晚期糖基化终产物促进慢性肾脏病进展的作用及防治策略

杨莹，蔡广研

解放军总医院第一医学中心肾脏病科、解放军肾脏病研究所、肾脏疾病国家重点实验室、国家慢性肾病临床医学研究中心，北京 100853

晚期糖基化终产物(advanced glycation end products，AGE)是最初由Maillard于1912年首次描述的由还原糖与蛋白质之间的自发非酶促反应所产生的一类稳定化合物[1-2]。AGE并非指单一的晚期糖基化终产物，它还包括了AGE的代谢中间体[3]。经多年研究，学者们总结出AGE的形成主要包括3个阶段：第一阶段，蛋白质中的游离氨基与还原糖的醛基反应，形成可逆的Schiff碱；第二阶段，经过几天时间，Schiff碱进行化学重排形成Amadori产物，即早期糖基化产物，Amadori产物更为稳定，但直到第二阶段，反应仍然可逆；第三阶段，当Amadori产物逐渐累积时，通过脱水、氧化、还原、化学重排、缩合等反应，形成活性羰基化合物，羰基化合物与蛋白质的游离氨基反应形成不可逆的AGE，此阶段需要几周至几个月的时间。Maillard反应存在于人体所有组织中。另外，脂肪过氧化、糖氧化等途径也能形成AGE[4]。

1 AGE的性质、来源与代谢过程

AGE性质稳定，黄褐色，相对难溶，能够在细胞内或细胞外积累，大部分AGE具有荧光性。通过同位素稀释法、液相色谱及串联质谱法可对AGE进行定量测量。近年来有研究表明，与循环血中AGE相比，在皮肤组织内的AGE周转率慢且更为稳定，因此，测量皮肤荧光AGE能更好地反映组织损伤[5]。

AGE的来源主要分为内源性、外源性及医源性。人体内的AGE主要有吡咯素(pyrraline)、N-羧甲基赖氨酸(N-carboxymethyl lysine，CML)、甲基乙二醛/乙醛赖氨酸酰胺(methylglyoxal/glyoxal lysine amide)及戊糖素(pentosidine)[6]。糖尿病的高糖状态是羰基糖基化反应的主要来源，因此糖尿病患者更易于产生及积累内源性AGE。外源性的AGE主要来源于食物。烤制、烟熏及烘培等加工方式会产生更多的AGE[7]。医源性的AGE主要来源于腹膜透析液，腹透液中含有的α-醛酮可促进体内糖基化反应及AGE的形成[5]。

AGE可通过细胞外蛋白水解清除，也可由受体与之结合后降解，分解产生的小分子可溶性多肽经肾脏代谢，但在组织中积累的稳定的AGE-蛋白交联体能抵抗蛋白水解，进而在体内逐渐积累[5]。肾脏通过近端小管细胞的内溶酶体系统参与AGE代谢，一部分AGE代谢产物在肾小球滤过后被重新吸收，随后在远端肾小管被排出。由此可见，AGE代谢过程在很大程度上依赖于肾小球滤过率及肾小管功能，但由于慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)患者肾脏功能受损，AGE代谢受阻导致其在体内蓄积，尤其是终末期肾病患者更为明显。有研究表明，CKD早期、腹透、血透患者的血中AGE含量分别为健康人的5倍、18倍及40倍[8]。

2 AGE与其受体(RAGE)在肾病进展中的作用

在体内，AGE与其受体结合触发细胞活化、促氧化及促炎等细胞事件。AGE相应受体中研究最多的是RAGE。RAGE属于免疫球蛋白超家族，在多种细胞中均有表达。在肾脏中，几乎所有的细胞类型表面都存在RAGE。RAGE在生理环境下呈低表达，但在应激或炎症反应时其表达可上调[3]。

AGE与RAGE的相互作用触发AGE-RAGE轴，该轴通过激活几个细胞内信号级联反应而引发细胞事件。与AGE结合后活化的RAGE可触发磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B-IκB激酶(PI3K-PKB-IKK)级联、激活核转录因子-κB(nuclear transcription factor-κB， NF-κB)使RAGE自身过表达，而RAGE的激活又间接通过抑制乙二醛酶1(glyoxalase 1，glo 1)的表达而促进了AGE的产生，从而形成瀑布反应[9-10]。而后RAGE可通过促分裂活化蛋白激酶、NF-κB蛋白质复合物或激活PI3K/Akt/mTOR、转化生长因子-β(TGF-β)、细胞外调节蛋白激酶1/2(ERK1/2)等信号通路来诱导炎性因子的分泌，进而促进炎症发生及炎性细胞聚集，使肾脏出现慢性炎症状态，最终导致肾脏结构及功能逐渐丧失[11-14]。此外，RAGE可通过激活NADPH氧化酶而触发活性氧的生成，并激活Wnt/β-连环蛋白途径，进而导致足细胞功能障碍[15]。肾小球足细胞上活化的RAGE则可促进乙酰肝素酶的分泌，降解肾小球基底膜，从而使滤过屏障解体[16]。上述研究结果表明，在某些病理生理条件下，AGE-RAGE轴会通过多种通路最终导致细胞功能受损或异常，加速肾脏疾病进展。

