INZULÍNOVÁ REZISTENCE A OXID DUSNATÝ

diabetologie

INZULÍNOVÁ REZISTENCE A OXID DUSNATÝ INSULIN RESISTANCE AND NITRIC OXIDE VĚRA HANUŠOVÁ, MARTIN HALUZÍK III. interní klinika 1. LF UK a VFN, Praha SOUHRN Jedním z charakteristických etiopatogenetických dějů podmiňujících vznik inzulínové rezistence a diabetes mellitus 2. typu je subklinický zánět, který primárně vzniká v tukové tkáni v důsledku její zvýšené infiltrace imunokompetentními buňkami. Ty jsou spolu s adipocyty významným zdrojem prozánětlivých cytokinů, které spouští prozánětlivé kaskády interferující s inzulínovou signální kaskádou na postreceptorové úrovni. Podle posledních studií sehrává podstatnou úlohu v tomto procesu inducibilní syntáza oxidu dusnatého. Obezita je spojena se zvýšenou expresí tohoto enzymu, nadprodukcí oxidu dusnatého a reaktivních dusíkových radikálů, které vedou k S-nitrosylaci proteinů inzulínové signální kaskády. Tato posttranslační modifikace snižuje jejich aktivitu, a tím přispívá k inzulínové rezistenci. Řada experimentálních studií prokázala, že zablokování inducibilní syntázy oxidu dusnatého vede ke zmírnění inzulínové rezistence a s ní spojených metabolických změn. Cílem tohoto přehledu je shrnout současné poznatky o fyziologii a patofyziologii oxidu dusnatého a jeho inducibilní syntázy ve vztahu k inzulínové rezistenci a ukázat perspektivy prevence a léčby inzulínové rezistence a diabetes mellitus 2. typu ovlivněním tohoto enzymu. Klíčová slova: inzulínová rezistence, subklinický zánět, inducibilní syntáza oxidu dusnatého, oxid dusnatý, S-nitrosylace, inzulínová signalizační kaskáda SUMMARY Subclinical inflammation that primarily arises in the adipose tissue as a result of its excessive infiltration by immunocompetent cells represents one of the typical etiopathogenetic mechanisms underlying the development of insulin resistance and type 2 diabetes. These cells together with adipocytes are the major source of proinflammatory cytokines triggering proinflammatory cascades that in turn interfere with postreceptor insulin signalling cascade. Recent studies have suggested that inducible nitric oxide synthase plays a key role in this process. Obesity is associated with increased inducible nitric oxide synthase mRNA expression, with subsequent overproduction of nitric oxide and reactive nitrogen species leading to S-nitrosylation of insulin signalling proteins. This posttranslational modification decreases their activity and eventually leads to insulin resistance. Number of experimental studies demonstrated that inhibition of inducible nitric oxide synthase attenuates insulin resistance. The aim of this review is to summarize the current knowledge about the physiology and patophysiology of nitric oxide and inducible nitric oxide synthase with respect to its relationship to insulin resistance and to suggest the possibility of improvement of insulin resistance and type 2 diabetes mellitus by modulating inducible nitric oxide synthase activity. Key words: insulin resistance, subclinical inflammation, inducible nitric oxide synthase, nitric oxide, S-nitrosylation, insulin signalling cascade

ÚVOD Prevalence nadváhy a obezity v posledních dvou desetiletích strmě stoupá. Obezita je hlavním kauzálním faktorem inzulínové rezistence, která významně přispívá ke vzniku diabetes mellitus 2. typu. Diabetes mellitus především 2. typu se stal globálním zdravotním problémem. Předpokládá se, že v roce 2030 dosáhnou počty nemocných s diabetem pandemických hodnot. Podle nejnovější studie se odhaduje nárůst počtu dospělých diabetiků z 6,4 %, (tj. 285 miliónů), v roce 2010 na 7,7 %, (tj. 439 miliónů), v roce 2030 (Shaw et al., 2010). Diabetes je celosvětově zodpovědný za 3,96 miliónů úmrtí (věk 20–79 let), což je 6,8 % globální mortality a je významnou příčinou předčasných úmrtí (Roglic a Unwin, 2010). DMEV • ROČNÍK 13 • 2010 • ČÍSLO 3

Inzulínová rezistence je jedním z klíčových patofyziologických mechanizmů v rozvoji diabetes mellitus 2. typu a důležitou součástí tzv. metabolického syndromu – souboru poruch významně zvyšujících riziko kardiovaskulární morbidity a mortality. Metabolický syndrom kromě diabetu/inzulínové rezistence zahrnuje abdominální obezitu, arteriální hypertenzi a dyslipidémii (Reaven, 1988). Na regulaci tkáňového účinku inzulínu se vedle komplexních interakcí mezi vrozenými dispozicemi, výživovými faktory a životním stylem zásadně podílejí cytokiny a hormony produkované imunokompetentními buňkami a adipocyty (Tilg a Moschen, 2008). Obezita a inzulínová rezistence jsou často spojovány se stavem chronického zánětu mírného stupně a se zvýšenou infiltrací tukové tkáně makrofágy (Lumeng et al., 2007). Předpokládá se, že právě zánětlivá reakce primárně

