Framtagandet av cell-permeabla ceramidanaloger har möjliggjort konklusiva studier av den funktionella betydelsen av dessa substanser i levande celler (47). Exogent tillfört ceramid, liksom endogen syntes av ceramider genom tillsats av sfingomyelinas, hämmar precis som IL-1 ß-cellens tillväxt och insulinproduktion (52). I god överensstämmelse med ovanstående resonemang är tidigare resultat, visande att specifik inaktivering av serin/treonin-proteinfosfatas 2A med okadaic acid (18,53) eller PKC-aktive-ring med forbolester (15,16,18-20,48-50) stimulerar insulinsekretionen, samt att insulinsekretagoger orsakar en temporär inaktivering av serin/ treonin-proteinfosfataser i ß-cellen.

På motsvarande sätt, kan nanomolara koncentrations av okadaic acid eller forbolester förhindra apoptos och ned-reglering av c-myc orsakat av ceramid i andra cellsystem (47). Ceramid och diacylglycerol kan alltså betraktas som cellsignaleringens Yin och Yang genom sina motsatta effekter på proteinfosforylering.
Nyligen påvisades också att NO verkar mediera den toxiska effekten på den insulinproducerande ß-cellen av den hyperlipidemi som existerar hos överviktiga typ-2 diabetiker (56,57), möjligen via bildning av ceramid, vilket således anknyter till min tidigare artikel om lipotoxicitet.

NO påverkar ß-cellens stimulus-sekretionskopppling negativt
Effekterna av NO-donatorn 3-morfolino-sydnonimine (SIN-1) på regleringen av olika delar av ß-cellens stimulus-sekretionskoppling undersöktes nyligen (59).
Insulinfrisättningen som svar på glukos hämmades preferentiellt av SIN-1, liknande situationen med IL-1 .
Det anses att ATP bildat genom glukosmetabolismen stänger ATP-beroende K+-kanaler i plasmamembranet, resulterande i depolarisering. Sekundärt till detta sker ett inflöde av Ca2+ genom öppnandet av spänningsberoende Ca2+-kanaler, en händelse som leder till exocytotisk frisättning av insulin (60,61). Effekterna av SIN-1 på insulinfrisättningen kan således återspegla interaktion mellan NO och vilket som helst av dessa steg, eller andra, aktiverade av glukosstimuleringen.

En karakteristisk egenskap hos NO är dess förmåga att binda till enzymer innehållande grupper av järn/svavel och därigenom modulera deras biologiska aktivitet (32). Ett sådant exempel är Krebscykel-enzymet cis-aconitas, som visats utgöra en betydelsefull angreppspunkt för IL-1 och NO i ß-cellen, sannolikt orsakande den minskade glukosoxidation som noterades i ß-celler exponerade för IL-1 .
Hämning av detta enzym leder till en nedsatt ATP-produktion med sekundära effekter på ATP-beroende K+-kanaler och Ca2+-inflöde. En annan viktig biologisk egenskap hos NO är dess förmåga att stimulera S-nitrosylering av olika proteiner innehållande »kritiska» SH-grupper .

Exakt vilka proteiner i The precise stimulus-sekretion-skopplingen som hämmas av NO genom de thiol-beroende redoxmekanismer som rappor-terats (59), återstår att se. Det är dock notabelt att reversibla redoxreaktioner utgör en viktig reglerfunktion för ß-cellens hormonsekretion (64). Det är känt att NO kan reglera Ca2+-kanaler i myokardiet (65). I motsats till detta, tycks ß-cellens Ca2+-kanal mer resistent mot NO eftersom SIN-1 inte påverkade K+-stimulerad insulinfrisättning (59).

Sammanfattningsvis visar dessa data att NO hämmar ß-cellens insulinfrisättning delvis genom S-nitrosylering av angränsande thiolgrupper, sannolikt bildande intramolekylära disulfider, i nyckelproteiner i stimulus-sekretionskopplingen . Resultaten verkar utesluta att heterotrimera GTP-bindande proteiner, adenylatcyklas eller spänningsberoende Ca2+-kanaler moduleras av NO i ß-cellen .
Däremot kan enzymer involverade i glukos-nedbrytningen, fosfolipas C, PKC eller proteiner reglerande intracellulär Ca2+-hantering utgöra mål för NO (se Figur 1 för överblick). Att NO kan inaktivera PKC är en attraktiv hypotes eftersom PKC har kritiska thiolgrupper som påverkar dess kinasaktivitet och som kan oxideras av NO . Dessa negativa effekter av NO på ß-cellens stimulus-sekretionskoppling kan vara av betydelse för den nedsättning av insulinsekretionen som utmärker IDDM.

