糖基化终末产物与糖尿病慢性并发症研究进展

汤运梁 徐积兄

(南昌大学第一附属医院，江西 南昌 330006)

糖基化终末产物与糖尿病慢性并发症研究进展

汤运梁 徐积兄

(南昌大学第一附属医院，江西 南昌 330006)

糖基化终末产物(AGEs)；糖尿病

糖基化终末产物(AGEs)是蛋白质、脂肪酸和核酸等大分子物质的非酶糖基化产物，目前研究表明AGEs可直接或与其受体相互作用加速人体的衰老和导致糖尿病、阿尔茨海默病(AD)、动脉粥样硬化(AS)等慢性退化性疾病的发生和发展。AGEs与糖尿病慢性并发症的关系是目前研究热点，本文就此进行综述。

1 AGEs及AGEs受体(RAGE)

AGEs是一组在蛋白质、脂肪酸及核酸的氨基基团与还原糖的醛基之间发生非酶促糖基化反应所形成的一系列具有高度活性终产物的总称，在糖尿病患者长期高血糖环境下大量堆积，与糖尿病及其并发症密切相关。已鉴定的AGEs已有数十种，如羧甲基赖氨酸(CML)、羧乙基赖氨酸(CEL)、吡咯素等。在病理情况下，相应病变组织中均可有AGEs存在。体内各种蛋白，如血红蛋白、髓磷脂蛋白、tau蛋白等都可发生糖基化反应，导致复杂的功能变化。AGEs与其受体结合后激活的信号通路包括丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和核转录因子(NF)-κB等，其中以NF-κB的激活最为重要。在糖尿病患者体内，AGEs的含量与糖尿病并发症的发生及其严重程度呈正相关。

1992年Neeper等〔1〕首次从牛肺组织中分离出可以识别并结合AGEs的蛋白质，并将其命名为RAGE。该受体的胞外结构区域包含1个V型和2个C型免疫球蛋白结合域。RAGE基因转录的mRNA可选择性剪接而产生多种异形体，其中包括3种主要的基因剪切异形体，分别为全长RAGE、N-截断RAGE、C-截断RAGE。C-截断RAGE又称为内源分泌型RAGE(esRAGE)，缺少信号传导的跨膜结合域，仅包含有1个配体结合所必需的V型结合域，可分泌到细胞外，作为一种可溶性形式的RAGE(sRAGE)。还有一种形式为RAGE蛋白裂解体，由解聚素和基质金属蛋白酶介导从胞膜表面受体RAGE裂解形成的另一种sRAGE〔2〕。sRAGE可与RAGE配体竞争性结合，拮抗配体-RAGE轴过度活化所致的生物学效应，从而抑制RAGE介导的信号传递。RAGE的其他配体包括高迁移率族蛋白(HMG)B1、S100/钙粒蛋白及β-淀粉样蛋白(Aβ)等。目前研究表明HMGB1主要与脓毒症、肿瘤、风湿免疫、AS及缺血/再灌注损伤等有关，S100与心肌病、神经系统疾病、肿瘤等相关，而Aβ则主要与AD密切相关〔3〕。

2 AGEs与糖尿病视网膜病变(DR)

DR是糖尿病最常见且最易被早期发现的并发症，如不及时治疗将严重影响视功能甚至致盲，目前在美国已成为20～74岁人群中占首位的致盲性眼病〔4〕。DR发病机制比较复杂，其发病基础包括长期的高血糖及AGEs堆积等。DR根据有无新生血管生成可分为非增殖性DR(NPDR)和增殖性DR(PDR)〔5〕。DR最早期的改变是视网膜毛细血管周细胞丧失〔6〕。周细胞的丧失使血-视网膜屏障(BRB)受到损害，最终导致毛细血管内皮细胞增生，基底膜增厚，继而引起管腔狭窄和血流改变，导致视网膜缺血、缺氧和新生血管生成，最终进展为PDR。而AGEs在DR发生发展过程中发挥重要作用。与糖尿病其他并发症相同，DR患者视网膜和血浆中AGEs均升高〔7〕，在DR早期AGEs即可直接加快病变程度与进展〔8〕。AGEs作用于Muller胶质细胞产生血管内皮生长因子(VEGF)，而VEGF在视网膜新生血管生产成中发挥重要作用〔9〕。此外VEGF也可使微血管内皮细胞通透性增强引起视网膜渗出、出血及黄斑水肿等〔10，11〕。AGEs同时可促进胞内细胞黏附分子(ICAM)-1合成，而ICAM-1可以引起视网膜微血管白细胞黏附，进而阻塞毛细血管导致BRB损伤〔12〕。其机制为ICAM-1通过与其配体淋巴细胞功能相关抗原-1和巨噬细胞抗原复合体-1相结合，介导白细胞与血管内皮细胞的黏附与浸润，导致其运动停滞，引起视网膜毛细血管闭塞，毛细血管无灌注和血管渗漏，并导致内皮细胞功能失调，加快内皮细胞死亡。Canning等〔13〕通过给非糖尿病小鼠投喂含AGEs饲料，发现小鼠也存在视网膜毛细血管白细胞黏附和BRB损伤。而McVicar等〔14〕研究表明RAGE(-/-)糖尿病小鼠呈现出明显的视网膜保护效应。此外AGEs可诱导活性氧(ROS)的产生，ROS通过氧化应激引起周细胞凋亡。AGEs与RAGE相互作用可使NF-κB活化，NF-κB则通过降低凋亡抑制基因Bcl-2与促凋亡基因Bax的比例，促进内皮细胞和周细胞的凋亡〔15〕。AGEs也可通过损伤视网膜上其他细胞而影响视功能。如AGEs通过下调Bcl-2和损伤线粒体造成视网膜色素上皮细胞凋亡〔16〕。所以，AGEs可通过增加血管通透性、损伤BRB、促进新生血管生成及损伤视网膜细胞等途径引起DR。

