糖基化終末產物與糖尿病慢性并發癥研究進展

湯運梁 徐積兄

(南昌大學第一附屬醫院，江西 南昌 330006)

糖基化終末產物與糖尿病慢性并發癥研究進展

湯運梁 徐積兄

(南昌大學第一附屬醫院，江西 南昌 330006)

糖基化終末產物(AGEs)；糖尿病

糖基化終末產物(AGEs)是蛋白質、脂肪酸和核酸等大分子物質的非酶糖基化產物，目前研究表明AGEs可直接或與其受體相互作用加速人體的衰老和導致糖尿病、阿爾茨海默病(AD)、動脈粥樣硬化(AS)等慢性退化性疾病的發生和發展。AGEs與糖尿病慢性并發癥的關系是目前研究熱點，本文就此進行綜述。

1 AGEs及AGEs受體(RAGE)

AGEs是一組在蛋白質、脂肪酸及核酸的氨基基團與還原糖的醛基之間發生非酶促糖基化反應所形成的一系列具有高度活性終產物的總稱，在糖尿病患者長期高血糖環境下大量堆積，與糖尿病及其并發癥密切相關。已鑒定的AGEs已有數十種，如羧甲基賴氨酸(CML)、羧乙基賴氨酸(CEL)、吡咯素等。在病理情況下，相應病變組織中均可有AGEs存在。體內各種蛋白，如血紅蛋白、髓磷脂蛋白、tau蛋白等都可發生糖基化反應，導致復雜的功能變化。AGEs與其受體結合后激活的信號通路包括絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和核轉錄因子(NF)-κB等，其中以NF-κB的激活最為重要。在糖尿病患者體內，AGEs的含量與糖尿病并發癥的發生及其嚴重程度呈正相關。

1992年Neeper等〔1〕首次從牛肺組織中分離出可以識別并結合AGEs的蛋白質，并將其命名為RAGE。該受體的胞外結構區域包含1個V型和2個C型免疫球蛋白結合域。RAGE基因轉錄的mRNA可選擇性剪接而產生多種異形體，其中包括3種主要的基因剪切異形體，分別為全長RAGE、N-截斷RAGE、C-截斷RAGE。C-截斷RAGE又稱為內源分泌型RAGE(esRAGE)，缺少信號傳導的跨膜結合域，僅包含有1個配體結合所必需的V型結合域，可分泌到細胞外，作為一種可溶性形式的RAGE(sRAGE)。還有一種形式為RAGE蛋白裂解體，由解聚素和基質金屬蛋白酶介導從胞膜表面受體RAGE裂解形成的另一種sRAGE〔2〕。sRAGE可與RAGE配體競爭性結合，拮抗配體-RAGE軸過度活化所致的生物學效應，從而抑制RAGE介導的信號傳遞。RAGE的其他配體包括高遷移率族蛋白(HMG)B1、S100/鈣粒蛋白及β-淀粉樣蛋白(Aβ)等。目前研究表明HMGB1主要與膿毒癥、腫瘤、風濕免疫、AS及缺血/再灌注損傷等有關，S100與心肌病、神經系統疾病、腫瘤等相關，而Aβ則主要與AD密切相關〔3〕。

