晚期糖基化终末产物及其受体对血管平滑肌细胞作用机制的研究

李晟羽 李虹伟

·综述·

晚期糖基化终末产物及其受体对血管平滑肌细胞作用机制的研究

李晟羽 李虹伟

晚期糖基化终末产物(AGEs)是导致糖尿病心血管并发症的重要影响因素。经过深入研究和探讨，发现AGEs对血管平滑肌细胞(VSMC)的病理生理学作用是其中关键之一。在此过程中，AGEs与存在于VSMC膜表面的受体(RAGE)结合，导致了一系列促炎症和促血栓形成反应。了解其中机制并发现拮抗抑制剂，有助于指导我们临床的预防和治疗。本文就AGEs及RAGE对VSMC作用机制予以综述。

晚期糖基化终末产物； 晚期糖基化终末产物受体； 血管平滑肌细胞； 糖尿病血管并发症

Fundprogram：National Natural Science Foundation of China(81670315)

动脉粥样硬化在糖尿病患者的心血管发病和死亡中起关键作用，而越来越多的证据表明，晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)通过影响血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)的生理功能参与了动脉粥样硬化的发生及进展。虽然一些研究指出AGEs诱导VSMC的增殖、迁移、钙化并干扰其收缩表型，但机制尚未完全明确。AGEs和其在VSMC膜上表达的受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)之间的相互作用有助于产生多种促炎因子，其导致促炎症和促血栓形成途径的活化，并增加动脉粥样硬化的发生。本综述重点讨论了AGEs及RAGE对VSMC作用机制的研究。

1 AGEs和RAGE

1.1 AGEs

AGEs是通过蛋白质、脂质和核酸的非酶促糖基化和氧化反应(又称“Maillard反应”)产生的异质分子复合物。该反应生成不稳定化合物“Schiff碱”，“Schiff碱”再经过各种分子重排形成Amadori复合物，最后通过氧化、脱水和降解等反应生成高度稳定的终产物[1]。AGEs还可从食物中获取(外源性AGEs)，特别是已经在高温下加工的食物[2]。

1.2 RAGE

AGEs可结合多种受体，包括RAGE、Ⅰ型和Ⅱ型清道夫受体、CD36、AGE-R1、AGE-R2和galectin-3等。其中，最重要的RAGE属于免疫球蛋白超家族的多配体受体，可与其配体共表达，并已证实其启动子具有核因子κB(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB)结合位点。此外，人的RAGE基因可以产生多种异构体，其中缺乏C端跨膜区和胞内域序列的异构体称为可溶性RAGE(soluble receptor for advanced glycation end products，sRAGE)，由胞内分泌或由基质金属蛋白酶剪切而成，可与RAGE竞争配体，因此具有拮抗RAGE的作用。RAGE高表达于血管组织内皮细胞、单核细胞和平滑肌细胞中，而其中大部分存在于平滑肌细胞[1]。

2 VSMC

VSMC是血管壁的主要细胞组分之一，大多数VSMC具有高分化的机械收缩功能和极低的增殖速率。其高度的可塑性能对环境刺激做出反应，从分化表型转化为去分化状态，从而发挥不同的作用。如主动调节血管紧张和动脉重构，修复损伤血管等[3]。在VSMC的表型转换期间，增殖、迁移速率和细胞外基质的产生均上升，导致了多种心血管疾病的发展，包括动脉粥样硬化、高血压等[4]。已有研究表明，内皮中大量存在的VSMCs在动脉粥样硬化形成的早期阶段起关键作用。这些迁移到内膜中的VSMC表现出异常增殖并产生大量的细胞外基质，导致在动脉粥样硬化病变中纤维帽的形成[5]。

3 AGEs和RAGE对VSMC的作用影响

已有研究表明，AGEs和糖尿病的大血管、微血管并发症之间呈正相关性。AGEs主要通过3种机制介导其组织效应：交联细胞外蛋白质，影响组织机械性能；交联细胞内蛋白质，改变其生理功能；以及最主要的方式，与其细胞表面受体结合以诱导多种细胞内信号级联[1]。许多研究报道称，AGEs可诱导VSMC的增殖[4，6]、迁移[7]和钙化[2，8]等，从而增加活性氧物质的产生，降低一氧化氮的生物利用度和上调各种细胞因子或生长因子的产生[9]。血浆中的循环AGEs可以激活存在于VSMC上的RAGE[3]。AGEs与RAGE特异性结合的机制可诱导大范围的信号传导途径，触发炎症反应，引起动脉粥样硬化形成和血管收缩，导致冠状动脉硬化和血栓形成，对血管造成严重损害[1]。RAGE的活化作用还可以干扰VSMC的收缩表型，改变其机械性质和功能[3]。

