Патологическая физиология
doi: 10.25005/2074-0581-2023-25-3-370-379
ЛАБОРАТОРНЫЕ БИОМАРКЁРЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ

Ю.В. Быков1,2, А.А. Муравьёва1

1Кафедра анестезиологии и реаниматологии с курсом ДПО, Ставропольский государственный медицинский университет, Ставрополь, Российская Федерация
2Детская городская клиническая больница им. Г.К. Филиппского, Ставрополь, Российская Федерация

Цель: Проведён обзор литературных данных по основным лабораторным биомаркёрам повреждения мозга при сахарном диабете (СД) I и II типов. Рассмотрены нейроспецифические белки: белок S-100, нейроспецифическая энолаза, глиальный фибриллярный кислый белок, основной белок миелина и нейротрофический фактор головного мозга (ГМ), как специфические маркёры церебральной дисфункции при СД. Сделан акцент на провоспалительных цитокинах (IL-1, IL-6, фактор некроза опухоли-α, С-реактивный белок), как на лабораторных биомаркёрах, повышение которых характеризует повреждение мозговой ткани при СД I и II типов. Высокие концентрации адипокинов – воспалительных медиаторов жировой ткани – являются достоверным лабораторным признаком повреждения ГМ при данной эндокринопатии. Конечные продукты гликирования, как патогенные метаболиты оксидативного стресса (ОС), обнаруживаемые в высоких концентрациях в крови при диабете, могут служить индикаторами когнитивного дефицита на фоне СД за счёт обнаружения их высоких концентраций в крови. Повышение аутоантител к некоторым мозговым нейрорецепторам (дофамин, глутамат) могут являться специфическими лабораторными биомаркёрами повреждения ГМ при СД I типа. Необходим дальнейший поиск и разработка новых лабораторных биомаркёров мозговой дисфункции с целью улучшения диагностики церебральной недостаточности при данном заболевании.

Ключевые слова: сахарный диабет, биомаркёры, повреждение головного мозга, нейроспецифические белки, адипокины.

Скачать файл:

Литература
  1. Zhao X, Han Q, Lv Y, Sun L, Gang X, Wang G. Biomarkers for cognitive decline in patients with diabetes mellitus: Evidence from clinical studies. Oncotarget. 2018;9(7):7710-26. https://doi.org/10.18632/oncotarget.23284
  2. Rozanska O, Uruska A, Zozulinska-Ziolkiewicz D. Brain-derived neurotrophic factor and diabetes. Int J Mol Sci. 2020;21(3):841. https://doi.org/10.3390/ ijms21030841
  3. Быков ЮВ. Оксидативный стресс и диабетическая энцефалопатия: патофизиологические механизмы. Современные проблемы науки и образования. 2022;6-2:39. https://doi.org/10.17513/spno.32314
  4. Geijselaers SLC, Sep SJS, Stehouwer CDA, Biessels GJ. Glucose regulation, cognition, and brain MRI in type 2 diabetes: A systematic review. Lancet Diabetes & Endocrinology. 2015;3:75-89. https://doi.org/10.1016/S2213-8587(14)70148- 2
  5. Willette AA, Bendlin BB, Starks EJ, Birdsill AC, Johnson SC, Christian BT, et al. Association of insulin resistance with cerebral glucose uptake in late middle-aged adults at risk for Alzheimer disease. JAMA Neurology. 2015;72:1013-20. https:// doi.org/10.1001/jamaneurol.2015.0613
  6. Moran C, Beare R, Phan TG, Bruce DG, Callisaya ML, Srikanth V. Type 2 diabetes mellitus and biomarkers of neurodegeneration. Neurology. 2015;85:1123-30. https://doi.org/10.1212/WNL.0000000000001982
  7. Biessels GJ, Nobili F, Teunissen CE, Simó R, Scheltens P. Understanding multifactorial brain changes in type 2 diabetes: A biomarker perspective. Lancet Neurol. 2020;19(8):699-710. https://doi.org/10.1016/S1474-4422(20)30139-3
  8. Маркелова ЕВ, Зенина АА, Кадыров РВ. Нейропептиды как маркёры повреждения головного мозга. Современные проблемы науки и образования. 2018;5:206.
  9. Fasshauer M, Blüher M. Adipokines in health and disease. Trends Pharmacol Sci. 2015;36(7):461-70. https://doi.org/ 10.1016/j.tips.2015.04.014
  10. Menzel A, Samouda H, Dohet F, Loap S, Ellulu MS, Bohn T. Common and novel markers for measuring inflammation and oxidative stress ex vivo in research and clinical practice – which to use regarding disease outcomes? Antioxidants (Basel). 2021;10(3):414. https://doi.org/ 10.3390/antiox10030414
  11. Arnason S, Molewijk K, Henningsson AJ, Tjernberg I, Skogman BH. Brain damage markers neuron-specific enolase (NSE) and S100B in serum in children with Lyme neuroborreliosis-detection and evaluation as prognostic biomarkers for clinical outcome. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2022;41(7):1051-7. https://doi.org/ 10.1007/s10096-022-04460-1
  12. Ryan CM, van Duinkerken E, Rosano C. Neurocognitive consequences of diabetes. Am Psychol. 2016;71(7):563-76. https://doi.org/10.1037/a0040455
  13. Sergi D, Renaud J, Simola N, Martinoli MG. Diabetes, a contemporary risk for Parkinson’s disease: Epidemiological and cellular evidences. Front Aging Neurosci. 2019;11:302. https://doi.org/10.3389/fnagi.2019.00302
  14. Wootton-Gorges SL, Buonocore MH, Kuppermann N, Marcin JP, Barnes PD, Neely EK, et al. Cerebral proton magnetic resonance spectroscopy in children with diabetic ketoacidosis. Am J Neuroradiol. 2007;28:895-9.
  15. Poittevin M, Bonnin P, Pimpie C, Rivière L, Sebrié C, Dohan A, et al. Diabetic microangiopathy: Impact of impaired cerebral vasoreactivity and delayed angiogenesis after permanent middle cerebral artery occlusion on stroke damage and cerebral repair in mice. Diabetes. 2015;64(3):999-1010. https://doi. org/10.2337/db14-0759
  16. Wang DQ, Wang L, Wei MM, Xia XS, Tian XL, Cui XH, et al. Relationship between type 2 diabetes and white matter hyperintensity: A systematic review. Front Endocrinol (Lausanne). 2020;11:595962. https://doi.org/10.3389/ fendo.2020.595962
  17. Newby D, Garfield V. Understanding the inter-relationships of type 2 diabetes and hypertension with brain and cognitive health: A UK Biobank study. Diabetes Obes Metab. 2022;24(5):938-47. https://doi.org/10.1111/dom.14658
  18. Скрипченко НВ, Широкова АС. Нейроспецифическая энолаза и белок S100 – биомаркёры повреждения головного мозга. Состояние вопроса и клиническое применение. Нейрохирургия и неврология детского возраста. 2016;4:16-25.
  19. Самойлова ЮГ, Новосёлова МВ, Костюнина АК, Жукова НГ, Тонких ОС. Предикторы развития энцефалопатии у пациентов с сахарным диабетом. Проблемы эндокринологии. 2013;5:67-71. https://doi.org/10.14341/ probl201359567-71
  20. Быков ЮВ, Углова ТА. Аутоантитела к белку S-100В как предиктор тяжести течения сахарного диабета 1 типа у детей. Медицинский вестник Северного Кавказа. 2022;1:31-3. https://doi.org/10.14300/mnnc.2022.17009
  21. Lotosh HG, Savel'eva EK, Selishcheva AA, Savel'ev SV. Autoantibodies to neuron-specific proteins S100, GFAP, MBP and NGF in the serum of rats with streptozotocin-induced diabetes. Bull Exp Biol Med. 2013;155(1):48-51. https:// doi.org/10.1007/s10517-013-2077-5
  22. McIntyre EA, Abraha HD, Perros P, Sherwood RA. Serum S-100beta protein is a potential biochemical marker for cerebral oedema complicating severe diabetic ketoacidosis. Diabet Med. 2000;17:807-9. https://doi.org/10.1046/j.1464- 5491.2000.00370.x
  23. Ярец ЮИ, Малков АБ. Нейроспецифические белки крови в диагностике доклинических форм диабетической дистальной полинейропатии. Проблемы здоровья и экологии. 2018;2:60-6.
  24. Hafner A, Glavan G, Obermajer N, Živin M, Schliebs R, Kos J. Neuroprotective role of γ-enolase in microglia in a mouse model of Alzheimer’s disease is regulated by cathepsin X. Aging Cell. 2013;12(4):604-14. https://doi.org/ 10.1111/acel.12093
  25. Yu ZW, Liu R, Li X, Wang Y, Fu YH, Li HY, et al. High serum neuron-specific enolase level is associated with mild cognitive impairment in patients with diabetic retinopathy. Diabetes Metab Syndr Obes. 2020;13:1359-65. https://doi. org/10.2147/DMSO.S249126
  26. Hamed S, Metwalley KA, Farghaly HS, Sherief T. Serum levels of neuron-specific enolase in children with diabetic ketoacidosis. J Child Neurol. 2017;32(5):475-81. https://doi.org/10.1177/0883073816686718
  27. Gonzalez-Quevedo A, González-García S, Hernández-Díaz Z, Concepción OF, Sotolongo LQ, Peña-Sánchez M, et al. Serum neuron specific enolase could predict subclinical brain damage and the subsequent occurrence of brain related vascular events during follow up in essential hypertension. J Neurol Sci. 2016;363:158-63. https://doi.org/10.1016/j.jns.2016.02.052
