נתגלה מסלול חדש במנגנון הביוכימי הגורם לפגיעה אנושה בכלי-דם בחולי סוכרת
פרופ` בן-עמי סלע, מנהל המכון לכימיה פתולוגית, מרכז רפואי שיבא, תל-השומר; החוג לביוכימיה קלינית, פקולטה לרפואה, אוניברסיטת תל-אביב.
מאות מיליוני אנשים ברחבי העולם סובלים ממחלת הסוכרת לשני סוגיה, ועל-פי הערכות מדובר בכ-5% מכלל האנושות. מחלה קשה לכל הדעות, ובחלק קטן יותר מהלוקים בה, אלה עם סוכרת נעורים תלויית-אינסולין מטיפוס 1, המחלה מלווה את הלוקה בה כבר מהגיל הרך. אך מעבר להשפעות הבריאותיות המיידיות של סוכרת, והצורך שאינו-מרפה לנטר את רמת הגלוקוזה בדם, ולהקפיד בסוגי המזון, והשימוש באינסולין או בתרופות אחרות שהם בני-לוויה עיקשים, מאיימים כחרב-המתהפכת הסיבוכים ארוכי הטווח של המחלה. וכשבוחנים את רשימת הסיבוכים מתברר שחלקם המכריע קשור בפגיעה ישירה בכלי דם, ופגיעה עקיפה ברקמות ואברים הניזונים מכלי הדם. סוכרת היא אחד הגורמים המרכזיים ליצירת רובד טרשתי בעורקים גדולים או בינוניים (atherosclerosis ) עורקים המוליכים דם ללב, למוח, לרגליים ואף לפין, ואלה אמנם נחסמים ומעבר הדם בהם מתקפּח.
בחולי סוכרת, דפנותיהם של כלי-דם קטנים מתקשחים וניזוקים, ואספקת החמצן דרכם נפגעת. פועל יוצא של אלה הוא ריבוי מחלות לב, ושבץ-מוחי, נמק בכפות הרגליים, אין-אונות, נטייה לזיהומים וקושי בהחלמת פצעים. לא מעטים מבין חולי הסוכרת שנים רבות, בהם דרגת הנמק בגפיים מגיעה לשלב של פגיעה נרחבת המחייבת קטיעת גפיים, בעיקר התחתונות, וכאשר מגיעים לשלב זה של המחלה, מדובר אף בקטיעה כפולה של שתי הרגליים. פרט לפגיעה הישירה בכלי-הדם, נפגם תפקודם של תאי דם לבנים (לויקוציטים), מה שמגביר את הרגישות לזיהומים, הבאים לביטוי בעיקר בדרכי השתן ואף בעור.
אך דם הוא כזכור נוזל החיים המוליך חמצן לרקמות השונות, וזרימה לקויה של דם בחולי סוכרת, לעור למשל, אחראית לתחושת הקהות בעור, להופעת פצעי-עור, וזיהומים המעמיקים עד יצירת כיבים המחלימים באיטיות אם בכלל. סיבוך משמעותי נוסף הוא בהתעבות כלי הדם בכליות, הפוגע בתפקודן בסינון לקוי של הדם בפקעיות (glomeruli), מביא לפרוטאינוריה (דליפת חלבון בשתן), ומוביל לאי תפקוד מתקדם והולך של הכליות, ובשלב מאוחר יותר לאי-ספיקה סופנית, המחייבת מעבר לדיאליזה. ומסתבר שכלי-דם ניזוקים בחולי סוכרת פגיעתם רעה אפילו למערכת העצבים, הבאה לביטוי בחולשה פתאומית בגפיים תחתונות, קהות תחושות, עִקצוץ באיברי-קצה או אף תחושת כאב כרונית מה שקרוי נוירופּתיה היקפית. וכמובן אחת התסמונות היותר מוּכּרות של סוכרת-רֶטינוֹפּתיה סוכרתית המתרחשת בשלושה מתוך ארבעה החולים בסוכרת למעלה מ-15 שנה. במצב זה כלי-דם נימיים ניזוקים ברשתית העין, מה שעלול לגרום לשטף-דם בנוזל הזגוגי של העין או לתהליך של לייפת (פיברוזיס) שיכול לגרום להיפרדות הרשתית, תהליכים המביאים להיחלשות הראייה, לעתים עד כדי עיוורון. סוכרת היא אם כן הסיבה העיקרית לעיוורון, לאי-ספיקת כליה ולקטיעת גפיים בעולם, אכן מחלה ארורה.
