羰基糖尿病(糖的羰基反应)

• 1、糖尿病杀手：晚期糖基化终末产物（AGE）
• 2、西班牙巴利阿里群岛大学 Miquel Adrover团队报道导致过量丙酮醛可能是导致糖尿病相关神经变性病的分子机制
• 3、请查收！糖尿病周围神经病变的生物学标志物研究新进展

糖尿病杀手：晚期糖基化终末产物（AGE）

AGEs是以蛋白质、脂肪及核酸的氨基和还原糖（葡萄糖、果糖、戊糖等）为原料，发生非酶催化反应，生成的稳定的共价化合物。AGEs在体内的积聚引发糖尿病的各种并发症。血管的基质成分胶原蛋白糖基化并交联；LDL与AGEs形成AGEs-LDL后，LDL的清除受障碍，体内脂质增加；内皮下单核细胞受体与AGEs结合，单核细胞分泌细胞因子都会增加血管粥样硬化发生的机会。

催化反应生成的稳定的共价化合物术 语晚期糖基化终末产物 结 构高度异质性晚期糖基化终末产物 (advanced glycation end products，AGEs）晚期糖基化终产物是一组在蛋白质 、脂肪酸或核酸的氨基基团与还原糖的醛基之间发生非酶性糖基化反应 (又称 Maillard反应）所形成的一系列具有高度活性终产物 的总称 ，其结构具有高度异质性。

该反应又称为Maillard反应。其具体形成过程如下：①大分子末端的还原性氨基与葡萄糖等还原糖分子中的醛基进行加成形成可逆的Schiff bases，反应迅速且高度可逆。形成的Schiff bases的数量主要取决于葡萄糖的浓度，当葡萄糖被清除、浓度下降时，Schiff bases将在数分钟内发生逆转;②经数天后，不稳定的Schiff bases逐渐发生Amadori重排反应并形成相对稳定的醛胺类产物，此过程发生得较为缓慢，但快于其逆反应，因此Amadori产物能在蛋白质上积聚，并在数周内达到平衡。Amadori产物的数量与葡萄糖的浓度相关。上述两过程的产物统称为早期糖基化产物；③Amadori产物再经过一系列脱水和重排反应产生高度活性的羰基化合物，例如α-乙二酸，3-脱氧葡萄糖醛酮和丙酮醛等。其能同蛋白质的自由氨基反应生成AGEs。生成的AGEs能够跟相邻蛋白上游离的氨基以共价键结合形成AGEs交联结构。AGEs及其蛋白加成产物是很稳定且不可逆的。另外在巨噬细胞、系膜细胞、内皮细胞等许多细胞表面有AGEs的受体RAGE，可以与AGEs结合形成AGE-RAGE，从而激活细胞内信号途径，启动细胞内一系列反应。单核巨噬细胞可以摄取AGEs将其降解为AGEs多肽，该过程可能是通过非特异性结合后的内吞方式进行的，单核细胞还可以通过分泌细胞因子激活细胞外溶蛋白系统。因此血浆中的AGEs通常以AGEs多肽的形式存在，降解形成的AGEs多肽正常情况下主要依靠肾脏清除[1]。

AGEs在体内的积聚引发糖尿病的各种并发症。血管的基质成分胶原蛋白糖基化并交联；LDL与AGEs形成AGEs-LDL后，LDL的清除受障碍，体内脂质增加；内皮下单核细胞受体与AGEs结合，单核细胞分泌细胞因子都会增加血管粥样硬化发生的机会。正常情况下，单核巨噬系统通过内吞方式清除作为衰老标志的糖基化结构并分泌细胞因子刺激新基质合成，糖尿病及肾衰时，体内AGEs含量极高，生长因子的分泌过度，就会造成血管增生、系膜增生、肾小球肥大；系膜细胞在摄取和降解AGEs的同时会合成和分泌基质成分，AGEs含量过高时基质成分过度增加，这些都与糖尿病肾病的发生相关[1]。层粘蛋白发生糖基化后，其与基质成分（如胶原、硫酸、肝素蛋白质糖苷）的结合力将下降。硫酸肝素蛋白糖苷被糖基化将影响其作为阴离子屏障。神经髓鞘的成分发生糖基化可能与Alzheimer病的发生有关[2]。晶体蛋白发生糖基化与白内障的发生相关[3]。单核巨噬细胞分泌的细胞因子还会产生其他影响，其中TNF-α、IL-1参与炎症反应，促进溶组织蛋白酶的和成及分泌,IGF-1刺激间质细胞的生长，PDGF为血管平滑肌致分裂原，可以介导系膜细胞基质的合成。AGEs与内皮细胞表面受体的结合使内皮层的通透性增加，增加血栓的形成机会，降低血管的舒张功能。