111

diabetologie vznikající v tukové tkáni je klíčovým pojítkem mezi obezitou a inzulínovou rezistencí. Makrofágy infiltrující tukovou tkáň u pacientů s obezitou jsou jedním z hlavních zdrojů prozánětlivých cytokinů uvolňovaných do systémové cirkulace. Aktivace nitrobuněčných zánětlivých kaskád může interferovat s inzulínovou signální kaskádou celou řadu mechanizmů. Řada nedávných studií ukazuje, že předním aktérem je v tomto procesu inducibilní NO syntáza (iNOS), která je fyziologicky aktivována při zánětlivých stavech. Experimentální i klinické studie ukazují, že obezita je spojena se zvýšenou expresí iNOS v řadě tkání a orgánů. Následná zvýšená produkce NO a reaktivních dusíkových radikálů působí posttranslační modifikaci signálních proteinů inzulínové signální kaskády, což vede k alteraci jejich funkce a vyvolání postreceptorové inzulínové rezistence (Martyn et al., 2008). Cílem tohoto článku je shrnout současné poznatky o možné úloze oxidu dusnatého a inducibilní NO syntázy při etiopatogeneze inzulínové rezistence a diabetes mellitus 2. typu.

OXID

DUSNATÝ

(NO)

V roce 1980, Furchgott a Zawadski poprvé popsali, že endotelové buňky uvolňují EDRF (endothelium-derived relaxing factor). V roce 1987 byla tato molekula identifikována jako oxid dusnatý (NO) (Ignarro et al., 1987). Plynná molekula oxidu dusnatého hraje klíčovou roli v řadě fyziologických funkcí, jako je neuronální transmise, vazodilatace, imunomodulace a cytotoxicita (Moncada et al., 1991). V savčích buňkách je NO tvořen z L-argininu při reakci katalyzované enzymem NO syntázou. Tato reakce zahrnuje dva kroky: nejprve dochází k hydroxylaci L-argininu za vzniku N-hydroxy-L-argininu, následuje oxidace, která vede k vytvoření NO a L-citrulinu. K reakci je zapotřebí přítomnosti kofaktorů FAD (flavin adenin dinukleotid), FMN (flavin mono nukleotid) a tetrahydrobiopterinu (BH4) (Palmer et al., 1988). Hlavním principem mechanizmu účinku NO je interakce s hemovou skupinou guanylyl cyklázy vedoucí ke zvýšení produkce intracelulárního cGMP v hladké svalovině. Zvýšení koncentrace cGMP, který funguje jako signální molekula, tzv. druhý posel, vede k relaxaci hladkých svalových buněk v cévní stěně a tím k vazodilataci. Tyto účinky jsou zprostředkovány fosforylací kaskády cGMP-dependentních proteinkináz včetně myosinových lehkých řetězců. cGMP také reguluje permeabilitu endotelu, buněčný růst a diferencia-

Obr. 1: Vznik molekuly NO z L-argininu v reakci katalyzované NO syntázou (Freire et al., 2009). [NADP (nikotin amid adenin dinukletotid fosfát), FAD (flavin adenin dinukleotid), FMN (flavin mono nukleotid), BH4 (tetrahydrobiopterin), GC (guanylyl cykláza), cGMP (cyklický guanosin monofosfát), L-NAME (nitro-L-arginine methyl ester)-inhibitor NO syntázy (NOS)]

112

ci a interakce trombocytů a ostatních krevních buněk (Roy a Garthwaite, 2006).

NO

SYNTÁZY

Existují tři izoformy NO syntázy: inducibilní NO syntáza (iNOS), neuronální NO syntáza (nNOS) a endoteliální NO syntáza (eNOS), kódované třemi odlišnými geny. Gen pro nNOS nebo také NOS-1 se nachází na 12. chromozomu a je exprimován hlavně v neuronech, dále také v hladkém a kosterním svalu. Gen pro eNOS (NOS-3) je lokalizován na 7. chromozomu a exprimován především v endotelových buňkách, dále v hladkém svalu a trombocytech. nNOS a eNOS jsou konstitutivně exprimovány v nízkých koncentracích v řadě buněk a uplatňují se ve fyziologických procesech, jako je vazodilatace a neurotransmise (Alderton et al., 2001). Naopak iNOS (NOS-2), jejíž gen se nachází na 17. chromozomu, je vysoce inducibilní bakteriálním endotoxinem a zánětlivými cytokiny a po stimulaci produkuje velké množství NO. iNOS je exprimována především v makrofázích, monocytech, neutrofilech, epiteliálních buňkách a hepatocytech (Zaki et al., 2005) a podílí se významně na obraně organizmu proti infekci. Pro enzymatickou aktivitu NOS je nutná vazba kofaktorů a dimerizace. NOS proteiny se nejprve naváží na FAD a FMN. Vazba L-argininu, tetrahydrobiopterinu (BH4) a hemu umožní vytvoření dimerů. eNOS a nNOS dimery vytvořené touto cestou jsou inaktivní a jsou závislé na vazbě s kalmodulinem po stimulaci zvýšenou koncentrací intracelulárního kalcia. Na rozdíl od ostatních izoforem NO-syntázy iNOS dimery váží kalcium/kalmodulin a jsou aktivní i při nízkých koncentracích kalcia. Rozdíl je také v množství produkovaného NO, které je v případě iNOS (v nmol) 1000× vyšší než v případě eNOS (v pmol). To je důležité z důvodu možného vyčerpání prekurzoru L-argininu při dlouhodobé stimulaci produkce NO aktivací iNOS (Alderton et al., 2001).

