25.2: Omeostasi del glucosio: isole pancreatiche e secrezione di insulina

Le isole pancreatiche che costituiscono solo l'1-2% del volume sono mini-organi altamente vascolarizzati e innervati. Contengono cinque tipi di cellule endocrine, tra cui le cellule β che secernono insulina, che viene sintetizzata come una singola catena polipeptidica, preproinsulina, elaborata in proinsulina e infine in insulina e peptide C. Questo processo è complesso e regolato, coinvolgendo il complesso del Golgi, il reticolo endoplasmatico e i granuli secretori della cellula β.

L'insulina e il peptide C sono co-secreti in quantità equimolari. Mentre l'insulina ha un'emivita di 5-6 minuti a causa dell'ampia clearance epatica, il peptide C, senza alcuna funzione fisiologica o recettore noti, ha un'emivita di circa 30 minuti. La cellula β sintetizza e secerne anche il polipeptide amiloide insulare  (IAPP) o amilina, un peptide che influenza la motilità gastrointestinale e la velocità di assorbimento del glucosio. La pramlintide, un farmaco utilizzato nel trattamento del diabete, imita l'azione dell'IAPP.

La secrezione di insulina è strettamente regolata per mantenere stabili le concentrazioni di glucosio nel sangue durante il digiuno e l'alimentazione. Questa regolazione si ottiene interagendo con vari nutrienti, ormoni gastrointestinali, ormoni pancreatici e neurotrasmettitori autonomi. Glucosio, amminoacidi, acidi grassi e corpi chetonici promuovono la secrezione di insulina. GLUT1 media l'assorbimento del glucosio nelle cellule β umane, portando alla fosforilazione del glucosio e alla produzione di ATP. Di conseguenza, il canale K_ATP si chiude, promuovendo l'afflusso di Ca^2+ e l'esocitosi dell'insulina. Il glucagone delle cellule α contrasta l'insulina, mantenendo l'omeostasi del glucosio.

Sia i nervi adrenergici che quelli colinergici innervano abbondantemente le isole. La stimolazione dei recettori adrenergici α_2 inibisce la secrezione di insulina, mentre gli agonisti dei recettori adrenergici β_2 e la stimolazione del nervo vago ne migliorano il rilascio. Varie condizioni come ipoglicemia, ipossia, esercizio fisico e gravi ustioni che attivano il ramo simpatico del sistema nervoso autonomo sopprimono la secrezione di insulina stimolando i recettori adrenergici α_2.

Il pancreas comprende isole pancreatiche altamente vascolarizzate e innervate, che comprendono cellule α, β, δ, PP e ε endocrine.

Tra questi, le cellule β producono e secernono insulina, facilitando l'assorbimento del glucosio in eccesso dal sangue.

Inizialmente, la preproinsulina sintetizzata nel reticolo endoplasmatico si scinde e si ripiega in proinsulina, che trasloca nell'apparato di Golgi e viene racchiusa in vescicole. Qui, il clipping enzimatico genera insulina e peptide C.

La secrezione di insulina è innescata dal glucosio, che entra nelle cellule β umane attraverso il GLUT1, subisce una fosforilazione mediata dalla glucochinasi formando glucosio-6-fosfato, che entra nella via glicolitica.

L'elevazione dell'ATP risultante inibisce il canale K_ATP, depolarizzando la membrana cellulare.

Ciò innesca l'apertura del canale del Ca²⁺ voltaggio-dipendente, aumentando i livelli citosolici di Ca²⁺ e promuovendo l'esocitosi vescicolare e il rilascio di insulina.

Condizioni come l'ipoglicemia, l'ipossia, l'esercizio fisico e le gravi ustioni stimolano l'accoppiamento α₂ della proteina adrenergico-G_i, abbassando i livelli di cAMP e la secrezione di insulina.