XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение
Недавние исследования в области патофизиологии и химии биомолекул привели к повышенному интересу к проблеме влияния гликированных белков на организм человека. Гликирование является химической реакцией, которая происходит в организме при связывании сахаров с белками без участия ферментов. Эта реакция может происходить как естественным образом, так и в результате воздействия различных факторов, таких как повышенный уровень глюкозы в крови, воспалительные процессы и оксидативный стресс.

Цель исследования – на основании литературных данных изучить влияние гликирования белков на организм человека, к каким последствиям может привести этот процесс, какие методы используют для предотвращения и лечения эффектов гликирования белков.

Материалы и методы

Проведен анализ данных литературы о значении гликирования белков в организме человека, влиянии этой химической реакции на метаболические процессы, о роли гликированных белков в развитии хронических заболеваний, методах предотвращения и лечения эффектов гликирования белков.

Результаты исследования и их обсуждение

Гликирование – это неферментативный процесс, в результате которого сахара присоединяются к белкам или жирам. Этот процесс играет важную роль в развитии патологии и старения организма. Влияние гликирования белков может сказываться на различных системах организма, таких как кожа, кровеносные сосуды, нервная ткань и другие [1].

Значение и распространенность гликированния белков в организме человека

1. Структурные белки.
Гликированные белки встречаются в различных структурных компонентах организма, таких как коллаген, который приобретает свои уникальные свойства благодаря гликированию.
2. Регуляторные белки.
Некоторые регуляторные белки, такие как гормоны, ферменты и факторы роста, также подвержены гликированию, что может влиять на их активность и устойчивость к различным условиям.
3. Мембранные белки.
Гликирование часто происходит на мембранных белках, играющих важную роль в клеточных процессах, включая распознавание и связывание сигнальных молекул, а также участвующих в иммунных реакциях.
Гликированные белки могут участвовать в клеточном распознавании и связывании, играя важную роль в клеточной коммуникации и взаимодействии с окружающей средой.
Гликирование может способствовать стабильности белков, предотвращая их денатурацию и распад, а также обеспечивать защиту от протеолитического разрушения в различных тканях и жидкостях.
4. Иммунная система.
Гликированные белки могут играть важную роль в иммунном распознавании, участвуя в воспалительных и иммунологических процессах.
Таким образом, гликированные белки имеют большое значение для организма человека, участвуя в разнообразных биологических процессах, начиная от структурной поддержки тканей до регуляции клеточных функций и иммунного ответа.

Влияние гликирования белков на метаболические процессы

Гликированные белки оказывают значительное влияние на метаболические процессы в организме человека. Вот несколько способов, которыми гликированные белки влияют на метаболизм:

1. Изменение активности ферментов.
Гликирование белков может изменить их активность в качестве ферментов, а также влиять на их способность каталитического преобразования метаболитов. Это, в свою очередь, может сказываться на различных метаболических путях в организме.

2. Регуляция сигнальных путей.
Гликированные белки могут влиять на сигнальные пути в организме, участвуя в регуляции метаболических реакций, включая секрецию инсулина, обмен глюкозы, обмен жирных кислот и другие метаболические процессы.

3. Влияние на метаболические рецепторы.
Гликированные белки могут взаимодействовать с метаболическими рецепторами, воздействуя на их функцию и способность регулировать уровни метаболитов и гормонов в организме.

4. Участие в образовании продуктов конечной гликации (AGEs).

Гликированные белки могут быть источником продуктов конечной гликации, которые могут вызывать воспаление и окислительный стресс, влияя на метаболические процессы в тканях и органах [2,3].

5. Влияние на метаболическую пластичность.
Гликированные белки могут влиять на метаболическую пластичность клеток и тканей, влияя на их способность адаптироваться к изменяющимся условиям, таким как изменения уровня глюкозы, жирных кислот, и других метаболитов.
Таким образом, гликированные белки оказывают широкое влияние на метаболические процессы в организме, влияя на множество аспектов клеточного метаболизма, сигнальных путей и рецепторной активности [4].
Роль гликированных белков в развитии сахарного диабета

Гликированные белки играют важную роль в развитии сахарного диабета и его осложнений. Процесс гликирования, также известный как неферментативное присоединение сахаров к белкам, может способствовать развитию диабета и ухудшению его последствий. Вот несколько способов, которыми гликированные белки влияют на развитие сахарного диабета и его осложнений [3,5].

