Экспрессия генов метаболизма глюкозы и деструкции суставов при развитии сахарного диабета у больных остеоартритом Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспрессия генов метаболизма глюкозы и деструкции суставов при развитии сахарного диабета у больных остеоартритом

Четина Е.В., Шарапова Е.П., Кашеварова Н.Г., Таскина Е.А., Маркова Г.А., Алексеева Л.И., Лила А.М.

ФГБНУ«Научно-исследовательский институт ревматологии им. В.А. Насоновой», Москва, Россия

115522, Москва, Каширское шоссе, 34А

У многих пациентов с остеоартритом (ОА) имеются коморбидные заболевания. Причем эта ассоциация чаще наблюдается по мере старения. Одной из коморбидных патологий ОА является сахарный диабет 2-го типа (СД2). В связи с увеличением распространенности и случаев сосуществования этих двух заболеваний предполагается, что гипергликемия, свойственная СД2, может неблагоприятно влиять на ткани сустава и увеличивать тяжесть ОА. Однако молекулярные механизмы возникновения СД у больных ОА неясны. Цель работы — проследить динамику развития СД2 у больных ОА на уровне экспрессии генов, ассоциированных с метаболизмом глюкозы, деструкцией суставов и общей регуляцией метаболических процессов.

Пациенты и методы. Наблюдение 3 больных ОА проводили в течение 4—6 лет, включая год начала СД2. Клиническое состояние больных анализировали раз в год. Общую РНК ежегодно выделяли из крови и использовали для определения уровня экспрессии генов в полимеразной цепной реакции в режиме реального времени.

Результаты и обсуждение. Показано, что развитие СД2 у больных ОА сопровождалось увеличением экспрессии генов гликолиза, цикла Кребса, пентозофосфатного пути, матриксных металлопротеиназ и регуляторов метаболизма АМРК и тТОЯ. Напротив, уровень регулятора гипоксии Н^1а и генов гексозаминового пути снижался.

Выводы. Возникновение СД2 на фоне ОА, вероятно, связано с увеличением потребности клеток в энергии АТФ и сопровождается активацией путей ассимиляции глюкозы, а также увеличением экспрессии генов, ответственных за разрушение внеклеточного матрикса. Это может быть вызвано нарушением гликозилирования белков вследствие ингибирования гексозаминового пути.

Ключевые слова: остеоартрит; сахарный диабет; экспрессия генов; энергетический метаболизм; кровь. Контакты: Елена Васильевна Четина; etchetina@mail.ru

Для ссылки: Четина ЕВ, Шарапова ЕП, Кашеварова НГ и др. Экспрессия генов метаболизма глюкозы и деструкции суставов при развитии сахарного диабета у больных остеоартритом. Современная ревматология. 2019;13(1):64— 70.

Expression of genes related to glucose metabolism and joint destruction in the development of diabetes mellitus in patients with osteoarthritis Chetina EV, Sharapova EP, Kashevarova NG, Taskina EA, Markova GA, Alekseeva LI, Lila AM.

V.A. Nasonova Research Institute of Rheumatology 34A, Kashirskoye Shosse, Moscow 115522

Many patients with osteoarthritis (OA) tend to have comorbidities. This tendency is more frequently observed to increase with age. One of the comorbidities is type 2 diabetes mellitus (T2DM). Due to the higher prevalence of coexistence of these two conditions, it has been suggested that T2DM-associated hyperglycemia may adversely affect joint tissues and increase OA severity. However, the molecular mechanisms in the development of DM in patients with OA remain unclear.

Objective: to trace the dynamics of T2DM development in patients with OA at the level of the expression of genes associated with glucose metabolism, joint destruction, and general regulation of metabolic processes.

Patients and methods. Three patients with OA were followed up for 4—6 years, including the year of onset of T2DM. The clinical condition of the patients was analyzed once a year. Total RNA was annually isolated from their blood and used to determine the level of gene expression by real-time polymerase chain reaction.

Results and discussion. The development of T2DM was shown to be accompanied by the increased expression of genes related to glycolysis, Krebs cycle, pentose phosphate pathway, matrix metalloproteinases and regulators of AMPKand mTOR metabolism. By contrast, the level of the hypoxia regulator HIFla and hexosamine pathway genes was decreased.

