Preview

Проблемы Эндокринологии

Расширенный поиск

Панкреатические островки: некоторые аспекты морфологии, физиологии и процессов деструкции при сахарном диабете I типа

https://doi.org/10.14341/probl11386

Полный текст:

Аннотация

Современные взгляды на развитие, строение и функцию панкреатических островков.

Для цитирования:


Колесник Ю.М., Орловский М.А. Панкреатические островки: некоторые аспекты морфологии, физиологии и процессов деструкции при сахарном диабете I типа. Проблемы Эндокринологии. 2004;50(2):3-10. https://doi.org/10.14341/probl11386

For citation:


Kolesnik Yu.M., Orlovskii M.A. Pancreatic islets: some aspects of the morphology, physiology and destruction processes in diabetes mellitus type. Problems of Endocrinology. 2004;50(2):3-10. (In Russ.) https://doi.org/10.14341/probl11386

  1. Современные взгляды на развитие, строение и функцию панкреатических островков

У крыс уже на 12-й день эмбрионального разви­тия в поджелудочной железе обнаруживаются не­большие кластеры эндокринных клеток, в которых выявляются инсулин, глюкагон, нейропептид YY (HYY) и панкреатический амилоидный полипеп­тид (амилин) [51], синтезирующиеся на этой ста­дии вместе. Эндокринные клетки панкреатических островков крысы возникают на 2-й неделе эмбрио­нального развития в результате метаплазии эпите­лия протоков поджелудочной железы через ряд промежуточных этапов [51]. Первоначально они начинают синтезировать ряд белков, ответствен­ных за регуляцию синтеза инсулина, глюкагона, соматостатина. Среди этих белков следует выде­лить PDX-1, активирующий синтез клеткой инсу­лина [28]. На 16-й день происходит разделение кле­ток на глюкагон- и инсулинсинтезирующие (пре- а- и пре-р-клетки соответственно). В пре-а-клет- ках совместно с глюкагоном продолжает синтези­роваться HYY, а в пре-р-клетках его синтез прекра­щается, но начинается экспрессия гена нейропеп­тида Y (НПУ) и усиливается синтез амилина [51]. Этот процесс сопровождается погружением пре-р- клеток внутрь формирующегося островка, оконча­тельно завершающимся на 18-й день внутриутроб­ного развития. Синтез панкреатического полипеп­тида активируется непосредственно перед рожде­нием в отдельной популяции р-клеток, которые постепенно трансформируются в РР-клетки.

В течение своего периода эмбрионального раз­вития р-клетки синтезируют инсулиноподобные факторы роста I и II (ИФР-1, ИФР-П) [34, 36], ко­торые оказывают аутокринное митогенное дейст­вие, потенцируемое гормоном роста и плацентар­ным лактогеном II [39, 54]. Непосредственно после рождения в островках резко снижается продукция ИФР, что приводит к массовому апоптозу р-клеток [36]. После этого состав островка обновляется за счет пролиферации сохранившихся р-клеток [36]. Роль подобной смены клеточных поколений в фор­мировании зрелых островков еще недостаточно ясна.

Количество р-клеток в островке в норме в пост­эмбриональном периоде зависит от баланса их но­вообразования и апоптоза, который прежде всего определяется уровнем гликемии [13]. Новообразо­вание р-клеток в основном происходит вследствие активации деления в уже дифференцированных р- клетках [54] и (или) дифференцировки из гипоте­тических, в норме неделящихся стволовых клеток островков [54]. Показано, что в островках не суще­ствует пула как постоянно делящихся клеток, так и клеток в необратимой фазе [17]. Гипергликемия оказывает на р-клетки митогенное действие [67], активируя протеинкиназу С и увеличивая уровень в них цАМФ. Помимо гипергликемии, деление р- клеток может активироваться рядом пептидов: гор­моном роста [39], ИФР-I и ИФР-П [34], плацен­тарным лактогеном [39] и пролактином [17].

При ряде условий, например при сахарном диа­бете, кроме двух описанных классических путей, может происходить новообразование р- и а-клеток путем метаплазии клеток протоков и 6-клеток за счет активации экспрессии белка-регулятора PDX- 1 [28].

Сформированные островки Лангерганса состо­ят из эндокриноцитов энтодермального происхож­дения, кровеносных капилляров, симпатических терминалей, эфферентов и афферентов блуждаю­щего нерва, нейронов, глиальных клеток и рези­дентных тканевых макрофагов [25, 42, 74].

  1. R. Orci и R. Unger [55] показали, что центр ост­ровка занимают р-клетки. по периферии распола­гаются а-клетки, а между этими слоями находятся 8-клетки, а- и 8-клетки входят в центральные об­ласти островка по ходу капилляров, образуя доль­ки, в которых они остаются внешними по отноше­нию к р-клеткам. Кроме того, существуют особые гетероклеточные регионы, в которых все типы кле­ток располагаются смешанно. Предполагается, что эти регионы функционируют в роли пейсмекеров активности всех островковых клеток, поэтому в со­временных моделях функционирования островков Лангерганса им отводится ведущая роль [41]. При развитии сахарного диабета типа 1 эти области по­ражаются в первую очередь, приводя к нарушению межклеточных взаимоотношений в островках, иг­рающих важную роль в процессах регуляции син­теза и секреции островковых гормонов.

р-Клетки, помимо секреции инсулина, С-пеп- тида и незначительного количества проинсулина, продуцируют ГАМК [46], которая образуется с по­мощью глутаминовой декарбоксилазы [41] и явля­ется ингибитором секреции глюкагона а-клетками [46]. Антитела к этому ферменту одними из первых появляются в крови у больных на начальных ста­диях сахарного диабета [78].

а-Клетки секретируют глюкагон. а также неболь- цие количества его предшественника — прогормо- га глицентина [7]. Совместно с глюкагоном в а- слетках образуется панкреастатин, являющийся шгибитором секреции инсулина [76].

