晚期糖基化終末產(chǎn)物與心血管疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

陳其謀

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，重慶 400016)

心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)多因素、多環(huán)節(jié)的病理生理過(guò)程。近年來(lái)越來(lái)越多的研究證實(shí)，晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)及其受體與心血管疾病存在密切聯(lián)系，并在心血管疾病發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中起到不可忽視的作用。AGEs主要通過(guò)兩個(gè)途徑產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)：一是直接修飾蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等結(jié)構(gòu)從而改變其功能；二是結(jié)合特異性受體造成冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮及心肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)改變和功能紊亂。本文就AGEs與心血管疾病的關(guān)系作一綜述。

1 AGEs及其受體

1.1 AGEs的形成 AGEs是一組由還原糖(如葡萄糖、果糖、戊糖等)與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸通過(guò)非酶促反應(yīng)形成的異構(gòu)分子群[1]，可根據(jù)其來(lái)源分為內(nèi)源性和外源性?xún)纱箢?lèi)。內(nèi)源性AGEs是由人體內(nèi)還原糖的羰基與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸的游離氨基端發(fā)生非酶糖基化作用形成可逆產(chǎn)物 Schiff 堿，后者經(jīng)過(guò)一系列分子重排形成較穩(wěn)定的酮胺類(lèi)化合物，即Amadori 產(chǎn)物。該產(chǎn)物在之后幾周至數(shù)月內(nèi)進(jìn)一步氧化、脫水、凝聚形成不可逆的終末產(chǎn)物，即 AGEs。機(jī)體老化、糖尿病、胰島素抵抗、肥胖、代謝性疾病、缺氧、氧化應(yīng)激等因素均會(huì)導(dǎo)致血清和組織內(nèi)內(nèi)源性AGEs的累積增多[2]。外源性AGEs存在于日常飲食中，如富含碳水化合物和含脂肪較多食物均含有大量的AGEs[1]，這類(lèi)飲食被胃腸系統(tǒng)吸收后，也能影響AGEs在血清及組織中的濃度。

1.2 AGEs受體 AGEs受體最為研究者熟知的有三種：晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)、可溶性晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(sRAGE)、內(nèi)源性分泌型晚期糖基化終末產(chǎn)物(esRAGE)。RAGE是細(xì)胞表面分子中免疫球蛋白超家族的一員，主要存在于血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞及腎系膜細(xì)胞表面，由人類(lèi)6號(hào)染色體上的主要組織相容性復(fù)合體(MHC)Ⅲ類(lèi)區(qū)域的RAGE基因編碼，由V型結(jié)構(gòu)域、C型結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞質(zhì)尾組成。V結(jié)構(gòu)域具有兩個(gè)N-糖基化位點(diǎn)，負(fù)責(zé)大部分的胞外配體結(jié)合；而胞質(zhì)尾被認(rèn)為是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵，與diaphanous-1結(jié)合后可介導(dǎo)細(xì)胞遷移[3]。sRAGE是一種由解整合素金屬肽酶10和基質(zhì)金屬蛋白酶裂解細(xì)胞表面受體RAGE所產(chǎn)生的變異體，包含胞外結(jié)構(gòu)域，但缺乏胞內(nèi)和跨膜結(jié)構(gòu)域[4,5]。另外，與其他位于6號(hào)染色體上MHC Ⅲ位點(diǎn)編碼的蛋白質(zhì)一樣，人類(lèi)RAGE基因經(jīng)過(guò)選擇性剪接后由mRNA編碼產(chǎn)生內(nèi)源性esRAGE[3，4]。sRAGE和esRAGE循環(huán)于血液中，可作為配體與AGEs結(jié)合，從而競(jìng)爭(zhēng)性抑制AGEs-RAGE，下調(diào)AGEs-RAGE下游的促炎癥信號(hào)[4]。因此，sRAGE和esRAGE通常被認(rèn)為是良性受體。

