大多数 AGE 来自哪里？哦糖基化，你的名字如何欺骗了我！
**大多数 AGE 来自哪里？哦糖基化，你的名字如何欺骗了我！**
我过去写过一些关于晚期糖基化终产物 (AGEs) 的文章，可以在这里找到。这些帖子包括驳斥“AGEs 受体”（RAGE）实际上是 AGEs 受体的普遍看法，以及对表明黄油是膳食 AGEs 主要来源的不可信和不可靠数据的驳斥。最近人们一直要求我写更多关于 AGEs 的文章（见这里和这里），特别是关于高血糖在促进这些化合物的形成中的作用，从而导致细胞功能障碍和疾病。
关于 AGEs 有很多误解，其中之一是它们主要是由葡萄糖直接附着在蛋白质上形成的。“糖化”一词显然源自“葡萄糖”，这无疑是造成这种误解的原因之一，但实际情况比这复杂得多。葡萄糖确实对蛋白质很有吸引力，但高中糖基化舞会有一个性感的伴侣，名为果糖胺 3-激酶，他在踢羰基并取名，如果两者跳舞太近，F3-K 就会挡路。
相反，偷偷摸摸的二羰基化合物（发音为“DIE-carb-o-NEELS”）逃脱了我们引人注目的伴侣的注意。它们的反应性平均是葡萄糖的 20,000 倍，并且它们是从葡萄糖、蛋白质和脂肪的碎片中产生的——而不仅仅是多不饱和脂肪酸。 尽管如此，除非他们绕过我们的好朋友谷胱甘肽，否则它们不会造成伤害，谷胱甘肽在夜间监管街道，使这些令人毛骨悚然的潜在罪犯的平衡变得像潜伏在马赛土地阴影中的神秘巫师一样无能为力。
在以后的帖子中，我将解释为什么我认为在我们体内形成的 AGEs 确实会导致疾病，但仍然可能成为细胞通讯的重要组成部分，以及为什么它们会为正在绘制的疾病肖像画中添加更多颜色因为沟通出了问题。在这篇文章中，我将简单地尝试解释我们所做的和不知道的关于我们体内的 AGE 来自哪里。
美拉德反应
人类大概从古老的篝火开始就知道烹饪会导致食物变褐并产生独特的风味。然而，直到 20 世纪的出现，法国医生和化学家路易斯·卡米尔·梅拉德 (Louis Camille Maillard) 才首次详细介绍了所涉及的化学反应以及该过程对现代科学许多分支的影响。在他的记忆中，我们将这个过程称为“美拉德反应”。1960 年代后期首次发现糖尿病患者的血液中会发生类似的反应，产生 HbA1c，这是一种被葡萄糖破坏的血红蛋白。然后，科学家们创造了“糖基化”一词，以将这种异常且明显的病理过程与我们的酶故意进行的正常和必要的“糖基化”反应区分开来。1 )。
尽管划分有些人为，但我们通常将 Mallaird 反应分为三个阶段：早期、中期和晚期（或“高级”）。HbA1c 是“早期糖基化”产品的一个例子。这可能看起来很奇怪，但由于葡萄糖在早期糖化过程中与血红蛋白或其他蛋白质发生反应时会发生一些翻转，最终会产生混乱的氨基酸，名称如“果糖基-赖氨酸”和“果糖基-缬氨酸”。源自果糖的早期糖化产物具有完全不同的名称。“中间糖基化”产物是二羰基，它是产生大部分 AGE 的二羰基。 但这里有一个问题：二羰基可以通过多种方式形成，包括一些与葡萄糖无关的方式。 它们甚至可以在发酵过程中通过酶促形成，实际上它们是麦卢卡蜂蜜的活性抗菌成分 ( 1 )。
如果您错过了Mat Lalonde 在祖先健康研讨会上将两个学期的有机化学浓缩为 45 分钟，以下是二羰基的样子：
这里的这个坏男孩名叫甲基乙二醛。您可以看到有两个碳 (C) 与氧原子 (O) 形成双键。这些 C=O 基团中的每一个都称为“羰基”。因为有两个，甲基乙二醛被称为“二羰基”。
