Можно сказать, что на этом этапе сигнал из химического (АТФ) превращается в электрический (заряд мембраны). На деполяризацию мембраны реагируют другие типы ионных каналов — потенциал-зависимые кальциевые и натриевые каналы. Они открываются, и вот в бета-клетку извне хлынул поток положительно заряженных ионов кальция и натрия, oтрицательный заряд мембраны снова резко упал по модулю (от -50mV до -20mV). В этих значениях открываются другие потенциал-зависимые кальциевые каналы, концентрация кальция ещё больше растёт, отрицательный заряд мембраны ещё больше снижается (разность потенциалов падает практически до 0, а может даже улететь в положительный вольтаж).
Всё вместе это называется “потенциалом действия” — когда мембрана деполяризуется до определённого порога (в нашем случае до -50mV), и это запускает резкую, ещё более выраженную деполяризацию. Это явление, кстати, лежит в основе электрической возбудимости нейронов и мышц. Но, как мы видим, эндокринные клетки (причём, не только бета-клетки) тоже способны к возбуждению. Возбуждение бета-клеток согласовано в пространстве и времени. Бета-клетки секретируют инсулин одновременно, а не каждая с опозданием. Дело в том, что в каждом островке Лангерганса есть несколько клеток-пейсмейкеров, которые распространяют возбуждение мембран на соседние клетки в островке, а островки коммуницируют друг с другом с помощью сложной иннервации. В исследованиях на животных было показано, что если бета-клетки-пейсмейкеры удалить, оставляя обычные бета-клетки, секреция инсулина в ответ на глюкозу существенно ухудшается.
Вернёмся к кальцию, концентрация которого в цитоплазме резко повысилась. Мембраны везикул с инсулином содержат сенсоры кальция — белки из семейств синаптотагминов. При повышении концентрации кальция мембраны везикул начинают сливаться с мембраной клетки благодаря сложным многокомпонентным белковым комплексам под названием SNARE. SNARE, будто молния, пристёгивают, наконец, две мембраны друг к другу, и инсулин с песнями и плясками (олдфаги, читаете посты?) плывёт блокировать ваше любимое жиросжигание (не принимайте близко к сердцу, это провокация).
Надо сказать, что пул везикул с готовым инсулином в бета-клетке содержит два подпула: везикулы, готовые слиться с мембраной по команде “марш!”, и визикулы, удалённые от мембраны в недра клетки. Причём последний подпул включает 70-90% всех везикул. Так вот секреция инсулина из примембранных везикул имеет место в первые +-30 минут после приёма пищи, это так называемая первая фаза секреции, которая выглядит как пик.
Дальше начинается вторая фаза, которая даёт уровень инсулина в крови ниже, но длится дольше. Во вторую фазу инсулин выделяется из вот тех везикул, которые прячутся в глубине клетки. Они не просто прячутся, они запутаны в нитях актина (не думайте, что актин есть только в мышцах, он есть во всех клетках, как часть цитоскелета. В мышцах он имеет совершенно другую 3D укладку). Чтобы приблизиться к мембране, везикулам нужно пробраться через эти актиновые джунгли. Распутывание актина белками из семейства Rho (и не только) также начинается в ответ на поступление глюкозы, однако этот процесс изучен хуже и звенья событий от глюкозы до активации Rho пока не описаны.
О том, как работают другие инсулинотропные стимулы, поговорим в следующей части.
Salem V, Silva LD, Suba K, Georgiadou E et al. Leader β-cells coordinate Ca2+ dynamics across pancreatic islets in vivo. Nat Metab. 2019 Jun;1(6):615-629
Tokarz VL, MacDonald PE, Klip A. The cell biology of systemic insulin function. J Cell Biol. 2018 Jul 2;217(7):2273-2289
Tang SC, Baeyens L, Shen CN, Peng SJ et al. Human pancreatic neuro-insular network in health and fatty infiltration. Diabetologia. 2018 Jan;61(1):168-181
Xiong QY, Yu C, Zhang Y, Ling L, Wang L, Gao JL. Key proteins involved in insulin vesicle exocytosis and secretion. Biomed Rep. 2017 Feb;6(2):134-139
Kalwat MA, Thurmond DC. Signaling mechanisms of glucose-induced F-actin remodeling in pancreatic islet β cells. Exp Mol Med. 2013 Aug 23;45(8):e37и
Всё вместе это называется “потенциалом действия” — когда мембрана деполяризуется до определённого порога (в нашем случае до -50mV), и это запускает резкую, ещё более выраженную деполяризацию. Это явление, кстати, лежит в основе электрической возбудимости нейронов и мышц. Но, как мы видим, эндокринные клетки (причём, не только бета-клетки) тоже способны к возбуждению. Возбуждение бета-клеток согласовано в пространстве и времени. Бета-клетки секретируют инсулин одновременно, а не каждая с опозданием. Дело в том, что в каждом островке Лангерганса есть несколько клеток-пейсмейкеров, которые распространяют возбуждение мембран на соседние клетки в островке, а островки коммуницируют друг с другом с помощью сложной иннервации. В исследованиях на животных было показано, что если бета-клетки-пейсмейкеры удалить, оставляя обычные бета-клетки, секреция инсулина в ответ на глюкозу существенно ухудшается.
Вернёмся к кальцию, концентрация которого в цитоплазме резко повысилась. Мембраны везикул с инсулином содержат сенсоры кальция — белки из семейств синаптотагминов. При повышении концентрации кальция мембраны везикул начинают сливаться с мембраной клетки благодаря сложным многокомпонентным белковым комплексам под названием SNARE. SNARE, будто молния, пристёгивают, наконец, две мембраны друг к другу, и инсулин с песнями и плясками (олдфаги, читаете посты?) плывёт блокировать ваше любимое жиросжигание (не принимайте близко к сердцу, это провокация).
Надо сказать, что пул везикул с готовым инсулином в бета-клетке содержит два подпула: везикулы, готовые слиться с мембраной по команде “марш!”, и визикулы, удалённые от мембраны в недра клетки. Причём последний подпул включает 70-90% всех везикул. Так вот секреция инсулина из примембранных везикул имеет место в первые +-30 минут после приёма пищи, это так называемая первая фаза секреции, которая выглядит как пик.
Дальше начинается вторая фаза, которая даёт уровень инсулина в крови ниже, но длится дольше. Во вторую фазу инсулин выделяется из вот тех везикул, которые прячутся в глубине клетки. Они не просто прячутся, они запутаны в нитях актина (не думайте, что актин есть только в мышцах, он есть во всех клетках, как часть цитоскелета. В мышцах он имеет совершенно другую 3D укладку). Чтобы приблизиться к мембране, везикулам нужно пробраться через эти актиновые джунгли. Распутывание актина белками из семейства Rho (и не только) также начинается в ответ на поступление глюкозы, однако этот процесс изучен хуже и звенья событий от глюкозы до активации Rho пока не описаны.
О том, как работают другие инсулинотропные стимулы, поговорим в следующей части.
