晚期糖基化终末产物与糖尿病慢性并发症的关系.doc

晚期糖基化终末产物与糖尿病慢性并发症的关系【关键词】 晚期糖基化终末产物；糖尿病慢性并发症【关键词 】 晚期糖基化终末产物；糖尿病慢性并发症糖尿病是世界各国关注的公众健康问题，随着人类社会文明的发展，其患病率明显增加。糖尿病慢性并发症几乎累及全身各器官组织，起病隐匿，早期不易被发现，呈渐进性发展，当发展到一定阶段后治疗效果不佳，是造成患者致残致死的重要原因。近年的大量研究证据表明，持续高血糖引起体内多种蛋白质非酶糖基化及由此形成的晚期糖基化终末产物(Advanced glycation endproducts，AGEs)在糖尿病慢性并发症的发病机制中起重要作用1。1AGEs的产生及其生化特性AGEs是非酶糖基化反应(Mailland反应)的终末产物。在无酶的条件下，开链的葡萄糖分子游离醛基或酮基和蛋白质氨基酸残基侧链-氨基或氨基末端的-氨基通过亲核结合，迅速生成醛亚胺(aldimine)即Schiff碱，这是一个不稳定的中间产物。可以返回到原来的反应物状态。不稳定的Schiff碱基在体内很快达到平衡，随后，Schiff碱基可缓慢发生分子结构化学重排，形成较稳定的但仍为可逆的糖-蛋白质酮胺结合物，此种碱性产物比较稳定，反应的可逆性大大减低，经重新排列，形成性质更为稳定的1-氨基-1-去氧-D-酮糖(1-amino-1-deoxy-D-ketose)，即Amadori产物，此为糖基化反应的早期阶段。Amadori产物或Anadori产物经过多步脱水和分子重排产生的多种高度反应性羰基化合物，如3-脱氧葡萄糖醛酮、乙二醛和甲基乙二醛等，进-步与其他游离氨基反应，最后形成不可逆性的AGEs，这是糖基化反应的晚期阶段。由于AGEs对酸的不稳定性和蛋白质水解物的复杂结构，体内分离AGEs很困难，目前已经明确结构的一些AGEs如FFI、AFOP、CML及pyrraline等是从体外反应模型中得到的产物，虽然分析这些结构对了解Amadori化合物提供了重要信息，但对体内存在的AGEs是否也是以上述结构为主仍有争议。虽然AGEs的实际化学结构尚不清楚，且呈异质性，但它们具有至少一个共同的结构成分和共同的抗原决定簇。AcEs的独特生化特性是：呈棕褐色；有荧光特性，特殊的吸收光谱；具有交联性；不可逆性；存在的广泛性；结构的异质性；对酶稳定，不易被降解；与许多细胞膜特异性受体结合发挥生物学效应。2AGEs对蛋白质的影响机体许多蛋白质在高血糖状态下均可发生Maillard反应，蛋白质过度非酶糖化可导致结构改变，进一步影响到蛋白质的生化特性和功能。血红蛋白发生非酶糖基化后，和氧的亲和力下降；血浆中的LDL发生非酶糖基化后，生成AGE-LDL，从而引起LDL经其特异性受体的清除障碍，Bucala等2发现LDL中的载脂蛋白B(apo B)的糖基化修饰部位正好是它与LDL受体结合的部位，而LDL的代谢和调节都是由LDL受体介导通过胞吐作用完成的，因此，LDL的糖基化修饰与高脂血症、糖尿病心血管并发症有密切关系；晶状体内AGEs的堆积导致晶体混浊，形成云雾状不透明区，即糖尿病性白内障。AGEs的形成在糖尿病慢性并发症的发病机制中一个重要的作用就是引起细胞外基质的分子结构及组成改变，从而引起基质功能的改变，免疫组化定位显示，AGEs出现在增厚的系膜区和肾小球基底膜3。肾脏细胞外基质主要由型胶原分子，层粘连蛋白(Laminin)和硫酸软骨素(HS-PG)三种分子组成，IV型胶原分子之间相互联结形成空间支架，层粘连蛋白和硫酸软骨素分子联结在支架结构的两个表层，并使表面带负电荷，这种结构可使小分子自由通过，对于带负电荷的白蛋白则形成一道电荷和空间屏障。层粘连蛋白糖基化后，与基质成分如胶原、硫酸软骨素结合能力下降，硫酸软骨素被葡萄糖修饰后，将影响其作为阴离子屏障的能力，胶原非酶糖基化后，具有抗消化能力，在体内降解减慢，影响其正常代谢，粘附分子如透明连接素形成AGEs后，与胶原和硫酸软骨素的连接能力也下降，因此使肾小球基底膜支架结构孔径增大，通透性升高，引起蛋白尿和糖尿病肾病。纤维结合蛋白是一种非胶原性细胞外糖蛋白，它的非酶糖基化可改变细胞外基质的生物特性，影响其与胶原蛋白及硫酸软骨素等氨基葡萄糖苷多肽的结合，影响基底膜的构成，参与了糖尿病肾病的发病。3通过AGEs受体导致损害现已发现，AGEs与细胞表面特异性受体的相互作用是其致病的关键途径4。AGEs与细胞表面AGEs受体结合后，可引起多种蛋白质基因表达水平的改变。这些细胞有单核巨噬细胞、淋巴样细胞、肾小球系膜细胞、内皮细胞和平滑肌细胞等。一些存在于内皮细胞、单核巨噬细胞和肾小球膜细胞上的AGEs受体己被命名和克隆出来了5。第一种高亲和力AGEs受体是在单核巨噬细胞上发现的，亲和力为1.75107/M。