Aterogeneza și diabetul, accent pe rezistența la insulină și hiperinsulinemie | Revista Española de Cardiología

Rezistența la insulină, hiperinsulinemia și bolile vasculare: definirea problemei

Complicațiile macro și microvasculare sunt ambele cauze principale de morbiditate și mortalitate în diabetul de tip 1 și de tip 2,1 dar complicațiile macrovasculare au o incidență crescută chiar înainte de apariția diabetului de tip 2.2. În timp ce nivelul ridicat al glicemiei3 și modificările proteinelor și lipidelor induse de glucoză – produșii finali de glicare avansată4 – pot fi factori declanșatori ai bolilor macro și microvasculare odată cu apariția diabetului (atât de tip 1, cât și de tip 2), factorii care cauzează boli macrovasculare în cadrul sindromului metabolic și al prediabetului au fost îndelung dezbătuți. Cu siguranță în cazul diabetului și, probabil, și în cadrul sindromului metabolic5, 6, 6, 7, 8 , bolile vasculare aterosclerotice și coronariene apar în plus față de gruparea altor factori de risc însoțitori, cum ar fi hipertrigliceridemia, nivelurile scăzute de lipoproteine de înaltă densitate și hipertensiunea arterială. Rezistența la insulină înainte de apariția diabetului este, prin definiție, caracterizată de hiperinsulinemie, iar aceasta a fost mult timp speculată ca fiind legată cauzal de bolile vasculare9, 10, 11, 12 În această scurtă trecere în revistă vom aborda plauzibilitatea biologică și dovezile care arată că hiperinsulinemia este un mecanism cauzal în dezvoltarea aterosclerozei care precede și urmează apariției diabetului de tip 2.

Rezistența selectivă la insulină și hiperinsulinemia compensatorie: fiziopatologie

Original, Reaven et al. au definit sindromul de rezistență la insulină ca fiind un grup de factori de risc cardiovascular, inclusiv intoleranța la glucoză, dislipidemia și hipertensiunea arterială, asociat cu o intensificare a bolilor cardiovasculare.13 Aceștia au descris sindromul metabolic ca fiind o afecțiune clinică caracterizată prin rezistență la insulină, alterarea glicemiei la post, obezitate, dislipidemie și hipertensiune arterială13. Ulterior, au fost propuse două definiții ale sindromului metabolic, una de către National Cholesterol Education Program Adult Treatment Panel III14 și cealaltă de către Organizația Mondială a Sănătății.15 Aici, rezistența la insulină – măsurată prin metoda de referință a clemei euglicemice hiperinsulinemice sau prin metode de substituție, cum ar fi testul de toleranță la glucoză intravenoasă cu probe frecvente, testul de suprimare a insulinei sau indicele HOMA – poate fi demonstrată la până la 76% dintre subiecți,16 și este însoțită de hiperinsulinemie compensatorie.16 Deși mecanismele moleculare ale rezistenței la insulină sunt încă incomplet înțelese, au fost descrise anomalii ale semnalizării insulinei.17 În țesuturile periferice, inclusiv în mușchiul scheletic și în ficat, în condiții normale, insulina își inițiază acțiunea prin legarea receptorului său specific de suprafață celulară, adică receptorul de insulină (IR), care este o proteină heterotetramerică formată din 2 subunități α extracelulare și 2 subunități β transmembranare conectate prin punți disulfidice. Legarea insulinei la subunitatea α extracelulară induce modificări conformaționale ale RI, care, la rândul lor, determină dimerizarea receptorilor adiacenți și activarea domeniului tirozin kinazic al părții intracelulare a subunității β. Odată inițiată activitatea tirosin-kinazică a IR, aceasta promovează autofosforilarea însăși a β-subunității și fosforilarea rapidă a așa-numitelor „proteine de andocare”, cum ar fi substraturile IR (IRS)-1, -2, -3 și -4 și alte câteva proteine, inclusiv proteinele de homologie a colagenului (shc) și src homologie 2 (SH2), care la rândul lor activează mai mulți intermediari de semnalizare intracelulară (figura 1). Prin urmare, proteinele IRS, shc și SH2 joacă roluri importante de reglementare în cascada de semnalizare a insulinei. În forma lor fosforilată, aceste proteine devin puncte de ancorare pentru proteinele intracelulare care conțin domenii SH2 complementare. În special, interacțiunea dintre proteinele IRS-1 și fosfatidilinositol (PI) 3-kinaza determină activarea Akt (cunoscută și sub numele de proteina-kinaza B), care este esențială în mecanismul de acțiune a insulinei asupra translocației GLUT-4, a transportului de glucoză și a activării oxidului nitric (NO) sintetazei („calea semnalului metabolic”). În schimb, efectele nemetabolice, proliferative, mitogene, proinflamatorii ale insulinei sunt mediate de activarea proteinelor Ras (în principal prin intermediul shc și, într-o măsură mai mică, a proteinelor IRS), Raf și a protein-kinazelor activate de mitogene (MAPK) („calea de semnalizare a creșterii”).18 La animalele rezistente la insulină și la modelele in vitro se poate demonstra o activare redusă a semnalizării insulinei prin intermediul căii IRS-1/PI3-kinazei, ceea ce duce la o diminuare a absorbției de glucoză, la o sinteză redusă de NO și la o utilizare redusă a glucozei în țesuturile țintă ale insulinei. Aceeași scădere a transportului de glucoză este sesizată la nivelul celulelor beta pancreatice și induce o creștere compensatorie a secreției de insulină. Cu toate acestea, în același timp, calea insulinei mediată de MAPK rămâne neafectată.19 Se poate înțelege cu ușurință că acest dezechilibru selectiv al celor două căi de transducție a semnalului în astfel de condiții de hiperinsulinemie poate duce la un semnal proliferativ excesiv/de stimulare a creșterii, permițând în același timp menținerea unui transport normal al glucozei și a homeostaziei glucozei. Hiperinsulinemia compensatorie stimulează diverse evenimente proliferative și pro-aterogene în mușchiul neted vascular și în celulele endoteliale. Astfel de efecte includ creșterea producției de inhibitor al activatorului de plasminogen de tip 1 (PAI-1), endotelină, citokine proinflamatorii și creșterea expresiei de suprafață a moleculelor de adeziune.19, 20, 21, 22

