Инсулиновая недостаточность в патофизиологии когнитивной дисфункции при сахарном диабете 1 типа
https://doi.org/10.23946/2500-0764-2024-9-2-94-102
Аннотация
Сахарный диабет (СД) 1 типа – хроническая аутоиммунная эндокринопатия с преимущественным дебютом заболевания в детском и подростковом возрасте. Дисфункция центральной нервной системы рассматривается как ведущее долгосрочное осложнение СД 1 типа, приводящее к поражению головного мозга и когнитивным нарушениям. Инсулиновая недостаточность является одним из патофизиологических механизмов развития диабетической энцефалопатии (ДЭ) при СД 1 типа. Инсулин, помимо своей основной функции в регуляции уровня глюкозы в крови, оказывает выраженное нейропротективное и прокогнитивное действие за счет влияния на инсулиновые рецепторы, находящиеся в головном мозге. Данный гормон также влияет на выработку различных нейротрансмиттеров и способствует долговременной потенциации, что улучшает процессы обучения и памяти. Инсулин активизирует синаптическую пластичность, пролиферацию и дифференциацию нейронов, процессы, лежащие в улучшении когнитивного функционирования. Среди основных патофизиологических механизмов, которые провоцируют когнитивную дисфункцию на фоне инсулиновой недостаточности при СД 1 типа, рассматривают: митохондриальную дисфункцию, окислительный стресс и нарушение работы гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Недостаточность инсулина приводит к снижению митохондриального дыхания и увеличению деления митохондрий, что взывает ДЭ. Инсулиновая недостаточность при СД 1 типа вызывает проявления окислительного стресса и нарушает окислительную способность головного мозга, что вызывает нарушения метаболизма глюкозы и энергетического баланса, являясь триггером когнитивных нарушений. На фоне дефицита инсулина нарушение целостности ГЭБ может быть вызвано измененными транспортными белками глюкозы и потерей перицитов, что является еще одним триггером формирования ДЭ при СД 1 типа. Продемонстрировано, что именно интраназальная доставка экзогенного инсулина, в обход ГЭБ, может быть эффективной терапевтической стратегией при коррекции когнитивных нарушений при данной эндокринопатии. Необходимы дальнейшие исследования в области изучения влияния экзогенного инсулина на когнитивные функции у пациентов с СД 1 типа.
Об авторе
Ю. В. Быков
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный медицинский университет»
Россия
Россия
Быков Юрий Витальевич, кандидат медицинских наук, доцент кафедры анестезиологии и реаниматологии с курсом ДПО
355017, г. Ставрополь, ул. Мира, д. 310
Список литературы
1. Ab-Hamid N., Omar N., Ismail C.A., Long I. Diabetes and cognitive decline: Challenges and future direction. World J. Diabetes. 2023;14(6):795-807. https://doi.org/10.4239/wjd.v14.i6.795
2. Bednarik P., Moheet A.A., Grohn H., Kumar A.F., Eberly L.E., Seaquist E.R., Mangia S. Type 1 Diabetes and Impaired Awareness of Hypoglycemia Are Associated with Reduced Brain Gray Matter Volumes. Front. Neurosci. 2017;11:529. https://doi.org/10.3389/fnins.2017.00529
3. Rodrigues Oliveira S.M., Rebocho A., Ahmadpour E., Nissapatorn V., de Lourdes Pereira M. Type 1 Diabetes Mellitus: A Review on Advances and Challenges in Creating Insulin Producing Devices. Micromachines (Basel). 2023;14(1):151. https://doi.org/10.3390/mi14010151
4. Rosengren A., Dikaiou P. Cardiovascular outcomes in type 1 and type 2 diabetes. Diabetologia. 2023;66(3):425-437. https://doi.org/10.1007/s00125-022-05857-5
5. Быков Ю.В. Сахарный диабет I типа в педиатрической практике и поражения центральной нервной системы. Таврический медико-биологический вестник. 2020;4(23):91-97. https://doi.org/10.37279/2070-8092-2020-23-4-91-97
6. Быков Ю.В., Батурин В.А. Диабетическая энцефалопатия при сахарном диабете в детском возрасте: патофизиологияи клинические проявления (обзор). Саратовский научномедицинский журнал. 2022;18(1):46-49.
