Глюкагон: химическая природа, регуляция секреции, механизм действия, роль в обмене

Глюкагон, секретируемый А-клетками панкреотических островков и верхних отделов ЖКТ, был назван гипергликемическим фактором, поскольку первоначально было обнаружено его свойство повышать содержание глюкозы в крови за счёт ускорения гликогенолиза в печени. Впервые был обнаружен в коммерческих препаратах инсулина ещё в 1923 г., однако только в 1953 г. венгерский биохимик Ф. Штрауб получил его в гомогенном состоянии его М=3485 Да. Глюкагон содержит 29 аминокислот.

Ген глюкагона кодирует молекулу препроглюкагона, состоящую из 180 аминокислот, которая, помимо глюкагона, содержит несколько других пептидов, включая ГПП-1 и ГПП-2. Ген глюкагона экспрессируется в a-клетках островков поджелудочной железы и в L-клетках кишечника, где процессинг проглюкагона различен. В результате протеолитического процессинга проглюкагона потенциально могут образовываться следующие 6 пептидов: глюкагон (29 аминокислотных остатков), аминотерминальный или глюкагонотносящийся пептид (GRPP, включающий 30 аминокислотных остатков), вставочный пептид 1 (состоит из 6 аминокислотных остатков) и вставочный пептид 2 (состоит из 13 аминокислотных остатков), ГПП-1 (состоит из 37 аминокислотных остатков) и ГПП-2 (состоит из 35 аминокислотных остатков). Молекула проглюкагона кодируется одним (общим) геном, и мРНК проглюкагона, идентифицированная из поджелудочной железы, кишечника и мозга идентична. Однако протеолитический процессинг проглюкагона в перечисленных тканях различен. Так, в a-клетках поджелудочной железы в основном образуется глюкагон, а остальные пептиды практически не определяются, тогда как в L-клетках кишечника глюкагон не образуется. В результате протеолитического процессинга в этих клетках выявляется определенное количество неполноценных пептидов (глицентин и оксинтомодулин), физиологическая функция которых пока остается неясной. Основное количество высвобождаемых из L-клеток пептидов приходится на ГПП-1 (и его амидную форму 7−36), ГПП-2 и амидную форму вставочного пептида 2. В клетках гипоталамуса процессинг проглюкагона происходит подобно тому, что наблюдается в L-клетках кишечника, хотя в клетках гипоталамуса выявляется и небольшое количество глюкагона.

В регуляции экспрессии гена глюкагона принимают участие многие физиологические факторы, такие как компоненты пищи — глюкоза и аминокислоты, а также различные гормоны — адреналин, инсулин и соматостатин. Регуляция процессинга проглюкагона в a-клетках островка поджелудочной железы и в L-клетках кишечника различна, о чем свидетельствует тот факт, что глюкоза угнетает секрецию глюкагона в островках поджелудочной железы, тогда как высвобождение глицентина из кишечника при этих условиях не изменяется или даже стимулируется. Исследования in vitro на культурах различных типов a-клеток (RIN 56A, InR I G9r) показали, что эфиры форбола и аналога диацилглицерина увеличивают биосинтез глюкагона и их влияние опосредуется на уровне трансляции. Специфичность их действия подтверждается тем, что эти вещества не оказывают никакого влияния на другие гены гормонов (инсулин и соматостатин), также локализованные в островке поджелудочной железы. Не исключено, что в регуляции гена глюкагона принимает значительное участие протеинкиназа С. Глюкокортикоиды in vivo не влияют на экспрессию гена глюкагона, тогда как in vitro под влиянием дексаметазона четко отмечается снижение количества мРНК глюкагона, но только при его концентрации 7−10 M и периода инкубации в течение 24−36 ч.

Кроме того, на регуляцию секреции глюкагона дополнительно влияют многие вещества. Так, стимулирующим влиянием на высвобождение глюкагона обладают следующие вещества: адреналин, норадреналин, ацетилхолин, дофамин, ВИП, нейротензин, вещество Р, простагландины, b-эндорфины, гастрин, холецистокинин, ГИП, СТГ, фуросемид, L-дофа, клофелин, оксиметазолин, а также стресс, голодание, большие физические нагрузки, гипогликемия или цитогликопения (прием 2-деоксиглюкозы), снижение уровня СЖК или повышение концентрации аминокислот в крови. Стимуляция адренергической и парасимпатической нервной систем, а также период адаптации новорожденного к внешним условиям в постнатальный период также сопровождаются повышением концентрации глюкагона в периферическом кровообращении.

Глюкагон, секретируемый a-клетками островков Лангерганса, вначале попадает в межклеточное пространство и интерстициальную жидкость, а затем с током крови через портальную вену — в печень, где он увеличивает гликогенолиз, снижает утилизацию глюкозы и синтез гликогена, повышает глюконеогенез и образование кетоновых тел. Суммарным эффектом этих воздействий является увеличение образования и выхода глюкозы из печени. В периферических тканях глюкагон оказывает липолитическое действие, повышая липолиз, снижая дипогенез и белковый синтез. Липолиз активируется гормон-чувствительной липазой.

