DIABETOLÓGIA A KLINIKAI GYAKORLATBAN A hyperglykaemia szerepe a diabetes mellitus késői szövődményeinek kialakulásában Hosszúfalusi Nóra

Érkezett: 1999. december 17.
Elfogadva: 2000. január 11.

Az összefoglaló közlemény a hyperglykaemia jelentőségét tárgyalja a cukorbetegség késői szövődményeinek kialakulásában. Az emelkedett vércukorszint részben akut és reverzíbilis, részben kumulatív és irreverzíbilis változásokat hoz létre a sejtek anyagcsere-folyamataiban. Az akut és reverzíbilis hatások között kiemelkedő jelentősége van az aktívan működő poliol anyagcsereútnak, a proteinkináz C megváltozott aktivitásának, az oxidatív stressznek és a korai glikációs termékek megjelenésének. A hyperglykaemia által okozott legfontosabb kumulatív és irreverzíbilis hatás a késői glikációs végtermékek kialakulása és felhalmozódása. E végtermékek megváltoztatják a bazálmembrán és az extracelluláris mátrix szerkezetét, hozzájárulnak az érfalban észlelhető kóros endothel- és simaizom-működéshez, valamint fokozzák a thrombusképződést. Úgy tűnik, hogy mind az akut, mind a kumulatív változások kialakulásában fontos szerepet játszanak a mitogénaktivált proteinkinázok.

hyperglykaemia, szövődmény, diabetes mellitus, glikáció, késői glikációs végtermék, MAP-kináz

A Diabetes Control and Complications Trial (DCCT) bizonyította az 1-es típusú diabetes mellitusban és a United Kingdom Prospective Diabetes Study (UKPDS) a 2-es típusú diabetesben, hogy a fiziológiás vércukorszint elérésére törekvő kezeléssel - a "közel normoglykaemiás" anyagcsere-vezetéssel - a cukorbetegség krónikus szövődményeinek előfordulása, illetve azok súlyossága csökkenthető (1, 2). Az utóbbi években egyre többet tudtunk meg arról, hogy a tartós hyperglykaemia miként játszik kulcsszerepet a diabetes mellitus micro- és macrovascularis szövődményeinek kialakulásában.
 

Patofiziológiai változások a cukorbetegség késői szövődményeiben

A cukorbetegség microvascularis szövődményének tekintjük a retino-, nephro- és neuropathia diabeticát, bár ez utóbbinak kizárólag mint érszövődménynek a megítélése nem egyértelmű. A szemben a retina kapillárisainak károsodása oedemaképződéshez, vérzéshez, új erek megjelenéséhez és ezen keresztül a látás romlásához, illetve elvesztéséhez vezethet. Cukorbetegek esetében a katarakta is gyakrabban és fiatalabb életkorban alakulhat ki. A betegek közel 30%-ánál krónikus veseelégtelenség lép fel a glomerulusban észlelhető elváltozások miatt. Az idegrostok számának csökkenése, degenerációja és a vasa nervorum kapillárisainak szűkülete az idegrendszer szenzomotoros és autonóm diszfunkcióját eredményezi. A közepes nagyságú és a nagyobb erekben kialakuló kiterjedt atherosclerosis felelős a cukorbetegekben gyakrabban előforduló macrovascularis eseményekért és a korai cardiovascularis halálozásért. E különböző szervrendszereket érintő szövődmények közös jellemzője az adott szervet ellátó erekben a cukorbetegség korai szakában észlelhető fokozott vasodilatatio, majd a későbbiekben kialakuló progresszív lumenszűkület és a következményes, elégtelen perfúzió. Ezt az angiopathia diabeticának is nevezett érszűkületet a cukorbetegségre jellegzetes funkcionális és strukturális változások hozzák létre.

A legjellemzőbb funkcionális változások a következők:

• Kezdetben a kapillárisok véráramlása növekszik.
• Fokozott az érpermeabilitás.
• Később megváltoznak a reológiai viszonyok:
• nő a plazmaviszkozitás,
• csökken a vörösvérsejt-deformabilitás,
• fokozódik a vérlemezke-aggregáció.

• Szénhidráttartalmú plazmafehérjék rakódnak le a kis- és nagyerek falában.
• Az extracelluláris mátrix mennyisége megnő, ennek következtében:
• az erek bazális membránja vastagodik,
• a glomerulusban a mesangialis mátrix felszaporodik,
• az érfal kollagéntartalma megnövekszik.
• Endothel-, mesangium- és artériás simaizomsejt-hypertrophia és -hyperplasia észlelhető.

Mindezen változások létrejöttében kiemelkedő szerepet játszik az emelkedett vércukorszint. A hyperglykaemia egyrészt akut, reverzíbilis módosulásokat okoz a sejtek anyagcsere-folyamataiban, másrészt kumulatív, irreverzíbilis hatása van a stabil makromolekulákban. A magas vércukorszint elsősorban azon sejtek, szövetek metabolikus folyamataira van hatással, amelyeknek glükózfelvétele az inzulintól függetlenül történik. A diabetes korai szakában döntően a hyperglykaemia okozta akut és reverzíbilis intracelluláris változásoknak van szerepük a patofiziológiai eltérések kialakulásában. Hosszabb betegségtartamnál azonban a kumulatív és irreverzíbilis hatások kerülnek előtérbe.
 

A hyperglykaemia okozta akut, reverzíbilis változások

A magas vércukorszint okozta legfontosabb akut, reverzíbilis metabolikus változásokat az 1. táblázat foglalja össze.
 

