Rola insuliny i jej prekursora proinsuliny w rozwoju miażdżycy u chorych na cukrzycę

Małgorzata Abramczyk, Marzena Dworacka, Krystyna Szczawińska PRACA POGLĄDOWA Katedra i Zakład Farmakologii Akademii Medycznej im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu Rola insuliny i jej prekursora proinsuliny w rozwoju miażdżycy u chorych na cukrzycę The role of insulin and its precursor proinsulin in diabetic atherosclerosis development Małgorzata Abramczyk Urodziła się w 1972 roku w Poznaniu. Dyplom lekarza uzyskała w 1997 roku w Akademii Medycznej im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu. Jest lekarzem chorób wewnętrznych. Od 1998 roku pracuje w Katedrze i Zakładzie Farmakologii Akademii Medycznej w Poznaniu na stanowisku asystenta. Jest członkiem Polskiego Towarzystwa Farmakologicznego. Autorka i współautorka 4 prac oryginalnych w czasopismach krajowych i zagranicznych oraz 19 opublikowanych streszczeń doniesień zjazdowych. Jest także głównym wykonawcą projektu badawczego finansowanego przez KBN. Jej główne zainteresowania naukowe dotyczą problematyki cukrzycy, skuteczności jej leczenia oraz przewlekłych powikłań, ze szczególnym uwzględnieniem makroangiopatii. Prowadzi badania nad nowymi markerami ryzyka choroby niedokrwiennej serca u chorych na cukrzycę typu 2, zajmuje się także badaniem wpływu niektórych czynników patofizjologicznych na rozwój przewlekłych powikłań cukrzycy. Marzena Dworacka Urodziła się w 1963 roku w Poznaniu. Dyplom lekarza uzyskała w 1988 roku w Akademii Medycznej im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu. Jest specjalistą z zakresu chorób wewnętrznych. Od 1991 roku pracuje w Katedrze i Zakładzie Farmakologii Akademii Medycznej w Poznaniu na stanowisku adiunkta. W 1996 roku uzyskała tytuł doktora nauk medycznych. Jest członkiem Polskiego Towarzystwa Diabetologicznego i członkiem Zarządu Poznańskiego Oddziału Polskiego Towarzystwa Farmakologicznego. Jest autorką i współautorką 10 prac oryginalnych w czasopismach krajowych i zagranicznych oraz 48 opublikowanych streszczeń doniesień zjazdowych. Jej główne zainteresowania naukowe skupiają się wokół oceny skuteczności farmakoterapii cukrzycy i chorób z nią związanych oraz przewlekłych powikłań cukrzycy. Prowadzi badania dotyczące przydatności nowoczesnych metod monitorowania wyrównania metabolicznego cukrzycy, a także badania związków pomiędzy czynnikami patofizjologicznymi prowadzącymi do rozwoju przewlekłych powikłań cukrzycy. Krystyna Stachowiak-Szczawińska Profesor zw. dr hab. med. Urodziła się w Poznaniu w 1936 roku. Ukończyła z wyróżnieniem Wydział Farmaceutyczny Akademii Medycznej w Poznaniu w 1959 roku, a w roku 1960 roku podjęła pracę w tej uczelni. Stopień doktora nauk farmaceutycznych uzyskała w roku 1967. Od roku 1968 roku pracuje w Katedrze i Zakładzie Farmakologii. Stopień doktora habilitowanego nauk farmaceutycznych w zakresie farmakologii uzyskała w 1988 roku. W 1990 roku została mianowana przez Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej na stanowisko docenta, a przez Rektora powołana do pełnienia funkcji Kierownika Katedry i Zakładu Farmakologii (1990 2001). Nominację profesorską uzyskała w 1998 roku. Jest specjalistą II stopnia z farmakologii. Jest członkiem Polskiego Towarzystwa Farmakologicznego, Towarzystwa Farmaceutycznego, Polskiego Towarzystwa Badania Mózgu. Jej zainteresowania naukowe z zakresu farmakologii klinicznej dotyczą kompleksowej oceny przydatności różnych wskaźników kontroli cukrzycy, łącznie z oceną stężenia proinsuliny oraz oceną aktywności układu immunologicznego, natomiast w zakresie farmakologii eksperymentalnej zainteresowania obejmują m.in. zmiany wpływu leków na ośrodkowy układ nerwowy wskutek rozwoju tolerancji oraz udział niektórych wykładników układu immunologicznego w działaniu leków przeciwdepresyjnych. Dorobek naukowy obejmuje 83 publikacje oryginalne z zakresu farmakologii doświadczalnej i klinicznej oraz ponad 140 komunikatów konferencyjnych i zjazdowych. Adres do korespondencji: lek. Małgorzata Abramczyk Katedra i Zakład Farmakologii AM im. K. Marcinkowskiego ul. Rokietnicka 5a, 60 806 Poznań tel. +48 (61) 658 43 95; faks +48 (61) 658 44 81 Diabetologia Doświadczalna i Kliniczna 2005, 5, 3, 175 182 Copyright 2005 Via Medica, ISSN 1643 3165 www.ddk.viamedica.pl 175

Diabetologia Doświadczalna i Kliniczna rok 2005, tom 5, nr 3 Abstract Diabetes mellitus constitutes an independent risk factor of the coronary heart disease (CHD). This increased risk of atherogenesis in diabetic patients is associated with appearance of traditional, hardly established CHD risk factors such as hypertension, abdominal obesity, hypertriglyceridemia, increased LDL and decreased HDL cholesterol, as well as with diabetes-related factors, like hyperglycemia, insulin resistance with concomitant hiperinsulinemia and with hiperproinsulinemia. Proatherogenic action of hiperproinsulinemia results from its negative associations with coagulation and fibrinolysis, while insulin acts throughout several different mechanisms including, except procoagulative and antifibrinolytic influences, lipid metabolism derangement, direct stimulation of atherosclerotic plaque formation