7. van Duinkerken E., Snoek F.J., de Wit M. The cognitive and psychological effects of living with type 1 diabetes: a narrative review. Diabet. Med. 2020;37(4):555-563. https://doi.org/10.1111/dme.14216
8. Zilliox L.A., Chadrasekaran K., Kwan J.Y., Russell J.W. Diabetes and cognitive impairment. Curr. Diab. Rep. 2016;16:87. https://doi.org/10.1007/s11892-016-0775-x
9. Быков Ю.В., Батурин В.А. Когнитивные нарушения при сахарном диабете 1 типа. Сибирский научный медицинский журнал. 2023;43(1):4-12. https://doi.org/10.18699/SSMJ20230101
10. Zhang J., Liao H., Wang M., Xiong Y., Cao F. An updated metaanalysis of cohort studies: diabetes and risk of Alzheimer’s disease. Diabetes Res. Clin. Pract. 2017;124:41-47. https://doi.org/10.1016/j.diabres.2016.10.024
11. Cato A., Hershey T. Cognition and type 1 diabetes in children and adolescents. Diabetes Spectr. 2016;29(4):197-202. https://doi.org/10.2337/ds16-0036
12. Biessels G.J., Whitmer R.A. Cognitive dysfunction in diabetes: how to implement emerging guidelines. Diabetologia. 2020;63(1):3-9. https://doi.org/10.1007/s00125-019-04977-9
13. Moheet A., Mangia S., Seaquist E.R. Impact of diabetes on cognitive function and brain structure. Ann. N Y Acad. Sci. 2015;1353:60-71. https://doi.org/10.1111/nyas.12807
14. Duarte J.M.N. Metabolic Alterations Associated to Brain Dysfunction in Diabetes. Aging. Dis. 2015;6(5):304-321. https://doi.org/10.14336/AD.2014.1104
15. Falvo E., Giatti S., Diviccaro S., Cioffi L., Herian M., Brivio P., Calabrese F., Caruso D., Melcangi R.C. Diabetic Encephalopathy in a Preclinical Experimental Model of Type 1 Diabetes Mellitus: Observations in Adult Female Rat. Int. J. Mol. Sci. 2023;24(2):1196. https://doi.org/10.3390/ijms24021196
16. Smolina K., Wotton C.J., Goldacre M.J. Risk of dementia in patients hospitalised with type 1 and type 2 diabetes in England, 1998-2011: A retrospective national record linkage cohort study. Diabetologia. 2015;58:942-950. https://doi.org/10.1007/s00125-015-3515-x
17. Sharma S., Brown C.E. Microvascular basis of cognitive impairment in type 1 diabetes. Pharmacol. Ther. 2022;229:107929. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2021.107929
18. Gaudieri P.A., Chen R., Greer T.F., Holmes C.S. Cognitive function in children with type 1 diabetes: a meta-analysis. Diabetes Care. 2008;31:1892-1897. https://doi.org/10.2337/dc07-2132
19. Galizzi G., Di Carlo M. Insulin and Its Key Role for Mitochondrial Function/Dysfunction and Quality Control: A Shared Link between Dysmetabolism and Neurodegeneration. Biology (Basel). 2022;11(6):943. https://doi.org/10.3390/biology11060943
20. Суркова Е.В., Деркач К.В., Беспалов А.И., Шпаков А.О. Перспективы интраназального инсулина для коррекции когнитивных нарушений, в частности связанных с сахарным диабетом. Проблемы эндокринологии. 2019;65(1):5765. https://doi.org/10.14341/probl9755
21. Spinelli M., Fusco S., Grassi C. Brain insulin resistance and hippocampal plasticity: mechanisms and biomarkers of cognitive decline. Front. Neurosci. 2019;13:1-13. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.00788
22. Kim H.G. Cognitive dysfunctions in individuals with diabetes mellitus. Yeungnam Univ. J. Med. 2019;36(3):183-191. https://doi.org/10.12701/yujm.2019.00255
23. Tyagi A., Pugazhenthi S. Targeting Insulin Resistance to Treat Cognitive Dysfunction. Mol. Neurobiol. 2021;58(6):2672-2691. https://doi.org/10.1007/s12035-021-02283-3
