В норме b–клетки быстро адаптируются к снижению чувствительности к инсулину на уровне печени или периферических тканей, повышая секрецию инсулина и предотвращая развитие гипергликемии натощак. При сахарном диабете 2 типа гипергликемия натощак развивается в случаях недостаточной функции b–клеток в плане производства и секреции инсулина, необходимого для преодоления инсулинорезистентности. Вне всякого сомнения, эти факторы тесно связаны друг с другом, хотя кажется абсолютно ясным, что без нарушенной секреции инсулина не может развиваться гипергликемия и таким образом именно b–клетки и их функция являются «сердцем» данной проблемы.
Более 25 лет тому назад было убедительно показано, что у пациентов с нарушенной толерантностью к глюкозе или с сахарным диабетом 2 типа имеют место нарушения кинетики выделения инсулина и снижение инсулинового ответа на пищевую нагрузку.
Рассматривая вопросы секреции инсулина в норме и при сахарном диабете 2 типа, необходимо отметить, что у здоровых лиц существует постоянная базальная секреция инсулина, которая имеет место даже тогда, когда отсутствуют любые экзогенные стимулы для выделения инсулина. И даже в тех случаях, когда уровень глюкозы плазмы после ночного голодания низкий (4,4–5,5 ммоль/л), все равно в организме человека поддерживается постоянная базальная секреция инсулина.
Известно, что в постпрандиальном периоде глюкоза попадает в циркуляцию крови непосредственно из абсорбированных с пищей углеводов, а затем распределяется – в основном в скелетные мышцы через многократное увеличение инсулинопосредованного захвата глюкозы (ИОЗГ). А в связи с тем, что пациенты с сахарным диабетом 2 типа имеют ограниченные возможности к быстрому увеличению ИОЗГ, постпрандиальная гликемия у них будет значительно повышенной.
Необходимо особо подчеркнуть, что постпрандиальная гипергликемия может развиваться и существовать в течение нескольких лет до развития и появления гипергликемии натощак и до клинической манифестации сахарного диабета.
Организация запасов глюкозы в первую очередь именно мышечной тканью частично объясняется тем, что эта ткань способна абсорбировать глюкозу достаточно быстро и в больших количествах, препятствуя развитию постпрандиальной гипергликемии в физиологических условиях. Причем колебания постпрандиального уровня глюкозы являются важной составляющей общей суточной гипергликемии.
В настоящее время убедительно показано, что b–клетки несут серьезную ответственность за поддержание в организме человека уровней глюкозы в достаточно узком диапазоне. По мнению P.D. Home (2000), уровень глюкозы в норме у лиц молодого и среднего возраста абсолютно стабилен в течение ночи и составляет непосредственно перед завтраком 4,3 ммоль/л. После завтрака концентрация глюкозы повышается, достигая 7,0 ммоль/л в течение 30 минут, затем снижается, достигая показателя 5,5 ммоль/л в течение почти такого же времени.
Необходимо отметить, что у больных сахарным диабетом 2 типа повышение секреции инсулина в ответ на прием пищи замедлено и ослаблено. У некоторых пациентов инсулиновый ответ на прием пищи вообще отсутствует.
Особое место в исследованиях занимает информация, касающаяся двухфазности секреции инсулина в норме и патологии.
В настоящее время известно, что выделение инсулина происходит двухфазным образом, характеризующимся наличием острых пиков, продолжающихся в среднем в течение 10 минут (первая фаза), с последующим постепенным повышением выделения инсулина (вторая фаза).
Существует точка зрения, что эти две фазы фактически представляют два различных внутриостровковых пула инсулина. Первый пул, или пул немедленного реагирования, представляет собой в количественном отношении около 5–10% внутриостровкового содержания инсулина. Речь идет о гранулах инсулина, находящихся максимально близко к мембране b–клетки, и считается, что именно этот быстровыделяемый пул обеспечивает первую, раннюю фазу в секреции инсулина.
Второй пул, или готовый к использованию пул инсулина, или резервный пул, для выделения которого необходима аденозинтрифосфат–зависимая мобилизация инсулинсодержащих гранул, перемещающихся постепенно в первый пул, с последующим экзоцитозом, фактически представляет 90–95% запасов инсулина, содержащихся в b–клетках в данную единицу времени.
Несомненно, что обе фазы в секреции инсулина являются важными в поддержании нормального гомеостаза глюкозы. Однако в настоящее время значительно большее внимание уделяется именно первой фазе инсулиновой секреции. Предполагается, что это и есть главная детерминанта в «раннем» выделении инсулина в течение первых 30 минут после приема пищи или глюкозы.
