Glikacja białek – implikacje zdrowotne

Można unikać wpływu AGE, stosując dietę niskoglikemiczną, złożoną z produktów niskoprzetworzonych, z suplementacją antyoksydantami i chelatorami metali, takimi jak pirydoksamina, polifenole lub fityniany.

Czym są produkty glikacji?

Glikacja to nieenzymatyczny, wieloetapowy proces, w którym grupa karbonylowa cukru redukującego lub reaktywny produkt rozkładu cukrów (np. związki 1,2-dikarbonylowe) oddziałuje z grupami aminowymi białek (głównie Lys i Arg, ewentualnie Cys w środowiskach redukujących) lub innych makromolekuł (kwasy nukleinowe, lipidy), zmieniając ich właściwości fizykochemiczne (np. potencjał elektrostatyczny, strukturę II-, III- i IV-rzędową, tendencję do agregacji itp.) ^{1, 2, 3} . Proces glikacji, po etapach przejściowych z utworzeniem zasady Schiffa, produktu Amadori, reakcjach utleniania, kondensacji, dehydratacji i innych, prowadzi do powstania produktów końcowych zaawansowanej glikacji. Uproszczony schemat reakcji glikacji przedstawiono na rycinie 1.

Rycina 1. Uproszczony schemat powstawania produktów zaawansowanej glikacji białek

Proces ten bywa mylony z glikozylacją, która ma zupełnie inny przebieg i sens biologiczny. Oba procesy można uznać za modyfikacje potranslacyjne z udziałem cukrów, ale glikozylacja należy do kontrolowanych enzymatycznie, fizjologicznych procesów, niezbędnych do poprawnego funkcjonowania odpowiednich białek, podczas gdy glikacja przyczynia się do patologicznych procesów związanych z utratą funkcji modyfikowanych cząsteczek ² . Fakt, że proces ten przebiega bez udziału enzymów, uniemożliwia kontrolę procesu przez regulację ich ekspresji czy odziaływanie inhibitorów lub efektorów allosterycznych. Czynnikiem, który w największym stopniu odpowiada za intensywność glikacji, jest stężenie substratów. Skoro kluczowym substratem są cukry redukujące (glukoza, fruktoza, glikozo-6-fosforan i wiele innych), logiczną konsekwencją jest to, że u osób z hiperglikemią intensywność zachodzenia glikacji będzie zwiększona ^{2, 4} . Dlatego problem glikacji jest bardzo istotny w kontekście opieki diabetologicznej.

Oprócz klasycznych cukrów prostych zidentyfikowano różne prekursory AGE, w tym produkty Amadori pochodzące z glukozy oraz wysoce reaktywne związki dikarbonylowe, takie jak metyloglioksal (MGO), glioksal (GO), 3-deoksyglukozon (3-DG), 3-deoksygalaktozon (3-DGal), 3,4-dideoksyglukozono-3-en (3,4-DGE) (ryc. 1). Prekursory AGE mogą być wytwarzane endogennie poprzez normalne szlaki metaboliczne, w tym glikolizę, peroksydację lipidów i degradację białek. Ponadto egzogenne źródła prekursorów AGE, takie jak dieta, palenie tytoniu i zanieczyszczenia środowiska, przyczyniają się do ogólnego obciążenia organizmu AGE ⁵ .

W części literatury naukowej glikację zachodzącą w żywności określa się mianem reakcji Maillarda lub brązowieniem nieenzymatycznym. Czasem jednak terminów „glikacja” i „reakcja Maillarda” używa się jako synonimów (niezależnie od tego, czy reakcja zachodzi in vitro, czy in vivo) ³ . Należy zaznaczyć, że charakterystyczną cechą białek glikowanych jest zmiana barwy i zapachu – typowe brązowienie oraz nabywanie aromatu pieczonych, smażonych i karmelizowanych produktów, które są atrakcyjne dla konsumentów. AGE z pożywienia (dAGE – dietary AGE) są absorbowane z układu pokarmowego i częściowo akumulowane, stąd ich potencjalnie szkodliwy wpływ na stan zdrowia ⁶ .

