Reaktive oksygenarter ROS

Et høyglykemisk kosthold som gir store svingninger i blodglukose fører til økt aktivitet i mitokondrienes elektrontransportkjede, og det dannes superoksid anion. Det er fire proteinkomplekser i mitokondrienes elektrontransportkjede. Proteinkompleksene kalles kompleks I, II, III og IV. Når glukose metaboliseres gjennom trikarboksylsyresyklus genereres det elektron donorer. Den viktigste elektrondonoren er NADH (redusert form av NAD⁺) som gir elektroner til kompleks I. Den andre elektrondonoren er FADH2 (redusert form av FAD) som donerer elektroner til kompleks II. Elektroner fra begge disse

kompleksene blir overført til koenzym-Q, deretter til kompleks III, så til cytokrom-C, og deretter til kompleks IV. Til slutt overføres elektronene til molekylært oksygen som reduseres til vann (Brownlee, 2004).

Elektrontransportsystemet er organisert på denne måten for at nivået av ATP skal reguleres nøyaktig. Noe av energien fra elektronene brukes til å pumpe protoner over membranen i kompleksene I, III, og IV. Dette danner en spenning over mitokondriemembranen og energien fra denne spenningsgradienten driver syntesen av ATP ved ATP-syntase. Alternativt kan uncoupling proteiner (UCP) komme ned mot spenningensgradienten og generere varme som en måte å holde ATP nivået konstant (Brownlee, 2004).

Superoksid hemmer glyseraldehyd-3-fosfat dehydrogenase (GAPDH) aktivitet ved å modifisere enzymet med polymerer av adenosin difosfat-ribose (ADP-ribose). Når økt intracellulær glukose genererer økt ROS i mitokondriene, induserer de frie radikalene brudd på DNA-tråden og dermed aktiveres poly ADP-ribose polymerase (PARP) (Giacco &

Brownlee, 2010). Når PARP er aktivert deles nicotinamid adenin dinukleotid (NAD⁺)

molekylet til nikotinsyre og ADP-ribose. Deretter fortsetter PARP med å danne polymerer av ADP-ribose som akkumuleres på GAPDH og andre nukleære proteiner. PARP modifiserer altså GAPDH slik at aktiviteten reduseres og fører til økte nivåer av alle glykolytiske mellomprodukter oppstrøms for GAPDH, slik at intracellulær AGE formasjon øker, PKC aktiveres og senere NF-κB, hexosamineforløpgjennomstrømning øker og polyol forløpet aktiveres (Brownlee, 2004, Ceriello, 2005).

Økte nivåer glyceraldehyd-3-fosfat aktiverer to av forløpene, den aktiverer AGE-veien fordi den intracellulære AGE forløperen methylglyoxal er dannet fra glyseraldehyd-3-fosfat. Den

aktiverer også den klassiske PKC-veien, siden aktivator av PKC, diacylglycerol, også er dannet av glyseraldehyd-3-fosfat (Brownlee, 2004, Ceriello, 2005). Se figur 5.2.

5.2.1 Advanced glycation end product (AGE)

Et forhøyet nivå blodsukker fører også til økt endogen glykering av glukose, fruktose, og galaktose. Glykering forekommer hovedsakelig i blodet og fører til dannelsen av den

skadelige AGE. AGE er resultatet av en kjede av reaksjoner: Amadori-reaksjoner, Schiffbase-reaksjoner, og Maillard-reaksjoner. AGE kan også dannes eksogent ved oppvarming, for eksempel ved steking. Fruktose og galaktose har omtrent ti ganger høyere glykeringsaktivitet enn glukose.

AGE forløpere skader celler gjennom tre ulike mekanismer. Den første mekanismen en modifikasjon av intracellulæreproteiner involvert i regulering av gentranskripsjon. Den andre mekanismen er at AGE-forløpere kan diffundere ut av cellen og modifisere ekstracellulære matriksmolekyler i nærheten som fører til et signalene mellom matriksen og cellen endres og forårsaker cellulær dysfunksjon. Den tredje mekanismen er at AGE-forløpere diffunderer ut av cellen og modifiserer sirkulerende proteiner i blodet som for eksempel albumin. Disse proteinene kan deretter bindes til AGE-reseptorer og aktivere dem, og dermed føre til

produksjon av inflammatoriske cytokiner og vekstfaktorer (Srivastava et al., 2011, Brownlee, 2005).

