6 курс / Эндокринология / Инсулиновая_резистентность_и_роль_гормонов_жировой_ткани_в_развитии

Схема 6. Сигнальные пути инсулина

Комплексирование инсулина с рецептором является триггером образова­ ния вторичных мессенджеров и активации ферментных систем, участвующих в реализации биологического действия инсулина, и, в частности, двух основных ферментов: гликогенсинтазы (контроль образования гликогена) и пируватдегидрогеназы (регуляция окисления глюкозы).

При сахарном диабете типа 2 отмечается, как снижение количества и аффин­ ности рецепторов к инсулину, так и нарушение инсулино-рецепторного взаимо­ действия, что сопровождается усилением клинических проявлений инсулинорезистентности и восстанавлением этих нарушений почти до нормы при снижении массы тела. Помимо рецепторных имеется значительное число пострецепторных механизмов, участвующих как в генезе инсулинорезистенности, так и в ме­ ханизмах развития диабета. Инициация передачи гормонального сигнала инсу­ лина начинается с фосфорилирования р-субъединицы инсулинового рецептора, которое осуществляется тирозинкиназой. Это фосфорилирование, а затем поддерживающееся аутофосфорилирование рецептора инсулина необходимо для последующих этапов посрецепторного действия инсулина и, в частности, для активирования и транслокации глюкозных транспортеров (ГЛЮТ), наиболее важным из которых является ГЛЮТ-4. Этот глюкозный транспортер находится в постоянной циркуляции между мембраной и внутриклеточным пространством. Полупериод такого цикла составляет 2 часа при базальных условиях и 40 мин в присутствии инсулина. Как показали L.J.Foster и соавт. (2001) при базальном со-

11

стоянии полный цикл транслокации ГЛ ЮТ-4 к мембране клетки и обратно длится около 6 часов, тогда как в присутствии инсулина этот цикл ускоряется и для его полного осуществления требуется 3 часа. Основная локализация ГЛЮТ-4 на­ ходится внутриклеточно и только 10% от общего количества ГЛЮТ-4 находится на мембранах нестимулированных мышечных клеток. Стимуляция инсулином сопровождается 2-Зх кратным увеличением ГЛЮТ-4 на мембранах клеток. Не­ зависимо от присутствия или отсутствия инсулина ГЛЮТ-4 проходят через рециклирующие или сортирирующие эндосомы. При чем гормон ускоряет время транзита через ГЛЮТ-4 через эти эндосомы, что вносит определенный вклад в общий механизм ускорения рециклирования ГЛЮТ-4 под влиянием стимуляции инсулином. Экспрессия этого транспортера имеет место только в скелетных мышцах, мышцах сердца и жировой ткани. Гликозилирование или уменьшение транслокации ГЛЮТ-4 сопровождается инсулиновой резистентностью.

Т.Utriainenetal.( 1998) показали, что инсулинорезистентность у больных сахар­ ным диабетом типа 2 проявляется не во всех тканях организма. Так, в скелетных мышцах всего организма и в мышцах бедра больных сахарным диабетом типа 2 имело место выраженая инсулинорезистентность, определяемая по поглоще­ нию глюкозы (71+6 мкмоль/кг/мин, при норме у здоровых лиц - 96+5 мкмоль/кг/ мин), а в мышцах сердца - инсулинорезистентность соответствовала нормаль­ ным показателям. На схемах 7 и 8 представлена тканевая экспрессия рецептора инсулина, его субъединиц и пострецепторные механизмы действия инсулина..

