醛糖還原酶與糖尿病慢性病變

關鍵詞 醛糖還原酶 抑制劑 并發癥糖尿病

doi:10.3969/j.issn.1007-614x.2009.20.073

醛糖還原酶存在于人體神經、紅細胞、晶狀體、視網膜等組織器官中，在多元醇通路中催化血液中的葡萄糖生成山梨醇。醛糖還原酶是多元醇通路的關鍵限速酶。當血糖濃度維持在正常生理水平時，它并不激活，它對葡萄糖的親和力較低，此時葡萄糖很少轉化為山梨醇。在高血糖狀況下，如糖尿病，磷酸己糖激酶被飽和，這時醛糖還原酶激活，促使體內的葡萄糖轉化為山梨醇。然而，山梨醇脫氫酶的活力并未相應地成比例增加，山梨醇轉化為果糖的效率沒有提高。

醛糖還原酶(AR)的性質

AR(EC1，1，1，21)屬于NADPH依賴性醛-酮還原酶族，在體內呈單體存在，特異性較差，可催化多種醛(包括醛形式的葡萄糖)還原為相應的醇。AR在體內分布很廣，主要分布于神經、腎臟、腦、肌肉、精囊、胎盤等。不同種屬、不同組織的AR在分子構成、免疫原性及生化、理化性質上稍有差異，其分子量在30000～42000，等電點在4.85～5.75。

紅細胞AR的分離純化及其活性測定

紅細胞和糖尿病慢性并發癥(DCC)與組織神經、腎臟、視網膜、晶體等一樣，其細胞內葡萄糖水平不受胰島素調控，因而高血糖時，紅細胞多元醇通路被激活。紅細胞多元醇代謝與DCC易發組織的相似性，加之方便易得，使之成為研究AR與DCC關系的重要材料。

20世紀60年代以來，人們已能從多種組織中分離出AR， 然而紅細胞AR的分離純化自20世紀80年代以后才始見報道，這不僅因為紅細胞的AR含量很少，而且由于Hb的干擾，使得常規分光光度計法無法測出AR的活性。20世紀80年代以來，蛋白質層析技術的問世，使紅細胞AR的分離純化與活性測定成為可能。人紅細胞AR的分子量為32500，等電點為5.47，最適pH為6.2，可利用NADPH和NADH為輔酶，其Km值分別為0.0015和0.62，其最適底物按1/Km依次排列為DL-甘油醛、D-木糖、D-半乳糖和D-葡萄糖，硫酸鹽可激活AR，微摩爾水平的AR抑制劑(ARIs)可明顯抑制它的活性。

紅細胞AR活性的測定在研究DCC發病機制及評估糖尿病病情等方面具有十分重要的意義，但其測定有一定的困難，一方面需避免Hb的干擾，另一方面紅細胞除含有AR外，還含有醛還原酶Ⅱ(ALRⅡ)，ALRⅡ與AR同屬醛-酮還原酶族，與AR的性質十分相似，均可利用甘油醛作為底物，并能以NADPH為輔酶(Km=0.019)，但不能以NADH為輔酶。研究表明糖尿病病人紅細胞AR活性與DDC呈正相關。但與正常人相似，糖尿病病人AR活性范圍亦較大，且與正常人有重疊，同時合并DCC的糖尿病患者紅細胞AR活性顯著高于無DCC者，特別是在短期糖尿病史并發DCC患者與多年糖尿病史而無DCC患者中差異更為明顯，提示紅細胞AR活性的不同反映了糖尿病患者對DCC易感性的不同，紅細胞AR活性越高，合并DCC的機會越大，紅細胞AR活性增高可使組織中積聚更多的山梨醇，從而導致DCC的發生。但在高糖狀態下，AR通過何種方式、在何種水平被激活尚不明確，因為迄今為止尚未在AR基因上發現葡萄糖的調節區域，AR基因5'端微衛星序列的多態性和(或)外顯子堿基突變與AR活性升高是否相關還有待于深入探討。

醛糖還原酶抑制劑(ARIs)及DCC的防治

前已述及，多元醇通路代謝的異常可導致細胞水腫，NADPH和肌醇缺乏以及Na+-K⁺-ATP酶活性下降等一系列變化，因而近年來，使用ARIs預防和糾正DCC病變組織的結構與功能異常受到了廣泛關注。到目前為止，已發現多種藥物對AR有抑制作用，如Sorbinil，Stalrestat，Tolrestat，Zopolrestat等，動物實驗證明這些藥物對DCC的各種病變有預防作用，能有效糾正病變組織的生化異常，恢復組織的功能，其中有些藥物已進入臨床使用階段，其長期療效和不良反應尚在觀察中。另外發現，在高濃度葡萄糖條件下培養的血管細胞中，加入50μmol/L的維生素B1可降低AR mRNA的表達及山梨醇的濃度，我們認為維生素B1在防治DDC中值得關注。

參考文獻

1 Van Heyningen R. Formation of polyols by the lens of the rat with sugar cataract.Nature，1959，184:194.

2 King GL，Brownlee M. The cellular and molecular mechanism of diabetic complications.Endocrinol Metab clin North Amer，1996，25(2):255.

3 Srivastava S，Ramana KV，Tammali R，et al.Contribution of aldose retuctase to diabetic hyperproliferation of vascular smooth muscle cells.Diabetes，2006，55:901.

4 Demiot C，Tartas M，Fromy B，et al.Aldose retuctase pathway inhibition improved vascular and C-fiber fuctions，allowing for pressure-induced vasodilation restoration during severe diabetic neuropathy. Diabetes，2006，55:1478.

5 Eric C.M. Ho，Karen S.L. Lam，Chen YS，et al.Aldose retuctase-deficient mice are protected from delayed motor nerve conduction velocity，increased c-jun NH2-terminal kinase activation，depletion of reduced glutathione，increased superoxide accumulation，and DNA damage.Diabetes，2006，55:1946.

6 Obrosova IG，Pacher P，Szabo C，et al.Aldose retuctase inhibition counteracts oxidative-nitrosative stress and poly(ADP-ribose) polymerase activation in tissue sites for diabetes complications.Diabetes，2005，54:234.

7 Sun W，Oates PJ，Coutcher JB，et al. A selective aldose retuctase inhibitor of a new structural class prevents or reverses early retinal abnormalities in experimental diabetic retinopathy.Diabetes，2006，55:2757.

8 Iwata N，Inazu N，Satoh T. The purification and properties of aldose reductase from rat ovary.Arch Biochem Biophys，1990，28(1):70.

9 Krolewski AS Warram JH ， Rand LI. Epidemiologic approach to the etiology of typeI diabetes mellitus and its complications.N Engl J Med，1987;317:1390