Insulin signaling pathways

Binding of insulin to its cognate cell surface-bound receptor causes a conformational change which initiates a cascade of signaling events. L’autofosforilazione da parte della tirosina chinasi del recettore dell’insulina è accompagnata dalla fosforilazione della tirosina dei substrati del recettore, come il substrato del recettore dell’insulina (IRS) e le proteine trasformanti contenenti il dominio di omologia 2 di Src (SHC). La fosforilazione di IRS permette il legame della fosfatidilinositolo-3-chinasi (PI3K) e la sintesi del fosfatidilinositolo (3,4,5)-trisfosfato (PIP3), che alla fine porta alla fosforilazione e all’attivazione della serina/treonina-specifica proteina chinasi B (AKT). Dopo l’attivazione, AKT interagisce con diversi substrati che mediano gli effetti anabolici dell’insulina; questi includono l’assorbimento del glucosio, la sintesi del glicogeno, la lipogenesi de novo e la sintesi proteica. Ulteriori vie innescate dal recettore dell’insulina attivato comprendono la fosforilazione di SHC, seguita dall’attivazione della via del sarcoma di Rat (Ras)-fibrosarcoma ad accelerazione rapida (Raf)-mitogen-activated protein kinase kinase (MEK)-extracellular signal-regulated kinase (ERK). La chinasi terminale ERK è una chinasi attivata da mitogeni che promuove la proliferazione cellulare e altre attività cellulari tra cui la sintesi proteica. Un altro percorso innescato dal recettore dell’insulina impegnato comporta l’attivazione della NADPH ossidasi 4 e la successiva inibizione mediata dal perossido di idrogeno della fosfatasi e tensina omologo (PTEN), che è un importante regolatore negativo della segnalazione PI3K (Fig. 1).

Fig. 1

La segnalazione dell’insulina è anabolica. La segnalazione dell’insulina attraverso il recettore dell’insulina coinvolge diverse vie e risulta in uno stato anabolico del metabolismo. La via canonica attraverso le fosfochinasi PI3K e AKT/PKB promuove l’assorbimento del glucosio e le sintesi di glicogeno e lipidi, mentre la lipolisi è inibita negli adipociti, così come la gluconeogenesi epatica. Inoltre, le chinasi AKT attivano mTORC1 che supporta la lipogenesi de novo e la sintesi proteica. La via di segnalazione dell’insulina attraverso SHC e le MAP chinasi MEK e ERK promuove la proliferazione cellulare e la sintesi proteica. Un’altra via di segnalazione dell’insulina coinvolge NOX4 e l’inibizione di PTEN, un inibitore della via PI3K-AKT

Secrezione di insulina

La secrezione di insulina da parte delle cellule β delle isole pancreatiche risponde al livello di nutrienti circolanti come glucosio, aminoacidi e acidi grassi liberi. I dolcificanti possono aumentare ulteriormente la secrezione di insulina indotta dai carboidrati. Un gran numero di fattori endogeni contribuisce alla regolazione dell’attività delle cellule β, in modo stimolatorio, inibitorio, o entrambi dipendenti dal contesto. Questi includono ormoni, neurotrasmettitori e mediatori immunitari. L’insulina è essenziale per mantenere l’omeostasi del glucosio, principalmente facilitando l’assorbimento post-pasto del glucosio nelle cellule muscolari e grasse attraverso la traslocazione del trasportatore di glucosio 4 . In assenza di apporto di glucosio con la dieta e dopo l’esaurimento delle scorte di glicogeno, il glucosio in circolazione proviene principalmente dalla gluconeogenesi nel fegato. Se i livelli di insulina circolanti sono inferiori alle concentrazioni necessarie per stimolare l’assorbimento del glucosio dal sangue, le riserve endogene di grasso e proteine devono essere utilizzate per la produzione di energia. Per il mantenimento della vita nello stato di digiuno, i livelli di insulina circolanti sono compresi tra circa 25 e 70 pmol/l (25-75% percentile), come determinato per persone adulte sane nel National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) . In risposta ai pasti con contenuto variabile di carboidrati, i livelli di insulina possono aumentare fino a circa 300-800 pmol/l.

