Diyabetes Mellitus, Oksidatif Stres ve Katarakt

Diyabetes mellitus (DM), insülin eksikliği ve direncine bağlı gelişen, hiperglisemi ve vasküler komplikasyonlar ile karakterize kronik endokrin ve metabolik bir bozukluktur [116]. Diyabet dünyada en fazla komplikasyona ve ölüme neden olan hastalıktır. Uluslararası Diyabet Federasyonuna göre 2014’te 20-79 yaş arasındaki yetişkinlerin %8,2’si (387 milyon kişi) diyabet hastasıdır ve bu sayının 2035’te 592 milyonu geçmesi beklenmektedir [117]. Diyabet hastalarında hipergliseminin kontrol edilememesi sonucunda diyabetik retinopati, diyabetik nefropati, nöropati, damarlarda ateroskleroz ve miyokardiyal enfarktüs oluşabilmektedir [118].

Diyabetin kronik hiperglisemi ile seyretmesi vücutta inflamatuar bir ortam oluşturarak serbest radikallerin oluşumu için önemli bir zemin oluşturur. Serbest oksijen radikallerinde artış ve antioksidanlarda azalmayla karakterize oksidatif stres, uzun dönem yüksek seyreden plazma glikoz seviyeleriyle ilişkilendirilebilmektedir [119].

Temel olarak hiperglisemik koşullarda glikolitik yolağın aktivitesinin artması, mitokondride NADH birikimiyle sonuçlanır. Mitokondri, artan NADH konsantrasyonunu düşürmek için NADH oksidasyonunu arttırır. NADH’ın NAD’a yükseltgenmesi sırasında elektron kaçakları sonucunda süperoksit radikalleri oluşur.

Süperoksit, ROS’un prekürsörü olup, süperoksit seviyelerinin artışı, oksidatif strese neden olur. NADH seviyelerindeki değişim sonucu oluşan ROS, daha sonra oksidatif modifikasyonlara hassas olan gliseraldehit-3 fosfat dehidrogenaz (GADPH) enzim aktivitesini de bozar. GADPH enzimi glikolitik yolakta görevlidir, aktivitesinde meydana gelen bozukluklar, glikoliz ve Krebs Siklusunun etkinliğini azaltır. Gliseraldehit 3 fosfatın da dahil olduğu ara metabolitler birikir ve alternatif yolaklar ile metabolize edilir. Hiperglisemide bu yolaklar, glikoz metabolizmasında baskın hale gelerek, ROS üretimi, oksidatif stres, diyabet ve komplikasyonlarının patogenezinde aktif rol oynar (Şekil 2.7) [120].

Şekil 2.7 Hiperglisemi ile glikoliz, polyol yolu, AGE oluşumu, protein kinaz aktivasyonu ve ROS üretimi arasındaki ilişki.

Arg, arginin; Cit, sitrullin; DAG, diaçilgliserol; ER Stress, endoplazmik retikulum stres; LDH, laktat dehidrogenaz; DHAP, dihidroksiaseton fosfat; GP, gliserol-3- fosfat; GR, glutatyon redüktaz; GSH, redükte glutatyon; GSSG, okside glutatyon;

NO, nitrik oksit; O2, oksijen; PA, fosfatidik asit; PKC, protein kinaz C; ROS, reaktif oksijen türleri; SOD, süperoksit dismutaz; TCA, trikarboksilik asit siklusu; UPR, katlanmamış protein cevabı [121].

Polyol yolağı, intraselüler glikoz düzeyleri yükseldiğinde aktif hale gelir. Bu yolağın son ürünü olan fruktoz ise, fruktoz-3-fosfata fosforile edilebilir. Fruktoz-3-fosfat daha sonra 3-deoksiglukozona parçalanabilir. Her iki bileşik de AGE oluşumuna giren güçlü glikozile edici ajanlardır [122]. NADPH aldoz redüktaz tarafından kullanılır. GR kofaktörü olan NADPH düzeyinin azalması, hücrede antioksidan olarak görev yapan glutatyon oluşumunun da azalmasına sebep olur. Sorbitol dehidrogenaz ise kofaktör olarak NAD’ı kullanır ve sonucunda NADH oluşur.

