晚期糖基化终末产物 (AGEs)与衰老*

孙红艳 刘洪臣

随着世界人口老龄化问题的日趋严重，防衰抗老成为人们所关注的问题。非酶糖基化衰老理论是目前已被众多学者公认的衰老理论之一。晚期糖基化终末产物(advanced glycosylation end products,AGEs)是非酶糖基化反应的终产物，它是一种蛋白质，随着年龄的增长，它在血清、组织中的生成和积聚是不可避免的。人体内AGEs的蛋白修饰是老年性疾病的介导因素，可作为测试老化进程的时钟[2]。糖基化会造成的蛋白质的交联损伤，能使正常的蛋白结构转变成老年蛋白的结构，AGEs随着年龄增长在体内积聚增多，会造成人体内血管壁的硬度增加；会通过直接或间接的作用导致骨代谢的失衡，导致骨质疏松；[3]AGEs存在还会使大脑神经中枢的星形胶质细胞发生一系列形态与功能的变化。本文将就上述三方面以及AGEs的形成过程、致衰老机理做如下综述。

1.AGEs的形成过程、结构特点

AGEs的来源分为外源性和内源性两种，外源性主要来自富含碳水化合物和含脂肪多的食物，另有报导吸烟可产生AGEs[4]。内源性主要是体内还原糖的醛基或酮基与蛋白质末端还原性氨基在无酶的条件下，通过亲和加成反应，形成可逆的Schiff碱，这一过程有高度的可逆性，然后再经结构重排形成较稳定但可逆的Amadori类早期产物，这些早期糖化产物再经过缓慢、复杂的脱氢、氧化和重排最终形成不可逆的发黄褐变的生物垃圾、荧光色素等，这些产物总称为AGEs，以上一系列反应又称为美拉德反应[5，6]。生成AGEs有三种途径：(1)两个分子Amadori直接缩合而成。(2)由Amadori产物与Amadori产物衍生物—3-脱氧葡萄糖醛酮(3-DG)反应，形成咪唑基或吡咯基与葡萄糖衍化蛋白交联的AGEs。(3)蛋白质和糖生成Amadori产物，再经过重排和自动氧化生成AGEs。还原性糖除了葡萄糖还包括、戊糖、木糖和核糖，他们交联结构的能力各不相同，其中核糖＞木糖＞葡萄糖。此外，酮胺和酮亚胺可经氧化、水解等反应形成二羰基产物，进一步生成AGEs。

据目前的研究结果表明AGEs的结构和化学性质还不十分清楚，其主要结构成分有羧甲基赖氨酸(CML)、戊糖苷素(Pentosidine)、3-脱氧葡萄糖酮酸、咪唑咙(Imidazolone)、氢化咪唑咙(Hydroimidazolone)、吡咯素(Pyrraline)、吡咯醛、乙二醛、苯妥西定、咪唑酮、交联素(Crossline)等。AGEs具有呈棕黄色、荧光特性、不可逆性、交联性、不易被降解、结构异质性、对酶稳定等特性，到目前为止没有发现能够使AGEs生成逆转的细胞系[7，8]。在机体的不同组织器官中,如血管内皮细胞、神经细胞、胶原、晶状体循环系统以及肾脏、肝脏、肺脏、血管、腹膜等组织纤维中,都有AGEs的存在。目前已知,除外高血糖状态(糖尿病),急性应激反应、自然衰老等均可引起AGEs的合成增加[9]。AGEs的清除主要是通过单核巨噬细胞的吞噬作用经肾脏清除[10]。

2.AGEs的致病机理

AGEs主要通过三种机制对机体造成损害：通过与蛋白质、脂质、核酸等大分子物质直接交联结合破坏其结构和功能；改变对信号转导途径的影响和酶的活性；与细胞表面的AGEs受体相互作用，引发生物学效应。

