蛋白質非酶糖基化促發糖尿病血管并發癥的機制及其應用意義

【關鍵詞】蛋白非酶糖基化；糖尿病血管并發癥； 中藥

【摘要】蛋白質非酶糖基化反應在體內許多組織廣泛發生，機體組織中的蛋白質分子被糖化后最終形成穩定的、不可逆的、棕色帶熒光的AGEs。AGEs形成后繼續與蛋白質結合，致使蛋白質結構、機械強度、溶解性和配位結合等性質均發生改變；AGEs分子之間還可以通過交聯形成自身大分子物質，沉積在各種組織器官中，引起組織器官損傷和病變，從而促發動脈粥樣硬化、腎血管病變、視網膜血管病變等糖尿病并發癥。有許多中藥具有顯著的抑制蛋白質非酶糖基化的功效，可被利用和研發通過抑制或拮抗蛋白質非酶糖基化反應的分子機制來發揮它們防治糖尿病血管并發癥作用有著重要的應用意義。

【關鍵詞】蛋白質非酶糖基化：糖尿病血管并發癥；發病機制；應用意義

【中圖分類號】587.1 【文獻標識碼】B【文章編號】1004-4949（2014）09-0085-01

糖尿病易致機體多器官損傷，常見的血管并發癥有動脈粥樣硬化、腎血管病變和視網膜微血管病變。糖尿病血管并發癥已成為該病患者致殘和致死的重要原因之一，越來越受到廣泛關注和重視。目前公認：血管重建是糖尿病血管并發癥的重要病理基礎，而蛋白非酶糖基化反應及其反應終產物（advanced glycation end products， AGEs）是引起血管重建的重要分子機制之一[1-4]。本文就近年來有關文獻資料綜述蛋白質非酶糖基化促發糖尿病血管并發癥的機制及其應用意義。

1蛋白非酶糖基化的概念和AGEs的代謝

蛋白非酶糖基化是指在無酶催化的條件下，機體組織中的蛋白質，尤其是壽命周期較長的蛋白質（簡稱長壽蛋白），如膠原蛋白、晶體蛋白、髓鞘蛋白和基質蛋白等生物大分子的氨基與葡萄糖、果糖及6-磷酸葡萄糖等糖分子的游離醛基或酮基之間發生的親核加成反應，結果這些蛋白質分子被糖化。

由于糖是極性分子，蛋白質糖化后極性進一步增大，分子表面電荷顯著增多。在蛋白非酶糖基化反應過程中的早期，生成不穩定的、可逆的中間產物醛亞胺即Schiff 堿，其生成速度與血糖含量或組織中的糖含量呈正比。Schiff 堿進而發生分子重排，形成較穩定的酮胺化合物，又稱Amadori產物，此過程仍然是可逆的，通常需要數周時間才達到平衡。臨床上常檢測的糖化血紅蛋白（HbAlc）就是紅細胞內的早期糖基化產物的一種指標。如果糖尿病患者在近期血糖控制不佳，HbAlc將顯著升高。

蛋白非酶糖基化反應在體內許多組織廣泛發生，Amadori產物再經過脫水、氧化、縮合、重排等反應，最終形成穩定的、不可逆的、棕色帶熒光的AGEs。

AGEs形成后繼續與蛋白質結合，使蛋白質分子表面的電荷量進一步增加，極性更加增大，可引起蛋白質分子之間廣泛交聯，致使蛋白質結構、機械強度、溶解性和配位結合等性質均發生改變，在體內可使細胞外基質發生變化，如細胞外基質膠原粘連、增生、變厚和硬化等。同時也可與血漿中的某些蛋白質發生共價偶聯，如與血漿中的低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）共價偶聯形成AGE-LDL。AGEs分子之間還可以通過交聯形成自身大分子物質，沉積在各種組織器官中，引起組織器官損傷和病變，上述過程與糖尿病并發癥的發生和發展密切相關。

