Деструкция бета клеток поджелудочной железы

Два недавно опубликованных исследования, проведенные учеными Калифорнийского университета в Сан-Франциско (University of California, San Francisco, UCSF), проливают новый свет на природу бета-клеток – инсулин-продуцирующих клеток поджелудочной железы, страдающих при диабете.

(Фото: livescience.com)

Авторы первого исследования предполагают, что некоторые случаи диабета могут быть обусловлены тем, что бета-клетки лишаются кислорода, что побуждает их вернуться в менее зрелое состояние с вытекающим отсюда последствием – потерей способности вырабатывать инсулин. Второе исследование показывает, что не вырабатывающие инсулина клетки поджелудочной железы – ациноциты – можно трансформировать в функциональные бета-клетки – потенциально новая стратегия лечения диабета.

В первом исследовании, опубликованном в журнале Genes & Development, директор Центра диабета UCSF Маттиас Хеброк (Matthias Hebrok), PhD, и научный сотрудник его лаборатории Сапна Пури (Sapna Puri), PhD, удалили из бета-клеток мышей ген VHL. Синтез инсулина в этих клеток резко сократился, и со временем у мышей развился физиологический эквивалент сахарного диабета 2 типа. Вместе с Пури и Хеброком в этом исследовании принимал участие Харухико Акияма (Haruhiko Akiyama), MD, PhD, из Университета Киото (Kyoto University), который предоставил для экспериментов мышей с моделью диабета, развивающегося у худощавых людей.

Считается, что сахарный диабет 2 типа, развивающийся, как правило, в зрелом возрасте, (но все чаще встречающийся и у детей), является результатом резистентности тканей к действию инсулина, вследствие чего у больных повышается уровень сахара в крови. В отличие от диабета 2 типа диагностируемый в детстве диабет 1 типа – аутоиммунное заболевание, при котором бета-клетки поджелудочной железы атакуются и повреждаются собственной иммунной системой больного.

Большинство научных работ, посвященных диабету 2 типа, сфокусировано на резистентности к инсулину, но доктор Хеброк и его коллеги считают, что во многих случаях, например, в подгруппе худощавых взрослых пациентов, одним из факторов возникновения заболевания может быть постепенное, развивающееся в течение длительного периода времени ослабление функции бета-клеток.

«У некоторых людей с высоким индексом массы тела бета-клетки хорошо справляются со своей функцией, в то время как у некоторых стройных – бета-клетки неэффективны», – поясняет доктор Хеброк.

В период развития поджелудочной железы изменения в экспрессии генов вызывают дифференциацию некоторых клеток в бета-клетки, но изученные исследователями лишенные гена VHL бета-клетки дедифференцировались. В них не было важнейших белков, всегда присутствующих в зрелых функциональных бета-клетках, и, наоборот, в этих клетках активно экспрессировался белок Sox9, вырабатывающийся в бета-клетках только до их полного созревания.

«Уровни маркеров зрелых клеток в этих клетках были понижены, а уровни маркеров, которых не должно было быть, повышены», – комментирует Хеброк.

Белок VHL – один из важнейших клеточных сенсоров кислорода. В условиях с низким содержанием кислорода VHL активирует внутриклеточные молекулярные пути, вызывающие компенсаторные метаболические изменения, направленные на защиту клетки. Если эти метаболические корректировки не достигают успеха, альтернативные пути подталкивают клетку к самоуничтожению.

Избирательно удалив VHL из бета-клеток, ученые имитировали условия недостатка кислорода только в одном типе клеток.

«Мы заставили бета-клетки «поверить», что они находятся в состоянии гипоксии, фактически не уменьшая количества кислорода», – продолжает Хеброк.

Даже незначительное увеличение массы тела у лиц с некоторым нарушением функции бета-клеток может повысить требования по выработке инсулина до точки, в которой эти требования начинают превышать возможности клеток.

«Бета-клетка – очень сложная клетка, вырабатывающая огромное количество инсулина жестко регулируемым образом. Лишение ее кислорода превращает «Порше» в «Вольксваген Жук» – высокооктановый гоночный автомобиль в автомобиль, который вы теперь должны заправлять бензином с низким октановым числом. Он все еще сможет доехать из пункта А в пункт Б, но не сможет сделать это так, как надо», – проводит аналогию доктор Хеброк.

Он считает, что многие случаи диабета являются результатом неуклонного, развивающегося в течение длительного времени ослабления функции уже поврежденных бета-клеток, вынужденных справляться с повышающейся потребностью в инсулине.

«То, что мы здесь показываем, – другой взгляд на процесс развития диабета», – поясняет ученый.

По его мнению, цепочку событий нельзя представить следующим образом: вы здоровы – затем у вас предиабет – затем у вас диабет – затем ваши бета-клетки погибают. Скорее это плавное снижение, где функция бета-клеток сходит на нет с течением времени.

Между тем, ученым, опубликовавшим свою статью в журнале Nature Biotechnology, удалось восстановить нормальные уровни инсулина и глюкозы у мышей, не имевших функциональных бета-клеток, путем трансформации других клеток поджелудочной железы в клетки, близкие к бета-клеткам.

