晚期糖基化終末產(chǎn)物與心力衰竭的相關(guān)性及靶向藥物治療

趙航 王通宇 胡巍娜 金元哲 (中國醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院心內(nèi)科，遼寧 沈陽 110000)

晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)是由蛋白質(zhì)、脂類、核酸中的游離氨基與還原糖的非酶促反應(yīng)即美拉德(Maillard)反應(yīng)產(chǎn)生的化合物〔1〕。生理狀態(tài)下AGEs的體內(nèi)蓄積量隨著年齡的增長而增加，但在糖尿病患者出現(xiàn)高血糖時(shí)顯著增加。有研究發(fā)現(xiàn)在心力衰竭(以下簡稱心衰)患者中血清AGEs水平在糖尿病伴有冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病的病人中相比于不伴有冠心病的糖尿病患者更高，且人體中血清AGEs水平與糖尿病所誘發(fā)的微血管病變嚴(yán)重程度呈正相關(guān)〔2〕。

心衰是一種由多種病因引起的心臟結(jié)構(gòu)和(或)功能異常，進(jìn)而導(dǎo)致心室充盈和(或)射血能力受損的一組復(fù)雜的臨床綜合征〔3〕，是老年人住院的主要原因之一〔4〕。在年齡大于50歲的人群中，心衰的發(fā)病隨著年齡的增加而增長〔5〕。心衰死亡率極高，給社會(huì)、家庭及醫(yī)療單位帶來沉重的負(fù)擔(dān)。每個(gè)心衰病人的總醫(yī)療花費(fèi)高達(dá)40 329元人民幣(6 199美元)/年，其中住院費(fèi)用占95%〔6〕。并且心衰的30 d住院率極高，患者反復(fù)多次住院與患者的不良預(yù)后直接相關(guān)〔7〕。因此對于心衰進(jìn)行早期治療干預(yù)及減少住院率對心衰的預(yù)后具有積極作用。而心衰的發(fā)展過程是一個(gè)多因素的病理生理及細(xì)胞分子水平上發(fā)生變化的過程，因此對于心衰發(fā)生過程中的分子機(jī)制研究非常重要〔8〕。

近年來在心衰的研究中發(fā)現(xiàn)，其發(fā)展過程中存在心室肌重構(gòu)，且心室重構(gòu)程度與心衰的預(yù)后相關(guān)，在心衰重構(gòu)過程中AGEs參與到許多與心室重構(gòu)有關(guān)的通路中，如核因子(NF)-κB通路〔9〕。因此，可認(rèn)為AGEs在心衰的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。本文對AGEs與心衰相關(guān)性及靶向AGEs的藥物治療進(jìn)行綜述〔10,11〕。

1 AGEs及其產(chǎn)生過程

AGEs的來源主要有內(nèi)源性途徑及外源性途徑，而來自食物的外源性途徑是人體內(nèi)AGEs的主要來源。AGEs的形成與食品加工工藝有著密切關(guān)系，如過度食用油炸食品或高糖飲食都是AGEs形成的重要原因〔1〕。與AGEs形成密切相關(guān)的Maillard反應(yīng)始于還原糖經(jīng)歷一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)形成可逆性的席福堿(Schiff base)，然后形成更加穩(wěn)定的以共價(jià)鍵相連接的葡糖胺重排反應(yīng)(Amadori reaction)產(chǎn)物。經(jīng)過脫氫、氧化和重排反應(yīng)，這些早期糖基化產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)生結(jié)構(gòu)重排進(jìn)而形成更加穩(wěn)定的交聯(lián)產(chǎn)物，并具有熒光特性〔12〕。Maillard 反應(yīng)的整個(gè)過程可分為3個(gè)主要階段：在高溫作用下如食物烹飪過程中糖醛基和氨基酸中的氨基縮合，并且在縮合后，形成可逆的Schiff堿和Amadori重排產(chǎn)物；第二階段為糖分子中發(fā)生脫水和裂解形成羥甲基糠醛(HMF)裂變產(chǎn)物，如丙酮醛和二乙酰；在最后階段，醛醇縮合發(fā)生，最后形成雜環(huán)含氮化合物，并高度著色。

