Retinopatía diabética

La retinopatía diabética (RD) es una complicación vascular altamente específica de la diabetes tipo 1 y tipo 2, cuya prevalencia está fuertemente relacionada con la duración de la diabetes y el nivel de control glucémico. La RD es la causa más frecuente de nuevos casos de ceguera en adultos de 20 a 74 años en países desarrollados (American Diabetes Association. Diabetes Care 2019). Los estudios epidemiológicos indican que, a los 20 años después del diagnóstico, la mayoría de los pacientes con DM1 experimentarán retinopatía (~80%), mientras que con DM2 aproximadamente el 50% de los pacientes tienen retinopatía (Williams 2004).

La RD se caracteriza por un aumento de la proliferación de vasos sanguíneos, oclusión vascular, angiogénesis, microaneurismas, hemorragias que afectan a la retina del ojo. Estos cambios van acompañados del engrosamiento de la membrana basal capilar, aumento de la permeabilidad de los capilares (Ahmed 2005), la pérdida de pericitos (son células que cubren capilares en la retina y su pérdida es un evento temprano en la retinopatía diabética), seguido por la formación de

Diabetic Vascular Complications Current Pharmaceutical Design, 2005, Vol. 11, No. 18 2289

receptor 1 antagonist may exert salutary effects on AGEs levels in the rat remnant kidney model, probably due to improved renal function [189]. Ramipril administration has been recently shown to result in a mild decline of fluorescent non-carboxymethllysine-AGEs and malondialdehyde con-centrations in non-diabetic nephropathy patients [190]. We posit a scheme of possible molecular mechanisms for diabetic nephropathy (Fig. 10).

DIABETIC NEUROPATHY

1). Pathophysiology of Diabetic Neuropathy

Diabetes mellitus is a major cause of peripheral neuro-pathy, commonly manifested as distal symmetrical poly-neuropathy [191]. The epidemiology of diabetic poly-neuropathy is unclear because of inconsistency in defining neuropathy.

In a large prospective study of diabetic out-patients, the prevalence rose from 7.5 % at the time of diagnosis of diabetes to 50 % after 25 years [192]. The prevalence after 20 years was over 40 %, but in the other prospective study, it was only half of this value [193]. Diabetic neuropathy is associated with risk factors for other vascular complications such as poor metabolic control, dyslipidemia, hypertension, body mass index, smoking, microalbuminuria and retino-pathy [194-196]. However, a report from the Steno type-2 randomized study showed the effectiveness of aggressive risk factor control on retinopathy, nephropathy and autono-mic neuropathy, but not peripheral neuropathy [197].

Both vascular and metabolic factors have been involved in the pathogenesis of diabetic neuropathy. Studies in human

and animal models have shown reduced nerve perfusion and endoneurial hypoxia, which might play a role in nerve dysfunction [198, 199]. Retinopathy-like microvasculature changes including basement membrane thickening and pericyte degeneration have been observed in diabetic neuro-pathy [200, 201], and arterio-venous shunting contributes to reduced endoneurial perfusion as well [202]. Hyperglycemia, via various metabolic derangements, contributes to the etiology of diabetic neuropathy as well.

2). Biochemical Basis of Diabetic Neuropathy Involvement of AGEs in Diabetic Neuropathy

Sural, peroneal, and saphenous nerves of human diabetic subjects contained AGEs in the perineurium, ECs, and pericytes of endoneurial microvessels and in myelinated and unmyelinated fibers [203]. Tubulin glycation profoundly inhibits GTP-dependent tubulin polymerization, thus impai-ring axonal transport [204, 205]. Excessive glycation of both peripheral and central nervous system myelin components has also been observed in diabetic rats [206]. An interaction between AGE-myelin and macrophages may initiate or contribute to the segmental demyelination associated with diabetic neuropathy [207].

Aminoguanidine treatment inhibits an accumulation of fluorescent AGE in diabetic nerves, and partially prevents demyelination and axonal atrophy probably through the correction of endoneurial microcirculation [208, 209].

