнейшие исследования показали, что из клеток-предшественниц могут образовываться все эндокринные клетки поджелудочной железы, включая альфа, бета и эпсилон — клетки.

Нейтрогенин-3

• Впервые белок нейтрогенин был обнаружен у мышей и шпорцевых лягушек.
• Семейство представлено нейтрогенином-1 (Ngn1), нейтрогенином-2 (Ngn-2) и нейтрогенином-3 (Ngn-3).
• Ngn-1 и Ngn-2 обнаружены в нервной системе, Ngn-3 характерен для эндокринных клеток поджелудочной железы.
• Нейтрогенины — факторы транскрипции, контролирующие экспрессию больших групп генов, которые непосредственно участвуют в неогенезе.
• Нейтрогенин принадлежит к семейству основных факторов транскрипции, экспрессируемых с участка «спираль-петля-спираль» (bHLH): некоторые представители группы являются факторами, определяющими направление дифференцировки и процесс формирования клеточных сублиний.
• Нейтрогенин — 1 из наиболее ранних регуляторов нейрогенеза у позвоночных.
• Экспрессия Ngn3 контролируется белками группы Notch, а Ngn-3, в свою очередь, влияет на факторы транскрипции:
  • Nkx2.2;
  • Pax-4;
  • NeuroD.
• Все эти молекулы определяют дифференцировку и фенотипирование β—клеток.
• В ходе исследований, где прослеживалось направление дифференцировки клеточных линий, зарегистрировано, что экспрессия Ngn-3 клетками-предшественницами непостоянна и именно его уровень влияет на процесс специализации.

Исследование направления клеточной дифференцировки

• Метод разработан для выявления индивидуальной клеточной специализации.
• Наиболее широко применяемый метод — Cre-lox рекомбинация или сайт-специфичная рекомбинантная технология.
• Он основан на применении белка рекомбиназы Cre, за счёт которого осуществляется перестановка пар коротких последовательностей, а именно, lox – последовательностей.
• Данная система позволяет вводить или удалять генные маркёры, которые могут быть выявлены в ходе клеточного развития; она широко применяется для мечения β—клеток.
• Также, существуют новые методы, например, окрашивание специфических клеток с помощью вирусов.

Образование β—клеток

• У грызунов процесс образования массы β—клеток протекает с высокой скоростью на зародышевой стадии и стадии новорожденности.
  • По мере взросления особей он существенно затормаживается. Аналогичная картина наблюдается в человеческом организме.
• В ходе исследований на мышах с использованием митотического индекса установлено, что 10-20% β—клеток образуется путём простого клеточного деления.
• Митоз прекращается, когда зрелые клетки, секретирующие инсулин, начинают определяться в островках; на этой стадии они окончательно дифференцируются.
• Приблизительно 80% массы β—клеток формируется на зародышевой стадии.
  • Считается, что в основе этого процесса лежит специализация недифференированных клеток-предшественниц и/или преобразование неэндокринных клеток в эндокринные.
• Результаты исследований, проведённых на животных, показали, что по мере взросления особей β—масса, в основном, увеличивается за счёт репликации клеточных линий, конверсии и неогенеза не происходит.
  • Данное наблюдение принципиально, т. к. накладывает ограничения на поиск возможного субстрата образования β—клеток.
• Неблагоприятное влияние на формирование β—клеточной массы оказывает апоптоз.
  • Транзиторный апоптоз β—клеток характерен для стадии новорожденности у свиней, людей и грызунов. В результате, число клеток, способных к делению на более поздних стадиях, уменьшается.
• Ещё один фактор, уменьшающий β—массу, — большое число клеток-предшественниц, «замерших» в стадии покоя и не годных к дифференцировке.
  • В контексте обсуждения сахарного диабета данное состояние получило название дедифференцировки.
• Таким образом, человек рождается с ограниченным набором β—клеток. Увеличение их количества происходит, преимущественно, путём митоза.
• Ожирение может привести к увеличению b-массы.
• На сегодняшний день, факторы и сигналы, определяющие динамику роста и смерть β—клеток при ожирении, не ясны и требуют дальнейшего изучения.

