Причины сахарного диабета
Развитие инсулинозависимого сахарного диабета обусловлено недостаточным синтезом инсулина в β-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Среди причин этого в настоящее время на первый план выдвигаются аутоиммунные поражения и инфицирование β-тропными вирусами (вирусы Коксаки, Эпштейна-Бар, эпидемического паротита).
Имеется опасность развития инсулинозависимого сахарного диабета при использовании коровьего молока или молочных смесей для вскармливания младенцев из-за возможного развития иммунного ответа на молочный альбумин и переключения иммунной атаки на β-клетки поджелудочной железы.
Происходит это в результате того, что некоторые пептидные участки альбумина коровьего молока и человеческого инсулина схожи между собой. Поэтому при переходе их через кишечный барьер у носителей антигенов главного комплекса гистосовместимо-сти D3/D4 может возникнуть перекрестная иммунная реактивность и, как следствие, аутоиммунный ответ против собственных β-клеток, что приводит к инсулинзависимому сахарному диабету.
Для инсулиннезависимого сахарного диабета ведущей причиной является инсулинорезистентность из-за снижения чувствительности клеток-мишеней к гормону
Причины инсулинорезистентности
А. Рецепторные механизмы
Функциональные нарушения рецепторов - замедляют связывание инсулина и ответ на него:
-увеличение диаметра и площади поверхности жировых клеток (ожирение) - снижение скорости образования рецепторных микроагрегатов,
-повышенная вязкость мембран (снижение доли ненасыщенных жирных кислот в фосфолипидах, увеличение содержания холестерина),
-блокирование инсулиновых рецепторов антителами,
-нарушение мембран в результате активации процесов ПОЛ.
Структурные нарушения рецепторов - не позволяют связываться с гормоном или отвечать на его сигнал. Происходит изменение конформации рецепторов инсулина под влиянием продуктов окислительного стресса,
Б. Пострецепторные механизмы
Пострецепторные механизмы сопровождаются ослаблением проведения сигнала через ФИ-3-киназный путь:
1. Дефекты трансмембранных переносчиков глюкозы (ГлюТ4),
2. Нарушение активации белков сигнального пути.
В настоящее время главной причиной инсулинорезистентности считают ослабление проведения сигнала через IRS-ФИ-3-киназный путь.
В иммунологическом аспекте привлекает внимание прежде всего ИЗСД.
Иммунологический аспект инсулинозависимого сахарного диабета
Сахарный диабет возникает в результате аутоиммунной деструкции бета-клеток, приводящей к абсолютному дефициту инсулина. Такие больные составляют 5-10% всех больных сахарным диабетом. В качестве первого доказательства аутоиммунного генеза заболевания можно указать на факты из «доинсулиновой эры». Так, у молодых людей, умерших от диабета, довольно часто (до 2/3 случаев) выявляли инфильтрацию лимфоцитами островков Лангерганса (так называемый инсулит). Относительно новые исследования показали, что речь идет преимущественно об активированных СD8+-клетках. Следующим доказательством служит относительно частая комбинация диабета с другими заболеваниями, аутоиммунный генез которых подтвержден или предполагается (пернициозная анемия, миастения Грэвис, витилиго, тиреоидит Хашимото, диффузный токсический зоб, идиопатическая форма болезни Аддисона, полиэндокринопатии).
Кроме того, у больных ИЗСД, начиная со стадии латентно протекающего инсулита, а также в течение первых месяцев от манифестации заболевания, в крови обнаруживается вначале высокий, а затем постепенно снижающийся титр антител к различным компонентам островковых клеток. Антитела островков выявляются не только у больных ИЗСД, но и у родственников больных, причем наиболее часто у родственников, имеющих идентичные системы НLА. Доказано, что большинство этих антител обладают комплементзависимой цитотоксичностью, в связи с чем, вероятно, может вносить определенный вклад в деструкцию бета-клеток поджелудочной железы.