in vascular wall and stimulation of smooth muscle proliferation in arteries. Although mechanisms of insulin proatherogenic action are multidirected comparing to those resulting from hiperinsulinemia, epidemiological studies established, that elevated proinsulin serum level rather than insulin one, determines atherosclerosis development, particularly coronary heart disease. Moreover, it was suggested that hiperproinsulinemia in healthy persons could be a marker of cardiovascular and/or diabetes type 2 risk, and normalization of proinsulin level in persons with coronary heart disease or diabetes type 2 may decide about disease progression or late diabetic complications development. key words: insulin, proinsulin, coronary heart disease, diabetes type 2 Wstęp Konsekwencją przedwczesnego i przyspieszonego rozwoju miażdżycy dużych naczyń u chorych na cukrzycę jest znaczne pogorszenie jakości życia oraz zwiększona śmiertelność obserwowana w tej grupie [1, 2]. Miażdżyca jest przyczyną 80% zgonów wśród chorych na cukrzycę, w tym 75% zgonów spowodowanych jest chorobą niedokrwienną serca. Powszechnie wiadomo, że ryzyko śmierci z przyczyn kardiologicznych w populacji chorych na cukrzycę jest 2 3-krotnie wyższe wśród mężczyzn i aż 5 razy wyższe wśród kobiet, w porównaniu z ogólną populacją [3, 4]. Odrębności choroby niedokrwiennej serca u chorych na cukrzycę polegają nie tylko na zwiększonej zapadalności i chorobowości, ale także na występowaniu rozleglejszych zmian miażdżycowych obejmujących zwykle wiele tętnic wieńcowych [4, 5]. Choroba niedokrwienna serca występująca u chorych na cukrzycę w porównaniu z jej postacią stwierdzaną w ogólnej populacji charakteryzuje się także wcześniejszym pojawieniem się objawów, zwiększoną częstością występowania niemych niedokrwień, występowaniem typowych objawów klinicznych tylko u około 70 80% chorych, niestabilnością odstępu QT, cięższym przebiegiem zawału serca i poważniejszym jego rokowaniem [6, 7]. Miażdżyca u chorych na cukrzycę Nadal niewystarczająco poznano mechanizmy odpowiedzialne za przyspieszony rozwój miażdżycy u chorych na cukrzycę. Podwyższone ryzyko miażdżycy w tej populacji chorych wiąże się z występowaniem znanych, klasycznych czynników ryzyka miażdżycy, obserwowanych także w ogólnej populacji, takich jak nadciśnienie tętnicze, zaburzenia metabolizmu lipidów, otyłość androidalna. Swoisty dla cukrzycy czynnik proaterogenny, jakim jest hiperglikemia, potęguje częstość występowania i stopień nasilenia wymienionych zaburzeń stanowiących klasyczne czynniki ryzyka miażdżycy [4]. Należy również wziąć pod uwagę fakt, że poza hiperglikemią istnieją inne, swoiste dla cukrzycy, czynniki ryzyka miażdżycy, które są w większości jej pochodnymi oraz pochodnymi dysinsulinemii. Należy tu przede wszystkim wymienić insulinooporność i hiperproinsulinemię oraz związane z nimi zaburzenia hemostazy, a także mikroalbuminurię [1, 4]. Proinsulina ogólna charakterystyka Proinsulina jest spiralnie zwiniętym polipeptydem składającym się z 86 aminokwasów, który zawiera łańcuch A i B cząsteczki insuliny oraz łączący je łańcuch C. Powstaje w wyniku przekształcenia prekursora preproinsuliny. Preproinsulina, charakteryzująca się kilkuminutowym okresem półtrwania, jest bezpośrednim produktem translacji insulinowego mrna. Po stronie N-końcowej zawiera o 24 aminokwasy więcej niż proinsulina, stanowiące tak zwany peptyd sygnałowy. Peptyd sygnałowy zostaje odcięty przez swoistą proteazę błonową, a produktem tej reakcji jest proinsulina [8]. Prawidłowy skład dipeptydów łączących peptyd C z łańcuchami A i B ma zasadnicze znaczenie dla normalnego przebiegu konwersji proinsuliny w insulinę. W przypadku mutacji genu insulinowego, determinującej zmianę składu jednego lub drugiego łącznika, miejsca te nie poddają się działaniu endopeptydaz. W rezultacie tych zaburzeń we krwi gromadzi się proinsulina rozcięta tylko po jednej stronie łańcucha C. Może to powodować wystąpienie nietolerancji glukozy i ujawnienie się biochemicznych wykładników cukrzycy [8]. Do krwi żyły wrotnej z komórek b trzustki wydzielane są: proinsulina o nieuszkodzonym łańcuchu (intact-1/3 aktywności proinsulinowej) oraz produkty częściowej konwersji proinsuliny: produkt A-C [rozszczepiony w pozycji 32 33 (32, 33 split proinsulin) 176 www.ddk.viamedica.pl

Małgorzata Abramczyk i wsp. Rola insuliny i jej prekursora proinsuliny w rozwoju miażdżycy u chorych na cukrzycę i pozbawiony aminokwasów 31 i 32 (des-31, 32 proinsulin)] (około 2/3 aktywności proinsulinowej), produkt B-C [rozszczepiony w pozycji 65 66 (65, 66 split proinsulin) i pozbawiony aminokwasów 64 i 65 (des-64, 65 proinsulin)] (nieznaczny odsetek aktywności proinsulinowej) [8, 9]. Proinsulina stanowi około 6% aktywności insulinowej (IRI, immuoreactive insulin) ekstrahowanej z trzustki, podobne proporcje zachowane są we krwi żyły wrotnej (surowicy) [8]. Do pomiaru całkowitego stężenia proinsuliny w surowicy stosuje się metody radioimmunologiczne oraz immunoenzymatyczne. Dzięki tym pierwszym otrzymuje się dane obrazujące łączne stężenie proinsuliny o nieuszkodzonym łańcuchu i produktach jej konwersji. Metody immunoenzymatyczne pozwalają na oznaczanie stężenia proinsuliny o