СТАТЬИ статья седьмая Инсулинонезависимый сахарный диабет —
конфликт между "генами экономии" и обществом изобилия.
Каковы доказательства наследуемости ИНСД? Анализ генетико-эпидемиологических данных (сравнение уровня заболеваемости ИНСД в различных популяциях, анализ конкордантности по ИНСД у монозиготных и дизиготных близнецов и семейного кластерирования ИНСД и нарушенной толерантности к глюкозе) указывает на роль генетических факторов в развитии ИНСД. Риск развития ИНСД у родственников больных ИНСД в сравнении с риском в общей популяции возрастает, если учитывать только ИНСД с ранним началом, и особенно высок у родственников больных сахарным диабетом взрослого типа у молодых лиц (MODY). Данная форма диабета наследуется как менделирующее аутосомно-доминантное заболевание.
Доминантное наследование предполагается и для других форм ИНСД, но в этом случае доминантный ген ИНСД имеет низкую и зависимую от возраста пенетрантность, что маскирует общую картину.
Наследование ИНСД по материнской линии.
В популяциях европеоидов с относительно низкой распространенностью ИНСД (например, в Скандинавии) это заболевание встречается в 1,5 — 2 раза чаще у женщин, чем у мужчин. Аналогичной зависимости от пола не обнаружили при обследовании популяций с высоким риском ИНСД (индейцы пима и американцы мексиканского происхождения).
Что может быть причиной наследования ИНСД преимущественно по материнской линии?
Для ИНСД не характерен Х-хромосомный тип наследования. Мутации митохондриальной ДНК, которые передаются потомству почти исключительно от матери, у больных ИНСД без потери слуха относительно редки. Низкая масса тела при рождении коррелирует с повышенным риском возникновения сахарного диабета в дальнейшей жизни. Однако, как считают, только 5% повышенного риска ИНСД среди индейцев пима связано с внутриматочными факторами в ходе эмбрионального развития. Некоторые авторы рассматривают возможную роль экспансии тринуклеотидных повторов ДНК и геномного импринтинга в наследовании ИНСД.
Что наследуется при ИНСД?
Для развития ИНСД необходимо сочетание сразу двух факторов, а именно наличия инсулинорезистентности (ИР) и нарушения секреции инсулина В-клетками поджелудочной железы. Сама по себе ИР в связи с наличием компенсаторных возможностей В-клеток поджелудочной железы длительное время не вызывает изменения толерантности к глюкозе и только в случае присоединения дефекта синтеза или секреции инсулина развивается клиническая картина ИНСД. Таким образом, в патогенез ИНСД всегда вовлечено нарушение функции В-клеток поджелудочной железы.
Резистентность к инсулину. ИР — это нарушение нормального воздействия инсулина на ткани-мишени: скелетные мышцы, жировую ткань и печень. При ИР нарушается обмен в первую очередь глюкозы, но, кроме этого, изменение чувствительности различных тканей к инсулину нарушает обмен свободных жирных кислот (СЖК) и белковый обмен. Скелетные мышцы потребляют большую часть энергии, вырабатываемой в организме, это и объясняет ту важную роль, которую они играют в развитии ИР. Метаболически менее активная жировая ткань потребляет около 5% всей метаболизируемой глюкозы. У больных с выраженным ИНСД причиной гипергликемии являются периферическая (скелетные мышцы) и печеночная ИР, а также нарушение функции В-клеток. Вместе с тем, сама по себе гипергликемия может вызывать дальнейшее нарушение чувствительности к инсулину и функции В-клеток. Такой порочный круг называют токсичностью глюкозы.
Для выяснения, какие дефекты при ИНСД являются врожденными и какие — приобретаемыми, обследовали родственников 1-й степени родства больных ИНСД. Оказалось, что даже у родственников, не имевших признаков диабета и нарушения толерантности к глюкозе, скорость стимулируемого инсулином обмена глюкозы снижена на 30% по сравнению с нормой. Раздельное определение окисления глюкозы и образования гликогена в скелетных мышцах данных пациентов показало, что нарушение захвата клетками глюкозы происходит целиком за счет дефекта запасания глюкозы в виде гликогена. Причиной данного нарушения, в свою очередь, является нарушение активации инсулином ключевого фермента — гликогенсинтазы.
