Физиологическая роль цинка и его вклад в метаболизм инсулина и патогенез сахарного диабета 2-го типа

Файл статьи: 
Иконка PDF health-risk-analysis-2025-4-18.pdf
УДК: 
616-092
DOI: 
10.21668/health.risk/2025.4.18
Авторы: 

М.С. Балашова1,2, И.А. Никитин2, Н.А. Жученко1, Д.А. Велина2, A.C. Скрипкина1, А.М. Зильберман1, П.С. Скоробогатова1, Л.Д. Морозова1, Ш.М. Муталлибзода2

Организация: 

1Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет), Российская Федерация, 119992, г. Москва, ул. Трубецкая, 8, стр. 2
2Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова, Российская Федерация, 115054, г. Москва, Стремянный пер., 36

Аннотация: 

Цинк как эссенциальный микроэлемент выполняет полифункциональную роль в организме человека, обеспечивая рост и развитие клеток, регуляцию обмена веществ, когнитивные функции, работу репродуктивной и иммунной систем. Активно изучается значение дефицита цинка в развитии сахарного диабета 2-го типа (СД2), так как цинк принимает непосредственное участие в кристаллизации, хранении и высвобождении инсулина.

Анализируются и обобщаются современные представления о физиологической роли цинка, средовых и генети-ческих факторов, влияющих на его абсорбцию и транспортировку, и вкладе дефицита цинка в развитие различных заболеваний, включая нарушение метаболизма глюкозы. Показано, что около 15 % известных генов кодируют белки, способные связываться с цинком (в том числе супероксиддисмутаза-1, ангиотензинпревращающий фермент, матриксная металлопротеиназа-3 и др.). Распространенность дефицита цинка варьируется в разных популяциях, но даже в развитых странах недостаточное потребление цинка наблюдается не менее чем у 10 % населения. Ведущими причинами дефицита цинка выступают недостаточное его содержание в рационе, а также высокий уровень потребления соединений фитиновой кислоты, что особенно значимо при вегетарианской диете.

В обзоре обсуждаются исследования, которые продемонстрировали ассоциацию риска развития СД2 с уровнем потребления и биодоступностью цинка, его концентрацией в крови и поджелудочной железе, а также с вариантами в генах цинковых транспортеров (например, вариантом rs13266634 гена SLC30A8). В ряде исследований показано, что прием препаратов цинка пациентами с СД2 позволял значимо снизить уровни маркеров нарушения углеводного обмена (глюкозы, инсулина, индекса инсулинорезистентности, гликированного гемоглобина и др.).

