066000 海軍92676部隊 李愛萍田波

200433 第二軍醫(yī)大學附屬長征醫(yī)院 張灝2

100048 中國人民解放軍海軍總醫(yī)院麻醉科 陳宇4

糖尿病的發(fā)病率正日益提高。高血糖作為糖尿病的重要指征，通過非酶促的糖基化反應促進晚期糖基化終產(chǎn)物(AGEs)的生成。而AGEs在血液和組織中沉積，通過直接修飾蛋白質使基質功能和脂質代謝紊亂，通過受體介導的信號傳導機制與參與動脈粥樣硬化的細胞作用，促進動脈粥樣硬化病變。動脈粥樣硬化則是糖尿病常見的并發(fā)癥和最重要死因[1-2]。長期暴露于高血糖環(huán)境被認為是糖尿病患者動脈粥樣硬化的主要因素[3]。關于這一問題主要有3種解釋：非酶促反應的糖基化即AGEs的形成，氧化應激和蛋白激酶C活化引起生長因子的表達。3種因素密切相關[2-4]。ALT-711和氨基胍等藥物通過抑制AGEs的形成和阻斷作用通道來減緩病變的發(fā)生。本文主要對糖尿病如何通過AGEs誘發(fā)動脈粥樣硬化以及可能治療途徑作一綜述。

1 AGEs的形成與結構

傳統(tǒng)認為AGEs主要是通過非酶促的美拉德(Maillard)反應來形成的[5]。Maillard反應是氨基化合物(如胺、氨基酸、蛋白質等)和羰基化合物(如還原糖、脂質以及由此而來的醛、酮、多酚、抗壞血酸、類固醇等)之間發(fā)生的非酶反應，也稱為羰氨反應(Amino-carbonyl reaction)。Hodge在1953年提出Maillard反應有3條可能的反應途徑：①初級反應階段。還原糖的羰基與氨基之間進行加成，加成物迅速失去1分子水轉變?yōu)橄７驂A(Schiff base)。②經(jīng)環(huán)化形成相應的N-取代醛基胺，經(jīng)Amadori重排轉成有反應活性的Amadori產(chǎn)物。其中最熟知的是糖基化血紅蛋白(HbA1c)和果糖胺(fructose)。③果糖胺等又經(jīng)過一系列復雜的分解和化學重排反應最終形成了AGEs——類黑精色素或叫做褐色含氮色素。果糖胺也可降解為葡萄糖或者是更為活躍的己糖，從而直接修飾蛋白質。褐色色素不是由單一構成單位重復構成，而是由不同構成單位構成的非常復雜的結構。1984年，Pongor首次將這類物質命名為AGEs。AGEs的形成是不可逆轉的。AGEs多為一些棕黃色熒光化合物，具有高的交聯(lián)性和低的溶解度，并且都能夠產(chǎn)生活性氧產(chǎn)物(ROS)。后來又有新的理論提出，還原糖可以通過自身氧化形成活性羰基物如乙二醛和甲基乙二醛，它們與蛋白質反應生成糖基氧化產(chǎn)物[6]。又有人提出過氧化亞硝酸鹽可以通過氧化斷裂Amadori產(chǎn)物和產(chǎn)生雙羰化合物來產(chǎn)生AGEs[7]。許多脂氧化產(chǎn)物也可發(fā)生類似Maillard反應，產(chǎn)生晚期脂氧化終產(chǎn)物(ALEs)[8]。

AGEs的形成與血糖濃度及暴露于血糖的時間成正相關[9]。另外局部的適合于氧化應激的環(huán)境也大大促進其形成，并且AGEs的形成受過渡元素金屬離子的催化[10]。在各種還原糖中，葡萄糖的糖基化速度是最慢的[11]。因此，Maillard反應在體內進行的比較慢。但在糖尿病患者中高血糖和加強了的氧化應激都加速了AGEs的形成。這意味半衰期短的分子如載脂蛋白都可以成為靶點。另外吸煙、食物也可以導致外源性的AGEs的形成[12-13]。但它們在糖尿病并發(fā)癥中起什么作用還尚無明確的結論。