nieuszkodzonym łańcuchu (intact proinsulin) z wyłączeniem produktów częściowej konwersji proinsuliny. Stężenie proinsuliny u ludzi zdrowych oznaczane metodą immunoenzymatyczną (ELISA DAKO KIT) wynosi 2 6 pmol/l, a u chorych na cukrzycę 10 15 pmol/l [9]. Przyczyny hiperproinsulinemii Za jedną z przyczyn podwyższonego stężenia proinsuliny we krwi uważa się dysfunkcję wydzielniczą komórek b wysp trzustki polegającą na zaburzeniu proporcji pomiędzy wydzielaniem insuliny i proinsuliny [10]. Interesujące, że dysfunkcja ta wydaje się uwarunkowana wysokimi stężeniami proinsuliny we krwi i w konsekwencji prowadzi do dalszego, postępującego upośledzenia czynności wydzielniczej komórek b. Wynika to z faktu, że hiperproinsulinemia nasila wydzielanie amyliny i odkładanie się amyloidu w obrębie wysp trzustki, prowadząc do upośledzenia czynności jej wysp [11]. Wiele danych wskazuje na to, że hiperglikemia rozwijająca się w następstwie obwodowej insulinooporności i nadmierna stymulacja komórek b przez podwyższone stężenia glukozy we krwi prowadzą do nadmiernego wydzielania insuliny i proinsuliny [9]. Hiperproinsulinemia może być także efektem mutacji genu ludzkiego receptora dla insuliny (hinsr, human insulin receptor). Produktem ekspresji tego genu jest białko błonowe odpowiedzialne za komórkową odpowiedź na działanie insuliny, a jego defekt może prowadzić do insulinooporności i w konsekwencji do hiperinsulinizmu oraz hiperproinsulinizmu [12]. Promiażdżycowe działanie proinsuliny Mechanizm działania proinsuliny na poziomie komórkowym jest analogiczny do działania insuliny. Proinsulina pobudza receptor insulinowy, jednakże powinowactwo proinsuliny ludzkiej do receptora jest znacznie mniejsze niż powinowactwo insuliny, co wiąże się z mniejszą szybkością łączenia się proinsuliny z receptorem i znacznie słabiej wyrażonym działaniem biologicznym [8, 9]. Promiażdżycowe działanie proinsuliny może mieć kilka przyczyn. Przede wszystkim podwyższone stężenie proinsuliny, a zwłaszcza produkty jej częściowej degradacji oddziałują na procesy hemostazy. Proinsulina bierze bowiem udział w regulacji fibrynolizy, prawdopodobnie poprzez bezpośrednią stymulację syntezy inhibitora aktywatora plazminogenu-1 (PAI-1, plasminogen activator inhibitor-1) w komórkach śródbłonka oraz hepatocytach, powodując w ten sposób nasilenie aktywności mechanizmów prozakrzepowych (tzw. gotowość prozakrzepową ) [4]. Ponadto proinsulina, działając poprzez receptor insulinowy, powoduje proliferację i migrację miocytów ścian tętnic. Procesy te mają znaczący udział w tworzeniu blaszek miażdżycowych [5]. Proinsulina a zaburzenia hemostazy Zaburzenia hemostazy w subpopulacji chorych na cukrzycę są problemem złożonym. Nieprawidłowości w zakresie mechanizmów krzepnięcia i fibrynolizy obejmują zmniejszenie aktywności fibrynolitycznej i nasilenie wspomnianej wcześniej gotowości prozakrzepowej [13]. Oprócz aktywacji płytek krwi, zwiększonej liczby białek koagulacyjnych, podwyższonego stężenia czynnika VIII/vWF, czynnika VII i X oraz zwiększonego stężenia fibrynogenu obserwuje się nieprawidłowości funkcji inhibitorów koagulacji, białka C i antytrombiny III [3, 7]. Pomimo że stężenie tkankowego aktywatora plazminogenu (t-pa, tissue-plasminogen activator) jest u chorych na cukrzycę prawidłowe lub zwiększone, jego aktywność jest zmniejszona z powodu podwyższonego stężenia inhibitora plazminogenu typu 1 (PAI-1), który jest naturalnym inhibitorem t-pa. W przebiegu cukrzycy stwierdza się także zwiększone stężenie PAI-1 w blaszkach miażdżycowych [4]. Innym niekorzystnym zjawiskiem przyczyniającym się do zaburzeń hemostazy u chorych na cukrzycę jest glikacja plazminogenu, zmieniająca strukturę jego cząsteczki, co decyduje o ograniczeniu zdolności tego enzymu do aktywacji [3]. Warto także pamiętać, że u chorych na cukrzycę typu 2 narastająca insulinooporność prowadzi do zwiększenia hamowania fibrynolizy m.in. w wyniku rozwoju hiperinsulinizmu i hiperproinsulinizmu [7]. Odwołując się do wyników badań epidemiologicznych, należy podkreślić, że zaburzenia procesu hemostazy związane z chorobą naczyń opisywano obszernie na początku lat 90. Stwierdzono podwyższone stężenie PAI-1 u pacjentów po przebytym zawale serca oraz u chorych ze zwężeniem tętnic wieńcowych. Oprócz ist- www.ddk.viamedica.pl 177

Diabetologia Doświadczalna i Kliniczna rok 2005, tom 5, nr 3 niejących powiązań między hiperinsulinemią, insulinoopornością, cukrzycą i hipertriglicerydemią zaobserwowano u tych pacjentów dodatnią korelację pomiędzy stężeniem insuliny i 32/33 split proinsuliny w osoczu z podwyższonym stężeniem PAI-1. Eliasson i wsp. [14] wykazali na przykład, że istnieje zależność między podwyższonymi stężeniami proinsuliny i fibrynogenu w ogólnej populacji. Podobne wyniki badań przedstawił Yudkin [15], który zaobserwował nieprawidłowości procesu krzepnięcia i fibrynolizy w przebiegu insulinooporności oraz wynikające z tych zaburzeń powiązania między wydzielaniem proinsuliny, insuliny, stężeniem triglicerydów, oksydowanych cząsteczek o małej gęstości (LDL, low density lipoproteine), czynników krzepnięcia i dysfunkcją śródbłonka naczyniowego. Zaburzenia te w konsekwencji prowadzą do rozwoju miażdżycy. Yudkin [16] zaobserwował ponadto korelację pomiędzy stężeniem pośrednich produktów degradacji proinsuliny a czynnikami ryzyka wieńcowego w populacji osób bez cukrzycy. Stwierdził także, że w grupie chorych z zawałem serca zależność między aktywnością PAI-1 i stężeniem produktów degradacji proinsuliny jest silniejsza niż pomiędzy PAI-1 a stężeniem insuliny. W 1990 roku Nagi i wsp. [17] udowodnili, że podwyższone stężenie nieuszkodzonej cząsteczki proinsuliny oraz 32 33 split proinsuliny u chorych na cukrzycę typu 2 wiąże się z większym ryzykiem choroby wieńcowej. Autorzy ci badali związki między stężeniem proinsuliny, produktami jej częściowej degradacji, stężeniem lipidów oraz PAI-1 u 51 chorych na cukrzycę typu 2. Stężenie proinsuliny w osoczu tych pacjentów korelowało dodatnio ze stężeniem cholesterolu całkowitego, triglicerydów oraz PAI-1, a ujemnie ze stężeniem cholesterolu frakcji HDL. Istnienie związku proinsuliny, a dokładnie 32/33 split proinsuliny i PAI-1 z chorobą niedokrwienną serca dowiódł również Wareham i wsp. [18]. Dotychaczas nie poznano jednak mechanizmu łączącego te czynniki. Nie wiadomo również, czy hiperproinsulinemia zwiększa stężenie PAI-1. Hiperproinsulinemia jako czynnik proaterogenny badania epidemiologiczne Wyniki wielu badań przeprowadzonych w latach 80., a także wcześniejszych, dowiodły znaczącej roli insuliny (hiperinsulinemii) w procesie aterogenezy. Pomijano wówczas całkowicie rolę proinsuliny w tym procesie. Wynikało to z małej czułości i swoistości radioimmunologicznych metod oznaczania stężenia insuliny, które charakteryzowały się występowaniem reakcji krzyżowej insuliny z proinsuliną i produktami jej częściowej degradacji (głównie des 31, 32 proinsuliną). Dzięki dokładniejszym metodom pomiaru stężenia insuliny i proinsuliny wykazano, że cukrzyca typu 2 wiąże się podwyższeniem stężenia proinsuliny w surowicy i z dużo większym niedoborem insuliny niż wcześniej zakładano. W wyniku tych obserwacji wysunięto tezę, że stężenie des 31, 32 proinsuliny silniej niż stężenie insuliny koreluje z czynnikami ryzyka choroby niedokrwiennej serca, a produkty częściowej degradacji stanowią prawdziwy czynnik ryzyka choroby wieńcowej [16]. Wyniki wieloletnich badań przeprowadzonych przez Yudkina [16] dowodzą, że podwyższone stężenie proinsuliny w surowicy krwi może być jednym z czynników prowadzących nie tylko do rozwoju, ale także do nasilenia choroby niedokrwiennej serca. W 1995 roku Kahn i wsp. [19] ocenili związek proinsuliny i insuliny z cukrzycą typu 2 i z chorobą niedokrwienną serca w grupie etnicznej predysponowanej do rozwoju obu schorzeń. Grupę tę stanowili Japończycy, którzy wyemigrowali do Stanów Zjednoczonych. U chorych na cukrzycę typu 2 stwierdzono podwyższone stężenie proinsuliny (w odróżnieniu od pacjentów z chorobą niedokrwienną serca), które było wynikiem dysfunkcji komórek b wysp trzustkowych. To podwyższone stężenie proinsuliny nie wiązało się z otyłością. Podobne wyniki uzyskano w badaniach własnych: w grupie chorych na cukrzycę typu 2 ze współistniejącą chorobą niedokrwienną serca stwierdzono znamiennie wyższe stężenie proinsuliny w porównaniu z grupą osób z chorobą niedokrwienną serca bez towarzyszącej cukrzycy [20]. Jednocześnie również u chorych bez cukrzycy wykazano związek między stężeniem proinsuliny oraz insuliny a czynnikami ryzyka choroby niedokrwiennej serca. Zauważono dodatnią korelację między stężeniem proinsuliny a stężeniem triglicerydów, wartościami ciśnienia tętniczego oraz wskaźnikiem masy ciała (BMI, body mass index), natomiast ujemną między stężeniem proinsuliny a stężeniem cholesterolu frakcji HDL [21]. Zależność pomiędzy stężeniem proinsuliny a stężeniem triglicerydów okazała się silniejsza w opisywanych badaniach niż w badaniach, które prowadził Nagi i wsp. [17] u chorych na cukrzycę typu 2. W tym ostatnim przypadku bardziej istotna była korelacja pomiędzy stężeniem proinsuliny a stężeniem cholesterolu frakcji HDL. Wyniki innych badań obejmujących osoby bez cukrzycy (młodzi mężczyźni po przebytym zawale serca) potwierdziły, że podwyższone stężenie proinsuliny wiązało się z większego stopnia zaawansowaniem miażdżycy naczyń wieńcowych [22]. Proinsulina wyniki badań ostatnich lat Podsumowując, można stwierdzić, że dane na temat związku pomiędzy stężeniem proinsuliny w surowicy 178 www.ddk.viamedica.pl

Małgorzata Abramczyk i wsp. Rola insuliny i jej prekursora proinsuliny w rozwoju miażdżycy u chorych na cukrzycę chorych na cukrzycę a ustalonymi czynnikami ryzyka miażdżycy stężeniem lipoprotein o dużej dęstości (HDL, high density lipoproteine) (korelacja ujemna) oraz stężeniem PAI-1 (korelacja dodatnia) wydają się niepodważalne, ponieważ potwierdzono je wielokrotnie. Opisywana zależność jest bardziej znacząca niż zależność istniejąca pomiędzy stężeniem insuliny a wymienionymi czynnikami. Co więcej, podobną korelację zaobserwowano także wśród badanych niechorujących na cukrzycę, u których stężenie proinsuliny nie było podwyższone [13]. Badania ostatnich lat są źródłem wielu nowych informacji na temat swoistych dla cukrzycy czynników ryzyka choroby niedokrwiennej serca. Wyniki wielu z tych badań potwierdziły wcześniejsze doniesienia o silnym związku