Натрий-глюкозный котранспортер 1: роль в патогенезе сахарного диабета 2 типа и других заболеваний и потенциальная мишень для терапевтического воздействия

Рис. 1. Схема кишечных эффектов блокады НГЛТ-1

Рис. 2. Роль оси НГЛТ-1 – NO-синтаза – тубулогломерулярная обратная связь в macula densa в развитии клубочковой гиперфильтрации

Рис. 3. Механизм кардиопротективного действия блокады НГЛТ-1

Рис. 4. Потенциальный механизм повышения риска развития холестаза, связанный с функцией белков-переносчиков НГЛТ-1, у пациентов с СД 2 типа

Рис. 5. Потенциальный механизм развития гипосаливации, связанный с экспрессией НГЛТ-1 в слюнных железах, у пациентов с СД 2 типа

Введение

Гомеостаз глюкозы имеет важнейшее значение для здоровья человека, так как глюкоза является основным источником энергии для всех органов и тканей, особенно для головного мозга. В физиологических условиях глюкоза выполняет функцию облигатного энергетического субстрата для головного мозга, который практически не может использовать альтернативные виды «топлива». Нервные клетки не способны синтезировать глюкозу или хранить ее значительное количество в виде гликогена, поэтому для нормального функционирования головного мозга требуется непрерывное поступление глюкозы из кровотока [1, 2]. В норме в течение дня наблюдаются небольшие колебания уровня глюкозы, которые отражают физио­логическую реакцию организма в ответ, например, на прием углеводов с пищей, физическую активность или эмоциональный стресс. Слишком низкие и, наоборот, высокие ее уровни оказывают неблагоприятное влияние на организм. Гипогликемия в первую очередь вызывает дефицит энергии в головном мозге, что приводит к развитию его функциональной недостаточности [2]. Гипергликемия является основным признаком сахарного диабета (СД) и важнейшим фактором развития его осложнений. Таким образом, важно поддерживать уровень глюкозы в пределах нормальных значений [1].

В гомеостазе глюкозы участвуют не только инсулин и глюкагон, но и другие гормоны, а также адипокины [3]. Важную роль в метаболизме глюкозы играют и белки-переносчики, которые обеспечивают ее трансмембранное перемещение. Белками-переносчиками в клетках млекопитающих являются глюкозные транспортеры (ГЛЮТ) и натрий-глюкозные котранс­портеры нескольких типов. Белки семейства ГЛЮТ облегчают диффузию глюкозы, в то время как белки семейства НГЛТ осуществляют активный транспорт D-глюкозы/галактозы и ионов натрия [1, 4, 5]. Движущей силой для активного транспорта глюкозы через белки-переносчики НГЛТ становится концентрационный градиент натрия.

Гипотезу о натрий-глюкозном котранспорте впервые выдвинул Боб Крейн на симпозиуме по мембранному транспорту и метаболизму, состоявшемся в Праге в 1960 г. Ученый описал схему совместного переноса глюкозы и ионов натрия через мембрану щеточной каемки тонкой кишки. Позднее эта гипотеза была подтверждена и расширена в контексте трансэпителиального транспорта не только в кишечнике, но и в других органах и тканях.

С момента клонирования натрий-глюкозного котранспортера 1 (НГЛТ-1) в 1987 г. началось активное изучение строения и функции белков-переносчиков семейства НГЛТ и их роли в поддержании состояния здоровья и развитии различных заболеваний.

На сегодняшний день достигнуты впечатляющие успехи в исследовании генетики, молекулярной био­логии, биохимии, биофизики и структуры белков НГЛТ [5]. Наиболее изученными среди них являются НГЛТ-1 и НГЛТ-2. Согласно опубликованным данным, НГЛТ-2 экспрессированы преимущественно в почках, в то время как тканевая экспрессия НГЛТ-1 практически повсеместна [4, 5]. Роль НГЛТ-2 в норме и при патологии (например, при сахарном диабете или семейной почечной глюкозурии) хорошо изучена, однако о роли НГЛТ-1 знают гораздо меньше.

В данной статье подробно рассматривается функция белков-переносчиков НГЛТ-1 в различных органах и тканях, а также их роль в качестве потенциальной мишени для фармакологического вмешательства при СД 2 типа и других заболеваниях.

Представленность натрий-глюкозного котранспортера 1 в разных органах и тканях и эффекты его ингибирования

Кишечник

НГЛТ-1 является основным кишечным транспортером глюкозы [4, 6]. Большую часть глюкозы организм получает с углеводами пищи. Поступившие в желудочно-кишечный тракт углеводы расщепляются с помощью кишечных ферментов до моносахаридов, которые затем поглощаются ворсинками тонкой кишки. В тонкой кишке НГЛТ-1 локализованы на щеточной каемке энтероцитов и принимают участие в абсорбции глюкозы/галактозы в кровоток [6, 7]. После того как натрий и глюкоза через НГЛТ-1 поступают внутрь энтероцита, они транспортируются к базальной мембране клетки и поступают в кровоток через локализованные на ней каналы – K⁺/Na⁺-аденозинтрифосфатазу (АТФаза) и ГЛЮТ-2 соответственно [6]. Важно отметить, что в кишечнике НГЛТ-1 локализованы не только на апикальной мембране энтероцитов, но и внутри клетки, в субапикальных отделах клетки. Полагают, что расположение НГЛТ-1 во внутриклеточных пузырьках обеспечивает быстрое увеличение количества белков-переносчиков при поступлении в просвет тонкой кишки глюкозы. Повышение количества НГЛТ-1 является физиологической реакцией на увеличение концентрации глюкозы в кишечнике для обеспечения ее эффективного всасывания [6]. У пациентов с СД 2 типа экспрессия НГЛТ-1 на щеточной каемке энтероцитов повышена в 4,3 раза по сравнению со здоровыми лицами, в связи с чем поглощение энтероцитами глюкозы происходит в 3,3 раза быстрее, что обусловливает выраженные постпран­диальные пики гликемии [8]. Блокада НГЛТ-1 поможет смягчить постпран­диальные подъемы уровня глюкозы, уменьшить вариабельность гликемии и улучшить гликемический контроль у пациентов с СД 2 типа, что и было показано в исследованиях с использованием препарата канаглифлозин [9, 10].