AGEs包括眾多復雜的化合物，主要有羧甲基賴氨酸(CML)、羧乙基賴氨酸(CEL)、咪唑酮(Imidazolone)、乙二醛賴氨酸二聚體 (GOLD)、甲基乙二醛賴氨酸二聚體(MOLD)、Pyrraline、Pentosidine等等[14]。其中，CML在體內最明顯，被研究也最多[15]。

AGEs修飾的組織和細胞的清除主要是由組織巨噬細胞通過特定受體進行的。AGEs被降解為小分子量的可溶性的低分子糖基化終產(chǎn)物(LMW-AGEs)，然后經(jīng)腎排出?，F(xiàn)在認為肝臟是血循環(huán)中AGEs的主要代謝位點[16-17]。肝枯否(kupffer)細胞主要內吞大的顆粒和凝聚物，而竇狀隙內皮細胞則通過籠形蛋白進行特異性內吞。主要有5種受體：甘露糖受體、清道夫受體、透明質烷/清道夫受體、膠原α鏈受體、丙種球蛋白F成分受體，其中清道夫受體被認為起了主要作用。但有人提出異議，認為AGEs的慢生成率、快攝取速度以及充分快速的血流很可能使體內的AGEs無法達到閾值[18]。另外一個問題是AGEs的攝取很可能還依靠其他物質的參與[16]。體外實驗證實胰島素可以通過IRS和PI3激酶途徑來促進AGEs的清除，原因可能為加速了清道夫受體介導的內吞、囊泡運輸、溶酶體水解和外排[19]。值得一提的是LMW-AGEs還可以作為底物與其他蛋白質反應生成新的AGEs。因此，腎功能不全的患者其體內AGEs也顯著升高。

2 AGEs與糖尿病并發(fā)動脈粥樣硬化的關系

AGEs在正常人中也會形成，但在糖尿病人的組織和血液中明顯增強[20-21]。在家兔身上模擬糖尿病患者AGEs血液濃度證實AGEs可以誘導動脈粥樣硬化的形成[4]。另有證據(jù)顯示AGEs修飾LMW-AGEs也是重要的損傷介質，盡管因果關系尚未完全證實[22]。

AGEs的種類多樣性使得它的作用也很多。目前認為AGEs可以通過非受體依賴的直接作用和間接受體介導的信號傳導來加速動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。

2.1 非受體介導機制 糖基化蛋白質改變了分子構象，影響了酶的活性、受體識別及正常降解。這些病變發(fā)生在與動脈粥樣硬化相關的分子，使它們結構和功能改變，加速病變。

2.1.1 AGEs對細胞外基質的影響 體內外研究證實AGEs可以與細胞外基質半衰期長的蛋白質如Ⅳ型膠原、層粘連蛋白、纖維結合蛋白之間形成不可逆的交聯(lián)[23]。這種病理的交聯(lián)使基質的硬度大大增加，從而影響了功能，并且抵抗正常的蛋白水解酶的水解，影響了基質的更新[24]。AGEs修飾的膠原對動脈粥樣硬化具有相當大的促進作用。病變的膠原抑制了正常網(wǎng)狀結構的形成。血液中可溶性的低密度脂蛋白(LDL)以及免疫球蛋白(IgG)也可以結合到膠原上。病變的層粘連蛋白則降低了聚合體的自動裝配和與Ⅳ型膠原以及硫酸類肝素蛋白多糖的聚合交聯(lián)。硫酸類肝素的缺乏則通過產(chǎn)生過量的生長調控因子促進了其他基質的增生[9]。膠原連鎖的AGEs還可以清除NO，造成了血管舒張的障礙[25]，從而引起被認為與動脈粥樣硬化密切相關的內皮功能障礙[26-27]。同時，AGEs可誘導強烈收縮作用的內皮素(或蛙皮素)表達[28]。

