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编号:10238341
葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏时红细胞膜的非酶糖基化改变
http://www.100md.com 《中华血液学杂志》 2000年第10期
     作者:程正江 田兴亚 李家林 余果宇 许冰莹

    单位:650031 昆明医学院生化教研室

    关键词:

    中华血液学杂志001009 我国南方地区及云南省属葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)缺乏症高发区。红细胞G6PD缺乏时,磷酸戊糖分解途径减弱,生成还原性辅酶Ⅱ(NADPH)量不足,使红细胞抗氧化能力下降,膜脂质、蛋白、膜酶易受氧化性攻击,使其结构发生改变、功能出现异常,红细胞易破裂溶血。我们已对G6PD缺乏时膜结构[1-3]及膜功能[4,5]改变作了研究,现对G6PD缺乏时受氧化攻击的红细胞膜非酶糖基化(糖化)改变及其可能成因作初步探讨,以进一步揭示G6PD缺乏时发生溶血的机制。

    病例和方法

    1 病例 选取经NBT纸片法筛查为G6PD缺陷可疑或临床有溶血表现而怀疑蚕豆病,用 NADP+还原-紫外分光光度法测定为G6PD活性降低,再经聚合酶链反应-单链构象多态性(PCR-SSCP)测序分析或突变特异性扩增系统(ARMS)证实为G6PD基因突变者17例为实验组,15名正常人作为对照组。实验组和对照组均无内分泌疾病史。
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    2 主要仪器与试剂 主要仪器:日立SRC 20BA型高速冷冻离心机,日立MPF-4型荧光分光光度计,糖化血红蛋白(HbA1C)微层析柱(Biorad公司产品),贝克曼DU-7型紫外可见分光光度计。试剂:间氨基苯硼酸琼脂糖和N-2-羟乙基哌嗪-N′-3-丙烷磺酸(EPPS)购自Sigma公司,血糖测定试剂盒购自长征公司,其它试剂均为国产分析纯。

    3 方法

    3.1 血糖水平测定采用葡萄糖氧化酶法。

    3.2 HbA1C的测定:取静脉血制备溶血液,通过离子交换微柱层析测定HbA1C的含量。

    3.3 红细胞膜的提取:取静脉血5ml,肝素抗凝,5P7.4(5mmol/L PBS,pH 7.4)低渗溶血,12000×g离心20min,弃上清,并在相同条件下用5P7.4洗涤沉淀3次得白色红细胞膜,用5P7.4稀释成0.5~2.0 mg蛋白/ml,-20℃保存备用。
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    3.4 红细胞膜荧光物质的测定:0.5ml红细胞膜中加入5ml乙醇/乙醚(3∶1),强烈振荡20 min,4000r/min离心10min,将上清液(脂相)倒入另一试管中备用;沉淀用34.7μmol/L的SDS溶解,离心取上清(蛋白相)备用。以激发光370nm发射光440nm检测脂相和蛋白相非酶糖基化终末产物(AGES)的相对荧光值,以激发光335nm发射光385nm测蛋白相戊糖苷的相对荧光值[6]

    3.5 红细胞膜蛋白糖化水平的测定:取上述蛋白相上清液过间氨基苯硼酸亲和层析柱,用0.025 mmol/L HCl洗脱非糖化蛋白部分,Lowry's法定量蛋白,以下式计算红细胞膜蛋白的非酶糖基化率。

    层析柱的再生:先用含山梨醇的EPPS缓冲液洗脱糖化蛋白部分,再相继以0.02mol/L NaOH,0.05 mol/L醋酸处理层析柱。
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    结果

    1 G6PD缺乏组血糖水平为(4.8±0.5)mmol/L,对照组血糖水平为(4.9±0.8)mmol/L,两组比较,差异无显著性(P>0.05);G6PD缺乏组HbA1C为(6.5±2.4)%,高于正常对照组的(5.3±1.6)%(P<0.05)。

