Гликозилирование белков является одним из важных механизмов в формировании сосудистых осложнений сахарного диабета. Гликозилированием называется реакция неферментативного соединения глюкозы с аминогруппами белка. Эта реакция была впервые описана L. Maillard в 1913 г. Она является неспецифической и протекает по механизму, представленному на рисунке.

а — взаимодействие между глюкозой крови и белком со свободной аминогруппой; б — 1-амино-1-дезоксиглюкоза (основание Шиффа); в — 1-амино-1-дезоксифруктоза (стабильный кетоамин); г — преобразование Амадори.

При инкубации белка с глюкозой в течение короткого промежутка времени (за несколько часов) образуются обратимые основания Шиффа [4]. При дальнейшей экспозиции с глюкозой (в течение недель) они превращаются в стабильные продукты (продукты Амадори или кетоамины). Эти вещества являются обратимыми продуктами ранней гликозилации [6]. Их концентрация повышается при росте гипергликемии и увеличении времени инкубации; включение в структуру белков быстро достигает устойчивого "плато". Поскольку эти продукты обратимы, не происходит их накопления на структурах долгоживущих белков в течение длительного времени, и их концентрация не коррелирует со степенью выраженности сосудистых осложнений.

Первым и наиболее изученным гликозилированным белком является гликозилированный гемоглобин (ГлГ), который широко используется в клинической практике как интегральный показатель гликемии за последние 6—8 нед [11, 29]. Сумма гликозилированных белков плазмы определяется как фрук- тозамин, основную часть которого составляет гликозилированный альбумин, определяющий длительность циркуляции фруктозамина в сосудистом русле (20 дней). Таким образом, фруктозамин является интегральным показателем гликемии за последние 3 нед [1, 5, 27].

При выборе метода контроля за гипергликемией следует учитывать, что определение содержания Гл Г более информативно при длительных сроках заболевания и наличии ангиопатий [20, 49]. Диагностическое значение фруктозамина определяется тем, что его время нахождения в крови значительно короче. Наиболее рационально использовать фруктозамин для оценки гомеостаза глюкозы у детей, у которых гипергликемия особенно нестабильна [52].

Первичной гликозилации подвергаются не только альбумины, но и другие белки плазмы крови. Гликозилирование аполипопротеинов, входящих в состав липопротеидов низкой плотности (ЛПНП), приводит к увеличению электрофоретической подвижности и замедлению деградации последних с помощью фибробластов, что может способствовать развитию атеросклероза [51]. Гликозилированные ЛПНП активно подвергаются вторичной оксидизации, в результате чего они приобретают атерогенные свойства [32].

Значительные изменения обнаружены в обмене гликозилированных липопротеидов очень низкой плотности [35]. Содержащиеся в них триглицериды хуже подвергаются расщеплению липопротеиновой липазой. Это является одним из факторов поддержания гипертриглицеридемии при сахарном диабете.

Гликозилирование гепаринового кофактора приводит к снижению его активности, что способствует тромбообразова- нию [17]. Инкубация коллагена и ламинина — основных белков базальной мембраны — с глюкозой в течение 12 дней приводит к полному исчезновению рецепторов к гепарину на этих белках, что способствует нарушению структуры мембран и развитию ангиопатий [45].

При длительно существующей гипергликемии обратимые продукты гликозилации (продукты Амадори) подвергаются перестройке с образованием стабильных комплексов — конечных продуктов предшествующей гликозилации (AGES). Большая их часть имеет желтовато-коричневую окраску, содержит флюоресцентные хроматофоры и обладает специфическими спектральными характеристиками. Этот каскад реакций также называется реакциями побурения [2]. Эти соединения накапливаются на длительно живущих белках, приводя к их значительным структурным или функциональным повреждениям [3, 9, 48]. Различные группы AGES формируются путем деградации, циклизации, перегруппировки, полимеризации ранних продуктов гликозилации [37, 39]. При гетероциклической конденсации 2 молекул глюкозы и аминогрупп 2 молекул лизина происходит образование нового соединения, связывающего 2 молекулы белка. Это 2-фуроил-4 [5]-[2-фуранил]-1-Н-имида- зол. Выделены также соединения, получившие название 1-ал- кил-2-формил-3,4-дигликозил-пирролы. При неэнзиматическом соединении рибозы, лизина и аргинина возможен синтез пентозидина — имидазо [4, 5] пиридина.