EXPERIMENTÁLNÍ

STUDIE S VYŘAZENÍM

GENŮ PRO NO SYNTÁZY

Myši s vyřazením genu pro eNOS se vyznačovaly arteriální hypertenzí, endotelovou dysfunkcí a nižším přežíváním při experimentálním cévním poškození typu cévní mozkové příhody (CMP), mozkové ischémie a dietou vyvolané ateroskleróze. Myši s potlačením exprese genu pro nNOS se naopak vyznačovaly lepším přežitím po CMP a mozkové ischémii (Liu a Huang., 2008). Jiná série experimentů prokázala, že nNOS má vaskuloprotektivní účinky a hraje důležitou roli při potlačení vzniku aterosklerotických lézí. Myši s vyřazeným genem pro nNOS měly zvýšenou neointimální proliferaci a vazokonstrikční odpověď a. carotis (Tsutsui, 2004). U myší, kterým byl podáván lipopolysacharid k vyvolání inzulínové rezistence ve svalu, zabránilo vyřazení genu pro iNOS nadprodukci NO a porušení funkce proteinů inzulínové signální kaskády (Carvalho-Filho et al., 2006). Zablokování produkce NO může být dosaženo také farmakologicky užitím inhibitorů NO syntáz. Podávání neselektivních inhibitorů NOS způsobilo u myší inzulínovou rezistenci, hypertenzi a dyslipidémii (Cook et al., 2004). Naopak specifický inhibitor iNOS zabránil vzniku inzulínové rezistence, vedl ke značnému snížení váhového přírůstku a stupně obezity a ke snížení zánětu v tukové tkáni obézních myší krmených vysokotukovou dietou (Perreault a Marette, 2001). Tyto výsledky ukazují, že zásadní roli v rozvoji inzulínové reDMEV • ROČNÍK 13 • 2010 • ČÍSLO 3

diabetologie zistence spojené s obezitou může hrát nadměrná produkce NO inducibilní NO syntázou (Tsuchiya et al., 2007). Myši, u kterých byly vyřazeny zároveň všechny 3 NOS geny, měly snížené přežívání a fertilitu. U těchto zvířat se primárně projevila polyurie, polydipsie a rezistence ledvin na působení vazopresinu, tedy charakteristiky shodné s nefrogenním diabetes insipidus. Následně byla pozorována řada kardiovaskulárních odchylek, což svědčí pro klíčovou roli endogenního systému NO syntáz v udržování kardiovaskulární homeostázy (Tsutsui et al., 2006).

ROLE INOS

U OBEZITY A CHRONICKÉHO ZÁNĚTU,

S-NITROSYLACE Metabolický syndrom je spojen s dysfunkcí tukové tkáně, kdy dochází k poruše diferenciace adipocytů, jejich hypertrofii v důsledku přetížení triglyceridy a posléze k nadměrné apoptóze. Následná zvýšená infiltrace makrofágy vedoucí ke zvýšené produkci prozánětlivých faktorů vysvětluje spojení mezi obezitou, dysfunkcí tukové tkáně, přítomností chronického zánětu a vznikem inzulínové rezistence (Cinti et al., 2005). Aktivované makrofágy jsou hlavním zdrojem řady prozánětlivých faktorů – TNF-a (tumor necrosis factor – alpha), IL-6 (interleukin-6), IL-1B (interleukin-1B), IL-2 (interleukin-2), které dále spouští místní zánětlivou odpověď a ovlivňují endokrinní funkci adipocytů ve smyslu zvýšení produkce metabolicky negativních faktorů spolupodílejících se na vzniku inzulínové rezistence (Neels a Olefsky, 2006). TNF-alfa, IL-1B , IL-2 spolu s IFN-gamma (interferon-gamma) vyvolávají v makrofázích zvýšenou produkci NO prostřednictvím inducibilní NO syntázy (Kuo et al., 2000). Tvorba NO inducibilní NO syntázou je stimulována také bakteriálními produkty, jako je lipopolysacharid při zánětlivých stavech a infekcích. Při výrazném zvýšení koncentrací NO způsobí nepoměr mezi množstvím NO a kofaktoru tetrahydrobiopterinu (BH4) rozpojení elektronového přenosu NO syntázy, což vede k produkci superoxidu O2-. Ten pak může reagovat s NO za vzniku vysoce reaktivního peroxynitritu ONOOnebo nitrosoniového iontu (NO+) (Zaki et al., 2005).

