Информация

Очевиден парадокс в действието на глюкагон

Очевиден парадокс в действието на глюкагон


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Глюкагонът стимулира гликогенолизата и глюконеогенезата, като по този начин повишава плазмената концентрация на глюкоза - така че тъканите получават достатъчно глюкоза на гладно.

Въпреки това глюкагонът също инхибира гликолизата. В този случай какъв е смисълът от висока кръвна захар, ако тя не може да се катаболизира?


Резюме

Очевидният парадокс се разрешава от факта, че не всички тъкани притежават рецептори, които ги карат да реагират на глюкагон или, по-общо, на един и същ хормон. Когато различните тъкани реагират на един и същ хормон, тъканният отговор може да се различава поради разликите между пътищата или определени ензими в различните тъкани. Тъканите, които използват глюкоза при гладуване, обикновено нямат глюкагонови рецептори. В свързаната ситуация на отговор към епинефрин, използващата глюкоза тъкан, скелетният мускул, не съдържа конкретната ензимна изоформа, която е обект на цикличен AMP-зависим контрол в черния дроб.

Общи принципи на действието на хормоните в регулацията на метаболизма

Метаболизмът в простите, особено едноклетъчните организми се регулира от търсенето и предлагането. Механизмите, лежащи в основата на това, са масово действие и алостерично активиране или инхибиране на ключови ензими. При по-силно развитите организми с диференцирани тъкани, обслужващи специализирани функции, има моменти, когато този междуклетъчен контрол трябва да бъде отменен, за да се получи интегриран отговор към цялостната полза за организма. Това е причината за хормоналния контрол.

Ан интегриран отговор прави не означава, че всяка тъкан реагира в същия начин. Това означава, че всяка тъкан реагира по начин, който е подходящ за организма като цяло, като се има предвид функцията на тъканта и нейния приоритет (например за разпределяне на енергийните източници). По-долу е илюстриран опростен пример за това как се постига това.

И двете тъкани 1 и 2 (например черен дроб и скелетни мускули) съдържат път P1 (например разграждане на гликоген), но само тъкан 1 реагира на хормона H1 (например глюкагон), тъй като тъкан 2 няма рецептора R1 за H1. (SM е вторият месинджър, участващ в сигнализирането, например цикличен AMP.)

Тъкан 2 (например мастна тъкан) има рецептор за хормона H1, но реагира по различен начин, тъй като няма пътища P1 и P2 на тъкан 1, но съдържа тъканно-специфичен път P3 (например разграждане на триглицеридите).

Хормонът H2 (напр. епинефрин/адреналин) засяга тъкан 2 (напр. скелетни мускули), както и тъкан 1 (и 3), но отговорът е само частично подобен, тъй като въпреки че споделят път P1, тъкан 2 няма път P2 (напр. глюконеогенеза) .

Диференциална реакция към глюкагон

Казано по-просто, глюкагонът е сигнал за гладуване. Следователно подходящият интегриран отговор е за онези тъкани (черен дроб и мастна тъкан), които могат да доставят енергийни източници (съответно глюкоза и мастни киселини), и тези тъкани, които имат най-голяма нужда от най-оскъдния ресурс (мозък с неговите нужди от глюкоза), се доставят. , докато онези тъкани, които могат да се справят с алтернативата (мастна киселина), са накарани да я използват вместо това.

Мозъкът няма рецептори за глюкагон (или инсулин), така че може да използва глюкозата, предоставена от черния дроб. (По същия начин еритроцитите.) Основният фактор, предотвратяващ използването на глюкоза в други тъкани, е, че те имат инсулиночувствителни глюкозни транспортери и концентрацията на инсулин в кръвта пада при гладуване. Единствено в черния дроб е необходимо да се гарантира, че глюкозата, произведена от глюконеогенезата, не е гликолилизирана.

Но не остава ли парадоксът, ако вземем предвид епинефрина?

Функцията на епинефрина е да инициира „отговор на борба или бягство“, който включва доставяне на енергийни метаболити за свиване на скелетните мускули. Това включва както черния дроб, който разгражда гликогена, за да доставя глюкоза на мускула чрез кръвта, така и самия скелетен мускул, който разгражда собствения си складиран гликоген. Тъй като епинефринът действа и чрез цикличен AMP, който инхибира гликолизата в черния дроб, защо гликолизата не се инхибира в скелетните мускули?

Отговорът на това е, че цикличният AMP инхибира гликолизата чрез фосфорилиране и активиране на чернодробния ензим PFK2, който катализира образуването на фруктоза 2,6-бифосфат, алостеричен активатор на фосфофруктокиназа. Скелетният мускул има различна форма на FPK2, която не се повлиява от цикличен AMP, липсват регулаторни места за фосфорилиране. (Регулира се от други метаболити.) Следователно в черния дроб гликогенът, чрез цикличен АМФ, причинява намаляване на концентрацията на фруктоза 2,6-бифосфат и по този начин намалява активността на фосфофруктокиназата (PFK), предотвратявайки гликолизата; докато в мускулите концентрацията на фруктоза 2,6-бифосфат не се променя.

Това регулиране на фосфофруктокиназата от фруктоза 2,6-бифосфат е описано в раздели 16.2.2 и 16.4 на Berg et al. (въпреки че май са забравили за скелетната мускулатура). Въпреки това, тъй като цялостният механизъм и детайлите са донякъде сложни, аз създадох собствена опростена обобщена диаграма, по-горе, в която зелените линии показват активиране, а червените - инхибиране.


Глюкагонът е хормон, който се произвежда от алфа клетки в част от панкреаса, известна като островчетата на Лангерханс.

Глюкагонът играе активна роля, позволявайки на тялото да регулира използването на глюкоза и мазнини.

Глюкагонът се освобождава в отговор на ниски нива на глюкоза в кръвта и на събития, при които тялото се нуждае от допълнителна глюкоза, като например в отговор на енергични упражнения.

Когато глюкагонът се освободи, той може да изпълнява следните задачи:

  • Стимулиране на черния дроб да разгражда гликогена, който да бъде освободен в кръвта като глюкоза
  • Активиране на глюконеогенезата, превръщането на аминокиселините в глюкоза
  • Разграждане на складираните мазнини (триглицериди) до мастни киселини за използване като гориво от клетките

Въведение

През последните десетилетия идеята за медииран от централната нервна система път за физиологията на глюкагона привлича научното внимание. Множество региони в мозъка демонстрират значително свързване с радиомаркирания глюкагон чрез глюкагонови рецептори, както и трансдуцирано активиране на аденилатциклаза [1]. Наистина, глюкагонът е способен да проникне през кръвно-мозъчната бариера [2], докато значителна глюкагонова имунореактивност също е открита най-вече в областите на хипоталамуса и мозъчния ствол, две места, за които е известно, че модулират периферния метаболизъм [3]. Освен това, класическите компоненти на сигналната каскада на глюкагон рецептор, включително cAMP и протеин киназа А (PKA), също се откриват в мозъчни неврони [4], което предполага възможността глюкагонът да задейства своята сигнална каскада в мозъка за регулиране на периферната хомеостаза.

Всъщност множество проучвания са документирали способността на интрацеребровентрикуларното (i.c.v.) приложение на глюкагон да модулира нивата на периферната глюкоза при различни видове животни [5–7]. Най-интригуващо обаче е най-ранното проучване при кучета, където висока доза i.c.v. инжектирането на 10 ng глюкагон води до преходна хипогликемия, последвана от хипергликемия [8]. Хипогликемичният ефект е премахнат при ваготомизирани кучета, което предполага участието на оста мозък-черен дроб в понижаващия глюкозата ефект на централния глюкагон, докато панкреатектомията предотвратява хипергликемичния ефект, приписвайки роля на панкреаса на повишаването на глюкозата от i.c.v. инжекции с глюкагон [8, 9]. Предвид неспецифичното приложение на i.c.v. глюкагон и използването на относително висока доза глюкагон в тези експерименти, по-нови проучвания прилагат много по-ниски дози глюкагон специално в медиобазалния хипоталамус (MBH) и оценяват дали действието на MBH глюкагон отчита глюкозо-понижаващия ефект или хипергликемичния ефект на i.c.v. инжекции в ранните проучвания при кучета.

Всъщност, директната инфузия на глюкагон в MBH всъщност намалява производството на чернодробна глюкоза при условия на еугликемична скоба на базален инсулин на панкреаса [10]. Този ефект на MBH глюкагон изисква активирането на MBH глюкагоновите рецептори (GRs), PKA сигнализиране, KАТФ канали (фиг. 1) и интактни вагусни нерви, тъй като тяхната аблация отрича метаболитните ефекти на инфузия на MBH глюкагон [10, 11]. От друга страна, блокиране на зависими от липидите пътища в MBH на ниво 5′ AMP-активирана протеин киназа (AMPK) или протеин киназа C-δ не обръщат ефекта на MBH глюкагон, което предполага, че MBH глюкагонът регулира периферния глюкозен метаболизъм чрез независим от липидите механизъм (фиг. 1).

Действието на глюкагон в MBH и DVC регулира глюкозата и енергийната хомеостаза. Схематично представяне, илюстриращо, че действието на глюкагон в MBH задейства диференциални сигнални пътища, за да упражнява ефект върху контрола на храненето (AMPK-зависим) и глюкозния (AMPK-независим). Въпреки че остава неизвестно дали действието на глюкагон в DVC регулира храненето, глюкагонът инициира GR-PKA-ERK1/2-KАТФ сигнална каскада за понижаване на производството на глюкоза в черния дроб. Мозъкът също така медиира ефекта на повишен циркулиращ глюкагон, индуциран или от i.v. глюкагон или храни с високо съдържание на протеини за поддържане на глюкозната хомеостаза при гризачи in vivo. CPT-1, карнитин палмитоилтрансфераза I ERK1/2, извънклетъчна сигнално-регулирана киназа 1/2 LCFA, дълговерижна мастна киселина

Множество групи също потвърдиха подобна парадигма на i.c.v. действие на глюкагон при регулиране на хранителното поведение. В проучвания при плъхове, пилета и овце, i.c.v. прилагането на глюкагон намалява приема на храна [12–14]. Въпреки че се знае много по-малко за механизмите, лежащи в основата на тези аноректични ефекти на мозъчния глюкагон, едно интересно скорошно проучване разкри нови механизми, чрез които действието на хипоталамуса на глюкагон влияе върху храненето [15]. Този поканен преглед ще се фокусира върху сравняването и контрастирането на действието на мозъчния глюкагон при хранене спрямо контрола на глюкозата (фиг. 1).


Механизъм на действие на des-His1-[Glu9]глюкагон амид, пептиден антагонист на глюкагоновата рецепторна система

Изследвахме механизмите, чрез които des-His1-[Glu9]глюкагон амидът функционира като пептиден антагонист на системата глюкагон рецептор/аденилил циклаза. Изследвания с радиомаркирани пептиди идентифицират, че (i) антагонистът се свързва с интактни хепатоцити съгласно един процес от първи ред, докато скоростта на свързване на глюкагон със същия препарат може да бъде описана само чрез сбора от два процеса от първи ред (ii ) взаимодействието на антагониста със сапонин-пермеабилизирани хепатоцити не се повлиява от добавянето на GTP към инкубационната среда или от елиминирането на Mg2+, докато взаимодействието на глюкагон със същия клетъчен препарат се променя значително от присъствието на нуклеотида или поради отсъствието на йон на двувалентен метал (iii) дисоциацията на антагониста от интактните хепатоцити, инкубирани в буфер, е пълна, докато тази на агониста не е и (iv) антагонистът се свързва с непокътнати хепатоцити в стационарно състояние съгласно единична изотерма на свързване ( както и агонистът, и антагонистът в пермеабилизираните хепатоцити), докато глюкагонът се свързва с интактната клетъчна система с две ясно дефинирани appa наемни константи на дисоциация. Представен е модел за механизма на действие на антагониста на глюкагона, при който аналогът се свързва с глюкагоновите рецептори по Mg(2+)- и GTP-независим начин и при който получените лиганд-рецепторни комплекси не успяват да претърпят последователни корекции, необходими за стимулиране на аденил циклаза.


Преамбюл

През последните ∼30 години броят на хората с диабет в световен мащаб се е удвоил повече от два пъти, тази тенденция се очаква да продължи (1) и свързаните с тях разходи за здравеопазване съответно да експлодират (2). И все пак от 80-те години на миналия век смъртността при хората с диабет намалява повече, отколкото при хората без диабет (поне в популациите на европидите) (3). Връзката между разпространението на заболяването и смъртността е сложна, но на опростено ниво разликата между нарастващия брой хора с диабет и намаляването на смъртните случаи сред тях повдига въпроса: дали лечението на сериозни усложнения от диабет е превъзхождало лечението и/или превенцията на диабетна хипергликемия? Ако е така, можем ли да проследим патофизиологичните механизми, които могат да лежат в основата на този резултат?

Следното изложение е изградено около централен принцип: че диабетът тип 2 не е заболяване на един орган – β-клетката на панкреаса – което в крайна сметка води до множество увреждания на крайните органи, а по-скоро присъщо мултиорганно заболяване от самото начало, наистина , от преддиабетния стадий. Като предварителни, ще бъдат описани напредъкът в инсулиновата чувствителност и функцията на β-клетките, т.е., проксималните детерминанти на нивата на плазмената глюкоза.

Инсулинова резистентност

През 80-те и 90-те години на миналия век техниката на скоба – използвайки алгоритъм за обратна връзка за фиксиране на концентрацията на плазмената глюкоза на всяко желано ниво – беше установена като златен стандартен метод за измерване на инсулиновата чувствителност in vivo. Впоследствие, комбинацията от кламп техника с инфузии на индикаторна глюкоза, индиректна калориметрия, артерио-венозна катетеризация и позитронно-емисионна томография (PET) направи възможно конструирането на криви доза-отговор на периферна и чернодробна инсулинова чувствителност и вътреклетъчно глюкозно разпределение и разграничаване на органи/тъкани, участващи в цялостното изхвърляне на глюкоза (4).

