RAGE及其基因多态性与2型糖尿病微血管病变相关关系的研究进展*
2014-08-15顾喆瑶综述勇审校
顾喆瑶综述 姚 勇审校
微血管病变是2型糖尿病(Type 2Diabetes Mellitus,T2DM)的主要并发症,其发病机制和治疗方案是医学研究的难点和热点。大量科学实验证实,长期高血糖状态可激活晚期糖基化终产物(Advanced Glycation End Products,AGEs)及其受体(Receptor for Advanced Glycation End Products,RAGE),启动AGEs-RAGE信号传导通路,最终导致全身微血管不可逆损害及相关脏器功能的丧失。目前研究已初步证实RAGE基因序列的变异可改变AGEs-RAGE的相互作用而影响T2DM微血管并发症的发生[1];调控RAGE对T2DM微血管并发症的防治有重要作用[2]。但RAGE在T2DM微血管并发症发病过程中的具体机制仍在进一步研究中。本文对RAGE及其基因多态性与T2DM微血管并发症的相关性研究作如下综述。
1 RAGE概述
1.1 分子结构
RAGE最初是由Neeper从牛肺组织中提取、分离出来,并被证实能特异性结合AGEs的蛋白质。人RAGE基因位于染色体6p21,3,含有11个外显子、10个内含子以及一个长约1.7kb的5’侧域,最初的翻译产物含有383个氨基酸残基。RAGE基因启动子区位于5’侧域内,含有两个能直接影响RAGE表达的核因子κappa-B(Nuclear Factor–κB,NF-κB)样结合位点,两结合位点同时突变可大大降低RAGE的表达。全长的RAGE由3个部分组成:胞外段,跨膜段以及胞内段。其中,胞外段由1个V型区和2个C型区(配体结合部位和两个免疫球蛋白样结构)构成,并与ɑ-双螺旋结构的跨膜段以及短小胞内段相衔接;胞内段含有大量电荷,为胞内RAGE相关信号转导所必须。
1.2 生物学活性
RAGE是细胞膜表面免疫球蛋白超家族跨膜受体成员之一[3],被认为是主要的内在免疫应答成分。正常生理状态下,RAGE在一些组织和细胞,如肝脏、肾脏、心脏以及神经细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、炎症细胞等呈低水平表达。但一些特定环境下,如高血糖、氧化应激等可引起RAGE表达明显增强[4]。RAGE可与多个配体相关联,包括S100蛋白家 族 (如 S100B、S100P、S100A4、S100A6、S100A8/9、S100A11、S100A13)、高 迁 移 率 族 蛋 白 l(High Mobility Group Box Protein 1,HMGBl)和朊病毒蛋白分子[5]。RAGE通过结合不同配体,激活相对应的信号转导途径而发挥不同生物学效应。如RAGE通过丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinase,MAPK)/磷 脂 酰 肌 醇 激 酶-3(Phosphoinositide 3-Kinase,PIK3)/蛋白激酶 B(Protein Kinase B,PKB/AKT)途径,明显上调多种细胞中结缔组织生长因子(Connective Tissue Growth Factor,CTGF)表达,是导致阿尔茨海默病(Alzheimer’s Diaease,AD)发生的关键作用因子[6];RAGE还可以通过一些胞外信号传导因子及核因子途径,促进T2DM微血管并发症的发生发展[7]。有研究者通过电泳分析提取3种RAGE基因转录引物(AGEs、肿瘤坏死因子-ɑ和17β-雌二醇)时发现,RAGE与AGEs及肿瘤坏死因子-ɑ的结合均与NF-κB有关;T2DM患者体内的RAGE与NF-κB结合后,一方面启动AGEs-RAGE途径,激活RAGE免疫源性而导致血管损伤,同时也刺激肿瘤坏死因子-ɑ大量分泌,促使微血管扩张,通透性增强,最终导致T2DM微血管病变的加速发展[8]。
2 RAGE蛋白水平与T2DM微血管并发症
T2DM微血管病变常常发生在某些重要的器官,如肾脏、眼、心脏等。有研究表明,T2DM肾病与RAGE的形成和堆积有着密切联系[9]。AGEs-RAGE系统可刺激T2DM大鼠足细胞大量分泌血管-细胞黏附分子-1(Vascular Cell Adhesion Molecule-1,VCAM-1),引起巨噬细胞聚集,最终导致肾小球毛细血管急剧损伤,甚至肾功能急性衰竭[10]。曾信幸等[11]通过对人肾小球系膜细胞进行体外培养证实,AGEs-RAGE可诱导超氧阴离子生成及下调二氢叶酸还原酶(Dihydroflate Reductase,DHFR)表达,加重了T2DM肾病的氧化应激反应;而 Wendt等[12]将可溶性RAGE(Soluble Form of RAGE,sRAGE)以50μg/天剂量注射到13 周龄的T2DM小鼠腹腔内,观察至27周,与对照组比较后,发现注射组尿蛋白减少,足细胞内的血管内皮生长因子(Vascular Endothelial Growth Factor,VEGF)表达显著下降,肾小球系膜细胞水肿及肾小球基底膜增殖程度也有所减轻。T2DM视网膜病变时,视网膜微血管内皮细胞内RAGE的大量集聚,促进了白细胞活化、黏附和浸润,可增加视网膜毛细血管通透性,导致视网膜的血-视网膜屏障损害[13];而 Kaji等[14]研究发现,将sRAGE注射到含有RAGE的小鼠腹腔后,发现视网膜毛细血管内皮细胞内的白细胞黏附降低,血-视网膜屏障损伤减轻。体外培养神经细胞实验发现,AGEs-RAGE信号传导途径可通过提高细胞内氧化应激水平 ,促进氧自由基生成,活化半胱天冬酶-3(Caspas-3),诱导神经细胞程序性死亡[15];对雪旺细胞体外培养研究也显示,RAGE能抑制雪旺细胞的增殖、迁移能力并诱导其凋亡,可能是导致受损神经再生修复障碍的原因之一[16]。