L’insulina promuove l’obesità

Quasi 100 anni fa, le iniezioni di insulina erano una delle opzioni di terapia nelle persone non diabetiche che soffrono di denutrizione nel contesto di varie malattie. Le dosi di insulina erano nella gamma di quelle applicate nel diabete di tipo 1 e portavano ad un aumento dell’appetito e ad un aumento di peso. Infatti, una delle principali funzioni dell’insulina come ormone anabolico è quella di favorire l’immagazzinamento di energia rispetto all’utilizzo. Questo si riflette nella scoperta che l’infusione di insulina (1 mU/kg/min) inibisce significativamente la lipolisi nel muscolo scheletrico (circa 43%) e ancora più efficace nel tessuto adiposo (circa 75%). Il raddoppio dei livelli di insulina a digiuno è sufficiente per inibire la lipolisi di circa il 50% e per promuovere la lipogenesi (per entrambi, concentrazione media di insulina per un effetto del 50% (EC50) di circa 80 pmol/l). A questo livello di insulina, la gluconeogenesi è ancora in corso. Per un’inibizione semimassimale della gluconeogenesi, le concentrazioni di insulina devono salire a circa 160 pmol/l nella circolazione arteriosa. Per stimolare l’assorbimento del glucosio a metà massimo, i livelli di insulina devono salire a livelli ancora più alti, circa dieci volte le concentrazioni di insulina a digiuno (25-75% percentili per stimolare l’assorbimento del glucosio circa 350-480 pmol/l). Quindi, un modesto aumento (raddoppio) dei livelli di insulina a digiuno inibisce già sostanzialmente la lipolisi e promuove la lipogenesi, mentre la gluconeogenesi non è ancora inibita. Poiché tali piccoli aumenti delle concentrazioni sistemiche di insulina sono sufficienti per favorire l’adipogenesi, i livelli di insulina a digiuno e diurni sono un determinante del rischio di obesità. Infatti, diversi dati supportano il ruolo di promozione dell’obesità dell’insulina (per una revisione dettagliata vedi ) (Fig. 2).

Fig. 2

L’insulina promuove l’obesità. Diversi tipi indipendenti di osservazioni supportano la conclusione che l’insulina promuove l’adipogenesi e l’obesità. Per i dettagli, vedere la descrizione nel testo generale

Questi includono studi epidemiologici, che hanno trovato alti livelli di insulina a digiuno (e concomitante resistenza all’insulina) nei bambini e negli adolescenti per essere associati con un maggiore aumento di peso negli anni successivi. Gli studi negli adulti sono meno coerenti. Gli interventi farmaceutici che abbassano la secrezione di insulina, come il trattamento con diazoxide o octreotide, hanno portato a una significativa perdita di peso corporeo. Questo combacia con l’osservazione che la terapia insulinica promuove l’aumento di peso. Una probabile ragione è che i livelli di insulina nell’alta gamma normale sono vicini alle concentrazioni EC50 per l’inibizione della lipolisi.

Nei topi, un modesto abbassamento delle concentrazioni di insulina circolante mediante manipolazione genetica dei geni dell’insulina ha causato resistenza all’aumento di peso nonostante una dieta ad alto contenuto di grassi. La diminuzione dell’espressione dei geni dell’insulina nei topi adulti attraverso l’ablazione parziale del gene ha invertito l’obesità indotta dalla dieta. Negli uomini, il polimorfismo Hph1 “T” nella regione del gene dell’insulina è stato trovato associato a più alti livelli di insulina a digiuno e ad un più rapido aumento di peso nelle persone obese. Un’analisi di randomizzazione mendeliana ha mostrato che le persone con una secrezione di insulina geneticamente determinata più elevata al glucosio orale hanno esibito un indice di massa corporea (BMI) più elevato, sostenendo una relazione causale tra l’insulina e il rischio di obesità.

