Старение, воспаление и гликирование
doi: 10.3389 / fgene.2017.00187
Site: | Электронный информационно- образовательный портал ВолгГМУ |
Course: | Дисциплина Экспериментальная патобиохимия клетки |
Book: | Старение, воспаление и гликирование |
Printed by: | Гость |
Date: | Saturday, 18 May 2024, 7:19 AM |
Table of contents
1. Резюме
Процесс продвинутого гликирования приводит к генерации и накоплению гетерогенного класса молекул, называемых конечными продуктами продвинутого гликирования или AGE. AGE продуцируются в ускоренной степени при таких расстройствах, как диабет, почечная недостаточность, воспаление, нейродегенерация и старение. Кроме того, AGE присутствуют в пищевых продуктах и табачных изделиях. Следовательно, как через эндогенное производство, так и за счет экзогенного потребления, AGE нарушают гомеостаз сосудов рядом способов; в первом случае AGE могут вызывать сшивание долгоживущих молекул в базальных мембранах, таких как коллагены, тем самым приводя к «жесткости сосудов» и процессам, которые приводят к повышенной проницаемости и потере структурной целостности. Второй,Взаимодействие AGE с их основным рецептором передачи сигнала на поверхности клетки для AGE или RAGE запускает каскад событий, ведущих к модуляции экспрессии генов и потере сосудистого и тканевого гомеостаза, процессов, которые способствуют сердечно-сосудистым заболеваниям. Кроме того, было показано, что фермент, который играет ключевую роль в детоксикации пре-AGE видов, глиоксалаза 1 (GLO1), снижается в старых и диабетических тканях. В диабетической почке, лишеннойAger (ген, кодирующий RAGE), наблюдались более высокие уровни мРНК Glo1 и белка GLO1 и активность, что позволяет предположить, что в условиях высокого накопления AGE естественная защита может быть ослаблена, по крайней мере частично, с помощью RAGE. AGE являются маркером старения артерий и могут быть обнаружены как биохимическими методами, так и измерением «автофлуоресценции кожи». В этом обзоре мы подробно рассмотрим патобиологию оси AGE-RAGE и последствия ее активации в сосудистой сети, а в заключение рассмотрим возможные пути терапевтического прерывания путей AGE-RAGE-лиганд-RAGE в качестве средства предотвращения пагубных последствий AGE. накопление и передача сигналов через RAGE.2. Вступление
Наше население стареет и живет дольше. Хотя средняя продолжительность жизни населения в Соединенных Штатах увеличивается, остаются серьезные последствия процесса старения. В среднем 1 смерть каждые 40 секунд связана с сердечно-сосудистыми заболеваниями (Mozaffarian et al., 2016 ). Распространенность сердечной недостаточности выше всего среди взрослого населения 65 лет и старше (Lakatta and Levy, 2003 ). Поскольку к 2035 году каждый четвертый, или 25% людей в Соединенных Штатах будет старше 65 лет, эти статистические данные подчеркивают тот факт, что в этот период следует ожидать значительного увеличения частоты сердечной недостаточности (Lakatta and Sollott , 2002 г.). Клинические и экспериментальные данные свидетельствуют о том, что естественное старение увеличивает неотъемлемый риск развития сердечно-сосудистых осложнений, таких как жесткость артерий, атеросклероз и гипертония, которые в конечном итоге могут привести к инфаркту миокарда, инсульту и сердечной недостаточности (Safar et al., 2003 ; Izzo) , 2004 ; Sethi et al., 2014 ). Следовательно, понимание основных механизмов может помочь в открытии новых терапевтических подходов к сдерживанию патологического старения сосудов.
Изменения компонентов крупных артерий в связи с возрастом описаны у людей и животных (Spinetti et al., 2004 ; Pepe and Lakatta, 2005 ). Ремоделирование кровеносных сосудов, связанное с возрастом, включает такие особенности, как расширение просвета, утолщение интимы и медиальной части, изменения внеклеточного матрикса (ВКМ) и повышенную жесткость (Gaballa et al., 1998 ). Помимо этих структурных изменений, другие механизмы способствуют общим последствиям старения для артериальной стенки, включая такие явления, как воспаление, эндотелиальная дисфункция и окислительный стресс (Xu et al., 2003). Фибробласты и гладкомышечные клетки (SMC) способствуют старению сосудистой сети, отчасти за счет увеличения ECM; макрофаги способствуют увеличению воспалительных факторов, которые имеют широкий спектр возможных последствий, таких как повышенная проницаемость сосудов и усиление прокоагулянтного состояния (Sprague and Khalil, 2009 ; Strait and Lakatta, 2012 ). Эти патобиологические явления отрицательно влияют на стенку сосуда и все ее компоненты (Najjar et al., 2005 ; Greenwald, 2007 ), потенциально способствуя старению артерий.
Было показано, что стареющая артериальная стенка человека обнаруживает более провоспалительную сигнатуру с повышенной экспрессией и активностью матриксных металлопротеиназ (ММП) и хемокинов (Wang et al., 2007 ). Во главе этих соображений стоит влияние сопутствующих заболеваний при старении, которые могут увеличивать выработку медиаторов воспаления и усугублять влияние старения артерий, примеры которого включают сахарный диабет (типы 1 или 2 или более редкие формы диабета); хроническое заболевание почек; и хронические иммунные / воспалительные расстройства.