Reaktivní formy NO mohou reagovat s různými cílovými molekulami (hemovými skupinami, thioly, tyrosylovými radikály a aminy). Kovalentní vazba oxidovaných forem NO s thiolovými skupinami proteinů vede k tzv. S-nitrosylaci (Stamler et al., 1992). S-nitrosylace je společně s fosforylací a hydroxylací další posttranslační modifikací, která může vést k inaktivaci enzymů a dysfunkci biologicky významných proteinů. Může také specificky aktivovat rozklad proteinu prostřednictvím proteázomového systému. Byla popsána celá řada proteinů, které podléhají S-nitrosylaci (Beltrán et al., 2000). Právě S-nitrosylace proteinů inzulínové signální kaskády představuje hlavní mechanizmus širokého spektra působení NO ve vztahu k inzulínové rezistenci. Inzulínová kaskáda začíná vazbou inzulínu na alfa podjednotku inzulínového receptoru (IR), která v dalších krocích vede k fosforylaci inzulínového receptorového substrátu 1 a 2 (IRS-1, -2), což je klíčový mechanizmus pro nitrobuněčný přenos inzulínového signálu. Fosforylace tyrosinových zbytků IRS-1, -2 vede ke spojení s enzymem fosfatidy-inositol-3-kinázou (PI3K). Aktivovaná PI3K má vliv na řadu signálních drah skrze tvorbu lipidového druhého posla phosphatidyl-inositol-3,4,5-trifosfátu. Klíčovým substrátem pro PI3K je serin-threonin kináza B (Akt/PKB). Akt/PKB je hlavním efektorem dráhy IR-IRS-1-PKB. Akt/PKB řídí metabolické účinky inzulínu zahrnující glukózový transport, syntézu glykogenu, ukládání tuku a proteosyntézu (Martyn et al., 2008). Inzulín za fyziologických podmínek vede cestou fosfatidyl-inositol-3-kinázy k aktivaci eNOS a produkci fyziologického množství oxidu dusnatého, který má antiaterogenní a vazoprotektivní účinky. Oxid dusnatý působí zvýšené vychytávání glukózy v kosterních svalech, dále inhibuje agregaci trombocytů a proliferaci hladkých svalových buněk. Inzulínová rezistence je spojena se zvýšenou produkcí NO prostřednictvím iNOS (Torres et al., 2004), což vede ke zvýšené S-nitrosylaci proteinů inzulínové signální kaskády, alteraci jejich funkce a snížení účinku inzulínu. Aktivace fosfatidylinositol-3-kinázy je tak selektivně narušena a s ní i aktivace eNOS. Reaktivní hyperinzulínémie vede k nasměrování inzulínové signální kaskády směrem k aktivaci MAPkinázy (mitogen-activated protein kinase) vedoucí k buněčné proliferaci, vazokonstrikci a dalším aterogenním efektům (Schulman a Zhou, 2009). Při řízení lipidového a glukózového metabolizmu tak má NO dvojí účinek na glukózovou homeostázu. Fyziologické množství NO produkované buď eNOS nebo nNOS má protektivní vliv na regulaci glukózové homeostázy. Na druhé straně nadprodukce zprostředkovaná inducibilní NOS při zánětlivých stavech, kterým je i obezita, vede k inzulínové rezistenci (Tsuchiva et al., 2007).

EXPERIMENTÁLNÍ STUDIE: INOS A INZULÍNOVÁ REZISTENCE

Obr. 2: Aktivace iNOS (inducibilní NO syntázy) v makrofágu prozánětlivými cytokiny imunokompetentních buněk vede k produkci dusíkových radikálů (Zaki et al., 2005). (APC (antigen prezentující buňka), IFN-gama (interferon gama), ONOO- (peroxynitrit), Th1, Th2 (T-pomocné lymfocyty), IL-1 beta (interleukin-1 beta), TNF-alfa (tumor necrosis factor alpha).) DMEV • ROČNÍK 13 • 2010 • ČÍSLO 3

Zvýšená S-nitrosylace molekul inzulínové signální kaskády (IR, IRS-1 a Akt/PKB) byla zjištěna v kosterní svalovině obézních a diabetických myší (Yasukawa et al., 2005). Podávání látek uvolňujících NO v experimentálních studiích simuluje nadprodukci NO při zánětlivých stavech a vede ke zvýšené S-nitrosylaci proteinů inzulínové signální kaskády. Např. podávání zdroje NO (S-nitrosoglutathionu) diabetickým myším s mutací leptinového receptoru (db/db myši) vedlo k S-nitrosylaci serin kinázy Akt/PKB a ke snížené aktivitě tohoto klíčového enzymu inzulínové kaskády. Zajímavé je, že mutovaná Akt1/PKB alfa (C224S), ve které

113

diabetologie byl cystein na pozici 224 nahrazen serinem, byla rezistentní k S-nitrosylaci, z čehož vyplývá, že cystein 224 je hlavním místem S-nitrosylace (Yasukawa T et al., 2005). V jiné studii exogenně podaný peroxynitrit (ONOO-) způsobil nitrosylaci inzulínového receptoru IR-beta, substrátu inzulínového receptoru IRS-1 a protein kinázy B/Akt v kosterním svalu u myší a významně snížil systémovou inzulínovou senzitivitu a inzulínovou signalizaci. Potlačení nitrosylace rozkladem peroxynitritu vedlo opět ke zlepšení inzulínové senzitivity a inzulínové signalizace ve svalu (Zhou a Huang, 2009). V jiné experimentální studii inzulín mechanizmem zvýšené fyziologické produkce NO skrze eNOS a snížením tvorby superoxidového aniontu významně snížil produkci iNOS v srdeční tkáni po infarktu myokardu a následné reperfúzi (Ji L et al., 2010).

