Неферментативное гликозилирование белков

Неферментативное гликозилирование белков — биохимическая реакция присоединения моносахарида к белку и последующие превращения образовавшегося соединения, протекающие без участия ферментов, В организме здорового человека степень Н.г.б. незначительна, но при стойких гипергликемиях его интенсивность резко увеличивается. Содержание в крови несферментативно гликозилированных белков повышается при таких заболеваниях и патологических состояниях, как сахарный диабет, галактоземия, различные мелитурии, атеросклероз и др. Большинство белков, синтезируемых в организме, подвергается гликозилированию. Условно этот процесс можно разделить на ферментативный и неферментативный. Первый протекает в эндоплазматической сети клетки с участием ферментов (гликозилтрансфераз), катализирующих наращивание олигосахаридной цепи на молекуле белка и заканчивается образованием полноценного гликопротеина (см. Гликоконъюгаты). Второй представляет собой реакцию химической конденсации белка с моносахаридом и дальнейшие превращения этого соединения.

Неферментативное гликозилирование происходит при нормальной функционировании белка и контакте с глюкозой или другим редуцирующим моносахаридом. Химическая конденсация является реакцией соединения амина (NH2-группы) и альдегида (СНО-группы). Присоединение альдегида происходит, как правило, к свободной NH2-группе концевой аминокислоты, например к валину у гемоглобина А (HbA1c), или к одной из доступных Е-аминогрупп остатка лизина (у большинства белков). Первым из неферментативно гликозилированных белков был обнаружен и подробно исследован в конце 50-х — начале 60-х гг. 20 в гликозилированный гемоглобин взрослого человека — HbA1c. Установлено, что аминокислотный состав этого белка точно соответствует составу гемоглобина взрослого человека (см. Кровь).

Единственным отличием являются остатки фруктозы, присоединенные к NH2-группе концевого остатка валина в обеих b-цепях молекулы гемоглобина. Известно более 20 белков и других биологически активных аминосодержащих соединений, которые in vivo подвергаются неферментативному гликозилированию при непосредственном контакте с моносахаридами. Это различные гемоглобины (A, F, S, С, D), сывороточный альбумин, глобулины сыворотки крови, иммуноглобулины, фибрин, белки оболочек эритроцитов, интимы сосудов и стенок капилляров, коллагены, кератины, кристаллин, тубулин, миелин, некоторые ферменты (катепсин В, рибонуклеаза А, b-N-ацетил-О-глюкозаминидаза и др.), липопротеины низкой плотности, антитромбин III, инсулин, серотонин, ДНК и др. Содержание неферментативно гликозилированных соединений в организме здоровых людей невелико и составляет от 10% (гликозилированный сывороточный альбумин) до десятых долей процента от общего количества негликозилированного соединения. Однако при стойких гипергликемиях (например, при некомпенсированном сахарном диабете) концентрация неферментативно гликозилированных соединений увеличивается в 3—4 раза, а иногда и более. Неферментативное гликозилирование белков во многих случаях приводит к резкому изменению их свойств. Так, подвергшийся неферментативному гликозилированию гемоглобин — гемоглобин А1с обладает более высоким сродством к кислороду.

Содержание гликозилированного гемоглобина в крови больных сахарным диабетом составляет до 8,5% и выше (норма — около 3%, по другим данным, 4,5—6,1%). Обнаружена прямая зависимость между содержанием в крови HbA1c и степенью диабетической ангиопатии. В старых эритроцитах содержится больше HbA1c, чем в молодых. Альбумин сыворотки крови в результате неферментативного гликозилирования теряет свои транспортные и детоксикационные свойства, перестает связывать билирубин и длинноцепочечной жирные кислоты. Мембраны эритроцитов при неферментативном гликозилировании их белков теряют свою эластичность, в результате чего эритроцит не может изменить форму, проходя по кровеносному капилляру, диаметр которого меньше диаметра эритроцита. При этом нарушается микроциркуляция и снижается время жизни эритроцитов. Н.г.б. интимы сосудов и стенок капилляров снижает их эластичность, что при сахарном диабете приводит к нарушениям кровообращения и диабетической ангиопатии.