AGE可能参与了糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)的发病，无论是1型还是2型糖尿病患者，体内的AGE含量均高于健康人，且从肾功能正常向终末期肾病(ESRD)进展的过程中AGE血清水平明显升高。DN的严重程度与肾小球及肾小管间质中AGE的形成及RAGE的表达有关。AGE诱导肾小管细胞产生非对称二甲基精氨酸(ADMA)(内源性一氧化氮合酶抑制剂)，干扰正常肾脏一氧化氮的产生[17]。肾小球AGE的积累可使单核细胞趋化蛋白1(MCP-1) 高表达，促进巨噬细胞聚集，导致细胞外基质的积累及肾纤维化[18]。此外，蛋白尿水平在一定程度上可反映肾脏损伤程度，已有研究发现，蛋白尿与AGE导致的足细胞密度降低有关[19]：一方面，AGE可通过激活足细胞中RAGE的表达而激活NF-κB信号，进而诱发E盒结合锌指蛋白2(ZEB2)的表达，使上皮-间质转化失调、足细胞与基底膜分离，降低糖尿病大鼠肾小球足细胞数；另一方面，AGE使足细胞丢失胎盘钙黏蛋白，无法调节足细胞的选择性和阻止高分子量分子进入尿液，使肾小球丧失滤过功能，从而导致蛋白尿，加速肾病进展[20]。另外，也有研究发现，AGE使溶酶体通透性增加，功能障碍，导致肾脏细胞自噬作用被抑制，破坏细胞内稳态[21]。AGE同样也与非DN相关。尿毒症患者腹膜内AGE的积累增加，且RAGE呈高表达[22]。非DN与DN的病理生理学都揭示了AGE与RAGE的结合是AGE的主要致病机制。在非DN中，AGE可以诱导管状细胞的上皮肌成纤维细胞分化、系膜细胞的炎症反应及足细胞凋亡[23]。由此可见，无论血糖水平如何，AGE均与CKD的进展相关，AGE含量的升高会加速病情进展[24]。反之，CKD的进展导致肾功能下降，随后由于肾脏AGE清除率下降，AGE进一步累积，从而形成恶性循环。

3 针对AGE开展的CKD治疗新策略

3.1 减少AGE的摄入 饮食中含有的AGE与CKD患者血清中AGE积累量明显相关，CKD患者在接受低AGE饮食后，血清AGE水平、氧化应激和炎症均明显降低，可见减少AGE摄入对延缓CKD进展的重要性[25]。也有研究认为，饮食中含有的AGE不足以造成健康个体血管内皮功能障碍，但并未明确外源性AGE对糖尿病或CKD患者的影响[26]。烹饪方法的选择对降低体内AGE含量同样重要，与干热烹调方法(烧烤等)相比，使用蒸煮的方法可以减少AGE的形成[27]。另外，司维拉姆作为AGE肠道吸附剂被证实可降低循环及组织中的AGE，降低患者的蛋白尿水平[28]。外科方面，减肥手术也可有效降低餐后AGE峰值[29]。

