糖基化终末产物与糖尿病肾病关系的研究进展

顾天菊，王 清

(吉林大学中日联谊医院 内分泌科，吉林 长春130033)

*通讯作者

糖基化终末产物与糖尿病肾病关系的研究进展

顾天菊，王 清*

(吉林大学中日联谊医院 内分泌科，吉林 长春130033)

糖尿病是一种全球性公共卫生挑战。在最近的国际糖尿病联盟发布的糖尿病地图中报告，世界上糖尿病患者流行人数估计达8.3%，约3.87亿，每7秒就有一人因糖尿病死亡[1]。2013年中华医学会糖尿病学分会公布糖尿病流行病学调查结果显示，我国18岁以上人群糖尿病患病率为9.7%，约为1.5亿，成为世界上糖尿病患病人数最多的国家[2]。其中糖尿病肾病(Diabetic Nephropathy,DN)是糖尿病(Diabetes mellitus,DM)最常见的微血管并发症之一，是2型糖尿病(T2DM)最常见也是最严重的慢性并发症，严重危害了人类健康。Eboh C等报告DN是糖尿病的主要慢性并发症之一，其已经成为导致糖尿病患者终末肾衰的最主要原因[3]。

糖尿病肾病的发病机制复杂，主要有非酶糖化学说、蛋白激酶C激活学说、活化多元醇代谢通路学说、脂肪代谢异常学说等。其中非酶糖化学说是近几年学术研究的热点，也是比较公认的引起DN的机制，即长期的高血糖环境下，体内蛋白质、脂质或核酸等大分子物质的游离氨基经非酶促反应与还原糖的醛基发生一系列反应生成糖基化终末产物 (Advanced Glycation End-products AGEs)，进而导致该病的发生[4]。韩裴等研究发现糖尿病各组血清中AGEs荧光强度均高于正常对照组，证实了AGEs在糖尿病患者体内蓄积，同时糖尿病肾病患者血清中AGEs高于糖尿病组，说明AGEs与DN的发生有密切的关系[5]。Wei Q等研究也显示AGEs在DM患者血清和各组织器官中的含量较正常人明显升高，可通过氧化应激、糖基化修饰某些蛋白等在DM并发症的发生、发展中起重要作用[6]。

1 AGEs的形成及生化特性

AGEs的形成首先是还原糖(如葡萄糖、戊糖、木糖和核糖等)的醛基或酮基与大分子物质(如蛋白质、脂类、核酸)的末端还原性氨基在非酶的条件通过亲和反应形成阿马多里(Amadori)，然后Amadori产物经过一系列脱水、氧化及化学重排、形成高度活性的羰基化合物，进而与蛋白质的自由氨基、巯基等功能基团反应，最终导致蛋白质变性褐变形成稳定的AGEs。

AGEs除了体内形成以外，也可通过外源途径进入生物体，如烟草和日常饮食。AGEs是许多不同结构物质的总称，主要有羰甲基赖氨酸(CML)、羰乙基赖氨酸(CEL)、羰甲基缬氨酸(CMV)、精氨嘧啶、戊糖苷素、羰甲基鸟嘌呤。AGEs存在于人体的不同组织器官(如血管内皮细胞、神经细胞、肝、肾、肺等组织)。

2 AGEs与糖尿病肾病的关系

长期的高血糖环境下，糖基化终末产物大量累积，已经被证明与糖尿病及其并发症的发生、发展有关[7].肾脏的血管、肾小球基膜、系膜等组织含有大量胶原蛋白，而胶原蛋白的寿命较长，容易形成AGEs。肾脏是AGEs的清除器官，细胞通过内吞和细胞内的降解，将AGEs形成低分子AGE肽，然后释放到血液和细胞间隙中,由近端肾小管重吸收及进一步降解，其余的则从尿中排除体外。AGEs蓄积于细胞和基质、通过受体依赖性和非受体依赖性途径参与病理反应。受体依赖性途径则通过特定的细胞表面受体结合，激活一系列信号通路调节细胞功能，非受体依赖途径则通过糖基化蛋白的蓄积改变细胞外基质结构等发挥作用[8-10]。由于AGEs代谢不完全，多种蛋白质可与之结合，形成AGEs-小分子肽链结合物，即低分子量AGEs(LMW-AGEs)。LMW-AGEs也可与AGEs的受体广泛结合， LMW-AGEs具有很强肾毒性及分子量小的特点，该特点使其容易吸附于肾小球基质或血浆蛋白上沉积于肾组织，所以很多学者认为LMW-AGEs可能是AGEs及AGEs蛋白中主要的肾毒性物质。戊糖苷酶也是一种具有特征性荧光的AGEs,在循环中其主要以与白蛋白结合的形式存在，只有约5%为游离的戊糖苷酶(FP)，FP主要从肾脏排泄，其水平与肾功能的损害密切相关[11]。有文献指出FP可作为评价终末期肾病患者肾损害程度和预后的参考指标，与BUN、Scr一样可用于判断是否需要进行肾替代治疗[12]。

