Mecanismele diabetogene într-o viziune personală
Prima observaţie biochimică sugerată de această strategie, pe care am numi-o ”pornind de la observaţia clinică”, a fost aceea a constatării că în cele mai variate forme de diabet, distribuite de-a lungul întregului spectru de vârste, un element quasi constant a fost un nivel crescut al proinsulinei circulante.12
Proinsulina este molecula precursoare a insulinei, care la rândul ei rezultă dintr-o moleculă încă şi mai mare, denumită pre-proinsulină, şi care este molecula codificată de gena insulinei. Pre-proinsulina este un peptid lung de 110 aminoacizi care este translatat în ribozomi (”corpusculii Palade”, după numele descoperitorului). Prima parte a moleculei (24 aminoacizi) constituie ”peptidul semnal”. El are o viaţă scurtă (de ordinul zecilor de secunde), rolul său fiind acela de a conduce molecula translatată în reticulul endoplasmic, după care el se decuplează de proinsulină şi dispare din peisaj. Pentru ca proinsulina să ajungă la insulină matură ea trebuie să se desprindă la un moment dat de fragmentul de 31 de aminoacizi denumit peptidul C (”connecting peptide”), nu înainte ca molecula să sufere o serie de plieri şi răsuciri prin care cele două extremităţi ale peptidului C să poată fi expuse enzimelor specifice de splitare (proconvertazele 2 şi 3 şi carboxipeptidaza H). Odată desprinsă de peptidul C, molecula de insulină, alcătuită din două lanţuri peptidice asimetrice (lanţul A – 20 aminoacizi, lanţul B – 31 aminoacizi) legate între ele prin două legături disulfhidrice (şi acestea oarecum asimetrice), va suferi alte numeroase modificări denumite ”post-translaţionale”, care conduc în final la singura formă tridimensională care permite legarea ei de receptorul insulinic specific, aflat pe suprafaţa multor celule ale corpului.
O moleculă ”matură” de insulină însă nu poate fi folosită pentru reglarea metabolismului energetic decât dacă în prealabil ea nu va fi încorporată în formaţiuni anatomice mici, denumite vezicule secretorii. O celulă β pancreatică conţine circa 12.000 de asemenea vezicule secretorii, fiecare dintre ele înglobând aproximativ 200.000 molecule de insulină. Producerea acestor vezicule secretorii este rezultatul unui proces care începe în reticulul endoplasmic şi aparatul Golgi, prin formarea unei vezicule nascente imature. Maturizarea acestora se produce în 4-5 ore, timp în care membrana simplă a veziculei se transformă într-o membrană dublă conţinând în structura sa receptori, canale ionice sau transportori pentru diferite molecule. În interiorul veziculei sunt incluse enzimele necesare completării transformărilor moleculare, dar şi alte molecule chaperonice (ajutătoare) precum şi cantităţi mari de calciu şi zinc. În aceste vezicule se finalizează procesul de splitare a moleculei de proinsulină în insulină şi peptid C, numai dacă pompa de protoni crează în interiorul veziculei un pH foarte acid, de numai 5-5,5. Cu ajutorul zincului, moleculele de insulină vor fi depozitate în centrul veziculei secretorii sub forma unor cristale hexamerice. Dacă aceste complicate procese nu au loc, vezicula secretorie rămâne imatură, iar o mare parte din proinsulină se menţine nesplitată, motiv pentru care exocitarea lor în circulaţie va conduce la creşterea ei în sânge. Este constatarea pe care am făcut-o şi noi, investigând cele mai variate tipuri de diabet, aşa cum au mai făcut-o alţi cercetători, fără însă a include această observaţie într-un mecanism patogenic anume.
La această incursiune în biologia celulei β pancreatice trebuie adăugat că această celulă mai produce şi un al doilea peptid hormonal, care urmează o cale asemănătoare cu cea a insulinei. Un peptid mai lung denumit pre-proamilină este splitat şi transformat în proamilină şi apoi în amilină, alcătuit fiind din 37 de aminoacizi. Semnificaţia fiziologică a acestui produs secretor al celulei β pancreatice nu se cunoaşte bine. În schimb, se ştie de multă vreme că în pancreasul pacienţilor decedaţi cu tip 2 de diabet, în jurul celulelor β pancreatice din insulele Langerhans se observă aproape constant depozite de amiloid. Originea acestui amiloid a fost precizată abia în 1986 de Per Westermark, adăugând patogeniei diabetului o nouă piesă explicativă importantă. Am descris şi noi, pe cazuistica noastră personală, marea extindere a procesului amiloidic în insule, şi sperăm în prezent că prin colaborarea pe care am întreprins-o cu laboratorul lui Per Westermark de la Uppsala să descifrăm rolul real al acestor depozite în patogenia diabetului zaharat de tip 2.
