با افزايش شيوع ديابت در سراسر جهان انتظار ميرود اين بيماری به عنوان يكی از عوامل اصلی بيماری زايی و مرگ و مير باقی بماند.  ديابت شيرين به عنوان شايع ترين بيماری غدد داخلی، به نوع يک و دو طبقه بندی می شود.  ديابت نوع دو شامل:

گروه ناهمگوني از اختلال ها است كه به طور معمول با درجه هاي متفاوتي از مقاومت به انسولين (در بافت هاي هدف انسولين)، اختلال در ترشح انسولين و افزايش توليد گلوگز مشخص مي شوند.

اين اختلال ها به دليل:

• عملكرد نامناسب سلول هاي پانكراس
• ناكافي بودن ميزان انسولين

اتفاق مي افتند. با توجه به:

• شيوع چاقي
• كاهش ميزان فعاليت بدني

انتظار مي رود سرعت وقوع ديابت نوع دو بيش از نوع يك باشد. در سال 2010 نزديك به 220 ميليون نفر مبتلا به ديابت نوع دو گزارش شدند كه نسبت به سال 2001 حدود 50 درصد افزايش داشته است و تخمين زده مي شود كه اين عدد تا سال 2030 از مرز 366 ميليون نفر نيز بگذرند.  مهمترين اختلالي كه در بروز ديابت نوع دو نقش دارد:

• ايجاد مقاومت به انسولين (عدم پاسخ به ميزان طبيعي انسولين در گردش خون )
• ترشح غير طبيعي انسولين

است.

عوامل ايجاد ديابت نوع دو

اصلي ترين عوامل ايجاد ديابت نوع دو عبارتند از:

• مقاومت به انسولين به دليل نقص در پيام رساني انسولين
• تغيير در بيان پروتئين يا ژن هاي هدف انسولين
• ساير نقص هاي متابوليكی
• تقابل با ساير هورمون ها

به نظر مي رسد مقاومت به انسولين بر اختلال ترشح آن  تقدم دارد و اين پديده اغلب 10 تا 20 سال قبل از بروز علائم ديابت نوع دو ايجاد مي شود. تاكنون يك يا دو ژن اصلي و تعداد زيادي ژن فرعي در بيماري زايي ديابت دو دخيل شناخته شده اند ، اما ارتباط كامل آن ها هنوز شناسايي نشده است. ژن هاي دخيل در:

• پيام رساني انسولين
• انتقال گلوگز
• ساخت گليگوژن
• جذب و ساخت اسيد چرب
• تمايز سلول هاي چربي از جمله ژن هاي صلاحيت دار

به شمار مي روند.  در اين ميان حدود يازده ژن با ايجاد حساسيت به انسولين مرتبط شناخته شده اند كه بروز پلي مورفيسم در آنها ميزان حساسيت به انسولين را متأثر مي كند.  با اين حال، جزئيات دقيق مكانيسم مولكولي رخداد مقاومت به انسولين در پرده اي از ابهام قرار دارد. در اين مطالعه مروري نظام مند، سعي شده است تا با تكيه بر آخرين يافته هاي منتشر شده در زمينه عوامل مؤثر در ايجاد مقاومت به انسولين به عنوان اولين مرحله ايجاد بيماري ديابت نوع دو، به معرفي دقيق تر نحوه بروز اين پديده پرداخته شود.

مكانيسم هاي مولكولي ايجاد مقاومت به انسولين

اختلال در نقل و انتقال مولكول 4 GLUT

– (Glucose transporter type 4) انسولين سه بافت هدف را نشانه گيري مي كند: عضلات اسكلتي، بافت چربي و كبد.

جذب گلوگز در سلول هاي هدف هورمون انسولين، توسط ناقل قندي 4 GLUT انجام مي شود . در سلول تحريك نشده با هورمون، مولكول هاي GLUT4   درون وزيكول هاي خاصي در محيط سيتوپلاسم محصور هستند و به طور دايمي به صورت اندوزومي ميان سطح ترانس گلژي و عوامل توبولو وزيكولار در رفت و آمدند . به

دنبال ترشح انسولين، وزيكول هاي حاوي ذخاير 4 GLUT به صورت فيزيكي به سطح غشا پلاسمايي سلول منتقل و متصل مي شوند تا به جذب بيشتر گلوگز توسط سلول

كمك كنند. انسولين با فعال كردن فسفو اينوزيتيد – 3 كيناز كلاس(PI3K) I، PIP2(Phosphatidylinositol 4 , 5 bisphosphate) را

به (Phosphatidylinositol 3,4,5 trisphosphate) PIP3 تبديل مي كند و واسطه هاي سيتوزولي ديگري نظير

AKT , (Phosohoinositide – dependent) PDK1    , (Protein kinase B)  AS160(activating protein Rab – GTPase)،

و پروتئين كينازهاي C  اتيپيكال  را فعال مي كند.  بروز تغيير در ميزان بيان يا تركيب شيميايي هر كدام از مولكول هاي شركت كننده در اين مسير مي تواند در بروز بيماري دخيل باشد.