Produkty AGE są bardzo różnorodne pod względem struktury i właściwości. AGE mogą występować w postaci adduktów bądź wiązań krzyżowych w obrębie białek lub między nimi. Wyróżnia się wśród nich:

• fluorescencyjne struktury usieciowane, jak pentozydyna i kroslina
• związki fluorescencyjne nieusieciowane, jak argopirymidyna
• związki niefluorescencyjne usieciowane, jak GOLD (glyoxal-derived lysine dimer), MOLD (methylglyoxal-lysine dimer), DOLD [1,3-di (Nε-lysino)-4-(2,3,4-trihydroxybutyl)-imidazolium salt]
• niefluorescencyjne nieusieciowane addukty, jak Nε-(karboksymetylo)lizyna (CML), Nε-(karboksyetylo)lizyna (CEL) i pyralina ^{1, 7} .

Poniżej opisano mechanizmy, za pośrednictwem których AGE wpływają na organizm. Znajomość tych mechanizmów pozwala diabetologom na lepsze zarządzanie leczeniem cukrzycy i zapobieganie powikłaniom. Następnie omówiono wykorzystanie wiedzy o glikacji w kontekście diagnostyki cukrzycy i możliwości farmakologicznego wpływania na hamowanie powstawania AGE.

AGE a rozwój stresu oksydacyjnego i stanów zapalnych

Bezpośredni wpływ glikacji na wzrost stresu oksydacyjnego polega na modyfikacji białek układu przeciwutleniającego, co uniemożliwia im pełnienie swojej funkcji (ryc. 2). Na przykład wykazano, że glikacja peroksydazy glutationowej ludzkich erytrocytów zmienia jej stabilność i odporność na ciepło, zmniejszając w ten sposób jej powinowactwo do substratu. Podobnie udowodniono, że modyfikowana przez glikację α-synukleina ma obniżoną zdolność do zapobiegania powstawaniu reaktywnych form tlenu (ROS – reactive oxygen species) ² .

Rycina 2. Bezpośrednie oddziaływanie glikacji i jej konsekwencje dla ustroju

Glikacja może też pośrednio powodować wzrost stresu oksydacyjnego – poprzez receptory (ryc. 3). AGE są ligandami dla szerokiej gamy białek, m.in. dla RAGE (receptor for advanced glycation end products), AGER1/OST-48 (advanced glycation end-product receptor 1/N-oligosaccharyl transferase 48), galektyny 3, CD36 i receptorów zmiatających, takich jak SR-A1 (scavenger receptor A1), AGER2/SR-B1 i LOX-1 (oxidized low-density lipoprotein receptor 1) ^{5, 6, 7} . Część z tych białek po związaniu liganda doprowadza do neutralizacji szkodliwego wpływu AGE (np. AGER1, AGER2), reszta niestety aktywuje różnego rodzaju prozapalne szlaki sygnałowe ^{5, 6} .

Rycina 3. Pośrednie (poprzez receptory) odziaływanie i konsekwencje glikacji dla organizmu

Kluczowym receptorem wiążącym AGE jest RAGE – wieloligandowy członek nadrodziny immunoglobulin, ulegający ekspresji na różnych typach komórek, w tym komórkach śródbłonka, komórkach mięśni gładkich naczyń krwionośnych i komórkach odpornościowych ⁵ . Interakcja AGE z RAGE aktywuje wiele wewnątrzkomórkowych kaskad sygnałowych, w tym szlak oksydazy NADPH bezpośrednio generującej ROS (anion ponadtlenkowy) oraz szlaki kinaz białkowych aktywowanych mitogenami (MAPK – mitogen-activated protein kinases), takich jak kinaza regulowana sygnałem zewnątrzkomórkowym (ERK – extracellular signal-regulated kinase), kinaza N-końcowa c-Jun (JNK – c-Jun N-terminal kinase) i p38 MAPK, a także jądrowy czynnik transkrypcyjny κB (NF-κB – nuclear factor κB), i szlaki kinazy janusowej – przetwornika sygnału i aktywatora transkrypcji (JAK-STAT). Te szlaki sygnałowe z kolei regulują ekspresję cytokin prozapalnych, cząsteczek adhezyjnych, czynników wzrostu i innych mediatorów (jak: interluekina [IL]-1β, IL-6, czynnik martwicy nowotworu α [TNF-α – tumor necrosis factor α], czynnik chemotaktyczny dla monocytów typu 1 [MCP-1 – human monocyte chemoattractant protein 1], metaloproteinaza macierzy 9 [MMP-9 – matrix metalloprotease 9] i cząsteczka adhezji komórek śródbłonka [VCAM-1 – vascular cell adhesion molecule 1]), promując stres oksydacyjny, stan zapalny, migrację i proliferację komórek, apoptozę oraz dysfunkcję śródbłonka. Ostatecznie prowadzi to w warunkach hiperglikemii do uszkodzenia naczyń, chorób sercowo-naczyniowych i innych komplikacji cukrzycowych ^{3, 5, 8} .