Salem V, Silva LD, Suba K, Georgiadou E et al. Leader β-cells coordinate Ca2+ dynamics across pancreatic islets in vivo. Nat Metab. 2019 Jun;1(6):615-629
Tokarz VL, MacDonald PE, Klip A. The cell biology of systemic insulin function. J Cell Biol. 2018 Jul 2;217(7):2273-2289
Tang SC, Baeyens L, Shen CN, Peng SJ et al. Human pancreatic neuro-insular network in health and fatty infiltration. Diabetologia. 2018 Jan;61(1):168-181
Xiong QY, Yu C, Zhang Y, Ling L, Wang L, Gao JL. Key proteins involved in insulin vesicle exocytosis and secretion. Biomed Rep. 2017 Feb;6(2):134-139
Kalwat MA, Thurmond DC. Signaling mechanisms of glucose-induced F-actin remodeling in pancreatic islet β cells. Exp Mol Med. 2013 Aug 23;45(8):e37и
Как секретируется инсулин? Аминокислоты, жиры, сахзам, мысли о торте
В прошлом посте мы разобрали механизм, запускающий секрецию инсулина в ответ на повышение глюкозы крови. И выглядел он вкратце так:
1. Глюкоза попадает в бета-клетки
2. Глюкоза метаболизируется, растёт концентрация АТФ
3. Увеличение соотношения АТФ/АДФ провоцирует закрытие АТФ-чувствительных калиевых каналов
4. Ионы калия накапливаются с внутренней стороны мембраны, вызывая её деполяризацию
5. Деполяризация запускает открытие потенциал-зависимых кальциевых каналов, отправляя в клетку поток ионов кальция
6. Повышение концентрации кальция приводит к слиянию везикул с инсулином с мембраной клетки (экзоцитоз), и инсулин оказывается в кровотоке.
С теми, кто предыдущий пост читал, мы сейчас разберёмся с другими триггерами секреции инсулина. Я не стану разжёвывать, а буду просто в скобках напоминать номера звеньев глюкозо-зависимого каскада, на которые воздействуют другие стимулы.
Белок, вернее, аминокислоты. Самая-пресамая инсулинотропная из них — лейцин (подробно об инсулиновом индексе в этом посте). Во-первых, как сам лейцин, так и его метаболит α-кетоизокапроат провоцируют закрытие АТФ-чувствительных калиевых каналов, значит, могут запускать деполяризацию (пункт 4). Во-вторых, и лейцин, и α-кетоизокапроат — активаторы фермента глутамат дегидрогеназы. Это фермент, который удаляет аминогруппу с глутамата, превращая его в альфа-кетоглутарат. А кто такой альфа-кетоглутарат? Правильно, интермедиат цикла Кребса. А чем больше мы будем "питать" цикл Кребса, чем больше АТФ в итоге получим (пункт 3). Глутамат дегидрогегаза — это вообще важный фермент, участвующий в секреции инсулина. Его работа чётко регулируется, как это очень часто бывает, продуктом реакции. Косвенный продукт деятельности глутамат дегидрогеназы — АТФ. Работа фермента тормозится, когда содержание АТФ растёт.
Есть люди, у которых АТФ-чувствительная часть глутамат дегидрогеназы мутирована. Фермент нормально активируется в ответ на аминокислоты, а потом его не заглушить, тормозов-то нет. Вот и получается: поели белка, инсулин подскочил и не опускается. Привет, гипогликемия и повышение аммиака в крови.
Другие аминокислоты также вносят вклад в секрецию инсулина. Некторые из них транспортируются в бета-клетки вместе с катионами натрия. Учитывая, что оборот белка в бета-клетках очень высокий, они поглощают аминокислоты в большом объёме. Вместе с аминокислотами накапливается много катионов, что провоцирует деполяризацию мембраны (пункт 4). Ко всему прочему, аминокислоты окисляются в цикле Кребса, повышая содержание АТФ (пункт 3).
Цефалическая фаза секреции инсулина. За неё обожают цепляться инсулинофобы, которые напрямую связывают рост жировой массы с инсулином, а не профицитом энергии. Они пропагандируют исключение сахарозаменителей, потому как один только сладкий вкус может спровоцировать всплеск инсулина в крови. Так ли это? Реакция ЦНС на вкус пищи — не миф. Бета-клетки поджелудочной действительно иннервируются отростками интрапанкреатических ганглиев, которые в свою очередь принимают сигналы от ветвей блуждающего нерва. Нервные окончания выделяют ацетилхолин, который активирует мускариновые рецепторы на поверхности бета-клеток. Мускариновые рецепторы сопряжены с Gq-белками. Вообще G-белки — это отдельная, очень важная история в биологии клетки, о них вам настоятельно рекомендуется почитать на досуге.
В неприлично общих чертах — это связанные с мембранными рецепторами белки, обладающие разными функциями и передающие сигнал от рецептора внутрь клетки. Так вот в нашем случае активируется Gq-белок, который запускает работу фермента фосфолипазы С. Фосфолипаза С расщепляет мембранные фосфолипиды на диацилглицерол и инозитол. Последний способствуют повышению внутриклеточной концентрации кальция за счёт его выхода из ЭПР (вспоминаем пункт 6). Диацилглицерол косвенно повышает чувствительность процесса экзоцитоза к кальцию (опять же, пункт 6) через протеинкиназу С.
В прошлом посте мы разобрали механизм, запускающий секрецию инсулина в ответ на повышение глюкозы крови. И выглядел он вкратце так:
1. Глюкоза попадает в бета-клетки
2. Глюкоза метаболизируется, растёт концентрация АТФ
3. Увеличение соотношения АТФ/АДФ провоцирует закрытие АТФ-чувствительных калиевых каналов
4. Ионы калия накапливаются с внутренней стороны мембраны, вызывая её деполяризацию
5. Деполяризация запускает открытие потенциал-зависимых кальциевых каналов, отправляя в клетку поток ионов кальция
6. Повышение концентрации кальция приводит к слиянию везикул с инсулином с мембраной клетки (экзоцитоз), и инсулин оказывается в кровотоке.
С теми, кто предыдущий пост читал, мы сейчас разберёмся с другими триггерами секреции инсулина. Я не стану разжёвывать, а буду просто в скобках напоминать номера звеньев глюкозо-зависимого каскада, на которые воздействуют другие стимулы.
Белок, вернее, аминокислоты. Самая-пресамая инсулинотропная из них — лейцин (подробно об инсулиновом индексе в этом посте). Во-первых, как сам лейцин, так и его метаболит α-кетоизокапроат провоцируют закрытие АТФ-чувствительных калиевых каналов, значит, могут запускать деполяризацию (пункт 4). Во-вторых, и лейцин, и α-кетоизокапроат — активаторы фермента глутамат дегидрогеназы. Это фермент, который удаляет аминогруппу с глутамата, превращая его в альфа-кетоглутарат. А кто такой альфа-кетоглутарат? Правильно, интермедиат цикла Кребса. А чем больше мы будем "питать" цикл Кребса, чем больше АТФ в итоге получим (пункт 3). Глутамат дегидрогегаза — это вообще важный фермент, участвующий в секреции инсулина. Его работа чётко регулируется, как это очень часто бывает, продуктом реакции. Косвенный продукт деятельности глутамат дегидрогеназы — АТФ. Работа фермента тормозится, когда содержание АТФ растёт.
Есть люди, у которых АТФ-чувствительная часть глутамат дегидрогеназы мутирована. Фермент нормально активируется в ответ на аминокислоты, а потом его не заглушить, тормозов-то нет. Вот и получается: поели белка, инсулин подскочил и не опускается. Привет, гипогликемия и повышение аммиака в крови.
Другие аминокислоты также вносят вклад в секрецию инсулина. Некторые из них транспортируются в бета-клетки вместе с катионами натрия. Учитывая, что оборот белка в бета-клетках очень высокий, они поглощают аминокислоты в большом объёме. Вместе с аминокислотами накапливается много катионов, что провоцирует деполяризацию мембраны (пункт 4). Ко всему прочему, аминокислоты окисляются в цикле Кребса, повышая содержание АТФ (пункт 3).