2 AGEs與糖尿病視網膜病變(DR)

DR是糖尿病最常見且最易被早期發現的并發癥，如不及時治療將嚴重影響視功能甚至致盲，目前在美國已成為20～74歲人群中占首位的致盲性眼病〔4〕。DR發病機制比較復雜，其發病基礎包括長期的高血糖及AGEs堆積等。DR根據有無新生血管生成可分為非增殖性DR(NPDR)和增殖性DR(PDR)〔5〕。DR最早期的改變是視網膜毛細血管周細胞喪失〔6〕。周細胞的喪失使血-視網膜屏障(BRB)受到損害，最終導致毛細血管內皮細胞增生，基底膜增厚，繼而引起管腔狹窄和血流改變，導致視網膜缺血、缺氧和新生血管生成，最終進展為PDR。而AGEs在DR發生發展過程中發揮重要作用。與糖尿病其他并發癥相同，DR患者視網膜和血漿中AGEs均升高〔7〕，在DR早期AGEs即可直接加快病變程度與進展〔8〕。AGEs作用于Muller膠質細胞產生血管內皮生長因子(VEGF)，而VEGF在視網膜新生血管生產成中發揮重要作用〔9〕。此外VEGF也可使微血管內皮細胞通透性增強引起視網膜滲出、出血及黃斑水腫等〔10，11〕。AGEs同時可促進胞內細胞黏附分子(ICAM)-1合成，而ICAM-1可以引起視網膜微血管白細胞黏附，進而阻塞毛細血管導致BRB損傷〔12〕。其機制為ICAM-1通過與其配體淋巴細胞功能相關抗原-1和巨噬細胞抗原復合體-1相結合，介導白細胞與血管內皮細胞的黏附與浸潤，導致其運動停滯，引起視網膜毛細血管閉塞，毛細血管無灌注和血管滲漏，并導致內皮細胞功能失調，加快內皮細胞死亡。Canning等〔13〕通過給非糖尿病小鼠投喂含AGEs飼料，發現小鼠也存在視網膜毛細血管白細胞黏附和BRB損傷。而McVicar等〔14〕研究表明RAGE(-/-)糖尿病小鼠呈現出明顯的視網膜保護效應。此外AGEs可誘導活性氧(ROS)的產生，ROS通過氧化應激引起周細胞凋亡。AGEs與RAGE相互作用可使NF-κB活化，NF-κB則通過降低凋亡抑制基因Bcl-2與促凋亡基因Bax的比例，促進內皮細胞和周細胞的凋亡〔15〕。AGEs也可通過損傷視網膜上其他細胞而影響視功能。如AGEs通過下調Bcl-2和損傷線粒體造成視網膜色素上皮細胞凋亡〔16〕。所以，AGEs可通過增加血管通透性、損傷BRB、促進新生血管生成及損傷視網膜細胞等途徑引起DR。

3 AGEs與糖尿病腎病(DN)

DN是糖尿病的常見并發癥之一，早期病理表現為腎小球濾過率升高、腎小球肥大，此時腎小球直徑和腎小球毛細血管腔直徑均增加。隨著疾病進展，腎小球細胞外基質逐漸開始增多，表現為腎小球系膜區增寬及毛細血管基底膜增厚以及腎小管間質纖維化，最后發展為腎小球硬化、腎衰竭。正常人的腎小球中幾乎檢測不到AGEs，而在彌漫性或結節性改變的腎小球的系膜、基底膜及小管基底膜和許多血管壁上卻能大量存在〔17〕。Thallas-Bonke等〔18〕通過給糖尿病小鼠投喂含AGEs飼料，發現可以加快腎臟病變進展，而敲除RAGE基因后情況得以改善，提示AGEs-RAGE軸在DN中發揮重要作用。

AGEs損傷糖尿病患者腎臟主要是通過其直接作用和與其受體RAGE結合激活相關信號通路引起腎臟損傷。AGEs的形成與沉積可通過依附、修飾蛋白分子，損傷主要由Ⅳ型膠原分子、層黏連蛋白、硫酸軟骨素3種分子組成的腎臟細胞外基質，使腎小球基底膜孔徑增大，腎小球濾過率增加，引起蛋白尿和DN〔19〕。AGEs可為ROS的中間體提供電子從而加強氧化應激，從而導致腎臟細胞損傷。AGEs還可與外滲血漿蛋白低密度脂蛋白(LDL)形成共價交聯，使LDL不能移出內膜導致血管壁外脂質堆積，影響腎臟血供，從而導致腎臟細胞損傷〔20，21〕。此外，AGEs與RAGE相互作用通過激活MAPK、NF-κB等信號轉導通路促進炎癥因子、黏附分子等表達和釋放，進而促進DN的發生發展。Tang等〔22〕研究表明AGEs通過上調腎小管上皮細胞轉化生長因子(TGF)-β和VEGF表達促進腎小管間質纖維化。Banba 等〔23〕研究則表明AGEs上調系膜細胞的單核細胞趨化蛋白(MCP)-1表達，促進單核細胞浸潤和遷移，增加血管通透性，導致腎小球損傷。此外也有研究〔24〕表明給非糖尿病的動物持續灌輸AGEs白蛋白可出現蛋白尿和腎小球肥大、基底膜增厚、系膜外基質膨脹等類似DN的病理改變，這也間接表明糖尿病患者的腎損害可由高水平的AGEs引起。

4 AGEs與糖尿病神經系統病變

糖尿病患者常伴隨神經系統病變，以累及周圍神經病變最為常見，表現為遠端對稱的多發性神經病變，嚴重影響患者的生活及生存質量，增加了糖尿病患者的致死率和致殘率。其主要病理特點為微血管改變、神經纖維缺失、軸索變性及脫髓鞘。

