Сахарный диабет биохимия

Ш Инсулинзависимый сахарный диабет

Ш Клеточный иммунитет

Ш Иммунный ответ на эндогенные и эндоцитированные белки

Ш Модель аутоиммунной смерти -клеток

Ш недостаток инсулина

Ш Коматозные состояния (острые осложнения) при диабете

Ш Гликирование белков — одна из основных обстоятельств поздних осложнений сахарного диабета

Ш Диабетические ангиопатии

Ш Диабетические макроангиопатии.

Инсулинзависимый сахарный диабет

1. При ИЗСД происходит разрушение -клеток в следствии аутоиммунной реакции

Гипергликемия и другие первичные симптомы ИЗСД обусловлены недостатком инсулина, который со своей стороны вызван уменьшением количества -клеток (и островков Лангерганса) в поджелудочной железе. Множество экспериментальных и клинических изучений показывает на то, что разрушение островков происходит в следствии клеточной аутоиммунной реакции.

При манифестации (т.е. первом клиническом проявлении) ИЗСД практически в любое время обнаруживается воспалительная реакция в поджелудочной железе — инсулит. Панкреатический инфильтрат при ИЗСД содержит Т-лимфоциты, В-лимфоциты, натуральные киллеры и макрофаги. Наряду с этим инфильтрат образуется лишь в тех островках, в которых имеется -клетки. В островках, продуцирующих глюкагон, соматостатин, но не содержащих -клеток, нет и инфильтрата. Такая локальность, точечность реакции показывает на то, что обстоятельством ее являются компоненты и свойства, присущие лишь -клеткам. Как показывают многие наблюдения, специфичность повреждения -клеток возможно следствием клеточной аутоиммунной реакции.

Клеточный иммунитет. Основными молекулами, снабжающими клеточный иммунитет, являются Т-рецепторы и белки главного комплекса гистосовместимости (белки ГКГ). Эти два семейства молекул принадлежат к суперсемейству иммуноглобулинов, в которое входит кроме этого семейство иммуноглобулинов (антител), давших наименование всему суперсемейству. В отличие от антител, каковые находятся в жидкостях организма в растворенном состоянии, Т-рецепторы и белки ГКГ — это интегральные белки клеточных мембран.

Т-рецепторы имеются на поверхности Т-лимфоцитов, а белки ГКГ — на поверхности фактически всех клеток. Т-рецепторы являются гетеродимеры , которые содержат межцепочечную дисульфидную связь. Любая цепь содержит глобулярные вариабильный и константный домены, экспонированные на наружной поверхности мембраны, и трансмембранный домен и маленький цитоплазматический домен:

Строение Т-рецепторов (а) и белков ГКГ классов I (б) и II (в). Стрелки показывают на пептиды — лиганды белков ГКГ; М — 2-микроглобулин

Т-рецептор образовывает часть многомолекулярного белкового комплекса, включающего в общем итоге 7- 9 пронизывающих мембрану пептидных цепей. Данный комплекс формируется в цитозоле и после этого включается в мембрану. Существует множество клонов Т-лимфоцитов, различающихся по структуре вариабильного домена, т.е. множество Т-рецепторов с различной специфичностью к лигандам. Разнообразие Т-рецепторов появляется равно как и разнообразие антител, т.е. в следствии соматической рекомбинации генов. Лигандами для Т-рецепторов помогают маленькие пептиды (10 — 20 аминокислотных остатков), каковые образуются из чужеродных белков в следствии протеолитической фрагментации. Наряду с этим для узнавания рецепторами нужно, дабы такие пептиды были соединены с белками ГКГ.

Известны два класса белков ГКГ, пара различающихся по структуре и функциям. Белки класса I содержат две нековалентно связанные пептидные цепи — легкую и тяжелую. Тяжелая цепь своей большой N-концевой частью экспонирована на наружной поверхности клеточной мембраны, потом следуют маленькие трансмембранный и цитоплазматический домены. Легкая цепь представлена 2-микроглобулином (2m). Внеклеточная часть тяжелой цепи содержит три глобулярных домена: 1 и 2 — вариабильные домены, 3 — константный домен, сходный по структуре с пептидом 2m.

Белки ГКГ класса II — это гомодимеры; на поверхности клетки экспонированы вариабельный и константный глобулярные домены обеих цепей.

Белки ГКГ класса I имеются фактически во всех клетках организма человека, а класса II — лишь в макрофагах, В-лимфоцитах и некоторых специализированных эпителиальных клетках. В геноме человека имеется только пара генов (генных локусов) белков ГКГ (гены HLA). Но в популяциях человека известно много аллельных вариантов этих белков — варианты белков класса I и варианты белков класса II; отдельные индивиды смогут наследовать только один (гомозиготы) либо два (гетерозиготы) из этих вариантов, причем возможность наследования различными индивидами однообразных вариантов ничтожна. Т.о. между людьми существуют личные различия по белкам ГКГ. Как раз с этим связана трансплантационная несовместимость индивидов.

Белки ГКГ являются рецепторами маленьких пептидов (длиной в 10 — 20 аминокислотных остатков). Центр связывания этих пептидов образуют вариабельные домены белков ГКГ. Пептиды-лиганды смогут появиться в следствии протеолитической фрагментации как собственных белков организма, так и чужеродных белков; в последнем случае пептиды-лиганды являются антигенами, приводят к иммунной реакции с участием Т-лимфоцитов. К пептидам, появившимся из собственных обычных (не мутантных) белков на ранних стадиях эмбрионального развития вырабатывается иммунологическая толерантность.

