Promising Directions for Regulating Signaling Pathways Involved in the Type 2 Diabetes Mellitus Development

Full Text

Сокращения: СД2 – сахарный диабет 2-го типа; GLUT4 – глюкозный транспортер 4-го типа; IRS1 – субстрат инсулинового рецептора 1; PI3K – фосфоинозитид-3-киназа; MAPK – митоген-активируемая протеинкиназа; PTP1β – протеинтирозинфосфатаза 1β; AMPK – 5'-аденозинмонофосфат-активируемая протеинкиназа; Erk1 – внеклеточная сигнал-регулируемая киназа 1; SIRT1 – сиртуин 1; PGC-1α – транскрипционный коактиватор рецептора γ, активирующий пролифератор пероксисомы 1; FOXO1 – фактор транскрипции, кодируемый геном FOXO1; mTOR – мишень пути рапамицина; 11β-HSD1 – 11β-гидроксистероиддегидрогеназа; FFA – свободные жирные кислоты; GLP-1 – глюкагоноподобный пептид-1; GIP – глюкозозависимый инсулинотропный полипептид; DPP-4 – дипептидилпептидаза-4; SGLT2 – натрий-глюкозный котранспортер 2-го типа; QSAR – количественное соотношение структура–свойство; GFAT – глутаминфруктозо-6-фосфатаминотрансфераза; CCN3 – сверхэкспрессируемый ген нефробластомы; PPAR-γ – гамма-рецептор, активируемый пролифератором пероксисом; Nrf2 – ядерный фактор, связанный с эритроидным фактором 2.

1. ВВЕДЕНИЕ

Около 422 миллионов человек во всем мире живут с сахарным диабетом, большинство из них – из стран с низким и средним уровнем дохода; с диабетом напрямую связаны 1.5 миллиона смертей ежегодно. Глобальный отчет Всемирной организации здравоохранения о диабете показывает, что число взрослых, больных сахарным диабетом, увеличилось почти в 4 раза с 1980 г. до 422 миллионов, с предположительным ростом до 693 миллионов человек к 2045 г. [1, 2]. Заболевание характеризуется высоким уровнем глюкозы в крови из-за дефицита концентрации и/или активности инсулина – гормона поджелудочной железы, участвующего в обмене глюкозы [3].

В последнее десятилетие было разработано много пероральных лекарственных препаратов для лечения сахарного диабета 2-го типа (СД2) [4]. К основным мишеням, на которые действуют данные препараты, относятся стимуляторы секреции инсулина, имитаторы и сенсибилизаторы инсулина, а также ингибиторы α-амилаз [5]. Эффективность и безопасность новых зарегистрированных препаратов еще предстоит подробно изучить [3]. На данный момент в стандартной терапии СД2 в качестве пероральных препаратов широко применяют метформин и акарбозу [6].

Необходимость в разработке терапевтических препаратов с меньшим количеством побочных эффектов до сих пор не удовлетворена из-за ограниченной эффективности более низких доз [7, 8]. В будущем разработка терапевтических средств для лечения сахарного диабета должна следовать целостному подходу. По мнению Kanwal et al. [9], стратегии разработки лекарств должны быть нацелены на изучение механизмов эффективного гликемического контроля. Поиск новых мишеней – важный этап в формировании новых терапевтических стратегий для лечения СД2. Новые препараты должны иметь более выраженную эффективность и смягчать прогрессирование вызванных диабетом сердечно-сосудистых осложнений [9].

У веществ природного происхождения во множестве исследований подтверждено выраженное сродство к мишеням, ответственным за развитие патологических процессов при СД2. На данный момент растет интерес к биоактивным пептидам, фитохимическим препаратам, низкомолекулярным препаратам из других природных источников как к более безопасным и многообещающим противодиабетическим средствам [10, 11].

2. ТРАНСПОРТЕРЫ ГЛЮКОЗЫ (GLUT)

Транспортеры глюкозы (GLUT) переносят глюкозу через клеточные мембраны методом упрощенной диффузии. Поглощение глюкозы клеткой опосредовано GLUT, а метаболизм глюкозы – фосфорилированием глюкокиназой. GLUT4 – это инсулинозависимый переносчик глюкозы, который обнаружен в сердце, скелетных мышцах, жировой ткани и мозге, он присутствует в цитоплазме клеток в везикулах, из которых транслоцируется на плазматическую мембрану под действием инсулина (рис. 1). Такое инсулин-направленное рекрутирование GLUT4 приводит к 10–20-кратному увеличению транспорта глюкозы. Дефектная транслокация GLUT4 – признак инсулинорезистентности, важного предшественника СД2 [12].

2.1. Активаторы GLUT

Выявление изменений в поглощении сахара метаболически нарушенными клетками привело к разработке терапевтических подходов, направленных на транспорт глюкозы. Наряду с развитием диетотерапии были разработаны прямые методы модуляции переноса глюкозы в клетку [13]. Инсулин вызывает быструю транслокацию GLUT4 из везикул в плазматическую мембрану мышечной и жировой ткани [14]. Метформин снижает резистентность клеток к инсулину, индуцируя транслокацию GLUT4 [15]. Основные механизмы, лежащие в основе эффекта метформина на GLUT4-опосредованный транспорт глюкозы, представляют собой изменения в медиаторах сигнального пути инсулина, активацию AMPK, эпигенетические модификации и усиление транспорта через GLUT4 [16].

В настоящее время метформин – препарат первого выбора и наиболее часто используемое противодиабетическое лекарственное средство. Первоначально метформин был получен из галегина, обнаруженного в лекарственном растении Galega officinalis [17]. Однако метформин в его эффективных дозах (500 или 1000 мг в сутки) часто вызывает побочные эффекты со стороны желудочно-кишечного тракта и противопоказан при нарушении функции почек [18]. Другие вещества из природных источников также демонстрируют способность активировать GLUT. Экстракт женьшеня (Panax ginseng C.A. Mey) усиливает экспрессию GLUT1 и GLUT4 в печени, мышцах и значительно снижает уровень глюкозы в крови натощак у людей с СД2, добавки с женьшенем в том числе приводили к снижению у людей с СД2 постпрандиального уровня глюкозы (наблюдаемого после приема пищи) [19]. Применение экстракта женьшеня в дозе 200 мг/кг в течение 12 недель у крыс с диабетом приводит к повышению экспрессии GLUT4, что, вероятнее всего, связано с содержанием сапонина гингенозида R1 в экстракте Panax ginseng (табл. 1). Водные экстракты листьев одуванчика Taraxacum officinale оказывают гипогликемическое действие у крыс с диабетом при хроническом введении экстракта в дозе 2.4 г/кг в течение 4 недель. Гипогликемическое действие экстракта связывают с содержанием флавоноидов, фенольных соединений, сапонинов и полисахаридов [20]. Полифенолы экстракта корицы способствуют транслокации GLUT4 в клеточной культуре [21, 22]. Пептиды Glycine max IAVPGEVA, IAVPTGVA и LPYP в концентрации 500 мкМ при инкубации в течение 24 ч в культурах клеток печени усиливают поглощение глюкозы посредством активации GLUT1, GLUT4 и модулируют метаболизм глюкозы путем активации Akt и AMPK [23].

