晚期糖基化终末产物及其受体与糖尿病视网膜病变关系的研究进展

作者:徐新[1] 章秋[1] 
单位:安徽医科大学第一附属医院[1]

摘要


  近年来随着对糖尿病视网膜病变(DR)研究深入,晚期糖基化终末产物(AGE)及其受体(RAGE)的作用得到重视。AGE及RAGE可通过损伤视网膜细胞功能,诱导细胞凋亡;介导微血管损伤及新生血管生成及破坏视网膜色素上皮细胞等方式介导DR的发生发展。抑制AGE及RAGE生成,阻断其相互作用及下游信号通路,已成为DR治疗的潜在靶点。


  糖尿病视网膜病变(DR)是最严重的糖尿病微血管并发症之一,是30~70岁成年人致盲的重要原因。DR的发病机制复杂,至今尚不完全明确,目前有研究证实,高血糖可使得晚期糖基化终末产物(AGE)产生并在视网膜内沉积,AGE及AGE受体(receptors for AGE,RAGE)可通过多种途径引起视网膜病变,导致DR的发生。本文就近年来AGE及RAGE在DR的发病机制中的作用及潜在治疗方向作一综述。


一、DR


  1.DR的流行病学:


  DR是糖尿病最常见的微血管并发症。在糖尿病病程大于20年的患者中,几乎全部的1型糖尿病患者和80%接受胰岛素治疗的2型糖尿病患者患有DR;在全体糖尿病患者中,DR的患病率大约为三分之一[1,2]。据世界卫生组织报道,在欧美人群中,DR占成年人致盲原因的15%~17%[3]。而在我国,DR在糖尿病人群中的患病率约为24.7%~37.5%[4]。由此可见,不论是在我国还是全世界范围内,DR都成为影响人类健康和患者生活质量的重要原因,深入研究DR的发病机制,从而有效预防、降低其发病率,具有重要意义。


  2.DR的病理学:


  DR是指糖尿病损害视网膜微血管引起的一系列慢性、进行性病变。根据微血管损伤和相应缺血程度,DR分为非增生型DR和增生型DR。具体表现为视网膜毛细血管周细胞死亡,神经细胞凋亡,血-眼屏障破坏,新生血管及纤维组织瘢痕形成等。DR的发病机制尚不完全明确,目前研究证实,主要与AGE形成、多元醇途径亢进、蛋白酶C激活、氧化应激增加、黏附分子作用等有关[5]。其中,AGE的形成、累积及其与受体的相互作用是DR发生发展不可忽视的重要途径。


二、AGE及RAGE


  1.AGE:


  AGE的形成过程称为Millard反应。此过程分为三个阶段:早期还原糖的羰基与蛋白质发生非酶促糖化反应产生schiff碱,schiff碱通过结构重排,形成更具有稳定性的Amadori产物。中期Amaidori产物降解,形成一系列活性物质,称之为Dicarbonyl复合物,晚期进一步形成不可逆的毒性化合物即AGE。人体内的AGE除了通过内源性途径产生外,也可以通过外源性饮食摄入[6]。人体内的AGE包括:四氢嘧啶、羧甲基缬氨酸、羧甲基鸟嘌呤、羧甲基赖氨酸(carboxymythyllisine,CML)等。生理状态下,人体中的AGE产生缓慢,随着年龄的增长,在皮肤、软骨和心包液中少量累积,因此,AGE已被证实与一些年龄相关性疾病如神经退行性疾病、冠心病等有关。但在高血糖状态下,AGE产生速度加快,并可在视网膜中沉积,导致DR的发生[7,8]。


  2.RAGE:


  AGE及其受体的相互作用在DR的发生发展中扮演重要角色。目前已被报道的AGE的受体包括RAGE、乳铁蛋白、清道夫受体Ⅰ型、Ⅱ型、CD36、80K-H磷蛋白等。其中,以RAGE的作用最为重要。RAGE是一种多配体受体,属于细胞表面分子的免疫球蛋白超家族成员。目前已被发现存在于平滑肌细胞,巨噬细胞,内皮细胞等。研究证实,目前报道最主要的活性AGE即为CML。而RAGE不仅是CML的信号转导受体,更可以和其他AGE相互作用。生理状况下,细胞表面的RAGE的含量很低,但高血糖,损伤及应激状态可使RAGE表达增多。RAGE被证实存在于许多与1型糖尿病相关的细胞表面,同时也与多种癌症的发生发展相关[9,10]。