众多研究表明AGEs的许多功能是通过其与细胞表面的特异性受体结合起作用的[11]，细胞表面的RAGEs与AGEs等配体结合后，可诱导单核细胞的趋化和氧化应激反应，并生成大量的氧自由基，激活信号转导通路,刺激白细胞介素I(IL-I)、胰岛素样生长因子I、肿瘤坏死因子(TNF-a)、血小板来源生长因子(PDGF)、无粒白细胞-巨噬细胞克隆刺激因子的释放和表达，尤其是激活转录因子NF-kB，它的激活可诱导产生多种损伤因子，产生致病效应。从而激活和损害细胞内的蛋白质、核酸，引起复杂的生物学效应，导致细胞的功能和结构的异常，从而影响器官的结构和功能。

现已识别的RAGE包括巨噬细胞清道夫受体I型和Ⅱ型、寡糖转移酶-48、80K-H磷蛋白、galectin-3。RAGE是Neeper等在1992年从人肺内皮细胞中分离出的一种细胞表面蛋白，经过进一步研究表明，RAGE是免疫球蛋白超家族成员，它是一种跨膜蛋白，其在体内分布广泛，并有多个配体。AGEs、两性素/高迁移率族蛋白1(am photerin/highmobility group box1,HMGB1)、S100/钙粒蛋白(calgranulin)、β淀粉样蛋白(amyloid-βprotein,Aβ)是目前较明确的 4种配体。可表达于血管内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞、淋巴样细胞、肾小球系膜细胞、巨噬细胞、神经元细胞以及肿瘤细胞等。

3.AGEs与衰老

3.1 经研究表明AGEs浓度的增高不仅与糖尿病有关[12]，还与衰老、氧化应激密切相关。CML是已知含量最高的AGEs产物形式[13]，Sell等检测八种哺乳动物皮肤戊糖素水平，其生成率与物种的最大寿限呈负相关。因此有学者提出：AGEs,尤其戊糖素可作为衰老的生物学标志。糖基化／美拉德反应衰老学说指出：糖基化会造成的蛋白质的交联损伤，能使正常的蛋白结构转变成老年蛋白的结构，主要发生反应的氨基酸残基有赖氨酸、精氨酸、组氨酸、酪氨酸、色氨酸、丝氨酸以及苏氨等。还会造成结构蛋白的硬化,血管壁硬度的增加，功能酶的损伤,能量供应的减少,代谢功能的降低,并引起免疫功能受损，平衡机能的失调，基因突变等一系列老化过程。其可在冠状粥样斑块、肾皮质、肾小球系膜、肾小球基膜、真皮、心肌等组织中蓄积，影响心血管的功能。由于其形成是一个缓慢的过程，所以主要影响体内半衰期比较长的蛋白，形成后不易降解，所以AGEs随着年龄的增长,它的生成和积聚是不可避免的并导致各个组织器官疾病发生。Monnier等[14]的相关研究显示,随着年龄增大,各种组织中AGEs增多,可引起组织细胞蛋白质结构异常和功能障碍。孙贺英、张岑山等[15]指出中老年人红细胞膜糖基化蛋白质、膜蛋白质荧光物质均明显高于青年人，且易在皮肤组织中蓄积并随增龄而增加。王培昌、赵琪彦等[16]的研究表明血清AGEs水平可作为北京地区30岁以上健康人群的年龄指征。李琳娜等的研究表明，随着人体内AGEs浓度的增高，AGEs抑制人肾小管上皮细胞的增殖使其凋亡的能力增强。RAGE基因在老年人和糖尿病患者体内的表达增加，[17]眼球蛋白、血浆、红细胞、动脉和肾脏中均发现AGEs随着年龄增长而增加,免疫化学方法和化学方法均表明组织蛋白中的AGEs随年龄增长而增加，越来越多的研究证实,AGEs与白内障的形成、动脉粥样硬化、早老性痴呆(阿尔茨海默病)、淀粉样变性、肾病、神经病变和视网膜病变等有关。

