甲基乙二醛:肥胖及糖尿病人群的治疗新靶点

董肖肖 许凯月 刘建凤 郑少雄

1承德医学院附属沧州市人民医院内分泌代谢科 061000;2天津医科大学第二医院内分泌科 300211

当今世界上约4.25亿糖尿病患者，全球卫生支出的12%用于治疗糖尿病[1]。而肥胖的患病率也在过去30年飞速增长。2013年，5岁以下儿童超重达4 200万。2014年，在18岁或18岁以上的成年人中，有11%的男性和15%的女性肥胖，全球肥胖率正在上升并且呈年轻化的趋势[2]。20世纪末一系列研究探讨了甲基乙二醛(MG)系统在糖尿病个体和动物模型中的作用。最新研究发现，MG可成为肥胖及糖尿病患者治疗的新靶点。本文就MG及其相关的研究进展作一综述。

1 MG的来源及测定

MG是一种二羰基化合物，分为内源性和外源性。内源性的MG来自于糖酵解、糖异生和糖原合成过程中生成的三磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮。外源性的MG来自于天然产品中，如蜂蜜，特别是经过加工的含有食品添加剂的食物，如饮料、咖啡和乳制品等[3-4]。饮用水的臭氧化和氯化也可以产生部分的MG。污染的空气也是MG的一种外源性来源，例如吸烟是室内空气污染的主要来源。然而，这些外源性的MG是否对血浆MG水平有重要意义还未完全阐明[5]。

目前测定血浆MG浓度的方法较多，有ELISA、高效相色谱-串联质谱法(HPLC-MS/MS)、尿液检测法等。尿液检测法测定非糖尿病者和糖尿病患者尿样分析物含量有差异，糖尿病患者MG水平更高[6]。通过研究健康个体及不同糖尿病人群发现，MG水平约为100 nmol/L～400 μmol/L，不同的分析方法及处理方式也会影响实验结果。目前用于测量MG最先进的技术是HPLC-MS/MS，估计健康个体的血浆MG水平约为132 nmol/L，细胞中MG水平为1～5 μmol/L[7]。

2 MG的代谢与乙二醛酶(Glo)系统

代谢正常的人体内只通过葡萄糖生成少量的MG，并且这些MG很轻易的就能被Glo系统代谢解毒，转化成无毒的乳酸盐排出体外，不足以产生毒性反应，但是在代谢异常和糖尿病患者体内，这种不正常的二羰基代谢产物的堆积，会引起DNA和蛋白质重构的增多，导致细胞和组织功能的失调以及老化与疾病。Glo系统是一种酶促反应途径，依赖谷胱甘肽的催化作用，主要包括Glo1和Glo2。MG与谷胱甘肽反应自发形成半硫缩醛加合物，在Glo1催化下形成中间产物SLG。Glo2催化SLG转化成d-乳酸。生成的乳酸盐由线粒体乳酸脱氢酶在人体组织中代谢。血浆乳酸盐的增加可以客观反映MG形成的增加。糖酵解的代谢产物磷酸二羟丙酮、3磷酸甘油醛可以通过非酶促反应或水解反应生成MG。Glo途径并不会降低谷胱甘肽活性并产生氧化应激。Glo1的活性与谷胱甘肽的浓度成正比，所以如果细胞中谷胱甘肽氧化应激减少，可能造成Glo1活性的降低[8-10]。

3 MG与肥胖及糖尿病

孔祥等[11]采用HPLC-MS/MS测定血浆MG的浓度，发现1型和2型糖尿病患者血浆MG浓度显著高于正常受试者。国外有测定结果也发现，与代谢正常者相比，肥胖者的血浆MG浓度可增加2倍，1型糖尿病患者血浆MG浓度可增加5～6倍，2型糖尿病患者血浆MG浓度可增加3～4倍，而与此相对应的二羰基应激的程度也随着血浆MG浓度的增加由轻微到中等最后进展到严重[12]。另有研究发现，2型糖尿病患者血浆MG浓度大约是健康人群的1.3倍，糖尿病肾病患者的血浆甲基乙二醛水平升高3.7倍，而且MG水平随着疾病的发展而增加[7]。

