蛋白质非酶糖基化促发糖尿病血管并发症的机制及其应用意义

【关键词】蛋白非酶糖基化；糖尿病血管并发症； 中药

【摘要】蛋白质非酶糖基化反应在体内许多组织广泛发生，机体组织中的蛋白质分子被糖化后最终形成稳定的、不可逆的、棕色带荧光的AGEs。AGEs形成后继续与蛋白质结合，致使蛋白质结构、机械强度、溶解性和配位结合等性质均发生改变；AGEs分子之间还可以通过交联形成自身大分子物质，沉积在各种组织器官中，引起组织器官损伤和病变，从而促发动脉粥样硬化、肾血管病变、视网膜血管病变等糖尿病并发症。有许多中药具有显著的抑制蛋白质非酶糖基化的功效，可被利用和研发通过抑制或拮抗蛋白质非酶糖基化反应的分子机制来发挥它们防治糖尿病血管并发症作用有着重要的应用意义。

【关键词】蛋白质非酶糖基化：糖尿病血管并发症；发病机制；应用意义

【中图分类号】587.1 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2014）09-0085-01

糖尿病易致机体多器官损伤，常见的血管并发症有动脉粥样硬化、肾血管病变和视网膜微血管病变。糖尿病血管并发症已成为该病患者致残和致死的重要原因之一，越来越受到广泛关注和重视。目前公认：血管重建是糖尿病血管并发症的重要病理基础，而蛋白非酶糖基化反应及其反应终产物（advanced glycation end products， AGEs）是引起血管重建的重要分子机制之一[1-4]。本文就近年来有关文献资料综述蛋白质非酶糖基化促发糖尿病血管并发症的机制及其应用意义。

1蛋白非酶糖基化的概念和AGEs的代谢

蛋白非酶糖基化是指在无酶催化的条件下，机体组织中的蛋白质，尤其是寿命周期较长的蛋白质（简称长寿蛋白），如胶原蛋白、晶体蛋白、髓鞘蛋白和基质蛋白等生物大分子的氨基与葡萄糖、果糖及6-磷酸葡萄糖等糖分子的游离醛基或酮基之间发生的亲核加成反应，结果这些蛋白质分子被糖化。

由于糖是极性分子，蛋白质糖化后极性进一步增大，分子表面电荷显著增多。在蛋白非酶糖基化反应过程中的早期，生成不稳定的、可逆的中间产物醛亚胺即Schiff 碱，其生成速度与血糖含量或组织中的糖含量呈正比。Schiff 碱进而发生分子重排，形成较稳定的酮胺化合物，又称Amadori产物，此过程仍然是可逆的，通常需要数周时间才达到平衡。临床上常检测的糖化血红蛋白（HbAlc）就是红细胞内的早期糖基化产物的一种指标。如果糖尿病患者在近期血糖控制不佳，HbAlc将显著升高。

蛋白非酶糖基化反应在体内许多组织广泛发生，Amadori产物再经过脱水、氧化、缩合、重排等反应，最终形成稳定的、不可逆的、棕色带荧光的AGEs。

AGEs形成后继续与蛋白质结合，使蛋白质分子表面的电荷量进一步增加，极性更加增大，可引起蛋白质分子之间广泛交联，致使蛋白质结构、机械强度、溶解性和配位结合等性质均发生改变，在体内可使细胞外基质发生变化，如细胞外基质胶原粘连、增生、变厚和硬化等。同时也可与血浆中的某些蛋白质发生共价偶联，如与血浆中的低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）共价偶联形成AGE-LDL。AGEs分子之间还可以通过交联形成自身大分子物质，沉积在各种组织器官中，引起组织器官损伤和病变，上述过程与糖尿病并发症的发生和发展密切相关。

