晚期糖基化終末產(chǎn)物的抑制機(jī)理及抑制劑的研究進(jìn)展

吳茜 陳亨業(yè) 胡貝 呂哲娟 謝筆鈞 孫智達(dá)

非酶糖基化反應(yīng)由Louis-Camille Maillard于1912年發(fā)現(xiàn)。之后與之相關(guān)的研究，主要集中在對(duì)食品風(fēng)味和色澤的影響。1955年Henry Borsook［1］首次在體內(nèi)發(fā)現(xiàn)Maillard反應(yīng)的早期產(chǎn)物-Amadori化合物;此后 Tanzer［2］和 Cerami等［3］也陸續(xù)在老化的結(jié)締組織和糖尿患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)Amadori化合物。80年代之后，糖尿病并發(fā)癥、阿爾茲海默病等多種慢性疾病被發(fā)現(xiàn)和體內(nèi)Maillard反應(yīng)的晚期產(chǎn)物即AGEs存在密切聯(lián)系［4］。本文將主要從AGEs的抑制機(jī)理及已發(fā)現(xiàn)的抑制劑兩方面，來(lái)介紹其研究進(jìn)展。

1 AGEs抑制機(jī)理

1.1 AGEs形成抑制 AGEs作為Maillard反應(yīng)的終末產(chǎn)物，其形成的必要條件是反應(yīng)初始的羰胺反應(yīng)，即氨基酸或胺等親核化合物和帶有羰基的化合物發(fā)生親核反應(yīng)，生成亞胺類(lèi)化合物-希夫堿(Schiff bases);之后再經(jīng)歷Amadori(或Heyns)重排，生成較為穩(wěn)定的Amadori(或Heyns)化合物，并在不同的pH下降解生成各種羰基類(lèi)化合物，研究表明這些反應(yīng)性的羰基化合物是形成AGEs的前體化合物［5］。故用不發(fā)生美拉德反應(yīng)的親核化合物來(lái)封閉羰基化合物，是一條較好的抑制途徑，如已發(fā)現(xiàn)的抑制劑氨基胍和吡哆胺。

對(duì)Maillard反應(yīng)影響較大的反應(yīng)條件主要包括氧氣濃度、氧化還原條件、金屬離子、pH、溫度及水分活度。研究表明［6，7］過(guò)低或過(guò)高的pH和水分活度，以及低溫都能較好地抑制Maillard反應(yīng)，但由于在生理環(huán)境下，pH、溫度和水分活度都是恒定的，無(wú)法調(diào)控，故這三個(gè)抑制途徑對(duì)于體內(nèi)AGEs生成的抑制意義不大。

Baynes［8］和 Thorpe認(rèn)為氧化應(yīng)激能促進(jìn) AGEs的形成，而Litchfield等［9］的研究表明雖然無(wú)氧條件能較好地抑制Maillard反應(yīng)前期中間產(chǎn)物乙二醛和甲基乙二醛的產(chǎn)生，但對(duì)后期的反應(yīng)卻并無(wú)抑制作用，此外其研究還發(fā)現(xiàn)抗氧化條件雖能抑制葡萄糖Maillard反應(yīng)的發(fā)生但卻無(wú)法有效地抑制戊糖Maillard反應(yīng)的發(fā)生。Namiki和Hayashi［10］兩人用電子自旋共振光譜儀檢測(cè)Maillard反應(yīng)中間產(chǎn)物時(shí)發(fā)現(xiàn)其在前期的反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生較多的活性自由基，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行自由基會(huì)逐漸減少。故可推測(cè)抗氧化劑和自由基清除劑對(duì)Maillard反應(yīng)的前期進(jìn)程應(yīng)該有較好的抑制作用。

在金屬離子對(duì)Maillard反應(yīng)影響的研究中［11］，其結(jié)果表明部分過(guò)渡金屬離子(Fe3+、Fe2+、Cu2+、Zn2+)能促進(jìn)反應(yīng)的發(fā)生，其中鐵離子和銅離子的促進(jìn)作用相對(duì)較大，F(xiàn)e3+的促進(jìn)效果大于Fe2+。Cu2+和Zn2+在低濃度(1～5 mg/L)下有促進(jìn)作用，當(dāng)濃度達(dá)到5～25 mg/L時(shí)，則有一定的抑制作用［11］。部分非過(guò)渡金屬離子(Ca2+、Mg2+)對(duì)反應(yīng)有一定的抑制作用［12］。由于在生理環(huán)境下游離金屬離子的濃度較為穩(wěn)定且較低，故金屬離子螯合劑對(duì)于體內(nèi)AGEs的抑制作用可能不大，但在體外和食品體系中則十分重要。

1.2 AGEs斷裂抑制 和AGEs形成抑制相比，AGEs斷裂抑制的優(yōu)勢(shì)在于，其能將體內(nèi)已形成的AGEs交聯(lián)物進(jìn)行裂解并清除。溴化苯酰甲基噻唑(N-phenacylthiazolium bromide，PTB)作為AGEs斷裂劑的先導(dǎo)產(chǎn)物由Vansan等［13］于1996年提出，后按照PTB的斷裂機(jī)理，已研制出多種相同機(jī)理的斷裂劑。下面以其中研究較為詳盡的斷裂劑ALT711［14］來(lái)祥述其斷裂機(jī)理。如圖1，AGEs含二酮結(jié)構(gòu)，在ALT7ll的噻唑環(huán)和側(cè)鏈上有兩個(gè)親核中心，當(dāng)其進(jìn)攻AGEs交聯(lián)物的羰基時(shí)，則會(huì)發(fā)生親核加成生成一個(gè)五元環(huán)中間體，此中間體在發(fā)生多次重排反應(yīng)后發(fā)生裂解，促使AGEs交聯(lián)物斷裂。由圖1可知AGEs交聯(lián)物雖已被裂解，但其裂解產(chǎn)物中仍具有活性羰基，即其還能重新形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。同時(shí)也可看出ALT711只是其裂解反應(yīng)中的一個(gè)催化劑，能持續(xù)發(fā)揮作用，故可推測(cè)若將AGEs的羰基封閉劑和其斷裂劑共同使用，使其斷裂產(chǎn)物無(wú)法再次交聯(lián)，也許能大大地增加其抑制效果［15］。

