晚期糖基化終末產物在冠心病發生和發展中的作用研究進展

馬 霞，宋小剛，張妍妍，門琦軒 綜述 陳永清，3 審校

冠心病(coronary heart disease, CHD)即冠狀動脈粥樣硬化性心臟病，是冠狀動脈發生動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)而引起血管腔狹窄或阻塞，造成心肌缺血、缺氧或壞死所導致的心臟病。晚期糖基化終末產物(advanced glycation end-products，AGEs)是衍生自葡萄糖或其他糖類衍生物與蛋白質或脂質反應的非酶產物異質分子。AGEs通過細胞內外蛋白修飾以及與其對應細胞表面受體結合，激活相應信號通路，誘導氧化應激和炎癥級聯反應，從而參與CHD的發生和發展。血液及組織中高濃度的AGEs對CHD的發生和發展具有一定促進作用，并對CHD的嚴重程度及不良預后有一定預測價值。

1 AGEs及其受體

1912年，AGEs首次由法國科學家Maillard報道，AGEs是一組在蛋白質、脂肪酸或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(又稱Maillard反應)所形成的一系列具有高度活性的終產物。晚期糖基化終末產物受體(RAGE)是AGEs最主要的受體，屬于細胞表面受體免疫球蛋白超家族。RAGE主要包括三種：RAGE、可溶性晚期糖基化終末產物受體(sRAGE)、晚期糖基化終末產物內源性分泌受體(esRAGE)。與健康人群相比，RAGE的表達水平在糖尿病、心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)及癌癥等病理條件下明顯升高[1]。AGEs與RAGE結合形成AGE-RAGE結合體，此類結合體通過轉化生長因子(TGF)-β、核因子(NF)-kβ、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK、ERK1/2、p38MAPK)和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶(Nox)等信號途徑誘導血管內皮細胞表達黏附分子-1(ICAM-1)、E-選擇素、血管內皮生長因子和促炎細胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)，尤其在糖尿病患者血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs)中，此類信號通路顯著激活，導致血管炎癥、損傷、鈣化、纖維化增加[2]。esRAGE是通過RAGE mRNA剪接產生的，sRAGE是RAGE的C末端剪切體[3]。

2 AGEs與AS

AS是一種與年齡和代謝有關的疾病，它會導致血管內膜增厚、斑塊形成和血管腔堵塞。研究表明，長期高血糖導致糖尿病血管病變重要的機制是通過非酶糖基化反應形成AGEs，AGEs通過沉積在細胞外基質(extracellular matrixs, ECMs)、氧化低密度脂蛋白(LDL)、氧化應激、免疫炎癥反應等損傷血管從而促進AS發生[4]。研究發現，AGEs介導ECMs分子之間的橋接，導致ECMs的結構改變而損害血管功能[5]；同時，AGEs 與RAGE的結合觸發細胞內信號傳導進而誘導血管損傷并加劇AS斑塊的發展。Xiao等[6]在大鼠模型中發現AGEs通過與RAGE結合，進而與ECMs蛋白交聯，導致AS斑塊形成，其可能的機制是AGEs通過誘導VSMCs增殖、促AS介質釋放及血管重塑而參與AS發生。Xiao等[6]還發現，多功能肌動蛋白結合蛋白(profilin-1)可能通過激活JAK2/STAT3信號通路參與AGEs誘導的血管炎癥反應，沉默profilin-1基因表達可抑制此信號通路，減輕AGEs誘導的血管炎癥反應而延緩AS發生。此外，NF-kβ是RAGE信號轉導的主要靶點，當NF-kβ轉移到細胞核時，內皮素-1(ET-1)、ICAM-1、E-選擇素和組織因子等的表達增加，上調氧化應激與炎癥反應，誘發內皮功能障礙而導致AS[5]。血管壁中的AGEs通過誘發LDL氧化及氧化LDL(ox-LDL)與單核細胞、內皮細胞和平滑肌細胞的結合從而形成泡膜細胞，進而引發血管炎癥和血管內皮細胞增殖，導致AS和血管功能障礙[7]。Matsumoto等[8]指出在人類冠狀動脈內皮細胞(ECs)中，AGEs 通過激活氧化應激、p38 絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和細胞外信號調節激酶 1/2(ERK1/2)而減少內皮NO合酶(eNOS)表達和NO生成，從而降低NO 生物利用度而導致血管內皮功能障礙。ET-1是一種內皮衍生收縮因子，在動脈 ECs 中，AGEs以濃度和時間依賴性方式促進 ET-1 和賴氨酰氧化酶(LOX)的表達；同時，AGEs 還可以促進NF-kβ 和激活蛋白1(AP-1)與ET-1和LOX同源啟動子的結合，通過損害內皮屏障功能和改變ECMs生物特性進而導致AS發生發展。Perrone等[1]研究發現，在高脂血癥環境中，AGEs可抑制泡沫細胞從AS斑塊向外遷移，并通過誘導鈣化級聯反應促進AS發展，使用抗CD36受體抗體和抗RAGE中和抗體，可能會延緩AS斑塊進展，甚至使AS斑塊消退。因此，AGEs和RAGE有可能成為未來防治AS病變的新靶點。

