Derleme / Review 141 DOI : 10.5472/MMJ.2011.0.2037.1 Diyabet Komplikasyonlarında İleri Glikasyon Son Ürünleri Advanced Glycation End-Products in Complications of Diabetes Mellitus İlker PARMAKSIZ Gaziantep Medical Park, Biyokimya, Gaziantep, Türkiye Özet Abstract Diabetes mellitus ileri evrede mikrovasküler ve makrovasküler komplikasyonlarla Diabetes mellitus is a metabolic disease, which results in microvascular and karşımıza çıkan metabolik bir hastalıktır. Yüksek glukoz konsantrasyonlarında macrovascular complications in later stages. It has been known that with dolaşımdaki veya dokulardaki proteinlerin non-enzimatik glikasyonu ile ileri gli- elevated glucose concentrations, proteins in both the circulation and the kasyon son ürünlerinin oluştuğu bilinmektedir. İleri glikasyon son ürünleri hüc- tissues are non-enzymatically glycated and this results in the production of renin yapısını, fonksiyonunu değiştirirler ve sitokinler ile büyüme faktörlerinin advanced glycation end-products. Advanced glycation end-products alter sentezine ve salınımına sebep olurlar. Böylece ileri glikasyon son ürünleri diya- cell structure and function which lead to the synthesis and release of betin mikrovasküler ve makrovasküler komplikasyonlarının gelişimine katkı sağ- cytokines and growth factors. Therefore, advanced glycation end-products larlar. İleri glikasyon inhibisyonunun nefropati, retinopati ve nöropati gibi diya- contribute to the microvascular and macrovascular complications of bet komplikasyonlarını azaltıcı etkileri saptanmıştır. İleri glikasyon son ürünlerinin diabetes mellitus. Inhibition of advanced glycation was found to reduce oluşumunun ve birikiminin tedavisinde kullanılan bazı ajanlar bu derlemede diabetic complications such as nephropathy, retinopathy and neuropathy. özetlenmiştir.(Marmara Üniversitesi Tıp Fakültesi Dergisi 2011;24:141-8) Some of the agents that are used for the treatment of advanced glycation Anaht ar Ke li me ler:Diabetes Mellitus, İleri glikasyon son ürünleri, Tedavi end-products formation and accumulation are summarized in this review. (Marmara Medical Journal 2011;24:141-8) Key Words:Diabetes Mellitus, Advanced glycation end products, Treatment Gi riş şan ileri glikasyon son ürünlerinin (advanced glycation end-products, AGE) bu komplikasyonların gelişiminde rol oynadığı düşünülmektedir. Diabetes mellitus (DM), insülin sekresyonunda, insülin etkilerinde AGE, diyabetin kronik komplikasyonlarının dışında, romatoid artrit gibi veya her ikisinde defekt sonucunda oluşan hiperglisemi ile karakterize konnektif doku hastalıklarında, Alzheimer gibi nörolojik hastalıklarda ve kronik bir hastalıktır. DM’de gözlenen karbohidrat, yağ ve protein son dönem böbrek yetmezliği (end stage renal disease, ESRD) gibi bir- metabolizmasındaki anormalliklerin temelinde insülinin hedef dokular- çok patolojik durumda karşımıza çıkabilmektedir3. daki etkilerinin eksikliği vardır1. Diyabetin metabolik