糖基化終末產(chǎn)物及相關(guān)藥物研究進展

楊秀穎，杜冠華

(中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所，北京 100050)

糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)是蛋白質(zhì)和脂類非酶糖基化后生成的多種不同物質(zhì)的統(tǒng)稱。研究表明，AGEs與多種疾病密切相關(guān)，如糖尿病慢性并發(fā)癥，衰老，動脈粥樣硬化，高血壓，老年癡呆，腫瘤等［1-3］。AGEs在相關(guān)疾病中的致病機制研究已經(jīng)取得了很大進展，同時相關(guān)靶點的藥物也有望應(yīng)用于臨床。

1 AGEs的來源

AGEs的產(chǎn)生是蛋白質(zhì)和脂類非酶糖基化反應(yīng)啟動后的一系列化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，其中間產(chǎn)物為Amadori，Schiff堿和Maillard產(chǎn)物，包括具有反應(yīng)活性可產(chǎn)生交聯(lián)的氧化產(chǎn)物如1，3-脫氧葡糖醛酮，乙二醛，糖毒素(AP-diones)等。最終生成不具有反應(yīng)活性的AGEs，如羧甲基賴氨酸(CML)，蛋白質(zhì)交聯(lián)后產(chǎn)物等。體內(nèi)的葡萄糖、果糖、葡萄糖-6-磷酸等酮糖可參與這一反應(yīng)。AGEs具有熒光、顏色和交聯(lián)的特性。

2 AGEs的致病機制

正常情況下，體內(nèi)AGEs的水平維持在一個較為平衡的狀態(tài)，但當(dāng)生成過多如糖尿病、衰老、攝入AGEs過多或排出障礙如腎病等情況下，會產(chǎn)生一系列病理生理改變。其致病機制主要包括兩方面，其一為葡萄糖等糖類物質(zhì)直接與蛋白質(zhì)和脂質(zhì)交聯(lián)，破壞蛋白甚至組織的結(jié)構(gòu)和功能。另一方面為AGEs與其受體結(jié)合，激活一系列信號通路，增加炎癥因子等的表達，最終改變組織細(xì)胞的功能，甚至產(chǎn)生組織破壞(見 Fig 1)。

Fig 1 Schematic of pathogenesis of AGEs in vivo

2.1AGEs引起的蛋白交聯(lián)AGEs的形成可改變許多重要蛋白分子的功能特性。糖基化反應(yīng)早期影響的蛋白質(zhì)包括一些半衰期相對較短的蛋白如血清白蛋白，低密度脂蛋白，高密度脂蛋白和血紅蛋白。盡管早期修飾反應(yīng)可改變這些蛋白質(zhì)的功能，但是通常認(rèn)為對長壽命蛋白的晚期修飾如膠原蛋白的交聯(lián)對糖尿病慢性并發(fā)癥和年齡進程影響更大。脂蛋白糖基化后結(jié)構(gòu)發(fā)生改變可產(chǎn)生免疫原性，血管壁上的LDL作為潛在抗原可形成原位免疫復(fù)合物，從而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，致動脈硬化。脂蛋白糖基化后還可導(dǎo)致清除障礙，血脂增高，損傷血管結(jié)構(gòu)和功能［4］。血管基膜上與AGEs結(jié)合的Ⅳ型膠原能阻止這些膠原分子形成正常的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，損害血管的完整結(jié)構(gòu)和功能。AGEs使蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)可致血管通透性增高和剛性增強。內(nèi)皮下單核細(xì)胞受體與AGEs結(jié)合，單核細(xì)胞分泌細(xì)胞因子增加動脈粥樣硬化發(fā)病的機會。AGEs被認(rèn)為是一類能使細(xì)胞激活的物質(zhì)，為前炎癥介質(zhì)并且能促進氧化應(yīng)激反應(yīng)［5］。