В последние годы показано, что в эндокрино- цитах островков синтезируется ряд нейропептидов. Некоторые из них образуются в специфических ти­пах клеток (РР-клетки. образующие панкреатиче­ский полипептид), другие могут продуцироваться совместно с классическими гормонами в a-, (J- и 5- клетках. Среди них выделяются амилин, а также HYY и НПУ, которые относятся к семейству пан­креатического полипептида. HYY широко пред­ставлен в островках и синтезируется практически всеми типами клеток [42]. НПУ в норме мало син­тезируется в зрелых островках Лангерганса, где его основными продуцентами являются 5- и РР-клетки [53]. Однако под влиянием глюкокортикоидов в островках резко увеличивается его продукция, в ос­новном за счет активации синтеза пептида в [3- клетках [53].

Амилин — полипептид, продуцируемый р-клет- ками [22] и в значительно меньшей степени 5-клет­ками [51]. В [3-клетках амилин локализуется и сек­ретируется совместно с инсулином в ответ на пи­щевые стимулы [66]. Основными эффектами этого пептида является подавление продукции инсулина, снижение аргининстимулированной секреции глюкагона [66] и формирование инсулинорези- стентности в мышечной, но не в жировой ткани [22, 66]. Недавно получены свидетельства в пользу анорексического действия амилина [66].

Амилин может оказывать токсическое действие на пролиферирующие р-клетки, вызывая в них апоптоз. Его гиперпродукция в трансгенных лини­ях мышей приводит к возникновению сахарного диабета [38]. Однако инсулинзависимый сахарный диабет (ИЗСД) не приводит к формированию ами­лоида в островках и сопровождается пониженной продукцией амилина в результате деструкции р- клеток [19].

Широко представленный в фетальных инсулин- синтезирующих клетках ИФР-П в зрелых остров­ках синтезируется только в 5-клетках, в то время как р- и а-клетки лишь его связывают, но не сек­ретируют [34].

В небольших количествах в островках продуци­руется холецистокинин (ХЦК), кальцитонин-ген родственный пептид (КГРП) [60] и некоторые дру­гие пептиды, в том числе и упомянутый выше НПУ. Они участвуют в регуляции секреции клас­сических островковых гормонов и могут активиро­вать капсаицинчувствительные афферентные во­локна блуждающего нерва [18].

В островках обнаружены единичные нейроны, содержащие НПУ [58] и нейрональную форму син­тазы NO [44]. Предполагается, что продукция NO в норме участвует в регуляции кровотока в островках [44]. Т. Uchida и Т. Endo в 1989 г. доказали факт на­личия в островках глиальных клеток небольших размеров, которые покрывают а-клетки [74].

Островки Лангерганса получают комплексную иннервацию, включающую в себя афференты и хо­линергические эфференты блуждающего нерва, а также немиелинизированные норадренергические эфференты симпатической нервной системы [42]. В симпатических терминалях совместно с норадре­налином содержится НПУ [42], а в парасимпати­ческих наряду с ацетилхолином находится вазоак­тивный интенстинальный полипептид (ВИП) [42, 57]. Помимо этих двух пептидов, в нервных тканях островков обнаружены КГРП, ХЦК, вещество Р, галанин и окситоцин [29, 47, 60]. Это свидетельст­вует о сложной, комплексной регуляции эндок­ринной функции поджелудочной железы, так как полноценный секреторный ответ р-клеток может быть получен только при правильной последова­тельности воздействия различных групп внекле­точных сигналов [64].

Нервные волокна избирательно контактируют с определенными типами клеток [60]. Так, ВИП-со- держащие парасимпатические терминали окружа­ют группы р-клеток по периферии [57], а симпати­ческие терминали (определяемые по наличию ти­розиновой гидроксилазы) находятся как снаружи, так и в глубине инсулиниммунопозитивных облас­тей [29], где они могут образовывать тесные кон­такты с р-клетками [31]’ Окситоцинсодержашие нервные окончания контактируют исключительно с р-клетками [47]. Нервные волокна, иммунореак­тивные к КГРП, веществу Р и галанину, в остров­ках находятся чаще в инсулиниммунонегативных областях, однако среди р-клеток также встречаются единичные терминали, содержащие данные пепти­ды [29].

Одним из важнейших регуляторов секреторной активности эндокринной части поджелудочной железы является блуждающий нерв (БН). Согласно Н. Berthoud и соавт. [14], островки получают эф­ферентные проекции из дорсального моторного ядра БН. Эфференты БН в островках отвечают за цефалическую фазу секреции инсулина за счет сен- ситизации р-клеток ацетилхолином и ХЦК [79].

Афференты БН в поджелудочной железе содер­жат рецепторы к ХЦК типа А (ХЦК-АР) [18] и ре­цепторы к интерлейкину-1 (ИЛ-1) [15]. Эти волок­на поступают в медиальное ядро ЯСТ, а также в дорсальную и вентральную части ретикулярной формации, area postrema и ядро шва [14], что сви­детельствует о вовлечении в ответ на изменение со­стояния островковых клеток широкого круга структур мозга и подчеркивает важность ЦНС в ре­гуляции эндокринной функции поджелудочной железы.

В норме в островках Лангерганса, как и в других тканях организма, присутствует неболышое коли­чество резидентных макрофагов [25], которые яв­ляются покоящимися клетками и не участвуют в синтезе цитокинов. Однако, повреждение р-клеток вирусами, токсичными веществами типа стрепто- зотоцина и аллоксана приводит к активации мак­рофагов и запуску иммунных реакций [25].

Центральная часть островков обильно снабжена сильно фенестрированными капиллярами, кото­рые образуют густую сеть синусов, что и определя­ет быстроту реакции островков на метаболические сигналы (глюкозы, аминокислоты) [1], которые в свою очередь способны усиливать кровоток в ост­ровках, действуя через центральные, кишечные и печеночные глюкорецепторы и БН. Кровоток в островках регулируется независимо от кровотока в экзокринной части поджелудочной железы, и его величина определяется комплексным действием нейропептидов, локально секретируемых медиато­ров нервной системы (преимущественно норадре­налина), NO и тканевой ренин-ангиотензиновой системы [70].

Основными стимуляторами синтеза инсулина являются глюкоза, манноза и лейцин [7]. Регуля­ция синтеза гормонов осуществляется при участии внутриклеточного Са2+, который опосредует свое действие через белок-регулятор экспрессии STAT- 5, непосредственно активирующий ген препроин- сулина [54]. Другой точкой приложения действия регуляторов синтеза инсулина является активация трансляции существующей в цитозоле мРНК на рибосомах, что не требует усиления транскрипции генов [37]. За счет этого механизма осуществляется вторая фаза секреции инсулина в ответ на стиму­ляцию глюкозой, которая приходится на 20—60-ю минуту [37].