Conclusion. The occurrence of T2DM in the presence of OA is likely to be associated with the higher needs for cells for ATP energy and is accompanied by activation of the glucose assimilation pathways, as well as by the increased expression of the genes responsible for extracellular matrix destruction. This may be caused by impaired protein glycosylation due to inhibition of the hexosamine pathway.

Keywords: osteoarthritis; diabetes mellitus; gene expression; energy metabolism; blood. Contact: Elena Vasilyevna Chetina; etchetina@mail.ru

For reference: Chetina EV, Sharapova EP, Kashevarova NG, et al. Expression of genes related to glucose metabolism and joint destruction in the development of diabetes mellitus in patients with osteoarthritis. Sovremennaya Revmatologiya=Modern Rheumatology Journal. 2019;13(1):64- 70.

DOI: 10.14412/1996-7012-2019-1-64-70

Сахарный диабет (СД) и остеоартрит (ОА) принадлежат к наиболее распространенным хроническим заболеваниям в мире [1]. Предполагается, что по мере старения населения число больных ОА и СД будет неуклонно увеличиваться. Среди взрослого населения распространен СД 2-го типа (СД2), который является компонентом метаболического синдрома и включает в себя резистентность к инсулину на клеточном уровне, относительный дефицит секреции инсулина, прежде всего длительную гипергликемию, которая приводит к осмотическому и окислительному стрессу, повреждению тканей многих органов и значительно повышает смертность больных [2].

ОА характеризуется дегенеративно-дистрофическими изменениями в тканевых компонентах сустава: в первую очередь в суставном гиалиновом хряще, а также в субхонд-ральной кости, синовиальной оболочке, капсуле сустава и связочном аппарате, что вызывает большее число нарушений функций нижних конечностей по сравнению с любым другим заболеванием [3].

При этом отмечена значительная коморбидность СД2 и ОА [4]. В настоящее время неясно, как коморбидность влияет на течение и исходы ОА [4]. Вместе с тем отмечается, что СД2 часто наблюдается у больных ОА и сопровождается более выраженной деструкцией хряща, а также увеличением скорости прогрессирования заболевания. Установлена ассоциация СД2 с более сильной болью и синовитом коленного сустава при ОА [5]. Кроме того, тучность является общим фактором риска обоих заболеваний. Это может указывать на сходные нарушения клеточного метаболизма, лежащие в основе развития ОА и СД2.

СД2 нередко развивается на фоне ОА [6]. Основой для этого может быть изменение активности определенных метаболических путей, вызванное процессами прогрессирования ОА. Процессы, связанные с изменением концентрации нутриентов и путей их метаболизма, контролируются главными метаболическими сигнальными путями, такими как АМРК (АМР-активируемая протеин киназа), mTOR (mechanistic target of rapamycin) и HIFla (hypoxia-inducible factor 1 a) [7]. При этом экспрессия АМРК — регулятора концентрации АТФ — в клетках крови больных ОА на поздней стадии заболевания значительно выше ее уровня у здоровых лиц [8], что может свидетельствовать о нарушении энергетического метаболизма в этих клетках. Кроме того, метаболические нарушения при ОА непосредственно связаны с дисфункцией гена mTOR — главного регулятора клеточного роста и пролиферации, уровень которого в клетках крови влияет на манифестацию клинических проявлений ОА в виде боли и синовита [9]. mTOR играет значительную роль также при СД2, поскольку служит главным сигнальным звеном между разветвленными аминокислотами и инсулином, а резистентность к инсулину предшествует гипергликемии и развитию СД2 [10].

Поскольку СД2 также включает метаболические нарушения, прежде всего вследствие дисфункции преобразования глюкозы в организме, в ранее проведенных исследованиях отмечалось нарушение регуляции этих процессов. В частности, при СД2 наблюдались увеличение экспрессия тТОЯ и снижение концентрации АМРК [11]. В отношении Н№1а получены противоречивые результаты, указывавшие как на увеличение, так и на уменьшение его уровня при СД2 [12].