Luo等〔25〕分別用糖基化的Ⅳ型膠原蛋白和層黏連蛋白作為基質培養新生小鼠背根神經節(DRG)神經元，與對照組相比發現神經元與軸突產生大大減少，基質連接也顯著減少，而且其生存力下降，說明基質蛋白發生糖基化后影響軸突生長、延伸及神經元的生存。Sekido等〔26〕研究表明AGEs還可通過氧化應激引起神經元細胞和雪旺細胞的凋亡，而雪旺細胞的凋亡可能又引起其他細胞線粒體功能障礙。此外Misur等〔27〕研究表明AGEs在髓鞘中的大量堆積可引起脫髓鞘發生。而且AGEs還可糖化膠原蛋白和層黏連蛋白，改變血管基底膜的電荷，增加血管的通透性，進而改變外周神經組織的微血管結構和功能。

AGEs通過與其受體RAGE結合后激活相關信號通路，可導致神經元功能紊亂。Bierhaus等〔28〕發現糖尿病患者神經組織內CML、RAGE、活化的NF-κBp65及IL-6共同存在于神經微血管系統。NF-κB的活化可以增加黏附因子、內皮素和促凝血組織因子等基因的表達，導致血管通透性的改變和血管細胞的增殖及內皮細胞的促凝能力增強，使血流調節受損〔29〕。Juranek等〔30〕研究表明糖尿病患者通過RAGE途徑損傷外周神經軸突運輸，而軸突運輸的受阻可促使神經纖維萎縮和退化。Xu等〔31〕研究表明AGE與內皮細胞表面RAGE相互作用，使內皮細胞一氧化氮合酶(eNOS)絲氨酸殘基磷酸化反應減弱，eNOS的活性降低導致NO合成減少，而使微血管舒張功能障礙。因此AGEs/RAGE系統可擾亂神經微循環血管舒縮功能的平衡，導致神經組織血流灌注減少。

5 AGEs與AS

AS是一種以脂質在動脈壁慢性沉積為特征的炎性增殖性疾病，2型糖尿病患者AS的發病率顯著增高，其中又以冠狀動脈粥樣硬化最常見。2005年我國一項調查發現：在3 000余例冠心病住院患者中糖代謝異常總患病率高達76.0%，糖尿病患病率為52.9%〔32〕。在糖尿病患者中，持續的高血糖使AGEs不斷堆積，進而促進AS的發生發展。

AGEs可通過直接捕獲蛋白質以及引起蛋白質之間發生交聯，從而導致LDL等促AS顆粒在動脈壁的沉積〔33～35〕。此外AGEs還可通過增加中性粒細胞氧自由基的產生和增加中性粒細胞NADPH氧化酶活性，促進血管氧化應激〔36〕。而氧化應激可加快氧化型LDL(ox-LDL)產生，而ox-LDL與巨噬細胞表面清道夫受體結合可促進泡沫細胞生成，誘導早期脂紋形成。

RAGE及其配體在粥樣斑塊中高表達，特別是在病變處的內皮細胞和平滑肌細胞中，AGEs與RAGE結合是誘發AS的一條重要的途徑。AGEs-RAGE介導的病理過程的啟動可能涉及多種信號傳導通路，如p21ras，MAPK和PI3激酶等。這些信號通路在導致AS過程中的作用不斷證實，如Sun等〔37〕用糖基化血清白蛋白干預人內皮祖細胞發現RAGE和NF-κB表達上調，而這種效應可被MAPK磷酸化蛋白家族成員的p38、ERK1/2和JNK的抑制劑明顯抑制。也有研究顯示AGEs上調RAGEs和清道夫受體-A表達進而通過JNK通路促進樹突細胞(DCs)成熟，并且增強其刺激T細胞增殖和分泌細胞因子的能力，誘發炎癥，促進動脈管壁病理改變〔38〕。

6 AGEs抑制劑

根據AGEs致病機制，目前正在開發的AGEs抑制劑包括AGEs生成抑制劑、AGEs斷裂劑和RAGE阻斷劑〔3〕。如研究較多的AGEs生成抑制劑氨基胍，其在體內、外實驗中均展現出對血管并發癥的改善作用。AGEs交聯阻斷劑Alagebrium(ALT711)Ⅱ期臨床結果也顯示了較好的安全性和有效性，可以逆轉糖尿病患者AS和DN。而RAGE阻斷劑FPS-ZM1在動物實驗中可以抑制NF-κB的活化，以減輕AGEs引起的炎癥反應?，F代研究提示AGEs導致的病理生理學改變是可以逆轉的，新的AGEs交聯斷裂劑可能在未來臨床治療中發揮重要作用。然而，現在進入臨床的AGEs靶點藥物仍比較有限，因此需要深入研究機制以利于開發新藥物。