כל זאת באשר לתצפיות הקליניות ארוכות השנים שהגדירו את התהליכים הפתולוגיים בדפנות כלי-הדם במחלת הסוכרת. ואכן בספרי הרפואה כל הסיבוכים האמורים תוארו באופן מעט מתחמק ובהחלט לא-מחייב כנזק הנגרם "כתוצאה מרמות הסוכר הגבוהות בדם הגורמים לנזק בכלי הדם", ויש אף תיאורים אחרים בנוסח: "חומרים מורכבים הנגזרים מסוכרים מצטברים בדפנות כלי הדם הקטנים, וגורמים להם להתעבות ולדלוף". אך המחקר הרפואי בתחום מחלת הסוכרת, המנסה להבין במדויק את מנגנוני הנזק לכלי הדם במחלה זו, אינו יכול להסתפק באמירות האחרונות, המבטאות אך ניחוש מושכל שאמנם רמת גלוקוזה בדם גבוהה היא "מקור הרעה". כיצד נגרם הנזק בדיוק? האם יש יותר ממנגנון אחד המוליך לנזק זה? ואמנם בשנים האחרונות התגבשו 4 תיאוריות שכל אחת מהן יכולה להסביר חלק מנזקי תופעת ההִיפּר-גְליקֶמְיָה בסוכרת, ואלה יתוארו להלן.
א. תיאורית מסלול ה-Polyol או גם AR שנקרא Aldose reductase: כאשר רמת הגלוקוזה בתוך התא מוגברת במיוחד חל שפעול של האנזים AR, שכשמו כן הוא, מְחזֵר את הסוכר גלוקוזה לסוכר סוֹרְבּיטול וזה האחרון מתחמצן בהמשך הדרך לסוכר פרוקטוזה. דווקא בעדשת העין ריכוז האנזים AR גבוה בהשוואה לרקמות אחרות, ולעובדה זו ייחס היפאני Kinoshita כבר לפני 30 שנה משמעות בתחילת יצירת קטרקט (יְרוֹד) בעין. אמנם בשנות ה-70 נכתב שהסוכר סורביטול המצטבר בעין של חולה סוכרת הוא הגורם לנזק וסקולארי, אך עוצמת טיעון זה פחתה במרוצת השנים שהרי גם אם ריכוז הסורביטול בתא גדל, הוא עדיין נמדד בסדרי גודל של נַנוֹמוֹלר, הנמוכים פי אלף מריכוזם של תוצרי מטבוליזם של גלוקוזה בתא הנמדד בתחום של מיקרומולר. ניסויים בחולדות סוכרתיות, ששמשו כדגם לפגיעה בכלי דם, ואשר טופלו בחומרים המעכבים את האנזים AR הצליחו למנוע באופן חלקי נזקים אלה, אך ניסויים טיפוליים כאלה בחולי סוכרת אנושיים אִכזבו.
ב. תיאורית התגברות תוצרי-הקצה-המְסוּכּרים, Advanced Glycation endproduct (AGE) theory: ריאקציות אמיתיות אינן מזדקנות, ובדיוק 50 שנה לאחר שהתפרסם בכתב העת Nature ב-1953 המאמר הראשון על ריאקציית Maillard, דרכה נקשרים סוכרים לחלבונים בגוף, עדיין רב העניין בה. שנים רבות הייתה ריאקציה זו בתחום העניין של כימאי המזון דווקא, אך בשנים האחרונות יש לה עדנה בקרב החוקרים תהליכי הזדקנות וניוון רקמתי למיניהם, ואף לאחרונה היא מוזכרת יותר ויותר בהתהוות מחלת אלצהיימר. ובמה מדובר? נראה שבתהליך "הזדקנות" טבעי יש לחלבונים נטייה לעבור שינויים מבניים, בין השאר כתוצאה מיצירת קשר קוֹ-וָלֶנְטי הדוק בין הסוכר גלוקוזה לחלבונים.
