Диабет 1 типа является хроническим аутоиммунным заболеванием, при котором иммунная система ошибочно атакует бета-клетки поджелудочной железы, которые вырабатывают инсулин. Это приводит к повышению уровня глюкозы в крови.
Со временем диабет может в значительной степени влиять на жизненно важные органы, вызывая заболевания сосудов и сердца, повреждения нервов, почек, глаз, кожи и ступней, а также стать причиной осложненной беременности.
Исследователи в области изучения диабета 1 типа стремились найти лечение, которое бы препятствовало разрушению, а также дало возможность восстанавливать нормальную функцию бета-клеток, которые, в свою очередь, вырабатывали инсулин, отвечающий за транспорт глюкозы в ткани.
Препятствием на пути этого решения является то, что новые замещенные бета-клетки также будут разрушаться иммунной системой, как и собственные.
Ученые предположили, что похожий вид клеток можно запрограммировать на продукцию инсулина, при этом такие клетки будут отличаться от бета-клеток настолько, что иммунная система не сможет распознать и разрушить их.
Группа ученых сгенерировала вектор на базе адено-ассоциированного вируса, который доставляет в поджелудочную мыши два белка – Pdx1 и MafA. Эти белки стимулируют рост, созревание и работу бета-клеток и могут трансформировать альфа-клетки в инсулин-продуцирующие бета-клетки.
Альфа-клетки – идеальные кандидаты на перепрограммирование. Их много, они похожи на бета-клетки и располагаются в поджелудочной железе – все это способствует процессу перепрограммирования.
Оценка трансформированных альфа-клеток показала почти полное клеточное перепрограммирование в бета-клетки.
Исследование на мышах показало восстановление уровня глюкозы в крови через 4 месяца после генной терапии.
Также ученые обнаружили, что белки Pdx1 и MafA превращают альфа-клетки человека в бета-клетки in vitro (в лабораторных условиях).
Генная терапия позволила создать новые инсулин-продуцирующие клетки, относительно стойкие к аутоиммунной атаке. Они отличаются от бета-клеток тем, что не распознаются иммунной системой, при этом выполняют функцию выработки инсулина.
В настоящее время разрабатывается возможность генной терапии человека.
Сейчас идет исследование метода на низших приматах. Если оно пройдет успешно, речь пойдет о том, чтобы использовать его для лечения людей с диабетом. Важным является тот факт, что данное исследование показало возможность лечения аутоиммунного диабета, которое способно восстанавливать уровень глюкозы без иммуносупрессии.
21 век – время грандиозных по своему масштабу открытий в медицине. Изобретение новых препаратов для лечения гемофилии, вакцин, гормонов, иммунокоррегирующих веществ, расшифровка человеческого генома, – далеко не весь перечень научных открытий, созданных с помощью генной инженерии. Достижения генной инженерии в эндокринологии вот уже более 20 лет остаются в центре внимания медицинского сообщества в связи с тем, что распространение сахарного диабета (СД) в последние годы получило характер эпидемии. По данным Международной федерации диабета в 2014 г. в мире зарегистрировано 387 млн больных, ожидается, что к 2035 г. их количество увеличится до 592 млн. Только в РФ насчитывается 3,5 млн больных сахарным диабетом, однако в реальности это число может достигать 9 млн человек. [4]
Результаты генно-инженерных исследований, от производства рекомбинантного человеческого инсулина до имлантации инсулин-продуцирующих клеток, полученных из собственных клеток пациента, позволяет полагать, что разработка ряда эффективных методов лечения инсулинозависимого СД становится реальностью.
Открытие инсулина Ф. Бантингом и его коллегами в 1921 г. привело к значительному прогрессу в лечении инсулинозависимого СД: продолжительность жизни после постановки диагноза увеличилась с 1,3 года до 45 лет. Однако, успешное лечение СД очищенным бычьим инсулином сопровождалось неблагоприятными побочными эффектами: воспалением, формированием абсцессов в месте введения, в дополнение к потенциально смертельным аллергическим реакциям, а недостаточная степень очистки приводила к ошибкам в дозировании препарата. Несмотря на это, очищенный бычий инсулин был основным препаратом для лечения СД вплоть до начала 1980 годов. В то же время стремительно стала развиваться генная инженерия, позволяющая конструировать рекомбинантные ДНК вне биологических систем (in vitro), а затем вводить их в геном другого организма. [2]
В основе получения человеческого инсулина также лежит использование методов генной инженерии. Аминокислотная последовательность человеческого инсулина была разработана Фредериком Сенгером еще в 1958 г. Как известно, инсулин состоит из двух пептидных цепей А и В, связанных двумя дисульфидными мостиками между аминокислотами цистеина, присутствующими в этих двух цепях, третий дисульфидный мостик находится в цепи А. Уже через 20 лет человеческий инсулин был создан с помощью технологии рекомбинантной ДНК. Рекомбинантный человеческий инсулин синтезируется методом внедрения ДНК каждой цепи инсулина отдельно в ДНК ослабленных неинфекционных штаммов бактерий E.coli. После многократных циклов деления, бактерии могут производить множество копий каждой цепи инсулина. Индивидуальные цепи молекулы инсулина извлекают из бактерий и очищают. После очистки молекулы рекомбинантного инсулина, для улучшения её функции, проводят замещение одной аминокислоты в молекуле. Эти изменения способствуют производству инсулина быстрого или длительного действия. Рекомбинантный человеческий инсулин, получаемый с использованием в E.coli и Saccharomyces cerevisiae, не вызывает опасных побочных эффектов, отмечаемых при использовании инсулина животного происхождения.
Более эффективный метод, также с использованием E.coli, включает в себя производство проинсулина, а не отдельных фрагментов его синтеза. Как известно, синтез инсулина in vivo и его выделение представляют собой сложный многоэтапный процесс. Первоначально образуется неактивный предшественник гормона, проинсулин, который после ряда химических превращений переходит в активную форму. В процессе созревания из молекулы проинсулина с помощью специфических эндопептидаз вырезается C-пептид — фрагмент из 31 аминокислоты, соединяющий B-цепь и A-цепь, таким образом молекула проинсулина разделяется на инсулин и биологически инертный пептидный остаток. Ген, кодирующий проинсулин, трансфицируют в клетки E.coli, где он в дальнейшем экспрессируется. Полученный гормон очищается, а цепь С протеолитически удаляется. [5]
Привлекательной системой экспрессии, которая может быть использована для производства инсулина в промышленных масштабах для терапевтического применения у человека как в парентеральной, так и в пероральной и ингаляционной формах, являются трансгенные растения. Рекомбинантный человеческий инсулин успешно экспрессируется и продуцируется в масличных культурах Резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Эта технология включает целенаправленную экспрессию инсулина в субклеточных структурах, известных как oilbodies, которые состоят из гидрофобного ядра триацилглицерина, заключенного в капсулу из фосфолипидной мембраны и наружной оболочки протеинов, известных как олеозины. Затем oilbodies отделяются от других компонентов семян, и рекомбинантный инсулин отщепляют от ассоциации с олеозином. Последующее созревание для получения биологически активного инсулина может быть осуществлено с использованием стандартных ферментативных методов. Масличные могут также выступать в качестве естественного клеточного склада, где рекомбинантный инсулин может быть складирован до тех пор, пока потребуется. [6]
В других исследованиях были получены трансгенные растения, в которых человеческим проинсулином трансформировали хлоропласты табака и салата-латука. Обнаружено, что листья табака накапливают до 47%, а листья салата до 53% проинсулина от общего белка листьев. Проинсулин, содержащийся в листьях салата оказался очень стабильным, около 40% проинсулина обнаруживается даже в стареющих и высушенных листьях. Затем проинсулин экстрагируют и расщепляют с помощью протеаз. Доказано, что пероральное введение мышам необработанного проинсулина, инкапсулированного в растительной клетке, приводит к снижению уровня глюкозы в крови, подобно введению коммерчески доступных инсулинов. При этом получение инсулина с использованием трансгенных растений обладает рядом преимуществ: экономическая эффективность, отсутствие человеческих патогенов, простота производства и наличие эукариотической машин для посттрансляционных модификаций. [7]
Не менее интересны эксперименты по производству высоких уровней человеческого проинсулина в молоке трансгенных мышей, несущих кДНК человеческого инсулина с экпрессией, приводимой в действие промотором гена — козьим β-казеином. Уровень экспрессии человеческого проинсулина в молоке была максимальной в средине лактации и достигала 8,1 г/л. При этом уровни глюкозы в крови и уровни инсулина, так же как и состав молока были неизменными, и трансгенные животные не имели видимых дефектов здоровья. Зрелый инсулин, полученный из проинсулина молока сохранял свою биологическую активность. [8]
Исследования последних лет направлены на поиск возможности замещения утраченной функции инсулярного аппарата, нормализации регуляции углеводного обмена и полный отказ от экзогенного введения инсулина. Реальную возможность излечения от СД 1 типа дает аллогенная трансплантация островков поджелудочной железы: гистологически подтверждено, что островки человека, трансплантированные в печень, способны к выживанию в течение нескольких лет при отсутствии признаков отторжения и рецидива аутоиммунного процесса. Однако, для успешной функции пересаженной островковой ткани в портальную систему необходимо ввести достаточное количество островков, способных секретировать инсулин в среде с гипергликемией: высокая эффективность этого метода была продемонстрирована при пересадке более 11000 островков на 1 кг массы тела больного.
