CC BY
41
диабет под контролем
Вячеслав Буко,
завотделом биохимической фармакологии Института фармакологии и биохимии НАН Беларуси, профессор, доктор биологических наук
Коррекция диабета и его осложнений
Елена Яапшина,
ведущий научный сотрудник Института фармакологии и биохимии НАН Беларуси, кандидат биологических наук
Оксана Яукивская,
ведущий научный сотрудник Института фармакологии и биохимии НАН Беларуси, кандидат биологических наук
Светлана Ильина,
завкафедрой офтальмологии Гродненского государственного медицинского университета, кандидат медицинских наук
Сергей Кирко,
младший научный сотрудник Института фармакологии и биохимии НАН Беларуси
Илья Эаводник,
завкафедрой биохимии Гродненского государственного университета им. Я. Купалы, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института фармакологии и биохимии НАН Беларуси
Окислительный стресс играет важную роль в патогенезе диабета 1-го и 2-го типов и его осложнений. Основной источник свободных радикалов - окисляемая глюкоза в ее энедиольной форме (рис. 1). Неферментативное гликозилирование белков и аутоокисление глюкозы приводят к появлению супероксид-аниона и гидроксильного радикала. Процесс включает в себя наработку конечных продуктов гликозилирования (КПГ) и их взаимодействие со специфическими рецепторами, запускающими сигнальный каскад. Стратегия угнетения этого процесса предполагает применение ингибиторов гликозилирования, хелаторов и антиоксидантов. Среди последних наиболее эффективной, в частности, при диабетической ретинопатии считается липоевая кислота. В то же время поиск антиоксидантов, препятствующих активации
окислительного стресса при диабете, продолжается.
ПОЛИЕНОИЛФОС-ФАТИДИЛХОЛИН (ПФХ)
Мембраностабилизирующие свойства ПФХ (дилинолеоил-фосфатидилхолин) известны более 20 лет. Изменения в мембранах после его использования сводятся к повышению их текучести вследствие замещения насыщенных жиров полиненасыщенными фосфолипида-ми. Препарат применяется при поражениях печени, прежде всего - при стеатогепатитах, что на сегодня достаточно фундаментально обоснованно.
Впервые на возможные антиоксидантные свойства указали Клингер и соавторы, обнаружившие повышение уровня восстановленного глутатиона в печени, сыворотке и аорте, и снижение наработки Н2О2 у крыс, получавших ПФХ. Мы считаем, что антиоксидантный эффект ПФХ связан с изменениями липидного окружения мембранносвязанного цитохрома Р-450 2Е1 - основного источника свободных кислородных радикалов при хронической алкогольной интоксикации [1]. Дальнейшие исследования, проведенные в лаборатории профессора Либера [2], продемонстрировали явный антиоксидантный эффект ПФХ у крыс с фиброзом печени, вызванном ССЬ^ где ПФХ снижал содержание F2-изопростана и
4-оксиноненаля. У крыс с алкогольным поражением печени пФх уменьшал уровень цитохрома Р-450 2Е1.
Исследуя влияние ПФХ на структуру и функции поджелудочной железы, мы обнаружили увеличение числа и размеров островков Лан-герганса, количество р-клеток островкового аппарата и число хромаффинных гранул в этих клетках у крыс с аллоксановым диабетом [3]. Одновременно ПФХ снижал уровень глюкозы в крови и печени и повышал наработку инсулина. ПФХ увеличивал экспрессию мРНК-инсулина и предупреждал повреждение р-клеток стрептозотоцином, снижал наработку продуктов перекисного окисления липидов (ПоЛ) в печени крыс с аллоксановым диабетом, нормализовал спектр фосфолипидов и жирных кислот в мембранных структурах [4]. Приведенные данные свидетельствуют, что защитный эффект ПФХ при экспериментальном диабете обусловлен как его антиоксидантным действием, так и стабилизацией мембранных структур островкового аппарата поджелудочной железы, что в итоге приводит к восстановлению секреции инсулина и снижению уровня глюкозы у диабетических животных.
тема номера
УРСОДЕЗОКСИХОЛЕВАЯ КИСЛОТА (УДХК)
Препарат используется в клинической практике для лечения холестатических заболеваний печени, а в течение последних 10 лет - и для терапии недугов нехоле-статической патологии (стеатозы, стеа-тогепатиты, гепатиты, фиброз печени). УДХК показана также при неалкогольном стеатогепатите (НАСГ), ключевую роль в развитии которого играет инсулиновая резистентность. Наши данные свидетельствуют о том, что УДХК оказывает выраженный гепатопротективный эффект у животных с НАСГ, вызванным диетой, дефицитной по холину и метионину. При этом падает уровень глюкозы и нормализуется уровень инсулина сыворотки крови.