2.1 通过受体依赖途径对肾脏的间接毒性作用

2.11 RAGE概述

国家统计局数据显示，11月份，一二三线城市新房价格同比累计平均涨幅均比去年同期回落，前期热度不减的二三线城市房价涨幅也趋于稳定。深圳和厦门2个城市新房价格已低于去年同期，房价过快上涨趋势在2018年底基本被遏制。

RAGE(receptor for advanced glycation end products)是首个被描述的AGEs的受体,属于免疫球蛋白超家族成员，是一种多配体的细胞表面分子。在结构上，RAGE包含胞外段、跨膜段和胞内段。胞外段是一个V型片段紧接着2个C型片段的免疫球蛋白样结构，为配体结合部位；跨膜段是一个疏水跨膜区和一条短C末端胞质尾；胞内段较小，富含电荷，能够结合多种细胞内信号分子，与RAGE的信号转导有关。RAGE不同于其他相似的免疫球蛋白超家族受体，可以不同的剪切加工方式生成多种剪切变异体，这些变异体可以编码合成具有不同结构和功能的蛋白质[13]。

2.12 糖尿病肾病中AGEs-RAGE系统作用机制

AGEs介导的肾脏损伤作用主要是依靠AGEs与其特殊的受体以及结合蛋白结合相互反应，其中最常见的也是最重要的受体是RAGE。肾脏富含RAGE，肾脏的血管、内皮细胞、平滑肌细胞、肾小管上皮细胞、系膜细胞均表达RAGE。相关研究已经证明RAGE在糖尿病肾病患者的肾脏足细胞、系膜细胞表达明显增强[14]。AGEs与细胞表面RAGE结合后，激活RAGE并作为信号转导受体激活肾脏细胞中重要的第二信使，如NF-kB等，从而导致炎症反应的增加，氧化应激反应的增强，纤维化相关的细胞因子及表达因子的增多等。NF-kB是核转录调节因子(nuclear factor-kappa B)，糖尿病患者的高血糖及糖基化终末产物可以使NF-kB的活化增加，其被激活后，进入细胞核，在核内与多种基因启动子特异性序列结合，引起白细胞介素6(IL6)、IL8、肿瘤坏死因子α(TNF-α)等促炎因子、生长因子、黏附分子等表达和释放。这些细胞因子可以导致反应性氧化产物的(ROS)的增多，与血管内皮细胞的损伤、各种组织细胞的凋亡等多个病理生理过程相关[15]。同时激活的NF-kB可作用于RAGE启动子，增强RAGE的表达。

有研究证明AGEs与RAGE结合后导致肾脏的氧化应激增强，产生自由基，导致氧化损伤、血管收缩、促凝血状态，促进糖尿病肾病的发生和发展[16]。Coughlan等发现RAGE激活后，肾脏的NADPH氧化酶的活性明显增强[17]。在生理情况下，NADPH氧化酶表达活性很低，当被RAGE激活后，产生大量的活性氧(ROS)，非吞噬细胞中的ROS主要来源于NADPH氧化酶。RAGE激活后可明显影响NADPH氧化酶的活性,从而对肾脏起到负作用。

蛋白激酶C(PKC)是体内一组重要的蛋白激酶，广泛存在于人体内的细胞、组织、和器官中，参与细胞增殖、分化等。RAGE激活后导致PKC的激活，例如PKC的亚型PKC-β激活后能够产生众多对肾脏的负性作用，其中之一是使得TGF-β与结缔组织生长因子表达增多，TGF-β是一种多功能的细胞因子，可以通过控制蛋白酶的合成，降解导致肾小管向上皮间质转化，最终导致肾脏的纤维化[18]。另外AGEs与RAGE受体结合后会增强TGF-β的表达，同时RAGE也可直接激活TGF-β。有研究表明AGE诱发足细胞，肾小球系膜细胞和肾小管上皮细胞转化生长因子β(TGF-β)的表达，从而促进肾小球硬化和糖尿病肾病、肾小管间质纤维化[19]。