Insieme, i livelli normali di insulina da moderati a elevati in persone sane dal punto di vista metabolico sembrano essere un fattore di rischio per lo sviluppo dell’obesità.

Concentrazioni elevate di insulina compromettono le funzioni cellulari – la “tossicità” dell’insulina

È ampiamente dimostrato che aumenti transitori dei livelli di mediatori metabolici o immunitari sono risposte fisiologiche benigne alle sfide biochimiche, come l’aumento del glucosio sistemico o delle citochine dopo i pasti. Tuttavia, gli aumenti cronici di tali mediatori, anche se di ampiezza modesta, sono solitamente dannosi per le funzioni cellulari. Nel caso del glucosio, il termine tossicità del glucosio è stato coniato per descrivere questo fenomeno. Condizioni prolungate di elevate concentrazioni di glucosio causano la disfunzione di numerosi tipi di cellule nel corpo, comprese le cellule beta, i neuroni e l’endotelio, attraverso diverse vie, tra cui l’aumento dello stress ossidativo e l’attivazione della via del sorbitolo. Come descritto di seguito, sembra esserci un risultato dannoso simile di concentrazioni di insulina elevate a lungo termine sulle funzioni cellulari, un termine corrispondente sarebbe la tossicità dell’insulina.

Quando le cellule sono esposte a livelli di insulina continuamente elevati, vi è una parziale downregulation della segnalazione dell’insulina. La risultante “resistenza all’insulina” non è dovuta principalmente a una minore espressione del recettore dell’insulina sulla superficie cellulare, ma a una ridotta trasduzione del segnale insulinico come risultato della disfunzione del recettore. In risposta all’iperinsulinemia prolungata, c’è una diminuzione dell’autofosforilazione del recettore dell’insulina, rispetto a quella osservata dopo l’esposizione a breve termine all’insulina, e le fasi successive della via di segnalazione PI3K-AKT sono interessate. Di conseguenza, nelle cellule muscolari e grasse, c’è meno traslocazione stimolata da AKT di GLUT 4 alla superficie cellulare (Fig. 3). Così, l’insulino-resistenza può essere vista come un meccanismo protettivo per prevenire l’attivazione in eccesso del trasporto di glucosio dal sangue nonostante i livelli di insulina cronicamente elevati, per mantenere l’omeostasi del glucosio in vivo e per mitigare lo stress metabolico e ossidativo dovuto all’eccesso di afflusso di glucosio. Limitare l’esportazione di glucosio dal sangue non richiede necessariamente l’attenuazione della segnalazione dell’insulina. Durante le prime settimane di alimentazione con una dieta ad alto contenuto calorico, i topi mostrano una diminuzione dell’assorbimento di glucosio insulino-dipendente nonostante l’imperturbata fosforilazione AKT stimolata dall’insulina (Fig. 3). Un aspetto interessante è che la suddivisione delle isoforme A e B del recettore dell’insulina e dei recettori ibridi insulina/insulina-like growth factor-1 tra i tipi di cellule può contribuire alla resistenza all’insulina in alcuni tessuti, ma la rilevanza patofisiologica è sconosciuta.

Fig. 3

Segnalazione dell’insulina durante l’insulino-resistenza. Durante la resistenza all’insulina, la segnalazione attraverso le chinasi AKT è parzialmente compromessa. Non tutti i percorsi AKT-dipendenti sono colpiti, così come altri percorsi di segnalazione, indicando che la resistenza all’insulina è selettiva. Pertanto, l’iperinsulinemia, in presenza di insulino-resistenza, promuove le attività anaboliche delle cellule attraverso la via MEK-ERK e attraverso mTORC1. Anche se la via PI3K/AKT è compromessa durante l’insulino-resistenza, e fornisce solo una traslocazione insufficiente di GLUT4 per l’assorbimento del glucosio e un’attivazione carente di eNOS, sembra esserci una normale attivazione di mTORC1. Oltre alle conseguenze anaboliche della segnalazione attraverso la via MEK/ERK raffigurata nella figura, c’è una maggiore espressione di ET-1 e PAI-1 (non mostrato), così come l’inibizione dell’autofagia e del fattore nucleare Nrf2, che compromette il turnover dei costituenti cellulari e i meccanismi di difesa delle cellule allo stress radicale, rispettivamente. L’iperinsulinemia regola l’assorbimento del glucosio non solo attraverso lo smorzamento della via PI3K/AKT (“resistenza all’insulina”) ma anche attraverso altre vie ancora sconosciute