Другие проблемные аспекты – это необходимость проведения иммуносупрессивной терапии, тестирование доноров на вирусы гепатита, ЦМВ и ВИЧ инфекцию, защита островков от бактериальной и грибковой контаминации. [3]
Реальной альтернативой аллогенной трансплантации является генная терапия, позволяющая направленно изменять генные дефекты путем введения нормальных генов в клетки пациентов. Для эффективной доставки чужеродного гена в клетки-мишени используют вирусные векторы, обладающие способностью к активной трансдукции и длительной экспрессии чужеродного гена. В качестве клеток — мишеней используются лимфоциты, клетки красного костного мозга, опухолей, печени и др. [1]
В последнее время предпринимаются попытки разработать генетическую конструкцию, способную автономно функционировать по принципу «обратной связи» и секретировать адекватное содержанию глюкозы количество инсулина. В эксперименте получен клон иммортализированных β -клеток островков Лангерганса, трансфицированных геном р-галактозы, который в течение 9 мес. способен был секретировать инсулин в ответ на стимуляцию глюкозой. Такие «инженерные» β-клетки сохраняли свою функциональную активность при подкожном, внутрикожном и внутримышечном введении экспериментальным животным. Методом селекции клеток инсулиномы был получен усовершенствованный клон, резистентный к -интерферону и интерлейкину-1 β, опосредующим иммунный ответ.
На 61 конгрессе Американской диабетической ассоциации сообщалось о возможности генно-инженерных конструкций осуществлять контроль экспрессии гена инсулина в нейроэндокринных клетках кишечника. В исследовании с экспериментальным СД у крыс модифицированная кДНК проинсулина человека вместе с аденоассоциированным вирусным вектором помещалась в специальную кассету. Через 6-8 часов после перорального приема этой кассеты у диабетических животных отмечалось снижение глюкоземии, затем длительно сохранялось эугликемическое состояние, опосредованное, вероятно, трансдукцией гепатоцитов. Продемонстрирована также возможность использования в качестве продуцентов инсулина генетически измененных печеночных клеток. При помощи вектора ЦМВ в гепатоциты HEP G2 и HUH7 введена кДНК инсулина человека. Трансфицированные клетки секретировали проинсулин человека, адекватно изменению уровня глюкозы. После имплантации диабетическим мышам они продолжали продуцировать инсулин, обеспечивая нормальное содержание глюкозы сыворотки крови. [3]
Открытие белка, являющегося транскрипционным фактором (PDX-1 или IDX-1/STF-1/IPF-1), контролирующим развитие поджелудочной железы и транскрипцию гена инсулина является еще одним толчком для генной терапии СД. Фактор PDX-1 экспрессируется не только в период эмбриогенеза, но и во взрослом состоянии, что сопровождается неогенезом островков и дифференцировкой инсулинпродуцирующих (ИПК) клеток из прогениторных клеток. Предложено использование экзогенного PDX-1 для стимуляции транскрипции гена инсулина и дифференцировки под его влиянием in vitro и in vivo стволовых панкреатических клеток человека в ИПК. Превращение инсулинпродуцирующей стволовой клетки (ИПСК) в ИПК достигалось путём последовательного многостадийного воздействия на клетки факторов цитодифференцировки, при этом отмечалась экспрессия панкреатических генов PDX1 и NKX6-1. Такие клетки были способны выбрасывать кальций в ответ на добавление в среду глюкозы, упаковывать инсулин в секреторные гранулы, секретировать инсулин в количествах, близких с таковыми у зрелых β-клеток, в ответ на множественные эпизоды добавления глюкозы. В экспериментах in vivo ИПК после трансплантации диабетическим мышам проявили способность контролировать уровень глюкозы в крови.
В настоящее время интенсивно ведутся разработки устройства ViaCyte, предоставляющего собой макроконтейнер со средой для развития, поддержки и обеспечения жизненных потребностей ИПК, обладающий полупроницаемыми стенками, способными пропускать инсулин, кислород и питательные вещества, но препятствующими проникновению клеток. Данный эффект обеспечивает, как протекцию трансплантированных клеток от аутоиммунной атаки, так и защиту организма реципиента от их потенциально возможного туморогенного действия. Сообщается о разрешении FDA на начало клинических испытаний по трансплантации ViaCyte как перспективного вида СД 1 типа без подавления иммунитета и без риска гипогликемии и других осложнений, связанных с диабетом [4].
Подытоживая вышесказанное, можно отметить, что результаты исследований в сфере генной инженерии позволяют не только удовлетворить потребности в инсулине больных СД 1 типа, нуждающихся в заместительной терапии, но и делают возможным возобновление утраченных функций инсулярного аппарата и нормализацию углеводного обмена и его регуляции.
Ученые нашли способ раз и навсегда восстановить нормальный уровень сахара у больных инсулинозависимым сахарным диабетом с помощью генной терапии.
Новый метод может оказаться оптимальным решением для миллионов людей во всем мире, причем в перспективе и для пациентов с более частым сахарным диабетом II типа.
Доктор Джордж Гиттес, профессор хирургии и педиатрии в Школе медицины Питтсбургского университета (США), опубликовал результаты своей работы в журнале Cell Stem Cell.
Инсулинозависимый, или сахарный диабет I типа – хроническое аутоиммунное заболевание, которым страдает около 1 000 000 жителей Российской Федерации.
Иммунная система, которая обычно разрушает микробы и посторонние вещества, ошибочно атакует бета-клетки поджелудочной железы и нарушает выработку инсулина. В результате этой аутоиммунной реакции ткани теряют способность усваивать глюкозу, ее содержание в крови существенно возрастает, развиваются тяжелые осложнения.
Со временем сахарный диабет I типа оказывает разрушительное влияние на жизненно важные органы. Диабет ведет к поражению сердца и кровеносных сосудов, почек, глаз и ступней, слизистых оболочек и периферических нервов, осложнениям беременности.
Чтобы помочь больным отказаться от инъекций экзогенного инсулина, американские ученые предложили восстановить нормальный уровень сахара с помощью генной терапии.
В экспериментах на мышах с индуцированным диабетом I и II типа это удалось.
Несколько лет назад в Америке начали пересаживать бета-клетки, чтобы восстановить выработку эндогенного (собственного) инсулина. Но барьером на пути лечения стала аутоиммунная реакция, которая продолжает разрушать клеточный аппарат и сводит на нет успехи врачей.
Доктор Гиттес и его сотрудники разработали терапию, которая обеспечивает организм достаточным количеством инсулина. Без участия пораженных бета-клеток. Вместо того чтобы воевать с иммунной системой, ученые решили пойти в обход: перепрограммировать другие типы клеток на выработку инсулина.
Преимущество метода в том, что на клеточном уровне новый инсулинпродуцирующий аппарат отличается от обычных бета-клеток, а потому не станет жертвой иммунитета хозяина.
Был разработан аденовирусный вектор, доставляющий два белка – Pdx1 и MafA – в клетки поджелудочной железы мышей. Протеины Pdx1 и MafA индуцируют пролиферацию и созревание бета-клеток, в конечном итоге превращая альфа-клетки в инсулинпродуцирующие бета-клетки.
Анализ трансформированных альфа-клеток продемонстрировал почти полное перепрограммирование в функциональные бета-клетки.
