25.2: Homeostaza glukozy: Wyspy trzustkowe i wydzielanie insuliny

Wysepki trzustkowe stanowiące zaledwie 1%–2% objętości są silnie unaczynionymi i unerwionymi mini-narządami. Zawierają pięć typów komórek endokrynnych, w tym komórki β, które wydzielają insulinę, która jest syntetyzowana jako pojedynczy łańcuch polipeptydowy, preproinsulina, przetwarzana do proinsuliny, a ostatecznie do insuliny i peptydu C. Proces ten jest złożony i regulowany, obejmuje kompleks Golgiego, siateczkę śródplazmatyczną i granulki wydzielnicze komórki β.

Insulina i peptyd C są współwydzielane w ilościach równomolowych. Podczas gdy insulina ma okres półtrwania wynoszący 5–6 minut ze względu na rozległy klirens wątrobowy, peptyd C, bez znanej funkcji fizjologicznej lub receptora, ma okres półtrwania wynoszący około 30 minut. Komórka β syntetyzuje i wydziela również polipeptyd amyloidu wysepek (IAPP) lub amylinę, peptyd, który wpływa na motorykę przewodu pokarmowego i szybkość wchłaniania glukozy. Pramlintide, lek stosowany w leczeniu cukrzycy, naśladuje działanie IAPP.

Sekrecja insuliny jest ściśle regulowana w celu utrzymania stabilnego stężenia glukozy we krwi podczas postu i karmienia. Regulacja ta jest osiągana poprzez interakcję z różnymi składnikami odżywczymi, hormonami przewodu pokarmowego, hormonami trzustki i neuroprzekaźnikami autonomicznymi. Glukoza, aminokwasy, kwasy tłuszczowe i ciała ketonowe promują wydzielanie insuliny. GLUT1 pośredniczy w wychwycie glukozy w ludzkich komórkach β, co prowadzi do fosforylacji glukozy i produkcji ATP. W rezultacie kanał K_ATP zamyka się, promując napływ Ca^2+ i egzocytozę insuliny. Glukagon z komórek α przeciwdziała insulinie, utrzymując homeostazę glukozy.

Wysepki są bogato unerwione zarówno przez nerwy adrenergiczne, jak i cholinergiczne. Stymulacja receptorów α_2-adrenergicznych hamuje wydzielanie insuliny, podczas gdy agonisty receptorów β_2-adrenergicznych i stymulacja nerwu błędnego zwiększają uwalnianie. Różne stany, takie jak hipoglikemia, niedotlenienie, wysiłek fizyczny i poważne oparzenia, które aktywują gałąź współczulną autonomicznego układu nerwowego, hamują wydzielanie insuliny poprzez stymulację receptorów α_2-adrenergicznych.

Trzustka składa się z silnie unaczynionych i unerwionych wysp trzustkowych, obejmujących α, β, δ, PP i ε komórek endokrynnych.

Wśród nich β komórki produkują i wydzielają insulinę, ułatwiając nadmierny wychwyt glukozy z krwi.

Początkowo preproinsulina syntetyzowana w retikulum endoplazmatycznym rozszczepia się i zwija w proinsulinę, która przemieszcza się do aparatu Golgiego i zostaje zamknięta w pęcherzykach. W tym przypadku klipsowanie enzymatyczne generuje insulinę i peptyd C.

Wydzielanie insuliny jest wyzwalane przez glukozę, która dostaje się do ludzkich komórek β przez GLUT1, ulega fosforylacji za pośrednictwem glukokinazy, tworząc glukozo-6-fosforan, który wchodzi na szlak glikolityczny.

Wynikowe podwyższenie ATP hamuje kanał K_ATP, depolaryzując błonę komórkową.

Powoduje to zależne od napięcia otwarcie kanału Ca^{2 +}, podnosząc poziom cytozolowego Ca^{2 +} i promując egzocytozę pęcherzykową i uwalnianie insuliny.

Stany takie jak hipoglikemia, niedotlenienie, ćwiczenia i poważne oparzenia stymulują sprzężenie białek α₂ adrenergiczny-G_i, obniżając poziom cAMP i wydzielanie insuliny.