3. Возрастные изменения и продукты продвинутого гликирования (AGE)
Конечные продукты продвинутого гликирования (AGE) представляют собой разнообразную группу макромолекул, и на сегодняшний день описано по крайней мере 20 различных конкретных AGE. К основным группам AGE относятся карбоксиметиллизин (CML), карбоксиэтиллизин (CEL), пентозидин, глюкозепан, димер метилглиоксаля лизина, димер глиоксаля и лизин амид гликолевой кислоты (Henning and Glomb, 2016 ). AGE образуются на протяжении всей жизни в процессе неферментативного гликирования белков и липидов, и этот процесс ускоряется при гипергликемии, окислительном стрессе, старении, прогрессирующем заболевании почек и воспалении (Daffu et al., 2013 ; Singh et al., 2014 ; Baig et al., 2017). Люди и животные также подвергаются воздействию экзогенных источников AGE, поступающих через пищевые AGE и табачные изделия (Luevano-Contreras and Chapman-Novakofski, 2010 ; Uribarri et al., 2015 ). Было показано, что ограничение потребления AGE с пищей может увеличить продолжительность жизни животных (Cai et al., 2002 ; Luevano-Contreras and Chapman-Novakofski, 2010 ).
AGE накапливаются в стареющих тканях и на уязвимых белках плазмы. Более высокие уровни циркулирующих AGE связаны с хроническими заболеваниями у стареющих людей (Semba et al., 2015 ). Накопление AGE увеличивается и ускоряется у субъектов с гипертонией (McNulty et al., 2007 ), а также связано с диабетом (Soulis et al., 1997 ; Yan et al., 2003 ). Фактически, пожилые люди, даже будучи здоровыми, могут иметь более высокое накопление AGE по сравнению с более молодыми людьми с диабетом и его осложнениями, что подчеркивает, что производство и накопление AGE сопровождает нормальный процесс старения (Hadi and Suwaidi, 2007). Следовательно, множество факторов, таких как скорость накопления лиганда AGE, абсолютная концентрация лиганда и индивидуальная восприимчивость к образованию AGE, могут быть важны при определении индивидуального бремени AGE.
AGE изменяют коллаген и эластин в сосудистой стенке (Meerwaldt et al., 2004 ); из-за пониженного оборота таких белков они становятся более восприимчивыми к гликированию в процессе старения (Schleicher et al., 1997 ; Sell and Monnier, 2012 ). Повышенные уровни CML-AGE в плазме связаны с диастолической дисфункцией при старении (Campbell et al., 2012 ). В экспериментах на диабетических крысах более высокое сшивание коллагена с помощью AGE было связано с повышенной жесткостью аорты (Reddy, 2004). Это может изменить полезные функции нескольких важных молекул ЕСМ, которые могут опосредовать сосудистую дисфункцию. Многочисленные исследования подтвердили корреляцию между накоплением AGE и повышенной жесткостью артерий (Goldin et al., 2006 ; Campbell et al., 2011 ). Жесткость артерий связана с повышенным риском связанных со старением сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний и смертности (Laurent et al., 2001 ; Mattace-Raso et al., 2006 ; Kaess et al., 2012 ). Накопление AGE вызывает усиление воспаления и разрушение коллагена и эластина, наряду с другими белками ECM (Sims et al., 1996 ; Greenwald, 2007 ; Peppa and Raptis,2008 ; Baulmann et al., 2010 ).
4. Методы измерения продуктов гликирования
Конечные продукты продвинутого гликирования (AGE) представляют собой разнообразную группу макромолекул, и на сегодняшний день описано по крайней мере 20 различных конкретных AGE. К основным группам AGE относятся карбоксиметиллизин (CML), карбоксиэтиллизин (CEL), пентозидин, глюкозепан, димер метилглиоксаля лизина, димер глиоксаля и лизин амид гликолевой кислоты (Henning and Glomb, 2016 ). AGE образуются на протяжении всей жизни в процессе неферментативного гликирования белков и липидов, и этот процесс ускоряется при гипергликемии, окислительном стрессе, старении, прогрессирующем заболевании почек и воспалении (Daffu et al., 2013 ; Singh et al., 2014 ; Baig et al., 2017). Люди и животные также подвергаются воздействию экзогенных источников AGE, поступающих через пищевые AGE и табачные изделия (Luevano-Contreras and Chapman-Novakofski, 2010 ; Uribarri et al., 2015 ). Было показано, что ограничение потребления AGE с пищей может увеличить продолжительность жизни животных (Cai et al., 2002 ; Luevano-Contreras and Chapman-Novakofski, 2010 ).
AGE накапливаются в стареющих тканях и на уязвимых белках плазмы. Более высокие уровни циркулирующих AGE связаны с хроническими заболеваниями у стареющих людей (Semba et al., 2015 ). Накопление AGE увеличивается и ускоряется у субъектов с гипертонией (McNulty et al., 2007 ), а также связано с диабетом (Soulis et al., 1997 ; Yan et al., 2003 ). Фактически, пожилые люди, даже будучи здоровыми, могут иметь более высокое накопление AGE по сравнению с более молодыми людьми с диабетом и его осложнениями, что подчеркивает, что производство и накопление AGE сопровождает нормальный процесс старения (Hadi and Suwaidi, 2007). Следовательно, множество факторов, таких как скорость накопления лиганда AGE, абсолютная концентрация лиганда и индивидуальная восприимчивость к образованию AGE, могут быть важны при определении индивидуального бремени AGE.