  可溶性糖基化终末受体产物(soluble receptor for advanced glycation end product,sRAGE)及内源性分泌型糖基化终末受体产物(endogenous secretory receptor for glycation end product,esRAGE)属于RAGE的异质体,可以诱导RAGE的配体结合力下降,抑制RAGE的信号转导,竞争性结合RAGE的相关配体,抑制RAGE的损伤作用。Salonen等[11]报道,早期循环sRAGE水平降低是1型糖尿病的独立风险因子。故推测,sRAGE对DR的发生发展具有保护作用。


三、AGE及其受体在DR的关系


  目前研究证实,AGE主要通过受体途径及非受体途径发挥其生物学作用,对机体造成损伤。非受体途径是指AGE直接与蛋白质、核酸、脂质作用,改变其正常结构功能。受体途径是指AGE通过与RAGE结合,激活多条信号转导通路,导致病理改变。而在DR的发病机制中,这两条途径都不容忽视,并且互相作用,共同导致DR的发生和加剧。


  1.损伤视网膜周细胞及血管内皮细胞功能,诱导细胞凋亡:


  毛细血管内皮细胞及视网膜周细胞是维持内环境稳态的重要细胞,具有维护微血管通透性及结构稳定的作用。视网膜中的周细胞参与基底膜的代谢,并发挥着屏障保护作用[12]。同时,周细胞与内皮细胞及Müller细胞相互作用,参与构成血-视屏障。毛细血管内皮细胞及周细胞的凋亡及丧失在DR早期即可被观察到。在高血糖状态下,AGE在周细胞内产生并累积[13]。Moore等[14]报道,AGE的累积可以影响周细胞及血管内皮细胞的正常生理功能。Liu等[15]的实验发现,在AGE修饰的基底膜上培养出的周细胞表现出了内皮素-1减少,促生存整联蛋白信号转导丧失,导致周细胞功能损害。除此之外,一种主要的AGE——丙酮醛,可以通过调节共阻遏因子mSm3A而上调血管紧张素2的表达。血管紧张素2可以加速微血管周细胞分离,导致视网膜周细胞丧失[16]。AGE和RAGE相互作用,诱导活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)的产生,ROS进一步活化磷脂酶-C,促进细胞内神经内酰胺生成,导致细胞凋亡[17]。RAGE还可以活化核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB),NF-κB可以通过增强caspase-3活性,改变凋亡抑制基因(Bcl-2)与促凋亡基因(Bax)的比例,加速周细胞凋亡[18]。除此之外,AGE-RAGE轴还可以损伤视网膜Müller细胞。Müller细胞是一种神经胶质细胞,它不仅是视网膜的支架,更对视网膜神经细胞起着支持营养作用。Curtis等[19]证实,患有DR的大鼠Müller细胞功能异常与AGE累积有关。AGE可通过诱导Müller细胞中碱性成纤维细胞生长因子的生成而参与DR的病理过程[20]。


  2.介导微血管损伤及新生血管生成:


  研究证实,在DR发病早期,即可有AGE及AGE前体——甲基乙二醛在视网膜微血管壁上累积,导致毛细血管过早闭合,影响视网膜微血管正常功能[21]。同时,AGE-RAGE轴可以介导血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)基因表达上调,主要通过以下途径:(1)通过富含半胱氨酸蛋白61-磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B信号通路增加VEGF产生[22]。(2)通过激活NF-κB增强VEGF启动子转录序列活性[23,24]。(3)增加低氧诱导因子(hypoxia inducible factor,HIF)-1α表达,HIF-1α可提高VEGF mRNA稳定性,并抑制VEGF mRNA降解酶活性,从而增加VEGF表达[25]。VEGF可以通过多种途径参与DR的进展。VEGF具有促进血管内皮细胞增生,增加血管通透性,促进新生血管生成的作用[26]。VEGF还可以通过激活蛋白激酶C(protain kinese C,PKC),引起微血管渗透性改变,破坏血-视网膜屏障[27]。同时,VEGF增加可上调细胞间黏附因子-1(intercellar cell adhesion molecule-1,ICAM-1)表达,ICAM-1可增加白细胞对视网膜微血管的黏附,造成血栓形成,破坏血-视网膜屏障[28]。


