Efectos patogénicos de los productos finales de glicación avanzada en el proceso de envejecimiento-enfermedad

RESUMEN Los productos finales de glicación avanzada -conocidos como productos de la reacción de Maillard-, formados por glicación directa no enzimática de azúcares reductores con grupos amino libres de proteínas, provocan cambios estructurales y funcionales en las mismas, cuya producción endógena es incrementada con la edad, el estrés oxidativo, así como por factores externos, provocando envejecimiento prematuro y enfermedades degenerativas. El objetivo de la revisión fue obtener una visión actualizada de los avances en investigaciones sobre los efectos de productos finales de glicación avanzada y su interrelación con el estrés oxidativo en el proceso de envejecimiento-enfermedad. En la revisión se consideraron los principales artículos más recientes sobre el tema en las bases de datos PubMed, SciELO, ClinicalKey y LILACS. Se evidencian los efectos patogénicos de los productos finales de glicación avanzada que contribuyen al estrés oxidativo y a la inflamación, de forma especial en el envejecimiento prematuro, diabetes, enfermedad cardiovascular y en otras enfermedades neurodegenerativas, como un aspecto preocupante en el tema del envejecimiento poblacional y su enorme costo para la sociedad futura.

ABSTRACT The advanced glycation end-products-known like products of the Maillard reaction-formed by a direct non-enzymatic glycation of reducing sugars with amino groups free of proteins, cause structural and functional changes in them, whose endogenous production is incremented with age, oxidative stress, as well as by external factors, causing premature aging and degenerative diseases. The objective of the review objective was to obtain an updated view of the advances in research on the effects of the advanced glycation end products and their interrelation with the oxidative stress in the aging-disease process. In the review the authors considered the most recent leading articles on the topic published in the databases PubMed, SciELO, ClinicalKey and LILACS. The pathogenic effects of the advanced glycation end products that contribute to oxidative stress and inflammation are evidenced, especially in premature aging, diabetes, cardiovascular disease and other neurodegenerative diseases, as a worrying aspect in the issue of population aging and its enormous cost for future society.

Activación inmune por productos finales de glicación avanzada

Con el objetivo de revisar los avances recientes en la biología de los productos de glica- ción avanzada y su papel en diversas patologías de alta relevancia en salud pública, se realizó una búsqueda dirigida de la bibliografía entre los años 2000 al 2021 en la base de datos PubMed (NCBI) y se usaron como palabras clave "advanced glycation end pro- ducts". Se ha demostrado que el receptor de productos de glicación avanzada induce una activación sostenida del factor de transcripción proinflamatorio NF-kB y suprime una serie de funciones autorreguladoras endógenas. Este efecto influye negativamente en una gran variedad de patologías como diabetes, autoinmunidad, neurodegeneración y enfermedades infecciosas. La acumulación tisular de productos de glicación avanzada está relacionada con procesos de inflamación crónica y disfunción celular, y constituye un blanco prometedor para el diseño de tratamientos enfocados en esta vía de señali- zación. Actualmente se realizan múltiples ensayos clínicos para determinar su utilidad como marcador de lesiones pulmonares en COVID-19.

To review recent advances in the biology of advanced glycation endproducts and its role in diverse pathologies of high relevance for public health, a survey of the literature from the years 2000 to 2021 was performed in PubMed (NCBI) using the key words "advanced glycation endproducts". It has been demonstrated that the receptor for advanced glyca- tion endproducts (RAGE) induces a sustained activation of the pro-inflammatory tran- scription factor NF-kB and suppresses a series of endogenous self-regulating functions. This affects negatively on a wide variety of pathological conditions such as diabetes, au- toimmunity, neurodegeneration and infectious disease. Tissular accumulation of AGEs is linked to chronic inflammation and cellular dysfunction and constitutes a promising target for the design of treatments focused on this signaling pathway. Multiple clinical trials are currently underway to define its usefulness as a marker of pulmonary lesions in COVID-19.

