Иммунометаболические нарушения при сахарном диабете 2-го типа, опосредованные активацией инфламмасомы NLRP3, и способы их фармакологической коррекции

Сахарный диабет (СД) является мультифакторным заболеванием с растущей распространенностью. По данным Международной федерации диабета, количество пациентов с СД в возрасте 20–79 лет в мире достигло 537 млн, что опережает ранее прогнозируемые темпы прироста на 10–12 лет, а к 2045 г. ожидается практически двукратное увеличение до 783 млн человек [1]. Основными составляющими, играющими ведущую роль в патогенезе СД2, является прогрессирующее снижение массы и функционального резерва β-клеток и резистентность периферических тканей к инсулину, ключевым фактором в развитии которых играет хроническое системное воспаление, опосредованное активацией инфламмасомы NLRP3. В последние годы достигнут значительный прогресс в исследовании механизмов активации инфламмасомы и их роли в патогенезе различных заболеваний, что способствует разработке терапевтических подходов, направленных на снижение системного хронического воспаления, опосредованного инфламмасомой NLRP3 [2].

ИММУНОМЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИГНАЛЬНЫЕ ПУТИ, РЕГУЛИРУЕМЫЕ ИНФЛАММАСОМОЙ NLRP3

Врожденный иммунитет обеспечивает быструю и консервативную защиту при повреждении клеток, вызванном патогенами, травмами и клеточным стрессом. Ключевую роль в восприятии провоспалительных сигналов и запуске врожденного иммунного ответа выполняют крупные белковые комплексы, называемые инфламмасомами [2][3].

Активация инфламмасом запускает воспалительные реакции, которые регулируют широкий спектр биологических процессов, включая транскрипционные пути, опосредованные ядерным фактором каппа B (nuclear factor kappa B, NF-κB) и митоген-активируемой протеинкиназой (mitogen-activated protein kinase, МАРК), презентацию антигена, аутофагию, эмбриональное развитие и сборку цитоплазматического сигнального трансдукционного комплекса [4].

Инфламмасома состоит из цитозольного сенсорного комплекса NLR; апоптоз-ассоциированного спек-подобного белка, содержащего CARD домен (apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD, ASC) на C-конце и пиринового домена (PYD) на N-конце и цистеиновой протеазы и прокаспазы-1, содержащей каспазу-1 и CARD (рис. 1) [2–4].

Белки NLR являются цитозольными паттерн-распознающими рецепторами (pattern recognition receptors, PRR), которые распознают высококонсервативные структуры микроорганизмов, так называемые патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (patogen-associated molecular patterns, PAMP), и молекулярные паттерны, ассоциированные с повреждением — DAMP (damage-associated molecular patterns). Среди всех PRR NLR — одно из многочисленных и разнообразных семейств с 22 идентифицированными рецепторами у человека. Структурно членов данного семейства объединяет сходная архитектура доменов [4]. Семейство NLR подразделяется на четыре подгруппы: NLRA, NLRB, NLRC и NLRP, в зависимости от природы N-концевого домена: NLRA и NLRC имеют домены кислотной трансактивации и рекрутирования каспаз (CARD), семейство NLRB обладает доменом, подобным бакуловирусному ингибирующему повтору (BIR), семейство NLRP содержит PYD [2][4]. Инфламмасомные комплексы обозначают по типу NRL белка, входящего в их состав. Таким образом, выделяют инфламмасомы NRLP1, NRLP3, NRLP6, NRLP7, NRLP12 и NRLC4 (рис. 1) [5].

Из всех типов инфламмасом наибольшее внимание исследователи уделяют NRLP3, уникальному представителю семейства рецепторов NRL, распознающему PAMP и DAMP и опосредует развитие стерильной воспалительной реакции при различных заболеваниях. Лигандами NRLP3 могут выступать бактериальные и вирусные PAMP, такие как ЛПС и нуклеиновые кислоты, порообразующие бактериальные токсины, такие как нигерицин и грамицидин, активные формы кислорода (АФК) и твердые частицы асбеста, кремния, кристаллы мочевой кислоты, холестерин, β-амилоид, кристаллы солей кальция [2][4][5][6].

