晚期糖基化終產(chǎn)物與冠心病發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

劉軍鋒，孔美娟，賈克剛

(1.天津泰達(dá)國際心血管病醫(yī)院檢驗(yàn)科，天津 300457;2.天津醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)學(xué)院，天津 300457)

晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)代表了一群異質(zhì)性的蛋白質(zhì)、脂類、核酸與還原糖不可逆的交叉連接產(chǎn)物。AGEs可通過刺激炎癥反應(yīng)、促進(jìn)動脈粥樣硬化斑塊形成、調(diào)節(jié)血管硬度，密切參與冠心病的病理生理過程[1]。AGEs可通過 AGEs受體(receptor for advanced glycation end products，RAGE)和非受體途徑從多個(gè)方面參與了心肌損害的過程，AGEs可通過血小板衍生因子釋放、血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)內(nèi)信號傳遞途徑的變化、內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能改變，從而使VSMCs分化與增殖并導(dǎo)致血管增厚，促進(jìn)動脈粥樣硬化并影響血流動力，參與心血管的功能調(diào)節(jié)和結(jié)構(gòu)重塑，最終導(dǎo)致冠心病的發(fā)生。但AGEs對冠心病誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)機(jī)制仍未完全清楚。我們結(jié)合近年文獻(xiàn)對這一領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究進(jìn)行綜述。

一、AGEs對細(xì)胞信號傳導(dǎo)的影響

自噬作用是一種維持生命的過程，在動脈粥樣斑塊中通過脂質(zhì)氧化、炎癥、代謝應(yīng)激，使這種作用加強(qiáng)。Hu等[2]的研究結(jié)果表明，用AGEs處理的大鼠VSMCs活化了細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun NH2-terminal kinase，JNK)、p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK)的信號通路，但抑制了絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(serine-threonine kinase，Akt)的通路。用ERK抑制劑和Akt活化劑預(yù)處理能抑制AGEs誘導(dǎo)自噬作用的發(fā)生，顯示AGEs能通過ERK和Akt信號通路來誘導(dǎo) VSMCs的自噬作用，從而有助于VSMCs增殖的進(jìn)程，與糖尿病動脈粥樣硬化相關(guān)聯(lián)。Xie等[3]應(yīng)用 AGEs修飾的牛血清白蛋白(AGEs-modified bovine serum albumin，AGEs-BSA)誘導(dǎo)上調(diào)了微管相關(guān)蛋白1輕鏈3-Ⅱ(light chain 3-Ⅱ，LC3-Ⅱ)的水平。這種誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)作用可被自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine，3-MA)所抑制，但可被自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素所刺激。在AGEs-BSA誘導(dǎo)下乳酸脫氫酶外泄露增加，3-MA可提高此種效果，但雷帕霉素沒有此作用。α-維生素E是一種氧化酶抑制劑，不僅能降低由AGEs-BSA誘導(dǎo)所增加的活性氧(reactive oxygen species，ROS)，而且還能降低上調(diào)的LC3-Ⅱ蛋白水平。見圖1。

粟妍暉等[4]分離的心肌微血管內(nèi)皮細(xì)胞(cardiac microvascular endothelial cells，CMECs)在AGEs的作用下，增殖能力和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)形成能力顯著增強(qiáng)，并可表達(dá)CXC趨化因子受體-4(CXC chemokine receptor type 4，CXCR4)和骨髓基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(stromal cell-derived factor 1，SDF-1)，SDF-1能誘導(dǎo)CMECs的增殖和管樣結(jié)構(gòu)形成，CXCR4阻滯劑AMD3100能抑制SDF-1的誘導(dǎo)作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AGEs可通過 SDF-1/CXCR4軸信號通路促進(jìn)CMECs的增殖，并誘導(dǎo)細(xì)胞管樣結(jié)構(gòu)的形成。見圖1。

