EvaParadiž1,MašaSkelinKlemen2,AndražStožer3 Sklo pi tev med spod bu ja njem in iz ločan jem v ce li cah β: sprožilna in pre snov na ojačit ve na pot StimulusSecretionCouplinginPancreaticβ Cells:theTriggering andtheMetabolicAmplifyingPathway IZvLEČEK KLJUČNEBESEDE:celicaβ,izločanjeinzulina,sprožitev,presnovnaojačitev,glukoza,aminokisline, prostemaščobnekisline Vcelicahβjespodbujanjespresnovnimi,hormonskimi,živčnimiinfarmakološkimide- javnikisklopljenozizločanjeminzulinaprekotrehrazličnihmedsebojprepletenihzno- trajceličnihsignalnihpoti.Povečkot40letihintenzivnihraziskavjedalečnajboljeraziskana t. i. sprožilnapotizločanjainzulina,kisepričnezvstopomglukozevcelicoβinnjeno presnovo,pričemernastajaATP.SlednjijeključenzazapiranjeodATPodvisnihK+-ka- nalov,čemursledidepolarizacijaceličnemembrane,odpiranjenapetostnoodvisnihCa2+- kanalovinoscilatorniporastcitosolnekoncentracijeCa2+,kisprožieksocitozosekretornih mešičkovzinzulinom.Opisanasprožilnapotizločanjainzulinajenujna,anezeloučin- kovitabrezpresnovneinnevrohormonskeojačitvenepoti,kivplivatapredvsemnaobčut- ljivostsekretornegaaparatanacitosolneioneCa2+.Sestavekosklopitvimedspodbujanjem inizločanjemvcelicahβsmorazdelilinadvadela.Vtemprispevkubomopodrobneje opisalitakosprožilnopotizločanjainzulinakottudimehanizmepresnovneojačitvezglu- kozoindrugimihranili,kotsoaminokislineinprostemaščobnekisline.Opisnevrohor- monskeojačitvenepotijepredstavljenvposebnemčlankuznaslovomSklopitevmed spodbujanjeminizločanjemvcelicahβ:nevrohormonskaojačitvenapot. aBSTRaCT KEYWORDS:β cell,insulinsecretion,triggering,metabolicamplification,glucose,aminoacids,free fattyacids Inpancreaticβ cells,stimulationbymetabolic,hormonal,neuronal,andpharmacologi- calfactorsiscoupledtoinsulinsecretionthroughdifferentinterconnectedintracellular signallingpathways.Aftermorethanfortyyearsofintensiveresearch,theso-called 1 Asist.EvaParadiž,dr.med.,Inštitutzafiziologijo,Medicinskafakulteta,Univerzav Mariboru,Taborskaulica8,2000 Maribor;eva.paradiz1@um.si 2 Doc. dr.MašaSkelinKlemen,dr. vet.med.,Inštitutzafiziologijo,Medicinskafakulteta,Univerzav Mariboru,Tabor- skaulica8,2000Maribor 3 Izr. prof. dr.AndražStožer,dr.med.,Inštitutzafiziologijo,Medicinskafakulteta,Univerzav Mariboru,Taborskaulica8, 2000Maribor 289MedRazgl.2019;58(3):289–99 • Pregledni članek cije Ca2+ ([Ca2+]c). Dvig [Ca 2+]c je ključni dogodek,kivceliciβsprožieksocitozose- kretornihmešičkov (4).Čepravgovorimo ocitosolnemporastu[Ca2+],raziskaveka- žejo,daglobalniporast[Ca2+]naravnicele celice ni tako bistven kot lokalni dvigi koncentracijevomejenihpodročjih,kotje npr.predelsubplazmalemeobnotranjem ustjuCa2+-kanalov.Večjogostototehkana- lovnajdemonaceličnimembranivbližini sekretornihmešičkovzinzulinom,kar omo- goča,daporastkoncentracije[Ca2+]vdolo- čenihomejenihpodročjihpoodprtju kanalov delujeneposrednonasekretorniaparat. Drugahranila,hormoniinživčnipre- našalcilahkodelujejoprekomehanizmov, ki[Ca2+]c nespreminjajoneposredno,am- pakdelujejovsignalnikaskadiizločanjain- zulinapoznejeodtegakoraka,predvsem prekopovečanjaobčutljivostisekretornega aparatanaporast[Ca2+]c.Tudipripresnovi glukoze nastajajo številne signalne mo- lekule, ki pomembno vplivajo na izloča- nje inzulina,nedabi(dodatno)spremenile [Ca2+]c (1).Opisanedodatnepotiuravnava- njaizločanjainzulinaopredelimokotpre- snovnoojačitveno(angl.am plif ying)pot,ka- dargovorimooglukoziindrugihhranilih, oz.kotnevrohormonskoojačitev,kadarna celicoβdelujejoživčniprenašalciinhor- 290 EvaParadiž,MašaSkelinKlemen,AndražStožer Sklo pi tev med spod bu ja njem in iz ločan jem … triggering pathwayofinsulinsecretionisbyfarthemostinvestigated.Itcomprisesse- veralsteps,thefirstofwhichistheinfluxofglucoseanditsmetabolism,resultingin anincreaseincytosolicATP.ThelatteriscrucialfortheclosureofATP-dependentK+ channels,whichleadstocellmembranedepolarizationandopeningofvoltage-depen- dentCa2+ channels.ThisisthenfollowedbyanoscillatoryincreaseincytosolicCa2+ con- centration,triggeringexocytosisofinsulin-containinggranules.Thedescribedtriggering pathwayofinsulinsecretionisessential,butnotveryefficientwithouttheso-calledme- tabolicandneurohormonalamplifyingpathways,whichmainlyaffectthesensitivityof thesecretorymachinerytocytosolicCa2+.Wepresentthestimulus-secretioncoupling inpancreaticβ cellsintwoarticles.Inthisarticle,wedescribethetriggeringpathway ofinsulinsecretion,aswellasthemechanismsofmetabolicamplificationbyglucose andothernutrients,suchasaminoacidsandfreefattyacids.Theneurohormonalam- plifyingpathwaywillbedescribedinthefollowingarticle,titledStimulus-SecretionCou- plinginPancreaticβCells:theNeurohormonalAmplifyingPathway. UvOD