Системное изменение антиоксидантной защиты

Данные большого количества работ, как экспериментальных, так и клинических, в которых изучалось влияние сопровождающих диабет патологических процессов на активность антиоксидантной защиты, довольно неоднозначны и зачастую противоречивы.

При стрептозотоцин-индуцированном диабете активность СОД в печени крыс снижалась через 2 недели (самцы Вистар) после внутриперитонеальной инъекции (60 мг/кг) [265], через 3 (самки Спрэг-Доули) [1097] и 4 недели (самцы Вистар) [267] после внутривенной инъекции 50 мг/кг препарата, а через 8 недель либо не изменялась (45 мг/кг стрептозотоцина внутривенно самцам Вистар) [1135], либо возрастала (80 мг/кг внутриперитонеально самцам Спрэг-Доули) [817] Столь же разнородна картина изменения активности СОД и в других органах животных с диабетом, вызванным введением стрептозотоцина или аллоксана. Так, в почках через 3 недели после начала эксперимента она оставалась на уровне нормы [267], через 6 недель либо не изменялась [1097], либо снижалась [1382], либо увеличивалась [876], и была повышена через 12 недель [442, 876]. Если Kaul et al. выявили падение активности СОД в сердце крыс Спрэг-Доули через 4 и 8 недель после инъекции стрептозотоцина [868], то через 9 [696] и 32 недели [1559] показано возрастание активности фермента в миокарде животных линии Вистар.

Более согласующиеся данные получены в результате исследования изменения содержания каталазы в тканях и органах животных с химически индуцированным диабетом. Однозначно показано повышение активности фермента в мозге, миокарде и аорте, в то время как в печени, почках и эритроцитах стрепотозотоцин-индуцированных крыс выявлено как падение, так и увеличение активности каталазы по сравнению с контролем (подробный анализ экспериментальных данных см. в обзорной статье Maritim et al. [1098]); более чем в 4 раза снижена активность фермента в перитонеальных макрофагах крыс с аллоксановым диабетом [1307]. Аналогично в многочисленных экспериментах продемонстрировано, что введение крысам диабетогенов приводит к возрастанию активности ГПО в их печени, почках, аорте, поджелудочной железа, эритроцитах (лишь в части работ обнаружено снижение активности фермента в миокарде и сетчатке), что сопряжено с однонаправленным тотальным уменьшением содержания восстановленного глутатиона, кофермента глутатионпероксидазы [1098]. Индукция у мышей диабета необычно высокой дозой стрептозотоцина (200 мг/кг внутривенно) сопровождалась выраженным (трехкратным) повышением экспрессии мРНК внеклеточной изоформы ГПО (ГПО3) в сердце, которое полностью нивелировалось в результате инъекций инсулина [799]. При этом обнаружено, что гиперэкспрессия ГПО1, СОД1 и СОД2 не только защищает островковые клетки мышей от индуцируемого прооксидантами повреждения, но и трансплантация таких островков животным дикого типа со стрептозотоцин-инду- цированным диабетом существенно улучшает у них гликемический контроль [1189].

Неоднозначность участия АКМ в патогенезе сахарного диабета наглядно иллюстрируется экспериментальными работами, выполненными на трансгенных животных с гиперэкспрессией антиоксидантных ферментов. Так, у мышей с генотипом GPX1+^/+ развивались инсулинрезистентность и ожирение (чего не наблюдалось у животных дикого типа): гипергликемия, гиперинсулинемия, повышение концентрации лептина в плазме крови и уменьшение фосфорилирования Akt (киназы инсулинового каскада) в печени и мышцах в ответ на стимуляцию инсулином [1124].