В настоящее время известны антитела к островковым клеткам (ICA-islet-cell antibodies), аутоантитела к инсулину и проинсулину (IAA-insulin autoantibodies) и антитела к глутаматде-карбоксилазе (GAD-glutamicacid decarboxilase autoantibodies). Указанные антитела относятся к иммуноглобулинам класса IgD. При диабете 1-го типа антитела класса IgM и IgD не обнаруживаются даже в случаях остро развившегося заболевания. Особого внимания заслуживают антитела к глутаматдекарбоксилазе, так как именно они, в отличие от IСА и IAA, ассоциировались непосредственно с риском развития ИЗСД и сравнительно редко определялись у лиц с другими аутоиммунными заболеваниями. Глутаматдекарбоксилаза - это фермент, катализирующий превращение глутамата в гамма-аминокапроновую кислоту (ГАМК). Данный факт подтверждается тем, что антитела к указанному антигену перекрестно реагировали с ГАМК-ергическими структурами ЦНС больных с редким неврологическим заболеванием. Таким образом, выделяют две изоформы у человека. Панкреатические островки экспрессируют GAD-65 с молекулярной массой 65 000 Мr. Синтез этого фермента кодируется геном, расположенным на 10-й хромосоме (островковая форма GAD). Мозговая форма GAD-67 экспрессируется ГАМК-ергическими клетками ЦНС, имеет молекулярную массу 67 000 Mr и кодируется геном, расположенным на 2-й хромосоме. Характерно, что 65% последовательных аминокислотных остатков молекул обеих изоформ GAD-65 и GAD-67 абсолютно идентичны. Следовательно, антитела, направленные против одной из изоформ, перекрестнореагируют с другой изоформой, что неоднократно подтверждалось в исследованиях in vivo и in vitro. Диагностическая ценность антител к GAD-65 как маркеров повышенного риска развития ИЗСД особенно возрастает, если учесть факт экспрессии данного антигена, прежде всего бета-клетками поджелудочной железы человека.
Таким образом, выявление антител к антигенам островковых клеток поджелудочной железы не только подтверждает иммунный генез заболевания, но и является диагностически важным иммунологическим маркером ИЗСД.
Нарушения клеточно-опосредованного иммунитета также позволяют отнести ИЗСД к аутоиммунным заболеваниям. Наблюдающиеся изменения соотношения между СD4+ и CD8+ Т-лимфоцитами в сторону первых свидетельствуют об активности иммунного ответа и, возможно, о подавлении супрессивных механизмов. Значительно меняется функциональное состояние фагоцитарной функции нейтрофилов и макрофагов в сторону ее снижения. Этим объясняется атипичность течения всех инфекций у больных сахарным диабетом, особенно пневмоний, тяжесть которых часто обусловлена появлением антител к легочной ткани (т.е. аутоиммунным компонентом инфекции).
Однако одним из наиболее ярких подтверждений участия иммунной системы в развитии ИЗСД является высокая ассоциация этого заболевания с определенными генами системы MHC(MajorHistocompatibility Complex- главного комплекса тканевой совместимости), представленного у человека системой НLА (Нuman Leucocyte Antigen).
Гены МНС играют чрезвычайно важную роль в иммунном ответе. Прежде всего они кодируют специфические клеточные белки, представляющие любые антигены клеткам иммунной системы. Именно образующийся комплекс, состоящий из МНС-белка и антигена, представленный на клеточной мембране, и является основным триггерным фактором, который приводит к запуску каскада последовательных реакций, обеспечивающих адекватный иммунный ответ в подавляющем большинстве иммунологических реакций.
Главный комплекс гистосовместимости у человека располагается на коротком плече 6-й хромосомы. В зависимости от типа кодируемых белков и их роли в цикле иммунных реакций гены МНС разделены на два класса. Гены 1-го класса, включающего локусы А, В, С, кодируют белки, представленные на всех ядросодержащих клетках организма и являющиеся классическими трансплантационными антигенами. Гены 2-го класса и их локусы DR, DQ и DP ответственны за синтез белков, которые в нормальных условиях представлены лишь на иммунокомпетентных клетках. Большинство исследователей считают, что рядом с генами HLAрасположен ген (Ir), специфически контролирующий иммунный ответ организма. Кроме того, в этом участке хромосомы, расположенном между локусами В и D, находятся гены, ответственные за синтез 2-го и 4-го компонентов комплемента, а также пропердина.
