Metyloglioksal i spożycie fruktozy

Hiperglikemia oraz metabolizm fruktozy w organizmie człowieka mogą prowadzić do powstawania metyloglioksalu, związku o właściwościach toksycznych. Oto jak to się dzieje i jakie mogą być tego konsekwencje:

1. Metabolizm fruktozy i powstawanie metyloglioksalu

• Fruktoza jest metabolizowana głównie w wątrobie, gdzie ulega fosforylacji do fruktozo-1-fosforanu przez enzym fruktokinazę.
• Następnie fruktozo-1-fosforan jest rozkładany przez aldolazę B na glicerolaldehyd i fosforan dihydroksyacetonu (DHAP), które mogą wchodzić do glikolizy lub szlaku pentozofosforanowego.
• W trakcie tych procesów powstaje gliceraldehyd-3-fosforan (GA3P), który jest podatny na przekształcenie do metyloglioksalu jako produkt uboczny.
• Nadmiar fruktozy w diecie prowadzi do zwiększonego przepływu przez szlak glikolityczny, nasilając powstawanie metyloglioksalu.

2. Przekształcanie metyloglioksalu

• Metyloglioksal jest głównie neutralizowany przez system glutationowy.
• W warunkach hiperglikemii dochodzi do zwiększonego przepływu glukozy przez szlak glikolityczny.
• Jeden z głównych punktów, w którym powstaje metyloglioksal, to przemiana gliceraldehydu-3-fosforanu (GA3P) i dihydroksyacetonu fosforanu (DHAP) — metabolitów glikolizy.
• Gdy dochodzi do przeciążenia szlaku glikolitycznego, te metabolity mogą ulegać spontanicznej dehydratacji, prowadząc do powstawania metyloglioksalu. W przypadku nadmiaru metyloglioksalu może dojść do uszkodzeń komórkowych.

3. Konsekwencje nadmiaru metyloglioksalu

• Zmiany neurologiczne: Metyloglioksal może powodować stres oksydacyjny i glikację białek, prowadząc do powstawania zaawansowanych produktów końcowych glikacji (AGEs). Te produkty mogą wpływać na funkcjonowanie neuronów, powodując zaburzenia pamięci i funkcji poznawczych.
• Stłuszczenie wątroby: Nadmiar fruktozy, prowadzący do lipogenezy de novo, przyczynia się do niealkoholowego stłuszczenia wątroby (NAFLD). Metyloglioksal nasila stres oksydacyjny w hepatocytach, przyspieszając ten proces.
• Symptomy autyzmu: Istnieją pewne spekulacje, że wysoki poziom metyloglioksalu i produktów AGE może wpływać na neurozapalenie i stres oksydacyjny w mózgu. Chociaż mechanizmy te są przedmiotem badań, brak jest jednoznacznych dowodów łączących nadmiar metyloglioksalu z rozwojem autyzmu u dzieci.
• Mgła mózgowa. Mgła mózgowa to subiektywne odczucie zaburzeń poznawczych, obejmujące problemy z koncentracją, pamięcią, jasnością myślenia i ogólną funkcją poznawczą. Nadmiar metyloglioksalu może przyczyniać się jej do występowania.

Jaki to ma wszystko związek z cukrzycą?

• Metabolizm fruktozy może prowadzić do powstawania metyloglioksalu, szczególnie w przypadku nadmiernego spożycia cukrów prostych.
• Gdy spożywasz dużą ilość węglowodanów, poziom glukozy we krwi gwałtownie rośnie. Nadmiar glukozy trafia do szlaku glikolitycznego, gdzie jest przekształcana w energię. Jednak w warunkach hiperglikemii (nadmiernie wysokiego poziomu cukru we krwi) komórki nie są w stanie efektywnie przetworzyć całej glukozy. Nadmiar glukozy prowadzi do zwiększenia stężenia pośrednich metabolitów glikolizy, które mogą spontanicznie ulegać przekształceniu w metyloglioksal.
• Nadmiar tego związku może przyczyniać się do uszkodzeń neurologicznych, stłuszczenia wątroby i potencjalnie zwiększać ryzyko zaburzeń neurologicznych, choć związek z autyzmem wymaga dalszych badań.
• Metyloglioksal łatwo reaguje z białkami, tworząc zaawansowane produkty końcowe glikacji (AGEs).
• AGEs mogą uszkadzać receptory insulinowe i białka sygnalizacyjne, takie jak IRS-1 (Insulin Receptor Substrate 1), co prowadzi do zmniejszonej wrażliwości na insulinę.
• Zmniejszona sygnalizacja insulinowa prowadzi do insulinooporności — kluczowego mechanizmu w patogenezie cukrzycy typu 2.
• Komórki beta trzustki, odpowiedzialne za produkcję insuliny, są szczególnie wrażliwe na stres oksydacyjny i glikację.
• Metyloglioksal powoduje stres oksydacyjny i nasila produkcję reaktywnych form tlenu (ROS), co prowadzi do apoptozy (śmierci komórkowej) komórek beta.
• Mniejsza liczba komórek beta oznacza zmniejszoną produkcję insuliny, co prowadzi do hiperglikemii.
• AGE, powstałe w wyniku reakcji metyloglioksalu z białkami, wiążą się z receptorami RAGE (Receptor for Advanced Glycation End-products).
• Aktywacja RAGE prowadzi do przewlekłego stanu zapalnego i stresu oksydacyjnego, co dodatkowo pogarsza insulinooporność i upośledza funkcję trzustki.
• Ten mechanizm jest także związany z rozwojem powikłań cukrzycowych, takich jak neuropatia, nefropatia i retinopatia.
• U pacjentów z cukrzycą system glutationowy odpowiadający za neutralizację metyloglioksalu jest często osłabiony, co prowadzi do kumulacji metyloglioksalu i nasilenia jego toksycznych efektów.
• Dieta bogata w cukry proste, szczególnie fruktozę, może prowadzić do nadprodukcji metyloglioksalu.
• Otyłość i brak aktywności fizycznej także zwiększają poziom metyloglioksalu poprzez nasilenie stresu oksydacyjnego i zaburzenia metaboliczne.
• Z tego powodu zmiana stylu życia, redukcja masy ciała i kontrola poziomu cukru we krwi mogą pomóc zmniejszyć poziom metyloglioksalu i obniżyć ryzyko T2D.

Podsumowując

• Metyloglioksal może przyczyniać się do rozwoju cukrzycy typu 2 poprzez indukowanie insulinooporności, uszkadzanie komórek beta trzustki oraz wywoływanie stresu oksydacyjnego i stanu zapalnego.
• Zwiększona produkcja metyloglioksalu w warunkach hiperglikemii i osłabienie systemu antyoksydacyjnego dodatkowo nasilają te efekty.

#metyloglioksal #fruktoza #stłuszczeniewątroby #NAFLD #cukrzycatypu2