metabolismo normal das células endoteliais. Em células endoteliais saudáveis, a glucose entra na célula através do receptor GLUT-1, de uma forma independente da insulina. A produção de energia ocorre principalmente por glicólise, ao invés de por fosforilação oxidativa. Durante a função endotelial normal, alguns dos fosfatos de glucose-6 produzidos durante a glicólise são desviados para a via do fosfato de pentose. O objetivo desta via é produzir NADPH, um importante antioxidante em células endoteliais, bem como pentoses, que pode ser usado para produzir ácidos nucleicos, nucleótidos e aminoácidos. Ele também permite a conversão de glutationa dissulfeto (GSSG) de volta para a glutationa (GSH), o que ajuda a prevenir o estresse oxidativo através da conversão de H2O2 a H2O

A geração de ATP nas células endoteliais, ocorre principalmente através do meio glicolítico, em vez de através da fosforilação oxidativa . Durante a glicólise, alguns glicose-6-fosfato (G-6-P) é desviado para a via do fosfato de pentose, produzindo NADPH, um antioxidante encontrado em células endoteliais, bem como pentoses, que podem ser usados para fazer ácidos nucleicos, nucleótidos e aminoácidos. Este processo também permite a conversão de glutationa dissulfeto de glutationa, que ajuda a prevenir o estresse oxidativo através da conversão de H2O2 a H2O.

oxidação dos Ácidos gordos ocorre em células endoteliais; no entanto, não está claro qual o papel que esta oxidação desempenha, pois parece contribuir muito pouco para a produção de energia no endotélio . Durante períodos de privação de glicose, há um aumento na oxidação de ácidos graxos, sugerindo um grau de compensação metabólica . Várias teorias têm sido propostas pela razão por trás da oxidação de ácidos graxos nas células endoteliais. A oxidação de ácidos graxos é uma fonte de NADPH que ajuda a manter o equilíbrio redox nas células endoteliais. A oxidação de lípidos também pode desempenhar um papel na regulação da permeabilidade das células endoteliais . Finalmente, a oxidação de ácidos graxos nas células endoteliais pode ser importante na síntese de novo dos nucleótidos, fornecendo os átomos de carbono necessários para construir aspartato e glutamato .foram estudadas extensivamente alterações metabólicas induzidas pela Diabetes na via glicolítica

associadas ao miocárdio diabético. Sob condições hipóxicas ou inflamatórias, tais como as que ocorrem durante a cardiomiopatia diabética, as células endoteliais trabalham para revascularizar o tecido para restaurar o fornecimento de oxigênio e nutrientes para áreas danificadas. As células endoteliais aumentam ainda mais o seu fluxo glicolítico durante a germinação dos vasos, duplicando a sua taxa glicolítica durante os períodos de proliferação ou migração . Este aumento permite que as células migrem para áreas hipóxicas e proliferem onde o metabolismo oxidativo seria prejudicado. Esta alteração, para além do aumento do transporte de glucose devido ao aumento da actividade GLUT-1 que ocorre durante a diabetes, provoca um aumento das concentrações intracelulares de glucose nas células endoteliais diabéticas . As células endoteliais abordam este excesso de glicose através de vários mecanismos.