24. Ly H., Verma N., Wu F., Liu M., Liu M., Saatman K.E., Nelson P.T., Slevin J.T., Goldstein L.B., Biessels G.B., Despa F. Brain microvascular injury and white matter disease provoked by diabetesassociated hyperamylinemia. Ann. Neurol. 2017;82:208-222. https://doi.org/10.1002/ana.24992
25. Banks W.A. The Blood-Brain Barrier Interface in Diabetes Mellitus: Dysfunctions, Mechanisms and Approaches to Treatment. Curr. Pharm. Des. 2020;26(13):1438-1447. https://doi.org/10.2174/1381612826666200325110014
26. Falsetti L., Viticchi G., Zaccone V., Guerrieri E., Moroncini G., Luzzi S., Silvestrini M. Shared Molecular Mechanisms among Alzheimer’s Disease, Neurovascular Unit Dysfunction and Vascular Risk Factors: A Narrative Review. Biomedicines. 2022;10(2):439. https://doi.org/10.3390/biomedicines10020439
27. Blázquez E., Hurtado-Carneiro V., LeBaut-Ayuso Y., Velázquez E., García-García L., Gómez-Oliver F., Ruiz-Albusac J.M., Ávila J., Pozo M.A. Significance of Brain Glucose Hypometabolism, Altered Insulin Signal Transduction, and Insulin Resistance in Several Neurological Diseases. Front. Endocrinol (Lausanne). 2022;13:873301. https://doi.org/10.3389/fendo.2022.873301
28. de Cristóbal J., García-García L., Delgado M., Pérez M., Pozo M.A., Medina M. Longitudinal Assessment of a Transgenic Animal Model of Tauopathy by FDG-PET Imaging. J. Alzheimers Dis. 2014;40:S79-89. https://doi.org/10.3233/JAD-132276
29. Reno C.M., Puente E.C., Sheng Z., Daphna-Iken D., Bree A.J., Routh V.H., Kahn B., Fisher S.J. Brain GLUT4 knockout mice have impaired glucose tolerance, decreased insulin sensitivity, and impaired hypoglycemic counterregulation. Diabetes. 2017;66(3):587-597. https://doi.org/10.2337/db16-0917
30. Fernandez A.M., Hernandez-Garzón E., Perez-Domper P., Perez-Alvarez A., Mederos S., Matsui T., Santi A., Trueba-Saiz A., García-Guerra L., Pose-Utrilla J., Fielitz J., Olson E.N., de la Rosa R.F., Garcia L.G., Pozo M.A., Iglesias T., Araque A., Soya H., Perea G.., Martin E.D., Aleman I.T. Insulin Regulates Astrocytic Glucose Handling Through Cooperation With IGF-I. Diabetes. 2017;66:64-74. https://doi.org/10.2337/db16-0861
31. Banks W.A., Owen J.B., Erickson M.A. Insulin in the Brain: There and Back Again. Pharmacol. Ther. 2012;136(1):82-93. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2012.07.006
32. Duarte J.M., Nogueira C., Mackie K., Oliveira C.R., Cunha R.A., Köfalvi A. Increase of cannabinoid CB1 receptor density in the hippocampus of streptozotocin-induced diabetic rats. Exp. Neurol. 2007;204:479-484. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2006.11.013
33. Benedict C., Hallschmid M., Hatke A., Schultes B., Fehm H.L., Born J., Kern W. Intranasal insulin improves memory in humans. Psychoneuroendocrinology. 2004;29(10):1326-1334. https://doi.org/10.1016/j.psyneuen.2004.04.003
34. Agrawal R., Reno C.M., Sharma S., Christensen C., Huang Y., Fisher S.J. Insulin action in the brain regulates both central and peripheral functions. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2021;321(1):E156-E163. https://doi.org/10.1152/ajpendo.00642.2020
35. Rönnemaa E., Zethelius B., Sundelöf J., Sundström J., Degerman-Gunnarsson M., Berne C., Lannfelt L., Kilander L. Impaired insulin secretion increases the risk of Alzheimer disease. Neurology. 2008;71:1065-1071. https://doi.org/10.1212/01.wnl.0000310646.32212.3a