В норме иммунные клетки периферической крови ме-таболизируют глюкозу до пирувата в гликолизе с образованием двух молекул АТФ из одной молекулы глюкозы при участии фосфоглицераткиназы (PGK1) и пируваткиназы (РКМ2) (рис. 1). Далее пируват преобразуется в ацетил-КоА с участием пируватдегидрогеназного комплекса (PDHA1) и метаболизируется до СО2 в митохондриях в цикле трикарбо-новых кислот (ЦТК). Восстановительные агенты NADH и FADH2, образующиеся в реакциях, катализируемых изоци-тратдегидрогеназой (IDH3G), а-кетоглутаратдегидрогена-зой (OGDH), сукцинатдегидрогеназой (SDHB) и малатде-гидрогеназой (MDH2), окисляются в цепи переноса электронов с формированием значительно большего количества АТФ (до 36 молекул) [13]. В случае активации иммунные клетки изменяют свою метаболическую программу и генерируют АТФ с использованием аэробного гликолиза, который отличается меньшей эффективностью, но более высокой скоростью производства АТФ. При этом в условиях нормального парциального давления кислорода происходит преобразование пирувата в лактат вместо ацетил-КоА (эффект Варбурга) [14].

При СД2 иммунные клетки крови подвергаются длительному экспонированию высокими концентрациями глюкозы. В этих условиях избыток глюкозы может метаболизи-роваться не только в гликолизе, но и посредством пентозо-фосфатного (ПФ) или гексозаминового путей [15]. В ПФ-пути ключевой фермент глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (G6PD) преобразует глюкозо-6-фосфат в 6-фосфоглюконо-

П ЕНТОЭОФОСФАТН KIИ ПУТЬ

5 ■ Ifnrijlijn Ю1ч път Я FL1VIK *-

1С I. IL J у : J -1.-L|I U L

11Р&ДОКС1ПДО1Й ! I К Ч I

( ■ 1 : у ':r~v i ■ ^ ■(.«■!:» I -

i laimi

. гликолиз

Г.-ii

J

ГК 1С« НАМ И НОВЫ И TTVTh

[Gl'AT]

- ГлкжсзсИ'-фосфгп — —► Фруътозгик-фо^фят -I глюкозо-б-фосфггшзомсраш! Фруы то Vi -<j-фос ф ят

|фосфофрук Фруктозо-1.6- тггфосфят

* ГпИ>кОЭДМ51Н-(>-фОСфЗТ

\ IО Р- глт ин а мтгн- 6 -ф пс ф ЛТ

I IOG-1]

IMDH2 маляттсппрогеназа N.ADH

| iLiLacui.ua

-I л1111сри_тьлсп1л-^-ф(:ц:||шт

| I JIIUPpLl IWtft lUl-3-фОСфаt --LCI ILipOliiuiй I,3 -ДН ф ОС фо Г.01 ill С рчГГ АТФ'*— т фосф|>г711И{е]1ящгннз5а |1ЧЖ I] >-фосфоь juuiepax

| фосфпглипсрятчутача 2-фосфоииш«1КГ1 | "5 и пла та Фосфа_я11>.11шру.1шх АТФ* — т пируваткнна:«! | РКМ2| Hiipyisti

| пIipyпатдепuporciia:sii [FDI1Л I] Anfii wi-KoA

^^MfipirmHriaJa " ll.il ф?.1

Охсзшшшяи! шиши-ля

Изогггпрат

О-иыишные uuLKUiif.KriejjjibJ

\

UHKJJ KPLW. A

Фумярят [SDI ID] L">K!lltLUll Jtl lUpOL CIIUJJ.

KAIiH {"укгптнат

ичпиитратдегн.дрогсна:«!1 lDH3Ci| о-кетогдлтярат WADH

О-T;СТОПТуТЯPИТДСГПтрпгСгНЯ|(K5DH I

NAliH

CviIiJllLlLJ-KL>A

Рис. 1. Схема путей энергетического метаболизма в клетках эукариотов (адаптировано из [21])

ОРИГИНАЛЬНЫЕ

лактон и далее в глицеральдегид-3-фосфат в цепи превращений, включая вторую ключевую ступень цикла — транскето-лазную реакцию. Кроме того, избыток глюкозо-6-фосфата может преобразовываться в гексозаминовом пути с участием его ключевого фермента глутамин-фруктозо-6-фосфатами-нотрансферазы (GFAT) с образованием глюкозамин-6-фос-фата, который в условиях гипергликемии превращается в свое UDP-производное. Этот высокоэнергетический субстрат, используется для ковалентной модификации белков с участием второго ключевого фермента UDP-N-ацетилглю-козаминилтрансферазы (OGT), который контролирует активность многих белков путем их гликозилирования [16].

