Роль макрофагов и цитокинов в развитии сахарного диабета типа

Сахарный диабет типа I представляет собой аутоиммунное заболевание, которое вызывается развитием воспалительной реакции непосредственно в поджелудочной железе или около нее. В воспалительных инфильтратах выявляются макрофаги, моноциты, Т-лимфоциты; на начальном этапе индуцированного у экспериментальных животных диабета ткань железы инфильтрирована преимущественно активированными макрофагами. Истощение пула мононуклеарных фагоцитов предварительным введением неорганических частиц предотвращало развитие диабета у животных [1251]. Диета с низким содержанием ненасыщенных жирных кислот также приводила к снижению содержания макрофагов в поджелудочной железе и препятствовала развитию аллоксан-индуцирован- ного диабета у мышей [1127]. Это указывает на ключевую роль макрофагов в повреждении инсулинсекретирующих р-клеток. Действительно, инкубация активированных перитонеальных макрофагов с клетками поджелудочной железы ингибирована синтез инсулина и в последующем вызывала гибель как а-, так и р-клеток, при этом цитотоксический эффект макрофагов снижался удалением из культуральной среды L-аргинина или добавлением ингибиторов NO-синтазы [938]. В то же время инактивация ИЛ-1 и ФНО-а с помощью специфических антител не влияла на цитотоксичность. На модели индуцированного стрептозотоцином диабета у животных также было показано, что введение ингибитора NO-синтазы L-NMMA предотвращает повреждение клеток поджелудочной железы и развитие диабета [ 1058]. Эти данные указывают на то, что повреждающее действие макрофагов на клетки поджелудочной железы осуществляется через продукцию NO-радикалов. Действительно, у мышей, трансгенных по NO-синтазе, наблюдается быстрая деградация клеток поджелудочной железы, и уже через 4 недели после рождения развивается гипоин- сулиновое состояние, сходное с диабетом типа I [1598].

При изучении действия активированных макрофагов на клетки поджелудочной железы ингибирование цитокинов (ИЛ-ip и ФНО) прямо не влияло на цитотоксичность, что можно объяснить высокой продукцией NO-радикалов фагоцитами. Однако в 1985 г. было впервые показано, что культуральная среда, полученная от активированных человеческих моноцитов, снижает продукцию инсулина и вызывает деструкцию р-клеток в островках Лангерганса, выделенных у крыс и человека [1090]. Наиболее активный компонент среды был идентифицирован как ИЛ-1 [319]. Дальнейшие исследования показали, что инкубация островков Лангерганса крысе ИЛ-1 в течение 1—3 часов усиливала глюкозостимулированную секрецию инсулина, однако продолжительная экспозиция (в течение 15—18 часов), наоборот, на 80—90 % снижала продукцию инсулина; это ингибирование было обратимым и секреция восстанавливалась через 3—4 дня, если ИЛ-1 удалялся из среды. Увеличение срока инкубации с ИЛ-1 до 2 суток и более приводило к деструкции [3-клеток. Ингибиторы NO-синтазы L-NMMA и L-NNA предотвращали повреждение (3-клеток, вызванное не только макрофагами, но и цитокинами [938].

Эти результаты удалось легко объяснить после того, как выяснилось, что при развитии воспаления экспрессия NO-синтаз наблюдается не только в макрофагах, но также в эндотелиоцитах и р-клетках |490, 903]. В эндотелиальных клетках, полученных из островковых капилляров, выявлена экспрессия как конститутивной, так и индуцибель- ной NO-синтаз, — таким образом, они являются эффективным источником NO-радикалов [1586]. На культурах клеток поджелудочной железы было показано, что ИЛ-1[3

индуцирует NO-синтазу в р-клетках, но не в а-клетках [490], при этом индукция осуществляется через активацию ядерного фактора транскрипции NF-kB [960] (рис. 16).

С использованием специфической антисыворотки против макрофагальной NO-син- тазы обнаружено, что под действием цитокинов в (3-клетках синтезируется аналогичная макрофагальной индуцибельная изоформа фермента [573]. Вместе с тем в р-клетках, как и в эндотелиоцитах, выявляется и конститутивная изоформа NO-синтазы [488]. Главным источником ИЛ-ip при воспалении в поджелудочной железе являются макрофаги и Т- лимфоциты. Совместное действие других провоспалительных цитокинов (ФНО-а и ин- терферон-у [563] или ФНО-а и липополисахарид [490]) также вызывало индукцию NO- синтазы в островках Лангерганса. Однако эти цитокины были менее активны, чем ИЛ-1Р; более того, индукции NO-синтазы не наблюдалось в выделенных р-клетках (табл. 11). Предполагается, что экспрессия NO-синтазы под влиянием липополисахарида и ФНО-а в р-клетках цельных островков (выявляется иммуногистохимическим методом) происходит посредством активации синтеза ИЛ-ip макрофагами [490].