Канаглифлозин имеет сродство не только с НГЛТ-2, но и с НГЛТ-1. Соотношение констант ингибирования НГЛТ-2/НГЛТ-1 приблизительно равно 1:200. Это означает, что для ингибирования НГЛТ-2 нужна меньшая концентрация канаглифлозина, чем для ингибирования НГЛТ-1. При приеме канаглифлозина в терапевтической дозе создается достаточная концентрация для одновременной блокады НГЛТ-2 и НГЛТ-1. Соотношение констант ингибирования НГЛТ-2/НГЛТ-1 у селективных ингибиторов НГЛТ-2 на порядок выше, например у эмпаглифлозина 1:2500. Как следствие, в терапевтических дозах эти препараты не ингибируют НГЛТ-1 в той же степени, что и канаглифлозин [11]. В рамках клинических исследований было доказано, что транзиторное ингибирование НГЛТ-1 при приеме канаглифлозина, особенно в дозе 300 мг, значимо снижало пики пост­прандиальной гликемии за счет задержки абсорбции глюкозы в кишечнике в первые два часа после приема пищи как у здоровых лиц [9], так и у пациентов с СД 2 типа [10]. Через два – четыре часа после еды отмечалось постепенное увеличение всасывания глюкозы, в результате чего не происходило ее мальабсорбции [9]. Этот эффект не наблюдался при приеме других препаратов из класса ингибиторов НГЛТ-2. Согласно результатам рандомизированного двойного слепого перекрестного исследования с участием 54 здоровых лиц, проведенного S. Sha и соавт., значимое снижение вариабельности уровня глюкозы в плазме крови после еды относительно исходных показателей наблюдалось при приеме 300 мг канаглифлозина, такого эффекта не отмечалось при применении дапаглифлозина в дозе 10 мг [12]. Данное исследование продемонстрировало важную роль НГЛТ-1 в регуляции постпрандиальной гликемии и позволило рассматривать его в качестве новой мишени для фармакологического воздействия при комплексном лечении СД 2 типа.

Обнаружение НГЛТ-1 в K- и L-клетках тонкой кишки, секретирующих глюкозозависимый инсулинотропный полипептид (ГИП) и глюкагоноподобный пептид 1 (ГПП-1), также имело важное биомедицинское значение. Фармакологическая блокада НГЛТ-1 потенциально может влиять на глюкозозависимую секрецию этих энтерогормонов. Необходимо отметить, что I. Vrhovac и соавт. выявили экспрессию белков НГЛТ-1 во внутриклеточных везикулах только в части K- и L-клеток. Эта гетерогенность может указывать на наличие нескольких субпопуляций или разные функциональные состояния K- и L-клеток [6, 7]. Клиническое значение неоднородности клеточных популяций только предстоит выяснить. Однако уже сегодня есть представление об эффектах временной блокады НГЛТ-1 на глюкозозависимую секрецию ГИП и ГПП-1. Так, T. Hira и соавт. в ходе изучения влияния канаглифлозина на продукцию инкретинов у крыс с ожирением установили, что пероральное введение канаглифлозина одновременно с нагрузкой глюкозой увеличивало уровень общего и активного ГПП-1 и снижало уровень общего и активного ГИП в портальной системе уже через 15 минут. При этом в исследованиях in vitro канаглифлозин напрямую не влиял на высвобождение ГПП-1. Полученные результаты позволили предположить, что пероральное введение канаглифлозина подавляет секрецию ГИП за счет ингибирования НГЛТ-1 в верхних отделах кишечника. В свою очередь ингибирование абсорбции глюкозы в проксимальных отделах тонкой кишки увеличивало концентрацию глюкозы в дистальном отделе тонкой кишки, где локализуются L-клетки, секретирующие ГПП-1. Был сделан вывод, что повышение секреции ГПП-1 при приеме канаглифлозина может быть обу­словлено увеличением доставки глюкозы в нижний отдел тонкой кишки [13].

Установлено также, что бактерии, населяющие дистальный отдел тонкой кишки, метаболизируют глюкозу до короткоцепочечных жирных кислот, которые являются сильными стимуляторами секреции L-клетками ГПП-1 [6, 7].

Кишечные эффекты блокады НГЛТ-1 на метаболический контроль у пациентов с СД 2 типа представлены на рис. 1.

