晚期糖基化終末產(chǎn)物 (AGEs)與衰老*

孫紅艷 劉洪臣

隨著世界人口老齡化問題的日趨嚴(yán)重，防衰抗老成為人們所關(guān)注的問題。非酶糖基化衰老理論是目前已被眾多學(xué)者公認(rèn)的衰老理論之一。晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycosylation end products,AGEs)是非酶糖基化反應(yīng)的終產(chǎn)物，它是一種蛋白質(zhì)，隨著年齡的增長，它在血清、組織中的生成和積聚是不可避免的。人體內(nèi)AGEs的蛋白修飾是老年性疾病的介導(dǎo)因素，可作為測試?yán)匣M(jìn)程的時鐘[2]。糖基化會造成的蛋白質(zhì)的交聯(lián)損傷，能使正常的蛋白結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成老年蛋白的結(jié)構(gòu)，AGEs隨著年齡增長在體內(nèi)積聚增多，會造成人體內(nèi)血管壁的硬度增加；會通過直接或間接的作用導(dǎo)致骨代謝的失衡，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松；[3]AGEs存在還會使大腦神經(jīng)中樞的星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生一系列形態(tài)與功能的變化。本文將就上述三方面以及AGEs的形成過程、致衰老機(jī)理做如下綜述。

1.AGEs的形成過程、結(jié)構(gòu)特點

AGEs的來源分為外源性和內(nèi)源性兩種，外源性主要來自富含碳水化合物和含脂肪多的食物，另有報導(dǎo)吸煙可產(chǎn)生AGEs[4]。內(nèi)源性主要是體內(nèi)還原糖的醛基或酮基與蛋白質(zhì)末端還原性氨基在無酶的條件下，通過親和加成反應(yīng)，形成可逆的Schiff堿，這一過程有高度的可逆性，然后再經(jīng)結(jié)構(gòu)重排形成較穩(wěn)定但可逆的Amadori類早期產(chǎn)物，這些早期糖化產(chǎn)物再經(jīng)過緩慢、復(fù)雜的脫氫、氧化和重排最終形成不可逆的發(fā)黃褐變的生物垃圾、熒光色素等，這些產(chǎn)物總稱為AGEs，以上一系列反應(yīng)又稱為美拉德反應(yīng)[5，6]。生成AGEs有三種途徑：(1)兩個分子Amadori直接縮合而成。(2)由Amadori產(chǎn)物與Amadori產(chǎn)物衍生物—3-脫氧葡萄糖醛酮(3-DG)反應(yīng)，形成咪唑基或吡咯基與葡萄糖衍化蛋白交聯(lián)的AGEs。(3)蛋白質(zhì)和糖生成Amadori產(chǎn)物，再經(jīng)過重排和自動氧化生成AGEs。還原性糖除了葡萄糖還包括、戊糖、木糖和核糖，他們交聯(lián)結(jié)構(gòu)的能力各不相同，其中核糖＞木糖＞葡萄糖。此外，酮胺和酮亞胺可經(jīng)氧化、水解等反應(yīng)形成二羰基產(chǎn)物，進(jìn)一步生成AGEs。

據(jù)目前的研究結(jié)果表明AGEs的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)還不十分清楚，其主要結(jié)構(gòu)成分有羧甲基賴氨酸(CML)、戊糖苷素(Pentosidine)、3-脫氧葡萄糖酮酸、咪唑嚨(Imidazolone)、氫化咪唑嚨(Hydroimidazolone)、吡咯素(Pyrraline)、吡咯醛、乙二醛、苯妥西定、咪唑酮、交聯(lián)素(Crossline)等。AGEs具有呈棕黃色、熒光特性、不可逆性、交聯(lián)性、不易被降解、結(jié)構(gòu)異質(zhì)性、對酶穩(wěn)定等特性，到目前為止沒有發(fā)現(xiàn)能夠使AGEs生成逆轉(zhuǎn)的細(xì)胞系[7，8]。在機(jī)體的不同組織器官中,如血管內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、膠原、晶狀體循環(huán)系統(tǒng)以及腎臟、肝臟、肺臟、血管、腹膜等組織纖維中,都有AGEs的存在。目前已知,除外高血糖狀態(tài)(糖尿病),急性應(yīng)激反應(yīng)、自然衰老等均可引起AGEs的合成增加[9]。AGEs的清除主要是通過單核巨噬細(xì)胞的吞噬作用經(jīng)腎臟清除[10]。

2.AGEs的致病機(jī)理

AGEs主要通過三種機(jī)制對機(jī)體造成損害：通過與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等大分子物質(zhì)直接交聯(lián)結(jié)合破壞其結(jié)構(gòu)和功能；改變對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的影響和酶的活性；與細(xì)胞表面的AGEs受體相互作用，引發(fā)生物學(xué)效應(yīng)。