Схема 7. Компоненты рецептора инсулина и их значимость в действии инсулина

12

Схема 8. Схема механизма пострецепторного действия инсулина

Причиной инсулинорезистентности может быть мутация гена инсулиново­ го рецептора. По мнению S.I.Taylor and D.E.Moller (1993) мутации инсулинового рецептора следует подразделять на V классов: 1) мутации, приводящие к сни­ жению скорости биосинтеза рецептора; 2) мутации, ухудшающие внутрикле­ точный транспорт и посттрансляционный процессинг; 3) мутации, приводящие

кдефектам связывания инсулина; 4) мутации, сопровождающиеся снижением рецепторой активности тирозинкиназы; 5) мутации ускоряющие деградацию инсулинового рецептора. К I классу мутаций относятся бессмысленные мута­ ции кодона 897, кодона 672 гена рецептора инсулина, сопровождающиеся зна­ чительным снижением уровня мРНК гена инсулинового рецептора. Выявлено более 30 точечных мутаций гена инсулинового рецептора, в том числе отно­ сящихся ко II классу и идентифицированных при различных формах диабета, включая сахарный диабет 2 типа, сопровождающихся инсулиновой резистен­ тностью. Несколько мутантных рецепторов характеризуются дефектами пост­ трансляционной модификации. При этом такая мутация может сопровождать­ ся: а) дефектом транспорта рецептора к клеточной поверхности, б) снижением аффиности рецептора или в) никак не отражаться на функциональной актив­ ности рецептора. Среди описанных мутаций III класса следует отметить две му­ тации инсулинового рецептора, сопровождающиеся снижением способности связывания рецептора с инсулином (снижение аффинности) и мутация, приво­ дящая к повышению аффинности инсулинового рецептора. IV класс мутаций, представляют мутации: а) мутации бета-субъедиицы рецептора, приводящие

кснижению инсулин-стимулированной рецепторной тирозинкиназы (делеции экзона 17-22, мутации кодона 1109, мутации юкстамембранного домена, му­ тации при которых резко снижается фосфорилирование IRS-1 или субстрата-1 инсулин рецепторной киназы и др.); б) мутации внеклеточного домена также сопровождающие ингибированием тирозинкиназной активности; в) киназо-де-

13

фицитные мутации, сопровождающиеся снижением эндоцитоза инсулино-ре- цепторного комплекса и нарушением обратной регуляции-»с!о\л/п - regulation»; г) киназо-дефицитные мутации, приводящие к инсулиновой резистентности. И, наконец, мутации глютамина 460 (GLU460) относят к мутациям V класса, кото­ рые сопровождаются ускорением деградации инсулинового рецептора.

За последние годы получены дополнительные экспериментальные данные, позволяющие уточнить сложные механизмы инсулинорезистентности. Компо­ ненты рецептора инсулина или субстраты инсулинового рецептора (СИР) учас­ твуют в пострецепторных механизмах действия инсулина. Y Terauchi et al.(1997) получили мышей с экспериментальной моделью сахарного диабета типа 2, у ко­ торой отсутствует ген СИР-1 ,что сопровождается инсулинрезистентностью, и ген глюкокиназы, что проявляется снижением секреции инсулина. Такой двойной де­ фект приводит к развитию сахарного диабета, который характеризуется базальной гиперинсулинемией и снижением секреции инсулина в ответ на нагрузку глю­ козой. У животных с таким генотипом СИР-1-/- отмечается гиперплазия р-клеток и признаки дифференцировки неэндокринных клеток в (3-клетки. Эти изменения, по мнению, авторов отражают компенсаторную гиперинсулинемию, вызванную инсулиновой резистентностью, что в какой-то мере отражает имеющее место при сахарном диабете 2 типа у человека взаимоотношения между инсулиновой резистентностью и гиперинсулинемией. Интерпретируя эти результаты исследо­ ваний, A.B.Jenkins et L.H. Storlien, 1997) считают, что нарушение функции СИР-1 у животных приводит к блокаде трансдукции биологического сигнала инсулина, что в свою очередь является причиной гиперинсулинемии и гиперплазии р-клеток. Несомненно, что в ближайщее время при исследованиях на этой эксперимен­ тальной модели животных будут получены дополнительные данные по патогенезу инсулинорезистентности и ее роли в развитии сахарного диабета типа 2. Как ус­ тановлено, субстраты рецептора инсулина (СИР или IRS) экспрессируются не во всех тканях, чем и объясняется избирательность действия инсулина (рис.8 и 9).

