晚期糖基化終產(chǎn)物與糖尿病血管 病變.doc

晚期糖基化終產(chǎn)物與糖尿病血管 病變作者：孫圣嬰,劉翠鮮單位：上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院，上海【摘要】 糖尿病患者晚期糖基化終產(chǎn)物顯著增加，晚期糖基化終產(chǎn)物可能通過(guò)對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)、血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管壁的作用，及其受體途徑產(chǎn)生微血管損害，從而在糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。 【關(guān)鍵詞】 糖尿?。煌砥谔腔K產(chǎn)物；非酶糖基化；微血管；并發(fā)癥研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者晚期糖基化終產(chǎn)物（advanced glyclation end-products， AGEs）顯著增加，這與持續(xù)高血糖癥緊密相關(guān)，AGEs促進(jìn)糖尿病血管病變的形成，在糖尿病及其慢性并發(fā)癥的發(fā)生與發(fā)展中發(fā)揮重要作用。現(xiàn)結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)AGEs與糖尿病血管病變的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展予以綜述。 1 AGEs的形成 體內(nèi)蛋白質(zhì)發(fā)生的糖基化反應(yīng)分為兩類(lèi)：一類(lèi)是酶催化的縮合反應(yīng)，以細(xì)胞質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)為反應(yīng)場(chǎng)所，如蛋白質(zhì)翻譯后的糖基化修飾；另一類(lèi)是非酶（催化的）糖基化反應(yīng)。 非酶糖基化反應(yīng)是在生理?xiàng)l件下，體內(nèi)富含醛基的葡萄糖、果糖及葡萄糖 6-磷酸酮糖與富含氨基的多種氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)分子發(fā)生縮合反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的薛夫堿（Shiff bases），薛夫堿則可發(fā)生分子內(nèi)的重排而生成較為穩(wěn)定的阿馬多里（Amadori）重排產(chǎn)物。上述兩步反應(yīng)均為可逆性反應(yīng)，生成的產(chǎn)物稱(chēng)為早期糖基化產(chǎn)物。此后該產(chǎn)物緩慢地經(jīng)過(guò)一系列脫水、氧化及化學(xué)重排，產(chǎn)生高度活性的羰基化合物，如3-脫氧葡萄糖酮醛（3-deoxyglucosone, 3-DG），進(jìn)而與蛋白質(zhì)的自由氨基起反應(yīng)，凝聚形成不可逆的終末產(chǎn)物，稱(chēng)之為晚期糖基化終產(chǎn)物（AGEs）。 依據(jù)AGEs的生成途徑和特性，可將AGEs分成2種：一種類(lèi)似于咪唑衍生物，可能是由2個(gè)Amadori產(chǎn)物縮合形成的，為棕褐色，具有蛋白特征性熒光光譜，如羧乙基賴(lài)氨酸（CEL）、glyoxal derivedlysinedimer（GOLD）、methylglyoxal derivedlysinedimer（MOLD）、deoxyglucosone derivedlysinedimer（DOLD）、戊糖苷素（pentosidine）和咪唑酮（imidazolones）等；另一種可能是由一種Amadori產(chǎn)物與多種糖酵解產(chǎn)物縮合形成的，缺乏熒光性，如羧甲基賴(lài)氨酸（CML）、吡咯素（pyrraline）等。AGEs大多具有熒光特性，可通過(guò)熒光技術(shù)和酶聯(lián)免疫分析技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。 除蛋白質(zhì)外，核酸及含胺的脂質(zhì)因能提供氨基也能形成AGEs。 2 AGEs的代謝 在生理?xiàng)l件下，AGEs的形成需要經(jīng)過(guò)幾周乃至數(shù)月的時(shí)間。對(duì)機(jī)體大部分細(xì)胞和血漿蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，因其壽命較短，因而通常并不能有效完成糖基化產(chǎn)物的后期轉(zhuǎn)換過(guò)程，機(jī)體組織AGEs含量很低；但當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)半衰期較長(zhǎng)或者蛋白質(zhì)更新延遲，如發(fā)生淀粉樣變和機(jī)體衰老，以及持續(xù)高血糖狀態(tài)，如糖尿病及其血活性的羰基化合物水平增高時(shí)，則蛋白質(zhì)非酶糖基化增加，可自發(fā)地不斷形成AGEs。 AGEs一經(jīng)形成便具不可逆性，其清除途徑主要通過(guò)單核巨噬細(xì)胞的吞噬作用，降解為可逆性的低分子糖基化終產(chǎn)物（low molecular weight-AGEs, LMW-AGEs），再經(jīng)腎臟排出。