Abstract

Introducere

Activitatea vasculară a insulinei și rezistența la insulină vasculară (IR)

S-a stabilit bine că insulina stimulează producția de oxid azotic vasodilatator derivat din endoteliu (NO). Atât insulina, cât și vasodilatatoarele clasice (inclusiv acetilcolina) stimulează producția de NO activând endoteliul NO sintaza (eNOS) 10. Cu toate acestea, insulina activează eNOS fără implicarea calciului prin intermediul tirozin kinazei receptorului de insulină, declanșând o cascadă de fosforilare/activare: substratul receptorului de insulină-1 (IRS-1) este fosforilat, legând IRS-1, activând fosfoinozid-3 kinaza (PI3K), activarea proteinei kinazei-1 dependente de 3-fosfoinozidide (PDK-1), care fosforilează protein kinaza B (Akt), în cele din urmă fosforilând și activând eNOS, rezultând o creștere a producției de NO în câteva minute 11 .

Numeroase studii pe subiecți diabetici de tip 2 și modele animale susțin o asociere robustă între IR și disfuncția endotelială, măsurată prin afectarea vasodilatației dependente de endoteliu 2. Rămâne incert dacă cele două stări sunt legate direct sau reprezintă manifestări ale unei patologii comune de bază. De remarcat, unii cercetători au propus că disfuncția endotelială poate induce IR 12. Deși s-a sugerat că disfuncția endotelială poate împiedica absorbția glucozei prin reducerea fluxului sanguin al mușchilor scheletici 13, este puțin probabil să aibă o importanță fiziologică majoră.

APN în fiziologie vasculară și fiziopatologie

Efectele APN asupra structurii și funcției vasculare

adiponectină

Semnalizarea adiponectinei în celulele endoteliale.

Rolul APN în bolile metabolice și vasculare

Recent, șoarecii cu deficit de APN au fost stabiliți cu succes prin direcționarea genelor. Șoarecele knockout APN prezintă clearance-ul întârziat al FA liberă în plasmă, niveluri scăzute de ARN mesager proteină 1 de transport al acidului gras în mușchi, niveluri ridicate de ARN mesager TNF-α în țesutul adipos și concentrații ridicate de TNF-α plasmatic 34 .

Șoarecii knockout APN prezintă hiperplazie neointimală profundă în ciuda metabolismului normal al glucozei și lipidelor în timp ce sunt hrăniți cu o dietă normală 35. Aceste date sugerează că leziunea neointimală nu se accelerează ca urmare a metabolismului anormal al glucozei/lipidelor, ci este cauzată în mod direct de deficiența APN. Șoarecii transgenici APN/apo-E-knockout au fost protejați împotriva aterosclerozei comparativ cu șoarecii apoE-knockout 22, subliniind rolul APN ca factor endogen antiaterogen, hipoadiponectinemia jucând un rol important în procesul aterosclerotic. Astfel, abordările terapeutice care cresc concentrația plasmatică de APN pot fi utile în protejarea împotriva dezvoltării aterosclerozei, precum și în prevenirea restenozei după angioplastie.

Disfuncție vasculară în sindromul metabolic (hiper-lipidemie și diabet)

Hiperlipidemie și disfuncție vasculară

Este bine stabilit că hiperlipidemia afectează funcția endotelială la animalele experimentale. Recipientele îndepărtate din animalele de dietă HF prezintă relaxare vasculară semnificativ anormală dependentă de endoteliu la substanțe precum acetilcolina și trombina, în timp ce vasodilatația, ca răspuns la agenții care acționează direct asupra mușchiului neted vascular (cum ar fi nitroglicerina, nitroprusidul de sodiu sau SNAP), rămân neschimbate 37 . Când se ia în considerare de unde ar putea apărea disfuncția endotelială în hiperlipidemie, printre cele mai probabile mecanisme se află sinteza scăzută a NO bioactivat. Pe lângă efectele sale vasodilatatoare, NO are multe proprietăți antiaterogene raportate, inclusiv reducerea agregabilității trombocitelor 40, limitarea proliferării celulare a mușchiului neted vascular 41, inhibarea expresiei moleculei de aderență în endoteliu 42, inhibarea aderenței neutrofilelor și monocitelor la endoteliul 43, 44 și prevenirea chemotaxiei monocitelor 45. Furnizarea cronică de L-sa raportat că arginina în dietele iepurilor hipercolesterolemici îmbunătățește vasodilatația dependentă de endoteliu și reduce amploarea leziunilor aterosclerotice 46 .

De asemenea, contribuie la disfuncția endotelială mediată prin hiperlipidemie și producția crescută de specii reactive de oxigen (ROS, cum ar fi anionul superoxid) și abundența rezultată a produsului de reacție peroxinitrit 37. Oxidazele dependente de NAD (P) H asociate membranelor, care pot fi activate de PKC în starea hiperlipidemică, este sursa primară a anionului superoxid 47. Peroxinitritul, produsul de reacție rapidă al NO și al anionului superoxid [rata 5 × 10 9 (mol/L) -1 s -1] 48 și nitrația proteică rezultată sunt considerate mediatorul și markerul diferitelor leziuni vasculare induse de ROS/RNS, cum ar fi leziunile aterosclerotice 49 .

