Post-Amadori AGE inhibition as a therapeutic target for diabetic complications: a rational approach to second-generation Amadorin design

Khalifah RG, Chen Y, Wassenberg JJ.

BioStratum Incorporated, 4620 Creekstone Dr., Durham, NC 27703, USA. rkhalifah@biostratum.com

Aminoguanidine and pyridoxamine (Pyridorintrade mark), two major inhibitors of advanced glycation end product (AGE) formation, have entered clinical trials for diabetic nephropathy. They share no structural similarity and are believed to inhibit AGE formation by entirely different mechanisms. Pyridoxamine is a post-Amadori AGE inhibitor-that is, an “Amadorin”-whereas aminoguanidine primarily scavenges reactive dicarbonyl precursors to AGEs. However, pyridoxamine also has a limited potential to react with dicarbonyls. We thus embarked on an effort to develop second-generation Amadorins with low nucleophilicity. Our hypothesis was that we could improve specificity for inhibiting the post-Amadori pathway by minimizing the potential for scavenging small dicarbonyl intermediates. This mechanism-based strategy has led to a rational drug design program that has successfully produced candidate Amadorins, among them the novel compound BST-4997. This Amadorin has greater post-Amadori potency than pyridoxamine but possess no dicarbonyl scavenging activity. Prototypical inhibitors like BST-4997 provide a unique tool to help identify relevant AGE pathways that contribute to diabetic complications. Targeting AGE inhibition differs significantly from traditional approaches to drug discovery and thus represents a new paradigm for the drug industry that should be recognized.

Reduceti AGE din dieta zilnica

AGE sunt găsite, de asemenea, în mod natural în produsele alimentare prime.

Alimentele pe bază de carbohidraţi, conţin cele mai mici cantităţi de AGE. În categoria produselor alimentare cu conţinut de cea mai mare AGE au fost produsele procesate, datorita atat temperaturilor inalte de gatit cat si presiunilor inalte pt. a crea forme şi texturi de cereale prelucrate, biscuiti, covrigei şi alte alimente prelucrate.La cereale, leguminoase şi legume cu amidon şi panificaţie au fost mult mai mici. Cele mai scăzute valori AGE au fost măsurate în grupul de lapte, apoi legume şi fructe, cu mai multe portii zilnice de lactate, inclusiv oua, peste, pasari si proteine vegetale ca surse de proteine majore va fi scăzut pe scara AGE.

****
Efectul grill-ulUI, broiling şi coacerea la cuptor devin şi mai pronunţate deja la alimentele bogate in AGE, în special  carne roşie.  Este bun conţinutul scăzut de grăsime, dar nu este bun nivelul foarte ridicat de AGE produse de tempertura mare a cuptorului. Dacă aveţi deja un diagnostic de boli de inima, diabet sau boli renale, sau ştiţi că aveţi risc crescut de apariţie a acestor boli, puteti mentine o sanatate mai buna daca veti controla AGE din dieta dumneavoastră.

Stresul oxidativ prin radicalii liberi cresc glicozilarea hemoglobinei  in disfunctia renala

Flavonoizii sint polifenoli si inhiba formarea de rectii de incrucisare AGEs de glicare a pentozidinei cu incubarea de glucoza.

Hidraţii de carbon nu sunt sursa majoră de AGE din dieta americană, care sunt legate de aceste potenţiale efecte nocive. Produsele de origine animală şi  alimentele bogate in grasimi sunt cele mai mari  contribuitoare a AGE in dieta. Pt. sanatate se recomanda trecerea de la dieta americana la o dieta saraca in grasimi şi proteine animale sau produse de origine animala.  În plus, trecerea de la glucide rafinate şi prelucrate, care sunt gătite prin prăjire la temperaturi ridicate , la produse dulci nerafinate, neprocesate este de asemenea importantă.