Совместный клеточный рост

• Рост клеток поджелудочной железы — часть группового процесса взаимодействия, обеспечивающего также развитие и созревание клеток.
• В результате исследований на животных стало известно, что соседние клетки могут влиять на массу друг друга несколькими способами.
  • Например, в работе Plesner с соавт. сообщается о ранее неизвестной аутоиммунной деструкции β—клеток, спровоцированной активностью соседних альфа-клеток. Он приводит к уменьшению β—массы и возникновению гиперкликемии.
  • Другой пример — небольшого размера белок, ассоциированный с островковым неогенезом (INGAP), секреция которого осуществляется ациноцитами.
    • Этот протеин относится к семейству Reg – белков. Их функция заключается в регуляции неогенеза и пролиферации.
  • При инкубации INGAP с человеческими стволовыми клетками, выделенными из жировой ткани, адипоциты дифференцировались в островково-подобные группы.
  • Более того, после имплантации полученных островково-подобных кластеров крысам, больным СД 2 типа, отмечалось улучшение глкемических показателей и клинической картины.
  • В условной трансгенной модели, в которой INGAP экспрессировался экзокринными клетками поджелудочной железы, у мышей отмечались нормальные гликемические показатели, при этом ответ на диабетогенную дозу стрептозоцина улучшился.
• Возможные механизмы протективного действия INGAP:
  • уменьшение уровня оксидативного стресса;
  • плейотропные свойства.
• Недавно INGAP привлёк внимание учёных как компонент β—клеточного экзогенеза и компонент механизма, поддерживающего секрецию инсулина.
• Имеются данные, что этот белок также улучшает клинические показатели.
  • У пациентов с СД 2 типа он нормализует гликемический профиль и увеличивает продукцию инсулина.
  • Применение INGAP также эффективно при СД 1 типа.
  • В настоящее время правительством США зарегистрировано несколько клинических исследований, в которых изучается этот белок.

Трансдифференцировка

• Этот термин обозначает процесс генерации β—клеток из клеток других клеточных линий.
• С научной точки зрения, идея преобразования клеток с ранее детерменированным путём развития в инсулин-секретирующие клетки кажется довольно смелой. Это направление ещё недостаточно изучено.
• На сегодняшний день, имеется достаточно данных в пользу существования трансдифференцировки зрелых клеток, в частности, протоковых клеток и ациноцитов в β—клетки.
• В этом отношении применение ациноцитов наиболее перспективно. Тем мне менее,не стоит забывать про эксперименты со стволовыми клетками, выделенными и запрограммированными на трансформацию в β.

Факторы Яманаки

• Получение индуцированных плюриопотентных стволовых клеток (иПСК)-1 из наиболее перспективных недавних открытий в области клеточной биологии.
• Согласно протоколу исследования в зрелые клетки внедряли 4 гена, кодирующих следующие 4 факторы транскрипции:
  •  KLF-4;
  • Oct-4;
  • SRY;
  • MYC (c-Myc).
• Благодаря этим генам зрелые клетки трансформировались в плюриопотентные стволовые.
• Идея получения любого клеточного ростка через прохождение этапа преобразования в стволовые клетки чрезвычайна перспективна. Она сулит практически неограниченные возможности.
  • За это открытие в 2012 году Shinya Yamanaka удостоился Нобелевской премии в области физиологии и медицины.
  • С тех пор, Yamanaka опубликовал протокол своей работы, были проведены ещё несколько исследований, доказавших возможность получения инсулин-секретирующих клеток из зрелых клеток.
• Сегодня протокол получения обогащённой β—культуры продолжает уточняться.
• В частности наиболее актуальными вопросами являются
  • риск контаминации,
  • высокая частота апоптоза.