3.2 降AGE药物 为减轻AGE对肾脏的损伤作用，学者们进行了大量研究。早期研究主要集中在可以直接与AGE相结合的药物，第一个研究的是氨基胍，但氨基胍化学性质活跃，能与很多种生物分子结合，这种性质限制了其临床使用[30]。此后，研究者相继提出了OPB-9195、LR-90、ALT-946及吡啶胺等体内AGE形成抑制剂。在DN实验动物模型中，这些AGE形成抑制剂可通过捕获二羰基中间体影响AGE后期的合成反应，从而降低尿蛋白，维持肾小球系膜及肾小管完整性，下调氧化应激标志物，进而改善肾功能[1]。随后的研究中发现Alagebrium可使CKD小鼠RAGE及NADPH氧化酶2(NOX2)的表达下降，降低细胞氧化应激水平[31]。Alagebrium是一种噻唑类化合物，与AGE形成抑制剂的作用机制不同，它是一种AGE-蛋白交联阻断剂，还可直接通过非AGE依赖通路抑制肾小球纤维化及炎症事件[32]。Alagebrium以及近些年发现的吡啶类似物TRC4186、TRC4149开始用于分离组织蛋白中的AGE-蛋白交联体，尽管有一些阳性结果，但仍无强有力的直接证据表明对人体有益，仍需更多的研究去证实。降糖药达格列净也可能通过抑制HMGB1-RAGE-NF-κB信号通路来降低炎症标志物的水平，并延缓肾损伤进展[33]。近几年有研究发现一些中成药成分也有治疗作用，如丹参中提取的天然产物丹参酸A可减少AGE形成，降低体内AGE水平、下调RAGE，从而延缓DN的进展[34]。白杨素通过干扰AGE引发的自噬及mTOR通路阻碍糖尿病相关的肌动蛋白成束、黏着斑形成及系膜细胞运动，从而保护肾脏[35]。鸡血藤通过Nrf2途径、杜仲通过Glo1及Nrf2途径抑制AGEs的形成及RAGE的表达，减少氧化应激，从而改善肾脏损伤[36-37]。土茯苓提取物可通过RAGE-ERK1/2-NF-κB途径减轻AGE诱导的内皮功能障碍[38]。类似的还有三七皂苷R1、甲氧基欧芹酚、山柰苷，可通过不同途径对抗AGE诱导的细胞凋亡及肾纤维化、肾小管上皮细胞肥大、肾小球系膜细胞损伤等[39-41]。但中药成分相关文献较少且未得到普遍认同，仍需通过大量实验进行探索及验证。

3.3 对RAGE的调节治疗 鉴于RAGE在DN发病机制中的核心作用，FPS-ZM1可阻断RAGE引发的炎症反应及氧化应激，改善小鼠的尿白蛋白排泄、肾脏炎症反应及纤维化程度[42]。也有研究表明，单一FPS-ZM1对肾纤维化无明显影响，但与ARB类药物联合治疗较单纯ARB药物能更好地抑制肾脏炎症及氧化应激，改善纤维化[43]。近年来，日本学者Matsui等[44]研制了一种RAGE适配体，在治疗4周后检测发现其对糖尿病大鼠肾脏具有潜在的保护作用。几种糖尿病相关的肾功能紊乱，包括巨噬细胞浸润增多、促炎及促纤维化细胞因子激增，以及AGE-RAGE-氧化应激轴激活，均可被RAGE适配体消除。PF-04494700、TTP488等小分子RAGE抑制剂近年来在阿尔茨海默病患者中也被证实可抑制RAGE激活带来的危害[45-46]。

3.4 活化glo1 glo1可阻止乙二醛介导的AGE积累，因此激活glo1可能对抗糖应激引起的器官功能障碍。已有几种激活glo1的药物相继被发现。其中，Nrf2-Keap1-ARE通路最近被报道具有激活glo1的潜力[47]。另一种很有前景的glo1诱导物是反式白藜芦醇及橙皮素(tRES-HESP)的组合，不仅可协同增加glo1的表达[47-48]，也被证实可以增加glo1活性，降低血浆甲基乙二醛和甲基乙二醛蛋白糖基化，最终改善肥胖患者的代谢[49]。

3.5 透析方式 对于无尿的终末期肾病患者，肾脏替代治疗是清除体内AGE的唯一有效方式。腹透液中有能促进AGE形成的物质，因此可选择使用低AGE含量的中性腹透液来减少AGE的形成。另外，血液透析治疗可有效地去除血浆游离AGE，但不能降低蛋白结合AGE水平，使用生物相容性膜及超纯HD液可通过降低免疫调节及免疫反应来减少AGE的积累[50]。

综上所述，AGE是一类异常糖代谢的稳定产物，通过与其受体RAGE结合而发挥作用，激活的AGE-RAGE轴通过触发细胞内信号级联反应而引发细胞事件，导致肾脏细胞受损，加速肾脏病进展。无论在DN还是非DN中，AGE都显示出对滤过膜屏障的破坏作用。目前，AGE作为近年CKD研究中的一个热点，已取得了一定的研究成果，但其致病机制及治疗上仍存在争议，且暂无确切研究表明外源性与内源性AGE是否有协同作用及AGE能否作为新一代肾脏损伤标志物发挥其辅助诊疗价值。此外，人类生存离不开糖类物质的摄入，AGE在人体内的积累似乎无可避免，但其致病剂量尚无定论。因而，仍需大量的基础及临床试验证实AGE在CKD发生发展中的作用，以期为CKD的诊断及治疗提供新的可能。