晚期糖化终产物受体在糖尿病慢性并发症中的致病机制
作者：鲁瑾 邹大进
单位：第二军医大学附属长海医院内分泌科(上海 200433)
关键词：
中国病理生理杂志990327 The pathogenesis of receptor for advanced
glycation end products in diabetic chronic complication
LU Jin, ZHOU Da-Jin
Department of Endocrinology, Changhai Hospital,Second Military University,Shanghai(200433)
【A Review】 In diabetes, AGEs formation and deposition are much enhanced,which has been closely linked to the diabetic chronic complication.However,RAGE mediated the main action for AGEs.RAGE, a new member of immunoglobulin superfamily,is ubiquitously expressed by Mps,Ecs,Mcs,fibroblasts,smooth muscle cells and neurons.RAGE interacts with LF-L noncovalently,and the resulting complex formates the binding sites of AGEs. When binding to it,AGEs can induce oxidant stress to active the signal transduction pathway which was consisted of reactive oxygen intermediates and NF-KB, resulting in changes in gene expression.Thus it can induce the dysfunction of target cells, hence the development of diabetic chronic complications. Therefore, the discovery of RAGE and development of diabetic reagents to block AGEs-RAGE interaction should provide insights into the prevention and therapy of diabetic chronic complications.
在糖尿病中，长期的高血糖环境是形成其慢性并发症的根本原因。虽然具体机制尚有多种学说，其中晚期糖化终产物(advanced glycation end products,AGEs)的形成和累积已越来越受到人们的重视。通过非酶糖化途径，还原性单糖的醛基或酮基与氨基酸或核苷酸的游离氨基之间形成席夫氏键，并进一步形成比较稳定的，但仍可逆的Amadori类早期产物，这些早期糖化产物再经过缓慢的、复杂的重排，最后形成不可逆的AGEs。大量的研究表明，糖尿病中AGEs的大量形成和累积与其慢性并发症的发生密切相关，但是对AGEs的致病机理的理解仍仅限于它直接与蛋白质等相互交联作用。近十年来，由于AGEs受体(RAGE)发现和研究，使AGEs的致病机理得到了更全面的解释。本文就RAGE的基因。结构及其与糖尿病慢性并发症的关系作一综述。
一、RAGE的结构：
1.RAGE家族：已经证实，RAGE在单核吞噬细胞(mononuclear phagocytes,Mps)、内皮细胞(endothelial cells,Ecs)、成纤维细胞、平滑肌细胞、肾小球系膜细胞(mesangial cells,Mcs)及神经原等多种细胞表面广泛存在[1，2]。但是，从不同类型细胞分离的RAGE其分子量及其与AGEs的亲和力有较大差异(见表1)。提示不同类型细胞上的RAGE可能分别为RAGE家族的不同亚型，它们由不同分子量的多肽构成，并行使各自不同的功能[3]。但也有人认为可能是由于RAGE蛋白纯化过程中发生了不同程度的水解而形成了不同分子量的RAGE多肽。
表1 AGE受体家族
Tab 1 The AGE-Receptor Family Cell type
Species
Molecular
weight(×103)
