ApoA-1 în diabet: Bunuri deteriorate

Diabet este un factor de risc major pentru dezvoltarea aterosclerozei. Pe lângă riscul crescut de accident vascular cerebral, infarct miocardic și boală vasculară periferică, diabeticii suferă de o formă deosebit de agresivă de ateroscleroză, cu o mortalitate mai mare în spital după infarctul miocardic și o incidență mai mare a insuficienței cardiace, în cazul în care supraviețuiesc (1-3). În timp ce diabeticii au adesea alți factori de risc însoțitori pentru ateroscleroză (de ex, hipertensiune arterială hipercolesterolemie, obezitate), riscul suplimentar conferit de diabet și boala vasculară și miocardică deosebit de agresivă care îi afectează pe diabetici sugerează că ateroscleroza asociată diabetului implică mecanisme patogene unice.

Dezordinele metabolice sistemice ale diabetului, inclusiv hiperglicemia și hiperlipidemia, joacă probabil un rol central în patogeneza aterosclerozei asociate diabetului prin generarea stresului oxidativ. Hiperglicemia determină creșterea fluxului prin calea poliolilor, formarea de produși finali de glicație avansată, activarea izoformelor proteinei kinazei C și creșterea fluxului pe calea hexosaminelor, toate acestea putând contribui la creșterea stresului oxidativ (4-6). Acizii grași liberi în exces livrați țesuturilor nonadipoase pot duce la formarea de specii reactive de oxigen (ROS) prin cicluri de fosforilare oxidativă, activarea NADPH oxidazei și modificări ale structurii mitocondriale care precipită producția de ROS (7-9). Pe lângă dovezile de activare a acestor căi în celulele endoteliale cultivate, studiile la om susțin noțiunea de stres oxidativ sistemic crescut la subiecții diabetici la care nivelurile circulante crescute ale moleculelor de adeziune și ale lipidelor oxidate sunt corelate cu creșteri ale A1C și hipertrigliceridemie (10). Efectele stresului oxidativ în diabet atât asupra peretelui vascular, cât și asupra lipoproteinelor din circulație pot favoriza aterogeneza.

În acest număr al revistei Diabetes, Jaleel et al. (11) oferă dovezi intrigante că un control glicemic deficitar în diabetul de tip 1 este asociat cu o deteriorare oxidativă accelerată a apolipoproteinei (apo) A-1. Acești cercetători au adaptat o abordare pulse-chase, utilizată în mod clasic în experimentele de cultură celulară, pentru a marca proteinele nou sintetizate cu 13C-fenilalanină la subiecții umani. Aceștia au analizat apoi diverse izoforme plasmatice de apoA-1 prin separare pe gel bidimensional și spectrometrie de masă. Această abordare a permis cuantificarea îmbogățirii izotopice în formele nou sintetizate ale proteinei care conțin propeptida și în formele scindate mai mature, care împreună formează un tren de sarcină de cinci pete în analizele bidimensionale pe gel. Așa cum era de așteptat, îmbogățirea izotopică la câteva ore după pulsul izotopic stabil a fost cea mai mare în formele imature și, pe parcursul a 10 zile, a „urmărit” formele mai mature ale proteinei lipsite de propeptidă. Este important de remarcat faptul că formele mai vechi de apoA-1 au acumulat semnificativ mai multe dovezi de deteriorare, inclusiv deamidarea, oxidarea și carbonilarea aminoacizilor, modificări post-traducționale care au contribuit probabil la migrarea lor modificată în focalizarea izoelectrică. Deși profilul apoA-1 al diabeticilor de tip 1 în timpul perfuziei cu insulină a fost imposibil de distins de cel al subiecților de control, diabeticii de tip 1 privați de insulină au demonstrat o deteriorare oxidativă crescută a apoA-1 nou sintetizate (Fig. 1).