Докато поглъщането на глюкоза по време на стандартна еугликемична-хиперинсулинемична скоба се случва най-вече (∼70%) в скелетните мускули (4), PET проучванията – с използване на глюкозен аналог ([ 18 F]дезоксиглюкоза [FDG]) – категорично демонстрират, че при инсулин-резистентни Индивидуалното усвояване на глюкоза на единица маса също се намалява в мастната тъкан, независимо дали в подкожни или висцерални депа (въпреки че увеличената обща мастна маса може да поддържа или дори да увеличи приноса на мазнините за изхвърлянето на глюкоза в цялото тяло) (5). Намаленото използване на глюкоза от адипоцитите ограничава производството на α-глицерофосфат, необходим за реестерификация на свободните мастни киселини (FFA), което води до повишено доставяне на FFA в кръвообращението. Тъй като FFA, за разлика от глюкозата, не изисква инсулин за навлизане в клетките, тяхната увеличена наличност увеличава тяхното окисляване за сметка на окисление на глюкоза (6), като по този начин затваря цикъла на Randle in vivo (7). Друга последица надолу по веригата от по-високото окисление на FFA е стимулирането на кетогенезата, главно в черния дроб, но вероятно и в бъбреците, с последващо освобождаване на кетони в кръвния поток (Фиг. 1).

Реципрочна връзка на окисляването на липидите в цялото тяло с окисляването на глюкозата (червена линия) и пряка връзка на окисляването на липидите с производството на кетонни тела (индексирани като нива на плазмени β-хидроксибутират [зелена линия]) в продължение на 5 часа след смесено хранене. Нанесени са средни данни при пациенти с диабет тип 2 (преначертани от Ferrannini et al. Преминаване към използване на мастен субстрат в отговор на инхибиране на натриево-глюкозен котранспортер 2 при субекти без диабет и пациенти с диабет тип 2. Diabetes 201665:1190–1195). T2D, диабет тип 2.

За отбелязване в проучванията с PET (8), поглъщането на глюкоза на единица маса е по-високо във висцералната, отколкото в подкожната мазнина (Фиг. 2А), въпреки убедителните доказателства, че първият носи независим кардиометаболитен риск (9). По-нови изследвания с PET – комбиниране на [ 18 F]FDG с маркирана вода ([ 15 O]H2O) за едновременно измерване на поглъщането на глюкоза и перфузията (10) – показват, че притока на кръв е по-висок във висцералната, отколкото в подкожната мазнина, находка, която не е докладвана преди при хора (11). По този начин, когато се нормализира инсулин-медиираното усвояване на глюкоза чрез съпътстващата скорост на кръвния поток, фракционното поглъщане на глюкоза е два пъти по-високо в подкожната, отколкото във висцералната мазнина (фиг. 2Б). Тези количествени отношения перфузия/изхвърляне потвърждават диференциалната биология на подкожната спрямо висцералната мастна тъкан, т.е. съхранението на триглицериди срещу бързото обмяна на FFA (12). Освен това, и което е по-важно, в подкожните или висцералните мастни депа, стимулираното с инсулин фракционно поглъщане на глюкоза е подобно при инсулинорезистентни и инсулиночувствителни индивиди, което показва, че усвояването в тази тъкан е до голяма степен медиирано от потока. За разлика от това, поглъщането на мускулна глюкоза е значително намалено при инсулинорезистентни субекти както в абсолютно, така и в частни изчисления, т.е. това е предимно клетъчен феномен (фиг. 1).

А: Поглъщане на глюкоза от висцерална и подкожна (SubQ) мастна тъкан и скелетни мускули при инсулин-чувствителни и инсулин-резистентни индивиди, реконструирани от PET на поглъщане на [18 F]FDG. Лентите показват средна стойност ± SEM. Звездите показват статистическа значимост между групите (П < 0,001 за всички). Преначертано от Virtanen et al. (8). Б: Фракционно поглъщане на глюкоза (= скорост на усвояване / скорост на кръвния поток) от висцералната и подкожната мастна тъкан и скелетните мускули при инсулиночувствителни и инсулинорезистентни индивиди (от [18 F]FDG и [15 O]H2O PET). Лентите показват медианата и интерквартилния диапазон. Преначертано от Ferrannini et al. (10). ns, не е значимо.

Тъй като миокардиоцитите са богато надарени с инсулинови рецептори, човешкото сърце е изключително чувствително към инсулин (13). При използване на [ 18 F]FDG-PET при пациенти с коронарна болест на сърцето е установено, че миокардната инсулинова резистентност е пропорционална на инсулиновата резистентност на цялото тяло (14) (допълнителна фигура 1А). Съдовите клетки (ендотелиум и гладка мускулатура) също носят инсулинови рецептори, които участват във вазодилатацията, предизвикана от ендотелиум-зависими (например ацетилхолин) и ендотелиум-независими (например натриев нитропрусид) агонисти. При пациенти с диабет тип 2, вазодилататорните реакции на предмишницата както към ацетилхолин, така и към нитропрусид са намалени пропорционално на степента на инсулинова резистентност, базирана на скоба (15) (допълнителна фигура 1Б). В сърцата на пациенти с коронарна болест на сърцето, особено при хипертония, миокардната архитектура често е нарушена и комбинацията от тъканна инсулинова резистентност и нарушена коронарна вазодилатация може да причини несъответствие между перфузия и метаболизъм, така че някои мускулни региони могат да бъдат перфузирани, но инсулин неотговарящ (16). Трябва да се припомни, че инсулинът, филогенетично древен хормон, има вазоактивни свойства (17), въпреки че при физиологични концентрации те са слаби в сравнение с азотен оксид или ангиотензин. Въпреки това, инсулинът, наред с няколко други фактора, участва в регулирането на микроциркулацията не само в ретината, бъбреците и периферната нервна система, но също и в кожата, мозъка, мастната тъкан и сърдечния и скелетния мускул (18).

В бъбреците инсулиновите рецептори се експресират в няколко типа клетки, от подоцити до епителни клетки в тубулния нефрон (19). Действията на бъбречния инсулин – и техните дефекти – са описани в огромен брой проучвания in vitro и животни.Проучванията in vivo при хора обаче са сравнително малко, поради техническите трудности, присъщи на изследването на бъбречната перфузия и метаболизма. Дори само като се фокусира върху глюкоза и натрий, бъбреците използват глюкозата като гориво, произвеждат глюкоза чрез глюконеогенеза и реабсорбират филтрирана глюкоза чрез котранспортери на натрий-глюкоза. Големият товар от филтриран натрий се обработва от множество обменници преди окончателното отделяне (20). По-голямата част от настоящите доказателства сочат, че бъбречната глюконеогенеза може да бъде регулирана нагоре при състояния на инсулинова резистентност, особено в постпрандиално състояние (21,22). Съвсем наскоро комбинираното използване на неинвазивна технология - PET сканиране на [ 15 O]H2О и 14(R,S)-[ 18 F]флуоро-6-тиа-хептадеканоат (аналог на късоверижни FFA), компютърна томография и ЯМР - направи възможно да се демонстрира по-високо поглъщане на FFA в кортикалната, отколкото в медуларната област и увеличен бъбречен обем , кръвния поток и усвояването на FFA при затлъстели, инсулин-резистентни индивиди (23). При инсулин-резистентни пациенти с диабет тип 2 физиологичната хиперинсулинемия изглежда намалява проксималната тубулна реабсорбция на глюкоза и натрий (24).

Последните проучвания предоставят in vivo доказателства за инсулинова резистентност в два други периферни органа, а именно мозъка и червата. По отношение на мозъка, инсулинът прониква в централната нервна система чрез трансцитоза, както и през пролуки на кръвно-мозъчната бариера. Инсулиновите рецептори са широко разпространени в мозъка и е доказано, че инсулиновото действие в мозъка, особено в хипоталамуса, регулира дейностите на периферната метаболитна тъкан, включително потискане на чернодробната глюкоза и липолиза в бялата мастна тъкан и повишена термогенеза в кафявата мастна тъкан (25). Показано от PET сканиране, усвояването на мозъчната глюкоза на гладно не се влияе от инсулиновата резистентност, но физиологичната хиперинсулинемия води до натрупване на глюкоза в мозъка при затлъстели, инсулин-резистентни субекти (26), промяна, която се свързва с повишена ендогенна глюкоза (27). Изглежда, че по-високото усвояване на глюкоза се случва в астроглиалните клетки, а не в невроните и се подчертава в определени области на енцефалона. Какво точно означава този привиден парадокс за синаптичната активност и невронната функция е област на интензивно изследване.

В човешкия дванадесетопръстник и йеюнум инсулинът повишава усвояването на глюкозата, ефект, който се притъпява при затлъстели и се подобрява от загуба на тегло, предизвикана от бариатрична хирургия (28). Механизмите и физиологичното въздействие на инсулин-чувствителното поглъщане на глюкоза в иеюнал при хората все още са несигурни (29).

Черният дроб е централен за действието на инсулина поради своята анатомична връзка последователно с панкреаса, докато всички останали тъкани са разположени успоредно на системното доставяне на инсулин. Всъщност черният дроб вижда инсулин в концентрации, които са приблизително три пъти по-високи от съпътстващите периферни нива. За разлика от плъхове и кучета, при хората еугликемичната хиперинсулинемия не успява да стимулира поглъщането на глюкоза от спланхничната тъкан над нивата на гладно (т.е. скорост от 0,6 mg ⋅ min -1 ⋅ kg -1 или ∼3% от входящата глюкоза) тази скорост обаче се увеличава с хипергликемия (30). За разлика от това, ендогенното производство на глюкоза е изключително чувствително към инсулин, което го потиска почти напълно при (изчислени) прехепатални концентрации на инсулин от 400–500 pmol/L (30). Резистентност на ендогенното производство на глюкоза към инсулинова супресия присъства при затлъстяване и диабет (допълнителна фигура 2А) глюконеогенезата е устойчивият път и при двете състояния, а гликогенолизата също не успява да бъде нормално потисната при диабет тип 2, което води до хипергликемия на гладно (допълнителна фигура 2Б). Освен това, повишеното доставяне на FFA в резултат на инсулинова резистентност на мастната тъкан (фиг. 1) има две последствия в черния дроб: засилва окисляването на липидите, което осигурява енергията за засилена глюконеогенеза (допълнителна фигура 3) и ускорява реестерификацията на FFA към триглицериди – който излишък се изнася като богати на триглицериди VLDL частици и се натрупва в хепатоцитите като липидни капчици. По този начин, типичната диабетна дислипидемия, т.е. високи триглицериди и нисък HDL холестерол, и чернодробната стеатоза са до голяма степен крайни резултати от инсулинова резистентност (31).

Β-клетъчна функция

β-клетките трябва да доставят инсулин на телесните тъкани в количество и времева динамика, подходящи за поддържане на плазмената глюкоза в много тесен диапазон на концентрация на база минута по минута. Всъщност производството на инсулин трябва да се справи с остри предизвикателства – т.е. размер, състав и скорост на усвояване на храната – както и да се адаптира към дългосрочни настройки, като промени в чувствителността на целевата тъкан към инсулин. Докато изпълняват такива задачи, β-клетките интегрират множество входове, възбуждащи (глюкоза, но също и FFA, аминокиселини, инкретини и т.н.), както и инхибиторни (α-адренергичен изтичане, соматостатин и т.н.) и координиране на активиране на островчетата (32 ). Следователно не е изненадващо, че съществуват различни — понякога взаимно несъвместими — начини на инсулинов отговор в зависимост от приложения стимул (перорална глюкоза или храна, интравенозен болус на глюкоза, хипергликемична скоба и др.) и изследваното патофизиологично състояние. За изчерпателно описание на функцията на β-клетките от края на 60-те години на миналия век се използват математически модели. Ние разработихме модел, включващ трите основни режима на β-клетъчен отговор, идентифицирани в множество изолирани експерименти с перфузиран панкреас: функция доза-отговор, свързваща секрецията на инсулин със съпътстващи концентрации на глюкоза в плазмата (т.е. чувствителност към глюкоза), функция за ранен отговор (т.е. , отговор към скоростта на промяна на глюкозата или чувствителност към скоростта) и фактор на потенциране, отчитащ възходящата модулация на отговора на дозата чрез зависими от времето потенциращи стимули (напр. глюкагоноподобен пептид 1 [GLP-1] и неговите рецепторни агонисти) ( 33). Когато е тестван в съпоставени данни от множество in vitro и in vivo експерименти, моделът дава добри доказателства за дефектен усилващ път на β-клетъчен секреторен отговор към глюкоза при диабет тип 2 (34). С този модел, използван върху данни от клинични кохорти, чувствителността към глюкоза на β-клетките е описана като непрекъсната обратна функция на 2-часовата гликемия след глюкозата, докато абсолютната глюкозо-стимулирана инсулинова секреция е възпроизвела типичния двуфазен модел, т.е. първоначално увеличение, последвано от бавно, прогресивно намаляване до инсулинов дефицит (32). По този начин повишената инсулинова секреция, която характеризира състоянията на нарушен глюкозен толеранс, е компенсаторна — към нарастващите нива на глюкоза — но неадаптивна, доколкото представлява допълнителен секреторен стрес върху вече дисфункционалните β-клетки (фиг. 3). Съответно, в проспективни проучвания на индивиди с нормален глюкозен толеранс, запазената чувствителност към глюкоза е силен защитен фактор срещу прогресия до дисгликемия – независимо от клиничните рискови фактори и инсулиновата резистентност – докато абсолютната инсулинова секреция е рисков фактор (35).

Контрастна връзка на абсолютната перорална индуцирана от глюкоза инсулинова секреция и чувствителност към глюкоза на β-клетките към 2-часовата плазмена концентрация на глюкоза през етапите на глюкозния толеранс. Преначертано от данни в Ferrannini et al. (35). IGT, нарушен глюкозен толеранс NGT, нормален глюкозен толеранс T2D, диабет тип 2.

