Материал: Черешнев ВА, Шилов, Черешнева. Экспериментальные модели в патологии

методов трансплантации β-клеток островков Лангерганса у разных видов экспериментальных животных.

Одной из первых моделей, не связанных с хирургическим вмешательством, является аллоксановый диабет. Аллоксан (2,4,5,6­ тетраоксипиримидин; 5,6-диоксиурацил) впервые описан Бругнателли

(Brugnatelli) в 1818 г. Вёхлер (Wöhler) и Лиебиг (Liebig) предложили название «аллоксан» при описании его химического синтеза окислени­ ем мочевой кислоты. Диабетогенное действие этого соединения было открыто много лет спустя (Dunn J.S., Sheehan H.L., McLethie N.G.B., 1943). Было установлено, что введение аллоксана кроликам приводит к развитию специфического некроза островков поджелудочной желе­ зы. С тех пор экспериментальная модель аллоксанового диабета стала широко использоваться для изучения патогенеза сахарного диабета 1­ го типа.

Другой моделью является сахарный диабет, индуцируемый у крыс или мышей введением стрептозотоцина. Стрептозотоцин (2­ деокси-2-(3-метил-3-нитрозоуреидо)-D-глюкопираноза) синтезируется Streptomycetes achromogenes и используется в медицине как химиоте­ рапевтический препарат для лечения злокачественных опухолей под­ желудочной железы, развивающихся из β-клеток островков Лангер­ ганса. В дозе 65 мг/кг массы тела у крыс и 190 мг/кг массы тела у мы­ шей при однократном внутрибрюшинном введении приводит к разви­ тию у 100% животных тяжелого диабета 1-го типа, связанного с пря­ мым повреждением β-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы. По нашим данным, у крыс диабет протекает более тяжело, чем у мышей, и без введения инсулина приводит к 100% летальности крыс уже через 72 ч после инъекции стрептозотоцина в вышеуказан­ ной дозе вследствие развития гипергликемии и гиперкетонемии (Ши­ лов Ю.И. и др., 2013). Уровень глюкозы уже через 24 ч после введения стрептозотоцина крысам в среднем повышается с 5,50±0,15 в контроле до 27,88±2,54 ммоль/л (средняя арифметическая±стандартная ошибка средней; у отдельных животных он увеличивается в этот срок до 52 ммоль/л). Летальность у мышей при введении значительно более вы­ сокой дозы стрептозотоцина (190 мг/кг) в течение первых 10 суток эксперимента, по нашим данным, составляет 47,9% без введения инсу­ лина. Средняя концентрация глюкозы на 10-е сутки эксперимента у мышей с сахарным диабетом, по нашим данным, составляет 20,33±0,75, а в контроле – 3,98±0,29 ммоль/л. В течение первых трех суток после введения стрептозотоцина как у крыс, так и у мышей час­ то развивается выраженная гипогликемия (вплоть до гипогликемиче­ ской комы и смерти) вследствие массивного выброса эндогенного ин­

300

сулина при повреждении β-клеток островков Лангерганса и их дегра­ нуляции. Для предупреждения развития летальной гипогликемии ре­ комендуется поить животных в течение этого срока 10% раствором глюкозы вместо воды. Хотя в литературе описаны экспериментальные модели с введением более низких доз стрептозотоцина, наш опыт по­ казывает, что действие этого антибиотика подчиняется закономерно­ сти «все или ничего», и при использовании более низких доз препара­ та даже в сочетании с обогащенной жирами диетой диабет не развива­ ется при наблюдении за животными в течение нескольких месяцев.

Как стрептозотоцин, так и аллоксан проникают в β-клетки островков Лангерганса через транспортер глюкозы GLUT2 и разру­ шают их через образование активных форм кислорода и свободных радикалов.

Описаны экспериментальные модели аутоиммунного диабета у инбредных линий крыс с аллелями MHC II класса RT1 B/Du, опреде­ ляющих генетическую предрасположенность к диабету, при введении им кополимера полиинозиновой и полицитидиловой кислот (поли­ ИЦ), усиливающего продукцию интерферона-α (IFN-α). Показано, что повышение продукции IFN-α при вирусных инфекциях может способ­ ствовать развитию аутоиммунных реакций против β-клеток и у людей

сопределенными гаплотипами HLA.