Комплекс белка ГКГ с пептидом является лигандом Т-рецептора определенного клона Т-лимфоцитов. Т-лимфоцит своим Т-рецептором присоединяется к клетке, представившей на своей поверхности комплекс ГКГ/пептид, и в случае если пептид в этом комплексе происходит не из собственного, а из чужеродного белка, Т-лимфоцит активируется, и включается механизм уничтожения клетки, несущей чужеродный пептид. Выделим, что Т-рецептор связан не раздельно с белком ГКГ, и не раздельно с петидом-антигеном, в частности с комплексом этих молекул, каковые совместно и в равной мере участвуют в образовании центра связывания для Т-рецепторов. Т.о. специфичность иммунного ответа имеется итог вариабельности белков ГКГ, каковые определяют и выбор пептида-антигена, и выбор Т-лимфоцита соответствующего клона.

Т-лимфоциты в организме человека представлены тремя типами: цитотоксические Т-лимфоциты (Т-киллеры), имеющие механизм уничтожения клеток, и два типа лимфоцитов, делающих регуляторные функции — Т-хелперы и Т-супрессоры. Т-хелперы, присоединившие антиген, стимулируют остальные компоненты иммунной системы: специфичные к данному антигену другие Т-лимфоциты, и и В-лимфоциты. Т-супрессоры, напротив, подавляют активность этих клеток. Т-хелперы, возможно, играются ключевую роль в инициации иммунного ответа. В частности, пролиферация и окончательная дифференцировка В-лимфоцитов, определивших чужеродный антиген, требует активации Т-лимфоцитами.

Таблица 2. Иммунный ответ на эндогенные и эндоцитированные белки

Чужеродные белки смогут появиться в клетке двумя дорогами: 1) появиться в самой клетке (вирусные белки, мутантные белки); 2) проникнуть методом эндоцитоза в клетки макрофагов и некоторых других фагоцитирующих клеток (каждые белки, появляющиеся в жидкостях организма). Ответ клеточного иммунитета в этих обстоятельствах будет пара разным (табл. 2).

На рисунке приведена схема инициации клеточного иммунного ответа на эндоцитированный чужеродный белок:

Инициация клеточного иммунного ответа

Антиген (Аг), в большинстве случаев растворимый белок. довольно часто гликопротеин, эндоцитируется антигенпредставляющими клетками (АПК; к примеру, тканевыми макрофагами либо В-лимфоцитами). В эндоцитозе участвует рецептор антигена на поверхности АПК. Комплекс Аг-рецептор интернализуется, в эндосоме происходит частичный протеолиз с образованием пептидов длиной в 10 — 20 аминокислотных остатков, пептиды соединяются с белками класса II главного комплекса гистосовместимости. После этого эндосома сливается с плазматической мембраной, и комплекс антигенный пептид/класс II-ГКГ экспонируется на поверхности клетки. Экспонированный комплекс возможно выявлен Т-хелперами специфического клона, несущими подходящий Т-рецептор.

В то время, когда Аг узнается Т-хелпером, он (Т-хелпер) активируется в первую очередь в отношении транскрипции ряда цитокиновых генов. Продукция цитокинов (см. ниже) приводит к хемотаксису лейкоцитов к месту, где происходят эти события, активацию эндотелиальных клеток, пролиферацию и дифференцировку рекрутированных лейкоцитов, апоптоз и много других биологических активностей.

2. Интерлейкин-1 возможно токсичным для -клеток

В развитии клеточной аутоиммунной реакции участвуют цитокины. Это сигнальные молекулы паракринного и аутокринного действия, но кое-какие из них время от времени бывают и в крови в физиологически активной концентрации. Известны десятки различных цитокинов. К ним относятся интерлейкины (лимфокины и монокины), интерфероны, пептидные факторы роста, колониестимулирующие факторы. Цитокины являются гликопротеины, которые содержат 100 — 200 аминокислотных остатков. Большая часть цитокинов образуется и действует во многих типах клеток и реагирует на различные стимулы, включая механическое повреждение, вирусную заразу, метаболические нарушения и др. Исключение составляют интерлейкины (ИЛ-1 и ИЛ-1) — их синтез регулируется специфическими сигналами и в маленьком количестве типов клеток.

Цитокины находятся в тканях в пикомолярных и наномолярных концентрациях, и с высоким сродством взаимодействуют со специфическими рецепторами на наружной поверхности плазматической мембраны клеток. Цитокины участвуют в регуляции пролиферации, дифференцировки, хемотаксиса, секреции, апоптоза. ИЛ-1, фактор некроза опухолей (ФНО) и интерферон (ИФg) являются главными медиаторами развития острой фазы воспаления, инфекции и травмы. Они имеют перекрывающуюся, но все же различную биологическую активность. Клетки различных типов, либо различной степени дифференцированности, либо находящиеся в различном функциональном состоянии смогут по-различному реагировать на один и тот же цитокин.

Цитокины действуют на клетки через специфические мембранные рецепторы и протеинкиназные каскады, в следствии активируется фактор транскрипции — белок, который транслоцируется в ядро клетки, находит специфическую последовательность ДНК в промоторе гена, являющегося мишенью данного цитокина, и активирует данный ген.

Сахарный диабет биохимия

В опытах с изолированными островками Лангерганса животных продемонстрировано, что ИЛ-1 полностью подавляет стимулированную глюкозой секрецию инсулина и нарушает обычную структуру островков. В островках понижается выживаемость клеток, отмечается фрагментация ДНК, значительно уменьшается содержание ДНК, т.е. индуцируется апоптоз. Наряду с этим повреждаются в основном -клетки; возможно, это связано с тем, что в островках как раз -клетки имеют громаднейшую плотность рецепторов ИЛ-1. Глюкоза защищает клетки от токсического действия ИЛ-1 (увеличивает выживаемость клеток). Наряду с этим индуцируется синтез белков, в частности bcl-2, ингибирующего апоптоз.

