晚期糖基化终末产物(AGEs)是导致糖尿病心血管并发症的重要影响因素。经过深入研究和探讨，发现AGEs对血管平滑肌细胞(VSMC)的病理生理学作用是其中关键之一。在此过程中，AGEs与存在于VSMC膜表面的受体(RAGE)结合，导致了一系列促炎症和促血栓形成反应。了解其中机制并发现拮抗抑制剂，有助于指导我们临床的预防和治疗。本文就AGEs及RAGE对VSMC作用机制予以综述。
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动脉粥样硬化在糖尿病患者的心血管发病和死亡中起关键作用，而越来越多的证据表明，晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)通过影响血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)的生理功能参与了动脉粥样硬化的发生及进展。虽然一些研究指出AGEs诱导VSMC的增殖、迁移、钙化并干扰其收缩表型，但机制尚未完全明确。AGEs和其在VSMC膜上表达的受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)之间的相互作用有助于产生多种促炎因子，其导致促炎症和促血栓形成途径的活化，并增加动脉粥样硬化的发生。本综述重点讨论了AGEs及RAGE对VSMC作用机制的研究。
AGEs是通过蛋白质、脂质和核酸的非酶促糖基化和氧化反应(又称"Maillard反应")产生的异质分子复合物。该反应生成不稳定化合物"Schiff碱"，"Schiff碱"再经过各种分子重排形成Amadori复合物，最后通过氧化、脱水和降解等反应生成高度稳定的终产物[1]。AGEs还可从食物中获取(外源性AGEs)，特别是已经在高温下加工的食物[2]。
AGEs可结合多种受体，包括RAGE、Ⅰ型和Ⅱ型清道夫受体、CD36、AGE-R1、AGE-R2和galectin-3等。其中，最重要的RAGE属于免疫球蛋白超家族的多配体受体，可与其配体共表达，并已证实其启动子具有核因子κB(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB)结合位点。此外，人的RAGE基因可以产生多种异构体，其中缺乏C端跨膜区和胞内域序列的异构体称为可溶性RAGE(soluble receptor for advanced glycation end products，sRAGE)，由胞内分泌或由基质金属蛋白酶剪切而成，可与RAGE竞争配体，因此具有拮抗RAGE的作用。RAGE高表达于血管组织内皮细胞、单核细胞和平滑肌细胞中，而其中大部分存在于平滑肌细胞[1]。
VSMC是血管壁的主要细胞组分之一，大多数VSMC具有高分化的机械收缩功能和极低的增殖速率。其高度的可塑性能对环境刺激做出反应，从分化表型转化为去分化状态，从而发挥不同的作用。如主动调节血管紧张和动脉重构，修复损伤血管等[3]。在VSMC的表型转换期间，增殖、迁移速率和细胞外基质的产生均上升，导致了多种心血管疾病的发展，包括动脉粥样硬化、高血压等[4]。已有研究表明，内皮中大量存在的VSMCs在动脉粥样硬化形成的早期阶段起关键作用。这些迁移到内膜中的VSMC表现出异常增殖并产生大量的细胞外基质，导致在动脉粥样硬化病变中纤维帽的形成[5]。
已有研究表明，AGEs和糖尿病的大血管、微血管并发症之间呈正相关性。AGEs主要通过3种机制介导其组织效应：交联细胞外蛋白质，影响组织机械性能；交联细胞内蛋白质，改变其生理功能；以及最主要的方式，与其细胞表面受体结合以诱导多种细胞内信号级联[1]。许多研究报道称，AGEs可诱导VSMC的增殖[4,6]、迁移[7]和钙化[2,8]等，从而增加活性氧物质的产生，降低一氧化氮的生物利用度和上调各种细胞因子或生长因子的产生[9]。血浆中的循环AGEs可以激活存在于VSMC上的RAGE[3]。AGEs与RAGE特异性结合的机制可诱导大范围的信号传导途径，触发炎症反应，引起动脉粥样硬化形成和血管收缩，导致冠状动脉硬化和血栓形成，对血管造成严重损害[1]。RAGE的活化作用还可以干扰VSMC的收缩表型，改变其机械性质和功能[3]。