体内AGEs的分解代谢形式初步认为主要有：（1）组织和细胞的AGEs通过巨噬细胞AGE受体结合、降解形成可溶性的AGE-肽；（2）AGE-肽继续被细胞外基质的蛋白酶水解成小分子产物经肾脏排出；（3）细胞外游离的AGEs可被循环血液中的AGE受体结合清除，但与基质蛋白交联的AGEs不易被酶分解。这三种分解代谢形式的AGEs均可与多种细胞膜上或细胞内的特异性受体结合而激发细胞内信号转导，产生一系列生化反应，诱导多种细胞因子的产生。正常血糖浓度下，蛋白质非酶糖基化速度缓慢，AGEs的生成量很少。但在糖尿病持续高血糖状态下，AGEs加速生成，组织内AGEs积聚，加速了机体循环和组织细胞膜内外的多种蛋白质糖基化反应，从而破坏和干扰了机体循环和组织细胞的正常结构和生理功能[1-7]。

2蛋白质非酶糖基化促发糖尿病血管并发症的机制

目前多数学者认为糖尿病血管并发症的产生和发展的机制，与因糖尿病患者长期处于高血糖状态，加速了机体循环和组织细胞中多种蛋白质糖基化有着密切关系。

2.1促发动脉粥样硬化 有学者认为，血浆的LDL被非酶促糖基化后，生成的AGE-LDL（1）可直接与血管细胞外基质结合，促进基质成分Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型胶原的增生，一方面引起血管壁增厚、硬化，另一方面促进脂质沉积和血栓形成趋势增强，从而促进糖尿病动脉粥样硬化的形成。（2）AGE-LDL与胶原纤维结合性增强，易沉积在细胞外基质中，相互交联的AGE-LDL直接沉积在血管壁上，引起血管腔进行性狭窄，（3）AGE-LDL亦可将其它的LDL颗粒固定于糖化了的管壁蛋白上，促进纤维脂质斑块的形成，同时抑制它从管壁内扩散，这也是促进糖尿病动脉粥样硬化形成的重要因素。（4）AGE-LDL能促进LDL的氧化，生成氧化型LDL（Ox-LDL）。Ox-LDL促进单核细胞、中性白细胞的粘附和巨噬细胞源性泡沫细胞的产生，并诱导平滑肌细胞增生、移行，产生平滑肌源性泡沫细胞的产生。（5）促进血小板粘附、聚集、血栓形成。（6）损伤血管内皮细胞。（7）产生抗Ox-LDL自身抗体，表明Ox-LDL具有免疫抗原性，可引起体液性和细胞介导性免疫。（8）具有较强的细胞毒性。（9）AGE-LDL含大量的胆固醇，AGE-LDL可大量进入细胞，使胆固醇在单核巨噬细胞内聚积形成泡沫细胞并分泌一系列细胞因子，促进血管内皮损伤和细胞外基质增生，加速动脉粥样硬化的发生和发展[8..9]。

2.2 促发肾血管病变 Forbes等报道，随着糖尿病病程的延长，糖尿病大鼠肾组织中和血清中蛋白非酶糖基化的终产物AGEs含量明显升高，并伴有肾小球肥大、肾小球基底膜增厚，认为肾血管病变与蛋白质非酶糖基化及其终产物AGEs的生成量有着密切的联系。

