晚期糖基化終末產(chǎn)物對雌性繁殖性能的影響研究進展

劉鴻宇，李俊，顓清芮，杜幸柱，周丹，王龍飛，羅渝雯，傅祥偉,3*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，北京 100193；2.河北醫(yī)科大學第一醫(yī)院生殖中心，河北石家莊 050031；3.省部共建綿羊遺傳改良與健康養(yǎng)殖國家重點實驗室，新疆石河子 832003）

晚期糖基化終末產(chǎn)物（Advanced Glycosylation End Products，AGEs）是動物、人類日常飲食攝入的物質(zhì)之一，也是體內(nèi)糖脂代謝紊亂產(chǎn)物之一。AGEs在動物機體內(nèi)有多種不同的存在形式，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的AGEs 有20 多種，結(jié)構(gòu)式已知的有羧甲基賴氨酸（Carboxy Methyl Lysine，CML）、羧乙基賴氨酸（Carboxyethyl Lysine，CEL）、甲基乙二醛（Methyl Glyoxal,MG）、戊糖素等。AGEs 在體內(nèi)主要通過與其受體（Receptors For Advanced Glycation End Products，RAGE）結(jié)合引起氧化應激、炎癥反應等，引起進一步的不良影響。

糖類和脂類是細胞及動物機體能量與物質(zhì)的來源，對維持動物的正常生理活動有著重要作用。除最主要的供能和儲能外，糖類和脂類在動物機體內(nèi)還廣泛參與物質(zhì)生成、調(diào)控等活動。糖脂代謝受動物機體的嚴格調(diào)節(jié)，糖類和脂肪也會對動物機體產(chǎn)生相應的反饋作用，胰島素參與動物體內(nèi)糖代謝的調(diào)節(jié)，同時脂肪組織產(chǎn)生的脂肪細胞因子和炎癥因子會對胰島素的效果產(chǎn)生影響，甚至導致胰島素抵抗，引起2 型糖尿病的發(fā)生。因此，動物體內(nèi)糖脂代謝失調(diào)會對多項生理機能和組織器官造成損傷，進而影響動物的生長與發(fā)育。糖脂代謝可影響繁殖性能。飼料中糖脂的來源或含量變化可改變豬的糖脂代謝水平，進而對繁殖性能造成影響。膳食AGEs 能夠在小鼠血清、脂肪和肝臟組織中積累，通過誘導炎癥反應導致脂肪、肝臟組織出現(xiàn)糖脂代謝紊亂。同時研究表明，AGEs 與多囊卵巢綜合征（PCOS）有著密切關(guān)系。本文就動物體內(nèi)AGEs 的來源、代謝、作用途徑，以及國內(nèi)外關(guān)于AGEs 在雌性生育力中的作用進展做一綜述，以期闡釋AGEs 作用機制，為提高雌性繁殖性能提供新方法。

1 AGEs 的來源與代謝

動物體內(nèi)AGEs 的來源可以簡單分為體內(nèi)來源和體外來源，AGEs 的體內(nèi)代謝過程復雜，鮮有針對膳食來源AGEs 在體內(nèi)代謝機理的報道。

1.1 體內(nèi)來源 機體內(nèi)的AGEs 是由體內(nèi)大分子物質(zhì)（蛋白質(zhì)、核酸等）的末端還原性氨基與還原糖的醛基或酮基在沒有酶的催化作用下發(fā)生親和加成反應，形成可逆的希夫堿，之后不穩(wěn)定的希夫堿發(fā)生Amadori 重排并形成穩(wěn)定的醛胺類產(chǎn)物，經(jīng)歷一系列的變化產(chǎn)生有高度活性的羰基化合物，最終與蛋白質(zhì)的功能基團反應產(chǎn)生穩(wěn)定的AGEs。糖類、脂類、氨基酸氧化后產(chǎn)生具有活性的醛類與蛋白質(zhì)共價結(jié)合后也參與AGEs 的形成。

1.2 體外來源 體外攝入的AGEs 主要來源是食物，特別是富含碳水化合物和含脂肪、蛋白的食物，同時其與高溫、燒烤、油炸、烘培以及長時間烹飪等加工方式有密切關(guān)系。飼料生產(chǎn)過程中制粒、滅菌等環(huán)節(jié)都離不開高溫處理，這些處理會使含糖類和蛋白質(zhì)的飼料產(chǎn)生高水平的AGEs，通過飼喂被動物一同吸收，對機體產(chǎn)生影響。此外，煙草中高度霧化的糖類可以迅速與蛋白質(zhì)反應產(chǎn)生AGEs。

