晚期糖基化终末产物对雌性繁殖性能的影响研究进展

刘鸿宇，李俊，颛清芮，杜幸柱，周丹，王龙飞，罗渝雯，傅祥伟,3*

（1.中国农业大学动物科学技术学院，北京 100193；2.河北医科大学第一医院生殖中心，河北石家庄 050031；3.省部共建绵羊遗传改良与健康养殖国家重点实验室，新疆石河子 832003）

晚期糖基化终末产物（Advanced Glycosylation End Products，AGEs）是动物、人类日常饮食摄入的物质之一，也是体内糖脂代谢紊乱产物之一。AGEs在动物机体内有多种不同的存在形式，目前已经发现的AGEs 有20 多种，结构式已知的有羧甲基赖氨酸（Carboxy Methyl Lysine，CML）、羧乙基赖氨酸（Carboxyethyl Lysine，CEL）、甲基乙二醛（Methyl Glyoxal,MG）、戊糖素等。AGEs 在体内主要通过与其受体（Receptors For Advanced Glycation End Products，RAGE）结合引起氧化应激、炎症反应等，引起进一步的不良影响。

糖类和脂类是细胞及动物机体能量与物质的来源，对维持动物的正常生理活动有着重要作用。除最主要的供能和储能外，糖类和脂类在动物机体内还广泛参与物质生成、调控等活动。糖脂代谢受动物机体的严格调节，糖类和脂肪也会对动物机体产生相应的反馈作用，胰岛素参与动物体内糖代谢的调节，同时脂肪组织产生的脂肪细胞因子和炎症因子会对胰岛素的效果产生影响，甚至导致胰岛素抵抗，引起2 型糖尿病的发生。因此，动物体内糖脂代谢失调会对多项生理机能和组织器官造成损伤，进而影响动物的生长与发育。糖脂代谢可影响繁殖性能。饲料中糖脂的来源或含量变化可改变猪的糖脂代谢水平，进而对繁殖性能造成影响。膳食AGEs 能够在小鼠血清、脂肪和肝脏组织中积累，通过诱导炎症反应导致脂肪、肝脏组织出现糖脂代谢紊乱。同时研究表明，AGEs 与多囊卵巢综合征（PCOS）有着密切关系。本文就动物体内AGEs 的来源、代谢、作用途径，以及国内外关于AGEs 在雌性生育力中的作用进展做一综述，以期阐释AGEs 作用机制，为提高雌性繁殖性能提供新方法。

1 AGEs 的来源与代谢

动物体内AGEs 的来源可以简单分为体内来源和体外来源，AGEs 的体内代谢过程复杂，鲜有针对膳食来源AGEs 在体内代谢机理的报道。

1.1 体内来源 机体内的AGEs 是由体内大分子物质（蛋白质、核酸等）的末端还原性氨基与还原糖的醛基或酮基在没有酶的催化作用下发生亲和加成反应，形成可逆的希夫碱，之后不稳定的希夫碱发生Amadori 重排并形成稳定的醛胺类产物，经历一系列的变化产生有高度活性的羰基化合物，最终与蛋白质的功能基团反应产生稳定的AGEs。糖类、脂类、氨基酸氧化后产生具有活性的醛类与蛋白质共价结合后也参与AGEs 的形成。

1.2 体外来源 体外摄入的AGEs 主要来源是食物，特别是富含碳水化合物和含脂肪、蛋白的食物，同时其与高温、烧烤、油炸、烘培以及长时间烹饪等加工方式有密切关系。饲料生产过程中制粒、灭菌等环节都离不开高温处理，这些处理会使含糖类和蛋白质的饲料产生高水平的AGEs，通过饲喂被动物一同吸收，对机体产生影响。此外，烟草中高度雾化的糖类可以迅速与蛋白质反应产生AGEs。

