Διαταραχές του μεταβολισμού των αμινοξέων διακλαδισμένης αλυσίδας στο σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 και τα αυτοάνοσα νοσήματα του ήπατος
Authors: Δήμου Αικατερίνη 
Published: November 2023

Τα αμινοξέα διακλαδισμένης αλυσίδας (Branched Chain Amino Acids, BCAAs) λευκίνη, ισολευκίνη και βαλίνη ανήκουν στα απαραίτητα αμινοξέα και έχουν μελετηθεί εκτενώς για τον κρίσιμο ρόλο τους στη ρύθμιση της μυϊκής πρωτεϊνοσύνθεσης (σηματοδοτικό μονοπάτι mTOR - mechanistic target of rapamycin), του ενεργειακού μεταβολισμού, της ομοιόστασης της γλυκόζης καθώς και της φυσιολογικής λειτουργίας του ανοσοποιητικού συστήματος και του εγκεφάλου. Τα συμπληρώματα BCAAs χρησιμοποιούνται κυρίως ως μια ευεργετική διατροφική παρέμβαση στη χρόνια ηπατική και νεφρική νόσο καθώς και σε διαταραχές με απώλεια μυϊκής μάζας (σαρκοπενία). Ωστόσο, η μεταβολή των επιπέδων των BCAAs στα βιολογικά υγρά και η διαταραχή των καταβολικών οδών τους στους ιστούς, κυρίως λόγω των αλλαγών της δραστικότητας των δύο βασικών ενζύμων του καταβολισμού τους, της αμινοτρανσφεράσης διακλαδισμένης αλυσίδας (Branched-Chain Aminotransferase, BCAT) και της αφυδρογονάσης των α-κετοξέων διακλαδισμένης αλυσίδας (Branched-Chain α-Ketoacid Dehydrogenase, BCKD) έχουν συσχετιστεί με νοσολογικές καταστάσεις. Οι υποκείμενοι μηχανισμοί της διαταραχής του καταβολισμού των BCAAs διερευνώνται στα εγγενή μεταβολικά νοσήματα, στην παχυσαρκία και στους διαφορετικούς τύπους διαβήτη, στη καρδιαγγειακή νόσος, σε νευροεκφυλιστικές παθήσεις (Αλτσχάιμερ), στον καρκίνο και στη νεφρική και ηπατική νόσο. Η «αποκατάσταση» του καταβολισμού των BCAAs μπορεί να σχετίζεται με την καλύτερη έκβαση και την πρόληψη επιπλοκών της εκάστοτε νοσολογικής κατάστασης. Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η διερεύνηση του παθοφυσιολογικού/ παθογενετικού ρόλου των BCAAs και των καταβολικών τους ενδιάμεσων και η πιθανή προγνωστική και/ή διαγνωστική τους αξία στο Σακχαρώδη Διαβήτη Τύπου 2 (ΣΔΤ2), στο Σακχαρώδη Διαβήτη Κύησης (ΣΔΚ), στη Διαβητική Νεφροπάθεια (ΔΝ) και στα Αυτοάνοσα Νοσήματα του Ήπατος (ΑΝΗ), καθώς και η συσχέτισή τους με την ανταπόκριση των ασθενών στη θεραπευτική αγωγή.Μελετήθηκαν 53 υγιή άτομα, 50 ασθενείς με ΣΔΤ2 πριν και 3 μήνες μετά τη χορήγηση δαπαγλιφλοζίνης, 22 ασθενείς που εμφάνισαν ΔΝ 3 χρόνια μετά τη συλλογή του δείγματος, 62 γυναίκες με ΣΔΚ συγκριτικά με 77 με φυσιολογική κύηση, 341 ασθενείς με ΑΝΗ πριν και μετά τη χορήγηση θεραπευτικής αγωγής και 101 ασθενείς με Χρόνιες Ιογενείς Ηπατίτιδες B και C. Στις ομάδες μελέτης έγινε καταγραφή του μεταβολικού προφίλ των βιολογικών υγρών με φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού πρωτονίου (1ΗΝΜR) στο φασματογράφο 500 MHz Avance Bruker DRX στο κέντρο NMR του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων και στο φασματογράφο Avance ΙΙΙ 700 MHz του Πανεπιστημίου Πατρών. Για την καλύτερη διακριτική ικανότητα της φασματοσκοπίας NMR στα δείγματα ορού/πλάσματος απομακρύνθηκαν τα μακρομόρια (πρωτεΐνες, λιποπρωτεΐνες) με διήθηση υπό φυγοκέντρηση (υπερδιήθηση). Ακολούθησε ταυτοποίηση και ποσοτικοποίηση από το φάσμα NMR των BCAAs και των μεταβολιτών που σχετίζονται με τον καταβολισμό τους. Με βάση τα αποτελέσματα της παρούσης διατριβής μπορούμε να συμπεράνουμε τα ακόλουθα: Ο ΣΔΤ2 χαρακτηρίζεται από διαταραχή του καταβολισμού των BCAAs με κύρια χαρακτηριστικά: 1) τα αυξημένα επίπεδα των τριών BCAAs και του α-κετοξέος της ισολευκίνης 3-μεθυλο-2-οξο-βαλερικό οξύ στον ορό και στα ούρα 2) τη συσσώρευση του καταβολικού ενδιάμεσου της βαλίνης 3-υδροξυ-ισοβουτυρικό οξύ και τη μείωση των καταβολικών προϊόντων της λευκίνης 2-οξο-ισοκαπροϊκό οξύ και 3-υδροξυ-ισοβαλερικό οξύ στον ορό καθώς και 3) την αυξημένη απέκκριση των καταβολικών ενδιάμεσων της ισολευκίνης 2-υδροξυ-3-μεθυλο-βαλερικό οξύ, της λευκίνης Ν-ισοβαλεροϋλογλυκίνη και της βαλίνης 2-υδροξυ-ισοβαλερικό οξύ. Οι μεταβολές των συγκεντρώσεων των παραπάνω μεταβολιτών σχετίζονται με τη μειωμένη δραστικότητα των δύο βασικών ενζύμων των καταβολικών οδών των BCAAs και θα μπορούσαν να αποτελέσουν πρώιμους δείκτες μειωμένης ευαισθησίας στην ινσουλίνη και εμφάνισης σακχαρώδη διαβήτη. Η χορήγηση του αναστολέα του συμμεταφορέα νατρίου-γλυκόζης (δαπαγλιφλοζίνη) σε διαβητικούς ασθενείς συνδέθηκε 1) με την αυξημένη απέκκριση των τριών BCAAs γεγονός που υποδεικνύει ότι η επαγόμενη από τη δαπαγλιφλοζίνη μειωμένη επαναρρόφησή τους μπορεί να συμβάλλει στη μείωση της υπερτροφίας των εγγύς σωληναριακών νεφρικών κυττάρων, 2) με την αυξημένη συγκέντρωση στα ούρα των καταβολικών προϊόντων 2-υδροξυ-ισοβαλερικό οξύ, 2-υδροξυ-3-μεθυλο-βαλερικό οξύ και 3-υδροξυ-ισοβαλερικό οξύ καθώς και με τη μειωμένη απέκκριση των δύο τοξικών καταβολικών ενδιάμεσων, 3-μεθυλο-2-οξο-βαλερικό οξύ και Ν-ισοβαλεροϋλογλυκίνης. Τα παραπάνω ευρήματα υποδεικνύουν τη μερική αποκατάσταση της διαταραχής του καταβολισμού των BCAAs και σχετίζονται με τη νεφροπροστατευτική δράση του φαρμάκου. Στους ασθενείς 3 χρόνια πριν τη διάγνωση διαβητικής νεφροπάθειας ανιχνεύτηκαν 1) μειωμένα επίπεδα των τριών BCAAs και του 3-μεθυλο-2-οξο-βαλερικού οξέος στον ορό και στα ούρα τα οποία υποδεικνύουν αύξηση της ενζυμικής δραστικότητας της αφυδρογονάσης BCKD 2) μειωμένα επίπεδα γλουταμινικού στον ορό και 3) μειωμένη απέκκριση των καταβολικών προϊόντων 2-υδροξυ-ισοβαλερικό οξύ, 2-υδροξυ-3-μεθυλο-βαλερικό