NLR в NLRP3 включает N-концевой эффекторный домен, центральный нуклеотидсвязывающий домен (NACHT), который участвует в АТФ-зависимой олигомеризации и С-концевую область, состоящую из повторов, богатых лейцином (LLR). NACHT- и LLR-домены высококонсервативны во всех NLR, а N-концевой домен весьма вариабелен и определяет паттерн, с которых взаимодействует рецептор, и конечный эффект. Домен PYD играет роль в рекрутировании белка ASC после активации инфламмасомы NLRP3, домен NACHT функционирует как АТФаза, в которой мотив Walker A содержит сайт связывания АТФ, а мотив Walker B необходим для активности АТФазы с последующей олигомеризацией и функционированием NLRP3. Домен LRR, состоящий из 12 повторов, выполняет более сложные функции. LRR играет аутоингибиторную роль при формировании неактивной двухкольцевой структуры «клетки» («бочки») посредством взаимодействия «face-face» и «back-back», используя свои вогнутые и выпуклые стороны. Помимо этого, домен LRR может подвергаться нескольким посттрансляционным модификациям, таким как деубиквитинирование и фосфорилирование при восприятии PAMP и DAMP, играя роль в активации NLRP3 [4–6].

Попытки выяснить общий механизм, который связывает различные сигналы, привели к открытию трех различных путей регуляции активации NLRP3. К ним относятся канонический или классический путь, неканонический путь и, совсем недавно обнаруженный, альтернативный путь [3].

Активация NLRP3 по каноническому пути является двухэтапным процессом, который включает начальный этап праймирования (или прайминга), за которым следует последующий этап активации (рис. 2) [2–7].

Традиционно считалось, что праймирование в первую очередь зависит от транскрипционной регуляции, при этом стимуляция TLR приводит к повышению экспрессии про-ИЛ-1β, про-ИЛ-18 и самих белков инфламмасомы NLRP3 через NF-κB-зависимые сигнальные пути. Однако данные представления были оспорены, когда было доказано, что TLR-индуцированный прайминг NLRP3-инфламмасомы может осуществляться нетранскрипционно и не требует синтеза новых белковых молекул или повышения уровня NLRP3 [4].

На ранней фазе активация инфламмасомы не зависит от синтеза нового белка, а напрямую регулируется сигнализацией TLR через сигнальную молекулу киназу 1, ассоциированную с рецептором ИЛ-1 (interleukin-1 receptor-associated kinase 1, IRAK-1). IRAK-1-зависимый путь активации инфламмасомы NLRP3 имеет решающее значение для пироптоза и секреции воспалительных белков, предварительно синтезированных клеткой, что подтверждает прямую связь между сигнализацией TLR и активацией инфламмасомы NLRP3 и является критическим фактором транскрипционно независимого, инфламмасомозависимого раннего ответа на патоген [8].

Другая функция прайминга — индукция ПТМ NLPR3, таких как убиквитинирование, фосфорилирование и сумоилирование [9–11]. Необходимо отметить, что множество различных белков участвует в ПТМ компонентов инфламмасомы NLRP3, изменяя функцию, активность, внутриклеточное расположение и, следовательно, регулируя активацию инфламмасомы NLRP3. Регуляция инфламмасомы NLRP3 с помощью ПТМ открывает новые мишени для профилактики и терапии заболеваний, опосредованных NLRP3.

Второй этап представляет собой запуск ряда клеточных событий под влиянием PAMP или DAMP, приводящих непосредственно к активации инфламмасомы NLRP3. Так как широкий спектр агентов может выступать в качестве активатора, то маловероятно, что все агенты напрямую связываются с NLRP3 и активируют ее, поскольку они имеют различные структурные особенности, следовательно, NLRP3 может распознавать определенные медиаторы или вторичные сигналы [2][4].

В качестве сигналов, которые запускают второй этап активации инфламмасомы по каноническому пути активации, могут выступать изменение ионного гомеостаза (отток калия, мобилизация кальция), митохондриальная дисфункция, повреждение лизосом, стресс эндоплазматического ретикулума и дисперсия Гольджи [10][12].

Помимо классического пути, инфламмасома NLRP3 может быть активирована при непосредственном взаимодействии в цитозоле бактериального ЛПС с каспазой-11 при инфицировании грамотрицательными бактериями (рис. 3) [4].

При избыточном содержании в свободной форме или в составе вакуолей ЛПС способен проникать во внутриклеточное пространство независимо от TLR4. При этом ЛПС из внутриклеточных грамотрицательных бактериальных патогенов, которые находятся внутри мембраны или фагосомы, при участии гуанилат-связывающих белков и интерферон-индуцированных ГТФаз попадают в цитозоль и запускают активацию каспазы-11 мыши и каспазы-4/5 человека [13]. GSDMD является субстратом активной каспазы-4/5/11, что приводит к образованию пор и пироптотической гибели клеток [6][13]. Активация каспазы-11, вызванная ЛПС, приводит к активации инфламмасомы NLRP3, вероятно, через механизмы, которые включают обработку паннексином-1 и отток калия. Так как сама каспаза-11 не обладает способностью расщеплять про-ИЛ-1β и про-ИЛ-18, активация инфламмасомы NLRP3 запускает расщепление каспазы-1 и приводит к секреции ИЛ-1β и ИЛ-18, характерных для канонического сигнального пути [13].