1.3 AGEs 的代謝 膳食中的AGEs 可在胃腸道中隨食物被一同消化吸收?？傮w而言，AGEs 的代謝部分受特定細胞受體的調(diào)節(jié)，這些受體參與AGEs 修飾蛋白的攝取和降解，腎臟參與到遠端調(diào)節(jié)；參與解毒的AGE 受體包括AGE-R1/OST-48、半乳糖凝集素-3（Galectin-3）和一些清道夫受體（MSR-AII、MSRBI、CD36）。腎功能惡化會導致AGEs 積累[10]。由于膳食AGEs 的種類繁多，體內(nèi)代謝途徑復雜，體內(nèi)代謝和反應的研究難度較大。

2 AGEs 的作用機制

AGEs 在動物機體內(nèi)主要有直接作用和與受體結(jié)合2 種作用途徑。直接作用即AGEs 直接與蛋白質(zhì)交聯(lián)改變其結(jié)構(gòu)，進而影響生物功能，即前文中所提到的AGEs 體內(nèi)形成途徑，被結(jié)合的蛋白會喪失其原有結(jié)構(gòu)和功能。下文主要闡述AGEs 與受體結(jié)合的作用機制。

AGEs 通過受體RAGE、AGER（Advanced Glycation End Product Receptor）等或非受體介導的機制，引起細胞的ROS 上升和炎癥反應。其中，AGER 被證明在AGE 毒性表達或解毒中發(fā)揮不同的功能作用；RAGE則與PCOS 等氧化應激、炎癥反應等癥狀相關(guān)。

RAGE 屬于細胞表面分子免疫球蛋白超家族，是一種多配體細胞表面分子。RAGE 結(jié)構(gòu)上包括胞外段、跨膜段和胞內(nèi)段：胞外段是一個免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)，為配體的結(jié)合部位，RAGE 可識別多種配體，包括內(nèi)源性和食物來源的AGE、DNA、RNA、淀粉樣纖維、人高遷移率族蛋白B1（HMGB1）、白細胞整合素Mac-1、S100 蛋白、LDL 等；跨膜段包括疏水跨膜區(qū)和1 條短C 末端胞質(zhì)尾；胞內(nèi)段較小，富含電荷，能夠結(jié)合多種胞內(nèi)信號分子，與多種信號通路傳導有關(guān)。RAGE 與其配體依賴靜電作用，在細胞表面預組裝成二聚體和多聚體后激活細胞內(nèi)信號傳導。RAGE 在機體多種組織中均有表達，心臟、肺、骨骼肌、血管壁和卵巢中含量最高，同時也存在于單核細胞、巨噬細胞和淋巴細胞中。

AGEs 與RAGE 結(jié)合后，可以激活多種GTP 酶和激酶，進而激活相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子影響基因表達；此外，RAGE 可以激活煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP 氧化酶和信號，激活NF-B 誘發(fā)氧化應激和炎癥。AGEs-RAGE 在不同組織細胞中作用通路不盡相同，它在大腦中會引發(fā)類淀粉蛋白質(zhì)的累積，導致阿爾茲海默癥發(fā)生。在血管中，AGEs-RAGE 引發(fā)的炎癥反應可導致血管細胞產(chǎn)生基質(zhì)囊泡，發(fā)生鈣沉淀并形成鈣化核，隨后由于細胞壞死和凋亡以及基質(zhì)降解過程的激活引起細胞破裂，最終發(fā)生鈣化，導致血管壁的彈性和穩(wěn)定性下降。AGEs-RAGE 激活NADP 誘導的活性氧和氮物質(zhì)產(chǎn)生，在糖尿病腎病和衰老腎臟中引起氧化應激。AGEs-RAGE 通路還被認為是PCOS 的致病機理之一。

AGEs 還存在一種可溶形式的受體sRAGE（soluble RAGEs），在細胞外分泌，可于血液循環(huán)中檢測到。sRAGE 可以與AGEs 結(jié)合，抑制AGEs-RAGE 信號通路引起的不良影響；在人體中sRAGE 可能通過充當“誘餌”結(jié)合AGEs，降低AGEs-RAGE 通路造成的損傷。

3 AGEs 對雌性繁殖性能的影響

AGEs 會對體內(nèi)多種組織器官造成不良影響，導致糖尿病、腎病、血管硬化、PCOS 等疾病和癥狀?？傮w而言，血液循環(huán)中的AGEs（如CML、MG 及其衍生物）與炎癥指標和氧化應激相關(guān)，其在組織中的積累會誘導細胞氧化壓力，促進炎癥的發(fā)生；進而促進全身糖類負擔、氧化應激和細胞活化，使組織器官對損傷的敏感性更高。越來越多的研究表明，AGEs 可多層次影響繁殖性能。