Не исключено, что в организме транспорт глюкагона осуществляется в связанном с глобулинами состоянии. Этим, в частности, объясняются данные, показывающие, что полупериод исчезновения глюкагона плазмы крови составляет от 3 до 16 мин. Свободные формы глюкагона метаболизируют и удаляются из крови быстро, тогда как глюкагон, связанный с белками плазмы, метаболизируется более медленно. Концентрация глюкагона в портальной вене составляет от 300 до 4 500 пг/мл, тогда как в периферической крови — до 90 пг/мл (в среднем 24 ± 6 пг/мл) и в ответ на введение аргинина или холецистокинина увеличивается до 1 200 пг/мл.

Глюкагон оказывает свое специфическое действие через рецепторы. Установлено, что рецептор к глюкагону является гликопротеином, содержащим 4 N-связанные олигосахаридные цепи и внутримолекулярные дисульфидные мостики. Мол. м. рецептора составляет 62 000. Глюкагонсвязывающие места располагаются на СООН-терминальном домене рецептора. Способность рецепторов к глюкагону взаимодействовать с соответствующим гормоном непостоянна и зависит от нескольких факторов. Связывание глюкагона с рецепторами уменьшается при гиперглюкагонемии, вызванной длительным голоданием, инсулиновой недостаточностью или экзогенным введением глюкагона. Однако несмотря на такую обратную регуляцию, процесс активирования аденилатциклазы под влиянием глюкагона не изменяется. Это состояние достигается тем, что оставшиеся рецепторы приобретают повышенную способность к комплексированию с гормоном.

Основное гликогенолитическое действие глюкагона осуществляется в печени, где он связывается с рецепторами гепатоцитов и активирует аденилатциклазу, которая переводит АТФ в цАМФ. Далее активизируется цАМФ-зависимая протеинкиназа, стимулирующая фосфорилазу киназы. Последняя конвертирует неактивную фосфорилазу в активную ее форму (фосфорилазу А), под влиянием которой ускоряются гликогенолиз и глюконеогенез, что сопровождается повышением образования глюкозы печенью. Наряду с этим протеинкиназа инактивирует гликогенсинтазу, вследствие чего замедляется синтез гликогена. Действие глюкагона на активность фосфорилазы и гликогенсинтазы развивается в течение 1−2 мин после введения гормона. Установлено также, что взаимодействие глюкагона с рецептором и активирование пострецепторных механизмов его действия протекают с обязательным участием ГТФ, дивалентных катионов (кальций и магний) и аденозина. После связывания глюкагона с рецептором мембраны происходят «погружение» глюкагонорецепторного комплекса в липидные слои мембраны и взаимодействие с гуаниннуклеотидсвязывающим белком. В результате этого белок освобождается от связи с гуанозиндифосфатом (ГДФ) и соединяется с гуанозинтрифосфатом (ГТФ). ГТФ-связанный белок после этого взаимодействует с каталитической субъединицей аденилатциклазы с образованием активного комплекса, переводящего АТФ в цАМФ с участием цАМФ-зависимой протеинкиназы. Таким образом, эффекты действия глюкагона опосредуются в основном цАМФ. Однако не исключается, что его гликогенолитическое влияние может осуществляться и другими (не цАМФ) механизмами. Секреция глюкагона, так же как и инсулина, осуществляется пульсирующим образом.

Помимо влияния на углеводный обмен, глюкагон стимулирует кетогенез в печени, скорость которого зависит от поступления свободных жирных кислот в печень. Скорость кетогенеза печени определяется соотношением глюкагон/инсулин в крови, поступающей в печень. J. D. McGarry и D. W. Foster установили, что высокое соотношение глюкагон/инсулин повышает внутриклеточный уровень цАМФ, уменьшает гликогенолиз и активность ацетил-СоА карбоксилазы. Это снижает внутриклеточное содержание малонил-СоА, что сопровождается в свою очередь почти полной блокадой синтеза жирных кислот, вызывает угнетение карнитинацилтрансферазы и последующую стимуляцию липолиза с избыточным образованием кетоновых тел (ацетоацетата и 3-гидроксимасляной кислоты). G. Paolisso и соавт. в исследованиях на человеке показали, что пульсирующее введение глюкагона (а не его введение с постоянной скоростью) оказывает более выраженное гипергликемическое, липолитическое действие и влияние на скорость кетогенеза. Кроме того, это действие более выраженно проявляется в условиях инсулиновой недостаточности, вызванной соматостатином. У пожилых лиц четко выявляется уменьшение липолитического и кетогенного действия глюкагона, тогда как гипергликемический эффект глюкагона у них остается интактным. Недавние исследования М. G. Carlson, выполненные на добровольцах, четко подтвердили, что умеренная гиперглюкагонемия стимулирует скорость повышения в плазме крови СЖК и глицерина. В эксперименте при условии блокады или угнетения образования глюкагона скорость образования глюкозы и кетоновых тел печенью остается в норме или близкой к норме, несмотря на тотальное отсутствие инсулина. Эти наблюдения позволяют считать, что при сахарном диабете типа 1 необходимо хотя бы временно перевести инсулинзависимое состояние в инсулиннезависимое.