AGEs可直接刺激细胞内活性氧(reactive oxygen species，ROS)的增加，也可通过与RAGE结合激活中心靶点NADPH氧化酶而触发ROS的生成，诱导VSMC的增殖。NADPH氧化酶抑制剂DPI可以抑制AGEs诱导下的ROS生成[1]。sRAGE也可显著抑制NADPH氧化酶的表达。一氧化氮(nitric oxide，NO)具有抑制VSMC增殖和迁移的作用，AGE和RAGE信号传导刺激超氧化物的产生，其可以进一步增强氧化应激效应并使NO的生物利用度受损[10]。AGE与RAGE相互作用活化了p21ras及有丝分裂原活化蛋白激酶(mitogen-ctivated protein kinase，MAPK)，促使细胞外信号调节激酶1、2(extracellular signal-regulated kinase1/2，ERK1/2)和p38磷酸化[1,11]，并激活GTP酶Cdc42和Rac，最终诱导激活NF-κB从细胞质到细胞核的移位。同时，NADPH氧化酶介导的氧化应激产生ROS也可激活NF-κB，其是AGE/RAGE信号传导的关键靶点，可诱导各种促炎症和促凝血细胞反应[10]，包括血管细胞粘附分子-1(vascular cell adhesion molecule 1，VCAM-1)、细胞间黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、内皮素-1(endothelin-1，ET-1)、E-选择素(E-selectin)、白细胞介素1α(interleukin 1α，IL-1α)和白细胞介素6(interleukin 6，IL-6)等多种促炎因子[1,10]。同时，RAGE表达也受RAGE依赖性NF-κB活化的正调控[3]。最新研究表明，AGEs可通过上调BAG3表达来增加ROS的产生，促进VSMCs的增殖和迁移[12]。AGEs通过MAPK途径诱导ERK活化，增加Na＋/H＋交换体-1(Na＋/H＋ exchanger-1，NHE1)的活性，引起细胞内H＋水平下降，Na＋水平增加，从而促进Ca2＋进入细胞内，促进平滑肌细胞的增殖[13]。AGEs与RAGE相互作用，使鞘氨醇1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)诱导的细胞内Ca2＋增加，活化钙调神经磷酸酶(calcineurin，CaN)，激活T细胞的核因子(nuclear factor of activated T-cells，NFATc)而诱导VSMC的增殖[14]。肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)的启动子中具有四个NF-κB位点，NF-κB会诱导TNF-α的表达，而sRAGE可减弱TNF-α表达[10]。活化的NF-κB还可结合在SHP2启动子上，导致SHP2表达增加，并最终诱导VSMC增殖[15]。已有研究表明，夹竹桃麻素可通过减少NF-κB从而降低由AGEs诱导的VSMC增殖的发生率，这或可成为糖尿病血管并发症的治疗方法[16]。血管紧张素Ⅱ诱导的VSMC增殖与ERK1/2，JNK1/2和p-38的磷酸化增加相关[1,6]。
此外，AGEs还可通过抑制细胞自噬的方式诱导VSMC的增殖[4,9]。ERK和Akt信号通路中，ERK使Gα相互作用蛋白(Gα interacting protein，GαIP)磷酸化以加速GTP水解从而加快自噬的速率，而PI3K/Akt/mTOR通路负调节VSMC的自噬[9]。CatD是最丰富的溶酶体蛋白酶之一，直接参与自噬的过程。AGEs通过增加LC3-Ⅱ转换和p62表达从而降低了CatD的表达，抑制自噬[4]。
脂质运载蛋白2(lipocalin-2，LCN2)是脂蛋白家族成员中的一种24 kDa的糖蛋白[17]。AGEs诱导LCN2的表达使人类VSMC的迁移性能增加。AGEs通过RAGE-NADPH氧化酶-ROS通路使LCN2的表达增强，导致VSMC中PI3K-Akt和JNK的磷酸化。而shRNA通过抑制LCN2的表达可以减弱AGEs诱导的VSMC的迁移。AGEs还可激活CCAAT/增强子结合蛋白β(CCAAT-enhancer-binding protein β，C/EBPβ)诱导人VSMC中的LCN2表达[7]。此外，RAGE/配体相互作用上调各种细胞因子和生长因子如TNF-α和PDGF。AGEs的VSMC迁移被抗体TGF-β显著抑制[6]。
