Перспективы применения полифенолов винограда у пациентов с сахарным диабетом 1 типа

Согласно данным эпидемиологического исследования академика И.И. Дедова с соавт., проведенного в 2023 г., количество пациентов с сахарным диабетом 1 типа (СД1) в Российской Федерации составляет 277,1 тысячи человек [1]. Число пациентов продолжает расти, как и показатели распространенности и смертности, в особенности — среднего возраста умерших от СД1, в частности для представительниц женского пола за период с 2010 по 2022 гг. этот показатель снизился с 62,1 года до 56,0 лет [1]. Учитывая наличие абсолютного дефицита инсулина у пациентов с СД1, золотым стандартом лечения данной патологии является заместительная терапия препаратами инсулина [2]. Избыточная гликемия приводит к гликированию структурных молекул органов и тканей, приводя к их дисфункции и последующей инвалидизации пациента [2]. Борьба с гликемией представляет собой основную цель в терапии СД1, однако несмотря на развитие фармакологической промышленности и повсеместной доступности препаратов инсулина, далеко не все пациенты достигают целевых значений гликированного гемоглобина [2]. Развитие вторичных нарушений, опосредованных дефицитом инсулина и нарушением гликемии, таких как дислипидемия, низкоинтенсивное воспаление, метаболическая эндотоксинемия и окислительный стресс, приводит к повреждению стенок сосудистого русла, значительно увеличивая кардиоваскулярный риск у пациентов с СД1 [3-5]. Учитывая весь спектр патогенетических нарушений у пациентов с СД1, перспективным направлением является поиск дополнительных путей регуляции, в том числе с применением биологически активных соединений, содержащихся в растительном сырье, а в частности полифенолов [6]. Данные литературы подтверждают противовоспалительный, антиоксидантный и гипогликемический эффекты полифенолов [7-10]. Полифенолы повсеместно распространены в пищевых продуктах растительного происхождения, овощах, фруктах, кофе и чае [11]. Полифенолы в зависимости от особенностей химического строения могут быть классифицированы как флавоноиды, стильбены, лигнаны, фенольные кислоты, ресвератрол и т.д. [11]. Учитывая широкую доступность полифенолов в рационе, их многофакторное воздействие на метаболические пути, данные соединения являются перспективным инструментом влияния на патогенез различных патологий, в том числе СД1.

В связи с вышеизложенным данный обзор будет посвящен влиянию полифенолов, а в частности полифенолов винограда, на патогенез СД1 и возможные пути применения богатых полифенолами продуктов/препаратов с целью снижения рисков у пациентов с СД1.

Путем анализа баз данных MedLine (PubMed) был проведен поиск, по ключевым словам: «diabetes type 1», «polyphenols», «inflammation» и «dyslipidemia», а также поиск в библиотеке eLibrary по ключевым словам: «диабет 1-го типа», «полифенолы», «воспаление» и «дислипидемия». Большинство научных статей, представленных в данном литературном обзоре, опубликовано за последние 5 лет.

ПОЛИФЕНОЛЫ ВИНОГРАДА

Полифенолы винограда состоят в основном из проантоцианидинов (мономеры, олигомеры и полимеры), антоцианов и небольшого количества других фенольных веществ, таких как фенольные кислоты, ресвератрол и его производные, флавонолы, флаваноны и флавоны [12]. Полифенолы красного вина включают как полифенолы винограда, так и новые фенольные продукты, образующиеся из них в процессе виноделия. Ферментативные и неферментативные реакции начинаются уже в начале изготовления вина (дробление) и продолжаются в течение всего периода ферментации и выдержки. Это приводит к большому разнообразию новых полифенолов и делает полифенольный состав вина более сложным [13]. Кроме того, полифенолы красного вина в основном состоят из свободных проантоцианидинов (мономеров, олигомеров и полимеров), свободных антоцианинов, антоцианин-проантоцианидиновых комплексов (прямых или непрямых), пираноантоцианинов, а также небольшого количества других фенольных соединений [13].