Aceste constatări se adaugă la un număr tot mai mare de dovezi moleculare privind modul în care stresul oxidativ care însoțește un control metabolic deficitar are impact asupra fiziologiei. S-a apreciat de mult timp că ROS pot iniția deteriorarea acizilor nucleici, a membranelor și a proteinelor din celule. Atunci nu ar trebui să fie surprinzător faptul că daune similare pot afecta proteinele plasmatice, cum ar fi apoA-1. Mecanismele transcripționale, posttranslaționale și de semnalizare au fost bine descrise în studiile privind răspunsul celular la stresul oxidativ (12-14). Având în vedere că apoA-1 este o componentă majoră a HDL-urilor, care protejează împotriva aterosclerozei prin facilitarea eliminării colesterolului de la macrofagele din peretele arterelor și prin promovarea transportului invers al colesterolului, extensiile evidente ale acestei lucrări vor fi de a determina dacă modificările observate de Jaleel et al. în formele apoA-1 se datorează direct stresului oxidativ (de ex, atenuate în urma unui tratament antioxidant), cu ce subclase de HDL se asociază apoA-1 deteriorată și dacă formele modificate de apoA-1 afectează clearance-ul sau funcția HDL. Cele dintâi vor oferi o perspectivă mecanică asupra etiologiei acestor modificări. Ultimele două aspecte au potențialul de a lega funcțional observațiile biochimice ale cercetătorilor de riscul cardiovascular crescut în diabet.

În timp ce HDL plasmatic scăzut este un factor de risc independent pentru boala coronariană (15,16), este din ce în ce mai clar că perturbările metabolismului HDL pot altera funcția HDL și pot promova ateroscleroza independent de nivelurile plasmatice de HDL (17-19). De fapt, numai nivelurile de colesterol HDL sunt insuficiente pentru a surprinde variația funcțională a particulelor HDL și riscul cardiovascular asociat pentru subiecții individuali (20). Împreună cu eșecul terapiei de creștere a HDL în studiile clinice recente de a reduce evenimentele cardiovasculare (21), aceste constatări sugerează că competența funcțională a HDL poate fi la fel de importantă ca și nivelurile plasmatice absolute de HDL. Este probabil ca o cale importantă pentru generarea HDL disfuncționale să fie reprezentată de leziuni oxidative, cum ar fi cele precipitate de hiperglicemie și hiperlipidemie (22).

Deteriorarea apoA-1 descrisă în articolul original care însoțește articolul se adaugă la o listă tot mai mare de modificări ale HDL care pot afecta funcția sa in vivo. Paraoxanaza-1 (PON1) asociată HDL, care este responsabilă în principal de proprietățile antioxidante ale HDL care previn oxidarea LDL, este redusă la subiecții diabetici și este asociată cu o capacitate antioxidantă defectuoasă (23,24). Activitatea antioxidantă a HDL este afectată și mai mult de formarea de produse finale de glicație avansată care interferează cu activitatea PON1 și reduc efluxul de colesterol către HDL (25,26). S-a demonstrat că oxidarea in vitro a apoA-I afectează capacitatea HDL de a activa lecitină:colesterol aciltransferaza, enzima responsabilă de transformarea HDL nainte în HDL mature, bogate în esteri colesterilici, și de a interacționa cu transportatorul A1 de casete de legare a ATP pentru a facilita exportul de colesterol (27-29). Este probabil ca întreruperea acestei etape critice din calea de transport invers al colesterolului să aibă efecte profunde asupra mobilizării colesterolului din țesuturile vasculare. Dincolo de astfel de analize, examinarea proteomică a HDL este probabil să identifice modificări ale unor proteine suplimentare care au un impact asupra funcției lipoproteice în contextul unui control metabolic deficitar în diabet. Mai mult, examinarea constituenților lipidici ai particulelor HDL, care sunt la fel de susceptibile la oxidare, este probabil să ofere informații la fel de importante despre disfuncția HDL și susceptibilitatea crescută la ateroscleroză în diabet.

• © 2010 by the American Diabetes Association.