LMW-AGEs水平與腎臟功能密切相關(guān)1，正常人LMW-AGEs的清除率為0.72 l/min。此外，AGEs與單核巨噬細(xì)胞表面的AGE受體（RAGE）相互作用而被清除和降解。 3 糖尿病與AGEs Cerami等2發(fā)現(xiàn)糖尿病患者體內(nèi)蛋白質(zhì)受持續(xù)高血糖癥因素影響，極易被非酶促糖基化修飾。Lorenzi等3和Pamplona等4的相關(guān)研究進(jìn)一步證實(shí)，持久的高血糖會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)許多結(jié)構(gòu)蛋白、功能蛋白和核酸蛋白的非酶糖基化，最終形成不可逆的晚期糖基化終產(chǎn)物。 Monnier等5對(duì)于糖尿病的相關(guān)研究顯示，隨著年齡增大及血糖升高，各種組織中AGEs增多，可引起組織細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)異常和功能障礙，其中組織內(nèi)AGEs的含量與糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生及其嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。AGEs可能通過(guò)影響糖尿病患者的血管病變等，對(duì)糖尿病慢性并發(fā)癥的形成與發(fā)展產(chǎn)生重要作用。 4 AGEs與糖尿病血管病變 AGEs對(duì)糖尿病血管病變的發(fā)生與發(fā)展產(chǎn)生重要影響，其主要表現(xiàn)與可能機(jī)制包括：AGEs對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)、血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管壁的作用，以及AGEs-RAGE途徑。 4.1 對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)的作用 AGEs可在血管腔內(nèi)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以捕獲游離的蛋白質(zhì)，它在血管壁沉積后作用于內(nèi)皮細(xì)胞外基質(zhì)，刺激膠原蛋白發(fā)生交聯(lián)，引起血管壁增厚；與此同時(shí)，可抑制正常的細(xì)胞外基質(zhì)中內(nèi)皮細(xì)胞粘聯(lián)蛋白（如透明連接蛋白）的粘聯(lián)和伸展，使內(nèi)皮細(xì)胞之間的結(jié)合力下降，導(dǎo)致血管通透性增加。血管壁增厚和血管通透性增加是糖尿病微血管病變的主要特點(diǎn)，也是導(dǎo)致血管舒張功能障礙的主要原因。 4.2 對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用 AGEs一方面可直接作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，通過(guò)刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（VEGF）的產(chǎn)生，引起新生血管增生和血管通透性增加，甚至引起血管壁水腫6。另一方面，AGEs通過(guò)減少血管內(nèi)皮細(xì)胞合成和釋放一氧化氮（NO），并增加蛋白激酶C（PKC）和血栓素A2的水平，使血管舒張功能障礙7。 4.3 對(duì)血管壁的作用 AGEs可作用于內(nèi)皮細(xì)胞外基質(zhì)，刺激膠原蛋白發(fā)生交聯(lián)，引起血管壁增厚；另一方面，在A(yíng)GEs形成過(guò)程中，氧自由基使低密度脂蛋白脂質(zhì)氧化生成氧化型低密度脂蛋白（oxLDL），oxLDL是一種重要的致動(dòng)脈粥樣硬化脂蛋白，它在泡沫細(xì)胞形成以及促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化形成中發(fā)揮重要作用。 此外，AGEs還對(duì)血小板膜蛋白產(chǎn)生作用，使血小板膜上的纖維蛋白原受體與纖維蛋白原結(jié)合增強(qiáng)，并通過(guò)氧化應(yīng)激反應(yīng)促進(jìn)血小板聚集，增加血小板的聚集和黏附。這種高凝的血流動(dòng)力學(xué)改變，也影響著微血管的舒縮功能。 4.4 AGEs-RAGE的致病機(jī)制 AGEs通過(guò)與其受體RAGE結(jié)合，在血管病變的病理生理中發(fā)揮重要作用。如AGEs對(duì)血管基質(zhì)和內(nèi)皮的作用，很大程度上依靠受體完成。而富含RAGE的組織器官，如單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)、血管內(nèi)皮、平滑肌、腎小球系膜和成纖維細(xì)胞等，也成為AGEs和受體相互作用產(chǎn)生生理作用和病理?yè)p害的效應(yīng)場(chǎng)所。如AGEs與血管平滑肌細(xì)胞和泡沫細(xì)胞中獨(dú)特的RAGE結(jié)合，可顯著提高腫瘤壞死因子β（TNF-β）的水平（可達(dá)對(duì)照組的7倍），由此產(chǎn)生巨噬細(xì)胞的趨化作用，引發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化8。 