晚期糖基化终产物与糖尿病血管 病变.doc

晚期糖基化终产物与糖尿病血管 病变作者：孙圣婴,刘翠鲜单位：上海体育学院运动科学学院，上海【摘要】 糖尿病患者晚期糖基化终产物显著增加，晚期糖基化终产物可能通过对细胞外基质、血管内皮细胞、血管壁的作用，及其受体途径产生微血管损害，从而在糖尿病慢性并发症的发生发展中发挥重要作用。 【关键词】 糖尿病；晚期糖基化终产物；非酶糖基化；微血管；并发症研究发现，糖尿病患者晚期糖基化终产物（advanced glyclation end-products， AGEs）显著增加，这与持续高血糖症紧密相关，AGEs促进糖尿病血管病变的形成，在糖尿病及其慢性并发症的发生与发展中发挥重要作用。现结合有关文献，对AGEs与糖尿病血管病变的研究现状及进展予以综述。 1 AGEs的形成 体内蛋白质发生的糖基化反应分为两类：一类是酶催化的缩合反应，以细胞质内质网为反应场所，如蛋白质翻译后的糖基化修饰；另一类是非酶（催化的）糖基化反应。 非酶糖基化反应是在生理条件下，体内富含醛基的葡萄糖、果糖及葡萄糖 6-磷酸酮糖与富含氨基的多种氨基酸、多肽和蛋白质分子发生缩合反应，生成不稳定的薛夫碱（Shiff bases），薛夫碱则可发生分子内的重排而生成较为稳定的阿马多里（Amadori）重排产物。上述两步反应均为可逆性反应，生成的产物称为早期糖基化产物。此后该产物缓慢地经过一系列脱水、氧化及化学重排，产生高度活性的羰基化合物，如3-脱氧葡萄糖酮醛（3-deoxyglucosone, 3-DG），进而与蛋白质的自由氨基起反应，凝聚形成不可逆的终末产物，称之为晚期糖基化终产物（AGEs）。 依据AGEs的生成途径和特性，可将AGEs分成2种：一种类似于咪唑衍生物，可能是由2个Amadori产物缩合形成的，为棕褐色，具有蛋白特征性荧光光谱，如羧乙基赖氨酸（CEL）、glyoxal derivedlysinedimer（GOLD）、methylglyoxal derivedlysinedimer（MOLD）、deoxyglucosone derivedlysinedimer（DOLD）、戊糖苷素（pentosidine）和咪唑酮（imidazolones）等；另一种可能是由一种Amadori产物与多种糖酵解产物缩合形成的，缺乏荧光性，如羧甲基赖氨酸（CML）、吡咯素（pyrraline）等。AGEs大多具有荧光特性，可通过荧光技术和酶联免疫分析技术进行检测。 除蛋白质外，核酸及含胺的脂质因能提供氨基也能形成AGEs。 2 AGEs的代谢 在生理条件下，AGEs的形成需要经过几周乃至数月的时间。对机体大部分细胞和血浆蛋白质来说，因其寿命较短，因而通常并不能有效完成糖基化产物的后期转换过程，机体组织AGEs含量很低；但当蛋白质半衰期较长或者蛋白质更新延迟，如发生淀粉样变和机体衰老，以及持续高血糖状态，如糖尿病及其血活性的羰基化合物水平增高时，则蛋白质非酶糖基化增加，可自发地不断形成AGEs。 AGEs一经形成便具不可逆性，其清除途径主要通过单核巨噬细胞的吞噬作用，降解为可逆性的低分子糖基化终产物（low molecular weight-AGEs, LMW-AGEs），再经肾脏排出。LMW-AGEs水平与肾脏功能密切相关1，正常人LMW-AGEs的清除率为0.72 l/min。此外，AGEs与单核巨噬细胞表面的AGE受体（RAGE）相互作用而被清除和降解。 3 糖尿病与AGEs Cerami等2发现糖尿病患者体内蛋白质受持续高血糖症因素影响，极易被非酶促糖基化修饰。Lorenzi等3和Pamplona等4的相关研究进一步证实，持久的高血糖会导致人体内许多结构蛋白、功能蛋白和核酸蛋白的非酶糖基化，最终形成不可逆的晚期糖基化终产物。 Monnier等5对于糖尿病的相关研究显示，随着年龄增大及血糖升高，各种组织中AGEs增多，可引起组织细胞蛋白质结构异常和功能障碍，其中组织内AGEs的含量与糖尿病并发症的发生及其严重程度呈正相关。AGEs可能通过影响糖尿病患者的血管病变等，对糖尿病慢性并发症的形成与发展产生重要作用。 4 AGEs与糖尿病血管病变 AGEs对糖尿病血管病变的发生与发展产生重要影响，其主要表现与可能机制包括：AGEs对细胞外基质、血管内皮细胞、血管壁的作用，以及AGEs-RAGE途径。 4.1 对细胞外基质的作用 AGEs可在血管腔内形成网状结构以捕获游离的蛋白质，它在血管壁沉积后作用于内皮细胞外基质，刺激胶原蛋白发生交联，引起血管壁增厚；与此同时，可抑制正常的细胞外基质中内皮细胞粘联蛋白（如透明连接蛋白）的粘联和伸展，使内皮细胞之间的结合力下降，导致血管通透性增加。血管壁增厚和血管通透性增加是糖尿病微血管病变的主要特点，也是导致血管舒张功能障碍的主要原因。 4.2 对血管内皮细胞的作用 AGEs一方面可直接作用于血管内皮细胞，通过刺激血管内皮细胞生长因子（VEGF）的产生，引起新生血管增生和血管通透性增加，甚至引起血管壁水肿6。另一方面，AGEs通过减少血管内皮细胞合成和释放一氧化氮（NO），并增加蛋白激酶C（PKC）和血栓素A2的水平，使血管舒张功能障碍7。 