Описанное выше дифференцированное влияние канаглифлозина на уровень инкретинов может обеспечивать дополнительное преимущество при лечении пациентов с СД 2 типа и сопутствующим ожирением [13]. Известно, что снижение инкретинового эффекта, в основном за счет сокращения выработки ГПП-1 при неизменной секреции ГИП, у пациентов с ожирением, нарушенной толерантностью к глюкозе и СД 2 типа является одним из механизмов нарушения секреции инсулина. Поэтому у больных СД 2 типа препараты, оказывающие влияние на синтез инкретинов, имеют потенциальное преимущество перед препаратами без указанного эффекта. Особенно это касается ГПП-1, который помимо прямого глюкозозависимого эффекта на секрецию инсулина обладает множественными положительными эффектами в отношении различных органов и тканей [14]. В частности, ГПП-1 ингибирует секрецию глюкагона как непосредственно за счет прямого воздействия на α-клетки поджелудочной железы, так и опосредованно за счет увеличения синтеза инсулина и соматостатина. Это свойство ГПП-1 имеет крайне важное значение для пациентов с СД 2 типа, у которых часто наблюдаются гиперглюкагонемия и ослабление супрессивного влияния гипергликемии на синтез и секрецию данного гормона. Кроме того, ГПП-1 способен оказывать положительное центральное воздействие. Он стимулирует центры, регулирующие аппетит и энергозатраты, что способствует снижению аппетита и более быстрому наступлению чувства насыщения, а значит, снижению массы тела [15].

Важно отметить, что у пациентов с СД 2 типа отмечается уменьшение секреции ГПП-1, при этом его инсулинотропный эффект остается неизменным.

В отношении ГИП на сегодняшний день получены противоречивые данные. Большинство авторов указывают на уменьшение инсулинотропного действия ГИП вне зависимости от его уровня в плазме крови у пациентов с СД 2 типа [14]. ГИП оказывает противоположное ГПП-1 влияние на центры голода и насыщения в головном мозге – повышает аппетит и замедляет наступление чувства насыщения. Неоднозначные данные получены и о влиянии ГИП на секрецию глюкагона. В частности, одни исследователи сообщают о том, что ГИП стимулирует секрецию глюкагона, другие – об отсутствии такого эффекта [15].

Снижение продукции ГИП при ингибировании кишечных НГЛТ-1 не сопровождается существенным негативным влиянием на метаболический контроль у пациентов с СД 2 типа, особенно при сохранении и даже повышении секреции ГПП-1.

Таким образом, эффекты канаглифлозина на секрецию ГИП и ГПП-1 в целом можно считать положительными и имеющими важное клиническое значение. Однако для подтверждения результатов, полученных в экспериментах на животных, необходимо проведение клинических исследований.

Почки

Глюкоза, находящаяся в плазме крови, свободно проходит через клубочковый фильтр в пространство Боумена – Шумлянского вместе с водой, электролитами, мочевиной и другими низкомолекулярными веществами [16, 17]. Так, в первичную мочу за сутки поступает около 180–200 г отфильтрованной глюкозы [16, 17]. Для предотвращения потери такого количества важного энергетического субстрата в проксимальном отделе почечных канальцев предусмотрен механизм реабсорбции глюкозы [7, 16–18]. Реабсорбция глюкозы осуществляется с помощью активного котранспорта глюкозы и натрия через белки-переносчики семейства НГЛТ, расположенные на апикальной мембране эпителиоцитов почечных канальцев. В сегментах S1 и S2 локализованы НГЛТ-2 – основные транспортеры глюкозы в почках, отвечающие за реабсорбцию 90% отфильтрованной глюкозы. После поступления внутрь клеток почечного эпителия глюкоза с помощью НГЛТ-2 по механизму облегченной диффузии проходит через белки-транспортеры ГЛЮТ-2 базолатеральной мембраны в плазму крови. Аналогичным образом происходит трансмембранный перенос глюкозы в сегменте S3 проксимального почечного канальца. В данном случае за транспорт глюкозы через апикальную мембрану отвечают НГЛТ-1. В норме в этом отделе почечных канальцев происходит реабсорбция оставшихся 10% глюкозы. Такой двухэтапный процесс реабсорбции обеспечивает полное всасывание глюкозы (при гликемии < 10 ммоль/л) к тому моменту, когда фильтрат достигает конца проксимального канальца [8, 16–18]. В норме этот механизм предотвращает потерю глюкозы, жизненно необходимой для работы всех систем организма, в первую очередь головного мозга [1].

У пациентов с СД 2 типа количество НГЛТ-2 и ГЛЮТ-2 в почках увеличивается многократно, и белки-переносчики начинают захватывать больше глюкозы, что способствует развитию гипергликемии [19]. Признаком увеличения количества транспортеров глюкозы в почках является повышение почечного порога гликемии, который у пациентов с СД 2 типа в среднем может достигать 13,8 ммоль/л [20]. Так физиологический процесс реабсорбции глюкозы у больных СД 2 типа становится патологическим. Патологическая реабсорбция является одним из звеньев поддержания высокого уровня глюкозы в крови. На это звено направлено действие ингибиторов НГЛТ-2, которые блокируют белки-транспортеры НГЛТ-2 и обеспечивают инсулиннезависимое сахароснижающее действие, а также способствуют некоторому снижению массы тела за счет выведения глюкозы с мочой [21]. Однако при блокировании НГЛТ-2 проксимального извитого канальца их функцию реабсорбции глюкозы берут на себя белки-переносчики НГЛТ-1, которые в данном случае могут захватывать до 30–45% глюкозы из первичной мочи. Это объясняет парадоксально низкий эффект (уменьшение реабсорбции глюкозы на 30–50% при ожидаемых > 80%) селективных ингибиторов НГЛТ-2 [22, 23].