如果观众中有爸爸，你现在应该感受到你的保护本能，因为每当你看到两个像这样配对的羰基时，你可以打赌你的底钱有人即将崩溃糖化舞会而 F3-K 伴侣正在修复她浴室里的头发。此外，您可以通过他蓬乱的羰基分子不断摇摆不定的方式告诉您，他的工作可能从未超过三个月。一条建议：如果甲基乙二醛回家吃晚饭，作为友好的姿态，您可能想向他介绍您的枪支收藏。
还有很多其他二羰基化合物，但正如我们将在下面看到的，甲基乙二醛在犯罪中的主要伙伴是乙二醛和3-脱氧葡萄糖酮。 这些二羰基中的每一个都通过产生不同的 AGE 阵列而留下各种“指纹”。因此，如果我们对这些二羰基化合物的来源有所了解，我们就可以通过查看我们在现场找到哪些 AGE 并追踪它们来自何处来尝试解决“Who Dunnit”。
在我们开始破案之前，我应该指出，我将优先考虑使用色谱技术来测量 AGE 的研究。有关更多详细信息，请参阅此处。
AGEs的饮食来源
现有证据表明，我们确实从肠道吸收了某些 AGE，但几乎立即开始将它们排出体外。因此，饮食中的 AGE 不太可能在任何特定时刻对我们体内循环的 AGE 池做出有意义的贡献。
迄今为止，食品中最常见的 AGE 是吡咯啉和甲基乙二醛衍生的氢咪唑酮-1 ( 1 )。哎呀！试着说快三倍。为方便起见，我们将后者称为MG-H1。
2005 年一项为期 9 天的研究的作者 ( 2) 将 18 人分为四组，以估计饮食中吡咯啉在多大程度上可以被吸收和排泄到尿液中。一组作为对照，其他三餐基于椒盐卷饼、咖啡冲泡或奶油冻，每餐都含有已知数量的吡咯啉。作者得出的结论是，40% 到 65% 的膳食吡咯啉最终进入尿液，而膳食中的吡咯啉占其中发现的 90%。这些结果强烈表明饮食中的吡咯啉被吸收，但我们不能完全排除某些食物会增加我们体内产生的吡咯啉量的可能性。另一方面，假设它被吸收了，我们不知道它的一部分会在多大程度上留在我们的身体里，至少在假设的情况下，
该小组最近发表了几项使用组织培养模拟人类肠道内壁的研究，为吡啉和其他一些 AGE 的吸收提供了进一步的证据 ( 3 , 4 )。这些研究表明，当吡咯啉以二肽（两个氨基酸连接在一起）的形式存在时，它会被吸收，但是一旦细胞吸收了二肽，它就会将其一分为二，并将游离的吡咯啉释放到血液中。该小组还研究了它与肾细胞的相互作用，并得出结论，吡咯啉可能会迅速排泄到尿液中。 之前，当他们在正常饮食的人的血液中寻找吡咯啉时，他们找不到任何 ( 5 )。
虽然我们不能完全排除某些吡咯啉被吸收并分解成一些其他化合物的可能性，这些化合物在我们体内徘徊，但实验室动物实验表明，即使我们向动物注射放射性标记的 AGEs，几乎所有的放射性标记会在两小时内消失在尿液中 ( 6 )。目前最合乎逻辑的结论是，从食物中吸收的吡咯啉不会在体内停留很长时间。
相同的组织培养研究表明吡咯啉从肠道进入血液，也表明我们的肠道细胞吸收了少量 MG-H1 并紧紧地附着在它上面。通常，这些细胞在脱落并从另一端与垃圾一起取出之前持续不到一周，因此这些实验表明 MG-H1 是通过粪便排泄而不是被吸收。
当我们考虑到吡咯啉从食物中吸收但不存在于血液中，而 MG-H1 似乎没有从食物中吸收但仍然存在于血液中时 ( 7 )，当我们考虑以下证据时，只要我们的肾脏在工作中，我们会迅速排出大部分游离 AGE，无论它们来自何处，我们至少暂时必须得出结论，在任何特定时刻，我们体内的大多数 AGE 都不是来自食物。
犯罪现场：牢房
很少有人比 PJ Thornalley 更愿意开始标记犯罪现场。作为 AGEs 的 Gil Grissom，Thornalley 拥有一个自动化的机器人色谱柱切换系统，使他能够使用液相色谱和稳定同位素稀释分析的“金标准”技术同时量化 19 种不同的糖化、氧化和硝化标记物。串联质谱法 ( 8 )。