1.3 AGEs 的代谢 膳食中的AGEs 可在胃肠道中随食物被一同消化吸收。总体而言，AGEs 的代谢部分受特定细胞受体的调节，这些受体参与AGEs 修饰蛋白的摄取和降解，肾脏参与到远端调节；参与解毒的AGE 受体包括AGE-R1/OST-48、半乳糖凝集素-3（Galectin-3）和一些清道夫受体（MSR-AII、MSRBI、CD36）。肾功能恶化会导致AGEs 积累[10]。由于膳食AGEs 的种类繁多，体内代谢途径复杂，体内代谢和反应的研究难度较大。

2 AGEs 的作用机制

AGEs 在动物机体内主要有直接作用和与受体结合2 种作用途径。直接作用即AGEs 直接与蛋白质交联改变其结构，进而影响生物功能，即前文中所提到的AGEs 体内形成途径，被结合的蛋白会丧失其原有结构和功能。下文主要阐述AGEs 与受体结合的作用机制。

AGEs 通过受体RAGE、AGER（Advanced Glycation End Product Receptor）等或非受体介导的机制，引起细胞的ROS 上升和炎症反应。其中，AGER 被证明在AGE 毒性表达或解毒中发挥不同的功能作用；RAGE则与PCOS 等氧化应激、炎症反应等症状相关。

RAGE 属于细胞表面分子免疫球蛋白超家族，是一种多配体细胞表面分子。RAGE 结构上包括胞外段、跨膜段和胞内段：胞外段是一个免疫球蛋白样结构，为配体的结合部位，RAGE 可识别多种配体，包括内源性和食物来源的AGE、DNA、RNA、淀粉样纤维、人高迁移率族蛋白B1（HMGB1）、白细胞整合素Mac-1、S100 蛋白、LDL 等；跨膜段包括疏水跨膜区和1 条短C 末端胞质尾；胞内段较小，富含电荷，能够结合多种胞内信号分子，与多种信号通路传导有关。RAGE 与其配体依赖静电作用，在细胞表面预组装成二聚体和多聚体后激活细胞内信号传导。RAGE 在机体多种组织中均有表达，心脏、肺、骨骼肌、血管壁和卵巢中含量最高，同时也存在于单核细胞、巨噬细胞和淋巴细胞中。

AGEs 与RAGE 结合后，可以激活多种GTP 酶和激酶，进而激活相关转录因子影响基因表达；此外，RAGE 可以激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP 氧化酶和信号，激活NF-B 诱发氧化应激和炎症。AGEs-RAGE 在不同组织细胞中作用通路不尽相同，它在大脑中会引发类淀粉蛋白质的累积，导致阿尔兹海默症发生。在血管中，AGEs-RAGE 引发的炎症反应可导致血管细胞产生基质囊泡，发生钙沉淀并形成钙化核，随后由于细胞坏死和凋亡以及基质降解过程的激活引起细胞破裂，最终发生钙化，导致血管壁的弹性和稳定性下降。AGEs-RAGE 激活NADP 诱导的活性氧和氮物质产生，在糖尿病肾病和衰老肾脏中引起氧化应激。AGEs-RAGE 通路还被认为是PCOS 的致病机理之一。

AGEs 还存在一种可溶形式的受体sRAGE（soluble RAGEs），在细胞外分泌，可于血液循环中检测到。sRAGE 可以与AGEs 结合，抑制AGEs-RAGE 信号通路引起的不良影响；在人体中sRAGE 可能通过充当“诱饵”结合AGEs，降低AGEs-RAGE 通路造成的损伤。

3 AGEs 对雌性繁殖性能的影响

AGEs 会对体内多种组织器官造成不良影响，导致糖尿病、肾病、血管硬化、PCOS 等疾病和症状。总体而言，血液循环中的AGEs（如CML、MG 及其衍生物）与炎症指标和氧化应激相关，其在组织中的积累会诱导细胞氧化压力，促进炎症的发生；进而促进全身糖类负担、氧化应激和细胞活化，使组织器官对损伤的敏感性更高。越来越多的研究表明，AGEs 可多层次影响繁殖性能。