2.Экспериментальные модели спонтанного сахарного диабе-

та у животных. NOD-мыши (англ. nonobese diabetic mice – нетучные диабетические мыши) – одна из наиболее широко исследуемых в на­

стоящее время экспериментальных моделей естественно развивающе­ гося сахарного диабета. Впервые эти животные были получены груп­ пой S. Makino с соавт. (1980) при скрещивании одной из двух подли­ ний CTS-мышей, характеризовавшейся развитием полиурии и глюко­ зурии. У полученных путем направленного скрещивания NOD-мышей симптомы сахарного диабета проявлялись в виде полиурии, полидип­ сии, гипергликемии, глюкозурии и гиперхолестеринемии. Патоморфо­ логически развивалась выраженная лимфоцитарная инфильтрация ост­ ровков Лангерганса, снижение их количества и размера. Подобно са­ харному диабету типа 1A у человека, при котором для развития ауто­ иммунного повреждения β-клеток важную роль играет генетическая предрасположенность, связанная с определенными гаплотипами HLA I и II классов, NOD-мыши имеют мутации, связанные с отсутствием молекул, кодируемых локусом I-E комплекса Н-2 (аналог HLA-DR у человека), или с необычной структурой молекул, кодируемых локусом I-A главного комплекса гистосовместимости (аналог HLA-DQ у чело­ века). Поскольку продукты этих локусов, являясь молекулами гисто­

301

совместимости II класса (MHC II класса), участвуют в презентации «чужих» антигенных пептидов Т-хелперам, именно они определяют возможность развития аутоиммунных реакций. Показано, что замеще­ ние отсутствующего I-E локуса I-E трансгеном предупреждает разви­ тие сахарного диабета. Сходные результаты получены при замещении дефектного I-A локуса трансгенным I-A геном с другой последова­ тельностью нуклеотидов. Помимо MHC II класса более чем 15 других генетических локусов участвуют в развитии заболевания, поэтому предрасположенность NOD-мышей к развитию сахарного диабета яв­ ляется полигеномной.

Развитие сахарного диабета у NOD-мышей связано с развити­ ем инсулита, который впервые выявляется у них в возрасте 4–5 не­ дель. К 7-месячному возрасту сахарный диабет развивается примерно

у90% самок и только у 60% самцов. Характерна мононуклеарная ин­ фильтрация островков Лангерганса, которая связана с аутоиммунной атакой их клеток и которая в конечном итоге приводит к полному раз­ рушению островков. Инфильтрат содержит Т-лимфоциты, макрофаги, NK-клетки, В-лимфоциты. Развитие аутоиммунных реакций у NOD­ мышей может быть связано и с дефектами регуляторных Т­ лимфоцитов, что характерно и для сахарного диабета 1-го типа у чело­ века. В связи с этим NOD-мыши являются удобным объектом для раз­ работки новых подходов предупреждения аутоиммунных реакций при диабете 1-го типа. Доказано участие аутоиммунного компонента и в патогенезе повреждения β-клеток в поздние сроки развития стрептозо­ тоцинового и аллоксанового диабета.

Вотличие от NOD-мышей, предрасположенность которых к развитию сахарного диабета носит полигенный характер, у некоторых линий крыс она является олигогенной. Сахарный диабет, спонтанно развивающийся у крыс BB (от англ. biobreeding rats; впервые получе­ ны в 1974 г. в Bio Breeding Laboratory), также является моделью са­ харного диабета типа 1A человека. Крысы BB имеют аутосомную ре­ циссивную мутацию, которая приводит к развитию выраженной Т­ лимфопении. Олигогенной является и предрасположенность к диабету

укрыс линии LETL (англ. Long-Evans Tokushima Lean rats), которые подобно крысам BB имеют аллели RT1 B/Du (аллель MHC II класса) с мутацией гена Cbl-b, приводящей к нарушениям проведения Т­

клеточных внутриклеточных сигналов.