圖1 ALT711斷裂AGEs交聯(lián)物

圖2 AGEs生成的抑制機(jī)理

綜上所述，如圖2，體內(nèi)AGEs的生成抑制的主要途徑為:①清除自由基及抗氧化。②封閉活性羰基。③螯合過(guò)渡金屬離子。④斷裂AGEs交聯(lián)物。

2 AGEs形成抑制劑

2.1 氨基胍 氨基胍(aminoguanidine，AG)由美國(guó)洛克菲勒大學(xué)教授A．Cerami發(fā)現(xiàn)，是一種研究較為深入的AGEs抑制劑。其對(duì)AGEs生成的抑制機(jī)理為［15］:①和Amadori化合物發(fā)生親核加成反應(yīng)，來(lái)封閉羰基。②和α-二羰基化合物發(fā)生親核加成反應(yīng)，生成較為穩(wěn)定的三嗪類(lèi)六元環(huán)化合物，來(lái)封閉羰基。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)［16］表明AG能顯著減少體內(nèi)糖化蛋白交聯(lián)的形成并緩解多種糖尿病并發(fā)癥的發(fā)展。但在Ⅲ期臨床試驗(yàn)中卻發(fā)現(xiàn)AG有不良反應(yīng)，使其無(wú)法繼續(xù)應(yīng)用于臨床實(shí)踐。

2.2 吡哆胺 吡哆胺為維生素B6的一種天然成分，其作為AGEs生成抑制劑首先被Hudson發(fā)現(xiàn)［17］。和AG一樣，吡哆胺作為一種親核試劑能捕獲Maillard反應(yīng)中產(chǎn)生的活性羰基并環(huán)化，從而生成較為穩(wěn)定的含呱嗪環(huán)的五元環(huán)加合物［18］。與AG不同的是，吡哆胺的抑制主要表現(xiàn)在Amadori后反應(yīng)，AG則主要表現(xiàn)在Amadori前反應(yīng)［19］。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)［17］表明吡哆胺對(duì)于抑制AGEs的生成以及延緩相應(yīng)的慢性疾病都有較好的效果。作為一種水溶性維生素，和AG及其他抑制劑相比，吡哆胺的毒性較低，故有望成為一種新型的藥物。

除上述兩種抑制劑外，現(xiàn)已從一些藥物、維生素及植物性化學(xué)物質(zhì)中找到多種AGEs形成抑制劑［15］，如肌肽、地拉桌鹽酸鹽、阿卡波糖、二甲雙胍、替尼西坦、己酮可可堿、維生素C、和多酚化合物。此外，根據(jù)AGEs生成的抑制機(jī)理及其相關(guān)抑制劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，現(xiàn)已合成出多種形成抑制劑［20］，如ALT462、ALT486、OPB-9195、BST 和 LR 系列化合物。

3 AGEs斷裂抑制劑

AGEs斷裂抑制劑主要為PTB、ALT711及按照兩者的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合成的各種衍生物，其抑制機(jī)理基本類(lèi)似，都是通過(guò)裂解雙羰基之間的碳碳鍵來(lái)裂解AGEs。

3.1 PTB PTB 由 Vansan等［13］于1996 年提出，實(shí)驗(yàn)［13］表明其能較好地裂解在生理?xiàng)l件下形成的AGEs交聯(lián)物。但PTB結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易發(fā)生水解，故無(wú)法作為藥用［15］。

3.2 ALT711 ALT711是Vansan繼PTB后，合成的一種穩(wěn)定性較好的 AGEs斷裂劑，研究［21］表明其能有效地逆轉(zhuǎn)AGEs交聯(lián)物的生成，無(wú)論是內(nèi)服還是外用，都能有效地改善由AGEs引起的慢性病癥。Vaitkevicius等［22］的研究發(fā)現(xiàn)其能改善年老獼猴血管及心肌的硬化問(wèn)題;Peppa等［23］也發(fā)現(xiàn)其能有效地降低糖尿病模型小鼠的血清、皮膚及腎臟中的CML(羧甲基賴(lài)氨酸)水平，并推測(cè)其能較好的逆轉(zhuǎn)由糖尿病而引起的腎功能障礙。作為第一種進(jìn)入臨床試驗(yàn)的AGEs斷裂劑，其在Ⅰ、Ⅱ期臨床實(shí)驗(yàn)中都顯示有良好的效果，但由于其開(kāi)發(fā)公司Alteon的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，使得該公司在2009年不得不宣布停止對(duì)其的臨床實(shí)驗(yàn)。

由于生活水平的提高和人口老齡化的發(fā)展，慢性疾病的發(fā)生呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)至2011年由慢性疾病而導(dǎo)致的死亡已高達(dá)85%。研究表明AGEs在體內(nèi)與多種慢性疾病的發(fā)生及發(fā)展密切相關(guān)，故體內(nèi)AGEs抑制劑的研究也許能為各種慢性疾病的治療開(kāi)辟了一條新的道路。綜上所述，依據(jù)各種抑制機(jī)理人工合成的抑制劑和具有良好抗氧化性的天然活性成分將是開(kāi)發(fā)AGEs抑制劑的主要途徑。

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