如今减少AGEs的药物主要用于减少交联的形成，氨基胍是研究最多的一种AGEs抑制剂。氨基胍是一种小分子亲核性肼类化合物，具有抗氧化性，能够消灭羟自由基并切断AGEs的交联，还能降低胆固醇和三酰甘油的含量，减少外源AGEs在体内的堆积，其主要从两方面发挥作用：①氨基胍的一个氨基能与Amadori产物中的还原性羰基发生加成反应形成一种不活跃的物质，消除羰基，阻止Amadori产物进一步重排；②在AGEs形成过程中，Amadori产物需由活性α-二碳基中间体的帮助，而氨基胍末端的两个氨基能与活性α-二碳基中间体结合形成三嗪类化合物，从而阻断Amadori产物向AGEs的变化[4]。但氨基胍及其化合物在临床试验中发现有不良反应，无法在临床实践中应用，故以退出临床研究的舞台。

另一种研究较多的药物为美国Alteon公司的ALT711(4,5-二甲基-3-苯乙酰基噻唑嗡氯化物，DPTC），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。游离出来的蛋白一个带有羧基，一个带有醛基。由于蛋白本身带有具有活性羰基，裂解后可以再次发生交联。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。有专家认为如果在反应体系中加入AGEs的抑制剂，双羰基被裂解后，抑制剂与单羰基反应，这样就无法再发生交联[4]。在Ⅱ期临床试验中ALT711取得了正面的结果，有望应用于临床。

吡哆胺为维生素B6的一种天然成分，研究证明其对AGEs的生成亦具有抑制作用。与氨基胍和ALT711不同，其主要通过对Amadori后的反应（post-Amadori）发挥作用。吡哆胺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 bases,Schiff bases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[5]。通过这种方式，吡哆胺抑制了核糖核酸酶（RNase）与乙二醛或羟乙醛反应，保护了RNase的活性，抑制了赖氨酸残基的修饰。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。吡哆胺对人体的不良反应很小，因此有望成为一种新型的药物。

除上所述，人们还发现了其他AGEs抑制剂，正在进行临床研究的主要有Alteon公司的ALT-462,ALT-486,ALT-946;Novo disk公司的NNC39-0028,Otsuka公司的OPB9195。另外还有像吡哆胺类的常用药肌肽，阿魏酸钠，2,3-二氨基酚嗪，C型利尿钠肽等。

西班牙巴利阿里群岛大学 Miquel Adrover团队报道导致过量丙酮醛可能是导致糖尿病相关神经变性病的分子机制

16 世纪初，帕拉塞尔苏斯提出：“剂量决定毒性”。这个原则可以适用于所有生物体，也适用于它们的器官和细胞。大脑及其胶质细胞和神经元细胞也不例外。即使是那些对脑细胞生命至关重要的小化合物，如果服用过量也会变得非常有毒。其中一种化合物是葡萄糖，大脑从中获得大部分高能量需求，以恢复离子梯度（在突触后电位期间消散）或摄取神经递质。其中大部分被神经元消耗，而神经胶质细胞（主要是星形胶质细胞）仅占能量消耗的 20%。然而，星形胶质细胞摄取的葡萄糖（大约是大脑摄取葡萄糖的一半）高于它们的能量需求。对此的一个可能解释是糖酵解衍生的含有能量的分子转移到神经元，这就是星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭的假设。星形胶质细胞在突触激活期间摄取的谷氨酸会触发葡萄糖摄取（通过它们的葡萄糖转运蛋白1 ）和有氧糖酵解。它的主要产品之一是乳酸，然后转移到神经元，在那里，它通过转化为丙酮酸来产生能量。后来，丙酮酸进一步用于神经元糖酵解。如果星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭假说成立，神经元将优先从乳酸而不是葡萄糖中获取能量。然而，这个想法在某种程度上是有争议的，因为其他数据表明葡萄糖（通过特定的神经元葡萄糖转运蛋白3和4摄取）是神经元的主要（如果不是唯一）能量底物。