Антиоксидантный эффект УДХК интенсивно изучался в течение последнего десятилетия. У крыс с алкогольным стеатозом кислота снижала конечные продукты ПОЛ в митохондриях крыс. Нами показано, что в печени облученных крыс под влиянием УДХК нормализовалась активность супе-роксиддисмутазы и содержание карбонильных продуктов ПОЛ, а также уменьшался уровень восстановленного глутатиона [5].
Исследования, проведенные в нашей лаборатории, показали защитный эффект урсо-дезоксихолевой кислоты на поджелудочную железу крыс с аллоксановым диабетом. При введении данного препарата повы-
шалось число панкреатических островков и р-клеток в них, нормализовалась секреция инсулина и уровень глюкозы в крови [6].
Митохондриальная дисфункция при диабете тесно связана с окислительным стрессом. Повышенная наработка активных форм кислорода (АФК) приводит к човреждениюмитохондриальной функции, в частности, через мутации митохон-дриальной ДНК. С другой стороны, окислительный стресс может активироваться вследствие нарушений митохондриальной биоэнергетики.
Нормализация наработки АФК в митохондриях ингибиторами метаболизма, антиоксидантами или разобщителями дыхательной цепи может предупреждать многие осложнения диабета. Нами исследовалось влияние УДХК на митохондриальную функцию и окислительный стресс у крыс с аллоксановым диабетом [7]. У этих животных повышались митохондриальное дыхание в состоянии 4 (субстрат - пальмитоилкар-нитин) и дыхательный контроль со всеми исследуемыми субстратами (сукцинат, пальмитоилкарнитин, пируват + малат). Кроме того, у диабетических крыс снижалось соотношение АДФ/О, характеризующее окислительное фосфорилирование, а также активность сукцинатдегидроге-назы в митохондриях. Введение УДХК этим животным оказывало выраженный
защитный эффект на митохондриальное дыхание. Активность митохондриальных дегидрогеназ также нормализовалась после введения УДХК. Экспериментальные данные подтверждают способность препарата снижать ПОЛ и наработку АФК, а также повышать уровень восстановленного глутатиона, что свидетельствует о способности УДХК проявлять антиоксидантную защиту в митохондриях печени крыс с аллоксановым диабетом. Достаточно трудно выяснить, какой процесс первичен в цепи нарушений митохондриальной функции при диабете: окислительный стресс или нарушения биоэнергетики. Но можно однозначно заключить, что УДХК способна предупреждать нарушения митохондриальной функции при диабете 1-го типа, и этот процесс тесно связан с антиоксидант-ным действием препарата.
МЕЛАТОНИН
№ацетил-5-метокси-триптамин как основной секреторный продукт эпифиза участвует в регуляции циркадных и сезонных ритмов, в процессах репродукции. Его действие обусловлено рядом рецепторов. Доказана роль мелатонина как эффективного прямого и непрямого антиоксиданта на уровне клеточных мембран, митохондрий и ядер [8]. Предполагают прямое взаимодействие сигнальных каскадов мелатонина и инсулина [9].
Гипергликемия
Рис. 1. Схема взаимосвязи диабета и окислительного стресса
4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
контроль
диабет
диабет+ мелатонин
Рис. 2. Активности транскетолазы в ткани печени крыс. Эффект диабета и введения мелатонина
- статистически достоверно по сравнению с группой «контроль»
- статистически достоверно по сравнению с группой «диабет»
18 НАУКА И ИННОВАЦИИ №5(99) Май 2011
диабет под контролем
Мы исследовали метаболические эффекты введения мелатонина (10 мг/кг, ежедневно в течение 18 дней) при стрептозотоцин-индуцируемом диабете у крыс. Вызванная патология сопровождалась значительной гипергликемией, повышением уровня гликозилированного гемоглобина и задержкой роста животных, значительным уменьшением активности ряда ферментов метаболизма глюкозы в ткани печени: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы - в 2,2 раза, транскетолазы - в 1,7 раза; ферментов антиоксидантной защиты: глутатионпероксидазы - в 1,3 раза и каталазы - в 1,2 раза. Введение животным мелатонина в значительной степени предотвращало инактивацию ферментов при диабете (рис. 2), оказывало гепатопротекторный эффект [10]. Диабет сопровождался значительным возрастанием уровня оксида азота в плазме крови (на 50%) и в ткани аорты (на 30%), но не в печени. Следует отметить, что показатели оксида азота в ткани аорты (3,92 ± 0,73 нмоль/мг белка) оказались значительно больше, нежели в печени крыс (0,59 ± 0,13 нмоль/мг белка). Введение мелатонина диабетическим животным приводило к уменьшению уровня N0 в плазме и аорте до значений контроля.
