Сахарный диабет 1 типа является следствием аутоиммунной деструкции (3-клеток поджелудочной железы, причем этот процесс развивается годами. Нарушение толерантности к глюкозе и клинические проявления болезни возникают при разрушении большинства (3-клеток. Об аутоиммунном процессе свидетельствует появление в сыворотке антител к (3-клеткам поджелудочной железы и массивная лимфоидная инфильтрация островков Лангерганса. После исчезновения (3-клеток исчезают и лимфоциты. Несмотря на возможность заместительной терапии инсулином, сахарный диабет 1 типа остается хроническим заболеванием, поражающим главным образом молодых людей, что имеет большое социально-экономическое значение. Выяснение молекулярных механизмов деструкции (3-клеток поджелудочной железы и разработка методов профилактики аутоиммунной атаки должны в конечном счете обеспечить возможность излечения этого заболевания.
Гены и внешняя среда
Предрасположенность к развитию сахарного диабета 1 типа (как и ко многим другим аутоиммунным заболеваниям) ассоциируется с некоторыми аллелями локуса МНС класса II. Согласно последним данным, у лиц белой расы сахарный диабет 1 типа наиболее тесно ассоциирован с гаплотипами HLA-DR3, DQ2 (DQB1*0201) и HLA-DR4 (DRB1*0401), DQ8 (DQB1*0302). В азиатской популяции таким гаплотипом является DRB 1*0405. Напротив, гаплотип DR2, DQ6 (DQB 1*0602) обнаруживает отрицательную ассоциацию с этим заболеванием. Более важно, однако, что предрасположенность к сахарному диабету 1 типа связана с отсутствием аспарагиновой кислоты в положении 57 (Асп 7) аминокислотной последовательности обеих HLA-DQP-цепей. При исследовании разных популяций выяснилась прямая зависимость распространенности этого заболевания от частоты отсутствия Асп57 в цепях HLA-DQP у гомозигот.
Помимо генов HLA, к генам-кандидатам, ассоциированным с сахарным диабетом 1 типа, относятся ген инсулина [тот его участок, который содержит вариабельное число тандемных повторов (VNTR)] и ген CTLA-4 (CD152). Участки VNTR соседствуют с регуляторными последовательностями, влияющими на экспрессию гена инсулина. С иммунологической точки зрения, особый интерес представляет постоянная ассоциация заболевания с геном CTLA-4 (см. далее).
Роль факторов внешней среды (таких, как вирус Коксаки В4, вирус эпидемического паротита, вирус краснухи, крысиный вирус Килхема, или смеси для детского питания на основе коровьего молока) в развитии сахарного диабета 1 типа требует дальнейших исследований.
Аутоиммунные реакции
Аутоантитела к (5-клеткам поджелудочной железы появляются в сыворотке за 7 и более лет до клинического проявления сахарного диабета 1 типа и, таким образом, служат надежным маркером риска этого заболевания. Кроме того, с их помощью можно идентифицировать аутоантигены р-клеток человека. В 1990 г. Беккесков (Baekkeskov) с сотр. обнаружили в островковых клетках 64-кДа белок, являющийся меньшей изоформой фермента глутаматде- карбоксилазы (ГАД 65), которая участвует в синтезе у-аминомасляной кислоты (ГАМК). С этим антигеном реагируют сыворотки 70-80% лиц с предиабе- том и недавно диагностированным диабетом 1 типа. Второй компонент 64-кДа антигена, представляющий собой, по-видимому, тирозинфосфатазу, получил название IA-2. С ним реагируют сыворотки 60-70% таких больных. Антитела к ГАД 65, IA-2 или обеим антигенам присутствуют более, чем у 90% больных с развивающимся сахарным диабетом 1 типа, и определяя эти антитела, можно идентифицировать группу лиц с высоким риском данного заболевания.
Определение антител к ГАД 65 сопряжено с методическими трудностями, но убедительно показано, что у мышей линии NOD именно этот белок представляет собой аутоантиген, распознаваемый Т-клетками. Индукция толерантности к нему предотвращает заболевание у мышей. Индукция же толерантности к другим потенциальным аутоантигенам (карбоксипептидазе Н и белку теплового шока 60) не дает такого эффекта. У мышей линии NOD не появляются аутоантитела к молекуле IA-2, что отличат эту модель от заболевания человека (см. далее).
Третьим известным аутоантигеном при сахарном диабете 1 типа является инсулин. Антитела к инсулину обнаруживаются примерно у 50% детей с недавно выявленным заболеванием. Путем адоптивного переноса специфичных по отношению к инсулину клонов Т-клеток можно воспроизвести эту болезнь у мышей линии NOD. Кроме того, индукция толерантности к инсулину путем введения целого гормона, его В-цепи или пептидного эпитопа защищает таких мышей от заболевания. Поскольку в отличие от животных, толерантных к ГАД 65, у мышей, толерантных к инсулину или к его В-цепи сохраняется инсулит (воспаление островков поджелудочной железы), предполагается, что антиинсулиновые аутоантитела появляется на более поздних стадиях заболевания. Мишенями аутоантител при сахарном диабете 1 типа у человека являются и другие белки, но они охарактеризованы хуже.
