糖基化終末產(chǎn)物與糖尿病微血管病變的研究進(jìn)展①

李祿偉，于 健

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，廣西 桂林 541001)

糖尿病是一種與遺傳和飲食、生活習(xí)慣等后天因素相關(guān)的代謝性疾病，目前已成為繼心血管疾病、惡性腫瘤后的第三位致死、致殘疾病。根據(jù)多年來的研究顯示，糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)生是組織蛋白的非酶糖化、細(xì)胞因子、蛋白激酶C活性增加、山梨醇旁路代謝活化等因素綜合作用的結(jié)果，除此之外，糖基化終末產(chǎn)物在糖尿病微血管并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制及病程進(jìn)展中亦起到關(guān)鍵作用。糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products,AGEs)是指多種大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)分子等在非酶條件下，與還原糖反應(yīng)所生成的不可逆聚合物,進(jìn)一步了解糖基化終末產(chǎn)物的形成、代謝和致病機(jī)制，對糖尿病的診斷與治療都有重要的意義。筆者論述AGEs與糖尿病微血管并發(fā)癥發(fā)生、發(fā)展之間的作用關(guān)系，并就相關(guān)的研究成果作一綜述。

1 AGEs的結(jié)構(gòu)及生化特性

AGEs在人體內(nèi)形式多樣化，具有異質(zhì)性的特點(diǎn)，目前已知的結(jié)構(gòu)成分包括羧乙基賴氨酸、戊糖苷素、吡咯素、二賴氨酰咪唑啉衍生物等結(jié)構(gòu)成分[1]。研究顯示，AGEs是由核酸或者蛋白的氨基與糖的醛基或酮基在非酶條件下反應(yīng)生成的一類不可逆聚合物，是過量的糖和蛋白質(zhì)結(jié)合的產(chǎn)物。人體內(nèi)的 AGEs的生成主要有兩條途徑，其一的內(nèi)源性途徑主要包括美拉德反應(yīng)、羰基應(yīng)激途徑和多元醇途徑，另外的外源性途徑主要來源包括過熱處理的食物、吸煙、高糖、高蛋白、高脂飲食等。AGEs的形成速度和蓄積的含量同體內(nèi)血糖濃度高低和高血糖持續(xù)的時間長短成比例關(guān)系，其反應(yīng)過程不可逆。非酶糖基化反應(yīng)由化學(xué)家 Maillard首先發(fā)現(xiàn)，主要途徑可以簡要?dú)w納為如下反應(yīng)：蛋白質(zhì)/核酸+葡萄糖→Schiff堿、Amadori產(chǎn)物→中間糖基化產(chǎn)物→終末糖基化產(chǎn)物。此外AGEs還具有以下一些生化特性[2]如反應(yīng)產(chǎn)物不可逆，外形呈棕褐色等。

2 AGES的代謝

研究顯示AGEs與多種大分子物質(zhì)之間可以形成交聯(lián)物質(zhì)，不易被酶類物質(zhì)降解，使其易于在體內(nèi)蓄積。AGEs的糖基化形成反應(yīng)復(fù)雜且特殊，終末期產(chǎn)物一經(jīng)形成便具有不可逆性，致使其清除分解過程困難。其清除途徑主要通過單核巨噬細(xì)胞的吞噬作用，此外酶類的降解也起一定的清除作用，但無論是單核巨噬細(xì)胞的吞噬作用還是效應(yīng)酶類的降解作用，對糖尿病等病理狀態(tài)下蓄積的AGEs的清除所起的作用微乎其微，AGEs因此大量沉積于組織細(xì)胞之中從而致病。

3 AGEs與糖尿病微血管疾病

糖尿病患者長期持續(xù)高血糖內(nèi)環(huán)境經(jīng)非酶糖基化會在組織血管內(nèi)皮形成和沉積大量的AGEs，從而對視網(wǎng)膜、心肌、腎臟的微血管細(xì)胞產(chǎn)生不可逆的損害，長期的高血糖內(nèi)環(huán)境會引起人體內(nèi)許多核酸大分子和蛋白非酶糖基化，最終形成不可逆的AGEs。糖基化反應(yīng)可引起長周期蛋白質(zhì)生理上的不可逆的修飾，從而影響相關(guān)蛋白質(zhì)的功能表達(dá)。白立煒等[3]試驗(yàn)證明，糖尿病伴慢性并發(fā)癥各試驗(yàn)組患者分別與對照組比較，糖基化終末產(chǎn)物水平均有明顯升高。越來越多的實(shí)驗(yàn)研究證據(jù)表明，晚期糖基化終末產(chǎn)物與糖尿病及其介導(dǎo)的相關(guān)疾病之間的關(guān)系密不可分。