3 AGEs与糖尿病肾病(DN)

DN是糖尿病的常见并发症之一，早期病理表现为肾小球滤过率升高、肾小球肥大，此时肾小球直径和肾小球毛细血管腔直径均增加。随着疾病进展，肾小球细胞外基质逐渐开始增多，表现为肾小球系膜区增宽及毛细血管基底膜增厚以及肾小管间质纤维化，最后发展为肾小球硬化、肾衰竭。正常人的肾小球中几乎检测不到AGEs，而在弥漫性或结节性改变的肾小球的系膜、基底膜及小管基底膜和许多血管壁上却能大量存在〔17〕。Thallas-Bonke等〔18〕通过给糖尿病小鼠投喂含AGEs饲料，发现可以加快肾脏病变进展，而敲除RAGE基因后情况得以改善，提示AGEs-RAGE轴在DN中发挥重要作用。

AGEs损伤糖尿病患者肾脏主要是通过其直接作用和与其受体RAGE结合激活相关信号通路引起肾脏损伤。AGEs的形成与沉积可通过依附、修饰蛋白分子，损伤主要由Ⅳ型胶原分子、层黏连蛋白、硫酸软骨素3种分子组成的肾脏细胞外基质，使肾小球基底膜孔径增大，肾小球滤过率增加，引起蛋白尿和DN〔19〕。AGEs可为ROS的中间体提供电子从而加强氧化应激，从而导致肾脏细胞损伤。AGEs还可与外渗血浆蛋白低密度脂蛋白(LDL)形成共价交联，使LDL不能移出内膜导致血管壁外脂质堆积，影响肾脏血供，从而导致肾脏细胞损伤〔20，21〕。此外，AGEs与RAGE相互作用通过激活MAPK、NF-κB等信号转导通路促进炎症因子、黏附分子等表达和释放，进而促进DN的发生发展。Tang等〔22〕研究表明AGEs通过上调肾小管上皮细胞转化生长因子(TGF)-β和VEGF表达促进肾小管间质纤维化。Banba 等〔23〕研究则表明AGEs上调系膜细胞的单核细胞趋化蛋白(MCP)-1表达，促进单核细胞浸润和迁移，增加血管通透性，导致肾小球损伤。此外也有研究〔24〕表明给非糖尿病的动物持续灌输AGEs白蛋白可出现蛋白尿和肾小球肥大、基底膜增厚、系膜外基质膨胀等类似DN的病理改变，这也间接表明糖尿病患者的肾损害可由高水平的AGEs引起。

4 AGEs与糖尿病神经系统病变

糖尿病患者常伴随神经系统病变，以累及周围神经病变最为常见，表现为远端对称的多发性神经病变，严重影响患者的生活及生存质量，增加了糖尿病患者的致死率和致残率。其主要病理特点为微血管改变、神经纤维缺失、轴索变性及脱髓鞘。

Luo等〔25〕分别用糖基化的Ⅳ型胶原蛋白和层黏连蛋白作为基质培养新生小鼠背根神经节(DRG)神经元，与对照组相比发现神经元与轴突产生大大减少，基质连接也显著减少，而且其生存力下降，说明基质蛋白发生糖基化后影响轴突生长、延伸及神经元的生存。Sekido等〔26〕研究表明AGEs还可通过氧化应激引起神经元细胞和雪旺细胞的凋亡，而雪旺细胞的凋亡可能又引起其他细胞线粒体功能障碍。此外Misur等〔27〕研究表明AGEs在髓鞘中的大量堆积可引起脱髓鞘发生。而且AGEs还可糖化胶原蛋白和层黏连蛋白，改变血管基底膜的电荷，增加血管的通透性，进而改变外周神经组织的微血管结构和功能。

