The role of oxidative stress in the pathogenesis of Graves’ orbitopathy

8-OHdG powstaje wskutek działania rodnika hydroksylowego na guaninę w łańcuchu DNA [34]. Tsai i wsp. wykazali znamiennie wyższe stężenie 8-OHdG w moczu chorych na chGB z aktywną OT w stosunku do grupy kontrolnej oraz do grupy chorych na chGB bez objawów OT [77]. Inni badacze wykazali również znamiennie wyższe stężenie 8-OHdG we łzach pobranych od chorych z aktywną OT w porównaniu do grupy kontrolnej oraz dodatnią korelację między stężeniem 8-OHdG a aktywnością kliniczną OT w skali CAS (clinical activity score) [20].

Stężenie 8-OHdG jest także znacząco wyższe w hodowli fibroblastów pobranych z oczodołu od chorych z aktywną OT w porównaniu do jego stężenia u chorych bez OT [79], a poddanie ich działaniu nadtlenku wodoru (H₂O₂) powoduje dalszy proces destrukcji DNA przejawiający się wzrostem 8-OHdG [80].

Palenie papierosów jest istotnym czynnikiem środowiskowym pogarszającym stan kliniczny OT [7, 86]. Patomechanizm tej zależności nie jest do końca poznany. Dym papierosowy jest czynnikiem sprzyjającym utlenianiu, a zatem zwiększa poziom RFT, co przyczynia się do rozwoju OT. Tsai i wsp. wykazali, że palacze lub osoby, które paliły w przeszłości miały znacznie wyższe stężenie 8-OHdG niż nigdy niepalący chorzy [77]. W innym badaniu dowiedziono, iż ekstrakt z dymu papierosów istotnie zwiększa poziom adipogenezy oraz kumulację glikozaminoglikanów (głównie kwasu hialuronowego) synergistycznie z IL-1 [19].

W procesie peroksydacji nienasyconych kwasów tłuszczowych, wchodzących w skład fosfolipidów błon komórkowych, powstają nadtlenki tych związków, które wykazują silne działanie toksyczne. MDA jest obecnie najpowszechniej ocenianym markerem peroksydacji lipidów. Ten wysoce reaktywny związek hamuje proliferację komórek, zaburza ekspresję genów oraz hamuje aktywność enzymów wykazujących działanie antyoksydacyjne, potęgując uszkodzenia oksydacyjne komórki [15, 48, 54]. Poza tym zaburza integralność błon komórkowych, a tworząc wiązania kowalencyjne z białkami i kwasem nukleinowym powoduje utratę ich budowy i funkcji [82].

Acarsu i wsp. wykazali znamiennie wyższe stężenie MDA w grupie chorych z aktywną OT w stadium eutyreozy w porównaniu do grupy kontrolnej oraz chorych na chGB w stadium eutyreozy bez objawów aktywnej OT. Badacze ci nie wykazali różnicy stężeń MDA w grupie chorych na chGB w stadium eutyreozy bez objawów aktywnej OT w porównaniu do grupy kontrolnej, co świadczy, iż stan eutyreozy redukuje poziom stresu oksydacyjnego pod warunkiem nieobecności OT [2]. Autorzy wykazali, iż osiągnięcie stanu eutyreozy u chorych z aktywną OT nie normalizuje parametrów stresu oksydacyjnego, lecz prowadzi do ich częściowej redukcji, co potwierdza udział stresu oksydacyjnego w patogenezie OT [11]. Dowodzi to, iż autoimmunologiczny proces zapalny tkanek miękkich oczodołu jest niezależnym od stanu hormonalnego tarczycy czynnikiem wpływającym na poziom zaburzeń oksydacyjno-redukcyjnych organizmu. Jednak uzyskanie stanu eutyreozy, częściowo redukując stres oksydacyjny, zwiększa szanse skutecznego leczenia immunosupresyjnego autoimmunologicznego zapalenia tkanek miękkich oczodołu w aktywnej OT.

Nasilony proces peroksydacji lipidów przebiega również w fibroblastach oczodołowych chorych z OT. Stężenie MDA w tych fibroblastach jest znacząco wyższe w porównaniu do stężenia w fibroblastach pobranych od chorych bez objawów aktywnej OT [30], a ich ekspozycja na H₂O₂ powoduje dalszy wzrost stężenia MDA [80].

Białka szoku cieplnego (heat shock protein, HSP) powstają, gdy komórki są narażone na działanie czynników stresowych, m.in. wysokiej, ale również niskiej temperatury, stresu solnego, osmotycznego czy oksydacyjnego. Wytwarzanie HSP może wzrastać także w odpowiedzi na infekcje, zapalenie, działanie toksyn, promieniowanie UV czy głodzenie. Wydaje się, iż pełnią one funkcje ochronne i odgrywają rolę we wzroście i rozwoju organizmu [41]. Ekspresja HSP 72 kDa jest wzmożona u chorych z aktywną OT. Badacze wykazali, iż po leczeniu tyreostatykami oraz preparatami o właściwościach antyoksydacyjnych stężenie HSP w hodowli fibroblastów pobranych od pacjentów z aktywną OT obniża się, co potwierdza teorię patogenetycznej roli procesów oksydacyjno-redukcyjnych w rozwoju OT [28, 29].