圖1 AGEs對某些信號傳導(dǎo)途徑的影響

Takahashi等[5]研究了4種不同的AGEs亞型(AGEs-2、AGEs-3、AGEs-4、AGEs-5)在 0.1 ～100.0 μg/mL 范圍內(nèi)對細(xì)胞內(nèi)黏附分子-1、B7.1、B7.2和單核細(xì)胞CD40的表達(dá)影響及其對人外周血單核細(xì)胞γ-干擾素、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor alpha，TNF-α)的影響。AGEs-2 和AGEs-3能有選擇的誘導(dǎo)黏附分子的表達(dá)和細(xì)胞因子的產(chǎn)生。使用黏附分子的拮抗實(shí)驗(yàn)表明，單核細(xì)胞和T/自然殺傷細(xì)胞之間相互作用參與了AGEs-2和AGEs-3誘導(dǎo)細(xì)胞因子產(chǎn)生的過程，AGEs-2和AGEs-3上調(diào)了單核細(xì)胞RAGE的表達(dá)，核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear transcription factor kappa B，NF-κB)和 p38MAPK 抑制劑可抑制AGEs-2和AGEs-3的作用。糖基化血清白蛋白(glycation serum albumin，GSA)是 AGEs中重要的一種。GSA可以促進(jìn)VSMCs單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)和白細(xì)胞介素-8(interleukin 8，IL-8)的表達(dá)。這可能是通過激活細(xì)胞內(nèi)p38MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)NF-κB 的活化而實(shí)現(xiàn)的[6]。

二、AGEs對血管細(xì)胞、心肌細(xì)胞及單核細(xì)胞的影響

內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells，EPCs)在防止動脈粥樣硬化起了重要作用，但調(diào)節(jié)EPCs功能的因素還不完全清楚。內(nèi)皮細(xì)胞的損傷在冠心病發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮了一定的作用[7]。AGEs通過促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移、損傷和死亡，從而成為糖尿病和動脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制的一部分。Ueda等[8]的研究結(jié)果顯示，AGEs的血清水平和吸煙與低水平的EPCs數(shù)量呈獨(dú)立相關(guān)。此外，在女性中，AGEs和低水平的高密度脂蛋白膽固醇與低水平的EPCs遷移活性呈獨(dú)立相關(guān)。Chen等[9]在含有AGEs成份的環(huán)境中培養(yǎng)EPCs，結(jié)果顯示EPCs生成ROS增加、抗氧化劑的防御能力降低、氧化應(yīng)激能力增強(qiáng)，從而使EPCs增殖、遷移和黏附功能受到抑制并誘導(dǎo)EPCs凋亡。

Nam等[10]將單核細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞在100 μg/mL AGEs乙醇醛(glycolaldehyde-induced，glycol-AGEs)中共培養(yǎng)24 ～48 h，結(jié)果顯示glycol-AGEs誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞增殖，同時(shí)平滑肌細(xì)胞也表達(dá)白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL-6)和MCP-1，且在含有g(shù)lycol-AGEs的共培養(yǎng)系統(tǒng)中細(xì)胞因子的表達(dá)也明顯升高。在含有AGEs和血清白蛋白的環(huán)境中對人單核細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，CD36表達(dá)水平和細(xì)胞內(nèi)ROS明顯增加[11]。AGEs能增加平滑肌細(xì)胞結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF)mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)，且這種增加效應(yīng)具有時(shí)間和濃度依賴性，提示AGEs能通過該途徑促進(jìn)動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展[12]。李潔等[13]的研究結(jié)果表明 AGEs能刺激心肌成纖維細(xì)胞增殖并分泌轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)，同時(shí)誘導(dǎo)CTGF、Smad2及Smad4的表達(dá)。

三、RAGE與動脈粥樣硬化

RAGE是AGEs的主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體。此外，RAGE也是一個(gè)多配體結(jié)合的免疫球蛋白超家族成員。除了AGEs，RAGE還結(jié)合了S100/鈣粒蛋白家族、高機(jī)動性組框1、β-淀粉樣肽和β-折疊纖維中的某些成員[14]。AGEs直接或通過受體介導(dǎo)的機(jī)制參與動脈粥樣硬化的過程。目前，研究最廣泛的受體是RAGE。AGEs-RAGE的相互作用改變了細(xì)胞的信號傳導(dǎo)，促進(jìn)了基因的表達(dá)，增強(qiáng)了促炎癥分子的釋放，引起眾多不同類型的氧化應(yīng)激反應(yīng)[15]。在動物模型中，中斷 AGEs-RAGE的相互作用可減輕病灶的面積和斑塊的發(fā)展。在RAGE(-/-)/載脂蛋白E(-/-)雙基因敲除的老鼠中，RAGE缺乏，減輕了糖尿病動脈粥樣硬化的發(fā)展[16]。

