終末糖基化產(chǎn)物在血管鈣化中的作用機制研究進展

陳澄，歐三桃

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院， 四川瀘州 646000)

終末糖基化產(chǎn)物在血管鈣化中的作用機制研究進展

陳澄，歐三桃

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院， 四川瀘州 646000)

終末糖基化產(chǎn)物(AGEs)是一類由體內(nèi)生成或體外攝入的生物大分子,典型的AGEs包括戊糖素、羥乙基賴氨酸(CEL)、 羧甲基賴氨酸(CML)等。血管鈣化是異位鈣化的一種形式，可導(dǎo)致血管的彈性和順應(yīng)性下降。AGEs可以促進血管鈣化，其機制可能是AGEs與終末糖基化產(chǎn)物受體(RAGE)等相互作用激活相關(guān)信號通路，誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞成骨表型轉(zhuǎn)換，并通過調(diào)控細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)等促進血管鈣化。

終末糖基化產(chǎn)物；血管鈣化；平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換；細(xì)胞凋亡；氧化應(yīng)激；炎癥反應(yīng)

血管鈣化是異位鈣化的一種形式，可導(dǎo)致血管的彈性和順應(yīng)性下降，與心血管事件的發(fā)生率和死亡率密切相關(guān)[7]。終末糖基化產(chǎn)物(AGEs)是一類結(jié)構(gòu)多樣的異質(zhì)性生物大分子，可由體內(nèi)生成或體外攝入,典型的AGEs包括戊糖素、羥乙基賴氨酸(CEL)、 羧甲基賴氨酸(CML)等。AGEs可促進血管鈣化，其作用機制可能是AGEs通過與終末糖基化產(chǎn)物受體(RAGE)等相互作用激活相關(guān)信號通路，誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞成骨表型轉(zhuǎn)換,并調(diào)控細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)等促進血管鈣化。現(xiàn)將相關(guān)研究進展綜述如下。

1 AGEs的來源及功能

體內(nèi)糖類的羰基與蛋白質(zhì)(脂質(zhì)或核酸)的氨基發(fā)生非酶促反應(yīng)生成 Schiff 堿，Schiff 堿不穩(wěn)定，可發(fā)生Amadori重排，形成的產(chǎn)物稱為Amadori產(chǎn)物，Amadori產(chǎn)物發(fā)生交聯(lián)，最后形成不可逆的結(jié)構(gòu)各異的AGEs[1]。體外的AGEs主要來自煙草及一些加熱、油炸的食物[2]。在糖尿病患者中，血糖水平增高，而形成Schiff堿的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，當(dāng)葡萄糖濃度增高時可加速Schiff堿的形成，且Amadori產(chǎn)物的形成速率與血液中葡萄糖濃度呈正比，因此糖尿病患者中AGEs水平往往明顯增高。。

AGEs特異性受體包括RAGE、巨噬細(xì)胞表面清道夫Ⅰ型和Ⅱ型受體、寡糖轉(zhuǎn)移酶-48(AGE-R1)、80K-H磷蛋白(AGE-R2)、galectin-3(AGE-R3)等[1]。目前，RAGE是研究的最多的受體，它是免疫球蛋白超家族的一個多配體成員,可表達于血管平滑肌細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等多種細(xì)胞，不但有清道夫的作用，還可介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)。AGEs-RAGE可激活還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化酶，導(dǎo)致活性氧族(ROS)反應(yīng)的產(chǎn)生及炎癥反應(yīng)的發(fā)生，影響蛋白酶的結(jié)構(gòu)、功能及蛋白質(zhì)的半衰期，介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)等。AGE-R1具有抗氧化應(yīng)激反應(yīng)和組織損傷的作用，AGE-R2的作用尚待研究，AGE-R3與AGEs的清除及抗凋亡相關(guān)。AGEs可以與單核巨噬細(xì)胞上的特異受體結(jié)合，經(jīng)內(nèi)化被分解或通過細(xì)胞外蛋白水解系統(tǒng)分解成為低相對分子質(zhì)量AGEs，最后經(jīng)腎臟清除。因此，腎臟是機體清除AGEs的主要器官，腎功能不全時循環(huán)中AGEs增加，AGEs在腎臟沉積增加，進一步加重腎功能損害，形成惡性循環(huán)。