AGE изменяют коллаген и эластин в сосудистой стенке (Meerwaldt et al., 2004 ); из-за пониженного оборота таких белков они становятся более восприимчивыми к гликированию в процессе старения (Schleicher et al., 1997 ; Sell and Monnier, 2012 ). Повышенные уровни CML-AGE в плазме связаны с диастолической дисфункцией при старении (Campbell et al., 2012 ). В экспериментах на диабетических крысах более высокое сшивание коллагена с помощью AGE было связано с повышенной жесткостью аорты (Reddy, 2004). Это может изменить полезные функции нескольких важных молекул ЕСМ, которые могут опосредовать сосудистую дисфункцию. Многочисленные исследования подтвердили корреляцию между накоплением AGE и повышенной жесткостью артерий (Goldin et al., 2006 ; Campbell et al., 2011 ). Жесткость артерий связана с повышенным риском связанных со старением сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний и смертности (Laurent et al., 2001 ; Mattace-Raso et al., 2006 ; Kaess et al., 2012 ). Накопление AGE вызывает усиление воспаления и разрушение коллагена и эластина, наряду с другими белками ECM (Sims et al., 1996 ; Greenwald, 2007 ; Peppa and Raptis,2008 ; Baulmann et al., 2010 ).
5. Патобиологическое значение продуктов гликирования
RAGE (рецептор конечных продуктов гликирования) был идентифицирован в 1992 году из легких крупного рогатого скота как белок, связывающий AGE дозозависимым образом (Wautier et al., 1994 ). У RAGE есть много лигандов, которые увеличиваются с возрастом, даже за пределами AGE, и это макромолекула клеточной поверхности. RAGE содержит внеклеточные домены, состоящие из одного домена V (вариабельного) типа и двух иммуноглобулиноподобных доменов C (константного) типа (C1 и C2); за ними следует одна трансмембранная спираль (Koch et al., 2010 ) и цитоплазматический домен, который важен для передачи сигнала (Xue et al., 2014).). RAGE связывает разнообразную группу лигандов, включая AGE, по крайней мере, некоторых членов S100 / калгранулинов, высокоподвижную группу Box-1 (HMGB1), Mac-1 и пептид-амилоид-β, особенно его олигомерные формы (Herold et al. , 2007 ).
Механизмы, с помощью которых AGEs могут изменять сосудистую сеть и увеличивать артериальную жесткость, включают образование воспаления (Chavakis et al., 2004 ) и окислительный стресс (Tan et al., 2007 ). Кроме того, связывание AGE с RAGE на поверхности эндотелиальных клеток может приводить к стимуляции НАДФН-оксидазы, тем самым увеличивая продукцию активных форм кислорода (ROS) (Wautier et al., 2001 ). Дополнительные механизмы, такие как митохондриальный стресс, могут еще больше увеличить производство АФК (Rubattu et al., 2013 ; Li et al., 2014 ; Montezano and Touyz, 2014).). Предыдущие исследования предположили, что одним из механизмов, посредством которого AGE / RAGE способствует эндотелиальной дисфункции, является регуляция продукции и экспрессии фактора некроза опухоли (TNF) -α. Ядерный фактор фактора транскрипции-κB (NF-κB), запускаемый воспалением и ROS, играет ключевую роль в экспрессии цитокинов и медиаторов воспаления, тем самым усугубляя микроваскулопатию и опосредуя патологические изменения в экспрессии генов, по крайней мере, частично через лиганд RAGE. Взаимодействие с RAGE и активация передачи клеточного сигнала (Gao et al., 2008 ; Kay et al., 2016 ).
Доказательства опосредованного RAGE возмущения in vivo также были продемонстрированы. Диабетические мыши с дефицитом аполипопротеина E ( ApoE ), которые также лишены Ager (ген, кодирующий RAGE), демонстрируют сниженный атеросклероз и более низкую экспрессию молекулы адгезии сосудистых клеток (VCAM) -1 и тканевого фактора (Kislinger et al., 2001 ). AGE также индуцируют экспрессию фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) в эндотелиальных клетках микрососудов (Yamagishi et al., 1997), что может иметь последствия, например, для диабетической сетчатки. В дополнение к обсуждавшимся выше хроническим состояниям образования AGE, таким как старение, диабет и хронические воспалительные состояния, исследования показали, что AGE также могут быстро образовываться в условиях острого стресса. Например, эндотелиальные клетки, подвергнутые гипоксии in vitro, высвобождают AGE в течение нескольких минут после воздействия пониженных уровней кислорода (Chang et al., 2008 ). Эти соображения указывают на важность определения средств для блокирования взаимодействий AGE-RAGE в сосудистой сети.
В исследованиях на животных лечение растворимым RAGE (sRAGE), растворимыми внеклеточными доменами RAGE, которые секвестрируют AGE и лиганды RAGE, тем самым блокируя их взаимодействие с RAGE, продемонстрировало значительное уменьшение площади атеросклеротического поражения (Park et al., 1998 ) в способом, не зависящим от изменений уровня липидов или глюкозы. В других исследованиях лечение sRAGE на грызунах значительно уменьшало гиперпроницаемость сосудов при диабете (Schmidt et al., 1999 ).