Цитокины ИФg и ФНОa усиливают токсическое воздействие ИЛ-1: в их присутствии ИЛ-1 токсичен для островков в намного меньших концентрациях. Другие цитокины не проявляют токсического действия в отношении островков.

Сахарный диабет биохимия

ИЛ-1 индуцирует, например, синтез фермента NO-синтазы.Оксид азота NO — короткоживущий вольный радикал с высокой реакционной свойством. Он участвует в регуляции ряда физиологических функций, к примеру, регулирует тонус сосудов (сосудорасширяющее воздействие), владеет противоопухолевым действием, токсичен для микроорганизмов. NO образуется при действии NO-синтазы (NOS), превращающей аргинин и кислород в цитруллин и NO. Имеется два основных типа NO-синтазы: конститутивная форма (найдена по большей части в нейронах и эндотелиальных клетках) и индуцибельная форма (iNOS) (во многих клетках, а также в b-клетках островков). Синтез iNOS индуцируется цитокинами и бактериальными липополисахаридами; фермент продуцирует намного больше NO, чем конститутивные формы. Повидимому, iNOS и NO являются одним из иеханизмов защиты от микроорганизмов. NO проявляет летальное воздействие по отношению к несложным, грибкам, бактериям и вирусам.

В островках Лангерганса iNOS образуется, по-видимому, лишь в b-клетках. В островках человека синтез мРНК и белка iNOS индуцируется при одновременном наличии двух либо трех цитокинов: ИЛ-1 + ИФg либо ИЛ-1 + ИФg + ФНО. В целом повреждение и смерть -клеток при аутоиммунной реакции возможно представить следующим образом:

Модель аутоиммунной смерти -клеток

В ранней фазе иммунного ответа происходит сотрудничество одной АПК с одной Аг-выясняющей клеткой. Наряду с этим увеличивается локальная концентрация цитокинов с паракринным действием на ближайшее окружение. Позднее начинается воспалительная реакция с участием активных иммунокомпетентных клеток, происходит секреция цитокинов, активация протеаз, образование кислородных радикалов, других иммунных медиаторов. Т.о. смерть клеток происходит, по-видимому, как по механизму некроза (воспаление), так и по механизму апоптоза.

Интерферон g (ИФg) снабжает положительную обратную связь с макрофагами в отношении продукции ИЛ-1 и ФНО, благодаря чего начавшийся с одной клетки иммунный ответ не затухает, а амплифицируется.

Остается неясным вопрос о природе антигена, запускающего реакцию клеточного иммунитета, избирательно направленную на -клетки. Увлекательные результаты взяты в изучениях на мышах линии NOD (non obesity diabetes) с высокой генетической предрасположенностью к ИЗСД. Из тканей этих мышей выделены клоны лимфоцитов, введение которых здоровым мышам приводит к диабету. Помимо этого, такие лимфоциты оказались талантливыми связывать инсулин, причем узнаваемой частью почти всегда был фрагмент -цепи, включающий 9 — 23 аминокислотные остатки (пептид В). В этих лимфоцитах пептид В соединен с белками ГКГ класса II. Авторы допускают, что инсулин возможно первичным аутоантигеном при ИЗСД у мышей NOD, а вероятно и у человека.

Аутоиммунный процесс в островках поджелудочной железы начинается в течение нескольких лет и ведет к смерти основной массы (около 80%) -клеток до клинического дебюта болезни. В следствии недостатка инсулина нарушается складирование источников энергии и проявляется клиническая картина ИЗСД.

3. При недостатке инсулина нарушается синтез гликогена и жиров

При сахарном диабете инсулин-глюкагоновый индекс снижен. Это связано не только с уменьшением секреции инсулина, но и с повышением секреции глюкагона (инсулин ингибирует секрецию глюкагона). В следствии ослаблена стимуляция процессов складирования и усилена стимуляция мобилизации запасов, усилена так, что печень, мускулы, жировая ткань кроме того по окончании приема пищи функционируют в режиме постабсорбтивного состояния. В данной драматической коллизии продукты переваривания, и их метаболиты, вместо того, дабы складироваться в форме гликогена и жиров, циркулируют в крови. Возможно, в какой-то мере происходят и затратные циклические процессы типа в один момент протекающих гликолиза и глюконеогенеза, либо синтеза и распада жиров и т.п..

Для всех форм сахарного диабета характерна сниженная толерантность к глюкозе, т.е. гиперглюкоземия по окончании приема пищи либо кроме того и натощак. При концентрации глюкозы в крови больше 180 мг/дл наступает глюкозурия. Повышена концентрация в крови липопротеинов (главным образом ЛОНП), свободных жирных кислот, кетоновых тел. Со своей стороны гиперглюкоземия есть главной причиной как острых, так и поздних осложнений диабета.

4. Коматозные состояния (острые осложнения) при диабете развиваются в следствии нарушения обмена глюкозы и жиров

Коматозные состояния при сахарном диабете смогут быть различного патогенеза. Различают три основные формы:

1. кетоацидотическая кома, с полной инсулиновой недостаточностью

2. гиперосмолярная кома, с умеренной недостаточностью инсулина

3. лактатацидотическая кома, с выраженной гипоксией, сепсисом, сердечно-сосудистым шоком.

Помимо этого, при инсулинотерапии сахарного диабета возможно гипогликемическая кома, связанная с передозировкой инсулина. Первые три состояния смогут развиваться не только при сахарном диабете, но и при действии многих других факторов (токсических, инфекционных и др.).

Три основные формы коматозного состояния фактически ни при каких обстоятельствах не видятся в чистом виде, но в большинстве случаев преобладают проявления какой-нибудь одной из форм (довольно часто — гиперосмолярной), что и дает основания для выделения основных форм.