תיאורית AGE מנסה להסביר סיבוכים במחלת הסוכרת בעזרת "הזדקנות" של חלבונים בגוף כתוצאה משיבוש פעולתם לאחר שנקשר אליהם הסוכר גלוקוזה. על פי תיאורית AGE, תאים בגוף נפגעים הן בפגיעה בחלבוני מבנה חוץ-תאיים כגון קוֹלָאגֶן, אך גם בחלבונים תוך-תאיים חיוניים, בהיקשר אליהם סוכר כמו גלוקוזה. זאת ועוד, לחלבונים קְשוּרי-סוכר אלה, יש קולטנים על פני התאים השונים, ובהיקשרם לקולטניהם, הם משרים שיבושים בתִפקוד התאי. אך גם כאן, בדומה לתיאוריה הקודמת, עדיין רב המרחק מהבנת הנזק לתא מיצירת חלבונים-קשורי-גלוקוזה עד להצלחה משמעותית של גישה תרופתית כמו למשל בשימוש במעכבים לריאקציה זו. גם כאן למרות תוצאות מבטיחות בחיות ניסוי תוך שימוש בחומר aminoguanidine, מגבלות של תופעות לוואי רעלניות מונעות בשלב זה שימוש בו לעיכוב יצירת "חלבונים מְסוּכּרִים" בבני-אדם.
ג. תיאורית יצירת רדיקאלים מחמצנים פעילים: התיאוריה הוָתיקה מכולן על סיבוכים כתוצאה מסוכרת, מצביעה על כל שרמת גלוקוזה גבוהה מביאה לנזק של עקה חימצונית (oxidative press). הסוכר גלוקוזה בעצמו מתחמצן וכך נוצרים רדיקאלים חופשיים שהם נגזרות של מולקולת חמצן, הידועות כגורמות נזק לחלבונים בתא. בנוסף, רמה גלוקוזה מוגברת מגבירה בתא מסלולים מטבוליים אחדים דרכם מתפרק סוכר זה, ובעקיפין מתגברת בתוך אברון תאי הידוע כמיטוכונדריון פעילות של זִרחוּן חמצוני ליצירת אנרגיה, ובמהלך ריאציות אלה במיטוכונדריון גם כן נוצרים רדיקאלים חופשיים של חמצן שפגיעתם רעה. עקה מוגברת של מוליקולות מחמצנות אלה, מפחיתה את רמת החומר (NO (nitric oxide ובכך יש נטייה לכיווץ כלי-דם, ולהספחות של תאי-דם לבנים אל שכבת האנדותל כחלק מתחילת תהליך טרשת העורקים. גם כאן אין בשורות טיפוליות המתבססות על מניעת יצרת רדיקלים חופשיים או את פעולתם: ניסויים רבים תוך שימוש בנוגדי חִמצון כמו ויטמין C או E לא נתנו תוצאות ברורות ומרשימות.
ד. תיאורית האנזים protein kinase C או PKC: שני מרכיבים נמצאים בתאי הגוף שיש להם משמעות מרכזית כחומרים המאותתים ומווסתים תפקודים רבים של המערכת הוסקולארית כולל הרחבת או היצרות כלי הדם, שפעול של תאי האנדותל בדופן כלי הדם ועוד, ומדובר ב-DAG או diacylglycerol וכן PKC. בחולי סוכרת בהם רמת הסוכר גלוקוזה גבוהה, מתגבר תהליך פרוק סוכר זה בתהליך המוכר כגליקוליזה. כתוצאה מגליקוליזה מוגברת מוחשת יצירת חומר הביניים DAG, וזה מזרז את שפעול האנזים PKC, וכאשר האנזים הזה מוגבר בפעילותו בכלי-דם של רשתית העין, הכליה ומערכת העצבים, נגרם נזק הכולל חדירוּת-יתר דרך דופן כלי הדם, ביטול פעילותו של NO להרחבת כלי-דם, האצת היצמדות לויקוציטים לדופן כלי הדם, וכמובן האטת שפיעת הדם. אך יתרה מכך, שִפעולו של PKC בחולי סוכרת משרה פעילותם של גורמי גדילה (growth factors) של תאי אנדותל (ידוע כ-VEGF) או רקמתיים TGFβ, וכן משרה PKC את פעולת ET-1 או endothelin-1 שהוא פפטיד בעלי פעילות נמרצת לכיווץ כלי-דם (vasoconstrictor). משפחת ה-PKC מורכבת למעשה מ-12 איזו-אנזימים, דהיינו 12 סוגי אנזימים הדומים מאוד אחד למשנהו, ובכל זאת יש ביניהם הבדלים דקים כמו למשל פעילותם של אנזימי PKC שונים ברקמות גוף שונות. חלקם פעילים בעורק הלב, ואחרים ברשתית העין, ויש כאלה המשפיעים על כלי-דם בפקעיות הכליה. אך באופן כללי ניתן להדגיש שהפעלת היתר של בני משפחת האנזימים הזו במצבי היפר-גליקמיה בדרך כלל אינם מועילים לפעולת כלי הדם ברקמות השונות. קיים חומר, ruboxistaurin mesylate, המשמש מעכב יעיל של פעולת האנזים PKC, וטיפול בו בחיות ניסוי חולות בסוכרת נותן תוצאות מרשימות במניעת נזקים כגון רטינופתיה, או פגיעה כלייתית או עצבית.