Цефалическая фаза секреции инсулина. За неё обожают цепляться инсулинофобы, которые напрямую связывают рост жировой массы с инсулином, а не профицитом энергии. Они пропагандируют исключение сахарозаменителей, потому как один только сладкий вкус может спровоцировать всплеск инсулина в крови. Так ли это? Реакция ЦНС на вкус пищи — не миф. Бета-клетки поджелудочной действительно иннервируются отростками интрапанкреатических ганглиев, которые в свою очередь принимают сигналы от ветвей блуждающего нерва. Нервные окончания выделяют ацетилхолин, который активирует мускариновые рецепторы на поверхности бета-клеток. Мускариновые рецепторы сопряжены с Gq-белками. Вообще G-белки — это отдельная, очень важная история в биологии клетки, о них вам настоятельно рекомендуется почитать на досуге.
В неприлично общих чертах — это связанные с мембранными рецепторами белки, обладающие разными функциями и передающие сигнал от рецептора внутрь клетки. Так вот в нашем случае активируется Gq-белок, который запускает работу фермента фосфолипазы С. Фосфолипаза С расщепляет мембранные фосфолипиды на диацилглицерол и инозитол. Последний способствуют повышению внутриклеточной концентрации кальция за счёт его выхода из ЭПР (вспоминаем пункт 6). Диацилглицерол косвенно повышает чувствительность процесса экзоцитоза к кальцию (опять же, пункт 6) через протеинкиназу С.
Наконец, ацетилхолин способен повышать проницаемость мембраны по отношению к натрию, который начинает заходить в клетку, способствуя деполяризации (пункт 4).
Такие дела, но знаете, в чём соль? Эффекты ацетилхолина БЕЗ высокой глюкозы крови практически не приводят к повышению инсулина. Роль цефалической фазы — ПОМОЧЬ поджелудочной выделить больше инсулина в ответ на ГЛЮКОЗУ. Никакого потенциала действия (чтобы понять — читайте предыдущий пост) в ответ на один ацетилхолин не возникнет. Чтобы вызвать достаточную деполяризацию и в клетку хлынул мощный ток кальция, нужны либо глюкоза, либо лейцин. Поэтому можете смело смеяться над теми, кто ожидает гиперинсулинемии после колы лайт.
Инкретиновый эффект. Любой врач знает, что повышение инсулина крови гораздо выше, если глюкозу поглощать классическим способом (перорально) по сравнению с внутривенным введением. Виной тому — кишечные пептидные гормоны GLP-1 и GIP, которые выделяются в ответ на приём пищи. Рецепторы к этим гормонам на поверхности бета-клеток сопряжены с Ga-белками, которые запускают образование циклического АМФ (цАМФ) из АТФ. цАМФ включает в работу протеинкиназу А, которая и деполяризацию мембраны усилит (пункт 4), и чувствительность рецепторов к инозитолу в ЭПР повысит, чтобы из ЭПР лучше выходил кальций (пункт 6). GLP-1 может также активировать Gq-белки, действующие на фосфолипазу С. А история с фосфолипазой С подробно описана в разделе про цефалическую фазу.
Что нужно понимать про инкретиновый эффект? Его вклад в секрецию инсулина весьма выше, чем вклад цефалической фазы, но всё же без высокой глюкозы или лейцина — не надейтесь на скачок инсулина. На то эффект и инкретиновый (от англ. "increase" — "увеличивать").
Жиры. Свободные жирные кислоты, точнее. Они являются основным источником энергии для бета-клеток (как и для большинства других клеток, в общем-то) между приёмами пищи. То есть, когда глюкоза кончилась, но что-то окислять нужно. Однако, когда глюкозы много, окисление жирных кислот ингибируется. Это происходит через угнетение фермента карнитин пальмитоил трансферазы, которая переносит остаток жирный кислоты на карнитин. Жирные кислоты больше не транспортируются в митохондрии и накапливаются в цитоплазме. И вот это их накопление — и есть стимул к усилению секреции инсулина. Жирные кислоты модулируют работу протеинкиназы С, что приводит к более эффективному экзоцитозу. Но опять же, без высокой глюкозы жиры сами по себе не могут спровоцировать высокий всплеск инсулина. Более того, когда в бета-клетках уже на постоянной основе много свободных жирных кислот, бета-клетки повышают базальную секрецию инсулина, но снижают свою чувствительность к глюкозе. Когда так бывает? Правильно, при ожирении. Негативные эффекты накопленных ВНЕ адипоцитов жиров называются "липотокстчностью". И это явление описано в этом посте
Выводы:
• Единственный нутриент, который способен спровоцировать высокий всплеск инсулина без помощи глюкозы — белок
• Вклад цефалической фазы секреции инсулина (вкус, запах, предвкушение еды) в общую секрецию инсулина на приём пищи — 1-3%
• Исходя из предыдущего пункта, секреция инсулина на бескалорийные сахарозаменители (без углеводов и белка) минимальна, при ожирении может вообще отсутствовать из-за нарушения механизма ответ бета-клеток на нервные стимулы
• В физиологических условиях (нормальная масса тела) жиры усиливают секрецию инсулина в ответ на углеводы. В патофизиологических (ожирение, в бета-клетках постоянно много жирных кислот) — снижают ответ бета-клеток на глюкозу, но усиливают базальную секрецию инсулина
• Выброс инсулина в ответ на глюкозу перорально всегда выше, чем внутривенно. Так происходит из секреции кишечных гормонов, которые усиливают выброс инсулина. Это называется “инкретиновый эффект”
Tengholm A, Gylfe E. cAMP signalling in insulin and glucagon secretion. Diabetes Obes Metab. 2017 Sep;19 Suppl 1:42-53.
Newsholme P, Krause M. Nutritional regulation of insulin secretion: implications for diabetes. Clin Biochem Rev. 2012 May;33(2):35-47.
Yang J, Chi Y, Burkhardt BR, Guan Y, Wolf BA.
Такие дела, но знаете, в чём соль? Эффекты ацетилхолина БЕЗ высокой глюкозы крови практически не приводят к повышению инсулина. Роль цефалической фазы — ПОМОЧЬ поджелудочной выделить больше инсулина в ответ на ГЛЮКОЗУ. Никакого потенциала действия (чтобы понять — читайте предыдущий пост) в ответ на один ацетилхолин не возникнет. Чтобы вызвать достаточную деполяризацию и в клетку хлынул мощный ток кальция, нужны либо глюкоза, либо лейцин. Поэтому можете смело смеяться над теми, кто ожидает гиперинсулинемии после колы лайт.
Инкретиновый эффект. Любой врач знает, что повышение инсулина крови гораздо выше, если глюкозу поглощать классическим способом (перорально) по сравнению с внутривенным введением. Виной тому — кишечные пептидные гормоны GLP-1 и GIP, которые выделяются в ответ на приём пищи. Рецепторы к этим гормонам на поверхности бета-клеток сопряжены с Ga-белками, которые запускают образование циклического АМФ (цАМФ) из АТФ. цАМФ включает в работу протеинкиназу А, которая и деполяризацию мембраны усилит (пункт 4), и чувствительность рецепторов к инозитолу в ЭПР повысит, чтобы из ЭПР лучше выходил кальций (пункт 6). GLP-1 может также активировать Gq-белки, действующие на фосфолипазу С. А история с фосфолипазой С подробно описана в разделе про цефалическую фазу.
