甲基乙二醛在动脉粥样硬化中的作用

【摘要】动脉粥样硬化是一种严重危害人类健康的疾病，但对其发病机制及预防措施仍不十分清楚。甲基乙二醛是一种葡萄糖代谢副产物，在动脉粥样硬化中起重要作用，它通过形成晚期糖化终产物或直接对蛋白质、脂肪、核糖核酸等进行修饰，参与动脉粥样硬化的发生与发展，从新的角度揭示动脉粥样硬化形成的复杂过程。

【关键词】动脉粥样硬化；甲基乙二醛；晚期糖化终产物；细胞因子

动脉粥样硬化（artherosclerosis，AS）是一种发病率和病死率较高的全球性疾病，其中糖尿病患者是AS的高危人群。基础临床研究表明，长期高血糖是其主要的危险因素，高血糖与AS的发生率及严重程度密切相关［1］。糖尿病患者处于高血糖环境中，糖酵解增强，甲基乙二醛显著增加。甲基乙二醛（methylglyoxal，MGO）是葡萄糖代谢的一种高反应性二碳基化合物，与糖尿病慢性并发症密切相关。动脉硬化是一个慢性炎症免疫过程，MGO与动脉硬化的关系是目前研究热点。现将这方面的研究进展概述如下。

1MGO的产生与代谢

MGO是一种体内葡萄糖代谢的正常副产物，作为非酶糖化反应的中间体，在糖尿病中大量存在。MGO主要由糖酵解生成的磷酸丙糖中间体，经过非酶催化脱磷酸，或由磷酸丙糖异构酶降解而成，还可通过脂质过氧化和蛋白质氧化过程中生成，它主要代谢途径是乙二醛酶和醛糖还原酶途径。乙二醛酶包括乙二醛酶Ⅰ和乙二醛酶Ⅱ两种，能以还原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）为辅助因子，经过半硫代缩醛中间体把MGO转化成D-乳酸；醛糖还原酶能以NADPH为辅酶，将MGO转化为丙二醇［2］。这些酶能迅速、高效地降解MGO，所以正常人体内MGO低表达，一般认为血清中MGO生理浓度为3.3 μm，1型糖尿病较正常高5~6倍，2型糖尿病较正常高2~3倍［3］，由于MGO最初是可逆性地结合到组织中，所以细胞中MGO浓度可能还会更高。

2MGO与动脉粥样硬化

研究发现，MGO能通过各种机制促进AS的发生与发展［4］。MGO主要通过两方面发挥作用：一方面通过非酶促反应生成晚期糖化终产物；另一方面通过直接对蛋白质、脂肪、核糖核酸等进行修饰，损伤细胞结构和功能，在AS中起重要作用。

2.1晚期糖化终产物晚期糖化终产物（advanced glycation endoproducts，AGEs）是醛类物质（乙二醛、MGO和葡萄糖醛酮）与半胱氨酸、精氨酸或赖氨酸的巯基或氨基经过非酶促反应生成。有不少研究表明，AGEs促进AS的发生，机制可能与氧化应激、血小板粘附、炎症、平滑肌细胞增殖和脂质修饰等有关。Sudesh等［5］发现AGEs能与其受体（RAGE）结合，改变许多细胞蛋白的功能，如钙通道、抗氧化酶、受体或结构蛋白等，导致内皮损伤、炎症反应和氧化应激。Rojas等［6］研究发现，AGEs能抑制内皮细胞氮氧化物合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）活性，降低一氧化氮(nitric oxide，NO)的形成，NO生成减少是内皮功能损伤的主要标志，同时AGEs能增加超氧化物形成及促进磷脂酰丝氨酸分泌，活化凝固因子，导致血小板粘附［7］。AGEs主要通过两个途径导致内皮损伤：首先，与细胞外基质蛋白交联，使动脉变硬阻碍血管重建，同时吸引其他大分子聚集在此［8］；其次，通过与RAGE结合，扩大和传递炎症和粘附因子，进一步促进AS的发展［4］，所以AGEs能通过损伤血管内皮促进AS形成。

2.2低密度脂蛋白低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）是一种血浆脂蛋白，在AS中起重要作用。Bronwyn E等［9］用MGO或羟乙醛与LDL共孵育0~24 h，发现胆固醇酯和载脂蛋白B100（apo-B100）在人巨噬细胞中大量沉积，呈时间依赖性；抗CD36抗体和清道夫受体A的阻滞剂（岩藻质）能明显逆转MGO的这种作用。Brown等［10］也发现MGO修饰的LDL能促进胆固醇酯的合成，并在小鼠巨噬细胞中沉积，诱导泡沫细胞的形成；同时还发现MGO在对LDL糖基化时，也能对LDL进行氧化，可能与氧化型低密度脂蛋白的形成有关［9］。Thorpe等［11］报道MGO能对LDL和apoB的赖氨酸、精氨酸的N-端残基或半胱氨酸的巯基进行修饰形成加合物，巨噬细胞识别这些异常的LDL，进行吞噬，诱导泡沫细胞形成，同时释放细胞因子，加速AS的形成。

