Инсулин: гормон поджелудочной железы¶

Инсулин — это пептидный гормон, вырабатываемый бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Он является единственным гормоном, снижающим уровень глюкозы в крови, и играет центральную роль в регуляции углеводного, жирового и белкового обмена. Молекула инсулина состоит из 51 аминокислоты и имеет молекулярную массу около 5808 дальтон.

¶История открытия

В 1889 году немецкие физиологи Оскар Минковский и Джозеф фон Меринг показали, что удаление поджелудочной железы у собак вызывает симптомы, сходные с диабетом. В 1901 году русский врач-патолог Леонид Соболев предположил, что островки Лангерганса вырабатывают внутренний секрет, предотвращающий диабет, и предложил метод их выделения.

В 1921 году канадские учёные Фредерик Бантинг и Чарльз Бест получили инсулин из поджелудочной железы собак. В 1922 году инсулин был впервые применён для лечения пациента с диабетом — 14-летнего канадца Леонарда Томпсона. В 1923 году Бантинг и Бест, а также шотландский физиолог Джеймс Коллип получили Нобелевскую премию по физиологии или медицине. В 1963 году была установлена полная аминокислотная последовательность человеческого инсулина, а в 1965 году — синтезирована его полная молекула (работы Фредерика Сэнгера и Роберта Вудворда).

¶Структура и биосинтез

Молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей: A-цепи (21 аминокислота) и B-цепи (30 аминокислот), соединённых двумя дисульфидными мостиками. Ген инсулина (INS) у человека расположен на коротком плече 11-й хромосомы.

Биосинтез инсулина происходит в несколько этапов. Сначала образуется препроинсулин — предшественник, включающий сигнальный пептид, B-цепь, С-пептид и A-цепь. После удаления сигнального пептида образуется проинсулин, который в секреторных гранулах бета-клеток подвергается ферментативному расщеплению с образованием зрелого инсулина и С-пептида. С-пептид поступает в кровь в эквимолярных количествах с инсулином и используется как маркер секреции инсулина.

¶Механизм действия

Инсулин действует через специфические рецепторы — тирозинкиназные рецепторы, состоящие из двух α-субъединиц и двух β-субъединиц. Связывание инсулина с α-субъединицами активирует тирозинкиназную активность β-субъединиц, что запускает каскад внутриклеточных сигнальных событий.

Основные эффекты инсулина:

• Углеводный обмен — усиление транспорта глюкозы в клетки (через транспортёры GLUT4), активация гликогенсинтетазы, подавление глюконеогенеза и гликогенолиза в печени.
• Жировой обмен — активация липопротеинлипазы, стимуляция липогенеза, подавление липолиза.
• Белковый обмен — усиление транспорта аминокислот, стимуляция синтеза белка, подавление протеолиза.
• Прочие эффекты — анаболическое действие, участие в росте и делении клеток.

¶Регуляция секреции

Секреция инсулина бета-клетками регулируется прежде всего уровнем глюкозы в крови. При повышении концентрации глюкозы она поступает в бета-клетки через транспортёры GLUT2, фосфорилируется глюкокиназой, что приводит к повышению соотношения АТФ/АДФ, закрытию калиевых каналов, деполяризации мембраны, открытию кальциевых каналов и выбросу инсулина из секреторных гранул.

Секрецию инсулина также стимулируют аминокислоты (особенно лейцин и аргинин), гастроинтестинальные гормоны (глюкагоноподобный пептид-1, гастрин-рилизинг пептид), а также некоторые лекарственные средства (сульфаниламидные препараты). Секреция инсулина тормозится соматостатином, норадреналином и низким уровнем глюкозы.

¶Инсулин в медицине

¶Диабет 1-го типа

При сахарном диабете 1-го типа происходит аутоиммунная деструкция бета-клеток, что приводит к абсолютной недостаточности инсулина. Пациенты с этим заболеванием требуют пожизненной инсулинотерапии. В России препараты инсулина включены в перечень жизненно необходимых и важнейших лекарственных препаратов.

¶Диабет 2-го типа

При сахарном диабете 2-го типа имеет место инсулинорезистентность — снижение чувствительности тканей к действию инсулина. На ранних стадиях заболевания секреция инсулина может быть повышена, но со временем наступает относительная недостаточность инсулина. Инсулинотерапия может применяться при неэффективности других методов лечения.

¶Препараты инсулина

Современная фармацевтика располагает препаратами инсулина различной длительности действия:

Препараты инсулина получают из поджелудочной железы крупного рогатого скота и свиней, а также синтезируют методом генной инженерии. В настоящее время в клинической практике доминируют препараты рекомбинантного человеческого инсулина и его аналоги.

¶Инсулин в спорте

В спортивной среде инсулин применяется как допинговое средство в силовых видах спорта. Его анаболическое действие используется для наращивания мышечной массы. Применение инсулина в спорте без медицинских показаний опасно развитием тяжёлой гипогликемии и смертельным исходом. Всемирное антидопинговое агентство (ВАДА) включило инсулин в список запрещённых веществ.

¶Интересные факты

Инсулин стал первым гормоном, чья структура была полностью расшифрована, и первым белком, синтезированным в лабораторных условиях. В 2021 году исполнилось 100 лет с момента открытия инсулина. В России производство препаратов инсулина осуществляется несколькими фармацевтическими компаниями, включая «Генерики» («Биоинсулин») и «Фармстандарт».

Источники:

• Гайтон А. К., Холл Дж. Э. Медицинская физиология
• Марри Р., Граннер Д., Мэйс П. Биохимия человека
• Справочник ВОЗ по инсулинам
• Биохимия: учебник / под ред. В. В. Маркова