Receptor pro konečné produkty pokročilé glykace (RAGE) – klíčový hráč diabetické angiopatie?

Souhrn

Receptor pro konečné produkty pokročilé glykace hraje významnou roli v rozvoji chronických diabetických komplikací. Ukazuje se, že zasahuje více či méně do všech typů diabetické angiopatie. Hlavním jeho ligandem jsou samotné konečné produkty pokročilé glykace (AGEs), které se ve vyšší míře u diabetiků akumulují, ale v posledním desetiletí jsou známy i silnější aktivátory tohoto receptoru, tzv. alarminy. Ty se jinak uplatňují v rozvoji zánětlivé reakce organizmu. Aktivovaný RAGE spouští kaskádu dějů vedoucích k dalšímu hromadění AGEs a kyslíkových radikálů, a navíc je cestou NF-κB iniciována chronická zánětlivá odpověď organizmu. Centrální úloha RAGE v patogenezi cévních změn dělá z tohoto receptoru slibné místo možného budoucího terapeutického či preventivního zásahu.

Klíčová slova:
diabetes mellitus – hyperglykemie – konečné produkty pokročilé glykace – makroangiopatie – mikroangiopatie – metylglyoxal – receptor konečných produktů pokročilé glykace

Úvod

Cévní komplikace jsou hlavní příčinou vysoké morbidity a mortality u diabetes mellitus po celém světě. Recentní odhady IDF (International Diabetes Federation) předpokládají, že v roce 2012 bylo na světě 371 miliónů diabetiků, navíc tyto odhady dramaticky narůstají každým rokem [1]. Také v České republice pokračuje trend rostoucí prevalence diabetu, která překonala hranici 8 % populace, a podobně i četnost některých cévních komplikací narůstá [2].

Patogeneze cévního poškození u diabetu je dle aktuálních poznatků velice podobná v makrocirkulaci i mikrocirkulaci. Zatímco hlavním vyvolávajícím faktorem rozvoje diabetické makroangiopatie je zvýšená koncentrace nenasycených mastných kyselin, v rozvoji diabetické mikroangiopatie je zásadní chronická hyperglykemie. Následné pochody jsou však již identické – zvýšený oxidační stres ovlivňuje enzymy glykolýzy, což spouští základní patofyziologické dráhy diabetických cévních změn [3,4].

Velice významná je dráha konečných produktů pokročilé glykace (advanced glycation endproducts – AGEs). Jedním z nejvýznamnějších prekurzorů AGEs je metylglyoxal (MG), který vzniká neenzymatickou degradací meziproduktů glykolýzy (hlavně dihydroxyacetonfosfátu a glyceraldehyd 3-fosfátu). Blokováním glyoxalázy 1, tedy enzymu, který za normálních okolností detoxifikuje MG, dochází ke zvýšené produkci AGEs [5,6]. AGEs se v organizmu vyskytují fyziologicky, částečně jsou přijímány exogenně potravou, částečně vznikají endogenně a jejich koncentrace s postupujícím věkem stoupá. U diabetiků je však tento vzestup výrazně akcelerovaný [7]. Význam AGEs v patogenezi diabetických cévních komplikací spočívá mimo jiné v jejich vazbě na receptor pro konečné produkty pokročilé glykace (RAGE).

RAGE

Receptor pro konečné produkty pokročilé glykace (RAGE) byl poprvé popsán na povrchu endotelových buněk v roce 1992 [8]. Exprimován však je na nejrůznějších buňkách v těle, např. monocytech/makrofázích, T-lymfocytech, dendritických buňkách, hladkých svalových buňkách, epitelu glomerulů, podocytech, kardiomyocytech, neuronech a dalších. Je však třeba zdůraznit, že RAGE není jediným receptorem pro AGEs – ty se váží i na jiné molekuly, např. na CD36 či makrofágový scavengerový receptor [9,10]. Doposud není jasné, zda se různé AGEs váží preferenčně na některé receptory, či zda je tato vazba závislá na tkáňové lokalizaci.

V organizmu se vyskytuje RAGE ve 3 základních variantách:

• kompletní transmembránový receptor s extracelulární i intracelulární doménou
• endogeně secernovaný RAGE (esRAGE), který vzniká alternativním sestřihem pre-mRNA transkriptů RAGE a následně je uvolněný do plazmy, obsahuje extracelulární, ale postrádá intracelulární doménu potřebnou k signální transdukci
• solubilní RAGE (sRAGE), který je odštěpen z kompletního transmembránového receptoru působením proteáz, např. matrix metaloproteáz (MMPs) či ADAM-10 (A Desintegrin And Metalloprotease); tím podobně jako esRAGE má schopnost částečně „neutralizovat“ efekt RAGE ligandů, neboť jejich navázáním neaktivuje intracelulární děje. Reálný biologický efekt je však spíše malý [11–14]

Ligandy RAGE

Kromě zmíněných AGEs se k RAGE receptoru váží (a často silněji než AGEs) i jiné molekuly ze skupiny tzv. alarminů, např. proteiny S100/kalgranuliny, HMGB-1 (high mobility group box-1), amyloid-β peptid, lipopolysacharid, mac-1 či C1q [15–17] i nedávno popsaná kyselina lysofosfaditová (LPA) [18]. Alarminy se fyziologicky uplatňují v iniciaci akutního zánětu, ale jejich role byla opakovaně popsána i v rozvoji chronické zánětlivé reakce, kterou pozorujeme kupříkladu u diabetu, aterosklerózy, tumorogeneze či neurodegenerativních onemocnění [19–21].