36. Wardelmann K., Blümel S., Rath M., Alfine E., Chudoba C., Schell M., Cai W., Hauffe R., Warnke K., Flore T., Ritter K., Weiß J., Kahn C.R., Kleinridders A. Insulin action in the brain regulates mitochondrial stress responses and reduces diet-induced weight gain. Mol. Metab. 2019;21:68-81. https://doi.org/10.1016/j.molmet.2019.01.001
37. Ruegsegger G.N., Manjunatha S., Summer P., Gopala S., Zabeilski P., Dasari S., Vanderboom P.M., Lanza I.R., Klaus K.A., Nair K.S. Insulin deficiency and intranasal insulin alter brain mitochondrial function: A potential factor for dementia in diabetes. FASEB J. 2018;33:4458- 4472. https://doi.org/10.1096/fj.201802043R
38. Banks W.A., Rhea E.M. The Blood-Brain Barrier, Oxidative Stress, and Insulin Resistance. Antioxidants (Basel). 2021;10(11):1695. https://doi.org/10.3390/antiox10111695
39. Paneni F., Costantino S., Cosentino F. Role of oxidative stress in endothelial insulin resistance. Worl. J. Diabetes. 2015;6:326-332. https://doi.org/10.4239/wjd.v6.i2.326
40. Maciejczyk M., Żebrowska E., Chabowski A. Insulin Resistance and Oxidative Stress in the Brain: What’s New? Int. J. Mol. Sci. 2019;20(4):874. https://doi.org/10.3390/ijms20040874
41. Ruegsegger G.N., Manjunatha S., Summer P., Gopala S., Zabeilski P., Dasari S., Vanderboom P.M., Lanza I.R., Klaus K.A., Nair K.S. Insulin deficiency and intranasal insulin alter brain mitochondrial function: a potential factor for dementia in diabetes. FASEB J. 2019;33(3):4458- 4472. https://doi.org/10.1096/fj.201802043R
42. Lanzillotta C., Tramutola A., Di Giacomo G., Marini F., Butterfield D.A., Di Domenico F., Perluigi M., Barone E. Insulin resistance, oxidative stress and mitochondrial defects in Ts65dnmice brain: A harmful synergistic path in down syndrome. Free Radic. Biol. Med. 2021;165:152-170. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2021.01.042
43. Gonzalez M., Rojas S., Avila P., Cabrera L., Villalobos R., Palma C., Aguayo C., Peña E., Gallardo V., Guzmán-Gutiérrez E., Sáez T., Salsoso R., Sanhueza C., Pardo F., Leiva A., Sobrevia L. Insulin reverses D-glucose-increased nitric oxide and reactive oxygen species generation in human umbilical vein endothelial cells. PLoS ONE. 2015;10:e0122398. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122398
44. Takechi R., Lam V., Brook E., Giles C., Fimognari N., Mooranian A., Al-Salami H., Coulson S.H., Nesbit M., Mamo J.C. Blood-Brain Barrier Dysfunction Precedes Cognitive Decline and Neurodegeneration in Diabetic Insulin Resistant Mouse Model: An Implication for Causal Link. Front. Aging Neurosci. 2017;9:399. https://doi.org/10.3389/fnagi.2017.00399
45. Gray S.M., Barrett E.J. Insulin transport into the brain. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2018;315:C125-C136. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00240.2017
46. Nguyen V., Thomas P., Pemberton S., Babin A., Noonan C., Weaver R., Banks W.A., Rhea E.M. Central nervous system insulin signaling can influence the rate of insulin influx into brain. Fluids Barriers CNS. 2023;20(1):28. https://doi.org/10.1186/s12987-023-00431-6.
Рецензия
Для цитирования:
Быков Ю.В. Инсулиновая недостаточность в патофизиологии когнитивной дисфункции при сахарном диабете 1 типа. Фундаментальная и клиническая медицина. 2024;9(2):94-102. https://doi.org/10.23946/2500-0764-2024-9-2-94-102
For citation:
Bykov Yu.V. The Role of Insulin Deficiency in Cognitive Dysfunction in Patients with Type 1 Diabetes Mellitus. Fundamental and Clinical Medicine. 2024;9(2):94-102. (In Russ.) https://doi.org/10.23946/2500-0764-2024-9-2-94-102
Просмотров:
221
Послать статью по эл. почте 