晚期糖基化終末產(chǎn)物的抑制機理及抑制劑的研究進展

吳茜 陳亨業(yè) 胡貝 呂哲娟 謝筆鈞 孫智達

非酶糖基化反應(yīng)由Louis-Camille Maillard于1912年發(fā)現(xiàn)。之后與之相關(guān)的研究，主要集中在對食品風味和色澤的影響。1955年Henry Borsook［1］首次在體內(nèi)發(fā)現(xiàn)Maillard反應(yīng)的早期產(chǎn)物-Amadori化合物;此后 Tanzer［2］和 Cerami等［3］也陸續(xù)在老化的結(jié)締組織和糖尿患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)Amadori化合物。80年代之后，糖尿病并發(fā)癥、阿爾茲海默病等多種慢性疾病被發(fā)現(xiàn)和體內(nèi)Maillard反應(yīng)的晚期產(chǎn)物即AGEs存在密切聯(lián)系［4］。本文將主要從AGEs的抑制機理及已發(fā)現(xiàn)的抑制劑兩方面，來介紹其研究進展。

1 AGEs抑制機理

1.1 AGEs形成抑制 AGEs作為Maillard反應(yīng)的終末產(chǎn)物，其形成的必要條件是反應(yīng)初始的羰胺反應(yīng)，即氨基酸或胺等親核化合物和帶有羰基的化合物發(fā)生親核反應(yīng)，生成亞胺類化合物-希夫堿(Schiff bases);之后再經(jīng)歷Amadori(或Heyns)重排，生成較為穩(wěn)定的Amadori(或Heyns)化合物，并在不同的pH下降解生成各種羰基類化合物，研究表明這些反應(yīng)性的羰基化合物是形成AGEs的前體化合物［5］。故用不發(fā)生美拉德反應(yīng)的親核化合物來封閉羰基化合物，是一條較好的抑制途徑，如已發(fā)現(xiàn)的抑制劑氨基胍和吡哆胺。

對Maillard反應(yīng)影響較大的反應(yīng)條件主要包括氧氣濃度、氧化還原條件、金屬離子、pH、溫度及水分活度。研究表明［6，7］過低或過高的pH和水分活度，以及低溫都能較好地抑制Maillard反應(yīng)，但由于在生理環(huán)境下，pH、溫度和水分活度都是恒定的，無法調(diào)控，故這三個抑制途徑對于體內(nèi)AGEs生成的抑制意義不大。

Baynes［8］和 Thorpe認為氧化應(yīng)激能促進 AGEs的形成，而Litchfield等［9］的研究表明雖然無氧條件能較好地抑制Maillard反應(yīng)前期中間產(chǎn)物乙二醛和甲基乙二醛的產(chǎn)生，但對后期的反應(yīng)卻并無抑制作用，此外其研究還發(fā)現(xiàn)抗氧化條件雖能抑制葡萄糖Maillard反應(yīng)的發(fā)生但卻無法有效地抑制戊糖Maillard反應(yīng)的發(fā)生。Namiki和Hayashi［10］兩人用電子自旋共振光譜儀檢測Maillard反應(yīng)中間產(chǎn)物時發(fā)現(xiàn)其在前期的反應(yīng)中會產(chǎn)生較多的活性自由基，但隨著反應(yīng)的進行自由基會逐漸減少。故可推測抗氧化劑和自由基清除劑對Maillard反應(yīng)的前期進程應(yīng)該有較好的抑制作用。

在金屬離子對Maillard反應(yīng)影響的研究中［11］，其結(jié)果表明部分過渡金屬離子(Fe3+、Fe2+、Cu2+、Zn2+)能促進反應(yīng)的發(fā)生，其中鐵離子和銅離子的促進作用相對較大，F(xiàn)e3+的促進效果大于Fe2+。Cu2+和Zn2+在低濃度(1～5 mg/L)下有促進作用，當濃度達到5～25 mg/L時，則有一定的抑制作用［11］。部分非過渡金屬離子(Ca2+、Mg2+)對反應(yīng)有一定的抑制作用［12］。由于在生理環(huán)境下游離金屬離子的濃度較為穩(wěn)定且較低，故金屬離子螯合劑對于體內(nèi)AGEs的抑制作用可能不大，但在體外和食品體系中則十分重要。

1.2 AGEs斷裂抑制 和AGEs形成抑制相比，AGEs斷裂抑制的優(yōu)勢在于，其能將體內(nèi)已形成的AGEs交聯(lián)物進行裂解并清除。溴化苯酰甲基噻唑(N-phenacylthiazolium bromide，PTB)作為AGEs斷裂劑的先導產(chǎn)物由Vansan等［13］于1996年提出，后按照PTB的斷裂機理，已研制出多種相同機理的斷裂劑。下面以其中研究較為詳盡的斷裂劑ALT711［14］來祥述其斷裂機理。如圖1，AGEs含二酮結(jié)構(gòu)，在ALT7ll的噻唑環(huán)和側(cè)鏈上有兩個親核中心，當其進攻AGEs交聯(lián)物的羰基時，則會發(fā)生親核加成生成一個五元環(huán)中間體，此中間體在發(fā)生多次重排反應(yīng)后發(fā)生裂解，促使AGEs交聯(lián)物斷裂。由圖1可知AGEs交聯(lián)物雖已被裂解，但其裂解產(chǎn)物中仍具有活性羰基，即其還能重新形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。同時也可看出ALT711只是其裂解反應(yīng)中的一個催化劑，能持續(xù)發(fā)揮作用，故可推測若將AGEs的羰基封閉劑和其斷裂劑共同使用，使其斷裂產(chǎn)物無法再次交聯(lián)，也許能大大地增加其抑制效果［15］。