3 AGEs與冠狀動脈微血管功能障礙

冠狀動脈微血管功能障礙(coronary microvascular dysfunction，CMD)屬于非阻塞性冠狀動脈疾病(non obstructive coronary artery disease，NoCAD)，可引發微血管心絞痛(microvascular angina，MVA)。研究表明，與非糖尿病患者相比，糖尿病患者CMD 患病率更高，且糖尿病微血管并發癥通常發生在大血管并發癥之前。CMD是糖尿病患者心源性死亡風險增加的重要危險因素[9]。Barrett等[10]指出高血糖促進AGEs產生及AGEs受體激活，從而使細胞內信號傳導和基因表達發生改變，促炎因子釋放，ROS產生增加，誘發血管內皮炎癥反應和氧化應激，最終導致糖尿病微血管并發癥的發生。AGEs通過ROS及促炎因子，導致內皮ICAM-1、血管細胞黏附分子-1和E-選擇素等黏附分子的表達增加，VSMCs的遷移和增殖以及內皮素的合成增加等進一步加重糖尿病患者CMD的發生和發展。Liu等[11]將NoCAD小鼠暴露于AGEs后，小鼠表現出嚴重的CMD，這表明AGEs可加速NoCAD小鼠CMD的發生其可能機制是AGEs通過激活內質網應激(ERS)介導的蛋白激酶R樣內質網激酶(PERK)而加重CMD，抑制PERK表達可顯著緩解NoCAD小鼠的CMD。

4 AGEs與急性冠脈綜合征

急性冠脈綜合征(acute coronary syndrome，ACS)是以冠狀動脈粥樣硬化斑塊破裂或侵襲，繼發完全或不完全閉塞性血栓形成而導致心肌急性缺血引起的臨床綜合征，包括不穩定性心絞痛(unstable angina，UA)和急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)。研究表明，AMI后患者循環AGEs及RAGE水平顯著升高[12]，進而導致心肌細胞凋亡、心臟負性重塑和心功能障礙，且與患者較差的預后相關[13]。血漿AGEs水平升高是患者發生再梗死和死亡的獨立預測因子，也是 AMI 后1年內發生心力衰竭(heart failure，HF)的獨立預測性生物標志物，且與年齡、是否合并糖尿病、梗死嚴重程度及其他標志物無關[14]。Dozio等[15]指出AGE在AMI的發生以及ACS事件后發生左心室擴張、偏心性肥大和瘢痕區室壁變薄等心臟重塑中發揮著重要作用。AMI后，AGEs通過激活心肌細胞炎癥反應，促進金屬蛋白酶(MMPs)和血管內皮生長因子(VEGF)表達，誘發心肌重塑。同時，細胞內鈣結合蛋白S100B通過激活RAGE誘導VEGF表達進而促進MI后心肌重塑[16]。AGE-RAGE通路還可與心臟重塑相關的分子半乳糖凝集素3(Galectin-3)相互作用加劇心臟重塑的進展。在心臟重塑發生早期，Galectin-3在心臟中表達顯著增加，尤其是在AMI之后[15]。甲基乙二醛(MG)被認為是最重要的AGEs前體，Blackburn等[17]在過表達MG代謝酶乙二醛酶-1(GLO-1)的轉基因小鼠中發現，MG-AGEs在AMI后大量產生并與心肌細胞功能損害及心臟負性重塑密切相關。此外，sRAGE水平升高與急性心肌缺血有關。Grauen等[18]在524例ACS患者中發現，sRAGE水平升高與ACS后左室功能惡化和HF發生顯著相關。Tsoporis等[16]在STEMI患者中發現，在AMI早期sRAGE水平顯著升高，且發生在肌鈣蛋白I(TnI)升高之前，并且峰值sRAGE與心功能不全獨立相關。經皮冠狀動脈介入(percutaneous coronary intervention，PCI)治療后第1天sRAGE水平顯著下降，且sRAGE水平與心肌梗死面積相關。因此，sRAGE對于AMI患者病情嚴重程度及預后具有一定的評估價值。AMI后發生惡性室性心律失常而導致不良預后，Liu等[19]研究發現，合并糖尿病的STEMI患者室性早搏(PVC)數量顯著增加，血清AGEs濃度與室性早搏數量呈顯著正相關；RAGE依賴PERK信號通路通過ER鈣釋放以及鈣調神經磷酸酶(CaN)/蘭尼堿受體2(RyR2)機制觸發室性心律失常(VAs)。因此，AGEs及RAGE有可能成為AMI后惡性心律失常的防治靶點。