По словам доктора Гиттеса, у мышей с сахарным диабетом уровень сахара в крови восстанавливается примерно через 4 месяца на фоне генной терапии.
Более того, удалось доказать возможность аналогичной трансформации человеческих альфа-клеток в бета-клетки. Правда, пока только in vitro, без участия живых людей.
«Генная терапия с вирусным вектором позволяет создавать совершенно новые инсулинпродуцирующие клетки из клеток другого типа. Это позволяет избежать аутоиммунной реакции, раз и навсегда решив проблему сахарного диабета. Новые клетки сильно отличаются от старых, но функционируют не хуже», — прокомментировал доктор Гиттес.
Сегодня мы разрабатываем новые гипогликемические препараты и инсулиновые помпы, пересаживаем ткани поджелудочной и пытаемся подавить иммунитет.
Но решение проблемы видится более простым.
Аденовирусный вектор, активно применяемый в генной терапии, легко доставляется в поджелудочную железу с помощью малоинвазивной эндоскопической процедуры. Со временем вирус внедряет в наши ткани новый ген, а синтез инсулина увеличивается.
Тем не менее авторы предупреждают, что наблюдаемая у мышей защита оказалась временной: четыре месяца в мышином организме соответствуют нескольким годам у людей. Как много значат несколько лет без ежедневных уколов? Спросите любого диабетика.
«Это исследование является первым примером однократного вмешательства в патогенез аутоиммунного диабета, которое нормализует уровень сахара. Что еще более важно, без иммуносупрессии и других осложнений», — говорят авторы.
Проект считается приоритетным: в ближайшие несколько лет будет проведено клиническое испытание, которое докажет состоятельность генной терапии сахарного диабета.
А пока авторы переходят к исследованиям уникальной методики на нечеловекообразных обезьянах. В случае успеха университет начнет переговоры с FDA.
Ученые из Независимого университета Барселоны продемонстрировали возможность лечения диабета 1 типа у животных (собак) за одну процедуру генной терапии.
Исследователи под руководством Fatima Bosch издали статью, где – представлены данные, что в результате уникальной процедуры генной терапии, у собак исчезли симптомы болезни. Контроль состояния животных показал, что отсутствие симптомов в некоторых случаях держался в течение четырех лет.
По словам ученых, “терапия минимально агрессивна”. В ходе одного сеанса, в бедро собаки делается инъекция посредством самых тонких игл, используемых в косметологии, вводят терапевтически-генный препарат с двумя генами. Первый ген отвечает за синтез инсулина, второй – за глюкокиназу, фермент который регулирует поглощение сахара из крови в печени. Синхронное функционирование двух генов действует как “глюкозный датчик”, обеспечивая управление автоматического поглощения глюкозы в печени, которая сокращает вероятность гипергликемии, или комы, – из-за увеличенного сахара в крови, вызванного диабетом.
Как отмечает Fatima Bosch, долгосрочное действие терапии генами у крупных животных прослеживается впервые. Эти же авторы уже показали возможность генной терапии диабета первого типа на крысах. Последние результаты, согласно ученым, позволяют ввести генно-терапевтический подход в ветеринарную практику, а в дальнейшем и в медклинику для лечения больных диабетом первого типа.
У прошедших процедуру собак, поддерживался нормальный уровень сахара в крови независимо от того, сыты они или голодны. В дополнение, у животных нормализовалась масса тела и в течении четырех лет, прошедших после эксперимента, не наблюдалось никаких диабетических осложнений.
Для ввода генов в организм животных использовался аденоассоциированный вирусный вектор нового поколения, это носитель генетически инженерных конструкций, который был создан на основе непатогенного аденоассоциированного вируса (AAV). Этот вирус может встраивать свой геном в геном хозяина, что делает ее особо привлекательным кандидатом в качестве создания препаратов генной терапии.
Мониторинг состояния собак, которые получили инъекцию генов на аденоассоциированном векторе, свидетельствует о безопасности такого носителя.
Glybera – это один из препаратов генной терапии, разработанный с использованием аденоассоциированного вектора для лечения редкой болезни жирового обмена, был одобрен недавно медицинским агентством Европы и выпущен на рынок.
Диабет – пожизненное, хроническое заболевание. Но с правильной командой медицинских работников, Вы можете лечить свой диабет и предотвратить […]
Диабет 1 типа у детей
Болеть плохо. Особенно плохо, когда болеют дети. За последние 30 лет количество больных диабетом детей увеличилось в три […]
Профилактика диабета в санатории
На текущий день заболевание эндокринной системы – сахарный диабет чрезвычайно распространено. Тип 1 сахарного диабета – связан с […]
Диабет у детей
Больные сахарным диабетом 2 типа в большинстве могут обходиться без инъекций инсулина, ограничиваясь лишь соблюдением соответствующей диеты, но в […]
Диабетики будут обходиться без инъекций инсулина
Ученым из Австралийского Института Уолтера и Элизы Холл при сотрудничестве с научными работниками из Великобритании, Соединенных Штатов и […]
Каждый успех по лечению сахарного диабета диабетиками встречаются с надеждой. С каждым годом количество больных сахарным диабетом увеличивается, поэтому успешное применение генной терапии и его дальнейшее успешное исследование зажигает искру надежды на их исцеление.
serenada Здравствуйте. Совершенно с Вами согласен. Каждый раз когда я натыкаюсь на подобную статью, меня она вдохновляет на жизнь, на борьбу с диабетом и его осложнениями. Надежда на исцеление, вера в науку, которая найдёт панацею от диабета – вот что стимулирует к жизни.
В любом случае, за этим будущее. Если провели эксперименты на животных, следующий этап – на добровольцах, а потом, если методику одобрят, можно регистрировать и пускать в производство лекарство. Единственное, процесс этот длительный, и сколько лет пройдет прежде чем что-то новое появится- неизвестно. Но, все- равно, звучит это очень обнадеживающе.
Извините, но животное – это животное. А кто согласится испытывать на себе? Да и результаты не впечатлили. Мне всегда не нравится, что после удавшегося опыта врачи начинают сразу трубить о том, что они добились успеха. На самом деле это только начало пути.
Имеется ли выход из создавшейся ситуации? Еще вчера казалось, что другого выхода нет, кроме как продолжать исследования по поиску условий, при которых островки животного происхождения могли бы функционировать в организме больного СД. На 61 -м конгрессе Американской диабетической ассоциации впервые были представлены результаты исследований за последние 2 года по генной терапии СД. Показано, что (3-клетка островка поджелудочной железы человека была взята за основу по созданию системы (с использованием вектора аденовируса и цитомегаловируса), которая обладает способностью не только секретировать инсулин, но и имеет обратную регуляцию секреции инсулина в зависимости от содержания глюкозы в окружающей среде культуры таких «инженерных» р-клеток. Такие «инженерные» |3-клетки сохраняли свою функциональную активность при подкожном, внутрикожном и внутримышечном введении экспериментальным животным. Указанное вселяет оптимизм, что в недалеком будущем новые терапевтические возможности позволят излечивать СД типа 1.
Разрабатывается возможность проведения неинвазивной (пероральной) генной терапии экспериментального диабета. В одном из докладов на конгрессе сообщалось о возможности проведения генной терапии диабета. Модифицированная кДНК проинсулина человека помещается в специальную кассету вместе с аденоассоциированным вирусным терминалом. После проглатывания и попадания в желудочно-кишечный тракт крысиный инсулиновый промотер осуществляет соответствующий контроль за экспрессией гена инсулина в нейроэндокринных клетках кишечника. Помимо снижения содержания глюкозы в крови у диабетических животных, наблюдаемого через 6- 18ч после перорального приема «системы», отмечается длительное поддержание эугликемического состояния, опосредованное, вероятно, трансдукцией гепатоцитов. В другом докладе были представлены данные о возможном использовании генетически измененных печеночных клеток в качестве продуцентов инсулина. Два вида печеночных клеток человека (клетки HEP G2 и HUH7) с кДНК инсулина человека при специальном контроле цитомегаловирусного промотера секретировали проинсулин человека, который накапливался в гранулах цитозоля клеток и секретировался в ответ на изменение уровня глюкозы в окружающей среде. Такие клетки продолжали секретировать инсулин после их трансплантации диабетическим иммунонекомпетентным мышам в количестве, необходимом для поддержания эугликемического состояния животных. Таким образом, впервые продемонстрирована возможность такой ситуации, при которой клетки печени могут быть индуцированы, становясь заменой панкреатических р-клеток, что еще раз свидетельствует о возможности проведения радикальной терапии СД типа 1.
