Окислительный стресс и инсулинрезистентность

Как указывалось выше, сахарный диабет типа II характеризуется двумя основными поломками: на уровне секреции инсулина и на периферии — за счет снижения чувствительности тканей-мишеней к действию инсулина, или инсулинрезистентности.

С окислительным стрессом связывают прогрессирование не только осложнений диабета, но и инсулинрезистентности [1275, 1748]. In vivo исследования на моделях диабета у животных и клинические исследования на пациентах, страдающих сахарным диабетом типа II, продемонстрировали повышение чувствительности к инсулину на фоне лечения витамином E, аскорбиновой кислотой, липоевой кислотой, глутатионом [1273, 1372].

Один из основных эффектов развивающегося при сахарном диабете окислительного стресса, как уже отмечалось, является активация серин-треониновых киназ семейства протеинкиназы С за счет гиперпродукции диацилглицерола при аутоокислении глюкозы по гликолитическому пути и блокаде гликолиза на стадии триозофос- фатов [234, 1424].

В культуре миоцитов L6 индукция окислительного стресса H₂O₂ сопровождалась активацией MAPK р38 и NF-κΒ, связанной со снижением внутриклеточного транспорта глюкозы, стимулированного инсулином [340]. Как известно, NF-κΒ регулирует экспрессию большого числа генов, включая факторы роста и провоспалительные цитокины (в том числе ФНО-α и ИЛ-6), способствующие развитию инсулинрезистентности. Наблюдения последних лет свидетельствуют, что назначением салицилатов можно повысить чувствительность к инсулину за счет снижения активности NF-κΒ [1830]; ади- понектин, потенциальный сенситайзер инсулина, также ингибирует активацию NF-kB [1253].

В качестве стандартных моделей инсулинрезистентности в эксперименте используется инкубация клеток с провоспалительным цитокином ФНО-α и противовоспалительным глюкокортикоидом дексаметазоном. В работе [776] убедительно показано, каким образом эти сигнальные соединения, столь различные по механизму действия, способны индуцировать сходный эффект: культивирование адипоцитов 3T3-L1 с ФНО- α и дексаметазоном приводит к увеличению экспрессии генов, 18 % из которых имеют непосредственное отношение к биологии АКМ, а также к повышению образования активных форм кислорода и белковых карбонильных групп, предшествующему развитию инсулинрезистентности, и усилению фосфорилирования остатков треонина киназы JNK.

Параллельно со стресс-индуцированной активацией серин-киназного каскада изменения внутриклеточного редокс-баланса приводят к окислению и инактивации про- теин-тирозиновых фосфатаз [536, 557]. Этот класс ферментов играет основную роль в регуляции различных сигнальных путей, в том числе MAPK- и стресс-активируемые пути [883, 1638]. Хотя селективное и обратимое ингибирование некоторых тирозино- вых фосфатаз, таких как протеинтирозинфосфатаза 1В, улучшает эффекты инсулина и является антидиабетогенным [668], окисление цистеиновых остатков, необходимое для каталитической активности, инактивирует протеинтирозинфосфатазу и в результате приводит к инсулинрезистентности in vitro [747].

Таким образом, активация любого сигнального пути (NF-kB, MAPK p38, PI3K) чувствительна к окислительному стрессу. Более того, стимуляция этих сигнальных путей связана с нарушением инсулинового ответа, что свидетельствует об их роли в развитии индуцированной окислительном стрессом инсулинрезистентности.

Строгая корреляция ожирения и инсулинрезистентности [693] свидетельствует о том, что основным медиатором индуцированной окислительным стрессом инсулинрезистентности на стадии предиабета может быть циркулирующий фактор, секретируемый адипо- цитами. Относительно этого рассматриваются несколько возможных молекул-кандидатов, включая ФНО-α [1162], лептин [1178], свободные жирные кислоты [322], резистин [1570]. Тем не менее наиболее четкая взаимосвязь ожирения и инсулинрезистентности прослеживается через СЖК [1130, 1512]. Концентрация СЖК повышена при многих состояниях инсулинрезистентности, включая ожирение и сахарный диабет типа II [620].

Было предложено несколько объяснений того, каким образом увеличение уровня жирных кислот может приводить к инсулинрезистентности. По гипотезе Рэндла [1377] повышение содержания СЖК в клетке приводит к возрастанию соотношения ацетилкоэнзим А/коэнзим А в митохондриях и к падению соотношения NAD+/NADH, в результате чего инактивируется пируватдегидрогеназа, снижается окисление глюкозы и увеличивается концентрация внутриклеточного цитрата, ингибируется фосфофрук- токиназа, накапливается глюкозо-6-фосфат и ингибируется активность гексокиназы; результатом этих метаболических нарушений является накопление внутриклеточной глюкозы и снижение ее поглощения мышцами. Гипотезе Рэндла противоречат данные о том, что угнетению синтеза мышечного гликогена, вызванного инфузией жира у здоровых добровольцев, предшествовало падение содержания внутримышечного глюко- зо-6-фосфата [1420], что свидетельствует о том, что СЖК способствуют уменьшению внутриклеточной концентрации глюкозы. Эти результаты дают основание утверждать, что индуцированная СЖК инсулинрезистентность развивается на уровне системы, обеспечивающей транспорт глюкозы в клетку.

На молекулярном уровне инфузия СЖК снижает стимулированное инсулином фосфорилирование остатков тирозина ИРС-1 и активность PI3K в мышечных биоп- татах [555, 1420]. У крыс инфузия СЖК ассоциировалась с активацией Са²+-незави- симой θ-изоформы PKC, которая селективно экспрессируется в скелетных мышцах и Т-лимфоцитах [441] и обладает уникальной способностью активировать NF-кВ [494]. Как обсуждалось выше, активация этого стресс-чувствительного пути сопровождается индукцией экспрессии генов, связанных с нарушением действия инсулина и развитием осложнений диабета.

СЖК и их метаболиты способны нарушать биологические эффекты инсулина не только за счет стимуляции ингибиторных протеинкиназ, но и посредством провокации окислительного стресса. Исследованиями in vitro показано, что повышение содержания СЖК оказывает влияние на функцию митохондрий, включая разобщение окислительного фосфорилирования и синтез активных форм кислорода [411, 1424, 1748]. При этом жирные кислоты не только стимулируют генерацию прооксидантов, но и нарушают эндогенный антиоксидантный баланс за счет снижения внутриклеточной концентрации глутатиона [746]. Так, у пациентов с сахарным диабетом типа II отмечается выраженная обратная корреляция между концентрацией СЖК натощак и отношением GSH/GSSG [1275]; инфузия СЖК здоровым добровольцам сопровождается возрастанием уровня МДА и падением соотношения GSH/GSSG в плазме крови [1275] параллельно с ингибированием инсулинстимулированного транспорта глюкозы в клетку [1274]. И у здоровых лиц, и у пациентов с сахарным диабетом типа II восстановление редокс-баланса путем инфузии глутатиона улучшают чувствительность к инсулину и функцию β-кле- ток [1273, 1274].

Сопоставляя эти исследования, можно заключить, что индуцированная СЖК инсулинрезистентность обусловлена провокацией окислительного стресса и активацией тех же стресс-чувствительных путей (NF-kB, серин-треониновых киназ, MAPK р38), что и при индуцированном гипергликемией окислительном стрессе. Поскольку активация этих же стресс-чувствительных путей отмечена и при развитии диабетических сосудистых осложнений, напрашивается вывод о том, что окислительный стресс является причиной и развития инсулинрезистентности, и прогрессирования диабетических ангиопатий.