3. СУБСТРАТ ИНСУЛИНОВОГО РЕЦЕПТОРА 1 (IRS1)

Снижение уровня экспрессии мРНК IRS1 – один из основных патологических механизмов развития диабета. IRS1 играет жизненно важную роль в стимулируемом инсулином пути метаболизма глюкозы, а дефект его экспрессии приводит к нарушению метаболизма глюкозы за счет изменений в активности нижестоящих ферментов и киназ [24]. IRS1 – субстрат тирозинкиназы инсулинового рецептора, играющий центральную роль в пути передачи стимулируемого инсулином сигнала (рис. 1). Поэтому ген IRS1 широко изучался как ген-кандидат в терапии СД2 [25]. IRS1 играет доминирующую роль в скелетных мышцах. Он имеет решающее значение для нормального роста и дифференцировки мышечных волокон, инсулинозависимого поглощения глюкозы и синтеза гликогена [26]. IRS1 сам по себе не обладает киназной активностью, но фосфорилируется после связывания с активированными рецепторами. IRS1 фосфорилируется по нескольким остаткам тирозина, которые служат сайтами стыковки для различных сигнальных молекул, каждая из которых затем инициирует отдельные сигнальные пути, которые способствуют усвоению инсулина [27]. Низкие уровни экспрессии и уровня белка IRS1 связаны с развитием резистентности к инсулину и СД2 у людей и мышей, гетерозиготных по нулевым аллелям IR и IRS1. Следовательно, IRS1 – важная мишень в терапии инсулинорезистентности при СД2 [28].

3.1. Активаторы IRS1

Сообщается о биологической активности экстракта кожуры граната Punica granatum как антиоксиданта у крыс с экспериментальным сахарным диабетом, у которых наблюдались заметные увеличения экспрессии уровня мРНК IRS1 при приеме водного экстракта кожуры граната в дозах 100, 200 и 350 мг/кг в течение 21 недели (табл. 1). Можно предположить, что гипогликемические эффекты могут быть усилены за счет восстановления транскрипции IRS1 в печени на фоне диабета. Экстракт Gelidium elegans помимо воды, углеводов и белка имеет высокое содержание полифенолов: 8.79 мг на 1 г водоросли. Полифенолы в составе экстракта G. elegans, применяемые для мышей с диабетом в дозах 50 и 200 мг/кг, активируют сигнальный путь инсулина через IRS1 и фосфоинозитид-3-киназы (PI3K), а также с помощью увеличения уровня экспрессии GLUT4. Параллельно активность митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) выявлена у крыс с сахарным диабетом, получавших перорально экстракт G. elegans в дозе 200 мг/кг в день в течение 5 недель [29].

4. ПРОТЕИНТИРОЗИНФОСФАТАЗА 1β (PTP1β)

Передача сигналов через инсулиновый рецептор зависит от баланса между фосфорилированием остатков тирозина протеинтирозинкиназами и дефосфорилированием остатков тирозина протеинтирозинфосфатазами. PTP1β дефосфорилирует как инсулиновый рецептор, так и субстрат инсулинового рецептора и служит, таким образом, отрицательным регулятором инсулиновой сигнализации (рис. 1) [30, 31]. Поэтому повышенная экспрессия PTP1β приводит к развитию инсулинорезистентности и снижению толерантности к глюкозе [32].

4.1. Ингибиторы PTP1β

В клинических исследованиях сообщается о неблагоприятных исходах применения ингибиторов PTP1β, что привело к их исключению из II фазы испытаний [32]. Ведутся поиски ингибиторов PTP1β в природных источниках. Корица (Cinnamon verum, Cinnamon zeylanicum, а также корица китайская, вьетнамская и малабарская) содержит большое разнообразие активных молекул в листьях (эвгенол и фенольные соединения – рутин, катехины, кверцетин, кемпферол, изорамнетин), коре (коричный альдегид, коричный спирт, коричная кислота и фенольные соединения – процианидины, MHCP15, катехины), камфору в корнях, а также транс-циннамилацетат в плодах и циннамилацетат в цветах. Структуры фракции полифенолов корицы C. burmannii, очищенной методом ВЭЖХ, представляют собой тримеры, тетрамеры, олигомеры и смеси мономеров процианидина. Фракция полифенолов из корицы имитирует инсулин, повышает чувствительность к инсулину за счет ингибирования PTP1β. Водорастворимая фракция полифенолов из корицы ингибирует тирозинфосфатазу, ингибирует дефосфорилирование и активирует фосфорилирование рецепторов инсулина в клеточной культуре фибробластов мыши (табл. 1) [21, 22]. α-Метилартофлаванокумарин из можжевельника Juniperus chinensis высокоэффективно ингибирует PTP1β и может связываться с каталитическими и аллостерическими сайтами PTP1β при проведении молекулярного докинга. Кроме того, α-метилартофлаванокумарин значительно увеличивает поглощение глюкозы и уменьшает экспрессию PTP1β в культуре инсулинорезистентных клеток печени, подавляет фосфорилирование IRS1 и дозозависимо повышает уровни белка IRS1, киназ PI3K и Erk1 [33].

5. ПУТЬ AMPK/SIRT1/PGC-1α

5'-Аденозинмонофосфат-активируемая протеинкиназа (AMPK) и сиртуин 1 (SIRT1) напрямую влияют на экспрессию транскрипционного коактиватора рецептора γ, активирующего пролифератор пероксисомы 1 (PGC-1α). PGC-1α посредством AMPK и SIRT1 играет важную роль в регуляции энергетического гомеостаза в различных тканях, включая скелетные мышцы. Снижение энергетического запаса клетки приводит к повышению экспрессии AMPK и SIRT1, что, в свою очередь, активирует PGC-1α [34]. AMPK активируется, когда ATP быстро расходуется с образованием большого количества AMP. AMPK увеличивает активность SIRT1, что приводит к деацетилированию PGC-1α (рис. 1). PGC-1α связан с репликацией и биогенезом митохондрий. AMPK – одна из наиболее многообещающих мишеней как для профилактики, так и для лечения СД2 [35]. При сахарном диабете снижение уровня SIRT3 вместе с PGC-1α в скелетных мышцах может привести к митохондриальной дисфункции, усилению окислительного стресса и инсулинорезистентности. Сигнальный путь AMPK/PGC-1α снижает инсулинорезистентность путем модуляции липогенеза в печени и синтеза жирных кислот. Следовательно, активация передачи сигналов инсулина вместе с путем, связанным с AMPK/SIRT/PGC-1α, может быть терапевтическим механизмом для облегчения повреждения скелетных мышц при диабете [36].

PGC-1α поддерживает энергетический гомеостаз и регулирует экспрессию генов инсулина и митохондриального биогенеза и, таким образом, предотвращает митохондриальную дисфункцию и метаболические нарушения, связанные с нарушением функции адипоцитов [36–38]. PGC-1α – нижестоящий сенсор метаболических, гормональных и воспалительных сигнальных молекул. В состоянии голодания α-клетки поджелудочной железы синтезируют и высвобождают глюкагон для поддержания нормального уровня глюкозы в крови. Глюкагон связывается со своим рецептором, присутствующим на гепатоцитах, и впоследствии запускает процесс регулирования PGC-1α. PGC-1α может коактивировать несколько факторов транскрипции, включая ядерный фактор гепатоцитов-4α и фактор транскрипции, кодируемый геном FOXO1 (FOXO1), и, следовательно, контролировать транскрипцию ферментов, регулирующих скорость глюконеогенеза. Однако после еды β-клетки поджелудочной железы синтезируют и выделяют инсулин, связывающийся с его рецептором, что запускает фосфорилирование Akt, которое, в свою очередь, ингибирует PGC-1α. Это приводит к стимуляции синтеза гликогена и торможению глюконеогенеза в печени [36].