3.1 AGEs與糖尿病視網(wǎng)膜病變

糖尿病視網(wǎng)膜病變(Diabetic retinopathy，DR)是糖尿病最常見且較為嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥之一，其發(fā)病機(jī)制尚不確切。相關(guān)研究表明，AGEs在人體內(nèi)生成增多并沉積在視網(wǎng)膜周細(xì)胞、視網(wǎng)膜內(nèi)皮細(xì)胞及基膜之上，從而活化游離的白細(xì)胞，促進(jìn)其在視網(wǎng)膜周細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和基膜上的黏附和浸潤，導(dǎo)致視網(wǎng)膜毛細(xì)血管壁通透性增加從而致病。AGEs的相關(guān)作用通過增加視網(wǎng)膜新生血管的形成，從而破壞視網(wǎng)膜內(nèi)屏障的完整性。AGEs結(jié)合細(xì)胞內(nèi)糖基化蛋白也可上調(diào)細(xì)胞間黏附因子-1的表達(dá)，黏附因子-1可增加血液中白細(xì)胞的黏附性，同時降低白細(xì)胞的變形能力，使白細(xì)胞容易在血管內(nèi)皮上沉積從而破壞血管。董一等[4]研究表明，AGEs結(jié)合受體后產(chǎn)生大量的氧自由基損傷，可能是導(dǎo)致糖尿病視網(wǎng)膜神經(jīng)元凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)生的機(jī)制之一。

Curtis等[5]實(shí)驗(yàn)表明，在誘導(dǎo)大鼠糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)展過程中 AGEs在體內(nèi)的積累可引起Mu llerx細(xì)胞功能結(jié)構(gòu)發(fā)生紊亂，而Zong等[6]研究表明，AGEs受體阻斷劑可以通過影響視網(wǎng)膜Mullerx細(xì)胞的功能來延緩糖尿病視網(wǎng)膜病變的進(jìn)展。說明AGEs引起視網(wǎng)膜的病理變化可能與對Mullerx細(xì)胞的相關(guān)作用有關(guān)。血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)可以促進(jìn)視網(wǎng)膜新生血管形成，造成下游一系列的炎癥反應(yīng)，從而引起視網(wǎng)膜病變。王靜等[7]研究表明，晚期糖基化終末產(chǎn)物受體基因-374T/A多態(tài)性等位基因及基因型的分布與糖尿病視網(wǎng)膜病變神經(jīng)細(xì)胞凋亡關(guān)系密切，可能是導(dǎo)致糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)展的一個重要因素。

王璞[8]驗(yàn)證了AGEs通過下調(diào)Bcl-2、Bcl-xl的表達(dá)水平,而上調(diào)Bax的表達(dá)水平,導(dǎo)致線粒體功能障礙；最終激活人視網(wǎng)膜ARPE-19細(xì)胞的凋亡。張玉鳳[9]則研究AGEs分時段作用下的ARPE-19細(xì)胞提示IL-1、IL-6、TNF等炎性因子mRNA表達(dá)增加，從而對視網(wǎng)膜細(xì)胞造成損傷。AGEs導(dǎo)致糖尿病視網(wǎng)膜損傷的作用機(jī)制復(fù)雜且多樣，通過間接作用于各種炎性因子及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、破壞視網(wǎng)膜細(xì)胞壁等從而致病。

