10 липня, 2023

Фундаментальна ендокринологія. Шлях від експерименту до клінічної імплементації

Автори:

М.Д. Тронько, академік НАМН України; О.І. Ковзун, д. біол. н., професор

У травні 2023 року в Ужгороді відбулося чергове засідання «Школи ендокринолога». Саме з Ужгорода і взяв початок цей проєкт 7 років тому. За цей період було проведено 35 великих науково-освітніх заходів. Усі вітчизняні ендокринологи добре знайомі зі Школою і беруть у ній активну участь, тому що кожне засідання – це завжди цікава програма з результатами сучасних досліджень із діагностики та терапії ендокринних патологій. За роки свого існування Школа зробила чималий крок уперед, давши можливість лікарям-практикам отримувати відповіді на свої питання і допомогу у веденні складних пацієнтів.

За традицією засідання розпочав науковий керівник проєкту, академік НАМН України, член-кореспондент НАН України, директор ДУ «Інститут ендокринології та обміну речовин ім. В.П. Комісаренка НАМН України» (м. Київ), президент Асоціації клінічних ендокринологів України, доктор медичних наук, професор Микола Дмитрович Тронько. У своїй доповіді він передусім зазначив, що, незважаючи на розвиток медицини, поширеність деяких захворювань не лише не знижується, але й продовжує зростати в усьому світі. Це такі патології, як цукровий діабет (ЦД) і онкопатологія щитоподібної залози (ЩЗ).

! За прогнозами АDA, до 2045 року захворюваність на ЦД збільшиться на 48%. А наслідки ЦД дійсно масштабні і катастрофічні: інсульти та інфаркти кожні 2 хв, ампутація нижньої кінцівки кожні 5 хв, смерть – кожні 6,5 хвилини.

Це надзвичайно актуальна і пріоритетна проблема не лише для медичної спільноти, тому науковці активно продовжують вивчати нові можливості в лікуванні цього захворювання та контролі над ним.

Пропонуємо до уваги читачів розгорнуте резюме доповіді професора М.Д. Тронька.

Основні напрями фундаментальної ендокринології

Молекулярні механізми дії гормонів; системи внутрішньоклітинного сигналювання.
Патогенетичні аспекти ґенезу ЦД та інших ендокринних захворювань.
Інноваційні технології в лікуванні ЦД.
Онкоендокринологія: пошук ефективних онкомаркерів, таргетна терапія шляхом блокування ланок сигнальних шляхів проліферативного спрямування.

Основні розробки фактично проводяться за чотирма напрямами:

удосконалення препаратів інсуліну шляхом створення його аналогів за допомогою генно-інженерної технології;
удосконалення способів доставки інсуліну завдяки розробці аерозольних форм для введення за допомогою спеціальних інгаляторів або розробці персональних форм, попередньо іммобілізованих у полімерному гідрогелі;
використання стовбурових клітин як практично необмеженого джерела фізіологічного замінника первинних острівців Лангерганса;
використання секретому та екзосом стовбурових клітин для лікування ЦД.

Одним із перспективних напрямів можна вважати застосування в разі ЦД стовбурових клітин. Вони мають дві унікальні фундаментальні особливості: здатність до самовідновлення та диференціювання. Джерела отримання мезенхімальних стовбурових клітин (МСК) можуть бути різними, зокрема кістковий мозок, молочні зуби, жирова тканина і пуповина. Їхній терапевтичний потенціал величезний.

Клітинні технології в разі ЦД 1 типу

Отже, який саме спектр клітинних технологій є можливим при ЦД 1 типу:

трансплантація острівців підшлункової залози (Edmonton Protocol);
трансплантація стовбурових клітин для регенерації острівців підшлункової залози: трансплантація клітин, направлено диференційованих in vitro, і трансплантація клітин, які диференціюються in vivo;
використання секретому та екзосом стовбурових клітин для лікування діабету;
клітинна терапія ускладнень ЦД. Сьогодні широко вивчають і формують основу для їх застосування в клінічній практиці;
клітинна терапія ускладнень ЦД 1 типу;
відновлення серцево-судинної системи;
відновлення судин сітківки;
поліпшення трофіки в разі нейропатії;
реваскуляризація нирок;
відновлення нейронів головного мозку та реваскуляризація мікроциркулярного русла;
реваскуляризація в разі розвитку діабетичної стопи.