Цель исследования — учитывая, что развитие СД приводит к нарушениям основных путей метаболизма сахаров и их регуляции, которые могут обусловливать увеличение тяжести ОА и/или ускорение деструкции суставов, изучена экспрессия ключевых генов основных путей метаболизма глюкозы (гликолиз, ЦТК, ПФ- и гексозаминовый пути), их регулятор-ных молекул HIFla, mTOR и AMPKa, а также матриксных ме-таллопротеиназ (ММП), ответственных за разрушение внеклеточного матрикса суставного хряща, у 3 больных ОА, у которых СД2 развился в течение многолетнего наблюдения.

Пациенты и методы. В исследование включено 27 здоровых лиц (контроль) в возрасте от 42 до 74 лет (средний возраст 55,68,3 года) и 3 амбулаторные пациентки с ОА, возраст которых на момент включения составлял 62 года (больная Ж173), 53 (больная Ж211) и 55 (больная Ж203) лет. Больная Ж173 находилась под наблюдением 6 лет (с 2012 г.), а больные Ж211 и Ж203 — по 4 года (соответственно с 2013 и 2015 гг.). Все пациентки имели нормальную минеральную плотность костной ткани в осевом скелете, синовит в течение всего периода наблюдения, II рентгенологическую стадию ОА по Келлгрену—Лоуренсу, длительность заболевания более 10 лет и повышенный индекс массы тела (>30). СД2 диагностирован эндокринологом. Помимо ОА, у больных имелись сопутствующие заболевания: у пациентки Ж173 — артериальная гипертензия (АГ) и многоузловой зоб; у больной Ж211 — хронический бронхит, хронический тонзиллит, АГ, хронический гастрит и пиелонефрит; у пациентки Ж203 — ишемическая болезнь сердца: стенокардия напряжения, АГ, миома матки.

Проведены следующие исследования: выделение РНК, реакция обратной транскрипции (ОТ) и полимеразная цепная реакция (ПЦР) в режиме реального времени.

Из собранных образцов цельной крови здоровых лиц и больных ОА выделена общая РНК, которая переведена в комплементарную ДНК посредством ОТ-реакции, как описано ранее [17]. Поскольку определялась относительная экспрессия изученных генов, то оценивалось отклонение экспрессии каждого гена у каждой больной ОА по сравнению с усредненной экспрессией того же гена у 27 здоровых лиц.

Посредством количественной ПЦР в режиме реального времени в образцах периферической крови изучали уровень экспрессии ключевых генов, связанных с основными путями получения и преобразования энергии. Использовали готовые праймеры и зонды для TaqMan метода (Applied Biosystems Int., USA): — гликолиза: транспортера глюкозы, Gluti (Hs_m100197884_m1), фосфоглицераткиназы, PGK1 (Hs99999906_m1); пируваткиназы, PKM2

ИССЛЕДОВАНИЯ

(Hs00987255_m1); пируватдегидрогеназы a1, PDHA1 (Hs00264851_m1);

— ПФ-пути: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, G6PD (Hs00166169_m1); транскетолазы, TKT(Hs01115545_m1);

— гексозаминового пути: глутамин-фруктозо-6-фосфат-трансаминазы 1, GFAT (Hs00899865_m1); O-связанной N-ацетилглюкозамин-трансферазы, OGT (Hs00269228_m1);

— цикла Кребса: изоцитратдегидрогеназы, IDH3G (Hs00188065_m1); a-кетоглутаратдегидрогеназы, OGDH (Hs01081865_m1); сукцинатдегидрогеназы, SDHB (Hs01042482_m1); малатдегидрогеназы, MDH2 (Hs00938918_m1);

— центральных регуляторов клеточного метаболизма: mTOR (Hs00234522_m1); AMPKa (Hs01562315_m1); HIFla (Hs00936368_m1);

— генов, связанных с деструкцией суставов, ММП: MMP8 (Hs01029057_m1); MMP9 (Hs00234579_m1).

ß-Actin использовали в качестве гена домашнего хозяйства. Количественную оценку уровней мРНК проводили на приборе 7300 (Applied Biosystems Int., USA), как описано ранее [8]. В системе ПЦР в реальном времени относительная экспрессия каждого гена рассчитывается по сравнению с контролем, который равен 1.