Recently, Yagihashi et al. reported that OPB-9195 treatment improved tibial motor nerve conduction velocity and restored

Fig. (10). Possible mechanisms of diabetic nephropathy.

48 capilares acelulares (capilares desprovistos de células) (Nowotny 2015). La interacción de pericitos con células endoteliales es necesaria para el mantenimiento de la barrera sangre-retina.

Se han detectado AGEs en las paredes de los vasos sanguíneos de la retina y se cree que contribuyen a la oclusión vascular y aumento de la permeabilidad de las células endoteliales de la retina causando fugas vasculares (Ahmed 2005). Los AGEs se acumulan en los pericitos retinianos, mediando la supervivencia y la función del pericito que, en consecuencia, conducen su pérdida (Motiejunaite 2008). La pérdida de pericitos de los vasos retinianos parece atribuirse, al menos en parte, a la apoptosis (Kim 2012) y es una característica de la retinopatía temprana (Ahmed 2005). Los estudios han establecido que los AGEs que estimulan la producción de ROS en pericitos retinianos cultivados pueden provocar la muerte celular apoptótica (Xu 2018), posiblemente al estimular la formación de ceramida intracelular mediante la activación de la fosfatidil-colina fosfolipasa C acoplada a la esfingomielinasa ácida (Yamagishi 2002, Yamagishi 2011). Además, la interacción AGE-RAGE induce la activación de la vía de la proteína quinasa activada por Ras-mitógeno con la generación de ROS mediada por la NADPH oxidasa y la posterior translocación de NF-κB. Esto lleva a la transcripción de genes diana, incluidos los factores de crecimiento (VEGF), moléculas de adhesión (ICAM) 1, VCAM-1), así como citoquinas proinflamatorias y quimiocinas (IL-6, IL-1β, TNF-α, MCP-1). Del mismo modo, los AGEs también aumentaron los niveles de ARNm de RAGE en células endoteliales a través de la generación de ROS intracelular (Xu 2018, Kandarakis 2014, Milne 2013, Radoi 2012).

También, se ha demostrado que el aumento del número de leucocitos en la vasculatura retiniana de ratones diabéticos comienza tan pronto como 1 semana después del inicio de la diabetes experimental (Joussen 2004). Las moléculas de adhesión intercelular, incluidas la ICAM-1 y la VCAM-1, facilitan la adhesión y la transmigración del leucocito al endotelio, lo que se conoce como leucostasis y contribuye a la RD temprana (Xu 2018), este hecho rompe la barrera sangre-retina, lo que puede contribuir a la muerte celular endotelial y aumento de la permeabilidad vascular (Nowotny 2015). Un estudio observó que la leucostasis aumentaba notablemente en ratones no diabéticos RAGE-transgénicos y este cambio se agravó en la diabetes. Por ello, se deduce que la sobreexpresión de RAGE y el aumento de la interacción de los AGEs y RAGE son suficientes para inducir leucostasis en estos modelos animales (Kaji 2007).

Además, la ruptura de la barrera sangre-retina ha demostrado ser dependiente del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF). La inflamación vascular promueve la generación del VEGF que aumenta la permeabilidad vascular y luego progresa a la angiogénesis (Xu 2018). Se

49 observó que la expresión de AGEs produce una regulación al alza de VEGF, después de la incubación AGEs de albúmina en células cultivadas de la retina (Yamagishi 2002). Otro estudio demostró, aumento de los niveles de AGEs y la IL-6 en el humor vítreo del ojo de los pacientes con RD. En el mismo trabajo se comenta que los AGEs estimulan la secreción de IL-6 a partir de células de la retina humana, que a su vez puede inducir la angiogénesis por una mayor expresión de VEGF (Nakamura 2003). Las citoquinas inflamatorias estimuladas con AGEs median la síntesis de proteínas de fase aguda que pueden favorecer el proceso inflamatorio en la pared vascular.