בעצם הימים האלה נעשים ניסויים מבוקרים בקבוצות מטופלים חולי סוכרת לבחון את השפעתRuboxixtaurin mesylate בבני-אדם.
אך ממש לאחרונה, בחודש מרס 2003, התפרסם בכתב העת Nature Medicine מאמר פרי שיתוף פעולה של 4 מרכזים רפואיים בגרמניה עם המכון לחקר הסוכרת במרכז הרפואי אלברט איינשטיין בניו-יורק, כאשר מחקר זה נוהל על ידי Michael Brownlee, אחד החוקרים המובילים כיום בתחום נזקי סוכרת לכלי הדם. הבשורה של המחקר האמור היא בגילוי שהחומר benfothiamine, שהוא למעשה נגזרת מסיסה בשומן של thiamine (הידוע גם כויטמין B1), הניתן לחולדות חולות-סוכרת הביא למניעה מרשימה ביצירת רטינופתיה. ומה סיבת הצלחה זו? כזכור, רמות גלוקוזה גבוהות משרות את מסלול הגליקוליזה לפירוק סוכר זה, ובמהלך הגליקוליזה נוצר חומר ביניים הידוע כ-glyceraldehyde-3-phosphate שהוא הקודמן של diacylglycerol או DAG המשרה את פעולת משפחת אנזימי PKC. כיוון שויטמין B1 וכמוהו הנגזר benfothiamine מזרזים את פעילות האנזים טרנסקטולאזה ומשנים את מסלול הגליקוליזה דרך תוצר הביניים glyceraldehyde-3-phosphate למעגל מטבולי צדדי הידוע כמעגל הפנטוזות, מביא הדבר למניעת יצירת DAG וממילא מונע שפעול אנזימי PKC. נשמע מעט מסובך, אך שום סיבוך לא ירתיע את העושים במלאכה החשובה כל כך, והשאלה המסקרנת מכל האם תוצאות הטיפול עם benfothiamine המרשימות בחולדות הסוכרתיות, ימשיכו להרשים כאשר יחלו הניסויים הקליניים בבני-אדם של ממש.
אך בעוד שארבעת המנגנונים שתוארו למעלה ואשר נועדו לתת הסברים לסיבת הנזק הוסקולארי הנגרם לחולי סוכרת מוכרים כבר שנים אחדות, ולא הביאו לפריצת דרך מרשימה בגישה הטיפולית בחולים, הרי בשנת 2001 החלה פריחתה של תיאוריה חדשה באותו הֶקשר, והיא אכן מרתקת ביותר. גם תחילתו של ממצא זה כמו במקרים רבים אחרים בהיסטוריה של המחקר הרפואי, הייתה בלתי-צפויה ומאוד מפתיעה: בחברה פרמצבטית קטנה יחסית בשם Inotek הפועלת במסצ`וסטס, חוקרים כבר שנים אחדות אנזים הנמצא בשפע בגרעיני תאים, וכינויו PARP ומאחוריו מסתתר השם המלא Poly ADP – ribose polymerase. ומה תפקידו של האנזים PARP? הוא קשור למנגנון הנזק הנגרם מדי פעם לחומצת הגרעין DNA שבגרעין התא, ואשר נשברת לעתים כתוצאה מעקה חימצונית של רדיקאלים חופשיים. תפקידו של האנזים PARP הוא כחיישן המבחין באותם שברים הנוצרים ב-DNA, והוא מסייע להפיכת התא הפגוע לבלתי מתפקד, ובהמשך מביא למותו של אותו תא במצבים פתולוגיים מגוונים. לצורך מחקריהם על תפקודו ומשמעותו של האנזים PARP, יצרו החוקרים בשיטות הנדסה גנטית זן של עכברים טרנסגניים בהם פעילוּת האנזים PARP בוטלה לחלוטין על ידי פגיעה מכוונת בגן היוצר את אנזים ה-PARP.