2 AGEs促進血管鈣化的機制

2.1 誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞成骨表型轉(zhuǎn)換 血管平滑肌細(xì)胞來源于間充質(zhì)干細(xì)胞，具有多項分化潛能，能夠轉(zhuǎn)化為骨/軟骨類似細(xì)胞[12]。有研究發(fā)現(xiàn)AGEs能明顯刺激大鼠A7r5主動脈平滑肌細(xì)胞骨橋蛋白(OPN)、骨鈣素(OC)和 Runx2 mRNA的表達[13]。Wang 等[14]給予雄性糖尿病小鼠高脂飲食及尾靜脈注射CML4個月后，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(BMP-2)、核心結(jié)合因子α1(Cbf-α1)和堿性磷酸酶(ALP)的表達也隨之增加，而平滑肌SM22α蛋白的表達卻有所下降，且ALP在第4月的表達是第2月的2.8倍。表明AGEs能夠誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞向成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)換。

RAGE在血管平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換中同樣扮演著重要的作用。AGEs能夠時間和劑量依賴性地增加血管平滑肌細(xì)胞中RAGE、OPN及ALP的表達以及鈣的沉積，而上述變化能夠被抗RAGE抗體所抑制[15]。此外RAGE能夠通過激活ERK、P38、Notch、Wnt等信號通路誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞向成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)換，從而參與血管鈣化。有研究表明，將大鼠血管平滑肌細(xì)胞與N-甲基吡啶(RAGE的配體)共培養(yǎng)，pERK/ERK 比值有所增加，但是在含N-甲基吡啶培養(yǎng)液中加入抗RAGE抗體后，pERK/ERK 比值明顯下降[16]，這提示RAGE信號通路能夠通過激活ERK從而誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞成骨表型轉(zhuǎn)換。Tanikawa 等[17]發(fā)現(xiàn)，AGEs能夠劑量依賴性地增加人主動脈血管平滑肌細(xì)胞鈣的沉積、ALP及Runx2 mRNA的表達。同時使血管平滑肌細(xì)胞中p38發(fā)生磷酸化，使用SB202190(p38抑制劑)和抗RAGE抗體均能夠抑制AGEs引起的ALP的增加[17]，這提示AGEs通過RAGE/p38信號通路介導(dǎo)血管鈣化。Suga 等[18]發(fā)現(xiàn)RAGE能夠誘導(dǎo)主動脈平滑肌細(xì)胞中ALP、Msx2的表達，但是這種作用會被DAPT(Notch通路抑制劑)所抑制，表明Notch信號通路也參與了RAGE誘導(dǎo)的血管平滑肌表型轉(zhuǎn)換。此外，向鈣化條件下的平滑肌細(xì)胞培養(yǎng)液中加入AGEs后，RAGE及β-catenin的表達會明顯增強，而鈣黏蛋白卻與之相反，提示AGEs還能夠激活Wnt/β-catenin信號通路[19]。此外，AGEs還能夠通過激活NF-κB、下調(diào)IGF1R基因的表達誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換[20]。

2.2 誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞凋亡 血管平滑肌細(xì)胞及巨噬細(xì)胞的凋亡是導(dǎo)致血管鈣化的機制之一，可通過釋放凋亡小體、壞死碎片及激活RAGE信號通路引起血管鈣化。凋亡小體類似于成骨過程中的基質(zhì)小泡，能夠攝入鈣，為鈣鹽的沉積提供一個微環(huán)境；細(xì)胞碎片富含鈣和磷，也參與了血管鈣化[21，22]。有研究證實CML能在氧化低密度脂蛋白環(huán)境下劑量依賴性地促進巨噬細(xì)胞的凋亡。這提示CML能夠通過RAGE信號通路誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡[14]。