Tabel (AGE), conţinutul in
produsele alimentare preparate prin metode standard de gătit

Grasimile
Migdale, prăjite 66.5 ku / g
Ulei, de măsline 120 ku / mL
Unt ku 265 / g
Maioneza 94 ku / g
Proteinele
Piept de pui, fript 15 min 58 ku / g
Piept de pui, prajit 15 min 61 ku / g
Carne de vita, fiarta 1 h 22 ku / g
Carne de vită, fript 15 min 60 ku / g
De ton, prăjit 40 min 6 ku / g
De ton, fript 10 min 51 ku / g
Cascaval, American 87 ku / g
Cascaval, Brie 56 ku / g
Egg, prajit 27 ku / g
Gălbenuş de ou, fierte 12 ku / g
Tofu, prime 8 ku / g
Tofu, fript 41 ku / g
Carbohidrati
Paine, g-întregul centru de grâu 0.54 ku /
Pancake, casa 10 ku / g
Lapte de vaca, integral 0.05 ku / mL
Enfamil (formula pentru sugari) 4.86 ku / mL
Mar      0.13 ku / g
Banana 0.01 ku / g
Morcovi 0.1 ku / g
Fasole verde 0.18 ku / g

AGE continut in alimente (per serving)

legume
Porumb, 20
Cartofi dulci, prăjiti, 72
cartofi fierti,  17
cartofi, cartofi prajiti frantuzesti, în casă, 694
cartofi,

cartofi prajiti, fast-food, 1522
cartofi prăjiti, 45 min, preparati cu 5 ml ulei, 218

Cereale / legume / Cereale
Bean, rosu rinichi, brut, 116
Bean, rosu rinichi, conserve, 191
Bean, rosu rinichi, fierte, 1 h, 298
Paste, gătite 8 min, 112
Bran fulgi, 10
Fulgi de porumb, 70
Mătuit fulgi, 128
Fulgi de ovăz, uscat, instant, 4
Fulgi de ovăz, fierte, instant 25

Pâine
Pâine integrală de grâu, la centru, 16
Pâine integrală de grâu, centru de toasted, 25
Pâine integrală de grâu, coaja, 22
Pâine integrală de grâu, coaja, toasted, 36
Pita de buzunar, 16

Fructe
mar 13
mar  la cuptor, 45
Banana, 9
Cantaloupe, 20
Stafide, 36

High Fat Plant Foods
Migdale, prăjite, 1995
Avocado, 473
Cashews, prăjite 2942
Olive, coapte 501
Unt de arahide, 2255
Nuci, prăjite 2366

High Fat produse de origine animală

Crema de brânză, 3265
Maioneza, 9470
Unt, 1324

Carne de vită
Frankfurter, fiert 7 min, 6736
Frankfurter, broiled 5 min, 10143
Hamburger, prăjit 6 min, 2375
Hamburger, fast-food, 4876
Meatball, fierte în sos, 2567
Bacon, cuptor cu microunde, 1173
sunca, afumata, 2114
Carnea de porc prăjita, 4277

Piept de pui
Aburi 10 min şi broiled 12 min, 5071
Pan prăjit 10 min şi fiert 12 min, 5706

Piept de pui,  cotlet
Brut, 692
Fiert 1 h, 1011
Broiled 15 min, 5245
Fried 8 min, 6651
Prăjit, sos pentru grătar, 4291
Prăjit, pesmet, 4102
Prăjit, pesmet, cuptor cu microunde, 1 min, 5157

Peşte
Somon, brut, 502
Salmon, afumat, 515
Trout, brut, 705
Trout, prăjit 25 min, 1924

Branza
Americana 2603
Americana 1425
Brânza, 1744
Feta 2527
Mozzarella, 503
Parmezan, rasă, 2535

Produsele alimentare cu fructoză, galactoză şi / sau AGE
Cereale pentru micul dejun:(Granola, cu struguri, cu nuci, Froot Loops, Musli)

Soda Pop, sucul de fructe (chiar dacă suc pur de fructe), precum şi alte băuturi cu zahar inclusiv energetice şi Sport Drinks.
Produse de brutarie: prajituri coapte, plăcintă, gogosi, cornuri, tort, etc .
Notă: produsele de panificaţie au un nivel ridicat de grasimi.