Liczne badania kliniczne potwierdzają, że produkty glikacji mają wpływ na rozwój stanu zapalnego, a związek ten jest zależny od czasu i stężenia AGE w ustroju. Dotyczy to zarówno AGE egzo-, jak i endogennych. Długotrwałe spożywanie produktów wysokoprzetworzonych, zawierających duży ładunek AGE, powoduje wzrost stężenia markerów zapalnych w surowicy, takich jak IL-6, IL-1a, cząsteczka adhezji międzykomórkowej (ICAM – intercellular adhesion molecule) i tkankowe inhibitory metaloproteaz 1 (TIMP-1 – tissue inhibitors of metalloproteinases 1), oraz prowadzi do aktywacji immunologicznej, przyczyniając się do rozwoju powikłań cukrzycowych ¹ . Doświadczenia in vitro również pozwalają na obserwację wymienionych mechanizmów. Przykładem jest kompleksowe badanie przeprowadzone na ludzkich komórkach keratynocytów inkubowanych z 9 różnymi AGE. Wykazało ono, że struktury oparte na 1,2-dikarbonylach (3-DG, 3-DGal, 3,4-DGE, GO i MGO) indukowały cytotoksyczność i stres oksydacyjny (mierzone za pomocą produkcji nadtlenku, nadtlenoazotynu i ponadtlenku). Ponadto różne rodzaje AGE indukowały różne rodzaje zaprogramowanej śmierci komórki. MGO powodował apoptozę zależną od kaspazy, podczas gdy 3-DGal i 3,4-DGE indukowały ścieżkę opartą na czynniku NF-κB i powodowały piroptozę ¹ .

Wpływ AGE na insulinę i metabolizm cukru

Glikacja może bezpośrednio modyfikować insulinę, tak aby glikowana forma nie mogła wiązać się z receptorem, a tym samym nie mogła wykazywać efektu biologicznego. Wykazano, że glikacja reszty R22 przez metyloglioksal, z utworzeniem hydroimidazolonu powoduje, że insulina przyjmuje zamkniętą i wysoce stabilną konformację, z mniejszą zawartością arkuszy β w monomerze i wyraźną utratą powinowactwa do receptora ² .

Innym postulowanym mechanizmem, przez który glikacja oddziałuje na rozwój insulinooporności, jest działanie jako modyfikacja epigenetyczna, wpływająca na ekspresję cytokin prozapalnych typowych dla insulinooporności ⁸ .

Istnieje wiele dowodów na to, że produkty glikacji lub reaktywne produkty pośrednie, takie jak MGO, zakłócają wydzielanie insuliny i działanie insuliny w modelowych liniach komórkowych. Na przykład glikowana albumina modyfikowała wychwyt glukozy stymulowany insuliną w komórkach mięśni szkieletowych in vitro. Badania na zwierzętach również wykazały, że podawanie kazeiny modyfikowanej MGO powodowało zahamowanie sygnalizacji i działania insuliny ³ .