proinsuliny i produktów jej częściowej konwersji z czynnikami ryzyka choroby wieńcowej. W pracach tych podejmuje się też próby wyjaśnienia patofizjologicznego podłoża tych zależności. Oprócz związku proinsuliny i PAI-1 wymienia się również wpływ proinsuliny na grubość ściany naczyniowej związany z dysfunkcją autonomicznego układu nerwowego [10]. Promiażdżycowe działanie des 31, 32 proinsuliny prawdopodobnie wynika z potencjalnego wpływu na receptor dla proinsuliny (jeśli taki istnieje) albo z jej oddziaływania na stężenie prozapalnych cytokin [23]. Udowodniono także, że podwyższone stężenia 31, 32 proinsuliny poprzedzają wystąpienie incydentów wieńcowych u mężczyzn będących w średnim wieku [24]. Obserwacja ta nie dotyczyła zresztą tylko tej grupy chorych. Ostatnio coraz częściej przypisuje się podwyższonemu stężeniu proinsuliny rolę czynnika prognostycznego choroby niedokrwiennej serca [10]. Hiperproinsulinemia poprzedza bowiem wystąpienie cukrzycy typu 2, głównego sprawcy zmian naczyniowych, ale oczywiście, jak wynika z przytoczonych prac, nie tylko z tych względów podwyższone stężenie proinsuliny stanowi o ryzyku rozwoju choroby niedokrwiennej serca [10]. Celowość oznaczania stężenia proinsuliny we krwi Wielu autorów uważa, że wyniki badań wskazujące bezsprzecznie na istotną rolę hiperproinsulinemii w procesie aterogenezy powinny skłaniać do rutynowego oznaczania stężenia proinsuliny w praktyce klinicznej w celu określenia zagrożenia chorobą niedokrwienną serca, zwłaszcza u trudnych pacjentów chorych na cukrzycę typu 2, u których obraz kliniczny jest często niejednoznaczny. Podobnie proponuje się stosowanie w praktyce oznaczania stężenia proinsuliny w celu określenia ryzyka rozwoju cukrzycy typu 2. Fakt, że sposób farmakologicznego leczenia hipoglikemizującego nie pozostaje bez wpływu na poziom tego prohormonu w surowicy, przemawia również za przydatnością oznaczania jego stężenia u chorych na cukrzycę typu 2. Potwierdzono, że pochodne sulfonylomocznika podwyższają stężenie proinsuliny w surowicy i na tej drodze mogą prowadzić do rozwoju lub progresji choroby wieńcowej [25 27]. Obecnie, przede wszystkim z powodów ekonomicznych, nie wykonuje się rutynowo oznaczeń stężenia proinsuliny [28]. Insulina Bez watpienia istnieje związek pomiędzy stężeniem insuliny i wydzielaniem proinsuliny przez komórki b wysp trzustkowych, dlatego w badaniach wpływu proinsuliny na aterogenezę trzeba wziąć pod uwagę również rolę insuliny. Immunoenzymatyczne metody pomiaru insulinemii charakteryzują się dużą czułością i swoistością. Ich stosowanie pozwala unikać reakcji krzyżowych z proinsuliną i produktami jej częściowej konwersji. Promiażdżycowe działanie insuliny Podwyższone stężenie insuliny i jej prekursorów u chorych z miażdżycą tętnic wieńcowych oraz związek stężenia insuliny z profilem lipidowym u tych osób sugerują, że rola insuliny w procesie aterogenezy jest znacząca. Obecnie przyjmuje się, że wpływ insuliny na powstawanie zmian naczyniowych może być zarówno bezpośredni, jak i pośredni. Niekorzystny wpływ hiperinsulinemii na gospodarkę lipidową polega na pojawianiu się zależnej od insuliny dysregulacji metabolizmu wątrobowego lipidów i lipoprotein oraz zależy od miejscowego oddziaływania insuliny na błonę środkową i wewnętrzną naczyń tętniczych [29]. Insulina, działając bezpośrednio, stymuluje wiązanie cząsteczek LDL przez komórki mięśni gładkich ścian tętnic oraz pobudza syntezę lipidów w miocytach. Pośredni wpływ insuliny na gospodarkę lipidową dotyczy upośledzenia aktywności lipazy lipoproteinowej (zależnej od insuliny) w tkance tłuszczowej, do czego dochodzi w warunkach insulinooporności tkankowej. Zaburzenia te przyczyniają się do pojawienia się hipertriglicerydemii i obniżenia stężenia cholesterolu frakcji HDL. Hiperinsulinemia natomiast powoduje nadmierną wątrobową produkcję triglicerydów oraz lipoprotein niskiej gęstości [30]. Potencjalna aterogenność insuliny obserwowana w badaniach in vitro polega na pobudzaniu odkładania się cholesterolu w komórkach i pobudzaniu proliferacji komórek mięśni gładkich naczyń. W warunkach in vivo www.ddk.viamedica.pl 179

Diabetologia Doświadczalna i Kliniczna rok 2005, tom 5, nr 3 hiperinsulinemia wiąże się ze wzrostem stężenia cholesterolu frakcji VLDL, zmniejszeniem stężenia cholesterolu frakcji HDL, zmniejszeniem wielkości cząsteczek LDL i nadciśnieniem tętniczym. Insulina pobudza również proliferację komórek mięśni gładkich tętnic in vivo [31]. Pośrednie, proaterogenne działanie insuliny obejmuje jej wpływ na przemianę lipidową, a także bezpośrednią stymulację aktywności PAI-1 i pobudzenie jego wzmożonej syntezy, a zatem działanie prokoagulacyjne. Działanie pośrednie insuliny wiąże się także z wpływem hiperinsulinemii na rozwój nadciśnienia tętniczego. Hiperinsulinemia bowiem nasila resorpcję zwrotną sodu w cewkach bliższych nefronu i aktywuje układ współczulny [32]. Ponadto insulina działa w sposób bezpośredni jako czynnik wzrostowy, poprzez receptor dla insulinopodobnego czynnika wzrostu (IGF, insulin-like factors), stymulując proliferację i migrację miocytów oraz syntezę kolagenu w naczyniach tętniczych [32]. Czy hiperinsulinemia jest niezależnym czynnikiem ryzyka