3.1 AGEs 對卵泡發(fā)育的影響 AGEs 可引發(fā)卵巢炎癥，并對卵泡的生長造成影響。在人類卵巢中已檢測到RAGE 以及AGEs 修飾的蛋白，且發(fā)現(xiàn)卵巢中sRAGE的分泌與年齡相關(guān)，認為AGEs 是導致卵巢衰老的原因之一。在PCOS 婦女的黃體細胞和顆粒細胞層中，AGEs 和RAGE 含量增加。AGEs 引發(fā)的炎癥可能參與到PCOS 的慢性炎癥反應中，AGEs 引發(fā)的多種炎癥因子可能促進PCOS 發(fā)展。卵巢AGEs 還可能通過影響血管形成進而影響氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)等攝入，從而干擾卵泡形成過程中細胞外基質(zhì)蛋白的生理重塑，危害卵母細胞成熟、染色體組成和發(fā)育能力。此外，大鼠卵巢中乙二醛酶（GLO-1）活性會受飲食和雄激素影響，高AGEs 飲食會降低卵巢中GLO-1 解毒系統(tǒng)的作用。在人類顆粒細胞系模型中，AGEs 通過干擾促黃體生成素和卵泡刺激素的作用，導致細胞外信號調(diào)節(jié)激酶ERK1/2 通路的持續(xù)異常激活，抑制顆粒細胞增殖，進而影響卵泡發(fā)育。

研究者們在實施人類輔助生殖技術(shù)時發(fā)現(xiàn)，卵泡液中AGEs、戊糖素、CML 以及血清中有毒害作用的AGEs的積累與卵泡生長、受精和胚胎發(fā)育呈負相關(guān)；與之對應的，卵泡液中的sRAGE 與血漿中sRAGE 呈正相關(guān)，與收集的卵母細胞數(shù)呈臨界正相關(guān)，說明sRAGE 可作為檢測卵巢環(huán)境或評估卵巢儲備的一種生物學標志。在人類不明原因不孕癥患者中，卵泡液中AGEs 水平升高可能與超促排卵周期卵巢低反應相關(guān)，但與最終妊娠結(jié)局無關(guān)。值得一提的是，AGEs 同樣會對神經(jīng)系統(tǒng)造成一定的影響，可導致阿爾茲海默、帕金森等疾??；下丘腦-垂體-性腺軸對卵巢發(fā)育、卵泡成熟有著調(diào)控作用。因此，猜測AGEs 也可能通過影響神經(jīng)系統(tǒng)進而影響繁殖性能。

3.2 AGEs 對卵母細胞質(zhì)量的影響 AGEs 能通過顆粒細胞、卵泡環(huán)境等對卵母細胞的成熟與發(fā)育造成影響。AGEs 可降低顆粒細胞表面的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白受體數(shù)量，影響葡萄糖攝入，進而影響卵母細胞生長。卵泡中的AGEs 還可通過激活卵泡微環(huán)境中的轉(zhuǎn)錄激活因子ATF4 引發(fā)炎癥，進而降低卵細胞的能力，可能與AGEs 引起的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激有關(guān)。此外，AGEs 還可導致卵母細胞出現(xiàn)線粒體功能下降、引發(fā)氧化應激及DNA 損傷。

在體外實驗中，培養(yǎng)液中添加MG 會促進小鼠卵母細胞中乙二醛酶基因的轉(zhuǎn)錄，使SIRT1（Sirtuin 1）相關(guān)蛋白通路和G1 蛋白表達升高，導致卵母細胞紡錘體結(jié)構(gòu)異常、極體排出率降低。

3.3 AGEs 對胚胎發(fā)育和著床的影響 AGEs 對胚胎的早期發(fā)育也會造成影響。研究者將小鼠受精卵進行體外培養(yǎng)，在相當于肥胖女性子宮環(huán)境內(nèi)濃度的AGEs（8 μmol/L）中，囊胚的總細胞數(shù)、滋養(yǎng)外胚層細胞數(shù)、囊胚擴張等水平都有不同水平的下降。

AGEs 同樣會對胚胎著床造成影響。AGEs 激活子宮內(nèi)膜上皮細胞內(nèi)的炎癥信號（p65 NFB）并改變其功能，引起子宮內(nèi)膜基質(zhì)細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力應激，損害囊胚的植入，抑制滋養(yǎng)細胞的侵入。此外，肥胖小鼠體內(nèi)RAGE 的上調(diào)使基因表達量下降，而HOXA10 低表達量又導致p/CAF、FKBP52、PTEN 等著床相關(guān)蛋白的低表達量，最終對胚胎著床造成不良影響。

