Ugrás a tartalomhoz

Patobiokémia

Szarka András, Bánhegyi Gábor (2014)

Typotex Kiadó

5. fejezet - A fehérjék nem enzimes glikációja, késői glikációs végtermékek

5. fejezet - A fehérjék nem enzimes glikációja, késői glikációs végtermékek

Az ötödik fejezettel a tankönyv első részét alkotó oxidatív stressz, mitokondriális patobiokémia területéről a fehérje térszerkezettel, a térszerkezet megváltozásával, hibás kialakulásával kapcsolatos patobiokémiai területre térünk át.

A diabéteszben szenvedő emberek kardio-vaszkuláris halálozási aránya a teljes populációhoz viszonyítva, több mint kétszeres. Emiatt a betegséget a szív koronária betegség ekvivalensnek is tartják. Diabéteszben egy sor hemodinamikai és metabolikus faktor játszik össze így okozva ezt a szomorú eredményt. Mind az I-es típusú diabétesz esetén végzett Diabétesz Kontrol és Komplikáció Vizsgálat (Diabetes Control and Complications Trial: DCCT), mind a II-es típusú diabétesz esetén végzett Egyesült Királyság Prospektív Diabétesz Tanulmány (UK Prospective Diabetes Study: UKPDS) egyértelmű okozati összefüggést mutatott a krónikus hiperglikémia és a hosszú távú diabéteszes szövődmények között. Egyre nehezebben megdönthető bizonyítékok szólnak amellett, hogy a fehérje glikáció, a késői glikációs végtermékek (advanced glycation endproducts: AGEs) kulcsszerepet játszanak az érelmeszesedés folyamatában, különösen diabéteszben. Az AGE akkumulációja nem csupán a hiperglikémia fokáról ad információt, hanem egyféle kumulált metabolikus terhelés markerként is felfoghatjuk (amely a hiperglikémiáról és a hiperlipidémiáról is információt szolgáltat), valamint képet formálhatunk az oxidatív stresszről és gyulladásról. Az AGE-k és az AGE receptorok interakciója gyulladást és endotél diszfunkciót vált ki.

5.1. AGE képződés és szerkezet

A redukáló cukrok, mint például a glükóz nem-enzimes módon reagálnak az aminosavak, lipidek és nukleinsavak amino csoportjaival. A nem-enzimes glikáció során először a glükóz és az aminocsoportok között az amidkötést tartalmazó, labilis Schiff bázis jön létre. Hosszabb idő (néhány hét) alatt egy lassúbb izomerizáció következik be, amelynek eredményeképpen egy stabil, de mégsem teljesen irreverzibilis szerkezetű vegyület, a ketoamin kötést tartalmazó Amadori termék jön létre (5.1. ábra). A hosszú életidejű szerkezeti fehérjékben a glikáció eredményeképpen létrejött Amadori termékek további átalakulásokon mennek keresztül, melynek eredményeképpen egy meglehetősen heterogén vegyületcsoport az AGE-k jönnek létre (5.2. ábra). A folyamat Maillard reakció néven is ismert és az 1900-as évek elején került leírásra, amikor megfigyelték, hogy a redukáló cukrok jelenlétében hő kezelt aminosavak egy jellegzetes színű, sárgás-barnás terméket képeznek.

5.1. ábra - A fehérjék nem enzimes glikációja

A fehérjék nem enzimes glikációja

Ahogy említettük a késői glikáció lassan jó néhány hét alatt lejátszódó folyamat, így a hosszú életidejű fehérjéket érinti. A folyamat elsődleges célpontjai közé a kötőszöveti mátrix és a bazális membrán szerkezeti elemei tartoznak, mint a kollagén, a mielin, a C3 komplement, a tubulin, a plazminogén aktivátor és a fibrinogén. Urémiában, ami rendkívül nagymértékű AGE akkumulációval jár együtt, azonban rövidebb életidejű komponensek, mint lipid összetevők és nukleinsavak is érintettek.

5.2. ábra - A késői glikációs termékek képződése

A késői glikációs termékek képződése

A glikáció, a korai szakaszban különös mértékben, koncentráció függő folyamat, így diabéteszben jelentős mértékben megemelkedik a glikált fehérjék mennyisége. Az AGE képződését az átmeneti fémionok katalizálják, míg a redukálószerek, például az aszkorbát gátolja. A glükóz viszonylag alacsony mértékben képes glikációra, viszont a sejtben előforduló cukrok, a glukóz-6-foszfát és a fruktóz jóval gyorsabban, jelentősebb mértékben képez AGE-t. Amennyiben oxdatív körülmények is társulnak a glikáció mellé, a képződött termékeket glikoxidációs termékeknek nevezzük. Ez utóbbiakra kiváló példát szolgáltat az AGE-k közé tartozó pentozidin és Nε-[karboximetil]-lizin (CML) (5.3. ábra).

