晚期氧化應(yīng)激產(chǎn)物在糖尿病中作用的研究進(jìn)展

王冬紅 莫桂熙 張良清

1 廣東醫(yī)科大學(xué)，廣東省湛江市 524000； 2 廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院麻醉科

糖尿病是以內(nèi)源性胰島素分泌不足或作用障礙而導(dǎo)致的血糖異常升高的慢性代謝性疾病。國際糖尿病聯(lián)盟(IDF)估計(jì)2017全球有4.25億人患有糖尿病，糖尿病的全球直接醫(yī)療成本為727億美元，到2030年預(yù)計(jì)可達(dá)到4 900億美元。糖尿病影響著身體的各器官系統(tǒng)：高血糖可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞受損，阻礙新生血管形成，增加高血壓、動脈粥樣硬化、腎功能不全等疾病的發(fā)生率；糖尿病還可導(dǎo)致視力喪失、周圍神經(jīng)損傷、免疫功能障礙、肝臟疾病、中風(fēng)、阿爾茨海默病等疾病，世界衛(wèi)生組織預(yù)測，到2030年糖尿病將成為人類第七大主要死因。因此，對糖尿病的早期診斷和干預(yù)對防止糖尿病發(fā)展十分重要。

研究表明氧化應(yīng)激在糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。氧化應(yīng)激是指活性氧(ROS)的產(chǎn)生超過體內(nèi)抗氧化劑的水平，進(jìn)而來保護(hù)機(jī)體對抗傷害的過程。糖尿病往往伴隨著ROS的產(chǎn)生過多或抗氧化防御物質(zhì)產(chǎn)生不足。ROS是反應(yīng)氧化應(yīng)激的主要物質(zhì)，但ROS性質(zhì)活潑，極易消散，在體內(nèi)直接檢測ROS非常困難。然而，過多的ROS可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸等大分子的氧化損傷，氧化后的大分子的蓄積不但可以間接反映氧化應(yīng)激的程度，而且其結(jié)構(gòu)功能發(fā)生改變有可能參與疾病發(fā)展。細(xì)胞外液通常只含有極少量的抗氧化酶，因此血漿蛋白也很容易被ROS氧化，晚期氧化蛋白產(chǎn)物(Advanced oxidation protein products，AOPPs)，是血漿蛋白被氧化的產(chǎn)物，于1996年Witko-Sarsat等在慢性腎功能不全患者透析的血漿中發(fā)現(xiàn)的，隨后在許多炎癥及免疫調(diào)節(jié)異常相關(guān)疾病中也證明了血漿AOPPs的形成和蓄積[1]。近年來，人們發(fā)現(xiàn) AOPPs不僅僅是氧化應(yīng)激的標(biāo)志物，它還可作為致病因子，介導(dǎo)疾病的發(fā)生發(fā)展。本綜述的目的是總結(jié)當(dāng)前關(guān)于AOPPs 在介導(dǎo)糖尿病發(fā)展的潛在的機(jī)制，以幫助建立新的預(yù)防和治療策略。

1 AOPPs的形成和特性

AOPPs是主要由血漿蛋白與活化的吞噬細(xì)胞釋放的髓過氧化物酶(MPO)衍生的氯化氧化劑(次氯酸和氯胺)反應(yīng)生成的一組酪氨酸交聯(lián)和含羰基的蛋白產(chǎn)物。AOPPs包括各種發(fā)色團(tuán)，例如戊糖苷，羰基和通過二酪氨酸鍵連接的蛋白質(zhì)，在340nm處具有吸收峰。根據(jù)AOPPs的分子量，可將它們分為兩類：高分子量HMW-AOPPs(～600kDa)和低分子量LMW-AOPPs(～70kDa)。在體外，通過將血清白蛋白暴露于次氯酸(HClO)中可以形成AOPPs。在體內(nèi)，大多數(shù)研究認(rèn)為白蛋白是AOPPs主要來源，但另外幾項(xiàng)研究認(rèn)為纖維蛋白原是人血漿中HMW-AOPPs形成的關(guān)鍵分子,而LMW-AOPPs主要來源白蛋白和γ-球蛋白單體。AOPPs的形成是不可逆的，它們不易被蛋白水解酶水解或被抗氧化劑如維生素C和谷胱甘肽還原，AOPPs主要由肝臟和脾臟清除[2]。

