非酶糖基化终产物与内皮细胞损伤关系机制的研究进展(1)
关键词：非酶糖基化终产物 内皮细胞 损伤机制
中图分类号：R587.1 文献标识码：B 文章编号：1672-5085(2008)1-0097-03
随着人们生活水平的提高以及生活方式的改变，糖尿病的发病率呈逐年上升趋势，发病年龄也越来越年轻化，对人类的健康造成了严重的威胁。根据世界卫生组织的统计，1998年全世界糖尿病人数为1.35亿，2000年达到1.6亿，2004年达2-4亿。预计到2030年将达到3.7亿。而血管病变是糖尿病最常见的并发症，也是糖尿病致残，致死的重要原因，多种因素参与了这一病理过程，而血管内皮细胞损伤在其中扮演了至关重要的角色。高糖血症，胰岛抵抗，非酶糖基化的过度发生，慢性炎症等均可引起内皮细胞损伤。近年来，人们在研究中发现，慢性高血糖引起机体蛋白质非酶糖基化所形成的非酶糖基化终产物(advanced glycation end-products，AGEs)大量堆积是导致糖尿病内皮细胞损伤的重要原因。本文就AGEs与内皮细胞损伤关系机制做简单综述。
, 百拇医药
1 AGEs的形成
非酶糖基化是糖的醛酮或酮基与蛋白质分子中的赖氨酸或羟赖氨酸的ε-氨基在无酶的条件下结合形成糖基化蛋白质的反应。由法国化学家Maillard在1912年首次发现，故又称为Maillard反应。非酶糖基化反应一般分为三个阶段：早期：Maillard反应，即葡萄糖分子与ε-氨基形成不稳定的糖化产物—Schiff碱；中期：Maillard反应，Schiff碱形成后，经过化学的重组，形成一种比较稳定的糖-蛋白产物，即Amadori产物；晚期：深化的Maillard反应，即Amadori产物大部分经过脱水和分子重排，形成稳定的AGEs，这个步骤通过两种途径：①直接由两个分子Amadori产物缩合；②由一分子Amadori产物与一分子Amadori产物衍生物——3-脱氧葡萄糖醛酮(3-DG)反应，最终形成由咪唑基或吡咯基与葡萄糖衍化蛋白交联的AGEs[2]。其中，Schiff碱和Amadori产物的形成过程都是可逆的，而AGEs的性质稳定，到目前为止尚未发现能够使AGEs生成逆转的细胞系。
, 百拇医药
细胞内生成AGEs的基本条件是高浓度葡萄糖的存在。任何原因引起的细胞外葡萄糖浓度的升高，都可使暴露在高糖环境中的蛋白质与葡萄糖发生非酶糖基化反应，生成AGEs。这种作用与还原糖的浓度呈正比。
2 AGEs对内皮细胞的损伤
现已证明[8]，在机体的不同组织中，如胶原、晶状体循环系统以及肾脏中，都有AGEs存在，体内的各种蛋白如血红蛋白，髓磷脂蛋白，ß2-微球蛋白等都可发生非酶糖基化反应，生成AGEs，导致复杂的功能变化。AGEs对内皮细胞的直接作用主要是通过修饰细胞外基质，使其功能异常，而AGEs通过与受体结合发生反应是造成内皮细胞的损伤主要方面。
糖尿病血管并发症的一个标志性事件就是血管通透性的增高，而血管通透性增高主要通过跨细胞途径，即内皮细胞间连接松散，细胞收缩，使液体和大分子物质流出。有实验证明[12-13]，AGEs以剂量和时间依赖的方式引起内皮细胞骨架蛋白--肌动蛋白聚合丝状(F-actin)发生重组和再分布，细胞周边的肌动蛋白(actin)环断裂，细胞中央出现大量平行束状应力纤维。中心张力增加，使收缩力超过黏附力，细胞收缩，细胞间间隙增大，形成细胞旁通路，而抗RAGE抗体可阻断AGEs的这种作用，使应力纤维明显减少，细胞周围骨架清晰，且抗RAGE抗体本身对F-catin无影响。