اثرات فسفوريله شدن

فسفوريله شدن AS160  باعث افزايش انتقال GLUT4 به سطح سلولي مي شود، در حالي كه در عضله افراد ديابتي ميزان نوع فسفوريله شده آن كاهش مي يابد.  با بررسي ميزان بيان GLUT4 در افراد مبتلا به ديابت نوع دو مشاهده شده است كه بيان پروتئين در سطح طبيعي وجود دارد، اما ميزان انتقال آن به سطح سلول كاهش يافته است. در حالت طبيعي در بسياري از سلول ها نظير سلول هاي عضلات اسكلتي، فعاليت PI3K،  به فعال شدن عامل تعويض

نوكلئوتيد گوانين GEFبرای Rac 1  (Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1) GTPase های کوچک در خانواده Rho، می انجامد كه در متحرك كردن اكتين اسكلت سلولي و تسهيل حمل و نقل دخالت دارد. از سوي ديگر وزيكول هاي حاوي GLUT4با PIP3،  و پروتئين 2 غشايي همراه وزيكول یا

(Vesicle-associated membrane protein 2) VAMP2 همراه هستند تا فرايند انتقال و اتصال به سطح سلول را انجام دهند. نقص در اين دو پروتئين مي تواند انتقال به سطح سلول و جذب گلوكز را تحت تأثير GLUT4 قرار دهد و در نهايت عملكرد هورمون انسولين را مختل كند. وجود Rac1 در سلول عضلاني براي اين انتقال ضروري است. عضلاتي كه فاقد بيان 1 Rac باشند، قادر به بازآرايي اكتين اسكلت سلولي نيستند و در نتيجه انتقال GLUT4  وابسته  به  ترشح انسولين به سطح سلول، متوقف مي شود.  اما مسير اگزوسيتوز اكتيني GLUT4 تحريك شده از طريق انسولين، در سلول هاي چربي متفاوت است. در بافت چربي،

پروتئين هاي:

• TC10
• N-WASP  (Neural wiskott-aldrich syndrome protein)
• فودرین

از به جای Rac1 در نقل و انتقال 4 GLUT  از طریق اكتين اسكلت سلولي شركت دارند . پس دور از ذهن نيست كه نقص در هر يك از اجزاي شركت كننده در حمل ناقلين گلوگز به سطح سلول بتواند سرآغاز فرايند ايجاد مقاومت به انسولين در بافت هدف هورمون باشد.

چاقي

چاقي، به خصوص نوع احشايي و مركزي در مبتلايان به ديابت نوع دو بسيار شايع است و يك سوم افراد چاق به ديابت نوع دو دچار مي شوند. تجمع بافت چربي به خصوص در ناحيه شكمي و عدم تعادل در جذب انرژي و افزايش اكسيداسيون اسيدهاي چرب، نقش مستقيمي در ايجاد مقاومت به انسولين دارد.

چربي، تغذيه و فعال شدن مسير mTOR

(Mammalian target of rampamycine) مشخصه ديابت پيشرونده، عملكرد و تنظيم نامناسب بافت چربي و متابوليسم چربي هاست كه همراه با عملكرد نامناسب سلول هاي بتاي پانكراس دو عارضه اساسي ديابت نوع دو هستند.  مطالعه هاي اخير نشان داده اند فعال شدن مسير پروتئين كينازي mTOR كه مسير هماهنگ كننده پيام هاي تغذيه اي و هورموني است، مي تواند به ايجاد مقاومت به انسولين ختم شود. mTOR با فسفوريله كردن سرين هاي موجود روي اولين سوبستراي انسولين (Insulin receptor substrate 1) IRS-1   مانع فعال سازي  AKT و PI3K از طریق 1  IRS- می شود و اين دو مولكول اجرايي فعاليت متابوليكي هورمون انسولين را غيرفعال مي كنند.  اين حالت در سلول هاي:

• عضلاني
• چربي
• كبدي

ديده شده و در بافت:

• كبد
• عضله رت

هم به نظر مي رسد  به اثبات رسيده است.

به نظر میرسد مسیر mTOR، و عضو اجرايي آن S6K1، (Ribosomal protein S6 kinase beta 1)، در  حيوان هاي مدل، بيان بالايي داشته و اين حيوان ها به طور ژنتيكي يا از طريق رژيم غذايي به چاقي مرتبط با مقاومت به انسولین مبتلا شده اند.