Ключевые слова: 
цинк, дефицит цинка, потребление цинка, биодоступность цинка, сахарный диабет, инсулин, питание, инсулинорезистентность, GWAS
Физиологическая роль цинка и его вклад в метаболизм инсулина и патогенез сахарного диабета 2-го типа / М.С. Балашова, И.А. Никитин, Н.А. Жученко, Д.А. Велина, A.C. Скрипкина, А.М. Зильберман, П.С. Скоробогатова, Л.Д. Морозова, Ш.М. Муталлибзода // Анализ риска здоровью. – 2025. – № 4. – С. 184–197. DOI: 10.21668/health.risk/2025.4.18
Список литературы: 
  1. The Role of Zinc and Copper in Insulin Resistance and Diabetes Mellitus / G. Bjørklund, M. Dadar, L. Pivina, M.D. Doşa, Yu. Semenova, J. Aaseth // Curr. Med. Chem. – 2020. – Vol. 27, № 39. – P. 6643–6657. DOI: 10.2174/0929867326666190902122155
  2. Cheng J., Bar H., Tako E. Zinc Status Index (ZSI) for Quantification of Zinc Physiological Status // Nutrients. – 2021. – Vol. 13, № 10. – P. 3399. DOI: 10.3390/nu13103399
  3. Saper R.B., Rash R. Zinc: an essential micronutrient // Am. Fam. Physician. – 2009. – Vol. 79, № 9. – P. 768–772.
  4. Значение коррекции дефицита цинка в практической медицине: обзор / А.В. Скальный, Т.И. Сотникова, Т.В. Коробейникова, А.А. Тиньков // Сеченовский вестник. – 2022. – Т. 13, № 4. – С. 4–17. DOI: 10.47093/2218-7332.2022.13.4.4-17
  5. In Vitro Studies on Zinc Binding and Buffering by Intestinal Mucins / M. Maares, C. Keil, J. Koza, S. Straubing, T. Schwerdtle, H. Haase // Int. J. Mol. Sci. – 2018. – Vol. 19, № 9. – P. 2662. DOI: 10.3390/ijms19092662
  6. Szabo R., Bodolea C., Mocan T. Iron, Copper, and Zinc Homeostasis: Physiology, Physiopathology, and Nanomediated Applications // Nanomaterials (Basel). – 2021. – Vol. 11, № 11. – P. 2958. DOI: 10.3390/nano11112958
  7. Fermented Quinoa and Canihua in Plant-Based Diets Increase Iron and Zinc Bioavailability in Growing Rats / V. Castro-Alba, M. Vargas, A.-S. Sandberg, D. Perez-Rea, B. Bergenståhl, Y. Granfeldt, C.E. Lazarte // Food Sci. Nutr. – 2024. – Vol. 12, № 11. – P. 9555–9565. DOI: 10.1002/fsn3.4514
  8. Effect of vegetarian diets on zinc status: a systematic review and meta-analysis of studies in humans / M. Foster, A. Chu, P. Petocz, S. Samman // J. Sci. Food Agric. – 2013. – Vol. 93, № 10. – P. 2362–2371. DOI: 10.1002/jsfa.6179
  9. Prasad A.S. Discovery of Zinc for Human Health and Biomarkers of Zinc Deficiency // In book: Molecular, Genetic, and Nutritional Aspects of Major and Trace Minerals. – 2017. – P. 241–260. DOI: 10.1016/B978-0-12-802168-2.00020-8
  10. Are Low Intakes and Deficiencies in Iron, Vitamin A, Zinc, and Iodine of Public Health Concern in Ethiopian, Kenyan, Nigerian, and South African Children and Adolescents? / R. Harika, M. Faber, F. Samuel, A. Mulugeta, J. Kimiywe, A. Eilander // Food Nutr. Bull. – 2017. – Vol. 38, № 3. – P. 405–427. DOI: 10.1177/0379572117715818
  11. Maares M., Haase H. A Guide to Human Zinc Absorption: General Overview and Recent Advances of In Vitro Intes-tinal Models // Nutrients. – 2020. – Vol. 12, № 3. – P. 762. DOI: 10.3390/nu12030762