Моделът също така успя да консолидира две важни понятия. Първо, при пациенти с диабет тип 2, чувствителността към глюкоза е почти неизменно компрометирана в сравнение със съвпадащи субекти без диабет, докато при следсмъртни проби от човешки панкреас, β-клетъчната маса значително се припокрива между пациенти с диабет и здрави контролни субекти и инсулиновите запаси са намалени само с една трета в първите в сравнение с последните (36). Следователно, дисфункцията на β-клетките не може да се дължи единствено на действителната смърт на β-клетките. На второ място, внимателното физиологично фенотипиране и проследяване на пациенти с болестно затлъстяване с диабет тип 2 показва, че ремисията на диабета не само е свързана с подчертано подобрение на инсулиновата чувствителност, което се очаква да последва голяма загуба на тегло, но също така е придружено от значително възстановяване на β-клетъчна функция (37). Поразително е, че определено подобрение в чувствителността към глюкоза може да се установи вече 15 дни след операцията, когато плазмената глюкоза, скоростта на инсулинова секреция и инсулиновата чувствителност са непроменени и не е настъпила измерима загуба на тегло (38) (Фиг. 4). Всъщност, при по-големи серии от пациенти, предоперативната чувствителност към глюкоза на β-клетките предсказва степента и продължителността на ремисия на диабета почти независимо от вида на операцията, стомашен байпас на Roux-en-Y, билиопанкреатична диверсия или ръкавна гастректомия. Този резултат - наблюдаван дори при пациенти с дългогодишен диабет на инсулинова терапия - очевидно предполага, че част от β-клетъчния комплемент е функционално ням, но не е мъртъв и може да бъде върнат във функция чрез интервенция. Той също така говори за силата на дори краткосрочното ограничаване на калориите, което преобладава по време на фазата на хирургично възстановяване (∼800 kcal/ден), вероятно подпомогнато от ранен скок на GLP-1.

Чувствителност на β-клетките при пациенти с патологично затлъстяване с диабет тип 2 преди, 14 дни след и 1 година след бариатрична операция (стомашен байпас на Roux-en-Y), измерена по време на тест за смесено хранене. Графиките са средни ± SEM за наблюдаваните диапазони на плазмената глюкоза в различните групи. Преначертано от Nannipieri et al. (38).

Измерването на чувствителността към глюкоза на β-клетките въведе нова концепция при диабет тип 1. В проучването за превенция на диабета – Тип 1 (DPT-1) на роднини от първа степен на пациенти с диабет тип 1, наличието на последователни орални тестове за глюкозен толеранс направи възможно да се покаже, че при високорискови субекти, които прогресират до диабет тип 1 , времевият ход на гликемията е двуфазен, с по същество стабилно плато, последвано от рязък скок в диагностичния диапазон. Освен това, съответната траектория на чувствителността към глюкоза показва спад, който предвижда времето на гликемичен преход с ~0,7 години, докато инсулиновата чувствителност започва да се влошава едва след настъпване на хипергликемия (39) (Фиг. 5).

Времеви траектории на 2-часови плазмени концентрации на глюкоза, чувствителност към глюкоза на β-клетките, секреция на инсулин след глюкоза и инсулинова чувствителност при високорискови роднини на субекти с диабет тип 1. Данните са синхронизирани по време на диагностициране на диабет (време 0). Преначертано от Ferrannini et al. (39).

Механизмите, отговорни за двуфазния модел на преход към явен диабет, не са изяснени, но е интригуващо, че същият модел е наблюдаван и при кохорти от диабет преди тип 2 (например в проучването за диабет в Мексико Сити [40]) при по-дълги периоди на проследяване, отколкото при диабет тип 1 (допълнителна фигура 4А). Докато интензивен, продължителен стрес е възможен, обяснението може да се крие в принципа на физиката, известен като фазов преход: силно хомеостатичните променливи - като концентрацията на плазмената глюкоза - които се контролират от множество фактори могат да бъдат в състояние на динамична нестабилност като резултат от множество дефекти и може да бъде доведено до неуспех от допълнително малко влошаване на единичен етиологичен фактор (39).

По отношение на потенцирането, експериментите с ранен перфузионен панкреас и животни показват, че индуцираната от глюкоза инсулинова секреция може да бъде увеличена от редица потенциатори, вариращи от определени аминокиселини до сулфонилурейни продукти. Ранните проучвания при здрави доброволци показват силно засилване на инсулиновия отговор, когато пероралната глюкоза се наслагва върху хипергликемична скоба, като същевременно се предотвратяват промените в гликемията (41). Въз основа на тези резултати се постулира, че липсата на предполагаем „чревен фактор“ може да участва в хипергликемията на диабет тип 2 (42). Последващата работа твърдо установи идентичността на стомашно-чревните хормони (GLP-1, основният инкретин и стомашен инхибиторен пептид), определи количествено тяхната роля в инсулиновото потенциране и установи дефектен инкретинов ефект като присъща аномалия на диабет тип 2 (43). Докато търсенето на произхода и механизма на такъв дефект продължава, in vivo проучванията показват, че глюкозният толеранс и затлъстяването имат независим принос за тежестта на дефекта на инкретина, като по този начин включват по-високо циркулиращи FFA в патогенезата (44) (Фиг. 6 ). Тъй като циркулиращите концентрации на инкретин не се редуцират последователно във връзка с функционален дефект на инкретин, се появява концепцията за инкретинова резистентност. Тъй като инкретиновият ефект се дефинира оперативно като разликата в стимулираната инсулинова секреция между оралния и интравенозния път на пристигане на хранителни вещества, съответната инкретинова резистентност би се намирала в островчето. В съответствие с това понятие, скорошни образни изследвания, използващи белязан ексендин в миши и човешки островчета, показват, че периодите на хипергликемия значително намаляват експресията на GLP-1 рецептора (GLP-1R) и че последващото нормализиране на кръвната захар възстановява експресията на GLP-1R и спира наблюдаваната загуба в обем на островче (45). Също така, инкретинната резистентност може да бъде глобален проблем с β-клетките, възникващ и при други неглюкозни секретагоги.

Двойно въздействие на глюкозния толеранс и затлъстяването, като ИТМ, върху инкретиновия ефект. Преначертано от Muscelli et al. (44). DM, захарен диабет IGT, нарушен глюкозен толеранс NGT, нормален глюкозен толеранс.

Отдавна е известно, че секрецията на глюкагон е парадоксално повишена при диабет тип 2, като по този начин се изострят ефектите от намаленото освобождаване на инсулин и действието върху нивата на плазмената глюкоза. Съвсем наскоро оценките на съотношението моларна концентрация на прехепатален инсулин към глюкагон са по-прецизирани информацията за бихормоналния контрол на чернодробния метаболизъм. При здрави индивиди съотношението е средно 10 на гладно и се повишава до пик от ∼30 в отговор на смесено хранене, потвърждавайки общото доминиране на инсулина над глюкагона. При пациенти с диабет тип 2, първоначалният пик на съотношението инсулин/глюкагон е обезглавен и той превъзхожда този на контролните субекти по време на късната фаза на усвояване на храната (допълнителна фигура 5А). Важно е, че времевите ходове на съответните скорости на инсулинова секреция съвпадат в голяма степен с тези на съотношението инсулин към глюкагон (допълнителна фигура 5Б), потвърждавайки строгия контрол на първите от вторите (37). Също така трябва да се отбележи, че при тези субекти с умерена хипергликемия, общото количество инсулин, освободено през 5-те часа от усвояването на храната, е много близко до това на субектите с слаб контрол (∼11 единици/m 2 ) въпреки по-високата гликемия.

Взаимодействия между инсулиновата резистентност и β-клетъчната дисфункция

Отдавна е известно, че плазмената инсулинова концентрация е опорната точка на физиологичната обратна връзка между инсулиновата секреция и инсулиновото действие. Всъщност инсулиновата резистентност поражда хиперинсулинемия, главно чрез малки увеличения в нивата на плазмената глюкоза (но също и FFA и някои аминокиселини). От своя страна хроничната хиперинсулинемия потиска действието на инсулина чрез понижаване на инсулиновите рецептори в целевите тъкани, както и чрез намеса във вътреклетъчната инсулинова сигнализация (46). Според тази парадигма хиперинсулинемията на инсулин-резистентни състояния обикновено се разглежда като компенсаторна адаптация на β-клетката (47). Въпреки това, проучвания върху животни и няколко наблюдения върху хора предполагат, че при някои индивиди може да възникне неподходящо увеличение на инсулиновата секреция независимо от инсулиновата резистентност. Последните проучвания предоставиха убедителни доказателства за такава първична инсулинова хиперсекреция чрез използване на директни измервания на индуцираната от глюкоза инсулинова секреция и на инсулиновата чувствителност (чрез техниката на скоба) и безпристрастен критерий за дефиниране на самата хиперсекреция (48). С използването на този подход при индивиди с „хиперсекретор“ регулацията на глюкозата е ненормална в сравнение с нормосекреторите въпреки хиперинсулинемията и се очаква по-нататъшна дисгликемия при проследяване. Поради това прекомерното ендогенно производство на глюкоза може да бъде определено като източник на излишната гликемия и се постулира пряко невронно влияние върху островчето и черния дроб (фиг. 7).

Инсулиновата хиперсекреция при нормална инсулинова чувствителност е свързана с повишени, а не с намалени концентрации на плазмена глюкоза поради повишено ендогенно (чернодробно) производство на глюкоза. Предполага се невронно влияние върху островчетата и черния дроб. Модифицирано от Reaven et al. (47).

По отношение на нивата на глюкозата, инсулиновата резистентност и β-клетъчната дисфункция са основните механизми на всеки дисгликемичен синдром, за който те имат променлив количествен принос при различни патологични обстоятелства (пътеки 1 и 2 на фиг. 8). От своя страна, хипергликемията се връща както към действието на инсулина, така и към функцията на β-клетките чрез поредица от механизми [усъвършенстван краен продукт на гликиране, ендотелна синтаза на азотен оксид, GAPDH, манганова супероксиддисмутаза, ядрен фактор κB, поли(ADP-рибоза) полимераза, протеин киназа С, реактивни кислородни видове, супероксид дисмутаза, отделящ протеин], общо обозначени като глюкозна токсичност (изчерпателно обсъдено в лекцията на Бантинг от 2005 г. от Майкъл Браунли [49]). Накратко, хроничната хипергликемия (и по-широките гликемични колебания) влошава инсулиновата секреторна функция (път 3 на фиг. 8), както и тъканния отговор към инсулин (път 4 на фиг. 8) (прегледан в 50). От особен интерес са нови доказателства, демонстриращи директна обратна връзка между островчетата и инсулиновата чувствителност. Болните островчета освобождават сигнални молекули (например цитрат, глутамат и т.н.), които могат да попречат на инсулиновото действие в целевите тъкани (път 5 на фиг. 8) мястото и размерът на тези ефекти остава да бъдат изяснени. Обратно, наличието на инсулинова резистентност при индивиди без диабет предизвиква генерализирана хиперплазия на островчето, с разширяване както на β-клетката, така и на α-клетъчната област (път 6 на Фиг. 8). Тези промени предразполагат към дефектен β-клетъчен отговор и хиперсекреция на глюкагон, когато системата е стресирана (например чрез частична панкреатектомия, наддаване на тегло и др.) (51). Имайте предвид, че пряка последица от работата на множество физиологични обратни връзки е подчертаната хетерогенност на клиничния фенотип на ниво популация.

Основни патофизиологични пътища и влияния при диабет тип 2. Червените линии и числа се отнасят за циклите на обратна връзка, асоциациите са в зелено, а пътищата до увреждане на крайните органи в синьо. Вижте текста за допълнително обяснение.

Своеобразен вид отговор на островчетата на стреса, на който се обръща все по-голямо внимание през последните години, е трансдиференцирането. Както първоначално беше открито от Доменико Ачили и обсъдено в неговата лекция на Бантинг от 2017 г. (52), β-клетките могат да се дедиференцират и да останат в покой и могат да бъдат съживени чрез антихипергликемично лечение. Освен това, чрез цикъл на трансдиференциране α-клетките могат да служат като източник на нови β-клетки в модели на екстремна загуба на β-клетки (53). Специфичното въздействие на инсулиновата резистентност върху тези превключватели на клетъчния фенотип и основните молекулярни механизми са област на интензивно изследване, особено след като те могат да представляват нови терапевтични цели.

Генетични влияния

Установено е, че непрекъснато нарастващият брой генетични локуси са свързани с риска от диабет тип 2 и неговите усложнения (54) или с плазмената глюкоза като непрекъсната черта. Повечето от тях се оказват често срещани варианти, които се свързват с β-клетъчна дисфункция, но някои също се свързват с инсулинова резистентност (55). Съвсем наскоро откриването на епигенетични модификации добави допълнителен слой от трансмисивни влияния към картината. Важно е, че придобитите влияния модулират не само инсулиновата чувствителност – класически, заседналостта и затлъстяването – но също и функцията на β-клетките, чрез токсини, присъстващи в храната и опаковките, атмосферата и няколко лекарства (обстойно обсъждано от Барбара Корки в нейната лекция на Бантинг от 2011 г. [56] ]).

Диабет тип 2 като системно заболяване

Известна степен на β-клетъчна дисфункция може да се докаже при всяко и всички състояния на хипергликемия, независимо дали е преходна или постоянна. От друга страна, докато огромното мнозинство от пациентите с диабет тип 2 — и много с преддиабет — са инсулинорезистентни (57), сегментът от общата популация, който проявява намалена (по някакъв критерий) инсулинова чувствителност е много по-голям от фракцията с диабет. Затлъстяването (58), есенциалната хипертония (59), дислипидемията (60) и други патологии са състояния на стабилна инсулинова резистентност, докато гладуването, бременността, травмата и инфекциите са примери за преходна инсулинова резистентност. Фактът, че повечето пациенти с диабет тип 2 са с наднормено тегло/затлъстяване, хипертония и дислипидемия, е довело до измислянето на термина „синдром на инсулинова резистентност“ за обозначаване на съпътстващи, променливи аномалии на телесното тегло и разпределението на мазнините, глюкозата, липидите и кръвта. натиск в населението (47). По този начин, ако разпространението на диабет тип 2 е 5-10% в популацията, разпространението на „синдрома“ ще бъде поне два пъти по-високо. Освен това, всяко от съпътстващите заболявания е под влиянието на генетични и придобити фактори, които частично се наслагват върху тези на диабет тип 2 (напр. преяждане, заседнал начин на живот) всяко от тях носи отделна предразположеност към и предшестващи макро- и микроциркулаторни крайни заболявания. увреждане на органите (фиг. 8). Важно е, че времевите траектории на диабет тип 2 и съпътстващи заболявания често се пресичат. Например, при нормогликемични индивиди наличието на есенциална хипертония е независим предиктор за инцидентен диабет и, обратно, при нормотензивни индивиди наличието на диабет е независим предиктор за инцидентна хипертония (61). Всъщност синдромът на инсулинова резистентност може да бъде проследен до детството (62) и доказателства за първична инсулинова хиперсекреция са описани при младежи, с характеристики, подобни на тези при възрастни (48). От друга страна, има доказателства, че самият преддиабет е рисков фактор за сърдечно-съдови заболявания (ССЗ) (63), което доведе преди повече от две десетилетия до хипотезата за „обща почва“ за комплекса диабет/ССЗ ( 64). Разработването на „-omics” платформи (за генни варианти, транскрипти, протеини, метаболити и т.н.) постига бърз напредък към идентифицирането на биомаркери на такъв диабетен клъстер (65). Тези "-omics" търсения почти винаги дават мрежи, а не единични "попадения", точно както клиничното изследване предизвиква клъстери или синдроми. Интуитивно издърпването на възел в мрежата изкривява съседните възли и клонове пропорционално на тяхната сила на връзката. Следователно, дескриптори като синдром, комплекс и мрежа по същество предполагат, че диабетът - на всичките му етапи - може да се разглежда като системно заболяване, чиито основни характеристики са висока честота и хетерогенност.