3.2 AGEs與糖尿病心肌病

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy， DCM)是各種因素綜合作用下心肌間質(zhì)纖維化，伴發(fā)明顯臨床癥狀，最終可進(jìn)展為心律失常、心力衰竭甚至心源性休克的一種疾病。關(guān)于AGEs相關(guān)作用導(dǎo)致糖尿病心肌病的機(jī)制研究甚多，糖尿病心肌病的發(fā)病機(jī)制可能為AGEs參與下的誘導(dǎo)心肌纖維化、產(chǎn)生活性氧、介導(dǎo)炎癥反應(yīng)等，糖尿病心肌病的病理表現(xiàn)包括細(xì)胞凋亡、慢性炎癥、心肌纖維化，其中心肌纖維化為糖尿病心肌病的一個典型的病理表現(xiàn)。涂焰明等[10]研究顯示，糖尿病患者高血糖內(nèi)環(huán)境促使單核細(xì)胞等的吸附，導(dǎo)致AGEs在心肌細(xì)胞局部聚集，激活核轉(zhuǎn)錄因子，從而介導(dǎo)心肌血管炎癥反應(yīng)。AGEs可與其受體RAGE結(jié)合進(jìn)一步介導(dǎo)下游的一系列炎癥反應(yīng)從而致病。其中AGEs可能為糖尿病心肌病的一個重要的致病因子，臨床藥理研究認(rèn)為AGEs與糖尿病心肌纖維化密切相關(guān)。隨著糖尿病的發(fā)展，心肌纖維化程度逐漸加重，最終引起明顯的臨床并發(fā)癥，預(yù)后不佳。

侯改霞等[11]實(shí)驗(yàn)顯示通過高脂飲食飼喂加腹腔注射小劑量的 STZ復(fù)制的2型糖尿病(T2DM)大鼠模型，心肌纖維化和RAGE蛋白表達(dá)及心肌AGEs含量的增加在病程的進(jìn)展中有明顯關(guān)系，且 AGEs/ RAGE水平與心肌纖維化存在正相關(guān)。李菁等[12]進(jìn)一步對T2DM心肌病(DCM)患者研究發(fā)現(xiàn)，DCM患者血清 AGEs水平較T2DM患者明顯升高，且與氧化應(yīng)激相關(guān)，共同促進(jìn)DCM的發(fā)生和發(fā)展。且老年糖尿病患者非酶糖基化更容易引起左室舒張功能下降[13]。另外葉宇虹等[14]研究發(fā)現(xiàn)，下調(diào)糖尿病大鼠心肌RAGE在mRNA水平的表達(dá)，可以降低糖尿病大鼠CK-MB水平，減輕對心肌細(xì)胞的損害，對心臟具有保護(hù)作用。此外，相關(guān)實(shí)驗(yàn)提示，AGEs誘導(dǎo)的心肌老化的機(jī)制可能通過線粒體自噬誘導(dǎo)產(chǎn)生。同樣，李世玲等[15]以AGEs、抗 RAGE抗體干預(yù)乳鼠心肌細(xì)胞48 h，得出 AGEs與RAGE作用可能通過介導(dǎo)線粒體自噬與損傷等相關(guān)機(jī)制誘導(dǎo)心肌細(xì)胞老化的結(jié)論。

李瑾等[16]研究表明， AGEs可通過加強(qiáng) p38-MAPK磷酸化反應(yīng)從而誘導(dǎo)胰島素抵抗心肌細(xì)胞GLUT4 mRNA的表達(dá)，介導(dǎo)心肌間質(zhì)纖維化。此外，萬紅梅[17]依據(jù)是否出現(xiàn)心肌病變，通過對90例糖尿病患者的相關(guān)研究顯示，2型糖尿病患者發(fā)生心肌病變的重要因素包括氧化應(yīng)激與AGEs，且兩者之間存在關(guān)聯(lián)。SOD和MDA則是AGEs的獨(dú)立相關(guān)因素，表明AGEs與糖尿病心肌病密切相關(guān)。AGEs作為一種影響糖尿病心肌病發(fā)病及發(fā)展的重要因素，諸多實(shí)驗(yàn)表明其可能通過細(xì)胞自噬或凋亡、氧化應(yīng)激、促發(fā)炎癥反應(yīng)、生成活性氧類物質(zhì)等病理變化從而促使心肌纖維化，從而加速糖尿病心肌病的發(fā)生發(fā)展。

