植物多酚通過RAGE/MAPK/NF-κB通路抑制AGEs誘導的炎癥反應研究進展

周子藝，夏曉霞，冉 歡，陳媛媛，雷小娟，趙吉春，曾凱芳,2，明 建,2,*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；2.西南大學食品貯藏與物流研究中心，重慶 400715）

在美拉德反應末期，蛋白質中的賴氨酸和精氨酸側鏈與1,2-二羰基反應生成穩定的、與多肽結合的氨基酸衍生物，即晚期糖基化終末產物（advanced glycation end products，AGEs）[1]。AGEs可以通過與細胞表面的AGE受體（receptor for advanced glycation end product，RAGE）相互作用，啟動一些信號通路，包括細胞外信號相關激酶（extracellular signal-related kinase，ERK1/2）和p38在內的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）的磷酸化，隨后導致核轉錄因子（nuclear transcription factor，NF）-κB異常激活，而NF-κB作為炎癥的主要調控轉錄因子，參與炎癥因子的基因表達，與糖尿病相關并發癥和多種慢性疾病的發生相關，包括心血管疾病、神經退行性疾病、關節炎、癌癥及其并發癥等[2-3]。在各種慢性疾病的發病機理中，炎癥和氧化應激緊密相關，RAGE/MAPK/NF-κB信號通路是調控炎癥和氧化應激的主要信號通路[4]。明確RAGE介導的信號通路與MAPKs和NF-κB的相互作用在AGEs誘導的氧化應激和炎癥中的作用途徑和機理，并尋找合適的藥物干預該信號通路對慢性疾病的預防和治療都非常重要。許多研究證實植物多酚可以作為防止AGEs形成的潛在物質[5]。因此，本文綜述了植物多酚通過RAGE/MAPK/NF-κB途徑緩解AGEs誘導的氧化應激和炎癥的作用機理，旨在為開發植物多酚類抗氧化和抗炎保健食品或藥物提供參考。

1 AGEs的概述

1.1 AGEs的基本概念、形成機理

美拉德反應是AGEs形成的主要途徑。蛋白質、氨基酸、脂類或核酸等物質的游離氨基與還原糖（葡萄糖、果糖、戊糖等）的羰基進行縮合、脫氫、重排等一系列反應后形成一類穩定的終末產物[6-8]，如N?-羧甲基賴氨酸（carboxymethyl lysine，CML）、N?-羧乙基賴氨酸（carboxyethyl lysine，CEL）、吡咯素（pyrraline）、戊糖苷（pentosidine）等[9]。此外，二羰基化合物也可以通過葡萄糖自氧化、多元醇降解和脂質過氧化等途徑生成AGEs。其中，脂質過氧化可以通過影響美拉德反應減弱葡萄糖自氧化作用和多元醇降解，對AGEs的形成起關鍵作用[10]。

根據來源不同，AGEs可以分為內源性AGEs和外源性AGEs。內源性AGEs是指隨著高糖飲食攝入，碳水化合物和蛋白質在體內發生葡萄糖代謝異常或脂質過氧化而產生的AGEs。外源性AGEs則是通過飲食進入人體的AGEs，被稱為飲食晚期糖基化終末產物（dietary advanced glycation end products，dAGEs）[11]。dAGEs主要來源于熱加工食品的美拉德反應以及脂肪酸和氨基酸的自氧化[12]。普遍來說，外源性AGEs對體內AGEs總量的貢獻比內源性AGEs更大[13]。

1.2 AGEs的致病機理

AGEs的致病機理主要通過兩種不同的途徑：一是AGEs直接誘導機體蛋白的結構變形或交聯作用產生；二是AGEs與細胞表面的RAGE相互結合產生[9]。

機體蛋白的結構變形或交聯作用主要與內源性AGEs的增加以及糖尿病并發癥有關。長壽蛋白和低密度脂蛋白（如膠原蛋白和彈性蛋白等）對AGEs交聯敏感，AGEs會誘導其結構、構象及功能發生改變，導致動脈僵硬度增加，損壞血管結構，對心血管產生不利影響。例如，AGEs與細胞外膠原蛋白交聯，其彈性和溶解性降低，從而導致血管僵硬度增加，細胞附著受到干擾以及代謝速率降低，最后導致基底膜增厚。AGEs使晶狀體蛋白糖基化形成交聯結構，增強氧化應激，導致白內障的形成[14-15]。AGEs還可以通過交聯細胞內和細胞外蛋白對細胞功能產生不利影響，從而導致關節炎、神經系統疾病、癌癥、糖尿病和心血管疾病等多種疾病[16]。在糖尿病性腎病中觀察到，細胞外基質中的蛋白質交聯會使這些蛋白質變硬、柔韌性降低，從而導致基膜增厚并損壞器官功能[17]。