اسيد آمينه سرين موقعيت 1101 در مولكول IRS-1  به عنوان هدف مولكولي S6K1 در كبد حيوان هاي چاق و عضله انسان ها شناخته شده است و مي تواند در آينده به عنوان ابزار تشخيصي و درماني اين بيماري مورد توجه قرار گيرد.

اثر اسيدهای چرب آزاد

• تغيير در ميزان بيان گيرنده انسولين يا اتصال هورمون به آن
• تأثير بر فعاليت تيروزين كينازي گيرنده

به ايجاد حالت مقاومت به انسولين كمك كنند. افزايش چربي آزاد با به كارگيري پروتئين کیناز C اپسيلون  و همكاري عامل رونويسي

HMGA (High mobilitygroup protein with AT-hook) باعث محدوديت در عملكرد(Specificity protein 1)  SP1 ، CEBP

(CCAAT enhancer-binding protein) روي پروموتر ژن گيرنده انسولين مي شود و در نهايت با تغيير بيان گيرنده انسولين و كاهش حضور آن در سطح سلول ، مقاومت به هورمون را پديد مي آورد. از سوي ديگر مصرف چربي اشباع شده فعاليت AKT-PKCوابسته به انسولین را متوقف مي كند و باعث افزايش ميزان سراميد و دي اسيل گليسرول در كشت سلول هاي عضلاني مي شود .

مطالعه ها نشان داده اند به دليل مصرف بالاي مواد پرچرب، الدئيدهاي فعال عضله اسكلتي مانند 4- هيدروكسي نوننال   (HNE) كه به عنوان نشانه زيستي پراكسيداسيون چربي معرفي شده اند، با تجمع چربي در سلول هاي عضلاني افراد كم تحرك همراه مي شوند. اين ميزان در حالت مقاومت به انسولين و بيماران ديابتی افزايش مي يابد و رابطه معني داري را نشان مي دهد.  ميزان بالاي اسيد چرب آزاد مي تواند به كاهش عملكرد هگزوكيناز II و گلوگز 6 فسفاتاز عضلاني نيز منجر شود و به نوبه خود مقاومت به هورمون انسولين را در كبد يا سراسر بدن ايجاد كند.

پروتئين كيناز C اتيپيكال (aPKC)

به نظر مي رسد ميان اين دسته از آنزيم ها و مقاومت به انسولين القا شده توسط اسيد چرب آزاد، ارتباط خاصي وجود داشته باشد. مصرف چربي در موش صحرايي و انسان باعث جذب نامناسب گلوگز وابسته به انسولين در عضله و فعاليت همزمان پروتئين كيناز C گاما مي شود كه به همراه پروتئين كيناز C دلتا ايزوفرم هاي اتيپيكال هستند. پروتئين كيناز C دلتا يكي از اهداف فسفوريلاسيون گيرنده انسولين در موقعيت سرين است و افزايش آن فسفوريلاسيون تيروزين گيرنده انسولين (آغازكننده مسير پيام رساني هورمون) را كاهش و ميزان اثربخشي هورمون انسولين را تغيير مي دهد.

آديپوكاين ها

آديپوكاين هاي خاص از جمله  TNF α ,  IL-6   نيز به دليل دخالت در بروز مقاومت به انسولين، در بيماري زايي دخالت دارند.  اين مولكول ها با راه اندازي مسيرهاي پيام رساني خود ، مولكول هايي نظير JNK(Nterminal kinase C-Jun)و (IκB kinase) IKK را فعال مي كنند و  مي توانند با افزايش فرايند و  فسفوريلاسيون سرين IRS-1  یا از طريق افزايش رونويسي از ژن هاي التهابي نظير iNOS ، مقاومت به انسولین را ایجاد کند. فعالیت iNOS، ميزان توليد اكسيد نیتروژن و مشتقات فعال پيروكسي نيتريت را بالا مي برد. اكسيد نيتروژن و پيروكسي نيتريت باعث مختل شدن مسير پيام رساني انسولين از طريق نيتراته كردن يا نيتروزيلاسيون   AKT و  IRS-1, PI3K مي شوند كه اين مولكول ها كليد انتقال GLUT 4به سطح سلول و در  نهايت جذب قند توسط ميوسيت ها هستند.

Rho كيناز (ROCK: Rho-associated protein kinase)

Rho كينازها، سرين يا پروتئين كيناز هاي وابسته به GTP هستند كه در دسته همولوگ هاي وابسته به Ras طبقه بندي مي شوند. ارتباط نزديكي ميان Rho كيناز  و IRS

وجود دارد؛ به نحوي كه كاهش آن به كاهش IRS-1 و در نهايت كاهش فعاليت PI3K در بافت چربي و عضله منجر مي شود . با حذف ژن ROCK، در موش به دليل اختلال در فسفوريله شدن تيروزين IRS-1  مقاومت به انسولين در كل بدن حيوان ايجاد مي شود.

