晚期糖基化终末产物与心血管疾病关系的研究进展

陈其谋

(重庆医科大学附属第一医院，重庆 400016)

心血管疾病的发生、发展是一个多因素、多环节的病理生理过程。近年来越来越多的研究证实，晚期糖基化终末产物(AGEs)及其受体与心血管疾病存在密切联系，并在心血管疾病发生、发展过程中起到不可忽视的作用。AGEs主要通过两个途径产生生物学效应：一是直接修饰蛋白质、脂质、核酸等结构从而改变其功能；二是结合特异性受体造成冠状动脉内皮及心肌细胞的结构改变和功能紊乱。本文就AGEs与心血管疾病的关系作一综述。

1 AGEs及其受体

1.1 AGEs的形成 AGEs是一组由还原糖(如葡萄糖、果糖、戊糖等)与蛋白质、脂质、核酸通过非酶促反应形成的异构分子群[1]，可根据其来源分为内源性和外源性两大类。内源性AGEs是由人体内还原糖的羰基与蛋白质、脂质、核酸的游离氨基端发生非酶糖基化作用形成可逆产物 Schiff 碱，后者经过一系列分子重排形成较稳定的酮胺类化合物，即Amadori 产物。该产物在之后几周至数月内进一步氧化、脱水、凝聚形成不可逆的终末产物，即 AGEs。机体老化、糖尿病、胰岛素抵抗、肥胖、代谢性疾病、缺氧、氧化应激等因素均会导致血清和组织内内源性AGEs的累积增多[2]。外源性AGEs存在于日常饮食中，如富含碳水化合物和含脂肪较多食物均含有大量的AGEs[1]，这类饮食被胃肠系统吸收后，也能影响AGEs在血清及组织中的浓度。

1.2 AGEs受体 AGEs受体最为研究者熟知的有三种：晚期糖基化终末产物受体(RAGE)、可溶性晚期糖基化终末产物受体(sRAGE)、内源性分泌型晚期糖基化终末产物(esRAGE)。RAGE是细胞表面分子中免疫球蛋白超家族的一员，主要存在于血管内皮细胞、血管平滑肌细胞、单核巨噬细胞、神经细胞及肾系膜细胞表面，由人类6号染色体上的主要组织相容性复合体(MHC)Ⅲ类区域的RAGE基因编码，由V型结构域、C型结构域、跨膜结构域和胞质尾组成。V结构域具有两个N-糖基化位点，负责大部分的胞外配体结合；而胞质尾被认为是细胞内信号转导的关键，与diaphanous-1结合后可介导细胞迁移[3]。sRAGE是一种由解整合素金属肽酶10和基质金属蛋白酶裂解细胞表面受体RAGE所产生的变异体，包含胞外结构域，但缺乏胞内和跨膜结构域[4,5]。另外，与其他位于6号染色体上MHC Ⅲ位点编码的蛋白质一样，人类RAGE基因经过选择性剪接后由mRNA编码产生内源性esRAGE[3，4]。sRAGE和esRAGE循环于血液中，可作为配体与AGEs结合，从而竞争性抑制AGEs-RAGE，下调AGEs-RAGE下游的促炎症信号[4]。因此，sRAGE和esRAGE通常被认为是良性受体。

2 AGEs与心血管疾病的关系

2.1 诱导冠状动脉炎症 AGEs直接修饰冠状动脉血管内皮细胞的线粒体蛋白，抑制其修复，导致线粒体膜电位显著降低，进而激发线粒体产生一系列活性氧簇(ROS)，生成大量的超氧离子，形成氧化应激[5]。Ren等[6]证实，AGEs可通过提高NADPH氧化酶活性，降低超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，导致冠状动脉内皮细胞中ROS爆发,而ROS通过细胞氧化应激诱导细胞凋亡、变性坏死，加重冠状动脉血管病变。此外，人类冠状动脉细胞中，AGEs-RAGE可诱导蛋白激酶(MAPK) p38、p44/42和ERK1/2的活化，进而激活反应通路下游的核因子-κB(NF-κB)，引发多种促炎细胞因子和趋化因子如TNF-α、IL-1、IL-6 和COX-2的产生，导致细胞的氧化应激、促炎症反应及促凝血基因的表达[6]。Zhong 等[7]证实，机体炎性反应加重的同时，C反应蛋白能够通过ROS和ERK/ NF-κB的活化刺激RAGE在人冠状动脉内皮细胞的表达增加，诱导RAGE在炎症反应中的正反馈，加重冠状动脉损伤。

2.2 降低冠状动脉顺应性 AGEs与血管壁细胞外基质中的Ⅰ、Ⅳ型胶原蛋白及弹性蛋白发生糖基化交联，改变其生理特性，抑制这些蛋白形成正常的网状结构，从而导致血管弹性下降，动脉壁弹性丧失，而这种由AGEs造成的蛋白交联能够抵抗蛋白酶的水解，进而使细胞外基质的面积增大，促进血管僵硬；而发生在细胞内的蛋白质糖基化和交联可导致细胞功能受损，进一步改变细胞通透性，降低动脉顺应性[8]。AGEs既能直接淬灭一氧化氮(NO)的活性，又能通过一氧化氮合酶(eNOS)减少NO合成量，从而造成冠状动脉舒张障碍；同时NO介导的抗增生效应也下降，促使内皮下成纤维细胞及平滑肌细胞的增殖，从而降低血管顺应性。Ren等[6]证实，由AGEs预处理的人类冠状动脉内皮细胞中，内源性eNOS浓度及活性、eNOS mRNA 稳定性、phospho-eNOS Ser1177和细胞内NO水平均显著降低。AGEs-RAGE也可通过诱导ROS的生成,活化MAPK信号通路，从而诱导多个下游动脉粥样硬化相关基因表达，促进血管平滑肌分化增殖，降低血管顺应性[9]。此外，Wu等[10]证实，AGEs-RAGE通过激活MAPK途径增加Na+/H+交换体-1活性，使细胞内钠离子水平增加，随后促进钙离子进入细胞内，细胞内游离钙离子水平升高，为血管平滑肌细胞增殖创造条件。