sorunlarının yanı- sıra, bu hastaların uzun dönem hiperglisemiye maruz kalmaları nefro- AGE Oluşum Mekanizması pati, nöropati, retinopati ve ateroskleroz gibi mikrovasküler ve makro- vasküler komplikasyonların gelişmesine de neden olmaktadır. AGE’ler, proteinler, lipoproteinler ve/veya nükleik asidlerde bulu- Komplikasyonlar özellikle glukozun insülinden bağımsız olarak hücre nan azotlu grupların, indirgeyici şekerlerin karbonil grupları ile non- içine girdiği kalp, sinir sistemi, küçük kan damarları gibi dokularda daha enzimatik glikasyonu sonucu oluşan heterojen bileşiklerdir. AGE ürün- sık görülmektedir2. Kanda yüksek seyreden şeker düzeyleri sonucu olu- leri ilk kez 1912 yılında Louis Camille Maillard tarafından tanımlan- İletişim/Correspondence to: İlker Parmaksız, Gaziantep Medical Park, Biyokimya, Gaziantep, Türkiye E-pos ta: [email protected] Başvuru Tarihi/Submitted: 02.08.2011 Ka bul Ta ri hi/Ac cep ted:18.09.2011 ©Marmara Medical Journal, Pub lis hed by Ga le nos Pub lis hing. / ©Marmara Üniversitesi Tıp Fakültesi Derg i si, Gal e nos Ya yı ne vita ra fınd an bas ıl mışt ır. İlker Parmaksız 142 İleri Glikasyon Son Ürünleri ve Diyabet Marmara Medical Journal 2011;24:141-8 mıştır. AGE’ler ilk kez gıda kimyasında kullanılmış, daha sonraları ise cunda, ara ürün olarak reaktivitesi yüksek 3-deoksiglukozon, glyoxal 1968 yılında HbA1c’nin diyabetik hastalarda keşfi ile AGE’ler araştırıl- ve metilglyoxal gibi düşük molekül ağırlıklı dikarbonil bileşiklerinin maya başlanmıştır4. Protein glikasyonu, şekerin karbonil grubu ile pro- oluşumudur. Dikarbonil bileşikler genel olarak glikoliz ara ürünlerin- teinin serbest amino grubunun Schiff bazı oluşturmasıyla başlamakta- den, glikasyona uğramış proteinlerin degradasyonundan ve lipidlerin dır. Schiff bazı oluşumu saatler içerisinde gerçekleşmekte ve sonrasın- peroksidasyonundan oluşabilmektedir. Bu yollara ilave olarak metilgl- da günler içerisinde Amadori ürünlerine dönüşmektedir. Amadori yoxal, keton cisimlerinin metabolizması ve treonin katabolizması yol- ürünleri ise daha sonra dikarbonil bileşiklerine ve sonrasında da haf- larıyla da az miktarda oluşabilmektedir. Dikarbonil bileşikler yüksek talar içerisinde AGE’lere dönüşmektedir (Şekil 1). Amadori ürünlerinin kimyasal aktiviteye sahiptir ve çok küçük konsantrasyonlarda bile oluşumuna kadar olan bölüm geri dönüşümlü iken, daha sonraki direkt olarak proteinlerin terminal aminoasit rezidüsüyle reaksiyona evreler ise geri dönüşümsüzdür. Glikasyon, özellikle erken dönemler- girerek AGE oluşumuna yol açabilmektedir. AGE oluşumunda önemli de daha fazla olmak üzere konsantrasyon bağımlıdır, bu sebeple diya- diğer bir mekanizma ise polyol yolağıdır. Diyabete bağlı olarak ortaya bette yapımı artar3. çıkan yüksek miktarda glukozun bir kısmı önce sorbitole, sonrasında AGE oluşumunda diğer bir mekanizma ise diyabette artmış olan ise bir AGE ara ürünü olan 3-deoksi- glukozon’a dönüşüp AGE oluşu- oksidatif strese