Table of Contents

Понимание проинсулина сыворотки: ключевой биомаркер для здоровья бета-клеток при диабете

Сахарный диабет, поражающий более 530 миллионов взрослых во всем мире, характеризуется дефектной секрецией инсулина, резистентностью к инсулину или и тем, и другим. В основе этого заболевания лежит бета-клетка поджелудочной железы — единственный тип клеток, способный производить и секретировать инсулин в ответ на глюкозу. По мере ухудшения функции бета-клеток, уровень глюкозы в крови повышается, что приводит к прогрессирующему заболеванию. На протяжении десятилетий клиницисты и исследователи искали надежные биомаркеры, которые могут неинвазивно оценивать функциональный статус этих клеток. Среди кандидатов, только инсулин или С-пептид, уровни проинсулина обеспечивают окно в секреторный механизм бета-клетки и ее состояние стресса. В этой статье исследуется биология проинсулина, его роль в качестве биомаркера, клинические применения и доказательства, подтверждающие его использование в лечении диабета.

Что такое сывороточный проинсулин?

Проинсулин представляет собой молекулу-предшественник одноцепочечной цепи, из которой получают инсулин и С-пептид. Он синтезируется в грубом эндоплазматическом ретикулуме бета-клеток поджелудочной железы и затем транспортируется в аппарат Гольджи, где упаковывается в секреторные везикулы. Внутри этих везикул специфические протеазы — прогормон-конвертазы 1/3 и 2 — расщепляют проинсулин для получения равномолярных количеств зрелого инсулина и С-пептида. При нормальных физиологических условиях в кровоток без полной обработки высвобождается лишь небольшая часть (<5%) проинсулина. Однако, когда бета-клетки находятся в стрессе — из-за повышенного спроса, глюкотоксичности, липотоксичности или генетических дефектов — процессинговый механизм может перегружаться или нарушаться, что приводит к непропорциональному высвобождению интактного или частично обработанного проинсулина в кровоток.

Молекулярная структура и обработка

Проинсулин состоит из трех пептидов: B-цепи, C-пептида и A-цепи, связанных вместе соединительной пептидной (C-пептидной) областью. Полная молекула имеет молекулярную массу примерно 9000 далтонов. Преобразование в инсулин требует точного расщепления на дибазных аминокислотных остатках, процесс, который сильно регулируется и зависит от внутриклеточного рН и кальция. В здоровой бета-клетке эта обработка эффективна, что приводит к низкому соотношению проинсулина к инсулину. В состояниях дисфункции бета-клеток соотношение увеличивается. Именно это повышение в сывороточном проинсулине — абсолютном или относительно инсулина или C-пептида — лежит в основе его использования в качестве биомаркера.

Почему измеряют проинсулин? Обоснование для маркера стресса бета-клеток

Традиционные маркеры функции бета-клеток включают инсулин натощак, С-пептид и инсулин-стимулированную глюкозой секрецию во время пероральных тестов на толерантность к глюкозе. Хотя эти маркеры предоставляют информацию о количестве вырабатываемого инсулина, они не отражают непосредственно качество секреции инсулина или секреторное здоровье бета-клеток. Повышенные уровни проинсулина указывают на то, что бета-клетки борются за обработку своего основного продукта. Этот вывод особенно ценен на ранних стадиях диабета 2 типа, где дисфункция бета-клеток часто предшествует явной гипергликемии.

Проинсулин против С-пептида: дополнительная информация

С-пептид секретируется в равнобедренных количествах с инсулином и является стабильным показателем выработки инсулина, особенно при использовании определенных анализов. Однако С-пептид не выявляет эффективности обработки проинсулина. Высокие уровни С-пептида могут возникать даже при неполной обработке проинсулина. Измерение проинсулина добавляет размерность секреторного качества. Например, у пациентов с диабетом 2 типа С-пептид может казаться достаточным, в то время как уровни проинсулина непропорционально высоки, сигнализируя о стрессе бета-клеток. При диабете 1 типа аналогичная картина наблюдается в период «медового месяца», когда остаточные бета-клетки подвергаются атаке. Таким образом, отношение проинсулина к С-пептиду является чувствительным показателем надвигающейся недостаточности бета-клеток.

Результаты исследований: доказательства, подтверждающие проинсулин как биомаркер

Многочисленные крупномасштабные исследования подтвердили связь между повышенным уровнем проинсулина в сыворотке и развитием и прогрессированием диабета. Исследование атеросклероза инсулиновой резистентности (IRAS) показало, что более высокие уровни проинсулина были независимыми предикторами будущего диабета 2 типа, даже после корректировки на ожирение и резистентность к инсулину. Аналогичным образом, данные исследования Whitehall II и исследования Framingham Offspring показали, что у людей в самом высоком квартиле проинсулина был в два-три раза повышенный риск развития диабета в течение последующих периодов 5-11 лет.