Affinity(Ka)
Monocyte/
macrophage
Mouse RAW264.7
90
Rat liver
60，90
1.7×107
T lymphocyte
Rat CD+4、CD+8
7.8×106～5.8×108
Endothelial cell
Rat,bovine lung
35，80
1.0×107
Mesangial cell
Mouse,human
30，40，50
2.0×106
Fibroblast cell
human FS4
3.15×107
2.RAGE的蛋白结构：RAGE是膜受体，由400多个氨基酸(牛416，人414)组成，分别由较大的细胞外域(牛332个氨基酸残基，人321)、跨膜段(19个氨基酸残基)及短的细胞内域(牛43，人41)3部分构成。氨基酸序列分析表明，RAGE为免疫球蛋白超家族的新成员，其与免疫球蛋白超家族中的MUC 18糖蛋白、神经细胞粘附分子(NCAM)及CD20胞内部分的氨基酸序列高度相似。RAGE有3个免疫球蛋白样结构，包括一个“V”样域和两个“C”样域，每个都含有一对保守的半胱氨酸残基，“V”样域上还含有两个与“N”偶联的糖基化位点，这些对于RAGE分子结构的稳定性和特异识别配体的功能具有重要意义。而RAGE的细胞内域主要与信号转导有关[4]。
Ecs表面的AGEs结合位点是一个复合体，由35 KD的RAGE和80 KD类乳铁蛋白多肽(LF-L)以非共价形式相互结合形成。两者的亲和力较大，Kd=100 pM，因而在靶细胞表面形成的复合体比较稳定，在高盐和酸性环境中不解离。抗RAGE抗体或抗LF-L抗体皆可阻断AGEs与靶细胞的结合及效应的产生[5，6]。
3.RAGE的基因结构：已知，人RAGE基因位于6号染色体短臂主要组织相容性复合物(maior histocompatibility complex,MHC)Ⅱ型分子与Ⅲ型分子的基因之间，共含有11个外显子[7]。Neeper等[4]阐明了RAGE的cDNA序列。牛RAGE cDNA有1440个bp，表现为多聚腺苷酸化，并且在多聚腺苷酸位点上游20 bp处有一相对AATAA修改了的多聚腺苷酸信号序列AGTAAA。人RAGE cDNA有1406个bp。人、牛、大鼠、小鼠的RAGE cDNA序列皆高度同源，表现为90%左右的相似性，其中人和牛的RAGE cDNA的一致性达83.6%。
二、RAGE介导的信号转导途径：
RAGE不具有酪氨酸激酶活性。当AGEs与RAGE结合后，可诱导发生氧化应激，产生大量氧自由基，从而激活对氧自由基敏感的转录因子NF-KB。NF-KB是多种“损伤反应基因”的多效转录调节因子，它的激活可引起靶细胞中这类基因的表达，诱导产生多种损伤因子或成分，分别产生致病效应。已知，当培养的Ecs与AGEs共同孵育后，硫巴比士酸反应物质(TBARS)、亚铁血红素氧合酶mRNA的数量均明显增加，并且NF-KB被激活，这一反应可被抗RAGE或LF-L抗体及抗氧化剂阻断。此外，在Mps、平滑肌细胞、神经原等靶细胞中及心、肺、肾、肝、脑等一系列器官中都有RAGE介导的氧化应激发生[8]。可见，AGEs与其受体诱导的氧化应激广泛存在于具有RAGE的各靶细胞上。氧自由基、NF-KB构成了RAGE介导的信号转导途径。
三、RAGE介导的各靶细胞的功能改变：
1.单核吞噬细胞：RAGE最早是在Mps上发现的。作为职业清道夫，Mps通过其细胞表面的RAGE识别、内吞并降解清除AGEs。已知，游离的AGEs(即形成于白蛋白或红细胞上的AGEs)可以诱导Mps的趋化性，使Mps逐渐向AGEs丰富的微环境移动，当游移的Mps遇到组织中或血管壁上固定的AGEs并与之结合后，Mps就不再游移，而被激活，合成并释放血小板源生长因子(platelet-derived growth factor, PDGF)、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor,IGF-1)等生长因子和白介素-1(interleukin-1,IL-1)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)等细胞因子，从而引起炎症反应并刺激细胞异常增殖[9]。这一致病作用突出表现在糖尿病中动脉粥样硬化斑的高发和多发上。组成血管壁的蛋白质通过非酶糖化途径形成AGEs后，可诱导Mps趋化、激活、释放细胞因子和生长因子，引起血管内膜损伤，平滑肌细胞增生等，逐渐形成粥样硬化斑。在T淋巴细胞(CD+4、CD+8)表面亦有RAGE的存在。T淋巴细胞被有丝分裂原激活后，其与AGEs的亲和力可有近百倍的提高(Ka值从7.8×106 上升到5.8×108)。被激活的T淋巴细胞与AGEs结合后，合成并释放γ-干扰素(interferon-γ， INF-γ)，提示T淋巴细胞上的RAGE也参与动脉粥样硬化损伤的形成[1]。另外，Satoru等[10]还发现AGEs与Mps上的RAGE结合后可以刺激Mps中GM-CSF(grannlocyte macrophage-colony stimulating factor)的释放，以旁分泌或自分泌的方式刺激Mps生长。Mps的生长对于Mps的功能具有一定的放大作用。
