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3_脱氧葡萄糖醛酮及其代谢酶与糖尿病的关系

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3_脱氧葡萄糖醛酮及其代谢酶与糖尿病的关系 126 第 1 2 卷 第 7 期 2010 年 7 月 辽 宁 中 医 药 大 学 学 报 JOURNAL OF LIAONING UNIVERSITY OF TCM Vol. 12 No. 7 Jul . ,2010 降低,减轻高灌注、高滤过,其机制与黄芪能使糖尿 病早期肾脏皮质、髓质高表达的诱导型一氧化氮 (iNOS)下调,从而抑制 NO 合成有关。石君华等 [15] 报道,黄芪可明显降低糖尿病大鼠血肿瘤坏死因子 α(TNF-α)水平,改善肾脏病理损害。 4 展 望 糖尿病肾病的早期诊断和...
3_脱氧葡萄糖醛酮及其代谢酶与糖尿病的关系
126 第 1 2 卷 第 7 期 2010 年 7 月 辽 宁 中 医 药 大 学 学 报 JOURNAL OF LIAONING UNIVERSITY OF TCM Vol. 12 No. 7 Jul . ,2010 降低,减轻高灌注、高滤过,其机制与黄芪能使糖尿 病早期肾脏皮质、髓质高达的诱导型一氧化氮 (iNOS)下调,从而抑制 NO 合成有关。石君华等 [15] 报道,黄芪可明显降低糖尿病大鼠血肿瘤坏死因子 α(TNF-α)水平,改善肾脏病理损害。 4 展 望 糖尿病肾病的早期诊断和防治是糖尿病肾病 治疗的关键。上述阐述表明中医药对糖尿病肾病的 防治具有较好疗效,存在着巨大的潜力和前景,但同 时也存在许多亟待解决的问题。如目前中医尚无统 一的糖尿病肾病诊断、辨证分型及疗效评定标 准,也应进一步开展中医治疗 DN 的基础研究。另 外,临床发现的均以Ⅳ期及终末期患者为多,加强 DN 的早期诊疗工作也是重要的课题。在中医理论 指导下,充分利用现代科技手段,中医防治 DN 必将 取得更大的成果。◆ 参考文献 [ 1 ] 倪青 . 著名中医学家林兰教授经验系列之四·病机以气阴两 虚为主,治疗当益气养阴为先——治疗糖尿病肾病的经验 [ J ] . 辽宁中医杂志,2000,27 ( 4 ) :145-146. [ 2 ] 袁爱红,黄哲,吕仁和 . 糖尿病肾病的中西医研究进展 [ J ] . 北 京中医药大学学报,1999,22 ( 3 ) :72-74. [ 3 ] 高阳,李琪 . 刘启庭 . 辨治糖尿病肾病经验 [ J ] . 河南中医, 1997,17 ( 1 ) :31-32. [ 4 ] 魏连波,陈旭红,马志刚,等 . 氯沙坦配合加味六味地黄汤对 老年糖尿病肾病早期尿微量白蛋白排泄率的影响 [ J ] . 中国 中西医结合肾病杂志,2000,1 ( 2 ) :85-87. [ 5 ] 林兰 . 中西医结合糖尿病学 [ M ] . 北京 :中国医药科技出版 社,1999 :395-407. [ 6 ] 江映红 . 中西医结合治疗糖尿病肾病 30 例 [ J ] . 中国医药 学报,2000 ( 1 ) :78. 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The present study indicated that plasma 3-DG levels are markedly increased in diabetic and diabetic complication. It is unknown that the mechanism. 