晚期糖基化終末產物與心血管疾病關系的研究進展

陳其謀

(重慶醫科大學附屬第一醫院，重慶 400016)

心血管疾病的發生、發展是一個多因素、多環節的病理生理過程。近年來越來越多的研究證實，晚期糖基化終末產物(AGEs)及其受體與心血管疾病存在密切聯系，并在心血管疾病發生、發展過程中起到不可忽視的作用。AGEs主要通過兩個途徑產生生物學效應：一是直接修飾蛋白質、脂質、核酸等結構從而改變其功能；二是結合特異性受體造成冠狀動脈內皮及心肌細胞的結構改變和功能紊亂。本文就AGEs與心血管疾病的關系作一綜述。

1 AGEs及其受體

1.1 AGEs的形成 AGEs是一組由還原糖(如葡萄糖、果糖、戊糖等)與蛋白質、脂質、核酸通過非酶促反應形成的異構分子群[1]，可根據其來源分為內源性和外源性兩大類。內源性AGEs是由人體內還原糖的羰基與蛋白質、脂質、核酸的游離氨基端發生非酶糖基化作用形成可逆產物 Schiff 堿，后者經過一系列分子重排形成較穩定的酮胺類化合物，即Amadori 產物。該產物在之后幾周至數月內進一步氧化、脫水、凝聚形成不可逆的終末產物，即 AGEs。機體老化、糖尿病、胰島素抵抗、肥胖、代謝性疾病、缺氧、氧化應激等因素均會導致血清和組織內內源性AGEs的累積增多[2]。外源性AGEs存在于日常飲食中，如富含碳水化合物和含脂肪較多食物均含有大量的AGEs[1]，這類飲食被胃腸系統吸收后，也能影響AGEs在血清及組織中的濃度。

1.2 AGEs受體 AGEs受體最為研究者熟知的有三種：晚期糖基化終末產物受體(RAGE)、可溶性晚期糖基化終末產物受體(sRAGE)、內源性分泌型晚期糖基化終末產物(esRAGE)。RAGE是細胞表面分子中免疫球蛋白超家族的一員，主要存在于血管內皮細胞、血管平滑肌細胞、單核巨噬細胞、神經細胞及腎系膜細胞表面，由人類6號染色體上的主要組織相容性復合體(MHC)Ⅲ類區域的RAGE基因編碼，由V型結構域、C型結構域、跨膜結構域和胞質尾組成。V結構域具有兩個N-糖基化位點，負責大部分的胞外配體結合；而胞質尾被認為是細胞內信號轉導的關鍵，與diaphanous-1結合后可介導細胞遷移[3]。sRAGE是一種由解整合素金屬肽酶10和基質金屬蛋白酶裂解細胞表面受體RAGE所產生的變異體，包含胞外結構域，但缺乏胞內和跨膜結構域[4,5]。另外，與其他位于6號染色體上MHC Ⅲ位點編碼的蛋白質一樣，人類RAGE基因經過選擇性剪接后由mRNA編碼產生內源性esRAGE[3，4]。sRAGE和esRAGE循環于血液中，可作為配體與AGEs結合，從而競爭性抑制AGEs-RAGE，下調AGEs-RAGE下游的促炎癥信號[4]。因此，sRAGE和esRAGE通常被認為是良性受體。

2 AGEs與心血管疾病的關系

2.1 誘導冠狀動脈炎癥 AGEs直接修飾冠狀動脈血管內皮細胞的線粒體蛋白，抑制其修復，導致線粒體膜電位顯著降低，進而激發線粒體產生一系列活性氧簇(ROS)，生成大量的超氧離子，形成氧化應激[5]。Ren等[6]證實，AGEs可通過提高NADPH氧化酶活性，降低超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性，導致冠狀動脈內皮細胞中ROS爆發,而ROS通過細胞氧化應激誘導細胞凋亡、變性壞死，加重冠狀動脈血管病變。此外，人類冠狀動脈細胞中，AGEs-RAGE可誘導蛋白激酶(MAPK) p38、p44/42和ERK1/2的活化，進而激活反應通路下游的核因子-κB(NF-κB)，引發多種促炎細胞因子和趨化因子如TNF-α、IL-1、IL-6 和COX-2的產生，導致細胞的氧化應激、促炎癥反應及促凝血基因的表達[6]。Zhong 等[7]證實，機體炎性反應加重的同時，C反應蛋白能夠通過ROS和ERK/ NF-κB的活化刺激RAGE在人冠狀動脈內皮細胞的表達增加，誘導RAGE在炎癥反應中的正反饋，加重冠狀動脈損傷。

2.2 降低冠狀動脈順應性 AGEs與血管壁細胞外基質中的Ⅰ、Ⅳ型膠原蛋白及彈性蛋白發生糖基化交聯，改變其生理特性，抑制這些蛋白形成正常的網狀結構，從而導致血管彈性下降，動脈壁彈性喪失，而這種由AGEs造成的蛋白交聯能夠抵抗蛋白酶的水解，進而使細胞外基質的面積增大，促進血管僵硬；而發生在細胞內的蛋白質糖基化和交聯可導致細胞功能受損，進一步改變細胞通透性，降低動脈順應性[8]。AGEs既能直接淬滅一氧化氮(NO)的活性，又能通過一氧化氮合酶(eNOS)減少NO合成量，從而造成冠狀動脈舒張障礙；同時NO介導的抗增生效應也下降，促使內皮下成纖維細胞及平滑肌細胞的增殖，從而降低血管順應性。Ren等[6]證實，由AGEs預處理的人類冠狀動脈內皮細胞中，內源性eNOS濃度及活性、eNOS mRNA 穩定性、phospho-eNOS Ser1177和細胞內NO水平均顯著降低。AGEs-RAGE也可通過誘導ROS的生成,活化MAPK信號通路，從而誘導多個下游動脈粥樣硬化相關基因表達，促進血管平滑肌分化增殖，降低血管順應性[9]。此外，Wu等[10]證實，AGEs-RAGE通過激活MAPK途徑增加Na+/H+交換體-1活性，使細胞內鈉離子水平增加，隨后促進鈣離子進入細胞內，細胞內游離鈣離子水平升高，為血管平滑肌細胞增殖創造條件。

