晚期糖基化终末产物与心力衰竭的相关性及靶向药物治疗

赵航 王通宇 胡巍娜 金元哲 (中国医科大学附属第四医院心内科，辽宁 沈阳 110000)

晚期糖基化终末产物(AGEs)是由蛋白质、脂类、核酸中的游离氨基与还原糖的非酶促反应即美拉德(Maillard)反应产生的化合物〔1〕。生理状态下AGEs的体内蓄积量随着年龄的增长而增加，但在糖尿病患者出现高血糖时显著增加。有研究发现在心力衰竭(以下简称心衰)患者中血清AGEs水平在糖尿病伴有冠状动脉粥样硬化性心脏病的病人中相比于不伴有冠心病的糖尿病患者更高，且人体中血清AGEs水平与糖尿病所诱发的微血管病变严重程度呈正相关〔2〕。

心衰是一种由多种病因引起的心脏结构和(或)功能异常，进而导致心室充盈和(或)射血能力受损的一组复杂的临床综合征〔3〕，是老年人住院的主要原因之一〔4〕。在年龄大于50岁的人群中，心衰的发病随着年龄的增加而增长〔5〕。心衰死亡率极高，给社会、家庭及医疗单位带来沉重的负担。每个心衰病人的总医疗花费高达40 329元人民币(6 199美元)/年，其中住院费用占95%〔6〕。并且心衰的30 d住院率极高，患者反复多次住院与患者的不良预后直接相关〔7〕。因此对于心衰进行早期治疗干预及减少住院率对心衰的预后具有积极作用。而心衰的发展过程是一个多因素的病理生理及细胞分子水平上发生变化的过程，因此对于心衰发生过程中的分子机制研究非常重要〔8〕。

近年来在心衰的研究中发现，其发展过程中存在心室肌重构，且心室重构程度与心衰的预后相关，在心衰重构过程中AGEs参与到许多与心室重构有关的通路中，如核因子(NF)-κB通路〔9〕。因此，可认为AGEs在心衰的发病机制中发挥作用。本文对AGEs与心衰相关性及靶向AGEs的药物治疗进行综述〔10,11〕。

1 AGEs及其产生过程

AGEs的来源主要有内源性途径及外源性途径，而来自食物的外源性途径是人体内AGEs的主要来源。AGEs的形成与食品加工工艺有着密切关系，如过度食用油炸食品或高糖饮食都是AGEs形成的重要原因〔1〕。与AGEs形成密切相关的Maillard反应始于还原糖经历一系列复杂的化学反应形成可逆性的席福碱(Schiff base)，然后形成更加稳定的以共价键相连接的葡糖胺重排反应(Amadori reaction)产物。经过脱氢、氧化和重排反应，这些早期糖基化产物进一步发生结构重排进而形成更加稳定的交联产物，并具有荧光特性〔12〕。Maillard 反应的整个过程可分为3个主要阶段：在高温作用下如食物烹饪过程中糖醛基和氨基酸中的氨基缩合，并且在缩合后，形成可逆的Schiff碱和Amadori重排产物；第二阶段为糖分子中发生脱水和裂解形成羟甲基糠醛(HMF)裂变产物，如丙酮醛和二乙酰；在最后阶段，醛醇缩合发生，最后形成杂环含氮化合物，并高度着色。

2 AGEs参与心衰的发生过程

人体内蓄积的AGEs通过与细胞膜蛋白相耦联改变其结构或直接激活细胞表面受体进而影响下游与心衰相关的信号，包括原癌基因蛋白p21(ras)、细胞外调节蛋白激酶(ERK)1/2、丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、p38 丝裂原活化蛋白激酶、应激活化蛋白激酶(SAPK)、丝裂原活化蛋白(MAPKs)、磷酸肌醇3激酶(P13K)和Janus激酶(JAK)/信号转导与转录激活子(STAT)通路〔13～15〕。有研究表明，动物模型体内注射AGEs显著增加了左心室中与Rho/Rho相关卷曲螺旋形成蛋白激酶(ROCK)通路激活相关AGE受体、profilin-1、p65 和 Rho蛋白的表达，共同促进了心衰过程中心室重构与心肌损伤的发生〔16～18〕。而NF-κB通路是心衰发生过程中的重要通路参与心肌组织的炎症、氧化应激及细胞凋亡过程中。此外AGEs也参与心肌细胞的自噬过程进而调控NF-κB通路。Gao等〔19〕在小鼠模型中发现AGEs受体(RAGE)激活后通过激活RAGE-NF-κB/BNIP3/Beclin1 信号通路引起过度的自噬活动，促使心肌细胞凋亡促进心衰的产生。

由于AGEs通过结合其受体RAGEs发挥其作用，因此研究RAGEs的功能及其同分异构体对于理解AGEs如何发挥其生物学功能十分重要。RAGEs是一种免疫球蛋白超家族受体，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〔20〕。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，RAGE共有3种亚型：①全长型RAGEs，②节段型RAGEs，③C端型RAGEs，分为两种亚型cleaved RAGE(cRAGE)和內源分泌型RAGE(esRAGE)。RAGE主要与AGEs、高迁移率族蛋白(HMG)B1 、S100/钙粒蛋白等不同配体的相互作用，经多种信号传导机制，激活 NF-κB等活性因子，导致一连串促炎/促凝的级联反应，在左心室重构的发病机制中，起重要作用〔21〕。

3 AGEs与心衰发生相关

由于AGEs参与发生心衰相关的多条信号通路，因此，AGEs可作为诊断心衰的生物学标志物。Stefan等〔22〕在2007年发现AGEs之一的羧基甲基赖氨酸(CML)与心衰患者的病情严重程度和预后存在相关性同时报道了CML与心肌梗死的发生有关。而有研究发现CML与慢性心衰的严重程度和预后有关，即使将美国纽约心脏病协会(NYHA)功能分级、N末端B型利钠肽前体(NT-pro-BNP)、舒张压(DBP)、吸烟、糖尿病、收缩压、左室射血分数、和体重指数(BMI)纳入变量，CML水平对心衰严重程度的影响仍具有统计学意义。表明AGEs可能在慢性心衰的发生过程中发挥积极作用，并可作为一个独立的危险因素〔23〕。Lazo等〔24〕研究表明血液循环中可溶性RAGE(sRAGE)的水平下降是心衰发生过程中的独立危险因素。Brunvand 等〔25〕为了研究患1型糖尿病的儿童中心脏舒张功能降低与AGE之间的关联，纳入146例年龄8～18岁的T1DM患者，并利用超声多普勒对心脏舒张功能进行评价，根据E′/A′比值是否小于2.0将患者分为两组，结果表明血液中最常见的AGEs形式氢化咪唑酮(MG-H1)的含量增加与患有1型糖尿病的儿童患者早期心室舒张功能减低相关，但其相关性无统计学意义〔25〕。一项队列研究显示，心肌细胞内CML含量丰富，线粒体中CML含量比其他细胞质高14.7%(P<0.001)，但与细胞外胶原蛋白的相关性最低。而当涉及这种积累与心脏功能之间的关系时，结果显示射血分数(EF)或舒张末期体积指数(EDVI)没有显著的组间差异，但舒张末期左室壁相对厚度(RWT)诊断组间的显著差异(P=0.01)和LA体积(P=0.002)表明在心衰进展中CML与心脏结构重塑之间存在相关性。然而，与对照组相比，血中心衰标志物NTpro-BNP在高血压和伴有糖尿病的高血压患者中的值更高，但这一差异无统计学意义(P=0.084)〔26〕。

在心衰进展中，AGEs与 RAGE结合后可引起钙代谢损害、动脉粥样硬化、血管收缩、血栓形成、心肌纤维化等从而引起心肌收缩舒张障碍，这些对AGEs的研究也十分重要〔14〕。Wannamethee等〔27〕纳入了1 159例71～92岁男性进行横断面研究，结果显示sRAGE与心衰的生物标志物NT-proBNP存在正相关，即使纳入年龄、BMI、心率、肾小球滤过率eGFR、是否接受降压药治疗、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、胰岛素水平、白细胞介素(IL)-6等因变量后，sRAGE仍可能导致心功能障碍甚至心衰。提示sRAGE的增加可能导致或成为心功能障碍或心衰恶化的标志。Dozio等〔28〕纳入了76例接受至少3个月的血液透析治疗的慢性肾病患者进行横断面研究，以探究sRAGE对于伴有或不伴有糖尿病的患者心功能的影响，以BNP在血液中含量作为心功能评价指标，结果表明BNP与sRAGE成正相关，并参与心室重构。以上结果表明sRAGE与心衰恶化相关，而sRAGE是一种与附着在细胞膜表面的AGE受体不同的受体，存在于血液循环中并具有吸附血液中游离AGE的作用，因此sRAGE对于心血管疾病具有一定的保护作用，但现有研究认为sRAGE与心衰风险之间的关系并不明确，存在矛盾。血液循环中低水平和高水平的sRAGE都曾被报道过促进心衰、影响其严重程度和增加死亡率，因此需要进一步对相关机制进行研究。

4 靶向AGEs的药物治疗

研究表明AGEs通过与其受体结合后促进多种心血管疾病的发生，因此通过减少AGE或对其受体RAGE进行拮抗，进而阻断AGE相关下游细胞通路的激活，从而达到对心血管疾病治疗或者预防的作用。

AGEs最主要的外源性来源是食物，而食品的烹饪方式是影响AGEs含量的最为重要因素。食品烹饪方式中尤其是高温、长时间及深度干燥方式(烧烤、烘焙、油煎、油炸等)会加速 AGEs 的形成，因此对于烹饪习惯的改变十分有助于降低人体内AGEs水平的蓄积〔29〕。AGEs 在食品中的含量高低还与食物原料的营养成分有关，高脂肪、高蛋白食品中 AGEs 的含量相对碳水化合物类食品要高很多，在热加工过程中脂肪酸发生氧化产生大量的自由基，这些自由基催化含有氨基的脂质糖基化形成大量的 AGEs，而新鲜的水果、蔬菜、豆类、脱脂奶制品及全麦类谷物由于水分充足，并含有大量的抗氧化剂和各种维生素，可抑制AGEs 的形成〔30〕。

此外，药物治疗也是拮抗AGEs的有效途径。阿拉氯胺(ALT-711)是一种AGE阻断剂，它可破坏AGEs与胶原蛋白和弹性蛋白交联形成的化合物，改善血管壁的弹性。实验证明，ALT-711对健康动物颈动脉的舒张作用其机制不仅是降低AGEs与胶原的交联，而且ALT-711具有改善心肌细胞肌浆网摄取及释放Ca2+〔31〕。碳酸司维拉姆是一种常用于晚期肾病患者的非吸收性口服磷酸盐结合剂，有结合AGEs并可减少其在肠道吸收的功能。研究中表明，碳酸司维拉姆在糖化血红蛋白A1C不变的情况下可降低循环中AGEs主要形式之一的CML和RAGE的水平(95%CI：-0.72～-0.29;P<0.001)，血浆CML(95%CI：-5.08～-1.35;P≤0.001)，细胞内CML(95%CI：-1.63～-0.28;P=0.01)〔32〕。

许多治疗心血管疾病的经典药物也具有降低AGEs的水平，如肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)抑制剂。体外实验表明，血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂替米沙坦和氯沙坦抑制体外培养细胞中内源性AGE的产生。研究表明，在应用缬沙坦后的一年患者血清中AGEs在第6个月和第12个月降低最明显〔基线水平：(2.71 ± 0.62)U/L；随访6个月(2.23 ± 0.36)U/L；随访12个月：(2.29 ±0.28)U/L。P<0.05〕〔33〕。Kamioka等〔34〕、Shaw等〔35〕研究表明，AGEs激活其受体RAGE后可激活血管紧张素Ⅱ所诱导的下游JAK-2通路的激活及促进由磷脂酶D2的激活，引起还原型辅酶Ⅱ(NADPH)氧化酶的激活，促进自由及产生，引起平滑肌细胞增生。

此外，通过升高血清内sRAGE的含量也具有心血管保护作用，研究表明在C57BL/6J小鼠模型中通过注射人工重组sRAGE可有效保护脑卒中及心血管疾病，与此同时动物模型试验也证实血清sRAGE的升高也与外周动脉顺应性改善及血管再通概率升高有关〔36〕。因此通过外源给予sRAGE可有效降低AGE水平，延缓心室重构并延缓心衰进展。他汀类药物治疗效果在减少心血管发病、动脉粥样硬化和糖尿病并发症方面的有益效果是明确的。尽管他汀类药物产生心血管保护作用的机制尚不完全清楚，但有学者认为其在延缓冠状动脉斑块进展和稳定粥样斑块的作用中发挥了重要作用〔37〕。研究表明，他汀类药物刺激sRAGE的产生，对抑制动脉粥样硬化斑块的进展具有积极作用。该研究纳入164例心绞痛患者，在虚拟组织学(VH)血管内超声(IVUS)指导下，行经皮冠状动脉介入(PCI)成功后，随机选择吡伐他汀(4 mg/d，强化降脂)或普伐他汀(20 mg/d，中度降脂)治疗。在他汀类药物治疗8个月后进行IVUS随访检查，随访获得91人的检查结果，利用多元回归分析表明,增加血清sRAGE是一个独立的预测因子(β=-0.290,P=0.006)〔38〕。

综上，心衰是所有心血管疾病的终末阶段，是全世界发病率和死亡率的主要原因之一。AGEs可能影响心衰进展。越来越多的证据表明，AGEs或AGEs受体轴在糖尿病和非糖尿病患者心衰的发生、严重程度和发病机制中的作用。其机制仍在探索中。需要进一步研究来评估AGEs是否可作为心衰早期诊断的生物标志物。