Системное изменение активности свободнорадикальных окислительных процессов
Результаты многочисленных исследований свидетельствуют об активации свободнорадикальных окислительных процессов, в том числе процессов ПОЛ, на разных стадиях и при разных клинических вариантах сахарного диабета.
Индукция диабета в эксперименте путем инъекции животным стрептозотоцина или аллоксана однозначно сопровождается повышением содержания ТБК-РП в плазме крови, печени, почках, сердце, легких и других органов, что показано в сотнях работ [1098]; увеличивается также генерация супероксид-аниона, определяемая по скорости восстановления циркулирующего в крови цитохрома с [930]. Усиление синтеза O2 можно объяснить как активацией NAD^H^^^^, так и повышением экспрессии ее субъединиц: так, в миокарде крыс со стрептозотоцин-индуцированным диабетом возрастали как экспрессия мембранной и цитозольной субъединиц p22phox и p67phox, так и транслокация последней в мембрану в ходе активации NAD(P)H-оксидазного комплекса, эффект отменялся при назначении животным антиоксиданта N-ацетилцистеина [696]; показано возрастание ферментативной активности NAD(P)H-оксидаз эндоте- лиоцитов под действием инсулина [860], глюкозы и СЖК [792], конечных продуктов неферментативного гликирования (КПНГ) [1731].
В подавляющем большинстве клинических исследований также обнаруживается безусловное усиление генерации прооксидантов и связанное с этим накопление продуктов окислительной модификации липидов, белков и нуклеиновых кислот. Так, у детей с сахарным диабетом типа I в эритроцитах на 63 % [89] или 110 % [1105] увеличено содержание МДА и на 51 % — диеновых конъюгатов по сравнению с показателями группы сравнения [89]. У взрослых пациентов также существенно повышается уровень МДА в сыворотке крови: как показано в наших исследованиях, в 1,9 раза, а при наличии диабетических микроангиопатий — в 2,3 раза [30] (по данным Martin-Gallan P. et al., соответственно в 1,5 и 1,6 раза [1104]).
Активация процессов ПОЛ коррелирует с продолжительностью заболевания и содержанием в крови гликированного гемоглобина HbA1c, при этом находясь в обратной зависимости от концентрации восстановленного глутатиона в эритроцитах и общей антиоксидантной активности плазмы [606].Выявлено возрастание концентрации ТБК-РП в плазме крови больных сахарным диабетом типа II [287, 1484], при этом гиперлипидемия усугубляет накопление конечных продуктов ПОЛ, приводя к 2,4-кратному увеличением уровня ТБК-РП в плазме крови и 2,3-кратному — диеновых конъюгатов [870], гломерулосклероз характеризуется повышением содержания МДА в 2,5 раза в плазме крови и в 6,4 раза — в моче [442], при сопутствующей ретинопатии также отмечается усиление перекисного окисления липидов плазмы крови, оцениваемого по концентрации МДА и 4-гидроксиноненаля [1336]. В исследовании KomosMska-Vassev et al. обнаружено, что даже при хорошем гли- кемическом контроле концентрация ТБК-РП и диеновых конъюгатов в плазме крови лиц, страдающих диабетом типа II, значимо возрастает, а неудовлетворительный гликемический контроль и/или наличие ангиопатий усугубляет активацию процессов ПОЛ [918]. В то же время Bono et al. показали, что количество ТБК-РП в эритроцитах было увеличено на 61 % у взрослых людей с обоими типами сахарного диабета с плохой компенсацией, но не было изменено у пациентов с хорошим уровнем гликемии [355]. Это согласуется с данными ряда исследований, в которых продемонстрировано снижение выраженности окислительного стресса в результате проведения адекватной инсулиновой и сахароснижающей терапии, сопровождающейся улучшением гликометаболического контроля, у больных диабетом как первого [424, 1814], так и второго типов [287, 1484, 1814]. Повышенный уровень Н2О2 и МДА в сыворотке больных диабетом обоих типов снижался после двух недель интенсивной инсулиновой терапии [1754].
