Патогенез сахарного диабета I типа

Ко времени проявления инсулинзависимого сахарного диабета большинство р-клеток поджелудочной железы уже разрушено. Деструктивный процесс почти наверняка имеет аутоиммунную природу. Патогенетическая последовательность приведена в табл. 327-2. Во-первых, должна прослеживаться генетическая предрасположенность к заболева­нию. Во-вторых, у генетически предрасположенных людей причиной диабета служат факторы внешней среды. Считают, что часто это вирусные инфекции. Лучшим доказа­тельством того, что необходим внешний толчок, послужили исследования, проведенные на монозиготных близнецах, показатель конкордантности по диабету среди которых не превышает 50%. Если бы диабет был чисто генетическим заболеванием, следовало бы ожи­дать, что этот показатель составит 100%. Третьим этапом в развитии заболевания яв­ляется воспалительная реакция в поджелудочной железе, называемая «инсулитом»: остров­ки инфильтрируются активированными Т-лимфоцитами. Четвертый этап заключа­ется атакой альтерации или трансформации поверхности b-клеток, что они перестают вос­приниматься как «снос» и приобретают для иммунной системы свойства чужеродного, или «не своего». Пяты и этап сводится к развитию иммунной реакции. Поскольку островки воспринимаются теперь как «не свое», появляются цитотоксические антитела, которые дей­ствуют вместе с клеточно-опосредованными иммунными механизмами. Окончательный результат — разрушение b-клеток и появление клиники диабета.

Следовательно, схему патогенеза можно представить следующим образом: генетичес­кая предрасположенность ® инсулит, вызываемый факторами окружающей среды, ® пре­вращение b-клеток из «своего» в «не свое» ® активация иммунной системы ® разруше­ние b-клеток ® сахарный диабет.

Таблица 327-2. Патогенез сахарного диабета I типа

Генетика. Хотя инсулинзависимый диабет чаще встречается в определенных семьях, механизмы его наследования трудно описать в понятиях теории Менделя. Сообщалось об аутосомно-доминантной, рецессивной и смешанной формах наследования, но ни одна из них не доказана. Генетическая предрасположенность играет, по-видимому, пермиссивную, а не решающую роль.

Анализ родословных обнаруживает низкую частоту прямого вертикального наследо­вания. По данным одного исследования, проведенного в 35 семьях, в каждой из которых имелся ребенок с классическим инсулинзависимым диабетом, только у четверых больных родители страдали диабетом и еще в двух случаях диабет был у бабушек или дедушек. Из 99 сиблингов больных диабетом детей только у 6 имелся явный диабет. Вероятность возни­кновения диабета I типа у детей, когда это заболевание регистрируется у другого члена семьи первой степени родства, составляет всего 5—10%. Наличие инсулиннезависимого диабета у родителей увеличивает возможность появления инсулинзависимого диабета у потомства. Отражает ли одновременное присутствие ИЗСД и ИНЗСД в одной и той же семье один генетический дефект (т. е. ИНЗСД на самом деле является ИНЗСД I типа) или в одной и той же семье случайно сочетаются два генетических дефекта, причем каждый из них, по-видимому, влияет на экспрессию другого, остается неясным. Низкие показатели передачи ИЗСД затрудняют понимание ее механизмов при семейных исследованиях, но должны ободрять больных диабетом лиц, желающих завести ребенка.

Один из генов восприимчивости к ИЗСД расположен, очевидно, на 6-й хромосоме, поскольку имеется выраженная связь между диабетом и определенными антигенами лей­коцитов человека (HLA), которые кодируются генами главного комплекса гистосовмести­мости, локализованными на этой хромосоме (см. гл. 63). Многие исследователи идентифи­цировали четыре локуса, называемые литерами А, В, С и D, с аллелями каждого сайта. Главные аллели, с которыми связан повышенный риск ИЗСД, —это HLA-DR3, HLA-Dw3, HLA-DR4, HLA-Dw4, HLA-B8 и HLA-B15. Особое значение придают локусу D, а локусы В и А вовлекаются за счет неслучайной связи c D (неравновесное сцепление). По сравнению с общей популяцией риск, обусловленный присутствием DR3 или DR4, воз­растает в 4—10 раз. Если же сравнивать не с контрольной популяцией, а с группой лиц, не имеющих предрасполагающего антигена, относительный риск увеличивается в 30 раз. Однако у многих лиц, несущих аллели «высокого риска», диабет никогда не развивается.

Рис. 327-1. Схематичное изображение главного комплекса гистосовместимости на 6-й хро­мосоме. (Любезно предоставлено д-ром J. Harold Helderman.)