Активация AMPK в настоящее время признана многообещающей стратегией для лечения СД2. Так, метформин, один из наиболее широко назначаемых препаратов при СД2, обладает сильным антигипергликемическим эффектом, частично за счет увеличения экспрессии PGC-1α через AMPK [36].

5.1. Регуляторы пути AMPK/SIRT1/PGC-1α

Гинзенозид Rg2 из корня женьшеня Panax ginseng подавляет глюконеогенез в печени посредством сигнального пути AMPK/PGC-1α при инкубации культур клеток HepG2, DU145, HCT116 с гингенозидом в концентрации 25 или 50 мкМ в течение 4 ч (табл. 1) [39]. Берберин, выделенный из Rhizome coptidis, может увеличивать фосфорилирование AMPK и снижать экспрессию PGC-1α при пероральном введении диабетическим крысам в течение 7 дней в дозе 100 мг/кг. Монасцин и анкафлавин, полученные из красного дрожжевого риса, при пероральном введении мышам с сахарным диабетом в течение 5 недель в дозе 5 мг/кг приводит к снижению накопления у мышей жирных кислот, что частично опосредовано активацией AMPK и последующим стимулированием окисления жирных кислот с помощью PGC-1α [40]. Экстракт Lespedeza bicolor содержит множество антиоксидантных соединений (генистеин, кверцетин, даидзеин, катехин, лютеолин и нарингин), при введении экстракта в дозах 100 и 250 мг/кг в течение 12 недель диабетическим мышам наблюдается улучшение метаболизма в скелетных мышцах посредством регуляции пути AMPK/SIRT1/PGC-1α [36].

6. ПУТЬ Akt/Erk1/2/P38 MAPK

Akt представляет собой серин/треониновую протеинкиназу, которая обладает антиапоптотическим действием и является одной из основных последующих мишеней сигнального пути PI3K. Инактивация Akt, ключевого регулятора жизнеспособности клеток, характерна для дегенеративных заболеваний и патологической гибели клеток, вызванной стрессом [41]. Нарушение передачи сигналов через Akt снижает поглощение глюкозы и транслокацию GLUT4, что приводит к развитию СД2 [24]. Сигнальный путь Erk1/2 также участвует в формировании диабетической нейропатии. p38 MAPK, который связан с инициацией апоптоза клеток и остановкой клеточного цикла, экспрессируется в гломерулярных мезангиальных клетках в условиях гипергликемии [41]. Erk1/2 активируются гормонами и факторами роста, участвуют в контроле клеточной пролиферации и дифференцировки путем стимуляции факторов транскрипции [42]. МАРК могут фосфорилировать большое количество протеинкиназ и факторов транскрипции, тем самым регулируя клеточное развитие, выживание и гибель. Активация передачи сигналов MAPK при стрессе обычно прекращается с помощью MAPK-фосфатаз и тирозинфосфатаз [42]. Гипергликемия может привести к нарушению инсулиновой сигнализации за счет активации каскада МАРК. МАРК фосфорилирует IRS1, основную мишень инсулинового сигнального каскада, что приводит к нарушению активности нижестоящих компонентов инсулиновой сигнализации (рис. 1) [43].

6.1. Регуляторы пути Akt/Erk1/2/p38 MAPK

Бетаин из свеклы Beta vulgaris уменьшает фосфорилирование Akt, Erk1/2, p38 MAPK в количестве 1, 5 и 10 мкM в культуре клеток почек мышей, но усиливает его условиях гипергликемии (табл. 1) [41]. Gelidium elegans – красная водоросль, произрастающая в Азиатско-Тихоокеанском регионе, – содержит 8.79 мг полифенолов на 1 г водоросли, а также другие компоненты: углеводы (47.6%), белок (16.9%), влагу (5.1%) и золу (24.1%). Введение водного экстракта диабетическим мышам в дозе 200 мг/кг в течение 5 недель замедляет увеличение массы тела и повышение уровня глюкозы в крови, потенциально за счет активации GLUT4 и Akt, а также блокирования пути MAPK [24].

7. ПУТЬ ФОСФОИНОЗИТИД-3-КИНАЗА (PI3K)/ПРОТЕИНКИНАЗА B (Akt)/МИШЕНЬ ПУТИ РАПАМИЦИНА (mTOR)

Путь PI3K/Akt/mTOR у млекопитающих играет жизненно важную роль в развитии широкого спектра патологических расстройств, в том числе диабета и рака. Инсулин в основном связывается с α-субъединицей инсулиновых рецепторов в печени, скелетных мышцах и жировой ткани, тем самым активируя фосфорилирование IRS1. Фосфорилированный IRS1 связывается с p85, регуляторной субъединицей PI3K, что, в свою очередь, приводит к фосфорилированию Akt и киназы гликогенсинтазы 3 (GSK3) и далее влияет на метаболизм глюкозы путем регулирования синтеза гликогена, глюконеогенеза и транспорта глюкозы (рис. 1). Таким образом, фармакологическое регулирование пути PI3K/Akt/mTOR – перспективная терапевтическая стратегия [44, 45].

7.1. Регулирование пути PI3K/Akt/mTOR

Берберин, извлеченный из этанольного экстракта Coptis chinensis Franch, увеличивает инсулин-индуцированное фосфорилирование тирозина IRS1 и рекрутирование p85 в IRS1, а также, вероятно, снижает инсулинорезистентность за счет регулирования пути PI3K/Akt. Экстракт C. chinensis, содержащий 3.6% берберина, вводимый перорально крысам с диабетом в дозах 80, 120 и 180 мг/кг в течение 24 недель, приводит к снижению гликированного гемоглобина, глюкозы в крови, холестерина и аполипопротеина А1 (табл. 1) [46]. Экстракт листьев Psidium guajava предположительно оказывает антигипергликемический эффект посредством активации сигнального пути PI3K/Akt. Этот эффект связывают с наличием в экстракте флавоноидов, фенольных кислот, тритерпенов и сесквитерпенов. Экстракт Psidium guajava получен путем высушивания листьев и замачивания в дистиллированной воде, его перорально вводили мышам с диабетом в дозе 1638 мг/кг в течение 8 недель, в результате нормализовался липидный обмен и снизилась инсулинорезистентность [47]. Серицин, водорастворимый белок кокона тутового шелкопряда, повышает экспрессию IR, IRS1, PI3K и Akt в печени диабетических крыс при его пероральном введении в дозах 2.4 и 1.8 мг/кг в течение 35 дней [45].

8. 11β-ГИДРОКСИСТЕРОИДДЕГИДРОГЕНАЗА (11β-HSD1)

В качестве перспективной мишени для терапии СД2 рассматривается фермент 11β-HSD1, который катализирует превращение неактивного кортизона в активный кортизол [48]. 11β-HSD1 действует как внутриклеточный переключатель, регулирующий действие глюкокортикоидов. Множество исследований, проведенных в последние десятилетия, подтверждает этиологическую роль 11β-HSD1 при ожирении и СД2 (рис. 1). У мышей с дефицитом 11β-HSD1 наблюдаются повышенная восприимчивость к глюкозе, снижение инсулинорезистентности и глюконеогенеза, улучшение липидного обмена [49]. Таким образом, ингибирование 11β-HSD1 – многообещающая противодиабетическая стратегия.