IN TaKSONOMIJa POTI DO IZLOČaNJa INZULINa Vhomeostaziglukozeceliceβtrebušnesli- navkedelujejokotsenzor,kisenaporast koncentracijeglukozevkrviodzovespo- večanimizločanjeminzulina.Prekomerno izločanjeinzulinalahkopovzročiživljenj- sko nevarno hipoglikemijo, medtem ko dolgotrajnonezadostnoizločanjeprivededo nenadnihinkroničnihzapletov,povezanih ssladkornoboleznijo(1).Natančnourav- navanje koncentracije glukoze preko iz- ločanjainzulinajezazdravjeposameznika ključnega pomena, na kar kaže tudi sig- moidnaoblikakrivuljeodvisnostikoličine izločenegainzulinaodkoncentracijeglu- koze,kijenajstrmejšavpodročjufiziološ- kekoncentracijeglukoze,5–8mmol/l (2). Čepravglukozazaceliceβpredstavljapri- marniinnajpomembnejšidražljaj,sovfi- zioloških razmerah celice izpostavljene zapletenimešanicihranil,številnimhormo- nominživčnimprenašalcem,kiprekopre- pletenih znotrajceličnih signalnih poti sodelujejopriuravnavanjunjihovihodzi- vovnatoheterogenospodbujanje(3).Pre- snova glukoze ima poglavitno vlogo pri nastajanjut. i. sprožilnega(angl.trig ge ring) signala, kar večina literature s področja opredeljujekotporastcitosolnekoncentra- moni.Procesdodatnozapletedejstvo,da lahko tudi posamezne učinkovine iz t. i. ojačitveneskupinepovzročijoporast[Ca2+]c intakoprispevajoksprožilnemusignalu. Taporastjevečinomaminimaleninbrez sočasnegadelovanjaglukozepriizločanju inzulinasamposebineučinkovitoz.neza- dosten(5).Alternativninačinrazvrščanja učinkovinjedelitevnasprožilce,kilahko samostojnosprožijoizločanjeinzulina,in ojačevalce,kipovečajoizločanjeinzulina, a za svoj učinek potrebujejo prisotnost sprožilca.Vskupinoprvihpolegglukoze uvrščamošeaminokislinilevcininarginin ternekaterefarmakološkeučinkovine(sul- fonilsečnine),poddrugepavečinopreosta- lihaminokislin(AK),prostemaščobnekisli- ne(PMK),hormoneinživčneprenašalce(6). Ključnimehanizmi,prekokaterihvčlanku predstavljeneučinkovinevplivajonaizlo- čanjeinzulina,sografičnoprikazaninasli- ki1.Tanajbralcuolajšasledenjeopisanim kompleksnimpotem,kisomedsebojpo- gostotudiprepletene. SPROŽILNa POT Sprožilnapotjenajboljeraziskanainvznans- tveni skupnosti sprejetapotdo izločanja inzulina,kisepričnezvstopomglukoze vcelicoβprekomembranskovezanihpre- našalcev.Pričlovekusovvečjimeriizraženi predvsemglukozniprenašalci(angl.glu co - se trans por ters, GLUT)tipov1in3,preko katerihjevstopglukozevcelicohiterinso- razmerenkoncentracijiglukozevkrvnem obtoku(7).Slediprvikorakglikolize,tj.fos- forilacijaglukozeprekoencimaglukokinaza (heksokinazaIV),karpredstavljaomejujoči korakzvidikahitrostipresnove.Pritemvelja omenitidveključnilastnostiglukokinaze, pokaterihserazlikujeoddrugihizoenci- mov iz družineheksokinaz in ki celici β omogočaustreznoizločanjeinzulina(8): • nizka afiniteta za glukozo (Km≈6–11 mmol/l), kar preprečujeneustrezno iz- ločanjeinzulinaprinizkihvrednostihglu- kozein • odsotnost zaviranja encima s produk- tomglukoza-6-fosfatom,karbisicerob visokihkoncentracijahglukozepovzročilo zasičenje reakcije in s tem preprečilo nadaljnjeizločanjeinzulina. Mutacijeglukokinazesotudikliničnopo- membneinvodijodorazvojatrajneganeo- natalnega diabetesa ali zrelostne oblike diabetesaprimladih(angl.ma tu rity on set dia be tes of the young, MODY) v primeru zmanjšaneaktivnostiencima,vprimeruak- tivirajoče mutacije pa do hiperinzuline- mijevotroškidobi(9). Celiceβ imajorazvitemehanizme,ki omogočajo,dapiruvatkotproduktglikoli- zepraktičnovcelotiprehajavmitohondrij, kjervstopavKrebsovcikeloz.cikelcitron- skekisline(CCK).Nizkastopnjaizraženo- stiencimalaktatdehidrogenazeinmono- karboksilatnegaprenašalcapreprečuje,da bilaktat,kisesproščaobtelesniaktivno- sti,vceliciβpopretvorbivpiruvatsprožil neustrezno izločanje inzulina. Končni produktCCKinoksidativnefosforilacijeje ATP(10, 11). OdATPodvisniK+-kanali(kanaliKATP) somembranskikanali,sestavljeniizštirih transmembranskihpodenotKir6.2(angl.in - ward-rec ti fier po tas sium chan nel)inštirihre- gulatornih podenot sulfonilsečninskega receptorjatipa1(angl.sul fony lu rea re cep - tor type 1, SUR1).Obporastukoncentracije glukozesepovečahitrostpresnovevceli- cahβ,karsekažekotporastcitosolnekon- centracijeATP.VezavaATPna podenoto Kir6.2zmanjšaverjetnostodprtjakanalov KATP,karzmanjšatokionovK + izcelicein privededodepolarizacijeceličnemembrane. Komembranskipotencialdosežekritično vrednost, se poveča verjetnost odpiranja napetostno odvisnih Ca2+-kanalov (angl. vol ta ge de pen dent Ca2+ chan nels,VDCC),po- sledičnoporaste[Ca2+]c,topapredstavlja