CC BY
109Фізика живого, Т. 18, No 1, 2010. С. 114-117.
© Конопельнюк В.В., Галенова Т.І., Богданова О.В., Остапченко Л.І.
УДК 571.27:616.379-008.64
РІВЕНЬ ІНТЕРЛЕЙКІНУ-ip ТА ІНТЕРЛЕЙКІНУ-б У СИРОВАТЦІ КРОВІ ЩУРІВ ЗА УМОВ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ЦУКРОВОГО ДІАБЕТУ 2 ТИПУ
Конопельнюк В.В., Галенова Т.І., Богданова О.В., Остапченко Л.І.
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, біологічний факультет
e-mail: [email protected]
Надійшла до редакції 22.12.2009
В статті наведені результати дослідження рівня інтерлейкіну-1р та інтерлейкіну-6 у сироватці крові щурів з експериментальним цукровим діабетом 2-го типу. Показано зростання рівня даних прозапальних цитокінів.
Ключові слова: цукровий діабет 2 типу, інтерлейкін-1р, інтерлейкін-б.
ВСТУП
Цукровий діабет 2-го типу - хронічне ендокринне захворювання, основними патогенетичними
факторами якого є гіперглікемія, зниження чутливості тканин до інсуліну та порушення функціонування Р-клітин підшлункової залози.
Для цукрового діабету 2-го типу характерним є поєднання інсулінорезистентності - недостатньої відповіді клітин на дію інсуліну та зменшення продукції інсуліну, яке спричиняється втратою Р-клітинами здатності синтезувати інсулін, пригніченням процесінгу проінсуліну та секреції інсуліну, зменшенням кількості секретуючих клітин в острівцях Лангерганса [1].
У зниженні інсулінпродукуючої здатності підшлункової залози велике значення має зростання концентрації прозапальних цитокінів. Фактор некрозу пухлин-а (ТНФа) та стимульоване ним підвищення синтезу інтерлейкіну-1 макрофагами острівців є відповідальним за розвиток нечутливості до інсуліну клітин підшлункової залози [2], загибель яких також відбувається внаслідок цитотоксичної дії вільних жирних кислот, що накопичуються в підшлунковій залозі завдяки ліполітичній дії ТНФа [3].
Сьогодні більшість досліджень свідчать про те, що інсулінорезистентність є головною причиною формування метаболічного синдрому і цукрового діабету 2 типу.
Жирова тканина хворих на цукровий діабет містить значну кількість великих інсуліно-резистентних адипоцитів. У результаті збільшення в плазмі крові вільних жирних кислот відбувається накопичення ліпідів у м’язах, печінці й Р-клітинах. Це явище набуває постійного характеру і призводить до стимуляції глюконеогенезу, втрати чутливості до інсуліну в м’язах і печінці та пригнічення секреції інсуліну Р-клітинами острівців Лангерганса.
Встановлено, що однією з причин такого порушення є дисфункція жирової тканини, яка прогресивно розвивається в міру збільшення ступеня ожиріння. Ця дисфункція характеризується не лише змінами в диференціюванні жирових клітин, але й порушеннями синтезу цими клітинами адипоцитокінів.
Значну увагу у цьому відношенні привертають до себе цитокіни, що продукуються жировими клітинами [4,5]. Системне підвищення рівня прозапальних цитокінів у крові хворих на вперше виявлений цукровий діабет 2-го типу та їх роль у формуванні метаболічних зсувів є свідченням того, що дана патологія перебігає на тлі хронічного запального процесу.
Таким чином, крім того, що за цукрового діабету прозапальні цитокіни відіграють значну роль щодо втрати бета-клітинами інсулінопродукуючої функції, вони причетні і до формування інсулінорезистентності периферичних тканин [6]. Слід також зазначити, що синтез прозапальних цитокінів за цукрового діабету 2-го типу пов’язаний з дисфункцією жирової тканини або з патологією вродженого імунітету [7,8].
Таким чином, у патогенезі цукрового діабету 2-го типу запальні цитокіни можуть відігравати значну роль, проте на сьогодні є недостатньо з’ясованим конкретний механізм їх дії. Тому метою наших досліджень було визначення вмісту прозапальних цитокінів (інтерлейкін-6 та інтерлейкін-іР) у сироватці крові щурів за умов експериментального цукрового діабету 2-го типу.