Таким образом, введение мелатонина в значительной степени предотвращало нарушения активности ферментов окислительной и неокислительной ветвей пентозо-фосфатного пути и системы антиоксидантной защиты. Эти эффекты могут быть связаны как с прямым улавливанием свободных радикалов, так и с опосредованной регуляцией системы антиоксидантной защиты. Снижение биодоступности N0 - один из возможных механизмов протекторного действия мелатонина, который, как показано нами, может выступать в качестве прямого скэ-венджера N0.
АЦЕТИЛСАЛИЦИЛОВАЯ КИСЛОТА
Сосудистые заболевания - один из основных патогенетических факторов развития долговременных
осложнений диабета. Мы исследовали метаболические эффекты длительного (9 недель) стрептозотоцин-индуцируемого диабета у крыс и введения малых доз ацетилсалициловой кислоты (ASA, аспирина) на фоне диабета для разработки способов направленной коррекции диабетических поражений органов и тканей. Современная схема лечения диабета предполагает использование малых доз аспирина с целью предотвращения долговременных сосудистых осложнений.
Уровень гликозилированного гемоглобина (GHb) значительно возрастал у диабетических животных, наблюдалась линейная корреляция между концентрацией глюкозы в крови и уровнем GHb для всех групп животных. Введение ASA в дозе 5 мг/кг и 50 мг/кг не изменяло у них уровень глюкозы в крови, несколько снижало показатель GHb, нарушало линейную зависимость содержания гликозилированного гемоглобина от концентрации глюкозы в крови.
Это свидетельствует о конкурентном взаимоотношении реакций гликозилирования и ацетилирования белков при введении ASA. В нашем эксперименте наблюдались изменения активности антиоксидантных ферментов, глутатионпероксидазы и каталазы, что говорит о сдвиге в системе антиоксидантной защиты тканей, изменении активностей глутатионтрансферазы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, играющей важную роль в поддержании редокс-баланса клетки. Длительное введение ASA частично предотвращало эти видоизменения без видимого побочного его действия. Таким образом, угнетение гликозилирования белков путем ацетили-рования свободных аминогрупп и снижение глюкозы крови ацетилсалициловой кислотой может предотвращать некоторые осложнения при диабете.
Приведенные результаты доказывают перспективность использования препаратов, обладающих антиоксидантным действием для коррекции диабета и профилактики его осложнений.
Литература
1. Klinger W., Müller D., Kleeberg U., Kretzschmar M., Splinter F.K. The influence of «essential» phospholipids (EPL) on phase-I- and phase-II-reactions and on the glutathione status in the liver of aging rats // Exp. Pathol. 1991. Vol. 41.
P. 151-156.
2. Buko V., Artsukevich A., Maltsev A., et al. Effect of polyunsaturated phosphatidylcholine on lipid structure and cAMP-dependent signal transduction in the liver of rats chronically intoxicated with ethanol // Exp. Toxic. Pathol. 1994.Vol. 46. P. 375-382.
3. Буко В.У., Немкевич В.В.. Мальцев А.Н., Никитин В.С., Малышко И.А., Игнатенко К.В. Влияние эссенциальных фосфолипидов на структурные и метаболические изменения в печени крыс при экспериментальном алкогольном поражении // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 1994. №4. C. 50-53.
4. Aleynik S.I., Leo M.A., Takeshige U., Aleynik M.K., Lieber C.S. Dilinoleoylphosphatidylcholine is the active antioxidant of polyenylphosphatidylcholine // J. Investig. Med.1999. Vol. 476, №9. Р. 507-512.
5. Buko V., Lukivskaya O., Nikitin V., et al. Hepatic and pancreatic effects of polyenoylphosphatidylcholine in rats with alloxan-induced diabetes // Cell Biochem. Funct. 1996. Vol. 14, №2. P. 131-137.
6. Lukivskaya O., Lis R., Egorov A., Naruta E., Tauschel H.-D., Buko V.U. The protective effect of ursodeoxycholic acid in alloxan-induced diabetes // Cell Biochem. Funct. 2004. Vol. 22, №2. P. 97-103.
7. Lukivskaya O., Patsenker E., Buko V.U. Protective effect of ursodeoxycholic acid on liver mitochondrial function in rats with alloxan-induced diabetes: link with oxidative stress // Life Sci. 2007.Vol. 80, №26. P. 2397-2402.
8. Reiter R.J. Melatonin: Lowering the High Price of Free Radicals // News Physiol. Sci. 2000. Vol. 15. P. 246-250.
9. Nishida S. Metabolic effects of melatonin on oxidative stress and diabetes mellitus //. Endocrine 2005. Vol. 27, №2. P. 131-136.
10. Sudnikovich E. Ju., Maksimchik Y.Z., Zabrodskaya S.V., et al. Melatonin attenuates metabolic disorders due to streptozotocin-induced diabetes in rats // Eur. J. Pharmacol. 2007.Vol. 569, №3. P. 180-187.