Что нужно понимать про инкретиновый эффект? Его вклад в секрецию инсулина весьма выше, чем вклад цефалической фазы, но всё же без высокой глюкозы или лейцина — не надейтесь на скачок инсулина. На то эффект и инкретиновый (от англ. "increase" — "увеличивать").
Жиры. Свободные жирные кислоты, точнее. Они являются основным источником энергии для бета-клеток (как и для большинства других клеток, в общем-то) между приёмами пищи. То есть, когда глюкоза кончилась, но что-то окислять нужно. Однако, когда глюкозы много, окисление жирных кислот ингибируется. Это происходит через угнетение фермента карнитин пальмитоил трансферазы, которая переносит остаток жирный кислоты на карнитин. Жирные кислоты больше не транспортируются в митохондрии и накапливаются в цитоплазме. И вот это их накопление — и есть стимул к усилению секреции инсулина. Жирные кислоты модулируют работу протеинкиназы С, что приводит к более эффективному экзоцитозу. Но опять же, без высокой глюкозы жиры сами по себе не могут спровоцировать высокий всплеск инсулина. Более того, когда в бета-клетках уже на постоянной основе много свободных жирных кислот, бета-клетки повышают базальную секрецию инсулина, но снижают свою чувствительность к глюкозе. Когда так бывает? Правильно, при ожирении. Негативные эффекты накопленных ВНЕ адипоцитов жиров называются "липотокстчностью". И это явление описано в этом посте
Выводы:
• Единственный нутриент, который способен спровоцировать высокий всплеск инсулина без помощи глюкозы — белок
• Вклад цефалической фазы секреции инсулина (вкус, запах, предвкушение еды) в общую секрецию инсулина на приём пищи — 1-3%
• Исходя из предыдущего пункта, секреция инсулина на бескалорийные сахарозаменители (без углеводов и белка) минимальна, при ожирении может вообще отсутствовать из-за нарушения механизма ответ бета-клеток на нервные стимулы
• В физиологических условиях (нормальная масса тела) жиры усиливают секрецию инсулина в ответ на углеводы. В патофизиологических (ожирение, в бета-клетках постоянно много жирных кислот) — снижают ответ бета-клеток на глюкозу, но усиливают базальную секрецию инсулина
• Выброс инсулина в ответ на глюкозу перорально всегда выше, чем внутривенно. Так происходит из секреции кишечных гормонов, которые усиливают выброс инсулина. Это называется “инкретиновый эффект”
Tengholm A, Gylfe E. cAMP signalling in insulin and glucagon secretion. Diabetes Obes Metab. 2017 Sep;19 Suppl 1:42-53.
Newsholme P, Krause M. Nutritional regulation of insulin secretion: implications for diabetes. Clin Biochem Rev. 2012 May;33(2):35-47.
Yang J, Chi Y, Burkhardt BR, Guan Y, Wolf BA.
Leucine metabolism in regulation of insulin secretion from pancreatic beta cells. Nutr Rev. 2010 May;68(5):270-9.
Ahrén B, Holst JJ. The cephalic insulin response to meal ingestion in humans is dependent on both cholinergic and noncholinergic mechanisms and is important for postprandial glycemia. Diabetes. 2001 May;50(5):1030-8.
Gilon P, Henquin JC. Mechanisms and physiological significance of the cholinergic control of pancreatic beta-cell function. Endocr Rev. 2001 Oct;22(5):565-604.
Ahrén B, Holst JJ. The cephalic insulin response to meal ingestion in humans is dependent on both cholinergic and noncholinergic mechanisms and is important for postprandial glycemia. Diabetes. 2001 May;50(5):1030-8.
Gilon P, Henquin JC. Mechanisms and physiological significance of the cholinergic control of pancreatic beta-cell function. Endocr Rev. 2001 Oct;22(5):565-604.
Болезнь Альцгеймера: ключевые фундаментальные исследования сфабрикованы?
О непосредственных причинах болезни Альцгеймера мы до сих пор не знаем. Вернее, знаем в 1-2% случаев — когда имеем дело с наследуемыми вредоносными мутациями в гене АРР. APP кодирует белок-предшественник β-амилоида — небольшого фрагмента АРР, который даёт начало амилоидным бляшкам. В остальных 98% случаев, когда с геном АРР всё нормально, мы лишь знаем о ряде патологических изменений, которые коррелируют или предшествуют клиническим проявлениям заболевания: снижение уровня ацетилхолина, агрегаты тау белка, оксидативный стресс, нейровоспаление, опасные варианты гена АроЕ, тот же β-амилоид и так далее. Да, у больных с Альцгеймером в мозге есть амилоидные бляшки. Да, образование бляшек — очень раннее событие в патогенезе Альцгеймера, они накапливаются за 15-20 лет до появления симптомов. Но это ещё не доказывает, что они является первым звеном патологического каскада. К тому же, мы не знаем непосредственную причину, по которой от АРР начинает отщепляться тот самый β-амилоид в большом количестве. Тем не менее сейчас амилоидная гипотеза, считающая именно β-амилоид каузальным агентом в патогенезе Альцгеймера, является превалирующей.
Цепь неприятных разоблачений для научной области Альцгеймера запустилась в августе 2021 года, когда в FDA поступила петиция, призывающая остановить 3ю фазу клинических испытаний препарата симуфилам - разработки маленькой фармкомпании Cassava Sciences. Симуфилам связывается с белком филамином А, что должно предотвращать образование амилоидных бляшек и внутриклеточных фибрилл из тау белка. Подписавшие петицию учёные и клиницисты выразили множество претензий к фундаментальным исследованиям, на которых базируется потенциальная эффективность симуфилама: там и сфабрикованные результаты, и отсутствие доказательств связи между филамином и Альцгеймером другими независимыми лабораториями, и странный дизайн экспериментов. В частности, использование postmortem, хранившихся при -80С, образцов человеческого мозга для изучения эффектов лекарства. К клиническим испытаниям вопросы тоже были: очень маленькие выборки (13 человек в фазе 2а и около 50 в 2b) и снова подозрения в манипулировании данными. Например, сначала исследователи из Cassava говорили, что фаза 2b провалилась, так как в плацебо группе обнаружилась слишком большая вариабельность в биомаркерах нейровоспаления и нейродегенаративных процессов в течение месяца, что не позволяло сравнить её с экспериментальной. Однако после анализа запасаных образцов всё вдруг стало хорошо и уже можно было говорить о снижении биомаркеров в группе, принимавшей симуфилам.
Есть резонное мнение, что когда препарат показывает эффективность в клинических исследованиях, критиковать исследования фундаментальные нет никакого смысла. Дескать, раз работает, значит работает. А молекулярный механизм действия изучим позже, значит, изначально не ту методологию и модель выбрали. Только вот отсутствие понимания механизма действия - это одно. А очевидно склеенные в графическом редакторе вестерн блоты (метод количественного определения конкретных белков с помощью антител. Зайдите в актуальное “Блот”, чтобы почитать про принцип) - это уже совсем другое. После возникновения вышеупомянутой петиции у Хоу-Ян Ванга, коллаборатора и консультанта Cassava, первого автора ключевого исследования, которым обосновывается эффективность симуфилама, отозвали 6(!) научных статей за манипуляцию данными. Ванг, конечно,
О непосредственных причинах болезни Альцгеймера мы до сих пор не знаем. Вернее, знаем в 1-2% случаев — когда имеем дело с наследуемыми вредоносными мутациями в гене АРР. APP кодирует белок-предшественник β-амилоида — небольшого фрагмента АРР, который даёт начало амилоидным бляшкам. В остальных 98% случаев, когда с геном АРР всё нормально, мы лишь знаем о ряде патологических изменений, которые коррелируют или предшествуют клиническим проявлениям заболевания: снижение уровня ацетилхолина, агрегаты тау белка, оксидативный стресс, нейровоспаление, опасные варианты гена АроЕ, тот же β-амилоид и так далее. Да, у больных с Альцгеймером в мозге есть амилоидные бляшки. Да, образование бляшек — очень раннее событие в патогенезе Альцгеймера, они накапливаются за 15-20 лет до появления симптомов. Но это ещё не доказывает, что они является первым звеном патологического каскада. К тому же, мы не знаем непосредственную причину, по которой от АРР начинает отщепляться тот самый β-амилоид в большом количестве. Тем не менее сейчас амилоидная гипотеза, считающая именно β-амилоид каузальным агентом в патогенезе Альцгеймера, является превалирующей.