Stres oksydacyjny prowadzi do aktywacji układu antyoksydacyjnego działającego poprzez dwa mechanizmy, tj. enzymatyczny oraz nieenzymatyczny.

Do składowej enzymatycznej układu antyoksydacyjnego należą: dysmutazy ponadtlenkowe (SOD), katalaza (CAT), peroksydazy glutationowe (GPx) i paraoksonaza-1 (PON-1). Nadczynność tarczycy w przebiegu chGB znamiennie pobudza aktywność enzymów antyoksydacyjnych: SOD, CAT oraz wzrost stężenia ceruloplazminy (CP) i obniża aktywność GPx i reduktazy glutationu (GR), co wykazali Bednarek i wsp. [13]. Uzyskanie stanu eutyreozy normalizuje aktywność większości z tych enzymów. W grupie pacjentów z nadczynnością tarczycy oraz aktywną OT autorzy wykazali wzrost aktywności SOD, CAT i stężenia CP oraz obniżenie aktywności GPx i GR, które nie uległy normalizacji po uzyskaniu stanu eutyreozy po leczeniu tyreostatykami [11]. Podobne wyniki przedstawili również inni badacze [14, 37]. Natomiast inni autorzy wykazali wzrost aktywności SOD, CAT i stężenia CP oraz obniżoną aktywność GPx i GR u chorych na chGB w stadium eutyreozy z aktywną OT oraz brak znamiennej różnicy badanych parametrów układu antyoksydacyjnego u chorych na chGB będących w stadium eutyreozy i bez objawów OT w stosunku do grupy kontrolnej [12]. Podobne rezultaty przedstawili Hondur i wsp., którzy wykazali w fibroblastach oczodołowych pobranych podczas operacji dekompresji znamienny wzrost aktywności SOD, GPx, GR [30].

Paraoksonaza-1 (PON-1), wiążąc się z cząsteczkami lipoprotein o dużej gęstości (HDLs) chroni lipoproteinę o małej gęstości (LDL) i HDL przed procesem oksydatywnej modyfikacji. Aktywność PON-1 wykazuje odwrotną korelację z nasileniem stresu oksydacyjnego w surowicy i makrofagach [59].

Azizi i wsp. stwierdzili obniżenie aktywności PON-1 zarówno w nadczynności, jak i niedoczynności tarczycy [4]. Inni badacze stwierdzili, że obniżona aktywność PON-1 u chorych z nadczynnością tarczycy ulega normalizacji po uzyskaniu eutyreozy [58, 85] z dodatnią korelacją między stężeniem TSH, aktywnością PON-1 i stężeniem całkowitego cholesterolu [10]. Yuksel i wsp. badając chorych na chGB w stadium eutyreozy z towarzyszącą aktywną OT wykazali znamiennie niższą aktywność PON-1 w porównaniu do grupy kontrolnej. Uzyskanie wyrównania tyreometabolicznego nie wpływało na normalizację aktywności tego enzymu [87]. Obniżenie aktywności PON-1 w grupie z aktywną OT świadczy najpewniej o zaburzeniu równowagi oksydoredukcyjnej, prowadzącym do wzmożonej oksydacji lipoprotein oraz wyczerpania ochronnego, antyoksydacyjnego działania PON-1 wskutek nasilonego stresu oksydacyjnego.

Rezultaty tych badań sugerują, że autoimmunologiczny stan zapalny toczący się w oczodole jest niezależnym od stanu tyreometabolicznego źródłem nasilonych reakcji oksydacyjnych.

Druga składowa układu antyoksydacyjnego to składowa nieenzymatyczna, opierająca się na działaniu obecnych w organizmie drobnocząsteczkowych substancji redukujących.

Do zasadniczych elementów tego układu należą glutation i kwas moczowy, witaminy A, C, E oraz karotenoidy i flawonoidy – substancje egzogenne dostarczane z pożywieniem.

Glutation pełni funkcję kofaktora w reakcjach katalizowanych przez GPx. Hondur i wsp. wykazali w fibroblastach oczodołowych pobranych podczas operacji dekompresji oczodołu znamienne obniżenie stężenia zredukowanego glutationu (GSH). Obniżone stężenie GSH jest najpewniej wynikiem jego nadmiernego zużycia w reakcji z wolnymi rodnikami, czemu towarzyszy wzrost stężenia utlenionej postaci glutationu (GSSG) oraz obniżenie potencjału utleniającego GSH/GSSG [30]. Podobne rezultaty badań przedstawili Khong i wsp., którzy ponadto wykazali, że stężenie GSH w surowicy jest ujemnie skorelowane z indeksem orbitopatii [36]. Rotondo Dottore i wsp. badając wpływ N-acetyl-L-cysteiny, będącej prokursorem glutationu [88], na poddane działaniu stresu oksydacyjnego fibroblasty pobrane w trakcie dekompresji oczodołów od chorych z OT wykazali redukcję stresu oksydacyjnego ocenianą przez stężenie GSSG oraz hamowanie przez nie wytwarzania kwasu hialuronowego [61].