ИР скелетных мышц характерна не только для ИНСД, но и для других патологических состояний: гипертензии, гипертриглицеридемии, абдоминального ожирения, микроальбуминурии и гиперурикемии. Сочетание указанных нарушений, которое встречается довольно часто, известно как синдром Х или синдром ИР. У больных с синдромом Х значительно повышен риск сердечно-сосудистых заболеваний и по этому признаку они образуют особую подгруппу среди больных ИНСД.
Ожирение.
Ожирение является одним из важнейших факторов риска развития ИНСД; различная степень ожирения наблюдается у 60-80% больных ИНСД. Однако до настоящего времени точно не установлено, является ли ожирение причиной ИНСД или следствием врожденных метаболических сдвигов у этих больных.
Высокая скорость окисления глюкозы и, наоборот, низкая скорость окисления липидов, выявленные у индейцев пима, способствуют нарастанию у них массы тела. Согласно этой точке зрения, ИР предшествует стадия повышенной чувствительности к инсулину, во время которой происходит прибавка веса у пациентов. При этом больше жира становится доступным для окисления и в определенный момент в организме может наступить "переключение" с преимущественного окисления глюкозы на преимущественное окисление жиров. Данный процесс может сопровождаться развитием ИР.
Если ИР представляет собой относительно позднюю стадию ИНСД, целесообразность выявления лиц с риском развития ИНСД на основе ИР весьма сомнительна. Предполагают, что некоторые лица генетически предрасположены к ожирению, при этом некоторые из "генов ожирения" ответственны за развитие ИНСД.
Абдоминальное ожирение.
Для родственников 1-й степени родства больных ИНСД характерно увеличенное соотношение окружностей талии/бедер по сравнению с пациентами, не имеющими семейного анамнеза ИНСД; причем абдоминальное ожирение может наблюдаться и в отсутствие общего ожирения. Таким образом, наследственная предрасположенность к ИНСД играет важную роль в развитии именно этой формы ожирения.
Абдоминальной жировой ткани свойственна высокая метаболическая активность и повышенная скорость оборота СЖК. У лиц с абдоминальным ожирением обмен СЖК в абдоминальной жировой ткани относительно устойчив к действию инсулина, но В3-адренергические рецепторы висцерального жира чувствительны к катехоламинам. Это способствует поступлению значительных количеств СЖК в воротную вену, откуда они попадают в печень и др. ткани, в том числе в скелетные мышцы. В противоположность этому, липолиз в подкожной жировой клетчатке более чувствителен к ингибирующему действию инсулина, что способствует реэстерификации СЖК до триглицеридов. Из абдоминальной жировой ткани поступает сигнал, запускающий цепь событий, которые приводят к ИР скелетных мышц. Сигнальная функция может принадлежать гормону ожирения — лептину. Другой механизм может быть связан с изменением во внутрибрюшинной жировой ткани липолиза за счет повышенного сродства В3-адренергических рецепторов к катехоламинам. Увеличенная продукция СЖК может способствовать увеличению их захвата и реэстерификации в мышцах. В литературе имеются данные о повышении внутримышечной концентрации триглицеридов у больных ИНСД. Кроме того, у лиц с ИР выявляли изменения жирнокислотного состава клеточных мембран в мышцах. Повышенный оборот СЖК в мышцах может вызывать нарушение стимулируемого инсулином синтеза гликогена.
Абдоминальное ожирение можно расценивать как следствие обмена, «настроенного» на запасание энергии. Увеличение массы внутрибрюшинной жировой клетчатки способствует поставке значительных количеств СЖК в мышцы, а это ведет, в свою очередь, к нарушению обмена гликогена. В таком случае ИР скелетных мышц является вторичной по отношению к абдоминальному ожирению.
Гены экономии.