3-DG is responsible for the glycomeatbolism disorder and thereby 3-DG plays an important role in the development of diabetic complication by exerting its ability to from AGEs and other biological activities. Plasma 3-DG levels are increased in diabetic not only by enhanced formation of 3-DG but also its decreased catabolism of 3-DG. This paper reviews the 3-DG,3-DG metabolizing enzymes and their relationship with diabetic . Key words :3-Deoxyglucosone ;glycometabolism ;diabetic complications ;3-Deoxyglucosone metabolic enzyme 127 1 2 卷 辽 宁 中 医 药 大 学 学 报 以及脂类产生巨交联而生成晚期糖基化终产物 (advanced glycation end products,AGEs)[3]。并已知 能通过非酶糖基化(Maillard 反应)、果糖胺 -3- 激 酶(Fructoseamine-3-kinase,F3K)途 径 [4-5] 及 多 元 醇通路 [6] 等多种途径生成,同时也能被 3-DG 代谢 酶脱毒成 3- 脱氧果糖(3-deoxyfructose,3-DF)[7] 和 3- 脱氧葡萄糖醛酸(2-keto-3-deoxyglucosonic acid, 3-DGA)[5]。近来有研究表明,3-DG 与糖尿病 [8] 及 其并发症、衰老 [9] 等多种疾病相关。 1 3-DG与糖尿病并发症 Niwa 等 [10] 对 18 个健康人和 30 个糖尿病人(糖 尿病肾病 :19 个没有,11 个有)进行研究发现,糖 尿病人中的血清 3-DG 浓度高于健康人,而在糖尿 病人中,有肾病的比没有肾病的显示了更高的血清 3-DG 水平。由此推测,3-DG 可能促进了糖尿病肾 小球损坏的进程。Kusunoki 等 [8] 研究表明,糖尿病 患者的空腹 3-DG 血浆浓度明显高于健康对照组, 即使是不伴有尿蛋白异常的糖尿病患者,血清中 3-DG 的浓度也明显增高。进一步观察发现,在糖 尿病患者出现微量白蛋白尿、明显白蛋白尿及并发 视网膜病变时,血清中 3-DG 的浓度可进一步增高。 糖尿病合并外周神经传导速度降低的患者,其 3-DG 血清水平显示更加增高的趋势。研究推测,3-DG 和糖尿病微血管病变之间存在某种因果联系,因为 3-DG 血清浓度的增高发生在微血管病变之前,并且 微血管病变的严重程度与血清中 3-DG 的浓度呈一 定的依赖关系。此外,糖尿病并发症进程在 3-DG 血清浓度显著增高时加速,且这类患者更容易遭受 多重并发症的侵害。 3-DG 的致病机制可能一方面通过其自身的生 物活性影响细胞功能而成,另一方面通过促进 AGEs 的合成,间接促进糖尿病并发症的形成。 Chetyrkin 等 [11] 研 究 发 现 :反 应 性 羰 基 种 类 (RCS)在糖尿病人中呈上升趋势。3-DG 是重要的 生理性的 RCS,其可以损坏蛋白质的功能,包括胶 原蛋白Ⅵ作用于肾小球膜细胞的功能,由此推测, 3-DG 在糖尿病肾病的发病机制中起着重要的作用。 Szwergold 等 [12] 在糖尿病大鼠的晶状体中发现了果 糖 -3- 磷酸(在正常晶状体中无这种物质),它很不 稳定,易分解生成无机磷酸盐和 3-DG。由此推测, 果糖 -3- 磷酸和它的水解产物 3-DG 与糖尿病视网 膜病变有关。 近年的大量研究证据表明,持续高血糖引起体 内多种蛋白质非酶糖基化及由此形成的 AGEs 在糖 尿病慢性并发症的发病机制中起重要作用 [13]。