2.3 增加冠脉脂质堆积 近期研究证实，AGEs可通过下述两个途径影响到肌动蛋白的结构改变，导致内皮细胞通透性增高。①AGEs可显著上调前纤维蛋白1在细胞胞质内的表达，使纤维状肌动蛋白发生重组和再分布,使细胞通透性增加[11]；②AGEs-RAGE产生ROS可以诱导p38及MAPK活化，引起细胞内信号传导，影响到肌动蛋白的结构，导致内皮通透性改变[12]。在内皮损伤和通透性改变后，AGEs通过糖化反应改变低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)的结构，致使机体对LDL-C的清除率降低。AGEs-LDL-C在被巨噬细胞表面的清道夫受体识别后，完成摄取、内吞，导致细胞内脂质堆积，继而转化成泡沫细胞，沉积在受损的血管壁上造成脂斑形成。而泡沫细胞局部堆积及AGEs促进局部NF-KB表达诱导产生的血管内皮细胞黏附分子及趋化蛋白(如VCAM-1、ICAM-1、E-选择素)促进炎症细胞发生细胞黏附及经血管内皮的迁移，巨噬细胞、T淋巴细胞浸润及SMZ向病变局部迁移增生，促进动脉粥样硬化进展，形成恶性循环[13]。

2.4 加重心肌损伤 机体老化、糖尿病、胰岛素抵抗、肥胖、缺氧等因素导致AGEs在心肌内堆积，促进局部NF-KB和MAPK信号通路表达，诱导ROS，激发炎性介质的生成及氧化应激。同时，AGEs介导心肌血管结构功能改变，引起心肌微循环障碍，加重心肌细胞损伤。Hu 等[14]证明，AGEs还可以通过抑制PI3K/AKT/mTOR和活化p38/MAPK信号通路增加心肌细胞凋亡。AGEs抑制顺乌头酸酶、解偶联蛋白2、PGC-1活性引起细胞线粒体损伤，导致线粒体功能受损，进而促进心肌病变。硫氧还蛋白 (Trx)是一种抗氧化和抗凋亡蛋白质，对心肌具有保护作用，而硝基化修饰导致Trx丧失对心脏的保护作用。Liu 等[15]证实，对心肌梗死的小鼠以siRNA干扰RAGE基因表达或sRAGE干预后，可减少心肌缺血再灌注导致的Trx硝基化，保护Trx活性，减少心肌梗死面积。Cao等[16]将带有树突细胞的心肌与AGEs共同培养后，通过实时PCR技术检测到肥大相关基因显著上调，证实AGEs通过上调RAGE和树突细胞标志物诱导树突细胞的免疫成熟；而这种机制具有时间-浓度依赖性，可加快心肌细胞老化，最终促进心力衰竭。Nelson等[17]证明，AGEs通过RAGE-神经酰胺轴途径导致心肌细胞线粒体呼吸功能障碍，引起线粒体呼吸功能显著受损。

2.5 促进心肌纤维化 AEGs可促使胶原蛋白分子相互交联，使胶原蛋白丧失弹性，动脉和心肌顺应性降低，导致心肌纤维化。同时，通过MAPK途径，AGEs可上调成纤维细胞的基质金属蛋白酶的表达，诱导心肌纤维化[18]。在细胞内，AGEs-RAGE激活致纤维性细胞因子、结缔组织生长因子和转化生长因子以及炎性反应，降低心肌组织顺应性，加重心肌纤维化[18]。

2.6 降低心肌舒缩功能 AGEs通过诱导蛋白激酶C(PKC)，尤其是使PKCβⅡ亚型活化或通过与AGEs/RAGE结合，导致细胞钙离子平衡紊乱，降低心肌细胞收缩峰值、最大收缩速率、收缩峰值时间和舒张90%时间。肌浆网钙离子泄漏，造成部分肌浆网钙离子容量耗尽，降低细胞内钙离子电刺激敏感性，延迟细胞内钙离子的清除，致心脏收缩期钙瞬变幅度减少，心肌细胞收缩功能明显受损[19]。在体内，AGEs还可通过下调AMPK和去乙酰化酶1的表达来降低Na+-K+-ATP酶活性，引起心肌细胞内外的电解质紊乱，最终导致心脏损伤[20]。

综上所述，AGEs与心血管疾病的致病过程密切相关，可直接或间接促成冠状动脉及心肌细胞的结构改变和功能的损伤，但其具体通路及机制仍有待进一步探索。同时，越来越多的研究证实AGEs及其受体与临床心血管疾病患者病情严重程度及预后情况相关。