Можно предположить, что дальнейшее изучение генов в D-области поможет более точно определить риск, т. е. обнаружить конкретные варианты антигена HLA-DR или HLA-DQ, не идентифицируемые при обычном скрининге, которые теснее ассоциированы с диабе­том, чем простое присутствие антигена. Например, не все HLA-DR4 обусловливают повы­шенный риск диабета, а только некоторые их варианты. Следует подчеркнуть также, что диабет может возникнуть и при отсутствии тех HLA-детерминант, которые идентифици­рованы в качестве маркеров высокого риска при популяционных исследованиях. Антиге­ны В7 и DR2 (Dw2) называют «защитными», поскольку среди больных диабетом они вы­являются с меньшей частотой, чем в общей популяции. Однако на самом деле они могут быть не защитными, а аллелями «низкого риска», так как их присутствие находится в об­ратной зависимости от присутствия DR3/DR4. Иными словами, если присутствуют DR2, Dw2, то аллели высокого риска должны отсутствовать.

В настоящее время D-область подразделяют на участки DP, DQ и DR (рис. 327-1). (DP раньше обозначали SB, a DQ — DC.) Ассоциированный с HLA ген восприимчивости мо­жет быть теснее связан с участком DQ, чем DR. Если это так, то ассоциация с DR3 или DR4 обусловлена неравновесным сцеплением. Многие исследователи считают, что для разви­тия диабета нужен второй ген восприимчивости, который мог бы кодировать дефект Т-клеточного рецептора.

Следует остановиться на функции тех молекул клеточной поверхности, которые коди­руются генами области HLA. Антигены, кодируемые участками А, В и С, называются мо­лекулами I класса. Они присутствуют на ядерных клетках, и их функция заключается пре­жде всего в защите от инфекции, особенно вирусной. Антигены D-области называются молекулами II класса. Они функционируют в сфере регуляторной (хелпер/супрессор) Т-кле­точной системы и реакции на аллоантигены (например, реакция отторжения транспланти­рованных органов). Молекулы II класса в норме присутствуют только на В-лимфоцитах и макрофагах крови или тканей.

Молекулы I и II классов лучше рассматривать в качестве сигналов узнавания/програм­мирования для запуска и усиления иммунных реакций в организме. Так, активация цито­токсических Т-лимфоцитов для борьбы с вирусной инфекцией требует присутствия одной и той же молекулы I класса и на инфицированной клетке, и на цитотоксической Т-клетке. Иными словами, «своя» молекула I класса в сочетании с вирусным антигеном формирует новый узнаваемый антиген, на который может реагировать Т-лимфоцит. На клетку, несу­щую вирусный антиген, но «не свой» антиген HLA I класса, Т-клетка не должна реагиро­вать. Точно так же хелперная Т-клетка активируется только тогда, когда она встречается с антигенпредставляющими клетками (макрофагами), несущими узнаваемую молекулу II класса и антиген, для которого существует точное узнающее место.

Считают, что появление молекул II класса на эндокринных клетках, где они в норме отсутствуют, играет важную роль в аутоиммунном деструктивном процессе, ведущем к возникновению сахарного диабета и других эндокринных заболеваний, таких как тиреои­дит Хашимото. Присутствие «своей» молекулы II класса в сочетании с чужеродным или аутоантигеном распознается хелперным Т-лимфоцитом, который затем инициирует акти­вацию иммунной системы, включая образование антител против клетки, несущей сочета­ние молекулы II класса с чужеродным (или аутологичным) антигеном (см. ниже).

Факторы окружающей среды. Уже отмечалось, что значительное число монозиготных близнецов остается дискордантным по диабету (один близнец с диабетом, а другой — без него). Это свидетельствует о необходимости негенетических факторов для экспрессии диа­бета у человека. Аналогичные аргументы выдвигает и то обстоятельство, что идентичность гаплотипов HLA не является гарантией конкордантности.