bağlı olarak şeker veya lipidlerin oksidasyonu sonu- muna katılmaktadır (Şekil 2)5. Saatler içerisinde Günler içerisinde Haftalar, aylar içerisinde HC=0 HC=N- P H2C-NH- P HC=O HCOH HCOH C=O C=O AGE- P HCOH + H2N- P HCOH HCOH CH2 HCOH HCOH HCOH HCOH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH Glukoz Schiff baz Amadori Ürünleri 3- Deoksiglukazon Şekil 1. Proteinlerin glikasyonu ve AGE oluşumu NH2-Protein Aldoz Redüktaz Sorbitol Dehidrogenaz 3-Fosfokinaz Glukoz Sorbitol Fruktoz Fruktoz-3-P Lipidler NADPH NADP+ NAD+ NADH Fruktokinaz Glukoz-6-P Fruktoz-1-P Aldolaz Yağ asitleri Fruktoz-6-P Gliseraldehit Gliseraldehit-3-P Fruktoz-1-6-difosfat Dihidroksiaseton-P Gliseraldehit-3-P Dihidroksiaseton-P Piruvat Proteinler Treonin Metilglyoxal (MG) 3-Deoksiglukozon (3-DG) Glyoxal NH2-Protein NH2-Protein NH2-Protein AGE Şekil 2. Karbonil bileşikler ve AGE’nin oluşum mekanizmaları İlker Parmaksız 143 Marmara Medical Journal 2011;24:141-8 İleri Glikasyon Son Ürünleri ve Diyabet Ancak bu reaksiyonlar da NADPH ve glutatyonun tüketimine yol nı ve fonksiyonlarını bozmak, ikincisi ise; AGE’lerin birtakım hücre- açtığından dolayı dolaylı olarak oksidatif stresin artmasına da yol lerde bulunan reseptörlerine bağlanması sonucunda çeşitli sinyal açmaktadır. AGE oluşumunda bu şekilde pek çok mekanizmanın rol yolaklarını aktive ederek çeşitli transkripsiyon faktörlerinin ve sito- oynaması AGE’lerin heterojen bir yapıya sahip olmasına yol açmaktadır. kinlerin sentezine ve salınımına yol açılmasıyla pek çok metabolik Bu yollar dışında diyetle aldığımız gıdalar ve tütün ürünleri reaktif AGE değişikliklere neden olmasıdır (Şekil 3)7. prekürsörlerini içermektedir. Gıdalardaki AGE’lere karşılaştırma amacıy- AGE’ler başlıca; ileri glikasyon son ürünleri için reseptörler la bakıldığında gıdaların yüksek derecede pişirilmesinin (ızgara, kızart- (receptor for advanced glycation endproducts, RAGE), çöpçü ma) AGE seviyesini anlamlı olarak arttırdığı, düşük derecede, kısa süreli reseptörler (Class A, CD36, class B tip1, LOX-1, FEEL-1, FEEL-2), ve bol su ile pişirmenin ise AGE’yi azalttığı gösterilmiştir6. Heterojen AGE-R1 (oligosakkaril transferaz-48), AGE-R2, AGE-R3 (Galektin-3) yapıya sahip bu AGE’ler kimyasal yapılarına göre 3’e ayrılır4; isimli reseptörlere bağlanmaktadır. Bu reseptörler içerisinde en çok 1.Floresans çapraz bağlı AGE’ler; ‘pentosidine’ ve ‘crossline’ incelenmiş olanı RAGE’dir ve IgG süperailesinin bir üyesidir. Başlıca 2.Non-floresans çapraz bağlı AGE’ler; ‘glucosepane’ ve ‘MOLD’ mononükleer fagositler, endotel hücresi, düz kas hücresi ve astro- 3.