Wang等[17]通過實(shí)驗(yàn)表明，小鼠主動脈壁上的羧甲基賴氨酸(carboxymethyl lysine，CML)沉積信號和RAGE表達(dá)主要限于動脈粥樣硬化斑塊部位。CML/RAGR軸可能首先啟動了動脈粥樣硬化損傷區(qū)域巨噬細(xì)胞的凋亡，然后在高血脂、細(xì)胞凋亡并存的環(huán)境下誘導(dǎo)了骨形態(tài)生成蛋白-2-核結(jié)合因子α1-堿性磷酸酶-動脈硬化的級聯(lián)反應(yīng)。作者認(rèn)為CML/RAGE可能在糖尿病動脈粥樣硬化中發(fā)揮了重要的作用。這種作用是通過主動脈平滑肌的成骨細(xì)胞分化，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡來實(shí)現(xiàn)的。

通過RAGE介導(dǎo)的氧化應(yīng)激能損害EPCs的功能，并增加了氧化應(yīng)激介導(dǎo)EPCs凋亡的敏感性。應(yīng)用小干擾 RNA(small interfering RNA，siRNA)阻斷RAGE的蛋白表達(dá)可減弱AGEs與EPCs共培養(yǎng)時(shí)對EPCs造成的影響[9]。利用含有AGEs和牛血清白蛋白的環(huán)境對人單核細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，并用siRNA阻止RAGE的表達(dá)，結(jié)果表明CD36及ROS表達(dá)明顯受到抑制[11]。

AGEs與其受體的相互作用增加了炎癥介質(zhì)和可溶性血管細(xì)胞黏附分子-1(soluble vascular cell adhesion molecule 1，sVCAM-1)的表達(dá)，并誘導(dǎo)與動脈粥樣硬化相關(guān)聯(lián)的氧自由基表達(dá)。球囊損傷誘導(dǎo)動脈粥樣硬化與AGEs和RAGE的表達(dá)增加有關(guān)。可溶性 RAGE(soluble RAGE，sRAGE)可作為RAGE配體的誘餌來防止動脈粥樣硬化。McNair等[18]觀察了46例非ST段抬高的心肌梗死患者進(jìn)行冠狀動脈介入治療后sRAGE的水平變化，除了19例術(shù)后再狹窄者外，其余患者術(shù)前和術(shù)后sRAGE、TNF-α水平是相似的;再狹窄的患者術(shù)后sRAGE水平比術(shù)前低，而TNF-α術(shù)后比術(shù)前高;sRAGE的靈敏度和陰性預(yù)測值高達(dá)100%，在判定冠狀動脈介入治療術(shù)后再狹窄方面均高于AGEs/sRAGE比值。

四、藥物干預(yù)對AGEs的影響

ALT-711是一種 AGEs交叉聯(lián)接裂解劑。Kim等[19]探討了ALT-711抑制 AGEs誘導(dǎo)的效果。在ALT-711治療中，大鼠動脈平滑肌細(xì)胞的增生被明顯抑制，ALT-711呈劑量依賴性的抑制了AGEs介導(dǎo)的ROS生成、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶磷酸化、環(huán)氧合酶-2的表達(dá)。AGEs誘導(dǎo)結(jié)締組織表達(dá)和細(xì)胞外基質(zhì)表達(dá)的機(jī)制在ALT-711治療中被減弱。體內(nèi)研究顯示，用ALT-711治療球囊損傷的大鼠，RAGE表達(dá)和內(nèi)膜增生被明顯抑制。但ALT-711是一種與硫胺素同源的結(jié)構(gòu)，硫胺素可被硫胺二磷酸激酶(thiamine diphosphokinase，TDPK)轉(zhuǎn)化為硫胺素二磷酸(thiamine diphosphate，TDP)，而 TDP 是丙酮酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶以及轉(zhuǎn)酮酶的輔酶。這些酶活性的降低可由于TDP缺乏從而導(dǎo)致相關(guān)疾病。Krautwald等[20]研究了ALT-711是否為TDPK的抑制劑，結(jié)果表明ALT-711是一種低親和力的TDPK抑制劑，其在治療濃度時(shí)不會干擾硫胺素的代謝。但作者指出，不應(yīng)該再有新的、比ALT-711更具潛在競爭力的基于硫胺素設(shè)計(jì)的AGEs交叉聯(lián)接蛋白裂解劑問世。