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ
Досліди проводили на білих нелінійних щурах обох статей масою 230-250 г. Піддослідних тварин було поділено на дві групи: перша - контрольна (п=8), друга - група, у якої моделювали експериментальний
цукровий діабет 2-го типу (n=8). Експериментальний ЦД 2-го типу викликали одноразовим
внутрішньочеревним введенням новонародженим 1-2 добовим щурятам розчину стрептозотоцину з розрахунку 80 мг на 1 кг маси тіла [9]. Контрольну групу складали щури, яким у тому ж віці внутрішньочеревно вводили 10 мМ цитратний буфер (рН=4,5), який використовували для розведення стрептозотоцину.
Рівень прозапальних цитокінів інтерлейкіну-ip та інтерлейкіну-6 у сироватці крові піддослідних тварин визначали через 3 місяці після народження методом імунноферментного аналізу з використанням наборів реактивів Biotrak ELISA System фірми «Healthcare» згідно з інструкціями.
Статистичний аналіз здійснювали за допомогою прикладних програм статистичного аналізу Microsoft Excel. Для оцінки міжгрупових відмінностей застосовували параметричний критерій Стьюдента. Різницю між показниками вважали статистично значущою при p<0,05.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Інтерлейкін-ip, ендогенний біологічний активний медіатор неспецифічної дії [10], один із перших залучається до захисної реакції організма при вірусній інфекції. Інтерлейкін-ip відіграє важливу роль в активації системи гемостазу. Цей цитокін призводить до зростання рівня білків, що впливають на судинно-тромбоцитарний гемостаз — фібриногену, С-реактивного протеїну, тромбопластину. Він призводить до зменшення в ендотеліоцитах рівня тромбомодуліна та стимулює синтез фактора активації тромбоцитів та простагландинів [11].
Інтерлейкін-1Р володіє плейотропною функцією -він є збудником активації гіпоталамо-гіпофізарно-наднирникової осі, викликає процеси ліполізу, відповідальний за розвиток дисліпідемії, активацію згортання крові та блокаду інсулін-сигнальної системи.
Цукровий діабет 2-го типу характеризується прогресуючим погіршенням функції підшлункової залози, внаслідок чого інтенсифікується Р-клітинний апоптоз. Відомо, що інтерлейкін-1р може бути посередником апоптозу P-клітин. Інтерлейкін-1Р зв'язується зі ІЛ-1 рецептором на поверхні цих клітин, що призводить до активації проапоптичних транскрипційних чинників NF-kB, фрагментації ДНК, і втрати функціональної активності [12]. Інтерлейкін-1Р активує IkB Р -кінази і тим самим може викликати резистентність до інсуліну [13, 14].
Таким чином, інтерлейкін-1р може бути одним із чинників, які диференційно впливають на характер функціонування P-клітин підшлункової залози - від стимуляції до інактивації, що є характерним для динаміки розвитку цукрового діабету. Водночас, метаболічні зсуви, які супроводжують це захворювання, зокрема гіперглікемія, є причиною
довготривалого збереження підвищеної активності цитокін-продукуючих клітин і тим самим сприяють прогресуванню хвороби.
Нами було досліджено рівень інтерлейкіну-ір у сироватці крові контрольних та дослідних тварин. (рис. і).
3GG
25G
2GG
/г п 15G
1GG
5G
G
* і
1
контроль
діабет
Рис. 1. Концентрація ІЛ-1 в, пг/мл у сироватці крові щурів за умов експериментального цукрового діабету 2 типу, (М±т, п=8); * - р<0,05 порівняно з контролем.
У результаті досліджень встановлено, що за умов експериментального цукрового діабету 2 типу рівень інтерлейкіну-ір у сироватці крові щурів зростав у 2 раза порівняно зі значеннями в контрольній групі.
Отриманні дані можуть свідчити про активацію макрофагів, а також про можливість пригнічення функціональної спроможності Р-клітин. Інтерлейкін-ір активує різноманітні клітини, наприклад, Т- і В-лімфоцити, посилює їх цитотоксичні властивості, ініціює синтез ТНФа. Крім того, інтерлейкін-ір ініціює синтез іншого прозапального цитокіну -інтерлейкіну-6 [15].