A Glucose pode ser desviada para os ramos laterais da glicólise, tais como a via de biossíntese da hexosamina, a via de fosfato de pentose, a via de poliol e a via de glicação. A via do fosfato de pentose é uma via lateral da glicólise com duas fases.: a fase oxidativa e a fase não oxidativa. A Glucose entra na Via do fosfato de pentose como G-6-P. durante a fase oxidativa, o NADPH é produzido, enquanto que durante a fase não oxidativa são produzidos pentoses. Em condições hiperglicémicas, a entrada de G-6-P na Via do fosfato pentose é inibida, o que conduz à redução da viabilidade celular endotelial e à migração . Além disso , a inibição da Via do fosfato de pentose conduz ao stress oxidativo e à disfunção endotelial, enquanto que a sobre-expressão da G-6-P desidrogenase, a primeira enzima limitadora da velocidade da Via do fosfato de pentose, diminui o stress oxidativo endotelial . A via de biossíntese da hexosamina converte a frutose-6-fosfato (um intermediário glicolítico) em N-acetilglucosamina uridina 5′-difosfato (UDP-GlcNAc) que, em condições normais, é utilizada para a glicosilação proteica. No entanto, nas células endoteliais diabéticas, a glicosilação induzida pela hiperglicemia inibe a activação e a angiogénese do óxido nítrico endotelial sintase (eNOS). Na Via do poliol, a aldose redutase converte a glucose em sorbitol, utilizando NADPH. O Sorbitol é então convertido em frutose e 3-desoxiglucosona, um precursor para a formação de produtos finais avançados de glicação (AGEs). A superprodução de idades, que ocorre durante a diabetes, causa uma variedade de efeitos prejudiciais nas células endoteliais, ligando-se ao receptor de produtos finais avançados de glicação (RAGE), tais como o aumento da permeabilidade das células endoteliais , inibindo a atividade do eNOS , impactando o sistema de coagulação, e ativando tanto a NADPH oxidase (NOX) quanto NF-kB . Durante a via da glicação, intermediários glicolíticos são convertidos em metilglioxal, o que modifica o DNA e as proteínas. A regulação desta via tem sido implicada na cardiomiopatia diabética, conduzindo a uma inibição da actividade do eNOS nas células endoteliais .hiperglicemia e permeabilidade endotelial vascular

na diabetes, a hiperglicemia é causada por níveis reduzidos de insulina e / ou resistência à insulina, conduzindo a níveis excessivos de glucose em circulação no plasma sanguíneo. Um nível de açúcar no sangue com um intervalo consistente entre ~5,6 e 7 mmol/L é considerado hyperglycemic, enquanto uma concentração acima de 11,1 mmol/L é considerada diabética. No entanto, os sintomas não são normalmente perceptíveis até que os açúcares sanguíneos atinjam níveis ainda mais elevados de ~15-20 mmol/L. curiosamente, a hiperglicemia de curto prazo, causada pela interrupção da insulina, está associada a um aumento da função contractil sistólica do miocárdio em doentes diabéticos tipo 2 com ou sem insuficiência cardíaca . Níveis crónicos de glucose sanguínea superiores a 7 mmol/L podem provocar alterações metabólicas nas células endoteliais e induzir danos nos órgãos, como demonstrado na Fig. 2.

hiperglicémia induzida por hiperglicémia em células endoteliais. Durante a diabetes, a entrada de glucose-6-fosfato na Via do fosfato de pentose é inibida. Isto provoca uma redução na produção de NADPH e um acúmulo de H2O2, que tanto contribuem para o estresse oxidativo em diabéticos células endoteliais