Безусловно, полифенолами богат как сам виноград и его части, так и продукты его переработки. Спектр полифенольных соединений во многом варьируется в зависимости от сорта винограда, а также условий, в которых он произрастает, в связи с чем достаточно сложно стандартизировать количественный и качественный состав. В нашей работе в качестве примера мы решили представить показатели, описанные при изучении сортов винограда, выращенных в Республике Крым, а также продуктов их переработки (табл. 1) [14-16].

КВЕРЦЕТИН

По данным литературы, кверцетин винограда обладает перспективными антиоксидативными, противовоспалительными, антидиабетическими, антибактериальными, кардиоваскулярными и нейропротекторными свойствами [11]. В настоящее время возможные защитные эффекты кверцетина в отношении пациентов с СД1 в основном изучаются на животных и клеточных моделях. В исследовании Dai с соавт. было выявлено несколько протективных эффектов кверцетина, таких как снижение экспрессии индуцибельных синтаз оксида азота (iNOS), подавление транслокации ядерного фактора-κB (NF-κB) и ингибирование апоптоза β-клеток на фоне повреждения, вызванного цитокинами in vitro [17]. Кверцетин способствовал обновлению пула островковых клеток, увеличивая их дифференцировку из мезенхимальных стволовых клеток костного мозга крысы [18]. На стрептозотоциновой (СТЗ) модели СД1 у мышей, кверцетин способствовал пролиферации β-клеток, подавляя экспрессию ингибитора циклин-зависимой киназы p21, который индуцируется окислительным стрессом [19]. На аналогичной животной модели кверцетин повышал экспрессию антиоксидантных генов и увеличивал секрецию инсулина, предотвращая окислительный стресс и повреждение инсулинпродуцирующих клеток [20]. Важной особенностью является способность влияния кверцетина на липидный обмен [21]. Кверцетин увеличивает отток холестерина из макрофагов, ингибируя образование пенистых клеток посредством активации пути PPARgamma-ABCA1, подавляет белок-переносчик триглицеридов (MTTP) и снижает образование хиломикронов, а также увеличивает селективный захват ЛПВП гепатоцитами [22][23].

АНТОЦИАНЫ И ПРОЦИАНИДИНЫ

Антоцианы и процианидины, содержащиеся в продуктах переработки винограда, благотворно влияют на патогенетические механизмы СД1. Например, цианидин-3-глюкозид защищал β-клетки поджелудочной железы от повреждения, вызванного окислительным стрессом, in vitro, а также снижал уровень гликемии и повышал толерантность к глюкозе у мышей с СТЗ-индуцированным диабетом [24]. На молекулярном уровне цианидин-3-глюкозид подавлял окислительный стресс, стимулируя экспрессию гемоксигеназы-1 (HO-1), опосредованную ядерным фактором E2 (Nrf2), через активацию сигнальных путей ERK1/2 и PI3K/AKT [25]. Кроме того, антоцианы протектируют и поддерживают функционирование островков поджелудочной железы после трансплантации [26]. Jeon с соавт. исследовали влияние экстракта черноплодной рябины, во многом сходного с полифенольным составом винограда, на модели СТЗ-индуцированного диабета. Авторы сообщили о снижении повышенного уровня глюкозы в крови на фоне приема полифенольного экстракта, а также о наличии у концентрата протективного действия на β-клетки поджелудочной железы [27]. Также отмечено влияние антоцианов на липидный профиль. Применение антоцианов влияет на моделирование липопротеинов, ингибируя переносчик эфиров холестерина (CETP), что сопровождается снижением концентрации ЛПНП и ЛПОНП [28].