Din cele menţionate rezultă că secreţia fiziologică de insulină, care poate fi reglată în funcţie de nevoile organismului, diferite de la un moment la altul, depinde de includerea ei şi a amilinei în veziculele secretorii. Aceasta fiind o condiţie obligatorie, am considerat că celula β pancreatică poate fi mai corect denumită o ”fabrică de vezicule secretorii” şi nu o simplă fabrică de insulină.
Este evident că apariţia diabetului zaharat se datorează unor mecanisme patogenice care împiedică prelucrarea corespunzătoare a produşilor săi secretori. Este demonstrat că o verigă importantă a acestor mecanisme constă în existenţa unor defecte β-celulare genetic determinate. Din cele aproximativ 35 de gene găsite asociate cu tipul 2 de diabet (care reprezintă 85% din toate cazurile) majoritatea codifică proteine exprimate în celulele β pancreatice. Câteva dintre ele s-au asociat cu proinsulina plasmatică crescută, în special TCF7L2,13-16 confirmând în mare măsură ipoteza noastră. În adevăr, TCF7L2 este gena găsită ca având cea mai puternică predicţie pentru tipul 2 de diabet. Este o genă complexă a căror produşi controlează numeroase procese de dezvoltare, de întreţinere şi de corectare a unor defecte apărute accidental sau induse de factorii de mediu în mai multe tipuri celulare, inclusiv în celula β pancreatică.
Celula β pancreatică şi profilul său neuronal
În momentul în care Per Westermark a descoperit originea amiloidului pancreatic,17 studiul diferitelor tipuri de amiloidoză, în special al celulei neuronale (boala Alzheimer), a deschis un nou capitol patogenic denumit ”bolile conformaţionale”). Această denumire face referire la faptul că acumularea de amiloid în diferite celule se datorează apariţiei unor defecte în conformaţia unor molecule relativ simple care le fac apte a se auto-asocia puternic, după modelul asocierii celor două ramuri ale unui fermoar. Odată declanşat acest proces, el se autoîntreţine şi evoluează progresiv. Aceşti oligomeri au o rezistenţă chimică şi fizică mare, astfel încât celulele în care ei apar devin nefuncţionale şi sunt distruse prin declanşarea procesului de apoptoză.
Asocierea dintre diabetul de tip 2 şi boala Alzheimer a fost făcută în virtutea asemănării fundamentale (inclusiv moleculare) a neuronului şi celulei β. Aceasta din urmă este o celulă care funcţionează pe baza principiului stimul-răspuns. O creştere a carburanţilor în circulaţia sistemică va declanşa un răspuns insulinosecretor al celulei β, proporţional cu mărimea stimulului. Această reglare fină este posibilă datorită acumulării insulinei în veziculele secretorii, pe care le-am considerat adevărate ”quante” de insulină. O asemenea quantă este formată din 200.000 de molecule de insulină. La un stimul mic (o creştere a glucozei în sânge de 10 mg/dl), este suficientă eliberarea a, să spunem, 5 quante de insulină, adică 5 vezicule secretorii; după un prânz glucidic important însă creşterea glicemică necesită 70 de quante de insulină. Includerea insulinei în veziculele secretorii reprezintă unul din numeroasele secrete ale funcţiei β celulare.
Revenind la noţiunea de boli conformaţionale, s-au adus dovezi importante că aspectul final tridimensional al unei molecule importante, aşa cum este insulina, este rezultatul unor prelucrări complexe a acestora şi că sediul cel mai important al modificărilor post-translaţionale este reticulul endoplasmic, aflat în proximitatea nucleului. În cazul celulei β pancreatice, cele mai importante plieri, răsuciri sau orientări ale moleculei au loc în reticulul endoplasmic şi în aparatul Golgi, ultimele retuşuri ale acestora având loc chiar în interiorul veziculelor secretorii care, după cum am menţionat, sunt echipate cu enzime şi molecule chaperonice capabile să faciliteze retuşurile necesare.
Studiile dedicate amiloidozelor şi bolilor conformaţionale au condus la apariţia conceptului denumit ”stres în reticulul endoplasmic” (ER – endoplasmic reticulum), noţiune care s-a extins mult, putând fi aplicată oricărei celule care produce molecule proteice importante. Solicitarea celulei de a produce rapid asemenea molecule declanşează un stres fiziologic în reticulul endoplasmic, acolo unde moleculele solicitate sunt trimise pentru prelucrare. Acest stres accelerează procesul de prelucrare a moleculelor conducând la degajarea spaţiului şi la restabilirea presiunii din interiorul reticulului endoplasmic.