При анализе видовых различий в устойчивости β-клеток к деструктивному действию стрептозотоцина обнаружено, что у птиц (цыплята), островковые клетки которых менее подвержены стрептозотоцин-индуцированному цитолизу, введение диабетогена сопровождается и значительно менее выраженной активацией свободнорадикальных окислительных процессов и связанным с ней повреждением липидов, белков и ДНК, чем у мышей; такая повышенная резистентность островковых клеток птиц обусловлена большей индуцибельностью системы антиоксидантной защиты, а именно каталазы, СОД, восстановленного глутатиона, мочевой кислоты [1158]. С эволюционной точки зрения усиленная антиоксидантная защита является для птиц своего рода бонусом к способности летать, сопряженной с потенциальной глюкозотоксичностью (концентрация глюкозы в крови птиц в 2—6 раз выше, чем у млекопитающих).

В многочисленных клинических работах также выявляется разнонаправленность флуктуаций активности антиоксидантных ферментов. Показано, что при сахарном диабете типа I в эритроцитах содержание Си,/п-СОД может быть снижено [279, 1294, 1683] либо не изменено [780], другие же работы свидетельствуют о возрастании СОД- активности в эритроцитах при этой форме заболевания [1104, 1484]. Такая же неоднозначность изменений ферментативного звена антиоксидантной защиты наблюдается и при сахарном диабете типа II; так, у 60 женщин с диабетом типа II не обнаружено изменений в СОД-активности в эритроцитах по сравнению с 71 здоровыми женщинами из контрольной группы [840]. В то же время в другом исследовании показано, что даже при хорошем гликемическом контроле и при отсутствии диабетических осложнений активность Си,/п-СОД в эритроцитах больных диабетом типа II повышена на 60 %, что, с одной стороны, может говорить о способности систем компенсации противостоять свободнорадикальной атаке и связанному с ней окислительному повреждению, но с другой стороны — «быть палкой о двух концах», поскольку приводит к увеличению концентрации перекиси водорода и, учитывая снижение у этих пациентов активности каталазы, может провоцировать дальнейшую деструкцию [918].

Анализ с помощью метода «случай-контроль», проведенный у 1510 проживающих в Финляндии и Швеции больных сахарным диабетом типа I, позволил установить, что полиморфизм гена митохондриальной изоформы супероксиддисмутазы Mn-СОД rs4880 (замена остатка аланина в положении 16 на валин, в результате которой резко снижается доставка дефектного белка в митохондрии), сопряжен с повышением риска развития диабетической нефропатии (1,31), а сопутствующее курение увеличивает риск до 2,52 [1164]. Аналогичный полиморфизм у больных сахарным диабетом типа I жителей Москвы и Московской области увеличивает предрасположенность к развитию полинейропатии [82], а у жителей Южной Кореи с диабетом типа II ассоциирован с развитием макулярного отека [991].

Мутация, приводящая к замене аргинина на глицин в положении 213 гепаринсвя- зывающего домена внеклеточной СОД и нарушению взаимодействия синтезируемого фермента с люминальной поверхностью эндотелиоцитов (полиморфизм Arg213Gly),

способствует снижению у ее носителей-россиян риска развития диабетической полинейропатии, что исследователи объясняют повышением содержания Э-СОД в крови [82].

Показано, что при сахарном диабете типа I в эритроцитах наблюдается снижение активности каталазы [279, 1294]. Исследование, проведенное с привлечением 466 больных сахарным диабетом типа I жителей Москвы и Московской области, показало, что полиморфизм промотора гена каталазы -262T>C сопровождается как уменьшением синтеза соответствующей мРНК и содержания фермента в эритроцитах у гомозигот -262СС, так и возрастанием риска развития диабетической полинейропатии [457]. У пациентов, страдающих диабетом типа II с инсулиновой недостаточностью, не было обнаружено изменений в активности каталазы в эритроцитах [330]. В ходе выполненного в Венгрии исследования обнаружено, что у людей с наследственным дефицитом каталазы (акаталаземия у гомозигот и гипокаталаземия у гетерозигот, 66 человек в 12 семьях) частота сахарного диабета существенно повышена и составляет 12,7 % по сравнению с 0,0 % в семьях с нормокаталаземией (68 человек) [677].