Ингибирующее действие на синтез инсулина хорошо изучено на примере глюкокортикоидов, которые, укорачивая время жизни препроинсули- новой мРНК [59], тем самым снижают продукцию инсулина в р-клетках.

Питательные вещества (глюкоза и аминокисло­ты), поступающие в р-клетки, в результате своего окисления увеличивают внутриклеточную концен­трацию НАДН2, тем самым активируя дыхательную цепь в митохондриях и увеличивая отношение АТФ/АДФ [40]. На р-клетках присутствуют АТФ- чувствительные К+-каналы, закрывающиеся в ус­ловиях увеличения концентрации АТФ, что приво­дит к деполяризации клетки и открытию потенци­алзависимых Са2+-каналов L-типа [40]. Приток кальция внутрь клетки активирует ключевой фер­мент в секреции инсулина — кальций/кальмоду- линзависимую протеинкиназу II (СаМ-ПК II) [12]. Этот фермент фосфорилирует ряд белков цитоске­лета, что приводит к экзоцитозу секреторных гра­нул [12].

Минимальная концентрация глюкозы, способ­ная вызывать секреторный ответ р-клеток в отсут­ствие других стимулов, составляет 8—10 ммоль/л [64]. Однако в нормальных условиях р-клетки практически всегда подвержены действию широ­кого спектра просекреторных гормонов, которые снижают установочную точку к глюкозе. Среди них следует выделить ацетилхолин, ХЦК, гастрининги- бирующий пептид (ГИП), глюкагонподобный пеп- тид-1 (ГПП-1), окситоцин и вазопрессин [42, 49, 64, T9]. Они играют большую роль в цефалической фазе секреции инсулина в ответ на прием пищи еще до поступления глюкозы в кровь и частично обусловливают феномен инкретина [42, 79]. Этот феномен заключается в усиленной продукции ин­сулина в ответ на оральную нагрузку глюкозой по сравнению с внутривенным введением эквивалент­ных количеств глюкозы.

Гормоны — активаторы секреции инсулина по механизму действия можно разделить на 2 класса: 1) действующие через активацию гидролиза фос­фатидилинозитолов (ацетилхолин и ХЦК) [64]; 2) стимулирующие аденилатциклазу (ГИП, ГПП-1) [49, 64].

Оба класса гормонов синергично усиливают сек­рецию инсулина при гликемии выше 4,0 ммоль/л, практически не действуя при более низких концен­трациях глюкозы [12, 64, 79]. Стимуляция Мгхо- лино- и ХЦК-В-рецепторов р-клеток вызывает G-белокопосредованную активацию фосфолипазы С (ФЛ-С) [12], которая расщепляет мембранные фосфолипиды на два вторичных посредника — инозитолтрифосфат (InsP3) и диацилглицерол.

InsP3 открывает на мембранах эндоплазматиче­ской сети и митохондрий кальциевые каналы [79], вызывая увеличение внутриклеточной концентра­ции Са2+ [10]. Диацилглицерол активирует проте­инкиназу С (ПК-С) [10], которая, как и СаМ-ПК II, фосфорилирует белки цитозоля и вызывает эк- зоцитоз секреторных гранул.

Ряд других гормонов, к которым относятся про­лактин [17], гормон роста [8], ВИП [42], вазопрес­син и окситоцин [23], ТТГ и опиоидные пептиды [8] также способны стимулировать секрецию инсу­лина при непосредственном действии на р-клетки. Механизмы реализации их эффектов еще недоста­точно изучены, но, по всей видимости, они так или иначе связаны с Са2+- или цАМФ-зависимой акти­вацией протеинкиназ и фосфорилированием бел­ков цитоскелета.

К гормонам — ингибиторам секреции — отно­сятся норадреналин и НПУ, которые через р2-ад- ренорецепторы и Y1-рецепторы соответственно подавляют глюкозовызванную секрецию инсулина Р-клетками [31, 42], не вызывая при этом измене­ний в базальном уровне секреции.

В последнее время большое внимание уделяется недавно открытому регулятору пищевого поведе­ния — лептину, который синтезируется в адипоци­тах [27]. Лептин является сигналом отрицательной обратной связи из жировой ткани в поджелудоч­ную железу, формируя, таким образом, по мнению Н. Fehmann и соавт. [27], адипозоинсулярную ось. Эффект лептина реализуется через ингибирование увеличения внутриклеточной концентрации цАМФ [10] и Са2+ [27]. Инсулин также способен оказывать аутокринное ингибиторное влияние на свою секрецию через собственные рецепторы на р- клетках, усиливая захват Са2+ эндоплазматической сетью [77].

На основании перечисленных данных Н. Ras­mussen и соавт. [64] предложили модель регуляции секреции инсулина в физиологических условиях. Согласно их предположению, секреция инсулина протекает в 3 фазы: цефалическую, раннюю ки­шечную и позднюю кишечную. Основным событи­ем, происходящим в первые 2 фазы, является пе­ренос ПК-С на мембрану в Са2+-чувствительной конформации, что не сопровождается увеличением уровня внутриклеточного Са2+. Согласно W. Zawal- ich и соавт. [79], за цефалическую фазу отвечает ацетилхолин, высвобождающийся из окончаний БН в островках Лангерганса. В поздней кишечной фазе происходит глюкозостимулированное повы­шение уровня внутриклеточного Са2+ и как следст- вне активация СаМ-ПК II и ПК-С, что и приводит к секреции инсулина.

Клетки островков образуют между собой 3 типа коммуникаций: десмосомы, плотные и щелевид­ные контакты [7]. С помощью последних форми­руется функциональный синцитий островка: элек­трическое возбуждение одних клеток легко переда­ется другим, позволяя островку реагировать как единому целому (концепция островок — мини-ор­ган) [7]. Кроме того, синтезируемые эндокриоци- тами гормоны способны действовать паракринно и аутокринно, усиливая интеграцию островковых клеток.