В свете вышесказанного о взаимосвязи между ИР и абдоминальным ожирением приобретает новое звучание высказанная в 1962 г. Neel гипотеза "генов экономии", согласно которой развитие ИНСД является ответом на избыточное потребление пищи у организмов, выработавших в условиях нестабильного питания механизмы максимального использования и сохранения полученной с пищей энергии. Самым эффективным является сохранение энергии в форме абдоминального жира и в процессе эволюции отбор шел на сохранение генотипов, обеспечивающих максимальный переход энергии пищи в энергию жирных кислот жировой ткани. Переход же лиц с такими "генами экономии" к западному стилю жизни с избыточным потреблением пищи и малой физической активностью приводит к избыточному накоплению абдоминального жира, а это, как говорилось выше, может приводить к развитию ИР, нарушению толерантности к глюкозе и в конечном итоге к ИНСД.
Секреция инсулина.
Наряду с развитием ИР необходимым звеном патогенеза ИНСД является снижение секреции инсулина В-клетками поджелудочной железы. Полагают, что в основе этого снижения также лежат генетические факторы. Изучение данного вопроса затрудняется тем, что ранние, незначительные изменения секреции инсулина, а также нарушение ее пульсирующего характера, могут не выявляться обычно применяемыми методами.
У женщин, перенесших диабет беременных, по сравнению с женщинами со сходной толерантностью к глюкозе, спустя 2 года наблюдается значительное снижение ответа инсулина в тесте с пероральной нагрузкой глюкозой. Т. к. женщины с диабетом беременных имеют 40%-ый риск развития сахарного диабета в течение 5 лет после родов, они могут составлять подгруппу с наиболее тяжелыми нарушениями функции В-клеток. В ходе беременности у них развивается нарушение толерантности к глюкозе из-за неспособности организма компенсировать тяжелую ИР. Важно отметить, что в 65% случаев у женщин с диабетом беременных имеется семейный анамнез ИНСД.
Дополнительные данные в пользу точки зрения о наследуемости нарушения секреции инсулина получены при обследовании больных, получающих лечение кортикостероидами. Оказывается, что 60% тех больных, у кого в ходе терапии стероидами развивается диабет, имеют семейный анамнез ИНСД. Хотя кортикостероидная терапия вызывает ИР сходной степени у всех пациентов, ИНСД развивается только у лиц с нарушенной секрецией инсулина.
У некоторых больных ИНСД имеется более тяжелая форма инсулиновой недостаточности по сравнению с остальной массой больных. Около 10 — 15% больных с диабетом, диагностированным после 40 лет, получавших исходно лечение диетой и пероральными препаратами имеют антитела к островковым клеткам или к глутаматдекарбоксилазе. Зачастую это — женщины, страдающие также другими эндокринными заболеваниями. У 75% больных ИНСД с отсутствием эффекта пероральных средств обнаруживаются антитела к глутаматдекарбоксилазе, тогда как у больных, эффективно леченных пероральными средствами, антитела обнаруживаются только в 8% случаев. Заболевание этих больных представляет собой скорее подгруппу инсулинозависимого сахарного диабета (ИЗСД), чем ИНСД; оно было названо латентным аутоиммунным диабетом взрослых (LADA) (рассматривается ниже).
На основании каких признаков можно предсказать развитие ИНСД?
Современные данные ясно показывают, что прогностическими показателями развития ИНСД являются как ИР, так и нарушение секреции инсулина. Важно отметить, что ИНСД начинается за годы и, возможно, за десятилетия до установления диагноза, причем диагностика основана на критериях оценки риска микроангиопатии для больных ИЗСД. Эти критерии неприменимы для диагностики ИНСД, т. к. они не учитывают риск макроангиопатии. В момент постановки диагноза ИНСД около 50% больных уже имеют гипертензию или симптомы макроангиопатии.
Уровень глюкозы в крови через 2 ч после п/о нагрузки глюкозой, превышающий 8,5 мМ, указывает на нарушенную секрецию инсулина или диабет беременных. Нарушенная толерантность к глюкозе у пациентов с концентрацией глюкозы, превышающей указанный порог, обычно прогрессирует и развивается сахарный диабет. В исследованиях, показавших связь диабета MODY и локуса глюкокиназы на хромосоме 7 (MODY2) или хромосоме 12 (MODY3), пороговый для диагностики диабета уровень глюкозы в крови натощак был снижен до 6,1 мМ. Считают, что наступило время переоценки существующих критериев диагностики ИНСД.