В связи со сказанным ранее при лечении пациентов с СД 2 типа одновременная блокада НГЛТ-2 и НГЛТ-1 может иметь потенциальное преимущество перед селективным ингибированием только НГЛТ-2. Данную гипотезу подтверждают результаты экспериментальных и клинических исследований. Например, в работе V. Sokolov и соавт. ингибирование НГЛТ-1 почечных канальцев канаглифлозином способствовало дополнительной экскреции глюкозы с мочой (порядка 10% от суточной), чего не наблюдалось на фоне применения дапаглифлозина или эмпаглифлозина. Это различие было обусловлено способностью препаратов блокировать НГЛТ-1 (наибольшая у канаглифлозина). Исследование было выполнено на модели количественной системной фармакологии почечной фильтрации глюкозы, НГЛТ-опосредованной реабсорбции и экскреции глюкозы с мочой [24]. Способность канаглифлозина более эффективно увеличивать экскрецию глюкозы с мочой также была продемонстрирована в исследовании S. Sha и соавт. [12]. Уровень суточной экскреции глюкозы с мочой при применении 300 мг канаглифлозина был на 26% выше, чем при приеме 10 мг дапаглифлозина [12].

На настоящий момент времени прямого сравнения эффектов разных ингибиторов НГЛТ-2 на экскрецию глюкозы с мочой у пациентов с СД 2 типа не проводилось, однако можно предположить, что дополнительное ингибирование НГЛТ-1 может обеспечивать некоторое преимущество в достижении лучшего метаболического контроля, в том числе за счет влияния на почки.

В ходе исследований на животных моделях была открыта экспрессия НГЛТ-1 в области macula denca (MD) и их роль в прогрессировании гиперфильтрации [25], которая является важнейшим фактором прогрессирования диабетической нефропатии [26]. Согласно сосудистой теории развития гиперфильтрации, повышенная экспрессия НГЛТ-2 в проксимальных канальцах усиливает реабсорбцию глюкозы и натрия, что приводит к снижению доставки натрия к клеткам MD. Это в свою очередь подавляет действие тубулогломерулярной обратной связи (ТГОС) и приводит к расширению афферентных артериол, увеличению гидростатического давления в капиллярах клубочков и скорости клубочковой фильтрации (СКФ). Ингибирование НГЛТ-2 способствует восстановлению ТГОС в нефроне, а также снижению гиперфильтрации и гломерулярной гипертензии. Однако, если глюкоза не была полностью реабсорбирована в проксимальном почечном канальце (например, при гипергликемии, превышающей почечный порог глюкозы у пациентов с СД, или при приеме ингибиторов НГЛТ-2), она захватывается НГЛТ-1 плотного пятна. Поступление глюкозы в клетки MD, опосредованное НГЛТ-1, увеличивает активность синтазы оксида азота (NO-синтазы). Повышенное образование NO в области плотного пятна приводит к подавлению ТГОС и расширению афферентной артериолы с последующим повышением гидростатического капиллярного давления в почечных клубочках и прогрессированием гиперфильтрации (рис. 2). Ингибирование НГЛТ-1 нивелирует эти эффекты: снижается активность NO-синтазы, восстанавливается ТГОС, уменьшается риск развития гиперфильтрации и почечного повреждения [25, 27].

Таким образом, одновременная блокада НГЛТ-1 и НГЛТ-2 может предотвратить индуцированную внутриканальцевой гипергликемией инактивацию MD-ТГОС и, следовательно, снижение клубочковой гиперфильтрации при СД.

Для подтверждения роли НГЛТ-1 в развитии гиперфильтрации у пациентов с СД 2 типа и определения долгосрочной эффективности и терапевтического потенциала вмешательств, направленных на НГЛТ-1, необходимо проведение хорошо спланированных исследований [27].

Миокард

Не так давно было установлено, что кардиомиоциты (КМЦ) человека экспрессируют на своей поверхности НГЛТ-1 [6, 28, 29]. Кроме того, некоторые авторы указывают, что в сердце человека НГЛТ-1 экспрессируют эндотелиоциты мелких сосудов [6]. В отличие от НГЛТ-1 котранспортеры 2 не обнаруживаются в миокарде ни у здоровых лиц, ни у лиц с СД 2 типа [28]. Важно отметить, что в норме поступление глюкозы в КМЦ преимущественно осуществляется с помощью белков семейства ГЛЮТ, в том числе инсулинзависимого ГЛЮТ-4 [30], НГЛТ-1 не играют существенной роли в обеспечении трансмембранного транспорта глюкозы внутрь клеток [31]. Однако у пациентов с СД 2 типа количество НГЛТ-1 в кардиомиоцитах увеличивается и их роль в утилизации глюкозы значимо возрастает [31].

Вместе с глюкозой внутрь клетки приникает Na⁺ (с каждым 1 ммоль глюкозы в КМЦ перемещается два иона натрия), что способствует повышению его внутриклеточной концентрации. Увеличение уровня внутриклеточного Na⁺ приводит к перегрузке цитоплазмы КМЦ ионами Са²⁺ за счет активации натрий-кальциевого транспортера. Ионы поступают в саркоплазматический ретикулум, а их высокая концентрация ассоциируется с повышением риска развития аритмии. В то же время увеличение концентрации Na⁺ внутри КМЦ способствует усилению оксидативного стресса. Это происходит за счет активации митохондриального Na⁺/Ca²⁺-обменника, способствующего снижению уровня Са²⁺ в митохондриях. Уменьшение концентрации свободного кальция в митохондриях в свою очередь приводит к замедлению скорости образования восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФН), необходимого для нейтрализации активных форм кислорода, которые образуются при работе митохондрий [29, 31, 32].