RAGE是一種信號轉導受體，可以在多種細胞類型上表達，如內皮細胞（endothelial cell，EC）、平滑肌細胞（smooth muscle cell，SMC）、單核細胞/巨噬細胞、T淋巴細胞、樹突細胞等[18]。RAGE作為可攝取并轉導AGEs的受體，一旦AGEs與RAGE結合，就會激活多種信號傳導途徑，例如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氫（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate hydrogen，NADPH）氧化酶介導的活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生以及幾種激酶介導的途徑，包括MAPKs、磷脂酰肌醇-3-激酶和Janus激酶/信號轉導和轉錄激活子（Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT）信號通路等[19-20]，誘導促炎細胞因子和趨化因子的基因表達，例如白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、IL-6、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）、單核細胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）和環氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2），從而誘導氧化應激和炎癥反應[4,21]。

1.3 AGEs-RAGE軸下游的MAPK/NF-κB信號通路

NF-κB是一組與免疫、應激反應、凋亡和分化相關的調節因子，基本上存在于所有細胞類型中[22]。細胞暴露于多種細胞外刺激因素下導致NF-κB迅速激活，并最終調節基因轉錄。NF-κB信號傳導還通過驅動炎癥細胞因子和趨化因子的產生來建立低濃度的炎癥環境，進一步導致免疫細胞的募集，增強炎癥反應。AGEs是一組與NF-κB激活有關的外源性物質，負責維持和放大信號并隨后誘發炎癥反應[23]。轉化生長因子-β1（transforming growth factor beta，TGF-β1）可以誘導黏附分子的表達，導致巨噬細胞向EC遷移并且還可能上調NF-κB水平以隨后調節炎癥細胞因子的表達[24]。

MAPKs是一個信號轉導蛋白家族，包括ERKs、c-jun N末端激酶（c-jun N terminal kinases，JNKs）和p38。MAPKs是生物中最重要的信號轉導系統之一，可被各種細胞外信號（如應激和生長因子）激活，并在炎癥的發生和發展中起重要的調節作用[25]。在MAPKs家族中，ERK1/2和p38更容易被AGEs影響。AGEs與RAGE結合的上調可通過ERK1/2-NF-κB信號引起炎癥反應。p38激活的主要生物學反應涉及炎癥介質的產生和激活，以及許多與炎癥有關的基因表達，如TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2等。Yeh等[26]用CML改性的人血清白蛋白（human serum albumin，HSA）確定了人單核細胞白血病細胞中的信號級聯反應。結果表明，CML-HSA與RAGE結合，會引起ERK1/2和p38 MAPK磷酸化，促使NF-κB轉錄激活和促炎細胞因子的分泌。綜上，ERK和p38都是RAGE信號激活的蛋白激酶，參與誘導靶基因表達以及單核細胞分泌促炎細胞因子。

2 AGEs誘導的炎癥反應

AGEs在機體內可以通過多條途徑產生有害作用，其誘導的炎癥反應主要是通過與RAGE結合，使其下游信號通路激活而引起的。MAPK在復雜的細胞機制如增殖、分化、發育、轉化和凋亡中起著重要作用。NF-κB通路與免疫、炎癥、癌癥和神經功能有關。AGEs誘導炎癥的主要路徑就是RAGE介導的MAPK和NF-κB的激活，導致促炎細胞因子和趨化因子的表達。此外，AGEs與RAGE結合可激活NADPH氧化酶，從而促進細胞內ROS的產生并誘導MAPK和NF-κB的持續活化，導致炎癥反應的發生[27]。

在正常情況下，RAGE表達較低，在病原和壓力條件下，其表達量會迅速升高。抗氧化酶和ROS介導的AGEs之間的失衡促進了ROS和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）的進一步產生，導致氧化/亞硝化應激以及進一步的級聯信號傳導，并產生了許多促炎因子，從而誘導慢性炎癥疾病的發生。此外，慢性炎癥疾病的產生會使細胞外基質成分發生特性修飾，從而使各種組織和器官的細胞結構發生變化[28]。在EC中，AGEs-RAGE相互作用會調節黏附因子（如血管細胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1））和促炎/血栓形成性分子的表達；在成纖維細胞中，AGEs-RAGE相互作用會調節膠原蛋白的產生；在SMC中，AGEs-RAGE相互作用可調節基質修飾分子的遷移、增殖和表達；在單核吞噬細胞中，AGEs-RAGE相互作用會調節趨化性和觸覺性以及促炎或血栓形成分子的表達；在淋巴細胞中，AGEs-RAGE相互作用會刺激IL-2的增殖和生成。因此，AGEs與RAGE結合會促進細胞中各類炎癥介質的基因表達，從而誘導炎癥反應的發生。