AGEs可以加速细胞内钙离子沉积，影响骨蛋白和骨细胞分化，使骨代谢失衡，促进VSMC钙化。AGEs与RAGE相互作用，使β-链蛋白的表达增加，钙粘蛋白E的表达下降，活化wnt/β-连环蛋白信号通路，促进OPG蛋白的表达，促进VSMC的钙化[8]。活化的RAGE还可通过ERK1/2和p38 MAPK途径的激活引起VSMC的成骨分化AGEs，诱导VSMC的钙化[18]。此外，NADPH氧化酶激活生成的ROS也在其中发挥重要作用[19]。CML/RAGE信号可刺激平滑肌细胞从收缩表型到成骨表型的转化，增加钙盐的沉积。CML可以有效诱导A7r5钙化，并需在高脂质、细胞凋亡(巨噬细胞)共存条件下诱导骨形态发生蛋白2-核结合因子(α-1-碱性磷酸酶)的钙化级联[2]。AGEs还可在体外通过激活NF-κB而下调IGF1R的表达[20]和RAGE/氧化应激途径[21]促进VSMC钙化。另外，很重要的一点，VSMC在纤维化区域，特别是片状/层状钙化区域，以稳定的模式表达半乳凝素-3。而半乳凝素-3可对Wnt /β-联蛋白进行直接调节。还有报道称，半乳凝素-3由来自CEA标本的VSMCs表达[22]。另外，越来越多的证据表明，钙化与炎症之间存在相互影响的双重关系。响应于炎症刺激的初始钙沉积导致斑点或颗粒钙化(称之为"微钙化")的形成，这又将诱导进一步的炎症反应，这种恶性循环促进血管的斑块破裂，从而促进血管钙化和动脉粥样硬化。调节这种循环反应的相关物质主要为RAGE和半乳凝素-3，半乳凝素-3通过上文提到的对Wnt /β-联蛋白的调节，促进成骨转化，形成均匀或片状钙化(称之为"大钙化")；而RAGE可促进和延长炎症反应，从而使VSMC释放凋亡小体和基质小泡(MV)，其内的初始钙沉积导致了"微钙化"的形成。这两种方式引起损伤的蔓延并可破坏组织修复。RAGE配体S100A12的VSMC靶向表达导致钙化结节增加并且促进斑块的不稳定性[23]。
VSMC中RAGE的活化可干扰VSMC的收缩表型从而修饰其机械和功能性质，由此成为糖尿病相关血管并发症发展中的关键组成部分。VSMC分化依赖于适当水平的平滑肌收缩基因的表达，而增殖的VSMC表现出这些基因的表达水平降低。VSMC通过表达不同的基因和表型来应对环境中的机械力。VSMC的收缩表型的主要调节剂是血清应答因子(serum response factor，SRF)，其在许多收缩相关基因的调节中起关键作用，以此维持VSMC收缩功能。此外，收缩相关转录因子(myocardin related transcription factor，MRTF)、心肌素(myocilin，MyoC)、小GTP酶(如RhoA)也参与调节过程。精氨酸抗利尿激素(arginine vasopressin，AVP)是已知诱导VSMC收缩的血管活性激素，RAGE的活化功能可降低VSMC对AVP的响应。RAGE诱导增加VSMC中NF-κB的活性，其与VSMC收缩的调节剂(包括SM-α-肌动蛋白，MyoC和SM-22α)的蛋白水平降低相关，并可进一步导致细胞收缩相关信号(即钙的增加和MLC的磷酸化)和机械收缩之间的解耦联。细胞刚性是机械感受态细胞的重要表型特征，它影响细胞收缩、迁移和增殖的能力。AGE依赖性RAGE信号传导可增加VSMC的细胞刚性，其可能与肌球蛋白活性增加有关[3]。
越来越多的证据表明，AGEs可促进动脉粥样硬化和微血管疾病的发展，因此对心血管疾病发病和死亡的研究有重要意义。AGEs通过与其受体RAGE结合，激活氧化应激、MAPK等多种途径，刺激其下游的信号传导，从而对VSMC造成损伤，导致多种血管病变。治疗剂的研究主要集中于抑制AGEs或RAGE形成或阻止AGEs-RAGE相互作用。例如早期的研究，氨基胍、ALT-711、ALT-462等可破坏AGEs的交联，他汀类的抗氧化作用可抑制毒性AGEs中释放反应蛋白C；新近的研究表明，替米沙坦可通过激活6PPAR-γ从而降低RAGE的表达。而一些天然物质如白藜芦醇可抑制AGE诱导的血管平滑肌细胞中的胶原增殖，双膦酸盐抑制AGEs介导的炎症反应，并且最终在糖尿病血管并发症的初期抑制ROS形成。此外，sRAGE及其配体可有效地抑制AGE和RAGE之间的相互作用，也是有希望的治疗剂之一。因此，若能更好地了解AGEs对VSMC的作用机制，并找到抑制其发生发展的办法，将有助于我们更好地找到预防和治疗糖尿病心血管并发症的靶点。
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