NADH, NADH oksidaz için güçlü bir substrattır ve NADH oksidasyonu sırasında oluşan süperoksit anyonları oksidatif stres oluşumuna katkı sağlar [123].

Hiperglisemik koşullarda heksozamin yolağının hiperaktivitesi sonucu oluşan

glikozamin-6-fosfat, biyokimyasal bir redüktan olarak görev yapan NADPH’ın başlıca üretildiği yer olan pentoz fosfat yolunun, hız sınırlayıcı enzimi olan glikoz-6- fosfat dehidrogenaz aktivitesini inhibe eder [124].

Hiperglisemide NADH/NAD oranının artışına bağlı olarak artan diaçilgliserol sentezi, protein kinaz C (PKC) aktivasyonuna neden olarak DM’deki damar patolojilerine neden olmaktadır [97]. PKC aktivasyonu, endotel hücrelerinde NF-κB aktivasyonunu da etkileyerek ROS oluşumuna neden olmaktadır. Prooksidanlar, PKC aktivitesini arttırırken, antioksidanlar bu aktiviteyi azaltmaktadır [72].

Hiperglisemik koşullarda artan ve diyabet komplikasyonlarının patofizyolojisinde ve oksidatif stres oluşumunda etkin rol oynayan bir diğer grup da AGE’lerdir. AGE’ler enzimatik ve non-enzimatik mekanizma ile sentezlenebilir.

Enzimatik olarak, gliseraldehit-3-fosfattan oluşan metilglikoksal, proteinlerin sistein, lizin ve arjinin kalıntılarıyla AGE oluşturabilir. Bunun dışında glikoz, non-enzimatik olarak proteinlerin lizin kalıntılarına direk bağlanarak Shiff bazı oluşturabilir. Shiff bazları ise sonrasında daha kararlı ve stabil olan AGE’leri oluşturur [125].

Hemoglobin, AGE oluşumuna katılan proteinlerden bir tanesidir ve HbA1c seviyelerinin artışı sıklıkla diyabet komplikasyonlarıyla ilişkilendirilmektedir [126].

AGE’ler pro-oksidan moleküllerin oluşumuna katkı sağlayarak oksidatif strese neden olabilir. Hiperglisemi kaynaklı glikotoksisitenin bir ürünü olan AGE’ler, NADPH oksidazı aktifleştirerek süperoksit oluşumuna katılır. Birçok AGE inhibitörünün, oksidatif stresin azaltılması üzerine olumlu etkileri vardır [127]. Hiperglisemide artan gliseraldehit 3-P, otooksidasyona uğrar. Bu reaksiyon sonucu oluşan α- ketoaldehitler AGE oluşumuna, hidrojen peroksit ise aktif redoks metalleri varlığında hidroksil radikallerinin oluşumuna katılabilir [128].

Diyabetik retinopatide rol oynayan moleküler ve biyokimyasal mekanizmalar arasında, polyol ve heksozamin yolaklarına glikoz akışının artması, PKC yolağının aktivasyonu ve artmış AGE oluşumu sayılabilir. Özellikle polyol yolağına glikoz akışının artışı, retinada sorbitol birikimiyle sonuçlanarak ozmotik basınca sebep olur.

Retinal ozmotik stres, hastalık patogenezi ve klinik tablonun oluşmasında aktif rol oynar [129].

ROS varlığında etkinliği artan gliko-oksidatif yolaklar, nöronlarda ve Schwann hücrelerinde, NF-κB ve mitojen-aktive protein kinazları uyararak hücresel hasar ve apoptozise yol açarak nöropati oluşumunu tetikleyebilir [130].