體內AGEs的分解代謝形式初步認為主要有：（1）組織和細胞的AGEs通過巨噬細胞AGE受體結合、降解形成可溶性的AGE-肽；（2）AGE-肽繼續被細胞外基質的蛋白酶水解成小分子產物經腎臟排出；（3）細胞外游離的AGEs可被循環血液中的AGE受體結合清除，但與基質蛋白交聯的AGEs不易被酶分解。這三種分解代謝形式的AGEs均可與多種細胞膜上或細胞內的特異性受體結合而激發細胞內信號轉導，產生一系列生化反應，誘導多種細胞因子的產生。正常血糖濃度下，蛋白質非酶糖基化速度緩慢，AGEs的生成量很少。但在糖尿病持續高血糖狀態下，AGEs加速生成，組織內AGEs積聚，加速了機體循環和組織細胞膜內外的多種蛋白質糖基化反應，從而破壞和干擾了機體循環和組織細胞的正常結構和生理功能[1-7]。

2蛋白質非酶糖基化促發糖尿病血管并發癥的機制

目前多數學者認為糖尿病血管并發癥的產生和發展的機制，與因糖尿病患者長期處于高血糖狀態，加速了機體循環和組織細胞中多種蛋白質糖基化有著密切關系。

2.1促發動脈粥樣硬化 有學者認為，血漿的LDL被非酶促糖基化后，生成的AGE-LDL（1）可直接與血管細胞外基質結合，促進基質成分Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型膠原的增生，一方面引起血管壁增厚、硬化，另一方面促進脂質沉積和血栓形成趨勢增強，從而促進糖尿病動脈粥樣硬化的形成。（2）AGE-LDL與膠原纖維結合性增強，易沉積在細胞外基質中，相互交聯的AGE-LDL直接沉積在血管壁上，引起血管腔進行性狹窄，（3）AGE-LDL亦可將其它的LDL顆粒固定于糖化了的管壁蛋白上，促進纖維脂質斑塊的形成，同時抑制它從管壁內擴散，這也是促進糖尿病動脈粥樣硬化形成的重要因素。（4）AGE-LDL能促進LDL的氧化，生成氧化型LDL（Ox-LDL）。Ox-LDL促進單核細胞、中性白細胞的粘附和巨噬細胞源性泡沫細胞的產生，并誘導平滑肌細胞增生、移行，產生平滑肌源性泡沫細胞的產生。（5）促進血小板粘附、聚集、血栓形成。（6）損傷血管內皮細胞。（7）產生抗Ox-LDL自身抗體，表明Ox-LDL具有免疫抗原性，可引起體液性和細胞介導性免疫。（8）具有較強的細胞毒性。（9）AGE-LDL含大量的膽固醇，AGE-LDL可大量進入細胞，使膽固醇在單核巨噬細胞內聚積形成泡沫細胞并分泌一系列細胞因子，促進血管內皮損傷和細胞外基質增生，加速動脈粥樣硬化的發生和發展[8..9]。

2.2 促發腎血管病變 Forbes等報道，隨著糖尿病病程的延長，糖尿病大鼠腎組織中和血清中蛋白非酶糖基化的終產物AGEs含量明顯升高，并伴有腎小球肥大、腎小球基底膜增厚，認為腎血管病變與蛋白質非酶糖基化及其終產物AGEs的生成量有著密切的聯系。