Il fenomeno della tossicità insulinica deriva in parte dal fatto che ci sono ulteriori risposte cellulari a livelli elevati di insulina che non sono attenuati durante l’insulino-resistenza (Fig. 3). Queste comprendono l’upregulation della sintesi proteica e l’accumulo di proteine ubiquitinate o altrimenti modificate, probabilmente a causa di una degradazione insufficiente di questi polipeptidi. È stato osservato un ruolo importante della segnalazione dell’insulina attraverso la via canonica della proteina mitogena attivata (MAP) chinasi Ras-MEK-ERK, così come l’attivazione della NADPH ossidasi 4. Anche alcune vie AKT-dipendenti non sembrano essere soppresse dall’insulino-resistenza, come la lipogenesi de novo negli epatociti o l’upregulation del target meccanicistico del complesso 1 della rapamicina (mTORC1). L’aumento dell’attività di mTORC1 porta ad un aumento della sintesi proteica e ad un deterioramento delle funzioni cellulari in gran parte a causa della soppressione dell’autofagia.

Quindi, l’esposizione cronica delle cellule ad alte concentrazioni di insulina ambientale causa uno squilibrio delle risposte cellulari a causa della downregulation di alcune vie di segnalazione dell’insulina (“insulino-resistenza”) ma non di altre. Il risultante stato funzionale delle cellule è caratterizzato da un’attività anabolica sbilanciata dell’insulina che favorisce la sintesi proteica mentre sopprime l’autofagia. Quest’ultima inibisce la rimozione autofagica e il turnover di proteine e lipidi, il che favorisce la senescenza cellulare. In esperimenti a breve termine di esposizione ad alti livelli di insulina, si osserva una risposta protettiva allo stress cellulare, la risposta proteica non spiegata, probabilmente dovuta all’accumulo di proteine derivatizzate in assenza di sufficiente smaltimento. In insulino-resistenza cronica indotta sperimentalmente o associata al diabete (e iperinsulinemia), tale risposta protettiva di stress del reticolo endoplasmatico ad alti livelli di insulina è diminuita o assente.

Un’altra attività dell’insulina è la soppressione della trascrizione del fattore nucleare Nrf2 attraverso l’induzione delle ribonucleoproteine eterogenee F e K. Nrf2 è il regolatore centrale della risposta protettiva delle cellule contro lo stress ossidativo e altri tipi di stress elettrofilo. La soppressione dell’espressione di Nrf2 dovrebbe compromettere la capacità di difesa antiossidante e citoprotettiva delle cellule. La segnalazione dell’insulina necessaria per l’inibizione di Nrf2 avviene attraverso la via delle MAP chinasi e quindi non è mitigata dall’insulino-resistenza (Fig. 3). Si può quindi supporre che l’iperinsulinemia aumenti la suscettibilità delle cellule contro lo stress ossidativo o altri elettrofili causati da insulti ambientali. L’esposizione prolungata delle cellule ad alte concentrazioni di insulina può quindi essere considerata tossica. Infatti, l’esposizione a 0,5 nmol/l di insulina è stata trovata per causare danni al DNA in un certo numero di tipi di cellule, compresi i linfociti umani. All’unica concentrazione testata (100 nmol/l), l’insulina compromette la difesa dai radicali dell’ossigeno e sensibilizza le vie di apoptosi nelle isole umane. Nel cervello dei topi, l’iperinsulinemia compromette le funzioni elettrofisiologiche dei neuroni e il turnover delle proteine, causando una transizione verso uno stato cellulare senescente e un declino cognitivo che l’accompagna. La proprietà tossica diretta dell’insulina merita ulteriori studi.