Інтерлейкін-6 належить до плейотропних протизапальних цитокінів, секретується багатьма типами клітин. Його біологічна активність проявляється при зв’язуванні з відповідним рецептором. У процесі взаємодії відбувається гомодимеризація комплексу ліганд-рецептор та подальша активація 1ак1 і 1ак2 кіназ. Під дією цих кіназ відбувається зв'язане з приєднаням цитокіну фосфорилювання різних сигнальних білків, включаючи переносники сигналу та активатори транскрипції STAT1 та STAT3, та активується процес диференціації макрофагів [16].
Ефекторні функції інтерлейкін-6 визначаються типом клітин, з якими він взаємодіє. Інтерлейкін-6 стимулює диференціювання моноцитів у макрофаги [17], сприяє посиленню синтезу ТНФа макрофагами при дії ліпополісахаридів [18], активує експресію генів, відповідальних за синтез білків гострої фази у гепатоцитах та макрофагах [19], індукує проліферацію гладеньком’язових волокон судин [20], експресію на їх поверхні адгезивних молекул ІСАМ-1 [21], регулює розвиток гіпофізу, секрецію гормонів та механізми зворотного контролю функціонування гіпоталамо-гіпофізарно-наднирникової вісі [22].
Конопельнюк В.В., Галенова Т.І., Богданова О.В., Остапченко Л.І.
Роль інтерлейкіну-6 у формуванні інсулінової резистентності не визначена. Перші дослідження показали, що цей цитокін змінює метаболізм глюкози в печінці [23]. Додавання інтерлейкіну-6 до культури гепатоцитів стимулювало активність глікоген-фосфорилази та супроводжувалося вивільненням глюкози [24, 25]. Збільшення продукції глюкози клітинами печінки поєднане з пригніченням тирозинового фосфорилювання субстрату-1 інсулінового рецептора ІЯБ-І та зменшенням активності фосфатидилінозитол 3-кінази в ізольованих гепатоцитах [26]. Подібний механізм інсулінової резистентності може мати місце й у скелетних м’язах. Крім того, інтерлейкін-6-індукована резистентність до інсуліну в скелетних м’язах зумовлена накопиченням у клітинах метаболітів жирних кислот, а також порушенням передачі сигналу від інсулінового рецептора до генетичного апарату клітини. Встановлено, що концентрація цього цитокіну в плазмі прямо пропорційна ступеням ожиріння та втрати чутливості тканин до інсуліну. Підвищений вміст у крові інтерлейкіну-6 є також прогностичним маркером розвитку цукрового діабету 2-го типу, а в подальшому і виникнення інфаркту міокарда.
Нами було досліджено рівень інтерлейкіну-6 у сироватці крові контрольних та дослідних тварин (рис. 2).
Рис. 2. Концентрація інтерлейкіну-6 у сироватці крові щурів за мов експериментального цукрового діабету 2 типу, (М±т, п=8); * - р<0,05 порівняно з контролем.
У результаті досліджень встановлено, що за умов експериментального цукрового діабету 2-го типу рівень інтерлейкіну-6 у сироватці крові щурів зростав у 1,4 раза порівняно зі значеннями контрольної групи.
Інтерлейкін-6 поряд із ТНФа та інтерлейкіном-ір має відношення до формування різних проявів цукрового діабету 2 типу і метаболічного синдрому. Ці цитокіни функціонують як медіатори відповіді гіпоталамо-гіпофізарно-наднирникової системи на стрес і запалення [27], викликаючи активацію цієї системи на рівні гіпоталамуса, гіпофіза та наднирників, що проявляється зростанням вмісту глюкокортикоїдних гормонів у крові [28], характерним для цукрового діабету.
Комбіноване підвищення рівня інтерлейкіну-6 та інтерлейкіну-1р приблизно втричі збільшує ризик розвитку цукрового діабету 2-го типу [29], оскільки цитокіни сприяють виділенню з клітин печінки білків гострої фази, атеросклеротичних факторів ризику, таких як фібриноген, вивільненню лептину з жирової тканини, впливають на процес викиду
адренокортикотропного гормону у кров і таким чином, підвищують рівень кортизолу. Наслідком хронічно підвищеного рівня кортизолу є ожиріння, гіпертонія і резистентність до інсуліну.
ВИСНОВКИ
Таким чином, нами показано зростання
концентрації протизапальних цитокінів інтерлейкіну-1Р та інтерлейкіну-6 у сироватці щурів з
експериментальним цукровим діабетом 2-го типу і підтверджено їх залучення у патогенез даного захворювання.