Указанное вселяет оптимизм, что в недалеком будущем новые терапевтические возможности позволят излечивать СД типа 1.
Новый метод лечения от сахарного диабета I типа, разработанный учеными из Медицинского Колледжа Бэйлора (Baylor College of Medicine, США), продемонстрировал 80-процентную эффективность при экспериментальном лечении мышей с моделью данного заболевания. Результаты исследования, представленные на 93-м Ежегодном Съезде Общества Эндокринологов (The Endocrine Society’s 93rd Annual Meeting) в Бостоне (США), дают надежду на излечение миллионам людей, страдающим диабетом.
Сахарный диабет I типа обусловлен разрушением эндокринных бета-клеток клеток (островков Лангерганса) поджелудочной железы, и, как следствие, критическим снижением уровня инсулина в крови. Массовая гибель бета-клеток может происходить по разным причинам, и одна из них – аутоиммунные заболевания.
Новая терапевтическая схема направлена на борьбу с выработкой клетками иммунной системы ауто-антител, повреждающих бета-клетки поджелудочной железы, а также на восполнение дефицита бета-клеток. Предложенная американскими учеными генная вакцина включает в себя 3 гена. Первый – нейрогенин 3 – отвечает за формирование островков Лангерганса, состоящих из эндокринных клеток поджелудочной железы, в том числе, бета-клеток; второй – бетацеллюлин – кодирует ростовой фактор, стимулирующий рост этих островков. С помощью внедрения этих двух генов в организм животных ученым удалось вырастить новые островки Лагерганса в печени мышей.
Что касается третьего гена, то ранее ученые комбинировали нейрогенин-3 с геном интерлейкина-10, чей белковый продукт ослабляет иммунные реакции. Однако такая терапевтическая схема оказалась эффективной только в 50% случаев.
В новом исследовании ученые решили применить ген CD274, или PD-L1 (programmed cell death 1 ligand-1), подавляющий развитие иммунных реакций. «CD274 ингибировал активность Т-лимфоцитов только вблизи новообразованных островков железистых клеток, так что в целом иммунитет организма не нарушался», — объяснил руководитель исследования профессор Виджей Йехур (Vijay Yechoor).
Исследования показали, что такая терапия оказалась эффективной для 17 из 22 мышей с диабетом, что составляет 78%. «Всего одна инъекция генно-инженерного препарата способствовала восстановлению нормального уровня инсулина в крови животных, — говорит Йехур, — Мыши с диабетом обычно живут от 6 до 8 недель, однако после лечения продолжительность их жизни достигала 18 недель».
«Можно предложить 2 объяснения того, почему для 20% мышей терапия оказалась неэффективной, — объясняет Йехур, — Во-первых, аутоиммунное разрушение бета-клеток является не единственной причиной развития сахарного диабета I типа, а, во-вторых, возможно, эффективность нового защитного гена недостаточна, и требуются более высокие дозы препарата».
Исследователи из Автономного университета Барселоны впервые продемонстрировали возможность излечения диабета 1 типа у крупных животных за один сеанс генной терапии, сообщает EurekAlert! (UAB researchers cure type 1 diabetes in dogs).
Снимок с сайта uab.es – ВМ
Группа под руководством Фатимы Бош (Fatima Bosch) опубликовала в профильном журнале Diabetes статью (Treatment of Diabetes and Long-term Survival Following Insulin and Glucokinase Gene Therapy – ВМ), где представлены данные о том, что у собак в результате единственной процедуры генной терапии исчезли симптомы заболевания. Мониторинг состояния животных показал, что в некоторых случаях отсутствие симптомов держалось на протяжении четырех лет.
Как отмечают исследователи, «терапия минимально инвазивна». В ходе одного сеанса инъекциями с помощью тончайших игл, используемых в косметологии, в бедро собаки вводится генно-терапевтический препарат с двумя генами. Один ген ответственен за синтез инсулина, другой – за глюкокиназу, фермент, регулирующий поглощение глюкозы из крови в печени. Одновременное функционирование двух генов действует как «глюкозный сенсор», обеспечивающий автоматическое регулирование поглощения глюкозы в печени, что снижает вероятность диабетической гипергликемии, или комы – вызванного заболеванием повышения сахара в крови.
По словам Фатимы Бош, долгосрочный эффект генной терапии у крупных животных наблюдается впервые. Теми же авторами уже была продемонстрирована возможность генной терапии диабета 1 типа на мышах. Последние результаты, по мнению ученых, позволяют прогнозировать введение генно-терпаевтического подхода в ветеринарную практику, а впоследствии и в клинику для лечения пациентов с диабетом 1 типа.
У собак, прошедших сеанс генной терапии, нормальный уровень глюкозы в крови поддерживался независимо от того, голодны они или сыты. Кроме того, у животных нормализовалась масса тела и за четыре года, прошедшие после экспериментального лечения, не возникло никаких диабетических осложнений.
Для внесения генов в организм животных был использован аденоассоциированный вектор нового поколения, это носитель генно-инженерных конструкций, созданный на основе непатогенного аденоассоциированного вируса (AAV). Такая частица может встраивать свой геном в геном хозяйского организма, что делает ее привлекательной в качестве исходного материала для создания препаратов генной терапии.
Наблюдения за собаками, получившими инъекции генов на аденоассоциированном векторе, свидетельствуют о безопасности такого носителя.
Один из препаратов генной терапии, созданный с использованием аденоассоциированного вектора – Glybera -для лечения редкого заболевания жирового обмена, недавно был одобрен Европейским медицинским агентством и выпущен на рынок.
Ученые нашли способ раз и навсегда восстановить нормальный уровень сахара у больных инсулинозависимым сахарным диабетом с помощью генной терапии.
Новый метод может оказаться оптимальным решением для миллионов людей во всем мире, причем в перспективе и для пациентов с более частым сахарным диабетом II типа.
Доктор Джордж Гиттес, профессор хирургии и педиатрии в Школе медицины Питтсбургского университета (США), опубликовал результаты своей работы в журнале Cell Stem Cell.
Инсулинозависимый, или сахарный диабет I типа – хроническое аутоиммунное заболевание, которым страдает около 1 000 000 жителей Российской Федерации.
Иммунная система, которая обычно разрушает микробы и посторонние вещества, ошибочно атакует бета-клетки поджелудочной железы и нарушает выработку инсулина. В результате этой аутоиммунной реакции ткани теряют способность усваивать глюкозу, ее содержание в крови существенно возрастает, развиваются тяжелые осложнения.
Со временем сахарный диабет I типа оказывает разрушительное влияние на жизненно важные органы. Диабет ведет к поражению сердца и кровеносных сосудов, почек, глаз и ступней, слизистых оболочек и периферических нервов, осложнениям беременности.
Чтобы помочь больным отказаться от инъекций экзогенного инсулина, американские ученые предложили восстановить нормальный уровень сахара с помощью генной терапии.
В экспериментах на мышах с индуцированным диабетом I и II типа это удалось.
Несколько лет назад в Америке начали пересаживать бета-клетки, чтобы восстановить выработку эндогенного (собственного) инсулина. Но барьером на пути лечения стала аутоиммунная реакция, которая продолжает разрушать клеточный аппарат и сводит на нет успехи врачей.
Доктор Гиттес и его сотрудники разработали терапию, которая обеспечивает организм достаточным количеством инсулина. Без участия пораженных бета-клеток. Вместо того чтобы воевать с иммунной системой, ученые решили пойти в обход: перепрограммировать другие типы клеток на выработку инсулина.
Преимущество метода в том, что на клеточном уровне новый инсулинпродуцирующий аппарат отличается от обычных бета-клеток, а потому не станет жертвой иммунитета хозяина.
Был разработан аденовирусный вектор, доставляющий два белка – Pdx1 и MafA – в клетки поджелудочной железы мышей. Протеины Pdx1 и MafA индуцируют пролиферацию и созревание бета-клеток, в конечном итоге превращая альфа-клетки в инсулинпродуцирующие бета-клетки.
Анализ трансформированных альфа-клеток продемонстрировал почти полное перепрограммирование в функциональные бета-клетки.
