晚期糖基化终末产物在冠心病发生和发展中的作用研究进展

马 霞，宋小刚，张妍妍，门琦轩 综述 陈永清，3 审校

冠心病(coronary heart disease, CHD)即冠状动脉粥样硬化性心脏病，是冠状动脉发生动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)而引起血管腔狭窄或阻塞，造成心肌缺血、缺氧或坏死所导致的心脏病。晚期糖基化终末产物(advanced glycation end-products，AGEs)是衍生自葡萄糖或其他糖类衍生物与蛋白质或脂质反应的非酶产物异质分子。AGEs通过细胞内外蛋白修饰以及与其对应细胞表面受体结合，激活相应信号通路，诱导氧化应激和炎症级联反应，从而参与CHD的发生和发展。血液及组织中高浓度的AGEs对CHD的发生和发展具有一定促进作用，并对CHD的严重程度及不良预后有一定预测价值。

1 AGEs及其受体

1912年，AGEs首次由法国科学家Maillard报道，AGEs是一组在蛋白质、脂肪酸或核酸的氨基基团与还原糖的醛基之间发生非酶促糖基化反应(又称Maillard反应)所形成的一系列具有高度活性的终产物。晚期糖基化终末产物受体(RAGE)是AGEs最主要的受体，属于细胞表面受体免疫球蛋白超家族。RAGE主要包括三种：RAGE、可溶性晚期糖基化终末产物受体(sRAGE)、晚期糖基化终末产物内源性分泌受体(esRAGE)。与健康人群相比，RAGE的表达水平在糖尿病、心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)及癌症等病理条件下明显升高[1]。AGEs与RAGE结合形成AGE-RAGE结合体，此类结合体通过转化生长因子(TGF)-β、核因子(NF)-kβ、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK、ERK1/2、p38MAPK)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶(Nox)等信号途径诱导血管内皮细胞表达黏附分子-1(ICAM-1)、E-选择素、血管内皮生长因子和促炎细胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)，尤其在糖尿病患者血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs)中，此类信号通路显著激活，导致血管炎症、损伤、钙化、纤维化增加[2]。esRAGE是通过RAGE mRNA剪接产生的，sRAGE是RAGE的C末端剪切体[3]。

2 AGEs与AS

AS是一种与年龄和代谢有关的疾病，它会导致血管内膜增厚、斑块形成和血管腔堵塞。研究表明，长期高血糖导致糖尿病血管病变重要的机制是通过非酶糖基化反应形成AGEs，AGEs通过沉积在细胞外基质(extracellular matrixs, ECMs)、氧化低密度脂蛋白(LDL)、氧化应激、免疫炎症反应等损伤血管从而促进AS发生[4]。研究发现，AGEs介导ECMs分子之间的桥接，导致ECMs的结构改变而损害血管功能[5]；同时，AGEs 与RAGE的结合触发细胞内信号传导进而诱导血管损伤并加剧AS斑块的发展。Xiao等[6]在大鼠模型中发现AGEs通过与RAGE结合，进而与ECMs蛋白交联，导致AS斑块形成，其可能的机制是AGEs通过诱导VSMCs增殖、促AS介质释放及血管重塑而参与AS发生。Xiao等[6]还发现，多功能肌动蛋白结合蛋白(profilin-1)可能通过激活JAK2/STAT3信号通路参与AGEs诱导的血管炎症反应，沉默profilin-1基因表达可抑制此信号通路，减轻AGEs诱导的血管炎症反应而延缓AS发生。此外，NF-kβ是RAGE信号转导的主要靶点，当NF-kβ转移到细胞核时，内皮素-1(ET-1)、ICAM-1、E-选择素和组织因子等的表达增加，上调氧化应激与炎症反应，诱发内皮功能障碍而导致AS[5]。血管壁中的AGEs通过诱发LDL氧化及氧化LDL(ox-LDL)与单核细胞、内皮细胞和平滑肌细胞的结合从而形成泡膜细胞，进而引发血管炎症和血管内皮细胞增殖，导致AS和血管功能障碍[7]。Matsumoto等[8]指出在人类冠状动脉内皮细胞(ECs)中，AGEs 通过激活氧化应激、p38 丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和细胞外信号调节激酶 1/2(ERK1/2)而减少内皮NO合酶(eNOS)表达和NO生成，从而降低NO 生物利用度而导致血管内皮功能障碍。ET-1是一种内皮衍生收缩因子，在动脉 ECs 中，AGEs以浓度和时间依赖性方式促进 ET-1 和赖氨酰氧化酶(LOX)的表达；同时，AGEs 还可以促进NF-kβ 和激活蛋白1(AP-1)与ET-1和LOX同源启动子的结合，通过损害内皮屏障功能和改变ECMs生物特性进而导致AS发生发展。Perrone等[1]研究发现，在高脂血症环境中，AGEs可抑制泡沫细胞从AS斑块向外迁移，并通过诱导钙化级联反应促进AS发展，使用抗CD36受体抗体和抗RAGE中和抗体，可能会延缓AS斑块进展，甚至使AS斑块消退。因此，AGEs和RAGE有可能成为未来防治AS病变的新靶点。

