CC BY
474
UNIVERSUM:
МЕДИЦИНА И ФАРМАКОЛОГИЯ
• 7universum.com
БИОМАРКЕРЫ ОКСИДАТИВНОГО СТРЕССА И СОСТОЯНИЕ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ ТИПА 2
Азизова Гюльнара Ибрагим кызы
канд. хим. наук, доцент кафедры биохимии, Азербайджанский медицинский университет, Азербайджанская Республика, г. Баку
Дадашова Арзу Рамиз кызы
канд. биол. наук, старший преподаватель кафедры биохимии, Азербайджанский медицинский университет, Азербайджанская Республика, г. Баку E-mail: arzu26@mail.ru
Амирова Махира Фирудин кызы
канд. биол. наук, старший преподаватель кафедры биохимии, Азербайджанский медицинский университет, Азербайджанская Республика, г. Баку
Azizova Gulnara
Candidate of Chemical Sciences, Associated Professor of Biochemistry Department,
Azerbaijan Medical University, Azerbaijan, Baku
Dadashova Arzu
Candidate of Biological Sciences, Senior Lecturer of Biochemistry Department,
Azerbaijan Medical University, Azerbaijan, Baku
Amirova Machira
Candidate of Biological Sciences, Senior Lecturer of Biochemistry Department,
Azerbaijan Medical University, Azerbaijan, Baku
Азизова Г.И., Дадашова А.Р., Амирова М.Ф. Биомаркеры оксидативного стресса и состояние антиоксидантной системы при сахарном диабете типа 2 //
Universum: Медицина и фармакология : электрон. научн. журн. 2014. № 6 (7) .
URL: http://7universum.com/ru/med/archive/item/1386
BIOMARKERS OF OXIDATIVE STRESS AND THE STATE OF ANTIOXIDANT SYSTEM IN THE PRESENT OF TYPE 2 DIABETES MELLITUS
АННОТАЦИЯ
В крови 97 больных сахарным диабетом типа 2 определяли уровни биомаркеров оксидативного стресса — оксида азота, 3-нитротирозина, карбонилированных белков и малонового диальдегида. Для выявления состояния антиоксидантной защитной системы были определены уровни тиолового статуса и церулоплазмина. В зависимости от уровня глюкозы и гликолизированного гемоглобина больные были разделены на 3 группы — компенсации, субкомпенсации и декомпенсации. Сравнительный анализ полученных данных показал, что на фоне возрастания интенсивности ОС наблюдается снижение уровня компонентов АОС.
ABSTRACT
Levels of biomarkers of oxidative stress (nitrogen oxide, 3-nitrotyrosine, carbonylated proteins and malondialdehyde) are identified in blood of 97 patients with type 2 diabetes mellitus. The authors determine levels of thiol status and ceruloplasmin in order to find out the state of protective antioxidant system. Depending on the glucose level and glycated hemoglobin all patients are divided into 3 groups — compensation, subcompensation and decompensation. The comparative analysis of findings shows that in the setting of intensity growth of oxidative stress the level of antioxidant system components reduces.
Ключевые слова: сахарный диабет (СД), окислительный стресс (ОС), антиоксидантная система (АОС), церулоплазмин (ЦП), 3-нитротирозин, оксид азота NO.
Keywords: diabetes mellitus, oxidative stress, antioxidant system,
ceruloplasmin, 3-nitrotyrosine, nitrogen oxide.
По интенсивности распространения сахарный диабет (СД) занимает лидирующую позицию во всех странах мира. Согласно статистическим данным ВОЗ в настоящее время насчитывается 372 млн. больных сахарным диабетом, 90 % которых приходится на долю СД типа 2 [10; 17]. В Азербайджане
на январь 2013 года было зарегистрировано 182 тыс. больных [5]. Такой интенсивный рост количества больных требует всестороннего изучения механизма развития осложнений и разработки методов профилактики и лечения.
По мнению многих ученых, в развитии осложнений сахарного диабета особую роль играет оксидативный стресс (ОС), а также дисбаланс между состоянием антиоксидантной системы и интенсивностью ОС [4]. Кроме того, оксидативный стресс, который усиливается гипергликемией, играет ведущую роль в повреждении Р-клеток островков Лангерганса и ускоряет прогрессирование СД [1].