Халлам и его коллеги продемонстрировали, что у 24-месячных крыс Fischer 344 наблюдается более высокая экспрессия RAGE в сосудах в аорте и более высокая экспрессия фермента пути полиола, альдозоредуктазы (AR), который стимулирует метаболические пути, которые увеличивают образование AGE. Связанная со старением сосудистая дисфункция была очевидна у этих крыс из-за нарушения релаксации эндотелия в ответ на ацетилхолин (Hallam et al., 2010 ). Обработка старых крыс Fischer 344 sRAGE улучшала эндотелиально-зависимую релаксацию в ответ на ацетилхолин (Hallam et al., 2010 ). Взятые вместе, эти исследования показывают, что повышенная нагрузка AGE и экспрессия RAGE опосредуют сосудистую дисфункцию и что эти нарушения могут быть подавлены введением антагонистов взаимодействий лиганд-RAGE.in vivo .
Перейти к:
Глиоксалаза 1 (GLO1) и усиление накопления AGE
В дополнение к увеличению количества прямых медиаторов повреждения при старении, защитные механизмы также могут быть ослаблены при старении. (GLO1) способствует регуляции уровней пре-AGE метилглиоксаля (MG) и AGE, производных от MG (Giacco et al., 2014 ). MG, образующийся в основном внутри клеток, является мощным гликирующим агентом (Rabbani and Thornalley, 2014 ).
Опубликованная работа предполагает связь между RAGE и Glo1 . Воздействие высоких уровней глюкозы на культивируемые эндотелиальные клетки увеличивает экспрессию RAGE и различных лигандов RAGE, таких как S100B, AGE и HMGB1; это предотвращалось сверхэкспрессией Glo1 (Brouwers et al., 2011 , 2014 ). Рейнигер и его коллеги показали, что накопление AGE в почках способствует дисфункции почек и что, когда Ager удаляется у мышей с диабетом OVE26, это приводит к снижению патологических и функциональных нарушений в почках, параллельно со снижением уровней MG и более высокими уровнями GLO1 в почках (Reiniger и др., 2010 ). Эти авторы показали, что в Агеренулевой диабет OVE26 почки, уровни MG были ниже, чем у контрольных OVE26 с диабетом дикого типа, несмотря на равные уровни высокого уровня глюкозы. Reiniger с коллегами проследили механизм RAGE-зависимого подавления мРНК Glo1 и активности при диабете (Reiniger et al., 2010 ). Таким образом, активация RAGE может увековечивать накопление AGE, а удаление Ager может оказывать его защиту, по крайней мере частично, за счет подавления Glo1 .
Возможно, что увеличение экспрессии и / или активности GLO1 может замедлить возрастное повреждение, поскольку ускорение гликирования у старых крыс ослаблялось трансгенной (Tg) экспрессией Glo1 у этих животных (Jo-Watanabe et al., 2014 ). Интересно, что тренировка у старых крыс приводила к активации GLO1 с последующим уменьшением образования MG и CML, наряду с более низкой экспрессией RAGE в аорте (Gu et al., 2014 ). В целом агенты, которые увеличивают GLO1 для блокирования образования AGE, могут служить терапевтическими стратегиями для предотвращения осложнений сосудистых заболеваний, при которых накапливаются AGE.
Перейти к:
Ось передачи сигнала RAGE / DIAPH1: связь с сосудистой дисфункцией
RAGE требует своего цитоплазматического домена для передачи сигнала. Hudson и др. Продемонстрировали взаимодействие цитоплазматического домена хвоста RAGE с diaphanous 1 или DIAPH1 млекопитающих (Hudson et al., 2008 ). Цитоплазматический домен или хвост RAGE (ctRAGE) специфически связывается с доменом гомологии 1 (FH1) DIAPH1 (Hudson et al., 2008 ). Формины представляют собой актин-связывающие молекулы, которые вносят вклад в последующие сигналы Rho GTPase (Hudson et al., 2008 ) в клетках, таких как сосудистые клетки, моноциты / макрофаги и трансформированные клетки. Также было показано, что DIAPH1 является эффектором факторов сывороточного ответа (SRF), которые связаны с механизмами регуляции генов и клеточными сигнальными механизмами, такими как AKT и GSK-3beta (Toure et al., 2012).
В SMC, DIAPH1 необходим для индуцированной лигандом RAGE (S100B) транслокации c-Src к плазматической мембране, активации RAC1, генерации ROS и клеточной миграции. RAC1 модулирует актиновый цитоскелет, расположение которого регулирует подвижность клеток и регулирует пути передачи сигналов (Toure et al., 2012). Чтобы проверить взаимодействие RAGE-DIAPH1, Шехтман и его коллеги использовали ЯМР-спектроскопию для идентификации четырех ключевых аминокислот в цитоплазматическом домене RAGE (Q3, R4, R5 и Q6, соответствующих Q364, R365, R366 и Q367 полноразмерного домена). RAGE), которые необходимы для взаимодействия ctRAGE с доменом FH1 DIAPH1. Когда R5 / Q6 были мутированы в остатки аланина и экспрессировались в мышиных SMC, передача сигналов AKT, а также клеточная миграция и пролиферация в ответ на лиганд S100B RAGE, но не на лиганды не-RAGE, были значительно снижены (Rai et al., 2012 ).