Лечението на диабет тип 2, за разлика от това, е доста еднакво: понижаването на гликемията все още е крайъгълният камък и HbA неговата метрика. Успехът често е скромен, тъй като нормогликемията рядко се постига без заплащане на цената на хипогликемията и наддаването на тегло, а съдовите усложнения остават по-чести, отколкото при популациите без диабет. Сложната патогенеза на хипергликемията е потвърдена от проучвания на лекарствени комбинации, насочени както към наличността на инсулин (ендогенен и екзогенен), така и към инсулиновата резистентност (57), по-широкият комплекс от диабет/ССЗ е адресиран чрез многофакторна интервенция (на глюкоза, LDL холестерол, кръвно налягане, и тютюнопушенето, както в проучването Steno-2 [66]).

По-новата фармакология се възползва от биологията на инкретините, като показва, че миметиците на инкретин не само потенцират секрецията на инсулин, но също така понижават нивата на глюкагон и забавят изпразването на стомаха (57). Но най-новото и най-малко очакваното развитие се насочи към ССЗ и бъбречните заболявания, като показа, че по-новите антихипергликемични лекарства (инхибитори на натриево-глюкозен котранспортер 2 и GLP-1R агонисти) могат да намалят хоспитализацията за сърдечна недостатъчност, прогресия на бъбречно увреждане и , в по-малка степен, атеросклеротични ССЗ (57). Механизмите на тези ползи изглежда малко зависят от понижаващия глюкозата ефикасност на лекарството, в противен случай те все още не са напълно разбрани, въпреки че определено се различават между инхибиторите на натриево-глюкозен котранспортер 2 (67) и GLP-1 агонисти (68).

По този начин, правдоподобна перспектива за недалечно бъдеще е системният характер на диабета да се регистрира в клиничната практика в три основни области: оптимизиране на терапията на коморбидността, по-ранна интервенция и по-широко използване на нови антидиабетни лекарства. Какво тогава обяснява прекъсването между намаляването на усложненията от диабета и смъртността (3) и постоянно недостатъчен гликемичен контрол? Може да се твърди, че след като строгата хомеостаза е нарушена, пълното обръщане е по своята същност нереалистично или дори че строгият гликемичен контрол не е от решаващо значение за оцеляването. Друго обяснение обаче призовава за ролята на затлъстяването. Затлъстяването е прототипно състояние на инсулинова резистентност и остава основният рисков фактор за диабет тип 2 (69). По-малко добре оценено е, че дългосрочното затлъстяване – с придружаващото го хронично повишаване на окисляването на липидите (70) – може да причини известна степен на „изчерпване“ на β-клетките дори при липса на генетичен риск (71), което може да е виновникът за относителната рефрактерност на глюкозния контрол. Всъщност загубата на тегло - чрез бариатрична хирургия (37) или много нискокалорична диета (72) - има мощни ефекти върху гликемията. Въпреки това, обикновената интервенция в начина на живот при затлъстяване е изпълнена с висок процент на неуспех. От това следва, че трябва да се положат повече усилия за предотвратяване на затлъстяването, особено при младежите (73), както на ниво население, така и на индивидуално ниво.


Методи

Стратегия за Gcgr Нарушаване на гена.

A 10,5-kb ХинdIII/EcoRI фрагмент от миша Gcgr ген (9) беше използван за конструиране на насочващия вектор (фиг. 6 А и Б, която е публикувана като поддържаща информация на уебсайта на PNAS, www.pnas.org). Екзони 3–6 бяха заменени с касета за резистентност към неомицин, стимулирана от фосфоглицеат киназа, и отрицателният селективен ген на тимидин киназа беше проектиран в 3′ и 5′ краищата. SfiI линеаризиран плазмид (25 μg) се електропорира в ембрионални стволови клетки на WW6 (≈5 × 106 клетки), както е описано (11). Положителното насочване на мутантния алел беше потвърдено от Southern (Фиг. 6Б) и/или PCR анализ (данните не са показани).

Животни.

Животните бяха хранени ad libitum, освен ако не е отбелязано друго и поддържани в бариерно съоръжение без вирус на миши хепатит при 12-часов цикъл на светлина/12-часов тъмен. Мишки обратно кръстосани (F6 и Ф7) върху фона на C57/BL6J и контролите на кучилото бяха проучени и основните открития бяха потвърдени при мъжки и женски (виж Фигури 7 и 8, които са публикувани като подкрепяща информация на уебсайта на PNAS) от два независими реда. Всички представени данни са от мъжки мишки, освен ако не е посочено друго. Всички протоколи бяха одобрени от институционалните комитети за грижа и използване на животните.

Измервания на черния дроб и епидидималната мастна тъкан.

Препарати с чернодробна плазмена мембрана (12), проучвания за свързване (13), хормонално стимулирано натрупване на cAMP (13) и определяне на нивата на гликоген (14, 15) бяха както е описано по-горе. Липолизата на бялата мастна тъкан (WAT) се измерва, както в реф. 16

Тест за интраперитонеален глюкозен толеранс (IPGTT), Glucagon Challenge (GC) и тест за инсулинова толерантност (ITT).

След 12- до 16-часов (IPGTT) и 6-часов (GC и ITT) период на гладуване, мишките в съзнание са били i.p. прилаган или натоварване с глюкоза от 1,5 g/kg, 16 μg/kg човешки глюкагон, или 0,75 единици/kg свински инсулин. Кръвта от опашката беше взета в посочените часове и нивата на глюкозата бяха определени с помощта на глюкомер OneTouch II (LifeScan, Milpitas, CA).

Плазмените метаболити и хормони.

Плазмата се получава от ретроорбитална кръв, центрофугирана при 5000 × ж. Лактатът и свободните мастни киселини бяха измерени с помощта на комплекти от Sigma и Wako Chemicals (Neuss, Германия), съответно. Клиничните химии бяха проведени на Synchron CX5 Autoanalyzer (Beckman Instruments, High Wycombe, UK). Триглицеридите, глюкозата, холестеролът и липопротеините с висока плътност бяха определени чрез използване на стандартни човешки комплекти. Липопротеините с ниска плътност бяха анализирани по дефиниран от потребителя метод (Diagnostic Chemicals, Charlottetown, Канада). Нивата на инсулин и лептин се определят с миши ELISAs (Crystal Chem, Чикаго). Глюкагон, кортикостерон, инсулиноподобен растежен фактор-1 и епинефрин бяха определени с RIAs от Linco Research Immunoassay (Сейнт Чарлз, МО), DPC (Лос Анджелис), Mediagnostics (Хамбург, Германия) и DLD Diagnostika (Adlerhorst, Германия ), съответно.

Екстракция на панкреатичен хормон.

След цервикална дислокация, панкреасът бързо се замразява в течен азот и се съхранява при -80 ° C до обработка. Тъканите се претеглят и след това се хомогенизират два пъти в 2,5 ml 0,5% трифлуорооцетна киселина с помощта на хомогенизатор стъкло/стъкло и се оставят за 1 час при 4°С. Пробите бяха повторно хомогенизирани, центрофугирани при 10 000 × жи супернатантите се съхраняват при -20°С. Преди анализа, екстрактите се пречистват с патрони SepPak C18 (Waters) (17). Концентрациите на хормона се определят чрез използване на установени RIA с антитела, специфични или за централната област на GLP-1 (общ GLP-1), или за амидирания C край, които са описани (17).

Прием на храна и телесно тегло.

Кумулативният прием на храна и телесното тегло се измерват веднъж седмично при настанени в група мишки (четири мишки на клетка) в продължение на 19 седмици. В допълнение, приемът на храна беше достъпен при индивидуално настанени мишки, както е описано по-долу.

Индиректна калориметрия.

Мишките бяха индивидуално настанени и аклиматизирани към клетките на калориметъра за 1 ден преди 2-3 дни на събиране на данни за обмен на газ и прием на храна. Непряката калориметрия беше извършена с компютърно контролирана калориметрична система с отворена верига (Oxymax, Columbus Instruments, Columbus, OH), състояща се от четири дихателни камери, оборудвани с повдигнат теленен под от неръждаема стомана, бутилка с вода и тава за храна, свързана с везна. Консумацията на кислород и CO2 продукцията се измерва за всяка мишка на интервали от 6 минути и референтните стойности на външния въздух се определят след всеки 10 измервания. Настройките на инструмента бяха: скорост на газовия поток = 0,5 литра/мин време за утаяване = 240 сек време за измерване = 60 сек. Газовите сензори бяха калибрирани ежедневно с първични газови стандарти, съдържащи известни концентрации на O2, CO2, и Н2 (Tech Air, Уайт Плейнс, Ню Йорк). Използван е масов разходомер за измерване и контрол на въздушния поток. Кислородът се измерва чрез електрохимичен сензор, базиран на метална въздушна батерия с ограничена дифузия. CO2 се измерва със спектрофотометричен сензор. Респираторният коефициент се изчислява като съотношението между CO2 производство (литри) над O2 консумация (литри). Разходът на енергия се изчислява по уравнението: EE = (3,815 + 1,232 × VCO2/В.О2) × VO2.

ЯМР анализ.

Данните от ЯМР са получени с помощта на спектрометър GE Omega 400WB (General Electric). Анестезирани мишки бяха поставени в намотка за ЯМР и бяха получени протонни спектри и изображения. Мастната маса се изчислява, както е описано от Stein et al. (18). Съдържанието на мазнини се анализира чрез метод за прагове, базиран на анализ на хистограма на интересуващия ни регион.

Антисеруми и имунохистохимия.

Антиинсулинът от морско свинче и миши моноклонален антиглюкагон Glu-001 и антисоматостатин са получени от Novo Nordisk A/S (Bagsvaerd, Дания) или ICN и са описани по-рано (19). Имунохистохимията и обработката на изображения бяха извършени, както е описано (20). Вторичните антитела, конюгирани с флуоресцеин изотиоцианат-, Cy-2- и тексаско червено, са от Jackson ImmunoResearch, кози анти-миши Alexa 546 е от Molecular Probes, а заешки анти-морско свинче FITC е от DAKO.

Статистически анализи.

Данните са средни ± SEM. Статистическата значимост беше определена чрез ANOVA чрез използване на пост-хок тест за множество сравнения на Bonferroni, когато е подходящо. Нечифтени две опашки Студентски T тестът беше приложен към всички други статистически анализи.


Парадоксално оцеляване: Изследване на ефекта на Парондо в биологията

Вдъхновен от мигащата брауновска тресчотка, парадоксът на Парондо е контраинтуитивен феномен, при който две губещи игри, когато се играят в определен ред, могат изненадващо да спечелят. Например, слот машините са проектирани да гарантират, че играчите губят в дългосрочен план. „Това, което парадоксът казва, е, че може да има слот машини, които са фино свързани по такъв начин, че играта на която и да е от слот машината независимо ще доведе до финансова катастрофа, но превключването между тях в крайна сметка ще остави играча по-богат от преди“, каза старши автор , асистент Канг Хао Чеонг от Сингапурския университет по технологии и дизайн (SUTD).

За да изследват множеството вълнуващи приложения в биологията, изследователите от SUTD са изследвали широк спектър от скорошни разработки на парадокса на Парондо в биологията, в екологията и еволюцията, генетиката, социалните и поведенчески системи, клетъчните процеси и болестите.

Тяхното проучване, появило се в скорошен брой на БиоЕсета, идентифицира ключови връзки между множество привидно разединени произведения, кулминиращи в възникващ модел на вложени повтарящи се механики, които изглежда обхващат цялата биологична гама, от най-малките пространствени и времеви мащаби до най-големите. Авторите обясняват, че основната роля, която парадоксът играе при оформянето на живите системи, става все по-очевидна, което сочи силно към потенциалната му идентичност като универсален принцип, лежащ в основата на биологичното разнообразие и устойчивост.

„Развитието на парадокса на Парондо до момента разкри потенциална обединяваща основна характеристика на самия живот, по-ценна за нашето разбиране за природата, отколкото отделните му компоненти“, каза съавторът Джин Минг Ко.

Картината, която авторите рисуват на биологичната реалност, е поразителна. Тяхната работа предполага, че биосферата може да бъде поддържана от безброй слоеве парадоксални парондо-парадоксални ефекти, всеки от които поглъща неизбежно губещи стратегии и произвежда подобрени резултати в малко по-голям времеви или пространствен мащаб за слоя отгоре, в това, което може да се визуализира като фрактален повтарящ се модел. Подобни образи предлагат нова гледна точка към нашия поглед към природата и към самите нас.

Триото сега се опитва да анализира подробната структура на тези механизми, които могат да се простират от изключително макроскопични пространствени мащаби на цели екосистеми до молекулярната вътрешна работа на клетките и от милиони години времеви мащаби на еволюция до субмикросекундни генетични и молекулярни процеси. . „Всяка клетка, организъм и вид, както и съвкупност от видове и екосистема, непременно са смъртни, но биосферата продължава да съществува“, каза асистент Чеонг.