眾多研究表明AGEs的許多功能是通過其與細(xì)胞表面的特異性受體結(jié)合起作用的[11]，細(xì)胞表面的RAGEs與AGEs等配體結(jié)合后，可誘導(dǎo)單核細(xì)胞的趨化和氧化應(yīng)激反應(yīng)，并生成大量的氧自由基，激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,刺激白細(xì)胞介素I(IL-I)、胰島素樣生長因子I、腫瘤壞死因子(TNF-a)、血小板來源生長因子(PDGF)、無粒白細(xì)胞-巨噬細(xì)胞克隆刺激因子的釋放和表達(dá)，尤其是激活轉(zhuǎn)錄因子NF-kB，它的激活可誘導(dǎo)產(chǎn)生多種損傷因子，產(chǎn)生致病效應(yīng)。從而激活和損害細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸，引起復(fù)雜的生物學(xué)效應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞的功能和結(jié)構(gòu)的異常，從而影響器官的結(jié)構(gòu)和功能。

現(xiàn)已識別的RAGE包括巨噬細(xì)胞清道夫受體I型和Ⅱ型、寡糖轉(zhuǎn)移酶-48、80K-H磷蛋白、galectin-3。RAGE是Neeper等在1992年從人肺內(nèi)皮細(xì)胞中分離出的一種細(xì)胞表面蛋白，經(jīng)過進(jìn)一步研究表明，RAGE是免疫球蛋白超家族成員，它是一種跨膜蛋白，其在體內(nèi)分布廣泛，并有多個配體。AGEs、兩性素/高遷移率族蛋白1(am photerin/highmobility group box1,HMGB1)、S100/鈣粒蛋白(calgranulin)、β淀粉樣蛋白(amyloid-βprotein,Aβ)是目前較明確的 4種配體?？杀磉_(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、淋巴樣細(xì)胞、腎小球系膜細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞以及腫瘤細(xì)胞等。

3.AGEs與衰老

3.1 經(jīng)研究表明AGEs濃度的增高不僅與糖尿病有關(guān)[12]，還與衰老、氧化應(yīng)激密切相關(guān)。CML是已知含量最高的AGEs產(chǎn)物形式[13]，Sell等檢測八種哺乳動物皮膚戊糖素水平，其生成率與物種的最大壽限呈負(fù)相關(guān)。因此有學(xué)者提出：AGEs,尤其戊糖素可作為衰老的生物學(xué)標(biāo)志。糖基化／美拉德反應(yīng)衰老學(xué)說指出：糖基化會造成的蛋白質(zhì)的交聯(lián)損傷，能使正常的蛋白結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成老年蛋白的結(jié)構(gòu)，主要發(fā)生反應(yīng)的氨基酸殘基有賴氨酸、精氨酸、組氨酸、酪氨酸、色氨酸、絲氨酸以及蘇氨等。還會造成結(jié)構(gòu)蛋白的硬化,血管壁硬度的增加，功能酶的損傷,能量供應(yīng)的減少,代謝功能的降低,并引起免疫功能受損，平衡機(jī)能的失調(diào)，基因突變等一系列老化過程。其可在冠狀粥樣斑塊、腎皮質(zhì)、腎小球系膜、腎小球基膜、真皮、心肌等組織中蓄積，影響心血管的功能。由于其形成是一個緩慢的過程，所以主要影響體內(nèi)半衰期比較長的蛋白，形成后不易降解，所以AGEs隨著年齡的增長,它的生成和積聚是不可避免的并導(dǎo)致各個組織器官疾病發(fā)生。Monnier等[14]的相關(guān)研究顯示,隨著年齡增大,各種組織中AGEs增多,可引起組織細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)異常和功能障礙。孫賀英、張岑山等[15]指出中老年人紅細(xì)胞膜糖基化蛋白質(zhì)、膜蛋白質(zhì)熒光物質(zhì)均明顯高于青年人，且易在皮膚組織中蓄積并隨增齡而增加。王培昌、趙琪彥等[16]的研究表明血清AGEs水平可作為北京地區(qū)30歲以上健康人群的年齡指征。李琳娜等的研究表明，隨著人體內(nèi)AGEs濃度的增高，AGEs抑制人腎小管上皮細(xì)胞的增殖使其凋亡的能力增強(qiáng)。RAGE基因在老年人和糖尿病患者體內(nèi)的表達(dá)增加，[17]眼球蛋白、血漿、紅細(xì)胞、動脈和腎臟中均發(fā)現(xiàn)AGEs隨著年齡增長而增加,免疫化學(xué)方法和化學(xué)方法均表明組織蛋白中的AGEs隨年齡增長而增加，越來越多的研究證實,AGEs與白內(nèi)障的形成、動脈粥樣硬化、早老性癡呆(阿爾茨海默病)、淀粉樣變性、腎病、神經(jīng)病變和視網(wǎng)膜病變等有關(guān)。