Интересно отметить, что инсулиновый секреторный ответ панкреатических b–клеток на стимуляцию глюкозой заключается в развитии первой фазы, которая появляется сразу же после внутривенного введения глюкозы. Далее следует снижение секреции инсулина до самых низких значений и затем развитие пролонгированной второй фазы ответа. Первая фаза секреции инсулина развивается за счет активации КАТФ–зависимых (триггерных) каналов, которые повышают концентрацию кальция и, как предполагается, высвобождают гранулы из «готового к высвобождению» пула. Из этого следует, что вторая фаза влечет за собой приготовление гранул для опорожнения, возможно, включающее транслокацию и способность к наполнению перед экзоцитозом. Механизмы, ответственные за развитие второй фазы инсулиновой секреции, включают путь КАТФ–зависимых каналов по причине необходимости увеличения концентрации кальция и дополнительные сигналы независимо от КАТФ–зависимых каналов. Механизмы, лежащие в основе таких дополнительных сигналов, пока остаются неизвестными. Современные гипотезы предполагают повышение цитозольного длинноцепочечного ацетил–КоА, малат–пируватный цикл, «экспорт» глутамата из митохондрий, а также увеличение соотношения АТФ/АДФ.
У человека каждая b–клетка содержит около 10000 гранул инсулина, из которых только 100 представляют собой «готовый к высвобождению» пул.
Очевидно, что стимуляция высвобождения при помощи даже одного стимулятора секреции, такого как глюкоза, происходит согласно строго координированному взаимодействию многих факторов по отношению к передвижению гранул: прикрепление к плазматической мембране, приготовление к высвобождению (наполнение) и экзоцитоз. Общее количество инсулинсодержащих гранул в b–клетках значительно превышает количество, требуемое для контроля гликемии, связанной с однократным приемом пищи. Характерно, что лишь очень малый процент гранул и, соответственно, общего содержания инсулина в гранулах, секретируется в ответ на стимуляцию глюкозой [Proks P. еt al., 1996].
Хорошо известно, что существуют и неглюкозные стимулы секреции инсулина, такие как аминокислоты, свободные жирные кислоты и гормоны. Важную роль в стимуляции секреции инсулина играет и невральная регуляция.
Следует отметить также, что многие гормоны влияют на b–клетки, либо стимулируя, либо подавляя, либо модулируя инсулиновый ответ на глюкозу.
В последние годы большой научно–практический интерес вызывает изучение роли гормонов желудочно–кишечного тракта в регуляции секреции инсулина, а следовательно, и в регуляции гомеостаза глюкозы в организме человека.
В этой связи следует подчеркнуть, что в литературе имеются данные, свидетельствующие о важной роли таких гормонов желудочно–кишечного тракта, как глюкагоноподобный пептид 1 (ГПП–1) и глюкозо–зависимый–инсулинотропный полипептид или желудочный ингибирующий пептид (ГИП). Эти гормоны получили название инкретины, а их действие, приводящее к усилению глюкозозависимой секреции инсулина b–клетками поджелудочной железы, было названо «инкретиновый эффект». Кстати, «инкретиновый эффект» был впервые описан в 1960 году, и приписывается пептидным гормонам, которые секретируются К– и L–клетками кишечника в ответ на прием пищи.
Наиболее популярным и наиболее изученным в настоящее время является ГПП–1.
ГПП–1 является посттрансляционным продуктом гена проглюкагона, членом суперсемейства глюкагона, в которое входят такие пептидные гормоны, как глюкагон, глюкагоноподобный пептид 1, глюкагоноподобный пептид 2, желудочный ингибирующий пептид и экзендин–4. В нашей статье основное внимание будет уделено именно ГПП–1.
ГПП–1 продуцируется энтеро–эндокринными L–клетками тонкого кишечника, и регуляция его секреции из эндокринных клеток ЖКТ осуществляется с помощью нескольких внутриклеточных сигналов, включая протеин киназу А, протеин киназу С и кальций. Многочисленные экспериментальные работы продемонстрировали, что секреция ГПП–1 контролируется нутриентами, а также невральными и эндокринными факторами. Следует отметить, что плазменные базальные уровни ГПП–1 у человека находятся в пределах от 5 до 10 пМ, и повышаются после приема пищи до 50 пМоль.
В исследованиях Kieffer T.Y. (1999), Drucker D.J. (1998), Massimo S.P. (1998) было показано, что ГПП–1 секретируется в ответ на прием смешанной пищи и таких отдельных нутриентов, как глюкоза, жирные кислоты и пищевые волокна. Так, пероральный прием глюкозы у человека приводил к двухфазному увеличению ГПП–1 в плазме, тогда как внутривенные инфузии глюкозы имели минимальный эффект [Hermann C., 1995]. В связи с тем, что большинство L–клеток, продуцирующих ГПП–1, расположены в дистальных отделах тонкого кишечника, быстрое повышение уровня ГПП–1 в плазме, наблюдаемое после приема пищи, может быть обусловлено непрямыми стимулирующими эффектами. В связи с чем Roberge J.N. (1993) было сделано предположение о наличии проксимально–дистальной петли, которая передает нутриент–стимулирующие сигналы из проксимальных отделов кишечника через невральные и эндокринные эффекты к дистальным L–клеткам.