Concentrazioni di insulina cronicamente elevate compromettono le funzioni del corpo

Longevità

L’elenco di risposte cellulari dannose alle alte concentrazioni di insulina ambientale suggerisce concomitanti compromissioni funzionali a livello dell’organismo. Questo si adatta all’impatto osservato dell’insulina sulla longevità. Studi in sistemi modello nonvertebrati come il nematode Caenorhabditis elegans o il moscerino della frutta Drosophila melanogaster trovano che un’attività insulinica moderata o elevata accorcia la durata della vita. Un risultato coerente da studi su modelli murini è che la diminuzione della segnalazione di ormoni anabolici come l’insulina, il fattore di crescita insulino-simile o l’ormone della crescita si traduce in una durata di vita prolungata. L’interruzione del gene del substrato del recettore dell’insulina 1 ha causato l’insulino-resistenza con difetti nella segnalazione dell’insulina e ha portato a un’estensione della durata della vita del 14-16%. Un knockout del recettore dell’insulina nel tessuto adiposo dei topi ha portato a un aumento del 18% della durata della vita. L’interruzione del gene Ins1 e di uno dei due alleli del topo Ins2 ha abbassato i livelli di insulina del 25-34% (topi Ins2+/- rispetto ai controlli Ins2+/+) in topi femmina invecchiati senza alterare i livelli circolanti di fattore di crescita insulino-simile (IGF)-1. Questi topi sperimentali invecchiati hanno esibito un glucosio a digiuno più basso, una migliore sensibilità all’insulina e un’estensione della durata della vita del 3-11% attraverso due diete diverse. Contemporaneamente, il proteoma e il trascrittoma hanno indicato un profilo associato all’invecchiamento sano. Un aspetto importante è che questo studio ha affrontato selettivamente l’insulina. Altri interventi per la promozione della longevità o l’estensione del healthspan, come la restrizione calorica, non solo abbassano i livelli circadiani di insulina, ma diversi ormoni aggiuntivi, tra cui IGF-1, sono anche interessati.

Insulina, IGF-1 e recettori ibridi insulina/IGF-1 condividono la segnalazione tramite PI3K e AKT. La successiva attivazione della proteina chinasi mTORC1 è una via principale per sostenere la crescita somatica, la sintesi proteica e la fertilità, mentre impedisce l’autofagia e la durata della vita. La soppressione della segnalazione mTOR mediante trattamento con rapamicina prolunga la vita in organismi modello e nei topi. Negli esseri umani, l’iperinsulinemia nel (pre) diabete di tipo 2 è associata ad un aumento dell’attività di mTORC1 che può avere un impatto negativo sulla sopravvivenza delle cellule beta, sull’apertura di salute e sulla longevità. Nel Leiden Longevity Study, il follow-up dei nonagenari per 10 anni ha mostrato una forte associazione di bassi livelli di insulina e glucosio con l’invecchiamento sano.

Poiché sia l’IGF-1 che l’insulina utilizzano PI3K e AKT per la trasduzione del segnale, è difficile distinguere il contributo dell’insulina rispetto all’IGF-1 alla modulazione della longevità. In modelli animali, la downregulation selettiva dei livelli di insulina circolanti ha migliorato la durata della vita dei topi, e nelle persone anziane del Leiden Longevity Study, solo l’insulina e il glucosio, ma non l’IGF-1, hanno costantemente soddisfatto tutti e quattro i criteri predefiniti di invecchiamento sano. Pertanto, si può concludere che le basse concentrazioni di insulina circolanti non sono solo un marcatore di longevità, ma sono causalmente coinvolti nella promozione dell’apertura della salute o dell’estensione della durata della vita.