Поиск генов ИНСД.
Для выявления генов ИНСД были использованы два молекулярно-генетических подхода — анализ генов-кандидатов (то есть генов, функция которых может быть связана с регуляцией обмена глюкозы или инсулина) и позиционное клонирование (случайный поиск связанных с развитием ИНСД генов с применением как дифференциального дисплея кДНК, так и сканирования всего генома человека с использованием методов "прогулки по геному"). Оба этих подхода позволили выявить целый ряд возможных генов ИНСД, связанных с разными звеньями патогенеза этого заболевания, но основные результаты были все-таки получены при анализе генов-кандидатов.
Гены-кандидаты резистентности к инсулину.
Рецептор инсулина. Мутации в тирозинкиназном домене этого рецептора приводят к развитию ИР типа А или акантозу. Другие редкие мутации рецептора инсулина являются причиной таких тяжелых синдромов, как лепречаунизм и синдром Рабсона - Менделхола. В целом мутации рецепторов инсулина встречаются редко и не могут объяснить врожденную ИР при ИНСД.
Субстраты рецептора инсулина IRS-1 и IRS-2 представляют собой фосфорилируемые рецептором инсулина белки, принимающие участие во внутриклеточном проведении инсулинового сигнала. В гене IRS-1 человека описано несколько полиморфных вариантов, связанных в некоторых популяциях с развитием ИНСД. В связи с этим этот ген может рассматриваться как один из генов ИНСД.
Фосфатидилинозитол-3-киназа играет центральную роль во внутриклеточном проведении сигнала инсулина и активируется за счет взаимодействия с белком IRS-1. До настоящего времени не получено данных о роли гена этой киназы в развитии ИНСД.
Локус Rad. Этот ген был впервые обнаружен при проведении субтрактивного (обогащающего) клонирования кДНК скелетных мышц больных ИНСД. Rad кодирует белок из надсемейства Ras-гуанозин-трифосфатаз и входит в каскад МАР-киназ - но роль как Rad белка, так и других киназ этого семейства в развитии ИНСД остается неясной.
Переносчики глюкозы GLUT-1 и GLUT-4 обеспечивают стимулируемый инсулином транспорт глюкозы через плазматическую мембрану, но эти переносчики не лимитируют скорость обмена глюкозы при гиперинсулинемии и у больных ИНСД не обнаружено существенных мутаций генов, кодирующих GLUT-1 и GLUT-4.
Гексокиназа II фосфорилирует глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата. Нарушение этого процесса было выявлено у больных ИНСД и лиц с ИР и нарушением толерантности к глюкозе, однако дефект фосфорилирования может быть не связан с гексокиназой.
Гликогенсинтаза является ключевым ферментом-стимулируемого инсулином синтеза гликогена. Связь между полиморфизмом этого гена и развитием ИНСД выявлена в различных популяциях. Кроме этого, показана роль гена гликогенсинтазы в развитии экспериментального диабета у мышей, В патогенезе ИНСД могут также играть роль мутации в генах белков, регулирующих активность гликогенсинтазы: протеинфосфатазы 1 и стимулируемой инсулином протеинкиназы 1.
Гены-кандидаты ожирения. Лептин и рецептор лептина.
Уровень гормона жировой ткани лептина — у человека положительно коррелирует с общей массой жировой ткани. Высказывают предположение о существовании дефектов рецептора лептина у человека. Вызывающая ожирение мутация db у мышей с аномальным сплайсингом рецептора лептина в гипоталамусе. При этом, по-видимому, нарушается проведение сигнала лептина, ингибирующего нейропептид Н. В результате увеличивается потребление пищи и снижается термогенез.
В3-Адренергический рецептор экспрессируется у человека в висцеральной жировой ткани. Уменьшение активности В3-адренергических рецепторов может вызывать ожирение за счет снижения термогенеза и замедления липолиза. У индейцев пима, французов, японцев и финнов описаны мутации В3-адренергических рецепторов, которые коррелировали с ожирением и в ряде случаев с ИР и ИНСД. Вместе с тем, В3-адренергическим рецепторам отводят лишь ограниченную роль в развитии указанных заболеваний.