4 AGE/RAGE对VSMC的作用机制探究

4.1 AGEs诱导VSMC的增殖

AGEs可直接刺激细胞内活性氧(reactive oxygen species，ROS)的增加，也可通过与RAGE结合激活中心靶点NADPH氧化酶而触发ROS的生成，诱导VSMC的增殖。NADPH氧化酶抑制剂DPI可以抑制AGEs诱导下的ROS生成[1]。sRAGE也可显著抑制NADPH氧化酶的表达。一氧化氮(nitric oxide，NO)具有抑制VSMC增殖和迁移的作用，AGE和RAGE信号传导刺激超氧化物的产生，其可以进一步增强氧化应激效应并使NO的生物利用度受损[10]。AGE与RAGE相互作用活化了p21ras及有丝分裂原活化蛋白激酶(mitogen-ctivated protein kinase，MAPK)，促使细胞外信号调节激酶1、2(extracellular signal-regulated kinase1/2，ERK1/2)和p38磷酸化[1，11]，并激活GTP酶Cdc42和Rac，最终诱导激活NF-κB从细胞质到细胞核的移位。同时，NADPH氧化酶介导的氧化应激产生ROS也可激活NF-κB，其是AGE/RAGE信号传导的关键靶点，可诱导各种促炎症和促凝血细胞反应[10]，包括血管细胞粘附分子-1(vascular cell adhesion molecule 1，VCAM-1)、细胞间黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、内皮素-1(endothelin-1，ET-1)、E-选择素(E-selectin)、白细胞介素1α(interleukin 1α，IL-1α)和白细胞介素6(interleukin 6，IL-6)等多种促炎因子[1，10]。同时，RAGE表达也受RAGE依赖性NF-κB活化的正调控[3]。最新研究表明，AGEs可通过上调BAG3表达来增加ROS的产生，促进VSMCs的增殖和迁移[12]。AGEs通过MAPK途径诱导ERK活化，增加Na+/H+交换体-1(Na+/H+exchanger-1，NHE1)的活性，引起细胞内H+水平下降，Na+水平增加，从而促进Ca2+进入细胞内，促进平滑肌细胞的增殖[13]。AGEs与RAGE相互作用，使鞘氨醇1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)诱导的细胞内Ca2+增加，活化钙调神经磷酸酶(calcineurin，CaN)，激活T细胞的核因子(nuclear factor of activated T-cells，NFATc)而诱导VSMC的增殖[14]。肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)的启动子中具有四个NF-κB位点，NF-κB会诱导TNF-α的表达，而sRAGE可减弱TNF-α表达[10]。活化的NF-κB还可结合在SHP2启动子上，导致SHP2表达增加，并最终诱导VSMC增殖[15]。已有研究表明，夹竹桃麻素可通过减少NF-κB从而降低由AGEs诱导的VSMC增殖的发生率，这或可成为糖尿病血管并发症的治疗方法[16]。血管紧张素Ⅱ诱导的VSMC增殖与ERK1/2，JNK1/2和p-38的磷酸化增加相关[1，6]。

此外，AGEs还可通过抑制细胞自噬的方式诱导VSMC的增殖[4，9]。ERK和Akt信号通路中，ERK使Gα相互作用蛋白(Gα interacting protein，GαIP)磷酸化以加速GTP水解从而加快自噬的速率，而PI3K/Akt/mTOR通路负调节VSMC的自噬[9]。CatD是最丰富的溶酶体蛋白酶之一，直接参与自噬的过程。AGEs通过增加LC3-Ⅱ转换和p62表达从而降低了CatD的表达，抑制自噬[4]。

4.2 AGEs诱导VSMC的迁移

脂质运载蛋白2(lipocalin-2，LCN2)是脂蛋白家族成员中的一种24 kDa的糖蛋白[17]。AGEs诱导LCN2的表达使人类VSMC的迁移性能增加。AGEs通过RAGE-NADPH氧化酶-ROS通路使LCN2的表达增强，导致VSMC中PI3K-Akt和JNK的磷酸化。而shRNA通过抑制LCN2的表达可以减弱AGEs诱导的VSMC的迁移。AGEs还可激活CCAAT/增强子结合蛋白β(CCAAT-enhancer-binding protein β，C/EBPβ)诱导人VSMC中的LCN2表达[7]。此外，RAGE/配体相互作用上调各种细胞因子和生长因子如TNF-α和PDGF。AGEs的VSMC迁移被抗体TGF-β显著抑制[6]。

