Pozorujeme na dva způsoby transportu glukózy: facilitativní a sekundární aktivní transport. Facilitativní transport se vyskytuje v podstatě ve všech typech buněk a je řízen koncentračním gradientem přes buněčné membrány. Tato forma transportu glukózy je převážně zprostředkována členy rodiny transportérů GLUT. Sekundární aktivní transport probíhá ve střevě a v ledvinových tubulech (převážně v proximálních tubulech) a je zprostředkován členy rodiny transportérů SGLT. GLUT jsou kódovány geny SLC2 a SGLT jsou kódovány geny SLC5.
Reabsorpce glukózy probíhá převážně na kartáčové membráně konvolutového segmentu proximálního tubulu. Glukóza vstupuje na luminální straně proximálních tubulárních buněk aktivním transportním procesem zprostředkovaným nosiči, který vyžaduje energii poskytovanou sodíkovým gradientem mezi intra- a extracelulárním kompartmentem vytvářeným sodíko-draslíkovou ATPázou. Glukóza vstupuje do buňky spolu se sodíkem a sodík opouští buňku na bazolaterální straně buňky, což je transport nezávislý na sodíku a usnadňující transport nevyžadující žádnou energii.
V proximálním tubulu jsou exprimovány dvě různé rodiny glukózových přenašečů:
(i) Apikální přenašeče jsou SGLT-1 (typ 1) a SGLT-2. Tyto transportéry vyžadují energii a jsou závislé na sodíku.
(ii) Přenašeči glukózy exprimovanými v bazolaterální doméně jsou GULT-1 a GLUT-2, které nevyžadují energii, sodík ani žádný jiný iont.
V počáteční části proximálního tubulu (označované S1) jsou exprimovány pouze SGLT-2 a GLUT-2, zatímco SGLT-1 a GLUT-1 jsou exprimovány v distální dřeňové části proximálního tubulu (označované S3). Afinita SGLT-2 je nižší než afinita SGLT-1. SGLT2 je glukózový transportér s nízkou afinitou a vysokou kapacitou. Přenáší pouze jednu molekulu glukózy, zatímco SGLT1 je glukózový transportér s vysokou afinitou a nízkou kapacitou a přenáší dvě molekuly glukózy. Tyto transportéry nejprve vážou sodík a teprve poté glukózu a elektrochemický sodíkový gradient vytvářený Na+/K+-ATPázou je hnací silou aktivity symportérů. Za normálních podmínek se exprese těchto transportérů nemění, a proto je kapacita ledvin reabsorbovat glukózu konstantní. Také neexistují žádné hormony, které by tyto transportéry ovlivňovaly.
SGLT1 a SGLT2 jsou členy rodiny genů SLC5A (známé také jako rodina genů sodíkových substrátových symporterů ). V lidském genomu, který má více než 230 členů, jich bylo identifikováno dvanáct; několik z nich (včetně SGLT1 a SGLT2) je spojeno s transportem sodíku a glukózy. Členové SGLT jsou multifunkční membránově vázané proteiny. Kromě glukózy se podílejí také na transportu dalších cukrů, monokarboxylátů, aminokyselin, vitaminů, iontů a osmolytů vázaných na sodík. Vykazují také aktivitu sodíkového uniporteru, kanálů pro močovinu a vodu, detekci glukózy a potlačování nádorů.
Kromě toho, že způsobuje glykosurii, ovlivňuje defekt reabsorpce glukózy také absorpci vody a iontů. Snížení reabsorpce glukózy je spojeno se ztrátou přibližně 70 % vody filtrované na glomerulu. Protože reabsorpce vápníku v proximálním tubulu následuje po reabsorpci vody, je glykosurie obecně spojena se zvýšeným vylučováním vápníku.
SGLT2 se nejvíce podílí na renální reabsorpci glukózy. SGLT2 je nízkoafinitní sodík/glukózový kotransportér zodpovědný za většinu tubulární reabsorpce filtrované glukózy. Je zodpovědný za 80-90 % renální reabsorpce glukózy. Gen SGLT2 kóduje protein sodík/glukóza kotransportéru, který obsahuje 672 aminokyselinových zbytků. Je téměř výhradně exprimován v luminálním kartáčovém okraji časného proximálního tubulu (označovaného jako S1) kůry ledvin a v mnohem menší míře v jiných orgánech, jako jsou játra, mozek, štítná žláza, sval a srdce. Má 59% homologii s SGLT-1 a 14 předpokládaných transmembránových domén. Je lokalizován na chromozomu 6.
SGLT1 je protein obsahující 664 aminokyselinových zbytků a je to protein s vysokým obsahem aminokyselinových kotransportérů, který je silně exprimován v tenkém střevě a do určité míry i v ledvinách v blízkosti dřeňového proximálního tubulu (označovaného jako S3). Má molekulovou hmotnost přibližně 73 kDa a 13 transmembránových domén. Je zodpovědný za reabsorpci většiny zbývající glukózy. Navzdory homologii mezi nimi je společná pouze jedna mutace: Arg137His. Lidský střevní SGLT1 byl lokalizován na chromozomu 22.
