Спонтанный и индуцированный апоптоз мононуклеаров периферической крови в патогенезе сахарного диабета 1 типа

Апоптоз является ведущим механизмом деструкции β-клеток поджелудочной железы при сахарном диабете 1 типа (СД-1). При исследованиях маркеров апоптоза мононуклеаров периферической крови с целью уточнения роли программируемой клеточной смерти в патогенезе различных заболеваний более значимой считается оценка активационного апоптоза в ответ на стимуляцию митогеном или специфическим антигеном, так как роль апоптоза в иммунном ответе возрастает в условиях активации клеток. Установлено, что стимулы, которые активируют покоящиеся Т-лимфоциты, инициируют апоптотическую гибель активированных Т-лимфоцитов. Поэтому определение только спонтанного апоптоза мало информативно. Кроме того, определение чувствительности клеток к индукции апоптоза дает возможность выявить связь патологического процесса с усилением или ослаблением этой чувствительности. Ключевым моментом в инициации СД-1 является устойчивость к апоптозу активированных аутореактивных Т-лимфоцитов, которые мигрируют из кровяного русла в поджелудочную железу и принимают активное участие в деструкции инсулярного аппарата поджелудочной железы. Несмотря на длительное изучение патогенеза СД-1, точные причины резистентности клонов эффекторных Т-клеток к апоптозу остаются неясными. Не установлены факты, дающие ответ на вопрос: насколько способность Т-лимфоцитов периферической крови вступать в апоптоз ассоциирована с тяжестью и продолжительностью заболевания. В связи с этим целью исследования явилась оценка эффективности активационного апоптоза лимфоцитов периферической крови больных СД-1 в зависимости от состояния компенсации и длительности течения заболевания. Были изучены особенности индукции активационного апоптоза в культуре мононуклеаров периферической крови у больных сахарным диабетом 1 типа. В качестве индукторов были использованы фитогемагглютинин (ФГА) и инсулин. Выявлена повышенная чувствительность мононуклеаров периферической крови больных СД-1 к активационному апоптозу in vitro. Максимальный апоптотический ответ на ФГА был отмечен при декомпенсации СД-1. Принимая во внимание, что в ответ на стимуляцию ФГА апоптозу подвергаются преимущественно Т-клетки, можно говорить о высокой чувствительности активированных Т-лимфоцитов больных СД-1 к индукции апоптоза. Самый высокий уровень активационного апоптоза в ответ на стимуляцию инсулином был выявлен при компенсации СД-1. Установлено, что интенсивность спонтанного и индуцированного апоптоза мононуклеаров периферической крови больных СД-1 коррелирует с состоянием декомпенсации углеводного обмена и степенью нарушения секреторной функции β-клеток поджелудочной железы. Это подтверждается наличием выраженной прямой корреляционной связи между процентом гиподиплоидных клеток и концентрацией глюкозы в крови и обратной зависимости между количеством апоптотических клеток и содержанием С-пептида в сыворотке крови. Полученные данные находятся в соответствии с современной концепцией иммунопатогенеза СД-1, согласно которой развитие аутоиммунных заболеваний связано не только с усиленным апоптозом клеток-мишеней, но и с дефектом фагоцитарного клиренса апоптотических клеток вследствие нарушения эффероцитоза – фагоцитоза апоптотических клеток. Таким образом, максимальное повышение уровня спонтанного и индуцированного апоптоза лимфоцитов периферической крови при декомпенсации СД-1 объясняется не только влиянием гипергликемии, но и вторичным иммунным ответом на так называемые «поздние апоптотические» или «вторичные некротические» β-клетки вследствие их неэффективного фагоцитарного клиренса.

апоптоз, Т-лимфоциты, фитогемагглютинин, инсулин, сахарный диабет 1 типа, С-пептид, β-клетки

1. Васина Л.В., Иванов Г.А., Луговая А.В., Морозова Л.Ю. Изменение циркулирующих CD59+- лимфоцитов периферической крови при остром коронарном синдроме // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета, 2008. № 1. С. 6-12. [Vasina L.V., Ivanov G.A., Lugovaya A.V., Morozova L.Yu. Change of content of circulating CD59+ cells of peripheral blood at acute coronary syndrome. Vestnik SanktPeterburgskogo gosudarstvennogo universiteta = Bulletin of St. Petersburg State University, 2008, no. 1, pp. 6-12. (In Russ.)]

2. Васина Л.В., Луговая А.В., Петрищев Н.Н., Серебряная Н.Б. Патогенетическое значение изменения относительного содержания аннексин V+-мононуклеаров и CD59+-лимфоцитов периферической крови при остром коронарном синдроме // Медико-биологические и социально-психологические проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях, 2008. № 1. С. 74-80. [Vasina L.V., Lugovaya A.V., Petrischev N.N., Serebryanaya N.B. Pathogenic significance of relative alteration in V-binding mononuclears and CD 59+ lymphocytes of peripheral blood in patients with acute coronary syndrome. Mediko-biologicheskie i sotsialno-psikhologicheskie problemy bezopasnosti v chrezvychaynykh situatsiyakh = Medicо-Biological and Socio-Psychological Problems of Safety in Emergency Situation, 2008, no. 1, pp. 74-80. (In Russ.)]