ЭПИКАТЕХИНЫ И ГАЛЛОВАЯ КИСЛОТА

В исследовании Zhang и соавт. показано, что эпигалокатехин-3-галлат (EGCG), содержащийся в косточках винограда, предотвращает вызванную провоспалительными цитокинами гибель островковых клеток и восстанавливает секрецию инсулина, стимулированную глюкозой, путем подавления сверхэкспрессии iNOS и выработки NO [29]. Инкубация жировых клеток с EGCG способствовала регенерации ткани поджелудочной железы у крыс с СД1 через регуляцию антиоксидантной сигнализации ROS/sirtuin-1 (SIRT1) [30]. Сообщается, что применение 0,05% EGCG эффективно задерживает начало СД1 у NOD мышей, повышая уровень циркулирующего противовоспалительного цитокина интерлейкина-10 (ИЛ-10) [31]. Также имеются данные о возможности EGCG изменять баланс между Th1/Th17 и Treg-клетками, преобразуя сигнал и активатор транскрипции 3 (STAT3)-опосредованный RORγt, что может протектировать мышей от развития СД1 [32]. В дополнение к этому эпикатехин может устранять нарушения липидного обмена и атеросклероз путем ингибирования сигнального пути SCAP/SREBP-1c [33]. Исследование Garud с соавт. показало существенное снижение уровня циркулирующего трансформирующего фактора роста-β 1 (ТФР-β1) и снижение экспрессии ТФР-β1 в почках на фоне применения галловой кислоты, замедляя развитие нефропатии при СД1 [34]. Также лечение галловой кислотой на модели СТЗ-индуцированного СД1 значительно снижало уровень глюкозы натощак, предотвращало развитие гиперлипидемии, гипертонии, брадикардии и структурных изменений в ткани сердца [35].

РЕСВЕРАТРОЛ

Ресвератрол винограда обладает иммуносупрессивными свойствами и проявляет защитные эффекты при аутоиммунных заболеваниях, например при экспериментальном аутоиммунном энцефаломиелите и СД1 [36]. Также ресвератрол повышает секрецию инсулина путем блокирования K_ATP- и K_V-каналов, восстанавливает функцию островковых клеток, усиления антиоксидантной способности и ингибирует клеточную инфильтрацию поджелудочной железы [37–40]. Ресвератрол также оказывает защитное действие против цитокин-индуцированной цитотоксичности, выработки NO и экспрессии iNOS в β-клетках поджелудочной железы. Как сообщалось, активированная ресвератролом SIRT1 гистоновая/белковая деацетилаза III класса может подавлять сигнальный путь NF-κB, тем самым предотвращая вызванное цитокинами повреждение панкреатических β-клеток и поддерживая функцию β-клеток [41]. У крыс с СД1, вызванным СТЗ, введение ресвератрола также снижает оксидативный стресс и подавляет повреждение β-клеток поджелудочной железы и печеночную травму [38][39]. Кроме того, ресвератрол оказывает иммунорегулирующее действие при СД1, снижая экспрессию хемокинового рецептора 6 (CCR6) на ИЛ-17-продуцирующих клетках и CD11b+F4/80hi макрофагах, тем самым блокируя их миграцию в ткань поджелудочной железы [40]. Примечательно, что эффективность и безопасность ресвератрола были предварительно изучены у пациентов с СД1. Movahed с соавт. провели исследовательское клиническое испытание, в котором приняли участие 13 пациентов с СД1, все пациенты получали ресвератрол в капсулах по 500 мг дважды в день в течение 60 дней и продемонстрировали, что прием ресвератрола оказывает сильное антидиабетическое и антиоксидантное действие у пациентов с СД1 [42]. Транс-ресвератрол приводил к нормализации уровней экспрессии ряда генов: подавленных при СД1 — каспазы 8 (CASP8), p38 митоген-активируемой протеинкиназы (p38αMAPK), янус-киназ (JNK) и внеклеточной сигнал-регулируемой киназы 1 (ERK1) и снижал до нормального уровня каспазы 3 (CASP3) и каспазы 9 (CASP9), цитохромов и регулятора апоптоза Bcl-2 на модели диабета у крыс [43]. Ресвератрол снижал СД1-индуцированный окислительный стресс и апоптоз в яичках мышей с СД1 путем Akt-опосредованной активации Nrf2 через p62-зависимую деградацию Keap1 [44]. Также ресвератрол ослаблял перекисное окисление липидов и повреждение ДНК сперматозоидов у крыс с СД1, что положительно отражалось на фертильности мужских особей [45]. В дополнение к противодиабетическим эффектам ресвератрол может способствовать оттоку холестерина в ЛПВП, блокируя рецепторы ABCA1 или ABCG1 на макрофагах, тем самым активируя обратный транспорт холестерина (RCT), препятствуя образованию пенистых клеток и увеличивая вывод холестерина с желчью [46].