2.2AGEs受體通路導(dǎo)致的細(xì)胞損傷AGEs受體(AGER)有很多種，主要包括:AGEs受體(RAGE)，Ⅰ型和Ⅱ型巨噬細(xì)胞清道夫受體，CD36，氧化低密度脂蛋白受體-1(LOX-1)等。其中RAGE作為免疫球蛋白超家族中的一員，與AGEs修飾蛋白有高親和性，在AGEs介導(dǎo)的病變中起主要作用。RAGE存在于多種細(xì)胞中，主要包括單核巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、腎細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞及血管平滑肌細(xì)胞等，通過不同途徑介導(dǎo)病變的發(fā)生發(fā)展。RAGE在體內(nèi)的配體包括AGEs，蛋白氧化終末產(chǎn)物，S100/calgranulins，β淀粉樣肽等。高血糖可刺激多種配體的產(chǎn)生而激活信號傳導(dǎo)，從而引起炎癥，血栓因子和活性氧激活，增強 RAGE介導(dǎo)的氧應(yīng)激。RAGE的激活可以活化前炎癥轉(zhuǎn)化因子NF-кB，后者可以促進一系列炎癥因子的轉(zhuǎn)錄［6］。

RAGE能調(diào)節(jié)細(xì)胞的激活、生長相關(guān)的介質(zhì)及細(xì)胞的增殖，從而影響器官的結(jié)構(gòu)和功能。在高糖血癥時，AGEs生成增加，與腎臟基底膜非特異結(jié)合并改變其特性。AGEs造成腎臟的普遍病理損害是腎小球硬化、間質(zhì)纖維化以及腎小管肥大。敲除RAGE基因或封閉RAGE受體可預(yù)防糖尿病性腎小球結(jié)構(gòu)和功能的損傷，而針對RAGE的治療則可以防止糖尿病腎病的發(fā)生［7］。AGEs和RAGE已經(jīng)證實是糖尿病并發(fā)癥的致病因素，干預(yù)AGEs的形成可以預(yù)防慢性腎病進程。糖尿病血管病變的一個主要特征是血管通透性的增加。AGEs可通過RAGE/Rho信號通路導(dǎo)致間隙的形成，和actin的重組，從而增加糖尿病血管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性［8］。RAGE在動脈粥樣硬化斑塊和梗死的心肌組織中也均有表達［5］。在老年癡呆病人中，RAGE可促進Aβ從細(xì)胞表面轉(zhuǎn)入到細(xì)胞內(nèi)，從而增強Aβ的毒性［9］。

3 基于AGEs為靶點的藥物開發(fā)

根據(jù)AGEs的病理生理作用機制，目前有三類藥物正在開發(fā):AGEs生成抑制劑，可抑制AGEs的生成;AGEs斷裂劑，可斷裂已經(jīng)形成的AGEs交聯(lián);AGEs受體阻斷劑，可阻斷RAGEs的信號傳導(dǎo)，從而抑制AGEs的病理作用。

3.1AGEs生成抑制劑(AGE-inhibitors)此類藥物可延緩或減少AGEs在體內(nèi)的產(chǎn)生。

3.1.1氨基胍(aminoguanidine，AG)氨基胍研究開發(fā)開始于上個世紀(jì)80年代［10］，是目前研究最多的一種AGEs抑制劑。氨基胍是一種小分子親核性肼類化合物，可與葡萄糖中間體如二羰基化合物相互作用，從而抑制糖基化和AGEs的生成。AG可降低糖尿病大鼠的血管僵硬度，降低主動脈AGEs的量和膠原蛋白交聯(lián)，增加頸動脈的順應(yīng)性。在心肌中，AG可降低增齡相關(guān)的心肌組織肥大增生。AG還可抑制腎臟前纖維化因子及PKC的活性，減少Ⅳ型膠原，抑制蛋白羰基化，降低尿白蛋白。將內(nèi)皮細(xì)胞于氨基胍預(yù)孵育，可以恢復(fù)eNOS的磷酸化水平及表達，調(diào)控高糖誘導(dǎo)的氧化和抗氧化因子的平衡［11］。盡管在體外及動物實驗研究中發(fā)現(xiàn)氨基胍有很多改善作用，但在臨床試驗中發(fā)現(xiàn)對人體有不良反應(yīng)，故現(xiàn)已退出臨床研究。