  12. Krebs N.F. Overview of zinc absorption and excretion in the human gastrointestinal tract // J. Nutr. – 2000. – Vol. 130, № 5S Suppl. – P. 1374S–1377S. DOI: 10.1093/jn/130.5.1374S
  13. The Physiological, Biochemical, and Molecular Roles of Zinc Transporters in Zinc Homeostasis and Metabolism / T. Kambe, T. Tsuji, A. Hashimoto, N. Itsumura // Physiol. Rev. – 2015. – Vol. 95, № 3. – P. 749–784. DOI: 10.1152/physrev.00035.2014
  14. McCall K.A., Huang C., Fierke C.A. Function and mechanism of zinc metalloenzymes // J. Nutr. – 2000. – Vol. 130, № 5S Suppl. – P. 1437S–1446S. DOI: 10.1093/jn/130.5.1437S
  15. Hennigar S.R., Kelleher S.L. Zinc networks: the cell-specific compartmentalization of zinc for specialized functions // Biol. Chem. –2012. – Vol. 393, № 7. – P. 565–578. DOI: 10.1515/hsz-2012-0128
  16. Zaremba A., Helm F., Fricker G. Impact of Zn2+ on ABC Transporter Function in Intact Isolated Rat Brain Mi-crovessels, Human Brain Capillary Endothelial Cells, and in Rat in Vivo // Mol. Pharm. – 2019. – Vol. 16, № 1. – P. 305–317. DOI: 10.1021/acs.molpharmaceut.8b00987
  17. Barzegar S., Pirouzpanah S. Zinc finger proteins and ATP-binding cassette transporter-dependent multidrug resistance // Eur. J. Clin. Invest. – 2024. – Vol. 54, № 2. – P. e14120. DOI: 10.1111/eci.14120
  18. Counting the zinc-proteins encoded in the human genome / C. Andreini, L. Banci, I. Bertini, A. Rosato // J. Proteome Res. – 2006. – Vol. 5, № 1. – P. 196–201. DOI: 10.1021/pr050361j
  19. Thompson M.W. Regulation of zinc-dependent enzymes by metal carrier proteins // Biometals. – 2022. – Vol. 35, № 2. – P. 187–213. DOI: 10.1007/s10534-022-00373-w
  20. Grzeszczak K., Kwiatkowski S., Kosik-Bogacka D. The Role of Fe, Zn, and Cu in Pregnancy // Biomolecules. – 2020. – Vol. 10, № 8. – P. 1176. DOI: 10.3390/biom10081176
  21. The Role of Micronutrients in Support of the Immune Response against Viral Infections / F. Pecora, F. Persico, A. Ar-gentiero, C. Neglia, S. Esposito // Nutrients. – 2020. – Vol. 12, № 10. – P. 3198. DOI: 10.3390/nu12103198
  22. Grüngreiff K., Gottstein T., Reinhold D. Zinc Deficiency – An Independent Risk Factor in the Pathogenesis of Haem-orrhagic Stroke? // Nutrients. – 2020. – Vol. 12, № 11. – P. 3548. DOI: 10.3390/nu12113548
  23. The Role of Zinc in Selected Female Reproductive System Disorders / M. Nasiadek, J. Stragierowicz, M. Klimczak, A. Kilanowicz // Nutrients. – 2020. – Vol. 12, № 8. – P. 2464. DOI: 10.3390/nu12082464
  24. Stiles L.I., Ferrao K., Mehta K.J. Role of zinc in health and disease // Clin. Exp. Med. – 2024. – Vol. 24, № 1. – P. 38. DOI: 10.1007/s10238-024-01302-6
  25. Tamura Y. The Role of Zinc Homeostasis in the Prevention of Diabetes Mellitus and Cardiovascular Diseases // J. Atheroscler. Thromb. – 2021. – Vol. 28, № 11. – P. 1109–1122. DOI: 10.5551/jat.RV17057
  26. Skalny A.V., Aschner M., Tinkov A.A. Zinc // Adv. Food Nutr. Res. – 2021. – Vol. 96. – P. 251–310. DOI: 10.1016/bs.afnr.2021.01.003
  27. Dubey P., Thakur V., Chattopadhyay M. Role of Minerals and Trace Elements in Diabetes and Insulin Resistance // Nutrients. – 2020. – Vol. 12, № 6. – P. 1864. DOI: 10.3390/nu12061864