2 AGEs與心血管疾病的關(guān)系

2.1 誘導(dǎo)冠狀動(dòng)脈炎癥 AGEs直接修飾冠狀動(dòng)脈血管內(nèi)皮細(xì)胞的線(xiàn)粒體蛋白，抑制其修復(fù)，導(dǎo)致線(xiàn)粒體膜電位顯著降低，進(jìn)而激發(fā)線(xiàn)粒體產(chǎn)生一系列活性氧簇(ROS)，生成大量的超氧離子，形成氧化應(yīng)激[5]。Ren等[6]證實(shí)，AGEs可通過(guò)提高NADPH氧化酶活性，降低超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶活性，導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中ROS爆發(fā),而ROS通過(guò)細(xì)胞氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、變性壞死，加重冠狀動(dòng)脈血管病變。此外，人類(lèi)冠狀動(dòng)脈細(xì)胞中，AGEs-RAGE可誘導(dǎo)蛋白激酶(MAPK) p38、p44/42和ERK1/2的活化，進(jìn)而激活反應(yīng)通路下游的核因子-κB(NF-κB)，引發(fā)多種促炎細(xì)胞因子和趨化因子如TNF-α、IL-1、IL-6 和COX-2的產(chǎn)生，導(dǎo)致細(xì)胞的氧化應(yīng)激、促炎癥反應(yīng)及促凝血基因的表達(dá)[6]。Zhong 等[7]證實(shí)，機(jī)體炎性反應(yīng)加重的同時(shí)，C反應(yīng)蛋白能夠通過(guò)ROS和ERK/ NF-κB的活化刺激RAGE在人冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的表達(dá)增加，誘導(dǎo)RAGE在炎癥反應(yīng)中的正反饋，加重冠狀動(dòng)脈損傷。

2.2 降低冠狀動(dòng)脈順應(yīng)性 AGEs與血管壁細(xì)胞外基質(zhì)中的Ⅰ、Ⅳ型膠原蛋白及彈性蛋白發(fā)生糖基化交聯(lián)，改變其生理特性，抑制這些蛋白形成正常的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致血管彈性下降，動(dòng)脈壁彈性喪失，而這種由AGEs造成的蛋白交聯(lián)能夠抵抗蛋白酶的水解，進(jìn)而使細(xì)胞外基質(zhì)的面積增大，促進(jìn)血管僵硬；而發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)糖基化和交聯(lián)可導(dǎo)致細(xì)胞功能受損，進(jìn)一步改變細(xì)胞通透性，降低動(dòng)脈順應(yīng)性[8]。AGEs既能直接淬滅一氧化氮(NO)的活性，又能通過(guò)一氧化氮合酶(eNOS)減少NO合成量，從而造成冠狀動(dòng)脈舒張障礙；同時(shí)NO介導(dǎo)的抗增生效應(yīng)也下降，促使內(nèi)皮下成纖維細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞的增殖，從而降低血管順應(yīng)性。Ren等[6]證實(shí)，由AGEs預(yù)處理的人類(lèi)冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中，內(nèi)源性eNOS濃度及活性、eNOS mRNA 穩(wěn)定性、phospho-eNOS Ser1177和細(xì)胞內(nèi)NO水平均顯著降低。AGEs-RAGE也可通過(guò)誘導(dǎo)ROS的生成,活化MAPK信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)多個(gè)下游動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)血管平滑肌分化增殖，降低血管順應(yīng)性[9]。此外，Wu等[10]證實(shí)，AGEs-RAGE通過(guò)激活MAPK途徑增加Na+/H+交換體-1活性，使細(xì)胞內(nèi)鈉離子水平增加，隨后促進(jìn)鈣離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子水平升高，為血管平滑肌細(xì)胞增殖創(chuàng)造條件。

2.3 增加冠脈脂質(zhì)堆積 近期研究證實(shí)，AGEs可通過(guò)下述兩個(gè)途徑影響到肌動(dòng)蛋白的結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞通透性增高。①AGEs可顯著上調(diào)前纖維蛋白1在細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)的表達(dá)，使纖維狀肌動(dòng)蛋白發(fā)生重組和再分布,使細(xì)胞通透性增加[11]；②AGEs-RAGE產(chǎn)生ROS可以誘導(dǎo)p38及MAPK活化，引起細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，影響到肌動(dòng)蛋白的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)皮通透性改變[12]。在內(nèi)皮損傷和通透性改變后，AGEs通過(guò)糖化反應(yīng)改變低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)的結(jié)構(gòu)，致使機(jī)體對(duì)LDL-C的清除率降低。AGEs-LDL-C在被巨噬細(xì)胞表面的清道夫受體識(shí)別后，完成攝取、內(nèi)吞，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)堆積，繼而轉(zhuǎn)化成泡沫細(xì)胞，沉積在受損的血管壁上造成脂斑形成。而泡沫細(xì)胞局部堆積及AGEs促進(jìn)局部NF-KB表達(dá)誘導(dǎo)產(chǎn)生的血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子及趨化蛋白(如VCAM-1、ICAM-1、E-選擇素)促進(jìn)炎癥細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞黏附及經(jīng)血管內(nèi)皮的遷移，巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)及SMZ向病變局部遷移增生，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展，形成惡性循環(huán)[13]。