Glikacja jako proces prowadzący do zwiększenia sztywności tkanek i innych zwyrodnień

Ponieważ glikacja jest procesem długotrwałym, zachodzącym w ciągu tygodni i miesięcy, dotyczy zwykle białek o długim okresie półtrwania, np. białek osłonki mielinowej, tubuliny, fibrynogenu, białek macierzy zewnątrzkomórkowej, szczególnie kolagenu i elastyny ⁷ . Kolagen jest jednym z głównych białek tkanki łącznej, budującej skórę, naczynia krwionośne, ścięgna, kości. Ma bardzo długi okres półtrwania (ok. 10 lat) oraz bardzo charakterystyczną budowę: potrójne helisy złożone z trzech łańcuchów α, stabilizowane obecnością reszt glicyny na co trzeciej pozycji ⁹ . Akumulacja wiązań krzyżowych powstałych w kolagenie na skutek glikacji ma kilka szkodliwych skutków: potrójna helisa kolagenu staje się mniej rozpuszczalna i elastyczna, co prowadzi do zwiększonej sztywności naczyń, zmniejszonej podatności tętnic na wazodylatację i zwiększonego nadciśnienia skurczowego. Glikacja kolagenu stymuluje również proliferację i migrację miofibroblastów, co przyczynia się do zwłóknienia tkanek w cukrzycy ⁹ .

Dotychczas w ścianie naczyniowej stwierdzono obecność następujących produktów glikacji: CML, CEL, CMA, pentozydyny i pyraliny. Silnie wzmożony proces usztywnienia tętnic obserwujemy zwłaszcza wtedy, gdy glikacja zachodzi w środowisku bogatym w pochodne karbonylowe, których powstawanie jest uwarunkowane utlenianiem białek przez rodniki hydroksylowe lub jony metali ciężkich. Prowadzi to do deaminacji reszt lizyny oraz powstania aktywnego karbonylu i allizyny, czyli kwasu 2-amino-adipaldehydowego, który jest głównym czynnikiem odpowiedzialnym za tworzenie wiązań poprzecznych w kolagenie i elastynie ⁷ .

Wzrost sztywności naczyń krwionośnych skutkuje różnego rodzaju chorobami sercowo-naczyniowymi, jest też elementem patomechanizmu nefropatii cukrzycowej. Glikacja uszkadzająca kolagen w błonie podstawnej kłębuszków nerkowych prowadzi do jej pogrubienia i utraty filtracyjnej funkcji nerek. Jednocześnie AGE stymulują produkcję wolnych rodników, które wywołują dodatkowe uszkodzenia oksydacyjne w nerkach, co w efekcie może skutkować przewlekłą niewydolnością nerek w zaawansowanej cukrzycy.

Poza tym, że kolagen w żyłach i tętnicach jest glikowany i przez to usztywniany, w naczyniach zachodzi jeszcze jeden proces usztywniający tkanki, pośrednio związany z glikacją – kalcyfikacja. Polega on na odkładaniu się hydroksyapatytu i innych soli wapnia w tkankach miękkich i towarzyszy miażdżycy. Udowodniono na modelu in vitro, że AGE-LDL indukował ekspresję ICAM-1, IL-6 i fosfatazy zasadowej (ALP – alkaline phosphatase), co było związane z sygnalizacją RAGE/NF-κB oraz indukowało odpowiedź zapalną i osteogenną. Wartości AGE-LDL były znacznie podwyższone u pacjentów ze zwapnieniową chorobą zastawki aortalnej (CAVD – calcific aortic valve disease) ¹⁰ . Wnioskuje się więc, że glikacja, szczególnie glikacja lipoprotein, skutkuje patologicznym wapnieniem naczyń.

Zmiany strukturalne wywołane przez glikację prowadzą również do zmętnienia soczewki w zaćmie ³ . Glikacja krystalin budujących soczewkę powoduje agregację tych białek i utratę przezroczystości soczewki. Efektem glikacji białek jest również zwiększenie produkcji ROS, które dodatkowo uszkadzają białka soczewki oraz inne struktury oka, nasilając proces powstawania katarakty ^{3, 7} .

Glikacja odgrywa również kluczową rolę w rozwoju innej choroby związanej z pogorszeniem wzroku: retinopatii cukrzycowej. W tym przypadku mechanizm jest niezależny od krystalin, tylko związany z uszkodzeniami naczyń krwionośnych siatkówki. Podobnie jak opisano dla nefropatii, glikacja kolagenu i elastyny w obrębie naczyń siatkówki powoduje ich sztywnienie i pogorszenie funkcji, prowadząc do mikroangiopatii ^{3, 7} .