AGE – produsii de glicozilare

O reacţie chimică ce produce îmbătrânirea este procesul numit glicozilare. Zahărul se leagă de proteină în interiorul celulelor. Se formeaza pe o cale non-enzimatica prin expunerea normala a hemoglobinei obisnuite la niveluri crescute ale glucozei sanguine.

Imbatranirea constituie totalitatea modificarilor biochimice, morfologice si fiziologice ce au ca rezultat descresterea progresiva, in decursul timpului, a capacitatii functionale a organismului.

In alimente, concentratia AGE creste cu atat mai mult cu cat temperatura de pregatire este mai ridicata, umiditatea este mai scazuta, iar timpul de expunere este mai lung. Rolul AGE in aparitia complicatiilor cardiovasculare si diabetice este mult discutat.

Hemoglobina pe care este fixata o molecula de glucoza. Hemoglobina glicozilata (HbA1c) este utilizata pentru supravegherea eficacitatii unui tratament pe durata lunga la diabetici.

Indiferent de motivul aparitiei ei, hiperglicemia cronica sta la baza producerii leziunilor cronice specifice DZ. Efectele ei negative se manifesta prin fortarea unor cai metabolice anormale, dintre care cele mai importante sunt:

– glicozilarea neenzimatica si enzimatica a proteinelor;

– activarea excesiva a caii poliol;

– stimularea producerii radicalilor liberi de oxigen si a peroxidarii lipidelor, in special a LDL-C (low density lipoprotein colesterol) si scaderea capacitatii antioxidante

 In cadrul hiperglicemiei, organismul incearca sa metabolizeze in mod accelerat glucoza. Acest lant de reactii chimice contribuie la scaderea glicemiei, dar genereaza totodata o serie de produsi intermediari toxici care intra la randul lor la sinteza asa-numitilor produsi avansati de glicozilare (advanced glycation end products – AGE)(2). Cele 4 cai de degradare mentionate mai sus sunt implicate in patologia complicatiilor diabetului zaharat, cu un accent deosebit pe AGE(3,4). Acestia din urma sunt o clasa heterogena de substante care rezulta din glicozilarea neenzimatica a proteinelor, lipoproteinelor sau acizilor nucleici.

 Un exemplu de precursor al AGE este hemoglobina glicozilata. AGE se situeaza la capatul unui lant de reactii chimice ai caror produsi intermediari sunt asanumitele baze Schiff, precum si produsii Amadori si constituie substante deosebit de stabile chimic. Aceasta proprietate ii face rezistenti la degradare si duce la acumularea lor in organism. AGE provin fie din surse exogene (alimentatie, fumat), fie sunt sintetizati endogen. Concentratii crescute de AGE pot fi masurate, printre altele, la pacienti cu diabet zaharat (surplus de substrat – glucoza) sau in cadrul insuficientei renale (eliminarea AGE se face preponderent renal).

 Efectele patologice ale AGE rezida in primul rand in faptul ca substantele astfel modificate isi pierd o parte din proprietati (ex. enzime, proteine structurale, acizi nucleici etc.). in al doilea rand, o serie de celule (endoteliale, adipocite, monocite etc.) poseda receptori de suprafata pentru AGE (RAGE). Prin legarea AGE de acesti receptori, sunt stimulate stresul oxidativ si inflamatia si se declanseaza reactii care in final dau nastere disfunctiei endoteliale si adipocitare.

 Efectele daunatoare ale hiperglicemiei asupra disfunctiei neuronale si endoteliale, stresului oxidativ, precum si a sintezei de AGE. Date in vitro publicate de Hammes, Brownlee si colaboratorii demonstreaza ca benfotiamina blocheaza trei patomecanisme majore ale hiperglicemiei. Intr-un alt studiu, atat tiamina, cat si benfotiamina au imbunatatit replicarea si au redus formarea de AGE in celule endoteliale cultivate in conditii de hiperglicemie.

Adiponectina joaca un rol important in pastrarea sensibilitatii la insulina, precum si in protectia cardiovasculara. Pacientii cu DZ au in mod paradoxal o concentratie scazuta de adiponectina si orice scadere suplimentara, fie ea si tranzitorie, poate fi in detrimentul organismului.