A poliol anyagcsereút
 

1. ábra. A poliol anyagcsereút

Fiziológiás körülmények között a poliol anyagcsereút működését számos sejtféleségben megfigyelték, így a vese tubulussejtjeiben, a szemlencse és a retina epithelsejtjeiben, valamint a perifériás idegekben (3-5). Aktiválódásának ingere a sejt környezetének hiperozmolaritása. Működése során a glükózból az aldóz-reduktáz enzim segítségével, NADPH felhasználásával szorbitol keletkezik (1. ábra). A szorbitol töltés nélküli, ozmotikusan aktív anyag, amely nehezen megy át a plazmamembránon. Intracelluláris felhalmozódása következtében a sejt egy új, "steady state" állapotban alkalmazkodni tud a megváltozott környezeti ozmolaritáshoz. Azokban a szövetekben, amelyekben a glükózfelvétel az inzulintól független, emelkedett vércukorszint esetén a fenti enzimrendszer fokozott aktivitással működik; nemcsak a hyperglykaemia miatti ozmotikus stressz következtében, hanem a megnövekedett intracelluláris szubszrátkínálat (magas intracelluláris glükóztartalom) miatt is. Így igen nagy intracelluláris szorbitolkoncentráció alakul ki, amely "túlkompenzálja" a környezet hiperozmolaritását és a sejt ozmotikus károsodását eredményezheti. E mechanizmusnak szerepet tulajdonítanak a cukorbetegségben gyakran előforduló kataraktaképződésben (6).

Az aktívan működő poliol anyagcsereút azonban elsősorban nem az ozmotikus károsításon keresztül játszik szerepet a diabeteses szövődmények kialakulásában, hanem valószínűleg számos egyéb, a szövődmények szempontjából fontos sejten belüli folyamatot is befolyásol. Bizonyos szövetekben a szorbitol fruktózzá oxidálódik, ennek során NAD⁺ használódik fel és NADH keletkezik (1. ábra) (7). Az emelkedett NADH/NAD⁺ arány kedvez a de novo diacil-glicerol-szintézisnek és a nem enzimatikus glikációnak (lásd később). Más szerzők a NAD+-hiányt az endotheldiszfunkcióval is kapcsolatba hozzák (8).

Az aldóz-reduktáz enzim működéséhez NADPH szükséges (1. ábra). Ugyancsak NADPH kell a redukált glutation (GSH) képződéséhez. A GSH fontos szerepet játszik az intracelluláris szabadgyök-képződés gátlásában. Így a sejt csökkent GSH-tartalma kedvezőtlen irányba billenti az oxidatív egyensúlyt.

A poliol anyagcsereút fokozott működésének velejárója - valószínűleg a mioinozitol-transzportprotein csökkent expressziója miatt - a sejt mioinozitoltartalmának csökkenése. Egyes szerzők szerint az alacsony mioinozitoltartalom következtében csökken a Na⁺-K⁺-ATPáz aktivitás, és így romlik a hormonális hatásokra, illetve a neurotranszmitterekre adott érsimaizom-összehúzódás. Ez a kórosan "dilatált" érlumen a vesében glomerularis hiperfiltrációhoz (a diabeteses vesekárosodás korai jele), a retina ereiben a permeabilitás fokozódásához vezet. A perifériás idegekben a csökkent Na⁺-K⁺-ATPáz aktivitás és a következményes intracelluláris Na⁺-felhalmozódás miatt romlik az ideg ingerületvezetési sebessége (9). Mások nem tudták ezeket a megfigyeléseket humán idegsejteken bizonyítani (5, 10).
 

Proteinkináz C

A proteinkináz C (PKC) mint másodlagos jelátvivő jelentősen befolyásolja a sejtek működését: hormonok, növekedési faktorok, neurotranszmitterek és esetleg gyógyszerek hatását közvetíti. Tíz éve ismert, hogy a glomerulus- és az endothelsejtek proteinkináz C-aktivitása magas cukortartalmú közegben fokozódik (11, 12). Ugyancsak emelkedett a proteinkináz C-aktivitás diabeteses állatból származó aortában és szívben (13). A fokozott proteinkináz C-aktivitást okozhatja a hyperglykaemia - per se - által és az aktív poliol anyagcsereút miatt megnövekedett de novo diacil-glicerol-szintézis (12), valamint hozzájárulhat a hyperglykaemia miatti oxidatív stressz (14). Az aktív proteinkináz C hatására nő a vascularis endothelialis növekedési faktor elválasztása (VEGF), amelynek jelentőségét a proliferatív retinopathiában leírták (15). Ugyancsak felelőssé tehető a proteinkináz C az érfal kóros prosztanoid- és nitrogén-oxid-elválasztásáért és ennek hemodinamikai következményeiért (16). Érdekes módon, amíg a hyperglykaemia az érfalban fokozott proteinkináz C-aktivitást eredményez, addig a perifériás idegekben aktivitásának csökkenését észlelték (7). Ez az eltérés is amellett szól, hogy jelentős különbség van az emelkedett vércukornak a vesére és a szemre, illetve az idegrendszerre gyakorolt toxikus hatása között. A neuropathia kialakulását valószínűleg nem csupán az endoneuralis ischaemia okozza, hanem egyéb, az idegsejt és az idegrost metabolikus folyamataiban a hyperglykaemia hatására létrejövő változások is.
 