За счет AGES происходит образование ковалентных связей между белковыми молекулами и их дериватами [24]. Накопление AGES пропорционально времени и интегральному показателю уровня глюкозы. Если продукты ранней гликозилации обратимы и отсутствует их корреляция со степенью выраженности ангиопатий, то отмечается коррелятивная связь между степенью накопления AGES на коллагене и выраженностью диабетических ангиопатий [36]. Наличие активных соединений в составе AGES приводит к тому, что они захватывают растворимые белки, в том числе ЛПНП, что является одним из важных факторов развития атеросклероза. Показано, что коллаген аорты крыс с диабетом в 2,5 раза больше ЛПНП, чем у контрольных животных [6, 14]. Иммобилизация ЛПНП на длительно живущих белках сосудистой стенки может привести к формированию фиброзных бляшек. Применение специфического блокатора AGEg-образования аминогуанидина у крыс с диабетом предотвращало фиксацию ЛПНП на сосудистой стенке, что подтверждает участие AGES в атеросклеротическом процессе. AGEg-модификации подвергаются как белковые (апоВ-протеины), так и липидные компоненты ЛПНП. Обнаружено значительное их увеличение у лиц с диабетом, особенно при наличии нефропатии. Тесная корреляция AGES- ЛПНП-уровня с числом и выраженностью микроангиопатий указывает на участие AGEg-структур в патогенезе диабетических осложнений [10]. AGES могут накапливаться на молекуле гемоглобина. В норме AGEs-гемоглобин составляет 0,42% от всего циркулирующего гемоглобина. При диабете этот показатель увеличивается до 0,78%. Он может служить индексом поражения тканей поздними продуктами гликозилации.

Возможно накопление AGES на ДНК, которая является длительноживущим белком [48]. Это может привести к нарушению репликации и транскрипции ДНК и к хромосомным нарушениям.

Длительная экспозиция периферических нервных стволов с глюкозой приводит к необратимому AGEg-образованию, что сопровождается фиксацией IgG и IgM. Гликозилированные продукты распознаются через специфические рецепторы и удаляются макрофагами, что может привести к повреждению миелина и демиелинизации [46].

Наличие химически активных AGES приводит к образованию ковалентных связей между молекулами нерастворимых белков [41]. При диабете отмечено увеличение ковалентных связей с IV типом коллагена, что нарушает структуру базальной мембраны и изменяет ее свойства. Коллаген становится менее растворимым, более гидрофобным, менее чувствительным к действию протеолитических ферментов и как следствие этого более ригидным, возрастает его термостабильность. Аналогичные изменения в структуре долгоживущих белков выявлены при старении [19, 40], однако при сахарном диабете AGEg-образование идет быстрее и сопровождается большим количеством ковалентных связей и структурных изменений.

Исследования последних лет показали, что макрофаги играют важную роль в распознавании и удалении AGES. Интенсивность удаления AGES, а также "старого" и модифицированного протеина играет важную роль при усиленном AGEs-o6pa- зовании и определяет степень повреждения тканей. На поверхности макрофагов идентифицированы рецепторы, которые узнают и специфически связывают AGES [8, 25, 47]. Эти рецепторы состоят из 2 субъединиц по 83 и 36 Д с неизвестной функцией. Структура этих рецепторов отличается от описанных ранее "scavenger’’-рецепторов для ЛПНП. Плотность рецепторов у контрольных крыс составляет 1,5 • 105 рецепторов на клетку с константой чувствительности Ка 1,75’107 М-1.