a evidência Experimental indica que hyperglycemic condições de promover o aumento da permeabilidade do endotélio camada de células no miocárdio enquanto diminui a densidade capilar . Um mecanismo potencial para esta permeabilidade aumentada durante a diabetes é a activação da via de sinalização diacilglicerol (DAG)-PKC . PKC é uma família de serina-treonina cinases. A superfamília PKC pode ser classificada em três subfamílias: PKC clássico (cPKC; α, β1, β2, e γ), PKC novo (nPKC; δ, ε, η, θ, e μ) e PKC atípico (aPKC: ζ, λ/ι) . A ativação do cPKC e do nPKC é dependente do DAG, enquanto que a ativação do aPKC não é dependente do DAG . As subfamílias dependentes da DAG cPKC e nPKC foram previamente notificadas como estando associadas à permeabilidade vascular na diabetes . A activação desta via pode contribuir para a disfunção endotelial diabética através do aumento da permeabilidade das células endoteliais e da adesão leucocitária em vários tecidos, incluindo o coração, retina e rim . O mecanismo pelo qual a activação do PKC leva a um aumento da permeabilidade das células endoteliais permanece incerto. Tem sido recentemente demonstrado nas células endoteliais da veia umbilical humana (HUVECs) que a hiperglicemia leva à fosforilação da cadeia de luz de miosina (MLC) por PKC, que por sua vez causa fosforilação da tirosina VE-cadherina e a interrupção das junções de aderência . As proteínas associadas às junções apertadas endoteliais incluem transmembranas, andaimes e proteínas sinalizadoras . Em particular, as proteínas transmembrana occludin, tricellulin, o claudin família, e a junção de moléculas de adesão, juntamente com o andaime zonula occludens proteínas (ZO−1, -2 e -3), desempenham um papel importante na formação e regulação de junções apertadas . A activação mediada pela hiperglicemia do PKC está implicada no desenvolvimento de stress oxidativo e é acompanhada por uma libertação excessiva de radicais livres, que promovem a disfunção da barreira endotelial em muitas condições vasculares, incluindo diabetes e isquemia cerebral.outra característica da disfunção endotelial é uma deficiência na biodisponibilidade do NO, juntamente com uma variedade de outros factores vasoactivos produzidos pelas células endoteliais. Em condições saudáveis, o endotélio lançamentos de vasodilatadores, como NÃO, a prostaciclina e a bradicinina, bem como de substâncias vasoconstritoras, tais como vasoconstritor prostanoids, endotelina e da angiotensina-II. O equilíbrio entre a liberação de vasoconstritores e vasodilatadores pelas células endoteliais ajuda a manter a estrutura vascular coronária. Durante a cardiomiopatia diabética, ocorre um desequilíbrio entre a libertação de factores de constrição e relaxamento, como demonstrado na Fig. 3. As condições diabéticas causam uma regulação elevada de vários vasoconstritores. Por exemplo , foi observado um aumento na produção de endotelina no coração dos diabéticos, o que pode levar a hipertrofia dos vasos e a fibrose do miocárdio aumentada, ambas características de cardiomiopatia diabética . É importante notar que os prostanóides vasoconstritores, incluindo o vasoconstritor prostaglandina H2 (PGH2), tromboxano A2 (TXA2) e PGF2a, também são potenciados na diabetes. Estes produtos, por sua vez, elevam a NAPDH oxidase e as fosfodiesterases tipo 4 e tipo 5 (PDE4 e PDE5), resultando num aumento da produção de ROS, degradação do campo e do GMPC e vasoconstrição . Além disso, nas células endoteliais diabéticas, existe uma resposta diminuída da hiperpolarização dependente da endotelial (EDH) . Existem artérias menores nas quais a vasodilatação mediada pelo endotélio é predominantemente afetada pela HDE nas células do músculo liso vascular. A HDE provoca o relaxamento do músculo liso vascular através da hiperpolarização da membrana celular e do fechamento dos canais de cálcio operados por voltagem, levando a uma redução dos níveis de cálcio livre intracelular .

Effect of diabetic endothelial dysfunction on vasodilators and vasoconstrictors. Hyperglycemia in diabetes decreases vasodilation through the decreased bioavailability of nitric oxide (NO) and prostacyclin (PGI2). It also caused an increase in endothelium-derived contracting factors including prostanoids, endothelin-1 (ET-1), angiotensin-II (Ang-II), dinucleotide uridine adenosine tetraphosphate (UP4A), ROS, and cyclooxygenase (COX)-derived prostanoids. Células endoteliais EC, células do músculo liso SMC