    2 膜荧光测定结果 表1显示,G6PD缺乏组膜相对荧光值明显高于正常对照组(P<0.01)。

    3 膜蛋白非酶糖基化水平测定结果 表1显示,G6PD缺乏组膜蛋白的非酶糖基化度明显高于正常对照组(P<0.01)。

    讨论

    葡萄糖的直链基团或其它糖类分子的醛基可与蛋白质或脂质分子中的游离氨基发生Maillard反应,形成含Shiff’s碱的中间产物,经过一系列缓慢发生的Amadori 结构重排,形成具有酮胺结构特征的Amadori 产物,再经脱水和分子重排后最终形成有荧光特性的AGES。戊糖苷是AGES中的一种,被作为蛋白质与己糖交联反应的一个指标[7]。间氨基苯硼酸亲和层析的原理是基于它能与糖化蛋白分子葡萄糖基上的顺式二羟基反应,形成可逆的环状化合物,山梨醇能解离环状化合物,用于糖化蛋白的洗脱。检测不受体系中有可能存在的葡萄糖的影响,能客观反映红细胞膜上非酶糖基化蛋白质占整个膜蛋白的比值,但值得注意的是体系中的去垢剂(如SDS、Triton-X 100)、EPPS、Tris、山梨醇等干扰微量蛋白的定量,Tris还阻碍糖化蛋白与硼酸的亲和,故必须选择适当的实验方法和条件,否则会得出错误的结果。实验中,我们不用传统的Tris-HCl而改用低渗磷酸盐缓冲液制备红细胞膜,用Lowry's法对低浓度SDS存在下的膜蛋白定量,然后以差量法计算非酶糖基化率,取得满意效果。
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    表1 G6PD缺乏患者红细胞膜荧光物质(荧光值/mg蛋白)

    和蛋白糖化率(%)的测定(±s) 组别

    例数

    膜蛋白糖化率

    脂相荧光

    AGES

    蛋白相荧光

    戊糖苷

    AGES

    G6PD缺乏组

    17
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    82.0±6.5

    42.1±6.3

    33.7±11.5

    23.6±13.1

    正常对照组

    15

    69.4±5.8

    14.6±5.7

    6.8±3.7

    3.9±1.8

    P值

    <0.01
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    <0.01

    <0.01

    <0.01

    临床上用HbA1C或糖化血浆蛋白来评价糖尿病病情转归的依据是体内非酶糖基化蛋白质浓度与微环境中还原糖的浓度成正比。我们的实验结果显示血糖水平正常的G6PD缺乏红细胞HbA1C含量升高,同时膜蛋白非酶糖基化率和荧光物质含量都明显高于正常红细胞,表明G6PD缺乏作为一个独立因素,也能促进红细胞非酶糖基化。有人认为这种改变与氧化作用有关[8,9],理由是G6PD或GSH缺乏红细胞非酶糖基化加快、加深,补充GSH不仅能阻止非酶糖基化,而且能使初级糖化产物发生逆转。Jain等[8]认为非酶糖基化反应中关键的一步是烯醇式或酮式糖氧化变构成二羰基糖才能与蛋白质上的游离氨基发生亲核加成形成Shiff’s碱,GSH可阻止二羰基糖的形成而起抗非酶糖基化作用。我们认为体内的非酶糖基化受葡萄糖存在形式和红细胞非酶糖基化易感状态等因素制约,前者指红细胞中二羰基糖的含量,取决于氧自由基和葡萄糖的浓度;后者指氨基暴露和ATP生成减少等,取决于红细胞受氧化破坏的程度。二者的根本在于破坏了红细胞的抗氧化体系。我们知道,体内的红细胞无时不处在自由基的包围之中,正常红细胞对自由基的有效清除依赖于两套抗氧化体系,一套为抗氧化酶,主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-px)、谷胱甘肽还原酶(GSH-R)、谷胱甘肽转硫酶等,它们能清除O-2*、H2O2、LOOH等自由基;另一套为包括VitE、VitC、VitA、辅酶Q、巯基化合物(谷胱甘肽和半胱氨酸)等在内的非酶体系,它们靠NADPH维持和再生,能直接中和自由基并还原细胞内受氧化的物质。G6PD缺乏红细胞产生的NADPH不足以维持红细胞抗氧化体系的平衡,结果自由基堆积,一方面将葡萄糖氧化为二羰基糖,一方面氧化损伤红细胞,引起结构和功能改变[1-5]。这里应指出的是,G6PD缺乏红细胞抗氧化酶的活性虽然不一定降低[10],甚至会代偿性升高(待发表资料),但因NADPH量的限制,GSH仍然减少。氧化致红细胞蛋白质结构改变可使蛋白中隐蔽的氨基充分暴露,为Maillard反应提供游离氨基;氧化还致红细胞生成ATP能力低下,功能蛋白(如Ca2+-ATP酶)上的ATP结合位点被葡萄糖分子竞争占据,进而发生非酶糖基化[11];氧化如果累及红细胞葡萄糖载体,会使其活性降低而不能将进入红细胞内的高浓度葡萄糖(如餐后)有效转出,高浓度的葡萄糖经自由基氧化为二羰基糖后很容易与本已对非酶糖基化敏感的红细胞发生Maillard反应。体内非酶糖基化反应是一个缓慢的过程,氧化加速这一过程并使之不可逆,红细胞膜不能在其生命周期中更新,不断积聚的非酶糖基化产物最终形成AGES。正常红细胞的老化过程伴随着氧化程度的加深[12],非酶糖基化产物不断积累而呈增龄变化。另据文献资料,非酶糖基化还通过增加自由基产量和改变蛋白构象等途径加快、加深红细胞的氧化损伤[13]
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    G6PD缺乏的红细胞因NADPH生成不足,致抗氧化体系破坏,发生氧化和糖化改变,功能紊乱,稳定性降低并产生自身抗体。损伤的红细胞可在渗透压力、血流冲击力和毛细血管的挤压力作用下破裂,可在蛋白水解酶作用下溶解,也可被免疫系统作为异己清除。非酶糖基化对溶血的作用可能主要在于AGES,AGES对机体是一种异物,能刺激机体产生抗体,后者介导单核-巨噬系统对红细胞的清除。这种作用发生在网状内皮系统,不造成大规模的红细胞破坏,故为G6PD缺乏患者在无诱因情况下发生慢性溶血的一个重要原因。

