氢气抗衰老,从美拉德反应谈起

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糖尿病是一种常见的代谢性疾病,主要表现为机体胰岛素相对或者绝对不足,导致血糖水平持续性增高。目前全球2型糖尿病患者已超过1.5亿人,而且预计在未来20年内病例数还将成倍数增长态势,全球医疗负担也会因为这一数值的显著提高而明显增加。不论是1型还是2型糖尿病,随着长期高血糖水平病程的逐渐进展,均可以造成不同程度的,不同靶器官的并发症,其中以心血管病变最为常见,也最具威胁性。血管并发症是导致糖尿病患者死亡的主要原因。其中,高血压,肥胖症,动脉粥样硬化,血脂代谢异常,糖尿病肾病亦是患者预后不良的重要危险因素。在糖尿病的发生发展过程当中,血管内皮的损伤和内皮功能障碍是糖尿病重要的早期病理表现。从细胞层面来讲,内皮细胞代谢异常则是早期内皮功能受损的基本原因,伴随着内皮细胞的不断凋亡和功能受损,随之而来的则是内皮功能障碍。晚期糖基化终末产物是以体内大分子物质如脂肪,蛋白质,核酸和还原性糖(葡萄糖,果糖,戊糖)为原料,在生理环境中通过发生非酶促反应,生成的稳定共价键产物。氢思:生物分子被还原性单糖还原,有人可能会觉得这种还原反应可能会导致生物分子发生还原改变,这不是分子层面的典型还原损伤?其实在生物系统,被氧化是生物大分子的主流,即使这些分子因为被还原导致了分子修饰或损伤,也必然会走向被氧化的结局。这种非酶促反应称之为---Maillard(美拉德反应)。年Hodge等学者提出了美拉德反应,该反应主要包括如下三部分:1.初级反应阶段。还原糖的羰基与氨基之间进行加成,加成物迅速失去分子水转变为希夫碱。2.经环化形成相应的取代醛基胺,经重排后转成有反应活性的产物,其中最熟知的是糖基化血红蛋白和果糖胺。3.果糖胺等又经过一系列复杂的分解和化学重排反应最终形成了晚期糖基化终末产物类黑精色素。

*美拉德反应,亦称非酶棕色化反应,是广泛存在于食品工业的一种非酶褐变。是羰基化合物(还原糖类)和氨基化合物(氨基酸和蛋白质)间的反应,经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素,故又称羰胺反应(年法国化学家L.C.Maillard提出)。除产生类黑精外,反应还会生成还原酮、醛和杂环化合物,这些物质是食品色泽和风味的主要来源。这里是否能解释果糖的危害很大,和葡萄糖可以被有效代谢不同,果糖可能不容易被有效平抑,如果大量摄取,虽然不会带来普通意义的高血糖,但高果糖一方面不容易被控制,二是带来的化学危害更严重。晚期糖基化终末产物一旦形成就是不可逆的,并且其具有较强的交联性和较低的溶解性。此外,晚期糖基化终末产物还具有产生和激活ROS的能力,这些特点也是其损伤血管的重要理化因素。晚期糖基化终末产物的产生和糖尿病患者血糖水平以及高血糖暴露的时间成正相关,患者血糖水平越高,暴露高血糖的时间越久,晚期糖基化终末产物的产生和堆积就越多。此外,局部微环境的氧化应激也是加速晚期糖基化终末产物形成的重要因素之一。在正常机体中,葡萄糖的糖基化反应较低。然而,在糖尿病患者体内,持续性的高血糖和局部微环境的氧化应激加速了晚期糖基化终末产物产生和堆积。血液循环中堆积的晚期糖基化终末产物可进行性损害血管内皮。国外研究者发现,胰岛素可通过清除晚期糖基化终末产物来保护内皮细胞功能,胰岛素通过IRS以及PI-3K通路提高机体产生NO的能力,从而提高机体对葡萄糖的转运和利用,减少晚期糖基化终末产物的产生和保护内皮功能。此外,胰岛素还可以提高内皮细胞清道夫受体的含量,从而加速晚期糖基化终末产物的清除。另外,蓄积在体内的晚期糖基化终末产物低密度脂蛋白(LDL)可以形成晚期糖基化终末产物-LDL共价化合物(何不叫糖化LDL),形成晚期糖基化终末产物-LDL后,LDL在体内的循环清除受阻,LDL在循环中的比例升高,致体内脂质水平明显增加,加重内皮氧化损伤。此外,血管内皮的基质成分含有胶原蛋白,它们与循环中的还原性糖发生共价结合以后可以使胶原蛋白交联,从而使血管内皮内环境受到破坏。同时,血管内皮的晚期糖基化终末产物还能够激活单核巨噬系统,使得它们在对晚期糖基化终末产物发生吞噬作用的同时分泌大量的细胞因子,刺激血管内皮发生氧化,应激,变形,增生,增殖,凋亡等一系列病理反应,恶化内皮功能,最终导致动脉粥样硬化,甚至血管完全闭塞。在糖尿病患者当中,持续升高的血糖状态极易导致晚期糖基化终末产物的过量产生。研究发现,晚期糖基化终末产物可以加快血管内皮细胞的凋亡和内皮功能不全的病理进程;在晚期糖基化终末产物诱导的细胞当中,其细胞间活性氧(ROS)水平较对照组是明显升高的,而且同时,这种升高的细胞间ROS水平反过来进一步刺激晚期糖基化终末产物的不断生成,形成“氧化应激-晚期糖基化终末产物”的恶性循环。因此,如何清除晚期糖基化终末产物或减少这些晚期糖基化终末产物的产生似乎可以成为减少糖尿病并发症的治疗策略之一。但是,晚期糖基化终末产物一旦在血管内皮生成共价键,其就如一团黏着的基团,很难清除。那么,如果能够拮抗由晚期糖基化终末产物介导的血管内皮功能损伤,则理论上也能预防或者延缓血管内皮损伤-动脉粥样硬化的进程。所以,探寻一种拮抗晚期糖基化终末产物介导的内皮细胞氧化应激以及凋亡的治疗策略有望成为防治糖尿病并发症的潜在切入点。传统的抗氧化应激的制剂包括维生素C,维生素E,β胡萝卜素,超氧化物歧化酶等。由于结构和效价关系的限制,这些天然抗氧化剂的抗氧化作用较弱且作用可逆,组织穿透能力差,而且其循证学研究的结果多为阴性。另外,在已经发生氧化应激反应的细胞当中多半有代谢和功能障碍,其自身合成分泌抗氧剂的能力差。为此,寻求一种新型的,有效的,安全的,穿透力强,靶向性高的抗氧剂是拮抗机体氧化应激反应延缓动脉粥样硬化的潜在突破口之一。氢气是一种无色,无味,无臭具有一定还原性的易燃气体。过去许多学者认为氢气是一种生理性惰性气体,不会与机体生命物质发生生理生化反应。但也有极少数的科学家认为氢气是一种具有还原性的气体。发表在年《Science》杂志上的一篇文章报道,在皮肤鳞状细胞癌动物模型中,连续呼吸8个大气压97.5%氢气两周,可以有效治疗鳞状细胞癌,并且研究者认为其机制可能与氢气的抗氧化作用有关。之后又有实验研究发现,呼吸高压氢气能够治疗肝脏寄生虫感染引起的肝炎,并提出氢气的抗炎作用机制可能与氢气和羟自由基反应有关。虽然上述研究为引起学者的广泛


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