2.2 AGEs的非受体依赖途径对肾脏的直接损伤作用

2.21 AGEs引起细胞外基质的结构、功能改变

肾脏的细胞外基质主要由IV型胶原分子、层粘连蛋白、硫酸软骨素(HS-PG)3种分子组成，IV型胶原分子之间相互连接形成空间支架，层粘连蛋白和HS-PG连接在支架结构的表层，使其表面带负电荷。这种结构可使小分子物质自由通过，而对于带负电荷的白蛋白则会形成一道电荷和空间屏障。AGEs的形成，使IV型胶原分子间的结合能力下降，破坏空间支架结构；IV型胶原分子、层粘连蛋白和HS-PG的连接能力下降，同时层粘连蛋白自身的多聚性也下降，从而使得肾小球基底膜的支架结构的孔径增大，通透性升高，带负电荷的白蛋白通过肾小球滤出，引起蛋白尿。AGEs诱导人培养系膜细胞中载脂蛋白细胞死亡和VEGF的表达，因为系膜细胞占据肾小球中央解剖位置,在维持肾小球毛细血管簇的结构功能至关重要的作用，AGEs诱导肾小球系膜细胞凋亡和功能障碍可能导致部分肾小球高滤过，引起糖尿病早期肾功能障碍。足突细胞损失是人类和实验性糖尿病肾病共同和早期特征[20]。AGEs也已被证明诱导足细胞损伤和脱离[21]。

AGEs沉积会产生大量的活性基团，捕捉低密度脂蛋白(LDL)及其他血浆蛋白与之交联，导致LDL清除障碍，促进其穿透血管壁进而促进胆固醇沉积于内膜，进一步促进肾小球硬化。且这种AGEs修饰的胶原蛋白增加脂蛋白沉积与血浆中的低密度脂蛋白水平无关。

2.22 AGEs与肾素-血管紧张素系统(RAS)的关系

血液中AGEs浓度的增高还可能导致RAS系统的功能改变。Cheng CL等的研究发现随着AGE浓度的增高，血管紧张素原、血管紧张素Ⅱ受体的表达都有明显的升高[23]。AGE-RAGE轴刺激血管紧张素II的产生或在肾成分AT1受体过表达，进一步促进糖尿病肾病的恶化[24]。RAS是糖尿病微血管病变的重要因素之一，但目前并没有更进一步的研究证明AGEs与RAS系统之间存在怎样的联系[25]。

3 AGEs的抑制

在持续高血糖条件下AGEs形成明显增加，并且具有高度不可逆性，即使高血糖被纠正，AGEs水平也不能回复到正常水平，而是在组织中蓄积，继续造成组织的损害。因此减少AGEs的形成或者阻断AGEs的受体和非受体介导途径的作用是控制糖尿病慢性并发症的关键。

3.1 减少AGEs的形成

减少AGEs的形成能够降低其对肾脏的损害，因此通过限制dAGEs的摄入(改善食品加工工艺、食用dAGEs含量相对低的食物等)以及良好的生活习惯如戒烟锻炼、良好的控制血糖，血压都可有效降低体内AGEs形成的风险。另外可通过口服药物或在食品中添加AGEs抑制剂抑制AGEs的生成或者使其交联键断裂进而降低其在人体内和食品中的含量.例如吡哆胺其作为AGEs的抑制剂，是维生素B6的3种天然成分之一没有严重的不良反应可明显减轻糖尿病肾病患者的蛋白尿，具有非常广阔的开发前景。

由于AGEs的形成过程中发生了氧化反应因此抗氧化剂对AGEs的生成可能有抑制作用。Chompoo等研究发现艳山姜根茎提取物对AGEs有很好的抑制效果 其半抑制浓度低至164 8.11 g/mL[26]Lavelli等构建牛血清蛋白和果糖体系结果发现苹果果肉提取物与绿茶提取物的混合物主要成分黄烷-3-醇绿原酸对该体系产生的AGEs具有很好的抑制作用[27]。裴斐等2014年一项研究指出根皮苷使db/db小鼠的体重明显减轻，能够显著降低db/db小鼠的空腹血糖：改善脂质代谢紊乱、降低TG、TC； 并且明显降低了血清AGEs水平，表明根皮苷对2型糖尿病肾病具有治疗作用，为糖尿病肾病的防治提供了新的手段[28]。Kim等研究发现从植物中提取的异槲皮苷和金丝桃苷对AGEs形成的抑制性呈剂量依赖关系在50 mol/L的剂量下分别抑制89.6%和92.0%的AGEs形成[29]。