Первичной обстоятельством кетоацидоза есть инсулиновая недостаточность: в период комы С-пептид и иммунореактивный инсулин (ИРИ) в крови не определяются. Гипергликемия отмечается неизменно, 20 — 30 ммоль/л, а время от времени и более. Ацидоз при диабетической коме есть следствием накопления органических кислот — кетоновых тел, и лактата и пирувата. Концентрация кетоновых тел достигает 2 ммоль/дл (в 200 раза больше нормы); она увеличивается не только благодаря синтеза в печени, но и вследствие того что понижается экскреция кетоновых тел в связи с олигурией и анурией, которая часто бывает при коме. Понижение рН крови отмечается неизменно, до 7 и ниже (норма 7,4).

Сахарный диабет биохимия

Начинается дегидратация, недостаток воды возможно до 10% от общей массы тела. Количество циркулирующей жидкости значительно уменьшается на 25 — 30%, в следствии понижается кровяное давление.

Кислородное и энергетическое голодание миокарда, уменьшение объема крови ведут к сердечно-сосудистой недостаточности. Смогут быть увеличение свертываемости крови, инфаркт миокарда, инфаркты паренхиматозных органов, инсульт, периферические тромбозы.

Диабетическая кома начинается медлительно, в течение нескольких суток, но время от времени может развиться за пара часов. Появляются тошнота, рвота, черты лица заостряются, глаза западают, увеличивается безучастность к окружающему, заторможенность, переходящая в глубокую кому (всецело отключённое сознание, отсутствие рефлексов, атония мышц и др.). В помещении, где находится пациент, ощущается явственный запах ацетона. Артериальное давление снижено, практически в любое время наблюдается олигурия либо анурия.

Диабетическая кома требует немедленного лечения, которое включает следующие мероприятия:

1. ликвидация инсулиновой недостаточности методом введения инсулина в дозах, снабжающих постепенное понижение концентрации глюкозы в крови до отметки, близкого к обычному

2. регидратацию организма методом введения жидкости

3. восстановление обычного солевого состава и рН жидкостей организма методом введения соответствующих солевых растворов

4. восстановление запасов гликогена в организме.

Проявления комы в большинстве случаев ликвидируются в течение 2 — 3 дней при непрерывно длящемся лечении, причем лечение в первые пара часов имеет решающее значение для спасения жизни больного.

До развития способов лечения диабета инсулином больные умирали практически сразу после начала болезни от диабетической комы. Но и сейчас кома отмечается часто. В частности, первое проявление болезни в 15 — 30% случаев сопровождается кетоацидозом и комой. Смертность от диабетической комы остается высокой — от 1 до 30%. Но главной причиной смерти больных диабетом в настоящее время являются поздние осложнения.

5. Гликирование белков — одна из основных обстоятельств поздних осложнений сахарного диабета

Поздние осложнения сахарного диабета связаны в первую очередь с повреждением кровеносных сосудов (диабетические ангиопатии). Основной механизм повреждения тканей — гликирование (гликозилирование) белков, неферментативная реакция глюкозы со свободными аминогруппами белковой молекулы (Лиз, Арг, N-концевая аминокислота):

Наряду с этим образуется нестабильная альдиминовая группировка, которая может преобразовываться в ряд других, более стабильных соединений (ранние продукты гликозилирования). Ясно, что наряду с этим функции белка смогут быть нарушены в следствии трансформации заряда белковой молекулы, ее конформации либо блокирования активного центра. Глюкозилирование — медленная реакция, в тканях здоровых людей обнаруживаются только маленькие количества гликозилированных белков. При гипергликемии реакция значительно ускоряется. К примеру, у больных диабетом в состоянии гипергликемии содержание одного из гликозилированных гемоглобинов — HBA1c — в течение 2 -3 недель возрастает в несколько раз. Степень гликозилирования различных белков неодинакова; по большей части она зависит от скорости обновления данного белка. В медлительно обменивающихся белках накапливается больше модифицированных аминогрупп. Помимо этого, в таких белках происходят предстоящие трансформации углеводных остатков — перестройки структуры, окислительные превращения, из-за которых образуются разнообразные поздние продукты гликозилирования (ППГ), довольно часто коричневого цвета, флуоресцирующие, и кое-какие из них владеют высокой реакционной активностью и свойством дополнительно повреждать белки, в т. ч. образовывать поперечные сшивки между молекулами белков. К медлительно обменивающимся белкам относятся многие белки соединительно-тканных образований, межклеточного матрикса, базальных мембран. К тому же белки этих структур конкретно контактируют с межклеточной жидкостью, в которой концентрация глюкозы такая же, как в крови (в клетках она в большинстве случаев значительно ниже в следствии применения глюкозы в метаболических процессах). В этих структурах ППГ накапливается с возрастом, и накопление очень сильно ускоряется при сахарном диабете.

ППГ-белки смогут гидролизоваться макрофагами (с участием ППГ-рецепторов) либо межклеточными протеолитическими системами с образованием ППГ-пептидов, довольно часто длиной около 30 аминокислотных остатков. ППГ-белки, и особенно образующиеся в следствии их гидролиза ППГ-пептиды, попадают и в кровоток. Концентрация ППГ-пептидов в крови резко увеличивается при почечной недостаточности различного происхождения, а также при диабетической нефропатии. Это связано с тем, что элиминация ППГ-пептидов поисходит с участием почек: ППГ-пептиды фильтруются в клубочках, реабсорбируются клетками проксимальных канальцев и катаболизируются в лизосомах этих клеток.

В опытах на крысах продемонстрировано, что введение ППГ-белков в кровь ведет к ковалентному связыванию этих белков с белками межклеточного матрикса во многих тканях и к появлению структурных и функциональных нарушений, сходных с теми, каковые бывают при сахарном диабете.