Thornalley 的小组提供了一些有趣的证据，表明大多数 AGE 发生在我们的细胞内，而不是我们的血浆中。以下是几位健康志愿者的结果，显示血细胞中的 AGE 浓度远高于血浆 ( 7 )：
在同一篇论文中，该小组表明，大鼠血浆中经蛋白质调整的 AGEs 浓度与骨骼肌和神经组织中的 AGEs 浓度非常相似。然而，当我们考虑到这些值代表了蛋白质中特定氨基酸被 AGE 攻击的可能性，并且我们几乎 90% 的蛋白质都包含在我们的细胞内时，似乎 大多数 AGE 发生在内部而不是而不是在我们的细胞之外。
我应该花一点时间承认，某些 AGE 会随着年龄的增长而在皮肤胶原蛋白等长寿命的细胞外蛋白上积累 ( 9 )，因此，随着年龄的增长，存在于细胞外的 AGE 的比例可能会增加。目前还没有足够的数据可以肯定。尽管如此，我们将在下面看到，即使在犯罪现场在牢房外的情况下，牢房也是罪犯的温床，我们喜欢称这些坏男孩为二羰基。 我们主动降解 AGE 修饰蛋白并将 AGE 冲走
我们的细胞有多种不同的方式来识别受损的蛋白质并降解它们，从而保护自己并为自己提供一批新的氨基酸，以重新开始并重新构建所需的蛋白质。糖化蛋白最低限度地受到细胞蛋白正常稳健周转的影响，并且也可能受到这些更严格的清除形式的影响 ( 10 )。
Thornalley 的数据 ( 7 ) 表明，我们不断地将 AGE 修饰的蛋白质降解为它们的组成氨基酸，释放游离的 AGE，并将它们冲入下水道。在血浆中发现游离 AGE 的含量极低，占其中测量的所有 AGE 的不到 2%。我们绝不能相信这是因为大多数穿越血液的 AGE 不是自由的！不，让我们不要用这种压抑的想法来迫害这些AGE。我的朋友们，这仅仅是因为这些解放的 AGE 已经游到海里，沐浴在灿烂的黄色海水中，这将使他们获得自由：
他的数据还表明，在肾病患者中，游离 AGE 会在血浆中积累，但会通过透析清除 ( 11 )。
如果我们简单地考虑这样一个事实，即我们每天会排出大约一两升的水，但血浆容量的水仅超过三升，那么 AGEs 的发生频率似乎和它们来的频率几乎一样。我们无法用这些数据来追踪 AGE 形成和 AGE 释放的日常历史，但我们可以想象，通量是巨大的。
指纹除尘——谁不知道？
如果我们想破案并确定谁在什么时候动手，我们只需要指纹的灰尘。在美拉德反应过程中，糖类可以通过逐步过程生成 AGE，但这些 AGE 以赖氨酸为目标，反应相当缓慢，而二羰基以赖氨酸和精氨酸为目标，反应灵活迅速（12）。由于精氨酸-AGEs 在体内的数量超过赖氨酸-AGEs 的 10-100 倍 ( 7 )，我们可以非常确信，造成损害的主要是二羰基化合物。每个二羰基都会产生一系列特定的 AGE，因此通过确定我们体内哪些 AGE 含量最高，我们可以确定有罪的一方。 这可以帮助我们弄清楚哪些饮食因素和代谢过程最有可能促进 AGE 的形成。 这是这些指纹的样子 ( 7 )：
实际上还有很多其他二羰基化合物可以形成 AGE，但这三个是迄今为止最突出的 ( 12 )。在三个糖酵解中，谁造成的伤害最大？让我们再看一下，再次使用来自 Thornalley 小组的数据。
在这里，我们看到血浆中的大多数 AGE 来自甲基乙二醛和3-脱氧葡萄糖酮( 13 )，并且甲基乙二醛衍生的 AGE 在糖尿病中增加最多：
在健康人类志愿者的血细胞中也观察到了类似的结果，尽管在这些细胞中 3-脱氧葡萄糖酮比甲基乙二醛更为突出 ( 7 )。在大鼠的更广泛组织中也看到了类似的结果，除了糖尿病的增加更多是由甲基乙二醛衍生的 AGEs 引起的 ( 7 )。到目前为止，MG-H1 和 3DG-H 是最突出的 AGE。Thornalley 的小组之前曾表明 MG-H1 及其近亲 MG-H2 是人类晶状体蛋白中的主要 AGEs ( 14 )，尽管他们没有测量 3DG-H。因此，人体内的大多数 AGE 似乎是由 3-脱氧葡萄糖酮和甲基乙二醛形成的。