炎癥反應是一種正常的免疫防御機制，是對有害刺激物（例如病原體、毒素或受損細胞）的免疫反應，可以保護宿主免受感染和其他侵害[2]。炎癥反應的自我調節涉及負反饋機制的激活，例如消炎細胞因子的分泌，促炎信號傳導級聯的抑制，炎癥介質受體的脫落和調節細胞的激活[29]。慢性炎癥是對細胞損傷的不良適應反應，當炎癥信號在體內不受控制時就會引發慢性炎癥反應，如AGEs誘導的持續的炎癥反應，會導致機體進一步的損傷，因此，調節炎癥反應對于保持健康和維持體內穩態至關重要，圖1是AGEs通過多條途徑誘導的炎癥反應示意圖。

圖1 AGEs誘導的炎癥反應Fig.1 AGEs-induced inflammatory responses

AGEs與RAGE的結合會引起細胞內ROS的產生，并隨后激活MAPK和NF-κB信號傳導，促進炎癥因子表達，如TNF-α、IL-1β、IL-6和胰島素樣生長因子-1或產生幾種黏附分子（例如VCAM-1、細胞間黏附分子-1、纖溶酶原激活物抑制劑-1和MCP-1），引起多種細胞的炎癥和血栓形成反應，從而參與糖尿病血管并發癥和動脈粥樣硬化的發展[30]。AGEs可以通過多種機制改變血管壁的穩態，包括改變細胞外基質的通透性、釋放炎性細胞因子和生長因子、改變內皮的抗血栓性質以及改變血管壁調節血管張力的能力以及上調黏附分子和趨化因子在血管細胞上的表達，從而導致慢性炎癥反應，并最終導致血管功能障礙[31]。此外，AGEs會上調RAGE的表達并誘導NF-κB的持續活化[32]。

除了與RAGE結合外，AGEs本身能夠催化ROS的形成，并在AGEs積累的部位激發氧化應激和炎癥。AGEs可以通過多種機制促進ROS的產生，如通過降低超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活性，減少谷胱甘肽的貯存以及激活蛋白激酶C。隨著ROS的過量產生，會引起細胞內的氧化應激，從而導致大分子損傷，誘發炎癥并引發動脈粥樣硬化、糖尿病、癌癥、神經變性和衰老等多種疾病[33]。持續的高血糖癥會導致蛋白質和脂質的非酶糖基化，形成AGEs，刺激RAGE受體的激活。RAGE通過ERK1/2和NF-κB通路的強烈激活而高度表達[34]。

一氧化氮（nitric oxide，NO）是最有效的內源性血管擴張劑，由于具有抗炎、抗增殖和抗血栓形成作用，被廣泛認為是一種內源性抗動脈粥樣硬化因子[35-36]。NO是AGEs誘導的炎癥反應的介質和調節劑，在高血糖和AGEs的含量顯著升高時，NO的含量及生物利用度會顯著降低[35]，其中AGE會以時間和劑量依賴性的方式減少NO產生[37]，AGEs可以抑制內皮NO合成酶在EC中表達，同時刺激其生成反應性中間體和毒性產物，如過氧亞硝酸鹽、NO與超氧化物陰離子等[32]。此外，AGEs-RAGE相互作用促進了不對稱二甲基精氨酸（asymmetric dimethylarginine，ADMA）的產生，ADMA是內皮細胞、系膜細胞和腎近端腎小管細胞中NO合酶的內源性抑制劑[38]。所以，AGEs-RAGE軸會導致NO的產生減少和生物利用度降低，也可能增強細胞內的氧化應激和炎癥反應，并參與糖尿病的心腎綜合征[36]。