También, el nivel sérico de TNF-α mostró una correlación significativa con la gravedad de la RD en pacientes con DM2 (Nalini 2017).

Existe otra teoría en cuanto al mecanismo de formación de los AGEs y su afectación en la RD. Se ha demostrado que la hidroimidazolona derivada de metylglioxal (MGO) se aumenta un 279%, tras 24 semanas en la retina de rata diabética (Karachalias 2003). Otro estudio tuvo resultados similares, los niveles séricos de hidroimidazolona aumentaron en los pacientes con DM2 y retinopatía. Esta asociación es independiente de los factores asociados conocidos hasta ahora, como la HbA1c (Fosmark 2006). Estos hallazgos hacen hincapié en el hecho de que MGO podría ser la principal fuente de AGEs en este tejido.

En cuanto a la localización celular de AGEs, muchos aductos se producen en altos niveles en la macroglia (células de Müller), y éstas aumentan a medida que progresa la diabetes. Este hecho es significativo, ya que la glía de Müller tiene un papel único en la arquitectura y la fisiología de la retina y muestran una considerable disfunción durante la hiperglucemia y la hipoxia. Esta disfunción se manifiesta por el aumento de expresión de proteína ácida fibrilar glial (GFAP), la producción de óxido nítrico (NO), y síntesis concomitante de glutamato (como una función de interrupción del transportador de glutamato que puede contribuir a la excitotoxicidad en neuronas de la retina) (Stitt 2010). En un estudio se ha demostrado que las células de Müller expuestas a condiciones de hiperglucemia in vitro producen un exceso de lactato, indicativo de un aumento de flujo glucolítico, y este efecto conduce a una mayor producción de MGO (Winkler 2004). La hipoxia, mediante el aumento de la glucólisis y la síntesis de MGO, podría dar lugar a la formación significativa de AGEs en la retina diabética (Stitt 2010).

50 3.3.1.2.3. Neuropatía diabética

En el mundo la prevalencia de neuropatía diabética es aproximadamente del 30% en pacientes diabéticos hospitalizados y 20-30% en pacientes diabéticos en la comunidad. Se ha reportado que aproximadamente el 66% y el 59% de los pacientes con DM1 y DM2 tienen la tendencia a desarrollar neuropatía, respectivamente. Aproximadamente 20-30 millones de personas sufren de neuropatía diabética sintomática y se prevé que esta se duplicará para 2030 (Dewanjee 2018).

La neuropatía diabética puede presentarse clínicamente como dolor o entumecimiento de las extremidades o como impotencia funcional, se caracteriza por la desmielinización segmentaria y la degeneración axonal de las neuronas periféricas, junto con anormalidades funcionales, tales como la reducción de la conducción nerviosa y el flujo sanguíneo (Ahmer 2005). Los AGEs determinan la modificación de la mielina del nervio periférico que se vuelve susceptible a la fagocitosis y favorece la desmielinización segmentaria, la modificación de las principales proteínas del citoesqueleto axonal y provoca la atrofia, la degeneración y alteración del transporte axonal (Radoi 2012).

La mielina glicosilada es susceptible a la fagocitosis por los macrófagos in vitro y también puede estimular a los macrófagos para secretar proteasas y esto podría contribuir a la desmielinización del nervio en la neuropatía diabética (Vlassara 1985). La glicación de la laminina, que se encuentra en la matriz extracelular también conduce a la alteración de la actividad regenerativa en la neuropatía diabética (Sugimoto 2008). Los AGEs en la mielina pueden producir proteínas plasmáticas trampa tales como IgG, IgM y C3 para provocar reacciones inmunológicas que contribuyen a la desmielinización (Ahmer 2005).