AGEs 来自碳水化合物、蛋白质和脂肪
我们现在的任务很简单。我们知道是谁破坏了派对，但为什么呢？所有这些二羰基化合物从何而来？
多不饱和脂肪酸 (PUFA) 的光诱导氧化会产生乙二醛和甲基乙二醛，但乙二醛更为突出 ( 15 )。铁诱导的 PUFA 氧化也会产生乙二醛 ( 16 )。铜诱导的 LDL 膜中 PUFA 的氧化，或 PUFA 与蛋白质的简单孵育，将产生羧甲基赖氨酸 (CML)，一种乙二醛衍生的 AGE ( 17 )。然而，如上所述，乙二醛衍生的 AGE 对我们体内发现的 AGE 的贡献很小。即使是上述数据也可能大大夸大了乙二醛的作用，因为源自乙二醛的 AGE 的稳定性几乎是源自甲基乙二醛的 AGE 的 7 倍 ( 7 )。因此，我们必须得出以下结论：PUFAs 的过氧化不太可能是 AGEs 的主要来源。
PUFA 是否已摆脱困境？一点也不。 我们将在下面看到氧化应激是 AGE 形成的核心因素，而大量消耗玉米油会导致氧化应激。我将在以后的帖子中回到这个话题。
碳水化合物的自发降解可以产生二羰基，但这通常是一个非常缓慢的过程，需要高浓度的糖、热量和碱（如磷酸根离子）才能有意义地加速，因此主要在食品的热处理中变得重要( 12 )。然而，当糖附着在蛋白质上时，它们确实会间接导致大量的 AGE。那个性感的伴侣和去糖化酶F-3K 使用 ATP，一种细胞能量的主要货币，将两者分开（18 ）。例如，葡萄糖会与蛋白质反应产生果糖胺；F-3K 会介入，从葡萄糖的控制中释放蛋白质。但是葡萄糖生气地走开了，不仅仅是因为他失去了肉体的爱，而是因为 F-3K 实际上有胆量把他变成 3-磷酸果糖！在他的愤怒中，他内爆了，自发地变成了 3-脱氧葡萄糖酮，并准备好发动攻击。正如我们所见，3-脱氧葡萄糖酮是我们体内AGEs的主要贡献者。因此，我们必须得出结论，葡萄糖以这种间接方式确实造成了一些麻烦。
此外，由于细胞内发生去糖化作用，这进一步证明细胞是这些危险二羰基化合物的温床。
然而，我们上面回顾的数据表明，甲基乙二醛占糖尿病中增加的 AGEs 的大部分，这可能表明甲基乙二醛的重要性随着情况变得病理而增加。因此存在更多的故事比葡萄糖：米ethlglyoxal，其实来源于碳水化合物，蛋白质和脂肪。 当葡萄糖或果糖进入糖酵解时，这些分子中约有 0.1-0.4% 会从其中一种酶上滑落并自发地转化为甲基乙二醛 ( 19 )。
我们拥有通常将氨基酸苏氨酸转化为甘氨酸和乙酰辅酶 A 的酶。甘氨酸是另一种重要的氨基酸，而乙酰辅酶 A 只是醋酸盐的载体，醋酸盐是一种双碳、富含能量的化合物，与醋中的醋酸盐相同。然而，当我们产生的乙酰辅酶 A 比我们燃烧的多时，这种反应就会得到支持，这些酶反而将苏氨酸转化为氨基丙酮，然后转化为甲基乙二醛。一些作者认为，这种途径可能在热量限制、生酮饮食和糖尿病期间变得有意义( 20 , 21 )，但没有人清楚地量化它变得多么重要。
当我们燃烧脂肪以获取能量时，我们的脂肪组织会将游离脂肪酸释放到血液中，而我们的肝脏会将它们转化为酮，将酮送回血液。一旦到达那里，其中一些酮会产生丙酮，这是“酮呼吸”的原因。然后我们的细胞将使用称为CYP2E1酶的丙酮转化为甲基乙二醛（22，23，24）。这是导致泰诺中毒和慢性酒精滥用毒性的同一种酶。基本逻辑表明，在热量限制、生酮饮食和糖尿病期间，这条途径也会变得更加重要，因为这些情况会增加酮的产生。