2018年欧洲EASD大会上Lin发言提到，糖尿病患者可以通过脂类分解、糖酵解以及蛋白质水解等方式使MG水平升高。MG可以与蛋白质和DNA生成晚期糖基化终末产物(AGEs)，AGEs与其细胞表面受体结合，激活胞内炎性信号通路并形成活性氧簇。这种不可逆的AGEs聚集是糖尿病及其并发症发生的重要原因。MG作为一种高反应性的二羰基化合物，通过直接的诱发氧化应激反应，使细胞内活性氧簇水平增加，直接干预线粒体的ATP生成，导致细胞的代谢紊乱与凋亡。MG在体内通过非酶糖化作用与蛋白质、DNA形成共价化合物，生成果糖胺、AGEs等化合物，产生细胞毒性，MG能灭活ATP酶和糖酵解途径的关键酶，从而选择性抑制糖酵解和细胞线粒体呼吸，证实了MG修饰蛋白质变异与其细胞毒性密切相关(图1，封3)[13]。

EASD大会上Lin等设想MG会影响小胶质细胞极化并调节炎性细胞因子的表达，增加细菌脂多糖及干扰素-γ的表达，促进肿瘤坏死因子-α、诱导型一氧化氮合酶、主要组织相容性复合物-Ⅱ型、白细胞介素(IL)-1β、IL-6、IL-12、IL-23等的表达。当IL-4及IL-10表达增加时可以促进抗炎因子如精氨酸酶1、CD206/Mrc1、转化生长因子-β、Ym、IL-10及IL-1受体等的表达(图2，封3)[13]。

正常的MG和AGEs可以经肾脏排泄，但肾脏受损后外源性的MG对糖尿病并发症的发生也有一定影响，升糖指数高的食物可能有较大的影响，至少部分是由MG介导的作用[14]。因此可以认为，与持续性高血糖相比，血浆MG的水平与糖尿病并发症的发生、发展密切相关。在糖尿病及代谢受损人群高血糖的内环境下，血浆MG浓度也会相应增加，高MG浓度可引发蛋白质和核酸修饰以及细胞毒性，导致患者糖尿病并发症的发生危险增加[15]。MG与糖尿病患者和代谢受损人群的心血管并发症的发生至关重要[16]。并且是糖尿病肾病发生、发展过程中的一个重要危险信号[17]。糖尿病并发症的发生与AGEs导致的细胞损伤有关。3-脱氧葡萄糖醛酮(DG)和MG都可以直接作用于神经元，导致糖尿病周围神经病变和认知功能障碍。也有研究发现，在成人非酒精性脂肪性肝病患者血清中MG衍生的高级糖化终产物(MG-H1)的血清水平与体重指数显著正相关[18]。研究发现，高血糖、炎性反应激活、氧化应激、尿毒症、老化及Glo1的降低都是使MG升高的重要因素，MG升高也会导致糖尿病、肥胖、高血压及动脉粥样硬化等疾病的发生，也可导致中枢神经系统损害如阿尔兹海默病、帕金森病等，还可能为癌症发生的危险因素以及激发炎性反应(图3，封3)。

4 阻止二羰基应激的治疗剂

Glo1可以解毒具有细胞毒性的MG，是MG解毒反应中的限速酶，因此增加Glo1的表达，可以抑制AGEs的生成，减轻二羰基应激和减缓肥胖、相关胰岛素抵抗以及预防糖尿病肾病及其他微血管并发症的进展。Moraru等[19]研究发现，敲除果蝇表达Glo1的基因后，MG水平会明显升高，同时表现出2型糖尿病的特征：胰岛素抵抗、肥胖和高血糖。Glo1诱导剂能高效催化MG清除，并且纠正糖尿病和肥胖者组织的功能缺陷，缩短了Glo1表达的时间。Glo1诱导剂的选择，首先筛选具有饮食活性的复合物，其标准为：(1)在增加的转录反应≤5 μmol/L的情况下，对人主动脉内皮细胞和原发培养的BJ成纤维细胞没有显著毒性。(2)具有减少MG糖化或毒化的能力。(3)激活细胞氧化应激的关键因子核因子E2相关因子2(Nrf2)的同时，浓度达到临床耐受剂量[16]。