ključnisprožilnisignalzaizločanjesekre- tornihmešičkovzinzulinom(12).Pomem- ben,apogostospregledan,delkporastu 291MedRazgl.2019;58(3): [Ca2+]c prispevasproščanjeCa 2+ izznotraj- celičnihzalog.GrezasCa2+ sproženoiz- ločanjeCa2+ (angl.cal cium in du ced cal cium re lea se, CICR) ob aktivaciji rianodinskih receptorjevinreceptorjevzainozitol1,4,5- trisfosfat(angl.ino si tol 1,4,5-trisp hosp ha te, IP3)naendoplazemskemretikulumu.CICR potekavoblikilokalnih,omejenihporastov [Ca2+]c,imenovanihtudiiskrice(angl.Ca 2+ sparks),katerihznotrajceličnalokalizacija verjetnoključnovplivananjihovofunkci- jo.Takopolegusmerjenegavplivanaiz- ločanje sekretornih mešičkov nekateri raziskovalcipredlagajotudimožnostvpli- vaCICRnaaktivacijoodCa2+odvisnihK+- -kanalovinstemrepolarizacijocelice.CICR papomembnoprispevaknastankusprožil- negasignala,kojevglukoziizpostavljeni celicihkratitudipovišanakoncentracijac- AMP(večvčlankuznaslovomSklopitev medspodbujanjeminizločanjemvcelicah β: nevrohormonskaojačitvenapot)(13). KanaliKATP sotuditarčazadelovanje zdravilizskupinesulfonilsečnin,kipreko vezavenapodenotoSUR1posnemajodelo- vanjeglukoze(14, 15).Elektrofiziološke ra- ziskavecelicβopozarjajo,dazaprtjekanalov KATP samo po sebi ne zadošča za pomik membranskegapotenciala,kibipovzročil aktivacijonapetostnoodvisnihCa2+-kana- lov. Povzroči pa povečanje membranske upornosti,kiomogoča,daseizraziučinek depolarizirajočih tokov iz ozadja (angl. back ground cur rents),katerihidentitetani povsemjasna,verjetnopaktemtokovom prispevajotudipredstavnikiširokeskupi- nekationskihkanalovprehodnegareceptor- skega potenciala (angl. tran sient re cep tor po ten tial, TRP)(6, 15, 16).Vloganekaterih mednjimiprinormalnemizločanjuinzu- linainvpletenostvpatogenezosladkorne boleznijedelnožeopisana(17, 18). PRESNOvNa OJaČITvENa POT GLUKOZE Zgorajopisanasprožilnapotjeprepozna- nakotključnazasklopitevspodbujanjain izločanjavcelicahβ,adogajanjavcelicah nezajamevceloti.Izkazaloseje,daglukoza povečaizločanjeinzulinatudikadarzaobi- demokanaleKATP,npr.kadarzdiazoksidom preprečimozaprtjekanalovKATP inobpri- sotnostipovišanezunajceličnekoncentra- cijeK+ celicodepolariziramoalikadarsoka- naliKATP zaradivezavesulfonilsečninzaprti oz.zaradiodsotnostigenapovsemodsot- ni (1).Tokaženaprisotnostdodatne(pre- snovne)ojačitvenepoti,kipredvsempoveča občutljivostsekretornegaaparatanadvig [Ca2+]c in brez katere je sekretorni odziv na glukozozmanjšanzapribližnopolovico (1, 15). Presnovna ojačitvena pot je po- membnapriobehdelihsicerdvofaznegaiz- ločanjainzulina,obstajapamedobemapo- temajasnahierarhija,vkaterijeojačitvena potpodrejenasprožilni(5).Prvajenamreč lahkoaktivnažepripodpražnihvrednostih glukoze,kinezadostujejozaelektrično ak- tivnostcelic,asefunkcionalnoneizrazi,do- klerniprisotensprožilnisignal(1, 19).Ak- tivnostojačitvenepotivbazalnihpogojih bilahkobilapomembnazavzdrževanjeza- dostnezalogesekretornihmešičkovzinzu- linomobceličnimembrani,kisopriprav- ljenenaizločanje (angl.rea dily re lea sab le pool,RRP),sčimervplivanaamplitudose- kretornegaodzivavprviindrugifaziiz- ločanjainzulina(19).Dvofaznegaizločanja inzulina,kigazaznamoveksperimental- nihpogojihobstopničastemdvigukoncen- tracijeglukoze,sicervfiziološkihrazme- rah, ko koncentracija glukoze v krvnem obtokupoobrokunaraščapostopoma,ne zaznamo.Zaradizmanjšanjaprvefazevob- dobju predstopnje sladkorne bolezni in skorajšnjegaizginotjaobnastopusladkor- neboleznitipa2,pajepojavkoristenpri raziskovanjurazvojabolezniinzaznavanju njenihzgodnejšihoblik.Okvarapresnovne ojačitvenepotizgodajvpotekusladkorne boleznitipa2takomordalahkozmanjšaba- zensekretornihmešičkovkisopripravlje- ninaizločanje,karlahkozaznamokotokr- njenoprvofazoizločanjainzulina(19, 20). 292 EvaParadiž,MašaSkelinKlemen,AndražStožer Sklo pi tev med spod bu ja njem in iz ločan jem … Me ha niz mi pre snov ne ojačitve Aktivacijaojačitvenepotizglukozozahteva njenopresnovo(11).Anaplerozaoznačuje reakcije obnavljanja vmesnih produktov presnovnihpoti,kisesicertekompresno- veporabljajoinkitorejomogočajonemo- tenodelovanjeključnihpresnovnihciklov, predvsemCCK.Primerategastanastanek oksaloacetataizpiruvataalipretvorbaglu- tamata v α-ketoglutarat. Pri kataplerozi grezaobratenprocesprehajanjatehinter- mediarnihproduktovizmitohondrijavcito- sol,sčimersepreprečujenjihovoprekomer- nokopičenje,hkratipasestemomogoči njihovauporabavdrugihbiosintetskihpo- teh.Takosenpr.citratpoprehoduvcito- solporabljazasintezomalonil-CoA(angl. ma lonyl-Coenzy me-A) (21).