За цукрового діабету 2-го типу формується новий рівень регуляторних взаємозв’язків, де важливу роль відіграють зміни у синтезі цитокінів макрофагального походження. Результати роботи дозволяють вважати, що формування цукрового діабету 2-го типу тісно пов’ язане з порушеннями неспецифічної ланки
імунітету, що дає підстави вважати необхідним розробляти принципово нові підходи щодо лікування даної патології. Це обумовлює доцільність використання в клінічній практиці не лише цукрознижувальних препаратів, але й комплексної терапії, спрямованої на пригнічення запалення та синтезу прозапальних цитокінів.
Література
1. Gerich J.E. The genetic basis of type 2 diabetes mellitus: impaired insulin secretion versus impaired insulin sensitivity //
1998. - Vol.19. - P.491-503.
2. Kwon G., Xu G., Marshall C.A. et al. Tumor necrosis factor a-induced pancreatic p-cell insulin resistance is mediated by nitric oxide and prevented by 15-deoxy-Delta12,14-prostaglandin J2 and aminoguanidine: a role for peroxisome proliferator-activated receptor у activation and iNOS expression // J.Biol.Chem. -
1999. - Vol.274. - P.18702-18708.
3. Unger R.H. How obesity causes diabetes in Zucker diabetic fatty rats // Trends in Endocrinol. Metab. - 1997. - Vol.7. - P.276-282.
4. Peraldi P., Spiegelman B. TNF-alpha and insulin resistance: summary and future prospects // Mol Cell Biochem. - 1998. -Vol.182. - P.169-175.
5. Fasshauer M., Paschke R. Regulation of adipocytokines and insulin resistance // Diabetologia. - 2003. - Vol.46. -P.1594-1603.
6. Greenberg A.S., McDaniel M.L. Identifying the links between obesity, insulin resistance and beta-cell function: potential role of adipocyte-derived cytokines in the pathogenesis of type 2 diabetes // Europ.J.Clin.Invest. - 2002. - Vol.32. - Suppl.3. -P.24-34.
7. Pickup J.C., Crook MA. Is type II diabetes a disease of the innate immune system? // Diabetologia. - 1998. - Vol.41. -P.1241-1248.
8. Felber J.P., Golay A. Pathways from obesity to diabetes // Int.J.Obes. - 2002. - Vol.26.(Suppl 2). - S39-45.
9. Hemmings S.J., Spafford D. Neonatal STZ model of type II diabetes mellitus in the Fischer З44 rat: characteristics and assessment of the status of the hepatic adrenergic receptors // Int. J. Biochem. Cell Biol. - 2000. - Vol32. - P.905-919.
10. Braquet, P., Paubert-Braquet, M., Bourgain, R.H., Bussolino, F., and Hosford, D. // J.Lipid.Mediators. - 1989. - Vol.l. -P.75-112.
11. Лішневська В.Ю. Роль внутрішньосудинного запалення у розвитку ендотеліальної дисфункції у хворих на ішемічну хворобу серця старших вікових груп // Одеський медичний журнал. — 200З. — N 5. — C. 124-128.
12. Maedler K. et al. Glucose-induced p cell production of IL-lp contributes to glucotoxicity in human pancreatic islets // J.Clin.Invest. - 2002. - Vol.110. - P.851-860.
13. Greenbaum C. J., Palmer J. P. Autoantibodies and the Disease Process of Insulin-Dependent Diabetes Mellitus in Diabetes Mellitus Ed. by D.LeRoith, S.I.Taylor, J.M.Olefsky. Lippincott-Raven Publishers, Philadelfia. - 1996. - P.307-314.
14. Martin S., Wolf-Eichbaum D., Duinkereken G. et al. Development of type 1 diabetes despite sever hereditary B-lymphocyte deficiency // N. Engl. J. Med.- 2001.- № З45.-Р.10З6-1040
15. Braquet P., Paubert-Braquet M., Bourgain R.H., Bussolino F. PAF/cytokine auto-generated feedback networks in microvascular immune injury: consequences in shock, ischemia and graft rejection // J Lipid Mediators. - 1989. - Vol.l. - P.75-112.
16. Yamanaka Y, Nakajima K, Fukada T, Hibi M, Hirano T. Differentiation and growth arrest signals are generated through the cytoplasmic region of gp^0 that is essential for StatS activation // EMBO J. - 1996. - Vol.15. - P.1557-1565.