Иммуноглобулины при гликозилиривании теряют свои свойства, поэтому, по-видимому, при сахарном диабете снижены защитные реакции организма. Н.г.б. базальных мембран клубочковых капилляров почек вызывает утолщение этих мембран и изменение их проницаемости, чем во многом обусловлена диабетическая ангионефропатия. Коллаген соединительнотканных волокон гликозилируется по остаткам лизина и оксилизина, что мешает образованию нормальных поперечных сшивок между волокнами и приводит к снижению эластичности коллагенового волокна, особенно проявляющемуся при сахарном диабете и старении организма. Н.г.б. оболочек нервных волокон, в т.ч. миелина, вызывает изменение их функции и нарушение проведения нервного импульса, в результате чего развивается диабетическая невропатия.

Установлено достоверное увеличение степени неферментативного гликозилирования при сахарном диабете кератинов волос и ногтей. При сахарном диабете, галактоземии, старении часто развивается катаракта, обусловленная неферментативным гликозилированием основного белка хрусталика глаза кристаллина. Гликозилированный инсулин теряет способность связываться со специфическими циторецепторами. Большинство неферментативно гликозилированных белков труднее подвергается протеолизу. Детерминантой антител к неферментативно гликозилированным белкам становится остаток фруктозы, присоединенный кетоаминной связью, что вызывает потерю этими антителами прежней строгой антигенной специфичности. Так, антитела к гликозилированному полилизину образуют комплекс антиген — антитело и с гликозилированным альбумином сыворотки крови, и с другими гликозилированными белками.

У больных сахарным диабетом обнаружены аутоантитела к гликозилированным белкам, липопротеинам и др. Стойкое снижение гипергликемии (при компенсации сахарного диабета или галактоземии) сопровождается снижением уровня Н.г.б. Другим возможным путем воздействия на этот процесс является блокирование химически активных группировок в молекулах белка и моносахарида. Ацетилирование NH2-групп кристаллина (например, ацетилсалициловой кислотой) или стабилизация его сульфгидрильных групп b-меркаптоэтанолом либо дитиоэритритолом предотвращают неферментативное гликозилирование этого белка при инкубации с глюкозой. Установлено, что нивелировать отрицательное действие Н.г.б. можно также активируя системы, участвующие в удалении из организма продуктов неферментативного гликозилирования (в частности, систему мононуклеарных фагоцитов).

Определение неферментативно гликозилированных белков чрезвычайно важно для практической медицины. Даже однократное определение в крови больного, например, HbA1c дает достоверную характеристику картины гликемии за истекшие 2—3 мес. (срок биологической жизни гемоглобина в кровотоке). Этот показатель более стабилен, чем показатель концентрации глюкозы в крови, и не подвержен циркадным и случайным колебаниям. По мнению многочисленных исследователей и по рекомендациям ВОЗ, его удобно использовать для распознавания сахарного диабета, особенно его скрытых и лабильных, трудно диагностируемых форм. Определение концентрации в крови неферментативно гликозилированного альбумина — более лабильного, чем HbA1c соединения (срок биологической жизни гликозилированного альбумина в кровотоке около 20 дней), дает возможность успешно контролировать лечение сахарного диабета или другого патологического состояния, характеризующегося высокой гипергликемией.

Определение содержания в крови HbA1c или гликозилированных кератинов (в волосах, ногтях) позволяет установить степень вероятности развития осложнений при сахарном диабете или постоянной гипергликемии. Для изучения Н.г.б. большое значение имеет выбор адекватного метода исследования. Простыми, сравнительно дешевыми, достаточно чувствительными и высоко специфичными являются хроматография, электрофорез, иммунологические и химические методы. Наиболее применимыми оказались химические методы определения гликозилированных белков, к которым относятся метод, основанный на повышенной редуцирующей способности кетоаминных соединений, образующихся в процессе Н.г.б., и метод, заключающийся в количественном определении фруктозы, отщепившейся от неферментативно гликозилированного белка после гидролиза кетоаминной связи. Надежные результаты получены при использовании мягкого гидролиза кетоаминной связи в гликозилированных белках органическими кислотами (щавелевой и трихлоруксусной).

Библиогр.: Галенок В.А. и др. Роль гликозилированного гемоглобина в генезе гипоксии при сахарном диабете. Клин. мед., т. 61, № 5, с. 80, 1983; Гриншпун М.Н. и др. Клиническое значение определения гликозилированных гемоглобинов у больных сахарным диабетом, Пробл. эндокрин., т 29, № 6, с. 80, 1983.