Ноябрь 06, 2024
Еще недавно приём больных с ожирением и сахарным диабетом 2 типа вызывал у врача трудно подавляемую зевоту, а у самого пациента тоску и чувство вины. Однако сейчас ситуация драматически изменилась. Трудно найти взрослого человека, который бы не слышал слово Оземпик и не удивлялся бы внезапной стройности "звёзд".
Настало время разобраться в общих чертах, каким открытиям пищеварительных гормонов мы обязаны успехам терапии и что нового стало известно о регуляции углеводного обмена.
Повышение глюкозы в плазме является основным триггером синтеза и выделения инсулина β-клетками поджелудочной железы (ПЖ). Однако существуют и другие вещества, которые также способны стимулировать этот процесс. Их исследование относится к началу 20 века.
Термин "инкретин" был впервые упомянут в 1932 году La Barre, которым он назвал вещества, синтезируемые в тонкой кишке в ответ на поступление пищи и вызывающие гипогликемический эффект. Было высказано предположение о гормональной природе этих веществ, однако установить детали их действия долго не удавалось из-за несовершенства методов точного определения количества инсулина, выделяемого в ответ на стимуляцию ими.
Интерес к "инкретинам" возобновился в конце 1950-х, когда благодаря методу радиоиммуноанализа, удалось количественно измерить содержание экстремально низких концентраций биологических молекул, в том числе и инсулина (Yalow и Berson, Нобелевская премия 1977). Радиоиммунный анализ помог обнаружить разницу в секреции инсулина в зависимости от способа введения глюкозы.
При пероральном введении глюкозы Perley и Kipnis обнаружили дополнительную отсроченную секрецию инсулина, чего не наблюдалось при i.v. введении глюкозы. Это явление назвали "инкретиновым эффектом", его вклад у здоровых составляет до 70 % постпрандиального ответа инсулина. Сила ответа зависит от количества глюкозы в пище.
У больных с СД 2 типа этот эффект по какой-то причине не наблюдался или был значительно снижен.
К настоящему моменту обнаружены два полипептидных гормона - инкретина:
глюкозозависимый инсулинотропный пептид 1969
глюкагоноподобный пептид-1
конец 1980х
Общая информация об инкретинах
Первым был открыт GIP, который синтезируется в эндокринных К-клетках проксимальной части тонкой кишки.
Однако наблюдения и опыты с удалением дистального отдела тонкой кишки выявляли уменьшение инкретинового эффекта. В 1980х там удалось обнаружить другой полипептид GLP-1, действующий синергично с GIP.
Этой находке способствовали успехи в клонировании и секвенировании генов млекопитающих, в частности гена проглюкагона, а также исследованиям структуры пептидов (Svetlana Mojsov). Вместе с GLP-1 удалось получить и другие пептиды, которые пополнили список дружной семейки глюкагоновых (glucagon superfamily).
Оба гормона синтезируются эндокринными клетками в стенке кишечника и имеют очень короткий период активности, разрушаясь в считанные минуты одним и тем же ферментом - DPP-4 (dipeptidyl peptidase-4). Важно помнить, что DPP-4 широко распостранённый фермент, который имеет много точек приложения помимо инкретинов. Выводятся гормоны в основном почками.
Инкретины взаимодействуют на поверхности β-клеток с рецепторами, сопряжёнными с G-белками, запуская несколько сигнальных путей. Основным в β-клетках является цАМФ-зависимый путь. В конечном итоге происходит увеличение концентрации внутрикеточного кальция и выброс инсулина и амилина из секреторных гранул β-клеток. Важно подчеркнуть, что этот процесс является глюкозо-зависимым, т.е. запускается при повышении уровня глюкозы в крови.
Двух-фазный эффект инкретинов объясняют тем, что после приёма пищи (особенно углеводов) их секреция нарастает в ответ на опосредованную стимуляцию гормональных клеток кишки нейрональными факторами (N.vagus), а затем - как следствие прямого контакта с пищей (липиды). Первая фаза длится около 15 мин, а вторая - около часа.