来自西班牙巴利阿里群岛大学 Miquel Adrover团队认为，在高血糖状态下，神经元似乎会增加葡萄糖摄取，从而导致葡萄糖代谢受损和丙酮醛过度产生。过量的丙酮醛不能被神经元乙二醛酶系统有效消除，因为在糖尿病下会导致异常高的丙酮醛浓度，从而与神经元细胞质分子发生异常反应，形成晚期糖基化终产物。长寿命蛋白是其主要靶点之一，它们的糖基化会导致物理化学性质的变化和功能障碍，同时也会阻碍蛋白酶体的识别。在某些情况下（如α-突触核蛋白），丙酮醛衍生的晚期糖基化终产物的形成通过形成对神经元致命的有毒可溶性低聚物刺激蛋白质聚集。此外，丙酮醛可能会与神经元膜内叶中的氨基磷脂发生反应，从而改变膜与参与释放神经递质的蛋白质机制的相互作用模式，并改变携带多巴胺的突触小泡的组成。此外，更高的丙酮醛浓度似乎阻碍了细胞中的抗氧化防御，从而导致更高的氧化物种。所有这些有害机制构成了一种强大的毒物学混合物，必须产生严格的神经元损伤。因此，我们可以认为糖尿病将必需的神经元糖酵解转化为二羰基（主要是丙酮醛）的强大来源，二羰基能够破坏生物大分子并干扰精细调节的神经元代谢。

文章在《中国神经再生研究（英文版）》杂志2024年 5月 5 期发表。

文章来源：Uceda AB, Leal-Perez F, Adrover M (2024) Protein glycation: awolf in sweet sheep’s clothing behind neurodegeneration. Neural Regen Res 19(5):975-976. Doi.org/10.4103/1673-5374.385306

请查收！糖尿病周围神经病变的生物学标志物研究新进展

编者按：

糖尿病周围神经病变（DPN）是糖尿病患者最常见的慢性并发症之一，病变可累及神经系统的各个部位，严重影响患者生活质量并增加致残/致死风险，但一直未得到充分诊断和治疗，临床上尚缺乏针对DPN诊断和病情评估的特异性生物学标志物。近期，在中华医学会糖尿病学分会2023年糖尿病神经并发症及相关疾病学术会议上，南昌大学第二附属医院刘建萍教授报告了DPN的生物学标志物研究新进展，为DPN的诊断及治疗拓展了新思路。

刘建萍 教授

南昌大学第二附属医院内分泌科

一、反思DPN管理现状

DPN作为糖尿病最常见的慢性并发症之一，近年来，其防治方案不断完善，如血糖控制、改善生活方式、针对病因和发病机制治疗、止痛药物治疗、针灸治疗、电刺激治疗等。但2022年发布的中国三级医院700万例糖尿病住院患者大型横断面研究显示，无论是1型糖尿病（T1DM）还是2型糖尿病（T2DM）患者，DPN比例仍显著增加，且逐年增长。

因此，值得我们反思的是，为什么会出现这种情况呢？

一方面，DPN的筛查及诊断手段仍不够精准。例如，临床常规采用的踝反射、振动觉、压力觉、针刺痛觉及温度觉5项检查易受患者主观影响，敏感性及重复性较差。另外，神经传导速度（NCV）检查虽然是目前诊断大纤维DPN的“金标准”，但其检查价格昂贵、操作复杂、检查不适感明显，且不适合小纤维DPN诊断。所以，由于筛查诊断的问题，在日积月累下导致出现更多病情严重的DPN患者。

另一方面，DPN病因和发病机制复杂多样，临床需要综合考量多种因素来制定合适的治疗方案。但实际临床实践中，往往使用比较固定的治疗模式，或者缺乏合适的药物，从而导致患者得不到更好的治疗获益。

二、探寻新的生物标志物

综上原因，我们可以通过探寻DPN更多新的生物标志物，进一步完善筛查与诊断手段，同时也可以为DPN治疗开辟新的途径。

那么，何为生物标志物？生物标志物通常是指能被客观测量和评价，反映生理或病理过程，以及对暴露或治疗干预措施产生生物学效应的指标，多来源于人体组织或体液，可涵盖生理、生化、免疫、细胞和分子等水平的改变。生物标志物是精准医学实施的有力工具，它涵盖的类型多、范围广，是临床中广泛用于诊断、疗效评估和预后预测的重要工具。在有关不同治疗策略的临床研发中，应用不同的生物标志物，可以大大提高研发的成功率。