17. Chomarat P., Banchereau J., Davoust J., Palucka A.K. IL-6 switches the differentiation of monocytes from dendritic cells to macrophages // Nature Immunol. - 2000. - Vol.l. - P.510-514.
18. Cochran, F.R., Finch-Arietta, M.B. Interleukin-6 can prime THP-1 macrophages for enhanced production of tumor necrosis
factor-alpha in response to LPS // Immunopharmacology. -1992. - Vol.23. - P.97-103.
19. Perlmutter D.H., May L.T., Sehgal P.B. INF beta 2/IL-6 modulates synthesis of alpha 1-antitrypsin in human mononuclear phagocytes and in human hepatoma cells // J. Clin. Invest. - 1989. - Vol.84. - P.138-144.
20. Ikeda U., Ikeda M., Seino Y. et al. Expression of intracellular adhesion molecule 1 in rat vascular smooth muscle cells by proinflammatory cytokines // Atherosclerosis. - 1993. - Vol.104.
- P.61-68.
21. Ikeda U., Ikeda M., Oohara T., et al. Interleukin 6 stimulates growth of vascular smooth muscle cells in a PDGF-dependent manner // Am J Physiol. - 1991. - Vol.260. - H1713-H1717.
22. Chesnokova V., Melmed S. Neuro-immuno-endocrine modulation of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis by gp130 signaling molecules // Endocrinology. - 2002. - Vol.143.
- P.1571-1574.
23. В.О. Малижев Дисфункція жирової тканини як вирішальний чинник розвитку цукрового діабету 2 типу // Здоров’я України - 2007. - Т.22. - №1. - С.73-78.
24. Ritchie D.G. Interleukin-6 stimulates hepatic glucose release from prelabeled glycogen pools // Am.J.Physiol. - 1990. -Vol.258. - E.57-E.64.
25. Kanemaki T., Kitade H., Kaibori M. Interleukin 1p and interleukin 6, but not tumor necrosis factor a, inhibit insulin-stimulated glycogen synthesis in rat hepatocytes // Hepatology. -1998. - Vol.27. - P.1296-1303.
26. Senn J.J., Klover P.J., Nowak I.A. et al. Interleukin-6 induces cellular insulin resistance in hepatocytes // Diabetes. - 2002. -Vol.51. - P.3391-3399.
27. Turnbull A.V., Rivier C.L. Regulation of the Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis by Cytokines: Actions and Mechanisms of Action Physiol. Rev. - 1999. - Vol. 79 - Р 1-71.
28. Карабун ПМ., Анастасій Л.В., Малижев В.О., Сакало О А. Стан регуляції вуглеводного обміну у хворих на цукровий діабет 2 типу при застосуванні репаглініду // Ендокринологія. - 2002. - Т.7. - №1. - С.13-20
29. Spranger J, Kroke A, Mohlig M, Hoffmann K et al. Inflammatory cytokines and the risk to develop type 2 diabetes: results of the prospective population-based European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)-Potsdam study // Diabetes. - 2003. - Vol.52. - P.812-817.
УРОВЕНЬ ИНТЕРЛЕЙКИНА-1Р И ИНТЕРЛЕЙКИНА-6 В СЫВОРОТКЕ КРОВИ КРЫС В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО САХАРНОГО ДИАБЕТА 2 ТИПА
Конопельнюк В.В, Галенова Т.И., Богданова О.В., Остапченко Л.И.
В статье приведены результаты исследования уровня интерлейкина-ф и интерлейкина-6 в сыворотке крови крыс с экспериментальным сахарным диабетом 2 типа. Показан рост уровня данных провоспалительных цитокинов.
Ключевые слова: сахарный диабет 2 типа, интерлейкин-ф, интерлейкин-6.
THE LEVEL OF INTERLEUKIN 1p AND INTERLEUKIN 6 IN SERUM OF RATS UNDER EXPERIMENTAL CONDITION OF TYPE 2 DIABETES MELITUS
Konopelnyuk V.V., Galenova T.I., Bogdanova O.V., Ostapchenko L.I.
The article presents the results of the study the level of interleukin-ip and interleukin-6 in serum of rats with experimental diabetes mellitus type 2. The increased level of data pro-inflammatory cytokines was shown in animals.
Key words: type 2 diabetes mellitus, interleukin ф, interleukin 6.