Figura 1. Calea de semnalizare a insulinei și afectarea acesteia în rezistența la insulină. La legarea la receptorul său tirozin-kinază, insulina induce dimerizarea receptorului și activarea unei cascade de evenimente de fosforilare, producând două clase de efecte: a) efecte „metabolice”, care promovează transportul glucozei, sinteza glicogenului și a proteinelor, inhibarea lipolizei, protecția împotriva apoptozei și eliberarea de oxid nitric (descrise în linii mari ca efecte „antiinflamatorii”) și b) efecte de promovare a creșterii și diferențierii, care duc la promovarea inflamației și aterogenezei (adică semnalizare mitogenică, proinflamatorie a insulinei). Akt, proteina kinaza B (PKB); eNOS, sintetaza oxidului de azot endotelial; ERK, kinaza receptorului extracelular; IRS-1, receptorul-1 de substrat al insulinei; JNK, kinaza terminală c-Jun NH2-1; MEK, proteina kinaza activată de mitogen/cineza receptorului extracelular; p38, proteina kinază activată de mitogenul p38; PD (PD98059) și UO126, inhibitori ai kinazei 1/2 a receptorilor extracelulari; PI3-kinaza, fosfatidilinositol(PI)3-kinaza; wortmannina, inhibitor al PI3-kinazei.

Insulina are un rol important în menținerea homeostaziei vaselor de sânge prin activarea NO derivat din endoteliu. Insulina crește producția endotelială de NO prin activarea NOS-III (NOS endotelială) prin mecanisme posttranslaționale rapide, care sunt mediate de calea de semnalizare PI3K/Akt.23 În stările de rezistență la insulină, calea PI3K/Akt este inhibată în mod selectiv, iar acest lucru duce la disfuncție endotelială, cu creșterea consecutivă a tonusului vascular și a hipertensiunii arteriale, creșterea interacțiunii dintre celulele endoteliale și leucocite și o stare protrombotică. Această rezistență „selectivă” la insulină a fost demonstrată în mușchiul scheletic al persoanelor obeze și al pacienților cu diabet de tip 224 , precum și în vasculatura și miocardul șobolanilor Zucker obezi. Aici, efectele fiziologice normale antiaterogenice ale insulinei, datorate în mare parte capacității sale de a crește producția de NO, sunt transformate în efecte pro-aterogenice.25