Oxidatív stressz

A hyperglykaemia miatt fokozott a glükózoxidáció, és a keletkezett reaktív intermedier termékek jelentős szabadgyök-képződéshez vezetnek. A krónikus microvascularis szövődmények kialakulása szempontjából elsősorban a sejten belüli oxidatív stressznek van jelentősége (16). A szabad gyökök befolyásolják az intracelluláris fehérjék működését, elősegítik a protein-keresztkötések kialakulását (lásd később), sejtkárosodáshoz vezetnek. A plazma emelkedett lipidperoxidszintje a véráramban és az érfalban zajló oxidatív folyamatokat tükrözi, és az atherosclerosis kialakulásának hírnöke (17). Állatkísérletekben antioxidáns kezeléssel csökkenteni lehetett a diabeteses szövődmények létrejöttét (18, 19). Humán vizsgálatokban az eredmények kevésbé biztatóak, bár a liponsavkezelés sikere neuropathiában valószínűleg a vegyület antioxidáns tulajdonságának köszönhető (20).
 

Korai glikációs termékek
 

2. ábra. A korai és a késői glikációs (vég)termékek keletkezése

A hyperglykaemia egy másik akut és reverzíbilis hatása a korai glikációs termékek (early glycosylation products, EGP) képződése (2. ábra). A glükóz aránylag gyorsan kötődik nem enzimatikus módon a fehérjékhez, elsősorban a lizin és az arginin aminocsoportjához. Így egy reverzíbilis aldiminkötést tartalmazó Schiff-bázis jön létre. Néhány óra alatt a kötések keletkezése és bomlása között egyensúlyi helyzet alakul ki. Az aldiminkötés átrendeződésével, a szintén reverzíbilis ketoaminkötés alakul ki, a keletkezett produktum az Amadori-termék (2. ábra). Mivel az utóbbi folyamat sebessége az előzőhöz képest sokkal lassúbb, az Amadori-termék egyensúlyi helyzetének kialakulásához már hosszabb időre (hetek) van szükség (21). Fontos, hogy a korai glikációs termékek reverzíbilisek még akkor is, ha hosszú életidejű fehérjéken alakulnak ki. A legismertebb Amadori-termék a glikálthemoglobin-frakció (HbA1c), amelynek a vérplazmában mért szintje a szénhidrátanyagcsere-állapot követésére alkalmas. A korai glikációs termékek képződése két tényezőtől függ: a glükózkoncentrációtól és a glükózexpozíció tartamától. Minél nagyobb a glükózszint-emelkedés és minél hosszabb ideig tart, annál több korai glikációs termék keletkezik. A glikáció egyaránt érinti az intracelluláris, az interstitialis és a plazmafehérjéket. A folyamat leggyorsabban a sejten belüli proteineken, leglassabban a plazmafehérjéken játszódik le, míg az interstitialis fehérjék glikációja közepes sebességű. Viszonylag rövid, magas cukorkoncentrációjú közegben történt inkubáció után a retina kapillárisainak pericytáiban és endothelsejtjeiben az intracelluláris proteinek, például az aktin, gyors glikációját figyelték meg (22). A fehérjék glikációja megváltoztathatja metabolizmusukat, befolyásolhatja az enzimek aktivitását.

A diabetesben észlelhető cardiovascularis szövődmények kialakulásában például a glikált low density lipoproteinnek (gLDL) kulcsszerepe lehet. A gLDL kevésbé kötődik a specifikus LDL-receptorhoz, annál inkább a macrophagok scavenger típusú receptorához, és így a koleszterinben gazdag habos sejtek képződéséhez vezet (23). Szintén kedvezőtlen jelenség, hogy a gLDL lipidösszetétele is megváltozik. Ennek következtében könnyebben oxidálódik és intracelluláris felhalmozódása is kifejezettebb (24). Egyes szerzők szerint a glikált-oxidált LDL jobban károsítja az endothelfunkciót, mint az "egyszerű" oxidált LDL (25). A gLDL fokozza a macrophagokban a szuperoxid-anionok képződését, elősegíti az endothelsejteken az adhéziós molekulák expresszióját (24), és csökkenti az endothelsejt nitrogén-oxid-termelését (26). Mindezek a folyamatok az instabil plakk képződéséhez, az atherosclerosis felgyorsulásához vezetnek.

A glikáció csökkenti az albumin szállítókapacitását, a szuperoxid-dizmutáz enzim működését; az utóbbinak ismét szerepe lehet az oxidatív stresszben (27). Az inzulin is glikálódhat, és ez biológiai aktivitásának csökkenéséhez vezet (28).

Fontos hangsúlyozni, hogy bár a korai glikációs termékek reverzíbilisek, kiindulási alapot jelenthetnek a késői glikációs végtermékek képződéséhez.
 

A hyperglykaemia okozta kumulatív, irreverzíbilis változások

Késői glikációs végtermékek

Egyes, a hosszú életidejű fehérjéken (például kollagén, stabil makromolekulák) vagy a nukleotidok aminocsoportjain képződött korai glikációs termékek nem bomlanak el, hanem a kémiai átrendeződés lassan tovább folytatódik. Az Amadori-termékek összekapcsolódhatnak, oxidatív és nem oxidatív módon, immár irreverzíbilisen átalakulhatnak. Az így létrejövő stabil késői glikációs végtermékek (advanced glycosylation end-products, AGE) igen aktívak, és kovalens keresztkötéseket alakítanak ki egymás között, felszaporodásuk kumulatív jellegű. Az AGE-proteinek viszonylag rövid diabetestartamot követően jelennek meg: diabeteses gyermekeken már a pubertást megelőzően is kimutatták szignifikánsan emelkedett plazmakoncentrációjukat az egészséges kontrollokhoz képest (29). Szöveti, illetve plazmaszintjük a hyperglykaemia megszűnésével nem csökken a normális tartományba (30), kivéve talán a diabeteses gyermekeket, akiknél a rossz anyagcsereállapot tartós (kétéves) rendezésével a keringő AGE-proteinek szintjének csökkenéséről számoltak be (29). A keringő késői glikációs végtermékek kiválasztása a vesén keresztül történik és a glomerulusfiltráció csökkenésével egyenes arányban romlik. A dialízis egyik formája sem távolítja el a keringő késői glikációs végtermékeket. Úgy tűnik, hogy legalábbis részben, ezek a molekulák felelősek a végstádiumú veseelégtelenségben szenvedő cukorbetegek jelentős halálozási arányáért (31).