Для сахарного диабета типа II характерно возрастание содержания гидроперекисей липидов в плазме крови (более чем в 5 раз) [1104], более выраженное при длительном (более трех [1188] или пяти лет [780]) течении заболевания и ассоциированное с уровнем глюкозы [780] и маркерами активации эндотелия (Р-селектин) и тромбоцитов (тет- ранектин) [1188].
Насыщенность липопротеинов высокой плотности липопероксидами находилась в реципрокной взаимосвязи с активностью в них параоксоназы, и ЛВП пациентов менее эффективно, чем липопротеины здоровых людей, защищали мембраны эритроцитов от окислительного повреждения, что может вносить существенный вклад в развитие атеросклероза при сахарном диабете [603].Существенно увеличивается экскреции F2-изопростанов с мочой, особенно демонстративно (в 3 раза по сравнению со здоровыми людьми) при впервые выявленных случаях [527].При сахарном диабете типа II также увеличивается концентрация липопероксидов в эритроцитах [89, 840], F2-изопростанов в плазме крови и в моче [826]; в крови повышается уровень аутоантител к окисленным ЛНП [779], а выделенные ЛНП характеризуются высоким содержанием МДА и липогидропероксидов, их устойчивость к Cu2+- индуцированному окислению снижена [119, 154, 182].
В рамках проводимого в США когортного исследования Insulin Resistance Atherosclerosis Study (IRAS) был выполнен проспективный анализ взаимосвязи между содержанием 2,3-динор-5,6-дигидро-15^й-изопростана в моче, используемым в качестве маркера окислительного стресса, и риском развития диабета типа II [789]. Выявленная взаимосвязь оказалась негативной, хотя во многих эпидемиологических ретроспективных исследованиях показано наличие прямой корреляции между выраженностью окислительного стресса и частотой инсулиннезависимого диабета [1426]. Для объяснения этого парадоксального результата авторы использовали концепцию метаболической адаптации, согласно которой чем более выражена у индивидуума способность окислять жиры, тем менее он подвержен ожирению и, следовательно, риск развития диабета у такого человека снижен.
У пациентов, страдающих сахарным диабетом, помимо липидов окислительной модификации подвержены белки и нуклеиновые кислоты. Так, при диабете типа I выявлено увеличение концентрации белковых карбонильных групп в плазме крови [1104], при этом степень окислительного повреждения белков взаимосвязана с выраженностью сосудистых осложнений [29]. Диабет типа II характеризуется уменьшением содержания тиоло- вых групп белков в эритроцитах и плазме крови [918], возрастанием уровня карбонильных групп в мембранах эритроцитов [482] и плазме.
Свободнорадикальное повреждение нарушает структуру и функциональную активность белков системы коагуляции, приводя к повышению свертываемости крови [530]. Накопление в эритроцитах продуктов свободнорадикального окисления белков увеличивалось с возрастом (причем в большей степени, нежели у здоровых людей), данная тенденция усугублялась при наличии гипертензии. Кроме того, эритроциты пациентов на внешней поверхности мембраны содержали аддукты Михаэля с 4-гидроксиноненалем (продуктом ПОЛ), количество которых также повышалось с возрастом и при артериальной гипертензии [482].В работе Varvarovska et al. выявлено, что хотя дети, страдающие сахарным диабетом типа I, по уровню повреждений (разрывов) ДНК не отличались от группы сравнения, тем не менее нельзя утверждать, что их ДНК не претерпевает окислительной деструкции, о чем свидетельствует значимое повышение интенсивности процессов репарации у больных детей [1683]. Показано накопление продуктов окислительного повреждения ДНК в сыворотке и моче при сахарном диабете типа II [826].
У больных диабетом обнаружена повышенная продукция O2 в сыворотке, которая коррелировала с уровнем глюкозы и содержанием гликозилированных белков в плазме и уменьшалась при улучшении метаболического контроля [424, 780]. Одним из наиболее вероятных источников генерации супероксид-аниона может быть NADPH-оксидаза циркулирующих лейкоцитов: показано, что в гранулоцитах больных сахарным диабетом типа II существенно увеличена экспрессия мРНК, содержание белка и активность мембранной субъединицы p22phox фермента, и при наличии микроангиопатий это увеличение носит более выраженный характер [230]. При этом экспрессия p22phox прямо коррелировала с содержанием гликированного гемоглобина, ТБК-РП и карбонильных групп белков в плазме крови и негативно — с экспрессией гемоксигеназы-1 в лейкоцитах [230]. Кроме того, полиморфизм C242T гена CYBA, кодирующего субъединицу p22phox, сопряжен с риском развития нефропатии при диабете типа II.
