糖基化終末產物在糖尿病腎病中的作用

馮 犁 綜述,湯禮軍 審校

糖尿病是嚴重危害人類健康的慢性疾病之一，主要分為1 型和2 型，其中2 型糖尿病占90%以上。世界衛生組織預測，在2030年，全球糖尿病患者將突破3億7千萬［1］。在中國，已經有9千2百萬的糖尿病患者，其中93.7%為2 型糖尿病［2］。研究發現［3］，約有25%～40%的糖尿病患者（包括1 型和2 型）在首次確診后20～25 年繼發有糖尿病腎病。在糖尿病的病程中，血糖增高毋庸置疑是引起腎臟病變的重要原因，高血糖能夠引起眾多循環代謝的改變，其中高血糖狀態下引起的糖基化終末產物（Advanced glycation end products，AGEs）在腎臟的過多積聚亦顯得尤為重要［4-9］。本文總結了糖尿病腎病發生發展過程中AGEs 所起到的作用，以及能夠影響其表達的方式，這些研究結果為探討糖尿病腎病的諸多病理生理機制提供了重要的突破口。

1 AGEs的化學構成

AGEs 是一組化學異構化合物，是由葡萄糖分子中的游離醛基或酮基與蛋白質、脂質、核酸中的氨基通過親核加成反應形成的糖基化蛋白。目前為止，已經在人體中檢測到約20 種亞型，其中較為常見的有丙酮酸-賴氨酸二聚體、乙二醛-賴氨酸二聚體等［10］。在AGEs 形成的過程中，前述的醛基、酮基以及氨基首先形成可逆的Schiff堿，后者經結構重排形成較穩定的酮胺化合物（Amadori 產物），最終再經過脫水、氧化和縮合等反應，形成穩定的、不可逆的AGEs。在生理條件下，這個反應是非常緩慢的，主要因為AGEs的修飾以及聚積需要長期依附于一些壽命較長的分子上，譬如細胞外基質蛋白。而早在1992年，Monnier等便證實了人體內許多蛋白分子都攜帶有AGEs修飾物［11］。

2 AGEs如何損害腎臟

已經有眾多的研究證明了AGEs 對腎臟能夠產生極大的負性作用。在Forbes JM 等的研究中［8］，運用了AGE的抑制劑后，證明了AGE對能夠引起腎臟損害的下游介質有重要的作用，并在血糖沒有變化的情況下能夠延緩糖尿病腎病的發展進程。在活體實驗中［9］，也證明了AGE對于糖尿病腎病的發生發展有著重要作用。AGEs對腎臟的產生損害的機制主要通過下述的幾種方式。

首先，AGEs 能夠通過依附、修飾蛋白分子，使其結構和功能出現改變，從而對腎臟產生一定的負性作用。譬如存在AGEs 依附的膠原蛋白，其密度、熱穩定性都會發生改變并且更難被金屬蛋白酶降解。其次，AGEs 可以作為供電子體直接生成活性氧的中間體，最終加強氧化應激反應［12］。血液中AGEs濃度增高還可能導致腎素-血管緊張素系統（RAS）的功能改變。Cheng CL等［13］在2012年報導，發現隨著AGE濃度的增高，血管緊張素原、血管緊張素II、2 型血管緊張素II 受體的表達都有明顯的升高。RAS 是與糖尿病微血管病變相關的重要因素之一，但是目前并沒有更進一步的研究證明在體內AGEs 與RAS 系統之間到底存在怎樣的聯系。

在AGEs介導的腎臟損傷中，上述幾點發揮的作用可能并不是主要的。主要的損傷作用則是依靠AGEs與其特殊的受體以及結合蛋白結合并相互反應而引起，其中最重要的也是最常見的受體是RECEPTORS OF AGE（RAGE）［4］。RAGE 是一種細胞表面的跨膜蛋白，它的激活主要依靠其重要配體--AGEs，兩者結合后RAGE 激活，從而產生對腎臟的負性作用，RAGE 可能是AGEs 引起腎臟損傷的最為重要的信號轉導受體。RAGE 激活后可以引起腎臟細胞中重要的第二信使的激活，譬如PKC、NF-κB 等，從而導致炎癥反應的增加，纖維化相關的生長因子和細胞因子表達的增多，氧化應激反應的增強等。Coughlan等［14-15］發現RAGE 激活后，腎臟NADPH 氧化酶的活性明顯增強。Thallas-Bonke等［16］在2008年的研究中通過抑制NADPH 氧化酶，證明了AGEs 與RAGE 結合后并最終導致腎臟的氧化應激增強是AGEs 對腎臟損害的主要途徑。NADPH氧化酶是非吞噬細胞中活性氧（ROS）產生的主要來源。在生理情況下，NADPH 氧化酶的表達活性很低，RAGE 表達增多是它被激活的重要途徑之一，在它被激活后更高水平的ROS 會產生。而NADPH 氧化酶作為氧化應激的重要酶，參與了糖尿病腎病的病理生理過程，RAGE 激活后可明顯影響NADPH 氧化酶的活性從而對腎臟起到負性作用。除了增強氧化應激反應外，RAGE激活后還可以導致蛋白激酶C（PKC）的激活，其中特別是PKC的亞型PKC-?，它的激活已經被證明與糖尿病腎病有極大的關聯［5-7］。PKC-?能夠產生眾多對腎臟的負性作用，作用之一便是使TGF-?與結締組織生長因子表達的增多，導致腎小管細胞向上皮間質轉化，最終導致腎臟的纖維化［17］。在人體中已經證實［18-19］，RAGE 在糖尿病腎病患者的腎臟足細胞以及系膜細胞的表達明顯增強。綜上所述，AGEs 可以通過眾多途徑對腎臟產生負性作用，其中與RAGE結合引起下游介質的激活是其導致腎臟損害的主要途徑。

