Инсулин — гормон поджелудочной железы¶

Инсулин — это пептидный гормон, который вырабатывается бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы и регулирует уровень глюкозы в крови, снижая его. Инсулин относится к классу анаболических гормонов: он способствует усвоению глюкозы клетками, синтезу гликогена в печени и мышцах, а также синтезу жиров и белков. Недостаточная секреция или нарушение действия инсулина приводит к развитию сахарного диабета.

¶Структура и биосинтез

Инсулин представляет собой белок, состоящий из двух полипептидных цепей: А-цепи (21 аминокислота) и В-цепи (30 аминокислот), соединённых двумя дисульфидными мостиками. Молекулярная масса инсулина — около 5800 Да. Ген инсулина (INS) у человека расположен на коротком плече 11-й хромосомы.

Биосинтез инсулина происходит в несколько стадий. В ядре транскрибируется ген препроинсулина, затем в рибосомах эндоплазматического ретикулума образуется препроинсулин, который транспортируется в полость ретикулума, где отщепляется сигнальный пептид с образованием проинсулина. В секреторных гранулах проинсулин подвергается ферментативному расщеплению с образованием зрелого инсулина и С-пептида, который секретируется в кровь в эквивалентных инсулину количествах. Определение уровня С-пептида используется в клинической практике для оценки собственной секреции инсулина.

¶Физиология секреции

Основным стимулом к секреции инсулина является повышение концентрации глюкозы в крови. Глюкоза поступает в бета-клетки через транспортёры GLUT2, фосфорилируется глюкокиназой и далее метаболизируется, что приводит к повышению отношения АТФ/АДП в клетке. Это вызывает закрытие АТФ-чувствительных калиевых каналов, деполяризацию мембраны, открытие кальциевых каналов и выброс инсулина из гранул в кровь.

Кроме глюкозы, секрецию инсулина стимулируют аминокислоты (особенно лейцин и аргинин), жирные кислоты, гастроинтестинальные гормоны (глюкагоноподобный пептид-1, гастрин, секретин), а также препараты сульфанилмочевины. Секрецию тормозят соматостатин, норадреналин и альфа-адренергическая стимуляция.

¶Механизм действия

Инсулин действует через специфический рецептор — тирозинкиназный рецептор, состоящий из двух альфа-субъединиц, расположенных на поверхности клетки, и двух бета-субъединиц, пронизывающих мембрану. При связывании инсулина с альфа-субъединицами происходит активация тирозинкиназной активности бета-субъединиц, их аутофосфорилирование и запуск каскада внутриклеточных сигнальных событий.

В результате активации сигнального пути происходит транслокация транспортёра глюкозы GLUT4 из внутриклеточных везикул к плазматической мембране, что увеличивает поступление глюкозы в мышечные и жировые клетки. Инсулин также активирует гликогенсинтазу, стимулирует синтез белков и липидов, тормозит глюконеогенез и гликогенолиз в печени.

¶Роль в организме

Инсулин является единственным гормоном, снижающим уровень глюкозы в крови. Его антагонистами являются глюкагон (альфа-клетки поджелудочной железы), адреналин, кортизол и гормон роста. Совместное действие этих гормонов обеспечивает поддержание гомеостаза глюкозы.

Инсулин выполняет в организме ряд важнейших функций:

• снижение концентрации глюкозы в крови за счёт усиления её утилизации тканями;
• стимуляция синтеза гликогена в печени и скелетных мышцах (гликогенез);
• торможение глюконеогенеза и гликогенолиза в печени;
• усиление синтеза белков и торможение их распада;
• стимуляция липогенеза и торможение липолиза в жировой ткани;
• участие в клеточном росте и делении.

¶Инсулин в медицине

Открытие инсулина стало одним из важнейших событий в истории медицины. В 1921 году канадские учёные Фредерик Бантинг и Чарльз Бест выделили инсулин из поджелудочной железы собак, а в 1922 году совместно с Джеймсом Коллипом и Джоном Маклеодом получили препарат инсулина, применимый для лечения сахарного диабета. В 1923 году Бантинг и Маклеод были удостоены Нобелевской премии по физиологии или медицине.

В СССР препараты инсулина были получены в 1920-е годы; одним из пионеров их производства был академик И. П. Павлов, а непосредственно в разработке отечественных инсулиновых препаратов участвовали Л. А. Орбели, А. А. Байков и другие исследователи. В 1960-е годы в СССР и мире началось производство высокоочищенных и полусинтетических инсулинов, а в 1978 году с помощью генной инженерии был получен рекомбинантный человеческий инсулин.

Современная классификация инсулинов по длительности действия:

Инсулин вводят подкожно, при диабетическом кетоацидозе и гипергликемической коме — внутривенно капельно. Существуют также инсулиновые помпы, обеспечивающие непрерывное подкожное введение ультракороткого инсулина.

¶Патология, связанная с инсулином

Нарушение секреции или действия инсулина лежит в основе сахарного диабета. При диабете 1-го типа (инсулинозависимом) происходит аутоиммунное разрушение бета-клеток поджелудочной железы, что приводит к абсолютной инсулиновой недостаточности. При диабете 2-го типа (инсулиннезависимом) наблюдается относительная инсулиновая недостаточность, связанная с инсулинорезистентностью тканей и постепенным снижением секреции инсулина.

Избыточная секреция инсулина (гиперинсулинизм) может наблюдаться при инсулиноме — опухоли бета-клеток, а также при синдроме Иценко — Кушинга, акромегалии и некоторых других эндокринных заболеваниях. Гипогликемия, вызванная избытком инсулина, проявляется слабостью, потливостью, тремором, спутанностью сознания и может привести к судорогам и коме.

¶Интересные факты

• Молекула инсулина была полностью расшифрована британским биохимиком Фредериком Сэнджером в 1955 году — это стало первым определением первичной структуры белка, за что он получил Нобелевскую премию по химии в 1958 году.
• Инсулин — один из немногих гормонов, который синтезируется в лабораторных условиях и применяется как лекарственное средство уже более ста лет.
• В 1978 году рекомбинантный человеческий инсулин был впервые произведён компанией Genentech, а в 1982 году одобрен для клинического применения.

Источники:

• Гайтон А. К., Холл Дж. Э. «Медицинская физиология».
• Структура и функции инсулина // Учебник эндокринологии.
• Бантинг Ф., Бест Ч. Работы по выделению инсулина, 1921–1922.
• Сэнджер Ф. О первичной структуре инсулина, 1955.
• Клинические рекомендации Минздрава России по диагностике и лечению сахарного диабета.