↵

1. Miettinen H,
2. Lehto S,
3. Salomaa V,
4. Mähönen M,
5. Niemelä M,
6. Haffner SM,
7. Pyörälä K,
9. Tuomilehto J

. Impactul diabetului asupra mortalității după primul infarct miocardic: FINMONICA Myocardial Infarction Register Study Group. Diabetes Care 1998;21:69-75

↵

1. Du X,
2. Matsumura T,
3. Edelstein D,
4. Rossetti L,
5. Zsengellér Z,
6. Szabó C,
7. Brownlee M

. Inhibarea activității GAPDH de către poli(ADP-riboză) polimeraza activează trei căi majore de deteriorare hiperglicemică în celulele endoteliale. J Clin Invest 2003;112:1049-1057

↵

1. Nishikawa T,
2. Edelstein D,
3. Du XL,
4. Yamagishi S,
5. Matsumura T,
6. Kaneda Y,
7. Yorek MA,
8. Beebe D,
9. Oates PJ,
10. Hammes HP,
11. Giardino I,
12. Brownlee M

. Normalizarea producției de superoxid mitocondrial blochează trei căi de deteriorare hiperglicemică. Nature 2000;404:787-790

↵

1. Brownlee M

. Biochimia și biologia celulară moleculară a complicațiilor diabetice. Nature 2001;414:813-820

↵

1. Cacicedo JM,
3. Benjachareowong S,
4. Chou E,
5. Ruderman NB,
6. Ido Y

. Apoptoza indusă de palmitat în pericitele retiniene bovine cultivate: roluri ale NAD(P)H oxidazei, stresului oxidant și ceramidei. Diabetes 2005;54:1838-1845

↵

1. Inoguchi T,
3. Li P,
4. Umeda F,
5. Yu HY,
6. Kakimoto M,
7. Imamura M,
8. Aoki T,
9. Etoh T,
10. Hashimoto T,
11. Naruse M,
12. Sano H,
13. Utsumi H,
14. Nawata H

. Nivelul ridicat de glucoză și acizii grași liberi stimulează producția de specii reactive de oxigen prin activarea dependentă de proteina kinaza C a NAD(P)H oxidazei în celulele vasculare cultivate. Diabetes 2000;49:1939-1945

↵

1. Ostrander DB,
2. Sparagna GC,
3. Amoscato AA,
4. McMillin JB,
5. Dowhan W

. Scăderea sintezei cardiolipinei corespunde cu eliberarea citocromului C în apoptoza cardiomiocitelor indusă de palmitat. J Biol Chem 2001;276:38061-38067

↵

1. Ceriello A,
2. Quagliaro L,
3. Piconi L,
4. Assaloni R,
5. Da Ros R,
6. Maier A,
7. Esposito K,
8. Giugliano D

. Efectul hipertrigliceridemiei postprandiale și al hiperglicemiei asupra moleculelor de adeziune circulante și a generării stresului oxidativ și posibilul rol al tratamentului cu simvastatină. Diabetes 2004;53:701-710

↵

1. Jaleel A,
2. Henderson GC,
3. Madden BJ,
4. Klaus KA,
5. Morse DM,
6. Gopala S,
8. Nair KS

. Identificarea proteinelor sintetizate de novo și a proteinelor relativ mai vechi: deteriorarea oxidativă accelerată a apoA-1 sintetizată de novo în diabetul de tip 1. Diabetes 2010;59:2366-2374

↵

1. Houstis N,
2. Rosen ED,
3. Lander ES

. Speciile reactive de oxigen au un rol cauzal în multiple forme de rezistență la insulină. Nature 2006;440:944-948

↵

1. Han ES,
2. Muller FL,
3. Pérez VI,
4. Qi W,
5. Liang H,
6. Xi L,
7. Fu C,
8. Doyle E,
9. Hickey M,
10. Cornell J,
11. Epstein CJ,
12. Roberts LJ,
13. Van Remmen H,
14. Richardson A

. Semnătura expresiei genice in vivo a stresului oxidativ. Physiol Genomics 2008;34:112-126

↵

1. Bowerman B

. Biologie celulară. Stresul oxidativ și cancerul: o convergență beta-catenină. Science 2005;308:1119-1120

