糖基化终末产物在糖尿病肾病中的作用

冯 犁 综述,汤礼军 审校

糖尿病是严重危害人类健康的慢性疾病之一，主要分为1 型和2 型，其中2 型糖尿病占90%以上。世界卫生组织预测，在2030年，全球糖尿病患者将突破3亿7千万［1］。在中国，已经有9千2百万的糖尿病患者，其中93.7%为2 型糖尿病［2］。研究发现［3］，约有25%～40%的糖尿病患者（包括1 型和2 型）在首次确诊后20～25 年继发有糖尿病肾病。在糖尿病的病程中，血糖增高毋庸置疑是引起肾脏病变的重要原因，高血糖能够引起众多循环代谢的改变，其中高血糖状态下引起的糖基化终末产物（Advanced glycation end products，AGEs）在肾脏的过多积聚亦显得尤为重要［4-9］。本文总结了糖尿病肾病发生发展过程中AGEs 所起到的作用，以及能够影响其表达的方式，这些研究结果为探讨糖尿病肾病的诸多病理生理机制提供了重要的突破口。

1 AGEs的化学构成

AGEs 是一组化学异构化合物，是由葡萄糖分子中的游离醛基或酮基与蛋白质、脂质、核酸中的氨基通过亲核加成反应形成的糖基化蛋白。目前为止，已经在人体中检测到约20 种亚型，其中较为常见的有丙酮酸-赖氨酸二聚体、乙二醛-赖氨酸二聚体等［10］。在AGEs 形成的过程中，前述的醛基、酮基以及氨基首先形成可逆的Schiff碱，后者经结构重排形成较稳定的酮胺化合物（Amadori 产物），最终再经过脱水、氧化和缩合等反应，形成稳定的、不可逆的AGEs。在生理条件下，这个反应是非常缓慢的，主要因为AGEs的修饰以及聚积需要长期依附于一些寿命较长的分子上，譬如细胞外基质蛋白。而早在1992年，Monnier等便证实了人体内许多蛋白分子都携带有AGEs修饰物［11］。

2 AGEs如何损害肾脏

已经有众多的研究证明了AGEs 对肾脏能够产生极大的负性作用。在Forbes JM 等的研究中［8］，运用了AGE的抑制剂后，证明了AGE对能够引起肾脏损害的下游介质有重要的作用，并在血糖没有变化的情况下能够延缓糖尿病肾病的发展进程。在活体实验中［9］，也证明了AGE对于糖尿病肾病的发生发展有着重要作用。AGEs对肾脏的产生损害的机制主要通过下述的几种方式。

首先，AGEs 能够通过依附、修饰蛋白分子，使其结构和功能出现改变，从而对肾脏产生一定的负性作用。譬如存在AGEs 依附的胶原蛋白，其密度、热稳定性都会发生改变并且更难被金属蛋白酶降解。其次，AGEs 可以作为供电子体直接生成活性氧的中间体，最终加强氧化应激反应［12］。血液中AGEs浓度增高还可能导致肾素-血管紧张素系统（RAS）的功能改变。Cheng CL等［13］在2012年报导，发现随着AGE浓度的增高，血管紧张素原、血管紧张素II、2 型血管紧张素II 受体的表达都有明显的升高。RAS 是与糖尿病微血管病变相关的重要因素之一，但是目前并没有更进一步的研究证明在体内AGEs 与RAS 系统之间到底存在怎样的联系。

在AGEs介导的肾脏损伤中，上述几点发挥的作用可能并不是主要的。主要的损伤作用则是依靠AGEs与其特殊的受体以及结合蛋白结合并相互反应而引起，其中最重要的也是最常见的受体是RECEPTORS OF AGE（RAGE）［4］。RAGE 是一种细胞表面的跨膜蛋白，它的激活主要依靠其重要配体--AGEs，两者结合后RAGE 激活，从而产生对肾脏的负性作用，RAGE 可能是AGEs 引起肾脏损伤的最为重要的信号转导受体。RAGE 激活后可以引起肾脏细胞中重要的第二信使的激活，譬如PKC、NF-κB 等，从而导致炎症反应的增加，纤维化相关的生长因子和细胞因子表达的增多，氧化应激反应的增强等。Coughlan等［14-15］发现RAGE 激活后，肾脏NADPH 氧化酶的活性明显增强。Thallas-Bonke等［16］在2008年的研究中通过抑制NADPH 氧化酶，证明了AGEs 与RAGE 结合后并最终导致肾脏的氧化应激增强是AGEs 对肾脏损害的主要途径。NADPH氧化酶是非吞噬细胞中活性氧（ROS）产生的主要来源。在生理情况下，NADPH 氧化酶的表达活性很低，RAGE 表达增多是它被激活的重要途径之一，在它被激活后更高水平的ROS 会产生。而NADPH 氧化酶作为氧化应激的重要酶，参与了糖尿病肾病的病理生理过程，RAGE 激活后可明显影响NADPH 氧化酶的活性从而对肾脏起到负性作用。除了增强氧化应激反应外，RAGE激活后还可以导致蛋白激酶C（PKC）的激活，其中特别是PKC的亚型PKC-ß，它的激活已经被证明与糖尿病肾病有极大的关联［5-7］。PKC-ß能够产生众多对肾脏的负性作用，作用之一便是使TGF-ß与结缔组织生长因子表达的增多，导致肾小管细胞向上皮间质转化，最终导致肾脏的纤维化［17］。在人体中已经证实［18-19］，RAGE 在糖尿病肾病患者的肾脏足细胞以及系膜细胞的表达明显增强。综上所述，AGEs 可以通过众多途径对肾脏产生负性作用，其中与RAGE结合引起下游介质的激活是其导致肾脏损害的主要途径。