Фактор некроза опухолей a – цитокин, который может ингибировать фосфорилирование рецептора инсулина и тем самым вызывать ИР. Описано сцепление между геном этого цитокина и развитием ИНСД у индейцев пима.
Глюкагоноподобный пептид 1 может действовать как сигнал насыщения и, следовательно, его недостаточность может вызывать избыточное потребление пищи.
Гены – кандидаты, связанные с нарушением секреции инсулина.
Гены восприимчивости к развитию ИНСД.
В соответствии с недавно высказанным предположением генетическая предрасположенность к ИНСД у пожилых финнов объясняется наличием связанных с ИЗСД HLA-гаплотипов, в первую очередь HLA-DR4. Для этих больных характерна общность этиологии ИНСД и ИЗСД? Больные ИНСД чаще имеют детей с ИЗСД, чем это можно ожидать и, наоборот, у больных ИЗСД больше родственников с ИНСД, чем у лиц без ИЗСД. У больных ИНСД, обладающих таким же HLA-гаплотипом, как и их родственники с ИЗСД, имеются нарушения секреции инсулина.
Таким образом, любой ген предрасположенности к ИЗСД может быть кандидатным геном для ИНСД. При сканировании в семьях с ИЗСД выявили около 10 генов, связанных с нарушением секреции инсулина. К локусам генома, обеспечивающим восприимчивость к ИЗСД и играющим, предположительно, роль в этиологии ИНСД, относятся, в первую очередь, локус HLA (IDDM1) и 5-фланкирующая область гена инсулина на коротком плече хромосомы 11. Промоторная область гена инсулина высокополиморфна и включает в себя варьирующее число тандемных повторов, которые делят на три класса. У европеоидов гомозиготный генотип I класса сочетается с повышенным риском ИЗСД. Гаплотип III защищает от возникновения ИЗСД и играет определенную роль в развитии ИНСД.
Митохондральная ДНК.
У больного диабетом, страдающих глухотой, описана точечная мутация – замена гуанина на аденин в положении 3243 тРНК (Leu). Эта мутация встречается как у больных ИНСД, так и у больных ИЗСД. У больных ИНСД с данной мутацией наблюдается инсулиновая недостаточность той или иной степени. Интересно, что та же самая мутация встречается при редком неврологическом синдроме MELAS (митохондральная миопатия, энцефалопатия, молочно-кислый ацидоз и эпизоды припадков). Обусловленный мутацией G3243-А диабет называется MIDD (матерински наследуемые диабет и глухота); его распространенность составляет 1,5% от всех случаев ИНСД в Японии и Нидерландах.
Диабет MODY.
Изучение диабета MODY началось с описания семейной формы заболевания, в основе которого была мутация гена (MODY 1) на хромосоме 20. Больные характеризовались определенным нарушением секреторного ответа инсулина на глюкозу. Мутация MODY 1 встречается редко и соответствующий ген трудно клонировать. Во Франции около 60% семей с MODY обладает мутацией на хромосоме 7; чаще всего мутация затрагивает ген глюкокиназы. Мутантная глюкокиназа имеет пониженное сродство к глюкозе, что приводит к умеренному повышению гликемии и частичному нарушению секреции инсулина. Эта форма диабета прогрессирует медленно.
Недавно появилось сообщение о связях MODY с областью на хромосоме 12 (MODY 3). Заболевание начинается иногда после 50 лет и его трудно отличить от ИНСД. У больных нарушена секреция инсулина, но чувствительность к инсулину близка к норме. МОРУЗ встречается относительно часто в разных странах, что делает возможным клонирование соответствующего гена.
Рецептор глюкагона. У больных ИНСД часто повышена плазматическая концентрация глюкагона, и это значительно влияет на продукцию глюкозы печенью. Представляет интерес обнаружение миссенс-мутации (Gly40Ser) гена рецептора глюкагона у больных ИНСД во Франции и Сардинии, причем авторы исследования показали сцепление с диабетом у 18 сибсов из 9 французских семей. Измененные в результате мутации рецепторы обладали в 3 раза меньшим сродством к глюкагону по сравнению с рецепторами дикого типа.