2.4 加重心肌損傷 機(jī)體老化、糖尿病、胰島素抵抗、肥胖、缺氧等因素導(dǎo)致AGEs在心肌內(nèi)堆積，促進(jìn)局部NF-KB和MAPK信號(hào)通路表達(dá)，誘導(dǎo)ROS，激發(fā)炎性介質(zhì)的生成及氧化應(yīng)激。同時(shí)，AGEs介導(dǎo)心肌血管結(jié)構(gòu)功能改變，引起心肌微循環(huán)障礙，加重心肌細(xì)胞損傷。Hu 等[14]證明，AGEs還可以通過(guò)抑制PI3K/AKT/mTOR和活化p38/MAPK信號(hào)通路增加心肌細(xì)胞凋亡。AGEs抑制順烏頭酸酶、解偶聯(lián)蛋白2、PGC-1活性引起細(xì)胞線(xiàn)粒體損傷，導(dǎo)致線(xiàn)粒體功能受損，進(jìn)而促進(jìn)心肌病變。硫氧還蛋白 (Trx)是一種抗氧化和抗凋亡蛋白質(zhì)，對(duì)心肌具有保護(hù)作用，而硝基化修飾導(dǎo)致Trx喪失對(duì)心臟的保護(hù)作用。Liu 等[15]證實(shí)，對(duì)心肌梗死的小鼠以siRNA干擾RAGE基因表達(dá)或sRAGE干預(yù)后，可減少心肌缺血再灌注導(dǎo)致的Trx硝基化，保護(hù)Trx活性，減少心肌梗死面積。Cao等[16]將帶有樹(shù)突細(xì)胞的心肌與AGEs共同培養(yǎng)后，通過(guò)實(shí)時(shí)PCR技術(shù)檢測(cè)到肥大相關(guān)基因顯著上調(diào)，證實(shí)AGEs通過(guò)上調(diào)RAGE和樹(shù)突細(xì)胞標(biāo)志物誘導(dǎo)樹(shù)突細(xì)胞的免疫成熟；而這種機(jī)制具有時(shí)間-濃度依賴(lài)性，可加快心肌細(xì)胞老化，最終促進(jìn)心力衰竭。Nelson等[17]證明，AGEs通過(guò)RAGE-神經(jīng)酰胺軸途徑導(dǎo)致心肌細(xì)胞線(xiàn)粒體呼吸功能障礙，引起線(xiàn)粒體呼吸功能顯著受損。

2.5 促進(jìn)心肌纖維化 AEGs可促使膠原蛋白分子相互交聯(lián)，使膠原蛋白喪失彈性，動(dòng)脈和心肌順應(yīng)性降低，導(dǎo)致心肌纖維化。同時(shí)，通過(guò)MAPK途徑，AGEs可上調(diào)成纖維細(xì)胞的基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)，誘導(dǎo)心肌纖維化[18]。在細(xì)胞內(nèi)，AGEs-RAGE激活致纖維性細(xì)胞因子、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子以及炎性反應(yīng)，降低心肌組織順應(yīng)性，加重心肌纖維化[18]。

2.6 降低心肌舒縮功能 AGEs通過(guò)誘導(dǎo)蛋白激酶C(PKC)，尤其是使PKCβⅡ亞型活化或通過(guò)與AGEs/RAGE結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞鈣離子平衡紊亂，降低心肌細(xì)胞收縮峰值、最大收縮速率、收縮峰值時(shí)間和舒張90%時(shí)間。肌漿網(wǎng)鈣離子泄漏，造成部分肌漿網(wǎng)鈣離子容量耗盡，降低細(xì)胞內(nèi)鈣離子電刺激敏感性，延遲細(xì)胞內(nèi)鈣離子的清除，致心臟收縮期鈣瞬變幅度減少，心肌細(xì)胞收縮功能明顯受損[19]。在體內(nèi)，AGEs還可通過(guò)下調(diào)AMPK和去乙?；?的表達(dá)來(lái)降低Na+-K+-ATP酶活性，引起心肌細(xì)胞內(nèi)外的電解質(zhì)紊亂，最終導(dǎo)致心臟損傷[20]。

綜上所述，AGEs與心血管疾病的致病過(guò)程密切相關(guān)，可直接或間接促成冠狀動(dòng)脈及心肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)改變和功能的損傷，但其具體通路及機(jī)制仍有待進(jìn)一步探索。同時(shí)，越來(lái)越多的研究證實(shí)AGEs及其受體與臨床心血管疾病患者病情嚴(yán)重程度及預(yù)后情況相關(guān)。