ГЛЮКАГОН

глюкагон -продуциращи &алфа клетки представляват една от най-ранните популации от откриваеми островни клетки в развиващия се ендокринен панкреас. глюкагон обикновено се разглежда като хормон, който се противопоставя на действието на инсулина в периферните тъкани, предимно черния дроб, където инсулинът: глюкагон съотношението определя сложния контрол на глюконеогенезата и гликогенолизата. Действието на глюкагон в черния дроб е сложен и включва координирано регулиране на транскрипционните фактори и мрежите за сигнална трансдукция, които се сближават за регулиране на аминокиселинния, липидния и въглехидратния метаболизъм. За преглед на избрани скорошни прозрения за сигналите надолу по веригата, активирани след ангажиране на чернодробната глюкагон рецептор, вижте CREB регулира чернодробната глюконеогенеза чрез коактиватора PGC-1. природата. 2001 Sep 13413(6852):179-83 и CREB контролира метаболизма на чернодробните липиди чрез ядрения хормонален рецептор PPAR-mgama. природата. 2003 ноември 13426 (6963): 190-3. и глюкагон потиска сигнализирането през мишената на рапамицин при бозайници в черния дроб на плъх чрез активиране на AMP-активирана протеин киназа. J Biol Chem. 2004, 19 октомври [Epub преди печат].

Въпреки че ястията като цяло потискат глюкагон секреция от нормалната &alpha клетка, субектите с диабет често показват нарушен контрол на глюкагон секреция, водеща до прекомерно производство на чернодробна глюкоза. Като се имат предвид структурните връзки между глюкагон , оксинтомодулин и глицентин, много търговски анализи, които твърдят, че измерват 29 аминокиселини на панкреаса глюкагон може да показва липса на специфичност, а понякога и проблеми с чувствителността. Хиперглюкагонемия, анализирана с глюкагон сандвич ELISA: неспецифична интерференция или наистина повишени нива? Диабетология. 2014 Sep57(9):1919-26 и Специфичност и чувствителност на наличните в търговската мрежа анализи за измерване на глюкагон и оксинтомодулин при хора Eur J Endocrinol. 2014 март 8170(4):529-38

Биосинтеза на глюкагон

Тъканно-специфичното освобождаване на проглюкагон се контролира от клетъчно-специфична експресия на ензими прохормон конвертаза (PC). Съществена роля на PC2 в обработката на островния проглюкагон се разкрива от изследвания на PC2 нокаут мишка. Тази мишка има лека хипогликемия, повишен проинсулин и проявява сериозен дефект в обработката на проглюкагон до зрял панкреас глюкагон , а мишите островни &алфа клетки секретират проглюкагон от атипични секреторни гранули. Вижте Непълна обработка на проинсулин до инсулин, придружена от повишаване на междинните продукти на Des-31,32 проинсулин в островчета на мишки без активен PC2. J Biol Chem. 1998 Feb 6273(6):3431-7 и Тежък дефект в обработката на проглюкагон в островни А-клетки на прохормон конвертаза 2 нулеви мишки. J Biol Chem. 2001 юли 20276(29):27197-202

Основен компонент на фенотипа, показан от PC2 нокаут мишка, а именно лека хипогликемия и изразена алфа клетъчна хиперплазия, изглежда се дължат на дефектни нива на циркулацията глюкагон , като глюкагон замяната с осмотична мини-помпа коригира хипогликемията и доведе до значително намаляване на броя на хиперпластичните алфа клетки. Ремоделирането на островчетата се открива след 11 дни и след 25 дни PC2-/- островчетата приличат на островчета от див тип. Апоптозата на островните &алфа клетки изглежда допринася за процеса на ремоделиране, което предполага важна роля за прага на циркулацията глюкагон в регулирането на пролиферацията и оцеляването на островчетата и алфа клетките.Вижте Замяната на глюкагон чрез микро-осмотична помпа Коригира хипогликемията и ?-клетъчната хиперплазия при мишки с нокаут на прохормон конвертаза 2. Диабет. 2002 февруари 51(2):398-405

глюкагон също така се синтезира в ЦНС, където неговите действия могат да включват регулиране на периферната глюкорегулация, но остават по-малко добре разбрани.

глюкагон освобождаването се стимулира от хипогликемия и се инхибира от хипергликемия, инсулин и соматостатин. Инхибиторният ефект на соматостатин изглежда се медиира чрез SST-2 рецептора, както е разкрито чрез проучвания с използване на SST-2-селективен рецепторен антагонист DC-41-33. Това съединение е подобрено глюкагон освобождаване в проучвания, използващи изолирани островчета на плъх, перифузирани изолирани островчета на плъх и изолиран перфузиран панкреас на плъх, както е показано в Intra-Islet Somatostatin Регулира освобождаването на глюкагон чрез тип 2 соматостатин рецептори при плъхове. Диабет. 2003 май 52(5):1176-81

Секреция на глюкагон

Как островчето а-клетка усеща и реагира на промените в кръвната захар и какво се обърка при повтаряща се хипогликемия?

Основен проблем при пациенти с диабет с повтаряща се хипогликемия е развитието на дефектни контрарегулаторни реакции, които включват намалени или отсъстващи глюкагон реакции на хипогликемия. Оттук разбирането как и защо автономната нервна система и островните &алфа клетки развиват дефекти в глюкагон секрецията, водеща до нечувствителност към хипогликемия, е основно предизвикателство в изследванията на диабета.

Интересно е, че инкретиновите хормони GIP и GLP-1 имат различни ефекти върху секрецията на глюкагон, като GIP стимулира, но GLP-1 инхибира глюкагон секреция. В изолирани островчета, инхибиторните ефекти на GLP-1 не са свързани с увеличаване на секрецията на инсулин или соматостатин, а включват PKA сигнализиране. Експресията на GLP-1 рецептора беше открита, но много ниска в пречистени изолирани a-клетки, докато GIP R и адренергичните рецептори бяха значително по-изобилни в a-клетките. Само 1% от a-клетките са GLP-1 R имунопозитивни. Ниските концентрации на форсколин също инхибират секрецията на GLP-1 в миши островчета. Активирането на Epac2 имитира стимулиращия ефект на форсколин и адреналин върху екзоцитозата на алфа клетките и Epac2 е необходим за стимулиращите ефекти на адреналина. GLP-1 също така модулира изстрелването на потенциала на действие в изолирани а-клетки GLP-1 инхибира и адреналинът стимулира освобождаването на глюкагон чрез диференциална модулация на N- и L-тип Ca2+ канал-зависима екзоцитоза Cell Metab. 2010 юни 911(6):543-53

Класическите проучвания на изолирани &alpha -клетки от Pipeleers и колеги показват важни разлики между &alpha срещу &beta -клетки и техните съответни отговори на различни концентрации на глюкоза. Ранните класически проучвания показват как се регулират глюкозата, хранителните вещества, инсулинът и соматостатинът глюкагон пътища на секреция и сигнална трансдукция в пречистени &алфа-клетки на плъхове, както е посочено във Взаимодействие на хранителни вещества и хормони при регулиране на освобождаването на глюкагон. Ендокринология. 1985 септември 117(3):817-23.

Прилагането на SGLT2 инхибитори се свързва с повишено глюкагон секреция при хора с диабет и повишено производство на глюкоза в черния дроб. Дапаглифлозин подобрява мускулната инсулинова чувствителност, но повишава ендогенното производство на глюкоза J Clin Invest. 2014 февруари 124(2):509-14 и 2014 февруари 124(2):499-508. Бонер и колеги демонстрират, че клетките на гризачи и хора експресират функционален SGLT2 протеин, който се регулира надолу при гризачи с експериментална хипергликемия. Генетично или фармакологично намаляване на експресията/активността на SGLT2, засилена експресия на островче Gcg и глюкагон секреция. Следователно SGLT2-медиираното отчитане на глюкоза в клетките може да представлява адаптивен отговор за предотвратяване на хипогликемия. Инхибирането на глюкозния транспортер SGLT2 с дапаглифлозин в алфа клетките на панкреаса предизвиква секреция на глюкагон Nature Medicine (2015) doi:10.1038/nm.

Как инсулинът инхибира глюкагон секреция? Докато някои проучвания се позовават на директна инхибиторна роля на инсулиновите рецептори върху &alpha-клетките на островчетата,

Инсулиновата сигнализация в &алфа-клетките модулира секрецията на глюкагон in vivo клетъчен метаб. 2009 Apr9(4):350-61 други експерименти усложняват индиректната роля на инсулина, действащ чрез продуциращи соматостатин d-клетки, частично регулирани от SGLT-2 върху d-клетките, за потискане глюкагон секреция в миши островчета и при мишки in vivo. Инсулинът инхибира освобождаването на глюкагон чрез индуцирана от SGLT2 стимулация на секрецията на соматостатин Nat Commun. 2019 януари 1110(1):139. doi: 10.1038/s41467-018-08193-8

Има сравнително малко информация за изследването на глюкагон биосинтеза и секреция с помощта на човешки а-клетки. Лабораторията Kieffer, в сътрудничество с Betalogics/Centocor, съобщи за извличане на нова популация от човек островни клетки със силно диференциран а-клетъчен фенотип, използващи човешки ES клетки като изходен материал. Скринингът на високо ниво позволява идентифициране на множество малки молекули, които бяха комбинирани с установени фактори на растеж и диференциация, за насочване на диференциацията на алфа клетки след последователно преминаване през 6 етапен процес, като се използват валидирани маркери за диференциация на островчета и алфа клетки. Клъстери от етап 6 изразяват Pc2, Arx, но не pdx-1. Дори на етап 5 значителен брой островни клетки се съвместно експресират глюкагон и инсулин, докато до етап 6, по-голямо обогатяване за глюкагон -постигнато е производство на клетки. Наблюдава се известна клетъчна пролиферация в клетъчни клъстери на етап 6. глюкагон секрецията се стимулира от аргинин и KCL и се инхибира от соматостатин. Секреция на глюкагон от трансплантирани клетки in vivo се регулира в подходящи посоки с гладуване и хранене. Плазмените нива на GLP-1 също бяха повишени при мишки, получаващи а-клетъчни трансплантации. Производство на функционални глюкагон-секретиращи алфа клетки от диабет на човешки ембрионални стволови клетки. 22 октомври 2010 г. [Epub преди печат]

В пречистените &beta-клетки на плъхове, вътреклетъчната концентрация на глюкоза или 3-О-метил-D-глюкоза се уравновесява в рамките на 2 минути с извънклетъчните нива и, подобно на непокътнатите островчета, скоростта на окисление на глюкоза показва сигмоидална крива доза-отговор за глюкоза. Обратно, дори след 5 минути инкубация, видимото пространство за разпределение на D-глюкоза или 3-О-метил-D-глюкоза в a-клетките остава много по-ниско от вътреклетъчния обем. В a-клетките, както скоростта на усвояване на 3-O-метил-D-глюкоза, така и окисляването на глюкозата протичат пропорционално на концентрацията на хексоза до 10 mM и достигат насищане при по-високи концентрации, докато екзогенният инсулин не успява да повлияе на 3-O-метил -D-глюкоза или D-глюкоза поглъщане и окисляване на глюкоза от пречистени &alpha -клетки Вижте Разлики в обработката на глюкоза от А- и В-клетките на панкреаса. J Biol Chem. 1984 януари 25259(2):1196-200.

Проучвания, използващи островчета на плъхове, изолирани пречистени &alpha -клетки и GABA антагонисти са предоставили доказателства, че GABA рецепторните субединици се експресират в &alpha клетки и че инхибирането на активирането на GABA рецептора е свързано с пълна неспособност на глюкозата да потисне глюкагон секреция. Вижте Инхибирането на глюкозата на секрецията на глюкагон от алфа-клетките на плъх се медиира от GABA, освободен от съседни бета-клетки. Диабет. 2004 април 53(4):1038-45

Елегантни проучвания от Wang и колеги показват, че инсулинът индуцира активиране на GABA(A) рецепторите в алфа клетките чрез транслокация на GABA рецептора чрез Akt киназа-зависим път. Това води до хиперполяризация на мембраната в алфа клетките и в крайна сметка до потискане на глюкагон секреция. Следователно инсулинът може директно да инхибира глюкагон секрецията и индиректно потенцира инхибиторните ефекти на съпътстващият GABA, освободен от &beta-клетки-Виж Интра-островния инсулин потиска освобождаването на глюкагон чрез GABA-GABA(A) рецепторна система. Клетъчен метаб. 2006 януари 3(1):47-58

Освен това, а-клетъчната секреторна реакция може да бъде модифицирана по авторегулаторен път чрез секреция на L-глутамат, който от своя страна задейства секрецията на гама-аминомаслена киселина (GABA) от бета-клетките. Вижте Метаботропният глутаматен рецептор тип 4 участва в автоинхибиторната каскада за секреция на глюкагон от алфа-клетките на остров Лангерханс. Диабет. 2004 април 53(4):998-1006.