В дополнение к канонической и неканонической активации NLRP3, существует еще один клеточно- и видоспецифичный, так называемый альтернативный путь, по которому сигнал передается через TLR4 при связывании с ЛПС в моноцитах человека и свиньи, но отсутствует у мышей. Данный путь активации не зависит от АТФ-зависимого оттока калия. Сборка инфламмасомы происходит после активации TLR4 с помощью ЛПС, запускающего сигнальный каскад TRIF-RIPK1-FADD, который, в свою очередь, приводит к активации инфламмасомы NLRP3. Пироптоза не происходит, поэтому ИЛ-1β высвобождается постепенно, в отличие от реакции «все или ничего», характерной для канонической активации [4][6].

Активированная каспаза-1 в свою очередь расщепляет и активирует цитозольный проинтерлейкин (ИЛ)-1β и проинтерлейкин (ИЛ)-18, преобразуя те в зрелые биологически активные формы. Одновременно с расщеплением ИЛ-1β и ИЛ-18 расщепляется гасдермин D (GSDMD), что приводит к регулируемой форме воспалительной гибели клеток, известной как пироптоз [34]. После расщепления GSDMD N-концевой домен освобождается и может свободно олигомеризоваться и встраиваться в плазматическую мембрану, что приводит к образованию пор, потере осмотического гомеостаза, набуханию клетки и гибели. Следует отметить, что экспрессия N-концевого домена сама по себе достаточна для запуска пироптоза. N-концевой домен связывается с фосфолипидами, такими как кардиолипин, фосфатидилинозитол-4-фосфат и фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат, фосфатидилсерин, которые присутствуют на бактериях, митохондриях и в плазматической мембране. Связывание N-концевого домена GSDMD вызывает олигомеризацию протомеров, что приводит к образованию пор в мембране. Так как фосфолипиды находятся во внутреннем слое здоровых клеток, N-концевой GSDMD вызывает образование пор и лизис только изнутри [14].

ИММУНОМЕТАБОЛИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ 2-ГО ТИПА, ОПОСРЕДОВАННЫЕ АКТИВАЦИЕЙ ИНФЛАММАСОМЫ NLRP3

Факторы врожденного иммунитета и инфламмасома NLRP3 играют важную роль в патогенезе СД и его осложнений [15–20]. Исследования Dror E. и соавт. демонстрируют, что прием пищи вызывает физиологическое повышение уровня ИЛ-1β, который секретируется перитонеальными макрофагами, что способствует секреции инсулина. Этот эффект зависит от бактериальных продуктов, которые стимулируют макрофаги вырабатывать больше про-ИЛ-1β, и от глюкозы, которая стимулирует созревание ИЛ-1β. Выработка ИЛ-1β макрофагами M1 типа и в меньшей степени M0 усиливается инсулином. Как инсулин, так и ИЛ-1β, регулируют утилизацию глюкозы, но ИЛ-1β преимущественно стимулирует поглощение глюкозы иммунными клетками. Однако гиперактивация данной системы ограничивается нормализацией гликемии. Так, снижение гликемии посредством ингибирования натрий-глюкозного котранспортера 2-го типа (SGLT2) или блокирования гликолиза с помощью 2-дезоксиглюкозы предотвращает постпрандиальную продукцию ИЛ-1β. Кроме того, исследователи показывают, что введение ИЛ-1β in vivo значительно усиливает секрецию инсулина в присутствии глюкозы. Физиологическое влияние постпрандиальной секреции ИЛ-1β на гомеостаз глюкозы не согласуется с данными о неблагоприятных эффектах цитокина на функцию и выживаемость β-клеток островков. Несмотря на то, что ИЛ-1β участвует в гибели β-клеток, в низких концентрациях или при кратковременном воздействии ИЛ-1β парадоксальным образом стимулирует пролиферацию β-клеток и снижает апоптоз, что свидетельствует о достаточно сложных регуляторных механизмах [17][21].