ППГ проявляют многообразную биологическую активность: повышают проницаемость эндотелиальных клеток, соединяются с рецепторами макрофагов, эндотелиальных и мезангиальных клеток, активируют макрофаги к секреции цитокинов (рецепторным методом), подавляют образование NO и соответственно ингибируют расширение сосудов, усиливают окисление ЛНП. В крови больных диабетом обнаруживаются антитела к ППГ-пептидам.

6. Диабетические ангиопатии

Первичные проявления ангиопатий связаны с повреждением базальных мембран сосудов. Базальные мембраны (БМ) являются пленки, на которых растут все клетки организма, не считая клеток соединительной ткани и крови: по одну сторону находится клетка либо слой клеток, а другой стороной БМ контактирует с фиброретикулярным межклеточным матриксом:

Базальные мембраны различных органов (А) и капилляров почечного клубочка (Б): а — люмен капилляры; б — полость Боуменовой капсулы; 1 — эндотелий; 2,3,4 — БМ клубочка (2 — lamina rara interna, 3 — lamina densa, 4 — lamina rara externa); 5 — подоцит, отростками контактирующий с БМ.

Эндотелий кровеносных сосудов, а также капилляров, также находится на базальных мембранах. В отличие от всех других органов, в капиллярах почечного клубочка БМ трехслойна, а клетки находятся по обе ее стороны.

В построении БМ участвуют коллагены, протеогликаны, неколлагеновые гликопротеины. Все компоненты БМ синтезируются прилегающими к ним клетками. Особые функции делают интегрины — белки плазматической мембраны клеток, соединяющие клетку с БМ.

Коллаген IV типа — основной структурный белок базальных мембран. В геноме человека имеется шесть локусов, кодирующих шесть различающихся пептидных цепей, из которых строятся трехцепочечные молекулы коллагена IV. Значительно чаще коллаген IV содержит цепи 1(IV) и 2(IV) в составе гетеротримеров [1(IV)]22(IV). Коллаген IV относится к сетеобразующим коллагенам. Взаимодействуя С-концевыми глобулярными доменами, молекулы образуют димеры, а при сотрудничестве N-концевыми глобулярными доменами — тетрамеры.

Наровне с этими сотрудничествам конец в конец вероятны и латеральные сотрудничества трехцепочечных спиральных доменов, а также с образованием суперспиралей. В конечном итоге образуется сетевидная трехмерная структура с гексагональными ячейками размером 170 нм. Коллаген IV имеет кроме этого центры связывания с некоторыми белками клеточной мембраны, а также с интегринами.

Большую часть массы БМ составляют протеогликаны. Эти молекулы содержат белковое ядро и ковалентно связанные с ним гликозамингликаны. В БМ в солиднейших количествах находятся гепарансульфат-протеогликаны (ГСПГ), и в намного меньших — хондроитинсульфат-протеогликаны.

Гепарансульфат представляет собой неразветвленную цепь, выстроенную из глюкуроновой кислоты и глюкозамина, с последовательностью (ГлкА-ГлкN)n. Остаток глюкозамина возможно сульфирован по 2-й, 3-й и 6-й позициям. Молекулярная масса цепей в большинстве случаев от 50 до 100 кДа. С одним белковым ядром ГСПГ в большинстве случаев связано пара цепей гепарансульфата. ГСПГ в БМ соединяется с коллагеном IV и ламинином определенными центрами белкового ядра и цепей гепарансульфата. Помимо этого, ГСПГ различными методами возможно связан с поверхностью клеток, с участием как гликозамингликановой части, так и белкового ядра.

Ламинин — специфичный для БМ неколлагеновый гликопротеин. Молекула ламинина — тример , имеет крестообразную форму, с тремя маленькими ветвями и одной долгой:

Молекулы базальных мембран. А. Многомолекулярные структуры, образуемые коллагеном IV: 1 — тетрамер; 2 — димер; 3 — мономер. Б. Фибронектин. В. Основные гепарансульфат-протеогликаны БМК: 1 — перлекан; 2 — ГСПГ 200 кДа; 3 — ГСПГ 350 кДа (горизонтальные линии — пептидные цепи, вертикальные линии — гепарансульфатные цепи). Г. Ламинин.

Известны три различные цепи , три цепи и две цепи . Варианты цепей смогут комбинироваться по-различному при образовании тримерной молекулы. Пока найдено семь различных ламининов. Любая из ветвей содержит глобулярные домены, каковые имеют ряд центров свяэывания различных лигандов. Маленькие ветви участвуют в образовании БМ методом взаимодейсв с другими молекулами ламинина, с коллагеном IV (при участии еще одного белка — нидогена), и с интегрином 11 клеточной мембраны. Глобулярный домен долгой ветви участвует в межклеточной адгезии, взаимодействуя с различными интегринами и другими белками плазматической мембраны клеток. Долгая ветвь взаимодействует кроме этого с гепарансульфатными протеогликанами.

Интегрины являются трансмембранные гликопротеины, -димеры. Любая цепь пересекает мембрану один раз. Обе цепи имеют громадные внеклеточные домены (аминоконцевые), образующие центр связывания, комплементарный соответствующему лиганду — компоненту матрикса. Внутриклеточный домен взаимодействуют с актиновым цитоскелетом при посредстве ряда промежуточных белков. С местом сотрудничества интегринов с цитоскелетом соседствуют сигнальные белки, каковые активируются, в то время, когда к внеклеточному домену интегрина присоединяется лиганд. Таким лигандом смогут быть ламинины, коллаген IV, протеогликаны.

Сила, с которой интегрин связывается с лигандом, может быстро и с высокой точностью регулироваться — свойство, которое именуют модуляция сродства. В покоящемся (неактивном) состоянии интегрины имеют низкое сродство к своим лигандам, и это характерно для обычных физиологических условий. Определенные стимулы превращают их в активные рецепторы с высоким сродством к лигандам. Это разрешает клеткам быстро приспосабливать их адгезивные свойства к изменившимся условиям без трансформации количества молекул адгезии. А потому, что сигнал, полученный интегрином, передается в клетку, то смогут изменяться не только адгезивные свойства, но и внутриклеточные процессы.