Зрелые человеческие β—клетки

• Прорыв Yamanaka приоткрыл двери к исследованию пластических свойств поджелудочной железы, а также факторов транскрипции (кроме тех, которые управляют клеточным неогенезом).
• Их список представлен:
  • Foxo1;
  • Zbed6;
  • Pdx1;
  • Ngn3;
  • MafA;
  • Pax4;
  • PPRβ/δ;
  • Arx;
• включая также некоторые белки:
  • Txnip;
  • Sh2b1.
• При изучении пролиферации β—клеток в моделируемых физиологических условиях были получены крайне противоречивые результаты.
• Например, при выделении культуры β—клеток у детёнышей мышей (возраст: 8 недель) и последующей инкубации с человеческим ГР и лираглитидом, агонистом рецепторов глюкагоноподобного пептида-1 (ГПП-1), (препарат, рекомендованный FDA для лечения СД 2 типа) была получена интенсивно пролиферирующая масса инсулин-секретирующих клеток.
• В тех же экспериментальных условиях при инкубации выделенных у взрослых человеческих доноров (16-64 лет) β—клеток пролиферация не отмечалась.
• Вероятно, клетки взрослого человека имеют ограниченную способность к пролиферации.
• Кроме того, генетические исследования показали, что конверсия и наличие стволовых клеток у взрослых весьма условны или не существуют совсем.
  • Исключение составляют ацинарные клетки — прямое потомство эмбриональных плюриопотентных клеток-предшественниц.
• При определённых состояниях, таких, как ожирение, β—масса может увеличиваться в объёме.
• После рождения пролиферация β—клеток носит ограниченный характер;
  • существенное увеличение β—клеточной массы, вплоть до 50%, наблюдается у лиц, страдающих ожирением.
• Сегодня этот уникальный механизм рассматривается в качестве компенсаторного при гипергликемии и уменьшении β—клеточной массы.
• Также, есть данные, свидетельствующие о существовании разновидности β—клеток с резервной способностью к делению или же с «волшебной меткой», фактором, экспрессирующемся при развитии ожирения.
• Протокол Yamanaka, а также другие исследования in vitro в этой области обещают новые возможности получения β—массы, которую можно будет в дальнейшем использовать для восстановления ткани поджелудочной железы и трансплантации клеток для лечения диабета.

β-клетки и диабет

• Основная функция β—клеток — определять потребность в инсулине и секретировать его в количестве, необходимом для поддержания физиологической нормогликемии, независимо от давности приёма пищи.
• Патофизиологические механизмы развития диабета запускаются, когда уровень инсулина недостаточен для нормализации показателей глюкозы крови и развивается гипергликемия.
• Сахарный диабет 1 типа возникает вследствие аутоиммунной деструкции β—клеток, таким образом, ведение таких пациентов основано на:
  • заместительной инсулинотерапии;
  • сохранении чувствительности тканей к инсулину;
  • контроле массы тела.
• Причина развития СД 2 типа отличается и представляет комбинацию уменьшения β—клеточной массы и увеличение инсулинорезистентности (ИР).
• Снижение β—массы подтверждено исследованиями на животных, страдающих диабетом и ожирением.
• При деструкции β—клеток химическими агентами или генетическими манипуляциями, как в трансгенной модели или модели с выключением генов, конечными результатами являются уменьшение β—массы и гипергликемия.
• В ходе исследований на животных было показано, что при снижении количества клеток ниже 10 миллиона на кг m тела появляются симптомы нарушения толерантности к глюкозе и, в дальнейшем, гипергликемии.
• Наиболее удобная модель для изучения вышеописанных процессов — поджелудочная железа с перевязанными протоками.
• Доказано, что симптомы гипергликемии развиваются при удалении 90% железы, более того, поджелудочная впоследствии существенно регенерирует.
• Восстановительные процессы в экспериментальной модели начинаются уже через 60 ч после после выполнения манипуляций.
• Лигирование поджелудочной железы (перевязка хвоста) приводит к значительному уменьшению размера органа (50-60%). Вследствие этого β-масса в области хвоста увеличивается почти в 2 раза.
• В 60% случаев парциальная панкреатэктомия у мышей вызывала аналогичные регенеративные процессы.
• Они характеризуются увеличением альфа — и бета-клеточных популяций, а также островковых скоплений и повышенной экспрессией глюкозного транспортёра (GLUT-2) в протоковых клетках.
• С помощью мечения установлено, что в ходе β-клеточного неогенеза в протоковых клетках существенно возрастает пролиферация.
• Также, из клинических наблюдений известно, что при опухолях поджелудочной железы и панкреатитах панкреатэктомия может активировать репарацию и способствовать, таким образом, восполнению гомеостаза β-клеток.
• Регенеративные возможности β-клеток также изучаются на моделях поджелудочной железы с выполненной химической аблацией β-массы или же на генетически-изменённых органах.
• Последняя наиболее удобна в этом отношении в связи с тем, что время проведения аблации регламентировано.
  • В качестве примеров можно привести экспрессию дифтерийного токсина в β-клеточной модели под действием доксициклина, а также RIP-рецептор дифтерийного токсина у мышей.
• Помимо вышеописанных существуют модели с выключенными генами и трансгенные модели, в которых изменены лишь отдельные точечные участки.
• Резюмируя все имеющиеся данные об особенностях патогенеза СД 2 типа, можно сказать, что ключевая задача сегодняшних исследований в области диабетологии — найти способ увеличения количества β-клеток.