A késői glikációs végtermékek patofiziológiai hatásai:

• Fehérje- és kollagén-keresztkötések kialakulása az extracelluláris mátrixban.
• Receptoriális hatás megjelenése.
• Intracelluláris DNS-keresztkötések képződése.

Az AGE-keresztkötések hatása az extracelluláris mátrixban

Diabetes mellitusban az erek falában különböző plazmafehérjék progresszív akkumulációja figyelhető meg. Az artériák subintimalis részében elsősorban LDL, a mediában plazmaglikoproteinek rakódnak le. Kimutatták, hogy az LDL háromszorosan nagyobb affinitással kötődik az AGE által módosított kollagénhez, mint a fiziológiás szerkezetűhöz (30). A mikrocirkuláció ereiben szintén plazmaproteinek rakódnak le, főleg a mátrix AGE-részein. Ha egyszer egy egyébként rövid életű LDL-részecske vagy IgG-molekula kovalensen a mátrixban lévő AGE-hez kötődik, akkor újabb AGE kialakulására van lehetőség. A kialakult stabil keresztkötések miatt átépül a bazális membrán finom szerkezete, és megváltozik a kollagén szabályos struktúrája. A létrejött stabil szerkezetek a degradációs, "eltakarító" folyamatoknak is jobban ellenállnak. Mivel a bazálmembrán elveszti precíz geometriai elrendeződését, a pórusnagyság növekszik, és az eredeti negatív töltés csökken. Ezáltal tovább fokozódik a membrán permeabilitása, újabb plazmafehérjék kerülnek ki az érpályából a "mátrixcsapdába", tovább romlik a lumenszűkület. A bazálmembránban, illetve a kollagénen kialakult késői glikációs végtermékek hatására csökken a membrán proteoglikántartalma, ezáltal gyengül a membrán heparinkötő képessége, amely thrombusképződéshez vezethet. A megváltozott mátrixszerkezet következtében kóros mátrix-endothel, mátrix-thrombocyta kapcsolat alakulhat ki. A kóros mátrix-endothel kapcsolat egyik következménye, hogy a keresztkötéseket tartalmazó glikált kollagén jelenlétében csökken az angiogenesis, a kifejezett endothelsejt-proliferáció ellenére (32).
 

A késői glikációs végtermékek receptoriális hatásai
 

3. ábra. Az AGE-protein és a macrophag AGE-receptora kölcsönhatásának következményei

A késői glikációs végtermékek nemcsak közvetlenül, hanem sejtfelszíni receptorokhoz kötődve is kifejtik nemkívánatos hatásaikat. Számos AGE-kötő receptortípust fedeztek fel (például RAGE, AGE-R1, AGE-R2, AGE-R3), némelyik esetében a pontos hatás is ismert. AGE-receptorral rendelkező sejtek a monocyta-macrophag rendszer, endothelsejtek, pericyták, podocyták, az astrocyta és a microglia. Az AGE-receptorok fiziológiás szerepét szemlélteti a 3. ábra. Ha a macrophag AGE-receptora az AGE-proteint megköti, ez számos monokin elválasztását eredményezi, így például tumornekrózis-faktor (TNF), interleukin-1 (IL-1) szabadulhat fel (9, 33). Ezek a monokinek jelentős változásokat indíthatnak el a környező sejtekben. A mesenchymalis sejtekből kollagenáz és extracelluláris hidrolázok áramlanak ki, amelyek elpusztítják az AGE által módosított fehérjéket. Az endothelsejtekben a növekedési faktorok termelése és elválasztása fokozódik, a következményes endothel- és simaizomsejt-proliferáció hivatott az "eltakarító folyamat" által okozott sérülések "gyógyítására". Ugyanakkor ezek a változások a thrombusképződés irányába is hatnak: a TNF és az IL-1 hatására az endothelsejtben megindul a szövetifaktor-szerű prokoaguláns és a plazminogénaktivátor-inhibitor (PAI-1) termelése. Az AGE-protein és az AGE-receptor kölcsönhatásának következményei fiziológiás körülmények között jól szabályozott módon működnek. Diabetesben azonban az ismétlődő, illetve a tartós hyperglykaemiák hatására - vélhetőleg az AGE-proteinek jelentős túlkínálata és a degradációs folyamatoknak való ellenállása miatt - megbomlik a finom fiziológiás egyensúly. Ennek következtében az endothel, a simaizom és a mesangium sejtjeinek kifejezett proliferációja alakul ki, valamint thrombus képződik. A megnövekedett citokintermelésen kívül az AGE-protein és az AGE-receptor közti kötés számos egyéb következményét is megfigyelték (2. táblázat). AGE-proteinnel történt inkubáció során a retina microvascularis eredetű endothelsejtjeiben csökkent a nitrogén-oxid-szintézis (34). Szintén microvascularis endothelsejteken észlelték, hogy AGE-protein jelenlétében - valószínűleg a RAGE típusú receptor közvetítésével - mérséklődött az endothel prosztaciklin- (PGI2) termelése, ugyanakkor emelkedett a plazminogénaktivátor-inhibitor-1 szintézise. Ez az eredmény is azt sugallja, hogy a késői glikációs végtermékek szerepet játszanak abban, hogy cukorbetegekben fokozott a thrombocytaaggregáció, és csökkent a fibrinolízis (35). Ugyancsak a thrombusképződésre hajlamosít a trombomodulinexpresszió csökkenése; ezt diabeteses állatból származó éren, az AGE-protein endothelsejthez kötődését követően figyelték meg (36). A kialakuló trombin és az aktivált X. faktor képződése miatt a vérlemezkékben növekszik a thrombocyta eredetű növekedési faktor (PDGF) szintézise és kibocsátása, ami további érfali hyperplasiához és hypertrophiához vezet. Az AGE-protein fokozza a humán endothelsejteken az adhéziós molekulák expresszióját. Főleg a VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1), de kisebb mértékben az ICAM-1 (intercellular adhesion molecule-1) és az E-szelektin megjelenését észlelték (37). Mene és munkatársai írták le, hogy az AGE-protein hatására a vese mesangialis sejtjeiben csökkent mind az intracelluláris Ca⁺⁺-raktárakból származó, mind a sejtmembránon át történő Ca⁺⁺-beáramlás, és így romlott a citoszol Ca⁺⁺-szint-emelkedéséhez kötött jelátvitel (38). Ezzel a megfigyeléssel is magyarázható a diabeteses veseelváltozás korai szakában észlelhető csökkent vasoconstrictor válasz. Végül, az AGE-protein-AGE-receptor kötés is szabadgyök-képződéshez vezethet (9).
 