כאשר עמדו לרשות החוקרים שני זני עכברים הזהים בכל, פרט לעובדה שבאחד מהם אנזים PARP היה פעיל ובאחר אנזים זה היה חסר, הם בצעו ניסוי מרחיק לכת במשמעותו: הם הוציאו בניתוח קטעים של אבי העורקים של שני סוגי העכברים, והעבירו אותם לצלחת שהכילה תמיסה עם ריכוז גבוה של הסוכר גלוקוזה. בבדיקות שערכו לגבי כושרם של פיסות אבי העורקים לתפקד על ידי שחרור החומר NO המביא להרחבת העורקים, נמצא באופן מובהק שקטעי העורק שנלקחו מעכברים שאינם מכילים את האנזים PARP, לא הושפעו מרמתו גלוקוזה הגבוהה, והמשיך לתפקד מבחינת יכולת תאי האנדותל בעורק זה לשחרר NO. לעומתם עכברים מהזן הנורמאלי שהכיל אנזים PARP, בנוכחות רמה גבוהה של גלוקוזה, לקו בפעילות האנדותל ובהם הרחבת העורק הייתה מעטה. המסקנה המתבקשת של ניסוי זה הייתה שהאנזים PARP משחק תפקיד בפגיעה הנגרמת במחלת סוכרת לתפקוד שכבת האנדותל של כלי הדם.
אם אמנם כך הדבר, מייד התבצע הניסוי המתבקש, הפעם בעכברים חיים. ניתן להפוך עכברים בריאים לעכברים סוכרתיים על ידי שמשרים בהם את תסמיני הסוכרת תוך שמטפלים בהם בחומר streptozotocin. כאשר עמדו לרשות החוקרים ב-Inotek עכברים "סוכרתיים", הם טפלו בהם משך שבועות אחדים בחומר PJ34, הנחשב למעכב יעיל וסגולי של האנזים PARP, והתוצאות מרשימות ביותר: בעכברים מושרי הסוכרת נמצא כצפוי תפקוד לקוי של אנדותל כלי הדם, ואילו בחבריהם שטופלו עם המעכב לאנזים PARP, האנדותל תִפקד ללא דופי!
הנה כי כן רק בשנת 2001 החל עידן חדש בתחום המחקר הרפואי בנזקי סוכרת לכלי הדם, עידן האנזים PARP. וכמקובל באווירה התחרותית בקרב קהיליית החוקרים, מייד לאחר שפורסם הממצא הראשוני הזה, מייד הסתערו עליו חוקרים נוספים, בהיותם משוכנעים בחשיבותו. ומי אם לא מיודענו Michael Brownlee שׂם עליו ידו, וממש בימים אלה, התפרסם מאמר פרי מחקרו בחוברת אוקטובר 2003 של כתב העת החשוב Journal of Clinical Investigation. מחקר אחרון זה מצביע על כך שאחת מפעולותיו של האנזים PARP היא בעיכוב פעולתו של אנזים אחר GAPDH או glyceraldeyde-3-phosphate dehydrogenase, והרי GAPDH הוא אנזים מפתח במסלול הגליקוליזה בו מתפרק הסוכר גלוקוזה,והוא האנזים המחמצן את מיודענו, gleceraldehyde-3-phosphate, תוצר הביניים של הגליקוליזה. כפי שכבר הדגשנו למעלה, חומר אחרון זה משמש חומר מוצא לחומר DAG שהצטברותו משרה את פעולת האנזימים PKC, שפגיעתם רעה בכלי הדם של חולי סוכרת.
הנה כי כן אנו עומדים כעת על סף עידן של מחקרים הבודקים את משמעות עיכוב פעילותו של האנזים PARP לגבי שיפור אפשרי של הפגיעה בכלי הדם בחולי סוכרת, וכעת נבחנים חומרים שונים מעכבי PARP, דוגמת PJ34 שכבר נבחן בהצלחה בעכברים. המחשבה היא אפוא שעיכוב PARP יאפשר את פעולתו השוטפת של האנזים GAPDH, וימנע את הצטברות DAG המוליך ל-PKC המרע עם כלי הדם בחולי סוכרת. ממש חד-גדיא של חומרים ואנזימים הרדוּפים אחד על ידי קודמו.
אך המשימה לבטח לא הושלמה, וזו כמקובל דרכו זרועת החתחתים של המחקר הרפואי בתחומים השונים, בעיקר זה התר אחר תרופות חדשות. שהרי גם אם חלה כאן פריצת דרך בהבנת תפקידו של האנזים PARP בפגיעה בכלי הדם בחולי סוכרת, והוא מוכתר לפתע כאנזים "הרע" שיש לעכבו, אנו הרי יודעים שאנזים זה כה חיוני לפעולת התא, שעיכובו עלול לפגוע בהיבטים אחרים של תפקוד התא. כל כך מורכבים חיינו, לפחות במובן הביולוגי של המילה.
בברכה, פרופ` בן עמי סלע