Также была продемонстрирована роль DIAPH1 в передаче сигналов RAGE в макрофагах. В макрофагах, лишенных Diaph1 , была предотвращена опосредованная гипоксией активация фактора транскрипции Egr1 , который активирует воспалительные и протромботические медиаторы (Xu et al., 2010 ). Чтобы проверить эти моменты in vivo и роль DIAPH1 в опосредовании эффектов лигандов RAGE, проводятся исследования на животных, страдающих диабетом, старением и сосудистыми нарушениями, чтобы исследовать потенциальное влияние DIAPH1 на сосудистую дисфункцию.
Вместе взятые, появляются обширные доказательства участия AGE и RAGE в патогенезе сосудистых нарушений, которые стимулируют процессы, ведущие к развитию артериальной жесткости, что является предвестником сердечно-сосудистых заболеваний и старения. AGE посредством RAGE стимулируют эндотелиальные клетки для генерации ROS и активации клеточных сигнальных путей, по крайней мере, частично через цитоплазматический домен связывания RAGE с DIAPH1; процессы, которые приводят к активации факторов семенной транскрипции, таких как NF-κB (рис.(Рисунок 1).1). В дополнение к AGE-RAGE активации эндотелиальных клеток и опосредованию эндотелиальной дисфункции, AGE через RAGE могут также стимулировать макрофаги и другие иммунные клетки, чтобы вызвать миграцию и рекрутирование воспалительных клеток в нагруженные AGE очаги в тканях. Кроме того, исследования показали, что естественный анти-AGE механизм, фермент GLO1, который детоксифицирует пре-AGE виды, подавляется действием RAGE, например, в диабетической почке. Следовательно, активация AGE-RAGE стимулирует петлю прямой связи, в которой взаимодействие AGE-RAGE вызывает сосудистые пертурбации и, параллельно, механизм для сохранения продукции и накопления AGE.
Рис.1 Формирование AGE и механизмы их накопления и патобиологические действия через рецептор передачи сигнала RAGE
6. Терапевтические стратегии: нацелены на AGE и RAGE
На основании эпидемиологических и экспериментальных данных, связывающих AGE и RAGE с патогенезом жесткости артерий и сосудистых нарушений, AGE и RAGE были определены как мишени для терапевтического вмешательства в этих условиях. В следующих разделах мы детализируем примеры некоторых стратегий блокирования AGE и RAGE с целью их возможной пользы при сердечно-сосудистых заболеваниях (рисунок (Рис.2)
Рис.2 Гипотетические терапевтические стратегии.
6.1. Стратегии Anti-AGE
Алагебриум, или ALT7-11, является разрушителем поперечных связей AGE. У животных и людей этот агент улучшал функцию желудочков и эластичность артерий (Kass et al., 2001 ; Vaitkevicius et al., 2001 ); снижение экспрессии RAGE и накопление коллагена в тканях сосудов; а у пациентов с систолической гипертензией он улучшал функцию эндотелия (Zieman et al., 2007 ). Хотя алагебриум больше не доступен, его использование послужило важной проверкой гипотезы AGE о жесткости и функции сосудов.
Другие стратегии против AGE, такие как аминогуанидин, который блокирует производство AGE, также оказали положительное влияние на повышение эластичности сосудов и усиление артериального сцепления левого желудочка, а также снижение проницаемости сосудов у крыс с диабетом (Wu et al., 2008 ). Атеросклероз был ослаблен у мышей с индуцированным стрептозотоцином диабетом с дефицитом Apoe, получавших аминогуанидин (Forbes et al., 2004 ). Аминогуанидин также снижает накопление AGE из пищевых источников (He et al., 1999). Наконец, изучаются другие стратегии снижения AGE, такие как ингибиторы альдозоредуктазы (ARI). Было показано, что ОРЗ подавляет накопление AGE в атеросклеротических бляшках и, параллельно, уменьшает поражение атеросклеротическими бляшками (Vikramadithyan et al., 2005 ).
Подводя итог, следует отметить, что, несмотря на тестирование нескольких классов анти-AGE агентов, ни один из них не получил, по крайней мере, на сегодняшний день, одобрения для показаний против AGE. Хотя для этого есть много возможных причин, мы предполагаем, что одна из них заключается в том, что единственное нацеливание на AGE не может улавливать патобиологические эффекты отдельных лигандов RAGE. Поэтому неудивительно, что предпринимаются попытки напрямую воздействовать на RAGE в качестве терапевтической стратегии.
6.2. Стратегии Anti-RAGE
Подходы к ограничению AGE лиганда RAGE сопровождались попытками блокировать сам RAGE, и они были протестированы in vitro и in vivo ; Кроме того, проводятся клинические испытания на людях. In vitro предварительная обработка стимулированных AGE эндотелиальных клеток антителами против RAGE или антиоксидантами блокировала клеточные пертурбации (Yan et al., 1994 ). Другой агент, блокирующий RAGE, в настоящее время проходит фазу III клинических испытаний при болезни Альцгеймера, представляет собой низкомолекулярный азелирагон, который ингибирует рецептор конечных продуктов гликирования через свой первый внеклеточный домен V-типа, который предотвращает взаимодействие лигандов RAGE с RAGE. Он биодоступен перорально (Sabbagh et al., 2011 ).
AGER ген может быть в качестве альтернативы сращены , чтобы привести к образованию нескольких изоформ RAGE (Йонекура и др. 2003 ; Калея и др. 2009 ). Усеченный на С-конце RAGE (известный как эндогенный секреторный RAGE (esRAGE) или RAGEv1, не содержит трансмембранного домена и секретируется. Также существуют другие формы растворимого RAGE, так как RAGE на поверхности клетки может протеолитически расщепляться с помощью MMP или ADAM10. , что приводит к высвобождению растворимого RAGE (sRAGE) (Hanford et al., 2004 ).
