Receptor-mediated mechanisms of tissue injury: interaction with but not limited to RAGE

RAGE was born from the discovery that AGEs were not mere bystanders in the diabetic microenvironment, but rather, active actors in promoting vascular dysfunction during ather-osclerosis [24]. AGEs produced in vitro and those derived fromin vivo sources stimulate cells, such as ECs, SMCs, and monocytes/macrophages, implicated in diabetic vascular consequences [24] (Fig. 2).

The pathological consequence of AGE-RAGE interaction is the induction of increased intracellular reactive oxygen species [25], the generation of which seems to be linked to the activation of the NAD(P)H-oxidase system [26] and/or mi-tochondria [27]. RAGE-mediated activation of gene expres-sion depends on signal transduction pathways (Fig. 3).

Diverse signaling pathways may be triggered: p21ras, erk1/2 (p44/p42) MAPKs, p38 and SAPK/JNK MAPKs, rho GTPases, PI3K, and the JAK/STAT [23]. Consequently, downstream acti-vation of the transcription factor nuclear factor-jB (NF-jB) and cAMP response element binding protein occurs. Each of these pathways links closely with ligands binding to RAGE, because the blockade of the receptor with either anti-RAGE IgG (which blocks the access of ligands to RAGE) or excess Fig. 2. Schematic model of AGE accumulation pathways and AGE effects on vessel wall homeostasis.

Fig. 3. Signal transduction pathways activated by AGE-RAGE interaction. AGE-AGE-RAGE interaction triggers oxidative stress through activation of NADPH oxidase/

mitochondria and consequently activates diverse signaling pathways. A key target of RAGE signaling is NF-jB. Free NF-jB may move to the nucleus, where it induces the transcription of proinflammatory and prothrombotic genes.

4 BioFactors

54 Figura 15: Vías de transducción de señales activadas por la interacción AGE-RAGE. La interacción AGE-RAGE desencadena el estrés oxidativo a través de la activación de la NADPH oxidasa/mitocondria y, en consecuencia, activa diversas vías de señalización. Un objetivo clave de la señalización RAGE es NF-kB. La NF-kB libre puede moverse hacia el núcleo, donde induce la transcripción de genes proinflamatorios y protrombóticos (Tomada de Del Turco 2012).

3.3.2. Inhibidores de la formación de AGEs

El descubrimiento de nuevos agentes potenciales antiglicación de orígenes naturales y sintéticos con actividad inhibidora mejorada y toxicidad reducida es el enfoque eficaz para controlar el desarrollo y la prevención de las complicaciones diabéticas. El cuerpo tiene mecanismos de protección contra los AGEs, como: la enzima hepática a- cetogluteraldehído deshidrogenasa capaz de inactivar la 3-DG y la prevención de la formación de AGEs. Una variedad de aminas plasmáticas pueden reaccionar con los grupos carbonilo del azúcar y compuestos de Amadori, para reducir los AGEs. Los macrófagos poseen receptores que les permiten reconocer y eliminar proteínas-AGEs perjudiciales por endocitosis. Los antioxidantes pueden proteger contra los radicales libres y los AGEs, mientras que las proteínas de transporte, por ejemplo, ceruloplasmina puede unir metales de transición como iones cúpricos, evitando que participen en la glicación trapping molecules such as immunoglobulins and

apolipo-proteins, which already may have been modified by glyca-tion [23]. Glycaglyca-tion results in increased synthesis of type III, IV, V, and VI collagen, laminin, and fibronectin in the ECM, most likely via upregulation of a transforming growth factor-b intermediate [23]. AGE formation on type IV collagen from the basement membrane inhibits lateral association of these molecules into a normal network-like structure. AGE-induced alterations of vitronectin and laminin causes decreased poly-mer self-assembly, decreased binding to type IV collagen, and reduced binding of heparan sulfate proteoglycans, criti-cal macromolecules for the molecular organization and func-tion of the ECM [23]. Glycafunc-tion of laminin and type I and IV collagen, key molecules in the basement membrane, causes inhibited adhesion to ECs for both matrix glycoproteins [23].