3.1.2吡多胺(pyridoxamine，pyridorin)天然維生素B6的一種結(jié)構(gòu)形式，后Amadori反應(yīng)抑制劑，作為一種親核試劑捕獲生化副反應(yīng)中產(chǎn)生的活性羰基。在生理環(huán)境下，吡哆胺與乙二醛或羥乙醛能快速反應(yīng)生成Schiff堿，Schiff堿再經(jīng)分子內(nèi)反應(yīng)環(huán)化為一個半縮醛胺加合物，兩個半縮醛胺加合物最終形成含呱嗪環(huán)的五元環(huán)加合物［12］。病人每天2次口服250 mg維生素B6可降低血脂，降低尿白蛋白，預(yù)防糖尿病腎?。?3］。吡哆胺也抑制牛血清白蛋白和乙二醛或羥乙醛的反應(yīng)中CML的形成。吡哆胺的治療可減輕老年動物的外周阻力增加，心臟的增大，并減少主動脈AGEs膠原蛋白的交聯(lián)水平。吡哆胺對人體的不良反應(yīng)很小，可抑制人體AGEs生成，防治糖尿病并發(fā)癥方面正在進行Ⅱ期臨床試驗。3.1.3苯磷硫胺(benfotiamine)苯磷硫胺是脂溶性的維生素B1衍生的維生素類物質(zhì)，具有增強的生物利用度和生物活性的特點。苯磷硫胺可增加機體的硫胺水平，從而調(diào)節(jié)硫胺焦磷酸鹽(thiamine pyrophosphate，TPP)，而TPP可降低體內(nèi)AGEs的產(chǎn)生。體內(nèi)外的實驗均已經(jīng)證實，苯磷硫胺可防止蛋白的非酶糖基化，預(yù)防糖尿病并發(fā)癥［14］。目前，F(xiàn)DA已批準(zhǔn)作為食品添加劑使用。

3.1.4OPB-9195 其化學(xué)結(jié)構(gòu)為2-異丙肼-4-羰基噻唑-5-基乙酰苯胺(2-Isopropylidenehydrazono-4-oxo-thiazolidin-5-ylacetanilide，OPB-9195)［15］。OPB-9195 為噻唑烷衍生物(thiazolidine derivatives)，該藥沒有降低血糖的作用，卻可明顯降低糖尿病動物循環(huán)血液中AGEs的水平和腎臟組織中AGEs的沉積，并可抑制糖氧化及脂質(zhì)氧化反應(yīng)［16］?？山档妥园l(fā)性高血壓大鼠的收縮期血壓，降低氧化應(yīng)激水平，增加內(nèi)皮細(xì)胞eNOS的表達，并可抑制頸動脈球囊損傷后的內(nèi)皮層增厚。

3.1.5LR-90 可抑制糖尿病動物血液與組織中AGEs的生成與聚集，RAGE蛋白的表達及糖尿病動物腎臟的AGEs導(dǎo)致的氧化應(yīng)激損傷［17］。

3.1.6TM2002 是一類通過阻斷血管緊張素Ⅱ受體起作用的新型的AGEs生成抑制劑，可以防止通過非降壓依賴的途徑防治腎臟和心血管疾病。血管緊張素受體阻斷劑可抑制AGEs的產(chǎn)生，但是其降低血壓的作用限制了其應(yīng)用，而TM2002卻沒有降低血壓的作用［18］，現(xiàn)有的研究，表明TM2002還可以改善乙二醛誘導(dǎo)的胰島素抵抗［19］。

3.1.7其他研究表明抗氧化劑，替尼司坦(tenilsetam)，阿司匹林(aspirin)和一些降低血壓的藥物如血管緊張素受體拮抗劑，血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑等均具有降低AGEs生成的作用［20］。我們的研究也表明，丹參中的水溶性成分之一丹酚酸A也具有降低AGEs生成的作用，其作用機制與其抗氧化作用有關(guān)。但抗氧化劑如丹酚酸A在降低AGEs生成的時候在相對較低的劑量下比較明顯，而相對高的劑量則會促進AGEs的生成，可能因其較高的劑量下破壞氧化還原平衡和自身氧化等所致，在應(yīng)用抗氧化劑抑制AGEs生成中應(yīng)予以重視。

3.2AGEs斷裂劑(AGE-breaker)此類藥物因為可直接斷裂已經(jīng)生成的AGEs，所以在臨床應(yīng)用上要優(yōu)于AGEs生成抑制劑。