Неоднозначны данные о внутриклеточном содержании глутатионзависимых ферментов (ГПО и глутатионредуктазы). Так, если в одних исследованиях показано уменьшение активности ГПО в эритроцитах людей, страдающих диабетом типа 1 [1104, 1188, 1814], то по результатам других работ она не изменена [780, 1366, 1484] либо повышена [1294]; аналогично и активность глутатионредуктазы в клетках красной крови может падать [1814], не отличаться от контроля [780] либо возрастать [279], хотя в последнем случае при физических нагрузках активность фермента не изменяется в отличие от здоровых людей, у которых физические упражнения сопровождаются ее увеличением.

Антиоксидантные ферменты локализуются главным образом внутриклеточно (за исключением особых экстрацеллюлярных изоформ СОД и ГПО) [147], и оценка их содержания в плазме крови еще сложнее поддается интерпретации. Показано, что активность СОД в плазме крови больных диабетом типа II значительно больше, а активность глутатионпероксидазы — меньше, чем у здоровых людей [1263], в то время как плазма крови лиц с диабетом типа I по активности СОД, ГПО и каталазы не отличалась от плазмы здоровых добровольцев [1366], а активность СОД в слюне в 3,5 раза превышала показатели группы сравнения [1406]. Значимое снижение экспрессии внеклеточной изоформы глутатионпероксидазы (ГПО3), наряду с апо Е, предложено считать специфическим диагностическим биомаркером развития диабетической нефропатии [888].

В исследовании Hodgkinson et al. выявлен интересный факт: если инкубация в условиях гипергликемии (31 ммоль/л D-глюкозы) в течение 5 дней мононуклеарных клеток крови здоровых людей и пациентов, страдающих сахарным диабетом типа I без осложнений, сопровождалась однонаправленным увеличением экспрессии в них мРНК Cu,Zn- СОД, каталазы и ГПО, то в клетках лиц с диабетом, осложненным нефропатией, гликемия столь же однонаправлено индуцировала падение экспрессии мРНК всех трех ферментов [763]. Данный феномен авторы объясняют ингибирующим эффектом интенсификации полиолового пути метаболизма глюкозы (см. ниже) на экспрессию антиоксидантных ферментов у больных осложненным диабетом; действительно, у этих пациентов показана тесная корреляция между увеличенной экспрессией альдозоредуктазы (ALR2), уровнем мРНК C^Zn-СОД, каталазы и ГПО в условиях гипергликемии и полиморфизмом ALR2, а введение в среду инкубации с повышенным содержанием глюкозы ингибитора альдозоредуктазы зополрестата восстанавливало содержание мРНК ферментов [763]. Авторы работы [426] также считают, что вероятность развития диабетической нефропатии выше у людей, генетически более чувствительных к окислительному стрессу: если культивирование в условиях высокой концентрации глюкозы (22 ммоль/л) в течение 12 недель фибробластов кожи здоровых людей, больных неосложненным сахарным диабетом типа I и пациентов с недиабетической нефропатией сопровождалось существенным компенсаторным повышением экспрессии мРНК и активности C^Zn-СОД, каталазы и ГПО в клетках, то в фибробластах людей, страдающих диабетом типа I с нефропатией, не только не происходила индукция противопероксидных ферментов, но и в большей степени накапливались продукты ПОЛ (МДА и диеновые конъюгаты).

При анализе экспериментальных и клинических работ, посвященных изучению изменения содержания основных неферментативных антиоксидантов (витамины Е и С, коэнзим Q₁₀) при сахарном диабете, обнаруживается большое расхождение полученных результатов. Например, в плазме крови крыс со стрептозотоцин-индуцированным диабетом повышается содержание α-токоферола и убихинона, однако в митохондриях печени и сердца снижено содержание ^Q₉ и CoQ₁₀ и увеличено образование МДА, такой дисбаланс прооксидантов и антиоксидантов в митохондриях может являться причиной нарушения синтеза макроэргов и индуцировать изменение липидного обмена в клетках [939].