Intracelluláris nukleinsav-keresztkötések

A nukleotidok aminocsoportjai szintén glikálódhatnak nem enzimatikus módon, bár ez a folyamat kevésbé aktív, mint a fehérjék glikációja. Keveset tudunk arról, hogy milyen következménnyel jár a késői glikációs végtermékek kialakulása a DNS-en. Feltételezhető, hogy a módosult DNS miatt megváltozik a sejt normális életciklusa. Talán ez is hozzájárul a retinakapillárisok pericytáiban észlelhető idő előtti sejtpusztuláshoz (9).
 

A mitogénaktivált proteinkinázok szerepe a cukorbetegség  késői szövődményeinek kialakulásában

Az utóbbi időben egyre inkább előtérbe kerül az az elképzelés, hogy az eddig részletezett, a diabetes szövődményeihez vezető folyamatok a mitogénaktivált protein- (MAP) kinázokon keresztül befolyásolják a sejtek életműködését és idézik elő az elváltozásokat. A mitogénaktivált proteinkinázok olyan szerin-, illetve treoninspecifikus kinázok, amelyeket extracelluláris ingerek aktiválnak. Aktiválódásuk során treonin és tirozin aminosavaik foszforilálódnak. Három fő csoportjukat különböztetjük meg: az extracelluláris szignál szabályozta kinázokat (extracellular signal regulated kinases, ERK), a c-Jun N-terminális kinázokat (c-Jun N terminal kinases, JNK) és a p38-kinázokat. Az egyes csoportokba tartozó kinázokat hasonló ingerek aktiválják és szubsztrátjaik is hasonlóak. Az ERK és a JNK csoportba három-három kináz tartozik (jelölés: 1, 2, 3), míg a p38-csoportba négy kináz tartozik (jelölés: alfa, béta, gamma, delta). Az ERK-csoportba tartozókat elsősorban a növekedési faktorok stimulálják, a JNK-csoport tagjai stresszaktivált proteinkinázok, és a p38-csoport kinázai főleg az ozmotikus változásokra érzékenyek. Bizonyos körülmények között mind az ERK-, mind a p38-csoport kinázai aktiválódnak stresszhatásokra (16).

Egy ma még ismeretlen "ozmoszenzoron" keresztül a hiperozmoláris környezet a veséből származó sejtekben főleg a p38-kinázok aktivációját idézi elő. E kinázok működése következtében olyan fehérjéket kódoló gének transzkripciója történik meg, amelyek ozmoprotektív folyamatokban vesznek részt. Az eddig észlelt MAP-kinázok által aktivált ozmoprotektív folyamatok között a poliol anyagcsereutat nem találták meg. Úgy tűnik, hogy nemcsak az extracelluláris hiperozmolaritás, hanem az intracelluláris ozmotikus stressz is aktiválja a MAP-kinázokat (16).

Néhány éve Haneda és munkatársai közölték, hogy magas cukortartalmú környezetben inkubált mesangialis sejtekben a proteinkináz C és a MAP-kinázok egyaránt aktiválódtak (39). Valószínű, hogy a proteinkináz C aktiválni tudja a MAP-kinázokat. Ezt bizonyítja az a megfigyelés is, hogy olyan anyagok jelenlétében, amelyek gátolják a proteinkináz C működését, a MAP-kinázok aktivációja elmarad (40). Diabetesben, ahol az ér eredetű sejtekben fokozott a proteinkináz C-aktivitás, a következményes MAP-kináz-működéseknek szerepe lehet a szövődmények kialakulásában.

Számos kísérleti eredmény bizonyította, hogy a sejtben zajló oxidatív stressz aktiválja a MAP-kinázokat. Bár még korántsem ismerjük a fenti folyamat egészét, bizonyos részletek már körvonalazódnak. Úgy tűnik, hogy azok az oxidatív folyamatok, amelyek az intracelluláris redukált glutation csökkenését eredményezik, elsősorban az ERK-kinázokat aktiválják (41). A hidrogén-peroxid mind a három típusú MAP-kináz-csoport működését fokozza (42). További vizsgálódás tárgya, hogy vajon mely, az oxidatív stressz által aktivált MAP-kináz-működések károsak, és melyek protektívak a diabetes késői szövődményeinek kialakulása szempontjából.