Çapraz bağ yapmayan AGE’ler; ‘N- Karboksimetil lizin (CML)’ sitlerde bulunur, ancak normal damar ve dokularda çok az ekspre- ve ‘Pyrraline’ se edilirler2. RAGE, AGE’ler dışında inflamatuvar sitokinler, amfote- rin, amiloid-β ve diğer fibriler proteinler ile uyarılabilir. RAGE eks- AGE’lerin Genel Özellikleri presyonu diyabet ve inflamasyonda artar4. RAGE’nin hücre dışı kısmı V tipi bölge ve C tipi bölge olmak üzere 2 bölgeden oluşur. V AGE oluşumunda etkili faktörler; proteinlerin yapım yıkım hızı, tipi bölge, ligand bağlanmasından sorumlu iken C tipi bölge, V tipi hiperglisemi derecesi, ve çevresel oksidan stresin miktarı ve yaygınlı- bölgenin stabilitesini sağlar. Bu kısmı takip eden transmembran ğıdır7. AGE oluşumu haftalar süren bir süreç olduğu için genellikle bölge ise reseptörün membrana çapalanmasını sağlar. uzun ömürlü proteinleri etkiler. Proteinlerdeki lizin, histidin, arginin Transmembran bölgenin ucunda ise küçük bir intrasitoplazmik kuy- amino asitleri glikasyona daha hassastır. Son dönem böbrek yetmez- ruk bulunur; bu kısım hücre içi sinyalizasyonu sağlayan kısımdır9. liği gibi yüksek düzeyde AGE oluşumunun olduğu durumlarda nükle- 3 farklı RAGE izoformu mevcuttur. Bunlar; full-length RAGE, solubl ik asit ve lipid bileşenler de AGE oluşumuna katılırlar3. Glikasyon mik- RAGE (sRAGE) ve dominant negatif RAGE (DNRAGE)’dir. Bu 3 tip tarı hiperglisemi derecesine bağlı olduğundan hem hücre içinde, reseptörün temel farkı full-length RAGE dışındakilerde intrasitoplaz- hem de hücre dışında oluşabilir. İndirgeyici şekerler içerisinde glukoz mik kuyruğun olmamasıdır. Dolayısıyla hücre içi sinyalizasyonu en düşük glikasyon yapma oranına sahipken fruktoz, treoz, gliseral- sadece full-length RAGE yapabilir. Bu özellik sebebiyle DNRAGE ve dehit-3-fosfat ve glukoz-6- fosfat gibi şekerler daha yüksek glikasyona sRAGE AGE etkilerini baskılayıcı tarzda etkilidir10. neden olma oranına sahiptir8. AGE’nin reseptörü olan RAGE’ye bağlanması ile NAD(P)H oksi- daz, p21ras, mitojen ile aktive edilen protein kinaz (MAPKs), hücre AGE Etki Mekanizmaları ve AGE Reseptörleri dışı sinyal ile regüle edilen kinaz 1/2, p38, Cdc42 ve Rac gibi GTPazların hücre içi sinyal yolaklarını uyarması NF κB’yi aktive eder. AGE’ler temelde diyabet komplikasyonlarında iki şekilde rol NF κB’nin aktivasyonu ise inflamatuvar sitokinlerin, adezyon molekül- almaktadır. Bunlardan birincisi; özellikle ekstrasellüler matriksin yapı- lerinin ve çeşitli mediyatörlerin ekspresyonuna sağlar11. NF κB’nin akti- sındaki proteinler arasında çapraz bağlar oluşturarak matriks yapısı- vasyonu ile çöpçü reseptörler, AGE-R1, AGE-R2, AGE-R3 reseptörleri AGE RAGE Oksidatif stres NF-kB aktivasyonu NF-kB kontrolündeki genlerin ekspresyonunda artış Pro-inflamatuvar Adezyon moleküllerinin Prokoagulan durumu Vazkonstrüksiyon sitokinlerin ekspresyonunun artışı ↓Doku faktörü ↓Endotelin-1 yapımı ↓ VCAM-1 ↓Trombomodulin IL-1α IL-6 TNF-α Şekil 3. AGE-RAGE etkileşimi ve NF-κB aktivasyonu sonucu oluşan değişiklikler İlker Parmaksız 144 İleri Glikasyon Son Ürünleri ve Diyabet Marmara Medical Journal 2011;24:141-8 de AGE bağlar ancak RAGE gibi sinyal iletisi başlatmaz ve AGE’lerin sonunda böbrek yetmezliği ile karakterize bir tablodur18. Yapılan detoksifikasyon ve klirensini sağlar. pek çok çalışmada diyabetik nefropatide VEGF’in