Результаты. Анализ экспрессии генов в крови 3 больных ОА в ходе развития СД2 показал закономерные изменения, обусловленные наличием коморбидности.

Больная Ж173, страдает ОА, наблюдалась в течение

1 года до начала СД2 и 5 лет после его дебюта. Результаты исследования экспрессии генов показали, что у Ж173 близкие к норме уровни гена транспортера глюкозы Gluti наблюдались до начала СД2, через 1 год после развития СД2 эти показатели несколько снижались, а затем значительно увеличивались и оставались высокими в последующие 3 года (рис. 2). Уровни экспрессии АТФ-генерирующих этапов гли-колитического пути (PGK1 и РКМ2), генов ключевых ферментов ПФ-пути (G6PD и TKT), гена метаболизма пирува-та (PDHA1), генов, кодирующих ферменты цикла Кребса (IDH3G, MDH2 и OGDH), а также центральных регуляторов метаболизма mTOR и AMPKa имели аналогичную динамику (см. рис. 2—4).

Напротив, экспрессия гена сукцинатдегидрогеназы (SDHB) поддерживалась ниже уровня контроля в течение 2 лет после развития СД2 и значительно повышалась в последние

2 года наблюдения. В то же время активность гексозаминового пути, о которой судили по экспрессии гена, лимитирующего его скорость (GFAT), и гена, ответственного за гликозилирование белков (OGT), оказалась повышенной до начала СД2Т, далее находилась на уровне контроля в течение 2 лет и резко снижалась в последующие 3 года. Экспрессия HIFla была почти вдвое ниже нормы до возникновения СД2 и еще в течение 2 лет после его дебюта, а затем оставалась на очень низком уровне в последующие 3 года. Вместе с тем экспрессия коллагеназы ММР8 не отличалась от нормы до начала СД2, затем увеличивалась в течение 3 лет и резко возрастала в последние 2 года наблюдения. Экспрессия ММР9 превышала уровни контроля на всех этапах наблюдения.

Больная Ж211, имеет ОА, наблюдалась в течение 2 лет до начала СД2 и 2 года после его дебюта. Результаты исследова-

Gluti

PGK1

РКМ2

Ж211

Ж203

•• : СД2

PDHA1

Ж211

Щ-

Ж203

Ж173

Ж211

Щ-

Л

Ж203

: СД2 .•

GFAT

Ж173

Ж211

Ж.

Ж203

OGT

Рис. 2. Относительная экспрессия генов, ответственных за транспорт глюкозы, гликолиз и гексозаминовый путь, у больных Ж173, Ж211 и Ж203. Здесь и на рис. 3, 4: по оси ординат — относительная экспрессия генов; по оси абсцисс — годы до и после начала СД2. С — уровень экспрессии генов у здоровых лиц

ний экспрессии генов показали, что до развития СД2 у пациентки также определялялся близкий к норме уровень гена транспортера глюкозы (Glut1), который значительно увеличивался в год дебюта СД2 и оставался повышенным в последующий год (см. рис. 2). Экспрессия PGK1, генов ключевых ферментов ПФ-пути (G6PD и TKT), гена метаболизма пирувата (PDHA1), генов, кодирующих ферменты цикла Кребса (IDH3G, MDH2, SDHB и OGDH), ММР9, а также центральных регуляторов метаболизма mTOR, AMPKa характеризовалась аналогичной динамикой (см. рис. 2—4). Однако экспрессия гликоли-

тического гена РКМ2 и коллагеназы ММР8 повышалась только в год начала СД2, а в остальные годы была ниже (РКМ2) или на уровне (ММР8) контроля. Экспрессия генов гексозаминового пути увеличивалась в год перед началом СД2, резко снижалась в год развития коморбидного заболевания и далее снижалась по сравнению с уровнем контроля. Экспрессия HIFla оказалась ниже таковой в контроле на всем протяжении наблюдения, значительно уменьшаясь в год дебюта СД2.