Végül az utóbbi idők vizsgálatainak eredménye az, hogy a RAGE receptorhoz kötött késői glikációs végtermékek is aktiválják a MAP-kinázokat. Ezen új megfigyelések azt sugallják, hogy az így aktivált MAP-kinázok működésének következtében megváltozik a sejtek fenotípusa és sejtproliferáció indul el (43, 44).
 

Egyéb tényezők jelentősége a diabetes mellitus késői szövődményeinek kialakulásában

A hyperglykaemián kívül a hypertonia, a hyper-, illetve dyslipoproteinaemia és a genetikai adottságok is befolyásolják a cukorbetegekben a késői szövődmények kialakulását. Ma már bizonyított, hogy mind az 1-es, mind a 2-es típusú diabetes mellitusban az emelkedett vérnyomásnak jelentős szerepe van a micro- és macrovascularis szövődmények létrejöttében. Megfelelő vérnyomáscsökkentő kezeléssel a szövődmények progressziója csökkenthető. A cukorbetegeknél gyakran észlelhető dyslipidaemia jelentőségéről nemrég jelent meg hazai összefoglaló közlemény (45). Ma még kevéssé ismerjük azokat a genetikai tényezőket, amelyek meghatározzák, hogy az azonos ideig és azonos mértékben fennálló hyperglykaemia miért okoz az egyik cukorbetegnél súlyos, a másiknál kevésbé kifejezett szövődményeket: ilyen szerepe lehet a nephropathia kialakulásában az angiotenzinkonvertáló enzim polimorfizmusának. Ugyancsak genetikai adottság, hogy a késői glikációs végtermékek képződése során vajon a kevésbé agresszív oxidatív út vagy a sokkal aktívabb végtermékekhez vezető, nem oxidatív folyamatok dominálnak-e.
 

A "mérsékelt" hyperglykaemia mint cardiovascularis rizikótényező

A cukorbetegség ma érvényes WHO-kritériumait el nem érő, vércukorszint-emelkedéssel járó szénhidrátanyagcsere-zavarok - a csökkent glükóztolerancia és a kóros éhomi vércukorszint - is fokozott cardiovascularis rizikót jelentenek (46-49). Úgy tűnik, hogy a cardiovascularis morbiditás és mortalitás szempontjából főleg a postprandialis hyperglykaemiának van jelentősége (50-52). Figyelemre méltó az is, hogy egyre több populációs és klinikai vizsgálat bizonyítja, hogy a normális tartomány felső régiójába eső vércukorszint is cardiovascularis rizikótényező (53-55).
 

Összegzés

A hyperglykaemia egyrészt akut, reverzíbilis, másrészt kumulatív, irreverzíbilis változásokat hoz létre a sejtekben és környezetükben. Ezek a változások olyan funkcionális és strukturális eltéréseket okoznak elsősorban a kis- és nagyerekben, valamint a perifériás idegekben, amelyek a célszervek kóros működéséhez vezetnek. Cukorbetegségben a "közel normoglykaemiás" szénhidrát-anyagcserére törekvő kezeléssel a szövődmények kialakulása késleltethető, esetleg megelőzhető, súlyossága csökkenthető. Szűrővizsgálattal és megfelelő prevencióval pedig még a diabetes mellitus, illetve a szövődmények megjelenése előtt észlelhető és befolyásolható lehetne a kóros szénhidrátanyagcsere-állapot. A szövődmények kifejlődésében a hyperglykaemián kívül egyéb (kezelhető!) rizikófaktoroknak is jelentős szerepük van. Valószínűleg szintén meghatározó tényező a glükóz okozta toxikus hatások "feldolgozásában" az egyén genetikai adottsága (4. ábra).
 

4. ábra. A diabetes mellitus késői szövődményeinek kialakulását befolyásoló tényezők