Проинсулин и бета-клеточная дисфункция при диабете 2 типа

При диабете 2 типа повышенный проинсулин коррелирует с более низкой функцией бета-клеток, как оценивается по оценке модели гомеостаза функции бета-клеток (HOMA-B) и секреторной реакции инсулина на оральную глюкозу. Метаанализ, опубликованный в Диабетология (2015) сообщил, что соотношение проинсулина к инсулину постепенно увеличивается от нормальной толерантности к глюкозе до нарушения толерантности к глюкозе, а затем к диабету, причем каждая стадия показывает поэтапный рост. Важно отметить, что соотношение предсказывает переход от преддиабета к диабету, предлагая окно для раннего вмешательства.

Проинсулин при диабете 1 типа: маркер остаточной массы

При диабете 1 типа С-пептид является традиционным маркером остаточной функции бета-клеток, при этом устойчивое производство эндогенного инсулина связано с меньшим количеством осложнений. Однако исследования показали, что даже когда С-пептид обнаруживается, соотношение проинсулина к С-пептиду часто повышается, что указывает на то, что оставшиеся бета-клетки находятся под иммуноопосредованным стрессом. Исследование, проведенное Watkins et al. , показало, что у пациентов с диабетом 1 типа с новым началом более высокие уровни проинсулина коррелируют с более быстрым снижением остаточной функции бета-клеток в течение следующего года. Это предполагает, что проинсулин может служить прогностическим маркером при диабете 1 типа, потенциально идентифицируя людей, которые могут извлечь выгоду из терапии иммунного вмешательства.

Проинсулин при гестационного диабета и ожирения

Повышенные уровни проинсулина наблюдаются также при гестационном сахарном диабете (ГДМ) и у тучных лиц без диабета. При ГДМ повышенный проинсулин отражает неспособность бета-клеток удовлетворять повышенные инсулиновые потребности беременности, и он предсказывает более позднее развитие диабета 2 типа. При ожирении хронически повышенный уровень проинсулина может указывать на субклинический стресс бета-клеток еще до того, как толерантность к глюкозе станет аномальной. Это делает проинсулин потенциальным инструментом скрининга для выявления лиц высокого риска в популяциях с метаболическим синдромом.

Клинические последствия: как проинсулин может управлять диабетом

Интеграция измерения проинсулина в сыворотку в клиническую практику обещает несколько ключевых областей: раннее выявление, стратификация риска, мониторинг прогрессирования заболевания и оценка терапевтической эффективности.

Раннее обнаружение дисфункции бета-клеток

Поскольку повышение проинсулина может предшествовать гипергликемии, это может позволить более раннюю идентификацию лиц, подверженных риску диабета. В первичной медико-санитарной помощи добавление проинсулина к обычным метаболическим панелям может указывать на пациентов, которые метаболически декомпенсируют, даже когда глюкоза натощак и HbA1c все еще находятся в пределах нормы. Например, в противном случае здоровому человеку с ожирением и семейной историей диабета, который показывает повышенный уровень проинсулина натощак, можно рекомендовать принять изменения образа жизни для сохранения функции бета-клеток.

Мониторинг прогрессирования заболеваний и ответ на лечение

После постановки диагноза диабет, последовательное измерение проинсулина может отслеживать снижение или стабилизацию функции бета-клеток. У пациентов с сахарным диабетом 2 типа на терапии, снижающей уровень глюкозы, повышение соотношения проинсулина к С-пептиду может указывать на то, что текущий режим не защищает здоровье бета-клеток и что требуется более агрессивное вмешательство. Было показано, что некоторые пероральные агенты, такие как агонисты рецепторов GLP-1 и ингибиторы DPP-4, улучшают обработку проинсулина в клинических испытаниях. Например, исследование по лираглутиду, опубликованное в ]Diabetes Care , показало, что лечение снижает соотношение проинсулина к инсулину по сравнению с плацебо, что позволяет предположить улучшение функции бета-клеток. Мониторинг проинсулина может, таким образом, помочь клиницистам оценить, действительно ли терапия приносит пользу бета-клетке или просто компенсирует ее дисфункцию.

Прогноз при диабете 1 типа

При диабете 1 типа уровни проинсулина могут указывать на долговечность остаточной функции бета-клеток. Пациенты с более низкими соотношениями проинсулина к С-пептиду при диагностике имеют тенденцию дольше поддерживать обнаруживаемый С-пептид, что связано с более низким HbA1c, снижением риска тяжелой гипогликемии и более низкими показателями долгосрочных осложнений. Клинические испытания иммуномодулирующей терапии (например, теплизумаб) в настоящее время используют проинсулин в качестве вторичной конечной точки, наряду с С-пептидом, для оценки того, сохраняет ли лечение функцию оставшихся бета-клеток. Исследования типа 1 Diabetes TrialNet включают меры проинсулина, и ранние результаты показывают, что проинсулин является чувствительным показателем эффектов лечения.