Un cerc vicios între hiperinsulinemie și rezistența la insulină

Concentrațiile plasmatice ridicate de insulină în condiții de rezistență la insulină pot declanșa, de asemenea, un cerc vicios care crește și mai mult rezistența la insulină26 printr-o suprimare a efectelor mediate de axa PI3K/AKT/NO, ceea ce poate dezechilibra sistemul prin promovarea netă a efectelor legate de activarea MAPK. Deoarece insulina declanșează o serie de efecte biologice prin legarea și activarea receptorului său (IR), înzestrat cu activitate tirozin-kinazică pe substraturi specifice, inclusiv IRS -1 și -2,27 șoarecii cu o deleție țintită a genelor IRS-1 și IRS-2 au un fenotip de rezistență la insulină28.

Modelele animale de hiperinsulinemie, cum ar fi șoarecii ob/ob și șobolanii Zucker obezi, au niveluri scăzute ale proteinelor IRS-1 și IRS-2 în ficat.29, 30 Aceste modele se caracterizează prin rezistență la insulină și o funcție redusă a axei IR/IRS-1/PI3K/AKT în ficat și în mușchii scheletici. S-a demonstrat că o scurtă incubație in vitro a mioblastelor cu concentrații mari de insulină determină o reducere mediată de PI3K a expresiei proteinei IRS-1 și o desensibilizare a mecanismelor de transducție a semnalului insulinei.9 În cele din urmă, o expunere prelungită a mioblastelor cultivate la concentrații mari de insulină este asociată cu o reducere a activității axei IR/IRS-1/PI3K/AKT.31 Am demonstrat că expunerea prelungită a celulelor endoteliale din vena ombilicală umană la niveluri ridicate de insulină induce o reducere a axei PI3K(AKT/eNOS), în paralel cu o expresie crescută a moleculei 1 de adeziune a celulelor vasculare (VCAM-1).32 Cu toate acestea, mecanismele moleculare prin care hiperinsulinemia generează sau agravează rezistența la insulină sunt încă în mare parte necunoscute.

Hiperinsulinemia și bolile vasculare: Dovezi de pe bancă

Experimentele pe animale33, 34 și mai multe studii in vitro au furnizat dovezi pentru plauzibilitatea biologică a ipotezei conform căreia concentrațiile ridicate de insulină sunt pro-aterogene. O legătură între boala coronariană și concentrațiile ridicate de insulină a fost propusă pentru prima dată la sfârșitul anilor 196010 și confirmată ulterior (pentru o analiză, a se vedea Reddy et al.35). In vitro, s-a demonstrat că insulina stimulează proliferarea și migrarea celulelor musculare netede arteriale în preparatele de cultură tisulară21 și că induce adeziunea monocitelor prin creșterea expresiei VCAM-1 în celulele endoteliale.22, 36, 37 VCAM-1 este probabil molecula de adeziune cea mai relevantă pentru dezvoltarea aterosclerozei.38 O astfel de expresie crescută în prezența insulinei are loc într-un sistem în care insulina poate crește în continuare biodisponibilitatea NO, care în mod normal ar inhiba activarea endotelială și aterogeneza.39 Prin urmare, aceste constatări înseamnă că un efect net al concentrațiilor mari de insulină asupra celulelor endoteliale este în principal un fenotip proinflamator. Am arătat, de asemenea, că aceste efecte pot fi potențate de inhibitorul de PI-3-kinază wortmannin22 , ceea ce ne conduce la ipoteza că acestea pot fi amplificate și mai mult în condiții de rezistență la insulină mimate de wortmannin. Deoarece capacitatea insulinei de a induce activarea endotelială (pentru care expresia VCAM-1 este atât un marker, cât și un mediator) este o explicație plauzibilă pentru boala macrovasculară care însoțește condițiile hiperinsulinemice, am examinat mecanismele moleculare potențiale implicate în acest model specific de activare endotelială. Celulele endoteliale din venele ombilicale umane au fost incubate cu insulină (0-24h)±inhibitori ai căilor de semnalizare potențial implicate. Incubarea celulelor endoteliale cu inhibitori ai ERK1/2 nu a reușit să afecteze expresia VCAM-1 indusă de insulină. Dimpotrivă, inhibitorii p38 MAPK SB203580 și SB202190, inhibitorul izoformei proteinei kinazei C (PKC)-β LY379196 și – parțial – inhibitorul c-Jun NH2-terminal kinazei SP600127, toți testați la concentrații în jurul valorii de IC50 pentru inhibarea fosforilării substratului, au diminuat efectul insulinei asupra VCAM-1. Reducerea la tăcere a genei p38 MAPK prin ARN-uri mici de interferență, care au suprimat expresia p38 MAPK, a suprimat expresia VCAM-1 stimulată de insulină.22, 36, 37 Tratamentul cu insulină a condus, de asemenea, la activarea NF-κB.22, 36