2.3胰岛素抵抗胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）是AS发生的高危因素。兴奋胰岛素受体正常能活化两个级联反应：第一，通过磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K），导致葡萄糖摄取及释放NO降低；第二，激活MAPK通路介导生长因子样途径，引起细胞增殖、分化及炎症反应［12］。Bansilal-等［12］研究表明，MGO糖化胰岛素能导致胰岛素功能改变，一方面下调抗动脉硬化的PI3K途径；同时激活促动脉硬化的MAPK途径，导致内皮损伤。Loreto等［13］研究也表明，MGO可通过氧化应激减少细胞外信号调节激酶的磷酸化，导致胰岛β细胞凋亡和信号损伤。Jia等［14］通过体外实验发现，MGO能对胰岛素β-链内的精氨酸进行修饰，显著降低脂细胞和骨骼肌细胞的葡萄糖摄取及降低肝细胞清除修饰的胰岛素，导致胰岛素自分泌异常。Randell等［15］发现，在胰岛素抵抗的条件下，MGO能改变受体蛋白，降低NO的形成，使血管舒张受阻并使内皮细胞失去保护。这些都表明，MGO能通过胰岛素抵抗起作用。

2.4影响酶活性加速斑块形成与不稳定基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一种内肽酶家族成员，具有降解细胞外基质的作用，与组织重塑、平滑肌细胞迁移和斑块破裂有关。这些MMPs酶，特别是MMP-2和MMP-9在动脉粥样硬化中发挥重要作用，已发现泡沫细胞是MMPs的重要来源。Visse R等［16］通过实验表明，MGO在腹膜损伤模型中能明显增加MMP-2浸润，同时MMPs具有许多潜在的糖化位点，单纯MMP-9就有48个精氨酸和22个赖氨酸残基，MGO通过这些糖化位点直接对其进行修饰，改变其结构，促进MMPs的活化，从而促进AS形成。

半胱氨酸蛋白水解酶是一种血管细胞外蛋白降解酶，属于木瓜蛋白酶家族成员，包含组织蛋白酶。这些酶通常降解胞内蛋白，在溶酶体中发挥重要作用［17］，但巨噬细胞、平滑肌细胞和内皮细胞等能在胞外释放这些酶，从而导致斑块蛋白分解，影响斑块的稳定。研究发现在AS中，组织蛋白酶K、S、V表达上升。而Zeng等［18］体外实验发现，MGO和乙二醛能在半胱氨酸残基的活化位点形成加合物，抑制巨噬细胞组织蛋白酶B、L、S的表达，导致斑块的不稳定。

2.5细胞因子AS是一种炎症性疾病，MGO可通过与细胞作用，分泌细胞因子，影响AS的发展。Rabbani等［19］体外实验表明，MGO和乙二醛能诱导血小板衍生的生长因子(platelet derived growth factor，PDGF)受体变形及促有丝分裂功能改变，而在糖尿病载脂蛋白E缺失的小鼠动脉粥样硬化损害中也发现相同的PDGFR变形［19］，表明MGO和乙二醛在体内能发生相同的功能障碍。Che等研究［20］发现，MGO能通过激活基因转录，诱导肝素结合表皮生长因子mRNA水平，诱导肝素结合表皮生长因子，表明MGO可通过诱导肝素结合表皮生长因子，参与AS的发展。近年，Bhattacharyya等［21］发现，MGO可通过激活NADPH氧化酶和诱导型一氧化氮合酶，提高巨噬细胞分泌干扰素-γ （IFN-γ）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）。TNF-α、IFN-γ都是Th1细胞因子，能进一步促进Th1、巨噬细胞活化，导致Th1过度激活，在AS中起重要作用。

树突状细胞（DCs）是目前所知的功能最强的专职抗原递呈细胞，也是唯一能够激活初始T淋巴细胞的抗原递呈细胞。Ge等［22］发现晚期糖化牛血清蛋白可诱导DCs成熟。进一步用晚期糖化牛血清蛋白刺激过的DCs与外周血T细胞进行混合实验，发现T细胞分泌Th1型细胞因子IFN-γ、白介素-12。同样Hilmenyuk［23］用100 μM AGE-糖化卵白蛋白（AGE-OVA）处理外周血（PBMCs），发现AGE-OVA能明显促进DCs的成熟，同时IL-6、IFN-γ分泌增多。但Price等［24］研究发现，500 μM MGO-糖化肽处理外周血（PBMCs），发现MGO-糖化肽能阻止DCs和单核细胞成熟标志CD83的表达，并减弱DCs刺激T细胞增殖、分化；同样把外周血分离的T淋巴细胞与此混合物共孵育，显示分泌的细胞因子也显著降低。这可能与不同的作用浓度，不同细胞有一定关系，需待进一步研究明确。

3问题与展望

综上所述，MGO能通过直接或间接作用促进AS的发生与发展，所以大家在积极探索研究减少体内MGO的方法，虽然体外实验应用NAC和氨基胍能明显抑制MGO的作用，但临床中使用抗氧化剂预防和治疗糖尿病并发症的作用有限。研究显示，MGO的新型清除剂［25］，及过表达乙二醛酶可明显减少高糖毒性，减少MGO对机体的损伤［26］，这些都为AS的防治提供一种新思路。

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【收稿日期】2011-03-14

(本文编辑:郎威)

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