За разлика от тях, подобни експерименти, използващи изолирани миши &alpha клетки, показват, че глюкозата и инсулинът, но не и цинкът, упражняват инхибиращ ефект върху регулирането на глюкагон секреция в нормални миши островчета, дисоциирани а-клетки или клетъчна линия aTC-1, както е показано в глюкоза или инсулин, но не и цинкови йони, инхибират секрецията на глюкагон от а-клетките на панкреаса на мишка. Диабет. 2005 юни 54(6):1789-9

Сложността на това как глюкозата контролира глюкагон секрецията от отделни &alpha клетки срещу островчета, запазващи нормалната си анатомична връзка, беше допълнително подчертана от Hutchens и Piston, които разкриха ролята на ефрин сигнализиране в паракринното инхибиране на тонуса глюкагон секреция. Сигнализацията на ефрин в клетките на островчетата се манипулира чрез синтетични IgG-ефринови лиганди. Манипулирането на сигнализирането на ефрин при ниска спрямо висока глюкоза води до очакваните съответни промени в инсулина и глюкагон секреция както в миши, така и в човешки островчета. Остър антагонизъм на инсулиновите и соматостатинови рецептори беше използван, за да се разграничат директните срещу индиректните ефекти на сигнализирането на ефрин върху глюкагон секреция. Загубата на сигнализиране на EphA4 в KO мишки се увеличава глюкагон секреция от &alphaEpha4-/- островчета в сравнение с островчета от див тип както при ниска, така и при висока глюкоза. Авторите предоставят доказателства за сложността на глюкозо-зависимата, ефрин-медиирана модулация както на инсулина, така и на глюкагон секреция, вероятно чрез все още неидентифицирани паракринни медиатори EphA4 рецептор Предна сигнализация инхибира секрецията на глюкагон от &alpha-клетки

Контрастно проучване, използващо перфузирания диабетен панкреас на плъх Wistar, стига до противоположни заключения, а именно намаляване на локалната концентрация на цинк, но не и на инсулин, води до подобряване на функцията на &alpha-клетките. Вижте Цинк, а не инсулин, регулира отговора на алфа клетките на плъх към хипогликемия in vivo. Диабет. 22 февруари 2007 г. [Epub преди печат]

Директният ефект на глюкозата върху &alpha -клетките на панкреаса е труден за изследване поради предизвикателството да се изолира чиста &alpha -клетъчна популация, независима от замърсяването на &beta -клетките. Глюкозата обикновено инхибира &alpha-клетките в контекста на цели островчета. Двуфазен отговор на глюкозно-регулирани &алфа-клетки, с инхибиране на глюкозата, стимулира освобождаването на глюкагон в единични алфа-клетки на плъх чрез механизми, които отразяват свързването на стимул-секреция в бета-клетките. Ендокринология. 2005 Ноември 146(11):4861-70. и в Парадоксална стимулация на секрецията на глюкагон от високи концентрации на глюкоза. Диабет. 2006 август 55(8):2318-23. По същия начин, докато повишаването на концентрацията на глюкоза до 20 mM значително увеличава количеството на Ca2+, влизащо в бета клетките, захарта няма ефект върху навлизането на Ca2+ в алфа-клетките, както е описано в Глюкозата стимулира навлизането на Ca2+ в произвеждащите инсулин бета клетки, но не в произвеждащите глюкагон алфа 2 клетки. Acta Physiol Scand. 1987 октомври 131(2):230-4. Значението на соматостатин за глюкозо-медиираната супресия на глюкагон секрецията е илюстрирана от проучвания с използване на SST-/- мишки, които не успяват да покажат глюкозно-медиирано потискане на секрецията на глюкагон в проучвания с използване на изолирани островчета Соматостатинът, секретиран от островни клетки, изпълнява множество роли като паракринен регулатор на функцията на островчетата. Диабет 4 ноември 2008 г. 10.2337/db08-0792

Интригуващо е, че гастринът стимулира секрецията на глюкагон в някои, но не във всички експериментални модели, а феталният ендокринен панкреас съдържа голямо количество гастрин, след което експресията на гастрин на островчетата намалява след раждането. Гастрин, заедно с EGF рецепторни лиганди, може да насърчи разширяването на масата на островчетата чрез засилена островна неогенеза. Мишки с разрушаване на гастриновия ген показват нормални островчета и базални нива на панкреаса глюкагон съдържание, но показват лека хипогликемия, дефектен секреторен отговор на глюкагон към инсулин-индуцирана хипогликемия. Вижте Хипогликемия, дефектна секреция на глюкагон на островчетата, но нормална островна маса при мишки с нарушение на гастриновия ген Gastroenterology 2003 125:1164-174

Важна роля на инсулиновия рецептор и според заключение на инсулина в контрола на функцията на a-клетките беше демонстрирана от Kawamori и колеги в техния анализ на мишка със специфична за клетка делеция на инсулиновия рецептор. Тези мишки показват умерена хиперглюкагонемия в основно хранено състояние и повишена глюкагон секреция в отговор на аргинин или хипогликемия. Тези открития предполагат, че сигнализирането на базалния инсулинов рецептор е важно за тоничното инхибиране на а-клетката. Инсулиновата сигнализация в алфа клетките модулира секрецията на глюкагон in vivo Cell Metab. 9 април 2009 г. (4): 350-61.

Роля на Per-arnt-sim (PAS) домейн, съдържащ протеин киназа в контрола на глюкагон секреция е предложена от Ксавие и колеги. PASK иРНК се увеличава от глюкоза в култури от островчета на гризачи или човешки и е установено, че се експресира както в a, така и в b-клетки. Pask-/- мишките показват хипергликемия на гладно и повишени нива на плазмата глюкагон и Pask-/- островчетата съдържат по-малко инсулин и секретират повече глюкагон при 10 mM глюкоза в сравнение с островчетата Pask+/+. Намаляването на експресията на Pask в aTC клетки, използвайки siRNA, се увеличава глюкагон генна експресия и глюкагон секрецията, но не инхибира инхибиторния ефект на инсулина върху глюкагон секреция. Обратно, свръхекспресията на Pask в a-TC клетки и човешки островчета се инхибира глюкагон секреция Вижте Per-arnt-sim (PAS) домен-съдържаща протеин киназа се регулира надолу в човешките островчета при диабет тип 2 и регулира секрецията на глюкагон Diabetologia. 23 декември 2010 г. [Epub преди печат]

А-клетката, при някои обстоятелства, може също да синтезира и секретира GLP-1, който от своя страна е силен инхибитор на глюкагон секреция - Виж GLP-1 и Алфа клетката

Секреция на глюкагон, функция на а-клетките и възпаление

Историческите доказателства сочат връзка между възпалителните стимули и повишените плазмени нива на глюкагон Ефект на възпалителния и невъзпалителния стрес върху плазмените кетонни тела и свободните мастни киселини и върху глюкагона и инсулина в периферната и порталната кръв Възпаление. 1979 юли 3(3):289-94. Всъщност интравенозното приложение на E. Coli при кучета води до бързо повишаване на плазмените нива на панкреаса глюкагон и по-големи молекулярни форми на ентероглюкагон са открити в рамките на часове, като се наблюдава сравнително по-голямо увеличение на нивата на извлечените от червата глюкагон , с повишени нива, персистиращи в продължение на дни. Промени в плазмените концентрации на стомашно-чревния глюкагон след смъртоносни инфузии на E. coli Circ Shock. 198619(3):301-8. По същия начин, лигирането и пункцията на слепото черво води до хиперглюкагонемия при гризачи. Лигиране и пункция на слепото черво с пълно парентерално хранене: клинично значим модел на метаболитна, хормонална и възпалителна дисфункция, свързана с критично заболяване J Surg Res. 2004 октомври 121(2):178-86. Индуцираната от сепсис хиперглюкагонемия е свързана с повишено чернодробно производство на глюкоза. Значението на хиперглюкагонемията за предизвикване на индуцираното от сепсис увеличение на производството на глюкоза Circ Shock. 1989 Nov29(3):181-91, предоставяйки възможно обяснение за ролята на хиперглюкагонемията в метаболитния отговор на сепсис. Интравенозното приложение на липополизахарид бързо повишава плазмените нива на TNF-&alpha и Il-6, и глюкагон при нормални здрави доброволци Метаболитни и физиологични ефекти от ендотоксиново предизвикателство при здрави пациенти със затлъстяване Clin Physiol Funct Imaging. 2011 Sep31(5):371-5 и LPS по подобен начин повишават циркулиращите нива на GLP-1 при мишки Медиирано от липополизахариди повишаване на глюкозо-стимулираната инсулинова секреция: участие на GLP-1 пътя Диабет. 2014 февруари 63(2):471-82. Изглежда, че IL-6 повишава нивата на GLP-1 чрез директни ефекти върху L клетките и островните a-клетки при мишки Интерлевкин-6 засилва секрецията на инсулин чрез увеличаване на секрецията на глюкагон-подобен пептид-1 от L клетки и алфа клетки Nat Med. 2011 октомври 3017 (11): 1481-9. По подобен начин Чоу и колеги също демонстрираха, че IL-6 директно стимулира глюкагон секреция от островчета на гризачи и хора и нивата на островков IL-6 са повишени при модели на експериментално възпаление при гризачи. Мишки с нокаут на панкреатична а-клетка на гликопротеин 130, ключов компонент на пътя на IL-6 сигнална трансдукция, бяха резистентни към експериментално възпаление на островчетата и показаха подобрена гликемия и намалена глюкагон отговори след приложение на HFD/STZ Glycoprotein 130 рецепторна сигнализация медиира и алфа-клетъчна дисфункция в модел на гризачи на диабет тип 2 диабет. 2014 септември 63(9):2984-95. Интригуващо е, че Барнс и колегите му призоваха допълнителна роля за механизмите на ЦНС, в допълнение към директните ефекти върху островчетата, в IL-6-зависимата индукция на глюкагон секреция в отговор на хипогликемия или LPS Интерлевкин-6 усилва секрецията на глюкагон: координиран контрол чрез мозъка и панкреаса Am J Physiol Endocrinol Metab. 9 септември 2014 г. pii: ajpendo.00343.2014

Механизмите, регулиращи разграждането и изчистването на глюкагон остават не напълно разбрани. Доказано е, че ензимът неутралендопептидаза 24.11 регулира нивата на глюкагон при прасетата. Проучвания, използващи кандоксатрил, селективен NEP инхибитор, показват, че нивата на ендогенен и екзогенно инфузиран глюкагон се повишават след прилагане на кандоксатрил, както е показано в Неутралната ендопептидаза 24.11 е важна за разграждането както на ендогенния, така и на екзогенния глюкагон при анестезирани прасета. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2004 септември 287(3):E431-8. и Характеризиране на обработката от човешка неутрална ендопептидаза 24.11 на GLP-1(7-36) амид и сравнение на субстратната специфичност на ензима за други глюкагоноподобни пептиди. Regul Pept. 1995 август 2258 (3): 149-56

Като само един пример, нива на непокътнати глюкагон не се променят значително при прасета, подложени на лечение с инхибитор на DPP-4, като бъбречната функция е основен определящ фактор за глюкагон елиминиране Диференциален регионален метаболизъм на глюкагон при анестезирани прасета. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2003 септември 285(3):E552-60.

Действие на глюкагон

Вътреостровче глюкагон

Kawai et al демонстрираха това глюкагон стимулира секрецията на инсулин в перфузирания панкреас на плъх, интерпретиран като медииран чрез Gcgr, тъй като ексендоин (9-39) не притъпява глюкагон -стимулирана секреция на инсулин. Доказателство, че глюкагонът стимулира секрецията на инсулин чрез собствен рецептор при плъхове Diabetologia. 1995 март 38(3):274-6

Изследвания, използващи изолирани пречистени островни клетки на плъх и или глюкагон или GLP-1 рецепторни антагонисти замесват роля както за GLP-1, така и за глюкагон рецептори в глюкагон-потенцираната стимулация на освобождаване на инсулин Двойно разпознаване на глюкагон от бета-клетките на панкреаса чрез глюкагон и глюкагоноподобен пептид 1 рецептори Диабет. 1998 януари 47(1):66-72

Дали базална глюкагон рецепторното сигнализиране допринася за глюкозната компетентност на островните &бета клетки остава спорен и очевидно зависи от техниката и модела. Стимулираната от глюкоза инсулинова секреция в изолирани човешки островчета се притъпява от едновременното приложение на глюкагон антагонист des-His1-[Glu9]-глюкагон-амид G lucagon рецептори върху човешки островни клетки допринасят за глюкозната компетентност за освобождаване на инсулин Diabetologia. 2000 август 43(8):1012-9

Моен и колеги оцениха относителните действия на глюкагон срещу GLP-1 при контрола на инсулиновата секреция, използвайки различни рецепторни антагонисти. Докато нито Gcgr, нито Glp1r антагонист притъпява стимулираната от глюкоза инсулинова секреция в перфузирания панкреас на плъх, антагонистите наистина инхибират стимулирането на инсулиновата секреция от съответните лиганди. Оценка на ролята на интерстициалния глюкагон в острата глюкозосекреторна реакция на in situ бета-клетки на панкреаса диабет. 2002 март 51(3):669-75

Значителни доказателства подкрепят ролята на местното производство глюкагон комуникиране с бета-клетки на островчетата, за да се увеличи глюкозо-стимулираната секреция на инсулин. Свендсън и колегите му използваха множество миши генетични модели, които аблираха островче глюкагон -продуциращи клетки, или &beta клетка Gcgr, или мишки с инактивиране на Gcgr в цялото тяло, за да се изследва влиянието на глюкагон в контрола на инсулиновата секреция. За разлика от проучвания, използващи рецепторни антагонисти, тези открития разкриват, че докато загубата на един отделен рецептор не компрометира стимулираната от глюкоза инсулинова секреция, и двете глюкагон и GLP-1 рецепторите поотделно допринасят за големината на глюкозо-стимулираната инсулинова секреция в перфузирания панкреас на мишка, както се разкрива, когато и двата рецептора са блокирани/инактивирани Intraislet glucagon signaling Cell Reports 2018 25(5)1127-1134

ЦНС глюкагон

глюкагон е доказано, че повишава cAMP в ЦНС и Gcgr е локализиран в множество области на мозъка. Предклиничните проучвания също предоставят доказателства за това глюкагон може да бъде фактор за ситост, който също така контролира телесното тегло чрез регулиране на разхода на енергия. Мигиу и колегите му демонстрираха, че централната инфузия на глюкагон повишена експресия на c-Fos и pCREB, инхибиране на производството на чернодробна глюкоза (HGP) и подобрен глюкозен толеранс при плъхове (и мишки), докато инхибирането на глюкагон действието с моноклонално антитяло или рецепторен антагонист отменя тези ефекти. Тези действия са имитирани от централно активиране на MBH PKA и изискват непокътнат чернодробен клон на блуждаещия нерв и предполагат, че мозъкът глюкагон сигнализирането действа като спирачка за намаляване на чернодробната функция глюкагон действие. Централните действия на глюкагон за инхибиране на HGP се губят след 3 дни хранене с високо съдържание на мазнини при плъхове. Сигнализирането на хипоталамусния глюкагон инхибира производството на чернодробна глюкоза Nat Med. 19 май 2013 г. doi: 10.1038/nm.3115

Действията на глюкагон за намаляване на телесното тегло, увеличаване на разхода на енергия и намаляване на разширяването на мастната тъкан е необходимо FGF-21 при мишки. Острото активиране на Gcgr повишава плазмените нива на FGF-21 и чернодробните транскрипти на тРНК на FGF-21. Активирането на Gcgr понижава плазмения холестерол при WT, но не и FGF-21-/- мишки, без промени в нивата на чернодробните липиди. Острото приложение на глюкагон също повишава плазмените нива на FGF-21 при хора. Фибробластният растежен фактор 21 медиира специфичните действия на глюкагон. Диабет. 10 януари 2013 г