Клиническая значимость указанных выше изменений была продемонстрирована в недавнем исследовании H. Kondo и соавт., обнаруживших, что уровень экспрессии НГЛТ-1 в КМЦ коррелировал с выраженностью оксидативного стресса, факторами повреждения миокарда и уровнем провоспалительных маркеров. Оксидативный стресс в свою очередь способствовал апоптозу КМЦ и поддержанию хронического воспаления, что приводило к развитию миокардиального фиброза и сердечной дисфункции [28]. Снижение содержания Са²⁺ в митохондриях также ассоциировалось с нарушением в цепи переноса электронов и, как следствие, энергетического баланса КМЦ за счет снижения выработки АТФ [33].

Фармакологическая блокада НГЛТ-1 снижает оксидативный стресс за счет активации АМФ-активируемой протеинкиназы (АМФК) КМЦ, что опосредует подавление НАДФН-оксидазы и обеспечивает значимый антиоксидантный эффект. Снижение оксидативного стресса наряду с повышением активности АМФК связано с восстановлением активности NO-синтазы, что приводит к повышению выработки NO. В совокупности эти механизмы способствуют подавлению воспалительной реакции, повышению выживаемости КМЦ и снижению миокардиального повреждения при СД 2 типа (рис. 3).

H. Kondo и соавт. также установили, что двойной ингибитор НГЛТ-1 и НГЛТ-2 канаглифлозин подавлял активность НАДФН-оксидазы, увеличивал биодоступность тетрагидробиоптерина (кофактора NO-синтазы) и соответственно активность NO-синтазы [28]. Ученые также отметили снижение экспрессии провоспалительных и проапоптотических сигналов в КМЦ и повышение экспрессии генов сигнальных путей, отвечающих за выживаемость клеток. Важно отметить, что канаглифлозин вне зависимости от дозы достоверно уменьшал выраженность оксидативного стресса в КМЦ. В отличие от канаглифлозина селективный ингибитор НГЛТ-2 эмпаглифлозин не способствовал снижению оксидативного стресса в клетках миокарда.

Представленные результаты описывают важный НГЛТ-1-опосредованный механизм дополнительной кардиопротекции при применении препаратов с ингибирующей активностью в отношении этого котранспортера, например канаглифлозина [19].

Легкие

В легких человека НГЛТ-1 локализуются на поверхности альвеолоцитов 2 и внутри клеток Клара бронхиол [6, 34]. Обнаружение НГЛТ-1 именно в альвеолоцитах 2 позволило предположить, что эти белки-переносчики глюкозы могут участвовать в синтезе сурфактанта, обеспечивая данный процесс энергетическим субстратом. С учетом этой функции НГЛТ-1 в легких некоторые авторы высказывают опасение, что фармакологическая блокада переносчиков глюкозы может ухудшить продукцию сурфактанта [6]. Однако на настоящий момент времени не было получено подтверждения этого неблагоприятного эффекта ингибирования НГЛТ-1 на фоне применения современных сахароснижающих препаратов из класса ингибиторов НГЛТ-2, в том числе неселективного канаглифлозина.

В исследованиях на животных моделях также показано, что НГЛТ-1 могут участвовать в регуляции объема поверхностной жидкости дыхательных путей (ASL) и обеспечении низких концентраций глюкозы в ASL [6, 34]. Известно, что глюкоза свободно диффундирует в ASL как через эпителиальную мембрану, так и параклеточным путем, однако в норме в ASL уровни глюкозы примерно в 12,5 раз ниже, чем в плазме крови. Относительно низкие концентрации глюкозы в ASL обеспечиваются за счет активного удаления глюкозы через трансмембранные переносчики глюкозы (НГЛТ-1, ГЛЮТ) против ее градиента концентрации, что способствует защите легких от инфекции. Как в исследованиях на животных моделях, так и в исследованиях гистологических препаратов легких человека было установлено, что захват глюкозы внутрь клеток с помощью НГЛТ-1 является основным механизмом апикального транс­порта глюкозы из ASL в дистальных отделах дыхательных путей. На сегодняшний день нет точной информации о том, какие переносчики глюкозы участвуют в базолатеральном трансмембранном транспорте глюкозы в легких, однако некоторые авторы полагают, что эту функцию выполняют белки семейства ГЛЮТ [34].

Установлено, что при респираторных заболеваниях (например, при обострении хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), тяжелом течении бронхиальной астмы), а также при гипергликемии концентрация глюкозы в ASL повышается за счет увеличения скорости ее диффузии из плазмы крови [34]. Это может быть одной из причин большей подверженности пациентов с СД заражению респираторными инфекциями, часто вызываемыми метициллин-резистентным Staphylococcus aureus (MRSA) или Pseudomonas aeruginosa [34, 35]. Известно, что S. aureus и P. aeruginosa используют глюкозу в качестве субстрата для размножения и роста [34]. В исследованиях на лабораторных животных показано, что повышение уровня глюкозы в ASL связано с увеличением пролиферации этих патогенов в легких [35, 36].

Кроме того, получены данные о том, что СД является фактором, предрасполагающим к заселению верхних отделов дыхательных путей золотистым стафилококком [37], и пациенты с плохим гликемическим контро­лем более восприимчивы к инфекции, вызванной MRSA [38]. У пациентов с ХОБЛ и сопутствующим СД гораздо чаще, чем у пациентов с ХОБЛ без диабета, в мокроте обнаруживаются грамотрицательные микроорганизмы [39].