2.3 參與氧化應(yīng)激反應(yīng) AGEs能夠通過氧化應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致血管鈣化的發(fā)生。在透析患者中，冠狀動脈鈣化程度與戊糖素的沉積、氧化應(yīng)激的水平呈正相關(guān)[23]。有研究表明AGEs能夠誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞超氧陰離子及ALP表達，使用二聯(lián)苯碘(DPI)抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)和超氧陰離子表達，并降低血管鈣化程度[13]。AGEs可增加血管平滑肌細(xì)胞8-OHdG的產(chǎn)生，8-OHdG 是體內(nèi)ROS的標(biāo)記物，由DNA損傷后產(chǎn)生。此外，AGEs還能增加NADPH 的組成部分Nox-1、Nox-4、和p22phox mRNA的表達，進而減少鈣沉積及OPN、OC、Runx2 mRNA表達，提示抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)能夠減輕血管鈣化[24]。AGEs通過與血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中RAGE相互作用，激活NF-κB，誘導(dǎo)在不同類型細(xì)胞中的氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致動脈粥樣硬化相關(guān)基因的表達，比如血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1) 、細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1) 、纖溶酶原激活物抑制劑-1(PAI-1)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)，從而導(dǎo)致血管內(nèi)膜鈣化[25]。氧化應(yīng)激還可以通過誘導(dǎo)成骨轉(zhuǎn)錄因子Runx2，導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞從收縮型向成骨型的表型轉(zhuǎn)換[25]。同時，ERK1/2、p38 和JAK2是ROS的目標(biāo)靶點，而且與血管平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化相關(guān)，NADPH氧化酶激活所產(chǎn)生的ROS能夠激活這些基因，然后導(dǎo)致血管鈣化[16]。AGEs能夠增加細(xì)胞表面RAGE的表達。S100A12是一個熟知的RAGE的配體，它能夠通過氧化應(yīng)激促進血管鈣化[26]。體外研究發(fā)現(xiàn)，抗氧化劑四甲基哌啶、硫辛酸、夾竹桃麻素均能夠減輕RAGE激動劑所致的血管鈣化[16]。

2.4 誘導(dǎo)局部炎癥反應(yīng) 炎癥反應(yīng)同樣也是AGEs誘導(dǎo)血管鈣化的原因之一。炎癥因子與1型糖尿病患者冠狀動脈鈣化相關(guān)，尤其是IL-1及TNF-α[27]。AGEs和RAGE的相互作用不僅可以引起不同類型細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)，而且可以產(chǎn)生各種炎癥因子，如IL-1、IL-6、IL-8等。其中，TNF-α 和IL-6是導(dǎo)致鈣化的重要炎癥因子。TNF-α被單核巨噬細(xì)胞激活后，能夠通過NF-κB途徑激活Msx-2和Wnt信號途徑導(dǎo)致血管鈣化。IL-6能夠促進STAT3的磷酸化和ALP的活動，誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞成骨表型轉(zhuǎn)換，此外其還能增加熱休克蛋白的表達，促進 BMP2/4的活動，導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞成骨表型轉(zhuǎn)換[8]。

[1] Singh R, Barden A, Mori T, et al. Advanced glycation end-products: a review[J]. Diabetologia, 2001,44(2):129-146.

[2] Pertynska-Marczewska M, Diamanti-Kandarakis E, Zhang J, et al. Advanced glycation end products: A link between metabolic and endothelial dysfunction in polycystic ovary syndrome [J]. Metabolism，2015,64(11):1564-1573.

[3] Hangai M, Takebe N, Honma H, et al.Association of advanced glycation end products with coronary artery calcification in Japanese subjects with type 2 diabetes as assessed by skin autofluorescence [J]. J Atheroscler Thromb, 2016,26(3):351-353.

[4] Yamagishi S. Role of advanced glycation end products (AGEs) and receptor for AGEs (RAGE) in vascular damage in diabetes [J]. Exp Gerontol, 2011,46(4):217-224.

[5] Salahuddin P, Rabbani G, Khan RH. The role of advanced glycation end products in various types of neurodegenerative disease: a therapeutic approach [J]. Cell Mol Biol Lett, 2014,19(3):407-437.

[6] Stitt AW, Jenkins AJ, Cooper ME. Advanced glycation end products and diabetic complications [J]. Expert Opin Investig Drugs, 2002,11(9):1205-1223

[7] Chiu YW，Adler SG，Budoff MJ，et al. Coronary artery calcification and mortality in diabetic patients with proteinuria [J].Kidney Int , 2010,77(12):1107-1114．

[8] Petrova NL, Shanahan CM. Neuropathy and the vascular-bone axis in diabetes: lessons from charcot osteoarthropathy [J]. Osteoporos Int, 2014,25(4):1197-1207.