Witamina C (kwas askorbinowy) jest dobrze znanym antyoksydantem zapewniającym utrzymanie odpowiedniego potencjału oksydacyjno-redukcyjnego w komórce [40]. W niskich stężeniach działa jako prooksydant, w wysokich natomiast jako antyutleniacz [26], dlatego wydaje się, iż utrzymanie jej prawidłowego stężenia może mieć ważne znaczenie w zwalczaniu chorób, w których stres oksydacyjny odgrywa rolę patogenetyczną.

Stężenie witaminy C u osób z nadczynnością tarczycy jest znacznie obniżone, a w trakcie suplementacji tej witaminy dochodzi do obniżenia stresu oksydacyjnego mierzonego wskaźnikiem TBARS (substancje reagujące z kwasem tiobarbiturowym)/GSH [69].

Rotondo Dottore i wsp. badali wpływ działania witaminy C i melatoniny, będącej zmiataczem wolnych rodników tlenowych i azotowych [27], na poddane działaniu H₂O₂, w celu wywołania stresu oksydacyjnego, fibroblasty pobrane w czasie operacji dekompresji oczodołu. Badacze wykazali obniżenie stresu oksydacyjnego ocenianego redukcją stężenia GSSG. Witamina C hamowała proliferację fibroblastów oczodołowych, a melatonina redukowała stężenie kwasu hialuronowego [61].

Hamujący wpływ na proliferacje fibroblastów w badaniach in vitro wykazują także β-karoten, selen, enalapril, quercetyna [16, 42, 62, 63].

Selen jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym wchodzącym w skład selenoprotein, mającym szerokie działania plejotropowe, począwszy od działania antyoksydacyjnego do wytwarzania i degradacji hormonów tarczycy [45, 68, 74]. Suplementacyjne podawanie selenu może korzystnie wpływać w leczeniu pacjentów z autoimmunologicznymi chorobami zapalnymi tarczycy [22].

Wykazano korzystny wpływ suplementacji selenu (200 μg/dzień) u chorych na chGB z objawami łagodnej OT wg klasyfikacji EUGOGO. Wykazano zmniejszenie nasilenia objawów ocznych, poprawę jakości życia oraz zmniejszenie częstości progresji OT [46]. Nie wiadomo jednak czy selen jest skuteczny u wszystkich chorych niezależnie od jego stężenia czy tylko w przypadku jego niedoboru, ponieważ w przeprowadzonych dotychczas badaniach nie oceniano początkowego stężenia selenu, przed włączeniem jego suplementacji.

Kucharzewski i wsp. badając stężenie selenu u chorych z różnymi schorzeniami tarczycy wykazali najniższe jego stężenie we krwi w grupie chorującej na chGB, a jednocześnie najwyższe jego stężenie w tkance gruczołu tarczowego [38].

Badacze grupy EUGOGO zalecają 6-miesięczny okres suplementacji selenem u chorych z łagodną i krótko trwającą OT [6, 46].

Kwas moczowy, będący końcowym produktem rozkładu puryn, uważany za główny przeciwutleniacz w ludzkiej surowicy, usuwa tlen singletowy, rodnik peroksylowy (RO₂^·) i rodnik hydroksylowy (HO^·) [4]. Jego wysokie stężenie w nadczynności tarczycy jest spowodowane zwiększonym metabolizmem puryn. Stężenie kwasu moczowego jest podwyższone u chorych z nadczynnością tarczycy w przebiegu chGB oraz obniżone w grupie z niedoczynnością tarczycy [43]. Uzyskanie stanu eutyreozy po leczeniu tyreostatykiem u chorych na chGB normalizuje stężenie kwasu moczowego [67]. Nie ma danych na temat stężenia kwasu moczowego u chorych na chGB z towarzyszącą OT.

Próba stosowania pentoksyfiliny, mającej właściwości przeciwzapalne, w dawce 1200 mg/dobę przez 12 miesięcy w pacjentów z łagodną postacią OT nie przyniosły poprawy stanu miejscowego oraz poprawy jakości życia [44]. Po zastosowaniu nikotynamidu u pacjentów z aktywną OT w stadium łagodnym i umiarkowanym uzyskano jego korzystny wpływ na poprawę stanu tkanek miękkich oczodołu, przy czym potwierdzenie faktycznej skuteczności nikotynamidu wymaga przeprowadzenia badań randomizowanych wśród większej liczby badanych [17].