miażdżycy? Wareham i wsp. [18] opisali wiele hipotetycznych powiązań pomiędzy insulinemią/insulinoopornością a powstawaniem zmian miażdżycowych u chorych na cukrzycę. Niemniej nie wyjaśniono ostatecznie, który z proponowanych mechanizmów promiażdżycowego działania insuliny decyduje o powstawaniu tych zmian. Hipotezy poparto licznymi choć często sprzecznymi wynikami badań z wielu różnych ośrodków. W pracy Warehama i wsp. bezsprzecznie udowodniono związek hiperinsulinemii z rozwojem choroby niedokrwiennej serca u chorych na cukrzycę, ale nie potwierdzono istnienia tej zależności u osób z chorobą niedokrwienną serca bez cukrzycy. W świetle wyników badań przeprowadzonych w ostatnich latach [23, 24] związek hiperinsulinemii z powstawaniem miażdżycy oraz podwyższonym ryzykiem rozwoju choroby wieńcowej i jej następstw, zarówno w populacji chorych na cukrzycę, jak i osób bez cukrzycy, nie budzi najmniejszych wątpliwości. Równocześnie w piśmiennictwie można znaleźć zastrzeżenia dotyczące określenia insuliny jako niezależnego czynnika ryzyka miażdżycy. Na przykład McNally [4] twierdzi, że insulina może wywołać miażdżycę tętnic, ale tylko razem z innymi czynnikami proaterogennymi towarzyszącymi hiperinsulinemii: czynnikami stymulującymi, humoralnymi i hemodynamicznymi. Hiperinsulinemia per se nie jest natomiast, według tego autora, potencjalnym czynnikiem aterogennym. Godna uwagi wydaje się hipoteza Sterna [33] dotycząca powstawania zmian miażdżycowych. Opiera się ona na wspólnym pochodzeniu choroby niedokrwiennej serca i cukrzycy typu 2. Autor sugeruje istnienie związku pomiędzy małą masą urodzeniową ciała a występowaniem choroby niedokrwiennej serca oraz zaburzeń tolerancji glukozy w późniejszych dekadach życia. Uważa on bowiem, że niedożywienie w okresie płodowym indukuje insulinooporność i hiperinsulinizm, które uznaje się za wspólny czynnik patogenetyczny nieprawidłowej tolerancji glukozy oraz choroby niedokrwiennej serca. Analizując związek pomiędzy hiperinsulinemią a rozwojem miażdżycy i występowaniem choroby niedokrwiennej serca, nie można pominąć problemu otyłości, zwłaszcza wśród chorych na cukrzycę. We wspomnianych wcześniej badaniach dotyczących związku proinsuliny i insuliny z cukrzycą typu 2 i chorobą niedokrwienną serca przeprowadzonych w grupie Japończyków, którzy wyemigrowali do Stanów Zjednoczonych, wykazano, że podwyższone stężenie insuliny u osób z chorobą niedokrwienną serca jest zdeterminowane otyłością tych chorych [19]. W badaniach własnych, prowadzonych wśród osób z chorobą niedokrwienną serca oraz wśród chorych na cukrzycę typu 2 z towarzyszącą chorobą wieńcową lub bez niej, zaobserwowano znamiennie wyższe stężenie insuliny w grupie chorych na cukrzycę typu 2 ze współistniejącą chorobą niedokrwienną serca w porównaniu z grupą osób z chorobą wieńcową bez cukrzycy, niezależnie od wartości BMI. Uzyskane wyniki są zgodne z obserwacjami Zielińskiej i wsp. [34], którzy odnotowali hiperinsulinemię u pacjentów z chorobą niedokrwienną serca zarówno z towarzyszącą cukrzycą, jak i u osób bez cukrzycy. Ujawniono również związek peptydów wydzielanych przez komórki b trzustki (proinsuliny, peptydu C, insuliny) z czynnikami ryzyka miażdżycy, który występował zarówno w grupie chorych na cukrzycę, jak i wśród osób bez zaburzeń gospodarki węglowodanowej. W innych badaniach autorzy ci wykazali, że hiperinsulinemia jest niezależnym czynnikiem ryzyka rozwoju miażdżycy naczyń wieńcowych i predysponuje do pojawiania się kolejnych czynników ryzyka [31]. Niektóre z badań epidemiologicznych ujawniły, że hiperinsulinemia rozwija się w okresie przedcukrzycowym i prowadzi do makroangiopatii równolegle z pojawianiem się objawów klinicznych cukrzycy [35]. Potwierdzeniem tego są wyniki badań, wskazujące, że podwyższone stężenie insuliny na czczo stanowi niezależny czynnik ryzyka choroby wieńcowej [36]. Na podstawie analizy wielu badań epidemiologicznych Valensi [37] sugerował, że hiperinsulinemia występująca na czczo i po obciążeniu glukozą jest niezależnym czynnikiem ryzyka incydentów wieńcowych i wiąże się z zaburzeniami lipidowymi: obniżeniem stężenia cholesterolu frakcji HDL, podwyższeniem stężenia triglicery- 180 www.ddk.viamedica.pl

Małgorzata Abramczyk i wsp. Rola insuliny i jej prekursora proinsuliny w rozwoju miażdżycy u chorych na cukrzycę dów i cholesterolu całkowitego w surowicy. Reaven [38] wykazał ponadto, że u około 25% osób z chorobą wieńcową stwierdza się hiperinsulinemię, która jest następstwem tkankowej insulinooporności. Hiperinsulinemia wraz z insulinoopornością stanowią główny element zespołu metabolicznego. Pyörälä i wsp. [39] zauważyli pewną niezgodność wśród doniesień dotyczących hiperinsulinemii i jej związku z chorobą niedokrwienną serca. Spośród 19 przeanalizowanych prospektywnych badań epidemiologicznych z lat 1979 1997 tylko w 10 zaobserwowano pozytywny związek między stężeniem insuliny a ryzykiem wystąpienia choroby niedokrwiennej serca, przy czym w 8 z nich potwierdzono, że hiperinsulinemia była niezależnym czynnikiem ryzyka choroby wieńcowej. Na wystąpienie tych rozbieżności może się składać kilka przyczyn. Po pierwsze różnice metodologiczne w zakresie określania insulinemii dotyczące