В данной работе было проведено исследование степени окислительной модификации белков путем определения оксида азота, нитротирозина, карбонилированного белка, а также был изучен тиоловый статус крови как биомаркер данного процесса.
Работа выполнена при поддержке Фонда Развития Науки при Президенте Азербайджанской Республики в рамках Гранта № EIF -2010-1(1 )-03/015.
Материалы и методы
Исследована кровь 97 больных СД типа 2, из которых мужчин — 52, женщин — 45. Возраст больных был в интервале 42—65 лет. По длительности заболевания, а также по уровню гликемии все больные были разделены на 3 группы: I группа — стадия компенсации, II группа — субкомпенсации, III группа — декомпенсации. Степень интенсивности окислительного стресса оценивали по соответствующим маркерам: оксиду азота, нитротирозину, малоновому диальдегиду (МДА), карбонилированным белкам. Контрольную группу составили 20 здоровых доноров (10 женщин и 10 мужчин), возраст которых соответствовал исследуемой группе больных (45—65 лет). Состояние АОС определяли по уровню тиолового статуса, церулоплазмина и СОД (супероксиддисмутазы).
Количество глюкозы определяли глюкозооксидазным методом, количество гликолизированного гемоглобина HbA1c — по методу Князева [4].
Степень окислительной модификации белков определяли по уровню карбонилированных белков. При этом определяли уровень спонтанного и металл-катализируемого окисления белков сыворотки крови с использованием модифицированного метода Levine R.L. [2].
Концентрацию карбонилированных групп окисленных белков выражали в единицах оптической плотности. МДА определяли тиобарбитуровой кислотой по количеству окрашенного триметинового комплекса [6]. Церулоплазмин определяли по методу Ревина [5]. Тиоловый статус измеряли методом ИФА с использованием набора Thiol Status Immunodiagnostik (Biotech). Оксид азота определяли по разнице нитритов и нитратов с использованием коммерческого набора R&D Systems. Нитротирозин также определяли методом ИФА набором фирмы Hycult Biotech. Статистический анализ проводили непараметрическим методом с использованием критерия Вилькинсона (Манна-Уитни).
Результаты и обсуждение
Полученные нами данные приведены в таблицах 1 и 2 и на рис. 1, 2.
Таблица 1.
Уровень глюкозы и гликозилированного гемоглобина у больных СД типа 2 на разных стадиях заболевания.
Показатели Контроль (n=20) I группа (n=36) II группа (n=34) III группа (n=27)
Средняя суточная гликемия ммоль/л 4,01 ± 0,15 6,04 ± 0,16* 8,10 ± 0,27* 9,20 ± 0,17*
HbA1c, % 5,50 ± 0,08 6,20 ± 0,18* 7,50 ± 0,12* 10,30 ± 0,24*
Примечание: p < 0,001
Динамика изменений для оксида азота и нитротирозина носит однотипный характер, что еще раз свидетельствует о взаимосвязанности данных показателей: так, превращение оксида азота в пероксинитрит приводит к нитрозилированию тирозиновых остатков [14].
Таблица 2.
Биомаркеры оксидативного стресса и антиоксидантной системы.