В связи с тем что одним из ведущих факторов, ассоциированных с развитием респираторных инфекций, является высокая концентрация глюкозы в ASL, а за ее снижение отвечает в основном НГЛТ-1, T. Oliveira и соавт. изучили роль активности этих белков-переносчиков глюкозы в легких на концентрацию глюкозы в ASL и бактериальную пролиферацию [35]. Для этого исследователи интраназально вводили здоровым крысам и крысам с СД физиологический раствор, изопротеренол (для увеличения активности НГЛТ-1) или флоризин (для ингибирования НГЛТ-1) и через два часа определяли концентрацию глюкозы и пролиферацию MRSA и P. aeruginosa в бронхоальвеолярном лаваже (БАЛ). Кроме того, иммуногистохимическим методом был проанализирован уровень экспрессии НГЛТ-1 на клетках альвеолярного эпителия. Согласно полученным результатам, у животных с диабетом изопротеренол стимулировал миграцию НГЛТ-1 к апикальной мембране альвеолярных клеток и снижал концентрацию глюкозы в БАЛ, тогда как неселективный ингибитор НГЛТ-1 и НГЛТ-2 флоризин, наоборот, увеличивал концентрацию глюкозы в БАЛ. Это сопровождалось изменением пролиферации MRSA in vitro и P. aeruginosa в БАЛ (r = 0,9651 и r = 0,9613 соответственно; p < 0,05). Авторы исследования сделали вывод о наличии связи между активностью НГЛТ-1, концентрацией глюкозы в ASL и легочной бактериальной пролиферацией, а также предположили, что у пациентов с СД повышенная активность НГЛТ-1 может предотвращать бактериаль­ную пролиферацию, тогда как ингибирование НГЛТ-1 – повышать риск бактериальных инфекций [35].

Несомненно, переносить результаты этой экспериментальной работы на препараты, используемые у пациентов с СД 2 типа в клинической практике, нельзя. Во-первых, аналогичных работ, доказавших увеличение уровня глюкозы в ASL и бактериальной пролиферации при ингибировании НГЛТ-1, у людей проведено не было. Во-вторых, флоризин, используемый в исследовании T. Oliveira и соавт. для снижения активности НГЛТ-1, значимо отличается по своим фармакодинамическим и фармакокинетическим свойствам от современных ингибиторов НГЛТ-2, в том числе канаглифлозина [40].

На сегодняшний день не было опубликовано данных об увеличении риска развития респираторных инфекций при применении сахароснижающих препаратов из класса глифлозинов.

В исследовании A. Astrand и соавт. применение дапаглифлозина способствовало снижению роста и выживаемости бактерий в легких за счет снижения доступности глюкозы в ASL, что было связано с нормализацией уровней глюкозы в плазме крови [41]. Можно предположить, что эффект неселективных ингибиторов НГЛТ-2, в частности канаглифлозина, на пролиферацию и жизнеспособность бактерий в легких может быть аналогичным, так как важное значение имеет именно достижение целевой гликемии.

Полагаем, что оценка влияния канаглифлозина на транспорт глюкозы и абсорбцию жидкости в легких должна стать темой дальнейших научных исследований. Кроме того, еще предстоит изучить, какая из многочисленных функций клеток Клара зависит от НГЛТ-1-опосредованной доставки внутриклеточной глюкозы [34].

Трахея и бронхи

В недавних исследованиях на животных моделях было показано, что эпителиальные клетки трахеи и бронхов тоже экспрессируют НГЛТ-1 [6, 34]. С помощью НГЛТ-1, а также белков семейства ГЛЮТ поддерживаются низкие концентрации глюкозы в ASL. В отличие от легких преобладающими переносчиками глюкозы на мембранах эпителиальных клеток трахеи, бронхов и бронхиол являются ГЛЮТ [34]. Вопрос, экспрессируют ли клетки дыхательных путей человека НГЛТ-1, так же как у животных, остается открытым [6, 34]. Однако уже сегодня можно сделать заключение, что клинически значимого увеличения уровня глюкозы в ASL трахеи и бронхов при ингибировании НГЛТ-1 и, следовательно, риска инфицирования трахеи и бронхов ожидать не стоит [34].

Печень

Экспрессия НГЛТ-1 в желчных протоках печени впервые была обнаружена в исследованиях на лабораторных животных [42]. В 2015 г. I. Vrhovac и соавт. подтвердили наличие НГЛТ-1 в печени людей. У человека, так же как у крыс, НГЛТ-1 экспрессированы на апикальной мембране эпителиальных клеток желчных протоков и не обнаруживаются в гепатоцитах [6]. Благодаря этому НГЛТ-1 могут опосредованно регулировать реабсорбцию воды из желчи. В исследованиях на лабораторных животных было показано, что глюкоза поступает из гепатоцитов в желчь пассивно по градиенту концентрации, а затем реабсорбируется в желчных протоках за счет активного натрий-глюкозного котранспорта [43, 44]. Реабсорбция глюкозы в желчных протоках также обеспечивала осмотическую движущую силу для реабсорбции воды через аквапорины [45]. По мнению некоторых авторов, этот механизм может объяснять нарушение оттока желчи и повышение риска развития холестаза у лиц с СД (рис. 4) [6].

На основании результатов экспериментальных работ было выдвинуто предположение, что обратимое ингибирование НГЛТ-1 может увеличить секрецию желчи и предотвратить развитие холестаза при СД 2 типа [6]. Однако для его подтверждения необходимо провести хорошо спланированные клинические исследования.

Поджелудочная железа

Эндокринная часть поджелудочной железы высокочувствительна к уровням гликемии, что позволяет тонко регулировать гомеостаз глюкозы в организме. За трансмембранный транспорт в клетках поджелудочной железы ответственны белки-переносчики семейства ГЛЮТ.