Široknaborin- termediarnihproduktovinkofaktorjev,ki nastajajotekompresnoveglukozeterdru- gihhranil,sskupnimimenomimenujemo presnovnisklopitvenidejavniki.Gledena njihovvplivnaizločanjeinzulinajihdeli- monaregulatorje,kiširšeinposrednovpli- vajo na presnovne poti, ter na efektorje, ki neposrednosodelujejopriojačitveniin sprožilnipotidoizločanjainzulina(2).Kot možne kandidate so preučevali številne snovi,meddrugimcitrat,malonil-CoA, glu- tamat,GTP,monoacilglicerol(MAG),ATP, cAMP,beljakovinecitoskeletainštevilne druge.Vlogainmehanizemdelovanjane- katerihizmednjihstaprecejjasnoraziskana indobrosprejeta(npr.ATP,cAMP),medtem kopridrugihkandidatihostajavečnejasno- stigledenjihovegavplivanaizločanjein- zulina(21, 22). Kotedenpomembnejšihdejavnikovse vzadnjihletihizpostavljavplivreducira- neoblikenikotinamidadenindinukleotid fosfata(angl.ni co ti na mi de ade ni ne di nuc leo - ti de phosp ha te,NADPH)naeksocitozo.Pro- cesvključujeoblikoposttranslacijskemodi- fikacijebeljakovin,t. i. sumoilacijo,prikateri vezavabeljakovinmajhnihubikvitinupodob- nihmodifikatorjev (angl.small ubi qui tin-like mo di fier 1, SUMO-1) nasinaptotagmin VII, sintaksin1A,RIM1α (angl.Rab3-in te rac ting mo le cu le 1α),tomozinindrugebeljakovine, vključenevproceseksocitoze,oviranjihovo delovanjeinstemzaviraizločanjeinzuli- na(19, 23).Obporastukoncentracijegluko- zesepovečaaktivnostencimov,kisodelu- jejoprinjenipresnovi,meddrugimitudi izocitratdehidrogenazeinmalatdehidro- genaze,karpovečanastanekNADPHkot stranskegaprodukta.NADPHpovečaakti- vacijo sentrin/SUMOspecifičneproteaze (angl.sen trin-spe ci fic pro tea se 1,SENP1),ki učinkomsumoilacijenasprotuje ter tako spodbuja izločanje inzulina (24).Skladno stemjeoslabljeniojačitveniučinekgluko- zenaeksocitozopribolnikihssladkornobo- leznijotipa2možnoizboljšatiprekoaktiva- cijeSENP1,hkratipaimajomišizdelecijo genaSenp1 zmanjšanoglukoznotoleran- co (25). Drugapomembnejšapot,prekokatere glukozaneodvisnoodvplivanaelektrično aktivnostpovečaizločanjeinzulina,jepove- čannastanekmalonil-CoAprekoacetil-CoA karboksilaze,kizavirakarnitinpalmitoil- transferazo-1(angl.car ni ti ne pal mi toyl trans - fe ra se I,CPT-1),encim,ključenprioksidaciji dolgoverižnihβ-maščobnihkislin.Zavira- njeaktivnostiCPT-1preprečivstopdolgo- verižnegaacil-CoAvmitohondrijterpoveča aktivnost cikla glicerolipidi/proste maš- čobne kisline (angl. glyce ro li pid/free fatty acid,GL/FFA)(26).Glukozapovečaaktivnost omenjenegaciklatudiprekosintezeglice- rol-3-fosfata,njegovaaktivnostpa poveča sintezomaščobnihsignalnihmolekul,kipo- večajo izločanje inzulina (27). Primer je MAG,kiprekobeljakovineMunc13-1(angl. pro tein unc-13 ho mo log A) spodbuja pri- pravo(angl.pri ming)sekretornihmešičkov zinzulinomnazlivanjesceličnomembrano (19, 28).Opisancikelpredstavljapomembno stičiščemedpresnovoglukozeinmaščob, motnjevnjegovemuravnavanjupapris- pevajo tudi k razvoju sladkorne bolezni tipa 2(29). 293MedRazgl.2019;58(3): 294 EvaParadiž,MašaSkelinKlemen,AndražStožer Sklo pi tev med spod bu ja njem in iz ločan jem … Sli ka 1. Povezavemedsprožilnoinpresnovnoojačitvenopotjov celiciβ.Glukozasepovstopuprekoglu- koznihprenašalcev(angl.glu co se trans por ters, GLUT)tipa1,2ali3(tip2jenajverjetnejekoličinskonajpo- membnejšiprimiših)presnoviv procesuglikolizedopiruvata,kivstopiv cikelcitronskekisline(CCK,imenovan tudiKrebsovcikelalicikeltrikarboksilnihkislin)v mitohondriju(MH),kjernastaneATP.TazapreodATP odvisneK+-kanale(kanaliKATP),sledidepolarizacijamembraneinodpiranjenapetostnoodvisnihCa 2+-ka- nalov(angl.vol ta ge de pen dent Ca2+ chan nels,VDCC).ZvišanaznotrajceličnakoncentracijaCa2+ ([Ca2+]c)je glavnidražljajzaeksocitozosekretornihmešičkovz inzulinom.Polegopisanesprožilnepotiizločanjainzu- lina(rumenabarva),lahkotakosamaglukozakottudiaminokisline(AK)inprostemaščobnekisline(PMK) dodatnouravnavajoizločanjeinzulinaprekopresnovneojačitvenepoti(oranžnabarva).Modrabarvaoznačuje učinkevisokekoncentracijeglukozev krvi.Minus(–)pomenizaviranje,plus(+)paspodbujanje.Zapodrob- nejšorazlagoglejtebesedilo.Cx36 –presledkovnistik,kigatvoribeljakovinakoneksin36(angl.con ne xin 36), LAT1 –aminokislinskiprenašalectipaL(angl.lar ge neu tral ami no acid trans por ter),TRP –kanalprehod- negareceptorskegapotenciala(angl.tran sient re cep tor po ten tial),Gli3P –glicerol-3-fostat(angl.glyce rol- 3-phosp ha te),GL –glicerolipidi,SS –sulfonilsečnine,SUR1 –sulfonilsečninskireceptor(angl.sul fony lu rea re cep tor),kijeregulatornaenotaK+-kanalov(angl.sul fony lu rea re cep tor type 1),Kir6.2 –transmembranska podenotaodATPodvisnihK+-kanalov,NAD+ –nikotinamidadenindinukleotid,NADPH –reduciranaobli- kanikotinamidadenindinukleotidfosftata,GPR40 –z beljakovinoGpovezanreceptor40(angl.G-pro