У крыс с аллоксановым сахарным диабетом, когда возникает гипоинсулинемия, отмечено 2—3-кратное увеличение плотности рецепторов — (2,98 ± 0,25) • 105 — без изменения их чувствительности — (1,25 ± 0,05) • 107 М-1. Выявлено умеренное (на 25—30%) ускорение деградации AGEg-альбумина, меченного 1251, при инсулинзависимом диабете, в то время как при "гиперинсулиновом" диабете у мышей отмечено уменьшение числа AGEs-рецепторов и их чувствительности, сочетающееся с замедлением деградации AGEg-альбумина на 50%. Это исследование подтверждает наличие инсулинчувствительного механизма, который модулирует функцию AGEs- рецепторов макрофагов. Высокий уровень инсулина на периферии имеет неблагоприятное воздействие на рецепторное удаление AGES, что способствует развитию ангиопатии у лиц со II типом диабета или нарушенной толерантностью к углеводам.

Комплекс протеин — AGES фиксируется на рецепторах макрофагов, что приводит к синтезу и секреции монокинов — фактора некроза опухолей (TNF) и интерлейкина-1 (IL-1). Установлено [8], что макрофаги при инкубации с AGEs-альбумином в течение 24 ч выделяют в 10 раз больше TNF и IL-1, чем при инкубации с обычным белком. Эти монокины передают сигнал на близлежащие мезенхимальные клетки сосудистой стенки, которые в ответ начинают секретировать коллагеназу и экстрацеллюлярные протеазы. Те же монокины, которые вызывают каскад локальных дегенеративных изменений в сосудистой стенке, стимулируют синтез белка и в других клетках. IL-1 усиливает синтез коллагена IV типа в клубочках, пролиферацию фибробластов, гладкомышечных клеток, эндотелиальных клеток и мезангиума. TNF вызывает освобождение тромбоцитарного фактора роста из агрегированных тромбоцитов и эндотелиальных клеток, что приводит к пролиферации экстраваскулярного матрикса. Секреция TNF также усиливает изменения в эндотелиальных клетках, что повышает их проницаемость в 15 раз. Инъекция TNF in vivo приводила к усилению проницаемости для белка в течение 6 нед и неоваскуляризации роговицы.

Повышение проницаемости сосудов обусловлено дисфункцией эндотелиальных клеток и экстрацеллюлярного матрикса. Образование ковалентных связей с белками матрикса приводит к уменьшению связывающих мест для протеогликанов. Кроме того, отмечается деградация протеогликанов в ответ на секрецию монокинов. Все это приводит к нарушению структуры базальной мембраны, уменьшает электростатический барьер для васкулярной проницаемости. Помимо этого, увеличивается общее количество белка в сосудистой стенке за счет резистентности ковалентных связей к протеазам, что приводит к неэластичности сосудов. Накопление AGES в матриксе может стимулировать тромбоциты к агрегации и высвобождению тромбоцитарного фактора роста. В то же время усиливается пролиферация матричных структур под воздействием факторов роста, что приводит к сужению и закупорке просвета сосудов.

В последнее время внимание исследователей привлекла проблема образования nitric oxide (NO) и его роль в патогенезе диабета и его осложнений [21, 22]. NO является свободным радикалом и образуется путем энзиматического превращения L-аргинина в L-цитруллин при участии L-синтетазы. Выделены 2 изоформы этого фермента — конститутивная и цитоки- нобусловленная. Конститутивная форма NO-синтетазы является Са2+- и кальмодулинзависимой. Оба фермента являются флавопротеинами, они НАДФН-зависимы и в качестве дополнительного кофактора требуют наличия тетрагидроптерина. Конститутивный фермент обнаружен в эндотелии, головном мозге, тромбоцитах, недавно он был найден в островках Лангерганса. Он катализирует процесс образования небольшого количества NO в ответ на физиологические стимулы или активацию рецепторов. NO выступает как сигнальная молекула, которая влияет на различные физиологические ситуации — эндотелиально-зависимую релаксацию, угнетение агрегации тромбоцитов, может участвовать в усилении секреции инсулина в ответ на глюкозу. NO вызывает активацию гуанилатцик- лазы, что приводит к образованию цГМФ.