Diabetul și funcția vasculară

Relația dintre semnalizarea insulinei și semnalizarea APN

Rolul APN în reglarea semnalizării insulinei

S-a propus că proteina adiponectină derivată din adipocite joacă roluri importante în reglarea homeostaziei energetice și a sensibilității la insulină. Winzell și colegii săi au descoperit un potențial rol dublu al APN în raport cu secreția de insulină. În insulele pancreatice normale, APN (5 μg/ml) nu a avut niciun efect semnificativ asupra secreției de insulină. Cu toate acestea, la insulele șoareci au redus rezistența la insulină prin hrănirea cu HF, APN a inhibat secreția de insulină la 2,8 mmol/L glucoză (P 58. Mutațiile umane ale genei APN au ca rezultat afectarea multimerizării APN și, în consecință, sunt legate de riscul crescut de dezvoltare a diabetului de tip 2 59. Studiile efectuate pe animale au arătat că șoarecii transgenici (nul homozigot pentru APN) au dezvoltat hiperglicemie și hiperinsulinemie în condiții normale sau pe o dietă bogată în grăsimi 60. Cu toate acestea, injecțiile cu APN exogen la șoareci obezi au scăzut nivelul glucozei plasmatice și al nivelului de FA prin suprimarea producției de glucoză hepatică și oxidarea acizilor grași din mușchi, ameliorând astfel IR 61, 62. Mai mult, tratamentul pacienților diabetici de tip 2 cu rosiglitazonă, un agonist PPARγ (o clasă de agent sensibilizant la insulină), poate atenua IR prin stimularea producției de APN 63 .

Mullen și colegii săi au demonstrat atât APN, cât și rezistența la insulină la șobolanii hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi saturate. Animalele au prezentat un răspuns de oxidare FA tocit la APN globular, precum și o scădere a transportului maxim de glucoză stimulat de insulină 9. Studiile ulterioare care au implicat șobolani hrăniți cu HF au arătat că pierderea efectului stimulator al APN asupra oxidării FA a precedat creșterea transportorilor FA plasmalemali. Prin acumularea rezultată de diacilglicerol intramuscular (DAG) și ceramidă, semnalizarea insulinei a fost, prin urmare, tocită și s-a observat afectarea transportului maxim de glucoză stimulat de insulină în mușchii scheletici 64. Bruce și colegii săi au studiat subiecți obezi fără IR semnificativ, dar au descoperit că au scăzut nivelul APN seric. Observarea activării tocite a AMPK de APN globular în mușchi obez a sugerat, de asemenea, dezvoltarea rezistenței APN în obezitate 65. În rezumat, APN este probabil un mediator important în obezitate sau IR indusă de dietă HF.

Au fost efectuate studii suplimentare pentru a investiga efectele APN asupra IR și a transducției de semnalizare a insulinei. Dietz-Schroeder și colegii săi au arătat că APN a inhibat secreția de adipocite a citokinelor care induc IR, inclusiv IL-6, IL-8 și proteina chemotactică monocitară-1 (MCP-1) 66. Reglarea acestor adipocitokine (deja stabilite pentru a fi legate de obezitate și diabet) de către APN sugerează o legătură moleculară între obezitate și IR musculare scheletice. Recent, Fiaschi și colegii săi au raportat capacitatea APN în activarea trans a receptorului de insulină 67. Mai specific, stimularea APN produce o explozie tranzitorie de specii reactive de oxigen (ROS) și provoacă oxidarea/inhibarea proteinei-tirozin fosfatazei (PTP) 1B în celulele hepatice. APN determină apoi asocierea crescută a PTP1B cu receptorul de insulină, provocând în cele din urmă o trans-fosforilare independentă de ligand a receptorului de insulină. Aceste rezultate au demonstrat că APN trans-activează receptorul insulinei prin moduri dependente de redox și independente de ligand.

Rolul insulinei în reglarea semnalizării APN

APN stimulează rapid și puternic AdipoR1 în miotuburile derivate de la indivizi slabi și sănătoși 68. În schimb, miotuburile izolate de la pacienții obezi, pacienții obezi diabetici și pacienții care au pierdut în greutate semnificativă după o intervenție chirurgicală bariatrică nu au mai fost stimulați de APN 68. Incapacitatea mușchiului scheletic al persoanelor obeze și diabetice de a răspunde la APN exogen poate fi suprimată în continuare ca urmare a afectării reglării genei AdipoR1.