近年來研究認為，干細胞移植是AMI后大量不可逆心肌細胞壞死的有效治療方法。心耳干細胞(CASCs)是一種新型心臟干細胞，心肌細胞分化特性較好，自體移植后可顯著改善心功能。研究表明，AGEs導致干細胞增殖能力減低和凋亡增加，這可能與AGEs結合RAGE、促進細胞凋亡途徑激活、ROS過度形成等有關[20]。Evens等[21]在體外將大鼠CASCs暴露于不同濃度的AGEs 72 h后，CASCs的存活、增殖能力顯著降低，并隨著AGEs濃度的增加，細胞凋亡明顯增加。AGEs在CASCs中的部分作用是以劑量依賴性方式激活RAGE介導的。因此，抑制AGE-RAGE通路可能對AMI后干細胞移植治療具有保護作用。

5 AEGs與心肌缺血再灌注損傷

心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia-reperfusion injury，MI/RI)是AMI患者進行再灌注治療時不可避免的病理生理過程。MI/RI的主要機制可能與氧化應激和炎癥反應有關[22]。Jensen等[23]研究發現，在暴露于缺氧和復氧后，小鼠心肌細胞RAGE與AGEs表達水平明顯增加，敲除RAGE基因后心肌細胞損傷減輕。此外，與假手術組相比，左前降支(LAD)暫時閉塞后小鼠心肌中RAGE表達增加，且RAGE表達量與心肌細胞凋亡呈正相關；而敲除RAGE基因的小鼠暴露于缺血再灌注(I/R)損傷后，MI面積明顯減小。研究表明，sRAGE在MI/RI 中發揮一定的心肌保護作用。Cao等[24]在小鼠MI/RI模型中發現，sRAGE通過信號轉導和轉錄激活因子3(STAT3)抑制暴露于I/R損傷的心肌細胞凋亡，逆轉MI/RI引起的心功能不全、炎癥反應和心肌纖維化。Jiang等[25]在大鼠MI/RI模型中發現，sRAGE通過激活JAK2/STAT3信號通路，在體外和體內均可防止I/R所誘導的心肌細胞凋亡的發生。此外，研究表明泛素蛋白酶體系統(UPS)功能障礙與細胞凋亡密切相關。Guo等[26]在成年雄性小鼠冠脈LAD的I/R損傷模型中發現，sRAGE對I/R誘導的心肌細胞凋亡的抑制作用與UPS活性增加以及STAT3激活介導的β1i和β5i表達升高有關。Dang等[27]在小鼠冠脈LAD的I/R損傷模型中發現，如果阻斷γ干擾素(IFN-γ)可抑制心臟I/R期間sRAGE誘導的β1i和β5i表達上調，進而減弱sRAGE的保護作用。因此，sRAGE可能是一種通過激活UPS抑制心肌細胞凋亡而逆轉MI/RI不良預后的新型干預措施。