Инкретины активируют не только секрецию инсулина из гранул, но и его синтез β-клетками за счёт активации транскрипции гена проинсулина, таким образом предотвращая истощение запасов последнего. Отмечена способность инкретинов стимулировать пролиферацию и повышение порога апоптоза β-клеток.
Как уже упоминалось, инкретины относятся к глюкагоновой суперсемье, члены которой объединены на основе их прекурсоров, родственных глюкагону. Вот возможно её неполный список:
Глюкагоновая суперсемья
глюкагоновая семья(glucagon famlily)
- глюкагон
- глюкагоно-подобные пептиды GLP-1 и GLP-2
- glicentin-related pancreatic peptide
- различные комбинации из вышеуказанных
секретиновая семья(secretin family)
- секретин
- GIP
- вазоактивный интрестициальный пептид (VIP)
- соматотропин-рилизинг-гормон (GHRF)
- пептид, активирующий аденилатциклазу гипофиза (PACAP)
- пептид histidine methionine/isoleucine (PHM/PHI)
Чем замечательна глюкагоновая семья?
Семейство пептидов гена проглюкагона (proglucagon-derived peptides) объединяет общность строения с глюкагоном. Из всех наибольшей схожестью с ним обладает GLP-1 (48%). Вообще, последовательность аминокислот в глюкагоне и GLP-1 остаётся стабильной у многих видов. Так глюкагон человека похож на глюкагон морского дьявола (рыбу-удильщика) на 75%, а GLP-1 на 79%. Возможно такая консервативность в строении отработана эволюцией и важна для поддержания важных процессов роста, передачи нервных импульсов и регуляции обмена веществ.
Выше приведённый список довольно длинный, а последние члены семьи многим вообще ничего не скажут. Возникает вопрос, может быть посмотреть на него и благополучно забыть?
Однако можно взгянуть на эти полипептиды и с другой стороны. В данный момент даже человек далёкий от медицины знает о существовании лекарств, аналогов рецепторов к GLP-1, в терапии диабета 2 типа и ожирения. Возможно в будущем появятся новые препараты, которые дополнят терапию, иммитируя действие и других гормональных пептидов, синтезируемых в ЖКТ. Логично предположить, что мы имеем дело с очень сложной взаимосвязанной системой, знания о которой только приобретают ясные контуры.
С другой стороны интересно, что несмотря на сходство в составляющих аминокислотных кирпичиках, члены семьи сильно отличаются от друг друга свойствами. Как в случае GLP-1, который несмотря на название "глюкагоно-подобный", оказывает в большинстве случаев прямо противоположный родственному глюкагону эффект.
Рассмотрим подробнее подгруппу глюкагоно-подобных пептидов, структура которых кодируется одним и тем же геном проглюкагона, расположенным во 2 хромосоме.
Глюкагоно-подобные пептиды - proglucagon-derived peptides (PGDPs)
Первичным регулятором экспрессии гена прогюкагона является приём пищи. На основе кода этого гена, образуется пре-проглюкагон (по аналогии с пре-проинсулином). При отщеплении от него сигнального пептида (S) пре-проглюкагон превращается в проглюкагон.
(grpp + glucagon + ip1)
(glp1 + ip2 + glp2)
(glucagon + ip1)
Судьба проглюкагона в дальнейшем зависит от посттрансляционного процессинга в клетках, где его обратывают тканеспецифические протеазы (конвертазы).
В α-клетках поджелудочной железы проглюкагон превратится в глюкагон, glycentin-related polypeptide (GRPP), intervening peptide-1 (IP-1) и major proglucagon fragment (MPGF). GLP-1 образуется в минимальных количествах.
