糖基化终末产物与糖尿病微血管病变的研究进展①

李禄伟，于 健

(桂林医学院附属医院内分泌科，广西 桂林 541001)

糖尿病是一种与遗传和饮食、生活习惯等后天因素相关的代谢性疾病，目前已成为继心血管疾病、恶性肿瘤后的第三位致死、致残疾病。根据多年来的研究显示，糖尿病慢性并发症的发生是组织蛋白的非酶糖化、细胞因子、蛋白激酶C活性增加、山梨醇旁路代谢活化等因素综合作用的结果，除此之外，糖基化终末产物在糖尿病微血管并发症的发病机制及病程进展中亦起到关键作用。糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)是指多种大分子物质如蛋白质、核酸和脂质分子等在非酶条件下，与还原糖反应所生成的不可逆聚合物,进一步了解糖基化终末产物的形成、代谢和致病机制，对糖尿病的诊断与治疗都有重要的意义。笔者论述AGEs与糖尿病微血管并发症发生、发展之间的作用关系，并就相关的研究成果作一综述。

1 AGEs的结构及生化特性

AGEs在人体内形式多样化，具有异质性的特点，目前已知的结构成分包括羧乙基赖氨酸、戊糖苷素、吡咯素、二赖氨酰咪唑啉衍生物等结构成分[1]。研究显示，AGEs是由核酸或者蛋白的氨基与糖的醛基或酮基在非酶条件下反应生成的一类不可逆聚合物，是过量的糖和蛋白质结合的产物。人体内的 AGEs的生成主要有两条途径，其一的内源性途径主要包括美拉德反应、羰基应激途径和多元醇途径，另外的外源性途径主要来源包括过热处理的食物、吸烟、高糖、高蛋白、高脂饮食等。AGEs的形成速度和蓄积的含量同体内血糖浓度高低和高血糖持续的时间长短成比例关系，其反应过程不可逆。非酶糖基化反应由化学家 Maillard首先发现，主要途径可以简要归纳为如下反应：蛋白质/核酸+葡萄糖→Schiff碱、Amadori产物→中间糖基化产物→终末糖基化产物。此外AGEs还具有以下一些生化特性[2]如反应产物不可逆，外形呈棕褐色等。

2 AGES的代谢

研究显示AGEs与多种大分子物质之间可以形成交联物质，不易被酶类物质降解，使其易于在体内蓄积。AGEs的糖基化形成反应复杂且特殊，终末期产物一经形成便具有不可逆性，致使其清除分解过程困难。其清除途径主要通过单核巨噬细胞的吞噬作用，此外酶类的降解也起一定的清除作用，但无论是单核巨噬细胞的吞噬作用还是效应酶类的降解作用，对糖尿病等病理状态下蓄积的AGEs的清除所起的作用微乎其微，AGEs因此大量沉积于组织细胞之中从而致病。

3 AGEs与糖尿病微血管疾病

糖尿病患者长期持续高血糖内环境经非酶糖基化会在组织血管内皮形成和沉积大量的AGEs，从而对视网膜、心肌、肾脏的微血管细胞产生不可逆的损害，长期的高血糖内环境会引起人体内许多核酸大分子和蛋白非酶糖基化，最终形成不可逆的AGEs。糖基化反应可引起长周期蛋白质生理上的不可逆的修饰，从而影响相关蛋白质的功能表达。白立炜等[3]试验证明，糖尿病伴慢性并发症各试验组患者分别与对照组比较，糖基化终末产物水平均有明显升高。越来越多的实验研究证据表明，晚期糖基化终末产物与糖尿病及其介导的相关疾病之间的关系密不可分。

3.1 AGEs与糖尿病视网膜病变

糖尿病视网膜病变(Diabetic retinopathy，DR)是糖尿病最常见且较为严重的微血管并发症之一，其发病机制尚不确切。相关研究表明，AGEs在人体内生成增多并沉积在视网膜周细胞、视网膜内皮细胞及基膜之上，从而活化游离的白细胞，促进其在视网膜周细胞、内皮细胞和基膜上的黏附和浸润，导致视网膜毛细血管壁通透性增加从而致病。AGEs的相关作用通过增加视网膜新生血管的形成，从而破坏视网膜内屏障的完整性。AGEs结合细胞内糖基化蛋白也可上调细胞间黏附因子-1的表达，黏附因子-1可增加血液中白细胞的黏附性，同时降低白细胞的变形能力，使白细胞容易在血管内皮上沉积从而破坏血管。董一等[4]研究表明，AGEs结合受体后产生大量的氧自由基损伤，可能是导致糖尿病视网膜神经元凋亡，进而导致糖尿病视网膜病变发生的机制之一。