tein- cou pled re cep tor 40),Gαq –podenotaα beljakovineGq,PLC –fosfolipazaC(angl.phosp ho li pa se C),PIP2 – fosfatidilinozitol4,5-bisfosfat(angl.phosp ha tidy li no si tol 4,5-bisp hosp ha te)DAG –diacilglicerol,PKC –pro- teinskakinazaC,IP3 –inozitol1,4,5-trisfosfat(angl.ino si tol 1,4,5-trisp hosp ha te),CICR –s Ca 2+ sproženo izločanjeCa2+ (angl.cal cium-in du ced cal cium re lea se),ER –endoplazemskiretikulum,GA –Golgijevaparat, SUMO-1 –majhniubikvitinupodobnimodifikator1 (angl. small ubi qui tin-like mo di fier 1). RGB DRUGa HRaNILa ami nok si li ne PrivzemAKvcelicoβvečinomapovzroči majhenvcelicousmerjentokpozitivnihio- nov,kipavodsotnostiglukozenepovzroči večje spremembe membranskega poten- ciala.Količinskoseinzulinotropenučinek posameznih AK in njihovih kombinacij razlikuje,zavečinopa jeznačilno,daob hkratnem zaužitju glukoze povečajo iz- ločanjeinzulinainstemzmanjšajoporast koncentracijeglukoze(30, 31).Vcelico vsto- pajoprekoaktivnihprenašalnihsistemov, kakršenjenpr.aminokislinskiprenašalec 1tipaL,prenašalecnevtralnihAK(angl.lar - ge neu tral ami no acid trans por ter,LAT1),ki jevcelicahβmočnoizražen(32).Levcinin argininstanajbržediniAK,kilahkoobpod- pražnih vrednostih glukoze sprožita iz- ločanjeinzulina.Levcinsevceliceβpre- našaprekoomenjenegaLAT1,pričemerje prenosneodvisenodNa+intorejneelektro- gen. Celici je levcinna voljo kot gorivo, hkratipajealosteričniaktivatorglutamat dehidrogenaze(33).ArgininjeAKznabo- jem,karpovstopuvcelicopovzročidepola- rizacijoceličnemembrane,alaniningluta- matpavcelicovstopataprekokotransporta zNa+ terstempovzročitatokpozitivnihio- novvcelico(6).Zvidikavplivanaizločanje inzulinajepomembnotudivstopanjeAKali njihovihpresnovkovvanaplerotične/kata- plerotičnereakcije,predvsemprekoenci- maglutamatdehidrogenaza,kikatalizira dvosmernoreakcijopretvorbemedgluta- matominα-ketoglutaratom.Slednjijepo- membensubstratvCCK.Povečanaaktivnost glutamat dehidrogenaze ob aktivirajočih (angl.gain of func tion)mutacijahjepove- zana s sindromom hiperinzulinemične hipoglikemije,kijoznačilnoposlabšabe- ljakovinskobogatobrok,karjeposledicapo- večaneganastankaanaplerotičnihproduk- tovinstemvečjegaobrataCCKobvstopu AK,predvsemglutamina,vcelico(34, 35). Hkratisomišizizbitimgenomzaglutamat dehidrogenazoodpornenarazvojdebelo- stiinglukozneintoleranceobvisokokalo- ričnidieti,karkaženavpletenostteveje ojačitvenepotiprirazvojusladkornebolezni tipa2 (36).Moženjetudiobratenpotek reakcije,kijokataliziraglutamatdehidro- genaza,insicervsmerinastankaglutama- taobpresnoviglukoze.Taizceliceizsto- paprekoekscitatornegaaminokislinskega prenašalca(angl.ex ci ta tory ami no acid trans - por ter 3,EAAT3)instemvcelicisproži hiperpolarizacijski tok, ki zavira izloča- nje inzulina.Nekaterimenijo,dajetapot vfiziološkemsmislupomembnejša,nakar kažetudipovečanoizločanjeinzulinaob zaviranjuomenjenegaprenašalca(6, 37). AKnaizločanjeinzulinavplivajotudipo- sredno,prekospodbujanjaizločanjainkre- tinskih hormonov, glukagonu podobne- ga peptida-1(angl.glu ca gon-like pep ti de-1, GLP-1)terodglukozeodvisnegainzulino- tropnegapeptida(angl.glu co se-de pen dent in su li no tro pic pep ti de,GIP)(večvčlanku znaslovomSklopitevmedspodbujanjem inizločanjem vcelicahβ:nevrohormonska ojačitvenapot)(38). Pro ste maščobne ki sli ne PMKvodsotnostiglukozenimajovečjega učinkanaizločanjeinzulina,pomembnopa ojačajozglukozosproženoizločanjeinzu- linainsotakopredvsemin vivo nujneza normalno izločanje inzulina (21, 39). Po- membnojeopozoritinavečurničasovniza- mikmedzaužitjemmešanegaobroka, ki vsebujetuditrigliceride,inpojavomPMK vkrvnemobtoku.Neposrednopoobrokuza- radiučinkovinzulinainzaviranjalipolize vkrvnemobtokuzaznamoceloupadrav- niPMK(6).Takojšenučinekmaščobnihki- slinbilahkobilposreden,prekoaktivacije z beljakovino G sklopljenega receptorja (angl.G pro tein-cou pled re cep tor,GPR)119 naenteroendokrinihcelicahtipaL,kiob temizločajoGLP-1.VečoučinkihGLP-1 včlankuznaslovomSklopitevmedspod- bujanjeminizločanjemvcelicahβ:nevro- hormonskaojačitvenapot(40).Tudicelice β 295MedRazgl.2019;58(3): izražajoGPRzaPMK,prekokaterihse izrazi delnjihovihučinkovnaizločanjeinzulina. VplivPMKneposrednonaceliceβtre- bušneslinavkelahkorazdelimonatriveje. Prvidvestadelnožebiliopisani,sajsevve- likimeriprekrivatatudispresnovogluko- ze.Prvajepovezanast. i. Randlovimciklom, poimenovanimporaziskovalcu,kijeprvi opisal,daoksidacijaPMKzaviraoksidaci- joglukozevskeletniinsrčnimišičnini,je- trihincelicahβtrebušneslinavke.Pritem PMKzavirajopredvsemdelovanjepiruvat dehidrogenazeinstemnastanekacetil-CoA, vmanjšimeripatudivstopglukozevce- licoterdelovanjedrugihencimovvprocesu