Полагают, что провоцирующим фактором окружающей среды в большинстве случаев служит вирус, способный инфицировать b-клетку. Первоначально вирусную этиологию диабета предполагали, исходя из сезонных колебаний возникновения болезни, а также из-за существования более чем случайной связи между проявлением диабета и предшествую­щим заболеванием эпидемическим паротитом, гепатитом, инфекционным мононуклеозом, врожденной краснухой и инфицированием вирусом Коксаки. Вирусная гипотеза получи­ла подтверждение в исследованиях, показавших, что некоторые штаммы вируса энцефаломиокардита вызывают диабет у генетически предрасположенных мышей. Выделение вируса Коксаки В4 из поджелудочной железы ранее здорового мальчика, погибшего от приступа кетоацидоза, и индукция диабета у экспериментальных животных, которым инокулировали выделенный вирус, также свидетельствовали о том, что диабет у человека мо­жет вызываться вирусами. Повышение титра нейтрализующих антител к вирусу Коксаки за несколько недель до смерти больного указывает на недавнее инфицирование вирусом. В дальнейшем вирусная теория получила свое подтверждение благодаря наблюдениям, со­гласно которым врожденная краснуха приводит к развитию ИЗСД примерно у 20% пора­женных лиц в США. Предположительно, вирусные инфекции могут вызывать диабет дву­мя путями: в результате непосредственного воспалительного разрушения островков или индукции иммунной реакции.

Однако, несмотря на все сказанное, к вирусной теории надо относиться очень осто­рожно. Серологические исследования больных с признаками недавней вирусной инфек­ции и со свежим инсулинзависимым диабетом в лучшем случае дают неопределенные ре­зультаты. Если вирусы и служат провоцирующим фактором, то те, которые вызывают ос­трое заболевание, могут и не играть главной роли, а медленно действующие пока не иден­тифицированы.

Инсулит. У животных активированные Т-лимфоциты инфильтрируют панкреатичес­кие островки до или одновременно с развитием диабета. Лимфоциты обнаруживают и в островках поджелудочной железы лиц молодого возраста, погибших от свежего диабета; кроме того, радиоактивно меченные лимфоциты скапливаются в поджелудочной железе больных с ИЗСД. Эти данные согласуются с тем фактом, что иммунные эндокринопатии, как правило, ассоциируются с лимфоцитарной инфильтрацией пораженной ткани. Одна­ко инсулит мог бы быть вторичным феноменом, не имеющим причинной связи с патогене­тической последовательностью. На это указывает то обстоятельство, что при эксперимен­тальном диабете у грызунов, вызываемом низкими дозами стрептозотоцина (диабете, име­ющем иммунологическую природу), массивную потерю b-клеток регистрирую г до разви­тия инсулита. Больше того, эксперименты на мышах с иммунодефицитом свидетельствуют о том, что участие Т-лимфоцитов необязательно для деструкции b-клеток, вызываемой малыми дозами стрептозотоцина.

Превращениеb-клеткн из «своего» в «не свое» и активация иммунной системы. У боль­ных с инсулинзависимым диабетом повышена частота обнаружения HLA-DR3 и HLA-В15, которые, как известно, ассоциируются с иммунной эндокринопатией. Больше того, ИЗСД часто сочетается с другими формами аутоиммунной эндокринопатии, такими как аддисонова болезнь, тиреоидит Хашимото, гипертиреоз, пернициозная анемия, витилиго, злокачественная миопатия и коллагеноз сосудов (см. гл. 334). Все эти заболевания имеют тенденцию проявляться в определенных семьях. Кроме того, у многих больных инсулинза­висимым диабетом в течение первого года после установления диагноза выявляются анти­тела к клеткам островков Лангерганса. Такие антитела присутствуют и в крови неконкордантных по диабету монозиготных близнецов или тройней, которые заболевают диабетом в будущем. То же справедливо для сиблингов больных инсулинзависимым сахарным диа­бетом. У 50—60% детей со свежевыявленным диабетом обнаружены Т-клетки-киллеры, причем эта цифра выше, чем в контрольной популяции. Следует отметить, что диабет, сход­ный с таковым I типа у человека, спонтанно развивается у крыс линии ВВ. У больных животных обнаруживают инсулит, тиреоидит, а также антитела к клеткам панкреатичес­ких островков, гладким мышцам, коллоиду щитовидной железы и париетальным клеткам желудка. Диабет у таких животных можно предупредить или вылечить их с помощью им­муномодуляторов.

Что же вызывает аутоиммунный процесс? Во-первых, в крови обнаруживают увели­чение отношения Т-хелперов к Т-супрессорам. Это может быть общим феноменом при им­мунных эндокринных заболеваниях. Увеличение этого отношения обусловлено, вероятно, дефицитом супрессорных Т-клеток. Несбалансированная популяция хелперных Т-клеток должна была бы служить фактором, предрасполагающим к чрезмерному образованию антител при встрече с антигеном.