4.3 AGEs诱导VSMC的钙化

AGEs可以加速细胞内钙离子沉积，影响骨蛋白和骨细胞分化，使骨代谢失衡，促进VSMC钙化。AGEs与RAGE相互作用，使β-链蛋白的表达增加，钙粘蛋白E的表达下降，活化wnt/β-连环蛋白信号通路，促进OPG蛋白的表达，促进VSMC的钙化[8]。活化的RAGE还可通过ERK1/2和p38 MAPK途径的激活引起VSMC的成骨分化AGEs，诱导VSMC的钙化[18]。此外，NADPH氧化酶激活生成的ROS也在其中发挥重要作用[19]。CML/RAGE信号可刺激平滑肌细胞从收缩表型到成骨表型的转化，增加钙盐的沉积。CML可以有效诱导A7r5钙化，并需在高脂质、细胞凋亡(巨噬细胞)共存条件下诱导骨形态发生蛋白2-核结合因子(α-1-碱性磷酸酶)的钙化级联[2]。AGEs还可在体外通过激活NF-κB而下调IGF1R的表达[20]和RAGE/氧化应激途径[21]促进VSMC钙化。另外，很重要的一点，VSMC在纤维化区域，特别是片状/层状钙化区域，以稳定的模式表达半乳凝素-3。而半乳凝素-3可对Wnt /β-联蛋白进行直接调节。还有报道称，半乳凝素-3由来自CEA标本的VSMCs表达[22]。另外，越来越多的证据表明，钙化与炎症之间存在相互影响的双重关系。响应于炎症刺激的初始钙沉积导致斑点或颗粒钙化(称之为“微钙化”)的形成，这又将诱导进一步的炎症反应，这种恶性循环促进血管的斑块破裂，从而促进血管钙化和动脉粥样硬化。调节这种循环反应的相关物质主要为RAGE和半乳凝素-3，半乳凝素-3通过上文提到的对Wnt /β-联蛋白的调节，促进成骨转化，形成均匀或片状钙化(称之为“大钙化”)；而RAGE可促进和延长炎症反应，从而使VSMC释放凋亡小体和基质小泡(MV)，其内的初始钙沉积导致了“微钙化”的形成。这两种方式引起损伤的蔓延并可破坏组织修复。RAGE配体S100A12的VSMC靶向表达导致钙化结节增加并且促进斑块的不稳定性[23]。

4.4 RAGE对VSMC收缩表型和功能的干扰

VSMC中RAGE的活化可干扰VSMC的收缩表型从而修饰其机械和功能性质，由此成为糖尿病相关血管并发症发展中的关键组成部分。VSMC分化依赖于适当水平的平滑肌收缩基因的表达，而增殖的VSMC表现出这些基因的表达水平降低。VSMC通过表达不同的基因和表型来应对环境中的机械力。VSMC的收缩表型的主要调节剂是血清应答因子(serum response factor，SRF)，其在许多收缩相关基因的调节中起关键作用，以此维持VSMC收缩功能。此外，收缩相关转录因子(myocardin related transcription factor，MRTF)、心肌素(myocilin，MyoC)、小GTP酶(如RhoA)也参与调节过程。精氨酸抗利尿激素(arginine vasopressin，AVP)是已知诱导VSMC收缩的血管活性激素，RAGE的活化功能可降低VSMC对AVP的响应。RAGE诱导增加VSMC中NF-κB的活性，其与VSMC收缩的调节剂(包括SM-α-肌动蛋白，MyoC和SM-22α)的蛋白水平降低相关，并可进一步导致细胞收缩相关信号(即钙的增加和MLC的磷酸化)和机械收缩之间的解耦联。细胞刚性是机械感受态细胞的重要表型特征，它影响细胞收缩、迁移和增殖的能力。AGE依赖性RAGE信号传导可增加VSMC的细胞刚性，其可能与肌球蛋白活性增加有关[3]。