1. Гликированные белки и гипергликемия:
При повышенном уровне глюкозы в крови (гипергликемии) уровень гликированных белков также увеличивается. Это может приводить к образованию продуктов конечной гликации (AGEs), которые могут способствовать развитию осложнений сахарного диабета [2].

2. Осложнения со стороны сердечно-сосудистой системы.

Гликированные белки могут способствовать повреждению кровеносных сосудов, что увеличивает риск развития атеросклероза, артериальной гипертензии и болезней сердца.

3. Влияние на формирование нейропатии.
AGEs могут способствовать развитию диабетической нейропатии, то есть повреждению нервной ткани с прогрессирующей гибелью нервных волокон, что может приводить к потере чувствительности и развитию диабетических язв стопы. 

4. Воздействие на функцию почек.

Гликированные белки участвуют в развитии диабетической нефропатии – специфическому поражению почек при сахарном диабете, которое сопровождается формированием узелкового гломерулосклероза, приводящего к терминальной почечной недостаточности и необходимости применения гемодиализа или трансплантации почки.

5. Роль в формировании офтальмологических осложнений.
Гликированные белки также могут способствовать развитию диабетической ретинопатии, которая является одним из самых тяжёлых офтальмологических проявлений сахарного диабета. При прогрессировании диабетической ретинопатии наблюдается рост новообразованных сосудов, рецидивирующие внутриглазные кровоизлияния, фиброз стекловидного тела, тракционная отслойка сетчатки, неоваскулярная глаукома, атрофия зрительного нерва. Диабетическая ретинопатия является одной из основных причин необратимой слепоты среди населения развитых стран мира.

Таким образом, при разработке стратегий профилактики и лечения сахарного диабета и связанных с ним осложнений важно учитывать роль гликированных белков в патогенезе этого заболевания.

Влияние гликирования на функцию сердечно-сосудистой системы

Гликирование играет значительную роль в формировании патологии сердечно-сосудистой системы. Вот несколько патофизиологических механизмов влияния гликирования на эту систему.

1.Атеросклероз.
Гликированные белки, включая продукты конечной гликации (AGEs), могут способствовать развитию атеросклеротических изменений в сосудах путем активации воспалительных механизмов, усиления окислительного стресса и изменения сигнальных путей, что может привести к ухудшению состояния сосудов и развитию атеросклероза [6].

2. Эластичность сосудистой стенки.
Гликирование белков может способствовать потере эластичности сосудистой стенки, что приводит к ухудшению функций артерий и повышению риска развития гипертонии и других сердечно-сосудистых заболеваний.

3. Диастолическая дисфункция.
Гликированные белки могут оказывать влияние на функцию проводящей системы сердца и ухудшать диастолическую функцию сердца, что может приводить к сердечной недостаточности.

4.Микроциркуляция.
Гликирование белков также может влиять на микроциркуляцию, вызывая повреждение мелких сосудов что способствует развитию диабетической ретинопатии, нефропатии и другим осложнениям.

5. Прочие осложнения.
Продукты гликации могут оказывать влияние на вазомоторные реакции и деятельность эндотелия, что приводит к различным сердечно-сосудистым осложнениям, таким как облитерирующий эндартериит и диабетическая ангиопатия, а также к повышенному риску тромбообразования.

Изучение влияния гликирования на сердечно-сосудистую систему имеет важное значение для понимания патогенеза сердечно-сосудистых заболеваний у пациентов с диабетом и других патологий, а также для разработки новых стратегий профилактики и терапии.

Гликирование белков в патогенезе заболеваний почек

Гликированные белки, особенно продукты конечной гликации (AGEs), оказывают вредное влияние на почки, вызывая различные патологические процессы, которые могут привести к хронической болезни почек и другим осложнениям.

1. Диабетическая нефропатия.
Гликированные белки играют ключевую роль в развитии диабетической нефропатии, осложнения, которое может развиться у пациентов с диабетом. Этот процесс включает ослабление клубочковой фильтрации, увеличение проницаемости сосудистых стенок и другие изменения, которые приводят к потере функции почек.