3.4 AGEs 對子代的影響 在雌性妊娠后期，胎盤催乳素、孕激素及腎上腺皮質(zhì)激素分泌量增多，抗胰島素作用逐漸增強，常伴隨炎癥反應和氧化應激的發(fā)生。給予雌性小鼠含MG 的飼料后發(fā)現(xiàn)，小鼠過早地出現(xiàn)了胰島素抵抗、脂肪和炎癥表型，可以認為妊娠期胰島素抵抗的出現(xiàn)與AGEs 有關(guān)，同時也說明了孕期控制飲食量與結(jié)構(gòu)的重要性。

在子代中，研究者發(fā)現(xiàn)小鼠圍產(chǎn)期高AGEs 飲食會對其后代的體重增長、發(fā)情和卵巢儲備造成不良影響，這種不良影響與抗苗勒氏管激素、瘦素、脂聯(lián)素等變化有關(guān)。此外，改變經(jīng)產(chǎn)母豬妊娠后期和泌乳期飼糧中油脂成分也會對仔豬斷奶頭數(shù)、斷奶存活率和窩增重等造成不同影響，這可能與糖脂代謝改變引起的AGEs水平變化有關(guān)。因此，母源AGEs 對后代的影響是不容忽視的，母體在孕期需要控制飲食，在保證自身和子代營養(yǎng)的基礎(chǔ)上，減少AGEs 等對子代造成的不良影響。

4 AGEs 的治療策略

減少AGEs 對動物機體的負面影響有著廣泛的生理意義，如可以降低阿爾茲海默、帕金森等神經(jīng)性疾病，1/2 型糖尿病等代謝疾病和PCOS 等生殖疾病的發(fā)生概率。特別對于繁殖性能而言，降低AGEs 可延長母畜的使用年限、提高超數(shù)排卵、胚胎移植等繁殖技術(shù)的效率、提高后代的生長水平等?？傮w而言，可通過減少AGEs 的生成與攝入、阻斷AGEs-RAGE 信號通路等方面減少AGEs 對于生育力的影響。

4.1 減少AGEs 的攝入 在實際生產(chǎn)中，可針對動物的物種、年齡等選用恰當來源的糖類、蛋白質(zhì)、油脂飼料，在保證不降低自身生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上降低AGEs 的攝入。此外，控制正常體重也可降低AGEs 對生育力的負面影響。雖然研究中發(fā)現(xiàn)飲食中高AGEs 不會對母體體重造成顯著影響，但它可影響子代脂肪組織分泌瘦素和脂聯(lián)素（兩者對青春期的開始和后續(xù)發(fā)育有促進作用）；其 導致的較低生長曲線、體重等表型可能會導致初次發(fā)情的延遲。

值得注意的是，由于動物生產(chǎn)的特殊性（需保證生長速率及孕期母畜需采用特別的飼養(yǎng)工藝），治療方案較為有限，需在滿足生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整飼糧結(jié)構(gòu)來降低AGEs 的不良影響。

4.2 阻斷AGEs-RAGE 信號通路 阻斷AGEs-RAGE 信號通路的可行方案包括降低AGEs 的生成、抑制AGEs與RAGE 結(jié)合等。抑制AGEs 生成可以從其合成的關(guān)鍵節(jié)點入手，如調(diào)節(jié)醛糖還原酶活性、抗氧化活性以及添加活性二羰基誘捕劑等。二甲雙胍作為治療糖尿病的藥物之一，可以作用于二羰基和AGEs，類似的藥物還包括維生素B等。對于動物生產(chǎn)而言，選擇天然植物來源的抑制劑更容易接受，研究者發(fā)現(xiàn)水果中與根皮素有相同A 環(huán)結(jié)構(gòu)的膳食類黃酮可能有捕獲活性二羰基物質(zhì)、抑制AGEs 形成的潛力，其他許多蔬菜水果中也含有豐富的抗氧化物質(zhì)可降低AGEs 的不良影響，如楊梅酚類物質(zhì)在體外實驗中可降低蛋白質(zhì)的糖化作用，抑制AGEs 的形成。

5 總結(jié)

現(xiàn)有研究表明，AGEs 可降低生育力，減少AGEs的攝入可在一定程度上提高卵母細胞質(zhì)量，保證卵母細胞有效利用，延長母畜使用年限。AGEs 對雌性生育力的影響是多方面的，其中部分機制尚不清楚，需進行系統(tǒng)研究。今后可通過降低膳食AGEs、添加AGEs 抑制劑等手段，深入研究AGEs 調(diào)控生育力的分子機制。