Данные свидетельствуют, что хроническая стимуляция секреции ИЛ-1β приводит к увеличению уровня инсулина, негативно влияя на метаболизм. Возможно, инсулин повышает иммунный статус макрофагов, стимулированных к захвату и метаболизму глюкозы, и экспрессию рецепторов инсулина на клетках макрофагов. Повышенный уровень инсулина на ранних стадиях СД2 может поддерживать макрофаги в активированном состоянии и, следовательно, может способствовать хроническому слабовыраженному воспалению, связанному с метаболическими заболеваниями [3][21].

Некоторые исследования подтверждают, что инфламмасома NLRP3 может активироваться в ответ на хроническую гипергликемию; однако мало что известно о влиянии острых сдвигов глюкозы на активацию инфламмасомы NLRP3. Согласно Lee J.Y. и соавт., увеличение в среде концентраций глюкозы от 5,5 до 25 мМ или снижение концентрации глюкозы от 25 до 5,5 мМ повышает активацию инфламмасомы NLRP3, генерацию АФК и экспрессию фосфорилированного p38 MAPK, JNK и NF-κB по сравнению с постоянной нормогликемией или гипергликемией [22].

Гипергликемия, гиперлипидемия и воспаление являются мощными факторами, способствующими выработке АФК в β-клетках. В дополнение к окислительному стрессу, напрямую вызванному гипергликемией, гиперлипидемией и воспалением, митохондриальная дисфункция и вторичный по отношению к этим состояниям стресс эндоплазматического ретикулума еще больше увеличивает выработку АФК. Окислительный стресс изменяет основные пути, важные для функционирования и выживания β-клеток, и активирует AMP-активируемую протеинкиназу (AMPK), c-Jun N-терминальную киназу (JNK) и ингибирует мишень рапамицина млекопитающих (mTOR). Инактивация mTOR1, опосредованная активацией AMPK, имеет ряд отрицательных эффектов, одним из которых является повышение экспрессии белка, взаимодействующего с тиоредоксином (thioredoxin interacting protein TXNIP), и перемещение его в митохондрии в условиях окислительного стресса. TXNIP является повсеместно экспрессируемым белком, который влияет на клеточный окислительно-восстановительный баланс посредством негативной регуляции антиоксидантных систем тиоредоксина. В покоящихся клетках TXNIP связан с тиоредоксином и недоступен для взаимодействия с NLRP3. При увеличении АФК TXNIP высвобождается из окисленного тиоредоксина и связывается NLRP3. В дополнение к оси АФК-TXNIP снижение цитоплазматического калия имеет важное значение для активации инфламмасомы NLRP3 и последующего высвобождения ИЛ-1β. Индуцированная TXNIP сборка инфламмасомы NLRP3 приводит к активации прокаспазы-1, которая затем вызывает гибель клеток посредством образования микропор в плазматической мембране и секрецию ИЛ-1β [15][17][23].

Кроме того, СД2 часто сопровождается избыточной секрецией островкового амилоидного полипептида (IAPP), большое количество которого агрегирует в преципитаты амилоида IAPP, которые откладываются в островковых клетках Лангерганса. IAPP представляет собой пептидный гормон, секретируемый β-клетками вместе с инсулином. Ранее было высказано предположение, что активация инфламмасомы и гибель панкреатических β-клеток, опосредованная IAPP, зависит от продукции АФК. По данным Morikawa S. и соавт., IAPP напрямую взаимодействует с доменом LRR NLRP3 и активирует инфламмасому. Таким образом, прямая активация инфламмасомы NLRP3 в β-клетках островков Лангерганса IAPP может способствовать воспалению и гибели β-клеток при СД2 в дополнение к механизму, опосредованному АФК [24].

Накапливающиеся доказательства подчеркивают центральную роль инфламмасомы NLRP3 в формировании резистентности к инсулину, вызванной ожирением [16][18][20]. Исследования Esser N. и др. обнаружили различия в воспалительном профиле висцеральной жировой ткани у пациентов с метаболическими нарушениями по сравнению с пациентами без метаболических нарушений. У пациентов с метаболическими нарушениями повышается экспрессия NLRP3 и ИЛ-1β в висцеральной жировой ткани, а сама ткань инфильтрируется провоспалительными макрофагами с повышенной активностью каспазы-1 и, как следствие, увеличенным высвобождением ИЛ-1β. Высокие уровни ИЛ-1β могут способствовать нечувствительности к инсулину у людей с ожирением. Роль ИЛ-1β при хроническом воспалении, связанном с ожирением и инсулинорезистентностью, реализуется посредством двух механизмов: прямое ингибирование передачи сигналов инсулина в тканях-мишенях инсулина путем фосфорилирования серина субстрата-1 инсулинового рецептора и непрямая индукция резистентности к инсулину путем стимуляции генерации фактора некроза опухолей (ФНО-α) [25].