目前，DPN都有哪些新的生物标志物值得临床关注？总的来说，从DPN的发病机制出发，主要涵盖氧化应激、炎症、非编码RNA、神经组织损伤四大方面。

01

氧化应激

氧化应激标志物包括甲基乙二醛（MG）、超氧化物歧化酶（SOD）、血清总胆红素（TBIL）。

MG是一种主要由糖酵解中间体生成的高活性二羰基化合物，在高血糖条件下大量产生。在盎格鲁、丹麦、荷兰开展的一项观察性、前瞻性队列研究纳入190个全科诊所1533例T2DM患者，随访13年。结果显示，高水平的应激标志物MG是发生DPN的危险因素。

SOD是催化超氧化物转化为过氧化氢和氧的抗氧化酶，可清除氧自由基，保护神经元细胞免受损伤。一项德国前瞻性、横断面研究纳入107例T1DM患者、215例T2DM患者以及37例耐葡萄糖（glucose-tolerant）个体（对照组）。结果显示，SOD与远端对称性多发性神经病变（DSPN）呈负相关。

对于SOD标志物，印度开发了具有高SOD酶活性的钒酸铈（CeVO4）纳米酶，能够催化超氧化物产生过氧化氢和氧气，控制SOD1和SOD2缺失神经元细胞的超氧化物水平，从而恢复线粒体功能，调节ATP水平，保护神经元细胞。未来，CeVO4纳米酶可能成为一种很好的治疗线粒体功能障碍疾病的药物。

TBIL是胆色素的一种，它是血红蛋白及其他含血红素蛋白在体内的代谢产物，过往认为是一种具有细胞毒作用的“代谢废物”。西南医科大学附属医院的一项横断面研究纳入1342例T2DM患者，结果发现TBIL是DPN存在的独立决定因素。

02

炎症

炎症标志物主要包括中性粒细胞与淋巴细胞比值（NLR）、纤维蛋白原（FIB）、脂联素（ADPN）三种。

中性粒细胞是白细胞的主要成分，可分泌大量的炎性细胞因子，导致周围神经组织损伤；而淋巴细胞可通过免疫途径调节炎症反应。复旦大学附属华山医院的一项回顾性研究纳入511例T2DM患者，结果显示NLR≥3.9与DSPN的特异性为95%。此外，南方医科大学珠江医院的一项回顾性研究纳入557例新诊断T2DM患者，结果显示NLR与DSPN独立相关。

FIB是由肝细胞合成和分泌的一种糖蛋白，目前被定义为一种神经毒性蛋白，可以激活小胶质细胞，介导神经炎症反应，损伤各种神经细胞，并抑制神经再生和再髓鞘化。美国全国女性健康研究纳入1910例参与者，结果显示，FIB每增加100 mg/dl，周围神经病变患病风险增加1.28倍。另外，福建医科大学第二附属医院等医院的一项前瞻性观察性临床研究纳入561例T2DM患者，结果显示FIB功能指数是DPN的潜在生物标志物。

关于FIB标志物，日本研发了可以精准降解FIB的药物巴曲酶，其可改善高凝、高黏状态和微循环障碍。该药物被纳入DPN 2021年新版共识中，推荐首次剂量10 BU，之后隔日给药5 BU，30 BU为1个疗程，可有效改善麻木、冷感等症状及神经传导速度，安全性较好，偶见注射部位止血延迟。

ADPN是脂肪细胞分泌的一种内源性生物活性多肽或蛋白质，是一种具有抗炎效应的保护性脂肪细胞因子。中国医学科学院北京协和医院的一项横断面研究纳入219例T2DM患者，结果显示，ADPN与DSPN呈正相关，独立于多种混杂因素。

03

其他

在另外两大类生物标志物中，非编码RNA包括微小RNA（miRNA）、长链非编码RNA（lncRNA），神经组织损伤标志物包括神经元特异性烯醇化酶（NSE）、磷酸化神经丝重链（NFH）。但由于这两类标志物的研究大多仍处于基础或动物研究阶段，因此不再详细赘述。

三、总结

总而言之，理想的DPN标志物应易于检测、无创、灵敏度高、特异性强，但截至目前尚未发现单一的生物标志物可用于DPN的精确诊断及病情评估，或许尝试联合应用不同的生物标志物值得进一步探讨。DPN病因和发病机制复杂多样，仍需继续深入探索更多的生物标志物，完善更多的治疗手段，如基因和再生医学、靶向性地研发新的药物，为DPN治疗开辟新的方向。