↵

1. Gordon DJ,
3. Rifkind BM

. Lipoproteine cu densitate mare – implicațiile clinice ale studiilor recente. N Engl J Med 1989;321:1311-1316

↵

1. Turner RC,
2. Millns H,
3. Neil HA,
4. Stratton IM,
5. Manley SE,
6. Matthews DR,
8. Holman RR

. Factori de risc pentru boala coronariană în diabetul zaharat non-insulinodependent: United Kingdom Prospective Diabetes Study (UKPDS: 23). BMJ 1998;316:823-828

↵

1. Barter PJ,
2. Nicholls S,
3. Rye KA,
4. Anantharamaiah GM,
5. Navab M,
6. Fogelman AM

. Proprietăți antiinflamatorii ale HDL. Circ Res 2004;95:764-772

↵

1. Curtiss LK,
2. Valenta DT,
3. Hime NJ,
4. Rye KA

. Ce este atât de special la apolipoproteina AI în transportul invers al colesterolului? Arterioscler Thromb Vasc Biol 2006;26:12-19

↵

1. Matsuura F,
2. Wang N,
3. Chen W,
4. Jiang XC,
5. Tall AR

. HDL de la subiecții cu deficit de CETP prezintă o capacitate sporită de a promova efluxul de colesterol din macrofage pe o cale dependentă de apoE- și ABCG1. J Clin Invest 2006;116:1435-1442

↵

1. Movva R,
3. Rader DJ

. Evaluarea de laborator a eterogenității și funcției HDL. Clin Chem 2008;54:788-800

↵

1. Rader DJ

. Iluminarea HDL: este încă o țintă terapeutică viabilă? N Engl J Med 2007;357:2180-2183

↵

1. Daugherty A,
2. Dunn JL,
3. Rateri DL,
4. Heinecke JW

. Mieloperoxidaza, un catalizator pentru oxidarea lipoproteinelor, este exprimată în leziunile aterosclerotice umane. J Clin Invest 1994;94:437-444

↵

1. Boemi M,
2. Leviev I,
3. Sirolla C,
4. Pieri C,
5. Marra M,
6. James RW

. Paraoxonaza serică este redusă la pacienții diabetici de tip 1 în comparație cu rudele de gradul întâi, non-diabetice: influența asupra capacității HDL de a proteja LDL de oxidare. Atherosclerosis 2001;155:229-235

↵

1. Mastorikou M,
2. Mackness M,
3. Mackness B

. Metabolizarea defectuoasă a fosfolipidelor oxidate de către HDL de la persoanele cu diabet de tip 2. Diabetes 2006;55:3099-3103

↵

1. Duell PB,
3. Oram JF,
4. Bierman EL

. Glicozilarea neenzimatică a HDL și afectarea efluxului de colesterol mediat de receptorii HDL. Diabetes 1991;40:377-384

↵

1. Zhou H,
3. Tan KC,
4. Shiu SW,
5. Wong Y

. Creșterea produselor finale de glicație avansată din ser sunt asociate cu afectarea capacității antioxidante a HDL în nefropatia diabetică. Nephrol Dial Transplant 2008;23:927-933

↵

1. Shao B,
2. Pennathur S,
3. Pagani I,
4. Oda MN,
5. Witztum JL,
6. Oram JF,
7. Heinecke JW

. Modificarea apolipoproteinei A-I de către malondialdehidă, dar nu și de către o serie de alți carbonili reactivi, blochează efluxul de colesterol prin calea ABCA1. J Biol Chem 2010;285:18473-18484

↵

1. Shao B,
2. Tang C,
3. Heinecke JW,
4. Oram JF

. Oxidarea apolipoproteinei A-I de către mieloperoxidaza afectează interacțiunile inițiale cu ABCA1 necesare pentru semnalizarea și exportul de colesterol. J Lipid Res 2010;51:1849-1858

↵

1. Shao B,
2. Cavigiolio G,
3. Brot N,
4. Oda MN,
5. Heinecke JW

. Oxidarea metioninei afectează transportul invers al colesterolului de către apolipoproteina A-I. Proc Natl Acad Sci U S A 2008;105:12224-12229

.