2. Воспаление и фиброз почечной ткани.
Гликированные белки способствуют активации воспалительных механизмов и фиброзу в почечной ткани, что может привести к появлению рубцовой ткани и потере функции почек.

3. Окислительный стресс:
AGEs могут способствовать развитию окислительного стресса, что приводит к повреждению клеток почечной ткани и ухудшению их функции.

4. Повышенное давление в почечных капиллярах.
Гликированные белки способствуют изменениям в почечных капиллярах, что может приводить к повышению давления и ухудшению микроциркуляции в почках.

5. Задержка жидкости и токсинов.
Ухудшение функции почек вследствие гликирования белков может привести к задержке жидкости и токсинов в организме, что усугубляет патологию почек и может привести к развитию хронической почечной недостаточности.

Общий вредный эффект гликированных белков на почки подчеркивает важность внимания к контролю уровня сахара в крови и разработке стратегий профилактики и лечения, чтобы предотвратить осложнения, связанные с нарушением функций почек.

Роль гликированных белков в патогенезе различных хронических заболеваний

Гликированные белки играют значительную роль в развитии различных хронических заболеваний. Процесс гликирования, включая образование продуктов конечной гликации (AGEs), может способствовать развитию хронических заболеваний путем влияния на клеточные процессы, воспаление, окислительный стресс и другие патологические изменения [2].

Вот несколько примеров хронических заболеваний, в патогенезе которых гликированные белки играют важную роль.
1. Сахарный диабет.
Как уже упоминалось, гликированные белки имеют прямое отношение к сахарному диабету и его осложнениям, таким как диабетическая нефропатия, ретинопатия, атеросклероз и диабетическая нейропатия [3,5].
2. Кардиоваскулярные заболевания.
Продукты конечной гликации могут способствовать атеросклерозу, усилению окислительного стресса и воспалению, что делает их одной из причин развития сердечно-сосудистых заболеваний, таких как ишемическая болезнь сердца, артериальная гипертензия и инсульт.
3. Дегенеративные заболевания.
Гликированные белки могут участвовать в патогенезе некоторых дегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и артрит, влияя на воспаление, окислительный стресс и повреждение тканей [1,7].
4. Хронические почечные заболевания.
Как упоминалось ранее, гликированные белки играют ключевую роль в развитии диабетической нефропатии и других хронических заболеваний почек.
5. Ожирение и метаболический синдром.
AGEs также могут быть связаны с ожирением, резистентностью к инсулину и метаболическим синдромом, ухудшая обмен веществ и способствуя развитию воспаления [8].
Методы предотвращения и лечения эффектов гликирования белков

Предотвращение эффектов гликированных белков является важным аспектом здорового образа жизни, особенно для людей с повышенным уровнем сахара в крови, а также для тех, кто подвержен риску развития сахарного диабета или других болезней, связанных с метаболическими нарушениями. Вот несколько методов предотвращения эффектов гликированных белков.

1. Сбалансированное питание.
Употребление здоровых, низкогликемических продуктов, богатых клетчаткой, свежих фруктов, овощей, бобовых и цельнозерновых продуктов способствует контролю уровня сахара в крови и предотвращению избыточного гликирования белков.

2. Умеренная физическая активность.
Регулярные физические упражнения помогают снизить уровень глюкозы в крови, улучшить чувствительность к инсулину и предотвратить образование большего количества гликированных белков.

3. Контроль уровня сахара в крови.
Для людей с сахарным диабетом контроль уровня сахара в крови с использованием тщательно разработанной диеты и приема лекарств может помочь предотвратить избыточное гликирование белков.

4. Уход за кожей.
Для предотвращения гликирования кожных белков требуется уход за кожей, включая регулярное использование увлажняющих средств, антиоксидантных кремов и средств с защитой от солнца.

5. Медицинский контроль.
Регулярные медицинские осмотры и обследования, особенно для людей с повышенным риском развития сахарного диабета и других метаболических нарушений, играют важную роль в выявлении и контроле уровня гликированных белков.

Важно учитывать, что избыточное гликирование белков и его последствия могут быть регулируемыми, и определенные изменения в образе жизни и медицинское вмешательство могут помочь предотвратить или замедлить этот процесс [9].