3.2 随着年龄的增长，人的心血管系统的弹性不断下降，血管的硬化程度增加。AGEs能直接修饰脂蛋白，导致其在血循环中清除延迟；AGEs能作用于细胞外基质，改变基质蛋白的结构和性质，血小板聚集，并造成血管的松弛，损害血管的完整结构和功能；AGEs与血管内皮细胞的受体结合，可引起组织因子、血栓调节素、血管细胞粘附因子的改变，并促使内皮细胞释放一氧化碳的含量减少，从而使血管基底膜的结构和功能发生改变，造成血管的通透性增加，引起血管通透性增加、血管基底膜增厚和细胞外基质积聚等。其还可通过促进NO降解干扰血管信号通路，可以损害细胞内蛋白功能，可以改变细胞外基质的属性血管壁上沉积大量的蛋白，使血管基底膜增厚变硬，造成动脉硬化，动脉硬化能增加心脏的收缩压，降低心脏的舒张压，增加脉压差。Vlassara等[8]指出动脉粥样硬化的发生、发展跟体内AGEs的慢性蓄积有着密切的关系。有研究表明AGEs可逐渐堆积刺激血管外膜成纤维细胞，使其产生氧化应激反应，从而诱发血管外膜炎性反应，加速动脉粥样硬化的形成[18]。AGEs能激活NF-kB,改变损伤因子的表达，对血管内皮细胞造成损伤，造成血管不同程度的狭窄，Kaji认为内皮细胞中AGEs的浓度与年龄相关,随着年龄增加,AGEs可在内皮细胞中不断积聚,且不易降解，从而引起内皮细胞的凋亡增加，使其数量减少。陈剑飞等指出[19]AGEs可增加骨髓内皮祖细胞内活性氧的生成，破坏细胞内环境的稳定性，增加细胞内的氧化应激反应，最终导致细胞的功能受损和凋亡。

3.3 AGEs随着年龄增长在体内积聚增多，还可通过直接或间接的作用造成骨代谢的失衡，导致骨质疏松[19]。骨质疏松是一种常见的老年性疾病，它是以单位体积内骨组织量减少，骨强度下降、骨的微观结构退化，骨折危险性增加为特点的骨病变。骨胶原是长寿型蛋白，故AGEs极易在骨胶原上形成并积累。大量的AGEs能改变骨蛋白的结构，并能增强破骨细胞的活性，AGEs与其受体结合后，抑制成骨细胞分化，引发氧化应激反应，调节产生多种炎症因子并增加黏附分子的表达，AGEs修饰的蛋白可刺激单核细胞、巨噬细胞分泌L-1α、L-6、TNF-α,改变骨胶原蛋白的功能结构，造成骨韧性下降，打乱破骨细胞和成骨细胞的平衡，使成骨细胞的成骨作用减弱，导致骨吸收超过骨形成，减缓骨的再造，从而导致骨质疏松的发生[20]。

3.4 AGEs存在于锥体神经元和神经胶质细胞中，随着年龄的增长，糖化β－淀粉样蛋白与AGEs受体相互作用，并激活小胶质细胞、星形胶质细胞。星形胶质细胞是大脑神经中枢的主要细胞，随着年龄的增长会发生一系列形态与功能的变化。糖基化Aβ与RAGE的相互作用可激活和诱导小胶质细胞向Aβ沉积部位移动，这种激活的反应性小胶质细胞具有细胞毒性并可产生细胞因子，导致一氧化碳合成酶和前炎症细胞因子的分泌，损伤神经元，并从而促进像帕金森痴呆、阿尔茨海默氏症等各种老年性疾病的发生和发展。

随着衰老研究的深入，非酶糖基化衰老理论已经得到广大学者的认可，我国老年人口已超过10%，老年人的口腔状况得到广泛的关注[20]。其与口腔组织、器官和唾液中的含量变化及其关系还有待于进一步研究。

4.小结

随着人们对AGEs的进一步认识，以及衰老机制学说的不断完善和发展，AGEs与衰老的关系将得到更深入的研究和探讨。AGEs作为衰老的标志之一及其有关衰老性疾病的治病因素，可以提示人们在防衰、抗老中采取相关必要的措施，采用低血糖生成指数膳食，并在抗衰老药物的筛选中具有重要的意义。

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