2 AGEs參與心衰的發(fā)生過程

人體內(nèi)蓄積的AGEs通過與細(xì)胞膜蛋白相耦聯(lián)改變其結(jié)構(gòu)或直接激活細(xì)胞表面受體進(jìn)而影響下游與心衰相關(guān)的信號，包括原癌基因蛋白p21(ras)、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2、絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、p38 絲裂原活化蛋白激酶、應(yīng)激活化蛋白激酶(SAPK)、絲裂原活化蛋白(MAPKs)、磷酸肌醇3激酶(P13K)和Janus激酶(JAK)/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子(STAT)通路〔13～15〕。有研究表明，動(dòng)物模型體內(nèi)注射AGEs顯著增加了左心室中與Rho/Rho相關(guān)卷曲螺旋形成蛋白激酶(ROCK)通路激活相關(guān)AGE受體、profilin-1、p65 和 Rho蛋白的表達(dá)，共同促進(jìn)了心衰過程中心室重構(gòu)與心肌損傷的發(fā)生〔16～18〕。而NF-κB通路是心衰發(fā)生過程中的重要通路參與心肌組織的炎癥、氧化應(yīng)激及細(xì)胞凋亡過程中。此外AGEs也參與心肌細(xì)胞的自噬過程進(jìn)而調(diào)控NF-κB通路。Gao等〔19〕在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)AGEs受體(RAGE)激活后通過激活RAGE-NF-κB/BNIP3/Beclin1 信號通路引起過度的自噬活動(dòng)，促使心肌細(xì)胞凋亡促進(jìn)心衰的產(chǎn)生。

由于AGEs通過結(jié)合其受體RAGEs發(fā)揮其作用，因此研究RAGEs的功能及其同分異構(gòu)體對于理解AGEs如何發(fā)揮其生物學(xué)功能十分重要。RAGEs是一種免疫球蛋白超家族受體，主要存在于血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞及腎系膜細(xì)胞表面，由人類 6 號染色體上的主要組織相容性復(fù)合體(MHC) Ⅲ類區(qū)域的 RAGE 基因編碼，由 V 型結(jié)構(gòu)域、C 型結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞質(zhì)尾組成〔20〕。結(jié)構(gòu)域具有兩個(gè) N-糖基化位點(diǎn)，負(fù)責(zé)大部分的胞外配體結(jié)合;而胞質(zhì)尾被認(rèn)為是細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵，與 diaphanous-1 結(jié)合后可介導(dǎo)細(xì)胞遷移，RAGE共有3種亞型：①全長型RAGEs，②節(jié)段型RAGEs，③C端型RAGEs，分為兩種亞型cleaved RAGE(cRAGE)和內(nèi)源分泌型RAGE(esRAGE)。RAGE主要與AGEs、高遷移率族蛋白(HMG)B1 、S100/鈣粒蛋白等不同配體的相互作用，經(jīng)多種信號傳導(dǎo)機(jī)制，激活 NF-κB等活性因子，導(dǎo)致一連串促炎/促凝的級聯(lián)反應(yīng)，在左心室重構(gòu)的發(fā)病機(jī)制中，起重要作用〔21〕。

3 AGEs與心衰發(fā)生相關(guān)

由于AGEs參與發(fā)生心衰相關(guān)的多條信號通路，因此，AGEs可作為診斷心衰的生物學(xué)標(biāo)志物。Stefan等〔22〕在2007年發(fā)現(xiàn)AGEs之一的羧基甲基賴氨酸(CML)與心衰患者的病情嚴(yán)重程度和預(yù)后存在相關(guān)性同時(shí)報(bào)道了CML與心肌梗死的發(fā)生有關(guān)。而有研究發(fā)現(xiàn)CML與慢性心衰的嚴(yán)重程度和預(yù)后有關(guān)，即使將美國紐約心臟病協(xié)會(huì)(NYHA)功能分級、N末端B型利鈉肽前體(NT-pro-BNP)、舒張壓(DBP)、吸煙、糖尿病、收縮壓、左室射血分?jǐn)?shù)、和體重指數(shù)(BMI)納入變量，CML水平對心衰嚴(yán)重程度的影響仍具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。表明AGEs可能在慢性心衰的發(fā)生過程中發(fā)揮積極作用，并可作為一個(gè)獨(dú)立的危險(xiǎn)因素〔23〕。Lazo等〔24〕研究表明血液循環(huán)中可溶性RAGE(sRAGE)的水平下降是心衰發(fā)生過程中的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。Brunvand 等〔25〕為了研究患1型糖尿病的兒童中心臟舒張功能降低與AGE之間的關(guān)聯(lián)，納入146例年齡8～18歲的T1DM患者，并利用超聲多普勒對心臟舒張功能進(jìn)行評價(jià)，根據(jù)E′/A′比值是否小于2.0將患者分為兩組，結(jié)果表明血液中最常見的AGEs形式氫化咪唑酮(MG-H1)的含量增加與患有1型糖尿病的兒童患者早期心室舒張功能減低相關(guān)，但其相關(guān)性無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義〔25〕。一項(xiàng)隊(duì)列研究顯示，心肌細(xì)胞內(nèi)CML含量豐富，線粒體中CML含量比其他細(xì)胞質(zhì)高14.7%(P<0.001)，但與細(xì)胞外膠原蛋白的相關(guān)性最低。而當(dāng)涉及這種積累與心臟功能之間的關(guān)系時(shí)，結(jié)果顯示射血分?jǐn)?shù)(EF)或舒張末期體積指數(shù)(EDVI)沒有顯著的組間差異，但舒張末期左室壁相對厚度(RWT)診斷組間的顯著差異(P=0.01)和LA體積(P=0.002)表明在心衰進(jìn)展中CML與心臟結(jié)構(gòu)重塑之間存在相關(guān)性。然而，與對照組相比，血中心衰標(biāo)志物NTpro-BNP在高血壓和伴有糖尿病的高血壓患者中的值更高，但這一差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.084)〔26〕。