Во-вторых, на поверхности b-клеток появляются молекулы HLA II класса. Следует под­черкнуть, что для активации Т-клеток-хелперов требуется присутствие молекул II класса и чужеродного антигена или аутоантигена. Идея заключается в том, что нормальная остров­ковая клетка не экспрессирует молекул II класса, но после внедрения вируса (вероятно, вследствие продукции g-интерферона) такие молекулы на этой клетке появляются, что и делает ее потенциально «не своей». Активация иммунной системы зависит от экспрессиру­емой аллели. Так, если присутствует HLA-DR2, вероятность возникновения диабета резко снижается, а если присутствуют HLA-DR3 или HLA-DR4 (или, вероятно, DQ-антиген), система должна была бы активироваться. Предполагаемая восприимчивость определяет­ся соответствием между заново появляющимися молекулами II класса, необходимым мем­бранным антигеном (чужеродным или аутологичным) и конкретной формой Т-клеточно­го рецептора на хелперной Т-клетке. Это могло бы объяснить развитие ИЗСД при отсутст­вии HLA-генов высокого риска. Иными словами, в некоторых случаях соответствие меж­ду молекулами II класса и Т-клеточным рецептором существует даже в условиях экспрес­сии обычной аллели низкого риска.

Как это наблюдается и при других опосредованных иммунологическими механизма­ми эндокринопатиях, признаки активации иммунной системы со временем могут исчезать. Так, антитела к островковым клеткам, присутствующие у впервые выявленных больных с ИЗСД I типа, примерно через год исчезают. Судя по способности секретировать эндоген­ный инсулин в ответ на пищевой стимул in vivo, присутствие антител к островковым клет­кам коррелирует с остаточным количеством b-клеток. По мере исчезновения способности секретировать эндогенный инсулин исчезают и антитела к островковым клеткам. Дело в том, что с гибелью b-клеток исчезает стимул к иммунной реакции.

Разрушение b-клетоки развитие ИЗСД. Поскольку у человека с развивающимся инсу­линзависимым диабетом симптомы гипергликемии с полиурией и/или кетоацидозом час­то возникают внезапно, долгое время считали, что повреждение b-клеток происходит очень быстро. Однако во многих случаях (в большинстве?) можно наблюдать медленное (в тече­ние нескольких лет) истощение резервов инсулина. Пониманию этого способствовали ис­следования дискордантности по диабету среди близнецов и тройней, когда у одного из близнецов диабет развивался через много лет после возникновения болезни у другого. При медленном течении болезни самым ранним признаком патологии служит появление анти­тел к островковым клеткам в период, когда уровень сахара в крови еще не превышает нор­мы, а толерантность к глюкозе остается нормальной. Не меняется и реакция инсулина на нагрузку глюкозой. Затем наступает фаза, когда единственным метаболическим сдвигом является снижение толерантности к глюкозе. Уровень сахара в крови натощак остается нормальным. На третьей стадии развивается гипергликемия натощак, но кетоза не наблю­дается даже при плохом контроле диабета. С клинической точки зрения, это инсулиннеза­висимый сахарный диабет. Однако со временем, особенно в условиях стресса, могут воз­никать зависимость от инсулина и кетоацидоз. Как отмечалось выше, у многих больных с инсулиннезависимым сахарным диабетом без ожирения на самом деле может быть мед­ленная аутоиммунная форма заболевания.

Иммунологическое разрушение b-клеток происходит, вероятно, как гуморальным, так и клеточно-опосредованным механизмом. Вначале, по-видимому, основную роль играют антитела. Известны два типа антител: цитоплазматические и поверхностные. Обычно у данного больного одновременно присутствуют и те и другие, но могут встречаться и ка­кие-либо одни. Антитела к поверхности островковых клеток способны фиксировать ком­племент и лизировать b-клетки. Очевидно, эти антитела нарушают секрецию инсулина еще до того, как b-клетка будет физически повреждена. Они взаимодействуют с мембранным антигеном, который пока точно не охарактеризован. На каком-то этапе начинают дей­ствовать цитотоксические Т-лимфоциты и антителозависимые киллерные Т-клетки и дес­труктивный процесс завершается. К моменту, когда диабет становится явным, большинст­во инсулинпродуцирующих клеток уже разрушено. По некоторым данным, при диабете I типа масса поджелудочной железы при вскрытии составляла в среднем 40 г (82 г в контроле). Масса эндокринных клеток у лиц с ИЗСД снижалась с 1395 до 413 мг, а масса р-клеток, которая в норме составляет 850 мг, оказалась вообще неопределимой. Поскольку к-клетки остаются в основном интактными, отношение глюкогонпродуцирющих клеток к инсулин­продуцирующим достигало бесконечности.