МИКРОБИОМ КИШЕЧНИКА ПРИ СД1 И ПОЛИФЕНОЛЫ

Недавние исследования фекальной метапротеомики доказали взаимосвязь между кишечным дисбалансом, повышенной кишечной проницаемостью и иммунными реакциями у пациентов с СД1 [47]. Так, у пациентов с СД1 выявлен высокий уровень воспаления в кишечнике, провоцирующий увеличение воспалительных белков (галектин-3 и фибриллин-1), а также усиление кишечной проницаемости из-за усиленного разрушения муцина и недостаточной продукции бутирата [47]. Следствием этого является микробная транслокация в кровеносную систему, что приводит к прямому и опосредованному иммунному поражению β-клеток поджелудочной железы [48]. Наблюдения показали, что некоторые микробные токсины оказывают негативное воздействие на β-клетки поджелудочной железы, что приводит к уменьшению размеров островков и снижению массы клеток [49]. В эксперименте доказано, что инъекция токсина Streptomyces и бафиломицина A1 вызывает нарушения в толерантности к глюкозе. Предполагается прямое взаимодействие между микробными токсинами и β-клетками поджелудочной железы [50]. Поражение же экзокринной части поджелудочной железы снижает экскрецию в кишечный тракт пищеварительных ферментов и ряда антимикробных пептидов, тем самым подавляя защиту от инфекций, нарушая регуляцию микробной флоры и модуляцию иммунной системы [51].

В экспериментах на животных было показано, что кателицидин оказывает влияние на стволовые клетки кишечника и β-клетки поджелудочной железы, улучшая их функции и снижая интенсивность воспаления [52]. Дисрегуляция связанного с кателицидином антимикробного пептида может привести к нарушениям микробиоты толстой кишки, что способствует развитию СД1 у мышей [53].

Известно, что повышенная кишечная проницаемость у пациентов с СД1 может возникнуть еще на ранних стадиях заболевания, даже до его клинических проявлений [54]. Это явление, вероятно, связано с активацией зонулина и не зависит от продолжительности СД1 или уровня гликированного гемоглобина [55]. Также было обнаружено, что уровни зонулина в крови повышены не только у пациентов с СД1, но и у их родственников, а также у людей с положительными аутоантителами, даже в отсутствие клинических проявлений заболевания [56].

Введение блокатора зонулина AT1001 на экспериментальной модели у крыс с естественно развившимся СД1 корректирует дефект кишечного барьера и снижает риск заболевания диабетом, что указывает на механистическую роль зонулин-зависимой модуляции кишечного барьера в развитии СД1 [57]. Эти исследования подтверждают предполагаемую причинную связь повышенной проницаемости кишечника в патогенезе СД1, а не рассматривают его как побочное явление.

Полифенолы способны модулировать количественный и качественный состав микробиома кишечника. Механизм данного влияния не до конца известен, однако имеются частичные представления о непосредственном воздействии полифенолов на микробиом. Например, EGCG проявляет антибактериальную активность, повреждая липидный бислой клеточной мембраны стафилококка, снижает выработку слизи и ингибирует образование биопленки. EGCG также связывается и нейтрализует энтеротоксин В, обладает синергическим эффектом в сочетании с β-лактамами или карбапенемами [58]. Кроме того, EGCG убивает Streptococcus pyogenes и Bacillus spp. Флаван-3-олы обладают антибактериальным действием против различных штаммов бактерий, таких как Clostridium spp., Salmonella typhi и энтерогеморрагическая кишечная палочка [59]. Антоцианы и их метаболиты способствуют росту Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp. и Enterococcus spp., в то же время подавляя патогенную флору, ингибируя ферменты в реакции с сульфгидрильными группами или в результате более неспецифических взаимодействий с белками, приводящими к инактивации мембранного белка и потере его функции [60]. Вероятными мишенями в микробной клетке являются поверхностные адгезии, полипептиды клеточной стенки и мембраносвязанные ферменты. Антоцианидины также могут делать субстраты недоступными для микроорганизмов, как и некоторые олигоэлементы [61]. Полный спектр воздействия полифенолов на состав микрофлоры кишечника представлен в таблице 2 [62–64].