3.1 AGEs 对卵泡发育的影响 AGEs 可引发卵巢炎症，并对卵泡的生长造成影响。在人类卵巢中已检测到RAGE 以及AGEs 修饰的蛋白，且发现卵巢中sRAGE的分泌与年龄相关，认为AGEs 是导致卵巢衰老的原因之一。在PCOS 妇女的黄体细胞和颗粒细胞层中，AGEs 和RAGE 含量增加。AGEs 引发的炎症可能参与到PCOS 的慢性炎症反应中，AGEs 引发的多种炎症因子可能促进PCOS 发展。卵巢AGEs 还可能通过影响血管形成进而影响氧气、营养物质等摄入，从而干扰卵泡形成过程中细胞外基质蛋白的生理重塑，危害卵母细胞成熟、染色体组成和发育能力。此外，大鼠卵巢中乙二醛酶（GLO-1）活性会受饮食和雄激素影响，高AGEs 饮食会降低卵巢中GLO-1 解毒系统的作用。在人类颗粒细胞系模型中，AGEs 通过干扰促黄体生成素和卵泡刺激素的作用，导致细胞外信号调节激酶ERK1/2 通路的持续异常激活，抑制颗粒细胞增殖，进而影响卵泡发育。

研究者们在实施人类辅助生殖技术时发现，卵泡液中AGEs、戊糖素、CML 以及血清中有毒害作用的AGEs的积累与卵泡生长、受精和胚胎发育呈负相关；与之对应的，卵泡液中的sRAGE 与血浆中sRAGE 呈正相关，与收集的卵母细胞数呈临界正相关，说明sRAGE 可作为检测卵巢环境或评估卵巢储备的一种生物学标志。在人类不明原因不孕症患者中，卵泡液中AGEs 水平升高可能与超促排卵周期卵巢低反应相关，但与最终妊娠结局无关。值得一提的是，AGEs 同样会对神经系统造成一定的影响，可导致阿尔兹海默、帕金森等疾病；下丘脑-垂体-性腺轴对卵巢发育、卵泡成熟有着调控作用。因此，猜测AGEs 也可能通过影响神经系统进而影响繁殖性能。

3.2 AGEs 对卵母细胞质量的影响 AGEs 能通过颗粒细胞、卵泡环境等对卵母细胞的成熟与发育造成影响。AGEs 可降低颗粒细胞表面的葡萄糖转运蛋白受体数量，影响葡萄糖摄入，进而影响卵母细胞生长。卵泡中的AGEs 还可通过激活卵泡微环境中的转录激活因子ATF4 引发炎症，进而降低卵细胞的能力，可能与AGEs 引起的内质网应激有关。此外，AGEs 还可导致卵母细胞出现线粒体功能下降、引发氧化应激及DNA 损伤。

在体外实验中，培养液中添加MG 会促进小鼠卵母细胞中乙二醛酶基因的转录，使SIRT1（Sirtuin 1）相关蛋白通路和G1 蛋白表达升高，导致卵母细胞纺锤体结构异常、极体排出率降低。

3.3 AGEs 对胚胎发育和着床的影响 AGEs 对胚胎的早期发育也会造成影响。研究者将小鼠受精卵进行体外培养，在相当于肥胖女性子宫环境内浓度的AGEs（8 μmol/L）中，囊胚的总细胞数、滋养外胚层细胞数、囊胚扩张等水平都有不同水平的下降。

AGEs 同样会对胚胎着床造成影响。AGEs 激活子宫内膜上皮细胞内的炎症信号（p65 NFB）并改变其功能，引起子宫内膜基质细胞内质网压力应激，损害囊胚的植入，抑制滋养细胞的侵入。此外，肥胖小鼠体内RAGE 的上调使基因表达量下降，而HOXA10 低表达量又导致p/CAF、FKBP52、PTEN 等着床相关蛋白的低表达量，最终对胚胎着床造成不良影响。

3.4 AGEs 对子代的影响 在雌性妊娠后期，胎盘催乳素、孕激素及肾上腺皮质激素分泌量增多，抗胰岛素作用逐渐增强，常伴随炎症反应和氧化应激的发生。给予雌性小鼠含MG 的饲料后发现，小鼠过早地出现了胰岛素抵抗、脂肪和炎症表型，可以认为妊娠期胰岛素抵抗的出现与AGEs 有关，同时也说明了孕期控制饮食量与结构的重要性。

在子代中，研究者发现小鼠围产期高AGEs 饮食会对其后代的体重增长、发情和卵巢储备造成不良影响，这种不良影响与抗苗勒氏管激素、瘦素、脂联素等变化有关。此外，改变经产母猪妊娠后期和泌乳期饲粮中油脂成分也会对仔猪断奶头数、断奶存活率和窝增重等造成不同影响，这可能与糖脂代谢改变引起的AGEs水平变化有关。因此，母源AGEs 对后代的影响是不容忽视的，母体在孕期需要控制饮食，在保证自身和子代营养的基础上，减少AGEs 等对子代造成的不良影响。

4 AGEs 的治疗策略

减少AGEs 对动物机体的负面影响有着广泛的生理意义，如可以降低阿尔兹海默、帕金森等神经性疾病，1/2 型糖尿病等代谢疾病和PCOS 等生殖疾病的发生概率。特别对于繁殖性能而言，降低AGEs 可延长母畜的使用年限、提高超数排卵、胚胎移植等繁殖技术的效率、提高后代的生长水平等。总体而言，可通过减少AGEs 的生成与摄入、阻断AGEs-RAGE 信号通路等方面减少AGEs 对于生育力的影响。

4.1 减少AGEs 的摄入 在实际生产中，可针对动物的物种、年龄等选用恰当来源的糖类、蛋白质、油脂饲料，在保证不降低自身生产效率的基础上降低AGEs 的摄入。此外，控制正常体重也可降低AGEs 对生育力的负面影响。虽然研究中发现饮食中高AGEs 不会对母体体重造成显著影响，但它可影响子代脂肪组织分泌瘦素和脂联素（两者对青春期的开始和后续发育有促进作用）；其 导致的较低生长曲线、体重等表型可能会导致初次发情的延迟。

值得注意的是，由于动物生产的特殊性（需保证生长速率及孕期母畜需采用特别的饲养工艺），治疗方案较为有限，需在满足生产需求的基础上，通过调整饲粮结构来降低AGEs 的不良影响。

4.2 阻断AGEs-RAGE 信号通路 阻断AGEs-RAGE 信号通路的可行方案包括降低AGEs 的生成、抑制AGEs与RAGE 结合等。抑制AGEs 生成可以从其合成的关键节点入手，如调节醛糖还原酶活性、抗氧化活性以及添加活性二羰基诱捕剂等。二甲双胍作为治疗糖尿病的药物之一，可以作用于二羰基和AGEs，类似的药物还包括维生素B等。对于动物生产而言，选择天然植物来源的抑制剂更容易接受，研究者发现水果中与根皮素有相同A 环结构的膳食类黄酮可能有捕获活性二羰基物质、抑制AGEs 形成的潜力，其他许多蔬菜水果中也含有丰富的抗氧化物质可降低AGEs 的不良影响，如杨梅酚类物质在体外实验中可降低蛋白质的糖化作用，抑制AGEs 的形成。

5 总结

现有研究表明，AGEs 可降低生育力，减少AGEs的摄入可在一定程度上提高卵母细胞质量，保证卵母细胞有效利用，延长母畜使用年限。AGEs 对雌性生育力的影响是多方面的，其中部分机制尚不清楚，需进行系统研究。今后可通过降低膳食AGEs、添加AGEs 抑制剂等手段，深入研究AGEs 调控生育力的分子机制。