Инфламмасома NLRP3 может активироваться метаболическими сигнальными молекулами, такими как глюкоза, насыщенные жирные кислоты, липотоксичные церамиды, окисленные ЛПНП и холестерин, во время ожирения, что приводит к выработке ИЛ-1β и провоспалительных цитокинов [10][16][19][20]. Насыщенные жирные кислоты, такие как олеат и пальмитат, могут вызывать воспаление, опосредованное через TLR4, а потеря функции TLR4 может частично защищать от инсулинорезистентности, вызванной ожирением. В частности, связанные с ожирением повышенные уровни липотоксичных церамидов вызывают активацию каспазы-1 NLRP3-зависимым образом. Однако возможно, что в активации каспазы-1 может участвовать и ряд других индукторов [20].

ПОТЕНЦИАЛ ПРЕПАРАТОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ТЕРАПИИ САХАРНОГО ДИАБЕТА 2-ГО ТИПА КАК ИНГИБИТОРОВ ИНФЛАММАСОМЫ NLRP3

Ряд широко применяемых препаратов для лечения СД2 продемонстрировали эффективность в качестве регуляторов активности NLRP3 [26].

В исследованиях Hill J.R. и др. оценили способность ингибировать NLRP3 у противодиабетических препаратов, производных сульфонилмочевины двух поколений. Среди всех изученных производных сульфонилмочевины глибенкламид является наиболее эффективным ингибитором NLRP3. Поскольку низкая внутриклеточная концентрация калия является одним из факторов, который совместно с сигналом от PRR вызывает активацию NLRP3, как в мышиных перитонеальных макрофагах, так и в человеческих макрофагах/моноцитах, была высказана идея, что блок K⁺ АТФ каналов может быть весьма вероятным механизмом ингибирования инфламмасомы NLRP3, опосредованным глибенкламидом [27]. Однако Lamkanf M. и др. сообщают, что блок K⁺ АТФ каналов не является обязательным условием для ингибирования инфламмасомы NLRP3. Помимо этого, препарат из группы сульфонилмочевины глипизид также ингибирует SUR 1 K⁺АТФ канала, но не влияет на активацию инфламмасомы NLRP3. Хотя точный механизм до сих пор остается неясным, глибенкламид, возможно, влияет на активацию инфламмасомы NLRP3 посредством блокады рецептора P2X7, что приводит к снижению активации каспазы-1, опосредованной инфламмасомой NLRP3, и уменьшает секрецию зрелой формы ИЛ-1β [28]. Таким образом, глибенкламид может выступать и как стимулятор секреции инсулина посредством закрытия K⁺-ATP каналов β-клеток, и как слабое противовоспалительное средство, ингибируя NLRP3 (IC₅₀ 20 мкМ) [27].

Глибенкламид выполняет защитную роль при расстройствах, связанных с воспалением, не только благодаря блокаде сигналов NLRP3 инфламмасомы/ИЛ-1 β, но и за счет не-NLRP3 механизмов, таких как сигнальные пути Sur1-Trpm4/ФНО-α и Sur1-Trpm4/Nos2/АФК. Препарат угнетает продукцию провоспалительных цитокинов и окислительный стресс, повышая активность антиоксидантных ферментов, таких как глутатионпероксидаза, супероксиддисмутаза и каталаза, и подавляет миграцию нейтрофилов и эозинофилов [29].

Метформин, представитель класса бигуанидов и препарат выбора при терапии СД2, действует через непрямую стимуляцию АМPK. Последующий запуск АМФ-зависимых внутриклеточных путей приводит к снижению активности mTOR, главного регулятора транскрипции генов и синтеза белка [30]. Активируя путь AMPK/mTOR, метформин ингибирует инфламмасому NLRP3 при диабетической кардиомиопатии [31]. Yang F. с соавт. в своих исследованиях демонстрируют, что после лечения метформином C57BL/6 мышей со стрептозотоцин-индуцированным СД уровни экспрессии mTOR, NLRP3, каспазы-1, ИЛ-1β и GSDMD-N снижаются, а назначение ингибитора АМPK приводит к отмене эффекта [32]. В исследованиях Rai R.C. и соавт. показывают, что применение метформина снижает экспрессию ASC и каспазы-1 у крыс с диет-индуцированным диабетом [33]. После двух месяцев терапии метформином у пациентов с СД2 снижается расщепление каспазы-1, активация ИЛ-1β и восстанавливается чувствительность к инсулину [16].