  28. Prospective study of zinc intake and risk of type 2 diabetes in women / Q. Sun, R.M. van Dam, W.C. Willett, F.B. Hu // Diabetes Care. – 2009. – Vol. 32, № 4. – P. 629–634. DOI: 10.2337/dc08-1913
  29. The PI3K/Akt Pathway and Glucose Metabolism: A Dangerous Liaison in Cancer / F. Fontana, G. Giannitti, S. Marchesi, P. Limonta // Int. J. Biol. Sci. – 2024. – Vol. 20, № 8. – P. 3113–3125. DOI: 10.7150/ijbs.89942
  30. Zinc and Diabetes: A Connection between Micronutrient and Metabolism / R. Ahmad, R. Shaju, A. Atfi, M.S. Razzaque // Cells. – 2024. – Vol. 13, № 16. – P. 1359. DOI: 10.3390/cells13161359
  31. Chabosseau P., Rutter G.A. Zinc and diabetes // Arch. Biochem. Biophys. – 2016. – Vol. 611. – P. 79–85. DOI: 10.1016/j.abb.2016.05.022
  32. A genome-wide association study of type 2 diabetes in Finns detects multiple susceptibility variants / L.J. Scott, K.L. Mohlke, L.L. Bonnycastle, C.J. Willer, Y. Li, W.L. Duren, M.R. Erdos, H.M. Stringham [et al.] // Science. – 2007. – Vol. 316, № 5829. – P. 1341–1345. DOI: 10.1126/science.1142382
  33. Consistent association of type 2 diabetes risk variants found in europeans in diverse racial and ethnic groups / K.M. Waters, D.O. Stram, M.T. Hassanein, L. Le Marchand, L.R. Wilkens, G. Maskarinec, K.R. Monroe, L.N. Kolonel [et al.] // PLoS Genet. – 2010. – Vol. 6, № 8. – P. e1001078. DOI: 10.1371/journal.pgen.1001078
  34. Role of Tmem163 in zinc-regulated insulin storage of MIN6 cells: Functional exploration of an Indian type 2 diabetes GWAS associated gene / S. Chakraborty, S.K. Vellarikkal, S. Sivasubbu, S.S. Roy, N. Tandon, D. Bharadwaj // Biochem. Bio-phys. Res. Commun. – 2020. – Vol. 522, № 4. – P. 1022–1029. DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.11.117
  35. Effects of a genetic variant rs13266634 in the zinc transporter 8 gene (SLC30A8) on insulin and lipid levels before and after a high-fat mixed macronutrient tolerance test in U.S. adults / Z. Yang, Y.E. Wang, C.P. Kirschke, C.B. Stephensen, J.W. Newman, N.L. Keim, Y. Cai, L. Huang // J. Trace Elem. Med. Biol. – 2023. – Vol. 77. – P. 127142. DOI: 10.1016/j.jtemb.2023.127142
  36. Loss-of-function mutations in SLC30A8 protect against type 2 diabetes / J. Flannick, G. Thorleifsson, N.L. Beer, S.B.R. Jacobs, N. Grarup, N.P. Burtt, A. Mahajan, C. Fuchsberger [et al.] // Nat. Genet. – 2014. – Vol. 46, № 4. – P. 357–363. DOI: 10.1038/ng.2915
  37. Multiple genetic variants at the SLC30A8 locus affect local super-enhancer activity and influence pancreatic β-cell survival and function / M. Hu, I. Kim, I. Morán, W. Peng, O. Sun, A. Bonnefond, A. Khamis, S. Bonàs-Guarch [et al.] // FASEB J. – 2024. – Vol. 38, № 8. – P. e23610. DOI: 10.1096/fj.202301700RR
  38. The zinc transporter Zip14 (SLC39a14) affects Beta-cell Function: Proteomics, Gene expression, and Insulin secretion studies in INS-1E cells / T. Maxel, K. Smidt, C.C. Petersen, B. Honoré, A.K. Christensen, P.B. Jeppesen, B. Brock, J. Rungby [et al.] // Sci. Rep. – 2019. – Vol. 9, № 1. – P. 8589. DOI: 10.1038/s41598-019-44954-1