  28. Pang Z, Kushiyama A, Sun J, Kikuchi T, Yamazaki H, Iwamoto Y, et al. Glial fibrillary acidic protein (GFAP) is a novel biomarker for the prediction of autoimmune diabetes. FASEB J. 2017;31(9):4053-63. https://doi.org/10.1096/fj.201700110R
  29. Baydas G, Nedzvetskii VS, Tuzcu M, Yasar A, Kirichenko SV. Increase of glial fibrillary acidic protein and S-100B in hippocampus and cortex of diabetic rats: Effects of vitamin E. Eur J Pharmacol. 2003;462(1-3):67-71. https://doi. org/10.1016/s0014-2999(03)01294-9
  30. Ayala-Guerrero L, García-delaTorre P, Sánchez-García S, Guzmán-Ramos K. Serum levels of glial fibrillary acidic protein association with cognitive impairment and type 2 diabetes. Arch Med Res. 2022;53(5):501-7. https://doi.org/10.1016/j. arcmed.2022.06.001
  31. Galiano MR, Andrieux A, Deloulme JC, Bosc C, Schweitzer A, Job D, et al. Myelin basic protein functions as a microtubule stabilizing protein in differentiated oligodendrocytes. J Neurosci Res. 2006;84(3):534-41. https://doi.org/10.1002/ jnr.20960
  32. Pesaresi M, Giatti S, Calabrese D, Maschi O, Caruso D, Melcangi RC. Dihydroprogesterone increases the gene expression of myelin basic protein in spinal cord of diabetic rats. J Mol Neurosci. 2010;42(2):135-9. https://doi. org/10.1007/s12031-010-9344-y
  33. Nam SM, Kwon HJ, Kim W, Kim JW, Hahn KR, Jung HY, et al. Changes of myelin basic protein in the hippocampus of an animal model of type 2 diabetes. Lab Anim Res. 2018;34(4):176-84. https://doi.org/10.5625/lar.2018.34.4.176
  34. Самойлова ЮГ, Новосёлова МВ, Жукова НГ, Тонких ОС. Анализ роли нейроспецифических белков в диагностике когнитивной дисфункции у пациентов с сахарным диабетом. Сахарный диабет. 2014;2:83-90. https://doi. org/10.14341/DM2014283-90
  35. Ehtewish H, Arredouani A, El-Agnaf O. Diagnostic, Prognostic, and mechanistic biomarkers of diabetes mellitus-associated cognitive decline. Int J Mol Sci. 2022;23(11):6144. https://doi.org/10.3390/ijms23116144
  36. Zhen YF, Zhang J, Liu XY, Fang H, Tian LB, Zhou DH, et al. Low BDNF is associated with cognitive deficits in patients with type 2 diabetes. Psychopharmacology. 2012;227:93-100. https://doi.org/10.1007/s00213-012-2942-3
  37. Murillo Ortiz B, Ramirez Emiliano J, Ramos-Rodriguez E, Martinez-Garza S, Macias-Cervantes H, Solorio-Meza S, et al. Brain-derived neurotrophic factor plasma levels and premature cognitive impairment/dementia in type 2 diabetes. World J Diabetes. 2016;7:615-20. https://doi.org/10.4239/wjd.v7.i20.615
  38. Passaro A, Nora ED, Morieri ML, Soavi C, Sanz JM, Zurlo A, et al. Brain-derived neurotrophic factor plasma levels: Relationship with dementia and diabetes in the elderly population. Journals Gerontol. Ser. A. 2014;70:294-302. https://doi. org/10.1093/gerona/glu028
  39. Zilliox LA, Chadrasekaran K, Kwan JY, Russell JW. Diabetes and cognitive impairment. Curr Diab Rep. 2016;16:87. https://doi.org/10.1007/s11892-016- 0775-x
  40. Gaspar JM, Babtista FI, Macedo MP, Ambrósio AF. Inside the diabetic brain: Role of different players involved in cognitive decline. ACS Chem Neurosci. 2016;7:131- 42. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.5b00240
  41. Marioni RE, Strachan MW, Reynolds RM, Lowe GD, Mitchell RJ, Fowkes FGR, et al. Association between raised inflammatory markers and cognitive decline in elderly people with type 2 diabetes: The Edinburgh Type 2 Diabetes Study. Diabetes. 2010;59:710-3. https://doi.org/10.2337/db09-1163
  42. Gorska-Ciebiada M, Saryusz-Wolska M, Borkowska A, Ciebiada M, Loba J. Serum levels of inflammatory markers in depressed elderly patients with diabetes and mild cognitive impairment. PLoS ONE. 2015;10:e0120433. https://doi. org/10.1371/journal.pone.0120433
  43. Liu Y, Liu F, Grundke-Iqbal I, Iqbal K, Gong CX. Deficient brain insulin signalling pathway in Alzheimer’s disease and diabetes. J Pathol. 2011;225:54-62. https:// doi.org/10.1002/path.2912
  44. Arnoldussen IA, Kiliaan AJ, Gustafson DR. Obesity and dementia: Adipokines interact with the brain. Eur Neuropsychopharmacol. 2014;24:1982-99. https:// doi.org/10.1016/j.euroneuro.2014.03.002
  45. Davis C, Mudd J, Hawkins M. Neuroprotective effects of leptin in the context of obesity and metabolic disorders. Neurobiol Dis. 2014;72:61-71. https://doi. org/10.1016/j.nbd.2014.04.012
  46. Labad J, Price JF, Strachan MW, Deary IJ, Seckl JR, Sattar N, et al. Serum leptin and cognitive function in people with type 2 diabetes. Neurobiol Aging. 2012;33:2938-41.e2. https://doi.org/10.1016/j.neurobiolaging.2012.02.026
  47. Garcia-Casares N, Garcia-Arnes JA, Rioja J, Ariza MJ, Gutierrez A, Alfaro F, et al. Alzheimer’s like brain changes correlate with low adiponectin plasma levels in type 2 diabetic patients. J Diabetes Complications. 2016;30:281-6. https://doi. org/ 10.1016/j.jdiacomp.2015.12.001
  48. Yang Y, Hu SH, Zhang JH, Zhang MX. Alzheimer-like hyperphosphorylation of tau in brains of rats with obesity and type 2 diabetes. Prog Biochem Biophys. 2006;33:458-64.
  49. Spauwen PJJ, Van Eupen MGA, Köhler S, Stehouwer CDA, Verhey FRJ, Van Der Kallen CJH, et al. Associations of advanced glycation end-products with cognitive functions in individuals with and without type 2 diabetes: The Maastricht Study. J Clin Endocrinol Metab. 2015;100:951-60. https://doi.org/10.1210/jc.2014-2754
  50. Wang P, Huang R, Lu S, Xia W, Cai R, Sun H, Wang S. RAGE and AGEs in mild cognitive impairment of diabetic patients: A cross-sectional study. PLoS ONE. 2016;11:e0145521. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0145521
  51. Robinson R, Krishnakumar A, Paulose CS. Enhanced dopamine D1 and D2 receptor gene expression in the hippocampus of hypoglycaemic and diabetic rats. Cell Mol Neurobiol. 2009;29(3):365-72. https://doi.org/10.1007/s10571- 008-9328-4
  52. Qaddumi WN, Jose PA. The role of the renal dopaminergic system and oxidative stress in the pathogenesis of hypertension. Biomedicines. 2021;9(2):139. https:// doi.org/10.3390/biomedicines9020139
  53. Быков ЮВ, Батурин ВА. Определение уровней аутоантител к нейрорецепторам у детей больных сахарным диабетом 1-го типа. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2022;66(4):61-6. https://doi. org/10.25557/0031-2991.2022.04.61-66