Aktivace RAGE

Navázáním ligandu (alarminů či AGEs) na kompletní trans­membránový RAGE dochází k aktivaci složité intracelulární kaskády dějů. Přesný mechanizmus aktivace zatím není detailně známý, ale je jisté, že hlavní roli hraje mDia1 – molekula ze skupiny forminů uplatňující se v následné buněčné signalizaci. Prostřednictvím proteinů rac-1 a cdc42 např. ovlivňuje buněčnou migraci [22]. U gliomových buněk s knock-down formou mDia1 byla migrace indukovaná RAGE aktivací výrazně zeslabena [23]. Molekula mDia1 je zásadní k aktivaci src/JAK2/STAT3 kaskády ovlivňující proliferaci, zatímco vliv na p53/Bax kaskádu se uplatňuje v apoptóze buňky. Další molekuly (PI3K, PKCβII, ERK a jiné) se podílejí na rozvoji zánětlivé odezvy v buňce [24]. Pokud by molekula mDia1 měla v rozvoji angiopatie takto významnou úlohu, byla by jistě vhodným cílem k případné cílené terapeutické intervenci.

Následkem aktivace RAGE se zvyšuje aktivita NADPH oxidázy generující větší množství kyslíkových radikálů. Dochází k aktivaci NF-κB stimulujícího chronickou zánětlivou odezvu organizmu, ale také k potlačení protektivních mechanizmů redukcí mRNA a transkriptů glyoxalázy 1 [25,26] (schéma).

Význam aktivace receptoru RAGE v patogenezi různých forem diabetické angiopatie je diskutován níže.

Velký zájem byl věnován RAGE polymorfizmům a jejich vlivu na rozvoj diabetu či diabetických komplikací. Rozsáhlá metaanalýza s mnohatisícovými soubory osob neprokázala asociaci mezi RAGE polymorfizmy T-429C, T-374A a Gly82Ser a rizikem rozvoje diabetu. Naopak byla pozorována asociace mezi alelou 1704T a rizikem rozvoje diabetu a diabetické retinopatie, obzvláště v asijské populaci [27].

Diabetická nefropatie

Zvýšené hromadění AGEs bylo pozorováno mezi prvními tkáněmi právě v ledvinách diabetiků. Podobně byl i receptor RAGE lokalizován v ledvinách již před lety, konkretně v podocytech a glomerulárních endotelových buňkách [28]. Souvislost RAGE s rozvojem diabetické nefropatie byla opakovaně zkoumána – transgenní myší modely zvýšeně exprimující RAGE vykazovaly hypertrofii glomerulů, expanzi mezangia, infiltraci zánětlivými buňkami a intersticiální fibrózu [29]. Naopak myši s knockoutovaným RAGE byly chráněny před rozvojem nefropatických změn [30]. Podobně byla u myší bez RAGE díky dostatečné aktivitě glyoxalázy 1 výrazně snížená hladina škodlivého metylglyoxalu [26].

Na aktivaci RAGE se v ledvinách podílí kromě AGEs celá řada dalších molekul, např. HMGB1 (high-mobility group box 1) či fibroblastový růstový protein-1 (FSP1) z rodiny S100 proteinů, jehož přítomnost v ledvinách stoupala se stupněm nefropatie [31].

Jinou otázkou zůstává role sRAGE v patogenezi diabetické nefropatie. Bylo prokázáno, že tato molekula se vyskytuje ve vyšší koncentraci u diabetiků s významnou mikroalbuminurií [32] a podobně u hemodialyzovaných pacientů [33]. Naopak k jejímu poklesu dochází po transplantaci [34]. Ve studii s kožní autofluorescencí, významným markerem akumulace AGEs v organizmu, jsme prokázali silnou závislost tohoto ukazatele s sRAGE [35]. Koncentrace sRAGE rovněž souvisí v různých populacích i s polymorfizmy RAGE genu [36–39]. V experimentálních modelech vedlo podávání sRAGE u myší ke snížení albuminurie, expanze mezangia a ztenčení glomerulární bazální membrány [40]. Za fyziologických podmínek však jsou koncentrace sRAGE nedostatečné k tomu, aby dokázaly významně „neutralizovat“ aktivaci receptoru RAGE ligandy. Stále tak není zcela jasné, zda při postupném rozvoji chronických diabetických komplikací představuje sRAGE pouze marker cévního poškození, či zda se jedná o kompenzační reakci organizmu [41].