  39. The zinc transporter ZNT3 co-localizes with insulin in INS-1E pancreatic beta cells and influences cell survival, insulin secretion capacity, and ZNT8 expression / K. Smidt, A. Larsen, A. Brønden, K.S. Sørensen, J.V. Nielsen, J. Praetorius, P.M. Martensen, J. Rungby // Biometals. – 2016. – Vol. 29, № 2. – P. 287–298. DOI: 10.1007/s10534-016-9915-7
  40. Styrpejko D.J., Cuajungco M.P. Transmembrane 163 (TMEM163) Protein: A New Member of the Zinc Efflux Trans-porter Family // Biomedicines. – 2021. – Vol. 9, № 2. – P. 220. DOI: 10.3390/biomedicines9020220
  41. Zinc supplementation for the prevention of type 2 diabetes mellitus in adults with insulin resistance / R. El Dib, O.L.F. Gameiro, M.S.P. Ogata, N.S.P. Módolo, L.G. Braz, E.C. Jorge, P. do Nascimento Jr., V. Beletate // Cochrane Database Syst. Rev. – 2015. – Vol. 2015, № 5. – P. CD005525. DOI: 10.1002/14651858.CD005525.pub3
  42. Oral zinc supplementation does not improve oxidative stress or vascular function in patients with type 2 diabetes with normal zinc levels / R.C.S. Seet, C.-Y.J. Lee, E.C.H. Lim, A.M.L. Quek, H. Huang, S.H. Huang, W.F. Looi, L.H. Long, B. Hal-liwell // Atherosclerosis. – 2011. – Vol. 219, № 1. – P. 231–239. DOI: 10.1016/j.atherosclerosis.2011.07.097
  43. Effects of zinc and α-linolenic acid supplementation on glycemia and lipidemia in women with type 2 diabetes mellitus: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial / M. Foster, P. Petocz, I.D. Caterson, S. Samman // Am. J. Clin. Nutr. – 2013. – Vol. 98, № 2. – P. 417–426. DOI: 10.3945/ajcn.112.056309
  44. Effect of zinc supplementation on glycemic biomarkers: an umbrella of interventional meta-analyses / M. Daneshvar, M. Ghaheri, D. Safarzadeh, F. Karimi, P. Adib-Hajbagheri, M. Ahmadzade, A. Haedi // Diabetol. Metab. Syndr. – 2024. – Vol. 16, № 1. – P. 124. DOI: 10.1186/s13098-024-01366-0
  45. Effects of zinc supplementation on diabetes mellitus: a systematic review and meta-analysis / R. Jayawardena, P. Ranasinghe, P. Galappatthy, R. Malkanthi, G. Constantine, P. Katulanda // Diabetol. Metab. Syndr. – 2012. – Vol. 4, № 1. – P. 13. DOI: 10.1186/1758-5996-4-13
  46. Pompano L.M., Boy E. Effects of Dose and Duration of Zinc Interventions on Risk Factors for Type 2 Diabetes and Cardiovascular Disease: A Systematic Review and Meta-Analysis // Adv. Nutr. – 2021. – Vol. 12, № 1. – P. 141–160. DOI: 10.1093/advances/nmaa087
  47. The Association between Excess Body Mass and Disturbances in Somatic Mineral Levels / W. Banach, K. Nitschke, N. Krajewska, W. Mongiałło, O. Matuszak, J. Muszyński, D. Skrypnik // Int. J. Mol. Sci. – 2020. – Vol. 21, № 19. – P. 7306. DOI: 10.3390/ijms21197306
  48. Эпидемиологические характеристики сахарного диабета в Российской Федерации: клинико-статистический анализ по данным регистра сахарного диабета на 01.01.2021 / И.И. Дедов, М.В. Шестакова, О.К. Викулова, А.В. Желез-някова, М.А. Исаков // Сахарный диабет. – 2021. – Т. 24, № 3. – С. 204–221. DOI: 10.14341/DM12759
  49. Puri M., Gujral U., Nayyar S.B. Comparative study of serum zinc, magnesium, and copper levels among patients of type 2 diabetes mellitus with and without microangiopathic complications // Innov. J. Med. Health Sci. – 2013. – Vol. 3, № 6. – P. 274–278.