5 总结与展望

越来越多的证据表明，AGEs可促进动脉粥样硬化和微血管疾病的发展，因此对心血管疾病发病和死亡的研究有重要意义。AGEs通过与其受体RAGE结合，激活氧化应激、MAPK等多种途径，刺激其下游的信号传导，从而对VSMC造成损伤，导致多种血管病变。治疗剂的研究主要集中于抑制AGEs或RAGE形成或阻止AGEs-RAGE相互作用。例如早期的研究，氨基胍、ALT-711、ALT-462等可破坏AGEs的交联，他汀类的抗氧化作用可抑制毒性AGEs中释放反应蛋白C；新近的研究表明，替米沙坦可通过激活6PPAR-γ从而降低RAGE的表达。而一些天然物质如白藜芦醇可抑制AGE诱导的血管平滑肌细胞中的胶原增殖，双膦酸盐抑制AGEs介导的炎症反应，并且最终在糖尿病血管并发症的初期抑制ROS形成。此外，sRAGE及其配体可有效地抑制AGE和RAGE之间的相互作用，也是有希望的治疗剂之一。因此，若能更好地了解AGEs对VSMC的作用机制，并找到抑制其发生发展的办法，将有助于我们更好地找到预防和治疗糖尿病心血管并发症的靶点。

利益冲突：无

[1] Hegab Z，Gibbons S，Neyses L，et al.Role of advanced glycation end products in cardiovascular disease[J].World J Cardiol，2012，4(4)：90-102.DOI：10.4330/wjc.v4.i4.90.

[2] Wang Z，Jiang Y，Liu N，et al.Advanced glycation end-product N-carboxymethyl-Lysine accelerates progression of atherosclerotic calcification in diabetes[J].Atherosclerosis，2012，221(2)：387-396.DOI：10.1016/j.atherosclerosis.2012.01.019.

[3] Simard E，Söllradl T，Maltais J，et al.Receptor for Advanced Glycation End-Products Signaling Interferes with the Vascular Smooth Muscle Cell Contractile Phenotype and Function[J].Plos One，2015，10(8)：e0128881.DOI：10.1371/journal.pone.0128881.

[4] Ma M，Guo X，Ye C，et al.Advanced glycation end products promote proliferation and suppress autophagy via reduction of Cathepsin D in rat vascular smooth muscle cells[J].Mol Cell Biochem，2015，403(1-2)：73-83.DOI：10.1007/s11010-015-2338-x.

[5] Beneit N，Fernándezgarcía CE，Martínventura JL，et al.Expression of insulin receptor(IR)A and B isoforms，IGF-IR，and IR/IGF-IR hybrid receptors in vascular smooth muscle cells and their role in cell migration in atherosclerosis[J].Cardiovasc Diabetol，2016，15(1)：161.DOI：10.1186/s12933-016-0477-3.

[6] Yoon YW，Kang TS，Lee BK，et al.Pathobiological role of advanced glycation endproducts via mitogen-activated protein kinase dependent pathway in the diabetic vasculopathy[J].Exp Mol Med，2008，40(4)：398-406.DOI：10.3858/emm.2008.40.4.398.

[7] Chung TW，Choi HJ，Kim CH，et al.Lipocalin-2 elicited by advanced glycation end-products promotes the migration of vascular smooth muscle cells[J].Biochim Biophys Acta，2013，1833(12)：3386-3395.DOI：10.1016/j.bbamcr.2013.10.011.

[8] He HQ，Yong L，Hong Z，et al.Advanced glycation endproducts regulate smooth muscle cells calcification in cultured HSMCs[J].Int J Clin Exp Pathol，2015，8(10)：12260-12267.

[9] Hu P，Lai D，Lu P，et al.ERK and Akt signaling pathways are involved in advanced glycation end product-induced autophagy in rat vascular smooth muscle cells[J].Int J Mol Med，2012，29(4)：613-618.DOI：10.3892/ijmm.2012.891.

[10] Gao X，Zhang H，Schmidt AM，et al.AGE/RAGE produces endothelial dysfunction in coronary arterioles in type 2 diabetic mice[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2008，295(2)：H491-498.DOI：10.1152/ajpheart.00464.2008.

[11] 袁罡，刘勇，曾宏，等.晚期糖基化终末产物激活ERK1/2信号通路参与人主动脉血管平滑肌细胞增殖[J].实用医学杂志，2016，32(15)：2430-2433.DOI：10.3969/j.issn.1006-5725.2016.15.003.

Yuan G，Liu Y，Zeng H，et al.Effect of ERK1/2 Phosphorylation on Proliferation of Human Aortic Vascular Smooth Muscle Cells stimulated by Advanced Glycation End Products[J].The Journal of Practical Medicine，2016，32(15)：2430-2433.DOI：10.3969/j.issn.1006-5725.2016.15.003.

[12] Li C，Chang Y，Li Y，et al.Advanced glycation end products promote the proliferation and migration of primary rat vascular smooth muscle cells via the upregulation of BAG3[J].Int J Mol Med，2017，39(5)：1242-1254.DOI：10.3892/ijmm.2017.2938.

