董肖肖 許凱月 劉建鳳 鄭少雄

1承德醫(yī)學(xué)院附屬滄州市人民醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科 061000;2天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院內(nèi)分泌科 300211

當(dāng)今世界上約4.25億糖尿病患者，全球衛(wèi)生支出的12%用于治療糖尿病[1]。而肥胖的患病率也在過去30年飛速增長(zhǎng)。2013年，5歲以下兒童超重達(dá)4 200萬。2014年，在18歲或18歲以上的成年人中，有11%的男性和15%的女性肥胖，全球肥胖率正在上升并且呈年輕化的趨勢(shì)[2]。20世紀(jì)末一系列研究探討了甲基乙二醛(MG)系統(tǒng)在糖尿病個(gè)體和動(dòng)物模型中的作用。最新研究發(fā)現(xiàn)，MG可成為肥胖及糖尿病患者治療的新靶點(diǎn)。本文就MG及其相關(guān)的研究進(jìn)展作一綜述。

1 MG的來源及測(cè)定

MG是一種二羰基化合物，分為內(nèi)源性和外源性。內(nèi)源性的MG來自于糖酵解、糖異生和糖原合成過程中生成的三磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮。外源性的MG來自于天然產(chǎn)品中，如蜂蜜，特別是經(jīng)過加工的含有食品添加劑的食物，如飲料、咖啡和乳制品等[3-4]。飲用水的臭氧化和氯化也可以產(chǎn)生部分的MG。污染的空氣也是MG的一種外源性來源，例如吸煙是室內(nèi)空氣污染的主要來源。然而，這些外源性的MG是否對(duì)血漿MG水平有重要意義還未完全闡明[5]。

目前測(cè)定血漿MG濃度的方法較多，有ELISA、高效相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(HPLC-MS/MS)、尿液檢測(cè)法等。尿液檢測(cè)法測(cè)定非糖尿病者和糖尿病患者尿樣分析物含量有差異，糖尿病患者M(jìn)G水平更高[6]。通過研究健康個(gè)體及不同糖尿病人群發(fā)現(xiàn)，MG水平約為100 nmol/L～400 μmol/L，不同的分析方法及處理方式也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。目前用于測(cè)量MG最先進(jìn)的技術(shù)是HPLC-MS/MS，估計(jì)健康個(gè)體的血漿MG水平約為132 nmol/L，細(xì)胞中MG水平為1～5 μmol/L[7]。

2 MG的代謝與乙二醛酶(Glo)系統(tǒng)

代謝正常的人體內(nèi)只通過葡萄糖生成少量的MG，并且這些MG很輕易的就能被Glo系統(tǒng)代謝解毒，轉(zhuǎn)化成無毒的乳酸鹽排出體外，不足以產(chǎn)生毒性反應(yīng)，但是在代謝異常和糖尿病患者體內(nèi)，這種不正常的二羰基代謝產(chǎn)物的堆積，會(huì)引起DNA和蛋白質(zhì)重構(gòu)的增多，導(dǎo)致細(xì)胞和組織功能的失調(diào)以及老化與疾病。Glo系統(tǒng)是一種酶促反應(yīng)途徑，依賴谷胱甘肽的催化作用，主要包括Glo1和Glo2。MG與谷胱甘肽反應(yīng)自發(fā)形成半硫縮醛加合物，在Glo1催化下形成中間產(chǎn)物SLG。Glo2催化SLG轉(zhuǎn)化成d-乳酸。生成的乳酸鹽由線粒體乳酸脫氫酶在人體組織中代謝。血漿乳酸鹽的增加可以客觀反映MG形成的增加。糖酵解的代謝產(chǎn)物磷酸二羥丙酮、3磷酸甘油醛可以通過非酶促反應(yīng)或水解反應(yīng)生成MG。Glo途徑并不會(huì)降低谷胱甘肽活性并產(chǎn)生氧化應(yīng)激。Glo1的活性與谷胱甘肽的濃度成正比，所以如果細(xì)胞中谷胱甘肽氧化應(yīng)激減少，可能造成Glo1活性的降低[8-10]。