Таким образом, глюкагон в организме выполняет в первую очередь функцию обеспечения источниками энергии, защищая, таким образом, организм от гипогликемии. Эту функцию он осуществляет путем влияния на углеводный, белковый и жировой обмен. В печени он стимулирует образование глюкозы как из гликогена (гликогенолиз), так и из аминокислот (глюконеогенез), что сопровождается увеличением продукции глюкозы печенью. Увеличивая липолиз жира, он способствует увеличению поступления СЖК в печень и повышению образования кетоновых тел. Среди всех контринсулиновых гормонов глюкагону принадлежит первое место. Помимо защитной функции от возможной гипогликемии, глюкагон также восстанавливает нормогликемию при уже развившейся гипогликемии.

Помимо поддержания энергетического гомеостаза, глюкагон умеренно снижает уровень холестерина и триглицеридов в сыворотке крови, а также стимулирует высвобождение инсулина. Вместе с инсулином он участвует в процессах регенерации печени. Вот почему предложенное в свое время оперативное лечение сахарного диабета в виде проведения хирургического вмешательства, направленного на изменение оттока венозной крови от поджелудочной железы, при котором панкреатическая вена, в нормальных условиях впадающая в портальную систему печени, трансплантировалась в нижнюю полую вену (операция депортализация), не может считаться физиологическим и вызывает значительные изменения функции печени, практически не приводя к улучшению течения диабета и не позволяя отказаться от заместительной терапии инсулином. Операция депортализация была предложена для лечения сахарного диабета 1 типа, исходя из бигормональной теории сахарного диабета, в соответствии с которой развитие сахарного диабета 1 типа считалось следствием относительной гиперглюкагонемии. Для ликвидации гиперглюкагонемии, которая почти постоянно встречается при сахарном диабете и лишь отражает степень декомпенсации углеводного обмена, и была предложена депортализация, при которой глюкагон, избыточно образующийся в этом случае, поступает в большой круг кровообращения и отводится от печени в целях предотвращения его гипергликемического действия. В результате такой операции уровень глюкагона в крови почти не изменяется. Это связано с тем, что, как показал J. Bringer, после панкреатэктомии, проведенной по поводу различных заболеваний поджелудочной железы, уровень глюкагона в сыворотке крови больных изменяется незначительно в связи с активированием вне-панкреатической секреции глюкагона. В условиях депортализации ослабляется или прерывается гепатотропное действие глюкагона, имеющее большое значение для сохранения нормальной функции печени.

Соматостатин: химическая природа, регуляция секреции, механизм действия, роль в обмене Соматостатин (GHIF — growth hormone inhibiting factor, SRIF — somatotropin-release inhibiting factor). Полипептид, состоящий из 14 аминокислот. Своеобразие распределения d-клеток, а именно их разбросанность среди других эндокринных клеток желудочно-кишечного тракта и поджелудочной железы представляет морфологическую основу для высвобождения и местного действия гормона на соседние клетки-мишени. В этом отношении соматостатин может рассматриваться как аналог других местных гормонов, к которым относятся, в частности, гистамин и серотонин. Кроме того, соматостатин, выявляющийся не только в клетках, где он секретируется, но и в нервных волокнах, в том числе желудочно-кишечного тракта, осуществляет свое действие и через нейрокринные механизмы, т. е. путем высвобождения из нервных окончаний.

Концентрация соматостатина в островках Лангерганса поджелудочной железы превышают уровень его в тканях гипоталамической зоны головного мозга, из которых он впервые был экстрагирован (1973). Много соматостатина также в антральной слизистой оболочке желудка, существенно меньше — в кишечной слизистой оболочке. В целом ¾ всего иммунореактивного соматостатина вырабатывается расположенными в органах пищеварения D-клетками, остальное количество вырабатывается в головном мозгу. В отличие от других полипептидных гормонов, молекула-предшественник соматостатина обладает определенной биологической активностью, которая в то же время во много раз менее выражена, чем у молекулы гормона. Срок «полужизни» гормона в крови измеряется 3−4 минутами.

Формула соматостатина:

Можно выделить следующие стороны действия соматостатина:

Торможение базальной и стимулированной инкреции соматотропного гормона.

Торможение инкреции пролактина и АКТГ.

Торможение базальной и стимулированной инкреции инсулина, глюкагона и панкреатического полипептида путем прямого влияния на образующие их клетки поджелудочной железы.

Торможение инкреции всех изученных желудочно-кишечных гормонов: гастрина, секретина, ХКП, ГИП, ВИП, мотилина и энтероглюкагона.

Торможение инкреции кальцитонина.

Торможение выделения почками ренина.

Торможение желудочной секреции соляной кислоты и пепсина, секреции панкреатических бикарбонатов и ферментов.

Торможение гастродуоденальной и билиарной моторики.

инсулин гормон глюкагон соматостатин.