Частота встречаемости гомозиготного генотипа ТТ (у носителей которого активность NADPH-оксидазы снижена) существенно выше у пациентов без нефропатии; риск возникновения нефропатии возрастает при комбинации генотипа СС гена p22phox и GT +TT гена рецептора к КПНГ (полиморфизм G1704T) [1115].Длительная гипергликемия при диабете приводит к значительным изменениям функциональной активности нейтрофилов и моноцитов крови. Концентрации глюкозы выше физиологических в культуральной среде подавляли хемотаксис, фагоцитоз и микробицидную активность нейтрофилов здоровых людей, однако адгезия и продукция АКМ при этом возрастали [4, 1756]. Моноциты лиц, страдающих сахарным диабетом типа I, генерировали супероксид-анион в повышенных количествах как в покое, так и при стимуляции липополисахаридом [541]. У больных с диабетом типа II также выявляется повышенная продукция АКМ моноцитами и гранулоцитами крови: скорость генерации O2 и восстановления нитросинего тетразолия нестимулированными нейтрофилами диабетических больных почти в 3 раза превышала таковую здоровых людей [758, 1248], были увеличены продукция АКМ резидентными и стимулированными фор- мил-метионил-лейцил-фенилаланином лимфоцитами и содержание внутриклеточного Са2+ [1249]. В то же время поверхностный заряд и содержание внутриклеточного лизоцима были сниженными [1755]. При диабете наблюдается прямая корреляция между активностью щелочной фосфатазы в нейтрофилах и уровнем гликозилирования гемоглобина в крови. В 38 % случаев при диабете типа I в крови выявляются аутоантитела к миелопероксидазе, у людей с аутоиммунными патологиями этот показатель составлял 20 %, а у здоровых лиц 3,7 %, что указывает на активацию нейтрофилов и повышенный уровень дегрануляции [228]. Активность МПО в лейкоцитах у больных была снижена, и выраженность этого снижения возрастала с повышением тяжести течения диабета [180]. Несмотря на развитие состояния «субактивации» в нейтрофилах крови больных диабетом, их микробицидная активность падает, что может служить одной из причин предрасположенности данных больных к развитию инфекционно-воспалительных осложнений [180, 1756].
Таким образом, длительная гипергликемия активирует эффекторные клетки (нейтрофилы), что может индуцировать нарастание экстрацеллюлярных патологических процессов, формирующих клиническую картину сосудистых осложнений сахарного диабета [4].Синтез NO· эндотелием при диабете типа II снижен, в результате чего нарушается эндотелийзависимая релаксация сосудов [5]. Полиморфизм T-786C и C774T гена эндотелиальной NO-синтазы влияет на время развития ретинопатии при инсулинзависимом диабете: у гомозиготных носителей мутации в промоторе (C-786C) на 50 % снижается транскрипция мРНК и содержание фермента и на 5 лет раньше, чем у пациентов с генотипом T-786T, развивается требующая операции тяжелая ретинопатия; в то время как мутация C774T, напротив, отдаляет возникновение осложнения: фотокоагуляция сетчатки у людей с генотипом T774T проводилась на 6 лет позже, чем у гомозигот C774C [1610].
Активация процессов свободнорадикального окисления при сахарном диабете усугубляется, а возможно и провоцируется нарушением секвестрации ионов железа — катализаторов реакции Фентона, продуктом которой является высокореакционный ОН-радикал. Так, обнаружено, что заболевание сопровождается уменьшением железосвязывающей антиоксидантной активности сыворотки крови, что в случае диабета типа I отчасти объясняется снижением концентрации трансферрина и его функциональной активности в результате гликирования [1675]. Показано увеличение продукции ОН· при сахарном диабете диабете типа II: у пациентов в 14 раз возрастает экскреция с мочой орто-тирозина, продукта окисления тирозина ОН-радикалом, а в случае осложнения диабета хронической почечной недостаточностью III степени — в 17 раз [1165].