3 MG與肥胖及糖尿病

孔祥等[11]采用HPLC-MS/MS測(cè)定血漿MG的濃度，發(fā)現(xiàn)1型和2型糖尿病患者血漿MG濃度顯著高于正常受試者。國外有測(cè)定結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，與代謝正常者相比，肥胖者的血漿MG濃度可增加2倍，1型糖尿病患者血漿MG濃度可增加5～6倍，2型糖尿病患者血漿MG濃度可增加3～4倍，而與此相對(duì)應(yīng)的二羰基應(yīng)激的程度也隨著血漿MG濃度的增加由輕微到中等最后進(jìn)展到嚴(yán)重[12]。另有研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者血漿MG濃度大約是健康人群的1.3倍，糖尿病腎病患者的血漿甲基乙二醛水平升高3.7倍，而且MG水平隨著疾病的發(fā)展而增加[7]。

2018年歐洲EASD大會(huì)上Lin發(fā)言提到，糖尿病患者可以通過脂類分解、糖酵解以及蛋白質(zhì)水解等方式使MG水平升高。MG可以與蛋白質(zhì)和DNA生成晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)，AGEs與其細(xì)胞表面受體結(jié)合，激活胞內(nèi)炎性信號(hào)通路并形成活性氧簇。這種不可逆的AGEs聚集是糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)生的重要原因。MG作為一種高反應(yīng)性的二羰基化合物，通過直接的誘發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，使細(xì)胞內(nèi)活性氧簇水平增加，直接干預(yù)線粒體的ATP生成，導(dǎo)致細(xì)胞的代謝紊亂與凋亡。MG在體內(nèi)通過非酶糖化作用與蛋白質(zhì)、DNA形成共價(jià)化合物，生成果糖胺、AGEs等化合物，產(chǎn)生細(xì)胞毒性，MG能滅活A(yù)TP酶和糖酵解途徑的關(guān)鍵酶，從而選擇性抑制糖酵解和細(xì)胞線粒體呼吸，證實(shí)了MG修飾蛋白質(zhì)變異與其細(xì)胞毒性密切相關(guān)(圖1，封3)[13]。

EASD大會(huì)上Lin等設(shè)想MG會(huì)影響小膠質(zhì)細(xì)胞極化并調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，增加細(xì)菌脂多糖及干擾素-γ的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤壞死因子-α、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、主要組織相容性復(fù)合物-Ⅱ型、白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-6、IL-12、IL-23等的表達(dá)。當(dāng)IL-4及IL-10表達(dá)增加時(shí)可以促進(jìn)抗炎因子如精氨酸酶1、CD206/Mrc1、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β、Ym、IL-10及IL-1受體等的表達(dá)(圖2，封3)[13]。

正常的MG和AGEs可以經(jīng)腎臟排泄，但腎臟受損后外源性的MG對(duì)糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生也有一定影響，升糖指數(shù)高的食物可能有較大的影響，至少部分是由MG介導(dǎo)的作用[14]。因此可以認(rèn)為，與持續(xù)性高血糖相比，血漿MG的水平與糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。在糖尿病及代謝受損人群高血糖的內(nèi)環(huán)境下，血漿MG濃度也會(huì)相應(yīng)增加，高M(jìn)G濃度可引發(fā)蛋白質(zhì)和核酸修飾以及細(xì)胞毒性，導(dǎo)致患者糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生危險(xiǎn)增加[15]。MG與糖尿病患者和代謝受損人群的心血管并發(fā)癥的發(fā)生至關(guān)重要[16]。并且是糖尿病腎病發(fā)生、發(fā)展過程中的一個(gè)重要危險(xiǎn)信號(hào)[17]。糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生與AGEs導(dǎo)致的細(xì)胞損傷有關(guān)。3-脫氧葡萄糖醛酮(DG)和MG都可以直接作用于神經(jīng)元，導(dǎo)致糖尿病周圍神經(jīng)病變和認(rèn)知功能障礙。也有研究發(fā)現(xiàn)，在成人非酒精性脂肪性肝病患者血清中MG衍生的高級(jí)糖化終產(chǎn)物(MG-H1)的血清水平與體重指數(shù)顯著正相關(guān)[18]。研究發(fā)現(xiàn)，高血糖、炎性反應(yīng)激活、氧化應(yīng)激、尿毒癥、老化及Glo1的降低都是使MG升高的重要因素，MG升高也會(huì)導(dǎo)致糖尿病、肥胖、高血壓及動(dòng)脈粥樣硬化等疾病的發(fā)生，也可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害如阿爾茲海默病、帕金森病等，還可能為癌癥發(fā)生的危險(xiǎn)因素以及激發(fā)炎性反應(yīng)(圖3，封3)。

4 阻止二羰基應(yīng)激的治療劑

Glo1可以解毒具有細(xì)胞毒性的MG，是MG解毒反應(yīng)中的限速酶，因此增加Glo1的表達(dá)，可以抑制AGEs的生成，減輕二羰基應(yīng)激和減緩肥胖、相關(guān)胰島素抵抗以及預(yù)防糖尿病腎病及其他微血管并發(fā)癥的進(jìn)展。Moraru等[19]研究發(fā)現(xiàn)，敲除果蠅表達(dá)Glo1的基因后，MG水平會(huì)明顯升高，同時(shí)表現(xiàn)出2型糖尿病的特征：胰島素抵抗、肥胖和高血糖。Glo1誘導(dǎo)劑能高效催化MG清除，并且糾正糖尿病和肥胖者組織的功能缺陷，縮短了Glo1表達(dá)的時(shí)間。Glo1誘導(dǎo)劑的選擇，首先篩選具有飲食活性的復(fù)合物，其標(biāo)準(zhǔn)為：(1)在增加的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)≤5 μmol/L的情況下，對(duì)人主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞和原發(fā)培養(yǎng)的BJ成纖維細(xì)胞沒有顯著毒性。(2)具有減少M(fèi)G糖化或毒化的能力。(3)激活細(xì)胞氧化應(yīng)激的關(guān)鍵因子核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)的同時(shí)，濃度達(dá)到臨床耐受劑量[16]。

研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍、氨基胍和苯甲酰溴化銨可以修飾MG，降低血漿MG水平，緩解糖尿病視網(wǎng)膜病變和糖尿病神經(jīng)病變，但是氨基胍與苯甲酰溴化銨雖然能夠高效的清除MG，達(dá)到解毒的目的，但是其半衰期短且不穩(wěn)定，且胍類物質(zhì)本身就具有較強(qiáng)的毒性，限制了其臨床應(yīng)用[15]。張秋萍等[20]研究發(fā)現(xiàn)，硫辛酸作為一種強(qiáng)效抗氧化劑，與神經(jīng)節(jié)苷脂聯(lián)合可以有效的改善糖尿病患者的氧化應(yīng)激狀態(tài)，阻止蛋白質(zhì)糖化，抑制醛糖還原酶的活性，血漿MG水平明顯降低，同時(shí)硫辛酸與營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)類藥物合用可以提高甲硫氨酸合成酶的活性，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞膜卵磷脂的形成，從而修復(fù)受損的神經(jīng)，提高神經(jīng)傳導(dǎo)速度，但是其對(duì)糖尿病其他并發(fā)癥的影響尚不明確，而且硫辛酸只改善了MG對(duì)氧化應(yīng)激的影響，對(duì)MG與蛋白質(zhì)和DNA生成AGEs并無直接有利的作用。相關(guān)研究證明，精氨酸和富含精氨酸的肽雖然可以阻止MG的二羰基應(yīng)激，但是該反應(yīng)的反應(yīng)性低，且易被降解，催化效率很低。另有異氰酸是一種天然的肉桂酸衍生物，是一種抗糖化劑，經(jīng)過異氰酸的預(yù)處理可以減少M(fèi)G導(dǎo)致的功能障礙和細(xì)胞凋亡，也可以提高Glo1的活性，但尚未進(jìn)行系統(tǒng)的研究[21]。