3 AGEs与冠状动脉微血管功能障碍

冠状动脉微血管功能障碍(coronary microvascular dysfunction，CMD)属于非阻塞性冠状动脉疾病(non obstructive coronary artery disease，NoCAD)，可引发微血管心绞痛(microvascular angina，MVA)。研究表明，与非糖尿病患者相比，糖尿病患者CMD 患病率更高，且糖尿病微血管并发症通常发生在大血管并发症之前。CMD是糖尿病患者心源性死亡风险增加的重要危险因素[9]。Barrett等[10]指出高血糖促进AGEs产生及AGEs受体激活，从而使细胞内信号传导和基因表达发生改变，促炎因子释放，ROS产生增加，诱发血管内皮炎症反应和氧化应激，最终导致糖尿病微血管并发症的发生。AGEs通过ROS及促炎因子，导致内皮ICAM-1、血管细胞黏附分子-1和E-选择素等黏附分子的表达增加，VSMCs的迁移和增殖以及内皮素的合成增加等进一步加重糖尿病患者CMD的发生和发展。Liu等[11]将NoCAD小鼠暴露于AGEs后，小鼠表现出严重的CMD，这表明AGEs可加速NoCAD小鼠CMD的发生其可能机制是AGEs通过激活内质网应激(ERS)介导的蛋白激酶R样内质网激酶(PERK)而加重CMD，抑制PERK表达可显著缓解NoCAD小鼠的CMD。

4 AGEs与急性冠脉综合征

急性冠脉综合征(acute coronary syndrome，ACS)是以冠状动脉粥样硬化斑块破裂或侵袭，继发完全或不完全闭塞性血栓形成而导致心肌急性缺血引起的临床综合征，包括不稳定性心绞痛(unstable angina，UA)和急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)。研究表明，AMI后患者循环AGEs及RAGE水平显著升高[12]，进而导致心肌细胞凋亡、心脏负性重塑和心功能障碍，且与患者较差的预后相关[13]。血浆AGEs水平升高是患者发生再梗死和死亡的独立预测因子，也是 AMI 后1年内发生心力衰竭(heart failure，HF)的独立预测性生物标志物，且与年龄、是否合并糖尿病、梗死严重程度及其他标志物无关[14]。Dozio等[15]指出AGE在AMI的发生以及ACS事件后发生左心室扩张、偏心性肥大和瘢痕区室壁变薄等心脏重塑中发挥着重要作用。AMI后，AGEs通过激活心肌细胞炎症反应，促进金属蛋白酶(MMPs)和血管内皮生长因子(VEGF)表达，诱发心肌重塑。同时，细胞内钙结合蛋白S100B通过激活RAGE诱导VEGF表达进而促进MI后心肌重塑[16]。AGE-RAGE通路还可与心脏重塑相关的分子半乳糖凝集素3(Galectin-3)相互作用加剧心脏重塑的进展。在心脏重塑发生早期，Galectin-3在心脏中表达显著增加，尤其是在AMI之后[15]。甲基乙二醛(MG)被认为是最重要的AGEs前体，Blackburn等[17]在过表达MG代谢酶乙二醛酶-1(GLO-1)的转基因小鼠中发现，MG-AGEs在AMI后大量产生并与心肌细胞功能损害及心脏负性重塑密切相关。此外，sRAGE水平升高与急性心肌缺血有关。Grauen等[18]在524例ACS患者中发现，sRAGE水平升高与ACS后左室功能恶化和HF发生显著相关。Tsoporis等[16]在STEMI患者中发现，在AMI早期sRAGE水平显著升高，且发生在肌钙蛋白I(TnI)升高之前，并且峰值sRAGE与心功能不全独立相关。经皮冠状动脉介入(percutaneous coronary intervention，PCI)治疗后第1天sRAGE水平显著下降，且sRAGE水平与心肌梗死面积相关。因此，sRAGE对于AMI患者病情严重程度及预后具有一定的评估价值。AMI后发生恶性室性心律失常而导致不良预后，Liu等[19]研究发现，合并糖尿病的STEMI患者室性早搏(PVC)数量显著增加，血清AGEs浓度与室性早搏数量呈显著正相关；RAGE依赖PERK信号通路通过ER钙释放以及钙调神经磷酸酶(CaN)/兰尼碱受体2(RyR2)机制触发室性心律失常(VAs)。因此，AGEs及RAGE有可能成为AMI后恶性心律失常的防治靶点。