В L-клетках кишечника, ствола мозга и гипоталамуса из него выпилятся другие пептиды - GLP-1, GLP-2, oxyntomodulin, glicentin и IP-2. Отметим, что L-клетки расположены в основном в дистальном отделе тонкой кишки и толстой кишке, но в меньших количествах встречаются по всей длине кишечника.
Glicentin Физиологический эффект этих крупных молекул неясен, у грызунов отмечен его трофический эффект в отношении тонкого кишечника.
Oxyntomodulin Подавляет моторику в ЖКТ и секрецию кишечника, но стимулирует экзокринную секрецию ПЖ и всасывание глюкозы. Возможна его роль в регуляции чувства насыщения и частоты сердечных сокращений.
Считают, что остальные proglucogon-derived пептиды играют вспомогательную роль.
К настоящему времени наиболее изучены GLP-1, являющийся инкретином, и GLP-2. Рассмотрим их (и другой инкретин GIP) подробнее.
GLP-1
GLP-1 и клетки поджелудочной железы
Как уже упоминалось выше, поступление пищи стимулирует экспрессию гена проглюкагона в эндокринных L-клетках дистального отдела тонкой кишки. В результате этого запускается синтез инкретина GLP-1, который в свою очередь стимулирует β-клетки ПЖ к выбросу инсулина. Так как этот процесс глюкозо-зависимый, то риска гипогликемии не возникает.
Учитывая очень быструю деактивацию GLP-1 в крови, есть предположение, что секреция инсулина β-клетками происходит не только за счёт прямого воздействия с рецептором, но и опосредованно, через нейрональный путь активации (эфферентные пути N.vagus).
GLP-1 оказывает ингибирующее влияние на секрецию глюкагона. Вероятно это происходит через глюкозо-зависимую стимуляцию секреции соматостатина, благодаря рецепторам к GLP-1 на δ-cells ПЖ. Соматостатин в свою очередь угнетает выработку как глюкагона, так и GLP-1.
Отмечается эффект GLP-1 в виде повышения чувствительности β-клеток с исходной резистентностью к стимуляции глюкозой, которое реализуется через повышение экспрессии транспортёров глюкозы.
Взаимодействие GLP-1 с экзокринными и эпителиальными клетками ПЖ в опытах стимулировало их превращение в островковые клетки, способные вырабатывать инсулин и секретировать его в ответ на повышение глюкозы.
Как уже отмечалось, у людей с ожирением и СД 2 типа постпрандиальный уровень GLP-1 снижен. Причина этого пока не установлена.
GLP-1 и клетки центральной и периферической нервной системы
GLP-1 представляет собой относительно небольшие молекулы, которые могут преодолевать гемато-энцефалический и напрямую взаимодействовать с клетками ЦНС. В реальности же маловероятно, чтобы пептидам L-клеток удавалось быстро достичь высших нейронов.
В ЦНС существуют клетки, которые сами способны синтезировать GLP-1. Основным источником GLP-1 являются клетки ядра одиночного пути (nucleus tractus solitarius, NTS) и ретикулярной формации продолговатого мозга. Разрушение этих нейронов ведёт к существенному снижению уровня GLP-1 в гипоталамусе, стволе и спинном мозге.
Секреция GLP-1 в центральных нейронах стимулируется лептином и растяжением желудка во время приема пищи.
Что касается рецепторов к GLP-1 (GLP-1R), то ими обладают гораздо бОльшее количество клеток центальной и периферической нервной системы. Ниже далеко неполный список областей, имеющих рецепторы к GLP-1.
- гипоталамус, отвечающий за пищевое поведение и поддержание гомеостаза
- клетки каудальной части дна IV желудочка - area postrema (ствол мозга, хеморецепторная триггерная зона), которые связаны с центрами рвоты и ядрами блуждающего нерва.
- центральное ядро миндалевидного тела, имеющее отношение к эмоциям страха и тревоги
- ганглий блуждающего нерва, афферентные пути которого оканчиваются в ядрах солитарного тракта ствола, которые в свою очередь связаны с гипоталамусом.