Сведения об авторах:

Быков Юрий Витальевич,
кандидат медицинских наук, ассистент кафедры анестезиологии и реаниматологии с курсом ДПО, Ставропольский государственный медицинский университет; врач анестезиолог-реаниматолог, Ставропольская детская городская клиническая больница им. Г.К. Филиппского
ORCID ID: 0000-0003-4705-3823
E-mail: yubykov@gmail.com

Муравьёва Алла Анатольевна,
кандидат медицинских наук, доцент кафедры анестезиологии, реаниматологии с курсом ДПО, Ставропольский государственный медицинский университет
ORCID ID: 0000-0002-4460-870X
Е-mail: muravyeva81@mail.ru

Информация об источнике поддержки в виде грантов, оборудования, лекарственных препаратов

Финансовой поддержки со стороны компаний-производителей лекарственных препаратов и медицинского оборудования авторы не получали

Конфликт интересов: отсутствует

Адрес для корреспонденции:

Быков Юрий Витальевич
кандидат медицинских наук, ассистент кафедры анестезиологии и реаниматологии с курсом ДПО, Ставропольский государственный медицинский университет

355031, Российская Федерация, г. Ставрополь, ул. Мира, 310

Тел.: +7 (962) 4430492

E-mail: yubykov@gmail.com

◄ Возврат к списку