Irodalom

1. DCCT Research Group. The effect of intensive treatment of diabetes on the development and progression of long-term complications insulin-dependent diabetes mellitus. N Eng J med 1993;329:977-86.
2. UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes. Lancet 1998;352:837-53.
3. Smardo FL, Burg MB, Garcia-Perez A. Kidney aldose reductase gene transcription is osmotically regulated. Am J Physiol 1992;262:C776-82.
4. Bondy CA, Lightman SL. Developmental and physiological pattern of aldose reductase mRNA expression in lens and retina. Mol Endocrinol 1989;3:1417-25.
5. Gillon KRW, King RHM, Thomas PK. The pathology of diabetic neuropathy and the effects of aldose reductase inhibitors. In: Watkins PJ (ed). Long Term Complications of Diabetes. Clinics in Endocrinology and Metabolism. London: WB Saunders; 1986. p. 837-54.
6. Xiong H, Cheng HM. Aqueous/vitreous tonicity in "sugar" cataracts. Ophthalmic Res 1989;21:292-6.
7. Greene DA, Lattimer SA, Sima AAF. Sorbitol, phosphoinositides, and sodium-potassium-ATPase in the pathogenesis of diabetic complications. N Eng J Med 1987;316:599-606.
8. Williamson JR, Change K, Ostrow E, Allision W, Harlow J, Kilo C. Sorbitol-induced increases in vascular albumin clearance are prevented by pyruvate but not myoinositol. Diabetes 1989;38(Suppl 2):94A.
9. Pickup JC, Williams G. Chronic Complications of Diabetes. Oxford: Blackwell Scientific Publications; 1994.
10. Dyck PJ, Zimmermann BR, Vilen TH, Minnerath SR, Karnes JL, Yao JK, et al. Nerve glucose, fructose, sorbitol, myo-inositol, and fiber degeneration and regeneration in diabetic neuropathy. N Eng J Med 1988;319:360-62.
11. Craven PA, De Rubertis FR. Protein kinase C is activated in glomeruli from streptozotocin diabetic rats. Possible mediation by glucose. J Clin Invest 1989;83:1667-75.
12. Lee T-S, Saltsman KA, Ohashi H, King GL. Activated of protein kinase C by elevation of glucose concentration: Proposal for mechanism in the development of diabetic vascular complications. Proc Natl Acad Sci USA 1989;86:5141-5.
13. Inoguchi T, Battan R, Handler E, Sportsman JR, Heath W, King GL. Preferential elevation of protein kinase C isoform bII and diacylglycerol levels in aorta and heart of diabetic rats: differential reversibility in glycemic control by islet cell transplantation. Proc Natl Acad Sci USA 1992;89:11059-63.
14. Kunisaki M, Bursell S-E, Umeda F, Nawata H, King GL. Normalization of diacylglycerol-protein kinase C activation by vitamin E in aorta of diabetic rats and cultured rat smooth muscle cells exposed to elevated glucose levels. Diabetes 1994;43:1372-7.
15. Doanes AM, Hegland DD, Sethi R, Kovesdi I, Bruder JT, Finkel T. VEGF stimulates MAPK through a pathway that is unique for receptor tyrosine kinases. Biochem Biophys Res Commun 1999;255:545-8.
16. Tomlinson DR. Mitogen-activated protein kinases as glucose transducers for diabetic complications. Diabetologia 1999;42:1271-81.
17. Nishigaki I, Hagihari M, Tsunekawa T, Masaki M, Yagi K. Lipid peroxide level of serum lipoprotein fractions of diabetic patients. Biochem Med 1981;25:373-8.
18. Young IS, Torney JJ, Trimble ER. The effect of ascorbate supplementation on oxidative stress in the streptozotocin diabetic rat. Free Radic Biol Med 1992;13:41-6.
19. Cameron NE, Cotter MA, Maxfield EK. Anti-oxidant treatment prevents the development of peripheral nerve dysfunction in streptozotocin-diabetic rats. Diabetologia 1993;36:299-304.
20. Ziegler D, Gries FA. Treatment a-lipoic acid in the treatment of diabetic peripheral and cardiac autonomic neuropathy. Diabetes 1997;46:S62-6.
21. Halmos T, Jermendy Gy. Diabetes mellitus. A cukorbetegség klinikai vonatkozásai. Budapest: Medicina; 1997.
22. Chibber R, Molinatti PA, Kohner EM. Intracellular protein glycation in cultured retinal capillary pericytes and endothelial cells exposed to high-glucose concentration. Cell Mol Biol 1999;45:47-57.
23. Lyons TJ. Lipoprotein glycation and its metabolic consequences. Diabetes 1992;41(Suppl2):67-73.
24. Graier WF, Kostner GM. Glycated low-density lipoprotein and atherogenesis: the missing link between diabetes mellitus and hypercholesterolaemia? Eur J Clin Invest 1997:27:457-9.
25. Galle J, Schneider R, Winner B, Lehmann-Bodem C, Schinzel R, Münch G, et al. Glyc-oxidized LDL impair endothelial function more potently than oxidized LDL: role of enhanced oxidative stress. Atherosclerosis 1998;138:65-77.
26. Posch K, Simecek S, Wascher TC, Jürgens G, Baumgartner-Parzer S, Kostner GM, et al. Glycated low-density lipoprotein attenuates shear stress-induced nitric oxide synthesis by inhibition of shear stress-activated l-arginin uptake in endothelial cell. Diabetes 1999;48:1331-7.
27. Chiou YJ, Tomer KB, Smith PC. Effect of nonenzymatic glycation of albumin and superoxide dismutase by glucuronic acid and suprofen acyl glucuronide on their functions in vitro. Chem Biol Interact 1999;121:141-59.
28. Abdel-Wahab YM, O`Harte FP, Boyd AC, Barnett CR, Flatt PR. Glycation of insulin results in reduced biological activity in mice. Acta Diabetol 1997;34:265-70.
29. Chiarelli F, de Martino M, Mezzetti A, Catino M, Morgese G, Cuccurullo F, et al. Advanced glycation end products in children and adolescents with diabetes relation to glycemic control and early microvascular complications. J Pediatr 1999;134:486-91.
30. Brownlee M, Cerami A, Vlassara H. Advanced glycosylation end products in tissue and the biochemical basis of diabetic complications. N Eng J Med 1988;318:1315-21.
31. Friedman EA. Advanced glycosylated end products and hyperglycemia in the pathogenesis of diabetic complications. Diab Care 1999;22:B65-B71.