glikolize.Pomenciklaseizrazimedpomanj- kanjemhranilvtelesu,koaktivacijalipo- lizepovečakoncentracijoPMKvplazmi, slednje pa ob oksidaciji zavirajo porabo glukoze.Stemjoprihranijozatkiva,kijim glukoza predstavlja ključen vir energije (predvsemmožgani).Podobnotudiporast PMKmedtelesnovadboomogoči,daseglu- koza,kijeneporabijoaktivnemišice,upo- rabizahitrejšenadomeščanjeizpraznjenih zalogmišičnegaglikogena(41).Daobsta- jatudiobratenproces,zaviranjeoksidaci- je PMK ob oksidaciji glukoze, je Randle predvidevalženazačetku,njegovobstojin molekularnimehanizmipasobilidokaza- nikasneje.Grezazgorajopisaninastanek malonil-CoA,zaviranjeCPT-1inposledično kopičenjedolgoverižnegaacil-CoAvcito- solu.Takotenaizmedsignalnihmolekul uravnava aktivnost kanalov KATP in pre- ko acetilacijebeljakovin,kisodelujejopri eksocitozi,denimosinaptotagminaalissi- naptosomompovezanebeljakovine25(angl. synap to so mal-as so cia ted pro tein 25, SNAP 25),ojačanjihovovezavonaceličnomem- branoinstemspodbujaizločanjeinzulina (27, 42).Drugidelmehanizma,prekoka- teregasePMKvključujejovizločanjein- zulina,jepovečanaaktivnostžeomenjenega ciklaGL/FFA,kjerpravtakonastajajomaš- čobnesignalnemolekule,kiojačajoizloča- njeinzulina(29).Tretjavejapajeučinek PMKprekovezavenaGPR40.Aktivacija receptorjaprekofosfolipazeCsprožisproš- čanjeCa2+ izendoplazemskegaretikuluma in tako pripomore k sprožilnemu signa- lu (43).Totudirazlagaugotovitveraziska- ve,daPMKsprožijoizločanjeinzulina,ki jesicerminimalno,tudipripodpražnihkon- centracijahglukozealicelovnjeniodsotno- sti(6, 44).MišibrezGPR40izločajomanj inzulinapospodbujanjusPMK,hkratipa imajonormalnohomeostazoglukozekljub visokokaloričnidieti.Drugisorodnirecep- torji,kimordanasorodennačinuravnavajo izločanjeinzulinaobizpostavljenostiPMK (njihovavlogašenipovsemdokazana)so npr.GPR120,GPR41inGPR119(3).Približno polovicaizločenegainzulina,kigaspodbu- jajoPMK,jeposledicaneposredneaktiva- cijereceptorjazaPMKGPR40,preostalidel pazahtevanjihovopresnovo(43). PomembenjetudidvojniučinekPMK nadelovanjecelicβ.Čepravimakratkotraj- naizpostavljenostnezaestrenimPMKspod- bujevalenučineknaizločanjeinzulina,pa dolgotrajnaizpostavljenostpovišanimvred- nostimnegativnovplivanadelovanjece- licβ(27).Pritemseraziskaveševednouk- varjajozvprašanjem,čejepritemprocesu ključnapovišanaravenPMKaliglukozein čemorajobitizaškodljivodelovanjedalj časapovišanevrednostiobehskupinhra- nil.Povedanodrugače –aligrezalipotok- sičnost,glukotoksičnostaliglukolipotok- sičnost.Veksperimentalnihpogojihin vi tro povišanevrednostitakoglukozekotPMK samostojnonegativnovplivajonafunkcijo celicβ,zaradištevilnihomejitevtehrazi- skavpajepriprenosuugotovitevnamo- delein vivo aličloveškofiziologijopotreb- naprevidnost.Čepravzgodbaoglavnem krivcuzadisfunkcijocelicβšezdalečni zaključena, številne raziskave opisujejo škodljivučinekPMKzgoljvprisotnostikro- ničnopovišanihravniglukoze.Hiperglike- mija,kiimalahkosicersamaposebine- gativenučineknafunkcijocelicβ,najbibila takonujenpogoj,dase izrazijo škodljivi 296 EvaParadiž,MašaSkelinKlemen,AndražStožer Sklo pi tev med spod bu ja njem in iz ločan jem … učinkipovišanihravniPMK.Grezat. i. per- misivnovlogohiperglikemije(45–47).Kon- ceptmedraziskovalcisicernienotnospre- jetinnekaterimenijo,dajezafunkcionalno okvarocelicβnujnaprekomernaizpostav- ljenostkombinacijihranil(48). HORMONI IN ŽIvČNI PRENašaLCI Številneučinkovineizskupinehormonov inživčnihprenašalcevimajopravtakokot AK terPMK spodbujevalen ali zaviralen učineknaizločanjeinzulina.Vskupinispod- bujevalcev najdemomeddrugimiGLP-1, GIP,holecistokinin,gastrin,acetilholinin vazoaktivni intestinalni polipeptid, med zaviralcepauvrščamosomatostatin,adre- naliningrelin.Vseomenjeneučinkovinein njihovmehanizemdelovanjasmopodrob- nejeopisalivčlankuznaslovomSklopitev medspodbujanjeminizločanjemvcelicah β: nevrohormonskaojačitvenapot. POGLED v PRIHODNOST Žedaljčasapoznamoštevilneučinkovine, kivplivajonaizločanjeinzulina,anjihovi mehanizmiševednonisorazkriti.Prav tako odkrivamotudivednonoveplastinjihove- gadelovanja.Doberprimersoučinkovine izskupinesulfonilsečnin.Zanimivazgod- baonjihovemodkritjusegavobdobjedru- gesvetovnevojneinje,kotnakazuježeime, povezanazuporabosulfonamidnihantibio- tikov.Zaradivsesplošnegapomanjkanjaso ljudjeuživalihigienskooporečnohrano,po- sledicategapasobilištevilniprimeriti- foidnevročice,kijihjefrancoskizdravnik MarcelJanbonzdravilznovoodkritimi pred- stavnikiizskupinesulfonamidov.Pribol- nikihsosepričelipojavljatineželeniučinki voblikikrčev,komeinhipoglikemije,kijih