2.1.2 AGEs對脂代謝的影響 糖基化可以發(fā)生在載脂蛋白B和LDL的磷脂部分，使得LDL的清除速率下降，并且對氧化應激修飾更加敏感[29]。AGEs的形成與氧化應激是一種相互促進的關系[30]。

臨床研究表明與正常人相比較，糖尿病患者AGEs修飾的LDL水平明顯提高。血液LDL可以與血管壁糖基化的膠原蛋白結合交聯(lián)形成不可逆的網(wǎng)狀結構。這種結構可以阻止已侵入血管壁內的LDL顆粒的正常外流，促進膽固醇在內膜的沉積。這種網(wǎng)狀AGEs造成的脂蛋白的沉積反應與血漿中LDL濃度無關[30]。糖基化的載脂蛋白B主要發(fā)生在位于與LDL受體相識別的位點帶正電荷的賴氨酸殘基上，從而使體內受體介導的LDL的清除速率大大降低[31]。

在人成纖維細胞，糖基化的LDL通過特異受體的清除下降了，而單核細胞起源的巨噬細胞則通過一種低親和性非特異性的清道夫受體增加了內吞[3]，刺激了作為早期動脈粥樣硬化標志的泡沫細胞的形成[32]。

2.1.3 對補體調節(jié)蛋白的影響 補體調節(jié)蛋白CD59的糖基化造成了活性降低，使補體活化和膜攻擊復合體(MAC)生成增加。血管沉積的MAC通過結合內皮細胞釋放血小板衍生的生長因子、成纖維細胞生長因子、細胞因子等促進成纖維細胞和平滑肌細胞的增生。

2.2 受體介導的作用機制 AGEs的很多功能都是借助于特定的受體和結合蛋白而實現(xiàn)的[27]。第一個得到克隆的是RAGE(the receptor for AGEs)。RAGE屬于免疫球蛋白超家族，質量為45千道爾頓[22]。RAGE分布于包括單核巨噬細胞、T淋巴細胞、內皮細胞、平滑肌細胞、腎小球系膜細胞、神經(jīng)元、腫瘤細胞等在內的多種細胞表面。人類的RAGE基因位于6p21.3，含11個外顯子，屬單拷貝基因。該基因啟動子區(qū)域內存在3個核因子NF-κB樣結合位點和兩個特異蛋白1結合位點。其中的兩個NF-κB樣結合位點能直接影響RAGE基因的表達，二者同時發(fā)生突變將顯著減少RAGE基因的表達；而特異蛋白1結合位點不直接影響RAGE基因的表達。RAGE存在多種剪接變異體，其中esRAGE主要分布在人腦星形膠質細胞和外周血單核細胞的胞膜上，而N端可變免疫球蛋白樣結構域缺失的RAGE及可溶性C端跨膜結構域缺失的RAGE這兩種剪接變異體可與全長RAGE一起表達于血管內皮細胞和周細胞的細胞膜上[33]。它們的作用尚不得知，可能的機制為可溶性的RAGE與全長RAGE的平衡可能在AGEs介導的功能障礙起作用[34]。除了RAGE，許多別的受體也相繼被確認：AGE-R1(p60)、AGE-R2(蛋白激酶C底物)、AGE-R3(半乳凝素-3)、溶菌酶、巨噬細胞清道夫受體、凝集素樣氧化低密度脂蛋白受體-1(LOX-1)、CD36[22]。每一個AGEs受體都是非特異性的，可以與很多分子結合并被激活。這些分子也不一定是AGEs。如RAGE就可以與Amphoterin、S100蛋白和淀粉肽等結合。這種配體受體的復雜性值得進一步研究。

在糖尿病血管中，RAGE的表達與其配體的濃度成正相關[35]，并且RAGE與配體作用后還會使受體表達增加，形成獨特的正反饋現(xiàn)象[28]。RAGE與配體作用的最重要的結果就是細胞激活，從而導致氧化應激的增強和一系列的信號傳導作用。