Больная Ж203, страдает ОА, наблюдалась 3 года до и в течение 1 года после возникновения СД2. Экспрессия Gluti, PGK1, PKM2, PDHA1, генов, кодирующих ферменты ЦТК, ПФ-пути, mTOR, AMPKia, и ММР9, не превышала нормальные показатели в течение первых 2 лет наблюдения, резко возрастала в год перед началом СД2 и сохранялась высокой в первый год его возникновения (см. рис. 2—4). Напротив, экспрессия HIFia, GFAT и OGT постепенно снижалась, особенно за год до начала СД2, а в год его дебюта была чрезвычайно низкой.

Обсуждение. На примере 3 больных ОА можно проследить общие тенденции в изменении экспрессии генов в ходе развития СД2. В частности, экспрессия транспортера Gluti, ферментов гликолиза PDHA1, ПФ-пути, ЦТК и центральных регуляторов метаболизма mTOR и AMPKa у больных ОА колебалась вблизи уровня нормы, однако резко возрастала и оставалась таковой в процессе развития СД2. Напротив, экспрессия HIFia у больных ОА была ниже, чем у здоровых, и значительно уменьшалась на фоне развития СД2. Аналогичные изменения уровня перечисленных генов также наблюдались в ряде исследований у пациентов с СД2 без суставных проявлений [10, 12]. Уникальность наших результатов состоит в том, что у 3 больных ОА выявлены сходные изменения экспрессии всех 17 изученных генов, несмотря на высокую чувствительность метода ОТ-ПЦР в реальном времени, которая может приводить к значительной флюктуации значений. Кроме того, несмотря на координированное увеличение экспрессии большинства исследованных генов, экспрессия трех генов GFAT, OGT и HIFia уменьшалась. Более того, хотя все больные имели разнообразные сопутствующие заболевания, наблюдалось координированное изменение экспрессии исследованных генов, что может свидетельствовать либо о ключевой роли метаболических нарушений в случае развития СД2 на фоне

СД2

СД2

СД2

СД2

СД2

СД2

СД2

IDH3G

MDH2

других коморбидных заболеваний, либо о типичных изменениях метаболизма при появлении дополнительной коморбидной патологии. Для выяснения этого необходимы дальнейшие исследования.

На увеличение экспрессии генов, связанных с синтезом АТФ в гликолизе и цикле Кребса, указывает то, что в процессе развития СД2 клетки крови больных испытывают возросшие потребности в энергетическом субстрате — АТФ. Это также подтверждает увеличение экспрессии сенсора концентрации АТФ в клетке — AMPKa, тогда как у больных СД2 без суставных проявлений наблюдалось снижение экспрессии АМРК [11]. Повышение потребности в АТФ в условиях комор-бидности при ОА может быть обусловлено активацией иммунной системы, как и в случае других ревматических заболеваний [18].

Развитие СД2 на фоне ОА сопровождалось повышением экспрессии коллагеназы (ММР8) и ММР9, что может впоследствии на уровне белка-фермента вызывать усиление деструкции суставного хряща. На это также указывает повышение экспрессии гена mTOR, которое мы ранее наблюдали у всех больных ОА на поздней стадии перед артропласти-кой [9]. Кроме того, разрушение сустава может быть также связано с недостаточной активностью процессов регенерации, которая контролируется HIFia, поскольку у всех обследованных отмечалось постепенное понижение экспрессии HIFiaв период преддиабета и его резкий спад при наступлении СД2. В то же время ранее мы установили, что увеличение экспрессии HIFia сопровождается повышением уровня коллагена 2-го типа — главного коллагена гиалинового хряща [8]. О низкой экспрессии HIFia у больных СД2, не отягощенных ОА, сообщалось и в ряде других исследований [12].

Повышение экспрессии генов ПФ-пути наблюдалось в начале СД2 у 2 больных ОА и через 1 год после его дебюта у третьей больной. Это может быть обусловлено увеличением транспорта глюкозы в клетку с участием транспортера глюкозы, кодируемого геном Gluti, экспрессия которого изменялась аналогичным образом.

Отличительной чертой развития СД2 на фоне ОА является динамика концентрации генов гексозаминового пути GFAT и OGT, которая может повышаться при ОА, однако значительно снижалась и оставалась низкой после развития СД2, тогда как у больных СД2 без суставных

OGDH

SDHB

Ж173

^ , .