Основываясь на взаимном ингибирующем дей­ствии ГАМК и панкреастатина, секретируемых с инсулином и глюкагоном, а также на наличии ще­левых контактов между клетками, J. Koeslag и Р. Saunders [41] в 1997 г. предложили математическую модель ''Daisyworld ("мир черных и белых маргари­ток"), расширяющую и дополняющую классиче­скую концепцию островок — мини-орган. Соглас­но этой модели синцитии (а-(З)-клеток могут про­дуцировать либо инсулин, либо глюкагон. За счет паракринного действия ГАМК и панкреастатина эти синцитии играют роль "водителей ритма" внут­ри островка. В эугликемическом состоянии веро­ятность продукции синцитием инсулина и глюка­гона равны. При потреблении пиши или введении глюкозы происходит усиление секреции инсулина с ГАМК и как следствие снижение секреции глю­кагона. Гипогликемия оказывает прямо противо­положное действие, растормаживая а-клетки и тормозя р-клетки. Таким образом, эта модель более глубоко описывает регуляцию синтеза гормонов в островках, однако она не является полной, так как не учитывает влияние ЦНС и других типов гормон- продуцирующих клеток островков.

  1. Механизмы деструкции панкреатических островков при сахарном диабете типа 1

Известно, что морфологическим субстратом ИЗСД является воспаление, локализующееся в ост­ровке Лангерганса, приводящее к деструкции р- клеток и дисфункции остальных клеточных типов. Это воспаление имеет аутоиммунный характер (ау­тоиммунный инсулит АИ) и вызывает гибель ₽- клеток, преимущественно путем апоптоза [50, 69].

Большую роль в изучении патогенеза АИ сыгра­ли различные модели ИЗСД. Одной из наиболее распространенных моделей является линия мышей NOD (Non-Obese Diabetic mice — диабетические мыши без ожирения) [32]. У мышей этой линии спонтанно развивается аутоиммунный диабет, имеющий очень много сходных иммунологических черт с ИЗСД у человека [72]. К преимуществам ис­следований на линии NOD относятся возможность блокады цитокинов специфическими антисыво­ротками и изучение последующих изменений в развитии и течении заболевания [61]. Именно та­ким методом получены многие данные о роли от­дельных цитокинов (ИЛ, фактора некроза опухо­лей — ФИО, интерферона-у — ИФ-у) в патогенезе АИ [20].

Другим широко используемым методом изуче­ния АИ является аллотрансплантация островков Лангерганса между различными генетическими ли­ниями, содержащими дефект того или иного гена (белков гистосовместимости — ГКГС, цитокинов и др.) с последующим изучением реакций отторже­ния [69]. Помимо перечисленных моделей, в иссле­дованиях используются классические стрепто-зо- тоциновые и аллоксановые модели диабета, сход­ные с ИЗСД человека.

С помощью этих моделей в настоящее время по­казано, что при ИЗСД происходят изменения как в клеточном, так и в гуморальном звене иммунитета.

Основными типами антител, выявляемых при ИЗСД в крови пациентов, являются антитела к ци­топлазматическим компонентам (3-клеток — ICA (например, к глутаминовой декарбоксилазе [78]). Эти антитела появляются задолго до клинических проявлений диабета и позволяют проводить его раннюю диагностику [2]. Хотя их роль в развитии сахарного диабета остается не до конца выяснен­ной, в дальнейшем прогрессировании заболевания они, по всей видимости, нё играют решающей роли [16]. Об этом свидетельствует ряд данных.

  1. Не все обнаруживаемые антитела являются (3- цитотропными, часть из них действует на другие островковые клетки [33]. Это не позволяет объяс­нить избирательное прогрессирование деструкции Р-клеток при сохранении и даже пролиферации ос­тальных клеточных типов.
  2. Число циркулирующих В-лимфоцитов, ком­митированных к синтезу противоостровковых ан­тител, у пациентов с ИЗСД очень мало [52].
  3. При развитии диабета частота выявления про­тивоостровковых антител снижается от 80% (для недавно заболевших людей) до 50% и ниже (у лиц с длительным течением заболевания) [78].

Вместе с тем аутоантитела играют важную роль в возникновении осложнений сахарного диабета. Так, при автономной диабетической полинейропа­тии выявляются аутоантитела к компонентам нерв­ных волокон, что, по-видимому, и является ее при­чиной [63]. Они также могут играть роль в наруше­нии функции р-клеток вследствие повреждения нервного аппарата самих островков. При этом сни­мается сенситизирующее действие ацетилхолина и других нейропептидов, высвобождающихся из окончаний БН, что приводит к нарушению синтеза и секреции инсулина [42].

Недостаточно изученным является тот факт, что при диабете увеличивается количество CD5+-B- лимфоцитов [52], на которые не действуют класси­ческие механизмы уничтожения аутореактивных клеток [9].

Инфильтрированные вследствие развития АИ островки Лангерганса содержат в порядке убыва­ния их количества следующие типы иммунокомпе­тентных клеток: Т8-лимфоциты (цитотоксические Т-лимфоциты), резидентные островковые макро­фаги, Т4-лимфоциты (хелперы типа 1) и Т4-2-лим- фоциты (хелперы типа 2) [32, 50]. Т4-1-лимфоциты отличаются от Т4-2-лимфоцитов способностью продуцировать ИФ-у, который стимулирует реак-

ции клеточного иммунитета и подавляет гумораль­ный иммунитет [9].

Т-лимфоциты играют важную роль в инициа­ции и дальнейшем развитии аутоиммунного про­цесса, приводящего к уничтожению инсулинсин- тезирующих клеток островков [72]. При этом ос­новная роль принадлежит Т8-лимфоцитам (цито­токсическим), в то время как Т4-лимфоциты (осо­бенно типа 2) имеют второстепенное значение [32]. Цитотоксические реакции развиваются на фоне АИ и протекают при участии антигенпредставляю- щих клеток (АПК), функции которых при ИЗСД выполняют не только макрофаги [80], но и эндоте­лий сосудов [9], экзокринные клетки ацинусов [56] и Т4-лимфоциты [9]. Т-клетки играют большую роль в формировании диабета, что показали В. Boi- tard и соавт., которые с помощью тимэктомии и введения антител к CD4 защищали мышей линии NOD от развития диабета [16].