Jono T[14] 首 次 提 出 了 CML [(N-(carboxymethyl)1ysine] 和 3-DG- 咪 唑 酮(imidazolone)是 3-DG 修 饰 的 蛋 白质中形成的主要的 AGEs 结构。Niwa T[15] 用单克 隆抗 - 咪唑酮抗体(AG-1)ELISA 检测发现,糖尿病 患者的红细胞中咪唑酮含量较健康受试者显著增 高。用免疫组织化学法证明,在肾小球系膜基质重 度增生,形成结节状硬化,糖尿病肾病晚期的肾动脉 以及动脉粥样硬化病变部位中,均发现了咪唑酮。 Hammes HP 等 [16] 研究发现 CML 存在于视网膜的神 经胶质和血管中,其在糖尿病大鼠视网膜中的含量 显著升高。咪唑酮仅存在于微血管中,并且分布于 糖尿病视网膜病变后期。结合近年来发现糖尿病 患者血清中 3-DG 水平的增高,以上结果表明,3-DG 可能通过 AGEs 加速了糖尿病并发症的进程。 2 3-DG与糖代谢 在临床糖尿病期发生前,糖代谢紊乱已经发 生,包括高胰岛素血症和 / 或胰岛素抵抗及糖耐 量 减 低。 糖 化 血 红 蛋 白(HbA1c)是 血 红 蛋 白 氨 基与葡萄糖生成的早期糖化产物,这些化合物是 3-DG 的前体,因此这类 Amadori 产物的水平的增 高可能影响 3-DG 水平。糖尿病患者血清 [10]、红细 胞 [17] 中 3-DG 含 量 明 显 高 于 健 康 对 照 组。PAUL J 等 [18] 通 过 观 察 1 型 糖 尿 病 人 的 餐 后 血 糖 漂 移 (postprandial glycemic excursions,PPGEs) 和 餐 后 丙酮醛及 3-DG 水平,发现餐后丙酮醛和 3-DG 水 平的升高与 PPGEs 呈正相关,但是与 HbA1c 无关。 Beisswenger 等 [19] 研究显示 3-DG 和 HbA1c 有显著关 联。Kusunoki 等 [8] 认为这暗示了有相似 HbA1c 水平 的糖尿病人,3-DG 水平有差异。除了美拉德反应之 外,3-DG 还可由其他途径生成,糖基化只是部分预 测了 3-DG 水平。而在 3-DG 代谢中的可能的个体 差异也部分解释了 HbA1c 和血清 3-DG 水平不完全 相关的现象。Hamada 等 [20] 研究发现,血糖控制改善 之后,3-DG 的水平也随之下降,而且 3-DG 与血浆 葡萄糖、HbA1c、果糖胺均存在相互关系,这可能提 示了在糖尿病人血浆中葡萄糖是主要的代谢来源, 而良好的血糖控制有利于避免糖基化和 3-DG 的糖 氧化。Kiho 等 [21] 将 3-DG 与小鼠肝脏中酶提取物孵 育,发现 3-DG 能显著抑制己糖激酶和 6- 磷酸 - 葡 萄糖脱氢酶的活性,并且己糖激酶的活性呈现时间 依赖性和浓度依赖性,而很少影响葡萄糖激酶、葡萄 糖 -6- 磷酸酶以及磷酸果糖激酶的活性。因此推测, 3-DG 可抑制肝脏中葡萄糖的吸收,这可能与加重糖 尿病高血糖有关。 3 3-DG与代谢酶 Reynolds[22] 报道,部分食物的加工和贮存过程 中会产生一定量的 3-DG,如 :牛奶、酱油、大豆酱 等。Kato 等 [23] 用 14C 标记的 3-DG 一次性灌胃大鼠, 观察其在机体内分布代谢的初步研究,结果显示灌 胃 2h 后 14C3-DG 吸收后的分布为 :肝、肾和血清分 别为 0.4%、0.3% 和 0.15% 左右,胃、肠、尿中分别为 3.9%、60% 和 6.4% 左右。提示食物中存在的外源 性 3-DG 可通过口服吸收。而在正常生理情况下, 机体内非酶糖基化反应,多元醇通路及果糖胺 -3- 激 酶(F3K)作 用 途 径,也 能 生 成 3-DG。3-DG 本 身是可逆代谢的,在一些动物的肝脏、肾脏中,植物 如欧芹 [24] 中发现了多种 3-DG 代谢酶,这些酶能够 迅速有效地将 3-DG 代谢为无活性的物质。