3 植物多酚抑制AGEs誘導的炎癥反應

植物多酚是通過植物的二次代謝自然合成的化合物，是一類具有抗氧化作用的生物活性物質，它們的生物學作用主要歸因于金屬螯合或抑制ROS，將電子轉移至自由基，以及活化抗氧化酶，改善氧化應激和炎癥的能力[39]。它可以通過直接反應在機體內發揮抗氧化作用，也可以通過生物化學和分子機制發揮作用，如調節NF-κB、脂肪代謝及炎癥介質（TNF-α、IL-1β、IL-6）的合成。植物多酚在預防各種疾病（如糖尿病、肥胖癥、癌癥、心血管疾病、神經退行性疾病）等方面具有獨特的生理功能[40-41]。此外，甲基乙二醛（methylglyoxal，MGO）誘導的羰基應激和促炎反應被認為是導致內皮功能障礙的原因。在高血糖情況下，葡萄糖代謝可能會加速反應性二羰基化合物MGO的異常積累，會引起氧化應激和炎癥反應，導致糖尿病血管并發癥的發生和發展[42]。而最近有研究證明某些植物多酚可以通過與二羰基化合物（如MGO）形成加合物，其中一些加合物也被進一步證明在食品和生物系統中具有生物活性，例如抑制AGEs誘導的氧化應激和炎癥反應等。

芹菜素是一種芹菜中常見的類黃酮，先前已證明其可減少AGEs誘導的N-11小鼠膠質細胞中NO的生成和下調TNF-α的表達[43]，并通過下調NF-κB介導的氧化應激和炎癥來改善葡萄糖代謝和內皮功能障礙。芹菜素-MGO加合物（dimethylglyoxal apigenin，DMA）是一種芹菜素和美拉德反應產物MGO的結合產物，其結構在保留芹菜素的基本骨架的同時，通過添加兩個MGO分子引入了另外兩個側鏈，保留了芹菜素的羥基，且修飾了MGO的反應性二羰基。研究人員發現在巨噬細胞和巨噬細胞-內皮共培養物中DMA可以通過改善巨噬細胞和EC中RAGE的表達來預防AGE誘導的炎癥[24]。因此，芹菜素及其加合物DMA均能顯著抑制AGEs誘導的ROS生成和炎癥反應，表現為RAGE、NF-κB表達和NADPH氧化酶活性下調，促炎介質MCP-1和IL-6分泌減少，同時氧化和炎癥反應的減弱伴隨著NF-E2 p45相關因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）及其下游抗氧化防御分子的上調[44]。

白藜蘆醇（resveratrol，RSV）是一種葡萄多酚，具有預防脂質過氧化、刺激NO生成、清除自由基和抗炎特性等多種生物學作用[45]。白藜蘆醇作為有效的抗氧化劑，對糖尿病、肥胖癥、炎癥、惡性腫瘤和神經系統疾病具有保護作用。其對糖尿病的保護作用是由于改善了高血糖癥、氧化應激和炎癥[46]。白藜蘆醇可抑制AGEs處理后巨噬細胞內的促炎因子IL-6 mRNA的表達和IL-6的產生，使IL-6分泌顯著降低，從而減輕小鼠巨噬細胞中的炎癥反應[47]。白藜蘆醇可以通過抑制NF-κB和激活蛋白-1途徑，調節AGEs誘導的軟骨細胞中誘導NO合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和COX-2的產生[48]。白藜蘆醇還可通過清除ROS減輕氧化應激，減少腎細胞凋亡并預防腎缺血。白藜蘆醇可抑制脂多糖誘導的鼠RAW264.7巨噬細胞系中NF-κB易位和炎性細胞因子的分泌[49]。Maleki等[50]研究發現白藜蘆醇可以通過抑制RAGE表達，捕獲二羰基化合物或與之形成白藜蘆醇-活性二羰基（reactive di-carbonyl species，RCS）加合物，下調NF-κB表達以及通過ERK信號傳導途徑增強Nrf2的激活和核易位等方式來實現抑制炎癥、氧化應激和抗糖化作用。

姜黃素是姜黃的多酚化合物，其作為一種抗氧化多酚具有一定的抗炎作用，可以通過減少由ROS引起的損害，對預防糖尿病、阿爾茨海默病和癌癥等疾病具有一定作用。Lin Jianguo等[51]研究發現姜黃素的給藥以劑量依賴性方式減少了AGEs誘導的氧化應激和脂質過氧化，它可能通過直接誘使MGO在兩個酮基碳原子之間的電子密集碳原子（C10）處形成姜黃素-MGO加合物來保護內皮細胞免受羰基應力誘導的損害，以預防MGO誘導的內皮功能障礙、細胞炎癥應答和血管并發癥[52-53]。姜黃素可以通過捕獲MGO，抑制RAGE表達，阻止NF-κB活化和氧化應激來消除AGE誘導的炎癥反應。