这就证明，AGEs可通过与内皮细胞表面的RAGE结合，影响actin的形态与结构，使内皮细胞的形态和收缩性发生改变，细胞间间隙增大，导致血管内皮通透性增高。而这一作用的具体信号转导机制目前尚无定论，但都倾向于认同AGEs与RAGE结合所诱导的氧化应激在其中发挥了信号起始、传递的重要作用[14～16]。研究显示，NADPH氧化酶的活化在AGEs与RAGE结合所诱导的氧化应激中起了重要的作用，而用NADPH氧化酶抑制剂可以剂量依赖的阻断AGEs的作用，证实了氧化应激参与了F-actin的重组与再分布。氧化还原失衡状态又可引发对氧自由基敏感的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路[17-18]、核因子(nuclear factor-κB ，NF-κB)[19]的活化。MAPK可被生长因子、细胞因子等激活，其中p38是控制炎症反应的最主要的MAPK家族成员之一，对氧化应激非常敏感[20]。有实验证明[17]，活化的p38作用于底物MAPKAP-K2/K3，后者使热休克蛋白-27(HSP-27)磷酸化。HSP-27是肌动蛋白结合蛋白，可抑制F-actin的聚合，磷酸化的HSP-27失去了抑制作用，致使F-actin聚合形成应力纤维，细胞收缩，细胞间间隙增加，屏障功能降低。除了F-actin的重组与再分布可以引起内皮细胞间间隙增大以外，内皮细胞紧密连接的解离也可引起。内皮细胞紧密连接主要由整合膜蛋白、膜周边蛋白以及胞内的核蛋白组成。其中，带状闭合蛋白(zona occludens，ZO)是最重要的膜周边蛋白，主要作用为连接跨膜蛋白与肌动蛋白细胞骨架，其功能和结构的改变可引起紧密连接解离，细胞间间隙增大，从而同样导致血管通透性增高。有研究显示[21]，AGEs也呈时间和剂量性引起内皮细胞紧密连接蛋白ZO-1结构形态的改变，发现p38通路抑制剂SB203580可明显阻断AGEs的作用，证明p38MAPK通路也参与介导了AGEs对紧密连接蛋白ZO-1形态和分布的影响。同时，用显性失活的p38MAPK上游激酶MEK6b的重组腺病毒MEK6b(A)转染细胞，抑制p38通路的激活，AGEs对内皮细胞紧密连接蛋白ZO-1的作用被明显减弱，进一步证明p38MAPK通路在AGEs诱导内皮细胞紧密连接形态改变从而导致血管通透性升高中发挥了重要的作用。
, 百拇医药
除了氧化应激外，AGEs与内皮细胞上的RAGE作用，还可以通过另一途径活化NF-κB，即诱导核因子κB抑制蛋白(IκBα)的降解使其丧失对NF-κB的抑制作用，使NF-κB活化转至细胞核内，调控内皮细胞的一系列基因表达，如促凝血的组织因子表达增加，抗凝血因子-血栓调节素的表达减少，并有血管收缩肽-内皮素的表达增加，从而导致凝血功能和收缩功能的改变。
3 研究展望
综上所述，AGEs对内皮细胞造成损伤的机制复杂，其在糖尿病血管病变中的重要性也越来越受到广大研究者的重视。对其进一步深入的研究不仅有助于我们了解糖尿病血管病变的发生机制，更可以在预防和治疗糖尿病血管病变方面提供有力的理论基础。
参考文献
[1] Chang JCF，et al.Detection of an advanced glycosylation product bound to protein in situ.J Biol Chem.1985，260：797.