3 能够影响AGEs产生负性作用的物质

首先，减少AGEs的生成毋庸置疑能够降低其对肾脏的损害。AGEs的生成主要受到机体内环境的影响，高血糖、高血压都能加速其生成。因此，良好的控制血糖、血压便是减少AGEs生成的最好方法。

除了减少AGEs 的生成外，加速AGEs 的降解无疑也是降低其产生负性作用的一种方法。人体内存在着一些能够降解AGEs的物质，譬如溶菌酶和乳铁蛋白。溶菌酶和乳铁蛋白是天然的抗菌蛋白质，在黏膜分泌物、血清以及吞噬细胞的溶酶体中存在这两种物质。这两种物质都对于AGEs有着极高的亲和力，并能够通过巨噬细胞增加AGEs的降解。研究显示，对非肥胖型糖尿病大鼠以及db/db（+/+）小鼠进行腹腔注射溶菌酶后，其循环中AGEs 的浓度明显降低，并能够有效降低蛋白尿［20］。临床上现在也正对如何提高溶菌酶活性进行着一系列的研究，并已经证实了一些物质能够提高溶菌酶的活性。譬如说机体摄入咖啡因便能提高溶菌酶的活性，但是这些物质还需要更多的研究和论证才能应用于临床。

上文总结了AGEs 产生负性作用的机制主要是依靠其与RAGE的结合后引起下游介质激活而产生，那么影响两者结合自然能够影响AGEs 的表达。循环性可溶性RAGE（sRAGE）便具有影响AGEs 和RAGE结合的能力。在金属蛋白脱落酶的作用下，蛋白分子发生膜结合形式的水解分裂后与来自RAGE选择性剪切后的一小部分基团结合，便形成了sRAGE［21］。与RAGE 不同的是，sRAGE 没有包含C端信号域，但是却保留了与RAGE相同的与配体结合的能力。因此，sRAGE 能够有效的拮抗RAGE 的作用并且促进其配体AGEs 的清除［17］。在运用sRAGE重组体治疗糖尿病的研究中，已证明其能够明显的减慢糖尿病肾病的发展进程。

当然，能够影响AGEs表达的物质除去上述几种机体内本身存在的几种外，同样有外源性物质能够影响其表达。现已明确有多种外源性物质可以降低AGEs/RAGE系统的活性，如：氨基胍化合物、吡哆胺、吡哆胺-氨基胍结合物、苯磷硫胺、己酮可可碱等。上述几种物质在治疗糖尿病肾病的试验中已经显示出了非常明显的治疗作用。尽管他们影响AGEs/RAGE的机制各不相同，但证明了通过抑制AGEs/RAGE 可以对糖尿病肾病起到治疗作用，也从另一方面再次证明了AGEs 可以对肾脏起到负性作用。但是上述物质虽然在实验中证明有效，但在临床上的实用性还有待确定，需要更多的临床实验结果来验证。近年来，对于维生素治疗糖尿病肾病效果的研究更多，并且已经通过动物实验寻找到部分能够对糖尿病肾病有疗效的物质，如苯磷硫胺（一种脂质溶性的硫胺素）、吡哆胺等。遗憾的是，在临床随机对照试验中，苯磷硫胺和吡哆胺没有显示出能够降低尿蛋白浓度以及减少肾小管损伤的作用［22-25］。

4 结论

AGEs 并不是导致糖尿病肾病的唯一原因，但是众多的研究证明了AGEs 对肾脏的损害作用是毋庸置疑的。其不仅仅能够直接对肾脏产生有害作用并且可以协助各种途径对肾脏产生负性作用，如氧化应激、PKC、RAS 系统等。肾脏是AGEs 分解代谢的主要场所，肾脏损害同时导致AGEs聚集增多，而AGEs增多又导致进一步的肾脏损害，从而形成一个恶性循环。考虑到AGEs 在糖尿病肾病病程中起到的重要作用，对糖尿病患者定期检查血AGEs浓度可能能够在一定层面上更早的反映出患者肾脏早期病变的情况，并可以在出现蛋白尿之前便采取保护肾脏功能的措施。现有的控制AGEs的方法并不多，主要只能依靠控制饮食以及保持良好的血压，并没有有效药物通过临床试验并被证明有效。虽然并没有有效的药物能够有明显的降低血AGEs 的作用，但是把AGEs 作为糖尿病早期监测肾脏损害的指标却是可行的。如本文所述，AGEs对于肾脏损害作用是明确的，无论在临床工作或是医学实验中，将血AGEs浓度作为监测肾脏损害的指标是可行的。我们相信，更多实用的能够抑制AGEs表达的药物被发现后，糖尿病肾病的预防、治疗能够有新的突破。

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