Однако, несмотря на полиморфизм генов этой системы, удалось выявить определенную закономерность наследования некоторых генов HLA у больных ИЗСД. Данное обстоятельство позволило рассматривать определенные HLA-антигены как специфические иммуногенетические маркеры ИЗСД. Первые исследования позволили ассоциировать ИЗСД с гаплотипами HLA B8 и В15. Возможность развития ИЗСД в 2,5-3 раза выше у лиц с В8 (одновременное наличие В15 и В8 увеличивает риск заболевания в 8-9 раз) по сравнению с лицами, не имеющими указанных антигенов. Однако последующее изучение особенностей наследования генов HLA показало значительную ассоциацию этого типа сахарного диабета с генами, имеющими отношение к D- и DR-локусам. Так, у больных с ИЗСД с большей частотой по сравнению с контрольной группой здоровых выявлялись HLA-антигены Dw3, Dw4, DRw3, DRw4. Присутствие гаплотипов Dw3 и DRw3 увеличивало относительный риск заболеваемости сахарным диабетом в3,7 раза, Dw4/DRw4 - в4,9 раза, a Dw3/ DRw3 - в 9,4 раза.
В последние годы предрасположенность к развитию ИЗСД в большей степени связывают с локусом DQ, аллели которого наследуются сцепленно с аллелями DR, часто встречающимися при сахарном диабете 1 -го типа. Так, наиболее частыми считаются ассоциации HLA DR3, DQw2 и HLA DR4, DQw8. Результаты исследования позволили выявить генетическую гетерогенность сахарного диабета и маркер ИЗСД. Однако вопрос о генетическом маркере нельзя считать полностью решенным, поскольку он должен выявляться у 90-100% пациентов, предрасположенных к диабету, и отсутствовать у здоровых. Трудности интерпретации «диабетогенных» HLA-фенотипов заключаются в том, что наряду с HLA-антигенами локусов В и D, часто встречающимися при диабете 1 -го типа, обнаружены HLA-антигены, обладающие протекторным действием, препятствующим возникновению диабета. Протекторными HLA-антигенами являются А3, В7, Dw2, DRw2.
Все вышеуказанное создает большие трудности в прогнозировании относительного риска развития сахарного диабета при различных вариантах HLA-фенотипа, включая его как «диабетогенные», так и протекторные варианты локусов HLA-антигенов.
В настоящее время накоплено множество фактических данных, позволяющих в общих чертах предположить механизм разрушения бета-клеток. Однако окончательного ответа на вопрос, почему и как начинается аутоиммунная атака на инсулинпродуцирующие клетки, нет. Существующие гипотетические модели иммунопатогенеза ИЗСД, несмотря на некоторые различия, на самом деле не противоречат друг другу, а скорее, по-разному расставляют акценты значимости описываемых процессов. Позицией, с которой согласны все без исключения исследователи, является генетическая предрасположенность к развитию именно сахарного диабета 1-го типа, подтверждающаяся определенным генотипом HLA.
Следующим этапом иммунопатогенеза, который также не вызывает споров, служит момент презентации макрофагами антигенов CD4+ Т-лимфоцитам - с последующим запуском каскада типичных иммунных реакций.
Существуют различные взгляды на природу антигена, являющегося триггерным фактором аутоиммунитета. Большинство авторов отдают предпочтение экзогенным факторам внешней среды (вирусы, белок говяжьего альбумина, химические агенты), попадающим в кровь и становящимся мишенью для клеток иммунной системы.