8.1. Ингибиторы 11β-HSD1

Экстракт плодов Momordica charantia в объемах 10, 30 и 50 мкл с концентрацией сухого экстракта 0.38 г на 0.5 мл DMSO приводит к дозозависимому снижению выхода кортизола из субстрата кортизона in vitro, что опосредовано ингибированием 11β-HSD1. Эффективность экстракта M. charantia, вероятно, обусловлена гоягликозидами, кугуацинами и гоясапонинами, которые содержатся в плодах M. charantia (табл. 1) [49]. Водный экстракт зеленого чая Camellia sinensis имеет более высокую ингибиторную активность 11β-HSD1 по сравнению с экстрактами других видов чая. Экстракт получают путем вымачивания 1 г чая в 10 мл воды в течение 90 мин. Ингибиторная активность экстракта C. sinensis по отношению к 11β-HSD1 обнаруживается in vitro при добавлении в субстрат 50 мкл чайного экстракта, что связывают с наличием фенольных соединений. Этерифицированная форма галловой кислоты (–)-эпигаллокатехина из зеленого чая – наиболее сильнодействующий природный ингибитор 11β-HSD1 [50].

9.  FOXO1 (ФАКТОР ТРАНСКРИПЦИИ, КОДИРУЕМЫЙ ГЕНОМ FOXO1)

В поджелудочной железе FOXO1 ответственен за дисфункцию β-клеток, активация FoxO1 индуцирует стресс и апоптоз панкреатических клеток. FOXO1 представляет собой фактор транскрипции, который активируется через пути MAPK, Akt и Pdx1 [51]. FOXO1 также активируется в печени во время состояний, подобных окислительному стрессу, и увеличивает активацию множества генов глюконеогенеза (рис. 1) [52]. Во время ингибирования гена FOXO1 у трансгенных мышей снижалась инсулинорезистентность в жировой ткани и уменьшалась концентрация глюкозы в крови при проведении глюкозотолерантного перорального теста. Кроме того, экспрессия FOXO1 увеличивается у крыс с СД2. Можно сделать вывод, что инсулинорезистентность можно снизить, воздействуя на экспрессию FOXO1 в жировой ткани. FOXO1 – перспективная мишень в контролировании развития ожирения и развития инсулинорезистентности при СД2 [53].

9.1. Ингибиторы FOXO1

Бетаин, извлеченный из Lycium chinense, ингибирует активность FOXO1 и способствует снижению окислительного стресса. Бетаин при пероральном введении диабетическим мышам в дозе 50 мг/кг в течение 3 недель снижает инсулинорезистентность путем ингибирования FOXO1 в печени (табл. 1) [54]. Аналогично ресвератрол, получаемый из Polygonum cuspidatum, красного винограда и красного вина, снижает экспрессию FOXO1 и приводит к снижению уровня глюкозы в крови и инсулинорезистентности. Ресвератрол при пероральном введении крысам при моделировании сахарного диабета в течение 30 дней в дозах 1, 5 и 10 мг/кг приводит к снижению инсулинорезистентности и уровня глюкозы, индукции экспрессии FOXO1 [53]. Фукоксантин – соединение из группы ксантофиллов, представляет собой природный коричневый пигмент, распространенный в водорослях Undaria pinnatifida и Hijikia fusiformis. Добавление 1.06 и 2.22% фукоксантина в корм мышам с сахарным диабетом снижает образование свободных радикалов в почках, уровень TNF-α и лептина, а также массы жировой ткани [55].

10. FFA-РЕЦЕПТОРЫ (РЕЦЕПТОРЫ СВОБОДНЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ)

FFA (свободные жирные кислоты) с различной длиной цепи активируют трансмембранные рецепторы, такие как FFA1, FFA2 и FFA3. FFA1 в значительной степени экспрессируются на β-клетках поджелудочной железы. Активация этих рецепторов также играет важную роль в повышении секреции инсулина (рис. 1). Tang et al. показали, что активация рецепторов FFA2 и FFA3 на β-клетках поджелудочной железы человека ингибирует секрецию инсулина [56]. У мышей с нокаутом FFA2 и FFA3 в β-клетках наблюдается значительное снижение концентрации глюкозы в крови при проведении перорального глюкозотолерантного теста на фоне моделирования СД2, а также повышение концентрации инсулина в плазме и снижение уровней неэтерифицированных свободных жирных кислот. Роль FFA2 и FFA3 в регуляции секреции инсулина более заметна при ожирении и СД2 [56, 57]. Повышенные уровни FFA вызывают потерю β-клеток поджелудочной железы и снижение секреции инсулина, что приводит к усугублению СД2 [58]. Таким образом, регулирование активности рецепторов FFA – один из способов снижения инсулинорезистентности при СД2.

10.1. Ингибиторы FFA-рецепторов

Имеются данные об эффективности экстракта листьев Anredera cordifolia (Tenore) Steen., которое предположительно опосредовано через FFA1рецептор. Экстракт A. cordifolia содержит 1.35% флавоноидов и 1.031% витексина, который представляет собой производное апигенина. Различные дозы экстракта A. cordifolia (25, 50 и 100 мг/кг) при введении перорально в течение 3 недель значительно снижают уровень глюкозы в крови у крыс с сахарным диабетом, аналогично глибенкламиду, производному сульфонилмочевины (табл. 1) [59]. Свободные жирные кислоты способствуют развитию инсулинорезистентности, что опосредовано нарушением сигнализации через β-аррестин-2. Обнаружено, что фракция флавоноидов (нарингенин, кемпферол, изорамнетин, изорамнетин-3-О-неогесперидозид, тифанеозид и др.), выделенная из Pollen typhae, вводимая перорально в течение 4 недель в дозе 0.2 г/кг диабетическим крысам, снижает инсулинорезистентность посредством влияния на FFA-рецепторы [58].

11. ГЛЮКАГОНОПОДОБНЫЙ ПЕПТИД-1 (GLP-1) И ГЛЮКОЗОЗАВИСИМЫЙ ИНСУЛИНОТРОПНЫЙ ПОЛИПЕПТИД (GIP)

GLP-1 – один из инкретиновых гормонов, который секретируется L-клетками в дистальном отделе подвздошной кишки и толстой кишке. GLP-1 высвобождается после приема пищи и обнаруживается в жировой ткани. GLP-1 задерживает опорожнение желудка, увеличивает секрецию инсулина и снижает секрецию глюкагона. GLP-1 и GIP способствуют глюкозозависимой секреции инсулина аддитивным образом (рис. 1). Секреция инсулина может быть косвенно усилена с помощью ингибиторов дипептидилпептидазы-4 (DPP-4), которые снижают деградацию эндогенных инкретинов и приводят к повышению концентрации циркулирующих биологически интактных форм GLP-1 и GIP [60].

GLP-1 – один из наиболее эффективных препаратов для лечения СД2. GLP-1 увеличивает секрецию инсулина β-клетками поджелудочной железы и уменьшает высвобождение глюкагона из α-клеток поджелудочной железы. Кроме того, GLP-1 может стимулировать пролиферацию β-клеток поджелудочной железы и замедлять прогрессирование СД2. Однако применение GLP-1 затруднено из-за короткого периода полураспада в крови (<2 мин) благодаря протеиназной активности DPP-4 в отношении к GLP-1 [61, 62].

11.1. Агонисты GLP-1 и GIP

Предпринято много попыток разработать агонисты рецептора GLP-1. В последние годы эксенатид, лираглутид и семаглутид привлекли значительное внимание в лечении СД2. По сравнению с нативным GLP-1, эти агонисты устойчивы к деградации DDP-4 и имеют более длительный период полувыведения из плазмы. Как и нативный GLP-1, агонисты связываются с рецепторами GLP-1, экспрессируемыми на β-клетках поджелудочной железы, и индуцируют секрецию инсулина глюкозозависимым образом [61]. Муджаро (тирзепатид) – “первый в своем классе” инъекционный препарат, который активирует как экспрессию GIP, так и GLP-1 [23].

