Може ли „качеството“ на β-клетките да определи дали ще развиете диабет?

Ако ви се струва, че все повече хора, които познавате, се борят с диабет, прави сте. Епидемията от диабет не е наричана епидемия просто така: Според Американската диабетна асоциация, повече от 10% от населението на САЩ - около 38,4 милиона души - са имали диабет през 2021 г., като всяка година се диагностицират още 1,2 милиона души.

Диабет тип 2 се развива, когато тялото стане резистентно към инсулина, хормон, който помага за регулиране на нивата на кръвната захар. Инсулинът се произвежда от панкреатичните β-клетки и при диабет тип 2 те увеличават производството на инсулин в опит да нормализират нивата на захарта, но дори това не е достатъчно и β-клетките в крайна сметка се изчерпват. Поради ключовата им роля, функционалната маса на β-клетките – т.е. общият им брой и способност да функционират – определя риска от развитие на диабет.

Въпреки това, β-клетките не са еднакви дори при един и същ човек – те са разделени на подтипове, всеки от които се различава по секреторна активност, оцеляване и способност за делене. С други думи, всеки β-клетъчен подтип има различно „ниво на годност“ – и колкото по-високо е то, толкова по-добре. С развитието на диабета, пропорциите на някои β-клетъчни подтипове се променят. Но ключовият въпрос остава: диабетът променя ли състава и състоянието на β-клетките или именно тези промени водят до заболяването?

Ето къде се намесват учените Гуоцян Гу, Емили Ходжис и Кен Лау от университета Вандербилт. Тяхната скорошна работа, публикувана в списанието Nature Communications, е стъпка към разбирането дали функционалната маса на β-клетките може да бъде увеличена, за да се намали рискът от диабет тип 2. Гу и Лау са професори по клетъчна и развойна биология, а Ходжис е асистент по биохимия.

Изучаването на β-клетъчните подтипове не е лесна задача. Най-често използваният метод е „терминален анализ на проби на ниво единична клетка“, което означава, че учените могат да изучават специфични β-клетки само веднъж – и само когато са напълно развити. Това не ни позволява да проследяваме развитието на един и същ клетъчен подтип на различни етапи: диференциация, съзряване, делене, стареене, смърт и др. Възможността да ги наблюдаваме на всички етапи би осигурила по-добро разбиране за това как състоянието на клетките се променя с течение на времето или при различни физиологични условия.

За да преодолеят това ограничение, Гу, Ходжис и Лау разработиха метод за трайно маркиране на прогениторните клетки, които дават началото на β клетки, с различни комбинации от генна експресия. Тези маркери позволиха на изследователите да проследяват едни и същи β клетъчни подтипове на различни етапи от развитието и да отговарят на фундаментални въпроси с по-голяма увереност.

Тяхното проучване доведе до три основни открития:

1. Прогениторните клетки, които образуват β-клетки с различни генетични маркери в миши ембриони, водят до β-клетъчни подтипове с различна степен на „годност“ при възрастни мишки. Това помага да се разбере как се формират подтиповете и как този процес може да бъде манипулиран в бъдеще, за да се увеличи делът на „здравите“ β-клетки и да се намали рискът от диабет.
2. Диетата на женските мишки по време на бременност влияе пряко върху съотношението на високофункциониращите и нискофункциониращите β-клетки в потомството. Например, ако майката е хранена с диета с високо съдържание на мазнини и е със затлъстяване, нейното потомство има по-малко глюкозочувствителни β-клетки. Този модел потвърждава, че майчиното затлъстяване увеличава риска от диабет в потомството. Това дава на лекарите и изследователите по-добро разбиране за ролята на наследствеността и майчиното здраве.
3. β-клетъчните подтипове, идентифицирани при мишки, имат аналози в човешкия панкреас. Освен това, подтипът, който има най-голяма адаптивност при хората, е намален при пациенти с диабет тип 2. Въпреки че не всички открития при животни са пряко приложими за хората, резултатите показват, че моделите при мишки могат да бъдат полезни за разбиране на човешката биология и диабета.

Сега изследователите планират да проучат как точно се формират и поддържат епигенетичните модели (гореспоменатите маркери за генна експресия) в различни β-клетъчни подтипове и как тяхното нарушаване влияе върху клетъчната функция.

„С това и други изследвания може да е възможно в бъдеще да се разработи хранителна добавка за бременни жени, която да намалява риска от диабет при детето“, казва Гу.

Други важни въпроси остават: възможно ли е например да се подобри функционалното качество на β-подобни клетки, получени от човешки ембрионални стволови клетки, чрез модулиране на ДНК метилирането (един от епигенетичните маркери)? Ако е така, биха ли могли такива β-клетки да се използват в трансплантационната терапия, при която на пациенти с диабет тип 2 се трансплантират β-клетки с високо ниво на годност?

Отговорите на тези въпроси все още предстои да бъдат намерени.