В моделях мышей обработка sRAGE подавляла ускорение и блокировала прогрессирование установленного атеросклероза у мышей с диабетом Apoe- null (Park et al., 1998 ; Bucciarelli et al., 2002 ). Различные исследования на людях пытались определить, связан ли уровень sRAGE или esRAGE в плазме с кардиометаболическими заболеваниями (Choi et al., 2009 ). Как правило, уровни sRAGE / esRAGE в плазме ниже у субъектов с этими нарушениями по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы. Таким образом, рекомбинантный sRAGE может быть полезным при старении артерий и метаболических заболеваниях.
Помимо нацеливания на RAGE и внеклеточные домены, возникли различные терапевтические возможности в отношении передачи сигналов RAGE посредством блокирования взаимодействия RAGE-DIAPH1. Маниграссо и его коллеги разработали высокопроизводительный анализ связывания RAGE tail-DIAPH1 и проверили библиотеку из> 58 000 низкомолекулярных соединений, чтобы определить молекулы, которые блокируют это взаимодействие. Была идентифицирована серия из 13 соединений, которые проявляли высокое сродство связывания с доменом ctRAGE. Исследования in vitro и in vivo показали, что эти соединения проявляют ингибирующее действие на передачу сигнала RAGE в SMC in vitro и in vivo на стимулированную лигандом RAGE экспрессию воспалительного гена в ткани печени и почек (Manigrasso et al., 2016). Следовательно, открытие того, что цитоплазматический домен RAGE связанного DIAPH1 может помочь в идентификации отдельного класса внутриклеточных антагонистов передачи сигналов RAGE
7. Заключение
Накапливаются данные о том, что воздействие AGE способствует пагубным последствиям, связанным со старением, и снижает здоровье и продолжительность жизни. Исследования на животных моделях in vitro и in vivo показали, что AGE влияют на гомеостаз клеток и тканей и нарушают его. AGE могут вызывать изменение архитектуры ECM, тем самым влияя на клеточную проницаемость и передачу сигналов; опосредуют перекрестное связывание ECM и циркулирующих белков; и они могут активировать клеточную передачу сигналов и модулировать активность факторов транскрипции и последующую экспрессию генов через рецепторы, такие как RAGE. Накопление AGE может приводить к повышенной экспрессии RAGE в среде, обогащенной лигандами, и обострять провоспалительные механизмы, тем самым ускоряя связанные со старением артериальные заболевания.
RAGE экспрессируется на ряде важных типов клеток, участвующих в старении артерий и сосудистой патологии. После образования AGE, хотя и с помощью различных внутренних механизмов и механизмов, запускаемых окружающей средой, их взаимодействие с RAGE на эндотелиальных клетках, SMC и иммунных клетках, таких как макрофаги, приводит к усилению регуляции факторов, провоцирующих воспалительный и окислительный стресс, тем самым обеспечивая механизм связывания AGE-RAGE для старения артерий и его последствий, таких как инсульт, гипертония, атеросклероз, инфаркт миокарда и сердечная недостаточность. Следует отметить, что поскольку гипергликемия ускоряет образование AGE, эти процессы AGE-RAGE усиливаются при диабете. Эпидемиологические исследования несомненно подтверждают обострение сердечно-сосудистых заболеваний у пациентов с диабетом.
Конечно, необходимы дополнительные исследования, чтобы понять весь объем передачи сигналов RAGE и степень, в которой блокирование взаимодействия AGEs / RAGE / DIAPH1 может перехватить полную патобиологию активации RAGE. Остающиеся ключевые вопросы включают в себя, могут ли вмешательства, направленные на снижение AGE и / или блокировку внеклеточных и / или внутриклеточных доменов RAGE, обеспечить максимальную защиту при ослаблении старения артерий и сосудистой дисфункции (см. ТаблицуТаблица 11для краткого обзора некоторых ключевых терапевтических подходов против AGE и против RAGE). Клинические исследования, посвященные этим концепциям, необходимы для оптимизации стратегий защиты сосудистой сети от неблагоприятных последствий старения.
Таблица 1 Ключевые терапевтические подходы против AGE и против RAGE.