健康人 体内的 3-DG 含量维持在一个较低的平衡水平 [25]。 Knecht 等 [26] 报道,通过对正常人尿中 3-DG 代谢产 物水平的测定和分析,发现每天人体内生成的 3-DG 是毫克级的,而正常人血清 3-DG 含量代谢是微克 级的,由此推测体内存在强有效的 3-DG 代谢系统 以维持正常 3-DG 水平,即血浆 3-DG 水平不仅与其 生成相关,而且与其代谢能力相关。Takahashi M[27] 发现链佐霉素所诱导的糖尿病大鼠肾脏中 3-DG 还 原酶系中之一(醛糖还原酶)糖基化修饰增加,由此 推测在糖尿病状态下,3-DG 代谢酶可能被糖基化修 饰而影响到 3-DG 的代谢。Kusunoki H 等 [8] 进而提 出这样的“恶性循环”假说 :由于高血糖导致 3-DG 水平增高,依次通过修饰酶而灭活 3-DG 代谢酶,导 111 高亮 111 高亮 128 辽 宁 中 医 药 大 学 学 报 1 2 卷 致糖尿病患者的 3-DG 水平进一步增高。 4 展 望 3-DG 作为一种高反应性的 2- 羰基醛化合物, 通过其本身的直接毒性作用及其快速生成 AGEs 的 能力所致间接效应,而与许多临床疾病如糖尿病及 其并发症相关联,但对其作用机制的认识和临床运 用意义,仍然远不够深入,有待进一步研究。在生理 状态下,人体内 3-DG 的生成与代谢处于动态平衡 中,通常维持在较低水平。而在病理状态下,人体 内 3-DG 的生成与代谢紊乱,主要表现为体内 3-DG 水平增高。体内存在代谢酶系统,其血浆水平的升 高除了与生成相关外,还可能由于代谢酶相对或绝 对的不足所致。3-DG 在体内生成后,是随着血糖和 代谢酶的情况波动还是相对稳定存在,目前还不清 楚。但是 3-DG 水平升高后,一方面可能通过抑制 己糖激酶和 6- 磷酸 - 葡萄糖脱氢酶的活性,来加重 糖尿病高血糖状态。血糖控制改善之后,3-DG 的 水平也随之下降,HbA1c 能反映已往近 3 个月患者 血糖控制状况的平均水平,但是,Kusunoki H[8] 发现 与 HbA1c 相比,3-DG 水平高的病人可能表现出更 快的并发症进程 ;因而与血糖相比,3-DG 水平的升 高可能和糖尿病微血管病变更直接相关。另一方 面,3-DG 可能通过修饰酶而灭活 3-DG 代谢酶,导 致糖尿病患者的 3-DG 水平进一步增高。醛糖还原 酶(3-DG 代谢酶之一)其公认的角色是多元醇代谢 通路的限速酶。大量动物实验和临床研究表明,醛 糖还原酶抑制剂可以有效地改善糖尿病患者聚醇 代谢通路异常,从而达到预防与延缓糖尿病并发症 的目的。研究血清 3-DG 水平与代谢酶的关系,以 及它们是否与糖尿病并发症的发生发展具有直接 的关系,进而探索糖尿病并发症及不良预后的预测 指标,这在临床上具有重要的实际意义。由目前研 究状况提示,控制 3-DG 水平,如抑制 3-DG 生成,或 者提高 3-DG 代谢酶活性而促进其代谢或者直接灭 活 3-DG,可能为相关临床疾病防治的研究提供新 的方向,揭示新的临床运用意义。中医药防治糖尿 病及其并发症在临床上取得了较好的疗效,植物中 也存在 3-DG 代谢酶,那么 3-DG 及其代谢酶可能是 中药的作用靶点,这有待进一步研究证实,为中医 药防治相关疾病及其并发症作用机理研究提供新 的思路。◆ 参考文献 [ 1 ] Kato H,Fayase F,Shin DB,et al. 3-Deoxyglucosone,an intermediate product of the Maillard reaction[ J ] .Progr in Clin Biol Res,1989,304 :69-84. 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