抑制血小板 CD40配體(CD40 ligand，CD40L)的表達(dá)對預(yù)防冠心病來說可能是一個(gè)新的治療靶點(diǎn)，但色素上皮衍生因子(pigment epithelium derived factor，PEDF)對血小板 CD40L表達(dá)的影響機(jī)制仍有待闡明。Yamagishi等[21]發(fā)現(xiàn)PEDF能通過減弱AGEs的影響，從而起到抵抗心血管疾病的保護(hù)作用;與對照組相比，糖尿病大鼠血小板CD40L的表達(dá)水平大約增加了2倍;通過使用PEDF治療，CD40L的表達(dá)可部分被抑制;將AGEs注射入非糖尿病大鼠體內(nèi)，CD40L的表達(dá)水平大約增加了1.3倍;通過應(yīng)用PEDF治療，這種影響可完全被預(yù)防。因此PEDF的替代療法可能會提供一種新的、有前途的預(yù)防糖尿病心血管疾病的途徑。

Yoon等[22]研究表明，AGEs濃度的增多與大鼠主動脈平滑肌細(xì)胞(aortic smooth muscle cell of sprague-dawley rat，RASMC)增殖、ROS 生成增多相關(guān)。RASMC增殖下降、ROS生成減少與使用的他汀類藥物治療呈劑量依賴性。AGEs能增加NF-κB P65、磷酸化 ERK、磷酸化 p38MAPK、環(huán)氧合酶-2、c-Jun的表達(dá)，但這些物質(zhì)的表達(dá)可被他汀類藥物所抑制。糖尿病大鼠球囊損傷后新生內(nèi)膜比假手術(shù)組增厚許多，但被球囊損傷后經(jīng)他汀類藥物治療很少有內(nèi)膜增厚。有研究[23]顯示阿托伐他汀可通過人內(nèi)皮細(xì)胞過氧化物酶增殖物活化受體-γ(peroxisome proliferators-activated receptor gamma，PPAR-γ)表達(dá)抑制 AGEs 誘導(dǎo)人內(nèi)皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)。此作用可能是通過PPAR-γ對NF-κB信號途徑的抑制作用實(shí)現(xiàn)的。羅格列酮可作為干預(yù)藥物抑制AGEs促纖維化的病理過程。影響Smad蛋白的效應(yīng)可能是羅格列酮干擾TGF-β1/Smad 信號傳遞的重要途徑[13]。

五、結(jié)語

AGEs與糖尿病并發(fā)心血管疾病的高風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，包括冠狀動脈疾病和外周動脈疾病，這就解釋了糖尿病患者發(fā)病和死亡的大部分原因。AGEs和患冠心病風(fēng)險(xiǎn)的聯(lián)系不斷擴(kuò)展，從AGEs對細(xì)胞信號傳遞的影響、效應(yīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能受損到AGEs-RAGE相互作用所致的病理損害，揭示了VSMCs分化與增殖、冠心病的某些發(fā)病機(jī)制?；贏GEs及其受體RAGE在冠心病進(jìn)展中所起的重要作用，相應(yīng)的干預(yù)藥物需得到一定的發(fā)展。因此抗AGEs、抗RAGE的藥物進(jìn)一步研發(fā)及其在臨床治療策略上的調(diào)整將有望成為防治冠心病的新方向。

[1]Prasad A，Bekker P，Tsimikas S.Advanced glycation end products and diabetic cardiovascular disease[J].Cardiol Rev，2012，20(4):177-183.

[2]Hu P，Lai D，Lu P，et al.ERK and Akt signaling pathways are involved in advanced glycation end product-induced autophagy in rat vascular smooth muscle cells[J].Int J Mol Med，2012，29(4):613-618.

[3]Xie Y，You SJ，Zhang YL，et al.Protective role of autophagy in AGE-induced early injury of human vascular endothelial cells[J].Mol Med Report，2011，4(3):459-464.

[4]粟妍暉，李 飛，王冬娟，等.AGEs通過SDF-1/CXCR4軸信號通路對心肌微血管內(nèi)皮細(xì)胞血管新生的影響及機(jī)制[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2010，10(7):1270-1272.

[5]Takahashi HK，Mori S，Wake H，et al.Advanced glycation end products subspecies-selectively induce adhesion molecule expression and cytokine production in human peripheral blood mononuclear cells[J].J Pharmacol Exp Ther，2009，330(1):89-98.

[6]何 榕，毛節(jié)明，王 廣，等.晚期糖基化終產(chǎn)物對大鼠血管平滑肌細(xì)胞分泌炎癥性趨化因子的影響及機(jī)制[J].中華醫(yī)學(xué)雜志，2011，91(2):107-110.