rolünü destekle- yen sonuçlar elde edilmiştir. VEGF böbrekte glomerüler podosit- Diyabetik Retinopati lerden eksprese edilir. VEGF reseptörleri özellikle glomerüler endotel hücreleri üzerinde bulunur ve endotel hücrelerinden anti- Diyabetik retinopati körlüğün en yaygın sebebidir. Retinopati, apoptotik proteinlerin salınımına yol açar. Obez tip 2 diyabet kan damarlarında artmış proliferasyon, mikroanevrizma oluşumu, modelinde de VEGF inhibisyonu sonucunda glomerüler hipertro- vasküler oklüzyon, hemoraji ve infarktlarla karakterize bir tablo- finin de önlendiği görülmüştür19. Sıçanlarda streptozotosin (STZ) dur2. Diyabetik retinopatide gözlenen en erken patolojik değişik- ile oluşturulmuş diyabet modelinde VEGF’e karşı antikor miktarı- lik perisit kaybıdır ve AGE’ler AGE reseptörüne sahip perisitlere nın artması durumunda filtrasyonda ve albuminüride düzelme toksiktir12. Perisit kaybı ile beraber bazal membran kalınlaşması, olması da bunu destekler20. VEGF dışında hiperglisemi ve AGE artı- hiperpermeabilite ve mikroanevrizma oluşumu gibi karakteristik şı böbrekte podosit ve proksimal tübüler hücrelerinden transfor- değişiklikler gözlenmektedir. Mikrovasküler homeostazın sağlan- me edici büyüme faktörü β(transforming growth factor β, TGF- masında perisitler önemli bir rol oynar ve perisit kaybı damarları β) salınımını artırmaktadır. TGF-β ise ekstrasellüler matriks bile- endotel hücre zedelenmesi, anjiogenez ve trombogeneze eğilim- şenlerinden olan kollajenin sentezini uyarıp bazal membranın li hale getirir13. Yapılan çalışmalarda perisit ve vasküler endotel kalınlaşmasına yol açmaktadır. Yapısı bozulmuş olan bazal mem- hücrelerinde RAGE mRNA düzeylerinin upregüle olduğu görül- bran aynı zamanda plazma proteinlerinin de bu alanda sıkışması- mektedir14. Retinal hücrelerin AGE’ye maruziyeti potent bir mito- na yol açarak filtrasyonun bozulmasına yol açmaktadır2. jen olan vasküler endoteliyal büyüme faktörün (vascular endot- helial growth factor, VEGF) gen ekspresyonunu artırır. Artan VEGF Diyabetik Nöropati düzeyleri ise anjiogenez ve neovaskülerizasyonu uyarır2. Yapılan in vitro çalışmalarda AGE’nin VEGF aracılığıyla hücre içi hücre adez- Diyabetik nöropati, sinir iletiminde yavaşlama gibi fonksiyo- yon molekülü-1 (intracellular cell adhesion molecule 1, ICAM- nel anormalliklere eşlik eden periferik sinirlerin segmental demi- 1)’in ekspresyonuna sebep olarak retinal mikrovasküler endotel yelinizasyonu ve aksonal dejenerasyonu ile karakterize bir tablo- hücrelerine lökosit adezyonunu artırdığı gösterilmiştir13. dur2. Diyabetik hastaların periferik sinirlerinde artmış AGE düzey- leri tesbit edilmiştir. Diyabetin fare modellerinde AGE’nin senso- Diyabetik Ateroskleroz rimotor sinir iletim hızını ve periferik sinirlere kan akımını azalta- rak diyabetik nöropatiyi artırdığı gösterilmiştir. Diyabette özellik- Ateroskleroz, uzun dönem diyabetin en ciddi sonucudur ve le artmış myelin glikasyonu