Studie: Hoher Blutzucker erhöht das Thromboserisiko

Eine Studie der Universität von São Paulo, Brasilien, hat untersucht, wie hoher Blutzucker (als Erscheinungsform von Diabetes) Thrombosen verursachen kann.

Laut den Autoren sind anhaltende Hyperglykämie und diabetische Ketoazidose mit einem erhöhten Thromboserisiko verbunden, da sie eine endotheliale Dysfunktion verursachen, wobei die Bindung von Blutplättchen an Endothelzellen die Thrombusbildung auslöst. Die Studie zeigte, dass peri-/epizelluläre Proteindisulfidisomerase A1 (pecPDI) die Blutplättchen-Endothel-Interaktion bei Hyperglykämie durch adhäsionsbezogene Proteine ​​und Veränderungen in der Endothelmembranbiophysik reguliert. „Wir haben herausgefunden, dass ein Signalweg dieses PDI in Endothelzellen Thrombosen bei Diabetes vermittelt, wenn Hyperglykämie vorliegt. Dabei handelt es sich um einen spezifischen molekularen Mechanismus, den wir identifiziert haben“, berichtet Laurindo.

Hintergrund: PDI ist ein Enzym, das im endoplasmatischen Retikulum vorkommt und die klassische Funktion hat, die Einfügung von Disulfidbrücken in entstehende Proteine ​​zu katalysieren, damit diese in der richtigen Form zusammenwachsen, d. h. damit sich die Aminosäurekette faltet und die dreidimensionale Struktur bildet, die das Molekül funktionsfähig macht. Es kommt auch im extrazellulären Raum als pecPDI vor, ein Pool, der in verschiedenen Zelltypen, darunter Blutplättchen und Endothelzellen, abgesondert oder an die Zelloberfläche gebunden wird. Studien haben gezeigt, dass pecPDI in mehreren Modellen die Thrombose reguliert.

Die Untersuchung wurde von Francisco Laurindo, Letztautor der Studie und Professor an der Medizinischen Fakultät der Universität von São Paulo, Brasilien. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Journal of Thrombosis and Haemostasis“ veröffentlicht.

Verlauf der Studie

Um die Interaktion zwischen Blutplättchen und Endothel bei Hyperglykämie zu untersuchen, erstellten die Forscher ein Modell mit Endothelzellen aus menschlichen Nabelschnurvenen, die in unterschiedlichen Glukosekonzentrationen kultiviert wurden, um normoglykämische und hyperglykämische Zellen zu erzeugen, und bewerteten den Beitrag von PDI mithilfe von Ganzzell-PDI- oder PecPDI-Inhibitoren. Die Zellen wurden mit Blutplättchen von gesunden Spendern inkubiert. Die Blutplättchen hafteten in hyperglykämischen Zellen fast dreimal stärker als in normoglykämischen. Eine PDI-Hemmung kehrte diesen Effekt um und die Forscher kamen zu dem Schluss, dass der Prozess durch endotheliale pecPDI reguliert wird.

Um das Ergebnis besser zu verstehen, untersuchten sie biophysikalische Prozesse wie die Umgestaltung des Zytoskeletts von Endothelzellen und stellten fest, dass hyperglykämische Zellen besser strukturierte Aktinfilamentfasern hatten als normoglykämische Zellen. Sie maßen auch die Produktion von Wasserstoffperoxid, einer oxidierenden Verbindung, da reaktive Sauerstoffspezies Mediatoren der Umgestaltung des Zytoskeletts und der Zelladhäsion sind. Hyperglykämische Zellen produzierten doppelt so viel Wasserstoffperoxid wie normoglykämische Zellen.

Anschließend untersuchten die Forscher, ob die Neuorganisation des Zytoskeletts die Steifheit der Zellmembran beeinflusst, da die Steifheit des Substrats die Blutplättchenhaftung erhöht. Mithilfe der Rasterkraftmikroskopie zeigten sie, dass hyperglykämische Zellen steifer waren als normoglykämische Zellen.

Die Mikroskopaufnahmen zeigten auch die Bildung von Zellverlängerungen mit extrazellulären Vesikeln, die sich von den Verlängerungen zu lösen schienen. Diese Beobachtung veranlasste die Forscher, das Sekretom zu untersuchen, um herauszufinden, ob es Proteine ​​enthält, die die Thrombozytenadhäsion verstärken. „Der Zweck dieses Experiments bestand darin, Proteine ​​zu entdecken, die ausschließlich von hyperglykämischen Zellen exprimiert werden oder in diesen vorhanden sind, nicht aber in Kontrollzellen oder Zellen, die mit PDI-Inhibitoren behandelt wurden“, erklärt Gaspar. Im Sekretom fanden sie 947 Proteine, aus denen sie acht mit einer Rolle bei der Zelladhäsion auswählten. Anschließend unterdrückten sie die Genexpression von drei dieser Proteine ​​mithilfe von RNA-Interferenz und fanden zwei Proteine, SLC3A2 und LAMC1, als Modulatoren der Thrombozytenadhäsion. SLC3A2 ist ein Membranprotein und LAMC1 ist die Gamma-Untereinheit von Laminin 1, einem Schlüsselbestandteil der extrazellulären Matrix.

Die Schlussfolgerung war, dass die Exposition gegenüber Hyperglykämie die Sekretion spezifischer adhäsionsgebundener Proteine ​​induzierte und dass die Hemmung von PDI und pecPDI die Sekretion dieser Proteine ​​durch Endothelzellen verhinderte.