Wpływ AGE na funkcjonowanie jelit i skład mikrobioty

Postuluje się, że produkty glikacji lub związki dikarbonylowe, które przechodzą do jelita grubego, prowadzą do dysbiozy jelitowej. Uznaje się, że część AGE i ich prekursorów, np. MGO, działa przeciwbakteryjnie, co może zaburzać funkcjonowanie fizjologicznej mikrobioty i faworyzować szczepy, które fizjologicznie nie miałyby warunków do namnażania ³ .

Mikrobiotyczny metabolizm glikowanych aminokwasów może prowadzić do powstawania nowych metabolitów w świetle jelita, których rola w ekosystemie bakteryjnym jelit jest obecnie niejasna. Kilka badań potwierdza, że mikrobiota jelitowa jest w stanie rozkładać związki glikacji takie jak CML, a także związki dikarbonylowe, np. 3-DG, GO i MGO. Co ciekawe, w niektórych badaniach wykazano, że w okrężnicy po ekspozycji na produkty Amadori zwiększa się produkcja krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA – short chain fatty acids), zwłaszcza maślanu, co można uznać za działanie korzystne ³ .

Związek między glikacją białek a przewlekłym zapaleniem jelit potwierdza niedawna obserwacja na komórkach monocytów THP-1. Porównano glikowaną i nieglikowaną kazeinę pod kątem ich zdolności do wywoływania wydzielania TNF-α, który bierze udział w stanie zapalnym. Nieglikowana kazeina nie prowadziła do wydzielania TNF-α ani przed trawieniem, ani po trawieniu in vitro, natomiast glikowana kazeina powodowała wydzielanie TNF-α, które było zwiększone od 2 do 5 razy podczas trawienia in vitro ³ .

Glikacja a „cukrzyca typu 3”, choroby neurodegeneracyjne i neuropatia

Wykazano, że istnieje silny związek między cukrzycą a chorobami neurodegeneracyjnymi. Insulinooporność w mózgu, typowa dla choroby Alzheimera, często nazywana cukrzycą typu 3, również sprzyja gromadzeniu się AGE i przyspiesza neurodegenerację.

Mechanizmem bezpośrednim, przez który następuje rozwój patologicznych uszkodzeń mózgu, jest przede wszystkim promowanie przez glikację agregacji białek takich jak β-amyloid, tau, α-synukleina. Wykazano, że AGE mogą powstawać w układzie nerwowym, ale mogą również w warunkach hiperglikemii przenikać przez barierę krew–mózg i kumulować się w mózgu ¹¹ . Dodatkowo stres oksydacyjny wywołany przez AGE wpływa na funkcjonowanie mitochondriów, co prowadzi do zmniejszonej produkcji ATP i powoduje osłabienie funkcji komórek nerwowych, zwiększając ich podatność na śmierć komórkową ¹¹ . Poza tym sygnalizacja promująca stany zapalne, związana z RAGE i innymi receptorami, ma również miejsce w układzie nerwowym. Wynika stąd, że glikacja ma istotny związek z rozwojem chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i choroba Parkinsona ^{6, 7} .

AGE mogą kumulować się również w osłonkach mielinowych, które chronią włókna nerwowe. Zmniejsza to zdolność nerwów do efektywnego przewodzenia impulsów nerwowych, co prowadzi do upośledzenia czucia i funkcji ruchowych, typowych dla neuropatii. AGE, przyczyniając się do uszkodzenia naczyń krwionośnych odżywiających nerwy, doprowadzają co niedoboru tlenu i substancji odżywczych w tkance nerwowej, co może powodować apoptozę neuronów i nasilać objawy neuropatii, takie jak mrowienie, drętwienie oraz ból ¹² .

Egzogenne AGE – implikacje dietetyczne dla diabetyków

Szacuje się, że przeciętna dieta człowieka składa się z ok. 75 mg AGE dziennie ⁶ . W modelowej diecie (1 l mleka, 500 g produktów piekarniczych i 400 ml kawy) znajduje się 25 mg/24 h (0,36 mg/kg m.c.) samej pyraliny ³ . W układzie pokarmowym wchłaniane jest od 10% do nawet 80% AGE. Wchłonięte produkty końcowe glikacji są biotransformowane i wydalane lub w inny sposób gromadzą się w różnych tkankach ⁶ .