При анализе экспериментальных работ было высказано предположение, что кандидатом на роль такого трансмиттера могут претендовать ГИП и ацетилхолин. Однако у человека ГИП не стимулирует секрецию ГПП–1, что было убедительного показано в исследованиях Nauck M.A. (1993). В литературе также обсуждается роль гастрин–продуцирующего пептида [Hermann–Rinke C., 2000] и n. vagus, который играет важную роль, обеспечивая быстрое высвобождение ГПП–1 из дистальных L–клеток в ответ на прием нутриентов [Rocca A.S., 1999].
Таким образом, двухфазная секреция ГПП–1, может происходить за счет интеграции гормональных и невральных факторов, которые стимулируют раннее выделение ГПП–1 (10–15 минут), а прямой нутриентный контакт с L–клетками стимулирует вторую фазу (30–60 минут) секреции ГПП–1 [Kieffer T.Y., 1999].
Хотя этот вопрос и менее изучен, необходимо также отметить, что подавляют секрецию ГПП–1 инсулин и соматостатин–28 [Hansen L., 2000], а также нейропептид галанин [Hermann–Rinke C., 2000].
Период полужизни циркулирующего, биологически активного ГПП–1 меньше, чем 2 минуты. Такой короткий период полужизни ГПП–1 в плазме обусловлен протеазной активностью фермента дипептидил пептидаза IV (ДПП–IV). ДПП–IV широко экспрессируется во многих тканях и органах, включая поджелудочную железу, ЦНС, сосудистую сеть эндотелия тонкого кишечника, находящегося в непосредственной близости к месту секреции ГПП–1.
Необходимо отметить, что первичный путь клиренса ГПП–1 осуществляется через почки с помощью механизмов, включающих гломерулярную фильтрацию и канальциевый метаболизм [Dearcor C.F., 1996]. В этой связи интерес представляют данные, что у пациентов после двусторонней нефрэктомии или у пациентов с уремией уровень иммунореактивного ГПП–1 в плазме был повышенным.
Множественные биологические эффекты ГПП–1 проявляются на самых различных уровнях (табл. 1).
Было установлено, что действие ГПП–1 не ограничивается только усилением экзоцитоза секреторных гранул, содержащих инсулин из b–клеток, а как следует из данных, представленных в таблице 1, ГПП–1 влияет также и на a–клетки поджелудочной железы, подавляя секрецию глюкагона, что, в свою очередь, ограничивает постпрандиальное повышение глюкозы.
ГПП–1 усиливает регенерацию островковых клеток путем воздействия на факторы транскрипции, такие как PDX–1. Этот ростовый эффект ГПП–1 может играть роль в адаптации островков к возрастающим требованиям к b–клеткам, например, в условиях инсулинорезистентности, на фоне ожирения. ГПП–1 имеет внепанкреатический эффект, включая инсулиннезависимое распределение глюкозы и улучшение чувствительности к инсулину [M.A. Nauck et al., 1997].
Определенный интерес представляют данные о том, что эффект действия ГПП–1 проявляется путем мощного усиления, подобно взрыву (вспышке) секреции инсулина. Однако введение ГПП–1 не влияет на частоту и амплитуду пульсовой секреции инсулина [Porksen W., 1998].
Кроме того, имеются доказательства того, что ГПП–1 действует как вещество, повышающее чувствительность b–клеток к глюкозе. Так, ГПП–1 может способствовать образованию АТФ в митохондриях. Во всяком случае, важное клиническое значение имеет тот факт, что препараты сульфонилмочевины, которые связываются с АТФ–чувствительными калиевыми каналами и закрывают их, вызывая тем самым деполяризацию мембраны и поступление ионов кальция внутрь клетки, могут выключать зависимость ГПП–1 от глюкозы. Так, введение ГПП–1 в изолированную поджелудочную железу крыс, находящуюся в перфузионном растворе с низкой концентрацией глюкозы, которая обычно не влияет на секрецию инсулина, приводило к значительной стимуляции секреции инсулина в случаях, когда в железу предварительно вводились препараты сульфонилмочевины. Показано, что цАМФ, образующийся в результате активации рецепторов ГПП–1, также может непосредственно влиять на процесс экзоцитоза, и, по оценкам исследователей, этот процесс составляет до 70% от всего секреторного инсулинового ответа. Клинически важным следствием зависимости эффектов ГПП–1 от концентрации глюкозы в крови, соответствующие нормальной или выше нормы гликемии натощак, конечно, является то, что ГПП–1 не может вызвать развитие выраженной гипогликемии (кроме, возможно, случаев одновременного применения с препаратами сульфонилмочевины).