Renard認(rèn)為9，RAGE信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是通過(guò)氧自由基的產(chǎn)生來(lái)介導(dǎo)的。內(nèi)皮細(xì)胞上的受體與AGEs結(jié)合后，可激活并誘發(fā)一系列促炎、促凝血反應(yīng)，并產(chǎn)生大量活性氧（ROS），ROS激活核轉(zhuǎn)錄因子（NF-κB），促使靶細(xì)胞中損傷反應(yīng)基因的表達(dá)；同時(shí)，ROS又能使糖酵解過(guò)程中間產(chǎn)物增加，進(jìn)而促進(jìn)AGEs的生成。Wautier等10也證明，AGE-RAGE作用產(chǎn)生反應(yīng)氧中介物，可促使還原型輔酶氧化酶激活，這在一定程度上促使氧化應(yīng)激作用增強(qiáng)，產(chǎn)生自由基介導(dǎo)的組織損傷、血管收縮和促凝血狀態(tài)，進(jìn)而促進(jìn)了糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)展。 4.5 其他 張衛(wèi)茄等11研究表明：循環(huán)AGEs潴留可增加動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中脂質(zhì)沉積，促進(jìn)病變局部巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞浸潤(rùn)及平滑肌細(xì)胞的遷移增生，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化病變局部的細(xì)胞炎癥反應(yīng)；并認(rèn)為，AGEs修飾的蛋白質(zhì)很可能通過(guò)增加低密度脂蛋白的氧化修飾而發(fā)揮其促炎效應(yīng)。 5 AGEs、糖尿病血管病變及其并發(fā)癥 5.1 糖尿病腎病 從腎臟的結(jié)構(gòu)和功能來(lái)看，首先腎臟的血管、腎小球基膜、系膜等結(jié)構(gòu)含有大量膠原蛋白，膠原蛋白的壽命較長(zhǎng)易形成AGEs12；其次，腎臟是富含RAGE的組織器官，其血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、腎小球、腎小管上皮細(xì)胞和系膜細(xì)胞均表達(dá)RAGE；再者，腎臟是AGEs的清除器官。以上特點(diǎn)，使得腎臟易受到AGEs的損害。 一方面，AGEs的形成與沉積，可引起細(xì)胞外基質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、功能發(fā)生改變而致基質(zhì)功能改變。 腎臟的細(xì)胞外基質(zhì)主要由型膠原分子、層粘連蛋白、硫酸軟骨素（HS-PG）3種分子組成，型膠原分子之間相互聯(lián)結(jié)形成空間支架，層粘連蛋白和硫酸軟骨分子連接在支架結(jié)構(gòu)的兩個(gè)表層，并使表面帶負(fù)電荷。這種結(jié)構(gòu)可使小分子自由通過(guò)，對(duì)于帶負(fù)電荷的白蛋白則形成一道電荷和空間屏障。AGEs形成后，可直接影響型膠原分子間結(jié)合能力，使其結(jié)合能力下降，空間支架結(jié)構(gòu)受到破壞。AGEs形成后，層粘連蛋白其自身多聚性及與型膠原分子和HS-PG的連接能力均下降，因此使腎小球基底膜支架結(jié)構(gòu)孔徑增大，通透性升高，引起蛋白尿和糖尿病腎病13。 Makion等14采用高分辨率掃描電鏡技術(shù)，證實(shí)AGEs引起糖尿病腎臟系膜基質(zhì)微觀(guān)變化：孔洞的直徑顯著增加（24 nm），基質(zhì)屏障作用受到破壞，支架結(jié)構(gòu)孔徑增大，通透性升高；Makion等認(rèn)為AGEs可能通過(guò)損害細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)而對(duì)糖尿病腎病的進(jìn)展發(fā)揮作用。 另一方面，AGEs通過(guò)與特異受體結(jié)合造成腎臟損害。主要引起細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子產(chǎn)生和分泌，以及引起系膜增生。 AGEs可刺激系膜細(xì)胞產(chǎn)生2種重要的生長(zhǎng)因子：血小板衍化生長(zhǎng)因子（PDGF）及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF）-β，其中PDGF在型膠原的積累中起重要介導(dǎo)作用，而TGF-β是一種多功能細(xì)胞因子，通過(guò)控制蛋白酶的合成、降解而影響腎小球產(chǎn)生各種細(xì)胞外基質(zhì)成分造成腎組織增生，這也是引起腎小球硬化的重要原因15。 由此可見(jiàn)，AGEs導(dǎo)致糖尿病腎血管損害，引起腎小球硬化和蛋白尿，它在糖尿病腎病的形成與發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用。 5.2 糖尿病視網(wǎng)膜病變 視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞中的AGEs直接改變細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂。視網(wǎng)膜血管基質(zhì)中形成的AGEs可影響血管結(jié)構(gòu)和功能，干擾活性氧物質(zhì)作用，使血管的舒張功能受損16。 Segawa等17有關(guān)糖尿病大鼠模型的視網(wǎng)膜AGEs實(shí)驗(yàn)性研究表明，AGEs不僅影響視網(wǎng)膜限制性?xún)?nèi)膜層和網(wǎng)織內(nèi)層以及視網(wǎng)膜血管的內(nèi)皮、平滑肌的結(jié)構(gòu)和功能，還可對(duì)外膜細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用，使之?dāng)?shù)量減少，并通過(guò)促進(jìn)VEGF的表達(dá)參與早期糖尿病視網(wǎng)膜病的發(fā)展。【參考文獻(xiàn)】1 Rojas A, Caveda L, Romay C, et al. Effect of advanced glycosylation end products on the induction of nitric oxide synthase in murine macrophagesJ. Biochem Biophys Res Commun, 1996，225（2）:358-362.2 Cerami A, Vlassara H, Brownlee M. Protein glycosylation and the pathogenesis of atherosclerosisJ. Metabolism，1985，34(12 Suppl 1):37-42.3 Lorenzi M. Glucose toxicity in the vascular complications of diabetes: the cellular perspectiveJ. Diabetes Metab Rev, 1992,8（2）:85-103.4 Pamplona R, Bellmunt MJ, Portero M, et al. Mechanisms of glycation in atherogenesisJ. Med Hypotheses, 1993,40（3）:174-181.5 Monnier VM, Vishwanath V, Frank KE, et al. Relation between complications of type I diabetes mellitus and collagen-linked fluorescenceJ. N Engl J Med, 1986，314（7）:403-408.6 Duh E, Aliello LP. Vascular endothelial growth factor and diabetes: the agonist versus antagonist paradoxJ. Diabetes,1999,48(10):1899-1906.7 Chakravarthy U, Hayes RG, Stitt AW, et al. Constitutive nitric oxide synthase expression in retinal vascular endothelial cells is suppressed by high glucose and advanced glycation end productsJ. Diabetes, 1998，47(6):945-952.8 Shoji T, Koyama H, Morioka T, et al. Receptor for advanced glycation end products is involved in impaired angiogenic response in diabetesJ. Diabetes,2006,55（8）:2245-2255.9 Renard C, Chappey O, Wautier MP, et al. Recombinant advanced glycation end product receptor pharmacokinetics in normal and diabetic ratsJ. Mol Pharmacol, 1997,52（1）:54-62.10 Wautier MP, Chappey O, Corda S, et al. Activation of NADPH oxidase by AGE links oxidant stress to altered gene expression via RAGEJ. Am J Physiol Endocrinol Metab，2001, 280(5):E685-E694.11 張衛(wèi)茄,侯凡凡,劉尚喜，等. 晚期糖基化終產(chǎn)物增加動(dòng)脈粥樣硬化病變部位的炎癥反應(yīng)J.中華腎臟病雜志,2005,21（6）:360-363.12 Bucala R,Vlassara H. Advanced glycosylation end products in diabetic renal and vascular diseaseJ. Am J Kidney Dis,1995,26（6）:875-888.13 張凱麗,李恩.糖基化作用與糖尿病腎臟并發(fā)癥J.國(guó)外醫(yī)學(xué)•內(nèi)分泌學(xué)分冊(cè),1999,19（3）:122-124.14 Makino H, Shikata K, Hironaka K, et al. Ultrastructure of nonenzymatically glyc