The initiation of free radical peroxidation of low-density lipoproteins by glucose and its metabolite methylglyoxal: a common molecular mechanism of vascular wall injure in atherosclerosis and diabetes

Abstract

It was found that glucose in the range of concentrations 12.5-100 mM stimulated Cu(2+)-mediated free radical peroxidation of low-density lipoproteins (LDL) from human blood plasma. Considering the kinetic parameters of LDL peroxidation we proposed that intensification of this process may be caused by formation of free radical intermediates of glucose auto-oxidation. Addition of SOD to the medium inhibited LDL oxidation, indicating the formation of superoxide anion-radicals under autoxidation of glucose. Similarly, SOD inhibited free radical peroxidation of liposomes from egg lecithin in the presence of glucose that confirms the generation of superoxide radicals under co-oxidation of unsaturated lipids and glucose. Normalization of glucose level in the blood of patients with type 2 diabetes mellitus during therapy was accompanied by a significant decrease in LDL oxidation in vivo (the decrease in primary and secondary lipoperoxidation products). The formation of superoxide anion-radicals was observed during interaction of aminoacid L-lysine with a product of glucose oxidative metabolism-methylglyoxal, but not with a product of lipoperoxidation malonyldialdehyde. In accordance with the foregoing the administration of sugar-lowering drug metformin, which binds and utilizes methylglyoxal, caused a stronger inhibition of LDL peroxidation in the blood of patients with diabetes mellitus, probably due to decrease in methylglyoxal-dependent generation of superoxide anion-radicals. Based on the results we set out the hypothesis about autocatalytic mechanism of free radical reactions involving natural dicarbonyls and suppose the common molecular mechanism of vascular wall injury in atherosclerosis and diabetes.

LIPID PROFILE AND GENETIC MARKERS ASSOCIATED WITH THE LEVEL OF OXIDIzED LOW DENSITY LIPOPROTEIDES

“…Специфичность связывания с моноклональными антителами mAb-4E6, использу-емыми в тест-наборах Mercodia Oxidized LDL ELISA (Швеция), проверялась для МДА-модифицирован-ных ЛНП, а также глиоксаль-модифицированных ЛНП и метилглиоксаль-модифицированных ЛНП. ЛНП выделяли из плазмы крови здоровых доноров при помощи дифференциального ультрацентрифуги-рования в градиенте плотности NaBr в роторе Ti-50 на рефрижераторной ультрацентрифуге Beckman L-8 (США) по модифицированному методу [13], после чего полученные ЛНП инкубировали в течение 3 часов с МДА, глиоксалем или метилглиоксалем и диализовали в течение 12 часов при 4º С [14].…”

“…Учитывая, что при окислительном стрессе, сопровож-дающем развитие атеросклероза, и сахарном диабете в плазме крови может накапливаться не только МДА, но и другие низкомолекулярные дикарбонилы, вклю-чая гомолог МДА глиоксаль и изомер МДА метилгли-оксаль, и что глиоксаль и метилглиоксаль, подобно МДА, могут вызывать атерогенную модификацию ЛНП [2,3,13,14], мы исследовали специфичность связыва-ния МДА-модифицированных ЛНП, а также глиок-саль-модифицированных ЛНП и метилглиоксаль-модифицированных ЛНП с моноклональными антите-лами mAb-4E6, используемыми в тест-наборах Mercodia Oxidized LDL ELISA (Швеция). Выявлено, что с моно-клональными антителами mAb-4E6 преимущественно связываются МДА-модифицированные ЛНП, тогда как глиоксаль-модифицированные ЛНП и метилгли-оксаль-модифицированные ЛНП с этими антителами практически не взаимодействуют (рис.…”

Results of the Study of the Pathophysiological Effects of Dysregulation of Free-Radical Processes: Deadlock or a New Impulse?

“…Внесение глюкозы в среду инкубации при индуцированном окислении ЛПНП или фос-фолипидных липосом вызывает интенсификацию свободнорадикального окисления липидов, причем нами установлено, что в процессе соокисления ли-пидов и глюкозы происходит генерирование супе-роксидного анион-радикала, поскольку добавление СОД в систему окисления резко подавляет процесс липопероксидации [26]. Кроме того, как показано нами, взаимодействие образующегося при окислении глюкозы дикарбонила метилглиоксаля с концевой аминокислотой апопротеина ЛПНП (апоВ-100) -L-лизином -также сопровождается генерированием супероксидного радикала (подтверждено двумя не-зависимыми методами (по восстановлению синего нитротетразолия и по интенсификации хемилюми-несценции при контрольном добавлении СОД) [7,30].…”

“…Проведенные нами исследования показали, что эффективная сахароснижающая терапия больных сахарным диабетом 2-го типа с выраженными на-рушениями углеводного обмена, приводящая к нормализации уровня гликированного гемоглоби-на, сопровождается одновременным значительным снижением повышенных до терапии уровней МДА и гидроперокси-ЛПНП в плазме крови [26]. Таким образом, только подавление гипергликемиии дает псевдоантиоксидантный эффект (ингибирование свободнорадикального окисления без использования каких-либо антиоксидантных препаратов).…”

“…Одновременно установлено, что терапия метформином действительно приводит к существенному снижению уровня метилглиоксаля в крови больных сахарным диабетом [10]. В соответ-ствии с этими данными в нашем исследовании было показано, что метформин значительно более эффек-тивно снижает уровни МДА и гидроперокси-ЛПНП в плазме крови больных сахарным диабетом (в 2,5 и 5 раз соответственно), чем другое сахароснижающее средство из класса производных сульфанилмочеви-ны, которое не обладает способностью утилизиро-вать дикарбонилы [26]. Такие сильные различия в псевдоантиоксидантном действии метформина и производных сульфанилмочевины не могут быть объ-яснены различиями в сахароснижающем действии этих препаратов, поскольку уровень гликированного гемоглобина в двух группах по окончании терапии статистически значимо не отличался [26].…”