Благодаря этим свойствам интегрины выясняются участниками многих фундаментальных физиологических и патофизиологических процессов, включая эмбриогенез, морфогенез, заживление ран, воспаление, миграцию опухолевых клеток, миграцию лейкоцитов.

Так, молекулы БМ содержат специфические центры связывания с другими молекулами БМ и с клеточными мембранами. Это снабжает высоко упорядоченное позиционирование молекул в БМ. Интегрины помогают не только для механической связи клетки с БМ, вместе с тем и для передачи регуляторных сигналов, причем в двух направлениях — из БМ в клетку и из клетки в БМ.

Фиброретикулярный межклеточный матрикс (стромальный матрикс), с которым контактируют БМ (за исключением БМ почечных клубочков), в общем сходен с БМ, но отличается от них по комплекту молекул и имеет менее упорядченную структуру. В частности, в отличие от БМ, в стромальном матриксе преобладают фибриллообразующие коллагены — по большей части коллаген I, и коллагены II, III, V и XI. Ламинины, характерные для БМ, отсутствуют в стромальном матриксе; вместо них тут находятся фибронектины.

В геноме человека один ген пептидной цепи фибронектина, но в следствии альтернативного сплайсинга, и постранляционной модификации (гликозилирование, фосфорилирование, сульфирование) образуется пара форм белка. Фибронектин представляет собой димер двух однообразных либо мало различающихся субъединиц, соединенных антипараллельно двумя дисульфидными связями в области С-концов. Пептидная цепь образует пара глобулярных доменов. Молекула фибронектина содержит специфические центры связывания с другими молекулами фибронектина, с коллагеном, гепарансульфатами, интегринами. Фибронектины синтезируются и секретируются многими клетками, включая фибробласты, гладкомышечные, эндотелиальные и эпителиальные клетки.

Нарушение высокоупорядоченной многомолекулярной структуры БМ (к примеру, благодаря гликирования белков) ведет к трансформации связей между молекулами БМ и внеклеточным доменом интегринов. Сигнал о повреждении посредством интегринов передается в клетки, каковые реагируют трансформацией ряда функциональных свойств, а также начинают синтезировать трансформирующий фактор роста — цитокин, стимулирующий синтез и подавляющий деградацию компонетов межклеточного матрикса.

Трансформирующий фактор роста (ТФР) — белок с молекулярной массой 12,5 кДа, гомодимер с дисульфидными связями между пептидными цепями. Он синтезируется большинством, если не всеми, клетками организма. Рецепторы ТФР — это трансмембранные Сер/Тре киназы. ТФР по аутокринному и паракринному механизмам активирует синтез компонентов матрикса — коллагенов, фибронектина, ламинина, протеогликанов, и пролиферацию и дифференцировку клеток многих типов. Иначе, он снижает синтез протеаз и увеличивает содержание ингибиторов протеаз, в следствии подавляется деградация компонентов межклеточного матрикса. Помимо этого, ТФР стимулирует экспрессию интегринов, и тем самым содействует образованию макроструктур БМ. Таким методом обеспечивается рост БМ и фиброретикулярного межклеточного матрикса, нужный при пролиферации клеток в норме, и при репарации повреждений тканей.

Примером репарации повреждений может служить заживление кожной раны. В месте повреждения происходит агрегация тромбоцитов, из гранул которых освобождается ТФР-, и тромбоцитарный фактор роста. Оба эти цитокина по паракринному механизму индуцируют секрецию ТФР- клетками в области повреждения, и таким методом инициируется процесс репарации повреждения. ТФР- является аттрактантом для фибробластов и индуцирует синтез коллагенов и других компонентов матрикса в привлеченных фибробластах и в клетках, контактирующих с БМ. Вместе с ТФР- в репарации повреждения участвуют и другие цитокины. Тромбоцитарный фактор роста, и фактор некроза опухолей и интерлейкин-1 индуцируют пролиферацию и миграцию клеток по мере образования матрикса. Фактор роста фибробластов индуцирует образование новых сосудов.

Как уже отмечено, тромбоцитарный фактор роста стимулирует экспрессию ТФР-. Иначе, ТФР- блокирует воздействие тромбоцитарного фактора, подавляя экспрессию его рецепторов. Быть может, такое сотрудничество имеет значение для замедления и выключения процесса на завершающих стадиях репарации.

При сахарном диабете в условиях непрерывного действия патогенного фактора (высокая концентрация глюкозы и гликирование белков) происходит дефектное ремоделирование БМ, главным образом, возможно, благодаря постоянной секреции ТФР-: нарушается баланс между распадом компонентов и синтезом базальной мембраны в сторону усиления синтеза, нарушаются обычные пропорции в содержании компонентов БМ и его структурная организация. Утолщение базальных мембран капилляров — один из самых ранних и постоянных показателей сахарного диабета. В области фиброретикулярного межклеточного матрикса диабетические повреждения также приводят к накоплению компонентов матрикса в следствии активации фибробластов, синтезирующих коллагены и другие компоненты матрикса. Наряду с этим клетки пораженного органа замещаются рубцовой соединительной тканью (другие термины для описания для того чтобы процесса — фиброз, склероз).

Различные органы имеют специфические особенности молекулярного состава и структуры межклеточного матрикса, и, ясно, различный клеточный состав и функции. Исходя из этого диабетические повреждения матрикса, однообразные в своей молекулярной базе в начальных стадиях, развиваются характерными для каждого органа дорогами.