Фруктаны из Agave tequilana F.A.C. Weber активируют рецепторы GLP-1 у диабетических мышей при потреблении 10 г в течение 5 недель, что проявляется в улучшении липидного и углеводного метаболизма и увеличении концентрации проглюкагонового пептида (табл. 1) [11]. Один из наиболее перспективных агонистов рецепторов GLP-1, используемых в настоящее время для лечения диабета, – это экседин-4. Он был получен из яда Heloderma suspectum и одобрен FDA в 2005 г. в качестве лекарственного средства при СД2. Эксенатид представляет собой более мощную синтетическую версию экседина-4 [10].

11.2. Ингибиторы DPP-4

DPP-4 разрушает инкретиновые гормоны GLP-1 и GIP, тем самым подавляя глюкозозависимую секрецию инсулина поджелудочной железой (рис. 1). Следовательно, ингибирование DPP-4 продлевает активность инкретиновых гормонов и их агонистов, что позволяет регулировать постпрандиальный уровень глюкозы [20].

 

Рис. 1. Пути регулирования инсулинорезистентности, метаболизма жиров и глюкозы при СД2. Перспективными способами регулирования инсулинорезистентности считаются ингибирование 11β-HSD1, p38 MAPK, PTР1B, DPP-4, активация IRS1 и GLP-1R. Транслокации GLUT4 на поверхность мембраны способствует снижению инсулинорезистентности. Для активации окисления FFA и снижения окислительного стресса предлагается активация AMPK и PGC-1α, повышение GLP-1 и GIP, уменьшение экспрессии FFAR.

 

Экстракты одуванчика Taraxacum officinale проявляют in vitro высокую ингибирующую активность DPP-4 в связи с содержанием в составе хлорогеновой кислоты, лютеолина и кверцетина. Присутствие олеаноловой кислоты в экстракте Momordica charantia способствует умеренной ингибирующей активности DPP-4 in vitro [20]. Исследования in vitro и in vivo показали, что процианидины из экстракта семян Vitis vinifera L. приводят к снижению уровня DPP-4 и экспрессии его гена в клетках кишечника человека. Экстракты Commiphora mukul Engl. и Terminalia arjuna при введении перорально в дозе 200 мг/кг в течение 4 недель диабетическим крысам вызывают гипогликемический эффект, опосредованный ингибированием DPP-4 [11]. В казеине козьего молока, обработанного трипсином и химотрипсином, идентифицированы новые пептиды, ингибирующие DPP-4. Из пяти новых идентифицированных пептидов – MHQPPQPL, SPTVMFPPQSVL, VMFPPQSVL, INNQFLPYPY и AWPQYL – пептид INNQFLPYPY проявляет наибольшую ингибирующую активность с IC₅₀ = 40.08 мкМ. Расщепленные трипсином белки верблюжьего молока продуцируют пептиды FLQY, FQLGASPY, ILDKEGIDY, ILELA, LLQLEAIR, LPVP, LQALHQGQIV, MPVQA и SPVVPF, которые успешно ингибируют DPP-4 [10]. Пептиды, ингибирующие DPP-4, часто характеризуются высоким содержанием гидрофобных аминокислот, таких как аланин, глицин, изолейцин, лейцин, фенилаланин, пролин, метионин, триптофан и валин. Например, взаимодействия между DPP-4 и пептидами фасоли KTYGL и AKSPLF заключаются в основном в Н-, гидрофобных, полярных и катионных π-связях [23].

12. НАТРИЙ-ГЛЮКОЗНЫЙ КОТРАНСПОРТЕР ТИПА 2 (SGLT2)

Несмотря на значительные колебания ежедневного поступления глюкозы и потребности организма в ней, гомеостатические механизмы поддерживают уровень глюкозы в плазме в узком диапазоне, со средним уровнем ~ 4–5 мМ в течение суток. Реабсорбция глюкозы в клубочковый фильтрат – основной механизм, с помощью которого почки влияют на гомеостаз глюкозы. У людей без сахарного диабета концентрация глюкозы в моче очень мала или же глюкоза в моче полностью отсутствует [63]. SGLT2 отвечает за реабсорбцию глюкозы в сегментах 1 и 2 проксимальных канальцев, при этом он реабсорбирует >90% глюкозы. SGLT1 реабсорбирует остаточную глюкозу в сегменте 3 проксимальных канальцев. У мышей, нокаутированных по SGLT2, SGLT1 компенсировал и реабсорбировал до 35% отфильтрованной глюкозы [64]. Скорость почечной реабсорбции глюкозы повышена у людей с СД2 на 20–40%, что опосредовано повышением экспрессии SGLT2 [63]. Активность SGLT связана с котранспортом натрия и глюкозы, который осуществляется за счет Na/K-АТФазы, что облегчает перенос глюкозы против внутриклеточного градиента. SGLT2 представляет собой основную терапевтическую мишень при СД2 [64].

12.1. Ингибиторы SGLT2

Ингибиторы SGLT2 могут изменять экспрессию IL-6, адипонектина и сывороточного лептина и улучшать функцию жировой ткани, повышать уровни липопротеинов низкой и высокой плотности и снижать уровень триглицеридов [65]. Эти препараты действуют независимо от инсулина, однако применение ингибиторов SGLT приводит к риску возникновения кетоацидоза [64]. Флавоноид флоризин, который можно выделить из коры яблони Malus domestica, обладает ингибирующей активностью в отношении SGLT1 и SGLT2. Этот эффект был продемонстрирован и для производного флоризина, ипрафлоризина, который вводили диабетическим мышам в течение 4 недель в дозе 3 мг/кг, в то время как флоризин проявлял свою эффективность в более высокой дозе – 100 мг/кг (табл. 1).

 

Таблица 1. Эффективность соединений из природных источников в отношении терапевтических мишеней для лечения СД2

