糖基化终产物与老年期痴呆
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[摘要] 老年期痴呆主要包括阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)、血管性痴呆(vascular dementia，VD)等，是临床常见病和多发病。研究发现，晚期糖基化终产物(advanced glycation end products，AGEs)在老年期痴呆发病机制中具有重要作用。大量的资料证明，AD、VD患者体内存在着这种重要的毒性产物，它与衰老、痴呆的发生密切相关，其病理机制与氧化应激、核因子表达等有关。
[关键词] 糖基化终产物;阿尔茨海默病;血管性痴呆;衰老
Advanced glycation end products and senile dementia
HAN Guo-ling，YAN Fu-ling
(Department of Neurology，Zhongda Hospital，Southeast University，Nanjivy210009，China)
Abstract:Senile dementia as a common disease mainly includes Alzheimer′s disease(AD)，vascular de-mentia(VD).recently investigations showed that advanced glycation end products(AGEs)play an important role in senile dementia.Increasing evidence suggested that AGEs regarded as poison products exist in the AD and VD.This article reviews the role of AGEs in AD and VD.
Key words:advanced glycation end products;Alzheimer disease;vascalar dementia;senility
老年期痴呆主要包括阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)、血管性痴呆(vascular dementia，VD)等，是临床常见病和多发病。随着世界人口老龄化的发展，AD、VD的发生率亦有所升高。西方文献报道老年期痴呆患者AD占50%～70%，VD占10%～20% [1] 。我国张振馨等 [2] 的研究表明AD占63.1%，VD占26.8%，与白人相似;55岁以上老年人中痴呆的粗患病率为3.4%，其中AD为2.2%，VD为0.9%。痴呆患者伴有程度不等的智能障碍，严重者不仅影响患者的生存质量，而且增加了社会和家庭的经济负担，因此，AD、VD已成为全球性的重点公共卫生问题，愈来愈引起人们的重视。最近的研究发现，AD、VD患者血浆、组织中存在高浓度晚期糖基化终产物(ad-vanced glycation end products，AGEs)，它在AD、VD发病机制中具有重要作用。
1 AGEs的生物化学特性及结构
AGEs是Maillard反应的终产物。在Maillard反应早期阶段，会生成一种完全可逆的希夫氏碱，数小时后该反应过程达到动态平衡。此后希夫氏碱经特殊的分子内重整反应，生成化学性能稳定的酮胺化合物，酮胺化合物经过缓慢的分子重排、脱水及缩合，可形成与蛋白质或某些含胺底物不可逆结合的AGEs [3] 。AGEs的主要分子结构类型有:吡咯醛、苯妥西定、羧甲基丝氨酸、咪唑酮以及一些交联产物。AGEs的共同特征是:呈棕色，有特殊吸收光谱及荧光特性，AGEs与氨基酸基团之间有物理性交联特性，对酶稳定、不易降解，与氧化修饰有关，可与许多细胞膜特异性受体结合发挥生物学效应等。
机体内的AGEs都是由于还原糖与蛋白质接触以后，在无酶条件下发生反应后产生的。由于细胞内外还原糖成分的差异，产生的AGEs也有所不同。细胞外生成AGEs的基本条件是高浓度葡萄糖的存在。任何原因引起的细胞外葡萄糖浓度的升高，都可使暴露在高糖环境中的蛋白质与葡萄糖发生糖化反应，生成蛋白质的糖基化产物 [4] 。这种作用与还原糖的浓度呈正比。在细胞内，蛋白质可以与多种糖的衍生物发生糖基化反应。葡萄糖、果糖以及其他化学性质活泼的糖代谢产物，如乙二醛等，都可以与蛋白质快速发生Maillard反应，产生多种形式的蛋白质糖基化产物 [5] 。正常人体内AGEs的生成非常缓慢，通常只发生于某些转换率很低的蛋白质，如基质蛋白等，故各种基质结构中的AGEs水平随年龄增长而增加 [6] 。蛋白质一旦被AGEs修饰，即丧失其生理功能，机体通过巨噬细胞等细胞表面AGEs受体与之结合将AGEs降解、清除。正常情况下，AGEs修饰蛋白作为一种信号参与机体清除衰老组织以及结构重建的过程。体内各种蛋白，如血红蛋白、β 2 微球蛋白、髓磷脂蛋白、tau蛋白等都可发生糖基化反应，导致复杂的功能变化。这些不同的蛋白质以多种形式形成糖基化终产物，通过与特殊的AGEs受体作用或直接作用，介导多种病理反应 [7] 。