Хотя аутоантитела служат надежными маркерами заболевания, они, вероятно, лишь косвенно участвуют в деструкции [3-клеток поджелудочной железы. Возможность адоптивного переноса сахарного диабета мышам линии NOD, лишенным В-клеток (NOD-SCID), свидетельствует о роли именно Т-клеток. Однако не исключено, что В-лимфоциты функционируют в панкреатических островках в качестве АПК, представляющих Т-клеткам антигены, присутствующие в небольших количествах (ГАД 65 и IA-2). Тем самым В-клетки способствуют хронизации аутоиммунного процесса.
Важный вопрос заключается в том, являются ли и у человека ГАД 65, IA-2 и инсулин основными антигенами, реакция Т-клеток против которых приводит к деструкции р-клеток и последующему развитию сахарного диабета 1 типа. Тц-клетки, выделенные из периферической крови больных с недавно диагностированным диабетом 1 типа, при контакте с ГАД 65 пролиферируют, но мишени этих клеток остаются неизвестными. Индукция толерантности к ГАД 65 у новорожденных мышей линии NOD предотвращает у них развитие диабета. О роли IA-2 в аутоиммунной деструкции Р-клеток у человека свидетельствует высокая прогностическая значимость антител к этому антигену. Как ГАД 65, так и IA-2 экспрессируются не только в р-клетках, но и в головном мозге. При синдроме мышечной скованности (очень редком неврологическом заболевании, обычно сопровождающимся сахарным диабетом) титр антител к ГАД 65 на несколько порядков выше, чем при диабете 1 типа. Предполагается, что повреждение ГАМКергиче- ских нейронов при этом синдроме обусловлено аутоантителами к ГАД 65, а развитие сахарного диабета 1 типа — клеточной реакцией против ГАД 65. Синдром мышечной скованности наблюдается лишь у одного из 104 больных диабетом 1 типа, тогда как последним страдает 40% больных с этим синдромом. По-видимому, гематоэнцефалический барьер и отсутствие антигенов МНС класса II на нормальных ГАМКергических нейронах защищают их от аутореактивных лимфоцитов. Заболевания ЦНС с участием антител к IA-2 не описаны.
Деструкция панкреатических (3-клеток у мышей линии NOD происходит лишь в присутствии CD4+ Тх- и CD8+ Тц-клеток. Если Тх-клетки необходимы для развития аутоиммунной реакции против островков Лангерганса и инсулита, то Тц-клетки, вероятно, являются эффекторами, разрушающими ост- ровковые (3-клетки. Кроме того, имеются данные, что для развития диабета у мышей NOD необходимо присутствие CD4+ ТХ1 -клеток. ИЛ-12 индуцирует секрецию ИФН-у и ИЛ-2 этими клетками, тогда как секретируемый Тх2-клетками цитокин ИЛ-4 оказывает доминантно негативное влияние на развитие диабета у таких мышей. Низкие титры аутоантител при сахарном диабете 1 типа у человека и высокие их титры у носителей защитного гаплотипа (DR2) указывают на то, что сильный ответ Тх2-клеток препятствует разрушению (3-клеток.
Экспериментальные модели аутоиммунного сахарного диабета
Мыши линии NOD являются уникальной моделью, на которой можно изучать молекулярные механизмы разрушения панкреатических (3-клеток и развития диабета. Однако от заболевания человека эту модель отличает ряд особенностей. У самок мышей NOD диабет развивается в 2-3 раза чаще, чем у самцов, тогда как у человека сахарный диабет 1 типа, напротив, несколько чаще наблюдается у лиц мужского пола. Кроме того, у человека органоспецифические аутоиммунные заболевания провоцируются патогенными агентами, а у мышей NOD диабет часто развивается, даже при их содержании в стерильных условиях. Больше того, вирусная инфекция или инъекция полного адъюванта Фрейнда препятствуют развитию диабета у таких мышей. К настоящему времени известно более 125 факторов, предотвращающих или замедляющих развитие диабета у мышей NOD, но не у человека.
У крыс определенных линий развивается спонтанный Т-клеточно-опосредованный диабет. Он отличается от сахарного диабета 1 типа у человека присутствием аутоантител к лимфоцитам и выраженной лимфопенией, которые являются необходимым условием аутоиммунной деструкции р-клеток и развития диабета в данной модели.
Экспериментальные модели сахарного диабета пытались улучшить, используя для этой цели «гуманизированных» трансгенных мышей (экспрессирующих предрасполагающие к диабету человеческие молекулы МНС класса II). Поскольку у этих животных спонтанный диабет не развивался, их скрещивали с мышами линии NOD, но у потомков диабет опять-таки не развивался. В других экспериментальных моделях использовали животных — носителей предрасполагающих к диабеу человеческих генов МНС класса II, помещая эти гены под контроль промотора гена инсулина крысы. В ряде случаев развитие диабета у таких животных требовало их иммунизации пептидами инсулина или вирусом лимфоцитарного хориоменингита. Однако ни одна из моделей не воспроизводила полностью заболевания человека, поскольку иммунная атака возникала против аутоантигенов р-кле- ток в комплексе с молекулами МНС II класса человека. У человека же специфическая иммунная атака (приводящая к развитию инсулита и диабета) не требует экспрессии чужеродных белков на (3-клетках.
Некоторые из созданных моделей весьма полезны для изучения основных аутоиммунных механизмов поражения р-клеток, но для оценки методов иммунопрофилактики и иммунотерапии сахарного диабета 1 типа у человека нужны другие экспериментальные модели этого заболевания.