مولكول هاي پروتئين فسفاتاز و ليپيد فسفاتاز

فسفوريله شدن تيروزين كليد اصلي راه اندازي مسير پيام رساني انسولين محسوب مي شود ، بنابراين پروتئين فسفاتازها به عنوان مهمترين مهاركننده هاي اين مسير به شمار مي آيند. در بررسي هاي گذشته به نقش فسفاتازهاي(Protein-tyrosin-phosphatase 1B) PTP1B و LAR (Leukocyte antigen-related protein) در مهار  فعاليت كيناز گيرنده انسولين در كبد و بافت هاي محيطي هدف هورمون انسولين اشاره شده است.

• PTP1B
• LAR

در كبد افراد مبتلا به دیابت تا سه برابر افزايش مي يابند و در بافت عضله و چربي نيز بيان بالايي دارند. اما به نظر مي رسد تنها در كبد و عضله مقاومت به انسولين ايجاد مي كنند. اخيراً گزارش هايي مبني بر نقش فسفاتاز SHIP به عنوان مهاركننده جديد مسير پيام رساني هورمون در كبد و عضله اسكلتي به چاپ رسيده است.

موش هاي مدل فاقد SHIP به قند مقاوم هستند و به انسولين حساسيت قابل ملاحظه اي دارند كه به افزايش عملكرد پيام رساني انسولين از مسير IRS-PI3K-AKT در كبد و عضله منجر مي شود. به نظر ميرسد SHIP با مهار توليد PIP3، فعاليت مهاری خود را انجام مي دهد.

فسفوليپاز ليپيدي  PTEN  (Phosphatase and tensin homologe) نيز آنتاگونيست  PI3K است و از اين مسير به مهار فعاليت پيام رساني هورمون مي پردازد.

miRNA

نقش  miRNA  و همراهي آن با ديابت نوع دو نخستين بار در سال 2004 بررسي شد و به نظر مي رسد به دليل چند سيستمي و چند عاملي بودن بيماري، miRNA هاي بيشتري نيز شناسايي شوند.

miR دسته اي از RNA  هاي كوچك با طول 18 تا 22  نوكلئوتيد هستند و 1 تا 3 درصد ژنوم را شامل مي شوند. آنها مي توانند بيان 30 درصد ژن ها را از طريق مكانيسم هاي تنظيمي منفي (تخريب، دآدنيله كردن mRNA يا مهار ترجمه ) كنترل كنند.

وجود miRNA براي موارد زير ضروري است:

• تكامل پانكراس
• تنظيم ترشح انسولين تحريك شده توسط گلوگز
• كاتابوليسم اسيدهاي آمينه
• ساخت اسيد چرب در سلول هاي كبد
• تمايز سلول هاي β پانكراس و عوامل درگير در اگزوسيتوز انسولين
• تمايز بافت چربي و ميوبلاست و ميوژنز

به عنوان مثال:

در مطالعه اي بر روي افراد مبتلا به ديابت دو در يك دوره 10 ساله، قبل و بعد از علائم بيماري، تعداد 13  miRNA متفاوت با نمونه هاي كنترل گزارش شد. قبل و بعد از بروز علائم، بيان متفاوتي را در 70 درصد افراد مبتلا نشان دادند.

شناسايي ارتباط ميان miRNA هاي كليدي كه ژن هاي حساس و دخيل در بيماري زايي ديابت نوع دو را كنترل مي كنند. از نظر باليني بسيار مهم است:

• علاوه بر شناخت صحيح و روشن مسير بيماري زايي ديابت نوع دو، راه را براي شناسايي روش هاي پيشگيري يا درماني هموار مي سازد.
• معرفي دقيق miRNA هاي مرتبط با ژن هاي مداخله كننده در بيماري به خصوص ايجاد مقاومت به انسولين مي تواند استفاده از آنها را به عنوان نشانه هاي تشخيص دقيق بيماري اعتبار ببخشد.

با توجه به اين كه در برخي بررسي ها به حركت ترانس miRNA ها از بافت توليدي به بافت هدف نيز اشاره شده است. ميتوان با استفاده از  miRNA هاي كليدي، روش هاي درماني با حداقل تهاجم را جهت جلوگيري از پيشرفت بيماري عرضه داشت.

منبع

هنردوست، مریم، ساروخانی، محمدرضا، و عارفیان، احسان. (1393). مکانیسم مولکولی ایجاد مقاومت به انسولین. مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی قزوین، 18(5 (پی در پی 76))، 57-64.