[7]李貴星，賀 勇，呂瑞雪，等.糖尿病患者血清糖化低密度脂蛋白水平研究[J].檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)，2010，25(8):588-591.

[8]Ueda S，Yamagishi S，Matsui T，et al.Serum levels of advanced glycation end products(AGEs)are inversely associated with the number and migratory activity of circulating endothelial progenitor cells in apparently healthy subjects[J].Cardiovasc Ther，2012，30(4):249-254.

[9]Chen J，Song M，Yu S，et al.Advanced glycation endproducts alter functions and promote apoptosis in endothelial progenitor cells through receptor for advanced glycation endproducts mediate overpression of cell oxidant stress[J].Mol Cell Biochem，2010，335(1-2):137-146.

[10]Nam MH，Lee HS，Seomun Y，et al.Monocyte-endothelium-smooth muscle cell interaction in co-culture:proliferation and cytokine productions in response to advanced glycation end products[J].Biochim Biophys Acta，2011，1810(9):907-912.

[11]Xanthis A，Hatzitolios A，F(xiàn)idani S，et al.Receptor of advanced glycation end products(RAGE)positively regulates CD36 expression and reactive oxygen species production in human monocytes in diabetes[J].Angiology，2010，60(6):772-779.

[12]顧秀峰，張 寰，劉 勇，等.糖基化終產(chǎn)物對大鼠主動脈平滑肌細(xì)胞結(jié)締組織生長因子表達(dá)的影響[J].中華老年醫(yī)學(xué)雜志，2009，28(10):847-850.

[13]李 潔，劉乃豐，魏 芹.羅格列酮抑制糖基化終產(chǎn)物誘導(dǎo)心肌成纖維細(xì)胞增殖和結(jié)締組織生長因子及Smad的表達(dá)[J].中華內(nèi)分泌代謝雜志，2010，26(6):479-483.

[14]Yan SF，Ramasamy R，Schmidt AM.The receptor for advanced glycation endproducts(RAGE)and cardiovascular disease[J].Expert Rev Mol Med，2009，11:e9.

[15]Barlovic DP，Soro-Paavonen A，Jandeleit-Dahm KA.RAGE biology，atherosclerosis and diabetes[J].Clin Sci(Lond)，2011，121(2):43-55.

[16]Walcher D，Marx N.Advanced glycation end products and C-peptide-modulators in diabetic vasculopathy and atherogenesis[J].Semin Immunopathol，2009，31(1):103-311.

[17]Wang Z，Jiang Y，Liu N，et al.Advanced glycation end-product N ε-carboxymethyl-Lysine accelerates progression of atherosclerotic calcification in diabetes[J].Atherosclerosis，2012，221(2):387-396.

[18]McNair ED，Wells CR，Mabood Qureshi A，et al.Soluble receptors for advanced glycation end products(sRAGE)as a predictor of restenosis following percutaneous coronary intervention[J].Clin Cardiol，2010，33(11):678-685.

[19]Kim JB，Song BW，Park S，et al.Alagebrium chloride，a novel advanced glycation end-product cross linkage breaker，inhibits neointimal proliferation in a diabetic rat carotid balloon injury model[J].Korean Circ J，2010，40(10):520-526.

[20]Krautwald M，Leech D，Horne S，et al.The advanced glycation end product-lowering agent ALT-711 is a low-affinity inhibitor of thiamine diphosphokinase[J].Rejuvenation Res，2011，14(4):383-391.

[21]Yamagishi S，Matsui T，Ueda S，et al.Pigment epithelium-derived factor(PEDF)inhibits diabetes-or advanced glycation end product(AGE)-induced platelet CD40 ligand overexpression in rats[J].Int J Cardiol，2010，144(2):283-285.

[22]Yoon SJ，Yoon YW，Lee BK，et al.Potential role of HMG CoA reductase inhibitor on oxidative stress induced by advanced glycation endproducts in vascular smooth muscle cells of diabetic vasculopathy[J].Exp Mol Med，2009，41(11):802-811.

[23]徐尚華，王科峰，許昌聲，等.阿托伐他汀對晚期糖基化終末產(chǎn)物誘導(dǎo)的人內(nèi)皮細(xì)胞單核細(xì)胞趨化蛋白-1 mRNA表達(dá)影響極其機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究[J].中華心血管病雜志，2011，39(6):512-517.