Примеры терапевтических стратегий против AGE и RAGE |
Биохимическая мишень / Механизмы действия |
Алагебриум (ALT7-11) |
Разрыватель поперечных связей AGE |
Ингибиторы альдозоредуктазы (ARI) |
Блокада альдозоредуктазы на метаболизм глюкозы, который способствует образованию AGE |
Аминогуанидин |
Блокада производства AGE |
Азелирагон |
Низкомолекулярный ингибитор связывания лиганда RAGE с внеклеточным V-доменом RAGE |
Антитела против RAGE |
Блокада связывания лиганда с RAGE |
Ингибиторы связывания RAGE tail-DIAPH1 |
Блокада передачи сигнала RAGE |
Усиление / активация глиоксалазы-1 |
Увеличение детоксикации предшественников AGE |
Растворимая RAGE (sRAGE) или эндогенная секреторная RAGE (esRAGE) |
Виды, связывающие лиганды RAGE, которые изолируют лиганды RAGE и блокируют их биологические эффекты |
Витамин C, витамин E |
Антиоксиданты, возможное влияние на снижение образования AGE и эффекты AGE |
8. Литература
- Baig M. H., Jan A. T., Rabbani G., Ahmad K., Ashraf J. M., Kim T., et al. . (2017). Methylglyoxal and advanced glycation end products: insight of the regulatory machinery affecting the myogenic program and of its modulation by natural compounds. Sci. Rep. 7:5916. 10.1038/s41598-017-06067-5 - DOI - PMC - PubMed
- Brouwers O., Niessen P. M., Ferreira I., Miyata T., Scheffer P. G., Teerlink T., et al. . (2011). Overexpression of glyoxalase-I reduces hyperglycemia-induced levels of advanced glycation end products and oxidative stress in diabetic rats. J. Biol. Chem. 286, 1374–1380. 10.1074/jbc.M110.144097 - DOI - PMC - PubMed
- Brouwers O., Niessen P. M., Miyata T., Ostergaard J. A., Flyvbjerg A., Peutz-Kootstra C. J., et al. . (2014). Glyoxalase-1 overexpression reduces endothelial dysfunction and attenuates early renal impairment in a rat model of diabetes. Diabetologia 57, 224–235. 10.1007/s00125-013-3088-5 - DOI - PubMed
- Campbell D. J., Somaratne J. B., Jenkins A. J., Prior D. L., Yii M., Kenny J. F., et al. . (2011). Impact of type 2 diabetes and the metabolic syndrome on myocardial structure and microvasculature of men with coronary artery disease. Cardiovasc. Diabetol. 10, 80–80. 10.1186/1475-2840-10-80 - DOI - PMC - PubMed
- Campbell D. J., Somaratne J. B., Jenkins A. J., Prior D. L., Yii M., Kenny J. F., et al. . (2012). Diastolic dysfunction of aging is independent of myocardial structure but associated with plasma advanced glycation end-product levels. PLoS ONE 7:e49813. 10.1371/journal.pone.0049813 - DOI - PMC - PubMed
- Hudson B. I., Kalea A. Z., Del Mar Arriero M., Harja E., Boulanger E., D'Agati V., et al. . (2008). Interaction of the RAGE cytoplasmic domain with diaphanous-1 is required for ligand-stimulated cellular migration through activation of Rac1 and Cdc42. J. Biol. Chem. 283, 34457–34468. 10.1074/jbc.M801465200 - DOI - PMC - PubMed
- Jo-Watanabe A., Ohse T., Nishimatsu H., Takahashi M., Ikeda Y., Wada T., et al. . (2014). Glyoxalase I reduces glycative and oxidative stress and prevents age-related endothelial dysfunction through modulation of endothelial nitric oxide synthase phosphorylation. Aging Cell 13, 519–528. 10.1111/acel.12204 - DOI - PMC - PubMed
- Kislinger T., Tanji N., Wendt T., Qu W., Lu Y., Ferran L. J., Jr., et al. . (2001). Receptor for advanced glycation end products mediates inflammation and enhanced expression of tissue factor in vasculature of diabetic apolipoprotein E-null mice. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 21, 905–910. 10.1161/01.ATV.21.6.905 - DOI - PubMed
- Lutgers H. L., Gerrits E. G., Graaff R., Links T. P., Sluiter W. J., Gans R. O., et al. . (2009). Skin autofluorescence provides additional information to the UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) risk score for the estimation of cardiovascular prognosis in type 2 diabetes mellitus. Diabetologia 52, 789–797. 10.1007/s00125-009-1308-9 - DOI - PubMed
- Noordzij M. J., Lefrandt J. D., Loeffen E. A., Saleem B. R., Meerwaldt R., Lutgers H. L., et al. . (2012). Skin autofluorescence is increased in patients with carotid artery stenosis and peripheral artery disease. Int. J. Cardiovasc. Imaging 28, 431–438. 10.1007/s10554-011-9805-6 - DOI - PMC - PubMed
- Rai V., Maldonado A. Y., Burz D. S., Reverdatto S., Schmidt A. M., Shekhtman A. (2012). Signal transduction in receptor for advanced glycation end products (RAGE): solution structure of c-terminal rage (ctRAGE) and its binding to mDia1. J. Biol. Chem. 287, 5133–5144. 10.1074/jbc.M111.277731 - DOI - PMC - PubMed
- Semba R. D., Sun K., Schwartz A. V., Varadhan R., Harris T. B., Satterfield S., et al. . (2015). Serum carboxymethyl-lysine, an advanced glycation end product, is associated with arterial stiffness in older adults. J. Hypertens. 33, 797–803; discussion: 803. 10.1097/HJH.0000000000000460 - DOI - PMC - PubMed
- Wautier J. L., Wautier M. P., Schmidt A. M., Anderson G. M., Hori O., Zoukourian C., et al. . (1994). Advanced Glycation End Products (AGEs) on the surface of diabetic erythrocytes bind to the vessel wall via a specific receptor inducing oxidant stress in the vasculature: a link between surface-associated AGEs and diabetic complications. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91, 7742–7746. 10.1073/pnas.91.16.7742 - DOI - PMC - PubMed
- Wautier M. P., Chappey O., Corda S., Stern D. M., Schmidt A. M., Wautier J. L. (2001). Activation of NADPH oxidase by AGE links oxidant stress to altered gene expression via RAGE. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 280, E685–E694. - PubMed
- Yamagishi S., Yonekura H., Yamamoto Y., Katsuno K., Sato F., Mita I., et al. . (1997). Advanced glycation end products-driven angiogenesis in vitro. Induction of the growth and tube formation of human microvascular endothelial cells through autocrine vascular endothelial growth factor. J. Biol. Chem. 272, 8723–8730. 10.1074/jbc.272.13.8723 - DOI - PubMed
- Yan S. D., Schmidt A. M., Anderson G. M., Zhang J., Brett J., Zou Y. S., et al. . (1994). Enhanced cellular oxidant stress by the interaction of advanced glycation end products with their receptors/binding proteins. J. Biol. Chem. 269, 9889–9897. - PubMed
- Yonekura H., Yamamoto Y., Sakurai S., Petrova R. G., Abedin M. J., Li H., et al. . (2003). Novel splice variants of the receptor for advanced glycation end-products expressed in human vascular endothelial cells and pericytes, and their putative roles in diabetes-induced vascular injury. Biochem. J. 370, 1097–1109. 10.1042/bj20021371 - DOI - PMC - PubMed
- Zieman S. J., Melenovsky V., Clattenburg L., Corretti M. C., Capriotti A., Gerstenblith G., et al. . (2007). Advanced glycation endproduct crosslink breaker (alagebrium) improves endothelial function in patients with isolated systolic hypertension. J. Hypertens. 25, 577–583. 10.1097/HJH.0b013e328013e7dd - DOI - PubMed
9. Что еще почитать?