Как известно, сахароснижающее действие инсулина обусловлено активи­ рованием процесса синтеза гликогена в печени и скелетных мышцах. Мышеч­ ная гликогенсинтаза является ключевым ферментом неокислительного обмена глюкозы. Нарушение активности фермента сопровождается снижением био­ логической активности инсулина и инсулиновой резистентностью. Множест­ венные дефекты в активности гликогенсинтазы приводят к снижению синтеза гликогена, что имеет место у больных сахарным диабетом типа 2. Причиной ин­ сулинорезистентности, помимо, мутации гена рецептора к инсулину являются выявляемые также мутации гена гексокиназы 2 типа, гена СИР-1, гена глико­ генсинтазы и гена регуляторной субъединицы 1 типа.

Активация синтеза гликогена в скелетной мышце в ответ на инсулин является результатом ингибирования активности киназы - 3 гликогенсинтазы и одновре­ менным активированием протеинфоасфатазы - 1, в результате чего изменяется соотношение между неактивным фосфорилированным состоянием гликогенсин­ тазы и активным дефосфорилированным состоянием. Киназа-3 гликогенсинтазы является важным регулятором синтеза гликогена в скелетной мышце, которая у человека, как и некоторых млекопитающих представлена двумя различными изоформами этого белка: киназа-За и киназа-р гликогенсинтазы. Установлено, что ген

14

киназы-За гликогенсинтазы локализуется на хромосоме 19q13.1-q13.2, а ген ки- назы-Зр гликогенсинтазы на хромосоме 3q 13.3-q21 и естественно мутация генов, контролирующих синтез киназы-3 будет сопровождаться инсулиновой резистен­ тностью, гиперинсулинемией и нарушением синтеза гликогена (см. рис.2).

Сигнальная система инсулина представлена на схеме 9.

Схема 9. Сигнальная система инсулина

Субстраты инсулинового рецептора (СИР) вовлечены в пострецепторные сигнальные пути биологического действия (схема 10).

* или активация пренил трансфераз

Схема 10. Пострецепторные механизмы действия инсулина

15

Инсулинорезистентность и связанная с ней компенсаторная гиперинсулинемия у больных сахарным диабетом типа 2 может быть обусловлена сниже­ нием активности киназы За или Зр гликогенсинтазы, а также непосредственно гликогенсинтазы или протеинфосфатазы 1 типа.

Скорость образования глюкозы печенью является основным фактором, под­ держивающим гомеостаз глюкозы в организме. Этот процесс поддерживается содержанием инсулина и глюкагона в крови, поступающей в печень. Глюкагон повышает распад гликогена и стимулирует процессы неоглюкогенеза, тогда как инсулин ингибирует как гликогенолиз, так и глкжонеогенез. Содержание инсу­ лина в синусоидах печени определяет скорость образования глюкозы. Помимо прямого влияния на скорость продукции глюкозы печенью, инсулин оказывает и опосредованное действие. На уровне а-клеток островка поджелудочной же­ лезы, инсулин, как известно, ингибирует секрецию глюкагона, а последний, в свою очередь, изменяет гликогенолиз в печени. В жировой ткани, инсулин уг­ нетает липолиз и соответственно концентрацию глицерина и НЭЖК в крови, поступающей в печень, что также приводит к снижению глюконеогенеза. Все рассмотренное необходимо учитывать, при рассмотрении роли печени в под­ держании гликемии при сахарном диабете типа 2.