Одной из подлиний крыс LETL является линия KDP. Сахар­ ный диабет у крыс KDP развивается в 3–4-месячном возрасте, частота развития заболевания – 70–80% как у самок, так и у самцов. Для этих крыс нехарактерно развитие лимфопении, они имеют общий с крыса­

302

ми BB гаплотип молекул главного комплекса гистосовместимости II класса RT1 B/Du. При патоморфологическом исследовании через 120– 220 дней жизни у них выявляется развитие инсулита, а также лимфо­ цитарная инфильтрация щитовидной железы и почек. Помимо этого у крыс KDP экспрессируется не связанный с главным комплексом гис­ тосовместимости ген, названный Cblb (англ. casitas B-lineage lym­ phoma b) и кодирующий убиквитиновую лигазу, которая важна для костимуляции через CD28 активации Т-лимфоцитов. Однако связи аналогов этого гена с сахарным диабетом у человека не выявлено. Сходство частоты развития сахарного диабета у самцов и самок крыс KDP с заболеванием человека указывает на высокую перспективность этой относительно недавно найденной модели для изучения патогенеза сахарного диабета 1-го типа человека.

В 2004 г. выведена новая линия крыс (Lenzen S. et al., 2004) из конгенной линии LEW.1AR1 через спонтанную мутацию, которая обо­ значена как линия LEW.1AR1/Ztm-iddm. У всех крыс этой линии экс­ прессируется аллель MHC II класса RT1 B/Du, для них не характерно развитие лимфопении, но развивается повреждение островков Лангер­ ганса, сходное с аналогичным повреждением у крыс BB и KDP. Са­ харный диабет 1-го типа развивается у них в возрасте 2–3 месяцев, характеризуется низким уровнем инсулина, гипергликемией, глюкозу­ рией и кетонурией. Частота развития заболевания около 70% и у са­ мок, и у самцов. Характерна низкая летальность без терапии инсули­ ном. Для этих крыс не характерно увеличение аутоантител к глутамат­ декарбоксилазе и к тирозиновой фосфатазе ICA512 (обозначаемой также как IA-2). Иммуноциты, инфильтрирующие поджелудочную железу, не атакуют щитовидную железу и другие железы.

Сахарный диабет 2-го типа

Главным звеном патогенеза сахарного диабета 2-го типа явля­ ется нарушение ответа клеток тканей организма на инсулин (инсули­ норезистентность) как следствие изменения структуры или уменьше­ ния количества специфических рецепторов для инсулина, изменения структуры самого инсулина или нарушения внутриклеточных меха­ низмов передачи сигнала с рецепторов инсулина (рис. 35). Нарушение адекватного ответа на нормальные уровни инсулина мышечной и жи­ ровой ткани, печени приводит к развитию гипергликемии (мобилиза­ ция глюкозы печенью за счет активации гликогенолиза и глюконеоге­ неза; нарушение утилизации глюкозы в дихотомическом и апотомиче­ ском путях, реакциях гликогеногенеза и биосинтетических путях ли­ пидного обмена), увеличению уровня НЭЖК (активация липолиза в

303

Инсулинорезистентность

Повышение продукции инсулина Избыточная активация β-клеток

Снижение числа β-клеток, нарушение толерантности к глюкозе, гипергликемия, активация мобилизации липидов, начальные проявления глюкотоксичности

Значительное уменьшение числа β-клеток, выраженные проявления глюкотоксичности с нарастанием гипергликемии и развитием осложнений

Рис. 35. Патогенез сахарного диабета 2-го типа

жировой ткани). Указанные изменения во многом реализуются через повышение продукции контринсулярных гормонов, и их можно рас­ сматривать как защитно-приспособительные. Вследствие нарушения утилизации глюкозы β-клетками продукция инсулина повышается. В конечном итоге развиваются нарушения функций β-клеток (вначале с отсутствием изменения их количества, а в последующем с его сниже­ нием). Итак, основными особенностями сахарного диабета 2-го типа являются инсулинорезистентность, гиперинсулинемия, дисфункция β­ клеток, в то время как уровни инсулина и гликемический контроль варьируют в зависимости от стадии заболевания и способности гипе­ ринсулинемии компенсировать высокий уровень глюкозы.

Заболевание чаще развивается после достижения 40-летнего возраста, однако в последние годы отмечается увеличение частоты развития сахарного диабета 2-го типа в более молодом возрасте и даже у подростков вследствие повышения частоты ожирения. Сахарный диабет 2-го типа тесно связан с другими метаболическими наруше­ ниями, в том числе с ожирением, артериальной гипертензией, дисли­ попротеидемиями, при этом заболевании более быстро и тяжело раз­

304