um factor vasoactivo chave envolvido no relaxamento dependente do endotélio é NO. In the presence of oxygen, NO is synthesized from L-arginine and NADPH in a reaction catalyzed by nitric oxide synthase (NOS). No entanto, nos vasos diabéticos, esta resposta vasodilatadora não dependente perde-se . Esta deficiência pode ser causada pela inactivação do NO devido a um aumento dos radicais livres, em vez da redução da actividade ou da expressão do eNOS . O tratamento de células endoteliais HUVECs e coração de rato com D-glucose conduz a um aumento na geração de intermediários de oxigénio reactivos (ROIs) . Além disso, existe um aumento das concentrações de ROS mitocondrial em células endoteliais coronárias de ratos diabéticos . Além disso , a vasodilatação dependente do endotélio em ratos diabéticos pode ser restaurada através do tratamento com antioxidantes, e o tratamento de aortas de ratos diabéticos induzidos pelo STZ e hamsters com superóxido dismutase (um necrófago específico de aniões superóxido) aumenta o relaxamento dependente do endotélio . Esta evidência sugere um papel para os antioxidantes no aumento da função cardíaca, prevenindo a disfunção endotelial na presença de diabetes.foram propostos vários mecanismos para explicar como um aumento do stress oxidativo pode levar a uma diminuição da disponibilidade nas células endoteliais diabéticas, tais como uma biodisponibilidade reduzida da tetrahidrobiopterina (BH4) (oxidação de BH4) e desengate do eNOS . O NOX é uma enzima envolvida na sinalização das células endoteliais. Cataliza a redução do oxigênio para aniões superóxido (O2−) usando NADPH como um doador de elétrons. Durante condições elevadas de glicose e insulina resistentes, a atividade de NOX, e, portanto, a produção de anião superóxido, é aumentada . Os aniões superóxido reagem sem formar peroxinitrite (ONOO−). A peroxinitrite provoca o desengate do eNOS, como descrito na Fig. 4. Peroxinitrite leva à oxidação de BH4, um cofator necessário para a atividade NOS . Contudo, algumas evidências sugerem que a depleção do BH4 não é a principal causa da disfunção endotelial in vivo durante períodos de stress oxidativo . Embora tenha sido demonstrado que a suplementação BH4 é um tratamento eficaz para suprimir a produção de anião superóxido e melhorar a vasodilatação no endotélio , muitos destes estudos foram feitos com concentrações de BH4 100 vezes maiores do que as concentrações fisiológicas. Assim, foram propostos outros mecanismos. Por exemplo, peroxinitrite pode causar oxidação do centro de tiolato de zinco de eNOS, resultando em desengate eNOS .

Mecanismo de eNOS de desacoplamento. Durante a diabetes, a hiperglicemia activa a NAD (P) H oxidase (NOX), que é responsável pela conversão de oxigénio no anião superóxido (O2 -), utilizando o NADPH durante a reacção. O superóxido reage sem formar peroxinitrite (ONOO -). Acredita-se que a peroxinitrite seja a principal causa do desengate eNOS nas células endoteliais. Em condições fisiológicas normais, o NO é sintetizado pelo eNOS a partir de L-arginina e oxigénio, utilizando o BH4 como cofactor. Durante o desengate eNOS, no entanto, eNOS produz superóxido em vez de NO, levando a estresse oxidativo em células endoteliais. Pensa-se que a peroxinitrite reage com o BH4, e que esta perda de BH4 é o principal mecanismo pelo qual o eNOS se desengate. No entanto, evidências mais recentes sugerem que outros mecanismos podem estar envolvidos

outros mecanismos estão envolvidos na disfunção endotelial não induzida na diabetes. Um inibidor endógeno da não-sintase, a dimetilarginina assimétrica (ADMA), é encontrado em níveis elevados em doentes com diabetes tipo 2 . A elevada insuficiência induzida pela glucose da actividade da dimetilarginina dimetilaminohidrolase (DDAH) causa acumulação de ADMA e pode contribuir para uma redução da ausência de expressão e da disfunção do vasodilatador endotelial na diabetes . A extinção de NO by AGEs na diabetes desempenha um papel importante no desenvolvimento de insuficiência vasodilatatória .muita evidência indica que o metabolismo do miocárdio é alterado na diabetes, o que provavelmente contribui para a cardiomiopatia diabética. As mitocôndrias são o centro do metabolismo e, portanto, é provável que sejam impactadas por um metabolismo deficiente associado à diabetes. O estresse oxidativo ocorre quando há um desequilíbrio entre a produção de ROS, que incluem O2−, NO, o radical hidroxilo, peróxido de hidrogênio e peroxinitrite, e a capacidade da célula para desintoxicar intermediários reativos. A hiperglicemia medigua a indução do stress oxidativo na patogénese das complicações diabéticas, incluindo cardiomiopatia diabética . Por exemplo, a hiperglicemia leva a um aumento na esclerose múltipla mitocondrial nas células endoteliais diabéticas, o que causa danos oxidativos no ADN. Esta lesão activa a via da poliadp-ribose polimerase (PARP-1), como demonstrado no Fig. 5, uma via envolvida na lesão do ADN. Sua ativação estimula a transferência de unidades ADP-ribose de nad + para proteínas nucleares, resultando na depleção de NAD + e ATP da célula. A inibição do PARP-1 nas células endoteliais pode prevenir a disfunção endotelial causada pela diabetes . A ativação do PARP-1 também leva à inibição do gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) , causando o acúmulo de intermediários glicolíticos. Estes intermediários são desviados para várias vias diferentes, incluindo a via de biossíntese da hexosamina, a via de poliol e a via de glicação, todas as quais são aumentadas em células endoteliais hiperglicémicas .