До последнего времени практически всеми диабетологами считалось, что постабсорбционная гипергликемия у больных сахарным диабетом типа 2 явля­ ется следствием снижения утилизации глюкозы в печени и повышением ско­ рости эндогенного образования глюкозы, что рассматривалось как результат ускоренного глюконеогенеза, повышенного поступления в печень субстратов, необходимых для этого процесса. Это предположение базировалось на экспе­ риментальных, косвенных данных, которые не подвергались ревизии в течение десятков лет. Внедрение в клиническую практику новых методов исследова­ ния позволило непосредственно изучить скорость окисления жирных кислот в печени, которые являются донаторами субстратов, необходимых для процес­ са глюконеогенеза. F. Diraison et al. (1998) изучали скорость глюконеогенеза у больных сахарным диабетом 2 типа и практически здоровых лиц, используя неинвазивный метод с применением в постабсорбционном периоде инфузии [6.6-2Н2] глюкозы (в течение 150 мин) и [3-13С] лактата (в течение 6 час). Ак­ тивность и соотношение ферментов, участвующих в процессе глюконеогенеза, пируваткарбоксилазы и пируватдегидрогеназы у больных сахарным диабетом 2 типа и контрольных (здоровых) лиц практически не отличались в обеих груп­ пах (12,1+2,6 против 11,2+1,4). Окисление жирных кислот в печени больных са­ харным диабетом 2 типа также не было повышенным (1,8+0,4 против 1,6+0,1 мкмоль/кг/мин). Исследования показали, что у больных сахарным диабетом 2 типа, несмотря на повышение скорости обмена лактата и умеренное повыше­ ние скорости обмена глюкозы, абсолютная скорость глюкогенеза, как и окисле­ ния жирных кислот при этом не увеличена.

У подавляющего количества больных сахарным диабетом типа 2 имеется ожирение различной степени выраженности, наличие которого является одним из факторов, участвующих в патогенезе заболевания. Показателями избыточ­ ной массы тела служат индекс массы тела (кг/м2), который в норме у мужчин равен 20-25, а у женщин - 19-24. Вторым критерием ожирения является индекс

16

отношение окружности талия/бедра, которое в норме у мужчин составляет 0,8- 1,0, а у женщин - 0,7-0,85. На долю жировой ткани в организме женщины при­ ходится 20-30% массы тела, а - мужчины - 10-20%.

Жировая ткань является основным «хранилищем» запасов энергии в орга­ низме. Из всей энергии, поступающей в организм с пищей, около 75% расхо­ дуется на поддержание основного обмена, 10-15% в процессе работы и другой физической активности и 10-15% - на поддержание постоянной температуры тела, т.е. термогенез. Помимо избыточного количества жировой ткани риском для развития диабета является ее распределение, т.е. тип ожирения. Преиму­ щественное отложение жировой ткани в большом сальнике и ретроперитонеальном пространстве характерно для «абдоминального» или «андроидного» типа ожирения, при котором фигура приобретает форму яблока. Преимущест­ венное отложение жировой ткани в нижней части туловища и бедер характерно для женского типа ожирения, при котором фигура приобретает форму груши. Абдоминальный тип ожирения сочетается с сахарным диабетом типа 2 в соче­ тании с дислипидемией, сердечно-сосудистыми нарушениями, гипертензией. При абдоминальном типе ожирения у женщин выявляется повышенное содер­ жание в сыворотке крови андрогенов и кортизола, при снижении глобулина, связывающего половые гормоны. Такой тип ожирения усиливается такими вредными привычками, как курение и потребление алкоголя. Абдоминальный тип ожирения чаще сочетается с сахарным диабетом типа 2. Во-первых, в абдо­ минальных жировых депо скорость липолиза значительно выше, чем в подкож­ но-жировой клетчатке и свободные жирные кислоты, высвобождаемые в пери­ од липолиза, о системе воротной вены непосредственно поступают в печень, приводя к повышению синтеза липопротеинов и их чрезмерному поступлению в эндотелиальные и мышечные клетки.

Жировая ткань не только является своеобразным «складом» или «хранили­ щем» триглицеридов, которые используются организмом как источник энергии, но и местом секреции большого количества пептидом, многие из которых явля­ ются гормонами, участвующими в поддержании энергетического гомеостаза, включая обмен углеводов, модулируя тканевую чувствительность к инсулину.

К основным гормонам жировой ткани непосредственно или опосредованно влияющим на обмен веществ относятся лептин, адипонектин, а-фактор некро­ за опухолей, резистин, белок, стимулирующий ацетилирование и др., что пред­ ставлено на схеме 11.

