Диабет и гормоны
Функции поджелудочной железы
Ольга Смирнова, ПостНаука
Поджелудочная железа участвует в регуляции пищеварения и регуляции липидного обмена. В составе поджелудочной железы есть определенные скопления клеток, которые выполняют эндокринную функцию. Они называются островками Лангерганса, иногда – островковым аппаратом поджелудочной железы. В них есть несколько типов клеток, каждый из которых вырабатывает свой гормон. Но известность поджелудочная железа получила потому, что в бета-клетках островкового аппарата вырабатывается инсулин.
Недостаточность инсулина ведет к сахарному диабету первого типа. Дело в том, что такая распространенность диабета связана с тем, что инсулин – единственный гормон, который может снижать сахар в крови, в отличие от всех других гормонов, которые влияют на процессы, помогая друг другу. Например, существуют по крайней мере четыре гормона, которые повышают сахар в крови: адреналин, глюкокортикоиды, глюкагон, гормон роста. И если какой-то из них по какой-то причине не работает, то его функцию заменяют другие, и уровень сахара в крови повышается. Если не продуцируется или не работает инсулин, то снижения сахара в крови не будет происходить, что и приведет к сахарному диабету.
Сахарный диабет был известен очень давно. Поэтому из всех гормонов островкового аппарата поджелудочной железы инсулин открыли первым, занимаются им очень много. Инсулин – это гормон, по которому можно проследить историю биологии или историю молекулярной биологии. Было получено три Нобелевские премии просто за инсулин и еще одна – за его радиолигандное определение. Первая Нобелевская – за то, что наконец открыли этот гормон, вторая – за открытие его первичной структуры (это, кстати, был первый белок, первичная структура которого была расшифрована). Третья – за расшифровку пространственной структуры, а четвертая Нобелевская – за то, что на примере инсулина был разработан метод определения гормонов в крови, которым пользуются до сих пор очень успешно.
Пристальное изучение инсулина сыграло злую шутку с другими гормонами островкового аппарата поджелудочной железы, потому что на эти гормоны очень долго не обращали должного внимания. Оказалось, что кроме бета-клеток, в которых вырабатывается инсулин, существуют еще альфа-клетки, в которых вырабатывается глюкагон – это антагонист инсулина, то есть он повышает сахар в крови. Поскольку они находятся близко друг от друга, они могут сообщать друг другу об изменении своей концентрации, не выходя в кровь: инсулин бета-клеток действует на альфа-клетки, а глюкагон альфа-клеток действует на инсулин бета-клеток. Таким образом они поддерживают постоянный уровень сахара в крови. Если слишком много инсулина, начинает вырабатываться глюкагон, чтобы не слишком падала глюкоза. Наоборот, если слишком много глюкагона, начинает вырабатываться инсулин. Такие местные переговоры между двумя гормонами очень важны для поддержания системного равновесия.
Оказалось, что в островковом аппарате есть еще один тип клеток – дельта-клетки. В них вырабатывается гормон соматостатин. Соматостатин был известен как гормональное соединение, которое вырабатывается гипоталамусом и снижает продукцию гормона роста, второе название которого – соматотропный гормон. Поэтому это соединение назвали «соматостатин», то есть он снижает продукцию соматотропного гормона. Оказалось, что понижающий эффект продукции гормона характерен не только для того соматостатина, который вырабатывается в гипоталамусе, но и для соматостатина, который вырабатывается в дельта-клетках поджелудочной железы. Он снижает продукцию и инсулина, и глюкагона. Это такое сдерживающее начало, чтобы осуществить быстрое реагирование на изменение уровня глюкозы в крови.