[9] Massy ZA, Mentaverri R, Mozar A, et al. The pathophysiology of vascular calcification: are osteoclast-like cells the missing link [J].Diabetes Metab, 2008,34(Suppl 1):16-20.

[10] Moon JS, Clark VM, Beabout JW, et al. A controlled study of medial arterial calcification of legs: implications for diabetic polyneuropathy [J]. Arch Neurol, 2011,68(10):1290-1294.

[11] Lehto S, Niskanen L, Suhonen M, et al. Medial artery calcification. A neglected harbinger of cardiovascular complications in non-insulin-dependent diabetes mellitus [J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 1996,16(8):978-983.

[12] Liu Y, Shanahan CM. Signalling pathways and vascular calcification [J]. Front Biosci (Landmark Ed), 2011,16(3):1302-1314.

[13] Wei Q, Ren X, Jiang Y, et al. Advanced glycation end products accelerate rat vascular calcification through RAGE/oxidative stress [J]. BMC Cardiovasc Disord, 2013,13(2):13.

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

[15] Ren X, Shao H, Wei Q, et al. Advanced glycation end-products enhancecalcification in vascular smooth muscle cells [J]. J Int Med Res, 2009,37(3):847-854.

[16] Brodeur MR, Bouvet C, Bouchard S, et al.Reduction of advanced-glycation end products levels and inhibition of RAGEsignaling decreases rat vascular calcification induced by diabetes [J]. PLoS One, 2014,9(1):85922.

[17] Tanikawa T, Okada Y, Tanikawa R, et al. Advanced glycation end products induce calcification of vascular smooth muscle cells through RAGE/p38 MAPK [J]. J Vasc Res, 2009,46(6):572-580.

[18] Suga T, Iso T, Shimizu T, et al. Activation of receptor for advanced glycation end products induces osteogenic differentiation of vascular smooth muscle cells [J]. J Atheroscler Thromb, 2011,18(8): 670-683.

[19] He HQ, Liu Y, Zeng H, et al. Advanced glycation endproducts regulate smooth muscle cells calcification in cultured HSMCs [J]. Int J Clin Exp Pathol, 2015,8(10):12260-12267.

[20] Wang Y, Zhang ZY, Chen XQ, et al. Advanced glycation end products promote human aortic smooth muscle cell calcification in vitro via activating NF-κB and down-regulating IGF1R expression[J]. Acta Pharmacol Sin, 2013,34(4):480-486.

[21] Proudfoot D, Skepper JN, Hegyi L, et al. Apoptosis regulates human vascular calcification in vitro: evidence forinitiation of vascular calcification by apoptotic bodies[J]. Circ Res, 2000,87(11):1055-1062.

[22] Ishibashi T, Kawaguchi M, Sugimoto K, et al. Advanced glycation end product-mediated matrix metallo-proteinase-9 and apoptosis via renin-angiotensin system in type 2diabetes[J]. J Atheroscler Thromb, 2010,17(6):578-589.

[23] Taki K, Takayama F, Tsuruta Y, et al. Oxidative stress, advanced glycation end product, and coronary artery calcification in hemodialysis patients[J]. KidneyInt, 2006,70(1):218-224.

[24] Tada Y, Yano S, Yamaguchi T, et al. Advanced glycation end products-induced vascular calcification is mediated by oxidative stress: functional roles of NAD(P)H-oxidase[J]. Horm Metab Res, 2013,45(4):267-272.

[25] Fukami K, Yamagishi S, Okuda S, et al. Role of AGEs-RAGE system in cardiovascular disease[J]. Curr Pharm Des, 2014,20(14):2395-2402.

[26] Gawdzik J, Mathew L, Kim G, et al. Vascular remodeling and arterial calcification are directly mediated by S100A12 (EN-RAGE) in chronic kidney disease[J]. Am J Nephrol, 2011,33(3):250-259.

[27] Alman AC, Kinney GL, Tracy RP, et al. Prospective association between inflammatory markers and progression of coronary artery calcification in adults with and without type 1 diabetes[J]. Diabetes Care, 2013,36(7):1967-1673.

歐三桃(E-mail: ousantao@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.47.034

R541.4

A

1002-266X(2016)47-0107-03

2016-07-30)