Más allá de la Diabetes mellitus: glicación de proteínas / Beyond Diabetes Mellitus: protein glycosylation

Las evidencias que apoyan la hiperglucemia crónica como causante de una serie de complicaciones macro y mi-crovasculares son abrumadoras. Las alteraciones fisiopatológicas que se derivan de esta patología van más allá del significado de niveles elevados de glucosa, como consecuencia de una secreción adecuada de insulina o una resistencia de los tejidos al ingreso de glucosa a las células. Las consecuencias de estos niveles elevados de glucosa por tiempo prolongado, en última instancia conducen a la glicación de las proteínas, cuyas consecuencias es un funcionamiento deficiente, además de la formación de productos finales de glicación avanzada. La evaluación de la hemoglobina glicosilada, o la albumina glicada son indicadoras del tiempo que llevan las proteínas expuestas a altas concentraciones de glucosa o al estado glicémico del paciente, pero también intervienen en complicaciones a largo plazo como la nefropatía diabética. La consecuencia de estas proteínas glicadas y la formación de produc-tos avanzados de glicación es el mal funcionamiento de órganos vitales, envejecimiento y desarrollo de enferme-dades degenerativas como el Alzheimer.

The evidence supporting chronic hyperglycemia as the cause of a series of macro and microvascularcomplications are devastating. Pathophysiologic changes that result from this condition go beyond the meaning of high levels of glucose, as a result of inadequate insulin secretion or tissue resistance to the entry of glucose into cells. The consequences of these high glucose levels for prolonged periods, ultimately lead to the glycation of proteins, the consequences of a malfunction, in addition to the formation of advanced glycation end products. The evaluation of glycated hemoglobin, glycated albumin or time are indicative proteins bearing exposed to high concentrations of glucose or glycemic condition of the patient, but also involved in long-term complications as diabetic nephrop-athy. The consequence of these glycated proteins and the formation of advanced glycation end products are the malfunction of vital organs aging and development of degenerative diseases like Alzheimer's

Efectos de los productos de glicación avanzada (AGEs) y alendronato sobre el desarrollo osteoclástico: posibles mecanismos de acción / Effect of Advanced Glycation Endproducts and Alendronate on osteoclastic development: possible mechanisms of action

Introducción: En la Diabetes Mellitus se ha descripto un incremento en el riesgo de fracturas, las cuales podrían asociarse a la acumulación de productos de glicación avanzada (AGEs) que alteran la función de los osteoclastos (Oc), células gigantes multinucleadas encargadas de resorber el hueso. Los bifosfonatos (BP), drogas ampliamente usadas en enfermedades áseas, inhiben la actividad resortiva de los Oc, aunque su uso en pacientes diabéticos es controversial. Objetivo: Estudiar el efecto de AGEs y alendronato sobre el desarrollo de Oc en cultivo, así como los posibles mecanismos involucrados en la acción de estos agentes. Materiales y Métodos: Se cocultivaron macráfagos Raw264.7 y osteoblastos UMR-106 durante 8 días, con BSA o AGE (50-200 µg/ml), con o sin alendronato (10-8-10-4M). Se evaluá el efecto de estas condiciones de cultivo sobre la formación de Oc (número de los mismos, y actividad de fosfatasa ácida tartrato-resistente [TRAP] ), la expresión de RAGE (Receptor de AGEs) en los Oc, y la expresión del ligando de RANK (RANKL) en los osteoblastos por inmunofluorescencia indirecta. Resultados: Los AGEs (50-200 µg/ml) inhibieron en forma dosis-dependiente la TRAP (10-30 %) y el número de osteoclastos generados (55 %), similarmente a lo inducido por bajas dosis de alendronato (10-8M-10-6M). La coincubación de bajas dosis de alendronato con 100 µg/ml de AGEs no indujo una inhibición adicional a la de los AGEs sobre la actividad de TRAP o el número de Oc. Altos niveles de alendronato (10-5M-10-4M) inhibieron la actividad TRAP (20-25 % respecto a BSA y 17 % respecto de AGEs), así como el número de Oc desarrollados en presencia de AGEs (16 % con respecto a AGEs). Los Oc incubados en presencia de 100 µg/ml AGEs mostraron un incremento significativo en la expresión de RAGE (152 % respecto de BSA), situación similar a la observada postincubación con alendronato 10-8M (130 % respecto de BSA). Por el contrario, altas dosis de alendronato (10-5M) no modificaron la expresión del RAGE en los cocultivos incubados con BSA (95 % respecto de BSA). Por otro lado, bajas dosis de alendronato en presencia de AGEs no alteraron la "up-regulation" del RAGE inducida por los AGEs (145 % respecto de BSA). Sin embargo, cuando los Oc se incubaron con AGEs y Ale 10-5M, esta dosis del bifosfonato bloqueá el efecto estimulante de los AGEs sobre la expresión de RAGE (105 % respecto de BSA). La incubación con 100 µg/ml AGE produjo una inhibición (50 % respecto de BSA), en la expresión del RANKL en los osteoblastos. El alendronato (10-8M-10-5M) indujo también una inhibición del RANKL en forma dosis dependiente (65-47 % respecto de BSA). Por otro lado en presencia de AGEs, el alendronato (10-8M-10-5M) no modificá la inhibición de la expresión del RANKL inducida por los AGEs (59-45 % del BSA). Conclusiones: Los AGEs y el alendronato inhiben el número y diferenciación de Oc en cultivo, con un efecto aditivo entre ambos a altas concentraciones de alendronato. También reducen la expresión de RANKL en osteoblastos, lo cual podría explicar parcialmente sus efectos sobre el reclutamiento y la maduración de Oc. Los AGEs y bajas dosis de alendronato aumentan la expresión de RAGE en Oc.