Терапевтическая мишень и эффект	Природный источник	Активное вещество	Доза/количество/ концентрация	Демонстрация эффективности	Ссылки
Активаторы GLUT	Panax ginseng	Гингенозид R1	200 мг/кг экстракта	В течение 12 недель у диабетических крыс	[19]
	Taraxacum officinale	Токоферолы, L-аскорбиновая кислота, каротиноиды	2.4 г/кг экстракта	В течение 4 недель у диабетических крыс	[20]
	Cinnamomum burmannii	Полифенолы	10 и 100 мкг/мл	На культуре клеток адипоцитов	[21, 22]
	Glycine max	Пептиды IAVPGEVA, IAVPTGVA, LPYP	500 мкМ	На культуре клеток печени в течение 24 ч	[23]
Активаторы IRS1	Punica granatum	Полифенолы	100, 200 и 350 мг/кг экстракта	В течение 21 недели у диабетических крыс	[29]
	Gelidium elegans	Полифенолы	50 и 200 мг/кг	В течение 5 недель у диабетических крыс	[29]
Ингибиторы PTP1β	Cinnamon verum, Cinnamon zeylanicum, корица китайская, вьетнамская и малабарская	Тримеры, тетрамеры, олигомеры и смеси мономеров процианидина	– –	Культура фибробластов мыши	[21, 22]
	Juniperus chinensis	α-Метилартофлаванокумарин		Молекулярный докинг	[33]
Регуляторы пути AMPK/SIRT1/PGC-1α	Panax ginseng	Гинзенозид Rg2	25 и 50 мкМ	На культуре клеток в течение 16 ч	[39]
	Rhizome coptidis	Берберин	100 мг/кг	В течение 7 дней у диабетических крыс	[40]
	Красный дрожжевой рис	Монасцин, анкафлавин	5 мг/кг	В течение 5 недель у диабетических мышей	[40]
	Lespedeza bicolor	Генистеин, кверцетин, даидзеин, катехин, лютеолин, нарингин	100 и 250 мг/кг экстракта	В течение 12 недель у диабетических мышей	[36]
Регуляторы пути Akt/Erk1/2/p38 MAPK	Beta vulgaris	Бетаин	1, 5 и 10 мкM	В культуре клеток почек мышей	[41]
	Gelidium elegans	Полифенолы	200 мг/кг экстракта (1 г содержит 8.79 мг полифенолов)	Введение диабетическим мышам в течение 5 недель	[24]
Регуляторы пути PI3K/Akt/mTOR	Coptis chinensis Franch	Берберин	80, 120 и 180 мг/кг экстракта (3.6% берберина в экстракте)	Введение в течение 24 недель диабетическим крысам	[46]
	Psidium guajava	Флавоноиды, фенольне кислоты, тритерпены и сесквитерпены	1638 мг/кг экстракта	В течение 8 недель у диабетических мышей	[47]
Ингибиторы 11β- HSD1	Momordica charantia	Гоягликозиды, кугуацины и гоясапонины	10, 30 и 50 мкл (0.38 г сухого экстракта на 0.5 мл раствора)	in vitro	[49]
	Camellia sinensis	Этерифицированная форма галловой кислоты (–)-эпигаллокатехина	50 мкл	in vitro	[50]
Ингибиторы FOXO1	Lycium chinense	Бетаин	50 мг/кг	Введение в течение 3 недель диабетическим мышам	[54]
	Polygonum cuspidatum, Vigne rouge	Ресвератрол	1, 5 и 10 мг/кг	Введение в течение 30 дней диабетическим крысам	[53]
	Undaria pinnatifida и Hijikia fusiformis	Фукоксантин	Диета с содержанием 1.06 и 2.22% фукоксантина	Диабетические мыши	[55]
Блокаторы FFAR	Anredera cordifolia (Tenore) Steen.	1.35% флавоноидов и 1.031% витексина	25, 50 и 100 мг/кг	Введение в течение 3 недель диабетическим крысам	[59]
	Pollen typhae	Фракция флавоноидов: нарингенин, кемпферол, изорамнетин, изорамнетин-3-О-неогесперидозид, тифанеозид и др.	200 мг/кг фракции флафоноидов	Введение в течение 4 недель диабетическим крысам	[58]
Агонисты GLP-1 и GIP	Agave tequilana F.A.C. Weber	Фруктаны	10 г в течение всего курса	В течение 5 недель у диабетических мышей	[11]
Ингибиторы DPP-4	Taraxacum officinale, Momordica charantia	Хлорогеновая кислота, лютеолин и кверцетин, олеаноловая кислота	10% сухого экстракта в растворе	in vitro	[20]
	Vitis vinifera L.	Процианидины	–	На культуре клеток кишечника человека	[11]
	Commiphora mukul Engl. и Terminalia arjuna	–	200 мг/кг экстрактов	В течение 4 недель у диабетических крыс	[11]
	Козье молоко	Пептиды MHQPPQPL, SPTVMFPPQSVL, VMFPPQSVL, INNQFLPYPY, AWPQYL, INNQFLPYPY	–	in vitro	[10]
	Верблюжье молоко	Пептиды FLQY, FQLGASPY, ILDKEGIDY, ILELA, LLQLEAIR,  LPVP, LQALHQGQIV,  MPVQA, SPVVPF	–	in vitro	[10]
Ингибиторы SGLT2	Malus domestica	Флоризин, ипрафлоризин, канаглифлозин, дапаглифлозин, эмпаглифлозин, эртуглифлозин	3 мг/кг (ипрафлоризин), 100 мг/кг (флоризин)	В течение 4 недель у диабетических мышей	[66, 67]
	Sophora flavescens	Мааккиаин, вариабилин и формононетин	–	in vitro	[68]
	Acer nikoense	Ацерогенин А, ацерогенин В	–	in vitro	[68]
Ингибиторы α-гликозидаз	Ishige okamurae	Дифлоретогидроксикармалол	100 мг/кг	При однократном введении перед глюкозотолерантным тестом у диабетических мышей	[79]
	Porphyra spp.	Пептиды GGSK, ELS	–	in vitro, молекулярный докинг	[80]
	Heteractis magnifica	Магнификамид	0.005 мг/кг	in vitro, при однократном введении перед глюкозотолерантным тестом у диабетических мышей	[82–84]
	Morus alba	Морусальбинс A–D, альбацин B, макроурин G, юнанензин A, мулберрофуран G и K, альбанол B	–	Молекулярный докинг	[85]
	Coriandrum sativum	Линалоол	–	Молекулярный докинг	[85]
Ингибиторы GFAT	Черный рис Oryza sativa	Цианидин-3-О-глюкозид	–	Молекулярный докинг	[85]
	Euphorbia thimifolia Linn.	Космозиин, кверцетин-3-галактозид, кверцитрин, корилагин, 1-О-галлоил-β-D-глюкоза, β-амирин, тараксерол	–	Молекулярный докинг	[85]
Ингибиторы CCN3	Polygonum cuspidatum, Vigne rouge	Ресвератрол	0.1 мкМ	in vitro, в культуре адипоцитов диабетических мышей при его применении в течение 24 ч	[92, 93]
Активаторы PPAR-γ	Curcuma longa	Куркумин	50 мкМ	На культуре гепатоцитов крыс при инкубации в течение 24 ч	[99]
	Punica granatum	Полифенолы	300 мкл/день (0.35 ммоль полифенолов в одной дозе)	В течение 5 месяцев у диабетических мышей	[100]
Активаторы Nrf2	Lycium barbarum	Куркумин, кверцетин, ксантогумол, сульфорафан, лакцистин, ресвератрол, рапамицин, коричный альдегид и полисахарид	100 мг/кг полисахаридов	При однократном введении в глюкозотолерантном тесте у мышей	[105]
	Curcuma longa	Куркумин	100 и 200 мг/кг	В течение 16 недель у диабетических крыс	[106]

 

Производные флоризина, такие как канаглифлозин, дапаглифлозин, эмпаглифлозин, ипраглифлозин и эртуглифлозин, уже одобрены FDA для лечения СД2 [66, 67]. Серглифлозин, дапаглифлозин и некоторые тиогликозиды в настоящее время находятся в стадии разработки из этого класса препаратов [9]. Три соединения со структурой на основе изофлавоноидов, а именно мааккиаин, вариабилин и формононетин из экстракта Sophora flavescens, обладают мощной ингибирующей активностью in vitro в отношении SGLT2, но не SGLT1. Это предположительно связано с наличием гидроксильной функциональной группы в изофлавоноидах. Соединения, выделенные из коры Acer nikoense, два циклических диарилгептаноида, ацерогенин А и В, продемонстрировали ингибирование как SGLT1, так и SGLT2 in vitro [68].

13. α-ГЛИКОЗИДАЗЫ

α-Амилаза представляет собой фермент, который может гидролизовать α-D-(1,4)-гликозидные связи в крахмале или полисахаридах. Крахмал и полисахариды должны быть гидролизованы до дисахаридов и олигосахаридов, которые затем гидролизуются α-гликозидазой до моносахаридов и только тогда всасываются в портальную вену печени через тонкий кишечник, что приводит к повышению концентрации глюкозы в крови после приема пищи [69, 70].