17

Схема 1 1 . Влияние гормонов жировой ткани на чувствительность к инсулину

Лептин - белок с мол.м. 16kDa, секретируется в основном в жировой ткане, хотя небольшое его количество образуется также в мышцах и плаценте. В системном кровообращении находится в «свободной» и «связанной» с белками плазмы форме, клиренс которого происходит в основном в почках. При голо­ дании его секреции уменьшается, а при переедании и ожирении - увеличива­ ется. Физиологическая функция лептина заключается, вероятнее всего, в пре­ дупреждении развития ожирения в условиях избыточного поступления пищи в организм. Снижение секреции лептина при голодании является своего рода сигналом для повышения поглощения энергии. При избыточном поступлении пищи в организм повышается с одной стороны термогенез, путем активиро­ вания образования энергии в буром жире, посредством индукции экспрессии генов, ответственных за синтез так называемых митохондриальных разобщаю­ щих белков 1, 2 и 3 типа, которые регулируют термогенез в организме.

Бурая жировая ткань в организме является тканью, которой принадлежит ос­ новная роль в термогенезе. Она не является «хранилищем» энергии, как белая жировая клетчатка,а представляет собой ткань, где происходит сгорание жира, т.е. превращение энергии в тепло, что обусловлено разобщением окисления АДФ в АТФ. Скоростью термогенеза поддерживается постоянство температуры тела, которое необходимо для поддержания метаболических процессов в орга­ низме на определенном (нормальном уровне), т.е. он участвует в поддержании баланса энергии в организме. В этом смысле бурый жир играет важную роль в контроле массы тела и ожирения. Ключевая роль в поддержании и регули­ ровании скорости термогенеза в буром жире принадлежит митохондриальным разобщающим белкам 1, 2 и 3 типа.

18

Экспрессия генов митохондриальных разобщительных белков регулируется различными механизмами, принимающими участие в контроле образования и расходования энергии в организме: симпатическая нервная система и ее ЬЗ-ад- ренорецепторы, тироидные гормоны, транс-ретиноиевая кислота и др.)- Между экспрессией генов митохондриальных разобщительных белков и лептина име­ ются обратные взаимоотношения (например, транс-ретиноевая кислота поло­ жительно регулирует экспрессию митохондриального разобщительного белка1 типа и отрицательно - экспрессию лептина), что подтверждает их важную роль в поддержании энергетического гомеостаза. Таким образом, адаптационная роль лептина заключается в снижении приема пищи и увеличении образования тепла через активирование термогенеза в бурой жировой ткани, не исключает­ ся и в других местах. Механизмы активирования термогенеза включают в пер­ вую очередь индукцию экспрессии генов, ответственных за разобщение окис­ лительного фосфорилирования (митохондриальные разобщительные белки 1, 2 и 3 типа). Лептин также принимает участие в регуляции аппетита. При голода­ нии снижение лептина и инсулина стумулирует экспрессию гена NPX который совместно с кортиколиберином, гонадолиберином, тиролиберином, не исклю­ чено и соматолиберином, осуществляет адаптацию организме в этих условиях. Тем не менее, в вопросах регуляции аппетипа и связанного с ним приема пищи остается много невыясненных моментов. Недавно показано, что нарушение ре­ цептора гена меланокортина -4 (МС-4) у мышей вызывает диабет взрослого типа, гиперинсулинемию и гипергликемию, т.е. развитие фенотипического син­ дрома, характерного для сахарного диабета типа 2 у человека.

При снижении уровня лептина в крови ниже порогового уровня сопровож­ дается повышением аппетита, а изменение секреции гипофизарных гормонов характеризуется теми же параметрами, как это имеет место при голодании. Гиполептинемия увеличивает чувство голода и угнетает функцию репродуктив­ ной системы. Гиперлептинемия, наблюдаемая при ожирении, не сопровожается значительными изменениями состояния здоровья и является своеобразным сигналом снижения маасы жира и наличием глодания.