Совсем недавно открыли эпсилон-клетки, которые продуцируют гормон грелин. Здесь нужно рассказать о функциях инсулина, которые не только снижают уровень сахара в крови. Его продукция увеличивается в ответ на прием пищи, то есть это гормон насыщения. При приеме пищи увеличивается глюкоза в крови, и инсулин этот уровень глюкозы снижает. То есть еще один эффект инсулина – это снижение потребления пищи. Он сигнализирует мозгу о том, что организм насытился. Грелин и его продукция растет во время голодания. Он как раз сигнализирует организму о том, что пора начать прием пищи. Такие альтернативные эффекты инсулина и грелина помогают им правильно регулировать ритм потребления пищи, один подстраховывает другой. Основное количество грелина продуцируется в желудке. И это понятно, потому что реакция на голод у желудка первая. Но дополнительная продукция в островковом аппарате помогает и инсулину, и грелину правильно реагировать на режим питания.
Я уже говорила, что контринсулярные гормоны важны не только для того, чтобы рос сахар в крови, но и для того, чтобы глюкоза в крови была на постоянном нормальном уровне. И глюкагон очень хорошо с этим справляется. Что происходит, если система гормонов островкового аппарата перестает работать? Я уже говорила, что заболевание диабет известно с глубокой древности. Но только в 1970-е годы диабет стали делить на две формы: первого и второго типа. Оказалось, что у них совершенно разные причины. Диабет первого типа связан с тем, что разрушаются бета-клетки – те клетки, которые продуцируют инсулин. Соответственно, инсулин перестает продуцироваться, и сахар в крови растет, он появляется в моче, начинается обезвоживание. А диабет второго типа связан со снижением чувствительности к инсулину: плохо работают рецепторы инсулина, плохо работают белки, которые проводят сигнал от инсулина в исполнительные клетки. В результате возникает диабет второго типа.
Оказалось, что и механизмы возникновения этих двух заболеваний абсолютно различны. Диабет первого типа – это заболевание аутоиммунной природы. Аутоиммунное поражение бета-клеток вызывает снижение продукции инсулина. Причем интересно, что достаточно часто это заболевание провоцируют инфекционные болезни. Дело в том, что вирусы и компоненты вируса, например, краснухи, любят бета-клетки, их структуры экспонируются на мембране бета-клеток, организм начинает воспринимать бета-клетки как чужеродные, и инсулин перестает вырабатываться.
Для диабета второго типа картина совершенно другая. Если в первом случае есть внутренние дефекты иммунной системы, она неправильно реагирует, то во втором случае есть какие-то дефекты ферментов, которые участвуют в углеводном и липидном обмене. Они не такие большие, но провоцировать заболевание может перегрузка липидного, углеводного обмена. То есть это переедание, ожирение и так далее. Когда слишком большая нагрузка на ферменты, которые несколько слабы в своих реакциях, начинает манифестироваться диабет второго типа. Соответственно, эти два заболевания лечатся по-разному. Если в случае диабета первого типа надо вводить инсулин, то в случае диабета второго типа необходимо поддерживать организм, чтобы чувствительность к инсулину не падала так сильно, как происходит.
Сейчас в отношении диабета первого типа начались большие разработки, связанные со стволовыми клетками и попыткой найти другой способ лечения: стимулировать переход стволовых клеток в бета-клетки, подсадить эти бета-клетки больным диабетом первого типа, убедиться, что они вырабатывают инсулин. На животных моделях это более-менее становится реальным, поэтому я думаю, что мы находимся на пороге открытий, когда диабет первого типа будет не только компенсирован, но, можно сказать, почти излечен.
К сожалению, пропорции диабета первого типа и второго типа разные. Больных диабетом второго типа гораздо больше, чем диабетом первого типа. Несмотря на различные возможности лечения этого заболевания, пока никакого прорыва не ожидается. Нужно иметь в виду, что гормоны поджелудочной железы регулируются еще и гормонами желудочно-кишечного тракта. И именно гормоны желудочно-кишечного тракта сообщают инсулину о том, что начался прием пищи, сейчас повысится уровень глюкозы в крови и инсулину пора увеличиваться, чтобы справиться с повышенным уровнем глюкозы. Поэтому поджелудочная железа как часть пищеварительной системы реагирует и на гормоны желудочно-кишечного тракта.
Об авторе:
Ольга Смирнова – доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии человека и животных, заведующая лабораторией эндокринологии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru