糖基化终末产物及相关药物研究进展

杨秀颖，杜冠华

(中国协和医科大学中国医学科学院药物研究所，北京 100050)

糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)是蛋白质和脂类非酶糖基化后生成的多种不同物质的统称。研究表明，AGEs与多种疾病密切相关，如糖尿病慢性并发症，衰老，动脉粥样硬化，高血压，老年痴呆，肿瘤等［1-3］。AGEs在相关疾病中的致病机制研究已经取得了很大进展，同时相关靶点的药物也有望应用于临床。

1 AGEs的来源

AGEs的产生是蛋白质和脂类非酶糖基化反应启动后的一系列化学反应的产物，其中间产物为Amadori，Schiff碱和Maillard产物，包括具有反应活性可产生交联的氧化产物如1，3-脱氧葡糖醛酮，乙二醛，糖毒素(AP-diones)等。最终生成不具有反应活性的AGEs，如羧甲基赖氨酸(CML)，蛋白质交联后产物等。体内的葡萄糖、果糖、葡萄糖-6-磷酸等酮糖可参与这一反应。AGEs具有荧光、颜色和交联的特性。

2 AGEs的致病机制

正常情况下，体内AGEs的水平维持在一个较为平衡的状态，但当生成过多如糖尿病、衰老、摄入AGEs过多或排出障碍如肾病等情况下，会产生一系列病理生理改变。其致病机制主要包括两方面，其一为葡萄糖等糖类物质直接与蛋白质和脂质交联，破坏蛋白甚至组织的结构和功能。另一方面为AGEs与其受体结合，激活一系列信号通路，增加炎症因子等的表达，最终改变组织细胞的功能，甚至产生组织破坏(见 Fig 1)。

Fig 1 Schematic of pathogenesis of AGEs in vivo

2.1AGEs引起的蛋白交联AGEs的形成可改变许多重要蛋白分子的功能特性。糖基化反应早期影响的蛋白质包括一些半衰期相对较短的蛋白如血清白蛋白，低密度脂蛋白，高密度脂蛋白和血红蛋白。尽管早期修饰反应可改变这些蛋白质的功能，但是通常认为对长寿命蛋白的晚期修饰如胶原蛋白的交联对糖尿病慢性并发症和年龄进程影响更大。脂蛋白糖基化后结构发生改变可产生免疫原性，血管壁上的LDL作为潜在抗原可形成原位免疫复合物，从而导致炎症反应，致动脉硬化。脂蛋白糖基化后还可导致清除障碍，血脂增高，损伤血管结构和功能［4］。血管基膜上与AGEs结合的Ⅳ型胶原能阻止这些胶原分子形成正常的网状结构，损害血管的完整结构和功能。AGEs使蛋白质发生交联可致血管通透性增高和刚性增强。内皮下单核细胞受体与AGEs结合，单核细胞分泌细胞因子增加动脉粥样硬化发病的机会。AGEs被认为是一类能使细胞激活的物质，为前炎症介质并且能促进氧化应激反应［5］。

2.2AGEs受体通路导致的细胞损伤AGEs受体(AGER)有很多种，主要包括:AGEs受体(RAGE)，Ⅰ型和Ⅱ型巨噬细胞清道夫受体，CD36，氧化低密度脂蛋白受体-1(LOX-1)等。其中RAGE作为免疫球蛋白超家族中的一员，与AGEs修饰蛋白有高亲和性，在AGEs介导的病变中起主要作用。RAGE存在于多种细胞中，主要包括单核巨噬细胞、血管内皮细胞、肾细胞、神经细胞及血管平滑肌细胞等，通过不同途径介导病变的发生发展。RAGE在体内的配体包括AGEs，蛋白氧化终末产物，S100/calgranulins，β淀粉样肽等。高血糖可刺激多种配体的产生而激活信号传导，从而引起炎症，血栓因子和活性氧激活，增强 RAGE介导的氧应激。RAGE的激活可以活化前炎症转化因子NF-кB，后者可以促进一系列炎症因子的转录［6］。

RAGE能调节细胞的激活、生长相关的介质及细胞的增殖，从而影响器官的结构和功能。在高糖血症时，AGEs生成增加，与肾脏基底膜非特异结合并改变其特性。AGEs造成肾脏的普遍病理损害是肾小球硬化、间质纤维化以及肾小管肥大。敲除RAGE基因或封闭RAGE受体可预防糖尿病性肾小球结构和功能的损伤，而针对RAGE的治疗则可以防止糖尿病肾病的发生［7］。AGEs和RAGE已经证实是糖尿病并发症的致病因素，干预AGEs的形成可以预防慢性肾病进程。糖尿病血管病变的一个主要特征是血管通透性的增加。AGEs可通过RAGE/Rho信号通路导致间隙的形成，和actin的重组，从而增加糖尿病血管内皮细胞的通透性［8］。RAGE在动脉粥样硬化斑块和梗死的心肌组织中也均有表达［5］。在老年痴呆病人中，RAGE可促进Aβ从细胞表面转入到细胞内，从而增强Aβ的毒性［9］。

3 基于AGEs为靶点的药物开发

根据AGEs的病理生理作用机制，目前有三类药物正在开发:AGEs生成抑制剂，可抑制AGEs的生成;AGEs断裂剂，可断裂已经形成的AGEs交联;AGEs受体阻断剂，可阻断RAGEs的信号传导，从而抑制AGEs的病理作用。

3.1AGEs生成抑制剂(AGE-inhibitors)此类药物可延缓或减少AGEs在体内的产生。

3.1.1氨基胍(aminoguanidine，AG)氨基胍研究开发开始于上个世纪80年代［10］，是目前研究最多的一种AGEs抑制剂。氨基胍是一种小分子亲核性肼类化合物，可与葡萄糖中间体如二羰基化合物相互作用，从而抑制糖基化和AGEs的生成。AG可降低糖尿病大鼠的血管僵硬度，降低主动脉AGEs的量和胶原蛋白交联，增加颈动脉的顺应性。在心肌中，AG可降低增龄相关的心肌组织肥大增生。AG还可抑制肾脏前纤维化因子及PKC的活性，减少Ⅳ型胶原，抑制蛋白羰基化，降低尿白蛋白。将内皮细胞于氨基胍预孵育，可以恢复eNOS的磷酸化水平及表达，调控高糖诱导的氧化和抗氧化因子的平衡［11］。尽管在体外及动物实验研究中发现氨基胍有很多改善作用，但在临床试验中发现对人体有不良反应，故现已退出临床研究。

3.1.2吡多胺(pyridoxamine，pyridorin)天然维生素B6的一种结构形式，后Amadori反应抑制剂，作为一种亲核试剂捕获生化副反应中产生的活性羰基。在生理环境下，吡哆胺与乙二醛或羟乙醛能快速反应生成Schiff碱，Schiff碱再经分子内反应环化为一个半缩醛胺加合物，两个半缩醛胺加合物最终形成含呱嗪环的五元环加合物［12］。病人每天2次口服250 mg维生素B6可降低血脂，降低尿白蛋白，预防糖尿病肾病［13］。吡哆胺也抑制牛血清白蛋白和乙二醛或羟乙醛的反应中CML的形成。吡哆胺的治疗可减轻老年动物的外周阻力增加，心脏的增大，并减少主动脉AGEs胶原蛋白的交联水平。吡哆胺对人体的不良反应很小，可抑制人体AGEs生成，防治糖尿病并发症方面正在进行Ⅱ期临床试验。3.1.3苯磷硫胺(benfotiamine)苯磷硫胺是脂溶性的维生素B1衍生的维生素类物质，具有增强的生物利用度和生物活性的特点。苯磷硫胺可增加机体的硫胺水平，从而调节硫胺焦磷酸盐(thiamine pyrophosphate，TPP)，而TPP可降低体内AGEs的产生。体内外的实验均已经证实，苯磷硫胺可防止蛋白的非酶糖基化，预防糖尿病并发症［14］。目前，FDA已批准作为食品添加剂使用。

3.1.4OPB-9195 其化学结构为2-异丙肼-4-羰基噻唑-5-基乙酰苯胺(2-Isopropylidenehydrazono-4-oxo-thiazolidin-5-ylacetanilide，OPB-9195)［15］。OPB-9195 为噻唑烷衍生物(thiazolidine derivatives)，该药没有降低血糖的作用，却可明显降低糖尿病动物循环血液中AGEs的水平和肾脏组织中AGEs的沉积，并可抑制糖氧化及脂质氧化反应［16］。可降低自发性高血压大鼠的收缩期血压，降低氧化应激水平，增加内皮细胞eNOS的表达，并可抑制颈动脉球囊损伤后的内皮层增厚。

3.1.5LR-90 可抑制糖尿病动物血液与组织中AGEs的生成与聚集，RAGE蛋白的表达及糖尿病动物肾脏的AGEs导致的氧化应激损伤［17］。

3.1.6TM2002 是一类通过阻断血管紧张素Ⅱ受体起作用的新型的AGEs生成抑制剂，可以防止通过非降压依赖的途径防治肾脏和心血管疾病。血管紧张素受体阻断剂可抑制AGEs的产生，但是其降低血压的作用限制了其应用，而TM2002却没有降低血压的作用［18］，现有的研究，表明TM2002还可以改善乙二醛诱导的胰岛素抵抗［19］。

3.1.7其他研究表明抗氧化剂，替尼司坦(tenilsetam)，阿司匹林(aspirin)和一些降低血压的药物如血管紧张素受体拮抗剂，血管紧张素转化酶抑制剂等均具有降低AGEs生成的作用［20］。我们的研究也表明，丹参中的水溶性成分之一丹酚酸A也具有降低AGEs生成的作用，其作用机制与其抗氧化作用有关。但抗氧化剂如丹酚酸A在降低AGEs生成的时候在相对较低的剂量下比较明显，而相对高的剂量则会促进AGEs的生成，可能因其较高的剂量下破坏氧化还原平衡和自身氧化等所致，在应用抗氧化剂抑制AGEs生成中应予以重视。

3.2AGEs断裂剂(AGE-breaker)此类药物因为可直接断裂已经生成的AGEs，所以在临床应用上要优于AGEs生成抑制剂。

3.2.1Alagebrium(ALT711)Alagebrium(4，5-二甲基-3-苯乙酰基噻唑嗡氯化物)是目前研究较多的AGEs断裂剂，为美国Alteon公司开发的产品，该化合物结构较稳定、活性较高。ALT711可以裂解 AGEs及其交联结构，ALT711与AGEs结合形成一个易于发生自发裂解的结构，由此可以切断胶原和其他大分子形成交联结构的桥(分属两个不同蛋白分子的双羰基键共价连接组成的)，这样交联在一起的蛋白分子又会重新游离，恢复其自身功能。ALT711的优点在于其相当于一个催化剂，将交联裂解后本身的结构不发生改变，因此停止给药后仍能发挥作用，一旦裂解后的蛋白再次发生交联，ALT711能再次裂解交联结构［21］。Alagebrium可逆转糖尿病和衰老引起的疾病，如血管硬化、骨关节炎、老年痴呆、糖尿病肾病等［22-24］。ALT711抗糖尿病肾病的作用机制与抑制肾脏AGEs的生成和TGF-beta表达，抑制肾脏前纤维化因子、PKCα活性，降低尿白蛋白，阻止肾脏纤维化［25］。ALT711作为唯一进入人体临床试验的AGEs交联阻断剂，Ⅱ期临床结果显示了较好的安全性和有效性。

3.2.2TRC4186与TRC4149 二者分别为新近开发的同一AGEs断裂剂的氯酸盐和溴酸盐形式，为Torrent Research Centre开发，研究表明可以保护糖尿病动物的心脏功能，降低糖尿病所导致的肾脏损伤。其作用原理为断裂已经形成的AGEs交联，降低糖和脂质衍生的AGEs堆积，并且具有较强的抗氧化作用。临床研究结果表明，具有较好的安全性［26-27］。

3.2.3其他除上所述，另外还有如 PTB［16］，C36［28］等，在体内外实验中均显现出较好的AGEs断裂的作用。

3.3以AGEs-受体为靶点的药物此类药物主要包括AGEs可溶性受体类似物、受体阻断剂和受体后信号传导阻断剂等。

PF 04494700(TTP-488)是可口服的小分子，可抑制RAGE与AGEs的结合，开发的目的为治疗阿尔采末病。在实验动物模型中，可缩小斑块，提高动物学习能力。目前TTP-488正在进行Ⅱ期临床评价，为美国Trans Tech Pharma公司开发。TTP4000利用其类似可溶性AGEs受体的特性，可阻断AGEs的生物活性，降低AGEs的沉积，增加AGE的清除［29］。RAGE的可溶性受体可结合AGEs，但是因为缺乏细胞内结构域，不能传导AGEs信号。TTP4000可以作用于多种结构不同，功能各异的配体如 Aβ，AGEs，S100等。TTP4000具有sRAGE的特性，但在药代动力学上更为理想，半衰期大于1周。动物实验表明，TTP4000给药可以降低脑中Aβ和淀粉样蛋白的水平，明显提高动物的认知能力，显示出TTP4000将有良好的应用前景。

目前在开发的药物还包括AstraZeneca公司的抗-RAGE单克隆抗体，BioChemics公司的 BC-DN-01，Dynamis Therapeutics公司的RAGE抑制剂。另外血管紧张素转化酶抑制剂也可调控血浆中可溶性AGEs受体的产生和分泌［29］。

4 小结和展望

AGEs可以在结构和功能上影响心血管系统，尤其是糖尿病患者，另外AGEs在衰老，高血压，老年痴呆等的发病中也起了重要作用。现代研究提示AGEs导致的病理生理学改变是可逆的，新的AGEs交联断裂剂将来在临床应用中可能发挥重要作用。但现有的研究表明，一些在动物学实验中显示出较好作用的药物，在人体中却没有等同的作用。例如Alagebrium在短寿命的哺乳动物中的作用较好，这种在大小鼠中的治疗作用优于人类，可能是长短寿命哺乳动物AGEs的成分不同所致［30］。需要在机制上进行更加深入的研究，以利于新型治疗药物的开发。

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