Показатели ОС и АОС Контроль I группа (компенсация) II группа (субкомпенсация) III группа (декомпенсация)
NO, нмоль/л 12,6 ± 0,9 18,2 ± 0,6 19,9 ± 0,8 34,6 ± 0,7
Карбонилированные белки при 270 нм/г при 363 нм/г 79,8 ± 2,4 101,3 ± 1,3 72,5 ± 1,7 109,2 ± 2,1 82,3 ± 0,7 112,2 ± 1,2 117,1 ± 0,5 114,3 ± 1,3
Нитротирозин, мкмоль/л 0,7 ± 0,03 65,1 ± 7,3 85,7 ± 1,7 210,7 ± 7,1
МДА, нмоль/л 2,85 ± 0,11 3,72 ± 0,17 5,42 ± 0,21 6,72 ± 0,13
Тиоловый статус, мкмоль/л 515 ± 21 372 ± 18 318 ± 23 307 ± 15
Церулоплазмин, мг % 25,65 ± 0,45 18,27 ± 0,83* 16,16 ± 0,21 13,27 ± 0,54
СОД, Е/мг 0,939 ± 0,03 1,34 ± 0,02 1,67 ± 0,02 1,74 ± 1,7
Примечание: p < 0,001
Как видно из таблицы 2, на всех трех стадиях происходит снижение тиолового статуса и уровня церулоплазмина по сравнению с нормой, что свидетельствует о нарушении баланса между параметрами ОС и компонентами АОС в условиях интенсивной генерации активных форм кислорода [15]. Таким образом, увеличение количества активных форм кислорода в клетках может привести к окислительной модификации функционально активных белков, в результате чего снижается скорость метаболических реакций и происходит повреждение клеток. В конечном итоге как результат окислительного стресса происходит активация программированной гибели клетки [9].
Окислительный стресс также играет важную роль в патогенезе воспалительного процесса, который является одним из осложнений СД. Так, в результате окислительной модификации отдельных аминокислот меняются антигенные свойства белков, а процесс перекисного окисления липидов (ПОЛ) приводит к образованию хемоаттрактантов, что усиливает миграцию фагоцитов в очаг воспаления [3; 7].
Главную роль в защите от влияния ОС играет АОС (антиоксидантная система), основным компонентом которой является тиолдисульфидная система. Важным биомаркером, отражающим состояние данной системы, является
тиоловый статус организма. Тиоловый статус указывает суммарный уровень SH-групп белков и свободных SH-групп [11]. Как видно из полученных нами данных (рис. 1), происходит снижение тиолового статуса, причем динамика снижения зависит от уровня гликемии и стадии развития СД. Во всех группах данный показатель был ниже нормы по сравнению с контролем, причем в группе декомпенсации разница наивысшая. Этот факт свидетельствует о снижении защитной силы АОС и образовании реакционноспособных тиоловых радикалов. Следует отметить, что в группе компенсации тиоловый статус был достоверно более высоким, чем в группах суб- и декомпенсации.
30
25
20
15
10
5
■ Контроль
■ I группа (компенсация)
■ II группа
(су бкомпенса ция)
■ III группа (декомпенсация)
Тиоловый Серулоплазмин, мг СОД, Е/мг статус, мкмоль/л %
Рисунок 1. Компоненты АОС при сахарном диабете типа 2
Развитие любого патологического процесса в определенной степени зависит от соотношения интенсивности ОС и состояния АОС. Процессы образования активных форм кислорода при различных заболеваниях в основном связаны с нарушением тканевого дыхания, микросомального окисления. Интенсивность генерации этих радикалов, а также мобилизации компонентов АОС зависит от стадии заболевания [16].
Сравнительный анализ полученных данных (рис. 2) позволил обнаружить ряд особенностей, характерных для развития СД типа 2. Так, в I группе
наблюдались более низкие показатели для оксида азота, нитротирозина, карбонизированных белков и более высокие уровни тиолового статуса и церулоплазмина по сравнению с группой II и III.
250
■ Контроль
■ I группа (компенсация)
■ II группа
(су 6 компенсация)
■ III группа (декомпенсация)
Рисунок 2. Маркеры оксидативного стресса при сахарном диабете типа 2
Окислительный стресс и ПОЛ приводят к перекисному разрушению мембранных структур клетки, снижению функциональной активности различных белков, активации апоптоза [12; 13]. Таким образом, на разных стадиях развития СД происходит нарушение метаболических процессов, имеющих общие закономерности, которые характерны для оксидативного стресса [8, 9]. По-видимому, наряду с этим нарушения, связанные
с окислительным процессом, носят разноплановый характер, имея определенную специфичность при других заболеваниях. Таким образом, анализируя полученные данные, можно предположить, что оксидативный стресс занимает ведущее положение в развитии осложнений при СД типа 2.
Выводы:
1. При СД типа 2 наблюдается закономерное возрастание количества МДА, оксида азота, нитротирозина, карбонилированных белков в сыворотке крови
и снижение церулоплазмина и тиолового статуса, зависящие от стадии
заболевания и уровня гликемии и гликолизированного гемоглобина.