GLP-1 и агонисты его рецепторов оказывают анорексогенный эффект. Вероятно имеется связь между секрецией GLP-1 в кишечнике, активацией передачи сигналов по афферентным волокнам блуждающего нерва, центральным нейронам продолговатого мозга и гипоталамуса, в результате чего формируется чувство насыщения и облегчается принятие решения "больше не есть".
GLP-1 также оказывает анти-апоптозный эффект на нейроны, стимулируют рост отростков и поддерживают дифференциацию, запускаемую фактором роста нервов.
GLP-1 и моторика ЖКТ
GLP-1 угнетает опорожнение желудка и секрецию соляной кислоты. Вероятно это происходит не только за счёт прямого влияния GLP-1 на клетки желудка, но и опосредованно - за счёт активации центральных нейронов и передачи их ингибирующих сигналов через блуждающий нерв. Гормон также усиливает тоническое сокращение пилорического отдела желудка, из-за чего происходит задержка поступления пищи в кишечник.
У пациентов с СД 1 типа при введении агонистов рецептора к GLP-1 наблюдалось сглаживание постпрандиального пика глюкозы в крови за счёт более медленного поступления пищи из желудка в кишечник.
GLP-1 и сердечно-сосудистая система, мышечная и жировая ткань
В исследованиях на грызунах GLP-1 повышал артериальное давление и частоту сердечных сокращений. Однако этого не отмечено при введении агонистов рецептора у человека.
У больных СД 2 типа при длительном использовании агонистов рецептора к GLP-1 было отмечено некоторое снижение артериального давления, возможно за счёт стимулирования выведения воды и натрия с почками. Снижение артериального давления не было отмечено у больных c ожирением на фоне приёма антипсихотических препаратов (хотя было отмечено снижение веса)
В скелетных мышцах (и печени) усиливается инсулино-стимулированное поглощение глюкозы. Считают, что взаимодействие GLP-1 со своим рецептором на мышечных клетках активирует путь, независимый от цАМФ.
В моделях животных было отмечено влияние GLP-1 на активацию термогенеза через интерлейкин-6 в жировых клетках. Детальный механизм является предметом исследований. Данные об этом у человека очень ограничены.
GLP-1 и работа щитовидной железы
GLP-1 стимулирует выработку TSH и высвобождение кальцитонина щитовидной железой.
GLP-1 и влияние на почки
GLP-1 способствует диурезу и выведению натрия с мочой
GLP-2
GLP-2 образуется в эквимолярных количествах с GLP-1 в L-клетках кишечника, а также в некоторых нейронах ЦНС. В отличии от GLP-1, палитра тканей с рецепторами к GLP-2 несколько уже, они обнаруживаются в основном в кишечнике и ЦНС.
Пока не удалось обнаружить влияние GLP-2 на секрецию инсулина, однако он возможно оказывает противовоспалительный эффект на островковые клетки.
Основная же роль GLP-2 состоит в интестинотрофическом эффекте, который заключается в увеличении пролиферации клеток в криптах кишки и увеличении их глубины, улучшении кровотока в кишечнике и портальной системе. Под его влиянием улучшается всасывание глюкозы и липидов, восстанавливается барьерная функция кишечника, угнетается аппетит и моторика кишечника, активизируется пролиферация нервных клеток и их выживаемость.
В опытах над животным продемонстрировано влияние GLP-2 на центральные нейроны по афферентным путям блуждающего нерва.
Остаётся открытым вопрос о влиянии GLP-2 на жировой обмен в случае ожирения.
В настоящее время синтезирован аналог GLP-2 аналог (teduglutide) для лечения синдрома короткой кишки и болезни Крона. Возможно в будущем появятся препараты для лечения других воспалительных заболеваниях кишечника и мукозита, вызванного химиотерапией.
