Association of severity of diabetic retinopathy with biochemical alterations of erythrocytes

Background: Several rheological disorders of the erythrocytes, such as increased aggregation and decreased deformability, have been observed in diabetes mellitus and have been implicated in the development of diabetic microangiopathy. Structural alterations of the erythrocyte membrane proteins caused by the diabetic process may be at the origin of these observations. In the present study, we searched for erythrocyte membrane protein alterations in diabetic retinopathy. Materials and Methods: We examined peripheral blood samples from 40 type-2 diabetic patients with diabetic retinopathy of variable severity (19 males and 21 females, mean age 66.8 years, Group A) and we compared them with samples from 19 type-2 diabetic patients without diabetic retinopathy (13 males and 6 females, mean age 66.5 years, Group B) and 16 healthy volunteers (8 males and 8 females, mean age 65.6 years, Group C). Erythrocyte membrane ghosts from all samples were subjected to SDS-PAGE, and the electrophoretic pattern of transmembrane and cytoskeletal proteins was analysed for each sample. The protein quantification of each electrophoretic band was accomplished through scanning densitometry. Results: No significant deviations from normal electrophoresis were observed in Groups B and C, apart from an increase in band 8 in two samples from Group B (11%). In contrast, in 14 samples from Group A (35%) we detected increases in protein band 8 and/or membrane-bound haemoglobin along with a decrease in spectrin. Moreover, increased mobility of band 3, an aberrant high molecular weight (>255 kDa) band and a low molecular weight (42 kDa) band were evident in 10 samples from Group A (25%). Glycophorins were altered in 46% of Group-A patients versus 38% of Group-B patients. Females and patients with long duration of diabetes presented more electrophoretic abnormalities. Conclusions: Structural alterations of the erythrocyte membrane proteins are shown for the first time in association with diabetic retinopathy. Their detection may serve as a blood marker for the development of diabetic microangiopathy. Further studies are needed to assess whether pharmaceutical intervention to the rheology of erythrocytes can prevent or alleviate microvascular diabetic complications.Εισαγωγή-Σκοπός: Διάφορες ρεολογικές διαταραχές των ερυθροκυττάρων, μεταξύ των οποίων η αυξημένη συσσωμάτωση και η μειωμένη ικανότητα ελαστικής παραμόρφωσης, έχουν παρατηρηθεί στο σακχαρώδη διαβήτη και πιστεύεται ότι εμπλέκονται στην ανάπτυξη της διαβητικής μικροαγγειοπάθειας. Δομικές μεταβολές των πρωτεϊνών της μεμβράνης των ερυθρών αιμοσφαιρίων, ως αποτέλεσμα της διαβητικής διαδικασίας, μπορεί να βρίσκονται πίσω από αυτές τις ρεολογικές διαταραχές. Στην παρούσα μελέτη, διερευνήθηκε η ύπαρξη μεταβολών των πρωτεϊνών της μεμβράνης των ερυθρών αιμοσφαιρίων σε ασθενείς με διαβητική αμφιβληστροειδοπάθεια. Υλικό και Μέθοδος: Εξετάστηκαν δείγματα περιφερικού αίματος 40 ασθενών με σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 και διαβητική αμφιβληστροειδοπάθεια ποικίλης βαρύτητας (19 άνδρες και 21 γυναίκες με μέση ηλικία 66,8 έτη: Ομάδα Α) και συγκρίθηκαν με δείγματα από 19 ασθενείς με σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 χωρίς αμφιβληστροειδοπάθεια (13 άνδρες και 6 γυναίκες με μέση ηλικία 66,5 έτη: Ομάδα Β) και από 16 υγιείς μάρτυρες (8 άνδρες και 8 γυναίκες με μέση ηλικία 65,6 έτη: Ομάδα Γ). Ερυθροκυτταρικές μεμβράνες από όλα τα δείγματα απομονώθηκαν και υποβλήθηκαν σε ηλεκτροφόρηση πηκτώματος γέλης SDS - πολυακρυλαμίδης και, σε κάθε δείγμα, έγινε μελέτη της ηλεκτροφορητικής κινητικότητας των διαμεμβρανικών πρωτεϊνών και των πρωτεϊνών του υπομεμβρανικού σκελετού. Η ποσοτική ανάλυση κάθε ηλεκτροφορητικής ζώνης επιτεύχθηκε με σάρωση και ψηφιακή ανάλυση. Αποτελέσματα: Στις Ομάδες Β και Γ παρατηρήθηκαν μη σημαντικές αποκλίσεις από τη φυσιολογική ηλεκτροφόρηση, εκτός από μια αύξηση στη ζώνη 8 σε δύο δείγματα της Ομάδας Β (11%). Αντίθετα, σε 14 δείγματα της Ομάδας Α (35%) διαπιστώθηκε αύξηση της πρωτεϊνικής ζώνης 8 ή/και της αιμοσφαιρίνης της συνδεδεμένης με τη μεμβράνη παράλληλα με μείωση της σπεκτρίνης. Επιπρόσθετα, σε 10 δείγματα της Ομάδας Α (25%) παρατηρήθηκαν αυξημένη κινητικότητα της ζώνης 3, μια παθολογική ζώνη υψηλού μοριακού βάρους (>255 kDa) και μια παθολογική ζώνη χαμηλού μοριακού βάρους (42 kDa). Οι γλυκοφορίνες εμφάνισαν αλλοιώσεις στο 46% των ασθενών της Ομάδας Α έναντι 38% των ασθενών της Ομάδας Β. Οι γυναίκες και οι ασθενείς με μεγάλη διάρκεια του διαβήτη εμφάνισαν τις περισσότερες ηλεκτροφορητικές διαταραχές. Συμπεράσματα: Δομικές μεταβολές των πρωτεϊνών της μεμβράνης των ερυθρών αιμοσφαιρίων σε συσχέτιση με διαβητική αμφιβληστροειδοπάθεια παρουσιάζονται για πρώτη φορά στη διεθνή βιβλιογραφία. Η ανίχνευση των μεταβολών αυτών θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως αιματικός δείκτης για την ανάπτυξη διαβητικής μικροαγγειοπάθειας. Περαιτέρω μελέτες είναι απαραίτητες ώστε να διερευνηθεί αν ενδεχόμενη φαρμακευτική παρέμβαση στη ρεολογία των ερυθρών αιμοσφαιρίων μπορεί να προλάβει ή να μετριάσει τις επιπλοκές της διαβητικής μικροαγγειοπάθειας