La animale, s-a demonstrat că tratamentul pe termen lung cu insulină induce leziuni arteriale care sunt bogate în lipide și stimulează îngroșarea peretelui.10 Mecanismele responsabile de aceste leziuni sunt sinteza crescută de colesterol în țesutul adipos, un raport dezechilibrat între receptorii pentru lipoproteinele de joasă densitate și cei pentru lipoproteinele de înaltă densitate (cu o creștere a primelor și o reducere a celor din urmă) și creșterea legăturii lipoproteinelor de joasă densitate cu celulele musculare netede arteriale.10 Insulina este, de asemenea, un factor de creștere capabil să promoveze angiogeneza și proliferarea celulelor musculare netede prin activarea acelorași căi care sunt activate de IGF-uri.40 Aceste efecte ale insulinei par să fie implicate în neovascularizarea retinei, jucând astfel un rol-cheie în fiziopatologia microangiopatiei diabetice și – potențial – în destabilizarea plăcii aterosclerotice41, 42, 43

Printre celelalte mecanisme potențiale prin care nivelurile ridicate de insulină favorizează ateroscleroza, disfuncția endotelială44 și inhibarea apoptozei macrofagelor sunt probabil, de asemenea, relevante.45 Disfuncția endotelială precede și prezice evenimentele macrovasculare. La subiecții umani sănătoși, perfuzia de insulină, atingând concentrații de insulină relevante din punct de vedere fiziologic (>120pmol/L), poate induce o disfuncție endotelială severă în arterele mari.44 Mecanismele responsabile implică probabil creșterea stresului oxidativ intracelular.46 Studiile in vitro au arătat că insulina stimulează producția de endotelină, activitatea sistemului simpatic și retenția de sodiu.47 Mai mult decât atât, insulina facilitează migrarea și proliferarea celulelor musculare netede, crește producția de matrice extracelulară și induce o stare pro-coagulantă,48 contribuind astfel, de asemenea, în mod posibil, la restenoza postangioplastie, mai frecvent observată la pacienții diabetici în comparație cu cei non-diabetici.49