По словам доктора Гиттеса, у мышей с сахарным диабетом уровень сахара в крови восстанавливается примерно через 4 месяца на фоне генной терапии.
Более того, удалось доказать возможность аналогичной трансформации человеческих альфа-клеток в бета-клетки. Правда, пока только in vitro, без участия живых людей.
«Генная терапия с вирусным вектором позволяет создавать совершенно новые инсулинпродуцирующие клетки из клеток другого типа. Это позволяет избежать аутоиммунной реакции, раз и навсегда решив проблему сахарного диабета. Новые клетки сильно отличаются от старых, но функционируют не хуже», — прокомментировал доктор Гиттес.
Сегодня мы разрабатываем новые гипогликемические препараты и инсулиновые помпы, пересаживаем ткани поджелудочной и пытаемся подавить иммунитет.
Но решение проблемы видится более простым.
Аденовирусный вектор, активно применяемый в генной терапии, легко доставляется в поджелудочную железу с помощью малоинвазивной эндоскопической процедуры. Со временем вирус внедряет в наши ткани новый ген, а синтез инсулина увеличивается.
Тем не менее авторы предупреждают, что наблюдаемая у мышей защита оказалась временной: четыре месяца в мышином организме соответствуют нескольким годам у людей. Как много значат несколько лет без ежедневных уколов? Спросите любого диабетика.
«Это исследование является первым примером однократного вмешательства в патогенез аутоиммунного диабета, которое нормализует уровень сахара. Что еще более важно, без иммуносупрессии и других осложнений», — говорят авторы.
Проект считается приоритетным: в ближайшие несколько лет будет проведено клиническое испытание, которое докажет состоятельность генной терапии сахарного диабета.
А пока авторы переходят к исследованиям уникальной методики на нечеловекообразных обезьянах. В случае успеха университет начнет переговоры с FDA.
Источник
Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц.сетях:
Сахарный диабет вызывает невыносимую жажду, превращая человека в «водный сифон».
Сахарная болезнь — звучит загадочно и как будто несерьезно. Что же кроется за этим названием? К сожалению, сахарная болезнь (diabetes mellitus) — совсем «не сахар»: на фоне масштабной потери жидкости больных изнуряет постоянная жажда, а многие узнают о своем недуге лишь после выхода из диабетической комы. Среди осложнений неконтролируемого сахарного диабета нередки поражения глаз, почек, нервной и сердечно-сосудистой систем, в связи с чем это заболевание относят к одной из серьезнейших проблем нашего общества.
Мы продолжаем цикл по аутоиммунным заболеваниям — болезням, при которых организм начинает бороться сам с собой, вырабатывая аутоантитела и/или аутоагрессивные клоны лимфоцитов. Мы рассказываем о том, как работает иммунитет и почему иногда он начинает «стрелять по своим». Некоторым самым распространенным заболеваниям будут посвящены отдельные публикации. Для соблюдения объективности мы пригласили стать куратором спецпроекта доктора биологических наук, чл.-корр. РАН, профессора кафедры иммунологии МГУ Дмитрия Владимировича Купраша. К тому же у каждой статьи есть свой рецензент, более детально вникающий во все нюансы.
Рецензентом этой статьи стал Павел Юрьевич Волчков — заведующий лабораторией геномной инженерии МФТИ.
Партнеры проекта — Михаил Батин и Алексей Маракулин (Open Longevity / «Объединенные Консультанты Финправо»).
О «болезни неутолимой жажды и потери жидкости» писали еще древнеиндийские, древнеегипетские и древнегреческие врачи. Конкретное же ее наименование — διαβαινω (что по-гречески означает «перехожу, пересекаю») — появилось в третьем веке до нашей эры, вероятнее всего, в трудах Аполлона из Мемфиса. Оно отражало представления тех времен об этом недуге: больной, вынужденный постоянно выводить и принимать жидкость, окружающим напоминал своеобразный сифон, через который постоянно «переходит» вода. Первое подробное описание того, что мы сейчас называем diabetes mellitus, то есть сахарный диабет, дал Аретей из Каппадокии.
Сегодня сахарным диабетом первого и второго типов страдает примерно 8,5% населения Земли, то есть каждый двенадцатый ее житель. Чаще всего диабет второго типа поражает жителей развитых стран, однако темпы роста заболеваемости сейчас выше в не столь благополучных регионах. Статистические данные, собранные в США, указывают и на расово-этническую неоднородность в предрасположенности к сахарной болезни: например, диабет находят чуть ли не у каждого шестого индейца или аляскинского эскимоса и лишь у каждого тринадцатого «белого» с неиспанскими корнями. При таких масштабах распространения заболевание приобретает помимо медицинской еще и социальную значимость. Только представьте себе, что будет, если у государств закончатся деньги на производство инсулина или на обучение врачей — специалистов по диабету! Поэтому развитые страны уделяют этой болезни особое внимание, создавая центры адаптации для заболевших и выделяя ученым деньги на исследования, посвященные diabetes mellitus.
Первый рецепт микстуры для лечения сахарной болезни (точнее, ее ведущего симптома — полиурии, или учащенного мочеиспускания) обнаружили в источнике 16 века до нашей эры — папирусе Эберса (рис. 1). Вероятно, в районе шестого века до нашей эры индийский врачеватель Сушрута изобрел метод диагностики диабета, суть которого остается неизменной и по сей день. Конечно, изменилось «оборудование»: в Древней Индии болезнь определяли по сладкому вкусу мочи пациента. Примерно тогда же были описаны и другие симптомы: склонность к ожирению, усиленная жажда, диабетическая гангрена. Самые блестящие доктора разных веков пытались справиться с этой болезнью, однако, несмотря на солидный «возраст» детального описания диабета, больших успехов не достигли.
Рисунок 1. Папирус Эберса.
Что же ломается в нашем таком тонко и изящно устроенном организме, что он начинает так тяжело болеть? Сахарный диабет может довести больного до комы и смерти, а значит, с ним шутки плохи, и надо обязательно разобраться, откуда что берется.
У всех на слуху некое вещество — инсулин, — но не все знают, что оно собой представляет. Инсулин — это пептид [1], а еще точнее — пептидный гормон. Он выделяется в кровь человека клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Эти островки в 1869 году открыл 22-летний студент-медик Лангерганс, впоследствии ставший известным немецким гистологом и анатомом (рис. 2а). Рассматривая в микроскоп срезы поджелудочной железы, он обнаружил необычные островки клеток (рис. 2б), которые, как выяснилось позже, выделяют важные для пищеварения субстанции. Островки Лангерганса состоят из трех видов клеток:
- α-клеток немного (около 20%), они выделяют гормон глюкагон — антагонист инсулина;
- β-клеток большинство, они секретируют инсулин — главный гормон переработки сахаров в организме человека;
- δ-клеток совсем мало (около 3%), они секретируют гормон соматостатин, который угнетает секрецию многих желез.
Рисунок 2а. Пауль Лангерганс (1849–1888).
Рисунок 2б. Островки Лангерганса (cell islets) в поджелудочной железе.
Непосредственная задача инсулина заключается в том, чтобы помочь потребляемым сахарам попасть в клетку, которая в них нуждается .
Инсулин связывается с двумя мономерами инсулинового рецептора, расположенного в мембране клетки, соединяя их в димер. Внутриклеточные домены инсулинового рецептора являются тирозиновыми киназами (то есть ферментами, присоединяющими фосфатный остаток к аминокислоте тирозину), которые запускают внутриклеточный каскад фосфорилирования. Фосфорилирование, в свою очередь, вызывает проникновение глюкозы в клетку, так как белки глюкозного канала перемещаются из внутриклеточного пространства на мембрану (рис. 3) [2]. Кстати, родственные инсулиновому рецептору тирозиновые киназы — обширное семейство сенсоров, реагирующих на ростовые факторы, гормоны и даже щелочной pH (!) [3].
Рисунок 3. Механизм действия инсулина. Связывание инсулина запускает каскад фосфорилирования внутриклеточных белков, что приводит к сборке глюкозного транспортера на мембране и проникновению молекул глюкозы внутрь клетки.