odmiennych warunków pobierania próbek krwi do badań (na czczo lub po obciążeniu glukozą), a po drugie charakterystyka metod radioimmunologicznych. Reakcje krzyżowe pomiędzy przeciwciałami skierowanymi przeciwko insulinie lub proinsulinie prowadziły do wykrywania fałszywie wysokich stężeń insuliny we krwi. Kolejny problem dotyczył liczebności badanych grup i metod analizy statystycznej. Istnienie dodatniej korelacji pomiędzy hiperinsulinemią a chorobą wieńcową wykazywano wyłącznie wówczas, gdy badania prowadzono w dużych liczebnie grupach chorych. Ponadto część badanych grup była niehomogenna, co niewątpliwie wpływało na ostateczne wnioski. Reasumując, należy stwierdzić, że podwyższone stężenie insuliny przy współistnieniu insulinooporności stanowi niezwykle istotny czynnik prowadzący do rozwoju miażdżycy i jej progresji u chorych na cukrzycę typu 2, zwłaszcza wówczas, gdy towarzyszą jej inne, klasyczne czynniki ryzyka miażdżycy oraz zaburzenia metabolizmu lipidów, otyłość i nadciśnienie tętnicze. Podsumowanie Proces aterogenezy u chorych na cukrzycę i czynniki modyfikujące jego przebieg stanowią złożony i ciągle otwarty problem. Wzrastający współczynnik umieralności z powodów schorzeń sercowo-naczyniowych u chorych na cukrzycę powoduje, że ciągle poszukuje się mechanizmów patogenetycznych. Efekty wieloletnich badań nad rolą hiperinsulinemii i hiperproinsulinemii w aterogenezie niewątpliwie powinny znaleźć odzwierciedlenie w praktyce klinicznej. Niezbędna jest odpowiedź na pytanie, czy jak sugerują niektórzy należy rutynowo oznaczać stężenie proinsuliny i/lub insuliny w surowicy. Według autorów niniejszej pracy standardowe oznaczanie tych parametrów u wszystkich pacjentów zagrożonych miażdżycą nie wydaje się celowe. Przemawiają za tym nie tylko względy ekonomiczne, ale również fakt, że przy współistnieniu innych, klasycznych czynników ryzyka miażdżycy mnożenie tego typu badań wydaje się nieetyczne. Istotne natomiast powinno być określanie stężenia proinsuliny w surowicy u chorych na cukrzycę typu 2 oraz u osób z chorobą niedokrwienną serca, a w szczególności przy współistnieniu obu schorzeń. Znajomość wartości tego parametru może determinować postępowanie terapeutyczne. Od dłuższego czasu bowiem pojawiają się wątpliwości dotyczące stosowania doustnych leków hipoglikemizujących z grupy pochodnych sulfonylomocznika, a zwłaszcza ich wpływu na układ sercowo-naczyniowy. Fakt indukowania przez preparaty tej grupy hiperproinsulinemii powinien skłaniać do dalszej wnikliwej analizy dotyczącej przydatności stosowania pochodnych sulfonylomocznika u chorych na cukrzycę typu 2 z towarzyszącą chorobą niedokrwienną serca. Streszczenie Podwyższone ryzyko rozwoju miażdżycy u chorych na cukrzycę wiąże się z występowaniem zarówno znanych czynników ryzyka miażdżycy, stwierdzanych w ogólnej populacji, takich jak nadciśnienie tętnicze, otyłość androidalna, hipertriglicerydemia, podwyższone stężenie cholesterolu frakcji LDL i obniżone stężenie cholesterolu frakcji HDL, jak również z obecnością czynników swoistych dla cukrzycy, wśród których należy wymienić hiperglikemię, insulinooporność z towarzyszącą jej hiperinsulinemią oraz hiperproinsulinemię. Promiażdżycowe działanie proinsuliny wiąże się przede wszystkim z jej niekorzystnym wpływem na procesy krzepnięcia i fibrynolizy, podczas gdy hiperinsulinemia powoduje ponadto zaburzenia metabolizmu lipidów, bezpośrednio wpływa na ścianę naczyń, ułatwiając powstawanie blaszki miażdżycowej, a także nasila proliferację mięśni gładkich w obrębie tętnic. Pomimo tego, że mechanizmy proaterogennego działania hiperinsulinemii są znacznie bardziej wielokierunkowe niż mechanizmy promiażdżycowego wpływu hiperproinsulinemii, wyniki badań epidemiologicznych wskazują wyraźnie na fakt, że podwyższone stężenie proinsuliny w dużo większym stopniu niż hiperinsulinemia decyduje o występowaniu schorzeń o podłożu miażdżycowym, a zwłaszcza choroby niedokrwiennej serca. Co więcej, sugeruje się, że wysokie stężenie proinsuliny u ludzi zdrowych stanowi wskaźnik zagrożenia chorobą niedokrwienną serca i/lub cukrzycą typu 2, a normalizacja stężenia proinsuliny u chorych, u których występuje jedno z tych schorzeń, może decydować o postępie choroby niedokrwiennej serca lub o rozwoju przewlekłych powikłań cukrzycy. słowa kluczowe: insulina, proinsulina, choroba niedokrwienna serca, cukrzyca typu 2 www.ddk.viamedica.pl 181

Diabetologia Doświadczalna i Kliniczna rok 2005, tom 5, nr 3 Piśmiennictwo 1. Krentz A.J. Cukrzyca. Medycyna Praktyczna, Kraków 2001. 2. Shaw K.M. Powikłania cukrzycy. Via Medica, Gdańsk 1998. 3. Stanley W.C., Ryden L. Choroba niedokrwienna serca a cukrzyca. Via Medica, Gdańsk 2000. 4. McNally P.G. Choroby układu sercowo-naczyniowego a cukrzyca. Via Medica, Gdańsk 2000. 5. Kinalska I. Problemy kardiologiczne w cukrzycy. a-medica press, Bielsko-Biała 2001. 6. Guillausseau P.J., Jennings P.E. Zapobieganie powikłaniom cukrzycy typu 2. Via Medica, Gdańsk 2000. 7. Tooke J. Powikłania naczyniowe cukrzycy. Via Medica, Gdańsk 2002. 8. Czyżyk A. Patofizjologia i klinika cukrzycy. PWN, Warszawa 1997. 9. Wójcikowski Cz. Proinsulina znaczenie kliniczne. Pol. Tyg. Lek. 1992; T. XLVII: 1 2. 