Острите аноректични действия на глюкагон инжектирани в ЦНС на плъхове, са изследвани при слаби и затлъстели плъхове. Централна icv инжекция на глюкагон в дъгообразното ядро ​​(но не и VMH) рязко намалява приема на храна (но ефектът намалява с 6 часа) и намалява нивата на CaMKK&beta и неговите надолу по веригата цели pAMPK и pACC. Следователно глюкагон действа в хипоталамуса, за да инхибира временно храненето чрез PKA/CaMKK&beta/AMPK-зависим път, по-специално в ARC. icv глюкагон бързо и преходно повишаване на p-CREB и намалена експресия на калций/калмодулин-зависима протеин киназа киназа бета (CaMKK&beta) в хипоталамуса. Острите аноректични действия на icv глюкагон са блокирани от PKA инхибитор. Обратно, icv инжектирането на глюкагон рецепторния антагонист des-His1 (Glu9) глюкагон амид временно увеличава приема на храна, както и генетичното намаляване на експресията на Gcgr с помощта на лентивирус, инжектиран в ARC. Този ефект на ситост на глюкагон включваше понижаване на експресията на AgRP гена, но беше загубено при плъхове с индуцирано от диета затлъстяване, приписвано на CaMKK&beta, което изглежда медиира индуцираната от затлъстяване хипоталамична резистентност. Обратно, намаляването на експресията на Gcgr централно при затлъстели плъхове не увеличава приема на храна. Блокирането на действията при използване на аденовирус CaMKK&beta-DN възстановява аноректичното действие на icv глюкагон при DIO плъхове. Хипоталамус CaMKK&beta медиира аноректичния ефект на глюкагон и неговата резистентност, предизвикана от диета Молекулен метаболизъм http://dx.doi.org/10.1016/j.molmet.2015.09.014

Lapierre и колегите му изучават ролята на ЦНС глюкагон сигнализиране в ефектите на диети с високо и ниско съдържание на протеини и чернодробно производство на глюкоза при плъхове. Те съобщават, че диетите с високо съдържание на протеини повишават плазмата глюкагон нива, което от своя страна действа в дорзалния вагусов комплекс, за да понижи производството на чернодробна глюкоза чрез Gcgr-PKA-ERK KATP канален механизъм. Авторите разработват механизъм, чрез който се повишава плазмата глюкагон изглежда преференциално понижава производството на глюкоза/гликемията чрез ЦНС, като използва условия за фиксиране при плъхове за изясняване на механизмите. Сигнализацията на глюкагон в дорзалния вагусен комплекс е достатъчна и необходима за хранене с високо съдържание на протеини за регулиране на глюкозната хомеостаза in vivo. EMBO Rep. 2015 октомври 16(10):1299-307.

глюкагон също така рязко увеличава разхода на енергия при хората, чрез непълно очертани механизми. глюкагон инфузия не повиши температурата на шията на поглъщането на FDG в класическата НДНТ от 11 здрави мъже доброволци, но доведе до 15% увеличение на енергийния разход. Инфузия на глюкагон 50 ng/kg/min се получава в плазма глюкагон нива с пик при 370 и плюс 87 pmol/L обаче r глюкагон не увеличават увеличенията на EE, предизвикани от излагане на студ. Незначително покачване на FGF-21 нива, средно увеличение от 238 и плюс 197 pg/ml, е докладвано при същите тези субекти, нивата на норепинефрин не се променят, а сърдечната честота се повишава умерено. Глюкагонът увеличава енергийния разход независимо от активирането на кафявата мастна тъкан при хората Диабет Затлъстяване Metab. 5 октомври 2015 г. doi: 10.1111/dom.12585 .

Основните биологични действия на глюкагон се доближават до регулирането на глюкозната хомеостаза чрез засилен синтез и мобилизиране на глюкоза в черния дроб. глюкагон рецепторите също се експресират върху човешки островни b клетки и в някои експерименти могат да допринесат за регулирането на глюкозо-стимулираната инсулинова секреция, както е показано на Diabetologia 2000 Aug43(8):1012-9. Относителното значение на глюкагон и GLP-1 за усилване на инсулиновата секреторна реакция към висока глюкоза (20 mM) също беше изследван в препарата за перфузиран панкреас на плъх, където нито GLP-1 рецепторният антагонист ексендин (9-39) или глюкагон рецепторен антагонист [des-His 1 -des-Phe 6 ,Glu 9 ] глюкагон-NH2 инхибира инсулиновата секреторна реакция към хипергликемия. По същия начин, увеличаване на ендогенните глюкагон секрецията при използване на изопротеренол няма ефект върху индуцираната от глюкоза секреция на инсулин. Оттук и точните физиологични действия на глюкагон рецепторите на островни b-клетки остават обект на продължаващо изследване. Вижте Оценка на ролята на интерстициалния глюкагон в острата реакция на глюкозо-секреторна реакция на in situ панкреатични бета-клетки. Диабет. 2002 март 51(3):669-75

Метаболитните ефекти от преходното приложение на натив глюкагон и GLP-1, инфузирани самостоятелно или заедно в продължение на 45 минути, бяха оценени при здрави доброволци с наднормено тегло или затлъстяване без диабет. Пикови нива на глюкагон и GLP-1, постигнати по време на инфузията са

260 и 103 pmol/L, съответно. И двете глюкагон и GLP-1 намаляват нивата на неестерифицирани свободни мастни киселини и повишават нивата на инсулин. Нивата на плазмената глюкоза се повишиха с глюкагон инфузия и глюкагон -стимулираното повишаване на плазмената глюкоза се отслабва чрез едновременно приложение на GLP-1. Разходът на енергия в покой се увеличи умерено с глюкагон самостоятелно, без забележима промяна в основната температура, и едновременното приложение на GLP-1 няма допълнителен ефект върху разхода на енергия, но значително намалява плазмените нива на общия и ацил грелин. Понастоящем няма налична информация дали острите метаболитни ефекти на a глюкагон - GLP-1 ко-агонистът ще се поддържа при хронично приложение при хора. Едновременното приложение на глюкагоноподобен пептид-1 по време на инфузия на глюкагон при мъж води до повишен разход на енергия и облекчаване на хипергликемичния диабет. 17 декември 2012 г. [Epub преди печат]

G lucagon действие в черния дроб

Хипер на гладно глюкагон емията е ранен дефект в патогенезата на диабет тип 2. Анализът на островните хормони при млади юноши със затлъстяване показва значително повишени нива на гладуване глюкагон , особено при затлъстели индивиди с инсулинова резистентност или IGT. глюкагон секрецията е подходящо потисната от глюкоза или инсулин при тези субекти. Повишаване на базалната алфа-клетъчна регулация при затлъстели инсулин-резистентни юноши J Clin Endocrinol Metab. 2011 януари 96(1):91-7

глюкагон обикновено функционира като контрарегулиращ хормон, противопоставяйки се на действията на инсулина и поддържайки нивата на кръвната захар, особено при пациенти с хипогликемия. При пациенти с диабет, излишък глюкагон секрецията играе основна роля в метаболитните смущения, свързани с диабета, като хипергликемия. Въпреки че молекулярният контрол на функцията на &алфа клетките води до излишък глюкагон секрецията не е добре разбрана, индивиди с полиморфизъм на единична аминокиселина, Glu23Lys в калиевия канал KIR6.2 показват по-високи нива на глюкоза по време на OGTT и дефектно медиирано от глюкозата потискане на глюкагон секреция in vivo. Вижте Преобладаващият полиморфизъм Glu23Lys в калиевия вътрешен ректификатор 6.2 (KIR6.2) Генът е свързан с нарушена супресия на глюкагон в отговор на хипергликемия. Диабет. 2002 септември 51 (9): 2854-60.

Ензимите, важни за глюконеогенезата и глюкагон действието може също да бъде изразено и функционално в бъбреците и червата. Mutel и колеги са използвали мишки със специфично за черния дроб инактивиране на глюкозо-6-фосфатаза, за да демонстрират, че глюкозата на гладно се поддържа разумно чрез приноса на бъбреците и стомашно-чревния тракт към глюконеогенезата. Гладуването индуцира експресията на G6pase, PEPCK-c и глутаминаза в тези мишки. Постенето глюкагон нивата са малко по-високи и плазмените нива на кортикостерон се повишават при L-G6pc-/- мишки. Прилагането на Gcgr антагонист L-168-049 намалява експресията на черния дроб на Pck1 и намалява нивата на G6pc РНК в бъбреците и червата на мишки L-G6pc-/- на гладно. Обратно, глюкагон прилагане увеличава свързването на p-CREB с G6pc промотора в CHIP анализи в червата и бъбреците на WT мишки. Контрол на кръвната глюкоза при липса на производство на чернодробна глюкоза по време на продължително гладуване при мишки: Индуциране на бъбречна и чревна глюконеогенеза от глюкагонов диабет. 19 октомври 2011 г. [Epub преди печат

Роля за VHL-HIF2 a ос за контрол на черния дроб глюкагон действието също е очертано с помощта на генетични изследвания при мишки. VHL обикновено контролира разграждането на HIF2 a , което от своя страна контролира глюкагон действие в черния дроб. Инактивирането на VHL конкретно в черния дроб повишава експресията на чернодробния HIF2, което отменя глюкагон -медиирано повишаване на глюконеогенезата и довело до относителна хипогликемия. Интригуващо, повторното хранене, състояние, характеризиращо се с намаляване на глюкагон Установено е, че секрецията/действието е свързано с преходна чернодробна хипоксия и индукция на чернодробна експресия на HIF2, което от своя страна намалява глюкагон действие чрез потискане на CREB сигнализирането, поради засилено разграждане на цикличния AMP чрез PDE4 и ERK сигнализиране. HIF2&alpha е съществена молекулярна спирачка за постпрандиален отговор на чернодробния глюкагон, независим от метаболизма на инсулиновата сигнална клетка. 3 февруари 2016 г. pii: S1550-4131(16)00038-3. doi: 10.1016/j.cmet.2016.01.00

Десетки проучвания изясняват молекулярните механизми на свързване глюкагон рецепторна сигнализация за контрол на чернодробния глюкозен поток. Например, комбинация от биохимични и генетични изследвания при мишки, миши, хепатоцити и човешки хепатоцити идентифицира път, включващ митохондриален анаплеротичен поток от глутамин, който увеличава приноса на тази аминокиселина към въглеродните въглеродни молекули на глюкозата, генерирани по време на глюконеогенезата Насочване на чернодробната глутаминазна активност към облекчаване на хипергликемия Nat Med 2018 март 26. doi: 10.1038/nm.4514

Администрация на глюкагон фармакологично води до бързо повишаване на кръвната глюкоза, поради което инжекционният глюкагон се използва като фармакологично лечение за пациенти с диабет, изложени на риск от значителна хипогликемия. Вижте Глюкагон, хипогликемия и контрарегулация

Непрекъснато глюкагон инфузия се използва и при вроден хиперинсулинизъм, в продължение на няколко дни, за повишаване на глюкозата и стабилизиране на пациентите Ефектът на непрекъснатото интравенозен глюкагон върху нуждите от глюкоза при кърмачета с вроден хиперинсулинизъм JIMD Rep. 2018 Oct 12. doi: 10.10414_2088

Като се има предвид централното значение на глюкагона за контрол на кръвната захар, глюкагоновите антагонисти също се разработват за възможна терапевтична употреба при пациенти с диабет. За общ преглед вижте глюкагон рецепторни антагонисти

За да прегледате важността на сигнализирането на глюкагон рецептор, вижте Glucagon Receptor

Въпреки че глюкагон-продуциращите тумори при хора са редки, те могат да бъдат свързани с клинични прояви като мукозит, анемия, загуба на тегло и некролитична мигрираща еритема, в допълнение към хипергликемия и рядко, чревна хиперплазия

По-обширна литература подкрепя ролята на глюкагона, действащ, пряко или косвено, върху НДНТ за подобряване на термогенезата. Изглежда, че част от действията на глюкагон върху термогенезата се медиират чрез бързо повишаване на експресията на FGF21, наблюдавано както при мишки, така и при хора. Сигнализирането на глюкагон рецептор регулира енергийния метаболизъм чрез чернодробния фарнезоид X рецептор и фибробластния растежен фактор 21 Диабет. 2018 септември 67(9):1773-1782 Beaudry и колегите попитаха дали глюкагонът регулира разхода на енергия при мишки чрез BAT GCGR. Нива на Gcgr mRNA транскриптите са много ниски, но откриваеми в BAT. Активирането или намаляването на активността на GCGR в BAT клетките ex vivo регулира експресията на гени, свързани с митохондриалната функция и термогенезата. Освен това, инжектирането на глюкагон увеличава консумацията на кислород при мишки in vivo, както и при изолирани НДНТ ex vivo. Независимо от това, ендогенният миши GCGR не е от съществено значение за контрола на телесното тегло, глюкозната хомеоастаза или адаптивния метаболитен отговор към хранене с високо съдържание на мазнини, нито острия отговор на студено или адренергично активиране. Следователно, въпреки че фармакологичното действие на глюкагон може частично да е насочено към BAT GCGR, елиминирането на BAT GCGR не нарушава енергийната хомеостаза на цялото тяло.

Редица проучвания показват, че глюкагонът насърчава разграждането на мазнините (известно като липолиза) както в клетъчните препарати, така и в in vivo. Глюкагонът насърчава ли липолизата в човешката мастна тъкан? По-старите проучвания са били противоречиви, като някои доклади потвърждават ролята на глюкагона в липолизата на човешки адипоцити Човешкият глюкагон и вазоактивният чревен полипептид (VIP) стимулират освобождаването на свободни мастни киселини от човешката мастна тъкан in vitro, докато други експерименти не успяват да покажат значителни ефекти на глюкагона върху липолиза в изолирани човешки мастни клетки Освобождаването на глицерол от инкубираните човешки адипоцити не се повлиява от стомашно-чревни пептиди. Int J Obes. 19859(1):25-7.