5.2.2 Proteinkinase C (PKC)

PKC er en familie proteinkinaserelaterte enzymer som kontrollerer proteinfunksjon via fosforylering av hydroksylgruppene i serin og threonin i proteinene. Ved økt glukose i cellen økes syntesen av DAG som er en aktiverende kofaktor for proteinkinase.

Virkningene av økt DAG og PKC mest relevant for endometriose er økt nikotinamid adenin dinukleotid fosphate (NADPH) -oksidaser med økt ROS, og økt NF-κB med økt

proinflammatorisk genekspresjon (Srivastava et al., 2011, Brownlee, 2005). De forhøyede nivåene reaktive oksygenarter fører til oksidativt stress og cytokinresponser. Den

inflammatoriske responsen oppregulerer flere redoksfølsomme transkripsjonsfaktorer som NF-κB og aktivator protein 1(AP1). Glukose aktiverer NF-κB og cytokiner som TNF-α som også er kjent for å stimulere genekspresjon av aldoreduktase (Srivastava et al., 2011).

5.2.3 Hexosamineforløpet

Videre oppstrøms gir økte nivåer av metabolitten fruktose-6-fosfat økt

gjennomstrømningsrate i hexosamineforløpet hvor fruktose-6-fosfat omdannes av enzymet GFAT til UDP-N-acetylglukosamin (UDP-GlcNAc). Dette kan føre til modulerte

transkripsjonsfaktorer og insulinresistens.

5.2.4 Polyolenforløpet

Aldosereduktase tilhører aldoketoreduktase superfamilien av proteiner og katalyserer det første og hastighetsbegrensende trinn av polyolenforløpet i glukosemetabolismen. Under normale forhold reduserer aldosereduktase giftige aldehyder i cellen til inaktive alkoholer.

Men når glukosekonsentrasjonen i cellen blir for høy reduserer aldosereduktase glukose til sorbitol som senere oksideres til fruktose. I prosessen bruker aldosereduktase kofaktor NADPH. Men NADPH er også en viktig kofaktor for gjendannelsen

Figur 5.2: Figuren viser hendelsesforløpet ved økt glukose i cellen

av redusert glutation (GSH) (Brownlee, 2005, Srivastava et al., 2011). Når GSH nivået reduseres øker polyolenforløpet sansynligheten for oksidativt stress. Resultater (Srivastava et al., 2011) viser at en hemming av aldosereduktase fører til en betydelig reduksjon av

inflammatoriske signaler indusert av cytokiner, vekstfaktorer, endotoksiner, høy blodglukose, allergener og autoimmune reaksjoner.

En annen årsak til at glukose er toksisk ligger i den kjemiske strukturen hvor ca. 99 % av glukosemolekylene er i ringform og ca. 1 % er i en aldehydform med en fri aldehydgruppe som er svært reaktiv. Det er aldehydformen av glukose som er toksisk, og dersom

plasmaglukose er lavere enn 6,0, er konsentrasjonen av denne aldehydformen så lav at den ikke gir skader, men en gjennomsnittlig plasmaglukose over 8,6 i døgnet er skadelig og det vil oppstå mer skade desto høyere plasmaglukoseverdien er.

5.3 HbA1c

Man kan måle nivå på langtidsglukose med en HbA1c test. Hb står for hemoglobin, som er den delen av de røde blodcellene (erytrocyttene) som binder seg til og transporterer oksygen.

Det finnes ulike typer hemoglobin. Type A er den mest vanlige typen. Den utgjør ca. 90% av den totale mengden hemoglobin. Tallet 1 og bokstaven c refererer til undertyper av

hemoblobin A som bindes til glukose, glykosylert hemoglobin. Glukose binder spesifikt på hemoglobin i erytrocyttene i en irreversibel binding som varer hele levetida til erytrocyttene.

Mengden glukose som er bundet til hemoglobin står i forhold til konsentrasjonen av glukose i blodet, hvor HbA1c nivået er proporsjonalt med den gjennomsnittlige konsentrasjonen av blodglukosen over en periode på fire uker til tre måneder, i praksis brukes de siste seks til åtte ukene. Normalområdet for HbA1c ligger mellom 4% og 5.9%. HbA1c er et mål på hvor mange prosent av hemoglobin A som er bundet til glukose, slik at HbA1c er en markør for nivået av glukose i blodet.