Combinazione dannosa di iperinsulinemia con resistenza all’insulina

La resistenza all’insulina è definita come un effetto attenuato dell’insulina sull’omeostasi del glucosio nel sangue, principalmente attraverso l’esportazione meno efficiente di glucosio dal sangue nel tessuto muscolare scheletrico, adiposo ed epatico. Concentrazioni di insulina permanentemente elevate nel sangue sono spesso considerate come un tentativo di superare l’insulino-resistenza. In effetti, l’induzione della resistenza all’insulina tramite l’interruzione genetica della segnalazione dell’insulina, così come l’aumento dei livelli di ormone della crescita o un ambiente infiammatorio, provoca l’iperinsulinemia. La causalità opposta è più rilevante. L’iperinsulinemia durante l’infusione di insulina nell’uomo porta all’insulino-resistenza sistemica, mentre in vitro, alte concentrazioni di insulina ambientale causano un aumento dell’insulino-resistenza negli adipociti isolati. Un’analisi riassuntiva di nove studi sui roditori e sette studi sugli esseri umani ha confermato che il primo cambiamento rilevabile nello stato di digiuno, dopo aver alimentato una dieta ad alto contenuto calorico per diversi giorni, è un aumento delle concentrazioni di insulina basale, ma non delle concentrazioni di glucosio nel sangue o della resistenza insulinica. Sia l’aumento della secrezione di insulina da parte delle cellule ß che la diminuzione della clearance dell’insulina nel fegato contribuiscono ad aumentare i livelli di insulina dopo il pasto, quest’ultima è di primaria importanza nel caso di alimenti ricchi di carboidrati.

La combinazione di iperinsulinemia e insulino-resistenza sembra promuovere l’ipertensione e l’aterogenesi (Fig. 4). Una molecola importante per il mantenimento della funzione dei vasi, compreso il rilassamento dello strato muscolare liscio delle arterie, è l’ossido nitrico (NO) che è generato dalla NO sintasi endoteliale (eNOS). L’insulina aumenta la produzione di NO attraverso la modifica post-traslazionale di eNOS attraverso l’attività PI3K/AKT; tuttavia, questo meccanismo è soppresso durante la resistenza all’insulina. La diminuzione della produzione locale di NO compromette il rilassamento della muscolatura liscia arteriosa e la concomitante vasodilatazione. Un fattore importante in questo contesto è l’omeostasi dello ione calcio delle cellule muscolari lisce vascolari. In condizioni fisiologiche, l’insulina promuove sia l’afflusso di calcio nel citoplasma delle cellule muscolari lisce attraverso diversi canali ionici, compresi i canali L-type e i canali Ca2+ operati dal magazzino, sia l’efflusso controregolatorio mediato da NO di ioni Ca2+ e K+ che impedisce la fosforilazione della catena leggera della miosina indotta dallo ione calcio e la concomitante contrattilità vascolare. Durante l’insulino-resistenza, la produzione di NO è compromessa mentre l’effetto di sostegno dell’insulina sull’afflusso di ioni calcio (attraverso PI3K delta e possibilmente la via MEK-ERK) e la vasocostrizione sono ancora presenti (Fig. 4).

Fig. 4

Iperinsulinemia, insulino-resistenza e malattia cardiovascolare. Alte concentrazioni di insulina nel sangue possono verificarsi a causa della predisposizione genetica, dell’ipernutrizione o del trattamento con insulina ad alte dosi del diabete di tipo 2. L’iperinsulinemia induce “resistenza all’insulina” come risposta di difesa per mantenere l’omeostasi del glucosio. Al contrario, la resistenza all’insulina può essere indotta direttamente dall’ormone della crescita o da citochine pro-infiammatorie. L’iperinsulinemia e l’insulino-resistenza aumentano il rischio di malattie cardiovascolari, inducendo disfunzione endoteliale, soppressione dell’ossido nitrico sintasi endoteliale (eNOS), e attivazione e promozione dell’afflusso di ioni calcio nelle cellule muscolari lisce, con conseguente aumento del tono vascolare, maggiore riassorbimento di ioni sodio nei tubuli renali, adesione dei macrofagi alla parete del vaso, e sviluppo di lesioni arteriose con aumento dell’attività della lipoproteina lipasi e malattie cardiovascolari