[2] Reddy S，Bachler J，Wells-Knecht KJ et al. N-(Carboxymethyl) lysine is a Domina-nt Advanced Glycation End Product(AGE) Antigen in Tissure Proteins.Biochemistry，1995；34：10872-8., 百拇医药(苗 杨 叶学锋)
中图分类号：R587.1 文献标识码：B 文章编号：1672-5085(2008)1-0097-03
随着人们生活水平的提高以及生活方式的改变，糖尿病的发病率呈逐年上升趋势，发病年龄也越来越年轻化，对人类的健康造成了严重的威胁。根据世界卫生组织的统计，1998年全世界糖尿病人数为1.35亿，2000年达到1.6亿，2004年达2-4亿。预计到2030年将达到3.7亿。而血管病变是糖尿病最常见的并发症，也是糖尿病致残，致死的重要原因，多种因素参与了这一病理过程，而血管内皮细胞损伤在其中扮演了至关重要的角色。高糖血症，胰岛抵抗，非酶糖基化的过度发生，慢性炎症等均可引起内皮细胞损伤。近年来，人们在研究中发现，慢性高血糖引起机体蛋白质非酶糖基化所形成的非酶糖基化终产物(advanced glycation end-products，AGEs)大量堆积是导致糖尿病内皮细胞损伤的重要原因。本文就AGEs与内皮细胞损伤关系机制做简单综述。
, 百拇医药
1 AGEs的形成
非酶糖基化是糖的醛酮或酮基与蛋白质分子中的赖氨酸或羟赖氨酸的ε-氨基在无酶的条件下结合形成糖基化蛋白质的反应。由法国化学家Maillard在1912年首次发现，故又称为Maillard反应。非酶糖基化反应一般分为三个阶段：早期：Maillard反应，即葡萄糖分子与ε-氨基形成不稳定的糖化产物—Schiff碱；中期：Maillard反应，Schiff碱形成后，经过化学的重组，形成一种比较稳定的糖-蛋白产物，即Amadori产物；晚期：深化的Maillard反应，即Amadori产物大部分经过脱水和分子重排，形成稳定的AGEs，这个步骤通过两种途径：①直接由两个分子Amadori产物缩合；②由一分子Amadori产物与一分子Amadori产物衍生物——3-脱氧葡萄糖醛酮(3-DG)反应，最终形成由咪唑基或吡咯基与葡萄糖衍化蛋白交联的AGEs[2]。其中，Schiff碱和Amadori产物的形成过程都是可逆的，而AGEs的性质稳定，到目前为止尚未发现能够使AGEs生成逆转的细胞系。
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细胞内生成AGEs的基本条件是高浓度葡萄糖的存在。任何原因引起的细胞外葡萄糖浓度的升高，都可使暴露在高糖环境中的蛋白质与葡萄糖发生非酶糖基化反应，生成AGEs。这种作用与还原糖的浓度呈正比。
2 AGEs对内皮细胞的损伤
现已证明[8]，在机体的不同组织中，如胶原、晶状体循环系统以及肾脏中，都有AGEs存在，体内的各种蛋白如血红蛋白，髓磷脂蛋白，ß2-微球蛋白等都可发生非酶糖基化反应，生成AGEs，导致复杂的功能变化。AGEs对内皮细胞的直接作用主要是通过修饰细胞外基质，使其功能异常，而AGEs通过与受体结合发生反应是造成内皮细胞的损伤主要方面。
糖尿病血管并发症的一个标志性事件就是血管通透性的增高，而血管通透性增高主要通过跨细胞途径，即内皮细胞间连接松散，细胞收缩，使液体和大分子物质流出。有实验证明[12-13]，AGEs以剂量和时间依赖的方式引起内皮细胞骨架蛋白--肌动蛋白聚合丝状(F-actin)发生重组和再分布，细胞周边的肌动蛋白(actin)环断裂，细胞中央出现大量平行束状应力纤维。中心张力增加，使收缩力超过黏附力，细胞收缩，细胞间间隙增大，形成细胞旁通路，而抗RAGE抗体可阻断AGEs的这种作用，使应力纤维明显减少，细胞周围骨架清晰，且抗RAGE抗体本身对F-catin无影响。