Разработка фармакологических препаратов для снижения уровня гликированных белков

Одним из ключевых моментов в разработке таких препаратов является поиск способов уменьшения образования продуктов конечной гликации (AGEs) и контроля уровня гликированных белков в организме.
1. Ингибиторы гликации.
Фармакологические препараты, называемые ингибиторами гликации, могут препятствовать образованию AGEs или замедлять этот процесс. Некоторые из них могут препятствовать связыванию сахаров с белками, уменьшая образование продуктов гликации.
2.Антиоксиданты.
Усиление окислительного стресса, вызванного гликированными белками, может быть компенсировано применением антиоксидантов, которые помогают снижать уровень окислительного стресса и воспаления.
3. Фармакологическое управление метаболизом глюкозы.
Препараты, направленные на контроль уровня глюкозы в крови, такие, как инсулинсенситайзеры и другие лекарственные средства, также могут быть включены в этот процесс.
4. Препараты, способствующие уменьшению связывания белков с глюкозой.
Одной из последних перспективных разработок является препарат, цель которого –снижение скорости связывания белков с молекулами глюкозы.
Разработка фармакологических препаратов для снижения уровня гликированных белков может иметь весомое значение для снижения риска развития осложнений, связанных с избыточной гликацией. Подобные препараты могут использоваться для пациентов с сахарным диабетом, а также в контексте профилактики и лечения других заболеваний, связанных с избыточной гликацией белков.
Заключение
Гликирование белков имеет значительное влияние на организм человека, оказывая разрушительное воздействие на органы зрения, сердечно-сосудистую систему, нервную ткань, кожу и другие органы и ткани. Разработка фармакологических препаратов для снижения уровня гликированных белков является активным направлением исследований, и их дальнейшее развитие может привести к появлению новых методов лечения и профилактики заболеваний, связанных с избыточной гликацией белков.

Список литературы

1. Simone Di Sanzo et al, Mapping. Glycation in the body: Trigger of protein dysfunction in aging and age-related diseases. 2022. DOI: 10,1038/ s41467-021-26982-6.
2. K. Asadipooya, E. M. Uy. Advanced glycation end products, receptor for AGEs, diabetes, and bone: review of the literature. Journal of the Endocrine Society. 2019. vol. 3, no. 10, P. 1799–1818.

3. F. Heidari, S. Rabizadeh, M. A. Mansournia et al. Inflammatory, oxidative stress and anti-oxidative markers in patients with endometrial carcinoma and diabetes. Cytokine, 2019, vol. 120. P. 186–190.

4. Wei X, Li L. Comparative glycoproteomics: approaches and applications. Brief Funct Genomic Proteomic. 2009 Mar;8(2):104-13. doi: 10.1093/bfgp/eln053.

5. Aleks Shin, Shawn Connolly, Kuanysh Kabytaev. Protein glycation in diabetes mellitus. 2023. vol. 113. P. 101-156.

6. Wendel U., Persson N., Risinger C., Bengtsson E., Nodin B., Danielsson L., Welinder C., Nordin Fredrikson G., Jansson B., Blixt O. A novel monoclonal antibody targeting carboxymethyllysine, an advanced glycation end product in atherosclerosis and pancreatic cancer. PLoS One. 2018 Feb 8;13(2):e0191872. doi: 10.1371/journal.pone.0191872.

7. I. C. Brás, A. König, T. F. Outeiro. Glycation in Huntington’s disease: a possible modifier and target for intervention. Journal of Huntington's Disease, 2019. vol. 8, no. 3, P. 245–256.

8. Xavier Verhelst,Ana M. Dias, Jean-Frederic Colombel,Severine Vermeire,Hans Van Vlierberghe,Nico Callewaert,Salomé S. Pinho. Protein Glycosylation as a Diagnostic and Prognostic Marker of Chronic Inflammatory Gastrointestinal and Liver Diseases. Gastroenterology 2020, vol. 158, P. 95–110.

9. Lushington GH, Barnes AC. Protein Glycation: An Old Villain is Shedding Secrets. Comb Chem High Throughput Screen. 2019;22(6):362-369. doi: 10.2174/1386207322666190704094356. PMID: 31272349.

Код для цитирования: Скопировать