[13] Wu S，Song T，Zhou S，et al.Involvement of Na+/H+exchanger 1 in advanced glycation end products-induced proliferation of vascular smooth muscle cell[J].Biochem Biophys Res Commun，2008，375(3)：384-389.DOI：10.1016/j.bbrc.2008.08.008.

[14] David KC，Scott RH，Nixon GF.Advanced glycation endproducts induce a proliferative response in vascular smooth muscle cells via altered calcium signaling[J].Biochem Pharmacol，2008，76(9)：1110-1120.DOI：10.1016/j.bcp.2008.08.011.

[15] Seki N，Hashimoto N，Taira M，et al.Regulation of Src homology 2-containing protein tyrosine phosphatase by advanced glycation end products：the role on atherosclerosis in diabetes[J].Metabolism，2007，56(11)：1591-1598.DOI：10.1016/j.metabol.2007.06.029.

[16] Silva CO，da Silva OA，Duarte GP，et al.Apocynin decreases AGEs-induced stimulation of NF-κB protein expression in vascular smooth muscle cells from GK rats[J].Pharm Biol，2014，53(4)：488-493.DOI：10.3109/13880209.2014.924150.

[17] Chakraborty S，Kaur S，Guha S，et al.The multifaceted roles of neutrophil gelatinase associated lipocalin(NGAL)in inflammation and cancer[J].Biochim Biophys Acta，2012，1826(1)：129-169.DOI：10.1016/j.bbcan.2012.03.008.

[18] Liang Y1，Hou C，Kong J，et al.HMGB1 binding to receptor for advanced glycation end products enhances inflammatory responses of human bronchial epithelial cells by activating p38 MAPK and ERK1/2[J].Mol Cell Biochem，2015，405(1-2)：63-71.DOI：10.1007/s11010-015-2396-0.

[19] Brodeur MR，Bouvet C，Bouchard S，et al.Reduction of advanced-glycation end products levels and inhibition of RAGE signaling decreases rat vascular calcification induced by diabetes[J].PloS One，2014，9(1)：e85922.DOI：10.1371/journal.pone.0085922.

[20] Wang Y，Zhang ZY，Chen XQ，et al.Advanced glycation end products promote human aortic smooth muscle cell calcification in vitro via activating NF-κB and down-regulating IGF1R expression[J].Acta Pharmacol Sin，2013，34(4)：480-486.DOI：10.1038/aps.2012.166.

[21] Wei Q，Ren X，Jiang Y，et al.Advanced glycation end products accelerate rat vascular calcification through RAGE/oxidative stress[J].BMC Cardiovasc Disord，2013，13：13.DOI：10.1186/1471-2261-13-13.

[22] Menini S，Iacobini C，Ricci C，et al.The galectin-3/RAGE dyad modulates vascular osteogenesis in atherosclerosis[J].Cardiovasc Res，2013，100(3)：472-480.DOI：10.1093/cvr/cvt206.

[23] Pugliese G，Iacobini C，Blasetti FC，et al.The dark and bright side of atherosclerotic calcification[J].Atherosclerosis，2015，238(2)：220-230.DOI：10.1016/j.atherosclerosis.2014.12.011.

(本文编辑：谭潇)

Researchonthemechanismofadvancedglycationendproductsandtheirreceptoronvascularsmoothmusclecells

LiShengyu，LiHongwei

CardiovascularCenter，BeijingFriendshipHospital，CapitalMedicalUniversity，Beijing100050，China

Correspondingauthor：LiHongwei，Email：lhw19656@sina.com

Advanced glycation end products(AGEs)are important factors leading to cardiovascular complications of diabetes mellitus. After further study and discussion，we found that pathophysiology of AGEs on vascular smooth muscle cells(VSMC)was one of the key procedures. In this process，AGEs bind to its receptor(RAGE)on the surface of the VSMC，leading to a series of proinflammatory and thrombotic responses. AGEs induce VSMC proliferation，migration，calcification and interfere their contractile phenotype and function. Knowing the mechanism and finding antagonistic inhibitors will help guide our clinical prevention and treatment. In this paper，AGEs and RAGE on VSMC mechanism were reviewed.

Advanced glycation end products； Receptor for advanced glycation end products； Vascular smooth muscle cell； Diabetic vascular complications

李虹伟，电子信箱：lhw19656@sina.com

10.3969/j.issn.1007-5410.2017.04.014

国家自然科学基金项目(81670315)

2017-03-29)

100050 首都医科大学附属北京友谊医院心血管中心