3. Зурочка А.В., Давыдова Е.В., Альтман Д.А. Интенсивность процессов апоптоза и пролиферации лимфоцитов в условиях дислипидемии при ранних формах хронической ишемии мозга // Медицинская иммунология, 2014. Т. 16, № 1. С. 27-34. [Zurochka A.V., Davydova E.V., Altman D.A. Intensity of apoptotic and proliferative events in lymphocytes under dyslipidemic conditions at early stages of chronic brain ischemia. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2014, Vol. 16, no. 1, pp. 27-34. (In Russ.)] doi: 10.15789/1563-0625-2014-1-27-34.

4. Зурочка А.В., Хайдуков С.В., Кудрявцев И.В., Черешнев В.А. Проточная цитометрия в биомедицинских исследованиях. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2018. 720 с. [Zurochka A.V., Khaidukov S.V., Kudriavtsev I.V., Chereshev V.A. Flow cytometry in biomedical research]. Ekaterinburg: RIO UB RAS, 2018. 720 p.

5. Иммунология: в 3-х т. Т. 1. Пер. с англ. / Под ред. У. Пола. М.: Мир, 1988. 476 с. [Fundamental Immunology. Ed. William E. Paul, M.D]. Moscow: Mir, 1988. 476 p.

6. Кудрявцев И.В., Головкин А.С., Зурочка А.В., Хайдуков С.В. Современные методы и подходы к изучению апоптоза в экспериментальной биологии // Медицинская иммунология, 2012. Т. 14, № 6. С. 461-482. [Kudriavtsev I.V., Golovkin A.S., Zurochka A.V., Khaidukov S.V. Modern technologies and approaches to apoptosis studies in experimental biology. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2012, Vol. 14, no. 6, pp. 461-482. (In Russ.)] doi: 10.15789/1563-0625-2012-6-461-482.

7. Петрищев Н.Н., Васина Л.В., Луговая А.В. Содержание растворимых маркеров апоптоза и циркулирующих аннексин V-связанных апоптотических клеток в крови больных острым коронарным синдромом // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета, 2008. № 1. С. 14-24. [Petrishchev N.N., Vasina L.V., Lugovaya A.V. Content of soluble markers of apoptosis and circulating V annexin-connected apoptotic cells in the blood of patients with acute coronary syndrome. Vestnik Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo universiteta = Bulletin of St. Petersburg State University, 2008, no. 1, pp. 14-24. (In Russ.)]

8. Хаитов Р.М. Иммунология: учебник. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018. 496 с. [Khaitov R.M. Immunology: textbook]. Moscow: GEOTAR-Media, 2018. 496 p.

9. Ярилин А.А., Никонова М.Ф., Ярилина А.А., Варфоломеева М.И., Григорьева Т.Ю. Апоптоз, роль в патологии и значимость его оценки при клинико-иммунологическом обследовании больных // Медицинская иммунология, 2000. Т. 2, № 1. С. 7-16. [Yarilin A.A., Nikonova M.F., Yarilina A.A., Varfolomeeva M.I., Grigorieva T.Yu. Apoptosis, importance of its evaluation in immunopathlogical states. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2000, Vol. 2, no. 1, pp. 7-16. (In Russ.)]

10. Ardestani A., Maedler K. MST1: a promising therapeutic target to restore functional beta cell mass in diabetes. Diabetologia, 2016, Vol. 59, no. 9, pp. 1843-1849.

11. Baidwan S., Chekuri A., Hynds D.L., Kowluru A. Glucotoxicity promotes aberrant activation and mislocalization of Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1 [Rac1] and metabolic dysfunction in pancreatic islet β-cells: reversal of such metabolic defects by metformin. Apoptosis, 2017, Vol. 22, no. 11, pp. 1380-1393.

12. Banfalvi G. Methods to detect apoptotic cell death. Apoptosis, 2017, Vol. 22, no. 2, pp. 306-323.

13. Birge R.B., Boeltz S., Kumar S., Carlson J., Wanderley J., Calianese D., Barcinski M., Brekken R.A., Huang X., Hutchins J.T., Freimark B., Empig C., Mercer J., Schroit A.J., Schett G., Herrmann M. Phosphatidylserine is a global immunosuppressive signal in efferocytosis, infectious disease, and cancer. Cell Death Differ., 2016, Vol. 23, pp. 962-978.

14. Blander J.M. The many ways tissue phagocytes respond to dying cells. Immunol. Rev., 2017, Vol. 277, no. 1, pp. 158-173.

15. Brozzi F., Nardelli T.R., Lopes M., Millard I., Barthson J., Mariana I., Grieco A.F., Villate O., Oliveira J.M., Casimir M., Bugliani M., Engin F., Hotamisligil G.S., Marchetti P., Eizirik D.L. Cytokines induce endoplasmic reticulum stress in human, rat and mouse beta cells via different mechanisms. Diabetologia, 2015, Vol. 58, no. 10, pp. 2307-2316.