Гари Люис и колегите му вливат глюкагон на здрави хора и оценяват производството и клирънса на чернодробни и чревни липопротеини с помощта на техники за проследяване. Субектите са били подложени на инфузии с ниски и високи дози глюкагон в състояние на хранене, което води до нива на глюкагон от 64,5 срещу 183,2 pg/ml, докато нивата на други ендогенни островни хормони се контролират с помощта на панкреатична скоба. Въпреки че не са открити значими ефекти върху маркерите на de novo липогенеза, инфузията с висока доза глюкагон намалява нивата на VLDL1 Apo100 фракционна катаболна скорост и скорост на производство, но не се наблюдава ефект върху метаболизма на чревните липопротеини. Плазмените нива на триглицериди и свободни мастни киселини не се променят по време на остра инфузия на глюкагон. Вижте Ефекти от острата хиперглюкагонемия върху производството и клирънса на липопротеини в черния дроб и червата при здрави хора Диабет. 27 октомври 2010 г.

Longuet et al очертават ролята на чернодробната Gcgr сигнализация в регулирането на метаболизма на чернодробните липиди, особено по време на гладно. Прилагането на глюкагон води до намаляване на циркулиращите триглицериди, докато гладуването регулира нагоре профила на чернодробна генна експресия, регулиращ контрола на окислението на липидите. Въпреки че глюкагонът регулира синтеза, секрецията и окисляването на липидите в нормалните хепатоцити, Gcgr -/- хепатоцитите показват дълбоки дефекти в окисляването на липидите и натрупват прекомерно количество липиди в черния дроб по време на гладуване. Действията на глюкагона за контролиране на окисляването на липидите изглежда са медиирани отчасти чрез PPARa-зависим път, както е описано в Глюкагоновия рецептор е необходим за адаптивния метаболитен отговор към метаболизма на клетките на гладно, ноември 2008 г. Nov8(5):359-71.

Интригуващо е, че ниската доза глюкагон заедно с активиране на GLP-1R произвежда почти синергична ефикасност по отношение на загубата на тегло, липолизата и глюкозната хомеостаза при гризачи. Действието ви рекапитулира до известна степен профила на действията, описани за оксинтомодулин, пептид, който проявява двоен Gcgr:GLP-1R агонизъм. Вижте Нов ко-агонист на глюкагон и GLP-1 елиминира затлъстяването при гризачи Nature Chemical Biology Публикувано онлайн: 13 юли 2009 | doi:10.1038/nchembio.209 и GLP-1/GCGR двойният агонизъм обръща затлъстяването при мишки Диабет, публикуван преди печат на 14 юли 2009 г., doi:10.2337/db09-0278

Оттегляне на глюкагон или физиологична хиперглюкагонемия in vivo не предизвиква значителни промени в потока на палмитат, индекс на липолиза, при нормални или диабетични хора. Ефекти на глюкагон върху метаболизма на свободните мастни киселини при хора. J Clin Endocrinol Metab. 1991 февруари 72(2):308-15.

Подобни отрицателни констатации бяха докладвани в изданието на JCEM от май 2001 г., където 7 здрави мъже бяха имплантирани с постоянни микродиализни катетри в коремната стена и бяха изследвани ефектите от инфузията на глюкагон върху интерстициалния глицерол и плазмения глицерол и FFA. Не са открити ефекти върху глицерол или свободни мастни киселини при системна инфузия на глюкагон, със или без екзогенна глюкоза.Вижте Физиологичните нива на глюкагон не влияят на липолизата в коремната мастна тъкан, оценени чрез микродиализа. J Clin Endocrinol Metab. 2001 май 186(5):2085-2089. Подобни отрицателни резултати са получени при изследване на липолиза при нормални мъже с постоянни микродиализни катетри, имплантирани в коремната мастна тъкан. Физиологичните нива на глюкагон не влияят на липолизата в коремната мастна тъкан, както е оценено чрез микродиализа. J Clin Endocrinol Metab. 2001 май 86(5):2085-9. Следователно наличните данни не подкрепят важна физиологична роля на глюкагона в липолизата.

Глюкагонът има анти-мотилитетни ефекти върху стомашно-чревния тракт (хранопровод, стомах и тънко и дебело черво), когато се прилага фармакологично на хора. Вижте Ефекти на глюкагон върху тънките черва на човека. Dig Dis Sci. 1979 Jul24(7):501-8 и Глюкагон и дебелото черво. черва. 1975 Dec16(12):973-8 и Сравнение на виртуална и конвенционална колоноскопия за откриване на колоректални полипи. N Engl J Med. 1999 ноември 11341(20):1496-503. Глюкагонът може също да отпусне гладката мускулатура в жлъчния мехур и уретера, което води до случайна употреба по време на радиологични изследвания на жлъчния мехур и бъбреците.

Прилагането на глюкагон при хора води до бързо повишаване на кръвната захар след интравенозно или интрамускулно (IM) инжектиране. Любопитно е, че IM, но не и IV глюкагон, изглежда активира компоненти на оста HPA (ACTH и кортизол предимно). Механизмите, лежащи в основата на тази разлика, не са ясни. Вижте Glucagon е секретагог на ACTH, толкова ефективен, колкото hCRH след интрамускулно приложение, докато е неефективен, когато се прилага интравенозно при нормални субекти. хипофизата. 2000 Ноември 3(3):169-73.

Периодични проучвания са изследвали значението на глюкагона за усещането за вкус. Елсън и колеги съобщават за локална ко-експресия на гена на проглюкагон и Gcgr в подгрупи от миши езикови вкусови рецептори, повечето от които също експресират PLCb2 и T1R3, субединица на рецепторите за сладък/умами вкус. Gcgr антагонистът L-168,048 показва намалена вкусова чувствителност в присъствието на захароза, което предполага роля на глюкагона в реакцията на сладък вкус. FASEB J. 2010, 14 юни. [Epub преди печат]

Значителни доказателства показват ролята на глюкагона в активирането на сърдечната аденилатциклаза, което води до повишено образуване на цикличен AMP.

Миниглюкагон

Няколко проучвания, основно от лабораторията на D Bataille, са документирали, че протеолитичен фрагмент от 29 аминокиселини глюкагон, глюкагон (19-29), се освобождава след разцепване на глюкагон в Arg17-Arg18 аминокиселинен дублет. Обработката може да се случи локално в целевите тъкани като панкреаса, черния дроб или сърцето, както и в циркулационната ендопептидаза от чернодробните мембрани на плъхове, която генерира миниглюкагон от глюкагон. J Biol Chem. 1993 октомври 15268(29):21748-53. Към днешна дата не е идентифициран отделен рецептор за миниглюкагон, въпреки че на този пептид се приписват различни действия, включително ефекти върху черния дроб, сърцето и панкреаса, включително инхибиране на инсулиновата секреция Миниглюкагон (глюкагон 19-29), мощен и ефективен инхибитор на индуцираното от секретагог освобождаване на инсулин през Са2+ път. J Biol Chem. 1999 април 16274(16):10869-76. Вижте Синергични действия на глюкагон и миниглюкагон върху мобилизирането на Са2+ в сърдечните клетки. Circ Res. 1996 Jan78(1):102-9 и Glucagon-(19-29) упражняват двуфазно действие върху чернодробната плазмена мембрана помпа Ca2+, което се медиира от G протеини. J Biol Chem. 1990 юни 15265(17):9876-80.


Резултати

Наблюдава се бързо намаляване на свързването с глюкагон, започващо рано през първия ден след частична хепатектомия, което достига най-ниската стойност на третия ден (Фигура 1А). За разлика от това, свързването с инсулин се повишава значително в края на първия ден след хепатектомията и се връща към нормалните стойности на втория ден, без да претърпява по-нататъшни колебания (Фигура 1В). Скоростите на синтез на ДНК в различни моменти след частична хепатектомия са подобни на тези, докладвани преди това при плъхове с максимален синтез, настъпващ през първия следоперативен ден (Фигура 1С). Връщането на свързването на глюкагон до нормални нива след първоначалното намаление корелира с възстановяване на чернодробната маса (Фигура 2).

Отговор на частична хепатектомия по отношение на: (A) специфично свързване с плазмената мембрана на 125 I-глюкагон, (B) свързване на 125 I-инсулин и (C) синтез на ДНК.

Корелация между промените в свързването на 125 I-глюкагон и възстановяването на чернодробната маса.

Съотношението на свързване с инсулин/свързване с глюкагон за 100 μg протеин от чернодробна плазмена мембрана се повишава значително за един ден и се задържа още четири дни (Фиг. 3).

Съотношението между свързването на 125 I-инсулин и свързването на 125 I-глюкагон с плазмените мембрани от хепатектомирани плъхове в различно време след операцията.

Типичен времеви ход на специфично свързване на инсулин и глюкагон към плазмената мембрана при контролни и хепатектомирани плъхове 24 часа след частична хепатектомия е показан на Фигура 4А. До 60 минути след инкубацията се достига стабилно състояние и по-дългите инкубации не водят до допълнителни промени. Диаграмата на Scatchard за свързване на инсулин и глюкагон с чернодробна плазмена мембрана, приготвена от контролни и хепатектомирани плъхове 24 часа след операцията, показва намаляване на броя на местата на свързване за глюкагон и увеличение за инсулин (Фигура 4В).

Времевият ход (A) и графика на Scatchard's (B) на специфично свързване на 125 I-глюкагон и 125 I-инсулин от фалшиво оперирани и хепатектомирани плъхове 24 часа след операцията.

Глюкокиназната активност, присъстваща в цитозола на хепатоцити, получени от нормални и хепатектомирани животни в различно време след операцията, е показана на Фигура 5. Ензимната активност претърпява парадоксално намаление в сравнение с наблюдаваните промени в свързването с инсулин и времевият ход на промяната е различен, настъпващ по-късно от промените в свързването с инсулин, които са максимални през първия и втория ден след хепатектомията. Глюкокиназната активност намалява на първия ден след частична хепатектомия, достига най-ниската си стойност на ден 3 след операцията и се връща към нормалното на петия ден. Нито една от тези промени не е наблюдавана при фалшиво оперирани животни (данните не са докладвани).

Глюкокиназна активност, изследвана в черния дроб на хепатектомирани плъхове в различно време след операцията.


Джей Гудман, д-р

Области на интерес: Моите изследователски интереси са фокусирани върху разпознаването на епигенетични механизми, лежащи в основата на канцерогенезата и други химически индуцирани токсичности.

Разгъване/свиване на образованието

  • 1965 г. - бакалавърска степен, Бруклински колеж по фармация
  • 1969 г. - доктор по фармакология, Университета на Мичиган
  • 1969-1971 - Лаборатория McArdle за изследване на рака, Университет на Уисконсин
  • 1971-1975 - асистент по фармакология, Мичиганския държавен университет
  • 1975-1982 - доцент, фармакология и токсикология, Мичиганския държавен университет
  • 1982-до момента - професор по фармакология и токсикология в Мичиганския държавен университет
  • 2001-2002 - Временен председател, фармакология и токсикология, Мичиганския държавен университет

Разгъване/свиване на биография и текущи изследвания

Токсикология: лична гледна точка

Моите изследователски интереси са фокусирани върху разпознаването на механизмите, лежащи в основата на способността на химикалите да причиняват неблагоприятни ефекти. Това, което ме вълнува в изследванията в токсикологията, е, че съчетават теоретичното с практическото. Докато преследваме изследвания, насочени към разбиране на механизма(ите) на действие на химикала от интерес, ние научаваме повече за фундаменталните аспекти на биологията. Следователно токсикологията е основна биомедицинска наука. От практическа страна, новите събрани знания улесняват подобряването на научно обоснованата оценка на безопасността на химикалите. Това позволява рационален подход за решаване на ключови проблеми, например взаимоотношения доза-отговор и подходяща екстраполация от тестови видове към хора. По този начин токсикологичните изследвания играят ключова роля, като улесняват способността ни да използваме безопасно химикали (включително, но не само, лекарства, потребителски продукти и селскостопански химикали) за подобряване на качеството на живот на хората. Ето защо аз гледам на токсикологията като на "част от решението". Това е тема, която започнах да застъпвам, когато бях президент на Обществото по токсикология (1999-2000)

Синопсис на изследването

Участието на мутагенезата в канцерогенезата трябва да бъде съгласувано с факта, че не всички канцерогени са мутагени и с мнението, че немутагенните събития също играят ключова роля в трансформацията на нормална клетка в ракова. Този очевиден парадокс може отчасти да бъде разрешен чрез разглеждане на ролите, които променят ДНК метилирането, епигенетичен механизъм, играе в канцерогенезата.

Генната експресия не се определя само от ДНК базовата последователност, тя също зависи от епигенетични механизми, т.е. наследствени механизми за регулиране на ген, които не включват промяна в ДНК базовата последователност. Наследяването се осъществява на две нива. Предаването на гени или в соматичен смисъл, или от поколение на поколение е различно от механизмите, участващи в предаването на алтернативни състояния на генна активност.

Епигенетиката описва последното и включва регулиране на времевия и пространствен контрол на генната активност, например промени в генната експресия по време на развитието, отпечатване, сегрегация на генните дейности, така че дъщерите на клетката показват различни модели на генна експресия и механизми, които позволяват соматичната наследяване на специфичен набор от активни и неподвижни гени.

ДНК метилирането (наличието на 5-метилцитозин (5MeC) в сравнение с цитозин) е епигенетичен механизъм, контролиращ генната активност. Промените в метилирането на ДНК не са мутации, тъй като 5MeC и цитозиновата база се свързват с гуанин. Като цяло, повишеното метилиране на ген е свързано с починала транскрипция (напр., може да заглуши туморните супресорни гени, функционално еквивалентно на инактивиране поради точкова мутация или алелна загуба) и намаленото метилиране може да регулира нагоре генната експресия (напр. може да увеличи експресията на онкогени). По този начин, промененото метилиране на ДНК може да улесни аберантната генна експресия, лежаща в основата на канцерогенезата.

Хипотезата, която се тества в моята лаборатория, е, че чувствителността към канцерогенеза и може би други токсичности е обратно пропорционална на способността за поддържане на нормални модели на метилиране на ДНК. Специален акцент се поставя върху разпознаването на нови гени, които участват в канцерогенезата поради анормално метилиране.


Гледай видеото: Парадокс бесконечного отеля (Юни 2022).


Коментари:

  1. Goldwyn

    Authoritative view, fun ...

  2. Mason

    Извинете за това, което трябва да се намеся ... подобна ситуация. Forum invitation. Пишете тук или в PM.

  3. Meade

    Считам, че не си прав. Сигурен съм. Мога да защитя позицията. Пишете ми в PM, ние ще общуваме.

  4. Filippo

    забележителната мисъл

  5. Claiborne

    Каква хубава идея



Напишете съобщение