Сначала исследователи ввели мышам токсин, специфически поражающий бета-клетки, что вызвало у них симптомы диабета. Спустя пять недель этим мышам имплантировали миниатюрные помпы, непрерывно в течение семи дней вводившие животным две сигнальные молекулы, известные как цитокины.

Введение этих двух цитокинов – эпидермального фактора роста и цилиарного нейротрофического фактора – восстановило у мышей нормальные уровни глюкозы и инсулина. Адекватный контроль над сахаром в крови сохранялся у животных в течение восьми месяцев – до момента завершения исследования.

Дальнейшие эксперименты показали, что введение цитокинов оказывало действие за счет «перепрограммирования» ациноцитов – клеток поджелудочной железы, которые в норме секретируют пищеварительные ферменты, а не инсулин, – заставляя их приобретать свойства бета-клеток, включая чувствительность к глюкозе и способность секретировать гормон для ее усвоения.

В предыдущих работах уже было показано, что определенные факторы транскрипции, доставляемые вирусами, могут перепрограммировать ацинарные клетки мышей, но это исследование представляет первое доказательство того, что перепрограммирование ациноцитов в бета-клетки возможно провести в организме живого животного фармакологическим путем. Поскольку вирусная доставка сложна и рискованна, новый подход представляет собой перспективную стратегию терапии диабета 1 типа и диабета 2 типа с дисфункцией бета-клеток.

«Фармакотерапия, создающая новые бета-клетки, очень помогла бы пациентам с диабетом 1 типа при условии, что сегодняшние открытия, сделанные на мышиных моделях, могут быть использованы для выявления поддающихся воздействию лекарственных препаратов мишеней в поджелудочной железе человека, и при условии, что нам удастся остановить постоянно идущее аутоиммунное разрушение бета-клеток», – говорит первый автор статьи Люк Байенс (Luc Baeyens), постдокторант лаборатории Майкла Джёмана (Michael German), MD, заместителя директора Центра диабета UCSF. «В краткосрочной перспективе эта модель может служить платформой для выявления и изучения новых соединений с терапевтическим потенциалом. В долгосрочной перспективе, несмотря на эти обнадеживающие результаты, мы пока еще очень далеки от использования выводов нашей работы в клинической практике».

Оригинальные статьи

VHL-mediated disruption of Sox9 activity compromises β-cell identity and results in diabetes mellitus

Transient cytokine treatment induces acinar cell reprogramming and regenerates functional beta cell mass in diabetic mice

[13-116]
Антитела к антигенам клеток поджелудочной железы (GAD/IA-2), IgG

Аутоантитела к глутаматдекарбоксилазе и тирозинфосфатазе бета-клеток поджелудочной железы, которые играют важную роль в патогенезе инсулинзависимого сахарного диабета и являются прогностическими маркерами развития сахарного диабета 1-го типа и потребности в введении инсулина.

Синонимы русские

Антитела к островкам поджелудочной железы (анти-GAD/IA2) класса IgG, аутоантитела к панкреатическим бета-клеткам, антитела к глутаматдекарбоксилазе (ГДК) и тирозинфосфатазе (ТФ).

Синонимы английские

Anti-GAD/IA2 antibody pool, Glutamic Acid Decarboxylase-65 (GAD) and Insulinoma Antigen 2 (Tyrosine Phosphatase, IA2, ICA-512) Autoantibodies.

Метод исследования

Иммуноферментный анализ (ИФА).

Единицы измерения

МЕ/мл (международная единица на миллилитр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь.

Как правильно подготовиться к исследованию?

Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

Сахарный диабет 1-го типа (СД-1, инсулинзависимый) – хроническое эндокринное заболевание, обусловленное аутоиммунной деструкцией бета-клеток островковой ткани поджелудочной железы, которое приводит к абсолютному дефициту инсулина и повышению уровня сахара в крови. Нарушения углеводного обмена и клинические проявления сахарного диабета возникают при разрушении более 80  % бета-клеток. Заболевание обычно выявляется в детском и подростковом возрасте.

Для сахарного диабета 1-го типа характерно наличие аутоантител, которые имеют непосредственное патогенетическое значение в разрушении инсулинпродуцирующих клеток и развитии заболевания. Схожий механизм развития и спектр антител выявляется при аутоиммунном диабете взрослых (LADA), который в последнее время рассматривается как вариант более поздно возникшего сахарного диабета 1-го типа, однако часто диагностируется как сахарный диабет 2-го типа в связи с возрастными особенностями.

Проявлениям диабета в течение нескольких лет предшествует повышение уровня аутоантител в крови, что является ранним признаком аутоиммунной активности болезни. К таким антителам относятся аутоантитела к глутаматдекарбоксилазе (GAD), тирозинфосфатазе белков (IA2), инсулину, цитоплазматическим компонентам островковых клеток.