Hiperinsulinemia și bolile cardiovasculare: Dovezi de la patul bolnavului

În ciuda patofiziologiei puternice și a dovezilor experimentale privind efectele proaterogenice ale hiperinsulinemiei secundare rezistenței la insulină, pacienții cu diabet zaharat de tip 2 sunt foarte des supuși administrării de insulină pentru a normaliza hiperglicemia, nivelul acizilor grași liberi și hemoglobina glicozată. Acest tratament implică adesea administrarea de insulină în doze foarte mari (până la 100 sau chiar 625 U/zi),50 ceea ce determină apariția unor efecte neplăcute, cum ar fi creșterea în greutate, inhibarea secreției reziduale de insulină endogenă,51 și supraexprimarea căii MAPK.19 Cu toate acestea, din cauza efectelor favorabile ale insulinei asupra glicemiei și a efectelor nocive ale funcției vasculare mediate de glicemia ridicată, dovezile privind efectele nocive nete ale dozelor mari de insulină în diabet nu pot fi clare. Studiul DAI (Diabetes and Informatics Study Group, Asociația Italiană a Diabetologilor și Institutul Național Italian de Sănătate),52 un studiu de cohortă multicentric privind prevalența și incidența evenimentelor cardiovasculare (infarct miocardic, tromboembolism cerebral, și amputații periferice) la pacienții cu diabet zaharat de tip 2, a arătat că, în comparație cu tratamentul antidiabetic oral (cum ar fi metforminul, care nu presupune creșterea secreției de insulină), tratamentul cu insulină a fost asociat cu un număr mai mare de evenimente cardiovasculare la bărbații și femeile cu diabet zaharat de tip 2. La pacienții cu diabet zaharat de tip 2, s-a demonstrat că tratamentul cu insulină crește în mod independent riscul de ulcerații ale piciorului53 , de hipertensiune arterială54 și de agregare plachetară mare dependentă de ADP.55 În cadrul studiului Framingham Heart Study, pacienții diabetici tratați cu insulină au prezentat cea mai mare incidență a morbidității și mortalității pentru boli cardiovasculare.56 În cadrul primului National Health and Nutrition Examination Survey, dintre cei 7381 de pacienți observați, cei cu diabet zaharat tratați cu insulină au prezentat un risc crescut de deces din toate cauzele și de deces atribuit bolilor cardiovasculare.57 În cadrul Veterans Affairs Cooperative Study on Glycemic Control and Complications in Type II Diabetes, pacienții aflați sub tratament intensiv cu insulină au prezentat o incidență de 32% a evenimentelor cardiovasculare, comparativ cu 21% la pacienții aflați sub tratament standard cu insulină.58 În cadrul studiului Atherosclerotic Risk in Communities, pacienții aflați sub tratament cu sulfoniluree (care duce, de asemenea, la creșterea concentrațiilor de insulină) au prezentat un risc relativ de boală cardiovasculară de 1,82, în timp ce pacienții aflați sub tratament cu insulină au prezentat un risc relativ de 2,64.59 Studiul Kumamoto, în care pacienții aflați sub tratament cu insulină nu au prezentat un risc crescut de boală macrovasculară, nu a contribuit în mod substanțial la abordarea acestei întrebări deoarece pacienții erau hipoinsulinemici și neobezi.60 Un studiu recent a arătat că amplitudinea medie a excursiilor glicemice din datele de monitorizare continuă a glicemiei a fost corelată pozitiv și independent cu excreția urinară de 8-izo-prostaglandină F2α, un marker al stresului oxidativ, la pacienții cu diabet slab controlat care iau agenți hipoglicemianți orali.61 Autorii nu au găsit astfel de asocieri la pacienții cu diabet de tip 1 și de tip 2 tratați cu insulină, sugerând că tratamentul cu insulină în sine inhibă stresul oxidativ la acești pacienți. Cu toate acestea, efectele insulinei asupra homeostaziei celulare ar putea depinde, de asemenea, de concentrațiile de insulină, deoarece s-a demonstrat că dozele suprafiziologice de insulină induc generarea de specii reactive de oxigen in vitro.62 În general, insulina exogenă produce efecte favorabile (reducerea hiperglicemiei) și adverse (promovarea aterogenezei).63 Acesta este un avertisment pentru o utilizare mai puțin extinsă a insulinei în diabetul de tip 2. La pacienții cu glicemie>300mg/dL, o administrare inițială de insulină poate diminua glucotoxicitatea50, 64, 65: după aceea, o reducere a rezistenței la insulină prin reducerea greutății, o creștere a exercițiului fizic și utilizarea de sensibilizatori la insulină, cum ar fi metformina sau glitazonele, ar fi probabil o alegere mai rațională pentru a preveni complicațiile cardiovasculare la pacienții cu diabet de tip 2. De remarcat, 5 studii randomizate de mare amploare privind controlul intensiv al glucozei față de terapia standard în diabetul de tip 2 nu au demonstrat nicio reducere a mortalității totale sau cardiovasculare58, 66, 67, 67, 68, 69; în schimb, o astfel de reducere a fost constatată în studiul EDIC70 în diabetul de tip 1, în care rezistența la insulină nu este problema principală, iar tratamentul cu insulină înlocuiește un eșec primar al producției de insulină de către celulele beta pancreatice.

Concluzii

Concentrațiile fiziopatologice de insulină cresc producția de endotelină, citokine proinflamatorii, molecule de adeziune a leucocitelor endoteliale și PAI-1, exercitând efecte proinflamatorii vasculare globale. Rezultatele studiilor in vitro și in vivo indică un rol patogen al concentrațiilor fiziopatologice și farmacologice de insulină în bolile vasculare. Sunt justificate cercetări suplimentare privind utilizarea de inhibitori specifici ai căilor MAPK și PKC, ca agenți farmacologici noi care abordează semnalizarea pro-aterogenă a insulinei.

Conflicte de interese

Nici unul declarat.

Finanțare

Lucrarea originală a autorilor raportată aici a fost susținută de granturi de la Istituto Nazionale per le Ricerche Cardiovascolari pentru Raffaele De Caterina.

Recepționat 4 noiembrie 2011
Acceptat 11 noiembrie 2011

.