7 展 望

糖尿病患者高水平的AGEs可直接或通過與RAGE結合造成各種組織器官損傷，加劇糖尿病并發癥的發生發展，然而其機制仍待進一步研究。同時，基于AGEs靶點治療各種疾病已成為近年來的研究熱點，并展現出良好的臨床應用前景，相信隨著研究的不斷深入，將為我們對糖尿病及其并發癥的防治提供新的思路。

1 Neeper M，Schmidt AM，Brett J，etal.Cloning and expression of a cell surface receptor for advanced glycosylation end products of proteins〔J〕.J Biol Chem，1992；267(21)：14998-5004.

2 Hudson BI，Carter AM，Harja E，etal.Identification，classification，and expression of RAGE gene splice variants〔J〕.FASEB J，2008；22(5)：1572-80.

3 呂 翠，劉洪娟，劉曉麗，等.晚期糖基化終末產物受體及其抑制劑的研究進展〔J〕.中國藥理學通報，2013；29(4)：452-6.

4 Ockrim Z，Yorston D.Managing diabetic retinopathy〔J〕.BMJ，2010；341：c5400.

5 Engerman RL.Pathogenesis of diabetic retinopathy〔J〕.Diabetes，1989；38(10)：1203-6.

6 朱禧星.現代糖尿病學〔M〕.上海：上海醫科大學出版社，2000：19-51.

7 Stitt AW.AGEs and diabetic retinopathy〔J〕.Invest Ophthalmol Vis Sci，2010；51(10)：4867-74.

8 Barile GR，Pachydaki SI，Tari SR，etal.The RAGE axis in early diabetic retinopathy〔J〕.Invest Ophthalmol Vis Sci，2005；46(8)：2916-24.

9 Hirata C，Nakano K，Nakamura N，etal.Advanced glycation end products induce expression of vascular endothelial growth factor by retinal Muller cells〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，1997；236(3)：712-5.

10 Harhaj NS，Felinski EA，Wolpert EB，etal.VEGF activation of protein kinase C stimulates occludin phosphorylation and contributes to endothelial permeability〔J〕.Invest Ophthalmol Vis Sci，2006；47(11)：5106-15.

11 Funatsu H，Yamashita H，Nakamura S，etal.Vitreous levels of pigment epithelium-derived factor and vascular endothelial growth factor are related to diabetic macular edema〔J〕.Ophthalmology，2006；113(2)：294-301.

12 Moore TC，Moore JE，Kaji Y，etal.The role of advanced glycation end products in retinal microvascular leukostasis〔J〕.Invest Ophthalmol Vis Sci，2003；44(10)：4457-64.

13 Canning P，Glenn JV，Hsu DK，etal.Inhibition of advanced glycation and absence of galectin-3 prevent blood-retinal barrier dysfunction during short-term diabetes〔J〕.Exp Diabetes Res，2007；2007：51837.

14 McVicar CM，Ward M，Colhoun LM，etal.Role of the receptor for advanced glycation endproducts(RAGE)in retinal vasodegenerative pathology during diabetes in mice〔J〕.Diabetologia，2015；58(5)：1129-37.

15 Yamagishi S，Inagaki Y，Amano S，etal.Pigment epithelium-derived factor protects cultured retinal pericytes from advanced glycation end product-induced injury through its antioxidative properties〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，2002；296(4)：877-82.

16 Wang XL，Yu T，Yan QC，etal.AGEs promote oxidative stress and induce apoptosis in retinal pigmented epithelium cells RAGE-dependently〔J〕.J Mol Neurosci，2015；56(2)：449-60.

17 Wendt T，Tanji N，Guo J，etal.Glucose，glycation，and RAGE：implications for amplification of cellular dysfunction in diabetic nephropathy〔J〕.J Am Soc Nephrol，2003；14(5)：1383-95.

18 Thallas-Bonke V，Coughlan MT，Tan AL，etal.Targeting the AGE-RAGE axis improves renal function in the context of a healthy diet low in advanced glycation end-product content〔J〕.Nephrology(Carlton)，2013；18(1)：47-56.

19 張凱麗，李 恩.糖基化作用與糖尿病腎臟并發癥〔J〕.國外醫學·內分泌學分冊，1999；19(3)：122-4.