Diyabetin, kataraktın bir nedeni olduğunu doğrudan in vivo ve in vitro deneysel çalışmalar göstermektedir. Kontrolsüz DM, oküler dokularda ozmotik stres, enzimatik olmayan protein glikasyonu ve oksidatif stres ile ilişkili olan hiperglisemi ile sonuçlanır [54].

Diyabetik kataraktın ilerlemesinde rol oynayan mekanizma senil kataraktlardan farklıdır. Lens içinde poliollerin birikmesi birincil katkıda bulunan faktördür. Lens de dahil olmak üzere vücudun bazı dokuları, glikoz ve diğer basit şekerlerin girmesi için insülin gerektirmez. Diyabette, glikoz hümör aközde yüksek konsantrasyondadır ve pasif difüzyonla lense girer. Lens içindeki aldoz redüktaz enzimi glikozu sorbitole dönüştürür. Sorbitol pasif olarak lensin dışına yayılamaz ve birikmesi ozmotik gradyent ile sonuçlanır, bu da hümör aközden su difüzyonunu artırarak şişme ve elektrolit dengesizliklerine yol açar [59]. Sorbitolün lens hücresinde birikmesi lens liflerinin kollapsına, likefaksiyonuna ve epitel hücrelerinde apoptotik sürecin başlamasına neden olur, bu da sonunda katarakt oluşumuyla sonuçlanır [131]. Hümör aközde glikoz seviyelerinin artması, süperoksit radikallerinin ve AGE oluşumuyla sonuçlanan bir işlem olan lens proteinlerinin non- enzimatik glikasyonunu indükleyebilir. AGE'nin, lensin epitelinde hücre yüzeyi reseptörleri ile etkileşimi ile süper oksit ve hidrojen peroksit üretilir [132]. Sorbitol birikiminden kaynaklanan ozmotik stres, protein sentezinin ana bölgesi olan endoplazmik retikulumda stresi indükleyerek serbest radikallerin oluşumuna neden olur [133]. Diyabetiklerin hümör aközünde yükselmiş hidrojen peroksit seviyelerinden kaynaklanan fenton reaksiyonları da hidroksil radikallerinin oluşumunu indükler [134]. Diyabetik hastaların lensinde ve hümör aközünde yükselen nitrik oksit, oksitleyici özelliklerden dolayı hücre hasarına katkıda bulunan peroksinitrit oluşumuna neden olur [135].

DM'li hastalarda lentiküler antioksidan savunmalar da azalmıştır. Cu, Zn- SOD ve katalaz aktivitesi, diyabetiklerin kataraktlı lenslerinde önemli ölçüde daha düşüktür ve lipid peroksidasyonunun bir belirteci olan MDA seviyeleri önemli

ölçüde daha yüksektir. Ayrıca diyabet, hidrojen peroksitten yüksek reaktif hidroksil radikallerinin üretildiği Fenton reaksiyonlarına katılan ve oksidatif strese katkı sağlayan artmış bakır ve demir seviyeleri ile ilişkilidir [121].

DM’li hastalarda çeşitli lentiküler opasiteler gelişir. Bilateral kar tanesi tipi kortikal birikintiler ve ASK ile karakterize olabilir ve tip 1 diyabetli kişilerde kolayca oluşabilir. Bu opasiteler genellikle 'gerçek' diyabetik katarakt olarak adlandırılır, çünkü günler içinde hızlı bir şekilde gelişirler ve genellikle her iki gözde aynı anda görünürler. Bazı çalışmalar, tip 2 diyabetli hastalarda kortikal ve arka subkapsüler opasitelerin de yaygın olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, yetişkinlerde başlayan diyabetik kataraktlar, genellikle diyabetik olmayan bireylerin tipik yaşlılık kataraktlarına çok benzeyen nükleer opasiteleri de içerir [136].