研究发现，二甲双胍、氨基胍和苯甲酰溴化铵可以修饰MG，降低血浆MG水平，缓解糖尿病视网膜病变和糖尿病神经病变，但是氨基胍与苯甲酰溴化铵虽然能够高效的清除MG，达到解毒的目的，但是其半衰期短且不稳定，且胍类物质本身就具有较强的毒性，限制了其临床应用[15]。张秋萍等[20]研究发现，硫辛酸作为一种强效抗氧化剂，与神经节苷脂联合可以有效的改善糖尿病患者的氧化应激状态，阻止蛋白质糖化，抑制醛糖还原酶的活性，血浆MG水平明显降低，同时硫辛酸与营养神经类药物合用可以提高甲硫氨酸合成酶的活性，促进神经细胞膜卵磷脂的形成，从而修复受损的神经，提高神经传导速度，但是其对糖尿病其他并发症的影响尚不明确，而且硫辛酸只改善了MG对氧化应激的影响，对MG与蛋白质和DNA生成AGEs并无直接有利的作用。相关研究证明，精氨酸和富含精氨酸的肽虽然可以阻止MG的二羰基应激，但是该反应的反应性低，且易被降解，催化效率很低。另有异氰酸是一种天然的肉桂酸衍生物，是一种抗糖化剂，经过异氰酸的预处理可以减少MG导致的功能障碍和细胞凋亡，也可以提高Glo1的活性，但尚未进行系统的研究[21]。

由反式白藜芦醇(tRES)和橙皮素组成的Glo1诱导剂发挥协同作用可获得更高的Glo1表达。tRES通过AMP活化蛋白激酶(AMPK)通路抑制磷酸二酯酶的活化增加NAD+，激活sirtuin-1,从而激活Nrf2。橙皮素可以通过丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(LKB1)激活AMPK通路，AMPK通过激活蛋白激酶A途径激活Nrf2,还可以激活酪氨酸激酶上游驱动Nrf2相关的基因表达[22]。小肠内的葡萄糖醛酸化作用可以使tRES的活性降低，而当橙皮素>30 mg时可以抑制肠道内的葡萄糖醛酸化，并且促进非结合的tRES-橙皮素吸收，所以可将tRES-橙皮素的联合形式应用于临床研究。

5 Glo1诱导剂的临床研究

为评估 tRES-橙皮素二元组合在肥胖和超重的作用，研究选取29名志愿者，行随机、对照、双盲、安慰剂的交叉性研究。结果发现，与安慰剂相比，口服胶囊(90 mg tRES和120 mg橙皮素)可使全身外周血单核细胞中的Glo1活性增加27%，使血浆MG浓度减少37%。在超重和肥胖受试者(体重指数>27.5 kg/m2)中，空腹血糖降低5%，餐后血糖降低8%，肥胖者胰岛素敏感性增加，肾小球滤过率增加3%，尿素水平降低9%[12]。由此可见，Glo1诱导剂可以降低肥胖和糖尿病患者的空腹及餐后血糖水平，增加胰岛素敏感性，降低糖尿病肾病的临床进展，在扩张血管方面均有较好的获益，可能会成为临床药物治疗的一种新选择。

6 总结

二羰基应激是一种功能紊乱的代谢状态，在肥胖、糖尿病及相关代谢及血管并发症的发生过程中起着相关的作用。它与氧化应激有内在联系，可引起蛋白质和DNA重构的增多，导致细胞和组织功能的失调以及老化与疾病。国内对MG知之甚少，本文通过对MG的来源、代谢、作用机制及危害等方面进行阐述，希望能够让学者充分认识到MG异常堆积的危害。国外正在进行药物临床试验，为糖尿病代谢及血管并发症的治疗方面提供新的途径。新出现的tRES-橙皮素联合的Glo1诱导剂可以提高Glo1的活性，对肥胖及糖尿病患者的代谢及血管并发症均有相对的获益，1期临床试验效果相对较好，期待此种新型的治疗方式能够通过2期临床试验，早日应用于临床！