Диабетические макроангиопатии . Поражения больших и средних сосудов сердца, мозга, нижних конечностей в большинстве случаев имеют форму атеросклероза, но развиваются в значительно более раннем возрасте, чем у лиц, не страдающих диабетом. Смертность от сердечно-сосудистых болезней при диабете приблизительно в три раза больше, чем при других формах сердечно-сосудистых болезней.

Большая часть патологических трансформаций артерий происходит в интиме. Повреждение в следствии гликирования может начинаться с БМ интимы: цитокиновые сигналы приводят к трансформации реактивности клеток (эндотелиальных, гладкомышечных, макрофагов), начинается поглощение липопротеинов и образование бляшки. Этому содействует хронически повышенное содержание ЛОНП (атерогенные ЛП) в крови больных диабетом.

Вероятен и другой механизм повреждения артериальной стены при сахарном диабете — гликирование белков, в частности коллагена и эластина, в среднем (media) и наружном (adventitia) слоях. Механические свойства упорядоченных сетевых структур, выстроенных из коллагена и эластина, имеют решающее значение для функционирования артерий и точно подогнаны к гемодинамическим условиям в кровотоке каждого участка артериального русла.

Коллаген и эластин — весьма медлительно обменивающиеся белки, и исходя из этого громадна возможность накопления в них повреждений, связанных с гликозилированием. По окончании инкубации в течение нескольких суток отрезков артерий в растворе глюкозы в них обнаруживаются ППГ-белки, а также коллаген и эластин, понижается прочность и растяжимость артериальной стены. Сравнительно не так давно найден ППГ, обозначенный как NFC-1 (его строение пока неизвестно). NFC-1 с высокой активностью образует поперечные сшивки между молекулами коллагена. В аорте больных сахарным диабетом количество поперечных сшивок, образованных NFC-1, возрастает с возрастом, и достигает величин до одной сшивки на одну молекулу коллагена. Это, само собой разумеется, может значительно изменить физические свойства сосуда. Но не исключаются и нарушения, связанные с трансформацией скорости синтеза и деградации компонентов матрикса. К примеру, относительное количество гепарансульфата в средней оболочке коронарных артерий у больных сахарным диабетом снижено практически в два раза если сравнивать с нормой.

Микроангиопатии. Нефропатия — одна из основных форм диабетических микроангиопатий.

Нефропатия не редкость приблизительно у трети больных ИЗСД. Основной чёртом диабетической нефропатии на завершающих стадиях есть гломерулосклероз и нефросклероз, приводящие к хронической почечной недостаточности и к смерти больных от уремии. Клинические показатели нефропатии появляются через 10 — 15 лет по окончании манифестации диабета, и еще в течение нескольких лет заболевание начинается до финальных состояний с возникновением признаков уремии. Диабетическая нефропатия — одна из основных обстоятельств инвалидизации и смертности больных сахарным диабетом.

Базу капиллярной стены в клубочках образовывает базальная мембрана клубочков (БМК). На внутренней поверхности БМК находятся эндотелиальные клетки, на внешней — подоциты. Фильтрация плазмы происходит через фенестры (окна) — промежутки между эндотелиальными клетками на внутренней поверхности капилляра, и между отростками подоцитов — на наружной поверхности. Между капиллярами находится мезангий, имеющий древовидную форму и поддерживающий капилляры. Мезангий содержит мезангиальные клетки и мезангиальный матрикс. Мезангиальные и эпителиальные клетки синтезируют и секретируют компоненты мезангиального матрикса и БМК.

Основная функция почечного клубочка — обеспечить достаточную скорость фильтрации плазмы и одновременно с этим жестко сократить прохождение альбумина и других белков плазмы. Да и то, и другое определяется свойствами БМК. Плотность укладки молекул коллагена IV типа и протеогликанов определяет избирательность фильтрации по размеру фильтрующихся молекул. Гепарансульфатные цепи ГСПГ содержат большое количество сульфатных групп, ионизированных при физиологических значениях рН. Отрицательный заряд этих молекул при фильтрации плазмы крови снабжает избирательную проницаемость БМК для белков в зависимости от их заряда. Альбумин человека, имеющий молекулярную массу 66 кДа (эллипсоид размером 38х150 ангстрем) и отрицательный заряд (-18 при рН 7,4), в норме только в маленьких количествах пересекает БМК и попадает в первичную мочу. Профильтровавшийся альбумин после этого эндоцитируется тубулярными клетками. Т о альбуминурия есть следствием главным образом нарушения проницаемости БМК, но определенный вклад может вносить и нарушение функции тубулярных клеток.

Базальные мембраны почечных клубочков — весьма интенсивно функционирующая структура: у человека за день фильтруется через них 180 л плазмы крови, т. е. вся жидкость организма четырежды за день проходит через БМК, и БМК выступает главным функциональным элементом клубочка. Канальцы нефрона также интенсивно функционирующие структуры, лишь поток воды и растворенных в ней веществ идет в обратном направлении — из первичной мочи в кровь, причем ряд веществ реабсорбируется против градиента концентрации. Но масса канальцевой территории намного больше массы клубочков. Т о БМК в большей мере подвержена риску повреждения, чем другие органы, потому, что вместе с плазмой через нее идет массивный поток токсичных веществ, включая ППГ. Возможно, гомеостаз БМК в норме поддерживается соответствующей скоростью репарации повреждений. К сожалению, нет достаточных сведений о скорости обновления белков БМК.

Уверены в том, что при диабете повышенная в течение многих лет концентрация ППГ ведет к утолщению стены кровеносных сосудов, экспансии мезангиального матрикса, утолщению базальных мембран. По итогам изучений гломерулярных клеток в культуре и клубочков от крыс со стрептозотоциновым диабетом возможно заключить, что при диабете индуцируется экпрессия мРНК коллагенов I. III, IV и VI типов, фибронектина, ламинина, и понижается синтез мРНК гепарансульфатных протеогликанов. Уменьшение содержания гепарансульфатов относительно других компонентов ведет к нарушению структурной организации БМК и повышению ее проницаемости для белков.