32. Kuzuya M, Statke S, Ai S, Asai T, Kanda S, Ramos MA, et al. Inhibition of angiogenesis on glycated collagen lattices. Diabetologia 1998;41:491-9.
33. Pugliese G, Pricci F, Romeo, Pugliese F, Mene P, Giannini S, et al. Upregulation of mesangial growth factor and extracellular matrix synthesis by advanced glycation end products via a receptor-mediated mechanism. 1997;46:1881-7.
34. Chakravarthy U, Hayes RG, Stitt AW, McAuley E, Archer DB. Constitutive nitric oxide synthase expression in retinal vascular endothelial cells is suppressed by high glucose and advanced glycation end products. Diabetes 1998;47:945-52.
35. Yamagishi S, Fujimori H, Yonekura H, Yamamoto Y, Yamamoto H. Advanced glycation endproducts inhibit prostacyclin production and induce plasminogen activator inhibitor-1 in human microvascular endothelial cells. Diabetologia 1998;41:1435-41.
36. Vlassara H, Esposito C, Gerlach  H, Stern D. Receptor-mediated binding of glycosylated albumin to endothelium induces tissue necrosis factor and acts synergistically with TNF procoagulant activity. Diabetes 1989;38 (Suppl 2):32A.
37. Kunt T, Forst T, Harzer O, Buchert G, Pfutzner A, Lobig M, et al. The influence of advanced glycation endproducts (AGE) on the expression of human endothelial adhesion molecules. Exp Clin Endocrinol Diabetes 1998;106:183-8.
38. Mene P, Pascale C, Teti A, Bernardini S, Cinotti GA, Pugliese F. Effects of advanced glycation end products on cytosolic Ca signaling of cultured human mesangial cells. J Am Soc Nephrol 1999;10:1478-86.
39. Haneda M, Kikkawa R, Sugimoto T. Abnormalities in protein kinase C and MAP kinase cascade in mesangial cells cultured under high glucose condition s. J Diabetes Complications 1995;9:246-8.
40. Wood KW, Sarnecki C, Roberts TM, Blenis J. Ras Mediated nerve growth factor receptor modulation of three signal-transducing protein kinases: MAP kinase, Raf-1, and RSK. Cell 1992;68:1041-50.
41. Numazawa S, Yamada H, Furusho A, Nakahara T, Oguro T, Yoshida T. Cooperative induction of c-fos and heme oxygenase gene products under oxidative stress in human fibroblastic cells. Exp Cell Res 1997;237:434-4.
42. Guyton KZ, Liu Y, Gorospe M, Xu Q, Holbrook NJ. Activation of mitogen-activated protein kinase by H2O2. Role in cell survival following oxidant injury. J Biol Chem 1996;271:4138-42.
43. Simm A, Munch G, Seif F. Advanced glycation endproducts stimulate the MAP-kinase pathway in tubulus cell line LLC-PK1. FEBS Lett 1997;410:481-4.
44. Thornalley PJ. Cell activation by glycated proteins. AGE receptors, receptor recognition factors and functional classification of AGE cells. Mol Neurobiol 1998;44:1013-23.
45. Paragh GY, Balogh Z. Atherosclerosis és szekunder dyslipidaemiák. Lege Artis Med 1999;9:743-53.
46. WHO Study Group. Diabetes mellitus. WHO Technical Report Series 727. Geneva: WHO 1985.
47. The expert committee on the diagnosis and classification of diabetes mellitus. Report of the expert committee on the diagnosis and classification of diabetes mellitus. Diab Care 1997;20:1183-97.
48. Grundy SM, Benjamin IJ, Burke GL, et al. Diabetes and cardiovascular disease. A statement for healthcare professionals from the American Heart Association. Circulation 1999;100:1134-46.
49. Countinho M, Gerstein HC, Wang Z, Yusuf S. The relationship between glucose and incident cardiovascular events. Diab Care 1999;22:223-40.
50. Hanefeld M, Fischer S, Julius U, Schulze J, Schwanebeck U, Schmechel H, et al. The DIS Group. Risk factors for myocardial infarction and death in newly detected NIDDM: the Diabetes Intervention Study, 11-year follow-up. Diabetologia 1996;39:1577-83.
51. The DECODE Study Group. Consequences of the new diagnostic criteria for diabetes in older men and women. Diab Care 1999;22:1667-71.
52. The DECODE Study Group. Glucose tolerance and mortality: comparison of WHO and American Diabetes Association diagnostic criteria. Lancet 1999;354:617-21.
53. Bjornholt J, Erikssen G, Aaser E, Sandvik L, Nitter-Hauge S, Jervell J, et al. Fasting blood glucose: an underestimated risk factor for cardiovascular death. Results from a 22-year follow-up of healthy nondiabetic men. Diab Care 1999;22:45-9.
54. Pais P, Pogue J, Gerstein Z, Zachariach E, Savitha D, Jayprakash S, et al. Risk factors for acute myocardial infarction in Indians: a case-control study. Lancet 1996;348:358-63.
55. Hosszúfalusi N, Pánczél P, Jánoskuti L. Hyperinsulinaemia predicts coronary heart disease risk in healthy middle-aged men. Circulation 1999;100:118 (Letter).

Hyperglycaemia has an important pathogenic role in the development of chronic diabetic complications. Elevated blood glucose level damages tissues by causing both acute, reversible changes in cellular metabolism and cumulative, irreversible alterations in stable macromolecules. Among the reversible abnormalities are the increased polyol pathway activity, the modified activation of protein kinase C, the enhanced oxidative stress and the formation of early glycosylation products. The most important irreversible change caused by hyperglycaemia is the formation and the accumulation of advanced glycosylation end-products (AGEs). The AGEs destroy the structure of basement membrane and the extracellular matrix, impair the endothelial and the vascular smooth muscle cell function and promote the thrombogenic changes. It is suggested that mitogen-activated protein kinases may be involved in the biochemical anomalies arising form hyperglycaemia.

Correspondence: dr. Hosszúfalusi Nóra: Semmelweis University Budapest, 3rd Department of Internal Medicine;
H-1125 Budapest, Kútvölgyi út 4.

hyperglycaemia, diabetic complications, diabetes mellitus, glycosylation, advanced glycosylation end-products, MAP kinase