3.2 隨著年齡的增長，人的心血管系統(tǒng)的彈性不斷下降，血管的硬化程度增加。AGEs能直接修飾脂蛋白，導(dǎo)致其在血循環(huán)中清除延遲；AGEs能作用于細(xì)胞外基質(zhì)，改變基質(zhì)蛋白的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，血小板聚集，并造成血管的松弛，損害血管的完整結(jié)構(gòu)和功能；AGEs與血管內(nèi)皮細(xì)胞的受體結(jié)合，可引起組織因子、血栓調(diào)節(jié)素、血管細(xì)胞粘附因子的改變，并促使內(nèi)皮細(xì)胞釋放一氧化碳的含量減少，從而使血管基底膜的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，造成血管的通透性增加，引起血管通透性增加、血管基底膜增厚和細(xì)胞外基質(zhì)積聚等。其還可通過促進(jìn)NO降解干擾血管信號通路，可以損害細(xì)胞內(nèi)蛋白功能，可以改變細(xì)胞外基質(zhì)的屬性血管壁上沉積大量的蛋白，使血管基底膜增厚變硬，造成動脈硬化，動脈硬化能增加心臟的收縮壓，降低心臟的舒張壓，增加脈壓差。Vlassara等[8]指出動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展跟體內(nèi)AGEs的慢性蓄積有著密切的關(guān)系。有研究表明AGEs可逐漸堆積刺激血管外膜成纖維細(xì)胞，使其產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而誘發(fā)血管外膜炎性反應(yīng)，加速動脈粥樣硬化的形成[18]。AGEs能激活NF-kB,改變損傷因子的表達(dá)，對血管內(nèi)皮細(xì)胞造成損傷，造成血管不同程度的狹窄，Kaji認(rèn)為內(nèi)皮細(xì)胞中AGEs的濃度與年齡相關(guān),隨著年齡增加,AGEs可在內(nèi)皮細(xì)胞中不斷積聚,且不易降解，從而引起內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡增加，使其數(shù)量減少。陳劍飛等指出[19]AGEs可增加骨髓內(nèi)皮祖細(xì)胞內(nèi)活性氧的生成，破壞細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性，增加細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞的功能受損和凋亡。

3.3 AGEs隨著年齡增長在體內(nèi)積聚增多，還可通過直接或間接的作用造成骨代謝的失衡，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松[19]。骨質(zhì)疏松是一種常見的老年性疾病，它是以單位體積內(nèi)骨組織量減少，骨強(qiáng)度下降、骨的微觀結(jié)構(gòu)退化，骨折危險性增加為特點的骨病變。骨膠原是長壽型蛋白，故AGEs極易在骨膠原上形成并積累。大量的AGEs能改變骨蛋白的結(jié)構(gòu)，并能增強(qiáng)破骨細(xì)胞的活性，AGEs與其受體結(jié)合后，抑制成骨細(xì)胞分化，引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，調(diào)節(jié)產(chǎn)生多種炎癥因子并增加黏附分子的表達(dá)，AGEs修飾的蛋白可刺激單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞分泌L-1α、L-6、TNF-α,改變骨膠原蛋白的功能結(jié)構(gòu)，造成骨韌性下降，打亂破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞的平衡，使成骨細(xì)胞的成骨作用減弱，導(dǎo)致骨吸收超過骨形成，減緩骨的再造，從而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的發(fā)生[20]。

3.4 AGEs存在于錐體神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中，隨著年齡的增長，糖化β－淀粉樣蛋白與AGEs受體相互作用，并激活小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞。星形膠質(zhì)細(xì)胞是大腦神經(jīng)中樞的主要細(xì)胞，隨著年齡的增長會發(fā)生一系列形態(tài)與功能的變化。糖基化Aβ與RAGE的相互作用可激活和誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞向Aβ沉積部位移動，這種激活的反應(yīng)性小膠質(zhì)細(xì)胞具有細(xì)胞毒性并可產(chǎn)生細(xì)胞因子，導(dǎo)致一氧化碳合成酶和前炎癥細(xì)胞因子的分泌，損傷神經(jīng)元，并從而促進(jìn)像帕金森癡呆、阿爾茨海默氏癥等各種老年性疾病的發(fā)生和發(fā)展。

隨著衰老研究的深入，非酶糖基化衰老理論已經(jīng)得到廣大學(xué)者的認(rèn)可，我國老年人口已超過10%，老年人的口腔狀況得到廣泛的關(guān)注[20]。其與口腔組織、器官和唾液中的含量變化及其關(guān)系還有待于進(jìn)一步研究。

4.小結(jié)

隨著人們對AGEs的進(jìn)一步認(rèn)識，以及衰老機(jī)制學(xué)說的不斷完善和發(fā)展，AGEs與衰老的關(guān)系將得到更深入的研究和探討。AGEs作為衰老的標(biāo)志之一及其有關(guān)衰老性疾病的治病因素，可以提示人們在防衰、抗老中采取相關(guān)必要的措施，采用低血糖生成指數(shù)膳食，并在抗衰老藥物的篩選中具有重要的意義。

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