A Maillard reakció során különösen fontosak az Amadori átrendeződés során képződő reaktív intermedierek. Ezek a vegyületek, mint α-dikarbonilek és oxoaldehidek ismertek és olyan vegyületek tartoznak közéjük, mint a 3-deoxiglukozon (3-DG) és a metilglioxál (MGO). A 3-DG az Amadori termékek nem oxidatív átrendeződése és hidrolízise révén képződik, illetve az egyik poliol útvonal termékből a fruktóz-3-foszfátból.

Itt muszáj néhány szó erejéig kitérnünk a poliol útvonalra. A poliol útvonal egy, két lépésből álló metabolikus út, amely során a glükóz szorbittá redukálódik, amely ezt követően fruktózzá alakul. Az útvonal egyike azon folyamatoknak, amelyet (legalább részben) felelőssé tesznek a diabéteszes hiperglikémia sejtszintű toxicitásáért. Ezt a következő tényezők támasztják alá: 1. akkor aktiválódik, amikor az intracelluláris glükóz koncentráció megemelkedik, 2. a lépéseket katalizáló mindkét enzim (aldóz reduktáz, szorbit dehidrogenáz) megtalálható azon szervekben, szövetekben, amelyeket a diabéteszes szövődmények érintenek, 3. a reakcióút termékei és a megváltozott kofaktor egyensúly olyan celluláris stresszt váltanak ki, amely a diabéteszes szövődmények helyszínén fordul elő. Az útvonal első és egyben sebesség meghatározó lépését katalizáló enzim, az aldóz reduktáz gátlása reprodukálható módon meggátolta a diabéteszes retinopátia kifejlődését diabéteszes rágcsáló modell esetében. A klinikai vizsgálatok azonban egyelőre nem teljesen homogén eredménnyel jártak.

A metilglioxál szintén nem oxidatív folyamatok során képződik az anaerob glikolízisben, illetve a többszörösen telítetlen zsírsavak oxidatív bomlása során. Ezen kívül MGO keletkezhet a fruktózból trióz-foszfátokra történő fragmentálódása révén, illetve a keton testek és a treonin katabolizmusa során. Habár ezek a termékek alapvetően nem oxidatív úton keletkeznek, paradox módon mégis oxidatív stresszt és apoptózist válthatnak ki.

A közelmúltban kiderült, hogy a metilglioxál és a 3-DG is a glikációs folyamat majd minden lépése során keletkezhet, így a glükóz, vagy a Schiff bázis degradációjával a korai lépések során, illetve az Amadori termékből (pl.: fruktóz-amin) a glikációs reakció középidejében. Ezért az α-oxoaldehideket egyféle központi vegyületeknek tekinthetjük, amelyek a Maillard reakció révén történő glükóz átalakulás, a poliol útvonal és számos in vivo faktor átalakulása, mint a ketontestek, vagy a treonin katabolizmusának és a lipid peroxidáció eredményei. Így ezen központi vegyületek (metilglioxál és a 3-DG) révén valósul meg minden említett esetben az AGE képződés. A reaktív dikarbonil prekurzorok, a lipidperoxidációs termékek akkumulációját és a glikoxidációt karbonil stressznek nevezzük. Ezen karbonil prekurzorok akkumulációja oxidatív AGE (mint a CML, vagy a pentozidin) képződéshez vezethetnek, vagy pedig nem oxidatív AGE vegyületek képződhetnek, mint a 3-DG-ből képződő deoxiglukazon-lizin dimer: DOLD, vagy a MGO-ből képződő metilglioxál lizin dimer: MOLD. A karbonil stressz ezen közelmúltban leírásra került jelensége megfigyelhető mind diabéteszben, mind urémiában és feltehetően közrejátszik mindkét esetben a vaszkuláris károsodás felgyorsulásához.

Néhány AGE vegyület szerkezetét sikerült felderíteni, közéjük tartozik a CML, a pentozidin és a pirralin (5.3. ábra)

5.3. ábra - Néhány AGE vegyület szerkezete

Néhány AGE vegyület szerkezete

Az ismert AGE molekulák immunológiailag különbözőek és egymás mellett megtalálhatóak a különböző hordozófehérjéken, mint az albumin, a hemoglobin, a szemlencse krisztallin és az LDL. A vérben a pentozidin és a CML 90%-a albuminhoz kötött, a maradék 10% szabadon található.

A pentizidin és a CML a legjobban karakterizált AGE vegyületek, ezen belül is glikoxidácós termékeként tartják számon őket. Erre bizonyítékul szolgál az az in vitro megfigyelés, amely szerint antioxidánsok a CML képződését csökkentették. Többszörösen telítetlen zsírsavak fém katalizálta oxidációja, fehérjék jelenlétében, szintén CML képződéséhez vezetett, amely arra utal, hogy a lipidek oxidációjának szerepe lehet az AGE képződésben. Éppen ezért a CML általános oxidatív stressz marker szerepet tölthet be, amely szintje mind a szénhidrátok, mind a lipidek oxidációja során megemelkedik.