GIP
Глюкозо-зависимый инсулинотрофический пептид GIP был открыт ранее инкретина GLP-1. Он синтезируется в основном в эндокринных К-клетках 12-ой кишки и jejunum.
GIP кодируется геном, расположенным в 17 хромосоме. Как и многие другие члены глюкогоновой суперсемьи GIP относится к очень консервативным пептидам, 90 % аминокислотных последовательностей его одинаковы у многих млекопитающих. Однако стимуляция выделения гормона различна. У человека наблюдается бОльший ответ на приём жирной пищи, а грызунов - GIP интенсивней вырабатывается на углеводы.
Основной точкой приложения пептида являются β-клетки ПЖ, где под его воздействием активируется секреция и синтез инсулина.
У больных СД 2 типа отмечается снижение чувствительности β-клеток к GIP. Введение GIP в физиологических дозах не стимулирует секрецию инсулина у этих пациентов. Возможной причиной этого может быть повреждающие действие гипергликемии и гиперлипидемии на рецепторы к GIP (и к GLP-1) и восстановление при коррекции этих состояний.
Эффект GIP не ограничивается одной поджелудочной железой. Рецепторы к GIP обнаружены в жировой ткани, остеобластах, на клетках коры надпочечников и, как уже указывалось, в стволе мозга.
В костной ткани GIP активирует пролиферацию остеобластов и угнетает их апоптоз.
Роль GIP в регуляции жирового обмена возможно сопоставима с его регуляцией углеводного. Он усиливает липогенез и кровоток в жировой ткани, а также уменьшает липолиз, стимулированный глюкагоном. Точные механизмы влияния GIP на жировую ткань (бурый жир vs белый) до сих пор неизвестны и различаются в зависимости от присутствия инсулина и исходного статуса (наличие или отсутствие ожирения). При ожирении часто наблюдается гиперплазия К-клеток и повышение выделения GIP.
GIP стимулирует выброс глюкагона, однако у здоровых при повышении глюкозы в крови этот процесс угнетается. У больных СД 2 типа этого не происходит. Причина этого явления пока не установлена. Комбинированная терапия больных GIP и аналогами рецепторов к GLP-1 проявляет нейтральный эффект в отношении выброса глюкагона.
Отмечают, что комбинированная терапия может приводить к лучшим результатам в виде снижения веса и нормализации уровня глюкозы, чем терапия только одними аналогами GLP-1. Добавление GIP позволяет использовать бОльшие дозы аналогов GLP-1 при снижении вероятности побочных эффектов в виде тошноты. (GIP вызывает противоположный GLP-1 эффект в отношении клеток area postrema в ЦНС).
| # | GLP-1 | GIP | GLP-2 |
|---|---|---|---|
| T 1/2 | 1-2 min | 7 min* | 7 min |
| место образования | клетки мозга, L-cells distal ileum и colon | K-cells duodenum and jejunum | клетки мозга, L-cells distal ileum и colon |
| инкретин | да | да | нет |
| деактивация | ← | DPP-4 | → |
| влияние на глюкагон | угнетает | активирует | |
| выведение | ← | с мочой | → |
Прим: * GIP менее чувствителен к DPP-4, поэтому время биологической активности его дольше, чем у GLP-1. У больных СД 2 типа время активности инкретинов снижено (у GLP-1 больше, чем у GIP). Время активности других дериватов проглюкагонового пептида, отличных от GLP-1 и GLP-2, в крови дольше.
Гомеостаз человека обеспечивается слаженной работой огромного оркестра древних гормональных пептидов. Мне хотелось рассмотреть их так, чтобы яснее проявились не только их замечательные качества, но и потенциальные проблемы, связанные с попыткой сымитировать их действие с помощью лекарственных препаратов при заболеваниях. Очевидно, что такие попытки имеют скрытые последствия, о которых нам пока ничего не известно.