13.1. Ингибиторы α-гликозидаз

Действие ингибиторов α-гликозидаз заключается в замедлении расщепления и всасывания углеводов [69, 71]. Акарбоза, природный ингибитор α-гликозидаз, была обнаружена у бактерий рода Actinoplanes [72]. Акарбоза структурно похожа на природные олигосахариды, но имеет в 10⁴–10⁵ раз большее сродство к α-гликозидазам. Эффект α-гликозидаз заключается в снижении постпрандиального уровня глюкозы в крови. Поскольку снижение концентрации глюкозы в крови приводит к значительному снижению стимуляции синтеза и секреции инсулина, гиперинсулинемия также уменьшается [18, 73]. Кроме того, замедленное переваривание углеводов и расщепление олигосахаридов приводит к тому, что непереваренные углеводы достигают нижних отделов тонкой кишки и стимулируют секрецию GLP-1 (рис. 2) [69].

 

Рис. 2. Эффект ингибиторов α-амилаз при СД2. Ингибиторы α-амилаз не только снижают пиковую концентрацию глюкозы при приеме пищи, но и запускают механизмы регулирования инсулинорезистентности и метаболизма FFA через секрецию GLP-1, а также непосредственно через предотвращение гипергликемии.

 

Поскольку GLP-1 задерживает опорожнение желудка, снижает секрецию глюкагона и регулирует секрецию инсулина, то становится объяснимым, почему длительное лечение акарбозой приводит не только к снижению постпрандиального уровня глюкозы, но и к снижению концентрации глюкозы натощак [74]. Большое разнообразие генов, кодирующих ингибиторы α-амилаз, обнаружено в геномах бактерий рода Streptomyces [75–78]. Дифлоретогидроксикармалол, выделенный из Ishige okamurae, обладает большим ингибирующим действием в отношении α-гликозидазы и α-амилазы по сравнению с акарбозой. Дифлоретогидроксикармалол при однократном введении перед глюкозотолерантным тестом в дозе 100 мг/кг проявляет более высокую ингибиторную активность по сравнению с акарбозой у мышей с сахарным диабетом (табл. 1) [79]. Admassu et al. выделили пептидные ингибиторы α-амилазы из высушенной водоросли Porphyra spp. – GGSK и ELS. Эти пептиды демонстрируют ингибиторную активность in vitro по отношению к α-амилазе, встраиваясь в аллостерический центр α-амилазы и ингибируя связывание фермента с полисахаридами [80]. Tysoe et al. впервые описали хелиантамид, высокоэффективный ингибитор панкреатической α-амилазы, который выделен из актинии Stichodactyla helianthus. Это первый представитель нового структурного класса ингибиторов гликозидаз. Однако в отличие от вышеперечисленных пептидов, хелиантамид связывается с активным сайтом α-амилазы и включает ингибиторный мотив YIYH [81]. В Тихоокеанском институте биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН выделили и охарактеризовали структуру магнификамида – пептида, обнаруженного в слизи морской анемоны Heteractis magnifica. Магнификамид ингибирует панкреатическую и слюнную α-амилазы млекопитающих in vitro эффективнее, чем акарбоза. Так же как и хелиантамид, магнификамид содержит ингибиторный мотив YIYH. Кроме того, магнификамид обладает устойчивостью в кислой среде желудка и при физиологических температурах предположительно из-за наличия трех дисульфидных связей, что делает доступным пероральное применение этого пептида [82–84].

Пептиды фасоли пинто – LSSLEMGSLGALFVCM, PLPLHMLP, PPMHLP, PPHMGGP, PLPWGGAGF и PPHMLP – продемонстрировали превосходное ингибирование α-амилазы in vitro [23]. При гидролизе яичного белка с использованием алкалазы было получено восемь пептидов, среди которых RVPSLM и TPSPR проявили наибольшую ингибирующую активность в отношении α-гликозидазы [10]. С помощью молекулярного докинга установлено, что ингибирующую активность в отношении α-глюкозидазы имеют производные халкона из коры корня Morus alba: морусальбинс A–D, альбацин B, макроурин G, юнанензин A, мулберрофуран G и K, альбанол B, а также линалоол, выделенный из плодов Coriandrum sativum [85].

14. ГЛУТАМИНФРУКТОЗО-6-ФОСФАТАМИНОТРАНСФЕРАЗА (GFAT)

GFAT – важная мишень, используемая в терапии СД2, т.к. он играет центральную роль в пути биосинтеза гексозамина и участвует в катализе первой и ограничивающей скорость стадии образования гексозамина [86]. GFAT катализирует образование глюкозамин-6-фосфата. Повышенная активность GFAT, по-видимому, связана с инсулинорезистентностью, постпрандиальной гипергликемией и окислительным стрессом при СД2. Недавние результаты показали, что гексозаминовый путь, регулируемый GFAT, ответственен за развитие сосудистых осложнений при СД2, особенно диабетической нефропатии. Следовательно, GFAT – многообещающая терапевтическая мишень для лечения СД2 и его осложнений [87].

14.1. Ингибиторы GFAT

Цианидин-3-О-глюкозид, содержащийся в черном рисе, обладает сильной антиоксидантной и антирадикальной активностью в отношении гидроксильных и супероксидных радикалов. Он уменьшает воспаление жировой ткани и стеатоз печени у диабетических крыс и тем самым снижает гипергликемию у мышей с диабетом. С использованием молекулярного докинга определено, что цианидин-3-О-глюкозид демонстрирует большую аффинность связывания с GFAT, чем нативный лиганд глюкозо-6-фосфат [85]. В растении Euphorbia thimifolia Linn. идентифицировано семь биологически активных соединений, которые проявляют высокую аффинность связывания с GFAT in vitro: космозиин, кверцетин-3-галактозид, кверцитрин, корилагин, 1-О-галлоил-β-D-глюкоза, β-амирин и тараксерол [85].

15. CCN3, или NOV (СВЕРХЭКСПРЕССИРУЕМЫЙ ГЕН НЕФРОБЛАСТОМЫ)

Недавно была открыта роль CCN3 как цитокина, играющего роль в метаболических нарушениях, связанных с ожирением и инсулинорезистентностью. NOV – ген, кодирующий CCN3. Концентрация CCN3 в плазме значительно повышена у пациентов с ожирением и гиперлипидемией, что коррелирует с повышением концентрации С-реактивного белка, индексом массы тела и массы висцерального жира. Блокирование CCN3 может предотвратить ожирение и повысить чувствительность тканей к инсулину, уменьшить воспаление в жировой ткани у диабетических мышей [88]. CCN3 – мишень для транскрипционного фактора FoxO1, являющегося важным медиатором передачи сигналов инсулина в β-клетках поджелудочной железы. CCN3 может ингибировать пролиферацию β-клеток, что приводит к снижению секреции инсулина в β-клетках поджелудочной железы. Таким образом, антагонисты CCN3 можно рассматривать как потенциальные препараты для лечения СД2 [89–91].

15.1. Ингибиторы CCN3

В связи с недавним открытием роли CCN3/NOV в развитии СД2 открывается возможность поиска ингибиторов CCN3/NOV. Ресвератрол, природный нефлавоноидный полифенол, может улучшить усвоение глюкозы адипоцитами путем снижения инсулинорезистентности in vitro [92, 93], что позволяет предположить его потенциальное терапевтическое воздействие при СД. Ресвератрол увеличивает потребление глюкозы и экспрессию miR-23a-3p, адипонектина, лептина, PI3K и Akt, а также снижает экспрессию CCN3/NOV в культуре адипоцитов диабетических мышей при его применении в концентрации 0.1 мкМ в течение 24 ч (табл. 1) [94].