Пиоглитазон, селективный агониста рецептора, активируемого пероксисомными пролифераторами γ, с высоким сродством к домену связывания лиганда PPARγ описана NLRP3 ингибирующая активность, которая связана с тем, что препарат снижает высвобождение АФК и подавляет NF-κB и таким образом уменьшает повреждение клубочков при диабетической нефропатии [16][34].

Недавние исследования демонстрируют, что ингибиторы SGLT2, один из перспективных и современных классов препаратов для лечения СД2, могут ингибировать активацию воспаления, опосредованного NLRP3 на моделях ожирения, повреждения легких, инфаркта миокарда, диабетической нефропатии, депрессии и атеросклероза [35]. Согласно Benetti E. и др., эмпаглифлозин оказывает влияние на комплекс NLRP3 при моделировании ожирения и инсулинорезистентности у C57BL/6 мышей, а терапия данным препаратом не только снижает массу тела, но и контролирует уровень гликемии, при этом дозозависимо снижается активация комплекса NLRP3 и секреция ИЛ-1β [36]. Данные, полученные Liu P. и соавт., свидетельствуют о том, что эмпаглифлозин защищает ткани поджелудочной железы от повреждения при СД путем ингибирования активации инфламмасомного пути, связанного с пироптозом NLRP3/каспазы-1/GSDMD, и корректирует патологические изменения и инфильтрацию воспалительными клетками тканей поджелудочной железы db/db мышей [37]. Ye Y. и др. получены данные о том, что дапаглифлозин, помимо того, что уменьшает уровень глюкозы в тестах толерантности к глюкозе, корректирует патологические изменения в миокарде и снижает уровни мРНК NALP3, ASC, ИЛ-1β, ИЛ-6 и каспазы-1 при диабетической кардиомиопатии у мышей с СД2 [38]. Birnbaum Y. и др. демонстрируют, что использование дапаглифлозина ослабляет прогрессирование диабетической нефропатии у мышей и снижает экспрессию мРНК ASC, каспазы-1, ИЛ-6, ИЛ-1β и ФНО-α [39]. Согласно Chen H. и соавт., дапаглифлозин снижает прогрессирование диабетической кардиомиопатии и степень фиброза миокарда за счет активации AMPK/TOR пути и последующего ингибирования активации инфламмасомы NLRP3 [40].

По данным Zhu W. и соавт., применение лираглутида, синтетического аналога нативного глюкагоноподобного пептида-1, корректирует инсулинорезистентность и уменьшает морфологические проявления стеатоза печени за счет снижения экспрессии инфламмасомы NLRP3 и ИЛ-1β в печени у мышей, получавших высокожировую диету [41]. Помимо этого, лираглутид оказывает противовоспалительное и антидемиелинизирующее действие при экспериментальном аутоиммунном энцефалите у мышей, которое может быть связано с регуляцией AMPP, NLRP3 и аутофагией [42][43].

Согласно данным Birnbaum Y. и соавт., саксаглиптин предотвращает возникновение и развитие повреждения почек у мышей Akita за счет снижения активации инфламмасомы NLRP3 и провоспалительных цитокинов ФНО-α, ИЛ-1β, ИЛ-6 и ИЛ-18 [44].

Li X.X. и соавт. в своих исследованиях показывают, что акарбоза корректирует нарушения сосудистой проницаемости при СД и блокирует генерацию Nox4-зависимого супероксида, который регулирует активацию инфламмасомы NLRP3 в эндотелиальных клетках аорты крысы [45].

АНТИ-ИЛ-1 ТЕРАПИИ ХРОНИЧЕСКОГО ВОСПАЛЕНИЯ ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ 2-ГО ТИПА

Учитывая ключевую роль ИЛ-1β в иммуноопосредованных механизмах дисфункции β-клеток и инсулинорезистентности, анти-ИЛ-1 терапия может эффективно корректировать слабовыраженное хроническое воспаление и обосновать клиническое применение антагонистов рецептора ИЛ-1 у пациентов с СД2 [46][47].

Эффективность анти-ИЛ-1 терапии доказана как в экспериментальных исследованиях, так и в клинической практике. Анти-ИЛ-1 антитела уменьшают инфильтрацию островков и гибель β-клеток, а также улучшают секрецию инсулина и контроль глюкозы у мышей, получавших диету с высоким содержанием жиров. Кроме того, показано, что рекомбинантный антагонист рецептора ИЛ-1 анакинра частично устраняет дисфункцию β-клеток при повреждениях, вызванных глюкотоксичностью и липотоксичностью в культурах островков человека [47].