蛋白非酶糖基化及其终产物AGEs导致肾血管病变的作用机制可能是通过：（1）肾脏是排泄蛋白非酶糖基化终产物AGEs的主要器官，当体内蛋白非酶糖基化反应增强、AGEs生成增多超过肾脏排泄的最大能力时，AGEs排泄减少而蓄积，AGEs能直接与肾小球系膜细胞上的AGEs受体结合，促进肾小球系膜细胞产生和释放细胞外基质（extracellular matrix， ECM）成分，如Ⅳ型胶原、层粘连蛋白和纤维连接蛋白等增多。这些ECM成分经非酶糖基化后具有抗基质降解酶的能力，以致AGEs在体内降解减少，于是大量AGEs沉积在肾脏皮质、系膜区、肾小球基底膜等部位。同时改变系膜细胞功能，使其产生大量纤维蛋白。这些物质堆积可引肾小球基底膜增厚，系膜扩张、肾小球肥大、硬化和蛋白尿。（2）氧化应激使局部组织损伤和抑制内皮细胞一氧化氮合成酶（nitric oxide synthase，NOS），并灭活一氧化氮（nitric oxide， NO），影响肾血管张力，导致肾血流动力学异常改变。（3）与单核巨噬细胞、血管平滑肌细胞的膜表面特异性受体结合，诱导白介素-1（interleukin，IL-1）、胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor-1， IGF-1）、肿瘤坏死因子-β（tumor necrosis factor-β，TNF-β）、转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）、血小板源生长因子（platelet- derived growth factor ， PDGF）等基因水平表达异常。其中IL-1能刺激平滑肌细胞、成纤维细胞和内皮细胞增生，刺激肾小球Ⅳ型胶原蛋白的增生，使肾小球基底膜增厚；TGF-β1 能促进肾细胞肥大、ECM含量增多，使肾小管基底膜增厚。AGEs与内皮细胞膜表面受体结合，使内皮素-1（endothelin-1，ET-1）合成增加，ET-1能引起肾血管收缩、膜表面细胞压缩，水钠重吸收抑制，进一步刺激肾小球Ⅳ型胶原蛋白的增生，使肾小球基底膜增厚。使肾血管发生病变和加重[10-14]。

2.3 促发视网膜血管病变 大量研究发现，蛋白非酶糖化及其终产物AGEs对视网膜的损害主要是通过与AGEs受体结合后，激发一系列的生化反应所致。其机制认为（1）由AGEs与巨噬细胞表面特异性受体结合产生的TNF、IL-1和IGF-1能刺激视网膜毛细血管内皮细胞增生，并可以损伤内皮细胞，促进多阴离子蛋白多糖降解，增加血管通透性。（2）内皮细胞上AGEs受体与AGEs结合后，激活凝血因子Ⅸ和Ⅹ与Ⅶa结合，同时使血栓调节素的活性快速下降，抑制抗血凝蛋白激酶C通路的活化，并能诱导ET-1的生成增加、组织因子（如前凝血质）、转录调节蛋白（transcription regulatory protein-1， TRP-1）DNA结合位点和活化转录因子（nuclear transcription factor kappa B， NF-κB）以及血管细胞粘附分子（vascular cell adhesion molecule -1， VCAM-1）活性增加，这些因素造成血管过度收缩和局部血栓形成。（3）AGEs诱导血管渗透因子或称血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor， VEGF）生成，VEGF是诱导新生血管的主要因子。VEGF在眼内可由多种细胞分泌，主要有内皮细胞、色素上皮细胞和胶质细胞等。VEGF能引起视网膜水肿、视网膜出血、微血管瘤的形成和血管阻塞。Murata等用免疫组化的方法发现VEGF在糖尿病视网膜上显著增多且在血管周围分布增多明显，VEGF引起的糖尿病视网膜异常改变作用可被VEGF抑制剂所拮抗，而VEGF的渗透作用又使得AGEs在视网膜上进一步堆积，加剧视网膜水肿、视网膜出血、微血管瘤的形成和血管阻塞，从而形成恶性循环，促进糖尿病视网膜病变的发展和恶化[15。17]。

3应用意义

由上述可见，蛋白非酶糖基化与糖尿病血管并发症（动脉粥样硬化、肾血管病变和视网膜血管病变）发生和发展的关系紧密，已经成为导致糖尿病血管并发症的重要作用机制之一。通过对蛋白非酶糖基化导致糖尿病血管并发症的发病机制的研究和认知，有助于探索和寻找有效抑制蛋白非酶糖基化的药物，以增强治疗和预防糖尿病及其血管并发症的药物效力，抑制血管重建，阻止或延缓糖尿病血管并发症的发展进程具有重要的应用意义。已发现有许多中药，如苦荞麦及其花朵、槲皮素、水非蓟素、芦丁、橙皮苷、丹参、大黄、葛根、柴胡、地黄、玉竹、人参和麦冬等具有显著的抑制蛋白非酶糖基化的功效[18-21]。从而启示上述中药可被利用和研发通过抑制或拮抗蛋白非酶糖基化反应的分子机制来发挥它们防治糖尿病血管并发症作用有着重要的应用意义。

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