圖1 ALT711斷裂AGEs交聯(lián)物

圖2 AGEs生成的抑制機理

綜上所述，如圖2，體內(nèi)AGEs的生成抑制的主要途徑為:①清除自由基及抗氧化。②封閉活性羰基。③螯合過渡金屬離子。④斷裂AGEs交聯(lián)物。

2 AGEs形成抑制劑

2.1 氨基胍 氨基胍(aminoguanidine，AG)由美國洛克菲勒大學教授A．Cerami發(fā)現(xiàn)，是一種研究較為深入的AGEs抑制劑。其對AGEs生成的抑制機理為［15］:①和Amadori化合物發(fā)生親核加成反應(yīng)，來封閉羰基。②和α-二羰基化合物發(fā)生親核加成反應(yīng)，生成較為穩(wěn)定的三嗪類六元環(huán)化合物，來封閉羰基。體內(nèi)實驗［16］表明AG能顯著減少體內(nèi)糖化蛋白交聯(lián)的形成并緩解多種糖尿病并發(fā)癥的發(fā)展。但在Ⅲ期臨床試驗中卻發(fā)現(xiàn)AG有不良反應(yīng)，使其無法繼續(xù)應(yīng)用于臨床實踐。

2.2 吡哆胺 吡哆胺為維生素B6的一種天然成分，其作為AGEs生成抑制劑首先被Hudson發(fā)現(xiàn)［17］。和AG一樣，吡哆胺作為一種親核試劑能捕獲Maillard反應(yīng)中產(chǎn)生的活性羰基并環(huán)化，從而生成較為穩(wěn)定的含呱嗪環(huán)的五元環(huán)加合物［18］。與AG不同的是，吡哆胺的抑制主要表現(xiàn)在Amadori后反應(yīng)，AG則主要表現(xiàn)在Amadori前反應(yīng)［19］。體內(nèi)實驗［17］表明吡哆胺對于抑制AGEs的生成以及延緩相應(yīng)的慢性疾病都有較好的效果。作為一種水溶性維生素，和AG及其他抑制劑相比，吡哆胺的毒性較低，故有望成為一種新型的藥物。

除上述兩種抑制劑外，現(xiàn)已從一些藥物、維生素及植物性化學物質(zhì)中找到多種AGEs形成抑制劑［15］，如肌肽、地拉桌鹽酸鹽、阿卡波糖、二甲雙胍、替尼西坦、己酮可可堿、維生素C、和多酚化合物。此外，根據(jù)AGEs生成的抑制機理及其相關(guān)抑制劑的結(jié)構(gòu)特點，現(xiàn)已合成出多種形成抑制劑［20］，如ALT462、ALT486、OPB-9195、BST 和 LR 系列化合物。

3 AGEs斷裂抑制劑

AGEs斷裂抑制劑主要為PTB、ALT711及按照兩者的結(jié)構(gòu)特點合成的各種衍生物，其抑制機理基本類似，都是通過裂解雙羰基之間的碳碳鍵來裂解AGEs。

3.1 PTB PTB 由 Vansan等［13］于1996 年提出，實驗［13］表明其能較好地裂解在生理條件下形成的AGEs交聯(lián)物。但PTB結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易發(fā)生水解，故無法作為藥用［15］。

3.2 ALT711 ALT711是Vansan繼PTB后，合成的一種穩(wěn)定性較好的 AGEs斷裂劑，研究［21］表明其能有效地逆轉(zhuǎn)AGEs交聯(lián)物的生成，無論是內(nèi)服還是外用，都能有效地改善由AGEs引起的慢性病癥。Vaitkevicius等［22］的研究發(fā)現(xiàn)其能改善年老獼猴血管及心肌的硬化問題;Peppa等［23］也發(fā)現(xiàn)其能有效地降低糖尿病模型小鼠的血清、皮膚及腎臟中的CML(羧甲基賴氨酸)水平，并推測其能較好的逆轉(zhuǎn)由糖尿病而引起的腎功能障礙。作為第一種進入臨床試驗的AGEs斷裂劑，其在Ⅰ、Ⅱ期臨床實驗中都顯示有良好的效果，但由于其開發(fā)公司Alteon的經(jīng)濟問題，使得該公司在2009年不得不宣布停止對其的臨床實驗。

由于生活水平的提高和人口老齡化的發(fā)展，慢性疾病的發(fā)生呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，據(jù)統(tǒng)計至2011年由慢性疾病而導致的死亡已高達85%。研究表明AGEs在體內(nèi)與多種慢性疾病的發(fā)生及發(fā)展密切相關(guān)，故體內(nèi)AGEs抑制劑的研究也許能為各種慢性疾病的治療開辟了一條新的道路。綜上所述，依據(jù)各種抑制機理人工合成的抑制劑和具有良好抗氧化性的天然活性成分將是開發(fā)AGEs抑制劑的主要途徑。

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