Prostaglandin
Betydelsen av prostaglandins för ß-cellsdysfunktion orsakad av IL-1 Ett utmärkande drag i flertalet vävnader efter exposition för IL-1 är produktion av de inflammatoriska mediatorerna prostaglandiner (PG), thromboxaner och leukotriener via fosfolipas A2, cyclooxygenas och 12- lipoxygenas. Även i ß-cellen inducerar IL-1 en kraftig ökning i PGE2, som tidsmässigt korrelerar väl till cytokinens hämmande fas på insulinfrisättningen (28).
Nyare resultat visar att IL-1 inducerar ett kooperativt uttryck av iNOS och det inducerbara cyclooxygenaset typ-2 (iCOX), det senare enzymet aktiverat av NO (67). Dessutom kan kemotaktiska leukotrieneer produceras via 5- lipoxygenas i lokala makrofager (28). Det är möjligt att lokalt syntetiserade prostaglandiner kan utöva betydande påverkan på ß-cellens tillväxt och funktion, och det är tänkbart att de inverkar negativt på insulinsekretion och glukoshomeostasin vivo.

Experiment i djur och människor avslöjade att infusion av prostaglandiner minskade mängden insulin frisatt vid ett glukostoleranstest (68). Likaså kan vissa cyclooxygenas-inhibitorer inte endast amplifiera glukos-inducerad insulin-frisättning hos människa, utan också förbättra glukostolerans och glukos-inducerad insulin-frisättning hos patienter med NIDDM .
Då isolerade ß-celler exponerades ett dygn för prostaglandiner ur E-serien, ledde detta till en hämning av ß-cellens replikation och insulinsekretion. Ett flertal studier bekräftar även att korttids prostaglandinexpone ring hämmar insulinfrisättningen in vitro .

Kan intervention i IL-1/NO-systemet skydda ß-cellen i IDDM?
Helt klart utgör dagliga injektioner av insulin en livräddande behandling för patienter med IDDM. Däremot kan ännu inte någon effektiv förebyggande eller ß-cellskyddande erbjudas dessa patienter eller närstående i riskzonen. Om IL-1 orsakar destruktion av dysfunktion of ß-cellen genom NO-produktion i human IDDM, utgör flera komponenter i IL-1-NO-systemet inbjudande mål för droger med potential att skydda ß-cellen från undergång och funktionell inhibition vid eller innan debuten av IDDM.

Den selektiva iNOS-hämmaren aminoguanidin har givits till spontandiabetiska NOD-möss in vivo, och befanns senarelägga utbrottet av autoimmun diabetes hos dessa djur men förmådde inte förebygga sjukdomen.IRAP, den naturligt cirkulerande IL-1- receptorantagonisten (2), bör även den studerasin vivo på liknande sätt.

Överuttryck av de vanligtvis sparsamt förekommande radikalfångande enzymerna i ß-cellen kan visa sig värdefullt för denna cells förmåga att göra sig av med toxiska radikaler. Liposomal tillförsel av heatshock-protein 70 till ß-cellen, befanns skydda dessa celler mot toxiciteten av IL-1 (5). Som diskuterats ovan, har E-vitamin, sannolikt genom sin antioxidativa egenskap, uppvi- redoxreaktioner utgör en viktig reglerfunktion för ß-cellens hormonsekretion (64). Det är känt att NO kan reglera Ca2+-kanaler i myokardiet (65). I motsats till detta, tycks ß-cellens Ca2+-kanal mer resi-stent mot NO eftersom SIN-1 inte påverkade K+-stimulerad insulinfrisättning (59). Sammanfattningsvis visar dessa data att NO hämmar ß-cellens insulinfrisättning delvis genom S-nitrosylering av angränsande thiolgrupper, sannolikt bildande intramolekylära disulfider, i nyckelproteiner i stimulus-sekretionskopplingen (59).

Resultaten verkar utesluta att heterotrimera GTP-bindande proteiner, adenylatcyklas eller spänningsberoende Ca2+-kanaler moduleras av NO i ß-cellen (59). Däremot kan enzymer involverade i glukosnedbrytningen, fosfolipas C, PKC eller proteiner reglerande intracellulär Ca2+-hantering utgöra mål för NO (se Figur 1 för överblick). Att NO kan inaktivera PKC är en attraktiv hypotes eftersom PKC har kritiska thiolgrupper som påverkar dess kinasaktivitet och som kan oxideras av NO (66). Dessa negativa effekter av NO på ß-cellens stimulus-sekretionskoppling kan vara av betydelse för den nedsättning av insulinsekretionen som utmärker IDDM.

Prostaglandin
Betydelsen av prostaglandins för ß-cellsdysfunktion orsakad av IL-1 Ett utmärkande drag i flertalet vävnader efter exposition för IL-1 är produktion av de inflammatoriska mediatorerna prostaglandiner (PG), thromboxaner och leukotriener via fosfolipas A2, cyclooxygenas och 12- lipoxygenas.
Även i ß-cellen inducerar IL-1 en kraftig ökning i PGE2, som tidsmässigt korrelerar väl till cytokinens hämmande fas på insulinfrisättningen (28). Nyare resultat visar att IL-1 inducerar ett kooperativt uttryck av iNOS och det inducerbara cyclooxygenaset typ-2 (iCOX), det senare enzymet aktiverat av NO (67).