Zdolność organizmu do detoksykacji produktów AGE jest trudna do oceny. Glikowane białka są odporne na enzymy proteolityczne, co czyni ich eliminację z organizmu znacząco trudniejszą. Jednak niektóre AGE wiążą się z receptorami AGER1 zlokalizowanymi na makrofagach, limfocytach T, komórkach śródbłonka, komórkach mezangialnych, fibroblastach, komórkach mięśni gładkich i komórkach neuronalnych, prowadząc do wydalenia związanych ligandów drogą nerkową. Szacuje się, że ok. 30% dAGE jest usuwanych z moczem, pod warunkiem że pacjent ma zdrowe nerki, w przeciwnym razie ten odsetek będzie niższy ⁶ . Dlatego pacjenci z nefropatią są bardziej narażeni na toksyczne działanie AGE.

Doświadczenia in vivo, w których zwierzęta karmiono paszą o wysokiej zawartości dAGE, wykazały, że wysoka ekspozycja na AGE hamuje metabolizm węglowodanów i sprzyja anabolizmowi lipidów, zmianie mikrobioty jelitowej oraz zwiększaniu stężenia aldehydu glicerynowego i pirogronianu w osoczu. Wyniki te świadczą o tym, że ekspozycja na dietetyczne AGE moduluje metabolizm węglowodanów i lipidów w kierunku rozwoju cukrzycy ⁸ . Aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym egzogennymi AGE, należy przeprowadzać interwencje w zakresie stylu życia, takie jak ograniczenie spożycia kalorii, szczególnie węglowodanów, stosowanie łagodnej obróbki termicznej (gotowanie na parze, gotowanie w wodzie) oraz rekomendowanie aktywności fizycznej ⁸ .

Warto też zwrócić uwagę na praktyczne zagadnienie diabetologiczno-dietetyczne związane z glikacją, mianowicie na zalecenia dotyczące zamienników klasycznego cukru stołowego. Sacharoza co prawda nie jest cukrem redukującym, ale glukoza i fruktoza, które uwalniają się po działaniu sacharazy, są już typowymi substratami dla glikacji. Liczne badania potwierdzają, że fruktoza jest bardziej aktywna w procesie glikacji niż glukoza, co wynika z jej większej reaktywności chemicznej ⁸ . Dlatego osobom z cukrzycą i stanem przedcukrzycowym powinno się odradzać fruktozę i owoce bogate we fruktozę. Natomiast ksylitol i erytrytol są alkoholami cukrowymi (poliolami), więc nie biorą udziału w procesie glikacji białek, można więc je uznać za słodziki o niskim indeksie glikemicznym, będące bezpieczną alternatywą dla sacharozy ¹³ .

Diagnostyka cukrzycy a AGE

Już w latach 70. XX w. pojawił się koncept wykorzystania produktów glikacji w diagnostyce cukrzycy ¹⁴ . Na przykład wariantu hemoglobiny HbA_1c, który jest glikowany przez glukozę na N-końcowej reszcie waliny łańcucha β. W licznych badaniach populacyjnych stwierdzono, że HbA_1c może wzrosnąć z ok. 5% u zdrowych osób do 7,5-10,6% u pacjentów z cukrzycą. Aktualnie HbA_1c jest stosowana jako miara kontroli metabolicznej, ponieważ odzwierciedla średnie stężenie glukozy w ciągu czasu życia krwinki czerwonej, czyli w ciągu 6-8 tygodni ³ .

W literaturze przedmiotu trwa ustalanie wartości diagnostycznej również innych analitów związanych z glikacją. Obserwuje się zależności między poziomem glikemii i powikłaniami cukrzycowymi a stężeniem takich parametrów jak glikowana albumina, fruktozamina czy glikowana rozpuszczalna forma białka CD59 ¹⁵ . Okres półtrwania albuminy wynosi ok. 20 dni, więc jej glikowana forma (GA – glycated albumin) weryfikuje kontrolę glikemii na 14-20 dni przed pobraniem krwi ¹⁵ . Fruktozamina wskazuje kontrolę glikemii w zakresie 10-14 dni przed pobraniem próbki ^{15, 16} , a w przypadku pGCD59 jest to czas 1-2 tygodni przed badaniem ¹⁷ . Krótsze czasy wymienionych parametrów w porównaniu ze złotym standardem, jakim pozostaje HbA_1c, są korzystne w przypadku konieczności oceny skuteczności leczenia hipoglikemizującego w niedługim czasie od wprowadzenia leczenia.