Начальное повреждение р-клеток прежде всего уменьшает количество транспортеров глюкозы GLUT-2 на их плазматической мембране [21]. Это снижает чувствительность р-клеток к глюкозе и приводит к уменьшению продукции инсулина еще до начала процесса деструкции [21]. Кроме того, высвобождающиеся при повреждении внутрикле­точные ферменты и биологически активные веще­ства (продукты перекисного окисления липидов — ПОЛ), активируют резидентные макрофаги ост­ровков [11] и привлекают мононуклеары из крово­тока [25]. При этом макрофаги, изначально пред­назначенные для очищающей функции [25], начи-. нают синтезировать ряд цитокинов, обусловливаю­щих все последующее развитие АИ [11, 62]. Основ­ными из этих цитокинов являются ИЛ-ip и ФНОа [65]. Помимо цитокинов, макрофаги начинают в больших количествах синтезировать НПУ [26], ко­торый, действуя аутокринно, усиливает продукцию ФНОа и ИЛ-1р [35], а также подавляет синтез и секрецию инсулина [49].

Важная роль ФНОа в индукции диабета под­тверждается опытами с блокадой этого фактора ан­тителами у мышей линии NOD, что защищает их от развития ИЗСД [20].ФНОа действует на аффе­рентные волокна БН, опосредуя таким образом ряд центральных эффектов, выражающихся в измене­нии активности нейронов структур, имеющих от­ношение к регуляции потребления пищи и энерге­тического баланса [18]. Кроме того, ФНОа спосо­бен аутокринно влиять на макрофаги, потенцируя их активацию и усиливая синтез NO и ИЛ-1р [1 1].

ИЛ-ip уже непосредственно влияет на р-клетки, на которых экспрессирован первый тип его рецеп­торов [65]. Эффекты ИЛ-ip можно разделить на цитозольные (связаные с изменением активности ферментов цитозоля) и ядерные (связаные с изме­нением экспрессии генов). К цитозольным эффек­там относятся активация синтеза простагландинов [43], усиление ПОЛ в митохондриях р-клеток [62]; подавление глюкозостимулированной секреции инсулина [24].

Нарушение секреции инсулина в ответ на ги­пергликемию, по всей видимости, является следст­вием ингибирования митохондриальных фермен­тов, участвующих в метаболизме глюкозы и обра­зовании из нее стимуляторов секреции инсулина, таких как ацетил-КоА и интермедиаты цикла Кребса [24]. Однако этот эффект не является спе­цифичным, так как он характерен и для других р- токсичных веществ (стрептозотоцин, активные ки­слородные радикалы — АКР) [25].

Ядерные эффекты ИЛ-ip опосредуются путем переноса фактора транскрипции NF-кВ из цитозо­ля в ядро. Этот фактор ответствен за реализацию большинства эффектов цитокинов, связанных с изменением активности генов [9, 43]. Его действие можно описать следующим образом.

  1. ИЛ-ip стимулирует экспрессию индуцируе­мой формы фермента синтазы NO [11], синтези­рующей NO, который совместно с NO, продуци­руемым макрофагами, подавляет секрецию инсу­лина [43], расширяет капилляры и вызывает акти­вацию ПОЛ [48]. Однако в отсутствие ИФ-у синтез NO еще недостаточно велик для оказания выра­женного действия [69].
  2. ИЛ-1р вызывает усиление синтеза белка Fas [61, 69]. Этот белок относится к суперсемейству ре­цепторов ФИО и способен при действии особого лиганда (FasL) запускать цепь внутриклеточных реакций, приводящих к апоптозу. Поскольку р- клетки в норме экспрессируют FasL [45], то одного ИЛ-ip достаточно для активации апоптоза даже в отсутствие действия остальных факторов [65].
  3. ИЛ-1р индуцирует начало синтеза рецепторов к ФНОа типа 1 (ФНО1Р) на р-клетках, что делает их чувствительными к действию цитокина ФНОа [9].

Перечисленные влияния ИЛ-ip на р-клетки по­тенцируются в условиях гипергликемии [25, 69].

Помимо непосредственного действия на р-клет­ки, ИЛ-ip вызывает также трансформацию клеток эндотелия сосудов. При этом они начинают секре­тировать простагландины и тромбоксаны [43]. На поверхности эндотелиальных клеток увеличивает­ся количество белков адгезии — селектинов [9]. Все это в сочетании с увеличивающейся перфузией (под действием простагландинов и NO) приводит к привлечению лимфоцитов в ткань островка и воз­никновению инфильтрации, которая играет боль­шую роль в развитии ИЗСД. так как подавление хе­мотаксиса лимфоцитов с помощью цитохалазина предотвращает развитие заболевания у мышей ли­нии NOD [16].

Т4-1 -лимфоциты [9] и в меньшей степени мак­рофаги [1], привлеченные в островки, начинают активно синтезировать ИФ-у, который определяет дальнейший характер развивающихся аутоиммун­ных реакций в островках. Его эффекты заключают­ся в следующем.

  1. ИФ-у активирует АПК за счет усиления син­теза ими белков гистосовместимости II класса (ГКГС-П) [56, 80], которые участвуют в презента­ции антигена. При этом, помимо таких классиче­ских АПК. как макрофаги [80], их функцию начи­нают выполнять эндотелиальные клетки [9] и клет­ки панкреатических ацинусов [56]. Эффект ИФ-у потенцируется ФНОа, который синтезируется макрофагами [32].
  2. ИФ-у подавляет функцию Т4-2 лимфоцитов, снижая тем самым выработку цитокинов, ответст­венных за активацию В-лимфоцитов [9]. При этом

баланс реакций клеточного/гуморального иммуни­тета определяет также и ИЛ-2, синтезируемый Т4- 1-лимфоцитами и приводящий к подавлению функции Т4-2-лимфоцитов.

  1. ИФ-у является важным медиатором деструк­ции р-клеток [62], поскольку подавление его син­теза защищает мышей линии NOD от развития АИ [61]. Его влияние на р-клетки большей частью опо­средуется продлением времени жизни многих мРНК, экспрессия которых активируется ИЛ-ip [69], усилением экспрессии Fas при совместном действии с ИЛ-1р [62, 69] и индукцией синтеза NO в р-клетках [61], который подавляет синтез инсу­лина и активирует ПОЛ [48, 62].