Диабет вызывает гибель β-клеток

• Прорывом в отношении патогенеза диабета стало исследование Butler et al.
• Авторы изучили 124 образца поджелудочной железы, изъятых в ходе аутопсии у 4 групп пациентов:
  1. имевших СД 2 типа;
  2. без нарушений углеводного обмена;
  3. нарушенным уровнем глюкозы крови натощак;
  4. с СД и без избыточной массы тела.
• Исследовались следующие параметры:
  • частота апоптоза и репликации;
  • β-клеточный/островковый объём;
  • образование новых островков.
• Учёными впервые были описаны изменения в поджелудочной железе после манифестации сахарного диабета:
  • β-клеточный объём значительно снижается ( примерно на 40-63%) (P < 0,05) у лиц с уже развившемся заболеванием и у пациентов с нарушением толерантности к глюкозе по сравнению с контрольной группой.
• В исследовании описаны 2 важных наблюдения:
  1. у пациентов с СД частота апоптоза в 3-10 раз выше;
  2. во всех исследуемых группах в протоковой системе поджелудочной зафиксированы неогенез или пролиферация β-клеток.
• Исследование достаточно мощное (включает большую выборку) и проливает свет на механизм смерти β-клеток при СД.
• В исследовании Butler et al. также впервые установлен факт возможности регенерации человеческих β-клеток.
• Получены данные, подтверждающие способность β-клеток чутко реагировать пролиферацией на увеличение потребности в инсулине.
• В ходе ранее проведённого исследования было зарегистрировано увеличение β-клеточной массы на 40% как у лиц, страдающих ожирением в сочетании с СД 2 типа, так и без диабета.
• По всей видимости, прирост β-массы у людей с ожирением является компенсаторным механизмом.
• Его запуск провоцируется повреждением β-клеток и их последующей смертью вследствие хронической гипергликемии.
• Цикл функционирует вплоть до истощения способности поджелудочной железы генерировать новые клетки.
• Уменьшение пула β-клеток — медленный и длительный процесс; считается, что клетки начинают гибнуть за 10-12 лет до постановки диагноза.