內皮細胞表面受體同時介導了AGEs的攝取，胞轉吞作用和信號傳導作用。AGEs與內皮細胞表面受體結合，使細胞內的ROS產(chǎn)生增多，可能原因是活化了尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NADPH oxidase)。ROS又使得與氧化應激和炎癥損傷密切相關的NF-κB和血管細胞黏附分子-1(VCAM-1)表達增加[36]。作為轉錄因子又活化了眾多炎癥和動脈粥樣硬化相關基因的表達，主要有腫瘤壞死因子(TNF-α and TNF-β)，白(細胞)介素-1，6，8(IL-1，IL-6 and IL-8)，干擾素-γ(IFN-γ)，E-選擇蛋白，細胞間黏附分子-1(ICAM-1)。由于RAGE細胞溶質尾段包含了已知磷酸化作用位點，激酶域以及其他RAGE活化必須的位點，所以細胞活化還需其他分子的參與[28]。另外，RAGE與配體作用還使得內皮細胞的屏障功能損害，通透性增加，利于脂質以及大分子穿過內皮單層[37]。體外實驗證實二者相互作用還使得血栓調節(jié)蛋白合成減少及組織因子生成增多，使抗凝血作用受損。AGEs還可能通過5-羥色胺引起血小板聚集，影響血栓及動脈粥樣硬化[38]。

AGEs與單核細胞表面受體結合，使得單核細胞活化為巨噬細胞，血小板來源的生長因子(PDGF)、胰島素樣生長激素-1以及促炎癥反應細胞因子IL-1β和TNF-α增加?？扇苄缘腁GEs則使單核細胞趨化性增強，使其穿過完整內皮。不溶性的AGEs則使其遷移能力下降，這有助于單核細胞固定于AGEs沉積的部位，如血管內膜。RAGE的過度表達還使基質的金屬蛋白酶增多，增加了斑塊的不穩(wěn)定性[28]。

在平滑肌細胞，RAGE與配體作用使其增生和纖維結合蛋白生成增多[39]。AGEs與蛋白激酶C在主要依靠胰島素來維持糖濃度的細胞內，高血糖被認為通過活化蛋白激酶C系統(tǒng)來促進動脈粥樣硬化。糖基化過程的中間產(chǎn)物磷酸二羥丙酮、甘油醛使得作為蛋白激酶C活化的主要的內源性細胞輔助因子的二?；视蜕稍龆?。蛋白激酶C活化使得生長因子過度表達，基質及平滑基細胞大量增生[3]，并且促進氧化應激和過氧化物生成[27]。

3 以AGEs為靶點的藥物研究

當前的藥物研究主要集中在阻止AGEs形成、交聯(lián)以及AGEs-RAGE的相互作用[22]。肼化物氨基胍是第一個發(fā)現(xiàn)的抑制劑[40]。它主要通過誘捕中間產(chǎn)物而減少AGEs合成。但它可能具有引起腎損傷、維生素B6缺乏病以及神經(jīng)毒性等很多副作用[8，28]。具體應用還需進一步的臨床實驗驗證。其他藥物如吡哆胺(Pyridoxamine)等也在臨床實驗中。能夠清除沉積在基質中的AGEs的匹馬吉定(Pimagedine)和交聯(lián)破壞劑ALT-711可能具有良好的前景[41]。抑制AGE-RAGE的相互作用可能也會有良好的效果，但RAGE及其配體的多樣性，以及眾多的后續(xù)反應機制不甚清楚，使得這方面的進展很少。

綜上所述，AGEs生成、結構的復雜性，作用途徑和作用的多樣性使得其導致動脈粥樣硬化的機制尚未完全清楚，特異性的藥物研究也因此而受到抑制。另外，在非糖尿病動脈粥樣硬化患者中，AGEs濃度也有明顯升高，提示AGEs與動脈粥樣硬化的因果關系是否成立尚有疑問。將來，可能會進一步闡明AGEs、糖尿病、動脈粥樣硬化三者之間的關系，AGEs與其受體之間的相互作用，從而有利于研制靶向性的特異藥物。

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