Warto zaznaczyć, że zarówno HbA_1c, jak i GA, fruktozamina oraz pGCD59 nie są produktami zaawansowanej glikacji, tylko produktem Amadori, czyli wczesnymi produktami glikacji. Właściwe AGE, np. CML czy CEL, są mierzone w surowicy i innych próbkach materiału biologicznego, gdzie wykazuje się ich akumulację w związku z cukrzycą i korelację między ich stężeniem a stopniem powikłań cukrzycowych. Jednak nie są używane w rutynowej diagnostyce cukrzycy ze względu na stosunkowo niską specyficzność, kosztowność i złożoność pomiaru (konieczność zastosowania chromatografii cieczowej lub spektrometrii mas) oraz brak ustalonych progów diagnostycznych ¹⁵ .

Równolegle z poszukiwaniami markerów cukrzycy we krwi trwają poszukiwania nieinwazyjnych metod diagnostycznych związanych z glikacją. Warto wspomnieć o potencjalnie użytecznym diagnostycznie pomiarze fluorescencji skóry i oznaczania stężenia AGE w ślinie. Pierwsza z tych strategii zakłada, że głównymi fluorescencyjnymi związkami w skórze są fluorescencyjne AGE. Jest to metoda dość nisko specyficzna, jednak biorąc pod uwagę, że fluorescencja kolagenu w ludzkiej skórze pochodzi głównie z dwóch źródeł: tyrozyny (Tyr) i wiązań krzyżowych kolagenu, a w kolagenie nie ma reszt tryptofanu ani fenyloalaniny, więc nie interferują one z Tyr, metodę uznaje się na wiarygodną dla pomocniczego szacowania ryzyka powikłań cukrzycowych ^{9, 12} . Autofluorescencję skóry (SAF – skin autofluorescence) wykonuje się przy użyciu przenośnego kompaktowego czytnika fluorescencji ¹⁸ . Badania wykazały, że SAF koreluje ze stężeniem HbA_1c, a nawet wydaje się odzwierciedlać glikemię w dłuższym okresie niż 8-12 tygodni charakterystycznych dla HbA_1c. Zgodnie z doniesieniami SAF pozwala też przewidywać śmiertelność nie tylko u osób z cukrzycą, ale także w populacji ogólnej ^{19, 20} . Z kolei pomiar AGE w ślinie jest aktualnie stosowany bardziej do celów naukowych niż diagnostycznych, uważa się jednak, że ma potencjał do monitorowania procesu starzenia i oceny ryzyka chorób związanych z cukrzycą i wiekiem ⁸ .

Przeciwcukrzycowe strategie terapeutyczne ukierunkowane na hamowanie glikacji

Fizjologicznie kontrola procesu glikacji jest niewielka i ogranicza się do kontroli stężenia substratów bądź szybkości klirensu prekursorów lub samych AGE. Istnieje jednak możliwość posiłkowania się środkami terapeutycznymi mogącymi hamować glikację lub niwelować jej skutki. Wśród wielu możliwości farmakologicznych warto wyróżnić 3 grupy związków.

Pierwszą grupę stanowią czynniki zdolne do blokowania produktów Amadori i zapobiegania ich przekształceniu w AGE, np. aminoguanidyna i pirydoksamina ^{2, 5, 7} .

Drugą grupą są cząsteczki działające jako związki przełamujące AGE, które mogą odwrócić sieciowanie AGE, ale nie zapobiegają ich powstawaniu, np. ALT-711. Wydaje się, że związek ten jest w stanie odwrócić wywołany cukrzycą wzrost sztywności tętnic i ma działanie renoprotekcyjne ^{2, 7} .

O ile pirydoksamina (witamina B₆) jest bezpieczna, o tyle dla aminoguanidyny i ALT-711, mimo że wykazywały obiecujące działanie w badaniach przedklinicznych i we wczesnych fazach badań klinicznych, szczególnie w kontekście ochrony naczyń krwionośnych i nerek w cukrzycy, nie uzyskano wystarczających dowodów na skuteczność i bezpieczeństwo na późniejszych etapach badań, by mogły zostać zatwierdzone jako leki ^{2, 5} .