Ефективність МСК

МСК здатні:

мігрувати до травмованих/уражених ділянок;
впливати на регенерацію тканин завдяки секреції трофічних факторів і паракринних медіаторів;
завдяки цитокінам та імуномодулювальним речовинам, які виділяють, мати імуносупресивні властивості.

Доставка МСК у тканини-мішені може бути здійснена шляхом безпосереднього нанесення на рану, внутрішньом’язової, внутрішньовенної або внутрішньоартеріальної ін’єкцій.

! За даними дослідження ефективності використання автологічних клітин стромально-васкулярної фракції жирової тканини для лікування критичної ішемії кінцівок у хворих на ЦД, було показано що через 6 тиж у більшості пацієнтів знижується інтенсивність болю, поліпшуються показники фізичного та емоційного стану зі збереженням ефекту до 3 місяців.

Об’єктивно реєстрували підвищення рівня інсуліну, зниження показників глікованого гемоглобіну і збільшення васкуляризації нижніх кінцівок.

Наявні проблеми клітинної терапії ЦД 1 типу

Клітини-замінники мають бути здатними синтезувати, накопичувати і виділяти інсулін у разі потреби (насамперед у відповідь на зміни рівня глікемії).
Проліферативна здатність клітин-замінників має бути добре контрольованою для виключення можливої гіперінсулінемічної гіпоглікемії за рахунок збільшення маси В-клітин in vivo.
Пересаджені клітини мають уникнути деструкції імунною системою реципієнта.

Але дослідники продовжують працювати над вирішенням цих проблем, і, можливо, у недалекому майбутньому з’являться шляхи їх подолання.

ЩЗ і радіація

Вплив радіації на ЩЗ – це друга актуальна проблема, яку не можна лишити поза увагою, особливо з урахуванням аварії на Чорнобильській АЕС (ЧАЕС). Було виявлено чіткий взаємозв’язок між зростанням частоти раку ЩЗ (РЩЗ) і трагедією, що сталася. Науковий комітет ООН позначив РЩЗ ключовою проблемою, що виникла на тлі аварії на ЧАЕС.

Дослідники виявили участь у патогенезі РЩЗ таких мутацій, як Braf, RAS, RET, TERT. У патогенезі папілярного РЩЗ беруть участь мутації трьох сайтів гена RET, які призводять до активації Ras-Raf-MAP-сигнального каскаду. Індукована радіацією транслокація ділянки гена RET/РТС1 характерна для папілярного раку, а RET/РТС3 – для солідно-фолікулярної форми (рак у дітей віком до 16 років). На сьогодні описано вже приблизно 12 таких транслокацій, але основними в патогенезі РЩЗ все ж є РТС1 і РТС3. Мутацію BRAF частіше спостерігають у пацієнтів віком більш як 30 років, і найчастіше – на тлі папілярної карциномі (24%).

З 2014 року стартував спільний американсько-український проєкт зі створення банку тканин із метою проведення повногеномної характеристики радіогенного РЩЗ. Набрано 500 зразків тканин папілярних карцином у пацієнтів, які народилися до і після аварії на ЧАЕС. Згідно з цими даними, вдалося скласти спектр мутацій у разі спонтанного і радіогенного РЩЗ.

! Спонтанний папілярний РЩЗ: точкові мутації BRAF – 29-69%, перебудови Ret – 13-43%, точкові мутації RAS – 0-21%. Радіогенний папілярний РЩЗ: точкові мутації BRAF – 0-16%, перебудови Ret – 50-86%%, точкові мутації RAS – 0-10%.

