晚期氧化应激产物在糖尿病中作用的研究进展

王冬红 莫桂熙 张良清

1 广东医科大学，广东省湛江市 524000； 2 广东医科大学附属医院麻醉科

糖尿病是以内源性胰岛素分泌不足或作用障碍而导致的血糖异常升高的慢性代谢性疾病。国际糖尿病联盟(IDF)估计2017全球有4.25亿人患有糖尿病，糖尿病的全球直接医疗成本为727亿美元，到2030年预计可达到4 900亿美元。糖尿病影响着身体的各器官系统：高血糖可导致内皮细胞受损，阻碍新生血管形成，增加高血压、动脉粥样硬化、肾功能不全等疾病的发生率；糖尿病还可导致视力丧失、周围神经损伤、免疫功能障碍、肝脏疾病、中风、阿尔茨海默病等疾病，世界卫生组织预测，到2030年糖尿病将成为人类第七大主要死因。因此，对糖尿病的早期诊断和干预对防止糖尿病发展十分重要。

研究表明氧化应激在糖尿病及其并发症的发生发展中起重要作用。氧化应激是指活性氧(ROS)的产生超过体内抗氧化剂的水平，进而来保护机体对抗伤害的过程。糖尿病往往伴随着ROS的产生过多或抗氧化防御物质产生不足。ROS是反应氧化应激的主要物质，但ROS性质活泼，极易消散，在体内直接检测ROS非常困难。然而，过多的ROS可导致细胞内外蛋白质、脂质、核酸等大分子的氧化损伤，氧化后的大分子的蓄积不但可以间接反映氧化应激的程度，而且其结构功能发生改变有可能参与疾病发展。细胞外液通常只含有极少量的抗氧化酶，因此血浆蛋白也很容易被ROS氧化，晚期氧化蛋白产物(Advanced oxidation protein products，AOPPs)，是血浆蛋白被氧化的产物，于1996年Witko-Sarsat等在慢性肾功能不全患者透析的血浆中发现的，随后在许多炎症及免疫调节异常相关疾病中也证明了血浆AOPPs的形成和蓄积[1]。近年来，人们发现 AOPPs不仅仅是氧化应激的标志物，它还可作为致病因子，介导疾病的发生发展。本综述的目的是总结当前关于AOPPs 在介导糖尿病发展的潜在的机制，以帮助建立新的预防和治疗策略。

1 AOPPs的形成和特性

AOPPs是主要由血浆蛋白与活化的吞噬细胞释放的髓过氧化物酶(MPO)衍生的氯化氧化剂(次氯酸和氯胺)反应生成的一组酪氨酸交联和含羰基的蛋白产物。AOPPs包括各种发色团，例如戊糖苷，羰基和通过二酪氨酸键连接的蛋白质，在340nm处具有吸收峰。根据AOPPs的分子量，可将它们分为两类：高分子量HMW-AOPPs(～600kDa)和低分子量LMW-AOPPs(～70kDa)。在体外，通过将血清白蛋白暴露于次氯酸(HClO)中可以形成AOPPs。在体内，大多数研究认为白蛋白是AOPPs主要来源，但另外几项研究认为纤维蛋白原是人血浆中HMW-AOPPs形成的关键分子,而LMW-AOPPs主要来源白蛋白和γ-球蛋白单体。AOPPs的形成是不可逆的，它们不易被蛋白水解酶水解或被抗氧化剂如维生素C和谷胱甘肽还原，AOPPs主要由肝脏和脾脏清除[2]。

AOPPs与晚期糖基化终产物(Advanced glycation end-products，AGEs)具有相似结构和生物学特性以及类似的作用形式，它们都与特定受体结合，被命名为AGE受体(Receptor for AGE，RAGE)。但与AGEs相比，AOPPs在体外与RAGE的亲和力更高，其促细胞炎症的活性更强。RAGE受体是一种35kDa的单跨膜多配体受体，属于免疫球蛋白超家族成员，表达在各种细胞质膜上：如单核细胞、巨噬细胞、系膜细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞和神经元等，它可识别不同配体(AOPPs、AGEs、β淀粉样肽、S100/钙粒蛋白、HMGB1、LPS)，结合不同配体后激活细胞内不同信号通路，参与调节许多重要的细胞过程，如：炎症、细胞凋亡、增殖、自噬等[3]。