В результате значительной деструкции р-клеток под действием перечисленных цитокинов снижает­ся внутриостровковая продукция инсулина и ГАМК, что, согласно рассмотренному ранее поло­жению о функциональных синцитиях островка, растормаживает а-клетки и усиливает продукцию глюкагона [41]. Это сочетается с нарушением ин­нервации островка в результате диабетической по­линейропатии [42], приводящей к снижению тони­ческого влияния БН на синтез и секрецию инсули­на р-клетками, что замыкает порочный круг [6].

Количество р-клеток в островках при диабете зависит от баланса их новообразования и гибели [13]. На начальных стадиях заболевания гибель р- клеток сочетается с активацией их пролиферации [68]. Кроме того, начинается процесс трансформа­ции части 8-клеток в р-клетки, которые проходят через стадию совместного синтеза соматостатина и инсулина [28]. Это приводит к некоторой компен­сации сахарного диабета, так как 30% р-клеток дос­таточно для полноценной секреции инсулина в от­вет на введение глюкозы [68]. Однако при развитии деструктивного АИ выработка NO и ИФ-у подав­ляет пролиферацию р-клеток.

В условиях сформировавшегося ИЗСД основ­ным источником новообразования р-клеток явля­ются клетки панкреатических протоков и ацину­сов, которые приобретают способность к синтезу инсулина [71] и участвуют в новообразовании ост­ровков [6]. Однако этот путь, по всей видимости, неэффективен, поскольку под действием цитоки­нов и иммунокомпетентных клеток наряду со сни­жением продукции инсулина количество р-клеток продолжает уменьшаться.

Суммируя приведенные выше сведения, можно выделить три основных пути разрушения р-клеток при сахарном диабете типа 1 (см. рисунок)

Путь первый — действие NO. Важной причиной деструкции р-клеток является возникновение внутриклеточных повреждений под действием NO [30, 48, 62], который продуцируется активирован­ными макрофагами и самими р-клетками. NO при-

водит к генерированию клеткой АКР [48, 62], на­рушающих целостность мембран, разобщающих окислительно-восстановительные процессы в ми­тохондриях и вызывающих повреждения ДНК. При этом происходят изменения метаболизма глю­козы в митохондриях [24], что приводит к сниже­нию глюкозостимулированной секреции инсулина [24]. Кроме того, NO активирует ряд ферментов, (например, поли-(АДФ-рибозо)-полимеразу, кото­рые образуют множественные разрывы в ДНК.

Путь второй — Fas-зависимый. У пациентов с инсулитом по результатам биопсии выявлена экс­прессия белка Fas на 97% р-клеток [50].Поскольку человеческие р-клетки экспрессируют FasL в нор­ме [45], то индукция экспрессии Fas и рецепторов ФНО1Р на р-клетках под воздействием ИЛ-ip и ИФ-у составляет основной патогенетический меха­низм их деструкции [45, 69].Кроме того, FasL мо­жет поступать паракринно в виде растворимой формы FasL [9] и при непосредственном контакте с FasL-несущими лимфоцитами (Т4, Т8) [50, 69]. Помимо Fas, апоптоз подобным путем может за­пускаться при взаимодействии ФНОо с рецепто­ром ФНО1РР (он же gp55) [73]. Это приводит к ин­дукции специфических ферментов — каспаз, за­пускающих механизм апоптоза [73].

Путь третий — перфориновый. Цитотоксиче­ские лимфоциты при непосредственном контакте с Р-клетками способны встраивать в ее мембрану бе­лок перфорин (гомолог белка С9 из системы ком­племента), формирующий дефект плазмолеммы, через который поступают гранзимы — сериновые протеазы, вызывающие деградацию хроматина в ядре клетки [73] путем активации другой группы сериновых протеаз — каспаз. В деструкции р-кле­ток при сахарном диабете этот механизм играет наименьшую роль [50].

Все перечисленные пути способны в зависимо­сти от концентрации повреждающих веществ при­водить как к апоптозу, так и к некробиозу клеток [9]. Однако большое количество исследований сви- дельствует о том, что основным механизмом дест­рукции р-клеток является апоптоз [50, 69].

При аптоптозе происходит конденсация цитозо­ля, вызванная образованием множества межбелко­вых пептидных связей в результате деятельности специфических ферментов. Клетки уменьшаются в размере, возникают выпячивания цитоплазматиче­ской мембраны, которые в конечном итоге могут полностью отделяться от клетки, формируя не­большие апоптотические тельца [6]. Этот процесс не сопровождается выделением в окружающую среду каких-либо продуктов распада и протеолити­ческих ферментов.

Некробиоз, напротив, сопровождается баллон­ной дистрофией р-клеток. При этом они увеличи­ваются в размерах и теряют практически все гра­нулы с инсулином [71].

В результате гибели большей части р-клеток островки уменьшаются в размере и в исходе АИ подвергаются либо фиброзу, либо кальцификации [71]. При этом периферически расположенные а- клетки значительно пролиферируют и проникают в центральные части островка, образуя тяжи между остатками р-клеток и фиброзной тканью.

Таким образом, в норме существует тонкий ба­ланс между компонентами внутриостровковой им­мунной системы (представленной резидентными макрофагами), локально продуцируемыми нейро­пептидами и классическими нейротрансмиттера­ми, высвобождающимися из нервных волокон, ин­нервирующих островки. При развитии сахарного диабета происходит нарушение этого баланса, вы­ражающееся в начальной активации резидентных макрофагов с последующим запуском иммунных реакций. Цитокины, образующиеся в островках, в свою очередь, во-первых, приводят к нарушению эндокринных взаимодействий между островковы­ми клетками, во-вторых, извращают эффекты та­ких нейротрансмиттеров, как ацетилхолин. Все это создает единую систему нарушенных нейроимму- ноэндокринных взаимодействий, обусловливаю­щую в конечном итоге деструкцию островков.

Суммируя сказанное, можно сделать заключе­ние о том, что островок Лангерганса представляет собой один из примеров тесной взаимосвязи нерв­ной, иммунной и эндокринной систем, что особен­но ярко проявляется при патологии.

В настоящем обзоре представлены только осно­вы современных взглядов на физиологию остров­ков Лангерганса в норме и на мехнизмы деструк­ции р-клеток при сахарном диабете типа 1. Нами практически не рассматривалась роль структур ЦНС в патогенезе этого заболевания, что может яв­ляться предметом отдельной статьи.