Сахар — жизненно необходимое для организма вещество. Именно благодаря сахару глюкозе функционирует наш сложный и умный мозг: при расщеплении глюкозы он получает энергию для своей работы [5]. Клетки других органов тоже очень нуждаются в глюкозе — это наиболее универсальный источник их жизненной энергии. Наша печень делает запасы сахара в виде гликогена — полимера глюкозы, — а на черный день ее можно переработать и хранить в виде жировых отложений. Однако чтобы проникнуть в клетки некоторых тканей, глюкозе нужен инсулин. Такие ткани называются инсулинзависимыми. В первую очередь к ним относятся печеночная, мышечная и жировая ткани. Есть и инсулиннезависимые ткани — нервная, например, — но это уже совсем другая история.
В случае инсулинзависимых тканей глюкоза самостоятельно не может проникнуть в клетки — ей обязательно нужен проводник, которым как раз и является инсулин. Глюкоза и инсулин независимо проникают к клеткам органов через «двери» кровеносного русла. Затем инсулин взаимодействует со своим рецептором на поверхности клетки и открывает проход для глюкозы.
Главным сигналом к поступлению инсулина в кровь служит повышение в ней уровня глюкозы. Но есть и иные стимулы: например, секрецию инсулина усиливают не только углеводы, но и некоторые другие вещества, поступающие с пищей — аминокислоты и свободные жирные кислоты. Нервная система тоже вносит свой вклад: при получении определенных сигналов она может давать команду к повышению или понижению уровня инсулина в крови.
Казалось бы, недостаток такого важного гормона, как инсулин, — и так немалая беда для заболевших и врачей. Но нет, проблема диабета гораздо глубже. Дело в том, что существует два его типа , различающихся причинами недостаточной эффективности инсулина.
Если уж быть совсем точными, то даже не два, а больше, просто они не столь распространены. Например, LADA (latent autoimmune diabetes in adults) — латентный аутоиммунный диабет взрослых, или диабет 1,5 типа [6]. По симптоматике он схож с диабетом 2 типа, однако механизм развития у него совсем иной: в организме появляются антитела к β-клеткам поджелудочной железы и ферменту глутаматдекарбоксилазе. Еще один тип сахарного диабета — MODY (maturity onset diabetes of the young), диабет зрелого типа у молодых [7]. Название этого моногенного, наследуемого по аутосомно-доминантному типу, заболевания обусловлено тем, что начинается оно в юном возрасте, однако протекает мягко, подобно «взрослому» диабету 2 типа, при этом снижения чувствительности к инсулину может и не происходить.
Диабет 2 типа (его еще называют инсулинорезистентным) встречается гораздо чаще, чем все прочие формы болезни: его диагностируют примерно у 80% диабетиков. Главная его особенность в том, что чувствительность клеток к действию инсулина значительно снижается, то есть инсулин практически теряет способность запускать глюкозу в ткани. Поджелудочная железа при этом получает сигнал, что инсулина недостаточно, и начинает производить его с повышенной интенсивностью. Из-за постоянной перегрузки β-клетки со временем истощаются, и человеку приходится делать инсулиновые инъекции. Но у заболевших вторым типом диабета есть возможность свести его проявления к минимуму: при достаточной физической активности, соблюдении диеты и снижении массы тела количество глюкозы в крови уменьшается, углеводный обмен нормализуется.
Диабет 1 типа выявляется у 5–10% диабетиков, однако этот диагноз сулит менее радужные перспективы для больного. Это аутоиммунное заболевание, то есть организм по каким-то причинам атакует сам себя, в результате чего содержание инсулина в крови стремится к нулю. Нападкам подвергаются β-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы (рис. 2б).
Хотя симптомы двух диабетов схожи, их биологическая сущность разнится. Диабет 1 типа является заболеванием иммунной системы, первопричина же диабета 2 типа кроется в метаболических нарушениях. Различаются они и «типажом» заболевших: диабетом первого типа чаще всего страдают молодые люди до 30 лет, а второго — люди среднего и старшего возраста.
Основные механизмы уничтожения нормальных тканей организма своими же иммунными клетками уже рассматривались в первой статье нашего спецпроекта по аутоиммунным заболеваниям («Иммунитет: борьба с чужими и. своими» [8]). Для того чтобы без затруднений изучать, что происходит с организмом во время сахарного диабета, очень рекомендуем ее прочесть.
Что же должно случиться, чтобы организм начал атаковать клетки собственной поджелудочной железы? Чаще всего это происходит из-за того, что иммунные клетки Т-хелперы пробиваются через гематоэнцефалический барьер — преграду между кровеносными сосудами и головным мозгом, не дающую некоторым веществам и иммунным клеткам взаимодействовать с нейронами. Когда эта преграда страдает, и эти два вида клеток встречаются, происходит иммунизация защитных клеток организма. По сходному механизму развивается еще одно заболевание — рассеянный склероз (РС), однако при РС происходит иммунизация другими антигенами нервных клеток. При помощи своего Т-клеточного рецептора и дополнительного рецептора CD4 Т-хелперы взаимодействуют с комплексом MHC-II—пептид на поверхности антигенпрезентирующих клеток мозга и обретают способность распознавать антигены, которые находятся в нервных клетках. Такие Т-хелперы уже знают, какое «оружие» им потребуется, если они столкнутся с такими же «врагами-антигенами», как в клетках мозга, и они уже полностью готовы вступить с ними в борьбу. По несчастью, MHC-комплекс у некоторых людей «слишком» эффективно презентирует антигены β-клеток поджелудочной железы, очень похожие на те, что существуют в нервных клетках , и этим вызывает сильный иммунный ответ.
Самый важный из нейронных антигенов, который экспрессируется на поверхности β-клеток, — молекула адгезии N-CAM. Нервным клеткам эта молекула необходима для роста и взаимодействия друг с другом. В поджелудочной железе N-CAM выполняет адгезивную функцию и играет важную роль в структурной организации органа [9], [10].
Т-хелперы в скором времени распознают антигены β-клеток, начинают их атаковать и, увы, чаще всего побеждают. Поэтому при диабете 1 типа инсулин у больных прекращает вырабатываться совсем, ведь все клетки, которые были способны его производить, уничтожаются иммуноцитами. Единственное, что можно посоветовать таким пациентам, — это вводить инсулин в кровь искусственно , в виде инъекций. Если этого не делать, то довольно быстро диабет приводит к масштабным «разрушениям» в организме .
Инсулин для этих целей получают генно-инженерным способом. Первым делом культивируют бактериальный штамм-продуцент гибридного белка, содержащего человеческий проинсулин, — Escherichia coli BL21/pPINS07(BL07) или Escherichia coli JM109/pPINS07. Затем клетки бактерий разрушают и отделяют тельца включения, содержащие гибридный белок. Далее проводят предварительную отмывку телец, одновременно растворяют белок и восстанавливают в нём дисульфидные связи, ренатурируют его и проводят очистку гибридного белка ионообменной хроматографией. Расщепление проинсулина проводят совместным гидролизом трипсином и карбоксипептидазой Б. Очистку конечного продукта — инсулина — проводят гидрофобной хроматографией или обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографией с последующей гель-фильтрацией. Чистый продукт выделяют кристаллизацией в присутствии солей цинка [11].
Сахарный диабет поражает большинство органов. Возникшая гипергликемия (избыток сахара в крови) влечет за собой глюкозурию (появление сахара в моче), полиурию (повышенное мочевыделение), полидипсию (сильную жажду), повышение аппетита и при этом значительное снижение массы тела, а кроме того, вызывает повышенную утомляемость и слабость. Также поражаются сосуды (микроангиопатия) и почки (нефропатия), нервная система (нейропатия) и соединительные ткани, может развиться синдром диабетической стопы.
Поскольку те ткани, которым инсулин для усвоения глюкозы нужен больше всего (печеночная, мышечная и жировая), перестают утилизировать этот сахар, его уровень в крови стремительно возрастает: начинается гипергликемия. Это состояние порождает другие проблемы, в числе которых активизация распада белков и жиров в мышечной и жировой тканях соответственно, а следовательно, выброс жирных кислот и аминокислот в кровеносное русло и усиление образования кетоновых тел. Эти тела мозг и некоторые другие ткани в условиях голодания (дефицита углеводов) вынуждены использовать для извлечения энергии. Из организма активно выводится жидкость, так как глюкоза в крови «оттягивает» на себя воду из тканей и заставляет ее превращаться в мочу. Последствия всех этих процессов очень неприятны: организм обезвожен, лишен большинства необходимых минералов и основного источника энергии, в нём начинают разрушаться мышечная и жировая ткани.