0- Ж211

i- pj р *1 Е

Ж203

G6PD

ТКТ

р Ж211

Ж203

Ж173

СД2

Ж211

EJ_

EL

; ■ СД2 ■■.-.■:

Ж203

Рис. 3. Относительная экспрессия генов ЦТК и ПФ-пути у больных Ж173, Ж2И и Ж203

проявлений гипергликемия приводила к повышению активности гексозаминового пути и предположительно обусловливала увеличение экспрессии некоторых регулятор-ных молекул, таких как TGFßi [19]. Поскольку гликозили-рование определяет биологическую и функциональную активность белков [16], отмеченное в данном исследовании снижение экспрессии генов GFAT и OGT одновременно с увеличением уровня большинства исследованных генов может быть связано с нарушением этого процесса. Представленные наблюдения подтверждают предположение о том, что коморбидность не является простой суммой клинических, биохимических, иммунологических

СД

СД2

СД2

СД

ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

или других проявлений отдельных заболеваний [20, 21].

В целом сходство профиля экспрессии у пациентов с коморбидно-стью и у больных ОА на поздней стадии заболевания перед эндопротези-рованием [9] позволяет предположить последующее усиление тяжести заболевания (деструкции суставов) при наличии коморбидности.

Выводы. Анализ экспрессии генов у 3 пациенток с ОА показал, что развитие СД2 сопровождается увеличением экспрессии генов, связанных с генерацией энергии (в гликолизе и ЦТК), транспорта глюкозы в клетку и ее альтернативного преобразования в ПФ-пути, уровня главного регулятора роста и пролиферации клеток (ген тТОК) и ММП, вызывающих деструкцию суставов, а также снижением экспрессии регулятора регенерационных процессов в ткани (Н/Ла). Кроме того, в отличие от СД2 без суставных проявлений развитие СД при ОА характеризуется снижением экспрессии генов гексо-заминового пути и увеличением экспрессии главного регулятора энергетического метаболизма АМРК1а. Полученные данные об экспрессии генов позволяют лучше понять молекулярные механизмы влияния СД2 на метаболизм глюкозы при ОА у больных с коморбидностью.

АМРКа

Ж173

Ж211

Ж203

ММРЗ

mTOR

Ж173

В_,_ гпГ1ту! I

СД2

H-rSrp

Ж211

ш.

Ж203

MMPS

HIF1u

СД2

СД2

СД2

СД2

СД2

Рис. 4. Относительная экспрессия генов главных регуляторов метаболизма и ММП у больных Ж173, Ж211 и Ж203

1. Courties A, Sellam J. Osteoarthritis and type 2 diabetes mellitus: What are the links? Diabetes Res Clin Pract. 2016 Dec;122: 198-206. doi: 10.1016/j.diabres.2016.10.021. Epub 2016 Nov 5.

2. Bijlsma JW, Berenbaum F, Lafeber FP. Osteoarthritis: an update with relevance for clinical practice. Lancet. 2011 Jun 18;377(9783):2115-26. doi: 10.1016/S0140-6736(11)60243-2.

3. Felson DT. Clinical practice. Osteoarthritis of the knee. N Engl J Med. 2006 Feb 23; 354(8):841-8.

4. Zullig LL, Bosworth HB, Jeffreys AS, et al. The association of comorbid conditions with patient-reported outcomes in Veterans with

ЛИТЕРАТУРА

hip and knee osteoarthritis. Clin Rheumatol. 2015 Aug;34(8):1435-41. doi: 10.1007/ s10067-014-2707-y. Epub 2014 Jun 12.

5. Parkinson L, Waters DL, Franck L. Systematic review of the impact of osteoarth-ritis on health outcomes for comorbid disease in older people. Osteoarthritis Cartilage. 2017 Nov;25(11):1751-1770. doi: 10.1016/j.joca.2017. 07.008. Epub 2017 Jul 11.

6. Singh JA, Lewallen DG. Time trends in the characteristics of patients undergoing primary total knee arthroplasty. Arthritis Care Res (Hoboken). 2014 Jun;66(6):897-906.

doi: 10.1002/acr.22233.

7. Berenbaum F, Griffin TM, Liu-Bryan R. Metabolic Regulation of Inflammation in

Osteoarthritis. Arthritis Rheumatol. 2017 Jan; 69(1):9-21. doi: 10.1002/art.39842.