20 Wheeler DC，Chana RS，Topley N，etal.Oxidation of low density lipoprotein by mesangial cells may promote glomerular injury〔J〕.Kidney Int，1994；45(6)：1628-36.

21 Cerami A，Ikeda Y，Le Trang N，etal.Weight loss associated with an endotoxin-induced mediator from peritoneal macrophages：the role of cachectin(tumor necrosis factor)〔J〕.Immunol Lett，1985；11(3-4)：173-7.

22 Tang SC，Leung JC，Lai KN.Diabetic tubulopathy：an emerging entity〔J〕.Contrib Nephrol，2011；170：124-34.

23 Banba N，Nakamura T，Matsumura M，etal.Possible relationship of monocyte chemoattractant protein-1 with diabetic nephropathy〔J〕.Kidney Int，2000；58(2)：684-90.

24 Yamagishi S，Takeuchi M，Makita Z.Advanced glycation end products and the pathogenesis of diabetic nephropathy〔J〕.Contrib Nephrol，2001；(134)：30-5.

25 Luo ZJ，King RH，Lewin J，etal.Effects of nonenzymatic glycosylation of extracellular matrix components on cell survival and sensory neurite extension in cell culture〔J〕.J Neurol，2002；249(4)：424-31.

26 Sekido H，Suzuki T，Jomori T，etal.Reduced cell replication and induction of apoptosis by advanced glycation end products in rat Schwann cells〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，2004；320(1)：241-8.

28 Bierhaus A，Haslbeck KM，Humpert PM，etal.Loss of pain perception in diabetes is dependent on a receptor of the immunoglobulin superfamily〔J〕.J Clin Invest，2004；114(12)：1741-51.

29 R?sen P，Nawroth PP，King G，etal.The role of oxidative stress in the onset and progression of diabetes and its complications：a summary of a congress series sponsored by UNESCO-MCBN，the American Diabetes Association and the German Diabetes Society〔J〕.Diabetes Metab Res Rev，2001；17(3)：189-212.

30 Juranek JK，Geddis MS，Rosario R，etal.Impaired slow axonal transport in diabetic peripheral nerve is independent of RAGE〔J〕.Eur J Neurosci，2013；38(8)：3159-68.

31 Xu B，Chibber R，Ruggiero D，etal.Impairment of vascular endothelial nitric oxide synthase activity by advanced glycation end products〔J〕.FASEB J，2003；17(10)：1289-91.

32 中國心臟調查組.中國住院冠心病患者糖代謝異常研究——中國心臟調查〔J〕.中華內分泌代謝雜志，2006；22(1)：7-10.

33 Bohlender JM，Franke S，Stein G，etal.Advanced glycation end products and the kidney〔J〕.Am J Physiol Renal Physiol，2005；289(4)：F645-59.

34 Kanauchi M，Tsujimoto N，Hashimoto T.Advanced glycation end products in nondiabetic patients with coronary artery disease〔J〕.Diabetes Care，2001；24(9)：1620-3.

35 Yamagishi S，Matsui T，Ueda S，etal.Advanced glycation end products(AGEs)and cardiovascular disease(CVD)in diabetes〔J〕.Cardiovasc Hematol Agents Med Chem，2007；5(3)：236-40.

36 Kim J，Kim KM，Kim CS，etal.Puerarin inhibits the retinal pericyte apoptosis induced by advanced glycation end products in vitro and in vivo by inhibiting NADPH oxidase-related oxidative stress〔J〕.Free Radic Biol Med，2012；53(2)：357-65.

37 Sun C，Liang C，Ren Y，etal.Advanced glycation end products depress function of endothelial progenitor cells via p38 and ERK 1/2 mitogen-activated protein kinase pathways〔J〕.Basic Res Cardiol，2009；104(1)：42-9.

38 Juranek JK，Geddis MS，Rosario R，etal.Impaired slow axonal transport in diabetic peripheral nerve is independent of RAGE〔J〕.Eur J Neurosci，2013；38(8)：3159-68.

〔2016-08-10修回〕

(編輯 曲 莉)

國家自然科學基金課題(81460018，81160105，81560154)

徐積兄(1974-)，男，教授，主任醫師，醫學博士，碩士生導師，主要從事糖尿病及并發癥研究。

湯運梁(1990-)，男，教授，在讀碩士，主要從事糖尿病及并發癥研究。

R589.1

A

1005-9202(2017)04-1012-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.04.103