3.2 阻断RAGE信号传导

可溶性糖基化终产物受体(soluble receptor for advanced glycation end products sRAGE)是由RAGEmRNA选择性剪接形成的可溶性片段，由RAGE胞外段(即1个V型免疫球蛋白样区及2个C型免疫球蛋白样区)组成，缺少胞内段和跨膜段。但保留了与RAGE相同的与配体(AGEs)结合的能力，所以，sRAGE能够有效的拮抗RAGE的作用并促进AGEs的清除.2010年一项报道显示内源性分泌分泌性RAGE作为诱饵受体，可以减少AGEs导致的血管损害[30]。Sourris等认为抗RAGE抗体的肾脏保护作用可能是通过上调血管紧张素Ⅱ受体(AT2)表达来实现的。AT2有拈抗ATI的作用，主要通过改善血管舒张功能来改善肾脏的血流灌注，保护肾脏功能[31]。在运用sRAGE重组体治疗DM的研究中，已经证明其能够显著的减慢DN的发展过程。

3.3 加速AGEs的降解

溶菌酶和铁蛋白是天然的降解AGEs的抗菌蛋白质，存在于黏膜的分泌物、血清、吞噬细胞的溶酶体中。都对AGEs有极高的亲和力，并且能通过巨噬细胞增加AGEs的降解。研究发现溶菌酶、乳铁蛋白、血液中的抗体、补体以及AGEs受体共同参与体内AGEs的转运和清除过程,并推断出溶菌酶与AGEs的结合位点,合成这种多肽，体外试验显示其对AGEs有很高的结合活性[32]。

3.4 干预细胞内信号分子的药物

Soetikno V等研究发现，一些干预细胞内信号转导的抑制剂如PKC抑制剂、NADPH氧化酶抑制剂、转化生长因子一B抑制剂、生长因子抑制剂等，能有效阻断RAGE下游的信号通路，可能也有改善DN的作用。但其动物及临床研究尚待进一步探索[33]。

3.5 AGE适配子

适配子是人工合成的单链寡核苷酸(DNA或RNA),与靶向蛋白质进行高亲和力、高特异性的结合。其功能类似于抗体，但比抗体具有更多的优势。最近研究发现，针对的AGE(AGE适配子)一个高亲和力的DNA适配子，抑制肾小球肥大和细胞外基质蛋白的积累，减小尿中白蛋白水平，并防止2型糖尿病的动物肾功能障碍。在这项研究中，AGE适配子与AGE结合，阻断AGE与RAGE的结合，在糖尿病小鼠的肾小球中输注AGE适配子能显著降低AGE水平。因此，可以看出AGE适配子可以通过封锁AGE与RAGE结合诱导的氧化应激，减少肾小球中AGE的积累[34]。此外，AGE适配子通过THP-1巨噬细胞提高周转率。因此，AGE适配子可以通过增加巨噬细胞周转使AGE从人体中消除.

4 总结与展望

AGEs在糖尿病慢性并发症、动脉粥样硬化、衰老、肿瘤、阿尔兹海默病等疾病中的作用已经逐渐被人们所认识，AGEs虽然并不是导致糖尿病肾病的唯一原因，但是多项研究表明AGEs对肾脏的损害作用是毋庸置疑的。因此糖尿病患者定期检查血液AGEs浓度可能能够在一定层面上更早的反映出患者肾脏早期病变的情况，并可以在蛋白尿出现之前采取保护肾脏的措施，从而延缓肾脏疾病的发展。但目前缺乏可靠的AGEs检测方法，不易获得商品化的AGEs标准品，即使使用相同的原料样品处理重现性差，没有统一的检标准，实验室之间的数据可比性较差。同时现有的抑制AGEs的方法并不多，除依靠控制饮食、保持良好的血糖、血压外，上述几种物质虽然在实验中证明有效，但在临床的实用性仍有待确定，仍需要更多的临床实验结果进一步验证。

如本文所述，AGEs既可以内源性产生，也可以外源性摄入，生理情况下，AGEs的产生和清除处于平衡状态，一旦打破这种平衡，导致体内AGEs增多或沉积，就可能通过受体依赖途径和非受体依赖途径引起肾脏的损害，导致糖尿病肾病的发生。虽然目前并没有有效的药物能够明显的降低血AGEs的作用，但是无论在临床还是在医学实验中，将AGEs作为监测肾脏损害的指标是可行的。因此对AGEs在DN中的作用机制的进一步研究，将会对今后DN的预防和治疗提供新的思路。

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