    此研究提示可通过检测红细胞非酶糖基化水平来筛查G6PD缺乏患者,同时也给抗氧化药物预防溶血的发生提供理论依据,因此,对G6PD缺乏症的诊治有一定参考价值。 参 考 文 献

    1,陈颖,田兴亚. 遗传性葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症红细胞膜磷脂的改变. 中华血液学杂志,1997,18:197-199.

    2,邹成刚, 田兴亚,阎惠珍. G6PD缺乏红细胞膜磷脂含量及其不对称性改变的研究. 中华血液学杂志,1998,19:192-194.
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    3,陈颖,田兴亚. G6PD缺乏红细胞膜脂肪酸组成的改变. 昆明医学院学报,1998,19:5-7.

    4,蒋玮莹, 田兴亚, 周秀珍. G6PD缺乏患者红细胞膜ATP酶活性研究 . 中国病理生理杂志,1991,7:453-456.

    5,邹成刚, 田兴亚,张春,等. G6PD缺乏红细胞膜功能改变的研究. 中华血液学杂志,1998,19:203-204.

    6,Miksik I, Deyl Z. Post-translational non-enzymatic modification of proteins Ⅱ. Separation of selected protein species after glycation and other carbonyl-mediated modifications. J Chromatogr (B), 1997, 699:311-345.
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    7,李根林. Maillard 反应与白内障. 国外医学眼科学分册, 1993,17:284-287.

    8,Jain SK. Glutathione and glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency can increase protein glycosylation. Free Radic Biol Med, 1998, 24: 197-201.

    9,Ortwerth BJ. Glutathione inhibits the glycation and cross-linking of lens proteins by ascorbic acid. Exp Eye Res, 1988,47:735-750.

    10, 陈福雄,张瑶苹,吴梓梁,等. 还原性辅酶Ⅱ在葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏新生儿黄疸中的作用. 中华医学杂志,1997,77:278-281.
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    11,Francisco L, Flecha G, Monica C, et al. Decreased Ca2+-ATPase activity after glycosylation of erythrocyte membranes in vivo and in vitro. Diabetes, 1990, 39: 707-711.

    12,潘华珍,冯立明,许彩民. 红细胞老化过程中膜脂、膜蛋白的变化. 见:杨福愉,黄芬,主编. 膜脂-膜蛋白相互作用及其在医学和农业上的应用. 济南:山东科技出版社,1996.221-238.

    13,赫荣乔. 糖基化3-磷酸甘油醛脱氢酶的含糖量及其构象变化. 生物物理学报, 1994,10:361-365.

    (收稿日期:1999-10-18), 百拇医药