Список литературы

1. Автандилов Г. Г., Трофимов В. С. // Труды ГИДУВ. — Л., 1971. -Т. 100. - С. 110-115.

2. Вартанян Н. Л., Соломина А. А., Зарубаев В. В. и др. // Пробл. эндокринол. — 2000. — Т. 46, № 3. — С. 3-7.

3. Колесник Ю. М., Абрамов А. В., Василенко Г. В. // Арх. пат.1992. - Т. 54. № 12. - С. 24-27.

4. Мельникова О. В. // Вести, пробл. биол. и мед. — 1999. — № 7. - С. 68-73.

5. Общая патология человека / Под ред. А. И. Струкова и др. — М., 1982. — Т. 1.

6. Севергина Э. С., Дюжева Т. Г., Разгулина Л. Е., Стахеев И. Б. Ц Арх. пат. - 1992. - Т. 52, № 12. - С. 18-23.

7. Федотов В. П., Садовникова Н. В. // Вести. АМН. — 1989.№ 5. - С. 27-34.

8. Ярилин А. А. Основы иммунологии. — М., 1999.

9. Ahren В., Havel Р. J. // Am. J. Physiol. — 1999. — Vol. 277.Р. R959-R966.

10. Allen R. Т., Cluck М. Ж, Agrawal D. // Cell. Mol. L. — 1998.Vol. 54, N«. - P. 427-445.

11. Babb E. L., Tarpley J.. Landt M., Easom R. A. // Biochem. J.

12. - Vol. 317, Pt 1. — P. 167-172.

13. Babb E. L., Tarpley J., Landt M., Easom R. A. // Biochem. J.1996. - Vol. 317. - P. 167-172.

14. Bernard C., Berthault M. F., Saulnier C., Ktorza A. // FASEB J. - 1999. - Vol. 13. - P. 101195-101205.

15. Berthoud H. R., Fox E. A., Powley T. L. // Am. J. Phvsiol. — 1990. - Vol. 258. - P. 2R160-2R168.

16. Bluthe R. M., Michaud B., Kelley K. W., Dantzer R. // Neu¬roreport. — 1996. — Vol. 7, N 9. — P. 1485-1988.

17. Boitard В. C., Yasunami R.. Dardenne M., Bach J. F. // J. Exp. Med. - 1989. - Vol. 169. - P. 1669-1680.

18. Brelje T. C., Parsons J. A.. Sorenson R. L. // Diabetes. — 1994.Vol. 43, N 2. - P. 263-273.

19. Bret-Dibat J. L.. Creminon C., Couraud J. Y. et al. // Brain Res. Bull. - 1997. - Vol. 42. - P. 443-449.

20. Bretherton-Watt D., Ghatei M. A., Legon S. et al. // J. Mol. Endocrinol. — 1991. — Vol. 6. — P. 13-17.

21. Brown G. R., Silva M. D., Thompson P. A., Beutler B. // Dia- betoiogia. - 1998. - Vol. 41. - P. 1502-1510.

22. Chen L., Alam Т„ Johnson J. Н. et al. // Biochemistry. — 1990. - Vol. 87. - P. 4088-4092.

23. Cooper G. J., Day A. J., Willis A. C. et al. // Biochim. Bio- phys. Acta. — 1989. — Vol. 1014. — P. 3247-3258.

24. Eckert B., Schwaninger M.. Knepel IK. // Endocrinology. —1996— Vol. 137, N 1. - P. 225-233.

25. Eizirik D. L., Sandler S., Hallberg A. et al. // Endocrinology.1989. - Vol. 125. - P. 752-759.

26. Eizirik D. Lf, Sandler S., Korsgren O. et al. // Acta Endocrinol.1989. - Vol. 121. - P. 849-856.

27. Elitsur Y., Luk G. D., Colberg M. // Neuropeptides. — 1994. — Vol. 26. - P. 286-295.

28. Fehmann H. C., Bode H. P., Ebert T. et al. // Horm. Metab. Res. - 1997. - Vol. 29. - P. 11572-11576.

29. Fernandes A.. King L. C., Guz Y. et al. // Endocrinology. —1997- Vol. 138. - P. 1750-1762.

30. Furuzawa Y, Ohmori Y, Watanabe T. // J. Vet. Med. Sci. — 1996. - Vol. 58. - P. 7641-7646.

31. Gale E. A. // Horm. Res. — 1996. — Vol. 45. — Suppl. 1. — P. 39-43.

32. Gardemann A., Jungermann K., Grosse К et al. // Exp. Clin. Endocrinol. Diabet. — 1995. — Vol. 103. — Suppl. 2. — P. 107-111.

33. Green E. A., Flavell R. A. // Immunol. Rev. — 1999. — Vol. 169. - P. 11-22.

34. Hallberg A., Juhlin C., Berne C. et al. // J. Intern. Med. —1995- Vol. 238, N 3. - P. 207-213.

35. Hansson H.-A., Edwall D., Lowenadler B. et al. // Cell Tissue Res. - 1989. - Vol. 255. - P. 467-474.

36. Hernanz A., Tato E., De la Fuente M. et al. // J. Neuroimmu- nol. - 1996. - Vol. 71. - P. 25-30.

37. Hill D. J., Petrik J., Arany E. // Diabetes Care. — 1998. — Vol. 21. - Suppl. 2. - P. B60-B69.

38. /ton N.. Okamoto H. // Nature. - 1980. - Vol. 283. - P. 100—102.

39. Janson J., Soeller W. C, Roche P. C. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1996. - Vol. 93, N 9. - P. 147283-147288.