Неоднозначность обусловлена, в частности, низкой диагностической эффективностью определения концентрации токоферолов в крови — наиболее доступном биологическом материале при исследованиях на людях [147]. Кроме того, зачастую не учитывается тот момент, что у 50 % больных сахарным диабетом наблюдается ате- рогенная дислипидемия, характеризующаяся повышением сывороточных уровней триглицеридов и холестерина, главным образом за счет увеличения концентрации ЛНП [220] (в том числе окисленных), основных переносчиков токоферолов в организме, и выражение результатов измерения содержания витамина Е в пересчете на объем плазмы не информативно. Так, например, из работы Schneider M. et al. [1477] видно, что если концентрация α-токоферола в плазме крови и ЛНП больных сахарным диабетом типа II, будучи выражена в мкг/мл, не изменена по сравнению со здоровыми добровольцами, то при пересчете на мг липидов и моль апопротеи- на В — значимо снижена (табл. 12). В целом на основании анализа литературных источников можно утверждать, что развитие диабета сопровождается уменьшением содержания витамина Е в липопротеинах низкой плотности [1028, 1477, 1534], где он является превалирующим антиоксидантом [584].

При обследовании 72 больных диабетом типа II в Италии было выявлено существенное снижение содержания жирорастворимых антиоксидантов в плазме крови (табл. 13), что также свидетельствует об ослаблении антиоксидантной защиты липопротеинов. Такое системное развитие окислительного стресса служит причиной многих клинических осложнений диабета [312].

Изменение содержание витамина Е у больных сахарным диабетом по сравнению с практически здоровыми добровольцами

Таблица 12

¹ — дети 7—16 лет; ² — дети 12,7 ± 4,8 лет; ³ — дети 7,4 ± 3,5лет; ⁴ — дети 12,7 ± 0,8 лет.

Таблица 13

Содержание (мкМ) антиоксидантов в плазме крови здоровых итальянцев и больных диабетом II типа [1337]

В работе Луста И. В. и др. показано, что содержание аскорбиновой кислоты в сыворотке крови больных диабетом типа II снижено в 1,6 раза, в то время как концентрация мочевой кислоты была повышена (в 1,5 раз у женщин и в 1,2 раза у мужчин), что может быть компенсаторной реакцией на снижение аскорбата [127]; гиперлипидемия при диабете типа II усугубляет гипоаскорбатемию (концентрация витамина С в 2,2 раза меньше, чем у здоровых людей) [870]. Напротив, в исследовании Yessoufou et al. выявлено, что концентрация витамина С в плазме крови лиц, страдающих сахарным диабетом обоих типов, выше значений соответствующих групп сравнения [1814], а данные работы Tsai et al. свидетельствуют о падении уровня мочевой кислоты у больных с плохо контролируемым диабетом типа I [1652].

Анализ суммарной антиокислительной активности сыворотки (плазмы) крови, оцениваемый с помощью различный методических подходов (FRAP [606], TRAP [1105, 1652, 1691], ORAC [1814], TEAC [1406, 1484, 1683]^[5]), выявил значительное падение данного показателя у больных сахарным диабетом типа I по сравнению со здоровыми людьми, при этом общая антиоксидантная активность слюны была повышена на 78 %, очевидно, в результате нарушения функции слюнных желез и «утечки» компонентов крови, в том числе альбумина и мочевой кислоты [1406]. Существенное уменьшение (в

2— 3 раза) общей антирадикальной активности плазмы (ORAC) и общего антиоксидантного статуса сыворотки крови (TEAC), также было выявлено у пациентов с сахарным диабетом типа II, при этом у лиц с неудовлетворительным метаболическим контролем TEAC был в 5 раз ниже, чем в группе сравнения [918], а у больных диабетом алкоголиков ORAC снижался в 5—6 раз [1814].

Этим данным не противоречит обнаруженное в работе Луста И. В. и др. [127] отсутствие значимых изменений антирадикальной активности сыворотки крови больных диабетом типа II, определяемой по способности сыворотки ингибировать индуцированную 2,2'-азо-бис-изобутиронитрилом хемилюминесценцию люминола, поскольку с помощью данного метода преимущественно выявляются жирорастворимые антиоксиданты, главным образом α-токоферол, концентрация которого не отличалась от показателей контрольной группы [127].