2.3 增加冠脈脂質堆積 近期研究證實，AGEs可通過下述兩個途徑影響到肌動蛋白的結構改變，導致內皮細胞通透性增高。①AGEs可顯著上調前纖維蛋白1在細胞胞質內的表達，使纖維狀肌動蛋白發生重組和再分布,使細胞通透性增加[11]；②AGEs-RAGE產生ROS可以誘導p38及MAPK活化，引起細胞內信號傳導，影響到肌動蛋白的結構，導致內皮通透性改變[12]。在內皮損傷和通透性改變后，AGEs通過糖化反應改變低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)的結構，致使機體對LDL-C的清除率降低。AGEs-LDL-C在被巨噬細胞表面的清道夫受體識別后，完成攝取、內吞，導致細胞內脂質堆積，繼而轉化成泡沫細胞，沉積在受損的血管壁上造成脂斑形成。而泡沫細胞局部堆積及AGEs促進局部NF-KB表達誘導產生的血管內皮細胞黏附分子及趨化蛋白(如VCAM-1、ICAM-1、E-選擇素)促進炎癥細胞發生細胞黏附及經血管內皮的遷移，巨噬細胞、T淋巴細胞浸潤及SMZ向病變局部遷移增生，促進動脈粥樣硬化進展，形成惡性循環[13]。

2.4 加重心肌損傷 機體老化、糖尿病、胰島素抵抗、肥胖、缺氧等因素導致AGEs在心肌內堆積，促進局部NF-KB和MAPK信號通路表達，誘導ROS，激發炎性介質的生成及氧化應激。同時，AGEs介導心肌血管結構功能改變，引起心肌微循環障礙，加重心肌細胞損傷。Hu 等[14]證明，AGEs還可以通過抑制PI3K/AKT/mTOR和活化p38/MAPK信號通路增加心肌細胞凋亡。AGEs抑制順烏頭酸酶、解偶聯蛋白2、PGC-1活性引起細胞線粒體損傷，導致線粒體功能受損，進而促進心肌病變。硫氧還蛋白 (Trx)是一種抗氧化和抗凋亡蛋白質，對心肌具有保護作用，而硝基化修飾導致Trx喪失對心臟的保護作用。Liu 等[15]證實，對心肌梗死的小鼠以siRNA干擾RAGE基因表達或sRAGE干預后，可減少心肌缺血再灌注導致的Trx硝基化，保護Trx活性，減少心肌梗死面積。Cao等[16]將帶有樹突細胞的心肌與AGEs共同培養后，通過實時PCR技術檢測到肥大相關基因顯著上調，證實AGEs通過上調RAGE和樹突細胞標志物誘導樹突細胞的免疫成熟；而這種機制具有時間-濃度依賴性，可加快心肌細胞老化，最終促進心力衰竭。Nelson等[17]證明，AGEs通過RAGE-神經酰胺軸途徑導致心肌細胞線粒體呼吸功能障礙，引起線粒體呼吸功能顯著受損。

2.5 促進心肌纖維化 AEGs可促使膠原蛋白分子相互交聯，使膠原蛋白喪失彈性，動脈和心肌順應性降低，導致心肌纖維化。同時，通過MAPK途徑，AGEs可上調成纖維細胞的基質金屬蛋白酶的表達，誘導心肌纖維化[18]。在細胞內，AGEs-RAGE激活致纖維性細胞因子、結締組織生長因子和轉化生長因子以及炎性反應，降低心肌組織順應性，加重心肌纖維化[18]。

2.6 降低心肌舒縮功能 AGEs通過誘導蛋白激酶C(PKC)，尤其是使PKCβⅡ亞型活化或通過與AGEs/RAGE結合，導致細胞鈣離子平衡紊亂，降低心肌細胞收縮峰值、最大收縮速率、收縮峰值時間和舒張90%時間。肌漿網鈣離子泄漏，造成部分肌漿網鈣離子容量耗盡，降低細胞內鈣離子電刺激敏感性，延遲細胞內鈣離子的清除，致心臟收縮期鈣瞬變幅度減少，心肌細胞收縮功能明顯受損[19]。在體內，AGEs還可通過下調AMPK和去乙酰化酶1的表達來降低Na+-K+-ATP酶活性，引起心肌細胞內外的電解質紊亂，最終導致心臟損傷[20]。

綜上所述，AGEs與心血管疾病的致病過程密切相關，可直接或間接促成冠狀動脈及心肌細胞的結構改變和功能的損傷，但其具體通路及機制仍有待進一步探索。同時，越來越多的研究證實AGEs及其受體與臨床心血管疾病患者病情嚴重程度及預后情況相關。