Стандартизация анализа и практические соображения

Несмотря на свои обещания, клиническое принятие измерения проинсулина сталкивается с проблемами. Исторически анализы проинсулина страдали перекрестной реактивностью с инсулином и С-пептидом, приводя к переменным результатам. Современные иммунометрические анализы с использованием специфических моноклональных антител в значительной степени решили эту проблему, но стандартизация в лабораториях остается неполной. Международная федерация клинической химии и лабораторной медицины (IFCC) работает над международным эталонным материалом для гармонизации результатов. Кроме того, проинсулин нестабилен при комнатной температуре и деградирует с течением времени; образцы плазмы должны обрабатываться и храниться при -80 ° C в исследовательских целях, хотя клинические образцы могут быть проанализированы с помощью соответствующих протоколов обработки.

Ссылочные диапазоны и интерпретация

Установление нормальных диапазонов для сывороточного проинсулина осложняется возрастом, полом и составом тела. Уровни проинсулина натощак у здоровых людей обычно ниже 5-10 пмоль/л, но варьируются в зависимости от анализа. Соотношение проинсулина к инсулину обычно ниже 0,2 при нормальной толерантности к глюкозе. Клиницисты должны интерпретировать результаты в контексте конкретного используемого анализа и гликемического статуса пациента. Также важно учитывать, что нарушение функции почек может вызвать накопление проинсулина, поскольку оно частично очищается почками. Такие состояния, как инсулинома, также могут повышать проинсулин, хотя это редко. Для большинства пациентов с диабетом мониторинг тенденций с течением времени более информативен, чем одно измерение.

Будущие направления и новые исследования

Исследования продолжают совершенствовать полезность проинсулина при лечении диабета. К числу новых областей исследования относится использование проинсулина в качестве маркера для дифференцировки бета-клеток, процесс, при котором бета-клетки теряют свою идентичность и прекращают продуцировать инсулин. Это явление считается обратимым и может объяснить некоторые случаи очевидного «восстановления» функции бета-клеток после бариатрической хирургии или интенсивного контроля глюкозы. Исследования с использованием парных биопсий поджелудочной железы и измерения проинсулина в сыворотке начинают подтверждать эти концепции. Кроме того, разработка анализов на основе масс-спектрометрии, которые могут отличать интактный проинсулин от конкретных промежуточных продуктов обработки (сплит-продуктов), может обеспечить еще более подробную метаболическую информацию.

Проинсулин в исследованиях по профилактике диабета

Проинсулин исследуется как суррогатная конечная точка в исследованиях по профилактике диабета. Например, Программа профилактики диабета (DPP) измерила уровни проинсулина и обнаружила, что вмешательство в образ жизни и метформин снижают соотношение проинсулина к инсулину по сравнению с плацебо, что согласуется с улучшением функции бета-клеток. Такие результаты показывают, что проинсулин можно использовать для оценки эффекта профилактических вмешательств в группах высокого риска.

Интеграция с другими биомаркерами

Объединение проинсулина с другими маркерами, такими как аминокислоты с разветвленной цепью, триглицериды или воспалительные маркеры, такие как IL-6, может создать многомаркерную панель для оценки риска диабета. Алгоритмы машинного обучения, которые включают проинсулин вместе с генетическими и клиническими данными, могут улучшить модели прогнозирования для отказа бета-клеток. Необходимо будет оценить экономическую эффективность добавления проинсулина в обычные скрининговые панели, но учитывая его потенциал для раннего выявления дисфункции, это может в конечном итоге снизить долгосрочное бремя осложнений диабета.

Ограничения и пещеры

Биомаркер не идеален. Измерение проинсулина еще не стандартизировано во всех клинических лабораториях, и его интерпретация может быть спутана такими факторами, как функция почек, наличие антител к инсулину и вмешательство гетерофильных антител в иммуноанализы. Кроме того, связь между проинсулином и здоровьем бета-клеток не является чисто линейной: в некоторых условиях, таких как после начала инсулинотерапии при диабете 2 типа, уровни проинсулина могут сначала падать, поскольку токсичность глюкозы снимается, а затем снова повышаться по мере прогрессирования заболевания. Клиницисты должны комбинировать результаты проинсулина с другими клиническими данными, включая HbA1c, уровни глюкозы и клиническую историю пациента.

Заключение

Проинсулин сыворотки является мощным и все более валидированным биомаркером для дисфункции бета-клеток по всему спектру диабета. Его способность отражать секреторный стресс и неэффективность обработки дает представление о том, что инсулин и С-пептид сами по себе не могут обеспечить. От раннего прогнозирования диабета 2 типа до мониторинга остаточной функции при диабете 1 типа, проинсулин имеет потенциал для улучшения клинического принятия решений и улучшения результатов пациентов. По мере того, как стандартизация анализа и становятся доступными более продольные данные, принятие проинсулина в обычной практике, вероятно, будет расти. Для клиницистов и исследователей, понимание биологии проинсулина открывает новое окно в здоровье бета-клетки поджелудочной железы - ключ к изменению траектории эпидемии диабета.

Для дальнейшего чтения см. клинические рекомендации по функции бета-клеток от Американской диабетической ассоциации , обзорная статья о проинсулине как биомаркере в Лечение диабета , доступные здесь , и последние исследования от Национального института диабета и болезней органов пищеварения и почек .