LÉKOVÉ

STUDIE

Aspirin ve vysokých dávkách snižuje inzulínovou rezistenci mimo jiné právě inhibicí produkce iNOS a snížením S-nitrosylace IR-beta/IRS-1 a Akt u obézních myší. Dále zlepšuje lačnou a postprandiální hyperglykémii u pacientů s DM 2. typu a také u zvířecích modelů inzulínové rezistence u obezity a sepse (Carvalho-Filho et al., 2009). Aspirin a další salicyláty se přímo vážou na IKK-beta kinázu (I-Kappa-B Kináza Beta), která se uplatňuje v regulaci zánětlivé odpovědi spolu s transkripčním faktorem NF-kappaB (Nuclear Factor-KappaB). Svou vazbou na IKK-beta potlačují salicyláty její účinek a tím zabraňují aktivaci genů zahrnutých v patogenezi zánětlivé odpovědi prostřednictvím transkripčního faktoru NF-kappaB (Yin et al., 1998). Salicyláty také v experimentu snižují inzulínovou rezistenci způsobenou podáním mastných kyselin a snižují oxidační stres v játrech (He et al., 2010). V léčbě DM 2. typu jsou široce rozšířeny PPAR-gamma agonisté (peroxisome proliferator-activated receptor-gamma) díky jejich schopnosti zlepšovat inzulínovou rezistenci. Obézní myši, které měly vyřazený gen pro iNOS, byly citlivější k metabolickým účinkům PPAR-gamma agonistů. Tato zvířata měla při léčbě PPAR-γ agonisty vyšší stupeň zlepšení glukózové tolerance a výraznější stimulaci inzulínové signální kaskády v játrech ve srovnání s kontrolními zvířaty a také vyšší hladiny metabolicky pozitivního adipocytárního hormonu adiponektinu (Dallaire et al., 2008). Ve studii, ve které po podání TNF-alfa došlo k indukci inzulínové rezistence pankreatických buněk prostřednictvím oxidu dusnatého, zabránily inhibitory produkce NO – aminoguanidin a N-monomethyl-L-arginin, stejně jako agonisté PPAR-gamma, této indukci skrze inhibici iNOS (Kwon et al., 1999). Bylo také zjištěno, že dihydroavenanthramid D (DHAvD), syntetický analog přírodního avenanthramidu, aktivní složky ovsa, má protektivní účinek na beta-buňky pankreatu a snižuje expresi iNOS a produkci NO (Lv et al., 2009). Podobně chronický příjem rostlinného flavonoidu quercetinu zvyšuje expresi eNOS, ale snižuje expresi iNOS ve viscerální tukové tkáni u obézních Zucker potkanů. Quercetin dále zlepšuje dyslipidémii, hypertenzi a hyperinzulinémii, ale pouze vysoké dávky mají protizánětlivé účinky spolu s redukcí hmotnostního přírůstku (Rivera et al., 2008).

KLINICKÉ

STUDIE

Lidská iNOS je nejčastěji studována v izolovaných monocytech nebo makrofázích u pacientů s infekčním nebo