Ipoteza noastră presupune că, în cazul celulei β pancreatice, orice defect în funcţia ER poate crea un stres important în această structură, atunci când depăşeşte capacitatea lui de a se adapta solicitării excesive. Aceasta sugerează caracterul vital al funcţiei reticulului endoplasmic, indiferent de celulă. De menţionat că un singur defect în gena (WFS1) care codifică o moleculă (wolframina), care intră în structura reticulului endoplasmic, conduce la apariţia unui sindrom sever denumit DIDMOAD sau sindromul Wolfram, care este o tulburare degenerativă progresivă, moştenită autosomal recesiv.
Bazaţi pe calcule matematice referitoare la relaţia dintre solicitarea secretorie şi spaţiul de prelucrare din ER, care implică viteza de tranzit prin acest spaţiu18, am ajuns la concluzia că defectul de prelucrare al proinsulinei (probabil şi al proamilinei) în ER din celula β-pancreatică poate să nu fie de natură genetică tradiţională (mutaţie în structura unei gene), ci să ţină de proiectul genetic iniţial al ER, limitat ca ”mărime” sau ”capacitate” maximă de prelucrare.
Se ştie în prezent că nevoile de insulină ale omului trăitor în paleolitic sau în neolitic erau mai mici, probabil cu 50% faţă de nevoile omului modern. Aceste nevoi au crescut destul de rapid în ultimul secol, când epidemia de obezitate a precedat la scurt interval epidemia de diabet zaharat despre care se vorbeşte în ultimul deceniu. Date recente arată că predicţia răspândirii diabetului zaharat, de 350 milioane de persoane în anul 2030, va trebui corectată, întrucât deja în anul 2008 cifra calculată pe datele provenite din mai multe surse a identificat 347 de milioane de diabetici.19
Creşterea prevalenţei diabetului de tip 2, şi într-o oarecare măsură şi a diabetului de tip 1, s-ar datora în esenţă unei solicitări insulinosecretorii crescute, induse de creşterea masei de celule adipoase, care, fiind celule insulinodependente, joacă un rol important în reglarea metabolismului energetic. Prin funcţia sa secretorie, dar şi prin producţia de citokine, adipocitul joacă un rol de susţinere a funcţiei energetice a celulei β pancreatice (prin intermediul adiponectinei), dar şi de agresiune citokinică (producţia de TNFα, în special) atunci când excesul ponderal depăşeşte anumite limite. Am definit aceste limite prin caracterizarea adipocitului ca fiind ”liniştit” când greutatea individului se menţine normală sau nu depăşeşte un IMC de 27-28; adipocitul devine ”neliniştit”, adică produce mesaje de avertizare cu efecte ambivalente, fie pozitive, fie negative; în final, adipocitul devine agresiv, când IMC-ul depăşeşte mult indicele 30, datorită producţiei de citokine nu numai de către adipocit, dar şi de către monocitele sau limfocitele T, atrase într-un ţesut a cărui expansiune patologică crează un dezechilibru de oxigenare (zone de hipoxie), atunci când vasculogeneza nu a ţinut pasul cu adipogeneza. Această reacţie inflamatorie de intensitate joasă, dar cronică, este capabilă să deterioreze direct funcţia β celulară, dar şi indirect, prin scăderea sensibilităţii la insulină a ţesuturilor periferice supraîncărcate cu lipide. În condiţiile menţionate, solicitarea dublă sau triplă de insulină, adresată unui reticul endoplasmic cu o capacitate de prelucrare scăzută, nu poate fi realizată decât prin creşterea vitezei de tranzit a moleculelor secretorii prin această structură. Conform calculelor noastre,18 o viteză de tranzit crescută în ER se asociază cu un risc crescut ca o parte din moleculele de proinsulină să rămână nesplitate în interiorul celulei β-pancreatice şi, evident, în circulaţia sistemică.
O proinsulină crescută în celula β-pancreatică înseamnă o afectare a proceselor de menţinere (de supravieţuire) a celulei β pancreatice, care conduce în mod automat la o apoptoză crescută. Întrucât în ultimii ani20 s-a demonstrat că celula β pancreatică adultă este o celulă postmitotică, care nu se mai poate replica (la fel ca neuronul sau cardiomiocitul), consecinţa apoptozei β celulare este aceea a scăderii progresive a masei β-celulare, constatare făcută de mai multă vreme. Acest scenariu explică caracterul progresiv al unei afecţiuni fără reale perspective de vindecare. În schimb, o scădere în greutate are toate şansele de a atenua ritmul de diminuare a masei β celulare, sau chiar de menţinere a acestei mase la un nivel acceptabil.
O a doua consecinţă a creşterii proinsulinei, de această dată în circulaţia sistemică, este cea a efectului acesteia asupra celulelor endoteliale, accelerând procesul de ateroscleroză. Asocierea acestei creşteri cu diferiţi indicatori de progresivitate a procesului aterogen a fost bine documentată şi de noi (Vasilescu, 2011), confirmând un mecanism deja susţinut de mai multă vreme.21
Pentru textul integral vezi ediţia print Medica Academica, luna Octombrie 2011.