2. На стадии субкомпенсации и декомпенсации на фоне высокой
интенсивности оксидативного стресса наблюдается дефицит АОС организма.
Список литературы:
1. Балаболкин М.И. Роль гликирования белков, окислительного стресса в патогенезе сосудистых осложнений при сахарном диабете // Сахарный диабет. — 2002. — № 4. — С. 8—16.
2. Дубинина Е.Е. Роль активных форм кислорода в качестве сигнальных молекул в метаболизме тканей при состояниях окислительного стресса // Вопросы медицинской химии. — 2001. — Т. 47. — № 6. — С. 561—581.
3. Занозина О.В., Сорокина Ю.А., Боровков Н.Н. и др. «Порочный круг» взаимосвязи перекисного окисления липидов и окислительной модификации белков у больных сахарным диабетом 2-го типа // Медицинский альманах. — 2013.— № 6. — С. 167—170.
4. Камышников В.С. Справочник по клинико-биологической лабораторной диагностике. — Минск, 2000. — 219 с.
5. Караев А.Н., Эйюбова А.А., Кулиева Ф.Э. и др. Иммунный статус больных сахарным диабетом типа 2 // Метаболизм. — 2014. — № 3. — С. 61—67.
6. Коробейников Э.М. Модификация определения продуктов перекисного окисления липидов тиобарбитуровой кислотой // Лаб. Дело. — 1986. — № 12. — С. 725—728.
7. Alexandru N., Constantin A., Popov D. Carbonylation of platelet proteins occurs as consequence of oxidative stress and thrombin activation, and is stimulated by ageing and type 2 diabetes // Clin Chem Lab Med. — 2008. — 46(4). — Р. 528—536.
8. Brauner H., Luthje P., Grunler J. еt al. Markers of innate immune activity in patients with type 1 and type 2 diabetes mellitus and the effect of the antioxidant CoQ10 on inflammatory activity // Clin Exp Immunol. — March 5, 2014. — doi: 10.1111/cei. 12316.
9. Catala A. Lipid peroxidation of membrane phospholipids generates hydroxy-alkenals and oxidized phospholipids active in physiological and/or pathological conditions // Chem Phys Lipids. — 2009. — 157(1). — Р. 1—11.
10. Danaei G., Finucane M.M., Lu Y. et al. National, regional, and global trends in fasting plasma glucose and diabetes prevalence since 1980: systematic analysis of health examination surveys and epidemiological studies with 370 country-years and 2.7 million participants // Lancet. — 2011. — 378(9785). — Р. 31—40.
11. Duman B.S., Ozturk M., Yilmazeri S. et al. Thiols, malonaldehyde and total antioxidant status in the Turkish patients with type 2 diabetes mellitus // Tohoku J Exp Med. — 2003. — 201(3). — Р. 147—155.
12. Liang M., Wang J., Xie C. et al. Increased plasma advanced oxidation protein products is an early marker of endothelial dysfunction in type 2 diabetes patients without albuminuria // J. Diabetes. — February 9, 2014. — doi: 10.1111/1753-0407.12134.
13. Madian A.G., Myracle A.D., Diaz-Maldonado N. et al. Differential carbonylation of proteins as a function of in vivo oxidative stress // J. Proteome Res. — September 2, 2011. — 10(9). — Р. 3959—3972.
14. Magenta A., Greco S., Capogrossi M.C. et al. Nitric Oxide, Oxidative Stress, and p66Shc Interplay in Diabetic Endothelial Dysfunction // Biomed Res Int. — 2014. — Epub Mar 5, 2014.
15. Ren C.J., Zhang Y., Cui W.Z. et al. Progress in the role of oxidative stress in the pathogenesis of type 2 diabetes // Sheng Li Xue Bao. — December 25, 2013. — 65(6). — Р. 664—73.
16. Watson J.D. Type 2 diabetes as a redox disease // Lancet. — March 1, 2014. — № 383(9919). — Р. 841—843.
17. World Health Organization. Global status report on noncommunicable diseases 2010. — Geneva. — 2011.