jefiziologAugusteLoubatieresvsledečih letih povezal s spodbujevalnimučinkom uporabljenihučinkovinnaizločanjeinzu- lina(49). Zodkritjemnovihsignalihpoti,kotje denimoscAMPpovezanabeljakovina(angl. exc han ge pro tein directly ac ti va ted by cAMP 2, Epac2),indokazi,datopotaktivirajotudi omenjenihipoglikemiki,serazkrivajonovi mehanizmi njihovega delovanja, katerih pomenin vivo šenipovsemjasen(50, 51). Omenjenapotdelnorazlagatudiklinično pomembnovzajemnodelovanjeinkretinov insulfonilsečnin.Boljšerazumevanjeme- hanizmovsprožilneinojačitvenepotiraz- jasnjujepogostozmotnoprepričanje,daje delovanjesulfonilsečninodglukozeneod- visno.Sicerdrži,dalahkosulfolnilsečnine prekozaprtjakanalovKATP povzočijonasta- neksprožilnegasignalatudivodsotnosti glukoze,sopazatopotrebnevisokekon- centracijezdravilavplazmi.Nasprotnoje znotrajterapevtskihkoncentracijdelovanje sulfonilsečninpomembnoodvisnoodkon- centracijeglukoze,karjeposledicatakosešte- vanjaučinkovnadelovanjekanalovKATP kot tudiojačitvenihpresnovnihučinkovgluko- ze(51).Takotudipriučinkovinah,kiveljajo zastareznancekliničneprakse,novadog- nanjarazkrivajonovevidikenjihoveupo- rabe.Pridrugihjevečznanegaotem,kako uravnavajodelovanjecelicβprilaborato- rijskihživalih,manjpaimamoznanjaopre- nosutehugotovitevnadelovanjetrebušne slinavkepriljudeh.Pojavljajosetudinove učinkovine,kinaizločanjeinzulinavpliva- joprekodoslejmanjznanihmehanizmov. Primersoglikozidistevia,pogostouporab- ljaninadomestkisladkorjabrezkalorij,ki preko omenjenih kanalov TRP ojačujejo zglukozosproženoizločanjeinzulina,hkrati pakažejozaščitneučinkeprirazvojuslad- korneboleznitipa2obdietizvisokovseb- nostjomaščob(52). 297MedRazgl.2019;58(3): LITERaTURa 1. HenquinJC.Triggeringandamplifyingpathwaysofregulationofinsulinsecretionbyglucose.Diabetes.2000; 49(11):1751–60. 2. PrentkiM,MatschinskyFM,MadirajuSR.Metabolicsignalinginfuel-inducedinsulinsecretion.CellMetab. 2013;18(2):162–85. 3. NewsholmeP,KeaneKK,GaudelC,etal.(Dys)regulationofinsulinsecretionbymacronutrients.In:IslamMS, ed.2nd ed.Dordrecht:Springer;2015.p.126–156. 4. Satin LS. Localized calcium influx in pancreatic beta-cells: Its significance for Ca2+-dependent insulin secretionfromtheisletsoflangerhans.Endocrine.2000;13(3):251–62. 5. HenquinJC.Thedualcontrolofinsulinsecretionbyglucoseinvolvestriggeringandamplifyingpathwaysin beta-cells.DiabetesResClinPract.2011;93(Suppl1):S27–31. 6. RorsmanP,AshcroftFM.Pancreaticbeta-cellelectricalactivityandinsulinsecretion:Ofmiceandmen.Physiol Rev.2018;98(1):117–214. 7. SkelinKlemenM,DolensekJ,SlakRupnikM,etal.Thetriggeringpathwaytoinsulinsecretion:Functional similaritiesanddifferencesbetweenthehumanandthemousebetacellsandtheirtranslationalrelevance. Islets.2017;9(6):109–39. 8. LenzenS.A freshviewofglycolysisandglucokinaseregulation:Historyandcurrentstatus.JBiolChem.2014; 289(18):12189–94. 9. GloynAL.Glucokinase(GCK)mutationsinhyper-andhypoglycemia:Maturity-onsetdiabetesoftheyoung, permanentneonataldiabetes,andhyperinsulinemiaofinfancy.HumMutat.2003;22(5):353–62. 10. PullenTJ,RutterGA.Whenlessismore:Theforbiddenfruitsofgenerepressionintheadultbeta-cell.Diabetes ObesMetab.2013;15(6):503–12. 11. BensellamM,JonasJC,LaybuttDR.Mechanismsofβ-celldedifferentiationindiabetes:Recentfindingsand futureresearchdirections.JEndocrinol.2017;236(2):R109–43. 12. Tarasov A, Dusonchet J, Ashcroft F. Metabolic regulation of the pancreatic beta-cell ATP-sensitive K+ channel:A pasdedeux.Diabetes.2004;53(Suppl3):S113–22. 13. IslamMS.Calciumsignalingintheislets.In:IslamM,ed.IsletsofLangerhans.2nded.Dordrecht:Springer; 2015.p.605–32. 14. HenquinJC,DufraneD,GmyrV,etal.Pharmacologicalapproachtounderstandingthecontrolofinsulinsecretion inhumanislets.DiabetesObesMetab.2017;19(8):1061–70. 15. HenquinJC.Regulationofinsulinsecretion:A matterofphasecontrolandamplitudemodulation.Diabetologia. 2009;52(5):739–51. 16. StožerA.Nernstovpotencialinohmskimodelmembranskegapotenicala.MedRazgl.2014;53(2):193–202. 17. VennekensR,MesuereM,PhilippaertK.TRPM5inthebattleagainstdiabetesandobesity.ActaPhysiol(Oxf). 2018;222(2). 18. YosidaM,DezakiK,UchidaK,etal.InvolvementofcAMP/EPAC/TRPM2activationinglucose-andincretin- inducedinsulinsecretion.Diabetes.2014;63(10):3394–403. 19. FerdaoussiM,MacDonaldPE.Towardconnectingmetabolismtotheexocytoticsite.TrendsCellBiol.2017; 27(3):163–71. 20. ChengK,AndrikopoulosS,GuntonJE.Firstphaseinsulinsecretionandtype2diabetes.CurrMolMed.2013; 13(1):126–39. 21. NolanCJ,PrentkiM.Theisletbetacell:Fuelresponsiveandvulnerable.TrendsinEndocrinology&Metabolism. 2008;19(8):285–91. 