2.血管内皮细胞：与Mps不同，Ecs的RAGE对AGEs主要是跨细胞转运的作用。血管内游离的AGEs与血管内皮细胞接触后，与其上的RAGE结合，被Ecs内吞并跨Ecs沉积于内皮下组织，与内皮下细胞外基质中的长寿蛋白相互交联，导致血管基底膜结构和功能的改变。同时EcsR上的RAGE与AGEs结合后，能够改变Ecs的形态和细胞骨架，使细胞之间形成裂隙，增加血管的通透性，大量蛋白可在血管壁上沉积，进而加重血管基底膜的增厚变硬。Ecs上的RAGE还可通过诱导氧化应激发生，激活NF-KB的信号转导途径，调节Ecs中一系列基因的表达。其中促凝血的组织因子表达增多，而抗凝血固子—血栓调节素的表达明显减少，并有血管收缩肽—内皮素-1的表达增多，组织因子的大量表达可以通过其与VIIa因子的结合激活促凝血因子Ⅸ和Ⅹ，而血栓调节素的减少妨碍了抗凝血蛋白C途径的激活。从而导致Ecs凝血功能和血管收缩功能的改变，容易诱发血栓的形成[11]。此外，Collin等[12]发现Ecs上的RAGE还可通过NF-KB信号转导途径，诱导血管细胞粘附分子(vascular cell adhesion molecule-l,VCAM-l)的表达。VCAM-l是一种细胞粘附受体，它促进Ecs和单核细胞的粘附，增加单核细胞对血管内膜的损伤机会，从而导致糖尿病中动脉粥样硬化斑的高发和多发。
3.肾小球系膜细胞：Skolnik等[3]首先发现人和大鼠Mcs上具有AGEs特异结合位点，即RAGE，并指出Mcs与AGEs共同孵育后可产生纤维连接素，从而提示Mcs上的RAGE可介导Mcs的功能改变，与糖尿病肾病的发生密切相关。以后的实验表明[1]，Mcs上的RAGE可诱导其他多种基质成分的产生，主要是构成基底膜的成份，如Ⅳ型胶原、昆布氨酸和硫酸肝素糖化蛋白(HSPG)，而很少构成间质的胶原成分，如Ⅰ型胶原。其中Ⅳ型胶原的产生由PDGF介导，可被PDGF抗体阻断。因此，糖尿病中AGEs在肾脏的大量累积，可通过Mcs上的RAGE介导大量增殖基底膜成分，导致肾小球硬化发生。但是，Skolnik等[3]发现Mcs与AGEs共同孵育后，Mcs的增殖反而有所下降，提示糖尿病肾病中Mcs的增殖不是Mcs与RAGE直接作用的效应，而可能是AGEs与肾小球系膜中巨噬细胞上RAGE相互作用，释放一些生长因子，以旁分泌的方式刺激Mcs等增殖，从而引起肾小球增生肥大。
4.其它类型细胞：已知，成纤维细胞、平滑肌细胞上的RAGE主要介导靶细胞的增殖效应。其中，成纤维细胞的效应由表皮生长因子(EGF)介导。另外，位于神经原上的RAGE可能介导着某种非AGEs配基引起的生理性效应。
综上所述可见，RAGE在糖尿病慢性并发症的发生中介导着重要的作用。因此，阻断AGEs-RAGE的结合效应，对于糖尿病慢性并发症的预防和治疗具有重要的意义。抗RAGE抗体和可溶性RAGE(sRAGE)是公认的阻断剂。sRAGE是RAGE的细胞外域部分，它可特异结合AGEs，但由于不具有细胞内域部分，所以不介导生物效应。大量的体外实验证实，抗RAGE抗体和sRAGE可有效地阻断AGEs-RAGE的病理效应，如氧化应激的诱导，血管内皮细胞通透性的增加及肾上球系膜成分的增殖等。最近，Wautier等[13]发现，将抗RAGE抗体或sRAGE注射入糖尿病大鼠中，可有效阻断AGEs与RAGE结合后引起的Ecs通透性增高。因此，利用抗RAGE抗体或sRAGE阻断RAGE介导的病理效应，将会为糖尿病慢性并发症的治疗提供一个新的方面。另外，利用RAGE的拮抗剂或利用AGEs与RAGE亲和力的可调节性[14，15]，阻断或减弱AGEs—RAGE的效应，都是值得进一步研究的内容。总之，RAGE的发现及其结构、功能的研究，使糖尿病慢性并发症的发生机制得到了进一步的阐明，并为其预防和治疗提供了新的理论基础。 参考文献
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1997年8月25日收稿，1998年3月17日修回