在心衰進(jìn)展中，AGEs與 RAGE結(jié)合后可引起鈣代謝損害、動(dòng)脈粥樣硬化、血管收縮、血栓形成、心肌纖維化等從而引起心肌收縮舒張障礙，這些對AGEs的研究也十分重要〔14〕。Wannamethee等〔27〕納入了1 159例71～92歲男性進(jìn)行橫斷面研究，結(jié)果顯示sRAGE與心衰的生物標(biāo)志物NT-proBNP存在正相關(guān)，即使納入年齡、BMI、心率、腎小球?yàn)V過率eGFR、是否接受降壓藥治療、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、胰島素水平、白細(xì)胞介素(IL)-6等因變量后，sRAGE仍可能導(dǎo)致心功能障礙甚至心衰。提示sRAGE的增加可能導(dǎo)致或成為心功能障礙或心衰惡化的標(biāo)志。Dozio等〔28〕納入了76例接受至少3個(gè)月的血液透析治療的慢性腎病患者進(jìn)行橫斷面研究，以探究sRAGE對于伴有或不伴有糖尿病的患者心功能的影響，以BNP在血液中含量作為心功能評價(jià)指標(biāo)，結(jié)果表明BNP與sRAGE成正相關(guān)，并參與心室重構(gòu)。以上結(jié)果表明sRAGE與心衰惡化相關(guān)，而sRAGE是一種與附著在細(xì)胞膜表面的AGE受體不同的受體，存在于血液循環(huán)中并具有吸附血液中游離AGE的作用，因此sRAGE對于心血管疾病具有一定的保護(hù)作用，但現(xiàn)有研究認(rèn)為sRAGE與心衰風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系并不明確，存在矛盾。血液循環(huán)中低水平和高水平的sRAGE都曾被報(bào)道過促進(jìn)心衰、影響其嚴(yán)重程度和增加死亡率，因此需要進(jìn)一步對相關(guān)機(jī)制進(jìn)行研究。

4 靶向AGEs的藥物治療

研究表明AGEs通過與其受體結(jié)合后促進(jìn)多種心血管疾病的發(fā)生，因此通過減少AGE或?qū)ζ涫荏wRAGE進(jìn)行拮抗，進(jìn)而阻斷AGE相關(guān)下游細(xì)胞通路的激活，從而達(dá)到對心血管疾病治療或者預(yù)防的作用。

AGEs最主要的外源性來源是食物，而食品的烹飪方式是影響AGEs含量的最為重要因素。食品烹飪方式中尤其是高溫、長時(shí)間及深度干燥方式(燒烤、烘焙、油煎、油炸等)會(huì)加速 AGEs 的形成，因此對于烹飪習(xí)慣的改變十分有助于降低人體內(nèi)AGEs水平的蓄積〔29〕。AGEs 在食品中的含量高低還與食物原料的營養(yǎng)成分有關(guān)，高脂肪、高蛋白食品中 AGEs 的含量相對碳水化合物類食品要高很多，在熱加工過程中脂肪酸發(fā)生氧化產(chǎn)生大量的自由基，這些自由基催化含有氨基的脂質(zhì)糖基化形成大量的 AGEs，而新鮮的水果、蔬菜、豆類、脫脂奶制品及全麥類谷物由于水分充足，并含有大量的抗氧化劑和各種維生素，可抑制AGEs 的形成〔30〕。