οξύ, Ν-ισοβαλεροϋλογλυκίνης, του ηλεκτρικού οξέος (ενδιάμεσο του κύκλου του κιτρικού), της αλανίνης καθώς και των κετονοσωμάτων. Οι παραπάνω μεταβολίτες, οι οποίοι είναι στατιστικά σημαντικά αυξημένοι στο ΣΔΤ2, μειώνονται στατιστικά σημαντικά 3 χρόνια πριν τη διάγνωση νεφροπάθειας και θα μπορούσαν να αποτελέσουν προγνωστικούς δείκτες ΔΝ. Στο ΣΔΚ, συγκριτικά με τη φυσιολογική κύηση δεν εντοπίσαμε μεταβολές στα επίπεδα των τριών BCAAs αλλά των καταβολικών τους ενδιάμεσων και συγκεκριμένα: 1) αυξημένες συγκεντρώσεις 3-υδροξυ-ισοβαλερικού οξέος (καταβολισμός λευκίνης) που συνδέονται με αυξημένη κετογένεση καθώς και με τη μειωμένη δραστικότητα του ενζύμου μεθυλοκροτονυλ-CoA καρβοξυλάση πιθανώς λόγω έλλειψης βιοτίνης 2) αυξημένα επίπεδα 3-υδροξυ-ισοβουτυρικού οξέος (καταβολισμός βαλίνης) που συμβάλλουν στη συσσώρευση τοξικών καταβολικών ενδιάμεσων των λιπιδίων στους μύες και την εμφάνιση αντίστασης στην ινσουλίνη και 2) μειωμένη συγκέντρωση 3-μεθυλο-2-οξοβαλερικού οξέος (α-κετοξύ ισολευκίνης). Τα ευρήματα αυτά υποδεικνύουν διαταραχή του καταβολισμού των BCAAs αλλά με διαφορετικό μηχανισμό συγκριτικά με το ΣΔΤ2. Στα αυτοάνοσα νοσήματα του ήπατος, τα BCAAs ανευρίσκονται κυρίως μειωμένα καθώς συμμετέχουν ως ενναλακτικά υποστρώματα στα μονοπάτια γλυκονεογένεσης, κετογένεσης (αυξημένα επίπεδα κετονοσωμάτων), στους μηχανισμούς παραγωγής ενέργειας (αυξημένα ενδιάμεσα του κύκλου του κιτρικού οξέος) καθώς και στην αποτοξίνωση από αμμωνία (αυξημένα επίπεδα γλουταμινικού). Συγκριτικά με τα δύο χολοστατικά αυτοάνοσα νοσήματα, στην αυτοάνοση ηπατίτιδα τα επίπεδα της ισολευκίνης και του αντίστοιχου α-κετοξέος της ήταν φυσιολογικά αναδεικνύοντας τους σε υποψήφιους δείκτες διαφορικής διάγνωσης των αυτοάνοσων νοσημάτων του ήπατος. Η χορήγηση ανοσοκαταστολής στην ΑΗ σχετίστηκε με την μερική αποκατάσταση της διαταραχής του καταβολισμού των άλλων δύο BCAAs, βαλίνης και λευκίνης (μείωση των επιπέδων του 2-υδροξυ-ισοβαλερικού οξέος και 3-υδροξυ-ισοβαλερικό οξέος προς τα φυσιολογικά), της ηπατικής ίνωσης και των επιπέδων βιοτίνης. Η χορήγηση ουρσοδεοξυχολικού οξέος σε ασθενείς με ΠΧΧ δεν αποκατέστησε τα μειωμένα επίπεδα ισολευκίνης αλλά μειώθηκαν περαιτέρω, υποδεικνύοντας ένα μεταβολικό προφίλ με πιθανή εξέλιξη την κίρρωση. Τέλος στους ασθενείς με ΠΣΧ, η θεραπεία με ουρσοδεοξυχολικό οξύ συνδέθηκε με τη στατιστικά σημαντική αύξηση των επιπέδων της λευκίνης προς τα φυσιολογικά και τη βελτίωση του ηπατικού μεταβολισμού των λιπιδίων. Συμπερασματικά, τα επίπεδα των BCAAs και των μεταβολιτών που σχετίζονται με τον καταβολισμό τους θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως ειδικοί βιοδείκτες νοσολογικών καταστάσεων στην καθ΄ημέρα κλινική πράξη.