Недавно было показано, что ГПП–1 способен ингибировать апоптоз b–клеток. В связи с тем, что нормальное количество b–клеток поддерживается равновесием процессов апоптоза и пролиферации, эти данные представляют огромный интерес и открывают возможность того, что ГПП–1 может оказаться эффективным при патологических состояниях, связанных с усиленным апоптозом b–клеток. Все это позволяет предположить, что ГПП–1 может быть способным стимулировать образование новых b–клеток (неогенез) у пациентов с сахарным диабетом 2 типа и недостаточным количеством функционирующих клеток (хотя еще не выяснено, насколько этот процесс выражен у человека).
Особый интерес представляют данные, касающиеся изучения секреции ГИП и ГПП–1 при сахарном диабете 2 типа.
Так, в исследовании Toft–Nielsen обнаружили, что уровни ГИП натощак у больных сахарным диабетом 2 типа близки к нормальным значениям. В то же время эти авторы, изучая секрецию ГПП–1 у больных сахарным диабетом 2 типа, выявили существенные нарушения этого этерогормона при данном заболевании.
При сравнении секреции инсулина в ответ на оральную и внутривенную нагрузку глюкозой при условии одинаковой концентрации глюкозы оказалось, что превышение секреции инсулина на пероральное введение у здоровых лиц достоверно выше, чем при сахарном диабете 2 типа [Nauck, 1986].
Говоря о нарушении инкретинового эффекта при сахарном диабете 2 типа, важно подчеркнуть, что при этом заболевании секреция ГПП–1 снижена на 20–30% при сохранении в целом его инсулиностимулирующего действия. В то же время следует подчеркнуть, что секреция ГИП при сахарном диабете не меняется, однако установлено снижение его стимулирующего влияния на b–клетки поджелудочной железы.
Причины этих нарушений окончательно не установлены, хотя большинство исследователей приходят к заключению, что нарушение секреции ГПП–1, очевидно, является следствием сахарного диабета 2 типа.
В заключение следует сказать, что в последнее десятилетие благодаря фундаментальным и клиническим исследованиям развилось новое и перспективное направление в лечении сахарного диабета 2 типа, основанное на использовании инкретинового эффекта. Так, изучены свойства и лечебный потенциал ГПП–1, и сегодня нет сомнений в его терапевтической эффективности. Принципиально важным моментом в этом плане являются глюкозозависимая стимуляция секреции инсулина и ингибирование секреции глюкагона. В то же время возможное торможение апоптоза b–клеток поджелудочной железы и усиление их регенерации дают определенную надежду на то, что при сахарном диабете 2 типа удастся остановить прогрессирующее снижение массы функционирующих b–клеток при развитии дефицита секреции инсулина.
Результатом многолетних клинических исследований, проводимых совместно компаниями «Эли Лилли» и «Амилин Фармасьютикалс», явилась разработка препарата Эксенатид, являющегося экзогенным функциональным аналогом ГПП-1 и первым представителем лекарственного класса инкретиновых миметиков. Эксенатид показан при сахарном диабете типа 2 в качестве дополнительной терапии к метформину, производным сульфонилмочевины или комбинации метформина и производных сульфонилмочевины для улучшения гликемического контроля. Неоспоримым преимуществом Эксенатида, делающим возможным его клиническое применение (в отличие от ГПП-1), явился длительный период полувыведения, составляющий 2,4 часа (1-2 минуты для ГПП-1). Аминокислотная последовательность Эксенатида частично соответствует последовательности человеческого ГПП-1, в результате чего он связывается и активирует рецепторы ГПП-1 у человека, приводя к усилению глюкозозависимого синтеза и секреции инсулина из b-клеток поджелудочной железы с участием циклического АМФ и/или других внутриклеточных сигнальных путей. При этом Эксенатид стимулирует высвобождение инсулина из b-клеток в присутствии повышенных концентраций глюкозы, минимально влияя на выброс инсулина при нормогликемии, что ведет к низкому риску гипогликемий. Нормализация углеводного обмена при назначении экзенатида достигается не только за счет глюкозозависимой стимуляции синтеза инсулина, но и за счет реализации таких важных эффектов, как подавление неадекватно повышенного уровня глюкагона, снижение аппетита, торможение эвакуации желудочного содержимого и увеличение массы b-клеток, обусловленное стимуляцией пролиферации и неогенеза, с одной стороны, и торможением апоптоза – с другой. Все вышеперечисленное вселяет уверенность, что инкретин миметики найдут свое достойное место в ряду препаратов, применяемых для лечения сахарного диабета.