Переход лептина в ЦНС опосредуется рецепторами гемато-энцефалическо- го барьера. В течение дня концентрация лептина в плазме крови флюктуирует

всоответствии с приемом пищи, ее количеством и наличием количества жира

ворганизме. В течение ночи в постабсорбционный период концентрация леп­ тина в плазме повышается пропорционально количеству жировой ткани в ор­ ганизме. В аркуатном ядре гипоталамуса идентифицировано два типа клеток, один из которых ответственен за образование нейропептида Y (NFY) и agoutiподобного белка, которые являются пептидами, стимулирующими прием пищи. Лептин снижает экспрессию генов указанных белков. Комплексирование с ре­ цептора лептина, локализованными на клетках второго типа аркуатного ядра гипоталамуса, вызывает повышение экспрессии кокаин- и амфетамин-подоб­ ных транскрипт и а-меланоцитостимулирующего гормона, которые в свою оче­ редь являются белками, ингибирующими прием пищи.

Учеловека врожденная недостаточность лептина сопровождается ожирени­ ем, гиперфагией и гипогонадотропным гипогонадизмом. Применение экзоген­ ного лептина сопровождается значительным снижением аппетита, избыточной

19

массы тела и инициирует развитие пубертата, а возможность предупреждения снижения концентрации лептина в плазме крови и снижения массы тела в таком случае, способствует сохранению функции щитовидной железы и скорости ис­ пользования энергии в организме (F. Salomon и соавт.,1989; S. В. Heymsfield и соавт., 1999; М. Rosenbaum исоавт., 2002). Терапия рекомбинантным лептином больных ожирением без недостаточности секреции лептина приводит лишь к умеренному снижению массы тела. Заместительная терапия лептином предох­ раняет изменение соотношения ЛГ/тестостерон в плазме крови натощак. Од­ нако при этом лептин не предупреждает изменений в уровне циркулирующих ТЗ и гТЗ, пульсирующей секреции СТГ и кортизола (J. L. Chan и соавт., 2003).

Предположение о том, что недостаточность секреции лептина у человека со­ провождается ожирением, не находит клинического подтверждения. Уровень лептина в сыворотке крови повышается с увеличением ожирения и массы тела, тогда как доказанная недостаточность секреции лептина встречается крайне редко. Эти данные позволяют считать, что при ожирении вероятнее всего име­ ет место резистентность к лептину на уровне транспорта в ЦНС или на пострецепторном уровне. Видимо и это, кажущееся правильным предположение, тре­ бует проведения дополнительных исследований, так как показано, что уровень лептина в плазме крови достаточно четко коррелирует с количеством жировой ткани в организме (М. D. Jensen и соавт., 1999). У больных с липоатрофиями, у которых содержание лептина в сыворотке крови снижено, терапия лептином сопровождается снижением количества принимаемой пищи и улучшением по­ казателей метаболизма (Е. A. Oral и соавт., 2003).

Жировая ткань является местом образования еще одного гормона - адипонектина, который представляет собой полипетид с мол. м. 30kDa, содержа­ щий 244 аминокислотных остатков, структурно имеющий сходство с молеку­ лой коллагена и а-ФНО и циркулирующий в периферическом кровообращении в 8 различных изоформах. Его концентрация в крови, подобно лептину, имеет обратные корреляции с массой жировой ткани и степенью выраженности инсулиновой резистентности. Снижение уровня адипонетина в сыворотке крови наблюдается при сахарном диабете типа 2 и ИБС. Эти наблюдения послужили основанием к предположению, что адипонектин повышает чувствительность тканей к инсулину и обладает кардиопротективнымиэффектами (J. J. Diez и Р. Iglesias, 2003). Адипонектин оказывает биологический эффект посредством комплексирования с рецепторами двух типов (Т. Yamauchi и соавт., 2003), акти­ вирование которых сопровождается снижением массы тела без уменьшения приема пищи, увеличением окисления жирных кислот в скелетных мышцах и печени, а также снижением их уровня в сыворотке крови. Наряду с указанным наблюдается уменьшение содержания глюкозы в крови без увеличения секре­ ции инсулина, а также снижения содержания триглицеридов в мышцах и пече­ ни, что является свидетельстом повышения чувствительности тканей к инсу­ лину и снижением инсулиновой резистентности. Наблюдаемое под влиянием адипонектина уменьшение экспрессии адгезивных молекул эндотелиальными клетками сосудов и скорости образования количества цитокинов макро­ фагами позволяет считать, что адипонектин относится к антиатеротогенным эндогенным соединениям.

20