  3.破坏视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)细胞:


  RPE细胞是视网膜结构的最外层的多角形细胞,是视网膜外屏障的重要组成部分。RPE细胞发挥着运送代谢产物及营养物质、合成黑色素及维生素A、维持视网膜外层内环境稳定等重要的生理作用。张春侠等[29]发现,高糖状态下,RPE细胞中VEGF表达增加。除此之外,还有学者发现,AGE使得RPE细胞中脂褐素生成增加,导致细胞氧化损伤甚至凋亡。并且,CML可以造成RPE细胞的形态改变,进一步造成其功能丧失[30]。还有研究发现,AGE可以通过PKC激活肿瘤坏死因子,导致RPE细胞凋亡[31]。


四、针对AGE及其相关受体的治疗DR研究进展


  目前,由于对于AGE在DR发病中的作用研究进一步深入,有学者提出在DR的治疗中可以以AGE及其受体为靶点。目前的研究主要集中在抑制AGE形成,阻断AGE-RAGE相互作用及阻断下游信号通路等方面。


  1.抑制AGE生成:


  研究证实,从不同角度对Millard反应进行干扰,均可以抑制AGE生成。氨基胍是第一种通过抑制AGE生成治疗糖尿病并发症的药物。其主要作用机制是捕获AGE生成过程即Millard反应中的活性羰基及Amadori产物[32]。在动物模型中,氨基胍可以预防AGE生成,减慢DR进展[33]。目前,对于氨基胍的疗效仍有争议,且在临床试验过程中,氨基胍由于其毒副作用不宜投入临床使用。除此之外,吡多胺及四氢噻唑衍生物OPB-9195也具有类似的阻断Millard反应作用。目前,吡多胺类药物肌肽、阿魏酸钠已进入临床应用。也有学者提出,中药丹红注射液可减少糖尿病小鼠体内AGE表达[34]。


 2.抑制RAGE生成:


由于RAGE在AGE的致病机制中占据着举足轻重的地位,故也有学者提出抑制RAGE生成也是DR的潜在治疗方式。色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor,PEDF)可抑制RAGE基因表达。实验证实,向糖尿病小鼠体内注射PEDF后,小鼠眼部RAGE基因表达被抑制。同时,在向因注射AGE而引起RAGE基因表达增加的正常小鼠体内再次注射PEDF后,可观察到RAGE基因表达被抑制[35]。体外实验还证实,常用的降糖药——二甲双胍也可以通过AMP激活的蛋白激酶通路抑制RAGE基因表达[36]。


  3.阻断AGE-RAGE相互作用:


  sRAGE可以竞争性结合RAGE受体阻断AGE-RAGE轴,也可作为DR治疗的潜在靶点。在对非糖尿病小鼠进行AGE灌注后,sRAGE可减轻AGE-RAGE相互作用导致的白细胞瘀滞,保护Müller细胞功能[37]。sRAGE还可以治疗含有RAGE转基因的糖尿病,保护其血管内皮细胞功能[38]。


  4.阻断AGE-RAGE轴下游信号通路:


  AGE-RAGE轴可作用于多条下游信号轴,引起DR的发生。这也为DR的治疗提供了思路。羟甲基辅酶A还原酶抑制剂可阻断AGE-RAGE轴引起的VEGF mRNA的表达上调及NF-κB表达[39]。多项研究也证实,目前临床广泛应用的羟甲基辅酶A还原酶抑制剂如阿托伐他汀、辛伐他汀等都可以减少AGE生成,并对AGE-RAGE轴引起的下游信号激活起到抑制作用[40,41]。同时,多种抗VEGF药物如贝伐单抗、雷珠单抗、阿柏西普、哌加他尼钠也已应用于眼科,他们可与VEGF受体竞争性结合VEGF-A,阻断下游信号通路[42]。


  综上所述,尽管DR的发病机制是一个多因素共同作用的过程,尚不能完全明确,但可以肯定的是,AGE的累积及AGE-RAGE轴在这个过程中发挥着不可忽视的作用。目前研究热点多集中在AGE对视网膜内屏障的破坏,但AGE对视网膜外屏障及神经组织的损伤尚需进一步探索。探讨AGE在DR发病中的作用,取得更深层次的了解,也为DR的治疗和药物研发提供了新的思路。


    2019/3/4 16:46:06     访问数:118
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