- Advanced glycation endproducts: from precursors to RAGE: round and round we go.Ramasamy R, Yan SF, Schmidt AM.Amino Acids. 2012 Apr;42(4):1151-61. doi: 10.1007/s00726-010-0773-2. Epub 2010 Oct 19.PMID: 20957395 Free PMC article. Review.
- Receptor for Advanced Glycation End Products (RAGE) and Mechanisms and Therapeutic Opportunities in Diabetes and Cardiovascular Disease: Insights From Human Subjects and Animal Models.Egaña-Gorroño L, López-Díez R, Yepuri G, Ramirez LS, Reverdatto S, Gugger PF, Shekhtman A, Ramasamy R, Schmidt AM.Front Cardiovasc Med. 2020 Mar 10;7:37. doi: 10.3389/fcvm.2020.00037. eCollection 2020.PMID: 32211423 Free PMC article. Review.
- Glycine Suppresses AGE/RAGE Signaling Pathway and Subsequent Oxidative Stress by Restoring Glo1 Function in the Aorta of Diabetic Rats and in HUVECs.Wang Z, Zhang J, Chen L, Li J, Zhang H, Guo X.Oxid Med Cell Longev. 2019 Mar 3;2019:4628962. doi: 10.1155/2019/4628962. eCollection 2019.PMID: 30944692 Free PMC article.
- 99mTc-Labeled anti-receptor for advanced glycation endproducts monoclonal antibody F(ab’)2 fragments.Shan L.2010 Jul 16 [updated 2010 Aug 16]. In: Molecular Imaging and Contrast Agent Database (MICAD) [Internet]. Bethesda (MD): National Center for Biotechnology Information (US); 2004–2013.PMID: 20734503 Free Books & Documents. Review.
- Ager Deletion Enhances Ischemic Muscle Inflammation, Angiogenesis, and Blood Flow Recovery in Diabetic Mice.López-Díez R, Shen X, Daffu G, Khursheed M, Hu J, Song F, Rosario R, Xu Y, Li Q, Xi X, Zou YS, Li H, Schmidt AM, Yan SF.Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2017 Aug;37(8):1536-1547. doi: 10.1161/ATVBAHA.117.309714. Epub 2017 Jun 22.PMID: 28642238 Free PMC article.
Cited by 33 articles
- Roles and Mechanisms of Dipeptidyl Peptidase 4 Inhibitors in Vascular Aging.Cao F, Wu K, Zhu YZ, Bao ZW.Front Endocrinol (Lausanne). 2021 Aug 17;12:731273. doi: 10.3389/fendo.2021.731273. eCollection 2021.PMID: 34489872 Free PMC article. Review.
- Molecular Characteristics of RAGE and Advances in Small-Molecule Inhibitors.Kim HJ, Jeong MS, Jang SB.Int J Mol Sci. 2021 Jun 27;22(13):6904. doi: 10.3390/ijms22136904.PMID: 34199060 Free PMC article. Review.
- Erythrocytes: Central Actors in Multiple Scenes of Atherosclerosis.Turpin C, Catan A, Meilhac O, Bourdon E, Canonne-Hergaux F, Rondeau P.Int J Mol Sci. 2021 May 29;22(11):5843. doi: 10.3390/ijms22115843.PMID: 34072544 Free PMC article. Review.
- Inhibitory Effect of Multimodal Nanoassemblies against Glycative and Oxidative Stress in Cancer and Glycation Animal Models.Khan H, Waseem M, Faisal M, Alatar AA, Qahtan AA, Ahmad S.Biomed Res Int. 2021 Apr 9;2021:8892156. doi: 10.1155/2021/8892156. eCollection 2021.PMID: 33928164 Free PMC article.
- Idiopathic pulmonary fibrosis beyond the lung: understanding disease mechanisms to improve diagnosis and management.Luppi F, Kalluri M, Faverio P, Kreuter M, Ferrara G.Respir Res. 2021 Apr 17;22(1):109. doi: 10.1186/s12931-021-01711-1.PMID: 33865386 Free PMC article. Review.