Por otro lado, las interacciones AGE-RAGE determinan la regulación positiva del factor nuclear kappaB (NF-kB), proteína quinasa Cβ2 y varios NF-kB mediadas por genes proinflamatorios, una mayor disfunción neurológica, incluyendo sensación de dolor se puede ver en el pie diabético y una aceleración de la formación de nuevos productos de glicooxidación tal como N-epsilon (carboximetil) lisina y pentosidina (Radoi 2012, Sugimoto 2008, Virgolici 2011, Dewanjee 2018).

51 3.3.1.2.4. Cardiopatía Isquémica y Aterosclerosis

Los pacientes con DM tienen un alto riesgo de desarrollar enfermedad cardiovascular. Un tipo común de las enfermedades cardiovasculares es la enfermedad isquémica del corazón en la que se reduce el suministro de sangre a menudo debido a la formación de placas en la pared arterial.

La asociación entre los AGEs y la enfermedad isquémica del corazón de los pacientes con DM2 se ha investigado en éstos últimos años (Nowotny 2015).

Los AGEs están implicados en el proceso aterosclerótico a través de al menos dos mecanismos (Figura 14).

Primero por depósito directo de tejido, los AGEs se fijan directamente a las proteínas de la matriz extracelular (ECM). Esto conduce a la rigidez de las arterias y al "atrapamiento" de otras macromoléculas. La formación de AGEs en la matriz extracelular se produce en proteínas con una tasa de rotación lenta, como colágeno, vitronectina y laminina. En el colágeno tipo I, el AGE–

AGE es un enlace covalente intermolecular o reticulación que induce una expansión del empaquetamiento molecular, lo que resulta en aumento de la rigidez de la vasculatura. La acumulación de los AGEs pueden inducir a las células sanguíneas circulantes a adherirse a la pared del vaso, atrapando moléculas como las inmunoglobulinas y las apolipoproteínas, que ya pueden haber sido modificadas por la glicación. La glicación da como resultado un aumento de la síntesis del colágeno tipo III, IV, V y VI, laminina y fibronectina en la matriz extracelular, muy probablemente a través de la regulación al alza de un factor de crecimiento transformante intermedio. La formación de AGEs en el colágeno tipo IV de la membrana basal inhibe la asociación lateral de estas moléculas en una estructura de red normal. Los AGEs inducen alteraciones de la vitronectina, la laminina y causan una disminución del autoensamblaje del polímero, una menor unión al colágeno de tipo IV, y la reducción de la unión de proteoglicanos de sulfato de heparano, macromoléculas críticas para la organización molecular y la función de la matriz extracelular. La glicación de laminina y colágeno tipo I y IV, moléculas clave en la membrana basal, causan inhibición de la adhesión a células endoteliales para ambas glicoproteínas de matriz.

Por lo tanto, los cruces de AGEs, que alteran las propiedades funcionales de varias moléculas importantes de la matriz extracelular, causan disfunción mecánica. Las anomalías inducidas por los AGEs en la función de la matriz extracelular alteran la estructura y la función de los vasos que resultan en una mayor permeabilidad y disminuyen la elasticidad. (Del Turco 2012).