Особого внимания заслуживает именно вирусная инфекция. Роль вирусной инфекции в патогенезе диабета, вероятно, сводится с одной стороны, к прямому токсическому эффекту на мембрану бета-клеток, приводя к ее деструкции или изменению антигенных свойств мембраны, таким образом включая механизмы, осуществляющие аутоиммунные реакции и вызывая повреждение бета-клеток и инсулиновую недостаточность. С другой стороны, ряд вирусов обладает эффектом антигенной мимикрии. Так, например, было обнаружено, что антигенные детерминанты GAD-65, GAD-67 и фрагмента P2C чрезвычайно распространенного вируса Коксаки В4 имеют высокую степень сходства. Следовательно, антитела, направленные против этого вируса, перекрестно реагируют с указанными детерминантами на бета-клетках.
Другие исследователи высказываются в пользу антигена, исходящего первоначально из самой бета-клетки. Таким антигеном могут быть так называемые медленные вирусы, многие годы живущие в бета-клетках поджелудочной железы, или ее обычные цитоплазматические белки, эксперссирующиеся на мембране в комплексе с МНС-белками класса 2. Экспрессия HLA-антигенов класса 2 неиммунными клетками превращает последние в антигенпрезентирующие и подвергает серьезной угрозе их существование. Причина аберрантной экспрессии МНС-белков класса 2 соматическими клетками до конца не ясна. Однако показано, что при длительной экспозиции in vitro бета-клеток с гамма-интерфероном такая экспрессия возможна. Применение йода в местах его эндемии сопровождается аналогичной экспрессией МНС-белков класса 2 на тиреоцитах, что приводит к увеличению числа больных аутоиммунным тиреоидитом в этих областях. Данный факт доказывает также роль факторов внешней среды в возникновении аберрантной экспрессии МНС-белков класса 2 на бета-клетках.
Рассмотрим вариант проникновения чужеродного антигена извне. Как указывалось выше, этот антиген захватывается макрофагами, подвергается обработке и презентируется на поверхности макрофага в комплексе с МНС-белками класса 2. Не исключено, что при наличии у больных ИЗСД определенных HLA-белков прочность связывания последних с чужеродным антигеном выше, а следовательно, увеличены время экспозиции антигена и вероятность его распознавания Т-хелпером.
Презентированный чужеродный антиген распознается Т-хелперами, имеющими специфический рецептор для одномоментного распознавания данного антигена и собственного комплекса HLA. Контакт рецептора Т-хелпера с макрофагом приводит к их обоюдной стимуляции, результатом которой является продукция ими различных цитокинов. Так, активированный макрофаг продуцирует ИЛ-1 и TNF, а Т-хелперы - гамма-интерферон, ИЛ-2 и другие лимфокины, запускающие синтез высокоспецифических антител В-лимфоцитами к островковым бета-клеткам поджелудочной железы.
Как и любые соматические, бета-клетки обычно экспрессируют на своей мембране МНС-антигена класса 1. Вероятность того, что схожий с чужеродным собственный антиген будет презентирован на ее поверхности с комплексом МНС класса 1, очень высока. В таком случае он будет распознаваться цитотоксическими Т-лимфоцитами, уже сенсибилизированными к нему предыдущим контактом данного клона иммунных клеток со схожим чужеродным экзогенным антигеном. Следствием указанного контакта цитотоксического Т-лимфоцита с бета-клеткой будут его адгезия на мембране этой клетки и постепенный лизис последней. После гибели бета-клетки сам цитотоксический лимфоцит остается невредимым и повторяет 4-5 раз описанный процесс.
Выше указывалось, что экспозиция in vitro бета-клеток с гамма-интерфероном приводит к аберрантной экспрессии МНС-белков класса 2 на ее мембране, превращая данную соматическую клетку в антигенпрезентирующую. В условиях инсулита, когда панкреатические островки «нафаршированы» различными иммунокомпетентными клетками, находящимися в активированном состоянии, содержание гамма-интерферона в них очень высокое. Этого может быть вполне достаточно для экспрессии бета-клетками МНС-белков класса 2 и презентации все большего количества различных антигенов клетками иммунной системы. Кроме того, образующиеся мембранные дефекты на фоне лизинга бета-клеток служат «воротами», через которые в экстрацеллюлярное пространство устремляется большее количество различных клеточных белков, неизвестных иммунной системе. В частности, помимо обычных для бета-клеток белков, под воздействием ИЛ-1 усиливается синтез тех протеинов, которые в обычных условиях не продуцируются этими клетками. ИЛ-1, действуя на клеточное ядро, вызывает мощную дерепрессию многих генов. Только у грызунов под действием ИЛ-1 в бета-клетках дерепрессируется по меньшей мере более 46 генов, что сопровождается соответствующим синтезом и презентацией многих белков, неизвестных иммунной системе. К ним относятся различные белки теплового шока, протоонкогены и др. Это, в свою очередь, приводит к новому витку иммунной атаки и последующей гибели новых бета-клеток.