Ключові напрями подальших досліджень

Вивчення часової динаміки ризику раку та впливу модифікуючих факторів у період 13-30 років після опромінення.
Нові моделі для врахування невизначеностей індивідуальних добових оцінок під час аналізу доза-ефект.
Молекулярно-біологічні та генетичні дослідження на основі матеріалів проєкту.
Об’єднаний аналіз даних білорусько-американської та українсько-американської когорт.

Ендокринні прояви COVID‑19

SARS-Cov‑2-інфекція уражає та ушкоджує багато органів і систем людини. У пацієнтів із COVID‑19 були діагностувані різні прояви з боку ендокринної системи, у тому числі з боку ЩЗ, що вказує на можливий причинно-наслідковий зв’язок між цими станами.

Механізм розвитку синдрому нетиреоїдного захворювання ЩЗ (NTIS), зумовленого COVID‑19

У патогенезі NTIS можуть брати участь різні механізми. На тлі COVID‑19 вісь гіпоталамус-гіпофіз-ЩЗ зазнає серйозного вірусного ураження, яке переважно опосередковується прозапальними цитокінами і тягне за собою цілий каскад змін, спричинений порушенням негативного зворотного зв’язку.

Клінічні процеси, що посилюються після інфікування SARS-CoV‑2 у хворих на ЦД

ЦД є загальноприйнятим чинником ризику, який сприяє не лише тяжкості перебігу захворювання і смертності пацієнтів із COVID‑19, але й пов’язаний із розвитком поліорганної недостатності, що свідчить про двосторонню взаємодію між COVID‑19 і діабетом. Діабет і асоційовані з ним ускладнення в пацієнтів із COVID‑19 пов’язані з подальшим вивільненням глюкокортикоїдів, катехоламінів і прозапальних цитокінів, які спричиняють потужний вплив на гіперглікемію через потенційні механізми зв’язку між COVID‑19 і діабетом.

Терапевтичні стратегії для лікування ускладнень і наслідків, спричинених COVID‑19

Нині терапія ускладнень і наслідків COVID‑19 обмежується симптоматичним лікуванням. Наразі немає ефективного лікування ускладнень або наслідків у певних системах, таких як репродуктивна. Тому більше уваги треба приділяти ефективності та безпеці застосування нових препаратів для терапії COVID‑19.

Коронавірус і ЩЗ

Рівень експресії ACE2 та TMPR SS2 високий у ЩЗ та більший, ніж у легенях.
Аномальні імунні реакції та цитокіновий «шторм», пов’язані з COVID‑19, можуть спричинити запалення ЩЗ.
Два механізми (непрямий і прямий) можуть ураховувати зміни в ЩЗ та осі гіпоталамус-гіпофіз-ЩЗ.
Порушення ЩЗ, пов’язані з COVID‑19, можуть охоплювати тиреотоксикоз, гіпотиреоз.
Тиреотоксикоз за відсутності болю в шиї є частим явищем у пацієнтів, госпіталізованих із приводу COVID‑19.
Низький рівень ТТГ і Т3 і тиреотоксикоз, як видається, є предикторами поганого результату в пацієнтів, госпіталізованих із приводу COVID‑19.
Плани лікування РЩЗ значно змінюються в бік більшої кількості телеконсультацій та зменшення діагностичних і терапевтичних процедур.
Подальші дослідження необхідні для вивчення впливу обмеження запланованих клінічних заходів на результати у хворих на РЩЗ та на вразливість щодо COVID‑19 (вплив обмеження як такого чи певних факторів лікування).

Нещодавні дослідження показали, що довгострокові наслідки COVID‑19 охоплюють легеневі та позалегеневі ускладнення та сприяють розвитку різноманітних захворювань. У постгострій фазі COVID‑19 має місце підвищений ризик розвитку різних неінфекційних патологій, таких як серцево-судинні захворювання та діабет, зокрема в осіб віком ≥65 років, а також у пацієнтів із високим індексом маси тіла (IMТ).