3.3 AGEs與糖尿病腎臟疾病

糖尿病腎臟疾病( Diabetic Nephropathy，DN)，是一種糖代謝紊亂、腎臟血流動力學(xué)改變等共同參與介導(dǎo)的疾病，發(fā)病大致為最初的腎小球高濾過狀態(tài)，繼而出現(xiàn)微量白蛋白尿，發(fā)展為持續(xù)性蛋白尿，最后導(dǎo)致腎功能不全，進(jìn)展為終末期尿毒癥的過程。DN的臨床特點(diǎn)是伴有微量白蛋白尿或顯性蛋白尿，逐漸導(dǎo)致GFR下降等[18]。AGEs與糖尿病腎臟疾病發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切。實(shí)驗(yàn)表明，長期糖尿病的患者AGEs的堆積與腎臟結(jié)構(gòu)的改變密不可分。AGEs作用于腎小球固有細(xì)胞膜上的RAGE活化PI3K/Akt等信號通路，誘導(dǎo)足細(xì)胞損傷，引起腎小球硬化[19]。糖尿病患者與非糖尿病患者相比組織和血清中 AGEs含量顯著增加[20]，說明AGEs可能介導(dǎo)糖尿病腎臟疾病等并發(fā)癥的發(fā)生。

此外，Thomas等[21]研究證明，體內(nèi)高血糖將會產(chǎn)生大量的AGEs，通過影響腎小球的濾過功能，從而介導(dǎo)蛋白尿的產(chǎn)生和腎功能的損傷。有研究顯示，香蘭素治療建立鏈脲佐菌素的DN大鼠模型，可通過顯著降低血清AGEs濃度從而改善腎功能[22]。表明降低AGEs的含量可以延緩糖尿病腎病的進(jìn)展。Ha[23]研究表明，AGEs通過RAGE和PI3-K / Akt信號傳導(dǎo)誘導(dǎo)足細(xì)胞ZO-1的改變，導(dǎo)致腎小球通透性增加。此外，與RAGE相互作用引起活性氧的產(chǎn)生，進(jìn)而引起足細(xì)胞壞死，是糖尿病腎病中足細(xì)胞數(shù)量減少的重要原因[24]。研究發(fā)現(xiàn)，AGEs可通過活化RAGE以及產(chǎn)生活性氧誘導(dǎo)腎間質(zhì)纖維化，使用特定的RAGE拮抗劑(RAP)處理的模型小鼠腎臟中較低的NADPH氧化酶活性使得ROS的產(chǎn)生受限，ROS作為腎間質(zhì)纖維化的影響因素，從而提示RAGE在模型小鼠腎臟損傷中的致病作用的證據(jù)。此外，氧化應(yīng)激可能也是AGEs作用于腎臟的一種致病機(jī)制，馬祖等[25]大鼠實(shí)驗(yàn)表明具有強(qiáng)大抗氧化應(yīng)激作用的 Epigallocatechin3-0-Gallate( EGCG)能下調(diào)腎臟纖維化相關(guān)因素的表達(dá)從而減輕腎間質(zhì)硬化，可能是通過拮抗AGEs對腎小管細(xì)胞的氧化應(yīng)激介導(dǎo)。

由此可見，AGEs作用于腎臟細(xì)胞的機(jī)制多樣，其中通過與RAGE的結(jié)合從而介導(dǎo)一系列的級聯(lián)反應(yīng)，可能是致病的主要機(jī)制，如黃連素、雷公藤多苷等中藥可明顯改善糖尿病大鼠的腎臟功能，其作用就可能與抑制腎AGEs-RAGE信號通路活性有關(guān)[26-27]，當(dāng)然相關(guān)的研究還在繼續(xù)，隨著臨床研究的進(jìn)展，相信更多的治療藥物會被開發(fā)出來造福于糖尿病腎病患者。

大量的實(shí)驗(yàn)表明AGEs的相關(guān)作用機(jī)制在糖尿病微血管疾病發(fā)生發(fā)展中具有重要的作用。AGEs代謝紊亂是糖尿病患者微血管并發(fā)癥不斷發(fā)展的病因所在，即使其中許多相關(guān)的致病機(jī)制至今都還模糊不清，有待更進(jìn)一步地深入研究。而加強(qiáng)對晚期糖基化終末產(chǎn)物的研究，對臨床治療糖尿病，開發(fā)糖尿病晚期糖基化終末產(chǎn)物有效靶點(diǎn)藥物具有非常重要的意義和廣泛的應(yīng)用前景。