8. Tchetina EV, Markova GA, Poole AR, et al. Deferoxamine suppresses collagen cleavage, protease, cytokine, C0L10A1 expression and upregulates AMPK and Krebs cycle genes in human osteoarthritic cartilage. Int J Rheumatol. 2016;2016:6432867. doi: 10.1155/2016/6432867. Epub 2016 Nov 30.

9. Tchetina EV, Poole AR, Zaitseva EM, et al. Differences in mTOR (mammalian target of rapamycin) gene expression in the peripheral blood and articular cartilages of osteoarthritic patients and disease activity. Arthritis. 2013; 2013:461486. doi: 10.1155/2013/461486. Epub 2013 Jun 25.

ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

10. Zoncu R, Efeyan A, Sabatini DM. mTOR: from growth signal integration to cancer, diabetes and ageing. (2011) Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2011; 12(1):21-35.

doi: 10.1038/nrm3025.

11. Jeon SM. Regulation and function of AMPK in physiology and diseases. Exp Mol Med. 2016 Jul 15;48(7):e245. doi: 10.1038/ emm.2016.81.

12. Xiao H, Gu Z, Wang G, et al. The possible mechanisms underlying the impairment of HIF-1a pathway signaling in hyperglycemia and the beneficial effects of certain therapies. Int J Med Sci. 2013 Aug 22;10(10):1412-21. doi: 10.7150/ijms.5630. eCollection 2013.

13. Kim J. Regulation of Immune Cell Functions by Metabolic Reprogramming. J Immunol Res. 2018 Feb 13;2018: 8605471. doi: 10.1155/2018/8605471. eCollection 2018.

14. Yang Z, Matteson EL, Goronzy JJ, et al. T-cell metabolism in autoimmune disease. Arthritis Res Ther. 2015 Feb 11;17:29.

Поступила 22.02.2019

doi: 10.1186/s13075-015-0542-4.

15. Herbel C, Patsoukis N, Bardhan K, et al. Clinical significance of T cell metabolic reprogramming in cancer. Clin Transl Med. 2016 Dec;5(1):29. doi: 10.1186/s40169-016-0110-9. Epub 2016 Aug 10.

16. Marshall S. Role of insulin, adipocyte hormones, and nutrient-sensing pathways in regulating fuel metabolism and energy home-ostasis: a nutritional perspective of diabetes, obesity, and cancer. Sci STKE. 2006 Aug 1; 2006(346):re7.

17. Четина ЕВ, ДиБатиста Д, Пул АР. Роль простагландина E2 в ингибировании разрушения коллагена суставного хряща больных остеоартрозом. Научно-практическая pевматология. 2009;47(3):18-24. [Chetina EV, DiBatista D, Pul AR. Prostaglandin E2 role in inhibition of joint cartilage collagen destruction in patients with osteoarthritis. Nauchno-prakticheskaya revmatologiya = Rheumatology Science and Practice. 2009;47(3):18-24. (In Russ.)].

doi: 10.14412/1995-4484-2009-1308

18. Straub RH, Cutolo M, Buttgereit F, et al. Energy regulation and neuroendocrine-immune control in chronic inflammatory diseases. J Intern Med. 2010 Jun;267(6):543-60. doi: 10.1111/j.1365-2796.2010.02218.x. Epub 2010 Jan 28.

19. Vallon V, Komers R. Pathophysiology of the diabetic kidney. Compr Physiol. 2011 Jul; 1(3):1175-232. doi: 10.1002/cphy.c100049.

20. Ширинский ВС, Ширинский ИВ. Коморбидные заболевания — актуальная проблема клинической медицины. Сибирский медицинский журнал. 2014;29(1): 7-12. [Shirinskii VS, Shirinskii IV. Comorbid diseases-the actual problem of clinical medicine. Sibirskii meditsinskii zhurnal. 2014; 29(1):7-12. (In Russ.)].

21. Ленинджер А. Основы биохимии. Москва: Мир; 1985. 367 c. [Leninger A. Osnovy biokhimii [Basics of biochemistry]. Moscow: Mir; 1985. 367 p.]

Исследование не имело спонсорской поддержки. Авторы несут полную ответственность за предоставление окончатель ной версии рукописи в печать. Все авторы принимали участие в разработке концепции статьи и написании рукописи. Окон чательная версия рукописи была одобрена всеми авторами.