Недавно было обнаружено, что α-клетки островков Лангерганса у мышей и человека экспрессируют НГЛТ-1, обеспечивая натрий-зависимый транспорт глюкозы внутрь клеток, секретирующих глюкагон. В более ранних работах также сообщалось о наличии на поверхности α-клеток белков НГЛТ-2, однако в дальнейшем эти данные не получили подтверждения. Интересно, что более высокий уровень экспрессии НГЛТ-1 в α-клетках островков Лангерганса напрямую был связан с гиперсекрецией глюкагона в моделях диабета [46].

Эта особенность экспрессии белков семейства НГЛТ на поверхности α-клеток может лежать в основе различия влияния разных препаратов из класса ингибиторов НГЛТ-2 на секрецию глюкагона. Так, в нескольких клинических исследованиях было показано, что применение селективных ингибиторов НГЛТ-2 дапаглифлозина и эмпаглифлозина у пациентов с СД 2 типа сопровождалось повышением секреции глюкагона [47, 48]. В то же время прием неселективного канаглифлозина, наоборот, способствовал снижению концентрации глюкагона в плазме крови. T. Suga и соавт. на основании результатов своей исследовательской работы сделали выводы о том, что данный эффект может быть обусловлен именно блокированием канаглифлозином НГЛТ-1 в α-клетках поджелудочной железы [46]. Вероятнее всего, повышение концентрации глюкагона при применении селективных ингибиторов НГЛТ-2 происходит компенсаторно в ответ на резкое снижение гликемии. Временная блокада НГЛТ-1 позволяет смягчить действие этого компенсаторного механизма [46]. Подтверждение этих экспериментальных данных недавно было получено в клиническом исследовании T. Kadowaki и соавт. Добавление канаглифлозина к терапии ингибитором дипептидилпептидазы 4 не сопровождалось повышением уровня глюкагона у пациентов с СД 2 типа [49].

Слюнные железы

При изучении белков-переносчиков глюкозы в разных органах и тканях было выявлено, что на мембранах эпителиальных клеток слюнных желез тоже присутствуют НГЛТ-1. Здесь они отвечают за реабсорбцию глюкозы и натрия и, как следствие, за уменьшение количества секретируемой в слюнные протоки воды.

В экспериментальных исследованиях на лабораторных животных с СД и артериальной гипертензией обнаружена повышенная экспрессия НГЛТ-1 на базолатеральной мембране клеток протоков слюнных желез [50, 51]. При этом отмечалось уменьшение количества НГЛТ-1 на поверхности миоэпителиоцитов околоушной слюнной железы у крыс с СД, что могло затруднять отток слюны из-за снижения сократительной активности этих клеток [50]. В дальнейшем было установлено, что увеличение экспрессии НГЛТ-1 в ацинарных клетках слюнных желез у животных с СД или артериальной гипертензией снижало количество выделяемой слюны. Кроме того, было выявлено, что симпатическая стимуляция способствовала увеличению количества НГЛТ-1 на мембранах клеток слюнных протоков [51, 52].

Результаты указанных выше работ позволили вы­двинуть гипотезу о том, что гипосаливация у лиц с СД и артериальной гипертензией может быть обусловлена увеличением экспрессии НГЛТ-1 (рис. 5) [53].

Снижение слюноотделения способствует развитию заболеваний зубов, десен и слюнных желез [53].

К сожалению, на сегодняшний день нет данных клинических исследований о потенциально положительных эффектах временной фармакологической блокады НГЛТ-1 на саливацию у пациентов с СД 2 типа.

Матка

Для имплантации эмбриона требуется создание благоприятной среды в матке. Ключевым метаболическим изменением, которое происходит на ранних сроках беременности, является повышение содержания гликогена в эндометрии. Накопление гликогена требует предварительного поглощения глюкозы клетками. Гликоген в свою очередь необходим для обеспечения гистиотрофного питания плода на ранних сроках беременности. Децидуализация стромальных клеток эндометрия также требует поглощения повышенного уровня глюкозы. В связи с этим обеспечение трансмембранного переноса глюкозы является крайне важным для благоприятного исхода беременности.

Основными переносчиками глюкозы в эндометрии считаются белки семейства ГЛЮТ. Однако поглощение глюкозы посредством активного транспорта с помощью НГЛТ-1 также играет важную роль в процессах накопления внутриклеточной глюкозы, необходимой для обеспечения децидуализации эндометрия и синтеза гликогена.

В исследовании на лабораторных животных было показано снижение содержания гликогена в эндометрии, а также более мелкий размер помета и низкий вес при рождении от мышей с дефицитом НГЛТ-1 [54].

У пациенток с идиопатическим бесплодием отмечается значительное снижение ГЛЮТ-1 в клетках эндометрия [55].

Не так давно M.S. Salker и соавт. также выявили снижение экспрессии НГЛТ-1 во время окна имплантации у пациенток с привычным невынашиванием беременности по сравнению с контрольной группой [54]. На основании полученных результатов авторы сделали вывод, что относительный дефицит НГЛТ-1 в эндометрии человека при имплантации может предрасполагать к ранней неудаче беременности и повышению риска акушерских осложнений, в том числе к задержке роста плода. Поэтому рекомендовано проявлять особую осторожность при назначении препаратов, ингибирующих активность НГЛТ-1, пациенткам репродуктивного возраста с СД 2 типа как до зачатия, так и во время беременности [54].

Предстательная железа

НГЛТ-1 слабо экспрессируются в эпителиальных клетках здоровой предстательной железы. Однако их экспрессия значительно повышается не только в эпителиальных, но и в стромальных клетках простаты при доброкачественной гиперплазии и особенно при простатической интраэпителиальной неоплазии и раке предстательной железы. У пациентов с раком предстательной железы эпителиальные клетки также начинают экспрессировать НГЛТ-2 [56–58].