114

zánětlivým onemocněním. Exprese iNOS v aktivovaných makrofázích hraje významnou roli v antimikrobiální obraně. Dusíkaté volné radikály mohou modifikovat bakteriální DNA, proteiny a lipidy nejen u bakterií, ale při nadměrné produkci i v buňkách postižených tkání. Obecně jsou infekce u lidí často spojeny s výrazným vzestupem systémové produkce NO (Chan et al., 1995). Ve studii s pacienty s pokročilým stupněm srdečního selhání byla zjištěna exprese iNOS v cirkulujících monocytech. Tento fenomén byl spojen s aktivací systému TNF-alfa a míra exprese iNOS byla závislá na stupni NYHA (Comini et al., 1999). Vystavení endotelových buněk lidských koronárních arterií rekombinantnímu rezistinu bylo spojeno se snížením hladiny eNOS mRNA a oxidu dusnatého a zvýšením koncentrací reaktivních kyslíkových radikálů. Podání antioxidantů blokovalo snížení hladiny eNOS způsobené rezistinem (Chen et al., 2010). Ve vzorcích musculus quadriceps femoris pacientů s DM 2. typu a kontrolní skupiny zdravých subjektů byly stanovovány mRNA exprese eNOS, iNOS a cirkulující nitrity, nitráty, nitrotyrosin a TNF-alfa. Koncentrace nitritů a nitrátů, nitrotyrosinu i TNF byly zvýšeny u pacientů s DM 2. typu ve srovnání s kontrolní skupinou. eNOS měla podobné hladiny u diabetiků i kontrol na rozdíl od signifikantního zvýšení iNOS u pacientů s DM 2. typu (Torres et al., 2004). U pacientů s DM 2. typu s diabetickou nefropatií je také pozorována snížená exkrece oxidu dusnatého močí. Tessari et al. zjistil sníženou syntézu oxidu dusnatého u pacientů s DM 2. typu jak za bazálních podmínek, tak při hyperinzulinemickém clampu (Tessari et al., 2010). Byl také zkoumán vliv variant promotoru iNOS genu na klinickou variabilitu pacientů s onemocněním koronárních tepen. Promotor iNOS genu (NOS2A) je geneticky modulován polymorfizmem inzerce nebo delece (+/-) 4 párů bazí. Bylo zjištěno, že + alela vedoucí k vyšší expresi iNOS může vést k inzulínové rezistenci a zhoršení metabolických i antropometrických parametrů (zvýšení glykémie, poměru pas/ boky) a vyššímu výskytu nestabilní anginy pectoris u mužů s koronární aterosklerózou (Morris et al., 2001). V jiné studii byly zkoumány polymorfizmy v genech pro iNOS a Toll-like receptor 4 (TLR4). TLR4 patří spolu s iNOS mezi důležité proteiny přirozeného imunitního systému, které pokud jsou aktivovány nadměrně, mohou vést k inzulínové rezistenci. Genetické varianty promotoru iNOS genu a TLR4 genu mohou mít jak ochranný, tak škodlivý vliv na imunitní odpověď a prevalenci DM 2. typu (Bagarolli et al., 2010).

ZÁVĚR Diabetes mellitus 2. typu se vyznačuje kromě deficitu inzulínové sekrece také poruchou inzulínové senzitivity na úrovni postreceptorové inzulínové signální kaskády. Zdá se, že v patogenezi vzniku inzulínové rezistence hraje důležitou roli chronická subklinická zánětlivá reakce, při jejímž vzniku se uplatňují mnohé prozánětlivé cytokiny, adipocytokiny a transkripční faktory. Zvýšená exprese iNOS s nadprodukcí NO a následná produkce volných radikálů vedoucí k S-nitrosylaci proteinů inzulínové kaskády a tím jejich inaktivaci je jedním z mechanizmů vzniku inzulínové rezistence u pacientů s DM 2. typu. Experimentální studie ukazují, že inhibice iNOS, atˇ již vyřazením genu pro iNOS, nebo podáním iNOS inhibitorů, vede ke zlepšení inzulínové senzitivity. Podání selektivních DMEV • ROČNÍK 13 • 2010 • ČÍSLO 3

diabetologie inhibitorů iNOS, které jsou v současné době ve fázi vývoje pro klinické použití, tak může být velmi nadějným přístupem v prevenci a léčbě inzulínové rezistence a DM 2. typu. Také mechanizmus denitrosylace Akt/PKB redukujícím činidlem může sloužit jako potenciální terapeutický cíl vedoucí ke zlepšení inzulínové signální kaskády. Lepší pochopení komplexních interakcí zánětlivých cytokinů, adipocytokinů, transkripčních faktorů, receptorových molekul a reaktantů akutní fáze, které jsou zahrnuty v procesu etiopatogeneze inzulínové rezistence u obezity a diabetu, může vést k rozvoji lepších farmakologických metod, a to nejen léčebných, ale i preventivních. Nepochybně je však nutné ověřit, zda tyto v experimentu fungující přístupy budou účinné i v klinické praxi.

Poděkování: Podpořeno MZOVFN2005.