В последние годы большое внимание в плане развития ИЗСД отводится ИЛ-1. Прежде всего, показано, что данный цитокин влияет на секрецию инсулина бета-клетками. Так, длительное воздействие ИЛ-1 на бета-клетки приводит к ингибированию секреции гормона посредством блокирования путей окисления глюкозы и, следовательно, к нарушению толерантности к глюкозе. Кроме того, ИЛ-1 оказывает мощное цитотоксическое действие на бета-клетки путем образования свободных радикалов. Учитывая доказанную in vitro повышенную чувствительность этих клеток (по сравнению с остальными клетками панкреатических островков) к действию свободных радикалов, самого этого фактора уже может быть достаточно для гибели бета-клеток. Кроме того, и это очень важно, под воздействием свободных радикалов многие нативные белки бета-клеток денатурируются, что однозначно придает им новые антигенные свойства и усиливает иммунную атаку. Исследования «in vitro» показали, что чувствительность бета-клеток к цитотоксическому действию ИЛ-1 прямо зависит от энергетических процессов в этих клетках, синтеза ДНК и метаболической активности клеток. Одним словом, «отдыхающая» бета-клетка к действию данного цитокина более устойчива, чем активная. Вероятно, этим можно объяснить положительный эффект от инсулинотерапии у пациентов на стадии латентно протекающего инсулита и интенсивной инсулинотерапии у больных с впервые выявленным ИЗСД.
В процессе деструкции бета-клеток не последнюю роль играют также NK-клетки, которые привлекаются в зону инсулита и оказывают выраженное цитотоксическое действие. Скопление в панкреатических островках плазматических клеток способствует продукции большого количества разнообразных аутоантител, многие из которых обладают комплементзависимой цитотоксичностью и, кроме маркерной роли, вероятно, вносят свой вклад в деструкцию бета-клеток. Следует также отметить одну особенность бета-клеток, которая, без сомнения, имеет не последнее значение в описываемых процессах. Будучи очень высокоспециализированной, бета-клетка обладает крайне низкой регенераторной способностью. Не так давно был обнаружен ген регенерации бета-клеток (reg gene). Этот ген кодирует белок, молекула которого состоит из 165 аминокислотных остатков. В оптимальных условиях существования бета-клеток данный белок способствует их регенерации в течение 15-30 суток. Очевидно, что в условиях инсулита, когда большая часть бета-клеток разрушена, а оставшаяся функционирует в напряженном режиме, сроки регенерации неопределенно возрастают.
Таким образом, в зависимости от инициирующего фактора и начальных механизмов развития диабета выделают следующие иммунологические варианты ИЗСД (по L.Goger): тип IA и тип IB.
Тип IA связывают с дефектом противовирусного иммунитета, поэтому называют вирусиндуцированным. Этот тип диабета не сочетается с аутоиммунными поражениями других эндокринных органов. Одинаково часто встречается как у мужчин, так и у женщин. Для вирусиндуцированного диабета характерно лишь кратковременное образование антител к антигенам островков поджелудочной железы, которые, как правило, исчезают в течение года. Характерной особенностью этих больных является повышенная наклонность к образованию антител к экзогенному инсулину.
Тип IB рассматривается как проявление аутосомного заболевания, что подтверждается частым сочетанием диабета с другими аутоиммунными эндокринными и неэндокринными заболеваниями. Циркулирующие антитела обнаруживаются до выявления клинического диабета и присутствуют в крови больных в течение почти всего периода болезни. Развивается в любом возрасте и чаще у лиц женского пола.