Thus, AGE crossbridges, altering the functional proper-ties of several important molecules of the ECM, cause me-chanical dysfunction (Fig. 2). The AGE-induced abnormalities on the ECM function alter the structure and function of intact vessels resulting in increased permeability and decreased elasticity.

3.2. Receptor-mediated mechanisms of tissue injury: interaction with but not limited to RAGE

RAGE was born from the discovery that AGEs were not mere bystanders in the diabetic microenvironment, but rather, active actors in promoting vascular dysfunction during ather-osclerosis [24]. AGEs produced in vitro and those derived from in vivo sources stimulate cells, such as ECs, SMCs, and monocytes/macrophages, implicated in diabetic vascular consequences [24] (Fig. 2).

The pathological consequence of AGE-RAGE interaction is the induction of increased intracellular reactive oxygen species [25], the generation of which seems to be linked to the activation of the NAD(P)H-oxidase system [26] and/or mi-tochondria [27]. RAGE-mediated activation of gene expres-sion depends on signal transduction pathways (Fig. 3).

Diverse signaling pathways may be triggered: p21ras, erk1/2 (p44/p42) MAPKs, p38 and SAPK/JNK MAPKs, rho GTPases, PI3K, and the JAK/STAT [23]. Consequently, downstream acti-vation of the transcription factor nuclear factor-jB (NF-jB) and cAMP response element binding protein occurs. Each of these pathways links closely with ligands binding to RAGE, because the blockade of the receptor with either anti-RAGE IgG (which blocks the access of ligands to RAGE) or excess Fig. 2. Schematic model of AGE accumulation pathways and AGE effects on vessel wall homeostasis.

Fig. 3. Signal transduction pathways activated by AGE-RAGE interaction. AGE-AGE-RAGE interaction triggers

oxidative stress through activation of NADPH oxidase/

mitochondria and consequently activates diverse

signaling pathways. A key target of RAGE signaling is NF-jB. Free NF-jB may move to the nucleus, where it induces the transcription of proinflammatory and prothrombotic genes.

4 ^BioFactors

55 autoxidativa ó reacciones de glucoxidación. Sin embargo, la eficacia de estas defensas naturales contra la glicación y AGEs in vivo es desconocida (Abbas 2016).

Se han investigado numerosos compuestos antiglicación pero su uso en seres humanos es todavía debatible.

3.3.3. Mecanismos de inhibición de los AGEs Estos compuestos podrían actuar de la siguiente manera:

(i) bloqueo de los grupos amino libres en proteínas, como prevención de la glucosilación de los azúcares libres. Sin embargo, los efectos biológicos de la reducción de grupos amino libres de proteínas no se conoce.

(ii) bloqueo de los grupos de carbonilo en la reducción de azúcares, productos de Amadori y productos intermedios dicarbonilo (3-DG, MGO) que reducen eficazmente la formación de AGEs.

Una vez más, el efecto de la reducción de grupos carbonilo disponibles in vivo puede no ser deseable.

(iii) los anticuerpos pueden ser utilizados para bloquear productos de Amadori. Este enfoque tiene la ventaja de especificidad en comparación con el uso de compuestos que sólo reconocen grupos carbonilo (Ahmed 2005). Se han caracterizado varios receptores de AGEs en las membranas superficiales de monocitos, macrófagos, células endoteliales, mesangiales y células hepáticas, incluyendo receptores para macrófago tipo I y II, oligosacariltransferasa-48 (AGE-R1), 80 KH fosfoproteína (AGE-R2), y la galectina-3 (AGE-R3).

(iv) la quelación de metales de transición puede reducir los radicales libres derivados de la glicación (Ahmed 2005), dado que la formación de especies reactivas como el carbonilo dependen de la disponibilidad de trazas de iones metálicos. La quelación de trazas de iones metálicos por ácido dietilentriaminopentaacético (DTPA) inhibe notablemente su formación en las cascadas de una serie de sus vías catalíticas. Por lo tanto, los enfoques terapéuticos basados en la quelación de iones metálicos tales como cobre o hierro pueden tener doble función inhibidora sobre la actividad redox, la supresión de la producción de ROS así como la inhibición indirecta de la generación de un oxaloaldehído y el estrés carbonilo (Rahbar 2007). Sin embargo, muchos

56 metales de transición tienen importantes funciones fisiológicas y su eliminación completa pueden tener consecuencias indeseables (Ahmed 2005).