На сьогодні достовірно встановлено, що захворюваність на ЦД набагато вища в осіб у перші 30 днів після гострої SARS-CoV‑2-інфекції, але поки до кінця невідомо про різні молекулярні механізми, які відповідають за зростання захворюваності на діабет у разі тривалого COVID‑19.

! Накопичені результати останніх досліджень указують на такі механізми, які можуть бути відповідальними за збільшення частоти розвитку ЦД в пацієнтів із тривалим COVID‑19: руйнування екзокринних та ендокринних клітин підшлункової залози через SARS-CoV‑2-інфекцію; трансдиференціювання бета-клітин підшлункової залози через активацію сигнального шляху; індукування автоімунітету і підвищення запалення. Однак для остаточного їх підтвердження ці дані потребують подальших досліджень.

Резюме

COVID‑19 проявляється переважно у вигляді симптомів із боку респіраторної системи, але нові докази свідчать про те, що ця інфекція впливає і на інші системи людини. Клінічні прояви мультисистемної інфекції більш непередбачувані, що ускладнює лікування COVID‑19.

На сьогодні достеменно нез’ясований молекулярний механізм дії SARS-CoV‑2, щоб вирішити такі три серйозні проблеми:

Як встановити точний діагноз якомога раніше?
Як ефективно контролювати поширення вірусу?
Як ефективно вилікувати COVID‑19?

Перспективи розвитку фундаментальних досліджень з ендокринології

Вивчення механізмів дії гормонів на рівні рецепторів та пострецепторного перенесення та посилення регуляторних сигналів агоністів, з’ясування комплексних трансрегуляторних впливів сигнальних систем.
Розробка новітніх технологій із застосуванням стовбурових клітин, генної терапії для лікування ЦД та його ускладнень.
Пошук молекулярних кінетичних факторів, асоційованих із підвищенням схильності до розвитку ЦД 1 та 2 типу.
Особливості перебігу коронавірусної інфекції у хворих на ЦД.
Удосконалення технології трансплантації тканин або клітин ендокринних залоз у терапії їх гіпофункціональних станів.

Тему клітинної терапії продовжила заступниця директора з наукової роботи ДУ «Інститут ендокринології та обміну речовин ім. В.П. Комісаренка НАМН України», член-кореспондент НАН України, доктор біологічних наук, професор Олена Ігорівна Ковзун. Спікер розповіла про молекулярні механізми дії гормонів і дослідження механізмів дії препаратів для лікування пухлин ендокринних залоз.

Це насправді важливий і сучасний напрям, особливо для Інституту ендокринології та обміну речовин, оскільки ця державна установа вже багато років займається зазначеним питанням. Зокрема, в інституті глибоко вивчають перенесення регуляторних сигналів у клітинах кори надниркових залоз. Було продемонстровано, що велика кількість агоністів адренокортикальної функції (АКТГ, пролактин, естрогені), зв’язуючися з рецепторами на поверхні адренокортикоцитів, ініціюють дуже складну систему перенесення сигналів, що охоплює різні типи протеїнкіназ і ядерні фактори транскрипції, які зрештою забезпечують можливість виконання цими клітинами своєї функції. Суттєва роль у швидкій трансдукції сигналу АКТГ в адренокортикоцитах, крім протеїнкіназ А і С, протеїнкіназ, що активуються мітогенами, належить ядерним факторам транскрипції.

Останні кілька років співробітники інституту вивчають активність сигнального каскаду РІЗК/Akt у мононуклеарах периферичної крові хворих на ЦД 2 типу. У пацієнтів спостерігали зміни як на рівні субстрату інсулінового рецептора, так і на рівні двох сигнальних систем, що в підсумку призводило до синтезу білка і проліферації клітин.