近年来研究认为，干细胞移植是AMI后大量不可逆心肌细胞坏死的有效治疗方法。心耳干细胞(CASCs)是一种新型心脏干细胞，心肌细胞分化特性较好，自体移植后可显著改善心功能。研究表明，AGEs导致干细胞增殖能力减低和凋亡增加，这可能与AGEs结合RAGE、促进细胞凋亡途径激活、ROS过度形成等有关[20]。Evens等[21]在体外将大鼠CASCs暴露于不同浓度的AGEs 72 h后，CASCs的存活、增殖能力显著降低，并随着AGEs浓度的增加，细胞凋亡明显增加。AGEs在CASCs中的部分作用是以剂量依赖性方式激活RAGE介导的。因此，抑制AGE-RAGE通路可能对AMI后干细胞移植治疗具有保护作用。

5 AEGs与心肌缺血再灌注损伤

心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia-reperfusion injury，MI/RI)是AMI患者进行再灌注治疗时不可避免的病理生理过程。MI/RI的主要机制可能与氧化应激和炎症反应有关[22]。Jensen等[23]研究发现，在暴露于缺氧和复氧后，小鼠心肌细胞RAGE与AGEs表达水平明显增加，敲除RAGE基因后心肌细胞损伤减轻。此外，与假手术组相比，左前降支(LAD)暂时闭塞后小鼠心肌中RAGE表达增加，且RAGE表达量与心肌细胞凋亡呈正相关；而敲除RAGE基因的小鼠暴露于缺血再灌注(I/R)损伤后，MI面积明显减小。研究表明，sRAGE在MI/RI 中发挥一定的心肌保护作用。Cao等[24]在小鼠MI/RI模型中发现，sRAGE通过信号转导和转录激活因子3(STAT3)抑制暴露于I/R损伤的心肌细胞凋亡，逆转MI/RI引起的心功能不全、炎症反应和心肌纤维化。Jiang等[25]在大鼠MI/RI模型中发现，sRAGE通过激活JAK2/STAT3信号通路，在体外和体内均可防止I/R所诱导的心肌细胞凋亡的发生。此外，研究表明泛素蛋白酶体系统(UPS)功能障碍与细胞凋亡密切相关。Guo等[26]在成年雄性小鼠冠脉LAD的I/R损伤模型中发现，sRAGE对I/R诱导的心肌细胞凋亡的抑制作用与UPS活性增加以及STAT3激活介导的β1i和β5i表达升高有关。Dang等[27]在小鼠冠脉LAD的I/R损伤模型中发现，如果阻断γ干扰素(IFN-γ)可抑制心脏I/R期间sRAGE诱导的β1i和β5i表达上调，进而减弱sRAGE的保护作用。因此，sRAGE可能是一种通过激活UPS抑制心肌细胞凋亡而逆转MI/RI不良预后的新型干预措施。