2 AGEs受体及耦联蛋白
糖基化终产物受体(receptor of advanced glycosy-lation end products，RAGEs)，其相对分子质量为35000，是细胞表面分子中免疫球蛋白家族的一员，分布于内皮细胞、肾小球系膜细胞、血管平滑肌细胞、巨噬细胞、成纤维细胞以及神经细胞等。其它的与AGEs耦联的蛋白还有溶菌酶、巨噬细胞表面的清道夫受体、80kDa的乳铁蛋白样多肽等 [8] 。清道夫受体虽不是AGEs的特异结合受体，但二者的结合促进了巨噬细胞对AGEs的内吞。Munch等 [9] 证实，在人血管内皮细胞表面存在有糖基化受体1、2、3的受体复合物，当用AGEs处理后，这个受体复合物表达上调，其中糖基化受体2发生磷酸化，参与细胞内信号的转导。糖基化受体1(p60)与一种分子量是48kDa的低聚糖转移酶(oligosacc-haryltransferase，OST.48)具有高度同源性，糖基化受体2(p90)则与一种分子量是80kDa的蛋白激酶C的底物(80kDa inhuman，80.KH)高度同源。OST.48与80.KH存在于人类许多细胞表面，如内皮细胞、单核巨噬细胞、T淋巴细胞、平滑肌细胞、肾细胞等。分子量是32kDa的AGEs识别蛋白—糖基化受体3，过去也称为碳水化合物耦联蛋白.35，存在于许多细胞表面，与AGEs的结合具有高度亲和力。糖基化受体.3的18kDa的羧基端可与AGEs发生耦联，这种耦联促进了AGEs与其它膜相关受体的结合。目前，与AGEs耦联的蛋白有多种，它们在功能上、氨基酸序列组成上以及与AGEs结合的亲和力上有较大差异。
3 AGEs在AD中的作用
AD的组织病理学特征性改变为:(1)患者大脑神经元内形成神经原纤维缠结(NFT);(2)新皮质和海马结构内出现大量以β淀粉样蛋白(Aβ)为核心的斑块—老年斑(SP);(3)脑内形成神经元颗粒空泡变性，部分可见血管淀粉样变性。
锥体神经元和神经胶质细胞中存在RAGE受体。在生理情况下，RAGE能介导机体对AGE修饰蛋白进行降解和清除。当AGEs的聚集增多时，可刺激胶质细胞产生主要炎症因子粒.巨噬细胞集落刺激因子(GM.CSF)，从而上调RAGE，降解和清除AGEs。免疫组织化学研究发现:AD患者脑内含有高水平的AGEs，脑内老年斑和神经元纤维缠结中均有AGEs的聚积，AD脑内NFT和Tau蛋白有AGEs的修饰，与AD病理改变有关的异常结构成分如极低密度脂蛋白、急性期蛋白(CRP)、载脂蛋白E和Aβ均存在糖基化现象 [10] 。Tau蛋白糖基化的位点，正是微管结合区，可造成微管结构受损，导致功能障碍。体外实验发现Aβ与AGEs可以形成核心，吸引可溶性的Aβ进一步聚集。Aβ糖基化可直接诱导产生反应性氧介质而产生细胞毒性氧化应激反应，可间接诱导小胶质细胞激活引起神经元损伤 [11] 。AGEs、RAGE与神经胶质细胞等相互作用，在AD患者病灶区促进β淀粉样蛋白前体(APP)、Aβ等表达，并大量表达IL.1、IL.6、胰岛素样生长因子、肿瘤坏死因子等细胞因子，引起神经胶质增生、突触可塑性降低、树突分支减少、神经元变性死亡。糖基化Aβ与RAGE的相互作用可激活和诱导小胶质细胞向Aβ沉积部位移动，这种激活的反应性小胶质细胞具有细胞毒性并可产生细胞因子而损伤神经元。AGEs.RAGE的相互作用干扰一系列细胞功能，可以增加内皮细胞通透性及合成胶原的能力，诱导单核巨嗜细胞移动，产生细胞因子，从而使基因表达及其他细胞特性发生改变。
AGEs与RAGE作用后可消耗细胞内的谷胱甘肽，从而引起p21ras激活，并伴随有丝裂原激活的蛋白激酶和NF.κB的激活，产生氧化应激。
NF.κB是一种损伤相关基因的多效性调节物，也是调节RAGE表达的一个启动子，它的位点1和位点2的激活可使RAGE表达上调。因此，NF.κB的激活作为一种正反馈，进一步促进了AGEs与RAGE的结合。Urakami等 [12] 研究发现，AGEs修饰的tau蛋白也能增加氧自由基，激活NF.κB，增加APP，并释放Aβ。而Aβ又能产生自由基，使氧化应激增加。Aβ促进巨噬细胞和胶质细胞表达细胞因子IL.1，IL.1调节内皮细胞、星形胶质细胞、神经元等的APP基因，促进APP表达，增加Aβ沉积 [13] 。Law等 [14] 观察到，将Aβ注入鼠大脑中，能激活小神经胶质细胞和星形胶质细胞，后两者上调诱导性一氧化氮合成酶(iNOS)。Aβ选择性杀伤胆碱能神经元，使海马区的富含iNOS的神经元缺失，出现记忆障碍与痴呆。AGEs通过上调诱导性一氧化氮合成酶和下调内皮源性一氧化氮合成酶，介导一氧化氮参与AGEs效应。AGEs和RAGE结合后，可产生高浓度的一氧化氮，而一氧化氮与活性氧产物的生化及生物学特性非常相似，故推测AGEs可能通过促进Aβ形成而激活胶质细胞、诱发一氧化氮的AGEs效应，促进AD的发展，RAGE可能介导AGEs的这一生物学效应。