2 AOPPs在糖尿病患者中的临床发现

糖尿病患者血清、尿液及其他体液中的AOPPs浓度均较健康患者增加。相比健康人，2型糖尿病血清AOPPs浓度较1型糖尿病升高得更明显，且长期血糖控制不良(HbA1c>7%)的患者AOPPs浓度较血糖控制良好的患者高，而在失代偿糖尿病(HbA1c>8.5%)患者中，AOPPs浓度更高，且随持续时间延长而增加[4]。另外，有血管并发症的糖尿病患者AOPPs浓度较无血管并发症的高，而伴有微血管并发症的患者AOPPs浓度较伴大血管并发症的血清AOPPs更高[5]。这些研究表明，AOPPs浓度在糖尿病患者体内蓄积，并且与糖尿病的类型、血糖控制的程度、持续时间以及并发症有关，因此AOPPs水平可作为糖尿病及其并发症发生发展的良好预测和预后指标。

3 AOPPs在糖尿病发病中的机制

3.1 糖尿病中AOPPs与氧化应激、炎症之间的关系 高血糖可促进细胞ROS过度产生，同时氧化应激也会增加糖尿病发生风险[6]。另外，糖尿病也是一种炎症性疾病，炎症参与该疾病的发病机理[7]。氧化应激和炎症本身关系密切，例如：NF-κB，是一种调节促炎细胞因子和趋化因子表达的氧化还原敏感转录因子，在氧化应激时产生的ROS可激活NF-κB，促进白细胞和驻留细胞的募集和活化，从而引发炎症。 AOPPs 首先被认为是氧化应激的产物，然而大量的研究表明，AOPPs也能够促进ROS的产生，由AOPPs修饰的白蛋白对促进ROS产生是天然白蛋白的100倍。AOPPs可与细胞膜上RAGE结合，激活PKC/ NAD(P)H氧化酶，导致NAD(P)H 依赖的ROS产生，进一步触发涉及ERK1/2、p38 MAPK和NF-κB，的下游信号转导，其诱导嗜中性粒细胞MPO产生更多的HCLO，由此产生更多的AOPPs。AOPPs还可刺激单核细胞和嗜中性粒细胞的呼吸爆发，合成并释放大量促炎细胞因子，如IL-1、TNF-α、TNF-sR等，引起细胞炎症反应[8-9]。因此，AOPPs在诱导糖尿病氧化应激和炎症的形成中可构成恶性正反馈循环，使糖尿病患者处于高氧化应激和炎症的状态，AOPPs不仅是氧化应激的敏感标志物，也是一种良好的炎症介质。

3.2 AOPPs的细胞毒性 AOPPs介导糖尿病发病的具体机制仍不明确，胰腺中抗氧化酶含量低，因此很容易受到氧化应激，胰岛β细胞的破坏和功能障碍是胰岛素分泌障碍的直接原因，研究表明AOPPs可直接作用于胰岛β细胞，也可作用于胰岛微血管内皮细胞(Islet microvascular endothelial cells，IMECs)来间接导致胰岛β细胞功能障碍。 Min Liang[10]和Zhen Zhang[11]等人的实验表明AOPPs可以时间和剂量依赖性诱导胰岛β细胞和IMECs凋亡，其机制是AOPPs与细胞膜上的RAGE结合后，触发NADPH氧化酶依赖性的ROS产生，进一步使Bax的表达增加，caspase-3和caspase-9的活性增强，而Bcl-2的合成减少，因此证明了细胞以经典的Bcl-2/Bax-caspase通路凋亡。另外，胰岛素抵抗与肥胖和脂肪细胞功能障碍密切相关[12]，AOPPs的蓄积可导致脂肪细胞炎症反应，同时诱导脂肪细胞ROS依赖的内质网应激，从而抑制胰岛素信号转导[13]。这些研究表明AOPPs蓄积产生的细胞毒性可导致胰岛素分泌障碍和胰岛素抵抗，发展为糖尿病，这也是其他与氧化应激相关的慢性疾病易并发糖尿病的主要原因。

4 AOPPs在慢性糖尿病并发症中的机制

AOPPs作为促炎和促氧化的物质，其在糖尿病患者体内慢性蓄积，可加重糖尿病代谢紊乱及并发症的进展。许多研究显示AOPPs在糖尿病并发症中起重要作用，如冠心病、肾病、视网膜病变、神经病变以及其他如类风湿性关节炎、骨质疏松症和衰老等。循环中的AOPPs可促进血管内皮细胞凋亡，导致血管内皮功能障碍，进而发展为糖尿病心血管并发症[14]；肾脏积累的AOPPs可影响肾组织和细胞的活化、凋亡等正常功能改变，参与糖尿病肾病的进展[15]；糖尿病视网膜病变也与AOPPs相关[16]。

综上所述，在糖尿病患者中，AOPPs在诱导氧化应激和炎症的形成中可构成恶性正反馈循环，加剧糖尿病的代谢紊乱和并发症的进展，AOPPs可作为监测糖尿病及其并发症进展的重要标志物。以AOPPs为靶向的治疗，可能为糖尿病及其并发症的治疗提供了新的方向。