Образование кетоновых тел вследствие разрушения жировой ткани вызывает так называемый кетоацидоз. Это состояние опасно тем, что кетоновые тела (в частности, ацетон) в высоких концентрациях очень токсичны, и если его вовремя не купировать, может развиться диабетическая кома.
Так как при диабете начинается разрушение нервов и сосудов, больному грозят такие осложнения, как диабетическая нейропатия и энцефалопатия, нередко ведущие к парезам, параличам, психическим расстройствам.
Один из самых известных и пугающих симптомов — нарушение зрения, или диабетическая офтальмопатия, — развивается в результате разрушения сетчатки глаза. Кроме того, значительно нарушается работа почек, начинают сильно болеть и хрустеть суставы, в результате чего страдает подвижность пациента.
Эти проявления и осложнения болезни действительно ужасны, но научные достижения всё же способны корректировать ситуацию. Ученые и врачи уже очень много знают об этом заболевании и умеют управлять его течением. Однако чтобы найти ключ к излечению или предотвращению сахарного диабета, необходимо знать его причины.
Причин и поводов для развития такого сложного заболевания, как diabetes mellitus, немало. Невозможно для всех заболевших выявить какую-то одну, универсальную первопричину, которую можно было бы устранить и тем самым окончательно избавить их от сахарной болезни.
До начала двадцатого столетия врачи даже не предполагали, что может вызывать диабет. Однако к тому времени у них накопилась огромная статистическая база, так что можно было сделать кое-какие выводы. После длительного анализа информации о заболевших людях стало понятно, что к диабету есть генетическая предрасположенность [12], [13]. Это совсем не означает, что при наличии определенных вариантов генов вы обязательно заболеете. Но риск точно повышается. Спокойно вздохнуть могут лишь те, у кого нет никаких генетических особенностей, способствующих развитию диабета.
Предрасположенность к диабету 1 типа связывают в первую очередь с генами главного комплекса гистосовместимости человека второго типа (HLA II) — молекулярного комплекса, играющего важнейшую роль в иммунном ответе. Это не вызывает удивления, ведь именно взаимодействие HLA с рецептором Т-клеток определяет силу иммунного ответа. У HLA-генов существует множество аллельных вариантов (различных форм гена). Одними из наиболее предрасполагающих к заболеванию считают аллели гена рецептора HLA-DQ с названиями DQ2, DQ2/DQ8 и DQ8 , а наименее — аллель DQ6 [14].
Анализ генома 1792 европейских пациентов показал, что относительный риск заболевания для моногаплотипов DQ2 или DQ8 и гетерогаплотипа DQ2/DQ8 составляет соответственно 4,5% и 12,9%. Относительный риск для людей, не несущих ни один из указанных вариантов локуса HLA, составляет 1,8% [15].
Хотя гены главного комплекса гистосовместимости составляют 50% всех «генов-предсказателей» [14], не только они определяют степень устойчивости человека к развитию диабета.
Несмотря на обширные поиски, в последнее время ученые успели открыть всего несколько интересных генов предрасположенности к сахарному диабету:
- генетические вариации молекулы CTLA4, в норме отвечающей за торможение активности Т-клеток, тоже влияют на развитие этой болезни. При некоторых точечных мутациях гена CTLA4 риск заболеть повышается [16], ведь чем хуже будет работать система, снижающая силу иммунной реакции, тем, увы, выше будет вероятность аутоиммунного ответа;
- мутация в гене МТТL1, который кодирует митохондриальную транспортную РНК, переносящую аминокислоту лейцин при синтезе белка в митохондриях, вызывает «синдром диабета и глухоты» и передается по материнской линии [17];
- мутации в гене GCK, кодирующем глюкокиназу (фермент, стимулирующий присоединение фосфора к глюкозе), и в генах гепатоцитарных ядерных факторов HNF-1α или HNF-4α (транскрипционных факторов, синтезирующихся преимущественно в клетках печени) — самые частые изменения, приводящие к диабету MODY.
Как мы видим, генетических причин возникновения диабета может быть довольно много. Но если мы будем знать, какие гены ответственны за заболевание, можно будет быстрее его диагностировать и подбирать самое эффективное лечение.
Однако помимо генетических факторов развития диабета 1 типа есть еще и другие, внешние факторы. Наиболее интересен вклад вирусов. Казалось бы, диабет не относится к вирусным заболеваниям в привычном для нас смысле. Но исследования показывают, что некоторые энтеровирусы вносят значительный вклад в патогенез этого заболевания [18]. Если задуматься, не так уж это и удивительно. Когда вирусы (например, коксакиевирус B1) поражают β-клетки поджелудочной железы, развивается ответ врожденного иммунитета — воспаление и выработка интерферона-α, которые в норме служат для защиты организма от инфекции. Но они же могут сыграть и против него: такая атака патогена организмом создает все условия для развития аутоиммунного ответа (рис. 4).
Рисунок 4. Развитие иммунного ответа при размножении коксакиевируса В1 в β-клетках поджелудочной железы. 1 — Организм реагирует на вторжение вируса выработкой антител. Вирус заражает лейкоциты и β-клетки, в результате чего вырабатывается интерферон-α, способный стимулировать аутоиммунные процессы. 2 — Генетическая вариабельность влияет на вероятность заболевания сахарным диабетом 1 типа. Варианты гена OAS1 повышают риск заболевания, а полиморфизм гена IFIH1 понижает. 3 — Энтеровирус вызывает выработку интерферона-α и интерферона-β, индуцирует апоптоз и экспрессию антигенов MHC класса I, а также стимулирует выработку хемокинов, которые привлекают Т-клетки, вырабатывающие провоспалительные цитокины. 4 — Энтеровирусная инфекция одновременно стимулирует приобретенный иммунитет: вырабатываются антитела и привлекаются Т-киллеры, поражающие β-клетки, что приводит к высвобождению их антигенов. 5 — Одновременная активация воспаления и презентация β-клеточного антигена становятся причиной повышенной стимуляции приобретенного иммунитета. Все эти процессы ведут к возникновению аутореактивных Т-клеток, поражающих β-клетки. Чтобы увидеть рисунок в полном размере, нажмите на него.
Конечно, нельзя забывать и о более привычных для нас внешних факторах, влияющих на развитие болезни. Самые важные из них — стресс и малоподвижный образ жизни. Ожирение, возникающее из-за низкой физической активности и неправильного питания, играет бóльшую роль в развитии диабета 2 типа, однако и в случае 1 типа тоже вносит свой вклад. Люди, в организм которых поступает избыточное количество сахаров, находятся в группе риска, так как повышение уровня глюкозы в крови при низком уровне инсулина может стимулировать аутоиммунные процессы. Любителям сахара приходится несладко, ведь соблазны повсюду. При таких масштабах распространения сахарного диабета необходимо подходить к проблеме «перепотребления» сахара комплексно. В первую очередь ученые советуют убрать глюкозу из списка безопасных веществ. Заодно стόит научить людей определять углеводный состав продуктов и следить за тем, чтобы не превышать допустимые нормы потребления сахара [19].
Ученые выяснили, что существует связь между сахарным диабетом 1 типа и составом кишечной микробиоты [20], [21]. Эксперимент, в котором исследовали крыс, предрасположенных к заболеванию, показал, что у здоровых животных в кишечнике содержится меньше представителей типа Bacteroidetes. Тщательное обследование детей с диабетом 1 типа выявило существенную разницу в составе их кишечной микробиоты относительно здоровых детей. Причем у диабетиков было повышено соотношение Bacteroidetes/Firmicutes, и преобладали бактерии, утилизирующие молочную кислоту. У здоровых же детей в кишечнике было больше продуцентов масляной кислоты [22].
В третьем исследовании ученые «выключали» взаимодействие микробиоты с клетками хозяина, удаляя у экспериментальных животных ген MyD88 — один из главных генов-передатчиков сигналов. Оказалось, что нарушение общения кишечных микробов с хозяином довольно быстро ведет к развитию сахарного диабета 1 типа у мышей [23]. Такая зависимость не удивительна, ведь именно наши бактерии в первую очередь «тренируют» иммунную систему.