Обнаружение нового механизма поступления глюкозы внутрь раковых клеток, нуждающихся в больших количествах глюкозы для роста и выживания, открывает новую потенциальную точку приложения лекарственных средств, направленных на снижение жизнеспособности раковых клеток предстательной железы [56].

Еще в 2013 г. J. Ren и соавт. опубликовали результаты исследования, свидетельствующие о том, что снижение активности НГЛТ-1 его ингибитором (флоринсином) сенсибилизировало раковые клетки предстательной железы к лечению ингибиторами тирозинкиназы рецепторов эпидермального фактора роста [59].

На сегодняшний день активно изучаются потенциальные положительные эффекты ингибиторов НГЛТ-2 у пациентов с раком предстательной железы [58]. Например, в исследованиях in vitro канаглифлозин ингибировал пролиферацию и клоногенную выживаемость раковых клеток, а также способствовал увеличению эффективности химиотерапии доцетакселом и лучевой терапии. Стоит отметить, что дапаглифлозин не оказывал аналогичного действия, что может указывать на ключевое значение блокады НГЛТ-1, которая обеспечивает не только снижение захвата глюкозы раковыми клетками, но и ингибирование митохондриального дыхания, поддерживаемого комплексом I [58–60].

Представленные результаты заслуживают внимания и дальнейшего изучения в хорошо спланированных доклинических и клинических исследованиях.

Заключение

Белки-переносчики НГЛТ-1 представлены в разных органах и тканях человека и участвуют во многих физиологических и патологических процессах. На сегодняшний день хорошо изучена роль кишечных НГЛТ-1, в частности у пациентов с СД 2 типа. В связи с тем что у лиц с СД 2 типа количество и активность НГЛТ-1 в тонкой кишке значимо увеличиваются, эти белки-переносчики начинают поглощать больше глюкозы, обеспечивая выраженные постпрандиальные пики гликемии. Известно, что постпран­диальная гипергликемия ухудшает прогноз у пациентов с СД 2 типа вне зависимости от уровня глюкозы в крови натощак. Именно высокие показатели постпрандиальной глюкозы связаны с повышенным риском развития макрососудистых осложнений СД, сердечно-сосудистой смерти и смерти от всех причин, поэтому при лечении пациентов с СД 2 типа крайне важно обращать внимание именно на значения глюкозы в крови после еды и включать в схемы лечения те препараты, которые способны оказывать влияние на выраженность пост­прандиальных пиков, например на неселективные ингибиторы НГЛТ-2, которые обеспечивают одновременную блокаду НГЛТ-1 и НГЛТ-2.

Приведенные в статье данные свидетельствуют, что дополнительная блокада НГЛТ-1 канаглифлозином обеспечивает более плавное всасывание глюкозы из пищи, что позволяет сгладить постпрандиальные пики гликемии.

Наличие НГЛТ-1 в почечных канальцах может объяснить феномен меньшей эффективности селективных ингибиторов НГЛТ-2. При блокаде НГЛТ-2 в почке их функцию частично берут НГЛТ-1, увеличивая свой вклад в реабсорбцию глюкозы – с 10 до 30–50%. В связи с этим применение неселективных ингибиторов НГЛТ-2, например канаглифлозина, может обеспечить лучший гликемический контроль за счет более выраженного глюкозурического действия в дополнение к эффекту блокады кишечных НГЛТ-1.

Не исключено участие НГЛТ-1 в формировании клубочковой гиперфильтрации и прогрессировании диа­бетической нефропатии. НГЛТ-1, расположенные в области плотного пятна, потенциально могут регулировать сосудистый тонус. Так, при появлении глюкозы в почечных канальцах в области плотного пятна, например при выраженной гипергликемии или приеме ингибиторов НГЛТ-2, НГЛТ-1 обеспечивают захват глюкозы внутрь клеток MD c активацией каскада реакций, приводящих к расширению афферентной артериолы и повышению гиперфильтрации. Ингибирование НГЛТ-1 нивелирует эти эффекты, снижая выраженность клубочковой гиперфильтрации. С указанным механизмом могут быть связаны нефропротективные эффекты одного из ингибиторов НГЛТ-2 канаглифлозина, который активно применяется в нашей клинической практике. Однако для подтверждения этой гипотезы необходимо проведение дальнейших, хорошо спланированных клинических исследований.

Не меньший интерес вызывает роль НГЛТ-1 в миокарде пациентов с СД 2 типа. НГЛТ-1 практически не участвуют в транспорте глюкозы в норме, но становятся активными игроками в этом процессе при СД. Активный захват глюкозы КМЦ через НГЛТ-1 запускает ряд патологических путей, способствующих развитию оксидативного стресса, миокардиального фиброза и поддержанию хронического воспаления. Ингибирование НГЛТ-1 оказывает выраженный кардиопротективный эффект, связанный с подавлением перечисленных патологических процессов.

Изучение локализации и функции НГЛТ-1 в кишечнике, почках и миокарде помогло понять метаболические и органопротективные эффекты неселективных ингибиторов НГЛТ-2 (канаглифлозина). Новые данные о локализации и предположительной роли НГЛТ-1 в легких, печени, поджелудочной железе, эндометрии и других органах и тканях должны стать предпосылкой для проведения дальнейших клинических исследований, в том числе с участием лиц с СД 2 типа. Более подробное изучение физиологических и патологических функций этих белков-переносчиков может открыть новые возможности в ведении сопутствующих состояний у данной группы больных. 

Информация о финансовой поддержке работы

 Независимая публикация.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.