Наличие положительной связи или сцепления между аллелями фокуса маркера и ИНСД зависит от удаленности этих локусов друг от друга.
Случайный поиск генов ИНСД.
Очевидно, что приведенный выше список генов-кандидатов не исчерпывает всех возможных генов ИНСД. В связи с этим ряд групп исследователей начал поиск возможных генов ИНСД с использованием методов сканирования генома и позиционного клонирования. При этом был получен ряд интересных данных о возможной роли в патогенезе ИНСД фокусов на хромосомах 2 и 12, но данные эти достаточно противоречивы, что связано, в первую очередь, с крайне высокой клинической гетерогенностью ИНСД. Фактически под термином ИНСД в настоящее время понимают, как минимум пять отличающихся по клинической картине и генетическим особенностям заболеваний - от классического ИНСД (ожирение, гипертензия, ИР) до матерински наследуемой митохондральной формы диабета.
Использование количественных признаков. При изучении ИНСД использование количественных признаков (промежуточных фенотипов), таких как ИР и секреция инсулина, даст более четкие результаты, чем уровень гликемии, более проксимальный по отношению к мутантному генотипу ИНСД признак. Авторы предлагают использовать комбинацию теста толерантности к вводимой в/в глюкозе и эугликемического инсулинового клэмпа (клэмп Botnia), которая позволяет раздельно и независимо определять функцию 13-клеток и чувствительность к инсулину.
Какое сцепление является существенными Анализ генома пар сибсов из популяции индейцев пима выявил сцепление между областью хромосомы 4q и количественным показателем — обменом глюкозы при инфузии высоких доз инсулина. Сцепление было связано с полиморфизмом кодона 54 связывающего жирные кислоты белка-2 (FABP2). Мутантный, треонин-содержащий белок обладал в 2 раза большим сродством к длинноцепочечным жирным кислотам, чем аланин-содержащий белок. Предположили, что мутация может усиливать кишечную абсорбцию СЖК и, как следствие, окисление жиров, которое, в свою очередь, может вызывать ИР. Эти данные были частично подтверждены при обследовании американцев мексиканского происхождения. Те же авторы сообщили позднее о сцеплении между областью хромосомы lp и острым ответом инсулина в тесте с в/в вводимой глюкозой (175 пар сибсов из семей индейцев пима).
Недавно было выявлено сцепление между теломерной областью хромосомы 2 и ИНСД у сибсов мексиканоамериканского происхождения (NIDDM1). У этих больных было ожирение и ИР. Полагают, что в локусе NIDDMI расположен ген, усиливающий восприимчивость к развитию ожирения и ИР, но не к развитию диабета, как такового.
При сканировании генома популяции Ботнического залива (Западная Финляндия) обнаружили сцепление между инсулин-дефицитным подтипом ИНСД и длинным плечом хромосомы 12 (NIDDM2). Эта область совпадает с областью MODY3. У больных, однако, был скорее ИНСД, чем МОDY3, т.к. возраст начала заболевания составлял 58, а не 26 лет.
Гетерогенность сахарного диабета. Представляется очевидным, что существующая классификация диабета устарела. В Скандинавии около 15% всех форм диабета составляет классический ИЗСД, другие 10% приходятся на диабет LАDА. Около 5% больных страдают доминантной, характеризуемой ранним началом формой диабета МОDУ. Неизвестно, насколько распространено нарушение функции B-клеток у больных ИНСД, т. к. у этих больных имеется некоторые из генов восприимчивости к ИЗСД, характерные для их родственников с ИЗСД. Прояснение генетической основы сахарного диабета может изменить современное определение хронической гипергликемии и поставить вопрос о приемлемости пороговых уровней концентрации глюкозы в крови.
Литература:
1) Non-insulin-dependent Diabetes Mellitus — А Collision between Thrifty Genes and an Affluent Society Groop L. С., Тиои~ Т. Ann. Med. 1997.— Vol. 29.— N 1.— Р. 37 — 53