Дослідникам вдалося продемонструвати, що в пацієнтів із ЦД в мононуклеарах периферичної крові відбувається істотна активація протеїнкінази Akt (фосфо-Т 308), а також значно зростає кількість фосфорильованої р70Ѕ6К1 (фосфо Т 389). При цьому активність мітоген-активованої протеїнкінази ERK1/2 знижується як у хворих на діабет, так і в пацієнтів із ЦД і COVID‑19. Також ці роботи дали можливість прогнозувати тяжкість перебігу COVID‑19 у пацієнтів із ЦД, простежуючи рівні AMPK-α і IRS‑1, які збільшуються у разі ЦД і значуще збільшуються у хворих на ЦД і COVID‑19.

Канцерогенез ЩЗ. Пошук і впровадження в практику нових високоефективних сполук для лікування пухлин ендокринних залоз

Прогнозувати ефективність радіойодтерапії можна на основі вмісту тиреоїдної пероксидази (ТПО) у місцях метастазів папілярних карцином:

>77,5% ТПО-позитивних клітин – висока ефективність терапії.
25-50% ТПО-позитивних клітин – імовірність розвитку вторинної радіойодрезистентності в майбутньому.
0-7% ТПО-позитивних клітин і <56% тиреоглобулін-позитивних клітин – низька ефективність радіойодтерапії.

! Одним із важливих досягнень проведених досліджень стала можливість прогнозування природи пухлини до операції (злоякісна або доброякісна) залежно від асиметричності ядра. У разі невеликого відсотка асиметричних ядер, найімовірніше, має місце вузловий зоб, тоді як висока їх частка з великою ймовірністю свідчить про папілярну карциному.

Ще одним маркером, що дає можливість прогнозувати природу новоутворення, є ядерний антиген проліферувальних клітин (PCNA), інтенсивність експресії якого багаторазово збільшується в клітинах фолікулярних карцином. Також у клітинах папілярних карцином істотно збільшується рівень експресії мікроРНК 146b, що може бути додатковим критерієм у постановці діагнозу.

Крім досліджень маркерів злоякісних новоутворень ЩЗ активно ведуться дослідження дії тих чи інших субстанцій на виживання ракових клітин. І однією з таких сполук є таксол, який знижує кількість клітин анапластичного раку ЩЗ в 3-5 разів залежно від дозування.

Клітинні технології лікування ЦД. Генна терапія

У ДУ «Інститут ендокринології та обміну речовин імені В.П. Комісаренка НАМН України» разом з Інститутом молекулярної біології і генетики НАН України досліджують застосування генної терапії стрептозотоцин-індукованого діабету в мишей.

Векторна конструкція:

Послідовність бактеріальної плазміди, що дає змогу реплікуватися в Escherichia coli.
Касети з цільовим геном, що містять повтори аденовірусу людини.

Для експресії гена проінсуліну людини використаний промотор ранніх генів цитомегаловірусу людини. Для посилення експресії цільового трансгена в касету додають субклонований енхансер 1 вірусу гепатиту В. Ефективність трансфекції клітин in vitro становить приблизно 70%.

Таким чином, вдалося продемонструвати, що експериментальна генна терапія стрептозотоцин-індукованого ЦД у тварин у разі використання векторної конструкції ДНК, яка містила 10 мкг ДНК, допомагає отримати найбільш високі й стійкі результати зі зниженням рівня глюкози з 25 ммоль/л до 5-7 ммоль/л. Але необхідно зазначити, що потрібні додаткові дослідження в цьому напрямі, оскільки поки не ясно, як контролювати той рівень інсуліну, який вдалося досягти завдяки синтезу генетичних конструкцій.

Підготувала Ірина Чумак

Тематичний номер «Діабетологія. Тиреоїдологія. Метаболічні розлади» № 2 (62) 2023 р.

Номер: Тематичний номер «Діабетологія. Тиреоїдологія. Метаболічні розлади» № 2 (62) 2023 р.