Цепь неприятных разоблачений для научной области Альцгеймера запустилась в августе 2021 года, когда в FDA поступила петиция, призывающая остановить 3ю фазу клинических испытаний препарата симуфилам - разработки маленькой фармкомпании Cassava Sciences. Симуфилам связывается с белком филамином А, что должно предотвращать образование амилоидных бляшек и внутриклеточных фибрилл из тау белка. Подписавшие петицию учёные и клиницисты выразили множество претензий к фундаментальным исследованиям, на которых базируется потенциальная эффективность симуфилама: там и сфабрикованные результаты, и отсутствие доказательств связи между филамином и Альцгеймером другими независимыми лабораториями, и странный дизайн экспериментов. В частности, использование postmortem, хранившихся при -80С, образцов человеческого мозга для изучения эффектов лекарства. К клиническим испытаниям вопросы тоже были: очень маленькие выборки (13 человек в фазе 2а и около 50 в 2b) и снова подозрения в манипулировании данными. Например, сначала исследователи из Cassava говорили, что фаза 2b провалилась, так как в плацебо группе обнаружилась слишком большая вариабельность в биомаркерах нейровоспаления и нейродегенаративных процессов в течение месяца, что не позволяло сравнить её с экспериментальной. Однако после анализа запасаных образцов всё вдруг стало хорошо и уже можно было говорить о снижении биомаркеров в группе, принимавшей симуфилам.
Есть резонное мнение, что когда препарат показывает эффективность в клинических исследованиях, критиковать исследования фундаментальные нет никакого смысла. Дескать, раз работает, значит работает. А молекулярный механизм действия изучим позже, значит, изначально не ту методологию и модель выбрали. Только вот отсутствие понимания механизма действия - это одно. А очевидно склеенные в графическом редакторе вестерн блоты (метод количественного определения конкретных белков с помощью антител. Зайдите в актуальное “Блот”, чтобы почитать про принцип) - это уже совсем другое. После возникновения вышеупомянутой петиции у Хоу-Ян Ванга, коллаборатора и консультанта Cassava, первого автора ключевого исследования, которым обосновывается эффективность симуфилама, отозвали 6(!) научных статей за манипуляцию данными. Ванг, конечно,
считает это большой несправедливостью. Но доверять ему как учёному после такого очень сложно. Ту самую ключевую статью не отозвали, но выразили ей “expression of concern”, который теперь красуется на сайте журнала сразу под заголовком. “Expression of concern” - это такой тревожный флажок, предупреждающий читателя о возможной манипуляции данными в конкретном эксперименте и призывающий относиться к работе максимально критично и внимательно (вообще-то так надо делать всегда).
Так или иначе, в феврале 2022 петицию FDA отклонило, назвав её неприемлемым способом для требования приостановки 3й фазы клинических испытаний. Однако агентство указало, что серьезно относится к опасениям в петиции и, возможно, предпримет действия в будущем. Но это верхушка айсберга. Самое, на мой взгляд, интересное было вот в чём.
Нейроучёный и клиницист Мэтью Шрэг, один из независимых исследователей, который проводил расследование для петиции, стал копать дальше Cassava. Он обратился к ресурсу pubpeer.com, где пользователи указывают на ошибки, возможные подтасовки, неадекватный дизайн экспериментов и прочие подозрительные места в опубликованных исследованиях. По запросу "Alzheimer" в глаза Шрэгу бросились работы французского учёного Сильвана Леснé, которые кишили явно отфотошопленными блотами. Полосы белков нужной интенсивности копировались и кочевали из блота в блот или даже в рамках одного блота, чтобы идеально подтвердить гипотезу. Шрэг стал смотреть на другие работы Лесне, те, что не всплывали на pubpeer. Наконец, он обратился к легендарной статье Лесне в Nature, она была опубликована в 2006м году и оказала огромное влияние на всю область, сместив фокус научного сообщества с нерастворимых амилоидных бляшек на растворимые олигомеры β-амилоида.
В ней Лесне рассказывает об олигомере β-амилоида Aβ*56, который он обнаружил в мозге больных Альцгеймером мышей. 56 в названии символизирует молекулярную массу. У мономера β-амилоида масса примерно 4-5 килодальтон, соответственно, Aβ*56 состоит из 12 молекул β-амилоида. Именно уровень Aβ*56 коррелировал с ухудшением когнитивных способностей, чего не сказать о нерастворимых бляшках, ведь бляшки очень долго себя не выдают. Здоровые крысы, получавшие инъекции очищенного Aβ*56, стремительно теряли память. Это прямое доказательство того, что именно Aβ*56, растворимый олигомер β-амилоида, является непосредственной причиной снижения когнитивных способностей. Это стало прорывом. О Aβ*56 заговорили все. На сегодняшний момент работа процитирована около 2300 раз. Финансирование исследований, где фигурируют три ключевых слова “амилоид, олигомер, Альцгеймер”, организацией NIH взлетело с 0 в 2006 до 287млн$ в 2021.
Однако Шрэг нашёл отфотошопленные блоты-франкенштейны и в этой работе, с ним согласились два независимых эксперта по анализу изображений - Элизабет Бик и Джана Кристофер. Бик - микробиолог и известный в научном мире борец за достоверность данных, она разоблачила более 4000 потенциально сфабрикованных экспериментах в своём потрясающем Science Integrity Digest Blog. Элизабет, в конце концов, просто невероятно отважная женщина. Сами представляете, сколько угроз она получает от недобросовестных учёных и их юристов, особенно, если дело касается лекарств.
Бывшая коллега Лесне, Меган Ларсон, поделилась, что все итоговые рисунки с блотами Лесне всегда готовил для публикаций самостоятельно. Скепсису с самого начала подвергалась и методика выделения Aβ*56 из экстраклеточного компартмента мышиного мозга, на которой базируется вся работа.
Так или иначе, в феврале 2022 петицию FDA отклонило, назвав её неприемлемым способом для требования приостановки 3й фазы клинических испытаний. Однако агентство указало, что серьезно относится к опасениям в петиции и, возможно, предпримет действия в будущем. Но это верхушка айсберга. Самое, на мой взгляд, интересное было вот в чём.