16. Elmore S.A., Dixon D., Hailey J.R., Harada T., Herbert R.A., Maronpot R.R., Nolte T., Rehg J.E., Rittinghausen S., Rosol T.J., Satoh H., Vidal J.D., Willard-Mack C.L., Creasy D.M. Abstract Recommendations from the INHAND Apoptosis/Necrosis Working Group. Toxicol. Pathol., 2016, Vol. 44, no. 2, pp. 173-188.

17. Fu D., Yu J.Y., Yang S., Wu M., Hammad S.M., Connel A. R., Du M., Chen J., Lyons T. J. Survival or death: a dual role for autophagy in stress-induce pericyte loss in diabetic retinopathy. Diabetologia, 2016, Vol. 59, no. 10, pp. 2251-2261.

18. Garg A.D., Romano E., Rufo N., Agostinis P. Immunogenic versus tolerogenic phagocytosis during anticancer therapy mechanisms and clinical translation. Cell Death Differ., 2016, Vol. 23, pp. 938-951.

19. Green D.R. Cell death and the immune system: getting to how and why. Immunol. Rev., 2017, Vol. 277, no. 1, pp. 4-8.

20. Green D.R., Oguin T.H., Martinez J. The clearance of dying cells: table for two. Cell Death Differ., 2016, Vol. 23, pp. 915-926.

21. Hakonen E., Chandral V., Fogarty C.L., Yu N.Y., Ustinov J., Katayama S., Galli E., Danilova T., Lindholm P., Vartiainen A., Einarsdottir E., Krjutškov K., Kere J., Saarma M., Lindah M., Otonkoski T. MANF protects human pancreatic beta cells against stress-induced cell death. Diabetologia, 2018, Vol. 61, no. 10, pp. 2202-2214.

22. Hammes H.P. Diabetic retinopathy: hyperglycaemia, oxidative stress and beyond. Diabetologia, 2018, Vol. 61, no. 1, pp. 29-38.

23. Kumagai J., Akiyama H., Iwashita S., Iida H., Yahara I. In vitro regeneration of resting lymphocytes from stimulated lymphocytes and its inhibition by insulin. J. Immunol., 1981, Vol. 126, no. 4, pp. 1249-1254.

24. Pasparakis M., Vandenabeele P. Necroptosis and its role in inflammation. Nature, 2015, Vol. 517, pp. 311- 320.

25. Purwana I., Liu J.J., Portha B., Buteau J. HSF1 acetylation decreases its transcriptional activity and enhances glucolipotoxicity-induced apoptosis in rat and human beta cells. Diabetologia, 2017, Vol. 60, no. 8, pp. 1432-1441.

26. Ryan A., Murphy M., Godson C., Hickey F.B. Diabetes mellitus and apoptosis: inflammatory cells. Apoptosis, 2009, Vol. 14, no. 12, pp. 1435-1450.

27. Sachet M., Liang Y.Y., Oehler R. The immune response to secondary necrotic cells. Apoptosis, 2017, Vol. 22, no. 10, pp. 1189-1204.

28. Sidarala V., Kowluru A. Exposure to chronic hyperglycemic conditions results in Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1 (Rac1)-mediated activation of p53 and ATM kinase in pancreatic β-cells. Apoptosis, 2017, Vol. 22, no. 5, pp. 597-607.

29. Tchorzewski H., Glowacka M., Banasik P., Lewkowicz M., Szalapska-Zawodniak M. Activated T lymphocytes from patients with high risk of type I diabetes mellitus have different ability to produce interferon-γ, interleukin-6 and interleukin-10 and undergo anti-CD95 induced apoptosis after insulin stimulation. Immunol. Lett., 2001, Vol. 75, pp. 225-234.

30. Thomas H.E., Trapani J.A., Kay T.W.H. The role of perforin and granzymes in diabetes. Cell Death Differ., 2010, Vol. 17, pp. 577-585.

31. Vives-Pi M., Rodrıguez-Fernandez S., Pujol-Autonell I. How apoptotic β-cells direct immune response to tolerance or to autoimmune diabetes: a review. Apoptosis, 2015, Vol. 20, no. 3, pp. 263-272.

32. Weinlich R., Oberst A., Beere H.M., Green D.R. Necroptosis in development, inflammation and disease. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol., 2016, Vol. 18, pp. 127-136.

33. Zhang M., Zhang L., Hu J., Lin J., Tingting W., Duan Y., Man W., Feng J., Sun L., Jia H., Li C., Zhang R., Wang H., Sun D. MST1 coordinately regulates autophagy and apoptosis in diabetic cardiomyopathy in mice. Diabetologia, 2016, Vol. 59, no. 11, pp. 2435-2447.

34. Zhao Y., Scott N.A., Fynch S., Elkerbout L., Wong W.W., Mason K.D., Strasser A., Huang D.C., Kay T.W.H., Thomas H.E. Autoreactive T cells induce necrosis and not BCL-2-regulated or death receptor-mediated apoptosis or RIPK3-dependent necroptosis of transplanted islets in a mouse model of type 1 diabetes. Diabetologia, 2015, Vol. 58, no. 1, pp. 140-148.