(v) los antioxidantes pueden proteger contra los radicales libres derivados de la glicación autoxidativa, glucoxidación y AGEs.

(vi) enzimas (Amadoriases) pueden utilizarse para inactivar la deglicación de los productos de Amadori o inactivar los productos intermedios, tales como 3-DG.

(vii) Los interruptores de los AGE-reticulares ofrecen el potencial de revertir las complicaciones diabéticas aunque su mecanismo exacto de acción todavía no está claro.

(viii) los bloqueadores del RAGE podrían evitar la interacción de AGEs con RAGE para suprimir el cambio celular asociado y la reacción inflamatoria asociada con el desarrollo de las complicaciones diabéticas (Ahmed 2005). El bloqueo de RAGE, utilizando RAGE soluble (sRAGE), se ha reportado para mejorar el cierre de heridas en animales genéticamente diabéticos mediante la supresión de los niveles de algunas citoquinas inflamatorias, la promoción de granulación de los tejidos, y el aumento de los niveles del factor de crecimiento derivado de plaquetas B (PDGF -B) y del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF). Del mismo modo, el tratamiento de ratones diabéticos con sRAGE suprime completamente la aterosclerosis diabética de una manera independiente de la glucemia y los lípidos.

Durante las dos últimas décadas, se han hecho varios intentos para inhibir el proceso de la glicación de proteínas. Las reacciones desde la glicación hasta los AGEs se producen espontáneamente, cualquier inhibidor potencial tendría que tener una vida media larga y prácticamente ninguna toxicidad, ya que será administrada durante largos períodos de tiempo.

Obviamente, estos criterios son difíciles de cumplir, pero se han identificado nuevos inhibidores potentes de la glicación de proteínas que pertenecen a diferentes clases, como flavonoides, terpenos, alcaloides, bencenodiol, bases de Schiff, sustitución de indol y compuestos tio (Abbas 2016).

Experimentos in vitro y en animales han demostrado que diversas intervenciones pueden inhibir la formación y/o acciones de AGEs, en particular aminoguanidina y alagebrium, los cuales inhiben la formación de AGEs reticulantes, y las vitaminas B piridoxamina y tiamina, y el derivado sintético

57 de este último benfotiamina. Sin embargo, el valor clínico potencial de estas intervenciones aún no se ha establecido. También, han sido estudiados otros compuestos: N-[(2- iminometilhidrazino)], monohidrocloruro de acetamida (ALT-946), 4-oxo-N-fenil-4,5-dihidro-2 - [(1- metiletilideno) hidrazino], -5-thiazoleacetamide (OPB-9195), bromuro de N-phenacylthiazolium.

Los medicamentos anti-inflamatorios como el tenilsetam [3- (2-tienil) -2-piperazinona] y la aspirina también muestran propiedades de inhibición de los AGEs (Singh 2014, Rhee 2018, Radoi 2012).

Además, se han investigado fármacos como las estatinas, antihipertensivos y antidiabéticos (Rhee 2018) (Figura 16).

De todos modos, ninguno de ellos ha llegado al mercado con tales fines, bien por su eficacia limitada o bien por su toxicidad.

Figura 16. Mecanismos sugeridos de los productos finales de la glicación avanzada (AGEs) en las complicaciones vasculares diabéticas y posibles vías de inhibición. RAGE, receptor para productos finales de glicación avanzada; NF-κB, factor nuclear κB; RAS, sistema renina-angiotensina;

TZD, tiazolidinedionas; GLP-1, glucagon como péptido-1; DPP-4, dipeptidilpéptido-4; sRAGE, receptor soluble para productos finales de glicación avanzada; ROS, especies reactivas del oxígeno; eNOS, endotelio óxido nítrico sintasa; NADPH, nicotinamida adenina dinucleótido fosfato; IL, interleucina; TNF-α, factor de necrosis tumoral α.

The role of AGE in DM vascular complications

Diabetes Metab J 2018;42:188-195 189 http://e-dmj.org