Нейроучёный и клиницист Мэтью Шрэг, один из независимых исследователей, который проводил расследование для петиции, стал копать дальше Cassava. Он обратился к ресурсу pubpeer.com, где пользователи указывают на ошибки, возможные подтасовки, неадекватный дизайн экспериментов и прочие подозрительные места в опубликованных исследованиях. По запросу "Alzheimer" в глаза Шрэгу бросились работы французского учёного Сильвана Леснé, которые кишили явно отфотошопленными блотами. Полосы белков нужной интенсивности копировались и кочевали из блота в блот или даже в рамках одного блота, чтобы идеально подтвердить гипотезу. Шрэг стал смотреть на другие работы Лесне, те, что не всплывали на pubpeer. Наконец, он обратился к легендарной статье Лесне в Nature, она была опубликована в 2006м году и оказала огромное влияние на всю область, сместив фокус научного сообщества с нерастворимых амилоидных бляшек на растворимые олигомеры β-амилоида.
В ней Лесне рассказывает об олигомере β-амилоида Aβ*56, который он обнаружил в мозге больных Альцгеймером мышей. 56 в названии символизирует молекулярную массу. У мономера β-амилоида масса примерно 4-5 килодальтон, соответственно, Aβ*56 состоит из 12 молекул β-амилоида. Именно уровень Aβ*56 коррелировал с ухудшением когнитивных способностей, чего не сказать о нерастворимых бляшках, ведь бляшки очень долго себя не выдают. Здоровые крысы, получавшие инъекции очищенного Aβ*56, стремительно теряли память. Это прямое доказательство того, что именно Aβ*56, растворимый олигомер β-амилоида, является непосредственной причиной снижения когнитивных способностей. Это стало прорывом. О Aβ*56 заговорили все. На сегодняшний момент работа процитирована около 2300 раз. Финансирование исследований, где фигурируют три ключевых слова “амилоид, олигомер, Альцгеймер”, организацией NIH взлетело с 0 в 2006 до 287млн$ в 2021.
Однако Шрэг нашёл отфотошопленные блоты-франкенштейны и в этой работе, с ним согласились два независимых эксперта по анализу изображений - Элизабет Бик и Джана Кристофер. Бик - микробиолог и известный в научном мире борец за достоверность данных, она разоблачила более 4000 потенциально сфабрикованных экспериментах в своём потрясающем Science Integrity Digest Blog. Элизабет, в конце концов, просто невероятно отважная женщина. Сами представляете, сколько угроз она получает от недобросовестных учёных и их юристов, особенно, если дело касается лекарств.
Бывшая коллега Лесне, Меган Ларсон, поделилась, что все итоговые рисунки с блотами Лесне всегда готовил для публикаций самостоятельно. Скепсису с самого начала подвергалась и методика выделения Aβ*56 из экстраклеточного компартмента мышиного мозга, на которой базируется вся работа.
Даже клиницист Дэннис Сэлкоу, один из известных сторонников амилоидной гипотезы и олигомеров в частности, считает, что методика не имеет биохимического смысла. Также многие учёные подчёркивают, что олигомеры β-амилоида крайне нестабильны и разделение их с помощью полиакриламидного геля очень затруднительно, для этого нужны гораздо более сложные техники. Наконец, с 2006го года многие исследователи пытались воспроизвести результаты с Aβ*56, но у них ничего не выходило. И они этого не публиковали, в науке вообще есть огромное предпочтение к публикации только положительных результатов (и это большая проблема). Об отсутствии Aβ*56 в образцах человеческого мозга и ликвора сообщил в 2008м году вышеупомянутый Дэннис Сэлкоу.
Означает ли все это, что научное сообщество более 15 лет копало не туда, что миллиарды долларов, потраченные на финансирование фундаментальных исследований и клинических испытаний лекарств, направленных на β-амилоид, просто “сгорели”? Утверждать, естественно, нельзя. У меня осталось обнадёживающее впечатление после чтения комментариев к посту о сфабрикованной работе Лесне на сайте Alzforum. Все они написаны ведущими экспертами в области Альцгеймера, и многие из них говорят о том, что сейчас есть достаточно достоверных данных, полученных в разных лабораториях, указывающих на ключевую роль растворимых олигомеров β-амилоида, пусть и не конкретно Aβ*56. Остаётся большая проблема - лекарства, “целящиеся” на разрушение β-амилоида, не показывают эффективность в клинических испытаниях. Одно из самых популярных объяснений: лечение нужно начинать за годы до наступления симптомов, а обнаружить бляшки на МРТ далеко не всегда получается. Поэтому, если мы хотим (а мы, разумеется, хотим) замедлить или вовсе остановить прогрессию болезни Альцгеймера на более поздней стадии - фокусироваться на одном лишь β-амилоиде, игнорируя другие аспекты патогенеза, нельзя.
Для научного сообщества вся история так или иначе печальна. Базовая ценность фундаментальной науки - доверие. Одни учёные верят в достоверность данных других учёных, и выстраивают стратегию своих исследований на базе предыдущих открытий. Да, результаты экспериментов не всегда легко воспроизводимы, многие методики очень сложны и требуют долгих усилий и серьёзных ресурсов. Но сфабрикованные результаты воспроизвести заведомо не получится, о чем долго не будет известно, так как журналы не заинтересованы в негативных данных. В академической науке тем временем огромное давление и конкуренция. Если ты вовремя не опубликуешь свои данные, их опубликует кто-то другой. И ладно, если этот кто-то сам независимо сгенерирует такие же результаты, но нередки и случаи воровства. Всё это создает стимул публиковаться как можно быстрее, возникает соблазн приукрашивать, игнорировать не стыкующиеся с гипотезой данные и выдавать желаемое за действительное. Науке очень важно развивать культуру прозрачности - учёные должны чётко описывать эксперименты и протоколы, общаться друг с другом и открыто обсуждать проблемы и “затыки”. Журналы должны со всей серьезностью подходить к проверке данных на достоверность. Наука познаёт мир и в качестве побочного эффекта помогает людям. Если цель человека удовлетворить своё тщеславие, то идти в науку - очень плохая идея.
Означает ли все это, что научное сообщество более 15 лет копало не туда, что миллиарды долларов, потраченные на финансирование фундаментальных исследований и клинических испытаний лекарств, направленных на β-амилоид, просто “сгорели”? Утверждать, естественно, нельзя. У меня осталось обнадёживающее впечатление после чтения комментариев к посту о сфабрикованной работе Лесне на сайте Alzforum. Все они написаны ведущими экспертами в области Альцгеймера, и многие из них говорят о том, что сейчас есть достаточно достоверных данных, полученных в разных лабораториях, указывающих на ключевую роль растворимых олигомеров β-амилоида, пусть и не конкретно Aβ*56. Остаётся большая проблема - лекарства, “целящиеся” на разрушение β-амилоида, не показывают эффективность в клинических испытаниях. Одно из самых популярных объяснений: лечение нужно начинать за годы до наступления симптомов, а обнаружить бляшки на МРТ далеко не всегда получается. Поэтому, если мы хотим (а мы, разумеется, хотим) замедлить или вовсе остановить прогрессию болезни Альцгеймера на более поздней стадии - фокусироваться на одном лишь β-амилоиде, игнорируя другие аспекты патогенеза, нельзя.
Для научного сообщества вся история так или иначе печальна. Базовая ценность фундаментальной науки - доверие. Одни учёные верят в достоверность данных других учёных, и выстраивают стратегию своих исследований на базе предыдущих открытий. Да, результаты экспериментов не всегда легко воспроизводимы, многие методики очень сложны и требуют долгих усилий и серьёзных ресурсов. Но сфабрикованные результаты воспроизвести заведомо не получится, о чем долго не будет известно, так как журналы не заинтересованы в негативных данных. В академической науке тем временем огромное давление и конкуренция. Если ты вовремя не опубликуешь свои данные, их опубликует кто-то другой. И ладно, если этот кто-то сам независимо сгенерирует такие же результаты, но нередки и случаи воровства. Всё это создает стимул публиковаться как можно быстрее, возникает соблазн приукрашивать, игнорировать не стыкующиеся с гипотезой данные и выдавать желаемое за действительное. Науке очень важно развивать культуру прозрачности - учёные должны чётко описывать эксперименты и протоколы, общаться друг с другом и открыто обсуждать проблемы и “затыки”. Журналы должны со всей серьезностью подходить к проверке данных на достоверность. Наука познаёт мир и в качестве побочного эффекта помогает людям. Если цель человека удовлетворить своё тщеславие, то идти в науку - очень плохая идея.