16. PPAR-γ (ГАММА-РЕЦЕПТОР, АКТИВИРУЕМЫЙ ПРОЛИФЕРАТОРОМ ПЕРОКСИСОМ)

PPAR представляют собой факторы транскрипции, принадлежащие к суперсемейству белков ядерных рецепторов и играющие решающую роль в контроле многих процессов в организме человека [94]. PPAR-γ связываются с различными эндогенными лигандами, жирными кислотами и эйкозаноидами и таким образом регулируют работу > 100 генов, поддерживающих метаболический гомеостаз в клетке [95]. Специфическое удаление PPAR-γ из клеток жировой ткани, мозга, мышц и макрофагов изменяет гомеостаз глюкозы. Эпигенетические модификации или посттрансляционные модификации в структуре PPAR-γ считаются многообещающими путями лечения различных метаболических заболеваний, в том числе СД2 [96]. При активации рецепторов PPAR-γ регулируется углеводный обмен и существенно повышается чувствительность к инсулину у тканей [97, 98].

16.1. Активаторы PPAR-γ

PPAR-γ – одна из важнейших ядерных мишеней для тиазолидиндионов. Однако тиазолиндионы имеют ряд побочных эффектов, таких как сердечная недостаточность, увеличение веса, рак мочевого пузыря, увеличение объема плазмы [52, 94]. Куркумин из Curcuma longa проявляет противодиабетическую эффективность, аналогичную тиазолидиндиону. Дозозависимая регуляция куркумином PPAR-γ предотвращает рост гепатоцитов крыс за счет стимуляции клеточного цикла и индукции апоптоза: 24-часовая инкубация с 50 мкМ куркумина подавляет рост гепатоцитов на 63%. Предположительно, куркумин оказывает противовоспалительное действие in vivo за счет регуляции рецептора PPAR-γ, что приводит к снижению экспрессии провоспалительного медиатора NF-κB [99]. Полифенолы из кожуры Punica granatum играют значительную роль в его гипогликемическом действии по нескольким путям, включая повышение чувствительности инсулиновых рецепторов, повышение активности PPAR-γ и уровня параоксоназы 1. Диабетические мыши при пероральном введении экстракта граната в течение 5 месяцев в объеме 300 мкл, который содержит 0.35 ммоль полифенолов, демонстрируют снижение массы тела, триацилглицеридов и холестерина на фоне повышения уровня параоксоназы 1 (табл. 1) [100].

17. Nrf2 (ЯДЕРНЫЙ ФАКТОР, СВЯЗАННЫЙ С ЭРИТРОИДНЫМ ФАКТОРОМ 2)

Nrf2 – главный регулятор окислительно-восстановительного гомеостаза. В ответ на стресс Nrf2 перемещается в ядро, где связывается с генами, содержащими антиоксидантный чувствительный элемент [101]. Эти гены кодируют белки, участвующие в реакции клетки на окислительный стресс, а также ферменты детоксикации и метаболические ферменты [102]. Таким образом, активация Nrf2 запускает экспрессию ферментов, которые непосредственно нейтрализуют активные формы кислорода, повышают клеточную антиоксидантную защиту, снижают уровень глюкозы в крови через запуск пентозофосфатного пути окисления глюкозы. Таким образом, активация Nrf2 – возможное решение проблемы окислительного стресса, связанного с гипергликемией [103, 104]. На ранних стадиях сахарного диабета уровень Nrf2 повышается, т.к. он действует в виде естественной защиты организма от гипергликемии. Однако адаптивный процесс, по-видимому, дает сбой на более поздних стадиях при хронической гипергликемии. Химическая или генетическая активация Nrf2 увеличивает чувствительность тканей к инсулину у диабетических мышей [105]. Таким образом, экзогенная активация сигнального пути Nrf2 может служить средством поддержки эндогенных антиоксидантных систем и предотвращения развития или прогрессирования СД2.

17.1. Активаторы Nrf2

Недавно было обнаружено, что метформин приводит к снижению инсулинорезистентности благодаря активации Nrf2 [103]. Куркумин, кверцетин, ксантогумол, сульфорафан, лакцистин, ресвератрол, рапамицин, коричный альдегид и полисахарид из Lycium barbarum активируют Nrf2 in vitro и in vivo. Полисахариды из Lycium barbarum в дозе 100 мг/кг на модели СД2 у мышей C57BL/6 проявляют гипогликемические свойства в глюкозотолерантном тесте, а также взаимодействуют с PI3K и Nrf2 в клеточных культурах в концентрациях 100–600 мкг/мл (табл. 1) [105]. Куркумин из Curcuma longa был идентифицирован как активатор Nrf2 и его нижестоящих мишеней. У крыс с диабетом куркумин в дозах 100 и 200 мг/кг, вводимый в течение 16 недель, активировал в печени Akt и Erk1/2, являющиеся вышестоящими киназами Nrf2 [106].

18. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В терапии СД2 наиболее распространены и эффективно используются природные соединения – полифенолы (в диапазонах доз 50–1638 мг/кг in vivo), в том числе флавоноиды растительных экстрактов, которые эффективны in vitro и in vivo в отношении PPAR-γ, PI3K/Akt/mTOR, Akt/Erk1/2/p38 MAPK, GLUT и в особенности IRS1 (полифенолы из граната и водоросли Gelidium elegans в дозах 50–350 мг/кг in vivo) и FFAR (флавоноиды в дозах 25 мг/кг – 200 мг/кг in vivo). Берберин (80, 100, 120 и 180 мг/кг in vivo) и бетаин (50 мг/кг in vivo), а также пигменты ресвератрол (1, 5 и 10 мг/кг in vivo) и фукоксантин (1.06 и 2.22% в корме лабораторных животных) показывают противодиабетическую активность в отношении сравнительно новых терапевтических мишеней для лечения СД2: FOXO1, CCN3, PI3K/Akt/mTOR, AMPK/SIRT1/PGC-1α. Корица, женьшень и куркума – источники соединений, имеющих высокую активность в отношении PTP1β, AMPK/ SIRT1/PGC-1α и Nrf2 при лечении СД2. Перспективными соединениями для лечения СД2, которые на сегодняшний момент в большом объеме изучены in silico, являются пептиды из растительных экстрактов, молочных белков и ядов, которые активны в отношении GLUT, DPP-4 и α-гликозидаз.

Таким образом, научно-технические достижения позволяют трансформировать традиционную медицину в эффективный метод поиска лекарств на основе природных компонентов для лечения СД2 [107–110].

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект № 21-74-20147).

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Настоящая статья не содержит описания исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов исследования.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

N. A. Borozdina

Branch of the Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences; Branch of the Russian Biotechnological University (ROSBIOTECH)

Author for correspondence.
Email: borozdina@bibch.ru
Russian Federation, prosp. Nauki 6, Pushchino, 142290; prosp. Nauki 3, Pushchino, 142290

D. V. Popkova

G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

Email: borozdina@bibch.ru
Russian Federation, prosp. 100 let Vladivostoku 159, Vladivostok, 690022

I. A. Dyachenko

Branch of the Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences; Branch of the Russian Biotechnological University (ROSBIOTECH)

Email: borozdina@bibch.ru
Russian Federation, prosp. Nauki 6, Pushchino, 142290; prosp. Nauki 3, Pushchino, 142290

References

Supplementary files