52 El segundo mecanismo es la interacción AGE-RAGE, la cual altera la señalización celular, promueve la expresión génica y mejora la liberación de moléculas proinflamatorias. Los RAGE pueden interactuar no solo con AGEs sino también con un repertorio diverso de ligandos, incluyendo S100/calgranulinas y anfoterina, ligandos proinflamatorios que gustan de AGEs y amplifican el proceso aterosclerótico, aumentando el ROS intracelular cuya generación parece estar vinculada a la activación del sistema NADPH-oxidasa y/o mitocondrial. La activación de la expresión génica mediada por RAGE depende de las vías de transducción de señales. Se pueden activar diversas rutas de señalización: p21ras, proteína kinasa (erk1/2) (p44 / p42) MAPK, p38 y SAPK/JNK MAPK, rho GTPasas, PI3K, y el JAK/STAT. En consecuencia, la activación en sentido descendente del NF-kB y adenosín monofosfato cíclico (AMPc) produce la unión de la proteína al elemento de respuesta. En las células endoteliales (CE) de las arterias coronarias humanas, las lipoproteínas de baja densidad (LDL) modificadas por los AGEs activan un receptor (TLR4), que induce proinflamación y producción de citoquinas, proporcionando otro mecanismo por el que modifica el LDL y promueve la aterogénesis. AGE-RAGE promueven la transformación de los monocitos en macrófagos activados (quimiotaxis) dando como resultado un aumento de la expresión de los antígenos de membrana HLA-DR, CD11b y CD11c, TNF-α, interleucina-1b, prostaglandina E2 y ciclooxigenasa-2, una amplia gama de otros factores inflamatorios/proliferativos, incluido el crecimiento derivado de plaquetas, factor de crecimiento similar a la insulina 1 y las citoquinas. Además, los AGEs inducen la expresión del gen de varios receptores LDL oxidados (oxLDL) (Del Turco 2012, Sakata 1998) tales como el receptor captador de macrófagos (clase A y B), receptor de CD36, y receptor de tipo 1 de LDL, que resulta en mayor absorción de oxLDL y aumento de la acumulación de células espumosas. En paralelo, en los macrófagos, los AGEs reducen la expresión del transportador de unión a ATP G1, que promueve el flujo de salida del colesterol a HDL de una manera dependiente de RAGE. En resumen durante la aterogénesis, RAGE se expresa altamente en CE, CVML, y células inflamatorias, y mediante la interacción con sus ligandos inicia y sustenta los procesos patológicos que conducen a lesiones ateroscleróticas en la íntima arterial (Del Turco 2012) (Figura 15).

Los AGEs como ya hemos comentado previamente también contribuyen a la disfunción endotelial a través de su efecto pro-apoptótico sobre las células endoteliales y las células progenitoras endoteliales (Nowotny 2015).

Estudios en animales apoyan la hipotésis de RAGE en patología vascular. Se utilizaron modelos de ratones genéticamente susceptibles a la aterosclerosis. Ratones apolipoproteínas

(apo)E-53 nulos desarrollaron aterosclerosis espontánea, se indujo la diabetes con estreptozotocina, presentaron un aumento significativo en el área de la lesión aterosclerótica y la complejidad en el seno aórtico después de 6 semanas de diabetes en comparación con los ratones euglucémicos apoE-nulos de la misma edad. Las lesiones ateroscleróticas de ratones diabéticos mostraron un mayor acúmulo de AGEs y expresión de RAGE; la administracion de sRAGE redujo el área de la lesión aterosclerótica y la complejidad de la lesión (Park 1998). De manera similar, en otros estudios, los AGEs circulantes, marcadores inflamatorios, la expresión vascular del factor tisular, inducción de NF-kB, y la actividad del antígeno de matriz de metaloproteinasa-9 en aortas de ratones, todas disminuyeron al ser tratados con sRAGE (Bucciarelli 2002, Wendt 2006).

Los estudios en humanos sugieren que los AGEs se acumulan en placas ateroscleróticas en presencia de diabetes (Sakata 1998). En varios estudios se ha demostrado la asociación de AGEs, RAGE y sRAGE con el desarrollo, presencia, extensión y severidad de enfermedad coronaria (Lu 2009, Kiuchi 2001, Kilhovd 1999, Nakamura 2007).

Otros estudios han demostrado que los niveles de AGEs en suero pueden predecir la mortalidad total, ECV y la cardiopatía coronaria en pacientes con DM2. La evidencia fue dada en un estudio de seguimiento a largo plazo en el que los AGEs en suero, medidos por inmunoensayo utilizando un anticuerpo policlonal anti-AGEs, fueron predictores cardiovasculares, así como de la mortalidad coronaria en pacientes mujeres con DM2 (Kilhovd 2007).

Figura 14: Modelo esquemático de las vías de acumulación de AGEs y los efectos de AGEs sobre la homeostasis de la pared del vaso (Tomada de Del Turco 2012).

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