  50. Major Limitations in Using Element Concentrations in Hair as Biomarkers of Exposure to Toxic and Essential Trace Elements in Children / H. Skröder, M. Kippler, B. Nermell, F. Tofail, M. Levi, S.M. Rahman, R. Raqib, M. Vahter // Environ. Health Perspect. – 2017. – Vol. 125, № 6. – P. 067021. DOI: 10.1289/EHP1239
  51. Impact of type 2 diabetes susceptibility variants on quantitative glycemic traits reveals mechanistic heterogeneity / A.S. Dimas, V. Lagou, A. Barker, J.W. Knowles, R. Mägi, M.-F. Hivert, A. Benazzo, D. Rybin // Diabetes. – 2014. – Vol. 63, № 6. – P. 2158–2171. DOI: 10.2337/db13-0949
  52. The status of zinc in type 2 diabetic patients and its association with glycemic control / D.M. Farooq, A.F. Alamri, B.K. Alwhahabi, A.M. Metwally, K.A. Kareem // J. Family Community Med. – 2020. – Vol. 27, № 1. – P. 29–36. DOI: 10.4103/jfcm.JFCM_113_19
  53. Zinc, copper, iron, and chromium concentrations in young patients with type 2 diabetes mellitus / M. Basaki, M. Saeb, S. Nazifi, H.A. Shamsaei // Biol. Trace Elem. Res. – 2012. – Vol. 148, № 2. – P. 161–164. DOI: 10.1007/s12011-012-9360-6
  54. ICP-DRC-MS analysis of serum essential and toxic element levels in postmenopausal prediabetic women in relation to glycemic control markers / M.G. Skalnaya, A.V. Skalny, E.P. Serebryansky, V.V. Yurasov, A.A. Skalnaya, A.A. Tinkov // J. Trace Elem. Med. Biol. – 2018. – Vol. 50. – P. 430–434. DOI: 10.1016/j.jtemb.2017.09.008
  55. Zinc Intake and Status and Risk of Type 2 Diabetes Mellitus: A Systematic Review and Meta-Analysis / J.C. Fernández-Cao, M. Warthon-Medina, V.H. Moran, V. Arija, C. Doepking, L. Serra-Majem, N.M. Lowe // Nutrients. – 2019. – Vol. 11, № 5. – P. 1027. DOI: 10.3390/nu11051027
  56. Cakmak I., Kutman U.B. Agronomic biofortification of cereals with zinc: a review // Eur. J. Soil Sci. – 2018. – Vol. 69, № 1. – P. 172–180. DOI: 10.1111/ejss.12437
  57. Biofortification in wheat: research progress, potential impact, and policy imperatives / R. Sendhil, A.G.A. Cariappa, P. Ramasundaram, V. Gupta, K. Gopalareddy, O.P. Gupta, A. Kumar, S. Singh, G.P. Singh // SSRN J. – 2022. DOI: 10.2139/ssrn.4087960
  58. The biochemical changes associated with phytic Acid on induced breast proliferative lesions in rats: preliminary findings / M.R. Hussein, M.A. Abd El-Aziz, N.S. Ahmad, F. Omran, M. Abdulhameed // Cancer Biol. Ther. – 2006. – Vol. 5, № 9. – P. 1129–1133. DOI: 10.4161/cbt.5.9.2952
  59. Dietary phytic acid improves serum and hepatic lipid levels in aged ICR mice fed a high-cholesterol diet / S.-H. Lee, H.-J. Park, H.-K. Chun, S.-Y. Cho, H.-J. Jung, S.-M. Cho, D.-Y. Kim, M.-S. Kang, H.S. Lillehoj // Nutr. Res. – 2007. – Vol. 27, № 8. – P. 505–510. DOI: 10.1016/j.nutres.2007.05.003
  60. Роль фитатов в питании человека / Е.В. Ших, А.А. Махова, О.Б. Дорогун, Е.В. Елизарова // Вопросы питания. – 2023. – Т. 92, № 4. – С. 20–28. DOI: 10.33029/0042-8833-2023-92-4-20-28
Получена: 
14.06.2025
Одобрена: 
11.08.2025
Принята к публикации: 
26.12.2025

Вы здесь

Главная