Полученные результаты об эффективности анакинры подтверждены в нескольких клинических исследованиях у пациентов с СД2. Рекомбинантный препарат антагониста рецептора ИЛ-1 улучшает секреторную функцию β-клеток, оцененную как по соотношению проинсулин/инсулин, так и в тесте толерантности к глюкозе, и снижает уровень HbA_1c и провоспалительных цитокинов после 13 недель ежедневного подкожного введения. Эффект после применения препарата сохраняется в течение девяти месяцев после завершения терапии у пациентов. Однако анакинра имеет короткий период полувыведения и требует ежедневного дозирования, которое сопровождается реакцией в месте инъекции. Для повышения эффективности терапии разработаны специфические моноклональные антитела, такие как LY2189102, гевокизумаб и канакинумаб, которые позволяют сократить кратность приема препарата до одного раза в 1–3 месяца. Клинические исследования препаратов на основе моноклональных антител подтверждают эффективность антиИЛ-1 терапии при СД2. Так, еженедельное подкожное введение LY2189102 в течение 12 недель хорошо переносилось, умеренно снижало HbA_1c и уровень глюкозы натощак, а также продемонстрировало значительные противовоспалительные эффекты у пациентов с СД2 [46].

Метаанализ данных восьми исследований I–IV фазы, проведенный Kataria Y. и соавт., демонстрирует, что антагонизм ИЛ-1 связан со снижением HbA_1c (p<0,00001); кроме того, метарегрессионный анализ показывает значительную корреляцию между исходным СРБ и С-пептидом и снижением HbA_1c [48].

Однако применение антиИЛ-1 терапии не способно эффективно устранять все патологические процессы, связанные с активацией инфламмасомы, помимо этого может увеличить риск инфекционных заболеваний [6][46][47]. Ингибирование NLRP3 низкомолекулярными соединениями, возможно, является наиболее рациональной стратегией лечения NLPR3-опосредованного хронического воспаления. По сравнению с биологическими препаратами на основе белков, низкомолекулярные ингибиторы, как правило, могут вводиться перорально и, таким образом, их применение менее инвазивно, а препараты более специфичны и экономически выгодны.

ИНГИБИТОРЫ ИНФЛАММАСОМЫ NLRP3 В ТЕРАПИИ ДИАБЕТА 2-ГО ТИПА

При поиске структурных аналогов глибенкламида Pfizer был проведен скрининг библиотеки производных диарилсульфонилмочевины и обнаружены соединения, которые в наномолекулярных концентрациях блокируют высвобождение ИЛ-1β, одно из которых MCC950 (СР-456,773 или CRID3, рис. 3, А) ингибирует активацию NLRP3 инфламмасомы как по каноническому, так и по неканоническому пути передачи сигнала. MCC950 специфически связывается посредством высокоаффинного нековалентного взаимодействия с мотивом Walker B домена NACHT, тем самым блокируя способность NLRP3 гидролизовать АТФ и принимать или сохранять активную открытую конформацию, что ингибирует олигомеризацию NLRP3 и активацию инфламмасомы. Следует отметить, что соединение не влияет на гидролиз АТФ и не может взаимодействовать с NLRP3 в его активном состоянии [6][49].

Эффективность MCC950 оценена при моделировании различных патологических состояний, связанных с нарушением метаболизма глюкозы и инсулинорезистентностью периферических тканей. После терапии MCC950 в течение 4 месяцев снижается уровень инсулина в плазме и повышается чувствительность к инсулину у мышей с лобно-височной деменцией и нарушением гомеостаза глюкозы [50]. Терапия MCC950 улучшает тревожное и депрессивное поведение и когнитивную дисфункцию, снижает экспрессию воспалительных компонентов, связанных с NLRP3, в гиппокампе при диабетической энцефалопатии у мышей [51]. Показана эффективность MCC950 при диабетической ретинопатии. После инкубации эндотелиальных клеток сетчатки пациентов с диабетической ретинопатией, стимулированных высоким уровнем глюкозы, с MCC950 снижается апоптоз, ингибируется взаимодействие NEK7 с NLRP3 [52]. Также MCC950 уменьшает уровни ФНО-α, каспазы-1 и ИЛ-1β в гломерулярных мезангиальных клетках крыс, инкубированных с глюкозой в высокой концентрации, и корректирует признаки диабетической нефропатии in vivo [53][54]. Исследования препарата были остановлены Pfizer в связи с гепатотоксичностью, выявленной в клинических испытаниях на добровольцах.