При инкубации мезангиальных клеток крысы с экзогенными ППГ активируется экспрессия мРНК коллагена IV, ламининов, гепарансульфата. В случае если здоровым мышам ввести ППГ-альбумин (мышиный), то возрастает содержание компонетов межклеточного матрикса и активируется экспрессия мРНК ТФР-. Мышам линии с диабетом и с повышенным содержанием гликированного альбумина в крови вводили мышиные моноклональные антитела, специфичные к мышиному гликированному альбумину. Через 4 недели замечали заметное понижение протеинурии, экспансии мезангиального матрикса и экспрессии мРНК коллагена IV и фибронектина. Т о циркулирующий ППГ-альбумин хронически повреждает клубочки, каковые отвечают гиперпродукцией матрикса, опосредованной ТФР-.

Накопление белков межклеточного матрикса и изменение их состава в гломерулярной, тубулярной и итерстициальной областях почки, утолщение базальной мембраны клубочков, гипертрофия и, в меньшей мере, ускоренная пролиферация мезангиальных клеток — основные патоморфологические трансформации при диабетической нефропатии. При усиленном образовании межклеточного матрикса происходит прогрессивное утолщение стены сосудов, понижение скорости клубочковой фильтрации, нарушение проницаемости базальной мембраны (и как следствие — альбуминурия). В конечном итоге происходит полное закрытие сосудов и образование рубца на месте клубочка (гломерулосклероз). Сходные трансформации происходят и в тубулярной области (тубулоинтерстициальный фиброз). Эти процессы характеризуют финальные стадии развития нефропатии.

Указанные трансформации рассматриваются как следствие нарушения репаративных процессов, направленных на устранение повреждений БМК и мезанг матрикса, вызванных гипергликемией и др факторами, действующими при сахарном диабете. Наиболее значимым звеном нарушения есть гиперпродукция ТФР-.

У крыс со стрептозотоциновым диабетом на 24 — 40 неделях ТФР- обнаруживается в мезангии и стенках клубочковых капилляров (иммуногистохимическим способом), причем его нарастание коррелирует с альбуминурией и с накоплением коллагена I типа. Инкубация мезангиальных клеток либо клубочков in vitro в среде с высокой концентрацией глюкозы резко увеличивает в них синтез ТФР-. Обстоятельствами накопления ТФР-b смогут быть увеличенная секреция резидентными клетками либо дегрануляция тромбоцитов. В ряде работ отмечено повышение содержания мРНК и белка ТФР- в клубочках при экспериментальном диабете, и при диабете у человека. Экспрессия мРНК ТФР- в клубочках диабетических крыс через 12 — 15 недель увеличивается в несколько раз если сравнивать с контрольными крысами. В этих условиях лечение крыс инсулином снижает экспрессию мРНК ТФР-.

При остром гломерулонефрите повышение экспрессии ТФР- и продукции матрикса бывают преходящими. Прогрессирующее накопление матрикса и развитие фиброза требует повышенной секреции ТФР- в течение долгого времени, что имеет место при диабетической нефропатии у человека и отмечается в экспериментальных моделях диабетической нефропатии.

ДН начинается лишь у трети больных сахарным диабетом. Это показывает на то, что не считая гиперглюкоземии имеют значение и другие факторы, связанные с личными генетическими изюминками.

Ретинопатия обнаруживается у 30-90% больных диабетом и довольно часто ассоциирована с нефропатией. В возрастной группе 20 — 70 лет сахарный диабет занимает ведущую плозицию среди обстоятельств слепоты. Наряду с этим на долю диабетической ретинопатии приходится 70% случаев, потом следуют катаракта и другие диабетические повреждения глаза. Диабетическая ретинопатия проявляется расширением вен сетчатки, аневризмами, отеком, после этого происходит новообразование сосудов в сетчатке, стекловидном теле, нарушения молекулярной структуры хрусталика. Обстоятельством слепоты являются кровоизлияния из снова образованных сосудов в сетчатку либо в стекловидное тело и отслойка сетчатки.

1. Алексеев Л.П. Дедов И.И. Зилов А.В. Болдырева М.Н. Демидова И.Ю. Трофимов Д.Ю. Хаитов Р.М. 1998. Межпопуляционный подход в установлении ассоциированной с HLA генетической предрасположенности к инсулинзависимому сахарному диабету. Сахарный диабет 1:19-21.

2. Дедов И.И. 1998. Сахарный диабет в РФ: неприятности и пути решения. Сахарный диабет 1:7-18

3. Вахрушева Л.Л. Смирнов В.В. Галыбин А.А. и др. Иммунологические аспекты сахарного диабета у детей и в опыте. //вопросы детской эндокринологии: Сб.науч.трудов. — Томск. 1990. — с. 17-18.

4. Гриневич Ю.А. Чеботарев В.Ф. Иммунобиология гормонов тимуса. — Киев. 1989. — с.103-125.

5. Гуткина О.Н. Иммуномодулирующие и метаболические эффекты тактивина при сахарном диабета: Автореф. дисс. канд. мед. наук. — Нижний Новгород. 1993. — 22 с.

6. Дорошенко Е.О. Сывороточная тимическая активность и её коррекция в комплексном лечении сахарного диабета у детей: Автореф. дисс. канд. мед. наук. — Москва. 1995. — 25 с.

7. Асташкина С.А. Калитис И.А. Гус М.И. Адоян Б.Н. Изучение остаточной секреции b-клеток у детей больных инсулинозависимым сахарным диабетом.//II Всесоюзная конференция педиатров-эндокринологов: Тез. докл. — М. 1988. — с. 15.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *