植物多酚通过RAGE/MAPK/NF-κB通路抑制AGEs诱导的炎症反应研究进展

周子艺，夏晓霞，冉 欢，陈媛媛，雷小娟，赵吉春，曾凯芳,2，明 建,2,*

（1.西南大学食品科学学院，重庆 400715；2.西南大学食品贮藏与物流研究中心，重庆 400715）

在美拉德反应末期，蛋白质中的赖氨酸和精氨酸侧链与1,2-二羰基反应生成稳定的、与多肽结合的氨基酸衍生物，即晚期糖基化终末产物（advanced glycation end products，AGEs）[1]。AGEs可以通过与细胞表面的AGE受体（receptor for advanced glycation end product，RAGE）相互作用，启动一些信号通路，包括细胞外信号相关激酶（extracellular signal-related kinase，ERK1/2）和p38在内的丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）的磷酸化，随后导致核转录因子（nuclear transcription factor，NF）-κB异常激活，而NF-κB作为炎症的主要调控转录因子，参与炎症因子的基因表达，与糖尿病相关并发症和多种慢性疾病的发生相关，包括心血管疾病、神经退行性疾病、关节炎、癌症及其并发症等[2-3]。在各种慢性疾病的发病机理中，炎症和氧化应激紧密相关，RAGE/MAPK/NF-κB信号通路是调控炎症和氧化应激的主要信号通路[4]。明确RAGE介导的信号通路与MAPKs和NF-κB的相互作用在AGEs诱导的氧化应激和炎症中的作用途径和机理，并寻找合适的药物干预该信号通路对慢性疾病的预防和治疗都非常重要。许多研究证实植物多酚可以作为防止AGEs形成的潜在物质[5]。因此，本文综述了植物多酚通过RAGE/MAPK/NF-κB途径缓解AGEs诱导的氧化应激和炎症的作用机理，旨在为开发植物多酚类抗氧化和抗炎保健食品或药物提供参考。

1 AGEs的概述

1.1 AGEs的基本概念、形成机理

美拉德反应是AGEs形成的主要途径。蛋白质、氨基酸、脂类或核酸等物质的游离氨基与还原糖（葡萄糖、果糖、戊糖等）的羰基进行缩合、脱氢、重排等一系列反应后形成一类稳定的终末产物[6-8]，如Nɛ-羧甲基赖氨酸（carboxymethyl lysine，CML）、Nɛ-羧乙基赖氨酸（carboxyethyl lysine，CEL）、吡咯素（pyrraline）、戊糖苷（pentosidine）等[9]。此外，二羰基化合物也可以通过葡萄糖自氧化、多元醇降解和脂质过氧化等途径生成AGEs。其中，脂质过氧化可以通过影响美拉德反应减弱葡萄糖自氧化作用和多元醇降解，对AGEs的形成起关键作用[10]。

根据来源不同，AGEs可以分为内源性AGEs和外源性AGEs。内源性AGEs是指随着高糖饮食摄入，碳水化合物和蛋白质在体内发生葡萄糖代谢异常或脂质过氧化而产生的AGEs。外源性AGEs则是通过饮食进入人体的AGEs，被称为饮食晚期糖基化终末产物（dietary advanced glycation end products，dAGEs）[11]。dAGEs主要来源于热加工食品的美拉德反应以及脂肪酸和氨基酸的自氧化[12]。普遍来说，外源性AGEs对体内AGEs总量的贡献比内源性AGEs更大[13]。

1.2 AGEs的致病机理

AGEs的致病机理主要通过两种不同的途径：一是AGEs直接诱导机体蛋白的结构变形或交联作用产生；二是AGEs与细胞表面的RAGE相互结合产生[9]。

机体蛋白的结构变形或交联作用主要与内源性AGEs的增加以及糖尿病并发症有关。长寿蛋白和低密度脂蛋白（如胶原蛋白和弹性蛋白等）对AGEs交联敏感，AGEs会诱导其结构、构象及功能发生改变，导致动脉僵硬度增加，损坏血管结构，对心血管产生不利影响。例如，AGEs与细胞外胶原蛋白交联，其弹性和溶解性降低，从而导致血管僵硬度增加，细胞附着受到干扰以及代谢速率降低，最后导致基底膜增厚。AGEs使晶状体蛋白糖基化形成交联结构，增强氧化应激，导致白内障的形成[14-15]。AGEs还可以通过交联细胞内和细胞外蛋白对细胞功能产生不利影响，从而导致关节炎、神经系统疾病、癌症、糖尿病和心血管疾病等多种疾病[16]。在糖尿病性肾病中观察到，细胞外基质中的蛋白质交联会使这些蛋白质变硬、柔韧性降低，从而导致基膜增厚并损坏器官功能[17]。

RAGE是一种信号转导受体，可以在多种细胞类型上表达，如内皮细胞（endothelial cell，EC）、平滑肌细胞（smooth muscle cell，SMC）、单核细胞/巨噬细胞、T淋巴细胞、树突细胞等[18]。RAGE作为可摄取并转导AGEs的受体，一旦AGEs与RAGE结合，就会激活多种信号传导途径，例如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氢（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate hydrogen，NADPH）氧化酶介导的活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生以及几种激酶介导的途径，包括MAPKs、磷脂酰肌醇-3-激酶和Janus激酶/信号转导和转录激活子（Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT）信号通路等[19-20]，诱导促炎细胞因子和趋化因子的基因表达，例如白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、IL-6、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）、单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）和环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2），从而诱导氧化应激和炎症反应[4,21]。

1.3 AGEs-RAGE轴下游的MAPK/NF-κB信号通路

NF-κB是一组与免疫、应激反应、凋亡和分化相关的调节因子，基本上存在于所有细胞类型中[22]。细胞暴露于多种细胞外刺激因素下导致NF-κB迅速激活，并最终调节基因转录。NF-κB信号传导还通过驱动炎症细胞因子和趋化因子的产生来建立低浓度的炎症环境，进一步导致免疫细胞的募集，增强炎症反应。AGEs是一组与NF-κB激活有关的外源性物质，负责维持和放大信号并随后诱发炎症反应[23]。转化生长因子-β1（transforming growth factor beta，TGF-β1）可以诱导黏附分子的表达，导致巨噬细胞向EC迁移并且还可能上调NF-κB水平以随后调节炎症细胞因子的表达[24]。

MAPKs是一个信号转导蛋白家族，包括ERKs、c-jun N末端激酶（c-jun N terminal kinases，JNKs）和p38。MAPKs是生物中最重要的信号转导系统之一，可被各种细胞外信号（如应激和生长因子）激活，并在炎症的发生和发展中起重要的调节作用[25]。在MAPKs家族中，ERK1/2和p38更容易被AGEs影响。AGEs与RAGE结合的上调可通过ERK1/2-NF-κB信号引起炎症反应。p38激活的主要生物学反应涉及炎症介质的产生和激活，以及许多与炎症有关的基因表达，如TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2等。Yeh等[26]用CML改性的人血清白蛋白（human serum albumin，HSA）确定了人单核细胞白血病细胞中的信号级联反应。结果表明，CML-HSA与RAGE结合，会引起ERK1/2和p38 MAPK磷酸化，促使NF-κB转录激活和促炎细胞因子的分泌。综上，ERK和p38都是RAGE信号激活的蛋白激酶，参与诱导靶基因表达以及单核细胞分泌促炎细胞因子。

2 AGEs诱导的炎症反应

AGEs在机体内可以通过多条途径产生有害作用，其诱导的炎症反应主要是通过与RAGE结合，使其下游信号通路激活而引起的。MAPK在复杂的细胞机制如增殖、分化、发育、转化和凋亡中起着重要作用。NF-κB通路与免疫、炎症、癌症和神经功能有关。AGEs诱导炎症的主要路径就是RAGE介导的MAPK和NF-κB的激活，导致促炎细胞因子和趋化因子的表达。此外，AGEs与RAGE结合可激活NADPH氧化酶，从而促进细胞内ROS的产生并诱导MAPK和NF-κB的持续活化，导致炎症反应的发生[27]。

在正常情况下，RAGE表达较低，在病原和压力条件下，其表达量会迅速升高。抗氧化酶和ROS介导的AGEs之间的失衡促进了ROS和活性氮（reactive nitrogen species，RNS）的进一步产生，导致氧化/亚硝化应激以及进一步的级联信号传导，并产生了许多促炎因子，从而诱导慢性炎症疾病的发生。此外，慢性炎症疾病的产生会使细胞外基质成分发生特性修饰，从而使各种组织和器官的细胞结构发生变化[28]。在EC中，AGEs-RAGE相互作用会调节黏附因子（如血管细胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1））和促炎/血栓形成性分子的表达；在成纤维细胞中，AGEs-RAGE相互作用会调节胶原蛋白的产生；在SMC中，AGEs-RAGE相互作用可调节基质修饰分子的迁移、增殖和表达；在单核吞噬细胞中，AGEs-RAGE相互作用会调节趋化性和触觉性以及促炎或血栓形成分子的表达；在淋巴细胞中，AGEs-RAGE相互作用会刺激IL-2的增殖和生成。因此，AGEs与RAGE结合会促进细胞中各类炎症介质的基因表达，从而诱导炎症反应的发生。

炎症反应是一种正常的免疫防御机制，是对有害刺激物（例如病原体、毒素或受损细胞）的免疫反应，可以保护宿主免受感染和其他侵害[2]。炎症反应的自我调节涉及负反馈机制的激活，例如消炎细胞因子的分泌，促炎信号传导级联的抑制，炎症介质受体的脱落和调节细胞的激活[29]。慢性炎症是对细胞损伤的不良适应反应，当炎症信号在体内不受控制时就会引发慢性炎症反应，如AGEs诱导的持续的炎症反应，会导致机体进一步的损伤，因此，调节炎症反应对于保持健康和维持体内稳态至关重要，图1是AGEs通过多条途径诱导的炎症反应示意图。

图1 AGEs诱导的炎症反应Fig.1 AGEs-induced inflammatory responses

AGEs与RAGE的结合会引起细胞内ROS的产生，并随后激活MAPK和NF-κB信号传导，促进炎症因子表达，如TNF-α、IL-1β、IL-6和胰岛素样生长因子-1或产生几种黏附分子（例如VCAM-1、细胞间黏附分子-1、纤溶酶原激活物抑制剂-1和MCP-1），引起多种细胞的炎症和血栓形成反应，从而参与糖尿病血管并发症和动脉粥样硬化的发展[30]。AGEs可以通过多种机制改变血管壁的稳态，包括改变细胞外基质的通透性、释放炎性细胞因子和生长因子、改变内皮的抗血栓性质以及改变血管壁调节血管张力的能力以及上调黏附分子和趋化因子在血管细胞上的表达，从而导致慢性炎症反应，并最终导致血管功能障碍[31]。此外，AGEs会上调RAGE的表达并诱导NF-κB的持续活化[32]。

除了与RAGE结合外，AGEs本身能够催化ROS的形成，并在AGEs积累的部位激发氧化应激和炎症。AGEs可以通过多种机制促进ROS的产生，如通过降低超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性，减少谷胱甘肽的贮存以及激活蛋白激酶C。随着ROS的过量产生，会引起细胞内的氧化应激，从而导致大分子损伤，诱发炎症并引发动脉粥样硬化、糖尿病、癌症、神经变性和衰老等多种疾病[33]。持续的高血糖症会导致蛋白质和脂质的非酶糖基化，形成AGEs，刺激RAGE受体的激活。RAGE通过ERK1/2和NF-κB通路的强烈激活而高度表达[34]。

一氧化氮（nitric oxide，NO）是最有效的内源性血管扩张剂，由于具有抗炎、抗增殖和抗血栓形成作用，被广泛认为是一种内源性抗动脉粥样硬化因子[35-36]。NO是AGEs诱导的炎症反应的介质和调节剂，在高血糖和AGEs的含量显著升高时，NO的含量及生物利用度会显著降低[35]，其中AGE会以时间和剂量依赖性的方式减少NO产生[37]，AGEs可以抑制内皮NO合成酶在EC中表达，同时刺激其生成反应性中间体和毒性产物，如过氧亚硝酸盐、NO与超氧化物阴离子等[32]。此外，AGEs-RAGE相互作用促进了不对称二甲基精氨酸（asymmetric dimethylarginine，ADMA）的产生，ADMA是内皮细胞、系膜细胞和肾近端肾小管细胞中NO合酶的内源性抑制剂[38]。所以，AGEs-RAGE轴会导致NO的产生减少和生物利用度降低，也可能增强细胞内的氧化应激和炎症反应，并参与糖尿病的心肾综合征[36]。

3 植物多酚抑制AGEs诱导的炎症反应

植物多酚是通过植物的二次代谢自然合成的化合物，是一类具有抗氧化作用的生物活性物质，它们的生物学作用主要归因于金属螯合或抑制ROS，将电子转移至自由基，以及活化抗氧化酶，改善氧化应激和炎症的能力[39]。它可以通过直接反应在机体内发挥抗氧化作用，也可以通过生物化学和分子机制发挥作用，如调节NF-κB、脂肪代谢及炎症介质（TNF-α、IL-1β、IL-6）的合成。植物多酚在预防各种疾病（如糖尿病、肥胖症、癌症、心血管疾病、神经退行性疾病）等方面具有独特的生理功能[40-41]。此外，甲基乙二醛（methylglyoxal，MGO）诱导的羰基应激和促炎反应被认为是导致内皮功能障碍的原因。在高血糖情况下，葡萄糖代谢可能会加速反应性二羰基化合物MGO的异常积累，会引起氧化应激和炎症反应，导致糖尿病血管并发症的发生和发展[42]。而最近有研究证明某些植物多酚可以通过与二羰基化合物（如MGO）形成加合物，其中一些加合物也被进一步证明在食品和生物系统中具有生物活性，例如抑制AGEs诱导的氧化应激和炎症反应等。

芹菜素是一种芹菜中常见的类黄酮，先前已证明其可减少AGEs诱导的N-11小鼠胶质细胞中NO的生成和下调TNF-α的表达[43]，并通过下调NF-κB介导的氧化应激和炎症来改善葡萄糖代谢和内皮功能障碍。芹菜素-MGO加合物（dimethylglyoxal apigenin，DMA）是一种芹菜素和美拉德反应产物MGO的结合产物，其结构在保留芹菜素的基本骨架的同时，通过添加两个MGO分子引入了另外两个侧链，保留了芹菜素的羟基，且修饰了MGO的反应性二羰基。研究人员发现在巨噬细胞和巨噬细胞-内皮共培养物中DMA可以通过改善巨噬细胞和EC中RAGE的表达来预防AGE诱导的炎症[24]。因此，芹菜素及其加合物DMA均能显著抑制AGEs诱导的ROS生成和炎症反应，表现为RAGE、NF-κB表达和NADPH氧化酶活性下调，促炎介质MCP-1和IL-6分泌减少，同时氧化和炎症反应的减弱伴随着NF-E2 p45相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）及其下游抗氧化防御分子的上调[44]。

白藜芦醇（resveratrol，RSV）是一种葡萄多酚，具有预防脂质过氧化、刺激NO生成、清除自由基和抗炎特性等多种生物学作用[45]。白藜芦醇作为有效的抗氧化剂，对糖尿病、肥胖症、炎症、恶性肿瘤和神经系统疾病具有保护作用。其对糖尿病的保护作用是由于改善了高血糖症、氧化应激和炎症[46]。白藜芦醇可抑制AGEs处理后巨噬细胞内的促炎因子IL-6 mRNA的表达和IL-6的产生，使IL-6分泌显著降低，从而减轻小鼠巨噬细胞中的炎症反应[47]。白藜芦醇可以通过抑制NF-κB和激活蛋白-1途径，调节AGEs诱导的软骨细胞中诱导NO合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和COX-2的产生[48]。白藜芦醇还可通过清除ROS减轻氧化应激，减少肾细胞凋亡并预防肾缺血。白藜芦醇可抑制脂多糖诱导的鼠RAW264.7巨噬细胞系中NF-κB易位和炎性细胞因子的分泌[49]。Maleki等[50]研究发现白藜芦醇可以通过抑制RAGE表达，捕获二羰基化合物或与之形成白藜芦醇-活性二羰基（reactive di-carbonyl species，RCS）加合物，下调NF-κB表达以及通过ERK信号传导途径增强Nrf2的激活和核易位等方式来实现抑制炎症、氧化应激和抗糖化作用。

姜黄素是姜黄的多酚化合物，其作为一种抗氧化多酚具有一定的抗炎作用，可以通过减少由ROS引起的损害，对预防糖尿病、阿尔茨海默病和癌症等疾病具有一定作用。Lin Jianguo等[51]研究发现姜黄素的给药以剂量依赖性方式减少了AGEs诱导的氧化应激和脂质过氧化，它可能通过直接诱使MGO在两个酮基碳原子之间的电子密集碳原子（C10）处形成姜黄素-MGO加合物来保护内皮细胞免受羰基应力诱导的损害，以预防MGO诱导的内皮功能障碍、细胞炎症应答和血管并发症[52-53]。姜黄素可以通过捕获MGO，抑制RAGE表达，阻止NF-κB活化和氧化应激来消除AGE诱导的炎症反应。

表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）是一种茶叶中含量最高的儿茶素。EGCG具有多种生理作用，如抗氧化、抗炎症、抗肿瘤等。其抗氧化作用是通过螯合金属离子、清除自由基、调节氧化和抗氧化酶、抑制细胞信号转导通路等来实现的。其抗炎症作用是通过调控NF-κB信号通路及抑制促炎细胞因子的分泌来实现的。此外，EGCG可防止与ROS产生相关的神经元毒性以及过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性的降低，也能显著地下调AGEs诱导的TNF-α和NF-κB表达[54]。Rasheed等[55]研究发现EGCG可抑制AGRs诱导的OA软骨细胞TNF-α和基质金属蛋白酶的表达和产生，这些作用与抑制MAPK亚群p38 MAPK和JNK以及转录因子NF-κB的活化有关。

此外，山柰酚通过抑制AGEs诱导的NADPH氧化酶激活来抑制NF-κB及其促炎基因的激活。因此有学者认为饮食中的山柰酚可通过调节AGEs相关的NF-κB信号级联反应及其抑制炎症的基因发挥其抗氧化和抗炎作用[56]。柚皮素是一种常见的黄烷酮，对面包中AGEs的形成以及AGEs诱导的细胞氧化应激和炎症都有双重抑制作用。柚皮苷可显著降低AGEs诱导的炎症介质，包括TNF-α、IL-1β和COX-2的基因表达以及ROS的产生[57]。Zhu Dina等[58]发现(+)-儿茶素剂量依赖性地消除了高葡萄糖诱导的IL-1β分泌、NF-κB p65和ERK1/2的激活。其可以显著抑制高糖诱导的细胞内MGO水平升高，并阻断细胞的ERK1/2和NF-κB介导的炎症途径，从而减轻糖尿病小鼠的肾脏功能障碍。Maruf等[59]研究发现阿魏酸和相关的多酚可用于治疗性抑制或降低乙二醛或MGO诱导的细胞毒性和氧化应激。Scoditti等[60]在研究地中海饮食对癌症和心血管疾病的有益作用时发现，橄榄油和红葡萄酒中的多酚（羟基酪醇、白藜芦醇和槲皮素）可以通过抑制基质金属蛋白酶-9和COX-2的表达来减少EC中炎症性血管的生成，证明了地中海饮食具有抗炎和抗血管生成因子的保护作用。研究发现，没食子酸（gallic acid，GA）可以通过减弱RAGE表达来调节下游炎症信号通路，主要是由于GA在清除AGEs诱导的反应性物种中具有抗氧化作用[61]。4’-甲氧基白藜芦醇可以显著地抑制促炎细胞因子和趋化因子的基因表达，例如IL-1β、IL-6、TNF-α和MCP-1，以及两种典型的促炎酶iNOS和COX-2[4]。木犀草素可以通过降低IL-6、IL-1β、TNF-α和其他炎症介质的表达来降低活化巨噬细胞的炎症反应[62]。AGEs的积累会触发氧化应激，炎症和细胞凋亡反应，从而导致内皮功能障碍。如甘草苷可以减少AGEs诱导的人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）凋亡，下调TGF-β1和RAGE蛋白的表达，减少ROS的产生，说明甘草苷可能是通过RAGE/NF-κB途径减轻AGEs诱导的HUVECs内皮功能障碍[63]。

4 结 语

在糖尿病的最初阶段，高葡萄糖水平会引起氧化应激，并且随着疾病的发展，葡萄糖会与各种生物分子的氨基发生非酶促反应，生成可逆的Shiff碱和Amadori化合物，从而导致AGEs的形成。AGEs可通过多条途径产生有害作用，其中主要通过RAGE/MAPK/NF-κB信号通路导致炎性细胞黏附于内皮，促进其迁移和刺激释放促氧化剂和促炎细胞因子，诱发炎症反应。植物多酚是一类广泛存在于食物中的天然化合物，具有良好的抗氧化作用，越来越多的研究发现植物多酚可作用于MAPK/NF-κB信号通路，减少AGEs诱导的内皮细胞氧化应激和炎症介质的基因表达，从而降低炎症的发生。此外RAGE/TGF-β1和Nrf2等也是AGEs诱导某些炎症反应的靶向信号通路，某些植物多酚-RCS加合物的形成也被证明具有额外的生物活性，可抑制AGEs诱导的氧化应激和炎症反应。因此，还需深入研究植物多酚抑制AGEs诱导的炎症反应的作用机制，为挖掘植物多酚对炎症反应的活性功能，开发植物多酚类抗氧化和抗炎保健食品或药物提供依据。