Curtis等[5]实验表明，在诱导大鼠糖尿病视网膜病变发展过程中 AGEs在体内的积累可引起Mu llerx细胞功能结构发生紊乱，而Zong等[6]研究表明，AGEs受体阻断剂可以通过影响视网膜Mullerx细胞的功能来延缓糖尿病视网膜病变的进展。说明AGEs引起视网膜的病理变化可能与对Mullerx细胞的相关作用有关。血管内皮生长因子(VEGF)可以促进视网膜新生血管形成，造成下游一系列的炎症反应，从而引起视网膜病变。王静等[7]研究表明，晚期糖基化终末产物受体基因-374T/A多态性等位基因及基因型的分布与糖尿病视网膜病变神经细胞凋亡关系密切，可能是导致糖尿病视网膜病变发展的一个重要因素。

王璞[8]验证了AGEs通过下调Bcl-2、Bcl-xl的表达水平,而上调Bax的表达水平,导致线粒体功能障碍；最终激活人视网膜ARPE-19细胞的凋亡。张玉凤[9]则研究AGEs分时段作用下的ARPE-19细胞提示IL-1、IL-6、TNF等炎性因子mRNA表达增加，从而对视网膜细胞造成损伤。AGEs导致糖尿病视网膜损伤的作用机制复杂且多样，通过间接作用于各种炎性因子及诱导细胞凋亡、破坏视网膜细胞壁等从而致病。

3.2 AGEs与糖尿病心肌病

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy， DCM)是各种因素综合作用下心肌间质纤维化，伴发明显临床症状，最终可进展为心律失常、心力衰竭甚至心源性休克的一种疾病。关于AGEs相关作用导致糖尿病心肌病的机制研究甚多，糖尿病心肌病的发病机制可能为AGEs参与下的诱导心肌纤维化、产生活性氧、介导炎症反应等，糖尿病心肌病的病理表现包括细胞凋亡、慢性炎症、心肌纤维化，其中心肌纤维化为糖尿病心肌病的一个典型的病理表现。涂焰明等[10]研究显示，糖尿病患者高血糖内环境促使单核细胞等的吸附，导致AGEs在心肌细胞局部聚集，激活核转录因子，从而介导心肌血管炎症反应。AGEs可与其受体RAGE结合进一步介导下游的一系列炎症反应从而致病。其中AGEs可能为糖尿病心肌病的一个重要的致病因子，临床药理研究认为AGEs与糖尿病心肌纤维化密切相关。随着糖尿病的发展，心肌纤维化程度逐渐加重，最终引起明显的临床并发症，预后不佳。

侯改霞等[11]实验显示通过高脂饮食饲喂加腹腔注射小剂量的 STZ复制的2型糖尿病(T2DM)大鼠模型，心肌纤维化和RAGE蛋白表达及心肌AGEs含量的增加在病程的进展中有明显关系，且 AGEs/ RAGE水平与心肌纤维化存在正相关。李菁等[12]进一步对T2DM心肌病(DCM)患者研究发现，DCM患者血清 AGEs水平较T2DM患者明显升高，且与氧化应激相关，共同促进DCM的发生和发展。且老年糖尿病患者非酶糖基化更容易引起左室舒张功能下降[13]。另外叶宇虹等[14]研究发现，下调糖尿病大鼠心肌RAGE在mRNA水平的表达，可以降低糖尿病大鼠CK-MB水平，减轻对心肌细胞的损害，对心脏具有保护作用。此外，相关实验提示，AGEs诱导的心肌老化的机制可能通过线粒体自噬诱导产生。同样，李世玲等[15]以AGEs、抗 RAGE抗体干预乳鼠心肌细胞48 h，得出 AGEs与RAGE作用可能通过介导线粒体自噬与损伤等相关机制诱导心肌细胞老化的结论。

李瑾等[16]研究表明， AGEs可通过加强 p38-MAPK磷酸化反应从而诱导胰岛素抵抗心肌细胞GLUT4 mRNA的表达，介导心肌间质纤维化。此外，万红梅[17]依据是否出现心肌病变，通过对90例糖尿病患者的相关研究显示，2型糖尿病患者发生心肌病变的重要因素包括氧化应激与AGEs，且两者之间存在关联。SOD和MDA则是AGEs的独立相关因素，表明AGEs与糖尿病心肌病密切相关。AGEs作为一种影响糖尿病心肌病发病及发展的重要因素，诸多实验表明其可能通过细胞自噬或凋亡、氧化应激、促发炎症反应、生成活性氧类物质等病理变化从而促使心肌纤维化，从而加速糖尿病心肌病的发生发展。

3.3 AGEs与糖尿病肾脏疾病

糖尿病肾脏疾病( Diabetic Nephropathy，DN)，是一种糖代谢紊乱、肾脏血流动力学改变等共同参与介导的疾病，发病大致为最初的肾小球高滤过状态，继而出现微量白蛋白尿，发展为持续性蛋白尿，最后导致肾功能不全，进展为终末期尿毒症的过程。DN的临床特点是伴有微量白蛋白尿或显性蛋白尿，逐渐导致GFR下降等[18]。AGEs与糖尿病肾脏疾病发生发展关系密切。实验表明，长期糖尿病的患者AGEs的堆积与肾脏结构的改变密不可分。AGEs作用于肾小球固有细胞膜上的RAGE活化PI3K/Akt等信号通路，诱导足细胞损伤，引起肾小球硬化[19]。糖尿病患者与非糖尿病患者相比组织和血清中 AGEs含量显著增加[20]，说明AGEs可能介导糖尿病肾脏疾病等并发症的发生。

此外，Thomas等[21]研究证明，体内高血糖将会产生大量的AGEs，通过影响肾小球的滤过功能，从而介导蛋白尿的产生和肾功能的损伤。有研究显示，香兰素治疗建立链脲佐菌素的DN大鼠模型，可通过显著降低血清AGEs浓度从而改善肾功能[22]。表明降低AGEs的含量可以延缓糖尿病肾病的进展。Ha[23]研究表明，AGEs通过RAGE和PI3-K / Akt信号传导诱导足细胞ZO-1的改变，导致肾小球通透性增加。此外，与RAGE相互作用引起活性氧的产生，进而引起足细胞坏死，是糖尿病肾病中足细胞数量减少的重要原因[24]。研究发现，AGEs可通过活化RAGE以及产生活性氧诱导肾间质纤维化，使用特定的RAGE拮抗剂(RAP)处理的模型小鼠肾脏中较低的NADPH氧化酶活性使得ROS的产生受限，ROS作为肾间质纤维化的影响因素，从而提示RAGE在模型小鼠肾脏损伤中的致病作用的证据。此外，氧化应激可能也是AGEs作用于肾脏的一种致病机制，马祖等[25]大鼠实验表明具有强大抗氧化应激作用的 Epigallocatechin3-0-Gallate( EGCG)能下调肾脏纤维化相关因素的表达从而减轻肾间质硬化，可能是通过拮抗AGEs对肾小管细胞的氧化应激介导。

由此可见，AGEs作用于肾脏细胞的机制多样，其中通过与RAGE的结合从而介导一系列的级联反应，可能是致病的主要机制，如黄连素、雷公藤多苷等中药可明显改善糖尿病大鼠的肾脏功能，其作用就可能与抑制肾AGEs-RAGE信号通路活性有关[26-27]，当然相关的研究还在继续，随着临床研究的进展，相信更多的治疗药物会被开发出来造福于糖尿病肾病患者。

大量的实验表明AGEs的相关作用机制在糖尿病微血管疾病发生发展中具有重要的作用。AGEs代谢紊乱是糖尿病患者微血管并发症不断发展的病因所在，即使其中许多相关的致病机制至今都还模糊不清，有待更进一步地深入研究。而加强对晚期糖基化终末产物的研究，对临床治疗糖尿病，开发糖尿病晚期糖基化终末产物有效靶点药物具有非常重要的意义和广泛的应用前景。