4 AGEs在VD中的作用
VD是由脑血管因素导致脑组织损害而引起的痴呆综合征，包括缺血性脑卒中、出血性脑卒中及急、慢性缺氧性脑血管病变引起的痴呆。其致病的主要原因是血管病变。VD半数由腔隙性梗死引起，23%系大血管梗死所致，16%由大、小血管共同梗死所致。除血栓性栓塞外，其他导致VD的因素有:低灌注，动脉炎，血黏度过高，凝血机制障碍，脑血管透明变性、淀粉样变，血脑屏障损害及脑血流调节障碍等。
AGEs可直接作用于血管内皮细胞，通过刺激血管内皮细胞生长因子的产生，引起新生血管增生和血管通透性增加，甚至引起血管壁水肿 [15] 。血管内皮细胞能合成重要的舒血管因子———一氧化氮(NO)。AGEs可以减少NO的产生和释放，并增加蛋白激酶C(PKC)和血栓素A2的水平，使NO依赖的环鸟苷酸(cGMP)减少，致使血管舒张功能障碍，且血栓素A2还能使血栓形成的机会大大增加 [16] 。内皮细胞上的受体与AGEs结合后，可导致氧自由基水平升高，后者可激活NF.κB。NF.κB转位至细胞核后，可引起一些基因表达上调，如血管细胞黏附分子.1。
AGEs也可作用于血小板膜上的蛋白质，使血小板膜上的纤维蛋白原受体与纤维蛋白原结合增强，并通过氧化应激反应促进血小板聚集，增加血小板的聚集和黏附。目前，已证实AGEs可作用于细胞外基质，促使某些细胞外基质增生(Ⅰ、Ⅳ型胶原)和交联，减慢它们的代谢速度，而抑制另一些细胞外基质的功能 [17] 。此外，AGEs还可上调纤维母细胞产生结缔组 织生长因子(类胰岛素样生长因子结合蛋白相关蛋白2)，使细胞外基质增生 [18] 。由于其分子学特点，AGEs还可使胶原蛋白发生交联，使之更易于沉积而难于水解清除，它在血管腔内形成的网状结构可以更多捕获游离的蛋白质，并使之沉积于血管壁的内表面。与此同时，AGEs还可抑制正常的细胞外基质中内皮细胞粘连蛋白(如透明连接蛋白)的粘连和伸展，使内皮细胞之间的结合力下降，导致血管通透性增加 [19] 。总之，AGEs通过直接作用及和受体相互作用，可引起氧化应激等一系列反应，导致血管通透性增加、血管壁增厚、单核细胞趋化、脂蛋白沉积等损害，同时AGEs能通过修饰基质的组分、血小板聚集、破坏血管松弛作用、免疫细胞的趋化而促进VD的发生和发展。
5 AGEs与衰老
既往的许多研究表明，即使在正常人体内，AGEs也会随着年龄的增加不断累积，说明AGEs与衰老之间有密切关系。AGEs不仅激活修饰蛋白的迁移，还能诱导细胞因子和生长因子，因此能使正常蛋白结构改变，且AGEs的蛋白修饰表明它有为它们的迁移提供识别信号的作用，证明AGEs在衰老进程中的重要作用。研究证实，AGE.β 2 微球蛋白(AGE.β 2 M)延缓人外周血单核细胞的自发性凋亡，在含有AGE.β 2 M微环境中存活的单核细胞能够发育成巨噬样细胞，后者具有与正常组织巨噬细胞不同的表型特征，能够自发生成活性氧自由基和促炎症介质，与在促炎症细胞因子诱导下发育成熟的巨噬细胞十分类似。而RAGE在AGE.β 2 M的生物学效应中起着重要的介导作用，这说明RAGE在一定程度上影响了细胞凋亡的发生 [20] 。另外AGEs介导的交联降低了蛋白酶解的敏感性，从而使蛋白积聚，产生一系列衰老病症。同时自然老化会使体内AGEs含量增高，随着年龄增长，AGEs在血管壁积聚，导致血管壁硬度增加、NO释放减少以及前列环素.血栓素A2的比率下降等。因此，体内AGEs的蛋白修饰可能是老年性疾病的介导因素，AGEs可作为一个测试老化进程的指标。如何有效地利用RAGE来延缓衰老是一个值得探讨的课题。
6 临床应用及治疗方向
到目前为止，AGEs虽已被广泛研究，但大多针对糖尿病或肾功能衰竭，在脑部疾病方面的研究不多。AGEs对神经细胞、血管病变均有较大作用，且其在体内的积聚与年龄增长有关，很可能是中老年脑部疾病的病理基础之一。通过抑制AGEs的生成来防治痴呆是一个新的治疗方向，有必要深入研究。
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[作者简介] 韩国玲(1972-)，女，青海西宁人，住院医师，在读硕士研究生。
(东南大学附属中大医院神经内科，江苏南京 210009)
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