40. Kawai M., Kishi K. // J. Reprod. Fertil. - 1997. - Vol. 109.P. 145-152.

41. Kennedy E., Rizzuto R., Theler J.-M. et al. // J. Clin. Invest. —1996- Vol. 98. - P. 2524-2538.

42. Koeslag J. H., Saunders P. T., Wessels J. A. // J. Endocrinol.1997. - Vol. 154. - P. 187-192.

43. Kohert К D., Axcrona M., Hehmke B. et al. // Regulat. Pep¬tides. - 1999. - Vol. 82. - P. 71-79.

44. Kwon G., Corbett J. A., Hauser S. et al. // Diabetes. — 1998. — Vol. 47, N 4. — P. 583-591.

45. Liu H. P., Leong S. K. Tay S. S. // J. Hirnforsch. — 1994. — Vol. 35. - P. 4501-4510.

46. Loweth A. C., Williams G. T., James R. F. L. et al. // Diabetes.1998. - Vol. 47, N 5. - P. 727-732.

47. McCarty M. F. // Med. Hypothes. — 1996. — Vol. 46, N 2. — P. 277-280.

48. McDonald J. K, Greiner F, Wood J. G., Hoe B. D. // Cell Tis¬sue Res. - 1987. - Vol. 249. - P. 12.

49. Mohan I. K, Das U. // Free Rad. Biol. — 1998. — Vol. 25, N 7. - P. 757-765.

50. Morgan D. G., Kulkarni R. H., Hurley J. D. et al. // Diabetolo- gia. - 1998. - Vol. 41. - P. 1482-1491.

51. Moriwaki M., /ton N., Miyagawa J. et al. // Diabetologia. —1999- Vol. 42, N 11. - P. 1332-1340.

52. Mulder H., Myrsn-Axcrona U., Gebre-Medhin S. et al. // Mi- crosc. Res. Tech. - 1998. - Vol. 43. - P. 4313-4321.

53. Munoz A., Gallart T., Usac E. F. et al. // Diabetologia. —1995- Vol. 38, N 1. - P. 62-72.

54. Myrsen U., Ahren B., Sandier F. // Regulat. Peptides. — 1995.Vol. 60. - P. 119-131.

55. Nielsen J. H., Svensson C, Galsgaard E. D. et al. // J. Mol. Med. - 1999. - Vol. 77, N 1. - P. 162-166.

56. Orel R. H. Ц Metabolism. - 1976. - Vol. 25. - Suppl. - P 1303-1313.

57. Pavlovic D., Vandewinkel M., Vanderauwera B. et al. // J. Clin. Endocrinol. - 1997. - Vol. 82, N 7. - P. 2329-2336.

58. Persson-Sjogren S., Forsgren S., Rooth P., Taljedal I. B. // Cell Tissue Res. - 1996. - Vol. 284. - P. 3391-3400.

59. Persson-Sjouml S., Forsgren S., Tauml l.-B. // Peptides. —1998- Vol. 19. - P. 1233-1240.

60. Phillippe J., Missotten M. // Endocrinology. — 1990. — Vol. 127. - P. 1640-1645.

61. Portis A. J., Rajotte R. V., Krukoff T. L. Ц Cell Transplant. —1994_ Vol. 3. - P. 163-170.

62. Rabinovitch A., Suarezpinzon W. L., Sorensen O. et al. // J. Immunol. - 1995. - Vol. 154, N 9. - P. 4874-4882.

63. Rabinovitch A. // Diabet. Metab. — 1998. — Vol. 14, N 2. — P. 129-151.

64. Rabinowe S. L., Brown F. M., Watts M., Smith A. M. // Diabe¬tes Care. - 1990. - Vol. 13. - P. 1084-1088.

65. Rasmussen H., Zawalich К. C., Ganesan S. et al. // Diabetes Care. - 1990. - Vol. 13. - P. 655-666.

66. Reimers J. I. // Dan. Med. Bull. - 1998. - Vol. 45. - P. 2157-2180.

67. Schmitz O., Nyholm B., Juhl С. B. et al. // J. Endocrinol. In¬vest. - 1999. - Vol. 22, N 5. - Suppl. 33-36.

68. Sjoholm A. // Diabetes. — 1996. — Vol. 45, N 8. — P. 1057— 1062.

69. Sreenan S., Pick A. J., Levisetti M. et al. // Diabetes. — 1999.Vol. 48. - P. 5989-5996.

70. Suarez-Pinzon W., Sorensen O., Bleackley R. C. et al. // Dia¬betes. - 1999. - Vol. 48, N 1. - P. 21-28.

71. Tahmasebi M., Puddefoot J. R., Inwang E. R., Vinson G. P. // J. Endocrinol. - 1999. - Vol. 161. - P. 2317-2322.

72. Taniyama H., Hirayama K., Kagawa Y. et al. // J. Vet. Med. Sci. - 1999. - Vol. 61. - P. 7803-7810.

73. Toyoda H., Formby B. // Bioessays. — 1998. — Vol. 20, N 9.P. 750-757.

74. Trapani J. A., Jans P., Smyth M. J. et al. // Cell. Deat. D. —1998- Vol. 5, N 6. - P. 488-496.

75. Uchida T., Endo T. // Cell Tissue Res. — 1989. — Vol. 255. — P. 379-384.

76. Wang J., Chakravarthy B. R., Morley P. et al. // Cell Signal. —1996- Vol. 8, N 4. - P. 305-311.

77. Winkler H., Fisher-Colbrie R. Ц Neuroscience. — 1992. — Vol. 49. - P. 497—500.

78. Xu G. G., Gao Z. Y., Borge P. D., Wolf B. A. // J. Biol. Chem.1999. - Vol. 274. — P. 2518067-2518074.

79. Yano M., Moriuchi R., Kawasaki E. et al. // J. Autoimmun. —2005- Vol. 8, N 1. - P. 83-96.

80. Zawalich W. S., Zawalich К. C, Rasmussen H. // Endocrinolo¬gy. - 1989. - Vol. 125. — P. 2400-2406.

81. Zhu J., Mix E., Olsson T., Link H. // Immunoph. Im. — 1995.Vol. 17, N 1. - P. 109-136.


Об авторах

Ю. М. Колесник

Запорожский государственный медицинский университет


Россия


М. А. Орловский

Запорожский государственный медицинский университет


Россия


Для цитирования:


Колесник Ю.М., Орловский М.А. Панкреатические островки: некоторые аспекты морфологии, физиологии и процессов деструкции при сахарном диабете I типа. Проблемы Эндокринологии. 2004;50(2):3-10. https://doi.org/10.14341/probl11386

For citation:


Kolesnik Yu.M., Orlovskii M.A. Pancreatic islets: some aspects of the morphology, physiology and destruction processes in diabetes mellitus type. Problems of Endocrinology. 2004;50(2):3-10. (In Russ.) https://doi.org/10.14341/probl11386

Просмотров: 364


ISSN 0375-9660 (Print)
ISSN 2308-1430 (Online)