22. LuM,LiC.Nutrientsensinginpancreaticislets:Lessonsfromcongenitalhyperinsulinismandmonogenic diabetes.AnnNYAcadSci.2018;1411(1):65–82. 23. FlothoA,MelchiorF.Sumoylation:A regulatoryproteinmodificationinhealthanddisease.AnnuRevBiochem. 2013;82:357–85. 24. DaiXQ,PlummerG,CasimirM,etal.Sumoylationregulatesinsulinexocytosisdownstreamofsecretorygranule dockinginrodentsandhumans.Diabetes.2011;60(3):838–47. 25. FerdaoussiM,DaiX,JensenMV,etal.Isocitrate-to-SENP1signalingamplifiesinsulinsecretionandrescues dysfunctionalbetacells.JClinInvest.2015;125(10):3847–60. 26. RoduitR,NolanC,AlarconC,etal.A roleforthemalonyl-CoA/long-chainacyl-CoApathwayoflipidsignaling intheregulationofinsulinsecretioninresponsetobothfuelandnonfuelstimuli.Diabetes.2004;53(4):1007–19. 298 EvaParadiž,MašaSkelinKlemen,AndražStožer Sklo pi tev med spod bu ja njem in iz ločan jem … 27. NolanCJ,MadirajuMS,Delghingaro-AugustoV,etal.Fattyacidsignalinginthebeta-cellandinsulinsecretion. Diabetes.2006;55(Suppl2):S16–23. 28. ZhaoS,PoursharifiP,MugaboY,etal.α/β-Hydrolasedomain-6andsaturatedlongchainmonoacylglycerol regulateinsulinsecretionpromotedbybothfuelandnon-fuelstimuli.MolecularMetabolism.2015;4(12): 940–50. 29. PrentkiM,MadirajuSR.Glycerolipid/freefattyacidcycleandisletbeta-cellfunctioninhealth,obesityand diabetes.MolCellEndocrinol.2012;353(1-2):88–100. 30. GannonMC,NuttallFQ.Aminoacidingestionandglucosemetabolism-a review.IUBMBLife.2010;62(9): 660–8. 31. FloydJC,Jr.,FajansSS,ConnJW,etal.Stimulationofinsulinsecretionbyaminoacids.JClinInvest.1966;45 (9):1487–502. 32. MoulleVS,GhislainJ,PoitoutV.Nutrientregulationofpancreaticbeta-cellproliferation.Biochimie.2017;143: 10–7. 33. YangJ,ChiY,BurkhardtBR,etal.Leucinemetabolisminregulationofinsulinsecretionfrompancreaticbeta cells.NutrRev.2010;68(5):270–9. 34. StanleyCA.Twogeneticformsofhyperinsulinemichypoglycemiacausedbydysregulationofglutamate dehydrogenase.NeurochemIntl.2011;59(4):465–72. 35. LiC,ChenP,PalladinoA,etal.Mechanismofhyperinsulinisminshort-chain3-hydroxyacyl-XoAdehydrogenase deficiencyinvolvesactivationofglutamatedehydrogenase.JBiolChem.2010;285(41):31806–18. 36. VetterliL,CarobbioS,FrigerioF,etal.Theamplifyingpathwayofthebeta-cellcontributestodiet-induced obesity.JBiolChem.2016;291(25):13063–75. 37. FeldmannN,delRioRM,GjinovciA,etal.Reductionofplasmamembraneglutamatetransportpotentiates insulinbutnotglucagonsecretioninpancreaticisletcells.MolCellEndocrinol.2011;338(1-2):46–57. 38. CarrRD,LarsenMO,WinzellMS,etal.Incretinandislethormonalresponsestofatandproteiningestionin healthymen.AmJPhysiolEndocrinolMetab.2008;295(4):E779–84. 39. SteinDT,EsserV,StevensonBE,etal.Essentialityofcirculatingfattyacidsforglucose-stimulatedinsulin secretioninthefastedrat.JClinInvest.1996;97(12):2728–35. 40. MossCE,GlassLL,DiakogiannakiE,etal.LipidderivativesactivateGPR119andtriggerGLP-1secretionin primarymurinel-cells.Peptides.2016;77:16–20. 41. HueL,TaegtmeyerH.Therandlecyclerevisited:A newheadforanoldhat.AmericanJournalofPhysiology -EndocrinologyandMetabolism.2009;297(3):E578–E91. 42. DeeneyJT,GromadaJ,HøyM,etal.Acutestimulationwithlongchainacyl-CoAenhancesexocytosisininsulin- secretingcells(HITT-15andNMRIbeta-cells).JBiolChem.2000;275(13):9363–8. 43. FerdaoussiM,BergeronV,ZarroukiB,etal.Gprotein-coupledreceptor(GPR)40-dependentpotentiationof insulinsecretioninmouseisletsismediatedbyproteinkinaseD1.Diabetologia.2012;55(10):2682–92. 44. BerneC.Themetabolismoflipidsinmousepancreaticislets.Theoxidationoffattyacidsandketonebodies. BiochemJ.1975;152(3):661–6. 45. PoitoutV,RobertsonRP.Minireview:Secondaryβ-cellfailureintype2diabetes—a convergenceofglucotoxicity andlipotoxicity.Endocrinology.2002;143(2):339–42. 46. PoitoutV,RobertsonRP.Glucolipotoxicity:Fuelexcessandbeta-celldysfunction.EndocrRev.2008;29(3): 351–66. 47. PoitoutV,AmyotJ,SemacheM,etal.Glucolipotoxicityofthepancreaticbetacell.BiochimBiophysActa.2010; 1801(3):289–98. 48. KimJW,YoonKH.Glucolipotoxicityinpancreaticβ-cells.DiabetesMetabJ.2011;35(5):444–50. 49. Loubatieres-MarianiMM.[Thediscoveryofhypoglycemicsulfonamides].JSocBiol.2007;201(2):121–5. 50. SeinoS,SugawaraK,YokoiN,etal.β-cellsignallingandinsulinsecretagogues:A pathforimproveddiabetes therapy.DiabetesObesMetab.2017;19(Suppl1):22–9. 51. Henquin JC.Misunderstandings and controversies about the insulin-secreting properties of antidiabetic sulfonylureas.Biochimie.2017;143:3–9. 52. PhilippaertK,PironetA,MesuereM,etal.Steviolglycosidesenhancepancreaticbeta-cellfunctionandtaste sensationbypotentiationofTRPM5channelactivity.NatCommun.2017;8:14733. Prispelo24. 5. 2018 299MedRazgl.2019;58(3):