AGEs通过与其受体RAGE结合后激活相关信号通路，可导致神经元功能紊乱。Bierhaus等〔28〕发现糖尿病患者神经组织内CML、RAGE、活化的NF-κBp65及IL-6共同存在于神经微血管系统。NF-κB的活化可以增加黏附因子、内皮素和促凝血组织因子等基因的表达，导致血管通透性的改变和血管细胞的增殖及内皮细胞的促凝能力增强，使血流调节受损〔29〕。Juranek等〔30〕研究表明糖尿病患者通过RAGE途径损伤外周神经轴突运输，而轴突运输的受阻可促使神经纤维萎缩和退化。Xu等〔31〕研究表明AGE与内皮细胞表面RAGE相互作用，使内皮细胞一氧化氮合酶(eNOS)丝氨酸残基磷酸化反应减弱，eNOS的活性降低导致NO合成减少，而使微血管舒张功能障碍。因此AGEs/RAGE系统可扰乱神经微循环血管舒缩功能的平衡，导致神经组织血流灌注减少。

5 AGEs与AS

AS是一种以脂质在动脉壁慢性沉积为特征的炎性增殖性疾病，2型糖尿病患者AS的发病率显著增高，其中又以冠状动脉粥样硬化最常见。2005年我国一项调查发现：在3 000余例冠心病住院患者中糖代谢异常总患病率高达76.0%，糖尿病患病率为52.9%〔32〕。在糖尿病患者中，持续的高血糖使AGEs不断堆积，进而促进AS的发生发展。

AGEs可通过直接捕获蛋白质以及引起蛋白质之间发生交联，从而导致LDL等促AS颗粒在动脉壁的沉积〔33～35〕。此外AGEs还可通过增加中性粒细胞氧自由基的产生和增加中性粒细胞NADPH氧化酶活性，促进血管氧化应激〔36〕。而氧化应激可加快氧化型LDL(ox-LDL)产生，而ox-LDL与巨噬细胞表面清道夫受体结合可促进泡沫细胞生成，诱导早期脂纹形成。

RAGE及其配体在粥样斑块中高表达，特别是在病变处的内皮细胞和平滑肌细胞中，AGEs与RAGE结合是诱发AS的一条重要的途径。AGEs-RAGE介导的病理过程的启动可能涉及多种信号传导通路，如p21ras，MAPK和PI3激酶等。这些信号通路在导致AS过程中的作用不断证实，如Sun等〔37〕用糖基化血清白蛋白干预人内皮祖细胞发现RAGE和NF-κB表达上调，而这种效应可被MAPK磷酸化蛋白家族成员的p38、ERK1/2和JNK的抑制剂明显抑制。也有研究显示AGEs上调RAGEs和清道夫受体-A表达进而通过JNK通路促进树突细胞(DCs)成熟，并且增强其刺激T细胞增殖和分泌细胞因子的能力，诱发炎症，促进动脉管壁病理改变〔38〕。

6 AGEs抑制剂

根据AGEs致病机制，目前正在开发的AGEs抑制剂包括AGEs生成抑制剂、AGEs断裂剂和RAGE阻断剂〔3〕。如研究较多的AGEs生成抑制剂氨基胍，其在体内、外实验中均展现出对血管并发症的改善作用。AGEs交联阻断剂Alagebrium(ALT711)Ⅱ期临床结果也显示了较好的安全性和有效性，可以逆转糖尿病患者AS和DN。而RAGE阻断剂FPS-ZM1在动物实验中可以抑制NF-κB的活化，以减轻AGEs引起的炎症反应。现代研究提示AGEs导致的病理生理学改变是可以逆转的，新的AGEs交联断裂剂可能在未来临床治疗中发挥重要作用。然而，现在进入临床的AGEs靶点药物仍比较有限，因此需要深入研究机制以利于开发新药物。

7 展 望

糖尿病患者高水平的AGEs可直接或通过与RAGE结合造成各种组织器官损伤，加剧糖尿病并发症的发生发展，然而其机制仍待进一步研究。同时，基于AGEs靶点治疗各种疾病已成为近年来的研究热点，并展现出良好的临床应用前景，相信随着研究的不断深入，将为我们对糖尿病及其并发症的防治提供新的思路。

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〔2016-08-10修回〕

(编辑 曲 莉)

国家自然科学基金课题(81460018，81160105，81560154)

徐积兄(1974-)，男，教授，主任医师，医学博士，硕士生导师，主要从事糖尿病及并发症研究。

汤运梁(1990-)，男，教授，在读硕士，主要从事糖尿病及并发症研究。

R589.1

A

1005-9202(2017)04-1012-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.04.103