由反式白藜蘆醇(tRES)和橙皮素組成的Glo1誘導(dǎo)劑發(fā)揮協(xié)同作用可獲得更高的Glo1表達(dá)。tRES通過AMP活化蛋白激酶(AMPK)通路抑制磷酸二酯酶的活化增加NAD+，激活sirtuin-1,從而激活Nrf2。橙皮素可以通過絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(LKB1)激活A(yù)MPK通路，AMPK通過激活蛋白激酶A途徑激活Nrf2,還可以激活酪氨酸激酶上游驅(qū)動(dòng)Nrf2相關(guān)的基因表達(dá)[22]。小腸內(nèi)的葡萄糖醛酸化作用可以使tRES的活性降低，而當(dāng)橙皮素>30 mg時(shí)可以抑制腸道內(nèi)的葡萄糖醛酸化，并且促進(jìn)非結(jié)合的tRES-橙皮素吸收，所以可將tRES-橙皮素的聯(lián)合形式應(yīng)用于臨床研究。

5 Glo1誘導(dǎo)劑的臨床研究

為評(píng)估 tRES-橙皮素二元組合在肥胖和超重的作用，研究選取29名志愿者，行隨機(jī)、對(duì)照、雙盲、安慰劑的交叉性研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與安慰劑相比，口服膠囊(90 mg tRES和120 mg橙皮素)可使全身外周血單核細(xì)胞中的Glo1活性增加27%，使血漿MG濃度減少37%。在超重和肥胖受試者(體重指數(shù)>27.5 kg/m2)中，空腹血糖降低5%，餐后血糖降低8%，肥胖者胰島素敏感性增加，腎小球?yàn)V過率增加3%，尿素水平降低9%[12]。由此可見，Glo1誘導(dǎo)劑可以降低肥胖和糖尿病患者的空腹及餐后血糖水平，增加胰島素敏感性，降低糖尿病腎病的臨床進(jìn)展，在擴(kuò)張血管方面均有較好的獲益，可能會(huì)成為臨床藥物治療的一種新選擇。

6 總結(jié)

二羰基應(yīng)激是一種功能紊亂的代謝狀態(tài)，在肥胖、糖尿病及相關(guān)代謝及血管并發(fā)癥的發(fā)生過程中起著相關(guān)的作用。它與氧化應(yīng)激有內(nèi)在聯(lián)系，可引起蛋白質(zhì)和DNA重構(gòu)的增多，導(dǎo)致細(xì)胞和組織功能的失調(diào)以及老化與疾病。國內(nèi)對(duì)MG知之甚少，本文通過對(duì)MG的來源、代謝、作用機(jī)制及危害等方面進(jìn)行闡述，希望能夠讓學(xué)者充分認(rèn)識(shí)到MG異常堆積的危害。國外正在進(jìn)行藥物臨床試驗(yàn)，為糖尿病代謝及血管并發(fā)癥的治療方面提供新的途徑。新出現(xiàn)的tRES-橙皮素聯(lián)合的Glo1誘導(dǎo)劑可以提高Glo1的活性，對(duì)肥胖及糖尿病患者的代謝及血管并發(fā)癥均有相對(duì)的獲益，1期臨床試驗(yàn)效果相對(duì)較好，期待此種新型的治療方式能夠通過2期臨床試驗(yàn)，早日應(yīng)用于臨床！