Diabetická retinopatie

Podobně jako v ledvinách dochází u diabetiků i v buňkách oka ke zvýšené expresi RAGE [42]. Předpokládá se, že zvýšená aktivita AGEs-RAGE osy se podílí na zhoršování diabetické retinopatie [43]. Experimentální podávání sRAGE pak vedlo u myší ke zmírnění neuroretinálního a cévního poškození [44]. Podobný efekt mělo i podávání inhibitoru HMGB1 glycyrizinu [45]. Celá řada dalších experimentů s RAGE a jeho ligandy prokázala zpomalení či zastavení rozvoje diabetické retinopatie u myší. V blízké době se čeká na srovnání efektů u lokálně či systémově podávaných preparátů.

Diabetická neuropatie

Nervová tkáň u diabetiků rovněž akumuluje AGEs ve vyšší míře – v endotelových buňkách, pericytech, perineuriu, bazálních membránách, axonech i jinde. Receptor RAGE exprimují periferní neurony, Schwannovy buňky i infiltrující imunitní elementy [46]. Nedávno byl RAGE objeven i na Langerhansových buňkách kůže, které hrají roli v bolestivé diabetické neuropatii [47]. V neposlední řadě, aktivace RAGE v nervové tkáni vede k polarizaci makrofágů s úbytkem jejich protizánětlivého a reparačního potenciálu ve prospěch prozánětlivého [48]. Opět se ukazuje, že experimentální delece RAGE chrání před úbytkem myelinizovaných vláken a poklesem senzomotoriky, resp. vnímání bolesti [49]. Navíc se zdá, že blokáda RAGE pravděpodobně nepotlačí hojící a opravné procesy v pokročilé diabetické neuropatii.

Akcelerovaná ateroskleróza

Význam RAGE v makrocirkulaci byl pozorován jak na zvířecích modelech, tak u lidí. Aterosklerotické pláty byly u diabetiků větší a buňky v nich obsažené ve zvýšené míře exprimovaly RAGE i RAGE ligandy [50]. Podobně i infiltrace plátů zánětlivými buňkami byla u diabetiků výraznější, nadto u endoteliálních progenitorových buněk byla pozorována snížená odolnost vůči oxidačnímu stresu [51]. V experimentu s podávaným sRAGE popř. knockoutovaným RAGE byla u myší s arteficiální aterosklerózou pozorována regrese plátů, a to i u nediabetických myší [52–54]. Blokáda RAGE také snížila ischemicko-reperfuzní poškození myokardu [55] i zabránila zhoršení jeho systolické dysfunkce [56].

Perspektivy

Terapie cévních diabetických komplikací založená na interakci s osou AGEs-RAGE je jistě velice slibná. Některé molekuly sice nebyly v léčbě zcela úspěšné – např. anti-AGEs molekula aminoguanidin nepřinesla statisticky významné zlepšení diabetické nefropatie ve fázi III klinického testování, nadto byla do určité míry toxická. Podobně transgenní myši zvýšeně exprimující glyoxalázu 1, a tím detoxifikující metylglyoxal byly výrazně úzkostnější [57]. Dle dostupných dat se zatím nezdá, že by blokáda RAGE potlačila vrozenou imunitu [58]. Dobře naopak vypadají výsledky s podáváním DNA aptamerů proti AGEs, které brání rozvoji diabetické nefropatie [59].

Nově se ukazuje, že i známé a mnoho let užívané léky mají vliv na RAGE. Kupříkladu metformin snižuje expresi RAGE a potažmo produkci reaktivních kyslíkových radikálů aktivací AMP-aktivované proteinkinázy (AMPK) [60]. Podobně osu AGEs-RAGE inhibuje podávání pravastatinu [61]. Recentní studie prokázala, že rozvoj obezity a chronického zánětu při vysokokalorické dietě byl u myší závislý na RAGE, a proto RAGE deficientní skupina při stejné dietě nezvyšovala hmotnost, nerozvinula zánětlivou odezvu v tukové tkáni, ani neměla inzulinovou rezistenci [62]. Celá řada dalších molekul v experimentu vedla ke zpomalení či zastavení progrese angiopatie, zda bude takový efekt i v humánní medicíně však nelze dopředu předpovídat.

Závěr

Od objevu RAGE uplynulo 22 let a význam tohoto receptoru se stále rozšiřuje, rovněž daleko za hranice diabetologie. Jeho výrazná provázanost s metabolizmem a imunitním systémem z něj dělá potentní místo k účinné intervenci. Co přinesou nové postupy zaměřené na osu RAGE ligand-RAGE do klinické diabetologie? Budou to nové biomarkery časných cévních změn nebo dokonce cílená kauzální léčba cévního poškození? Čekat lze obě možnosti, ale na správnou odpověď si asi budeme muset ještě nějakou dobu počkat.

Tato práce byla podpořena výzkumnými projekty a granty GAUK 623312, SVV 260032–2014 a PRVOUK P25.

MUDr. Jan Škrha jr

jan.skrha@seznam.cz

III. interní klinika 1. LF UK a VFN, Praha

int3.lf1.cuni.cz

Doručeno do redakce 2. 7. 2014

Přijato po recenzi 17. 7. 2014