Когда железо печени волк
В медицине очень давно известны наследственные гемохроматозы — генетические заболевания, вызванные мутациями в генах белков-участников обмена железа. При гемохроматозах железо накапливается в органах с течением времени, отравляя их и вызывая дисфункцию. Однако болезни накопления железа могут иметь и другую этиологию, завязанную больше на внешние (среда), чем на внутренние (генетика) факторы.
Более чем у трети пациентов с неалкогольным стеатозом и стеатогепатитом обнаруживается повышенное содержание железа в печени. Такое состояние получило название dysmetabolic iron overload syndrome (DIOS). В отличие от наследственных гемохроматозов, DIOS всегда ассоциирован с проявлениями метаболического синдрома: избыточным весом, накоплением жиров в печени, инсулинорезистентностью, гипертензией и т.д. Неалкогольный стеатоз в свою очередь — первая причина фиброза и цирроза печени в развитых странах. И судя по всему, "перегрузка" печени железом играет важную роль в патогенезе фиброза.
Чтоб во всём разобраться, для начала сделаем небольшой экскурс в метаболизм железа. Абсорбция железа начинается в двенадцатиперстной кишке, энтероциты (клетки эпителия кишки) поглощают как свободное двухвалентное железо, так и железо в составе гема. В кровоток энтероциты экспортируют железо с помощью белка ферропортина, где железо сразу подхватывает трансферрин. Железо, связанное с трансферрином — главная транспортная форма этого элемента. Клетки разных тканей "выхватывают" железо из крови с помощью рецептора трансферрина, в эндосомах отделяют трансферрин от самого железа и, наконец, используют железо для синтеза гема и железосерных кластеров митохондриальных ферментов. То железо, что на синтетические цели не пошло, связывается с ферритином, в таком виде хранится в клетке и может использоваться в будущем.
Больше всего железа, до трети от всего запаса организма, хранится в печени, а именно — в гепатоцитах (в печени очень много других типов клеток помимо гепатоцитов). Так же как и энтероциты, гепатоциты имеют на своей мембране ферропортин, чтобы в случае необходимости экспортировать железо в кровь. Если же железа с пищей поступает слишком много, гепатоциты начинают выделять пептидный гормон гепсидин. Цель гепсидина — снизить уровень железа в крови, и достигает он этой цели через уменьшение количества молекул ферропортина на поверхности энтероцитов и гепатоцитов.
При метаболическом синдроме гепсидин часто (но не всегда) повышен. Вероятно, из-за хронического воспаления и высокого лептина, сопутствующих избыточному весу. А высокий гепсидин, как мы уже обсудили, приводит к накоплению железа в гепатоцитах, потому что те больше не могут его экспортировать в надлежащих количествах. Кстати, пациенты с самым распространённым типом наследственного гемохроматоза, напротив, имеют низкий уровень гепсидина, из-за чего абсорбция железа из пищи двенадцатиперстной кишкой неадекватно высокая.
Симптоматика DIOS гораздо мягче, чем у наследственных гемохроматозов. При последних постепенно увеличивается общий пул железа в организме с течением времени. При DIOS происходит скорее перераспределение железа между отдельными компартментами: снижение в крови, увеличение в печени и эпителии кишечника (опять же, гораздо менее выраженное, чем при наследственных гемохроматозах).
Анализируя печёночные биопсии пациентов с DIOS, патологи заметили, что агрегаты железа обнаруживаются не только в гепатоцитах, но и в клетках Купфера — специализированных макрофагах печени.
В медицине очень давно известны наследственные гемохроматозы — генетические заболевания, вызванные мутациями в генах белков-участников обмена железа. При гемохроматозах железо накапливается в органах с течением времени, отравляя их и вызывая дисфункцию. Однако болезни накопления железа могут иметь и другую этиологию, завязанную больше на внешние (среда), чем на внутренние (генетика) факторы.
Более чем у трети пациентов с неалкогольным стеатозом и стеатогепатитом обнаруживается повышенное содержание железа в печени. Такое состояние получило название dysmetabolic iron overload syndrome (DIOS). В отличие от наследственных гемохроматозов, DIOS всегда ассоциирован с проявлениями метаболического синдрома: избыточным весом, накоплением жиров в печени, инсулинорезистентностью, гипертензией и т.д. Неалкогольный стеатоз в свою очередь — первая причина фиброза и цирроза печени в развитых странах. И судя по всему, "перегрузка" печени железом играет важную роль в патогенезе фиброза.
Чтоб во всём разобраться, для начала сделаем небольшой экскурс в метаболизм железа. Абсорбция железа начинается в двенадцатиперстной кишке, энтероциты (клетки эпителия кишки) поглощают как свободное двухвалентное железо, так и железо в составе гема. В кровоток энтероциты экспортируют железо с помощью белка ферропортина, где железо сразу подхватывает трансферрин. Железо, связанное с трансферрином — главная транспортная форма этого элемента. Клетки разных тканей "выхватывают" железо из крови с помощью рецептора трансферрина, в эндосомах отделяют трансферрин от самого железа и, наконец, используют железо для синтеза гема и железосерных кластеров митохондриальных ферментов. То железо, что на синтетические цели не пошло, связывается с ферритином, в таком виде хранится в клетке и может использоваться в будущем.
Больше всего железа, до трети от всего запаса организма, хранится в печени, а именно — в гепатоцитах (в печени очень много других типов клеток помимо гепатоцитов). Так же как и энтероциты, гепатоциты имеют на своей мембране ферропортин, чтобы в случае необходимости экспортировать железо в кровь. Если же железа с пищей поступает слишком много, гепатоциты начинают выделять пептидный гормон гепсидин. Цель гепсидина — снизить уровень железа в крови, и достигает он этой цели через уменьшение количества молекул ферропортина на поверхности энтероцитов и гепатоцитов.
При метаболическом синдроме гепсидин часто (но не всегда) повышен. Вероятно, из-за хронического воспаления и высокого лептина, сопутствующих избыточному весу. А высокий гепсидин, как мы уже обсудили, приводит к накоплению железа в гепатоцитах, потому что те больше не могут его экспортировать в надлежащих количествах. Кстати, пациенты с самым распространённым типом наследственного гемохроматоза, напротив, имеют низкий уровень гепсидина, из-за чего абсорбция железа из пищи двенадцатиперстной кишкой неадекватно высокая.
Симптоматика DIOS гораздо мягче, чем у наследственных гемохроматозов. При последних постепенно увеличивается общий пул железа в организме с течением времени. При DIOS происходит скорее перераспределение железа между отдельными компартментами: снижение в крови, увеличение в печени и эпителии кишечника (опять же, гораздо менее выраженное, чем при наследственных гемохроматозах).
Анализируя печёночные биопсии пациентов с DIOS, патологи заметили, что агрегаты железа обнаруживаются не только в гепатоцитах, но и в клетках Купфера — специализированных макрофагах печени.
