ApoA-1 in Diabetes: Beschädigte Ware

Diabetes ist ein wichtiger Risikofaktor für die Entwicklung von Atherosklerose. Neben einem erhöhten Risiko für Schlaganfall, Herzinfarkt und periphere Gefäßerkrankungen leiden Diabetiker an einer besonders aggressiven Form der Atherosklerose mit einer höheren Sterblichkeit im Krankenhaus nach einem Herzinfarkt und einer höheren Inzidenz von Herzversagen, wenn sie überleben (1-3). Zwar haben Diabetiker häufig auch andere Risikofaktoren für Atherosklerose (z. B., Bluthochdruck, Hypercholesterinämie, Fettleibigkeit), aber das zusätzliche Risiko durch Diabetes und die besonders aggressiven Gefäß- und Herzerkrankungen bei Diabetikern lassen vermuten, dass die Diabetes-assoziierte Atherosklerose mit einzigartigen pathogenetischen Mechanismen einhergeht.

Die systemischen Stoffwechselstörungen des Diabetes, einschließlich Hyperglykämie und Hyperlipidämie, spielen wahrscheinlich durch die Erzeugung von oxidativem Stress eine zentrale Rolle bei der Pathogenese der Diabetes-assoziierten Atherosklerose. Hyperglykämie verursacht einen erhöhten Fluss durch den Polyolweg, die Bildung von fortgeschrittenen Glykierungsendprodukten, die Aktivierung von Proteinkinase-C-Isoformen und einen erhöhten Fluss durch den Hexosaminweg, die alle zu erhöhtem oxidativen Stress beitragen können (4-6). Ein Übermaß an freien Fettsäuren, die in nicht-adipöses Gewebe gelangen, kann zur Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) durch Zyklen der oxidativen Phosphorylierung, Aktivierung der NADPH-Oxidase und Veränderungen der mitochondrialen Struktur führen, die die ROS-Produktion beschleunigen (7-9). Zusätzlich zu den Beweisen für die Aktivierung dieser Stoffwechselwege in kultivierten Endothelzellen stützen Studien am Menschen die Annahme eines erhöhten systemischen oxidativen Stresses bei Diabetikern, bei denen erhöhte zirkulierende Spiegel von Adhäsionsmolekülen und oxidierten Lipiden mit einem Anstieg von A1C und Hypertriglyceridämie korrelieren (10). Die Auswirkungen des oxidativen Stresses bei Diabetes sowohl auf die Gefäßwand als auch auf die Lipoproteine im Blutkreislauf können die Atherogenese fördern.

In dieser Ausgabe von Diabetes liefern Jaleel et al. (11) faszinierende Beweise dafür, dass eine schlechte Blutzuckereinstellung bei Typ-1-Diabetes mit einer beschleunigten oxidativen Schädigung von Apolipoprotein (apo) A-1 verbunden ist. Diese Forscher adaptierten einen Puls-Chase-Ansatz, der klassischerweise in Zellkulturexperimenten verwendet wird, um neu synthetisierte Proteine bei menschlichen Probanden mit 13C-Phenylalanin zu markieren. Anschließend analysierten sie verschiedene apoA-1-Isoformen im Plasma durch zweidimensionale Gelseparation und Massenspektrometrie. Dieser Ansatz ermöglichte die Quantifizierung der Isotopenanreicherung in neu synthetisierten Formen des Proteins, die das Propeptid enthalten, und in reiferen, gespaltenen Formen, die bei zweidimensionalen Gelanalysen zusammen einen Ladungszug von fünf Spots bilden. Wie erwartet war die Isotopenanreicherung Stunden nach dem stabilen Isotopenimpuls in den unreifen Formen am höchsten und ging im Laufe von 10 Tagen in reifere Formen des Proteins über, denen das Propeptid fehlte. Wichtig ist, dass die älteren Formen von apoA-1 deutlich mehr Anzeichen von Schäden aufwiesen, einschließlich Deamidierung, Oxidation und Carbonylierung von Aminosäuren, posttranslationale Modifikationen, die wahrscheinlich zu ihrer veränderten Migration bei der isoelektrischen Fokussierung beitrugen. Obwohl das apoA-1-Profil von Typ-1-Diabetikern während der Insulininfusion nicht von dem der Kontrollpersonen zu unterscheiden war, wiesen Typ-1-Diabetiker ohne Insulin eine erhöhte oxidative Schädigung des neu synthetisierten apoA-1 auf (Abb. 1).