efeitos do stress oxidativo mitocondrial na função endotelial. Durante a diabetes, há um aumento no estresse oxidativo mitocondrial, que causa danos no DNA mitocondrial. Isto activa a via PARP – 1 no núcleo das células endoteliais, que tem sido implicada em resposta a lesões do ADN. A activação do PARP-1 demonstrou inibir a gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH), uma enzima chave envolvida na glicólise. Esta inibição causa o acúmulo de intermediários glicolíticos, que são desviados para a via poliol, a via de biossíntese de hexosamina, ou a via de glicação. Todas estas vias contribuem para a disfunção endotelial. A cor azul representa o núcleo e o verde representa a mitocôndria

Sphingosine-1-fosfato (S1P), que vincula para S1P receptores (S1PRs), também regula uma variedade de atividades biológicas nas células endoteliais. Foi recentemente demonstrado que os elevados níveis de glucose aumentam a geração de ROS e reduzem marcadamente NO em células endoteliais e que este efeito é completamente revertido por indução de S1PR1 ou redução em s1pr2 . This finding suggests that S1PR1 and S1PR2 play crucial roles in endothelial dysfunction caused by hyperglicemia-induced ROS production.

além disso , a sobreprodução induzida por hiperglicémia de ROS mitocondriais (mtROS) em células endoteliais cultivadas pode ser inibida pela activação da AMPK, que parece funcionar através da regulação do Msod (um antioxidante específico mitocondrial) e da UCP2 . Em pacientes com doença arterial coronária e diabetes tipo 2, níveis elevados de mtROS no endotélio levaram a um aumento na ativação AMPK, que suporta um papel para AMPK na proteção contra estresse oxidativo . A regulação da AMPK no endotélio de ratinhos diabéticos também pode prevenir a disfunção endotelial . Assim, AMPK pode ser um novo alvo terapêutico no tratamento da diabetes, melhorando a homeostase da glucose sanguínea, perfis lipídicos e pressão arterial . Em conjunto, estes resultados sugerem que a inibição da ROS pode proporcionar efeitos benéficos na prevenção da cardiomiopatia diabética.existe também um desequilíbrio entre a fissão mitocondrial e a fusão em células endoteliais diabéticas, o que pode estar relacionado com o aumento do stress oxidativo. A fissão mitocondrial é definida como a divisão de uma mitocôndria em duas mitocôndrias separadas, levando à eliminação de mitocôndrias danificadas e disfuncionais. Fusão mitocondrial é a fusão de duas ou mais mitocôndrias em uma mitocôndria, o que permite a formação de uma rede dinâmica que pode responder a mudanças metabólicas. Este equilíbrio mantém a função mitocondrial normal . Um desequilíbrio entre a fissão mitocondrial e a fusão pode contribuir para o desenvolvimento da disfunção endotelial na diabetes . A exposição das células endoteliais à hiperglicemia leva a um aumento na fissão mitocondrial, que pode ser melhorada pela diminuição das concentrações de anião superóxido . Esta fissão pode ser causada por um aumento na expressão da proteína 1 (DRP1) relacionada com a dinamina, um activador da fissão mitocondrial, ou uma diminuição na atrofia óptica 1 (OPA1), um activador da fusão mitocondrial . Assim, a disfunção mitocondrial nas células endoteliais representa um passo crucial no desenvolvimento da disfunção endotelial.