10. Haffner S.M., Hanley A.J.G. Do increased proinsulin concentrations explain the excess risk of coronary heart disease in diabetic and prediabetic subjects? Circulation 2002; 105: 2008 2009. 11. Porte D. Jr., Kahn S.E. Hyperproinsulinemia and amyloid in NIDDM. Diabetes 1989; 38: 1333 1336. 12. Puźniak A., Dzida G., Kraczkowski T. i wsp. Polimorfizm genu ludzkiego receptora insuliny (hinsr) u chorych z zawałem serca. Pol. Merk. Lek. 2002; 74: 137 142. 13. Festa A., A Dagostino R. Jr., Mykkanen L. i wsp. Relative contribution of insulin and its precursors to fibrinogen and PAI-1 in a large population with different states of glucose tolerance. The insulin resistance atherosclerosis study. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 1999; 19: 562 568. 14. Eliasson M., Riedler M.E., Dienesen B. i wsp. Proinsulin, intact insulin and fibrynolitic variables and fibrinogen in healthy subjects. A population study. Diabetes Care 1997; 20: 1252 1255. 15. Yudkin J.S. Coronary heart disease in diabetes mellitus: three new risk factors and a unifying hypothesis. J. Intern. Med. 1995; 238: 21 30. 16. Yudkin J.S. Abnormalities of coagulation and fibrinolysis in insulin resistance. Evidence for a common antecedent? Diabetes Care 1999; Supl. 3: C25 C30. 17. Nagi D.K., Hendra T.J., Ryle A.J. i wsp. The relationships of concentrations of insulin, intact proinsulin and 32 33 split proinsulin with cardiovascular risk factors in type 2 diabetic subjects. Diabetologia 1990; 33: 532 537. 18. Wareham N.J., Byrne C.D. and Hales V.N. Role of insulin and proinsulin in diabetic vascular disease. Metabolism 1995; Supl. 4: 76 82. 19. Kahn S.E., Leonetti D.L., Prigeon R.L., Boyko E.J., Bergstrom R.W., Fujimoto W.Y. Relationship of proinsulin and insulin with non-insulin-dependent diabetes mellitus and coronary heart disease in Japanese-American men: Impact of obesity-clinical research center study. J. Clin. Endocrinol. Metab. 1995; 80: 4 12. 20. Szymańska M., Kuczyński S., Szczawińska K., Wierusz- -Wysocka B., Dworacka M., Winiarska H. Fasting serum proinsulin level in patients with type 2 diabetes mellitus and concomitant coronary heart disease (CHD). Diabetol. Pol. 2001; 1: 49 54. 21. Haffner S.M., Mykkanen L., Stern M.P., Valdez R.A., Heisserman J.A., Bowsher R. Relationship of proinsulin and insulin to cardiovascular risk factors in nondiabetic subjects. Diabetes 1993; 42: 1297 1302. 22. Lindahl B., Dinesen B., Elliasson M., Roder M. i wsp. High proinsulin concentration precedes acute myocardial infarction in a nondiabetic population. Metabolism 1999; 9: 1197 1202. 23. Yudkin J.S. Increased proinsulin concentrations and excess risk of coronary heart disease in patients with diabetes and prediabetes. Circulation 2002; 106: 202 210. 24. Yudkin J.S., May M., Elwood P., Yarnell J.W.G., Greenwood R., Smith G. Concentration of proinsulin like molecules predict coronary heart disease risk independently of insulin: prospective data from the Caerphilly Study. Diabetologia 2002; 45: 327 336. 25. Heine R.J. Role of sulfonureas in non-insulin-dependent diabetes mellitus: Part II The cons. Horm. Metab. Res. 1996; 28: 522 526. 26. Majkowska L., Stefański A. Pochodne sulfonylomocznika czy można je stosować u chorych na cukrzycę typu 2 ze współistniejącą chorobą wieńcową? Diab. Dośw. Klin. 2003; 1: 17 25. 27. Panahloo A., Mohamed-Ali V., Andres C., Denver A.E., Yudkin J.S. Effect of insulin versus sulfonylurea therapy on cardiovascular risk factors and fibrinolysis in type II diabetes. Metabolism 1998; 6: 637 643. 28. Oh J.Y., Barrett-Connor E., Wedick N.M. Sex differences in the association between proinsulin and intact insulin with coronary heart disease in nondiabetic older adults. Circulation 2002; 105: 1311 1318. 29. Stout R.W. Insulin and atheroma: 20-year prospective. Diabetes Care 1990; 13: 631 654. 30. Steiner G., Vranic M. Hyperinsulinemia and hypertriglicerydemia, a vicious cycle with atherogenic potential. Int. J. Obes. 1982; Supl. 1: 117 124. 31. Caufield M.T., O Brien K.D. Cardiovascular safety of oral antidiabetic agents. Clinical Diabetes 2002; 2: 81 89. 32. Zielińska T., Szewczyk M. Wpływ wydzielania insuliny na rozwój choroby wieńcowej. Diabetol. Pol. 1998; 5: 154 159. 33. Stern M.P. Diabetes and cardiovascular disease. The common soil hypothesis. Diabetes 1995; 44: 369 374. 34. Zielińska T., Szewczyk M., Średniawa B. Zależność między czynnikami ryzyka a stężeniem proinsuliny, peptydu C i insuliny u chorych z miażdżycą tętnic wieńcowych. Diabetol. Pol. 1999; 4: 276 281. 35. Sieradzki J. Przewlekłe powikłania cukrzycy. Fundacja Rozwoju Diagnostyki Laboratoryjnej. Kraków 1995. 36. Després J.P., Lamarche B., Mauriege P. i wsp. Hyperinsulinemia as an independent risk factor for ischemic heart disease. N. Engl. J. Med. 1996; 334: 952 957. 37. Valensi P. Pathogenic role of hyperinsulinism in macroangiopathy. Epidemiological data. Press Med. 1992; 21: 1307 1311. 38. Reaven G.M. Role of insulin resistance in human disease. Diabetes 1988; 37: 1595 1607. 39. Pyörälä M., Miettinen H., Laakso M., Pyörälä K. Hyperinsulinemia predicts coronary heart disease risk in healthy middleaged men. Circulation 1998; 98: 398 404. 182 www.ddk.viamedica.pl