Celula adipoasa, considerata multa vreme o celula inerta din punct de vedere secretor si cu rol aproape exclusiv de depozitare a lipidelor, si-a revelat in ultimele decenii capacitatea de a secreta o multitudine de substante (adipokine, citokine) cu rol de reglare a insulinorezistentei, satietatii, inflamatiei, functiei sexuale, functiei endoteliale etc.

Nivelurile ridicate ale glucozei pot determina imbatranirea mai rapida a intregului organism, un gand departe de a fi imbucurator. Pe scurt, valorile mari ale glicemiei, ca si consumarea unor cantitati mari de zahar, va pot vatama creierul, accelerand procesul de imbatranire prin reactiile chimice din celule.

Renumitul specialist Anthony Cerami de la Institutul Picower pentru Cercetari Medicale din Manhas-set, New York, a explicat ca glucoza din sange reactioneaza cu proteinele creand aberantele asa-numite glicoproteine ori proteine incrucisate\” ‘ un fel de resturi celulare care se acumuleaza in celule, dereglandu-le mecanismele. Aceste proteine deteriorate de zahar devin galben-cafenii; ele sunt numite produsi finali de glicozilare avansata (AGE) si accelereaza imbatranirea. Ele provoaca ingalbenirea\” oaselor, rigidizarea articulatiilor, intarirea si obturarea vaselor de sange si functionarea defectuoasa a organelor, inclusiv a creierului. Procesul, spune dr. Cerami, seamana cu ceea ce se intampla cu un pui pus la cuptor. Pielea ii devine cafenie si crocanta. Trecem si noi prin acest proces, datorita temperaturii corpului, pe masura ce imbatranim. In esenta, ne coacem foarte incet pe durata vietii”, spune el. In celulele nervoase, acest proces de coacere nu arata prea bine.\’ Acesti produsi finali de glicozilare avansata sunt la fel de periculosi pentru creier ca si radicalii liberi. De fapt, produsii isi duc la indeplinire distrugerea generand radicalii liberi.

Cercetatorii care incearca sa descopere misterul imbatranirii umane stiu despre acesti produsi finali de glicozilare avansata de ceva vreme si cred ca vinovate pentru acestia sunt nivelurile de glucoza care circula in sange ‘ cu cat glicemia este mai mare, cu atat creste cantitatea acestora. Proteinele deteriorate de zahar sunt foarte numeroase in sangele diabeticilor.

Cercetatorii germani afirma ca produsii finali de glicozilare avansata reprezinta prima etapa catre afectiunea diabetica numita neuropatie. Ei considera de asemenea ca acest proces de glicozilare\” este vinovat de distrugerea celulelor cerebrale, care conduce la instalarea bolilor ne-urodegenerative, inclusiv Alzheimer, si posibil, la pierderea memoriei legata de inaintarea in varsta. Un eminent cercetator, Siegfried Hoyer de la Universitatea din Heildelberg, sugereaza ca unele forme de Alzheimer sunt legate de anormalitati in felul in care creierul meolizeaza glucoza, din care rezulta cantitati excesive de produsi finali de glicoziiare avansata ce distrug nervii, radicalii liberi si formarea de gheme neurofibrilare care ucid celulele cerebrale.

Efecte ale AGEs (produsilor de glicare avansata)

Concentratia de hemoglobina glicozilata si de albumina glicozilata a persoanelor normale este proportionala cu valoarea ingerata. Aprox. 10% din AGEs mancate sunt absorbite si aproximativ 2/3 din AGEs absorbite sunt pastrate in forme bioreactive in organism dupa ce 1/3 sunt eliminate in urina.

 Hipertensiunea si hipercolesterolul sunt cauzate de alimentatia cu AGEs si fructoză şi galactoză.

Inhibitorii de AGEs nu blocheaza, ci doar reduc AGEs.

 Nivelurile de AGEs in colagenul din piele la persoanele cu diabet tip 1 pot prevedea viitoarele daune la nivelul nervilor si al ochilor.

AGEs de asemenea sunt cunoscute ca indici pentru progresia complicaţiilor diabetice. Următorul nivel de tratament este de a începe reducerea de AGE dietetice şi fructoză şi galactoză.