AOPPs與晚期糖基化終產(chǎn)物(Advanced glycation end-products，AGEs)具有相似結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性以及類似的作用形式，它們都與特定受體結(jié)合，被命名為AGE受體(Receptor for AGE，RAGE)。但與AGEs相比，AOPPs在體外與RAGE的親和力更高，其促細(xì)胞炎癥的活性更強(qiáng)。RAGE受體是一種35kDa的單跨膜多配體受體，屬于免疫球蛋白超家族成員，表達(dá)在各種細(xì)胞質(zhì)膜上：如單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、系膜細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和神經(jīng)元等，它可識別不同配體(AOPPs、AGEs、β淀粉樣肽、S100/鈣粒蛋白、HMGB1、LPS)，結(jié)合不同配體后激活細(xì)胞內(nèi)不同信號通路，參與調(diào)節(jié)許多重要的細(xì)胞過程，如：炎癥、細(xì)胞凋亡、增殖、自噬等[3]。

2 AOPPs在糖尿病患者中的臨床發(fā)現(xiàn)

糖尿病患者血清、尿液及其他體液中的AOPPs濃度均較健康患者增加。相比健康人，2型糖尿病血清AOPPs濃度較1型糖尿病升高得更明顯，且長期血糖控制不良(HbA1c>7%)的患者AOPPs濃度較血糖控制良好的患者高，而在失代償糖尿病(HbA1c>8.5%)患者中，AOPPs濃度更高，且隨持續(xù)時間延長而增加[4]。另外，有血管并發(fā)癥的糖尿病患者AOPPs濃度較無血管并發(fā)癥的高，而伴有微血管并發(fā)癥的患者AOPPs濃度較伴大血管并發(fā)癥的血清AOPPs更高[5]。這些研究表明，AOPPs濃度在糖尿病患者體內(nèi)蓄積，并且與糖尿病的類型、血糖控制的程度、持續(xù)時間以及并發(fā)癥有關(guān)，因此AOPPs水平可作為糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展的良好預(yù)測和預(yù)后指標(biāo)。

3 AOPPs在糖尿病發(fā)病中的機(jī)制

3.1 糖尿病中AOPPs與氧化應(yīng)激、炎癥之間的關(guān)系 高血糖可促進(jìn)細(xì)胞ROS過度產(chǎn)生，同時氧化應(yīng)激也會增加糖尿病發(fā)生風(fēng)險[6]。另外，糖尿病也是一種炎癥性疾病，炎癥參與該疾病的發(fā)病機(jī)理[7]。氧化應(yīng)激和炎癥本身關(guān)系密切，例如：NF-κB，是一種調(diào)節(jié)促炎細(xì)胞因子和趨化因子表達(dá)的氧化還原敏感轉(zhuǎn)錄因子，在氧化應(yīng)激時產(chǎn)生的ROS可激活NF-κB，促進(jìn)白細(xì)胞和駐留細(xì)胞的募集和活化，從而引發(fā)炎癥。 AOPPs 首先被認(rèn)為是氧化應(yīng)激的產(chǎn)物，然而大量的研究表明，AOPPs也能夠促進(jìn)ROS的產(chǎn)生，由AOPPs修飾的白蛋白對促進(jìn)ROS產(chǎn)生是天然白蛋白的100倍。AOPPs可與細(xì)胞膜上RAGE結(jié)合，激活PKC/ NAD(P)H氧化酶，導(dǎo)致NAD(P)H 依賴的ROS產(chǎn)生，進(jìn)一步觸發(fā)涉及ERK1/2、p38 MAPK和NF-κB，的下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，其誘導(dǎo)嗜中性粒細(xì)胞MPO產(chǎn)生更多的HCLO，由此產(chǎn)生更多的AOPPs。AOPPs還可刺激單核細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞的呼吸爆發(fā)，合成并釋放大量促炎細(xì)胞因子，如IL-1、TNF-α、TNF-sR等，引起細(xì)胞炎癥反應(yīng)[8-9]。因此，AOPPs在誘導(dǎo)糖尿病氧化應(yīng)激和炎癥的形成中可構(gòu)成惡性正反饋循環(huán)，使糖尿病患者處于高氧化應(yīng)激和炎癥的狀態(tài)，AOPPs不僅是氧化應(yīng)激的敏感標(biāo)志物，也是一種良好的炎癥介質(zhì)。