蛋白非酶糖基化及其終產物AGEs導致腎血管病變的作用機制可能是通過：（1）腎臟是排泄蛋白非酶糖基化終產物AGEs的主要器官，當體內蛋白非酶糖基化反應增強、AGEs生成增多超過腎臟排泄的最大能力時，AGEs排泄減少而蓄積，AGEs能直接與腎小球系膜細胞上的AGEs受體結合，促進腎小球系膜細胞產生和釋放細胞外基質（extracellular matrix， ECM）成分，如Ⅳ型膠原、層粘連蛋白和纖維連接蛋白等增多。這些ECM成分經非酶糖基化后具有抗基質降解酶的能力，以致AGEs在體內降解減少，于是大量AGEs沉積在腎臟皮質、系膜區、腎小球基底膜等部位。同時改變系膜細胞功能，使其產生大量纖維蛋白。這些物質堆積可引腎小球基底膜增厚，系膜擴張、腎小球肥大、硬化和蛋白尿。（2）氧化應激使局部組織損傷和抑制內皮細胞一氧化氮合成酶（nitric oxide synthase，NOS），并滅活一氧化氮（nitric oxide， NO），影響腎血管張力，導致腎血流動力學異常改變。（3）與單核巨噬細胞、血管平滑肌細胞的膜表面特異性受體結合，誘導白介素-1（interleukin，IL-1）、胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor-1， IGF-1）、腫瘤壞死因子-β（tumor necrosis factor-β，TNF-β）、轉化生長因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）、血小板源生長因子（platelet- derived growth factor ， PDGF）等基因水平表達異常。其中IL-1能刺激平滑肌細胞、成纖維細胞和內皮細胞增生，刺激腎小球Ⅳ型膠原蛋白的增生，使腎小球基底膜增厚；TGF-β1 能促進腎細胞肥大、ECM含量增多，使腎小管基底膜增厚。AGEs與內皮細胞膜表面受體結合，使內皮素-1（endothelin-1，ET-1）合成增加，ET-1能引起腎血管收縮、膜表面細胞壓縮，水鈉重吸收抑制，進一步刺激腎小球Ⅳ型膠原蛋白的增生，使腎小球基底膜增厚。使腎血管發生病變和加重[10-14]。

2.3 促發視網膜血管病變 大量研究發現，蛋白非酶糖化及其終產物AGEs對視網膜的損害主要是通過與AGEs受體結合后，激發一系列的生化反應所致。其機制認為（1）由AGEs與巨噬細胞表面特異性受體結合產生的TNF、IL-1和IGF-1能刺激視網膜毛細血管內皮細胞增生，并可以損傷內皮細胞，促進多陰離子蛋白多糖降解，增加血管通透性。（2）內皮細胞上AGEs受體與AGEs結合后，激活凝血因子Ⅸ和Ⅹ與Ⅶa結合，同時使血栓調節素的活性快速下降，抑制抗血凝蛋白激酶C通路的活化，并能誘導ET-1的生成增加、組織因子（如前凝血質）、轉錄調節蛋白（transcription regulatory protein-1， TRP-1）DNA結合位點和活化轉錄因子（nuclear transcription factor kappa B， NF-κB）以及血管細胞粘附分子（vascular cell adhesion molecule -1， VCAM-1）活性增加，這些因素造成血管過度收縮和局部血栓形成。（3）AGEs誘導血管滲透因子或稱血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor， VEGF）生成，VEGF是誘導新生血管的主要因子。VEGF在眼內可由多種細胞分泌，主要有內皮細胞、色素上皮細胞和膠質細胞等。VEGF能引起視網膜水腫、視網膜出血、微血管瘤的形成和血管阻塞。Murata等用免疫組化的方法發現VEGF在糖尿病視網膜上顯著增多且在血管周圍分布增多明顯，VEGF引起的糖尿病視網膜異常改變作用可被VEGF抑制劑所拮抗，而VEGF的滲透作用又使得AGEs在視網膜上進一步堆積，加劇視網膜水腫、視網膜出血、微血管瘤的形成和血管阻塞，從而形成惡性循環，促進糖尿病視網膜病變的發展和惡化[15。17]。

3應用意義

由上述可見，蛋白非酶糖基化與糖尿病血管并發癥（動脈粥樣硬化、腎血管病變和視網膜血管病變）發生和發展的關系緊密，已經成為導致糖尿病血管并發癥的重要作用機制之一。通過對蛋白非酶糖基化導致糖尿病血管并發癥的發病機制的研究和認知，有助于探索和尋找有效抑制蛋白非酶糖基化的藥物，以增強治療和預防糖尿病及其血管并發癥的藥物效力，抑制血管重建，阻止或延緩糖尿病血管并發癥的發展進程具有重要的應用意義。已發現有許多中藥，如苦蕎麥及其花朵、槲皮素、水非薊素、蘆丁、橙皮苷、丹參、大黃、葛根、柴胡、地黃、玉竹、人參和麥冬等具有顯著的抑制蛋白非酶糖基化的功效[18-21]。從而啟示上述中藥可被利用和研發通過抑制或拮抗蛋白非酶糖基化反應的分子機制來發揮它們防治糖尿病血管并發癥作用有著重要的應用意義。

參考文獻

[1] Vlassara H，Bucala R. Recent progress in advanced glycation and diabetic vascular disease： Role of advanced glycation end product receptors[J]. Diabetes.1996，45（9）：565-567.

