Раздел I

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Изучение функций поджелудочной железы (ПЖ) и её значение в регуляции метаболизма и поддержания гомеостаза в организме человека и всех млекопитающих привели к развитию представлений о возникновении патологических состояний, связанных с нарушением секреции единственного гипогликемического гормона – инсулина [10, 28, 45]. Недостаточность инсулина в организме, обусловленная деструкцией β-клеток, нарушением инсулин - рецепторного взаимодействия или инсулинорезистентностью, сопровождается развитием тяжелого метаболического заболевания - СД [27, 47]. Проблема, поиска эффективного способа лечения СД, остаётся актуальной поскольку инсулинотерапия требует постоянного введения гормона в организм, не обеспечивает полной нормализации углеводного обмена и не предупреждает развитие диабетических осложнений при лабильном течении СД с резкими колебаниями гликемии и склонностью к развитию гипогликемических состояний [10, 55]. Данное обстоятельство с неизбежностью ставит вопрос о поиске альтернативных способов инсулинотерапии при лечении СД, особенно при лабильной форме течения заболевания.

1.1. Современные представления о физиологии поджелудочной железы и её роли в жизнедеятельности организма.

Одной из важных желез, выполняющих эндокринную функцию и способных поддерживать гомеостаз и регулировать обмен веществ, является ПЖ [10, 28, 30], которая представляет собой железу смешанной секреции.

В ПЖ различают два типа ткани, выполняющие совершенно разные функции. Основная масса панкреатической ткани представлена панкреатическими ацинусами и выполняет экзокринную функцию, которая заключается в секреции панкреатического сока, содержащего набор ферментов [10, 21, 36]. Эндокринная часть ПЖ представлена островками Лангерганса, которые являются функциональной эндокринной единицей ПЖ и представляют собой клеточные конгломераты, состоящие из 80 - 200 эндокриноцитов: α-клетки (10-30%), β-клетки (60-80%), D-клетки, включают d и d₁ - клетки (5-10%), PP-клетки (2-5%). ОПЖ составляют 2-10% от общей массы железы и располагаются диффузно между ацинусами по всей железе, но наиболее сосредоточены в её хвостовой части [10, 205, 221, 234].

В центральной зоне островка преимущественно располагаются β-клетки, а α-, d-, d₁-, РР - клетки - по его периферии, также эти эндокриноциты могут встречаться как одиночные клетки между ацинусами и эпителиоцитами протоков [21, 28, 36]. В панкреатической ткани находится небольшое количество клеток с эндокринной функцией, которые продуцируют вазоактивный интестинальный полипептид, тиролиберин, соматолиберин и липокаин [111].

1.1.1. Эмбриональное становление поджелудочной железы.

Имеются сообщения о том, что развитие ПЖ происходит на ранних сроках эмбриогенеза из панкреатических прогениторных клеток вентрального и дорзального зачатков средней кишки эндодермы [112, 167, 205], эмбриональное развитие которых отличается в отношении регулирующих сигналов. Известно, что вентральный зачаток средней кишки эндодермы содержит небольшое количество эндокриноцитов и в период эмбриогенеза его развитие задерживается по сравнению с дорзальным зачатком [112]. Для формирования дорзального панкреатического зачатка необходимо присутствие транскрипционного фактора homeobox 9 [230] и белка ISL-1, экспрессируемого мезенхимой, которая окружает данный зачаток [113]. Транскрипционный фактор Pdx-1 (панкреатический дуоденальный homeobox 1), контролирующий развитиие ПЖ и транскрипцию гена инсулина, принимает участие в развитии эндокриноцитов из малодифференцированных клеток панкреатического канала, формировании примитивных островков в канале мезенхимы, в β-клеточном росте, регуляции созревания β-клеток панкреатических островков [112, 114]. Установлено, что Pdx-1 экспрессируется не только в период эмбриогенеза, но и во взрослом состоянии, участвуя в поддержании эндокринной функции зрелых островков, что сочетается с неогенезом островков и дифференцировкой инсулинпродуцирующих клеток из прогениторных клеток. Транскрипционный фактор Pdx-1 вместе с инсулиноподобным фактором роста (ИФР) принимает участие в конечной дифференцировки в инсулин-, глюкагон-, соматостатин,- или панкреатический полипептид - экспрессирующие клетки; в индуцировании экспрессии инсулина β-клетками; в формировании транспортера глюкозы – ГЛЮТ-2 и глюкокиназы [167, 188, 205, 250, 262].