表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）是一種茶葉中含量最高的兒茶素。EGCG具有多種生理作用，如抗氧化、抗炎癥、抗腫瘤等。其抗氧化作用是通過螯合金屬離子、清除自由基、調節氧化和抗氧化酶、抑制細胞信號轉導通路等來實現的。其抗炎癥作用是通過調控NF-κB信號通路及抑制促炎細胞因子的分泌來實現的。此外，EGCG可防止與ROS產生相關的神經元毒性以及過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性的降低，也能顯著地下調AGEs誘導的TNF-α和NF-κB表達[54]。Rasheed等[55]研究發現EGCG可抑制AGRs誘導的OA軟骨細胞TNF-α和基質金屬蛋白酶的表達和產生，這些作用與抑制MAPK亞群p38 MAPK和JNK以及轉錄因子NF-κB的活化有關。

此外，山柰酚通過抑制AGEs誘導的NADPH氧化酶激活來抑制NF-κB及其促炎基因的激活。因此有學者認為飲食中的山柰酚可通過調節AGEs相關的NF-κB信號級聯反應及其抑制炎癥的基因發揮其抗氧化和抗炎作用[56]。柚皮素是一種常見的黃烷酮，對面包中AGEs的形成以及AGEs誘導的細胞氧化應激和炎癥都有雙重抑制作用。柚皮苷可顯著降低AGEs誘導的炎癥介質，包括TNF-α、IL-1β和COX-2的基因表達以及ROS的產生[57]。Zhu Dina等[58]發現(+)-兒茶素劑量依賴性地消除了高葡萄糖誘導的IL-1β分泌、NF-κB p65和ERK1/2的激活。其可以顯著抑制高糖誘導的細胞內MGO水平升高，并阻斷細胞的ERK1/2和NF-κB介導的炎癥途徑，從而減輕糖尿病小鼠的腎臟功能障礙。Maruf等[59]研究發現阿魏酸和相關的多酚可用于治療性抑制或降低乙二醛或MGO誘導的細胞毒性和氧化應激。Scoditti等[60]在研究地中海飲食對癌癥和心血管疾病的有益作用時發現，橄欖油和紅葡萄酒中的多酚（羥基酪醇、白藜蘆醇和槲皮素）可以通過抑制基質金屬蛋白酶-9和COX-2的表達來減少EC中炎癥性血管的生成，證明了地中海飲食具有抗炎和抗血管生成因子的保護作用。研究發現，沒食子酸（gallic acid，GA）可以通過減弱RAGE表達來調節下游炎癥信號通路，主要是由于GA在清除AGEs誘導的反應性物種中具有抗氧化作用[61]。4’-甲氧基白藜蘆醇可以顯著地抑制促炎細胞因子和趨化因子的基因表達，例如IL-1β、IL-6、TNF-α和MCP-1，以及兩種典型的促炎酶iNOS和COX-2[4]。木犀草素可以通過降低IL-6、IL-1β、TNF-α和其他炎癥介質的表達來降低活化巨噬細胞的炎癥反應[62]。AGEs的積累會觸發氧化應激，炎癥和細胞凋亡反應，從而導致內皮功能障礙。如甘草苷可以減少AGEs誘導的人臍靜脈內皮細胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）凋亡，下調TGF-β1和RAGE蛋白的表達，減少ROS的產生，說明甘草苷可能是通過RAGE/NF-κB途徑減輕AGEs誘導的HUVECs內皮功能障礙[63]。

4 結 語

在糖尿病的最初階段，高葡萄糖水平會引起氧化應激，并且隨著疾病的發展，葡萄糖會與各種生物分子的氨基發生非酶促反應，生成可逆的Shiff堿和Amadori化合物，從而導致AGEs的形成。AGEs可通過多條途徑產生有害作用，其中主要通過RAGE/MAPK/NF-κB信號通路導致炎性細胞黏附于內皮，促進其遷移和刺激釋放促氧化劑和促炎細胞因子，誘發炎癥反應。植物多酚是一類廣泛存在于食物中的天然化合物，具有良好的抗氧化作用，越來越多的研究發現植物多酚可作用于MAPK/NF-κB信號通路，減少AGEs誘導的內皮細胞氧化應激和炎癥介質的基因表達，從而降低炎癥的發生。此外RAGE/TGF-β1和Nrf2等也是AGEs誘導某些炎癥反應的靶向信號通路，某些植物多酚-RCS加合物的形成也被證明具有額外的生物活性，可抑制AGEs誘導的氧化應激和炎癥反應。因此，還需深入研究植物多酚抑制AGEs誘導的炎癥反應的作用機制，為挖掘植物多酚對炎癥反應的活性功能，開發植物多酚類抗氧化和抗炎保健食品或藥物提供依據。