[2]Zhou G，Li C，Cai L. Advanced glycation end-products induce connective tissue growth factor-mediated renal fibrosis predominantly through transforming growth factor-independent pathway[J]. Am J Pathol，2004，165（6）：2033-2045.

[3] Shoji T，Koyama H， Moroka T，et al. Receptor for advanced glycation end-products is involved in impaired angiogenic response in diabetes[J]. Diabetes，2006，55（8）：2245-2255.

[4]竇毓，劉乃豐.糖基化終產物對糖尿病微血管病變的作用[J].中國微循環雜志，2004，8（3）：195-196.

[5]張興朋，陳美娟.糖尿病血管病變機制探討[J]. 四川生理科學雜志，2008，30（4）：172-174.

[6]魏聰，申鍔，胡兵.糖尿病大血管病變的研究進展[J].上海交通大學學報（醫學版），2010，30（10）：1292-1296.

[7]劉洋，柳春.苦蕎麥對糖尿病大鼠血紅蛋白非酶糖基化反應的影響[J].遼寧中醫藥大學學報，2009，11（5）：195-196.

[8]候麗娟，李彪英，劉素麗.糖基化低密度脂蛋白與動脈粥樣硬化[J].華北煤炭醫學院學報，2002，4（5）：575-576.

[9]顧秀峰，劉乃豐.糖基化終產物與動脈粥樣硬化[J].河北北方學院學報（醫學版），2010，27（3）：71-73.

[10]Raj DS，Choudhury CD，Welbourne TC，et al. Advanced glycation end products： A nephrologist perspective [J]. J Am Kidney Dis，2000，135：365-380.

[11]任昊. 蛋白質的糖基化及其在腎臟病變中的作用[J].國外醫學內科學分冊，2002，29（3）：107-110.

[12]李海軍，王曉光.糖基化終產物與糖尿病腎病[J].中國中西醫結合腎病雜志，2003，4（11）：673-674.

[13]陳小瑞，申竹芳. 非酶糖基化終產物與糖尿病腎病并發癥[J].中國臨床藥理學雜志，2003，19（3）：215-218.

[14]馮敏，黃國良. 糖基化終產物及其受體系統與糖尿病腎病[J]. 醫學綜述，2009，15（23）：3623-3625.

[15]吳瑩. 糖基化終末產物與糖尿病視網膜病變的發生[J].中國眼耳鼻喉科雜志，2003，3（1）：59-60.

[16]孫照霞，翟祥娟，井秀華. 蛋白質的非酶糖基化與糖尿病視網膜病變[J].中華綜合臨床醫學雜志，2004，6（2）：39-41.

[17]王南卜，丁淑華. 糖尿病性視網膜病變的研究[J].研究進展，2009，6（26）：6-8.

[18]韓超，潘竟鏘. 中藥非酶糖基化抑制劑的藥效學研究[J].中國新藥雜志，2000，9（11）：749-751.

[19]郭研，周傳偉，許健.葛根素對糖尿病大鼠腎臟非酶糖基化和氧化應激的抑制作用[J].江蘇醫藥，2003，29（9）：669-671.

[20]韓淑英，陳曉玉，王志路，等.蕎麥花總黃酮對體內外蛋白質非酶糖基化的抑制作用[J].中國藥理學通報，2004，20（11）：1242-1244.

[21]師海波，苗艷波，王力平，等. 玉竹乙醇提取物和分離部位對糖尿病大鼠腎臟的保護作用[J].中草藥，2007，38（12）：1846-1849.