Mezi další ko-transportéry této rodiny patří SGLT4, SGLT5, SGLT6 a SMIT1, které jsou exprimovány v několika tkáních včetně ledvin. SGLT3 je glukózou řízený iontový kanál exprimovaný v cholinergních neuronech a nervosvalovém spojení a může hrát roli ve střevní motilitě řízené dietou.
Ulehčující transportéry glukózy mají izoformy GLUT 1-5. SGLT3 je glukózový kanál exprimovaný v cholinergních neuronech a nervosvalovém spojení. GLUT2 je spojen především s transportem glukózy ve stočené části proximálního tubulu. V segmentech s vysokou rychlostí reabsorpce (segmenty S1 a S2) je přenašečem s vysokou kapacitou a nízkou afinitou. Při narození je přítomna také cesta s vysokou afinitou, nízkou kapacitou, která kompenzuje sníženou aktivitu cesty s vysokou kapacitou, nízkou afinitou.
Reabsorpce glukózy je závislá na věku. U předčasně narozených dětí narozených v méně než 30. týdnu těhotenství je glukosurie poměrně častá, protože filtrovaná zátěž glukózy dodávaná do ledvin je často příliš vysoká na to, aby ji nezralý nefron zvládl. Glukosurie se obvykle objevuje, když je obsah glukózy v plazmě vyšší než 300 mg/dl, ale určitá glukóza se může objevit v moči již při hladině glukózy v plazmě 150 mg/dl, protože schopnost jednotlivých nefronů zpracovávat glukózu se značně liší. Tato variabilita vyplývá z rozdílů v délce proximálního tubulu a z rozdílů ve velikosti a umístění glomerulů. Většina glukózy je reabsorbována v segmentu S1 vysokokapacitním transportérem SGLT2, zatímco zbývající glukóza, která se dostane do segmentu S3, je reabsorbována vysokoafinitním transportérem SGLT1; společně minimalizují ztráty glukózy močí.
Tubulární maximum pro glukózu (Tm glukózy, mg/min/1,73 m2) korigované na rychlost glomerulární filtrace (GFR) se mění v závislosti na věku. Tm glukózy/GFR (mg/ml) představuje následující hodnoty:
-
Kojenci – 0,9-2,94 mg/ml
-
Děti – 1,82-2 mg/ml.94 mg/ml
-
Dospělí – 2,31-2,70 mg/ml
Glukóza Tm pro děti vyjádřená v mg/min/1.73 m2 je následující:
-
Nedonošené děti – 25-190 mg/min/1,73 m2
-
Nedonošené děti – 36-288 mg/min/1.73 m2
-
Děti – 254-401 mg/min/1,73 m2
Dosud byly identifikovány pouze mutace se ztrátou funkce v ledvinných transportérech glukózy. Pacienty s FRG lze charakterizovat podle množství glukózy vyloučené ve 24hodinovém sběru moči normalizovaném na tělesný povrch: lehká renální glykosurie pro < 10 g/1,73 m2 za den a těžká renální glykosurie pro ≥10 g/1,73 m2 za den.
Familiární renální glykosurie (FRG) je vzácná porucha renálních tubulů způsobená mutacemi s genem SLCA2 (FRG, McKusick 233100). Tento gen je mapován na chromozomu 16p11.2. První zpráva o mutaci tohoto genu pochází z roku 2000. Jako způsob dědičnosti, který nejlépe odpovídá FRG, byla navržena ko-dominance s neúplnou penetrancí. Mnoho heterozygotních jedinců vykazuje mírnou glykosurii (< 0,1 g/1,73 m2/24 h), ostatní mají různý stupeň glykosurie při absenci hyperglykémie. Homozygotní nebo složení heterozygotní jedinci mají obvykle těžkou renální glykosurii přesahující 100 g/1,73 m2/24 h. Některé mutace zachovávají 80% schopnost transportu glukózy, zatímco jiné zcela ruší expresi proteinu.
Ne všichni jedinci s podobnými nebo stejnými mutacemi však mají stejný stupeň zvýšeného vylučování glukózy, což naznačuje roli negenetických faktorů nebo jiných genů, které mohou hrát roli v transportu glukózy. Také další SGLT, o nichž je známo, že jsou exprimovány v ledvinách a jejichž funkce dosud nebyla objasněna, jsou kandidáty na modifikované geny ve FRG. Úlohu dalších kandidátních genů podporuje také nález nejméně 3 pacientů s FRG, u nichž sekvenování celé kódující oblasti SLC5A2 neprokázalo žádné mutace.