OLT1177 (дапансутрил, рис. 3, Б) — производное β-сульфонилнитрила, селективный ингибитор инфламмасомы NLRP3, без эффектов на инфламмасомы AIM2 и NLRC4. Соединение предотвращает олигомеризацию и активацию NLRP3 путем прямого ингибирования АТФ-азной активности инфламмасомы NLRP3, что подавляет взаимодействие NLRP3 с ASC и высвобождение ИЛ-1β in vitro в PBMC человека и мышей и нейтрофилах крови человека [55]. Результаты I фазы клинических испытаний и фармакокинетических исследований демонстрируют, что OLT1177 в различных дозировках (капсулы по 100, 300 и 1000 мг): имеет длительный период полувыведения (приблизительно 23 ч), безопасен и хорошо переносится [56]. В 2024 г. Olatec Therapeutics LLC приступило к проведению многоцентрового рандомизированного двойного слепого плацебо-контролируемого исследования безопасности и эффективности перорального ингибитора NLRP3 дапансутрила у пациентов с СД2, результаты которого будут известны в 2026 г. [46].

Ряд ингибиторов NLRP3 исследуется на моделях СД и инсулинорезистентности. Так, BAY 11-7082 (рис. 3, В), производное фенилвинилсульфона, ранее описанное как необратимый ингибитор NF-kB, путем алкилирования цистеиновых структур АТФазной части NLRP3 подавляет сборку пироптосомы ASC и сигнализацию инфламмасомы NLRP3 [57]. Помимо этого, BAY ингибирует образование пор путем ковалентной модификации критического остатка цистеина C191 GSDMD [58]. BAY 11-7082 ограничивает активацию NF-kB, тем самым снижает экспрессию воспалительных цитокинов, таких как ФНО-α, ИЛ-1β, ИЛ-6, и уменьшает окислительное повреждение почек у крыс с диабетической нефропатией и ингибирует активацию NLRP3, экспрессию каспазы-1 и ИЛ-1β и пироптоз при ишемии-реперфузии у крыс со стрептозотоциновым диабетом [59][60].

CY-09 (рис. 3, Г) значительно подавляет образование инфламмасомы NLRP3 как in vivo, так и in vitro в клетках человека и мыши и является прямым и эффективным ингибитором NLRP3. Соединение напрямую взаимодействует с мотивом Walker A NLRP3 и блокирует связывание АТФ с NLRP3 и таким образом дозозависимо подавляет АТФ-, мононатрийурат- и нигерицин-индуцированную стимуляцию образования каспазы-1 и последующую секрецию ИЛ-1β, [16]. В исследованиях in vivo CY-09 повышает чувствительность к инсулину при инсулинорезистентности у мышей, получающих диету с высоким содержанием жиров [61].

NATx0 (рис. 3, Е), нитроалкеновый аналог витамина Е, ингибирует инфламмасому NLRP3 и продукцию ИЛ-1β как in vitro, так и in vivo. NATx0 блокирует транслокацию NF-kB в ядро, олигомеризацию ASC. При терапии мышей с ожирением, индуцированным диетой, соединение нормализует уровень глюкозы в тесте толерантности и увеличивает чувствительность к инсулину [62].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Роль инфламмасомы NLRP3 в системном и островковом воспалении, функции β-клеток, формировании инсулинорезистентности при СД остается темой, представляющей интерес для доклинических и клинических исследований. У широкого спектра противодиабетических препаратов продемонстрированы свойства ингибиторов NLRP3, реализуемые посредством различных сигнальных каскадов. В настоящее время в клинической практике отсутствуют препараты, способные специфически ингибировать активацию инфламмасомы NLRP3, но разработаны средства, действие которых направлено на снижение уровня ИЛ-1β, такие как анакинра, канакинумаб и гевакизумаб. Однако применение данной группы лекарственных препаратов ограничено повышением риска возникновения инфекционных заболеваний и ряда других побочных эффектов. Из прямых ингибиторов инфламасоммы NLRP3 наиболее изученными являются MCC950, OLT1177, BAY 11-7082, CY-09, однако ни один из них не одобрен для применения в клинической практике при терапии СД. Еще предстоит выяснить, может ли более целенаправленный подход к пути NLRP3 обеспечить коррекцию иммуноопосредованного воспаления при СД без побочных эффектов со стороны врожденной иммунной системы.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источники финансирования. Работа выполнена в рамках государственного задания Минздрава России «Хроническое воспаление, опосредованное активацией инфламмасомы NLRP3, как мишень терапии инсулинорезистентности и иммунометаболических нарушений при сахарном диабете 2-го типа», регистрационный номер 124021500036-6.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи.

Участие авторов. Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.