Al tempo stesso, l’insulina segnala attraverso la via della proteina attivata da mitogeno (MAP) chinasi per aumentare l’espressione di endotelina-1 (ET-1), inibitore dell’attivatore del plasminogeno-1 (PAI-1), molecole di adesione e citochine pro-infiammatorie. Il sistema renina-angiotensina viene attivato nel contesto della disfunzione endoteliale e contribuisce, insieme alla diminuzione della produzione di NO e all’aumento della secrezione di ET-1, all’irrigidimento vascolare e all’aumento del tono vascolare. In assenza di iperinsulinemia/insulino-resistenza, i livelli di insulina più bassi esercitano meno attività proaterogene potenziali che sono contrastate dalla produzione locale di NO stimolata dall’insulina.

I livelli di insulina elevati aumentano anche il rischio di ipertensione aumentando il riassorbimento renale di ioni sodio attraverso diversi sistemi di trasporto in diversi segmenti del nefrone (Fig. 4). La segnalazione dell’insulina avviene tramite il substrato del recettore dell’insulina 2 (IRS2) e non è soppressa durante la resistenza all’insulina, mentre la segnalazione tramite IRS1 per i meccanismi di controregolazione, compresa la produzione locale di NO, è compromessa. Queste azioni dannose possono essere mitigate durante l’iperinsulinemia cronica/insulino-resistenza. Tuttavia, una meta-analisi di 11 studi epidemiologici prospettici ha mostrato che il rischio relativo aggregato di ipertensione era 1,54 quando si confronta la categoria più alta con quella più bassa dei livelli di insulina a digiuno, e 1,43 per il confronto tra le categorie di insulino-resistenza più alte e più basse (selettive), calcolate come modello di valutazione dell’omeostasi dell’insulino-resistenza (HOMA-IR).

Come conseguenza della disfunzione endoteliale durante il trattamento prolungato con insulina, si formano lesioni arteriose ricche di lipidi. La progressione delle lesioni iniziali delle strie di grasso in placche è accompagnata dall’adesione e dall’attività pro-infiammatoria dei macrofagi, che alla fine si sviluppano in cellule di schiuma. Questo processo è guidato dall’attività della lipoproteina lipasi endoteliale e macrofagica, come dimostrato dall’osservazione di una minore aterosclerosi nei topi con gene della lipoproteina lipasi inattivato. L’attività della lipoproteina lipasi nei macrofagi è migliorata con livelli di insulina più elevati in vivo, ma non vi è alcun effetto stimolatorio diretto dell’insulina sui macrofagi isolati.

La preoccupazione che l’iperinsulinemia possa promuovere la malattia arteriosa nelle persone diabetiche si è sviluppata alla fine degli anni ’60, a causa del costante aumento delle incidenze di aterosclerosi nelle persone diabetiche, nonostante il miglioramento della glicemia e la diminuzione del rischio di chetosi dovuto alla terapia insulinica. Da allora, una grande quantità di dati supporta l’osservazione che l’insulino-resistenza (e l’iperinsulinemia) è un marker di aumento del rischio di malattie cardiovascolari nella popolazione generale e nei pazienti con diabete. Anche se gli studi osservazionali hanno suggerito una relazione approssimativamente lineare tra la gravità dell’iperglicemia e il danno vascolare, diversi grandi studi controllati randomizzati hanno dimostrato che un intenso controllo glicemico di per sé non diminuisce il rischio di eventi macrovascolari/cardiovascolari; anzi, la terapia insulinica può addirittura aumentare il rischio. Tuttavia, questi studi non erano randomizzati per il trattamento insulinico, e il trattamento dei fattori di rischio CVD non è stato mantenuto simile tra i sottogruppi di pazienti. Nello United Kingdom Prospective Diabetes Study (UKPDS), l’iperinsulinemia e l’insulino-resistenza non sono state mitigate dal trattamento insulinico, e i livelli di insulina plasmatica a digiuno sono addirittura aumentati. Al contrario, nell’UKPDS e in altri studi, il trattamento orale con la biguanide metformina ha ridotto il rischio di eventi cardiovascolari e parallelamente ha diminuito l’insulino-resistenza e l’iperinsulinemia.