3.2.1Alagebrium(ALT711)Alagebrium(4，5-二甲基-3-苯乙?；邕蛭寺然?是目前研究較多的AGEs斷裂劑，為美國Alteon公司開發(fā)的產(chǎn)品，該化合物結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定、活性較高。ALT711可以裂解 AGEs及其交聯(lián)結(jié)構(gòu)，ALT711與AGEs結(jié)合形成一個易于發(fā)生自發(fā)裂解的結(jié)構(gòu)，由此可以切斷膠原和其他大分子形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)的橋(分屬兩個不同蛋白分子的雙羰基鍵共價連接組成的)，這樣交聯(lián)在一起的蛋白分子又會重新游離，恢復(fù)其自身功能。ALT711的優(yōu)點在于其相當(dāng)于一個催化劑，將交聯(lián)裂解后本身的結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變，因此停止給藥后仍能發(fā)揮作用，一旦裂解后的蛋白再次發(fā)生交聯(lián)，ALT711能再次裂解交聯(lián)結(jié)構(gòu)［21］。Alagebrium可逆轉(zhuǎn)糖尿病和衰老引起的疾病，如血管硬化、骨關(guān)節(jié)炎、老年癡呆、糖尿病腎病等［22-24］。ALT711抗糖尿病腎病的作用機制與抑制腎臟AGEs的生成和TGF-beta表達，抑制腎臟前纖維化因子、PKCα活性，降低尿白蛋白，阻止腎臟纖維化［25］。ALT711作為唯一進入人體臨床試驗的AGEs交聯(lián)阻斷劑，Ⅱ期臨床結(jié)果顯示了較好的安全性和有效性。

3.2.2TRC4186與TRC4149 二者分別為新近開發(fā)的同一AGEs斷裂劑的氯酸鹽和溴酸鹽形式，為Torrent Research Centre開發(fā)，研究表明可以保護糖尿病動物的心臟功能，降低糖尿病所導(dǎo)致的腎臟損傷。其作用原理為斷裂已經(jīng)形成的AGEs交聯(lián)，降低糖和脂質(zhì)衍生的AGEs堆積，并且具有較強的抗氧化作用。臨床研究結(jié)果表明，具有較好的安全性［26-27］。

3.2.3其他除上所述，另外還有如 PTB［16］，C36［28］等，在體內(nèi)外實驗中均顯現(xiàn)出較好的AGEs斷裂的作用。

3.3以AGEs-受體為靶點的藥物此類藥物主要包括AGEs可溶性受體類似物、受體阻斷劑和受體后信號傳導(dǎo)阻斷劑等。

PF 04494700(TTP-488)是可口服的小分子，可抑制RAGE與AGEs的結(jié)合，開發(fā)的目的為治療阿爾采末病。在實驗動物模型中，可縮小斑塊，提高動物學(xué)習(xí)能力。目前TTP-488正在進行Ⅱ期臨床評價，為美國Trans Tech Pharma公司開發(fā)。TTP4000利用其類似可溶性AGEs受體的特性，可阻斷AGEs的生物活性，降低AGEs的沉積，增加AGE的清除［29］。RAGE的可溶性受體可結(jié)合AGEs，但是因為缺乏細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，不能傳導(dǎo)AGEs信號。TTP4000可以作用于多種結(jié)構(gòu)不同，功能各異的配體如 Aβ，AGEs，S100等。TTP4000具有sRAGE的特性，但在藥代動力學(xué)上更為理想，半衰期大于1周。動物實驗表明，TTP4000給藥可以降低腦中Aβ和淀粉樣蛋白的水平，明顯提高動物的認(rèn)知能力，顯示出TTP4000將有良好的應(yīng)用前景。

目前在開發(fā)的藥物還包括AstraZeneca公司的抗-RAGE單克隆抗體，BioChemics公司的 BC-DN-01，Dynamis Therapeutics公司的RAGE抑制劑。另外血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑也可調(diào)控血漿中可溶性AGEs受體的產(chǎn)生和分泌［29］。

4 小結(jié)和展望

AGEs可以在結(jié)構(gòu)和功能上影響心血管系統(tǒng)，尤其是糖尿病患者，另外AGEs在衰老，高血壓，老年癡呆等的發(fā)病中也起了重要作用?，F(xiàn)代研究提示AGEs導(dǎo)致的病理生理學(xué)改變是可逆的，新的AGEs交聯(lián)斷裂劑將來在臨床應(yīng)用中可能發(fā)揮重要作用。但現(xiàn)有的研究表明，一些在動物學(xué)實驗中顯示出較好作用的藥物，在人體中卻沒有等同的作用。例如Alagebrium在短壽命的哺乳動物中的作用較好，這種在大小鼠中的治療作用優(yōu)于人類，可能是長短壽命哺乳動物AGEs的成分不同所致［30］。需要在機制上進行更加深入的研究，以利于新型治療藥物的開發(fā)。

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