目前，已从鼠肝中提取出两种AGEs受体：P60和P90。P60是一种与oligosach-hary I转移酶复合体中的OST-48同源的，分子量为50 KD的蛋白质(AGE-R1)：P90是一种与蛋白激酶C 80 K-H的作用底物同源的，分子量为80 KD的蛋白质(AGE-R2)，这两种蛋白质分布于单核巨噬细胞系统和外周T淋巴细胞。在内皮细胞表面分离到35 KD和46 KD两种蛋白，35 KD蛋白的氨基端序列和乳铁素相同，命名为乳铁素样蛋白(LFL)，46 KD蛋白是一种新的蛋白质，其cDNA序列(长约1.5 kb)已被克隆，被认为是免疫球蛋白超家族中的新成员，这两种蛋白都镶嵌在细胞膜上分别与AGEs不同位点结合，共同完成受体的功能。AGEs受体还分布于血管平滑肌、肾小球系膜细胞和成纤维细胞等。此外，AGEs还能与单核巨噬细胞系统和内皮细胞的清道夫受体结合6。可见，不同细胞或同种细胞可有多种AGEs受体，某些多配体受体也能结合AGEs，AGEs受体可能是一种低特异性、多配体受体。3.1单按巨噬细胞上的AGEs受体AGEs与单核巨噬细胞表面的受体结合后，能使这些细胞分泌TNF-、IL-1等细胞因子，这些细胞因子能刺激间质细胞合成，清除AGEs-蛋白，正常情况下，AGEs刺激单核巨噬细胞将其清除是一个负反馈调节过程，但是，糖尿病导致AGEs水平极度增高，过度刺激生长性因子的分泌，从而产生血管增生，系膜增生及肾小球肥大等病变。单核巨噬细胞上的AGEs受体还可诱导肾小球细胞外基质成分的产生，如型胶原、罗布氨酸和硫酸肝素糖化蛋白(HSPG)等。AGEs与人或鼠的肾基质蛋白共同培养，培养液中的纤维连接蛋白(FN)、基质蛋白、型胶原、层粘连蛋白HS-PG的mRNA表达及蛋白产量均明显提高，从而导致肾小球基底膜的增厚，有意义的是，型胶原mRNA表达增加与血小板源性生长因子(PDGF)有关，因为PDGF抗体可抑制型胶原mRNA表达，提示PDGF在糖尿病肾小球硬化中通过介导AGEs与其受体反应发挥重要作用。当有AGEs受体的肾系膜细胞和AGEs共同孵育后，纤维结合素、型胶原、板层素(Laminin)及硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(1tSPG)的合成均增加，肾系膜细胞的这种变化可解释糖尿病肾病的产生。3.2内皮细胞表面的AGEs受体内皮细胞表面存在AGEs的特异性结合系统。AGEs与内皮细胞表面受体结合后，内皮素-1(Endothelin-1)和组织因子(凝血因子V)合成增加，同时血栓调节素(Thrombomodulin)生成减少。内皮素-1是一种具有血管收缩活性的多肽，而具有活性的组织因子可以激活凝血因子和X，使凝血系统被激活，因此造成血管内皮细胞表面的易凝集倾向，导致血管过度收缩和血管局部血栓形成7。通过内皮细胞上的AGEs受体，还可影响内皮细胞环氧化产物的产生，继而影响血管的舒张。AGEs与内皮细胞相互作用，激活了转录因子核因子-kB(NF-kB)，使血管细胞粘附分子-1(Vascularcell adhesion molecule-1，VCAM-1)表达增加，VCAM-1促进内皮细胞和血液单核细胞的粘附，使单核细胞侵入内皮下层，也可使巨噬细胞通过血管的能力加强，从而有助于解释糖尿病合并动脉粥样硬化的发病率较高的原因。4AGEs的形成的抑制减少或清除AGEs形成的方法主要是药物治疗。到目前为止，在研究中的最有前途的药物是氨基胍(aminoguanidine，AG)。氨基胍是一种亲核肼类化合物，它主要与糖基化反应中间产物3-脱氧葡萄糖醛酮(3-deoxyglucosone)反应，从而抑制AGEs的形成。由于3-脱氧葡萄糖醛酮和AGE是引起蛋白-蛋白交联的主要物质，氨基胍则可显著减少这两者的生成量，因此氨基胍可阻止蛋白之间的交联，另外，氨基胍还有部分作用是通过抑制一氧化氮合成酶(NOS)活性，减少NO在组织中的含量而实现的。有些实验室还报道，氨基胍对脂类具有保护作用，可抑制脂类的氧化，氨基胍不仅可以抑制脂类-AGE的形成，还能通过与氧化中间产物直接发生反应而抑制脂肪酸的氧化8，提示氨基胍的作用机制是多方面的。尽管氨基胍对抑制AGEs形成确有其效，但药理实验证实氨基胍会降低胰岛的血供，高浓度时会抑制B细胞分泌胰岛素9，从而限制其在临床应用，因此寻找理想的非酶糖基化抑制剂是今后的一个重要课题。最近，氨基胍已初步用于临床研究，但其药代动力学和临床长期应用的毒副作用亦待评价，一旦临床试验证实其有效并无明显毒副作用，氨基胍将成为防治因AGEs所引起的许多疾病的有力武器。参考文献1Vlassara H,Bucala R,Striker L,et al. 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