Цитокининдуцированная форма NO-синтетазы образуется в макрофагах, гладкомышечных, микроглиальных, мезангиальных клетках, гепатоцитах и 0-клетках островков под воздействием эндотоксина, TNF, 1L-1 и интерферона (IFN-y). Эта изоформа фермента катализирует образование очень больших количеств NO, которые дают цитостатический и цитотоксический эффект. Этот эффект обусловлен деструкцией активных центров в железосодержащих ферментах и приводит к нарушению функции митохондрий и синтеза ДНК.

NO, вырабатывающийся в эндотелии сосудов, называется эндотелиальным фактором релаксации. Для того чтобы активизировать гуанилатциклазу гладкомышечных клеток, он должен перейти из интимы в медию, которые отделены друг от друга слоем субэндотелиального коллагена. Было обнаружено, что ранние продукты гликозилации (основания Шиффа и продукты Амадори) не влияют на уровень NO и эндотелиальную релаксацию. Показано, что ослабление вазодилатации наблюдается через 2 мес после развития экспериментального диабета и сохраняется на определенном уровне в течение 1 года. Это связано с AGES, которые формируются в период от нескольких недель при экспериментальном диабете [9].

Способность "гасить" образование NO обнаружена у окисленных AGEs-форм, которые являются источником свободных радикалов. Эти радикалы взаимодействуют с NO и приводят к его инактивации. Нормализация уровня глюкозы, ликвидация кетоацидоза после назначения инсулинотерапии не приводили к восстановлению нарушенной вазодилатации. Экспериментальным животным в ранние сроки после возникновения сахарного диабета назначали блокатор AGEs-образования аминогуанидин — отмечено сохранение вазодилатирующего эффекта. Позднее назначение аминогуанидина (через 1 мес), когда были сформированы AGES, оказалось неэффективным.

Ускоренное образование AGES приводит к активации макрофагов, увеличению продукции TNF и IL-1, а также NO в больших концентрациях, который вызывает клеточную деструкцию [40]. Показано, что IL-1 приводит к активации индуцированной NO-синтетазы, выделению NO, формированию железодитиодинитрозиловых комплексов в р-клетках, в результате снижалась их инсулиновая секреция и развивался цитотоксический эффект [21]. При воздействии на культуру р- клеток человека комбинацией IL-1, TNF и IFN-y обнаружен выраженный инсулинингибирующий эффект, связанный с образованием NO. Установлено, что сочетание IL-1 и IFN-y приводит к синтезу NO, a TNF блокирует его продукцию у человека [23].

Из сказанного выше следует, что гликозилирование белков играет ведущую роль в формировании сосудистых осложнений. Поэтому особую актуальность приобретает поиск веществ, способных замедлить или прекратить гликозилацию на различных ее уровнях.

В работах [43, 44] описан ингибирующий эффект аскорбиновой кислоты in vitro и in vivo. При инкубации альбумина с витамином С и глюкозой в течение 3 дней отмечено достоверное снижение гликозилации. Показано, что витамин С снижает гликозилирование коллагена на 18—30%. При содержании лабораторных животных на диете без витамина С отмечалось достоверное увеличение гликозилирования и утолщение базальных мембран. Лечение больных диабетом в течение 3 нед аскорбиновой кислотой в дозе 0,5 г 3 раза в день показало достоверное снижение уровня фруктозамина по сравнению с группой больных, не получавших дополнительно витамин С.

Обнаружено [15], что инкубация сывороточного альбумина человека с глюкозой и токоферолом в течение 7 дней уменьшала гликозилацию альбумина. Вероятно, витамин Е как потенциально редуцирующий агент может соединяться с аминогруппами белка, предупреждая его гликозилирование на ранних обратимых стадиях. При лечении больных диабетом I типа витамином Е в дозе 600 и 1200 мг/сут в течение 2 мес отмечено дозозависимое снижение содержания Гл Г и сывороточного альбумина; гликемия при этом не изменялась [18].