Источник многих бед человека — стресс — тоже вносит не последний вклад в развитие diabetes mellitus. Он усиливает воспалительные процессы в организме, что, как уже было описано, повышает вероятность развития сахарного диабета 1 типа. Кроме того, на данный момент достоверно известно, что из-за стресса может «пробиваться» гематоэнцефалический барьер, что ведет ко многим и многим неприятностям.
Казалось бы, ответ на вопрос «что делать?» лежит на поверхности. Если не хватает инсулина — значит, надо его добавить. Так оно и происходит. Инсулин заболевшим вводят внутримышечно на протяжении всей жизни. С того момента, как у человека выявляют diabetes mellitus первого типа, его жизнь кардинально меняется. Ведь даже если в организм поступает инсулин, метаболизм уже всё равно нарушен, и больному приходится следить за каждым своим шагом, чтобы не развалилась с таким трудом собранная заново хрупкая система.
Сейчас, с развитием современных технологий, ученые стараются максимально облегчить пациентам уход за собой. В 2016 году сотрудники компании Google разработали линзу с датчиками, измеряющими концентрацию глюкозы в слезной жидкости. При достижении порогового уровня сахара в линзе загораются миниатюрные светодиоды, тем самым оповещая своего хозяина о произошедших изменениях и о необходимости сделать очередную инъекцию.
Чтобы можно было автоматически вбрасывать инсулин в кровь по мере необходимости, ученые из Швейцарии придумали специальный прибор — инсулиновую помпу с набором функций, существенно облегчающих жизнь больного (рис. 5) [24], [25]. Пока что подобные приборы используют для химиотерапии онкологических заболеваний, но, возможно, в скором времени многие диабетики смогут обзавестись похожей медицинской машиной. Создаются и более комфортные приборы: например, уже разработали датчики, регистрирующие концентрацию глюкозы в поту, и на их основе создали специальный пластырь, определяющий и даже регулирующий уровень сахара в крови [26]. Для этого выстроили систему микроигл, которые впрыскивают лекарство, если концентрация сахара в поту высока. Пока что эту систему опробовали только на лабораторных мышах.
Рисунок 5. Имплантируемая помпа для людей, страдающих сахарным диабетом.
Пока разнообразные девайсы находятся в разработке, врачи дают своим пациентам старые рекомендации. Впрочем, от больного не требуется ничего сверхъестественного: обычно рекомендуют соблюдать низкоуглеводную диету, заниматься легким спортом и тщательно следить за своим общим состоянием. Со стороны может показаться, что это довольно несложно. Но стόит только представить себя на месте заболевшего человека, как появляется очень неприятное ощущение, что теперь всю жизнь тебе придется во многом себя ограничивать и придерживаться строгого режима во всех сферах жизни — иначе последствия будут тяжелыми. Жить с настолько серьезной ответственностью за свое здоровье никому не хочется. Поэтому врачи и ученые продолжают искать иные способы терапии сахарного диабета, с помощью которых можно будет или полностью излечивать заболевших, или хотя бы существеннее облегчать их жизнь.
Одним из самых интересных и, похоже, работающих подходов оказалась иммунотерапия диабета [27]. Чтобы уменьшить разрушающее действие Т-хелперов, Т-киллеров и B-клеток, в организм вводят так называемую ДНК-вакцину [28]. Звучит загадочно, но на самом деле ДНК-вакцина представляет собой маленькую кольцевую молекулу ДНК, содержащую ген проинсулина (в случае с диабетом 1 типа) или другого белка, который нужен для предотвращения того или иного заболевания. Кроме гена белка, в такой вакцине содержатся все генетические элементы, необходимые для выработки этого белка в клетках организма. Более того, ДНК-вакцину научились конструировать таким образом, чтобы при ее взаимодействии с иммунными клетками врожденного иммунитета происходило ослабление, а не усиление их реакций. Такого эффекта добились благодаря замене нативных CpG-мотивов в ДНК проинсулина на GpG-мотивы, которые супрессируют антиген-специфический иммунный ответ.
Еще один вариант потенциального лечения сахарного диабета 1 типа — блокада рецепторных молекул на атакующих поджелудочную железу Т-клетках. Рядом с Т-клеточным рецептором находится функционально дополняющий его, то есть корецепторный, белковый комплекс. Называется он CD3 (от англ. cell differentiation — дифференцировка клетки). Несмотря на то, что этот молекулярный комплекс не является самостоятельным рецептором, он очень важен, поскольку без него Т-клеточный рецептор не будет полноценно распознавать и передавать внутрь клетки сигналы извне. Без CD3 Т-клеточный рецептор может даже отсоединиться от клеточной мембраны, поскольку корецептор помогает ему держаться на ней. Ученые быстро догадались, что если заблокировать CD3, то Т-клетки будут работать не очень хорошо. Хотя для здорового организма ослабленный таким образом иммунитет не принесет никакой радости, при аутоиммунных заболеваниях это может сослужить добрую службу [29].
Более радикальные подходы и вовсе предполагают замену «не оправдавшей надежды» поджелудочной железы на новую. В 2013 году группа японских ученых сообщила о разработке технологии выращивания человеческих органов в свиньях. Для того чтобы получить чужеродную поджелудочную железу, у эмбриона свиньи необходимо «выключить» гены, отвечающие за образование и развитие его собственного органа, а затем внедрить в этот эмбрион человеческую стволовую клетку, из которой разовьется нужная поджелудочная железа [30]. Идея отличная, однако налаживание массового производства органов таким способом вызывает много вопросов, в том числе и этических. Но возможен и вариант без использования животных: заранее изготавливаемые синтетические каркасы можно заселять клетками необходимых органов, которые впоследствии будут «разъедать» эти каркасы. Также разработаны технологии построения некоторых органов на основе каркасов природных, полученных из других животных [31]. И конечно, нельзя забывать об очень быстро распространяющемся методе 3D-печати. Принтер в таком случае вместо краски использует соответствующие клетки, выстраивая орган слой за слоем. Правда, эта технология еще не вошла в клиническую практику [32], и к тому же у пациента с подобной поджелудочной железой всё равно придется угнетать иммунитет, чтобы избежать нападок иммунных клеток на новый орган.
Но всё-таки мало кто не согласится с тем, что болезнь лучше предотвратить, чем потом лечить. Или хотя бы заранее знать, к чему готовиться. И тут человечеству приходит на помощь генетическое тестирование. Генов, по которым можно судить о предрасположенности к сахарной болезни, немало. Как уже было сказано, сейчас наиболее перспективными в этом плане считают гены главного комплекса гистосовместимости человека [33]. Если проводить такие тесты в самом раннем возрасте или даже до рождения ребенка, можно будет заранее оценить, насколько велика вероятность когда-либо столкнуться с диабетом, и в дальнейшем избегать тех факторов, которые могут заставить болезнь развиться.
Хотя диабет 1 типа уже не считается смертельно опасным заболеванием, пациенты сталкиваются с большим количеством неприятностей. Конечно, заболевшим очень нужна поддержка — как со стороны близких, так и со стороны общества в целом. Для таких целей и создаются сообщества диабетиков: благодаря им люди общаются с другими заболевшими, узнают об особенностях своей болезни и учатся новому образу жизни. Одна из лучших организаций подобного рода — Американское диабетическое общество. Портал общества наполнен статьями о разных типах диабета, а еще там работает форум и предоставляется информация о возможных проблемах для «новичков». Похожие сообщества есть во многих развитых странах, в том числе и в Англии. В России тоже есть такое общество, и это здорово, ведь без него российским диабетикам было бы гораздо сложнее адаптироваться к сложившейся ситуации.
Приятно мечтать о том, что сахарный диабет может исчезнуть с лица Земли. Как оспа, например. Ради осуществления такой мечты можно много чего придумать. Можно, например, пересаживать пациентам островки Лангерганса со всеми необходимыми клетками. Правда, к этому методу еще очень много вопросов: пока неизвестно, как они будут приживаться, будут ли адекватно воспринимать гормональные сигналы от нового хозяина, и так далее.
А еще лучше создать искусственную поджелудочную железу. Только представьте: кроме того что больным не придется постоянно вводить себе инсулин, можно будет еще и регулировать его уровень одним нажатием кнопки в мобильном приложении. Впрочем, пока это всё остается в мечтах. Но вполне вероятно, что когда-нибудь диагноз «сахарный диабет 1 типа» исчезнет из списка пожизненных тяжелых заболеваний, и люди с предрасположенностью к нему смогут вздохнуть спокойно!