Introduction: Patients with Diabetes mellitus frequently show osteopenia and/or osteoporosis, as well as an increase in low-trauma fracture risk. This has been postulated to be caused partially by the accumulation of advanced glycation endproducts (AGEs) in bone extracellular matrix. AGEs could affect the homeostasis of bone cells, such as osteoblasts, osteocytes and osteoclasts. Osteoclasts (Oc) are multi-nucleated cells specialized in resorbing bone. Bisphosphonates (BP) are drugs widely used for treatment of bone diseases, and their principal mechanism of action is to inhibit the resorptive action of Oc. However, the use of BP for the treatment of patients with Diabetes-related bone disease is still controversial. Objective: To study the effect of AGEs and Alendronate (an N-containing BP) on the development of Oc in culture, as well as possible mechanisms of action involved in these effects. Materials and Methods: RAW264.7 macrophages and UMR106 osteoblasts were co-cultured for 8 days, with BSA or AGEs (50-200 µg/ml), with or without Alendronate (10-8-10-4M). The effect of these culture conditions on Oc formation was evaluated (number of Oc, cell-associated tartrate-resistant acid phosphatase [TRAP] activity), as well as Oc expression of RAGE (receptor for AGEs), and osteoblastic expression of RANK ligand (RANKL). These last two parameters were evaluated by indirect immunofluorescence, in order to estimate the expression and sub-cellular distribution of both membrane-associated proteins. Results: AGEs (50-200 µg/ml) dose-dependently inhibited TRAP activity (10-30 %) and the number of multinucleated Oc (55 %). Similar results were observed for low doses of Alendronate (10-8M-10-6M). The co-incubation of low doses of Alendronate with 100 mg/ml of AGEs, did not induce an additional inhibition of TRAP activity or Oc number, to that observed for AGEs alone. High levels of Alendronate (10-5M-10-4M) inhibited Oc TRAP activity (20-25 % inhibition versus BSA, and 17 % versus AGEs), and also decreased the number of Oc formed in the presence of AGEs (16 % inhibition versus AGEs). Oc incubated in the presence of 100 µg/ml AGEs, showed a significant increase in the expression of RAGE (152 % versus BSA). Similar results were found after incubating with 10-8M Alendronate (130 % versus BSA). On the contrary, high doses of Alendronate (10-5M) did not affect the expression of RAGE in co-cultures incubated with BSA (95 % versus BSA). On the other hand, low doses of Alendronate in the presence of AGEs, did not affect the up-regulation of RAGE induced by AGEs (145 % versus BSA). However, when the Oc were co-incubated with AGEs and 10-5M Alendronate, this dose of BP was able to block the stimulation of RAGE expression induced by AGEs (105 % versus BSA). In osteoblasts, incubation with 100 µg/ml AGEs induced an inhibition in the expression of RANKL (50 % versus BSA). Alendronate (10-8M-10-5M) also inhibited RANKL expression in a dose-dependent manner (65-47 % versus BSA). However, Alendronate (10-8M-10-5M) did not modify the AGEs-induced inhibition in osteoblastic RANKL expression (59-45 % versus BSA). Conclusions: AGEs and Alendronate inhibit the number and differentiation of Oc in culture, with an additive effect for both agents at high Alendronate concentrations. AGEs and Alendronate also reduce the osteoblastic expression of RANKL, which could partially explain their effects on the recruitment and maturation of Oc. In addition, AGEs and low doses of Alendronate increase the expression of RAGE in cultured Oc, and this effect correlates with their inhibition of Oc development.