Причина гибели клеток — гипергликемия

• Известно, что гипергликемия является основной причиной развития диабета и его осложнений.
• Гликемический гомеостаз зависит от целого ряда гормонов, белков, нейротрансмиттеров и инсулина (последний наиболее важен).
• У здоровых людей инсулин обеспечивает нормальные показатели глюкозы крови.
  • При СД 1 типа инсулин не вырабатывается и показана заместительная терапия.
  • При СД 2 имеется инсулиновая недостаточность.
• Тем не менее, существуют другие гормоны, контролирующие показатели глюкозы крови.
  • Например, глюкагон. Он секретируется альфа-клетками поджелудочной железы и способствует увеличению высвобождения глюкозы печенью.
  • В норме, глюкагон поддерживает значения глюкозы крови в физиологическом диапазоне.
• Путём воздействия агонистами глюкагона на специфические рецепторы глюкагоноподобным пептидом (ГПП-1) или ингибиторами дипептидилпептидазы (иДПП-4) можно снизить уровень этого гормона, выраженность гипергликемии и ассоциированные с ней риски.
• Инкретин или глюкозозависимый инсулинотропный полипептид (ГИП) — ещё 1 гормон, участвующий в поддержании гомеостаза глюкозы: он способствует секреции глюкагона и развитию гипергликемии.
• Ингибиторы натрий-глюкозного котранспортёра 2 типа (SGLT2-i) — другой класс препаратов, непосредственно снижающий уровень гипергликемии.
  • Данная фармакологическая группа представлена:
    • дапаглифлозином;
    • эмпаглифлозином;
    • канаглифлозином;
    • глифлозином.
  • Механизм действия заключается в блокировании реабсорбции глюкозы в проксимальных трубочках почек.
  • Доказано положительное воздействие препаратов на гликемические показатели и снижение массы тела у больных диабетом животных.
• При экспериментальном выключении генов SGLT2 отмечено, что прекращение абсорбции глюкозы в почках способствует сохранению β-клеточной популяции.
• Также известно, что при применении SGLT2 блокаторов β-клетки не утрачивают свою функцию.
  • Тем не менее, FDA заявило о возрастающей частоте случаев кетоацидоза на фоне применения препаратов данной фармакогруппы. В связи с чем необходимо изучать эффекты долговременной терапии SLGT-2 ингибиторами.

Гипергликемия и апоптоз

• Причины гибели β—клеток различны:
  • глюкозотоксичность (обусловлена гипергликемией и продуктами углеводного обмена);
  • липотоксичность (за счёт ТАГ, ЛПНП, Хс, продуктов окисления);
  • действие провоспалительных медиаторов (цитокинов).
• Среди всех вышеперечисленных факторов гипергликемия — наиболее важный, она специфична для сахарного диабета, более того, является неоспоримым свидетельством нарушения углеводного обмена.
• Хроническая гипергликемия сама по себе может вызывать смерть β—клеток в выделенной культуре, у животных и у человека (по данным аутопсии).
• Несмотря на то, что механизмы запрограмированной гибели клеток хорошо изучены, сигнальные каскады и пути известны; способ, при помощи которого гипергликемия запускает апоптоз при диабете, полностью не ясен.
• Апоптоз в β—клеточной культуре при гипергликемии дозозависим.
• Этот факт, а также факт зависимости уровня апоптоза от времени экспозиции были доказаны при сравнении его в условиях экспрессии MIN6N8 (инсулиномы), когда гипергликемия составляла 33.3 ммоль/л с уровнем клеточной гибели при 5.5 ммоль/л. В первом случае апоптоз был значительно более выражен.
• Также известно, что хроническая гипергликемия активирует проапоптозные Bad гены.
• Гены Bad характеризуются 2 функциями: они одновременно запускают экспрессию апоптозных генов и угнетают сигнальные пути, обеспечивающие выживание клеток.
• Активация этих генов сопряжена с процессом фосфорилирования.

Трансплантация β—клеток и пластичность поджелудочной железы

Сегодня диабетология развивается в 2х направлениях:

1. поиск факторов, позволяющих сохранить β—клеточный пул, для СД 2 типа. Уже найдены:
   • агонист амилина прамлинтид;
   • агонист рецепторов ГЛП-1;
   • ингибиторы ДПП-4;
   • некоторые другие вещества изучаются.
2. поиск способов увеличения β—массы in vitro с единственной целью их трансплантации.
   • Наиболее успешный пример описан в протоколе Edmonton: была проведена пересадка островков Лангерганса пациенту с СД 1 типа.
   • В этой области удалось многого добиться, например, сегодня возможна трансплантация биосинтетической поджелудочной железы. Защиты от действия собственной иммунной системы реципиента добились с помощью применения технологии βAir.
   • В настоящее время, метод продолжает изучаться.
   • Изначально предполагалось применение трансплантации поджелудочной у пациентов с СД 1 типа, однако в ходе исследований на животных была доказана возможность использования этого метода при СД 2.

1. Marrif HI, Al-Sunousi SI. Pancreatic β Cell Mass Death. Front Pharmacol. 2016;7:83. doi:10.3389/fphar.2016.00083.