Diese Ergebnisse fügen sich in eine wachsende Zahl molekularer Belege dafür ein, wie der oxidative Stress, der mit einer schlechten Stoffwechselkontrolle einhergeht, die Physiologie beeinflusst. Es ist seit langem bekannt, dass ROS Schäden an den Nukleinsäuren, Membranen und Proteinen der Zellen verursachen können. Es sollte daher nicht überraschen, dass ähnliche Schäden auch Plasmaproteine wie apoA-1 betreffen können. Transkriptions-, Posttranslations- und Signalmechanismen sind in Studien über die zelluläre Reaktion auf oxidativen Stress gut beschrieben worden (12-14). In Anbetracht der Tatsache, dass apoA-1 ein Hauptbestandteil von HDL ist, das vor Atherosklerose schützt, indem es die Entfernung von Cholesterin aus Makrophagen in der Arterienwand erleichtert und den umgekehrten Cholesterintransport fördert, besteht eine offensichtliche Erweiterung dieser Arbeit darin festzustellen, ob die von Jaleel et al. beobachteten Veränderungen der apoA-1-Formen direkt auf oxidativen Stress zurückzuführen sind (z. B, Abschwächung nach Behandlung mit Antioxidantien), mit welchen HDL-Subklassen das geschädigte apoA-1 assoziiert ist und ob die veränderten Formen von apoA-1 die HDL-Clearance oder -Funktion beeinflussen. Die erstgenannten Aspekte werden mechanistische Erkenntnisse über die Ätiologie dieser Veränderungen liefern. Die beiden letztgenannten Aspekte haben das Potenzial, die biochemischen Beobachtungen der Forscher funktionell mit dem erhöhten kardiovaskulären Risiko bei Diabetes in Verbindung zu bringen.

Während ein niedriger HDL-Plasmaspiegel ein unabhängiger Risikofaktor für die koronare Herzkrankheit ist (15,16), wird zunehmend deutlich, dass Störungen des HDL-Stoffwechsels die HDL-Funktion verändern und Atherosklerose unabhängig vom HDL-Plasmaspiegel fördern können (17-19). Tatsächlich reichen die HDL-Cholesterinwerte allein nicht aus, um die funktionellen Unterschiede in den HDL-Partikeln und das damit verbundene kardiovaskuläre Risiko bei einzelnen Personen zu erfassen (20). Zusammen mit der Tatsache, dass eine HDL-erhöhende Therapie in den jüngsten klinischen Studien nicht zu einer Verringerung der kardiovaskulären Ereignisse geführt hat (21), deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die funktionelle Kompetenz von HDL ebenso wichtig sein könnte wie die absoluten HDL-Plasmaspiegel. Ein wichtiger Weg für die Entstehung von dysfunktionalem HDL ist wahrscheinlich die oxidative Schädigung, wie sie durch Hyperglykämie und Hyperlipidämie hervorgerufen wird (22).

Die im begleitenden Originalartikel beschriebene Schädigung von apoA-1 fügt sich in eine immer länger werdende Liste von HDL-Veränderungen ein, die seine Funktion in vivo beeinträchtigen können. Die HDL-assoziierte Paraoxanase-1 (PON1), die hauptsächlich für die antioxidativen Eigenschaften von HDL verantwortlich ist, die die LDL-Oxidation verhindern, ist bei Diabetikern reduziert und steht in Verbindung mit einem Mangel an antioxidativer Kapazität (23,24). Die antioxidative Aktivität von HDL wird durch die Bildung von fortgeschrittenen Glykationsendprodukten weiter beeinträchtigt, die die PON1-Aktivität stören und den Cholesterin-Efflux in HDL verringern (25,26). Die In-vitro-Oxidation von ApoA-I beeinträchtigt nachweislich die Fähigkeit von HDL, die Lecithin:Cholesterin-Acyltransferase zu aktivieren, das Enzym, das für die Umwandlung von naszierendem HDL in reifes, cholesterinesterreiches HDL verantwortlich ist, und mit dem ATP-bindenden Kassettentransporter A1 zu interagieren, um den Cholesterinexport zu erleichtern (27-29). Eine Unterbrechung dieses kritischen Schritts im umgekehrten Cholesterin-Transportweg dürfte tiefgreifende Auswirkungen auf die Mobilisierung von Cholesterin aus dem Gefäßgewebe haben. Über solche Analysen hinaus dürfte die proteomische Untersuchung von HDL Veränderungen bei weiteren Proteinen aufzeigen, die sich auf die Lipoproteinfunktion bei schlechter Stoffwechseleinstellung bei Diabetes auswirken. Darüber hinaus wird die Untersuchung der Lipidbestandteile der HDL-Partikel, die ebenfalls anfällig für Oxidation sind, wahrscheinlich ebenso wichtige Erkenntnisse über die HDL-Dysfunktion und die erhöhte Anfälligkeit für Atherosklerose bei Diabetes liefern.

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