Наиболее эффективным и изученным препаратом, задерживающим гликозилирование белка, является аминогуанидин. Он реагирует с продуктами Амадори и образует химически неактивные соединения в составе белковой молекулы, которые не подвергаются дальнейшей модификации и соединению с другими молекулами путем ковалентных связей. В экспериментах in vivo показано, что аминогуанидин эффективно блокирует образование AGES, ковалентные соединения молекул друг с другом и коллагеном базальных мембран, а также уменьшает "сшивки" коллагена и восстанавливает функцию протеогликанов на долгоживущих белках базальной мембраны [7, 38, 50]. В длительных экспериментах на крысах было показано, что аминогуанидин препятствовал утолщению базальной мембраны клубочков, а также предотвращал развитие и прогрессирование ретинопатии [28]. Он снижал сосудистую проницаемость для белка в тканях глаза, в том числе в сетчатке, нервных волокнах и аорте. После лечения аминогуанидином отмечено восстановление артериальной эластичности [30].

В последних работах [33, 34] получены интересные данные о том, что при гликозилации образуются AGES-пептиды, которые способны ускорять оксидизацию ЛПНП, что придает им атерогенные свойства. Назначение аминогуанидина предотвращает не только гликозилирование пептидов, но и оксидизацию ЛПНП, что имеет значение в профилактике атеросклероза.

Показано, что AGES способны уменьшать активность конститутивной NO-синтетазы и образование NO, что приводило к нарушению эндотелиальной релаксации. Был выявлен положительный эффект аминогуанидина, который предотвращал вазоконстрикцию вследствие блокады AGEg-образования [9].

В работе [22] изучалось влияние аминогуанидина на цито- кининдуцированный синтез NO, который усиливается при сахарном диабете и является причиной повреждения р-клеток и снижения инсулиновой секреции. Аминогуанидин предотвращает аккумуляцию цГМФ и образование железонитрозилового комплекса в р-клетках, что доказывает его способность блокировать индуцированную NO-синтетазу и защищать р-клетки от повреждающего действия NO.

Влияние аминогуанидина на васкулярную активность NO- синтетазы было исследовано путем длительного наблюдения за состоянием микроциркуляции после инъекции аминогуанидина у здоровых крыс. Оказалось, что аминогуанидин подавляет конститутивную форму фермента, что, по-видимому, связано с блокадой диаминоксидазы. Отмечено формирование микроангиопатий после введения аминогуанидина.

Причины дефицита NO в эндотелиальных клетках при сахарном диабете могут быть различны [13]. Во-первых, альдозо- редуктазная активность, которая возрастает при диабете, способна конкурировать с NO-синтетазой за НАДФН. В результате НАДФН отвлекается в полиоловый путь окисления глюкозы, а NO-синтетаза остается в неактивной форме. Назначение ингибиторов альдозоредуктазы повышает синтез NO [42]. Известно, что NO разрушается в присутствии супероксидного радикала [16, 31]. Наличие антиоксидантного фермента суперок- сиддисмутазы, с помощью которого происходит инактивация супероксидных радикалов, сохраняет продукцию NO и полностью предотвращает дефект релаксации, который наблюдается при сахарном диабете.

Выявлено несколько источников свободных радикалов при диабете, одним из них является аутооксидация глюкозы и AGEs [26, 31]. Как было сказано ранее, аминогуанидин препятствует синтезу AGES, способных инактивировать NO-син- тетазу. Кроме того, аминогуанидин уменьшает как гликацию, так и окисление ЛПНП, которые токсически действуют на эндотелий. Назначение аминогуанидина улучшает нервную проводимость и предотвращает дефицит кровотока, что связано с его способностью блокировать AGEs-образование. Однако его негативное свойство блокировать конститутивную форму NO- синтетазы должно учитываться и требует дальнейшего изучения. Кроме того, аминогуанидин может обладать слабой вазодилатирующей активностью, не связанной с эндотелиальными механизмами [12].