Причём, чем больше скоплений железа приходится на клетки Купфера, тем выраженнее патологические изменения в печени по шкале "NASH activity score", то же касается и стадии фиброза . Это подтолкнуло на мысль о том, что при DIOS важную роль играет перераспределение железа между гепатоцитами и печёночными макрофагами. Последние помогают "разгрузиться" от железа гепатоцитам, но не могут "разгрузиться" сами.
Вообще макрофаги (не только в печени, в любых тканях) — очень важные участники в метаболизме железа, так как они поглощают отслужившие свой срок эритроциты, в которых много гемоглобина. Соответственно, макрофаги также могут высвобождать железо в кровоток через ферропортин. А ферропортин в контексте DIOS на поверхности любых клеток снижается.
Но как гепатоциты передают избыток железа макрофагам, если теряют его главный белок-экспортер — ферропортин? На этот вопрос ответили биологи из медицинской школы Калифорнийского университета в Сан Диего. Они провели ряд фундаментальных исследований на гепатоцитах человека и мыши и выяснили, что в условиях повышенного содержания свободных жирных кислот в среде (что в контексте метаболического синдрома вообще не вопрос) гепатоциты в несколько раз усиливают секрецию экстраклеточных везикул.
Экстраклеточные везикулы — это маленькие пузырьки, отпочковывающиеся от клеток. Мы хорошо себе представляем, как какая-нибудь клетка, например, макрофаг, поглощает объект из внешней среды, как бы "заглатывая" его мембраной и отправляя этот пузырек внутрь себя. Так вот экстраклеточная везикула — это то же самое, только наоборот. Клетка "выплёвывает" частичку своей цитоплазмы, окружённую мембраной, во внешнюю среду. Клетки могут общаться с соседями с помощью везикул, а могут и не с соседями, отправляя везикулы путешествовать по кровотоку.
Возвращаясь к DIOS, выходит, что гепатоциты, накопившие железо из-за высокого гепсидина, начинают от него избавляться путем экзоцитоза, без какого-либо участия ферропортина. Везикулы с железом подхватывают клетки Купфера. Такая у них работа — собирать и утилизировать всё, что лежит без дела. Есть, однако, одна проблема. По мере прогрессии стеатоза популяция клеток Купфера снижается, и они уже не могут "прибрать" все везикулы с железом. Тогда часть везикул попадает в клетки Ито, и последствия у этого очень нехорошие.
Клетки Ито — немногочисленные резиденты печени, которые в физиологических условиях занимаются хранением витамина А. Но стоит случиться беде (вирусная инфекция, отравление гепатотоксинами, хроническое высокое потребление алкоголя, тот же стеатоз), и клетки Ито трансформируются в миофибробласты, синтезирующие коллаген в больших количествах. Цель у них изначально благая — изолировать с помощью коллагена очаг воспаления/область с мертвыми гепатоцитам и тд. Но процесс часто выходит из-под контроля, и тогда коллагена становится слишком много, начинается фиброз.
Оказалось, что накопление железа в клетках Ито провоцирует в них сильный оксидативный стресс. Это не новость. Избыток железа — известный индуктор бесконтрольной генерации активных форм кислорода. А оксидативный стресс — тоже триггер трансформации клеток Ито в миофибробласты. Таким образом, исследователи открыли механизм запуска фиброза печени в контексте DIOS.
Как помочь пациентам с DIOS? Учитывая, что DIOS — один из симптомов метаболического синдрома, в первую очередь, конечно, снижать вес и заниматься физической активностью. Есть также данные о том, что улучшить состояние печени и других аспектов метаболического синдрома независимо от смены образа жизни может флеботомия — удаление определённого объема крови с целью слегка истощить запасы железа. Однако данные спорные, для части пациентов флеботомия ничего не меняет. Возможно, потому что у них изначально и не было DIOS, только повышенный ферритин, DIOS нужно подтверждать биопсией или МРТ. В любом случае, гайдлайнов и клинических стандартов по применению флеботомии в рамках DIOS сейчас нет.
Вообще макрофаги (не только в печени, в любых тканях) — очень важные участники в метаболизме железа, так как они поглощают отслужившие свой срок эритроциты, в которых много гемоглобина. Соответственно, макрофаги также могут высвобождать железо в кровоток через ферропортин. А ферропортин в контексте DIOS на поверхности любых клеток снижается.
Но как гепатоциты передают избыток железа макрофагам, если теряют его главный белок-экспортер — ферропортин? На этот вопрос ответили биологи из медицинской школы Калифорнийского университета в Сан Диего. Они провели ряд фундаментальных исследований на гепатоцитах человека и мыши и выяснили, что в условиях повышенного содержания свободных жирных кислот в среде (что в контексте метаболического синдрома вообще не вопрос) гепатоциты в несколько раз усиливают секрецию экстраклеточных везикул.
Экстраклеточные везикулы — это маленькие пузырьки, отпочковывающиеся от клеток. Мы хорошо себе представляем, как какая-нибудь клетка, например, макрофаг, поглощает объект из внешней среды, как бы "заглатывая" его мембраной и отправляя этот пузырек внутрь себя. Так вот экстраклеточная везикула — это то же самое, только наоборот. Клетка "выплёвывает" частичку своей цитоплазмы, окружённую мембраной, во внешнюю среду. Клетки могут общаться с соседями с помощью везикул, а могут и не с соседями, отправляя везикулы путешествовать по кровотоку.
Возвращаясь к DIOS, выходит, что гепатоциты, накопившие железо из-за высокого гепсидина, начинают от него избавляться путем экзоцитоза, без какого-либо участия ферропортина. Везикулы с железом подхватывают клетки Купфера. Такая у них работа — собирать и утилизировать всё, что лежит без дела. Есть, однако, одна проблема. По мере прогрессии стеатоза популяция клеток Купфера снижается, и они уже не могут "прибрать" все везикулы с железом. Тогда часть везикул попадает в клетки Ито, и последствия у этого очень нехорошие.
Клетки Ито — немногочисленные резиденты печени, которые в физиологических условиях занимаются хранением витамина А. Но стоит случиться беде (вирусная инфекция, отравление гепатотоксинами, хроническое высокое потребление алкоголя, тот же стеатоз), и клетки Ито трансформируются в миофибробласты, синтезирующие коллаген в больших количествах. Цель у них изначально благая — изолировать с помощью коллагена очаг воспаления/область с мертвыми гепатоцитам и тд. Но процесс часто выходит из-под контроля, и тогда коллагена становится слишком много, начинается фиброз.
Оказалось, что накопление железа в клетках Ито провоцирует в них сильный оксидативный стресс. Это не новость. Избыток железа — известный индуктор бесконтрольной генерации активных форм кислорода. А оксидативный стресс — тоже триггер трансформации клеток Ито в миофибробласты. Таким образом, исследователи открыли механизм запуска фиброза печени в контексте DIOS.
Как помочь пациентам с DIOS? Учитывая, что DIOS — один из симптомов метаболического синдрома, в первую очередь, конечно, снижать вес и заниматься физической активностью. Есть также данные о том, что улучшить состояние печени и других аспектов метаболического синдрома независимо от смены образа жизни может флеботомия — удаление определённого объема крови с целью слегка истощить запасы железа. Однако данные спорные, для части пациентов флеботомия ничего не меняет. Возможно, потому что у них изначально и не было DIOS, только повышенный ферритин, DIOS нужно подтверждать биопсией или МРТ. В любом случае, гайдлайнов и клинических стандартов по применению флеботомии в рамках DIOS сейчас нет.