6 AGEs與心功能不全

AGEs通過與細胞膜蛋白相耦聯而改變其結構或直接激活RAGE，影響下游原癌基因蛋白p21(ras)、細胞外調節蛋白激酶(ERK)1/2、絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、p38絲裂原活化蛋白激酶、應激活化蛋白激酶(SAPK)、絲裂原活化蛋白(MAPKs)、磷酸肌醇3激酶(P13K)和Janus激酶(JAK)/信號轉導與轉錄激活子(STAT)等信號通路導致HF發生[28]。Deluyker等[29]將大鼠左室心肌細胞急性暴露于高分子量AGEs(HMW-AGEs)4 min后，心室肌細胞Ca2+內流水平明顯減少，心肌細胞收縮水平顯著降低，從而發生不可逆的心肌細胞功能障礙。AGEs不僅參與HF的發生和發展，而且與HF的嚴重程度和預后呈正相關[30]。

AMI后患者循環AGEs及RAGE水平顯著升高可導致心肌細胞凋亡與心肌功能損害，增加HF的發生風險。Raposeiras-Roubín等[31]對194例AMI患者進行0.8～1.5年的隨訪發現，高血漿AGEs水平患者HF的發生風險增加5倍，且AGEs是AMI后發生HF的預測因子。在糖尿病患者中，AGEs與RAGE的結合誘導ROS形成并激活ERK1/2，進而通過增加NF-kβ的表達導致心肌損傷而誘發心功能不全。此外，sRAGE血漿水平升高被認為是一種反調節機制，其通過抑制AGEs與RAGE結合進而保護心功能[15]。然而，AGEs及其受體在AMI后發生HF中的詳細機制尚未完全明確，仍需進一步研究。

7 抗AGEs治療

AGEs在冠心病發生發展及心血管重塑中發揮著重要作用，因此，抗AGEs治療非常重要。氨基胍和OPB-9195通過清除活性羰基進而抑制AGEs的產生和組織累積[32]。維生素B衍生物，如苯硫胺、硫胺素和吡哆胺等也具有AGEs抑制作用，從而改善糖尿病相關的AS及腎損害[33]。RAGE抑制劑類藥物如PF-04494700(或TTP488，Azeliragon)通過阻止配體(如CML、Aβ42、S100B和HMGB1等)與 RAGE 結合而在細胞外發揮作用并且其能夠穿過血腦屏障[34]。同時，FPS-ZM1能夠阻斷由Aβ42和BSA-AGE介導的RAGE信號傳導進而在細胞外發揮RAGE抑制作用[35，36]，然而，在細胞內發揮RAGE抑制作用的藥物目前研究尚少。阿司匹林可以清除游離羰基，并通過銅和其他過渡金屬的螯合作用來降低AGEs水平[32]。研究發現，部分降糖藥也具有抗AGEs作用。二甲雙胍和吡格列酮均能降低2型糖尿病患者的血漿AGEs水平；新型降糖藥SGLT-2抑制劑可以通過減少ROS的產生以及腎臟AGEs的清除從而降低糖尿病患者的AGEs水平[32]。腎素-血管緊張素系統(RAS)抑制劑也可以抑制AGEs的產生，其中血管緊張素轉化酶抑制劑(ACEI)和血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(ARB)通過減少羥基和碳基中心自由基的形成及螯合參與AGEs形成的金屬離子來降低AGEs產生[32]。他汀類藥物通過減少脂質氧化及ROS形成，降低尿液與血清中AGEs水平以及AS斑塊中AGEs的累積[37]；在動物模型中，他汀類藥物還可降低RAGE的表達而發揮心血管保護作用[32]。目前，針對AGEs形成的糖基化藥理學抑制劑和AGEs受體阻斷劑以及作用于AGE-RAGE相關信號通路的抑制劑等具有特異性抗AGEs作用的藥物研究尚少，可能成為未來新的研究方向和熱點。

綜上所述，AGEs與CHD的發生發展密切相關，這些可能的機制還需要在臨床實踐和基礎研究中進一步證實和修正。此外，基于AGEs及其受體在CHD中所起的重要作用，研發以AGEs及其受體為靶點的CHD治療藥物，可能成為未來防治CHD的新方向。