Глутаматдекарбоксилаза (ГДК, GAD) – белок с молекулярной массой 65 кДа, который участвует в синтезе тормозного нейромедиатора ЦНС – гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). GAD экспрессируется в центральной и периферической нервных системах, в островках поджелудочной железы, яичках, яичниках, вилочковой железе и желудке. С этим антигеном реагируют сыворотки 70-80  % лиц с преддиабетом и недавно диагностированным сахарным диабетом 1-го типа.

Тирозинфосфатаза (IA-2) – аутоантиген островковых клеток, локализованный в плотных гранулах панкреатических бета-клеток. Антитела к ней выявляются у 50-75  % пациентов с сахарным диабетом 1-го типа, а также до первых клинических проявлений. По некоторым данным, IA-2 вместе с антителами к инсулину встречаются чаще у детей, чем у взрослых пациентов, и указывают на агрессивную деструкцию бета-клеток.

С течением заболевания уровень аутоантител в крови постепенно снижается, что связано с разрушением антигенного субстрата. В связи с этим у пациентов, длительно болеющих сахарным диабетом 1-го типа, определение аутоантител может обладать невысокой диагностической ценностью.

Уровень антител к GAD, IA-2, инсулину (IAA) и антигенам цитоплазматических компонентов островковых клеток (IСА) имеет большое значение для диагностики и прогнозирования диабета 1-го типа у ближайших родственников пациентов, страдающих диабетом. Предвестником СД-1 можно считать скорее сам факт выявления антител, чем определение какого-то их отдельного вида. Некоторые исследования показали, что именно наличие аутоантител к GAD и IA-2, а не фенотипические характеристики в большей степени определяют вероятность потребности в инсулинотерапии. Присутствие нескольких аутоантител значительно увеличивает риск развития заболевания в будущем по сравнению с изолированным повышением одного из видов антител.

Разработаны тест-системы как для комплексного определения аутоантител, так и для выявления их отдельных видов. Чувствительность совместного измерения уровней анти-GAD/IA-2 для диагностики сахарного диабета 1-го типа составляет 96  %, специфичность – 98  %. Антитела выявляются в среднем у 73  % пациентов с недавно диагностированным СД-1, у 95  % больных диабетом менее 5 лет и у 84  % людей, болеющих более 5 лет.

Выявление предрасположенности к развитию сахарного диабета и ранняя диагностика заболевания позволяют своевременно применить профилактические мероприятия, назначить адекватное лечение и предупредить прогрессирование болезни и развитие осложнений.

Для чего используется исследование?

• Для ранней диагностики аутоиммунного сахарного диабета (СД 1-го типа),
• для дифференциальной диагностики аутоиммунного диабета взрослых (LADA) и сахарного диабета 2-го типа,
• для диагностики преддиабета,
• для выявления предрасположенности и оценки риска развития сахарного диабета 1-го типа,
• для прогнозирования потребности в инсулинотерапии у больных сахарным диабетом.

Когда назначается исследование?

• При обследовании детей и взрослых с высоким риском развития сахарного диабета (чьи близкие родственники больны СД-1),
• при обследовании людей с гипергликемией или нарушением толерантности к глюкозе.

Что означают результаты?

Референсные значения: 0 – 4 МЕ/мл.

Причины повышения уровня антител GAD/IA2:

• преддиабет,
• сахарный диабет 1-го типа (инсулинзависимый сахарный диабет) на ранних стадиях развития,
• аутоиммунный диабет взрослых (LADA),
• гестационный диабет (диабет беременных).

Что может влиять на результат?

При некоторых системных заболеваниях соединительной ткани (например, системной красной волчанке) и болезнях щитовидной железы уровень антител GAD/IA2 может повышаться.



Важные замечания

• Антитела к глутаматдекарбоксилазе выявляются у 8  % здоровых людей.
• Необходимо помнить, что уровень аутоантител значительно снижается на более поздних стадиях заболевания в связи с разрушением бета-клеток.

Также рекомендуется

• Антитела к инсулину
• Антитела к островковым клеткам поджелудочной железы
• Глюкоза в плазме
• Глюкоза в моче
• Глюкозотолерантный тест
• Гликированный гемоглобин (HbA1c)
• Генетический риск развития гипергликемии
• С-пептид в сыворотке
• С-пептид в суточной моче
• Инсулин

Кто назначает исследование?

Эндокринолог, терапевт, педиатр, врач общей практики.

Литература

• Шаповальянц О. С., Никонова Т. В. Диагностическая и прогностическая значимость аутоантител при сахарном диабете. Новый маркер аутоиммунного процесса – антитела к ZnT8// Сахарный диабет – 2011. – № 2. – С. 18-21.
• Pozzilli P. and Mario U. Autoimmune diabetes not requiring insulin at diagnosis (latent autoimmune diabetes of the adult). Definition, characterization, and potential prevention.// Diabetes Саге. – 2001. – Vol. 24, № 8. – P. 1460-1467.
• Verge C. F., Stenger D., et al. Combined use of autoantibodies (IA-2 autoantibody, GAD autoantibody, insulin autoantibody, cytoplasmic islet cell antibodies) in type 1 diabetes: Combinatorial Islet Autoantibody Workshop // Diabetes – December 1998 -vol. 47, no. 12. – P. 1857-1866.