LITERATURA 1. Alderton WK, Cooper CE, Knowles RG. Nitric oxide synthases: structure, function and inhibition. Biochem J. 2001 Aug 1;357(Pt 3):593-615. 2. Bagarolli RA, Saad MJ, Saad ST. Toll-like receptor 4 and inducible nitric oxide synthase gene polymorphisms are associated with Type 2 diabetes. J Diabetes Complications. 2010 MayJun;24(3):192-8. Epub 2009 Apr 23. 3. Beltrán B, Orsi A, Clementi E, Moncada S. Oxidative stress and S-nitrosylation of proteins in cells. Br J Pharmacol. 2000 Mar;129(5):953-60. 4. Carvalho-Filho MA, Ueno M, Carvalheira JB, Velloso LA, Saad MJ. Targeted disruption of iNOS prevents LPS-induced S-nitrosation of IRbeta/IRS-1 and Akt and insulin resistance in muscle of mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2006 Sep;291(3):E476-82. Epub 2006 Apr 25. 5. Carvalho-Filho MA, Ropelle ER, Pauli RJ, Cintra DE, Tsukumo DM, Silveira LR, Curi R, Carvalheira JB, Velloso LA, Saad MJ. Aspirin attenuates insulin resistance in muscle of diet-induced obese rats by inhibiting inducible nitric oxide synthase production and S-nitrosylation of IRbeta/IRS-1 and Akt. Diabetologia. 2009 Nov;52(11):2425-34. 6. Cinti S, Mitchell G, Barbatelli G, Murano I, Ceresi E, Faloia E, Wang S, Fortier M, Greenberg AS, Obin MS. Adipocyte death defines macrophage localization and function in adipose tissue of obese mice and humans. J Lipid Res. 2005 Nov;46(11):2347-55. Epub 2005 Sep 8. 7. Chan J, Tanaka K, Carroll D, Flynn J, Bloom BR. Effects of nitric oxide synthase inhibitors on murine infection with Mycobacterium tuberculosis. Infect Immun. 1995 Feb;63(2):736-40. 8. Chen C, Jiang J, Lu J, Chai H, Wang X, Lin PH, Yao Q. Resistin Decreases Expression of Endothelial Nitric Oxide Synthase Through Oxidative Stress in Human Coronary Artery Endothelial Cells. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2010 Apr 30. [Epub ahead of print] 9. Comini L, Bachetti T, Agnoletti L, Gaia G, Curello S, Milanesi B, Volterrani M, Parrinello G, Ceconi C, Giordano A,Corti A, Ferrari R. Induction of functional inducible nitric oxide synthase in monocytes of patients with congestive heart failure. Link with tumour necrosis factor-alpha. Eur Heart J. 1999 Oct;20(20):1503-13. 10. Cook S, Hugli O, Egli M, Menard B, Thalmann S, Sartori C, Perrin C, Nicod P, Thorens B, Vollenweider P, Scherrer U, Burcelin R Partial gene deletion of endothelial nitric oxide synthase predisposes to exaggerated high-fat diet-induced insulin resistance and arterial hypertension. Diabetes 2004 Aug; 53(8):2067–2072. DMEV • ROČNÍK 13 • 2010 • ČÍSLO 3

11. Dallaire P, Bellmann K, Laplante M, Gélinas S, Centeno-Baez C, Penfornis P, Peyot ML, Latour MG, Lamontagne J, Trujillo ME, Scherer PE, Prentki M, Deshaies Y, Marette A. Obese mice lacking inducible nitric oxide synthase are sensitized to the metabolic actions of peroxisome proliferator-activated receptor-gamma agonism. Diabetes. 2008 Aug;57(8):1999-2011. Epub 2008 May 5. 12. Freire MA, Guimarães JS, Leal WG, PereiraA. Pain modulation by nitric oxide in the spinal cord. Front Neurosci. 2009 Sep;3(2):175-81. Epub. 13. Furchgott RF, Zawadzki JV.The obligatory role of endothelial cells in the relaxation of arterial smooth muscle by acetylcholine. Nature. 1980 Nov 27;288(5789):373-6. 14. He B, Zhao S, Zhang W, Li Y, Lu Y, Han P. Salicylate prevents hepatic oxidative stress activation caused by short-term elevation of free fatty acids in vivo. Diabetes Res Clin Pract. 2010 May 19. [Epub ahead of print] 15. Ignarro LJ, Buga GM, Wood KS, Byrns RE, Chaudhuri G. Endothelium-derived relaxing factor produced and released from artery and vein is nitric oxide. Proc Natl Acad Sci U S A. 1987 Dec;84(24):9265-9. 16. Ji L, Fu F, Zhang L, Liu W, Cai X, Zhang L, Zheng Q, Zhang H, Gao F. Insulin attenuates myocardial ischemia/reperfusion injury via reducing oxidative/nitrative stress. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2010 Apr;298(4):E871-80. Epub 2010 Feb 2. 17. Kuo HP, Wang CH, Huang KS, Lin HC, Yu CT, Liu CY, Lu LC. Nitric oxide modulates interleukin-1beta and tumor necrosis factor-alpha synthesis by alveolar macrophages in pulmonary tuberculosis. Am J Respir Crit Care Med. 2000 Jan;161(1):192-9. 18. Kwon G, Xu G, Marshall CA, McDaniel ML. Tumor necrosis factor alpha-induced pancreatic beta-cell insulin resistance is mediated by nitric oxide and prevented by 15-deoxy-Delta12,14prostaglandin J2and aminoguanidine. A role for peroxisome proliferator-activated receptor gammaactivation and inos expression. J Biol Chem. 1999 Jun 25;274(26):18702-8. 19. Liu VW, Huang PL.Cardiovasc Res. Cardiovascular roles of nitric oxide: a review of insights from nitric oxide synthase gene disrupted mice. Cardiovasc Res. 2008 Jan;77(1):19-29. Review. 20. Lumeng CN, Deyoung SM, Bodzin JL, Saltiel AR. Increased inflammatory properties of adipose tissue macrophages recruited during diet-induced obesity. Diabetes. 2007 Jan;56(1):16-23. 21. Lv N, Song MY, Lee YR, Choi HN, Kwon KB, Park JW, Park BH. Dihydroavenanthramide D protects pancreatic beta-cells from cytokine and streptozotocin toxicity. Biochem Biophys Res Commun. 2009 Sep 11;387(1):97-102. Epub 2009 Jul 1. 22. Martyn JA, Kaneki M, Yasuhara S. Ph.DObesity-induced Insulin Resistance and Hyperglycemia: Etiologic Factors and Molecular Mechanisms. Anesthesiology. 2008 Jul;109(1):137-48. 23. Moncada S, Palmer RM, Higgs EA. Nitric oxide: physiology, pathophysiology, and pharmacology. Pharmacol Rev. 1991 Jun;43(2):109-42. 24. Morris BJ, Glenn CL, Wilcken DE, Wang XL. Influence of an inducible nitric oxide synthase promoter variant on clinical variables in patients with coronary artery disease. Clin Sci (Lond). 2001 May;100(5):551-6. 25. Neels JG, Olefsky JM Inflamed fat: what starts the fire? J Clin Invest. 2006 Jan;116(1):33-5. 26. Palmer RM, Rees DD, Ashton DS, Moncada S. L-arginine is the physiological precursor for the formation of nitric oxide in endothelium-dependent relaxation. Biochem Biophys Res Commun. 1988 Jun 30;153(3):1251-6. 27. Perreault M, Marette A. Targeted disruption of inducible nitric oxide synthase protects against obesity-linked insulin resistance in muscle. Med. 2001 Oct;7(10):1138-43.