3 能夠影響AGEs產生負性作用的物質

首先，減少AGEs的生成毋庸置疑能夠降低其對腎臟的損害。AGEs的生成主要受到機體內環境的影響，高血糖、高血壓都能加速其生成。因此，良好的控制血糖、血壓便是減少AGEs生成的最好方法。

除了減少AGEs 的生成外，加速AGEs 的降解無疑也是降低其產生負性作用的一種方法。人體內存在著一些能夠降解AGEs的物質，譬如溶菌酶和乳鐵蛋白。溶菌酶和乳鐵蛋白是天然的抗菌蛋白質，在黏膜分泌物、血清以及吞噬細胞的溶酶體中存在這兩種物質。這兩種物質都對于AGEs有著極高的親和力，并能夠通過巨噬細胞增加AGEs的降解。研究顯示，對非肥胖型糖尿病大鼠以及db/db（+/+）小鼠進行腹腔注射溶菌酶后，其循環中AGEs 的濃度明顯降低，并能夠有效降低蛋白尿［20］。臨床上現在也正對如何提高溶菌酶活性進行著一系列的研究，并已經證實了一些物質能夠提高溶菌酶的活性。譬如說機體攝入咖啡因便能提高溶菌酶的活性，但是這些物質還需要更多的研究和論證才能應用于臨床。

上文總結了AGEs 產生負性作用的機制主要是依靠其與RAGE的結合后引起下游介質激活而產生，那么影響兩者結合自然能夠影響AGEs 的表達。循環性可溶性RAGE（sRAGE）便具有影響AGEs 和RAGE結合的能力。在金屬蛋白脫落酶的作用下，蛋白分子發生膜結合形式的水解分裂后與來自RAGE選擇性剪切后的一小部分基團結合，便形成了sRAGE［21］。與RAGE 不同的是，sRAGE 沒有包含C端信號域，但是卻保留了與RAGE相同的與配體結合的能力。因此，sRAGE 能夠有效的拮抗RAGE 的作用并且促進其配體AGEs 的清除［17］。在運用sRAGE重組體治療糖尿病的研究中，已證明其能夠明顯的減慢糖尿病腎病的發展進程。

當然，能夠影響AGEs表達的物質除去上述幾種機體內本身存在的幾種外，同樣有外源性物質能夠影響其表達。現已明確有多種外源性物質可以降低AGEs/RAGE系統的活性，如：氨基胍化合物、吡哆胺、吡哆胺-氨基胍結合物、苯磷硫胺、己酮可可堿等。上述幾種物質在治療糖尿病腎病的試驗中已經顯示出了非常明顯的治療作用。盡管他們影響AGEs/RAGE的機制各不相同，但證明了通過抑制AGEs/RAGE 可以對糖尿病腎病起到治療作用，也從另一方面再次證明了AGEs 可以對腎臟起到負性作用。但是上述物質雖然在實驗中證明有效，但在臨床上的實用性還有待確定，需要更多的臨床實驗結果來驗證。近年來，對于維生素治療糖尿病腎病效果的研究更多，并且已經通過動物實驗尋找到部分能夠對糖尿病腎病有療效的物質，如苯磷硫胺（一種脂質溶性的硫胺素）、吡哆胺等。遺憾的是，在臨床隨機對照試驗中，苯磷硫胺和吡哆胺沒有顯示出能夠降低尿蛋白濃度以及減少腎小管損傷的作用［22-25］。

4 結論

AGEs 并不是導致糖尿病腎病的唯一原因，但是眾多的研究證明了AGEs 對腎臟的損害作用是毋庸置疑的。其不僅僅能夠直接對腎臟產生有害作用并且可以協助各種途徑對腎臟產生負性作用，如氧化應激、PKC、RAS 系統等。腎臟是AGEs 分解代謝的主要場所，腎臟損害同時導致AGEs聚集增多，而AGEs增多又導致進一步的腎臟損害，從而形成一個惡性循環。考慮到AGEs 在糖尿病腎病病程中起到的重要作用，對糖尿病患者定期檢查血AGEs濃度可能能夠在一定層面上更早的反映出患者腎臟早期病變的情況，并可以在出現蛋白尿之前便采取保護腎臟功能的措施。現有的控制AGEs的方法并不多，主要只能依靠控制飲食以及保持良好的血壓，并沒有有效藥物通過臨床試驗并被證明有效。雖然并沒有有效的藥物能夠有明顯的降低血AGEs 的作用，但是把AGEs 作為糖尿病早期監測腎臟損害的指標卻是可行的。如本文所述，AGEs對于腎臟損害作用是明確的，無論在臨床工作或是醫學實驗中，將血AGEs濃度作為監測腎臟損害的指標是可行的。我們相信，更多實用的能夠抑制AGEs表達的藥物被發現后，糖尿病腎病的預防、治療能夠有新的突破。

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