这就证明，AGEs可通过与内皮细胞表面的RAGE结合，影响actin的形态与结构，使内皮细胞的形态和收缩性发生改变，细胞间间隙增大，导致血管内皮通透性增高。而这一作用的具体信号转导机制目前尚无定论，但都倾向于认同AGEs与RAGE结合所诱导的氧化应激在其中发挥了信号起始、传递的重要作用[14～16]。研究显示，NADPH氧化酶的活化在AGEs与RAGE结合所诱导的氧化应激中起了重要的作用，而用NADPH氧化酶抑制剂可以剂量依赖的阻断AGEs的作用，证实了氧化应激参与了F-actin的重组与再分布。氧化还原失衡状态又可引发对氧自由基敏感的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路[17-18]、核因子(nuclear factor-κB ，NF-κB)[19]的活化。MAPK可被生长因子、细胞因子等激活，其中p38是控制炎症反应的最主要的MAPK家族成员之一，对氧化应激非常敏感[20]。有实验证明[17]，活化的p38作用于底物MAPKAP-K2/K3，后者使热休克蛋白-27(HSP-27)磷酸化。HSP-27是肌动蛋白结合蛋白，可抑制F-actin的聚合，磷酸化的HSP-27失去了抑制作用，致使F-actin聚合形成应力纤维，细胞收缩，细胞间间隙增加，屏障功能降低。除了F-actin的重组与再分布可以引起内皮细胞间间隙增大以外，内皮细胞紧密连接的解离也可引起。内皮细胞紧密连接主要由整合膜蛋白、膜周边蛋白以及胞内的核蛋白组成。其中，带状闭合蛋白(zona occludens，ZO)是最重要的膜周边蛋白，主要作用为连接跨膜蛋白与肌动蛋白细胞骨架，其功能和结构的改变可引起紧密连接解离，细胞间间隙增大，从而同样导致血管通透性增高。有研究显示[21]，AGEs也呈时间和剂量性引起内皮细胞紧密连接蛋白ZO-1结构形态的改变，发现p38通路抑制剂SB203580可明显阻断AGEs的作用，证明p38MAPK通路也参与介导了AGEs对紧密连接蛋白ZO-1形态和分布的影响。同时，用显性失活的p38MAPK上游激酶MEK6b的重组腺病毒MEK6b(A)转染细胞，抑制p38通路的激活，AGEs对内皮细胞紧密连接蛋白ZO-1的作用被明显减弱，进一步证明p38MAPK通路在AGEs诱导内皮细胞紧密连接形态改变从而导致血管通透性升高中发挥了重要的作用。
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除了氧化应激外，AGEs与内皮细胞上的RAGE作用，还可以通过另一途径活化NF-κB，即诱导核因子κB抑制蛋白(IκBα)的降解使其丧失对NF-κB的抑制作用，使NF-κB活化转至细胞核内，调控内皮细胞的一系列基因表达，如促凝血的组织因子表达增加，抗凝血因子-血栓调节素的表达减少，并有血管收缩肽-内皮素的表达增加，从而导致凝血功能和收缩功能的改变。
3 研究展望
综上所述，AGEs对内皮细胞造成损伤的机制复杂，其在糖尿病血管病变中的重要性也越来越受到广大研究者的重视。对其进一步深入的研究不仅有助于我们了解糖尿病血管病变的发生机制，更可以在预防和治疗糖尿病血管病变方面提供有力的理论基础。
参考文献
[1] Chang JCF，et al.Detection of an advanced glycosylation product bound to protein in situ.J Biol Chem.1985，260：797.
[2] Reddy S，Bachler J，Wells-Knecht KJ et al. N-(Carboxymethyl) lysine is a Domina-nt Advanced Glycation End Product(AGE) Antigen in Tissure Proteins.Biochemistry，1995；34：10872-8., 百拇医药(苗 杨 叶学锋)