Trzecią grupą są cząsteczki, które zakłócają reakcje uboczne w procesie glikacji, np. chelatory metali i przeciwutleniacze. Oba typy związków eliminują czynniki bezpośrednio lub pośrednio uczestniczące w reakcjach utleniania oraz promujące lub przyspieszające reakcje utleniania, które generują ROS i AGE. Przykładami chelatorów metali są pirydoksamina i fityniany, a przeciwutleniacze to choćby kurkumina, fenole, flawonoidy lub witaminy C i E ^{2, 5} . Wiele z tych związków jest pochodzenia naturalnego. Podkreśla się, że mogą być one interesującą alternatywą dla syntetycznych związków hamujących glikację, ponieważ na ogół wykazują niższą toksyczność i są bardziej ekonomiczne ² .

Inna strategia skupia się na blokowaniu interakcji AGE z ich receptorami komórkowymi, w szczególności RAGE. Można ją realizować na 2 sposoby: blokując RAGE przeciwciałem anty-RAGE bądź dokonywać sekwestracji AGE przez receptory krążące, które nie będą przekazywać prozapalnego sygnału komórkowego. Do tego zastosowania użyteczna jest rozpuszczalna forma RAGE (sRAGE – soluble RAGE), naturalnie występująca skrócona forma receptora. Egzogenne dostarczanie sRAGE wykazało działanie ochronne w przedklinicznych modelach chorób sercowo-naczyniowych związanych z cukrzycą ⁵ . Wcześniej wspomniane przeciwciała anty-RAGE również odznaczają się pewną skutecznością, aktualnie przechodzą I fazę badań klinicznych, choć zastrzega się, że problematyczna jest tu immunogenność ⁵ .

Podsumowanie

Współczesna diabetologia zmaga się z wieloma wyzwaniami wynikającymi z rosnącej liczby osób cierpiących na cukrzycę oraz ze zmieniającego się profilu pacjentów i choroby. Wśród mechanizmów przyczyniających się do rozwoju cukrzycy oraz jej powikłań istotną rolę odgrywa proces biochemiczny, jakim jest glikacja, jednak świadomość tego zjawiska wśród pacjentów pozostaje wciąż zbyt niska.

Glikacja białek intensyfikowana przez hiperglikemię może wpływać na funkcjonowanie licznych układów biochemicznych, istotnie zaburzając pracę organizmu. Zmiany strukturalne wywołane przez glikację mogą skutkować usztywnieniem i zmniejszeniem elastyczności macierzy zewnątrzkomórkowej w naczyniach krwionośnych, powodować zmętnienie soczewki, prowadząc do zaćmy, przyczyniają się do kalcyfikacji i stymulują rozwój stanu zapalnego ^{3, 6, 7} .

Wiele wskazuje na to, że glikacja jest procesem wysoce niekorzystnym: doprowadza do makro- i mikroangiopatii, w tym nefropatii, neuropatii i retinopatii oraz chorób neurodegeneracyjnych. Najbardziej niejednoznaczne wydaje się oddziaływanie AGE na mikroflorę jelitową, ponieważ wśród doniesień o wpływie związanym ze zwiększeniem przepuszczalności i indukcji stanów zapalnych jelit pojawiają się również doniesienia o korzystnym wpływie na metabolom flory jelitowej związany z wyższą produkcją SCFA ³ .

Postuluje się, że redukcja stężenia AGE może być celem terapeutycznym w leczeniu cukrzycy i pokrewnych chorób metabolicznych. Strategie takie jak dieta niskoglikemiczna, z suplementacją antyoksydantami oraz inhibitorami tworzenia AGE mogą pomóc w ograniczeniu ich szkodliwego wpływu ² . Istotny jest również potencjał produktów glikacji w diagnostyce i monitorowaniu przebiegu leczenia cukrzycy. Aktualnie panel parametrów diagnostycznych związanych z glikacją obejmuje HbA_1c, GA, fruktozaminę, pGCD59 i SAF, ale w ostatnich latach – wraz ze wzrostem wiedzy o glikacji i możliwości analitycznych – panel ten wciąż się poszerza ^{1, 15} .