В литературе имеются данные, согласно которым экспрессия транскрипционного фактора Pdx-1 индуцирует экспрессию NK транскрипционных факторов: Nkx2.2 - принимает участие в формировании

β-, α-, β-, РР - клеток [250, 295, 303] и Nkx6.1 - принимает участие в формировании только β-клеток [284]. По данным, полученным рядом авторов, транскрипционные факторы Nkx2.2, Nkx6.1 и нейрогенин-3 (Ngn3) экспрессируются на ранних этапах эмбриогенеза панкреатическими прогениторными клетками, а на поздних этапах дифференцировки островковыми клетками [284, 290, 291, 295]. Из литературных источников известно, что мутация транскрипционного фактора Nkx2.2 приводит к полной потере экспрессии инсулина [303], в то время как мутация Nkx6.1 сопровождается ухудшением или отсутствием дифференцировки эндокриноцитов в β-клетки [284]. Таким образом, Nkx2.2 и Nkx6.1 являются критическими транскрипционными факторами в раннем развитии эндокринной части ПЖ и в последующей дифференцировки в инсулинпродуцирующие β-клетки [284, 295].

В работах Krapp A. и соавторов [215] описывается ещё один панкреатический транскрипционный фактор роста (Ptf1a), который на поздних этапах эмбрионального развития способствует формированию ацинарных клеток из малодифференцированных клеток канала.

Процесс дифференцировки эндокриноцитов является сложным и зависит от динамического изменения экспрессии транскрипционных факторов (Pdx-1, Ngn3, Hnf6, Neurod1), а также наличия глюкозы [31, 114, 115, 167, 195, 291]. Дифференцировка эндокриноцитов в экзокринные клетки происходит латеральным ингибированием внутри эпителия панкреатического канала за счет Notch - сигнального пути [121, 197]. Снижение экспрессии транскрипционных факторов Ngn3, Hnf6, Neurod1 способно индуцировать экспрессию Notch - лиганда, который связываясь с Notch – рецептором, способствует активированию Notch - сигнального пути в близлежащих клетках, подавляя экспрессию Ngn3, Hnf6, Neurod1, Pax4 [111, 205, 206].

Следует отметить, что для дифференцировки β и PP - клеток необходима также экспрессия транскрипционного фактора Pax4 и фактор роста TGF-β1, а для α - клеток - наличие транскрипционных факторов Pax6 и Arx [149, 167]. Недавно были обнаружены транскрипционные факторы Mat A и Foxm 1. Транскрипционный фактор MatA является маркером зрелых β-клеток и принимает участие в регуляции их функции, а Foxm1 регулирует пролиферацию β-клеток [111].

Известно, что в развитии β-клеток и в дифференцировке прогениторных клеток канала в инсулинпродуцирующие клетки также принимают участие фактор роста фибробластов, ИФР, фолластатин, активин, экседин 4, никотинамид [135, 155, 188, 234, 247]. Согласно литературным данным добавление в культуру панкреатических прогениторных клеток вышеперечисленных факторов роста и наличие соответствующих транскрипционных факторов приводит к формированию инсулинпродуцирующих клеток [205].

Количество β-клеток в течение жизни может изменяться под действием экзогенных и эндогенных факторов. Так генетические нарушения, снижение экспрессии транскрипционных факторов Pdx-1, Hnf6, ngn3, Neurod1, Nkx2.2, Nkx6.1, снижение содержания ИФР и других факторов роста, связанные с возрастом, ожирением, беременностью или наследственностью, приводят к редукции β-клеточной массы путем апоптоза или атрофии [111, 205, 265].

По литературным данным эндокринные клетки ПЖ обладают пластичностью и способны адаптироваться к функциональным изменениям в физиологических условиях (беременность) и в патофизиологических условиях (ожирение) [131, 132]. Известно, что β-клеточная масса может увеличиваться компенсаторно как следствие увеличения потребности в инсулине. Ключевую регуляторную роль в панкреатической пластичности выполняет глюкоза, так инфузия глюкозой в течение 96 часов ОПЖ крыс приводит к гипертрофии и гиперплазии β-клеточной массы [138].

Эндокринная функция ПЖ заключается в продукции целого ряда полипептидных гормонов клетками островков Лангерганса, выполняющие основную физиологическую функцию в регуляции обмена веществ [10, 28, 62, 309]. Известно, что β-клетки островков продуцируют полипептидный гормон - инсулин, участвующий в поддержании и регуляции углеводного, липидного и белкового обменов в организме человека и всех позвоночных животных [10, 30, 79, 93]. Для достижения цели нашей работы, наиболее важным является понимание регуляции синтеза и секреции инсулина.