görülmektedir. Glikasyona uğramış bu hastalarda ölümün major sebebidir. Diyabette LDL’nin artmış miyelin, makrofajlar tarafından fagositoza duyarlı hale gelir ve glikasyonu LDL’nin reseptörü tarafından tanınmasını önler ve makrofajların salgıladığı proteazlar demyelinizasyona yol açar21. serum klirensini de azaltır15. Glikasyona uğramış LDL makrofaj Ayrıca myelin üzerinde biriken AGE, IgG ve IgM gibi plazma pro- çöpçü reseptörleri tarafından alınır ve köpük hücresi oluşumuna teinlerini tutarak immunolojik reaksiyonlara yol açarak zedelen- sebep olur. LDL’nin aksine HDL’nin glikasyonu onun metaboliz- meyi artırmaktadır2. Siyatik sinir ile yapılan çalışmalarda AGE masını artırır. Ayrıca HDL’nin glikasyona uğraması ters kolesterol uygulamasını takiben diyabetteki hiperglisemiye benzer değişik- taşınımındaki etkinliğini de azaltmaktadır16. Ayrıca HDL yapısında liklerin gözlenmesi ve bu değişikliklerin RAGE antikorları verilmek bulunan paraoksonaz (PON) enziminin glikasyona uğramasına ve suretiyle baskılanması, AGE’nin diyabetik nöropati gelişimindeki onun LDL’yi oksidasyondan korumadaki etkinliğinin azalmasına rolünü desteklemektedir. İlginç olarak RAGE blokajı ile az miktar- yol açmaktadır17. Bunlar dışında arter duvarındaki kollajendeki art- da da olsa NF κB aktivasyonunun ve IL-6 ekspresyonunun sür- mış AGE oluşumu damar yapısındaki rijiditeyi artırarak ateroskle- mesi nöropati gelişiminde AGE’nin tek başına etkili olmadığını roz sürecine katkı sağlamaktadır. Damar yapısında AGE bağlanmış düşündürmektedir22. kollajen, LDL’yi bağlayarak plak oluşumunu hızlandırır. AGE’nin bu etkileri dışında insülin benzeri büyüme faktörü 1 (insulin-like AGE Ölçüm Yöntemleri growth factor 1, IGF-1) ve platelet kaynaklı büyüme faktörü (pla- telet-derived growth factor, PDGF) gibi sitokinlerin salınımını artı- Erken glikasyon ürünlerinin (Amadori ürünleri) ölçümü, diya- rır. Bu sitokinler monosit ve makrofajların migrasyonunu artırmak betik hastalarda metabolik kontrolü değerlendirmek için kullanıl- dışında düz kas hücre proliferasyonunu da artırarak plak oluşu- maktadır. Bu amaçla en çok kullanılan parametrelerden birisi gli- munu hızlandırır2. Bunlar dışında AGE’nin T lenfositler üzerindeki kozile hemoglobin (HbA1c) düzeylerinin tesbitidir. HbA1c düzey- RAGE reseptörüne bağlanması γ-interferon yapımını uyararak leri glukoza maruz kalınan son 4-8 haftalık dönemde gerçekleşen doku hasarına yol açmaktadır11. glikasyonu temsil etmektedir ve glukoz düzeyleri ile lineer kore- lasyon göstermektedir. HbA1c ölçümünde çeşitli yöntemler kulla- Diyabetik Nefropati nılmıştır. Glikolize hemoglobin düzeylerinin belirlenmesi için kolo- rimetrik yöntem, elektroforetik yöntem, izo-elektrofokus yöntemi, Diyabetik nefropati bazal membran kalınlaşması, mezengium- immünometrik yöntemlerin kullanılması denenmiştir. 1993 yılın- da genişleme, glomerüler filtrasyonda azalma, albuminüri ve en da American Association for Clinical Chemistry (AACC) tarafından