4.3 对血管壁的作用 AGEs可作用于内皮细胞外基质，刺激胶原蛋白发生交联，引起血管壁增厚；另一方面，在AGEs形成过程中，氧自由基使低密度脂蛋白脂质氧化生成氧化型低密度脂蛋白（oxLDL），oxLDL是一种重要的致动脉粥样硬化脂蛋白，它在泡沫细胞形成以及促进动脉粥样硬化形成中发挥重要作用。 此外，AGEs还对血小板膜蛋白产生作用，使血小板膜上的纤维蛋白原受体与纤维蛋白原结合增强，并通过氧化应激反应促进血小板聚集，增加血小板的聚集和黏附。这种高凝的血流动力学改变，也影响着微血管的舒缩功能。 4.4 AGEs-RAGE的致病机制 AGEs通过与其受体RAGE结合，在血管病变的病理生理中发挥重要作用。如AGEs对血管基质和内皮的作用，很大程度上依靠受体完成。而富含RAGE的组织器官，如单核吞噬细胞系统、血管内皮、平滑肌、肾小球系膜和成纤维细胞等，也成为AGEs和受体相互作用产生生理作用和病理损害的效应场所。如AGEs与血管平滑肌细胞和泡沫细胞中独特的RAGE结合，可显著提高肿瘤坏死因子β（TNF-β）的水平（可达对照组的7倍），由此产生巨噬细胞的趋化作用，引发动脉粥样硬化8。 Renard认为9，RAGE信号转导是通过氧自由基的产生来介导的。内皮细胞上的受体与AGEs结合后，可激活并诱发一系列促炎、促凝血反应，并产生大量活性氧（ROS），ROS激活核转录因子（NF-κB），促使靶细胞中损伤反应基因的表达；同时，ROS又能使糖酵解过程中间产物增加，进而促进AGEs的生成。Wautier等10也证明，AGE-RAGE作用产生反应氧中介物，可促使还原型辅酶氧化酶激活，这在一定程度上促使氧化应激作用增强，产生自由基介导的组织损伤、血管收缩和促凝血状态，进而促进了糖尿病血管并发症的发展。 4.5 其他 张卫茄等11研究表明：循环AGEs潴留可增加动脉粥样硬化斑块中脂质沉积，促进病变局部巨噬细胞、T细胞浸润及平滑肌细胞的迁移增生，促进动脉粥样硬化病变局部的细胞炎症反应；并认为，AGEs修饰的蛋白质很可能通过增加低密度脂蛋白的氧化修饰而发挥其促炎效应。 5 AGEs、糖尿病血管病变及其并发症 5.1 糖尿病肾病 从肾脏的结构和功能来看，首先肾脏的血管、肾小球基膜、系膜等结构含有大量胶原蛋白，胶原蛋白的寿命较长易形成AGEs12；其次，肾脏是富含RAGE的组织器官，其血管内皮细胞、平滑肌细胞、肾小球、肾小管上皮细胞和系膜细胞均表达RAGE；再者，肾脏是AGEs的清除器官。以上特点，使得肾脏易受到AGEs的损害。 一方面，AGEs的形成与沉积，可引起细胞外基质的分子结构、功能发生改变而致基质功能改变。 肾脏的细胞外基质主要由型胶原分子、层粘连蛋白、硫酸软骨素（HS-PG）3种分子组成，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分子连接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。AGEs形成后，可直接影响型胶原分子间结合能力，使其结合能力下降，空间支架结构受到破坏。AGEs形成后，层粘连蛋白其自身多聚性及与型胶原分子和HS-PG的连接能力均下降，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13。 Makion等14采用高分辨率扫描电镜技术，证实AGEs引起糖尿病肾脏系膜基质微观变化：孔洞的直径显著增加（24 nm），基质屏障作用受到破坏，支架结构孔径增大，通透性升高；Makion等认为AGEs可能通过损害细胞外基质蛋白质的组织结构而对糖尿病肾病的进展发挥作用。 另一方面，AGEs通过与特异受体结合造成肾脏损害。主要引起细胞因子、生长因子产生和分泌，以及引起系膜增生。 AGEs可刺激系膜细胞产生2种重要的生长因子：血小板衍化生长因子（PDGF）及转化生长因子（TGF）-β，其中PDGF在型胶原的积累中起重要介导作用，而TGF-β是一种多功能细胞因子，通过控制蛋白酶的合成、降解而影响肾小球产生各种细胞外基质成分造成肾组织增生，这也是引起肾小球硬化的重要原因15。 由此可见，AGEs导致糖尿病肾血管损害，引起肾小球硬化和蛋白尿，它在糖尿病肾病的形成与发展过程中发挥重要作用。 5.2 糖尿病视网膜病变 视网膜微血管内皮细胞中的AGEs直接改变细胞内蛋白质结构和功能，导致内皮细胞功能紊乱。视网膜血管基质中形成的AGEs可影响血管结构和功能，干扰活性氧物质作用，使血管的舒张功能受损16。 Segawa等17有关糖尿病大鼠模型的视网膜AGEs实验性研究表明，AGEs不仅影响视网膜限制性内膜层和网织内层以及视网膜血管的内皮、平滑肌的结构和功能，还可对外膜细胞产生毒性作用，使之数量减少，并通过促进VEGF的表达参与早期糖尿病视网膜病的发展。【参考文献】1 Rojas A, Caveda L, Romay C, et al. 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