3 RAGE基因多态性与T2DM微血管并发症
3.1 启动子区的多态性
人类RAGE启动子区域的多态性研究以-374T/A和-429T/C多态性较多。在研究T2DM引起的局部微血管病变中,Hudson等[17]的结果表明,RAGE基因的转录活性与启动子区-374T/A及-429T/C多态性有关,两者同时突变能提高其2-3倍转录活性;同时发现-429C等位基因频率在T2DM视网膜病变患者中显著增加,因此推测这两个位点是T2DM视网膜病变的危险因素。然而,最新的一项Meta分析却表明,这两个位点与T2DM视网膜病变无明显相关性[18]。故两者的相关性仍有待进一步研究论证。
在研究T2DM引起的全身微血管病变中,Falcone等[19]发现,RAGE-374A等位基因是非T2DM患者合并心血管疾病突发心衰的独立保护因素,并指出这种保护能力可随长期高血糖刺激引起的RAGE水平升高而衰减。近期一项以高血压患者为研究对象的研究[20]表明,男性患者的-374A等位基因与T2DM肾小球滤过率降低有关,提示-374A等位基因是T2DM肾病的独立危险因素。对土耳其人的研究也发现,-374A等位基因能够诱导AGEs生成,致使大量巨噬细胞的聚集,最终引起T2DM冠状动脉硬化[21]。除此之外,Peng等[22]研究还认为,-429C等位基因与T2DM患者体内RAGE水平升高虽然有关,但-429T/C多态性并不是T2DM合并心血管病变的独立危险因素。徐积兄等[23]采用PCR-RFLP法检测T2DM或者合并肾病患者以及正常人启动子区-429T/C多态性,并比较各组间基因型频率和等位基因频率,得出RAGE基因-429C等位基因及CC基因型可减缓T2DM肾病进展,可能是中国人T2DM肾病的保护因子。可见-374T/A和-429T/C与T2DM全身微血管病变有着密切联系,但具体机制尚待明确。
3.2 外显子区的多态性
外显子3密码子82的甘氨酸突变成丝氨酸(简称Gly82Ser)的多态性与T2DM微血管并发症的相关性是外显子区研究最热、争议最多的位点之一。Kumaramanickavel等[24]对50名健康者和200名T2DM患者进行了对照研究,发现RAGE基因Gly82Ser多态性在T2DM视网膜病变组和单纯的T2DM组之间存在差异,同时证实82密码子Ser(简称Ser82)等位基因是印度人群中T2DM合并视网膜病变的低危险因素。针对中国人群的一项研究表明,Gly82Ser多态性与T2DM视网膜病变有关,并指出该基因内含子1704位点G等位基因和Ser82构建的G-A单倍体型是T2DM合并视网膜病变的基因标记[25]。同时郝琳娜[26]在T2DM增殖性视网膜病变(Proliferative Diabetic Retinopathy,PDR)遗传相关易感性研究中也发现,Gly82Ser多态性与PDR具有关联性,Gly82Ser的AA单倍体型基因是PDR发病的危险因素。但一项对亚洲和白种人群的Meta分析却显示Gly82Ser多态性与T2DM视网膜病变、肾病无相关性[27]。此外,高锦雄等[28]对汉族人群的研究表明,Ser82等位基因在左心室肥厚组显著增高。
3.3 内含子区的多态性
研究发现,T2DM的抗氧化应激反应受到-1704G/T多态性和-2184A/G多态性的显著影响。杨斯韬等[29]对昆明地区汉族人群进行的流行病学调查发现,T2DM肾病组的GT+TT基因型频率和T等位基因频率高于单纯T2DM组,并认为RAGE基因-1704T阳性基因型与T2DM肾病有关,是T2DM肾病发生的可能遗传危险因素。而Ng等[30]对马来西亚人群的研究显示,-1704G/T、-2184A/G以及-2245G/A多态性与T2DM视网膜病变无相关性。
4 小结
综上所述,RAGE基因的转录、翻译及表达在T2DM微血管病变的发生发展中发挥着关键作用。RAGE基因多态性在不同种族和人群中存在显著差异。RAGE基因多态性在T2DM微血管病变进展中的作用机制虽未明了,但这一研究已为T2DM微血管并发症的诊断和治疗提供了新的靶点,进一步充分了解RAGE基因某位点的多态性对RAGE结构和功能的影响将是未来的研究热点,也会使T2DM微血管并发症的发病机制更加清晰,治疗策略更加丰富、有效。
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