3.2 AOPPs的細(xì)胞毒性 AOPPs介導(dǎo)糖尿病發(fā)病的具體機(jī)制仍不明確，胰腺中抗氧化酶含量低，因此很容易受到氧化應(yīng)激，胰島β細(xì)胞的破壞和功能障礙是胰島素分泌障礙的直接原因，研究表明AOPPs可直接作用于胰島β細(xì)胞，也可作用于胰島微血管內(nèi)皮細(xì)胞(Islet microvascular endothelial cells，IMECs)來間接導(dǎo)致胰島β細(xì)胞功能障礙。 Min Liang[10]和Zhen Zhang[11]等人的實(shí)驗(yàn)表明AOPPs可以時間和劑量依賴性誘導(dǎo)胰島β細(xì)胞和IMECs凋亡，其機(jī)制是AOPPs與細(xì)胞膜上的RAGE結(jié)合后，觸發(fā)NADPH氧化酶依賴性的ROS產(chǎn)生，進(jìn)一步使Bax的表達(dá)增加，caspase-3和caspase-9的活性增強(qiáng)，而Bcl-2的合成減少，因此證明了細(xì)胞以經(jīng)典的Bcl-2/Bax-caspase通路凋亡。另外，胰島素抵抗與肥胖和脂肪細(xì)胞功能障礙密切相關(guān)[12]，AOPPs的蓄積可導(dǎo)致脂肪細(xì)胞炎癥反應(yīng)，同時誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞ROS依賴的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而抑制胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[13]。這些研究表明AOPPs蓄積產(chǎn)生的細(xì)胞毒性可導(dǎo)致胰島素分泌障礙和胰島素抵抗，發(fā)展為糖尿病，這也是其他與氧化應(yīng)激相關(guān)的慢性疾病易并發(fā)糖尿病的主要原因。

4 AOPPs在慢性糖尿病并發(fā)癥中的機(jī)制

AOPPs作為促炎和促氧化的物質(zhì)，其在糖尿病患者體內(nèi)慢性蓄積，可加重糖尿病代謝紊亂及并發(fā)癥的進(jìn)展。許多研究顯示AOPPs在糖尿病并發(fā)癥中起重要作用，如冠心病、腎病、視網(wǎng)膜病變、神經(jīng)病變以及其他如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松癥和衰老等。循環(huán)中的AOPPs可促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙，進(jìn)而發(fā)展為糖尿病心血管并發(fā)癥[14]；腎臟積累的AOPPs可影響腎組織和細(xì)胞的活化、凋亡等正常功能改變，參與糖尿病腎病的進(jìn)展[15]；糖尿病視網(wǎng)膜病變也與AOPPs相關(guān)[16]。

綜上所述，在糖尿病患者中，AOPPs在誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和炎癥的形成中可構(gòu)成惡性正反饋循環(huán)，加劇糖尿病的代謝紊亂和并發(fā)癥的進(jìn)展，AOPPs可作為監(jiān)測糖尿病及其并發(fā)癥進(jìn)展的重要標(biāo)志物。以AOPPs為靶向的治療，可能為糖尿病及其并發(fā)癥的治療提供了新的方向。