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОДУКТЫ

Учитывая многогранный эффект полифенолов винограда (табл. 3), перспективным направлением является использование комбинаций и концентратов полифенолов для потенцирования их эффектов и воздействия сразу на несколько звеньев патогенеза при СД1.

Примером таких продуктов могут служить полифенольные концентраты «Эноант» и «Фэнокор», изготавливаемые из продуктов переработки винодельной промышленности в Республике Крым. Продукты имеют ряд отличий. Так, для «Эноанта» сырьем является и кожица винограда, и косточки, в то время как для производства «Фэнокора» используются только косточки винограда [16]. «Фэнокор» содержит высокие концентрации флавонов (кверцетин3-О и кверцетина), флаван-3-олов ((+)-D-техина и (-)-Эпикатехина), галловой кислоты и проантоцианидинов, однако полностью лишен антоцианов кожицы винограда [15]. Сырье, безусловно, влияет на полифенольный состав, но и дает ряд возможных преимуществ, в том числе перед непереработанным виноградом, изюмом и вином, содержащими сахара (табл. 4). Умеренный гликемический индекс и содержание сахаров делает ограниченным применение винограда, изюма и виноградного сока у пациентов с СД1 [65]. Несмотря на низкое содержание сахаров, алкоголь является ограничительным компонентом для применения сухих и крепленых вин. «Фэнокор» же практически полностью лишен сахаров или содержит их в следовых количествах (до 4 г на 100 мл продукта), что позволяет применять его у пациентов с СД1. Также «Фэнокор» лишен аллергенов кожицы винограда, что делает возможным использование препарата у пациентов с аллергией на виноград и продукты его переработки. Сообщается об антиоксидантных и цитопротекторных свойствах «Фэнокора», продемонстрированных на модели кобальт-индуцированной гистотоксической гипоксии и повреждения миокарда крыс [66]. На модели метаболического синдрома (МС) у крыс Таримовым с соавт. проведен сравнительный анализ эффективности богатых полифенолами продуктов на морфофункциональное состояние сердечной мышцы и крупных сосудов. При коррекции МС ресвератролом и «Фэнокором» отсутствовало стромально-сосудистое ожирение сердца, а также имела место нормализация строения среднего слоя стенки аорты [67]. В связи с этим исследование препарата «Фэнокор» у пациентов с СД1 является перспективным и многообещающим направлением.

Заключение

Все вышеизложенное дает право назвать полифенолы винограда потенциальным средством, которое в комбинации с основной терапией заболевания способно воздействовать на основные патогенетические механизмы СД1, приводя к улучшенному контролю гликемии, достижению целевых цифр липидного профиля и снижению оксидативного стресса. Дальнейшее изучение полифенолов, содержащихся в винограде и продуктах его переработки, позволит создать эффективное и, что главное, безопасное терапевтическое средство для снижения сердечно-сосудистого риска у пациентов с СД1.

Дополнительная информация

Источники финансирования. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-25-20052, https://rscf.ru/project/24-25-20052/.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи.

Участие авторов. Яцков И.А. — сбор и систематизация данных, написание статьи; Белоглазов В.А. — сбор и систематизация данных, проверка критически важного интеллектуального содержания, внесение в рукопись правок с целью повышения научной ценности статьи; Рой С. — сбор и систематизация данных, написание статьи. Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.