Negli studi epidemiologici sul diabete di tipo 2, è stato costantemente osservato che l’aggiunta di insulina al regime di trattamento o l’intensificazione del trattamento insulinico comportano un tasso maggiore di eventi cardiovascolari (Fig. 5). Infatti, è stato dimostrato che il rischio aumenta con l’aumento del dosaggio di insulina. Questi studi epidemiologici possono soffrire di un confondimento residuo, poiché è difficile tener conto dello stadio di malattia eventualmente più avanzato dei pazienti che ricevono l’insulina. Un tasso più elevato di eventi ipoglicemici può essere un ulteriore confondente. Tuttavia, le covariate considerate nelle analisi statistiche coprono un’ampia gamma di potenziali fattori di rischio da 18 diverse categorie (Supplemento Tabella 1). Grandi studi randomizzati controllati come l’UKPDS o l’Outcome Reduction With Initial Glargine Intervention (ORIGIN) Trial non hanno osservato un aumento dell’incidenza di malattie cardiovascolari con la terapia insulinica, ma questi studi si sono concentrati su una terapia insulinica a basso dosaggio fino a una mediana di 40 UI/giorno (o 0,4 UI/kg/giorno), rispettivamente. Simili studi randomizzati su una terapia insulinica a dosi più elevate, tipica delle condizioni del mondo reale, non sono stati condotti. Studi recenti su ambienti clinici del mondo reale riportano dosi medie giornaliere di insulina basale vicine a 0,60 UI/kg nel canadese REALITY Study per pazienti insulino-esperti con diabete di tipo 2 e di 0,73 UI/kg in un sondaggio medico a New York. Nello studio multicentrico europeo EU-TREAT, le dosi medie di insulina al basale erano comprese tra 32 e 54 U al giorno, a seconda del tipo di regime di terapia insulinica applicato. Si può concludere che in condizioni reali, la maggior parte dei pazienti insulino-esperti con diabete di tipo 2 ricevono dosi di insulina al giorno più elevate di quelle provate in UKPDS o ORIGIN.

Fig. 5

Il rapporto di rischio dei farmaci insulinici rispetto a diversi farmaci di riferimento. Sono mostrati gli hazard ratio (HR) aggiustati per ogni studio con un intervallo di confidenza del 95%. #Moderata esposizione all’insulina; +alta esposizione all’insulina; *moderata dose di insulina (da 75 a < 100 unità al giorno); §alta dose di insulina (> 100 unità al giorno)

In assenza di studi controllati randomizzati, la randomizzazione mendeliana è un approccio adeguato per testare una relazione causale negli esseri umani. Gli studi di randomizzazione mendeliana si sono avvalsi della scoperta che alcuni genotipi sono associati a livelli di insulina a digiuno alti o bassi. Confrontando gli individui che portano ≥ 17 alleli che aumentano i livelli di insulina a digiuno con quelli che esibiscono bassi livelli di insulina a digiuno geneticamente determinati, è stato osservato un aumento del rischio di pressione sanguigna elevata, malattie cardiovascolari e diabete di tipo 2. In due grandi studi recenti di randomizzazione mendeliana, un profilo genetico che predice alti livelli di insulina nel sangue, dopo aggiustamento per BMI, è stato anche associato ad un aumento della pressione sanguigna sistolica e del rischio di infarto miocardico.