Добавление in vitro к культуре р-клеток соединений, продуцирующих N0', вызывало гибель клеток, так как они оказались высокочувствительными к действию радикалов [938]. Проведенное сравнительное исследование четырех типов клеток (гепатоциты, активированные и резидентные макрофаги, р-клетки) показало, что р-клетки наиболее подвержены повреждению NO-радикалами, возможно, за счет низкого содержания в них антиоксидантов. В дальнейших исследованиях обнаружено, что гибель р-клеток происходит часто посредством апоптоза.

В низких концентрациях NO-радикалы вызывали изменение синтеза инсулина Р-клетками [1572]. Многочисленными исследованиями показано, что индукция цитокинами in vitro NO-синтазы снижает продукцию инсулина в культурах р-клеток, полученных от мышей, крыс и человека [490, 563, 1543, 1744]. Высокая корреляция между образованием N0’ и ингибированием секреции инсулина указывает на ключевую роль радикалов в данном процессе, при этом ингибиторы NO-синтазы повышали про-

Рис. 16. Механизмы повреждения инсулинсекретирующих клеток макрофагами

Г

Таблица 11

Экспрессия цитокинами и липополисахаридом N О-синтазы в островках Лангерганса и выделенных р-клетках [1127]

дукцию инсулина, в то время как L-аргинин, напротив, снижал [1474]. Это позволяет предположить, что в организме N0“ является одним из регуляторов секреции инсулина поджелудочной железой [1572]. Среди возможных путей снижения синтеза инсулина островковыми клетками может быть ингибирование NO-радикалами аконитазы, участвующей в цикле Кребса [ 1744]. В то же время инсулин снижает активность индуцибель- ной NO-синтазы и продукцию N0*, возможно, через усиление образования тромбоци- тарного фактора роста [1574].

В нарушении секреции инсулина и повреждении островковых клеток участвуют не только NO-радикалы, но и различные токсины, а также другие формы АКМ. Так, диабетом страдает от 30 до 80 % больных гемохроматозом — наследственной патологией, при которой повышено всасывание железа в кишечнике и его накопление в тканях. Будучи эффективным прооксидантом, индуцирующим разложение органических перекисей с образованием реакционных гидроксильных и алкоксильных ради катов, ионы железа могут запускать окислительное повреждение различных клеток и тканей, и в том числе (3-клеток поджелудочной железы. На самом деле нельзя утверждать, что какой-то конкретный радикал вызывает деструкцию клеток, так как индукция NO-синтазы вызывается транскрипционным фактором NF-kB [960], который активируется практически всеми формами АКМ и является медиатором развития окислительного стресса [567]. Прямое измерение методом ЭПР образования липидных радикалов в области поджелудочной железы крыс после введения через желчный проток провоспалительных цитокинов (ФНО-а, ИЛ-1(3, интерферон-у) показало, что главными продуцентами радикалов являются макрофаги и р-клетки, ингибирование индуцибельной циклооксигеназы и транскрипционного фактора NF-kB снижало образование радикалов [1593]. На свободнорадикальный механизм повреждения [3-клеток указывает и тот факт, что токсический эффект NO-радикалов отчасти нивелируется антиоксидантами, в частности а- токоферолом [394, 881], в то же время проведенные на инсулинпродуцирующих клетках RINm5F исследования показали, что в защите от повреждений, индуцированных ИЛ-1 или донорами N0', у-токоферол был более эффективен, чем а-токоферол, по-видимо- му, за счет его высокой способности ингибировать оксиды азота [486, 1530].

При этом островковые клетки поджелудочной железы чрезвычайно уязвимы к свободнорадикальному повреждению, поскольку содержат относительно мало антиоксидантных ферментов. Так, содержание Си,2п-СОД, глутатионпероксидазы и каталазы в (3-клетках крысы составляет соответственно 31,21 и 1 % от концентрации этих ферментов в печени; антиоксидантный дефицит отчасти компенсируется повышенным уровнем ГПО гидроперекисей фосфолипидов [1626]. Аналогичным образом дело обстоит и у мышей, в островках поджелудочной железы экспрессия мРН К Cu,Zn-COA составляет 38 % от соответствующего показателя в печени, Мп-СОД — 30 %, глутатионпероксидазы — 15 %, мРНК каталазы выявлялась в следовых количествах [ 1006]. Трансфекция генов каталазы и ГПО, позволившая увеличить экспрессию соответствующих ферментов в клетках RINm5F в 100 раз, приводит и к повышению их резистентности к токсическому действию перекиси водорода (в клетках с гиперэкспрессией каталазы — в 10 раз 11626J); индуцированная менадионом (источник 0₂) или Н,0, гибель клеток мышиной инсулиномы NIT-1, трансфецированных генами Cu,Zn-COfl и глутатионпероксидазы человека, снижалась в 1,7-2,4 раза [1009].