6 AGEs与心功能不全

AGEs通过与细胞膜蛋白相耦联而改变其结构或直接激活RAGE，影响下游原癌基因蛋白p21(ras)、细胞外调节蛋白激酶(ERK)1/2、丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、p38丝裂原活化蛋白激酶、应激活化蛋白激酶(SAPK)、丝裂原活化蛋白(MAPKs)、磷酸肌醇3激酶(P13K)和Janus激酶(JAK)/信号转导与转录激活子(STAT)等信号通路导致HF发生[28]。Deluyker等[29]将大鼠左室心肌细胞急性暴露于高分子量AGEs(HMW-AGEs)4 min后，心室肌细胞Ca2+内流水平明显减少，心肌细胞收缩水平显著降低，从而发生不可逆的心肌细胞功能障碍。AGEs不仅参与HF的发生和发展，而且与HF的严重程度和预后呈正相关[30]。

AMI后患者循环AGEs及RAGE水平显著升高可导致心肌细胞凋亡与心肌功能损害，增加HF的发生风险。Raposeiras-Roubín等[31]对194例AMI患者进行0.8～1.5年的随访发现，高血浆AGEs水平患者HF的发生风险增加5倍，且AGEs是AMI后发生HF的预测因子。在糖尿病患者中，AGEs与RAGE的结合诱导ROS形成并激活ERK1/2，进而通过增加NF-kβ的表达导致心肌损伤而诱发心功能不全。此外，sRAGE血浆水平升高被认为是一种反调节机制，其通过抑制AGEs与RAGE结合进而保护心功能[15]。然而，AGEs及其受体在AMI后发生HF中的详细机制尚未完全明确，仍需进一步研究。

7 抗AGEs治疗

AGEs在冠心病发生发展及心血管重塑中发挥着重要作用，因此，抗AGEs治疗非常重要。氨基胍和OPB-9195通过清除活性羰基进而抑制AGEs的产生和组织累积[32]。维生素B衍生物，如苯硫胺、硫胺素和吡哆胺等也具有AGEs抑制作用，从而改善糖尿病相关的AS及肾损害[33]。RAGE抑制剂类药物如PF-04494700(或TTP488，Azeliragon)通过阻止配体(如CML、Aβ42、S100B和HMGB1等)与 RAGE 结合而在细胞外发挥作用并且其能够穿过血脑屏障[34]。同时，FPS-ZM1能够阻断由Aβ42和BSA-AGE介导的RAGE信号传导进而在细胞外发挥RAGE抑制作用[35，36]，然而，在细胞内发挥RAGE抑制作用的药物目前研究尚少。阿司匹林可以清除游离羰基，并通过铜和其他过渡金属的螯合作用来降低AGEs水平[32]。研究发现，部分降糖药也具有抗AGEs作用。二甲双胍和吡格列酮均能降低2型糖尿病患者的血浆AGEs水平；新型降糖药SGLT-2抑制剂可以通过减少ROS的产生以及肾脏AGEs的清除从而降低糖尿病患者的AGEs水平[32]。肾素-血管紧张素系统(RAS)抑制剂也可以抑制AGEs的产生，其中血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)和血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂(ARB)通过减少羟基和碳基中心自由基的形成及螯合参与AGEs形成的金属离子来降低AGEs产生[32]。他汀类药物通过减少脂质氧化及ROS形成，降低尿液与血清中AGEs水平以及AS斑块中AGEs的累积[37]；在动物模型中，他汀类药物还可降低RAGE的表达而发挥心血管保护作用[32]。目前，针对AGEs形成的糖基化药理学抑制剂和AGEs受体阻断剂以及作用于AGE-RAGE相关信号通路的抑制剂等具有特异性抗AGEs作用的药物研究尚少，可能成为未来新的研究方向和热点。

综上所述，AGEs与CHD的发生发展密切相关，这些可能的机制还需要在临床实践和基础研究中进一步证实和修正。此外，基于AGEs及其受体在CHD中所起的重要作用，研发以AGEs及其受体为靶点的CHD治疗药物，可能成为未来防治CHD的新方向。