115

diabetologie 28. Reaven GM, Role of insulin resistance in human disease. Diabetes. 1988 Dec;37(12):1595-607. 29. Rivera L, Morón R, Sánchez M, Zarzuelo A, Galisteo M. Quercetin ameliorates metabolic syndrome and improves the inflammatory status in obese Zucker rats. Obesity (Silver Spring). 2008 Sep;16(9):2081-7. 30. Roglic G, Unwin N. Mortality attributable to diabetes: estimates for the year 2010. Diabetes Res Clin Pract. 2010 Jan;87(1):15-9. Epub 2009 Nov 14. 31. Roy B, Garthwaite J. Nitric oxide activation of guanylyl cyclase in cells revisited. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Aug 8;103(32):12185-90. Epub 2006 Aug 1. 32. Schulman IH, Zhou MS. Vascular insulin resistance: a potential link between cardiovascular and metabolic diseases. Curr Hypertens Rep. 2009 Feb;11(1):48-55. 33. Shaw JE, Sicree RA, Zimmet PZ. Global estimates of the prevalence of diabetes for 2010 and 2030. Diabetes Res Clin Pract. 2010 Jan;87(1):4-14. Epub 2009 Nov 6. 34. Stamler JS, Singel DJ, Loscalzo J. Biochemistry of nitric oxide and its redox-activated forms. Science. 1992 Dec 18;258(5090):1898-902. 35. Tessari P, Cecchet D, Cosma A, Vettore M, , Millioni R, Iori E, Puricelli L, Avogaro A, Vedovato M. Nitric oxide synthesis is reduced in subjects with Type 2 Diabetes and nephropathy. Diabetes. 2010 May 18. [Epub ahead of print] 36. Tilg H, Moschen AR. Inflammatory mechanisms in the regulation of insulin resistance. Mol Med. 2008 Mar-Apr;14(3-4):222-31. 37. Torres SH, De Sanctis JB, de L Briceño M, Hernández N, Finol HJ. Inflammation and nitric oxide production in skeletal muscle of type 2 diabetic patients. J Endocrinol. 2004 Jun;181(3):419-27.

116

38. Tsuchiya K, Sakai H, Suzuki N, Iwashima F, Yoshimoto T, Shichiri M, Hirata Y. Chronic blockade of nitric oxide synthesis reduces adiposity and improves insulin resistance in high fat-induced obese mice. Endocrinology. 2007 Oct;148(10):4548-56. Epub 2007 Jun 21. 39. Tsutsui M. Neuronal nitric oxide synthase as a novel anti-atherogenic factor. J Atheroscler Thromb. 2004;11(2):41-8. 40. Tsutsui M, Shimokawa H, Morishita T, Nakashima Y, Yanagihara N. J Development of genetically engineered mice lacking all three nitric oxide synthases.Pharmacol Sci. 2006 Oct;102(2):147-54. Epub 2006 Oct 7. Review. 41. Yasukawa T, Tokunago E, Ota H, Sugita H, Maryn JAJ, Keneki M. S-nitrosylation-dependent inactivation of Akt/protein kinase B in insulin resistance. J Biol Chem 2005; 2890:7411-8. 42. Yin MJ, Yamamoto Y, Gaynor RB. The anti-inflammatory agents aspirin and salicylate inhibit the activity of I(kappa)B kinase-beta. Nature. 1998 Nov 5;396(6706):77-80. 43. Zaki MH, Akuta T, Akaike T. Nitric oxide-induced nitrative stress involved in microbial pathogenesis. J Pharmacol Sci. 2005 Jun;98(2):117-29. Epub 2005 Jun 4. 44. Zhou J, Huang K. Peroxynitrite mediates muscle insulin resistance in mice via nitration of IRbeta/IRS-1 and Akt. Toxicol Appl Pharmacol. 2009 Nov 15;241(1):101-10. Epub 2009 Aug 12.

MUDr. Věra Hanušová 3. interní klinika VFN U nemocnice 1 128 08 Praha 2 E-mail: [email protected]

DMEV • ROČNÍK 13 • 2010 • ČÍSLO 3