Șoarecii MKR exprimă receptorii factorului de creștere asemănător insulinei (IGF) -I mutant dominant negativ în mușchiul scheletic. Mușchiul, ficatul și țesutul adipos izolat de la acești șoareci s-au dovedit a fi rezistente la insulină 69. Șoarecii au prezentat niveluri ridicate de APN, răspuns redus al glucozei la suplimentarea acută cu APN; în plus, tratamentul cronic cu APN nu a reușit să îmbunătățească sensibilitatea la insulină și toleranța la glucoză 69, deși investigația asupra nivelului de ARNm al receptorului APN și APN a stimulat fosforilarea AMPK în mușchiul scheletic și ficat similar între MKR și șoareci de tip sălbatic 69. Astfel, rezistența APN evidentă la șoarecii MKR poate fi rezultatul IR. Utilizând un model de șoarece cu receptor de insulină adipocitar eliminat, Lin și colegii săi au detectat hiperadiponectinemie, cu niveluri normale de receptor APN-1 și -2 (AdipoR1/R2) 70. Mai mult decât atât, administrarea exogenă de APN nu a reușit să scadă nivelurile de glucoză sau să inducă activarea AMPK, în concordanță cu o stare de rezistență la APN 70. Aceste rezultate susțin în continuare IR pot juca un rol crucial în afectarea efectului APN.

Tsuchida și colegii 71 au observat că expresia AdipoR1/R2 pare a fi invers corelată cu nivelurile de insulină plasmatică in vivo. Interesant este că incubația hepatocitelor sau miocitelor cu insulină a redus expresia AdipoR1/R2 prin calea dependentă de fosfoinozidă 3-kinază/Foxo1 in vitro. Mai mult, există o scădere semnificativă a AdipoR1/R2 în mușchiul scheletic și țesutul adipos izolat de insulina rezistentă la deficit de leptină ob/ob mouse model 71. Acest lucru a fost corelat cu scăderea legării APN de fracțiile de membrană a mușchiului scheletic și scăderea activării AMPK de către APN. În mod similar, Inukai și colegii 72 au descoperit că insulina a avut un efect inhibitor asupra expresiei AdipoR1, într-un mecanism mediat de calea dependentă de PI3K, mai degrabă decât de calea MAPK. Spre deosebire de Inukai, Staiger și colegii 73 au raportat că insulina nu a modificat direct expresia mRNA AdipoR1 în celulele musculare scheletice umane. Aceste discrepanțe se pot datora diferențelor în modelul animalului, tipurilor de celule sau condițiilor utilizate în aceste diverse studii. Vor fi necesare mai multe studii pentru a clarifica rolul insulinei în reglarea expresiei receptorilor APN.

Rolul patogen al rezistenței la insulină în disfuncția vasculară indusă de hiperlipidemie

S-a demonstrat că creșterea diacilglicerolului și a ceramidei în hiperlipidemie activează PKC, scade activitatea PI3K asociată cu IRS-1 și inhibă fosforilarea/activarea Akt 74, 75. Aceste efecte de transducție a semnalului pot reduce activitatea eNOS și producția de NO. În plus, Apolipoproteina (apo) CIII, o proteină mică care se află în mai multe copii pe suprafața lipoproteinei cu densitate foarte mică (VLDL) și a lipoproteinei cu densitate mică (LDL) 76, inhibă IRS-1/PI3K/Akt/Calea eNOS prin activarea PKCβ în celulele endoteliale ale venei ombilicale 77. Nivelurile plasmatice ale apoCIII sunt o legătură crucială între dislipidemie și IR în celulele endoteliale vasculare, cu efecte dăunătoare consecințele asupra funcțiilor lor ateroprotectoare.

Nivelurile de acid gras fără plasmă (FFA) joacă un rol crucial în efectele vasodilatatoare și metabolice ale insulinei. Infuzia de trigliceride la șobolani crește nivelul FFA circulant, provocând afectarea semnificativă a recrutării capilare a mușchilor scheletici. În timpul unei proceduri de prindere a glucozei, la șobolani s-a observat o scădere cu 40% a eliminării glucozei, cu niveluri de insulină plasmatică de echilibru de aproximativ 600 pm 78. La femeile slabe, creșterea acută a nivelurilor FFA afectează recrutarea capilară și vasodilatația mediată de acetilcolină înainte și în timpul hiperinsulinemiei 79. Mai mult, acțiunile vasodilatatoare ale insulinei sunt îmbunătățite atunci când nivelurile FFA sunt reduse la femeile obeze 79. Relația inversă dintre recrutarea capilară și nivelurile de FFA, cu modificări simultane în absorbția de glucoză mediată de insulină, este cel puțin parțial responsabilă de disfuncția microvasculară indusă de FFA în dezvoltarea IR și a hipertensiunii legate de obezitate.

Luate împreună, hiperlipidemia, hiperglicemia și hiperinsulinemia compensatorie în prezența diabetului contribuie independent la disfuncția endotelială. În starea dismetabolică, mecanismele de bază au implicat lipotoxicitate și glucotoxicitate proinflamatoare la endoteliu și afectarea specifică a căii PI3K. Mecanismele moleculare și celulare care mediază IR în disfuncția endotelială indusă de hiperlipidemie sunt multiple și reflectă interacțiuni complexe între căile inflamatorii și metabolice (Figura 2).

Rezistența la adiponectină (RA) și fiziopatologia vasculară hiperlipidemică.