Dessutom kan kemotaktiska leukotrieneer produceras via 5- lipoxygenas i lokala makrofager (28). Det är möjligt att lokalt syntetiserade prostaglandiner kan utöva betydande påverkan på ß-cellens tillväxt och funktion, och det är tänkbart att de inverkar negativt på insulinsekretion och glukoshomeostasin vivo.
Experiment i djur och människor avslöjade att infusion av prostaglandiner minskade mängden insulin frisatt vid ett glukostoleranstest. Likaså kan vissa cyclooxygenas-inhibitorer inte endast amplifiera glukos-inducerad insulinfrisättning hos människa, utan också förbättra glukostolerans och glukos-inducerad insulin-frisättning hos patienter med NIDDM (68).

Då isolerade ß-celler exponerades ett dygn för prostaglandiner ur E-serien, ledde detta till en hämning av ß-cellens replikation och insulinsekretion. Ett flertal studier bekräftar även att korttids prostaglandinexpone- ring hämmar insulinfrisättningen in vitro.

Kan intervention i IL-1/NO-systemet skydda ß-cellen i IDDM?
Helt klart utgör dagliga injektioner av insulin en livräddande behandling för patienter med IDDM. Däremot kan ännu inte någon effektiv förebyggande eller ß-cellskyddande erbjudas dessa patienter eller närstående i riskzonen. Om IL-1 orsakar destruktion av dysfunktion of ß-cellen genom NO-produktion i human IDDM, utgör flera komponenter i IL-1-NO-systemet inbjudande mål för droger med potential att skydda ß-cellen från undergång och funktionell inhibition vid eller innan debuten av IDDM.

Den selektiva iNOS-hämmaren aminoguanidin har givits till spontandiabetiska NOD-möss in vivo (70), och befanns senarelägga utbrottet av autoimmun diabetes hos dessa djur men förmådde inte förebygga sjukdomen.IRAP, den naturligt cirkulerande IL-1- receptorantagonisten (2), bör även den studerasin vivo på liknande sätt.

Överuttryck av de vanligtvis sparsamt förekommande radikalfångande enzymerna i ß-cellen kan visa sig värdefullt för denna cells förmåga att göra sig av med toxiska radikaler.
Liposomal tillförsel av heatshock-protein 70 till ß-cellen, befanns skydda dessa celler mot toxiciteten av IL-1 (5). Som diskuterats ovan, har E-vitamin, sannolikt genom sin antioxidativa egenskap, uppvisat lovande resultat både in vitro och in vivo .

Kortikosteroider såsom dexamethason har av vissa grupper rapporterats kunna erbjuda skydd mot IL-1, sannolikt genom posttranskriptionell inhibition av iNOS men också genom hämning av iCOX (28). Nikotinamid, testat in vitro med varierande resultat genomgår för närvarande klinisk prövning , men de lovande resultaten som vissa grupper observerat - d.v.s. en försenad debut av IDDM -måste naturligtvis bekräftas.
Intressant nog förmår nikotin-amid stimulera nybildning av ß-celler genom differentiering (72), och förbehandling med nikotinamid in vitro av ß-celler avsedda för transplantation till diabetiska djur accelererade dessa djurs tillfrisknande. Man kan även tänka sig att inhibitorer av ceramidsyntes och prostanoidbildning, samt droger interfererande med apoptosprocessen (t.ex. antago nister av plasmamembranets Ca2+-kanaler och intervention i Fas-systemet), kan befinnas bli kliniskt användbara.

Somatisk genterapi har givetvis betydande potential i detta sammanhang. Mycket riktigt påvisades också nyligen att en hybridgen bestående av IRAP och insulingenen efter transfektion till ß-cellen uttrycktes stabilt och gjorde denna cell resistent mot IL-1 . Det återstår dock givetvis att se, huruvida några av ovanstående angreppspunkter kan skydda in vivo mot human IDDM. Om så visar sig vara fallet, kan den oerhörda kostnad och mänskligt lidande som IDDM orsakar minskas betydligt.

Omnämnanden Jag är mottagaren av 1994 års »Eli Lilly/EASD Research Award in Diabetes and Metabolism». Forskning från mitt laboratorium som refereras i denna artikel har finansierats av bl.a. Medicinska Forskningsrådet, Cancerfonden, Pharmacias fond för bio-teknologisk forskning Karolinska institutets fonder, Novo-Nordisk insulinfond Svenska Läkaresällskapet Wenner-Gren stiftelserna Barndiabetes-fonden Åke Wibergs stiftelse Magn. Bergvalls stiftelse Syskonen Svenssons fond och Fredrik och Inger Thurings stiftelse.

Åke Sjöholm Docent, specialistläkare
Institutionen för molekylär medicin
Rolf Lufts centrum för diabetesforskning
Karolinska sjukhuset
171 76 Stockholm.
Telefon 08-51775782
070-5234057
Fax 08-51773658

Referensförteckning kan fås från http://www.diabetolognytt.nu/update/artiklar1/161.html

[Innehåll] [Redaktören] [Ordföranden] [Sett & Hört] [Aktuell Info] [Redaktionen] [Arkivet] [Länkar] [Diskussionsforum] [Diabetes Update]