25.2: Glukosehomöostase: Langerhans-Inseln und Insulinsekretion

Die nur 1–2 % des Volumens ausmachenden Langerhans-Inseln sind stark vaskularisierte und innervierte Miniorgane. Sie enthalten fünf endokrine Zelltypen, darunter β-Zellen, die Insulin absondern, das als einzelne Polypeptidkette, Präproinsulin, synthetisiert wird, zu Proinsulin und schließlich zu Insulin und C-Peptid verarbeitet wird. Dieser Prozess ist komplex und reguliert und umfasst den Golgi-Komplex, das endoplasmatische Retikulum und die sekretorischen Granula der β-Zelle.

Insulin und C-Peptid werden in äquimolaren Mengen gemeinsam ausgeschieden. Während Insulin aufgrund der umfassenden Leberclearance eine Halbwertszeit von 5-6 Minuten hat, hat C-Peptid, das keine bekannte physiologische Funktion oder Rezeptor hat, eine Halbwertszeit von etwa 30 Minuten. Die β-Zelle synthetisiert und sondert auch Insel-Amyloid-Polypeptid (IAPP) oder Amylin ab, ein Peptid, das die gastrointestinale Motilität und die Geschwindigkeit der Glukoseabsorption beeinflusst. Pramlintid, ein Medikament zur Behandlung von Diabetes, ahmt die Wirkung von IAPP nach.

Die Insulinausschüttung wird streng reguliert, um beim Fasten und Essen einen stabilen Blutzuckerspiegel aufrechtzuerhalten. Diese Regulierung wird durch die Interaktion mit verschiedenen Nährstoffen, Magen-Darm-Hormonen, Pankreashormonen und autonomen Neurotransmittern erreicht. Glukose, Aminosäuren, Fettsäuren und Ketonkörper fördern die Insulinausschüttung. GLUT1 vermittelt die Glukoseaufnahme in menschliche β-Zellen, was zur Glukosephosphorylierung und ATP-Produktion führt. Infolgedessen schließt sich der K_ATP-Kanal, was den Ca^2+-Einstrom und die Insulin-Exozytose fördert. Glukagon aus den α-Zellen wirkt Insulin entgegen und hält die Glukosehomöostase aufrecht.

Sowohl adrenerge als auch cholinerge Nerven innervieren die Inseln reichlich. Die Stimulation von α_2-adrenergen Rezeptoren hemmt die Insulinsekretion, während β_2-adrenerge Rezeptoragonisten und die Stimulation des Vagusnervs die Freisetzung verstärken. Verschiedene Zustände wie Hypoglykämie, Hypoxie, körperliche Anstrengung und schwere Verbrennungen, die den sympathischen Zweig des autonomen Nervensystems aktivieren, unterdrücken die Insulinsekretion durch Stimulation von α_2-adrenergen Rezeptoren.

Die Bauchspeicheldrüse besteht aus stark vaskularisierten und innervierten Pankreasinseln, die α-, β-, δ-, PP- und ε endokrine Zellen umfassen.

Unter ihnen produzieren und sezernieren β Zellen Insulin, was die übermäßige Aufnahme von Glukose aus dem Blut erleichtert.

Zunächst spaltet und faltet sich das im endoplasmatischen Retikulum synthetisierte Präproinsulin zu Proinsulin, das in den Golgi-Apparat transloziert und in Vesikeln eingeschlossen wird. Hier werden durch enzymatisches Clipping Insulin und C-Peptid erzeugt.

Die Insulinsekretion wird durch Glukose ausgelöst, die über das GLUT1 in die menschlichen β Zellen gelangt, eine Glucokinase-vermittelte Phosphorylierung durchläuft und Glucose-6-phosphat bildet, das in den glykolytischen Weg eintritt.

Die daraus resultierende ATP-Erhöhung hemmt den_K-ATP-Kanal und depolarisiert die Zellmembran.

Dies löst eine spannungsabhängige Ca2⁺-Kanalöffnung aus, erhöht den zytosolischen Ca2⁺-Spiegel und fördert die vesikuläre Exozytose und Insulinfreisetzung.

Erkrankungen wie Hypoglykämie, Hypoxie, Bewegung und schwere Verbrennungen stimulieren die α 2-Adrenozeptor-G-i-Protein-Kopplung, senken den cAMP-Spiegel und die Insulinsekretion.