此外，藥物治療也是拮抗AGEs的有效途徑。阿拉氯胺(ALT-711)是一種AGE阻斷劑，它可破壞AGEs與膠原蛋白和彈性蛋白交聯(lián)形成的化合物，改善血管壁的彈性。實(shí)驗(yàn)證明，ALT-711對健康動(dòng)物頸動(dòng)脈的舒張作用其機(jī)制不僅是降低AGEs與膠原的交聯(lián)，而且ALT-711具有改善心肌細(xì)胞肌漿網(wǎng)攝取及釋放Ca2+〔31〕。碳酸司維拉姆是一種常用于晚期腎病患者的非吸收性口服磷酸鹽結(jié)合劑，有結(jié)合AGEs并可減少其在腸道吸收的功能。研究中表明，碳酸司維拉姆在糖化血紅蛋白A1C不變的情況下可降低循環(huán)中AGEs主要形式之一的CML和RAGE的水平(95%CI：-0.72～-0.29;P<0.001)，血漿CML(95%CI：-5.08～-1.35;P≤0.001)，細(xì)胞內(nèi)CML(95%CI：-1.63～-0.28;P=0.01)〔32〕。

許多治療心血管疾病的經(jīng)典藥物也具有降低AGEs的水平，如腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)抑制劑。體外實(shí)驗(yàn)表明，血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑替米沙坦和氯沙坦抑制體外培養(yǎng)細(xì)胞中內(nèi)源性AGE的產(chǎn)生。研究表明，在應(yīng)用纈沙坦后的一年患者血清中AGEs在第6個(gè)月和第12個(gè)月降低最明顯〔基線水平：(2.71 ± 0.62)U/L；隨訪6個(gè)月(2.23 ± 0.36)U/L；隨訪12個(gè)月：(2.29 ±0.28)U/L。P<0.05〕〔33〕。Kamioka等〔34〕、Shaw等〔35〕研究表明，AGEs激活其受體RAGE后可激活血管緊張素Ⅱ所誘導(dǎo)的下游JAK-2通路的激活及促進(jìn)由磷脂酶D2的激活，引起還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化酶的激活，促進(jìn)自由及產(chǎn)生，引起平滑肌細(xì)胞增生。

此外，通過升高血清內(nèi)sRAGE的含量也具有心血管保護(hù)作用，研究表明在C57BL/6J小鼠模型中通過注射人工重組sRAGE可有效保護(hù)腦卒中及心血管疾病，與此同時(shí)動(dòng)物模型試驗(yàn)也證實(shí)血清sRAGE的升高也與外周動(dòng)脈順應(yīng)性改善及血管再通概率升高有關(guān)〔36〕。因此通過外源給予sRAGE可有效降低AGE水平，延緩心室重構(gòu)并延緩心衰進(jìn)展。他汀類藥物治療效果在減少心血管發(fā)病、動(dòng)脈粥樣硬化和糖尿病并發(fā)癥方面的有益效果是明確的。盡管他汀類藥物產(chǎn)生心血管保護(hù)作用的機(jī)制尚不完全清楚，但有學(xué)者認(rèn)為其在延緩冠狀動(dòng)脈斑塊進(jìn)展和穩(wěn)定粥樣斑塊的作用中發(fā)揮了重要作用〔37〕。研究表明，他汀類藥物刺激sRAGE的產(chǎn)生，對抑制動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的進(jìn)展具有積極作用。該研究納入164例心絞痛患者，在虛擬組織學(xué)(VH)血管內(nèi)超聲(IVUS)指導(dǎo)下，行經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入(PCI)成功后，隨機(jī)選擇吡伐他汀(4 mg/d，強(qiáng)化降脂)或普伐他汀(20 mg/d，中度降脂)治療。在他汀類藥物治療8個(gè)月后進(jìn)行IVUS隨訪檢查，隨訪獲得91人的檢查結(jié)果，利用多元回歸分析表明,增加血清sRAGE是一個(gè)獨(dú)立的預(yù)測因子(β=-0.290,P=0.006)〔38〕。

綜上，心衰是所有心血管疾病的終末階段，是全世界發(fā)病率和死亡率的主要原因之一。AGEs可能影響心衰進(jìn)展。越來越多的證據(jù)表明，AGEs或AGEs受體軸在糖尿病和非糖尿病患者心衰的發(fā)生、嚴(yán)重程度和發(fā)病機(jī)制中的作用。其機(jī)制仍在探索中。需要進(jìn)一步研究來評估AGEs是否可作為心衰早期診斷的生物標(biāo)志物。