这些不同的生产甲基乙二醛的方式究竟有多重要尚不清楚，但有几项研究表明，在游离脂肪酸增加的情况下，酮类和苏氨酸可能成为重要的来源：
- 2005 年的一项研究 ( 25 ) 表明，一组被告知阅读阿特金斯博士的新饮食革命并遵循饮食的受试者的甲基乙二醛水平增加了近 70%，同时丙酮水平增加了 6 倍。具有酮症和成功减肥证据的受试者子集的甲基乙二醛浓度增加了一倍。这项研究很难解释，因为没有对照组。此外，作者没有向受试者提供任何饮食咨询，也没有强调食用肝脏和绿叶蔬菜以获得足够的 B 族维生素、硫辛酸和其他有效代谢能量所需的营养素的重要性。
- 去年发表的一项研究 ( 26 ) 表明，柠檬酸盐减少了糖尿病大鼠晶状体蛋白中甲基乙二醛衍生的 AGE 的形成。尽管它消除了糖尿病中酮体水平的大量增加，但它对高血糖症没有影响。
不管这些不同的途径有多么重要，将 AGEs 归咎于“碳水化合物”、“蛋白质”或“脂肪”都是很愚蠢的，因为这些二羰基化合物几乎不会造成任何伤害，除非它们绕过我们的好朋友谷胱甘肽。
锌、胰岛素和谷胱甘肽：二羰基防御团队
我们的细胞具有两种依赖锌的酶，即乙二醛酶-1 和-2，它们通过两步过程来解毒二羰基化合物 ( 19 )。在甲基乙二醛的情况下，它们将其转化为 D-乳酸，后者可用作能量或葡萄糖来源。但正是这种披着斗篷、对抗自由基、阻止毒物的三肽——谷胱甘肽，将这支令人眼花缭乱的排毒防御团队凝聚在一起。他迅速解决了任何危险的二羰基化合物，将它们钉住、滚出、弯曲并扭曲成各种痛苦的椒盐卷饼状排列，直到他最终将它们形成半硫缩醛。 然后，这两种乙二醛酶能够将半硫缩醛暂时禁锢，恢复二羰基，并释放最终产物，让谷胱甘肽消失，这样他就可以继续打好仗。
消耗细胞 ( 27 ) 或活体动物 ( 28 ) 谷胱甘肽的治疗会导致甲基乙二醛浓度大幅增加，这表明乙二醛酶系统通常有效地解毒大部分或大部分穿过其路径的甲基乙二醛。关于我们的细胞自身调节两种乙二醛酶产生的分子机制知之甚少，但到目前为止我们知道锌和胰岛素会增加乙二醛酶-1 的产生 ( 29 )。 这表明锌、胰岛素和谷胱甘肽是我们防御二羰基化合物及其产生的 AGE 的关键组成部分。
我们应该注意到，由于氧化应激会消耗谷胱甘肽，这些发现表明，促进我们的抗氧化防御系统对于保护我们免受 AGEs 的破坏很重要，而且由于整个过程发生在细胞内，这进一步证明了大多数动作发生在细胞内。
我相信此时其他人也在思考这个问题，但有人应该说：F-3K 和谷胱甘肽不应该结婚吗？ F-3K 非常擅长保护蛋白质免受“太接近”葡萄糖的影响，当然葡萄糖可能会反感它，让自己气喘吁吁，把自己吸入 3-脱氧葡萄糖酮，但是当一切正常时，这无关紧要，因为谷胱甘肽和他的乙二醛酶防御小队只是将这种危险的二羰基摔倒并让他康复，恢复平静。F-3K 和谷胱甘肽是完美的一对。
“高血糖”会导致AGEs的形成吗？
因此，在绕了半个地球又回来之后，我们现在回到最初被问到的问题，或者至少是前半个问题：高血糖会导致 AGEs 吗？我想我们都同意 AGEs 在糖尿病中增加，但将糖尿病的所有并发症归咎于“高血糖”就像将家族性高胆固醇血症的所有并发症归咎于“高胆固醇”。
糖尿病不仅仅涉及高血糖。最有可能的是，葡萄糖和酮的浓度增加、能量代谢缺陷、胰岛素信号传导缺陷和氧化应激导致二羰基化合物的产生增加和解毒减少。这些二羰基然后形成AGEs，AGE修饰蛋白的缺陷降解进一步提高了它们的浓度，如果糖尿病损害肾脏，即使是降解蛋白释放的游离AGEs也不会被有效排泄。高血糖是其中的一部分，但只是一部分。
综上所述，AGEs的内源性产生会造成伤害吗？在以后的文章中，我将说明 AGE 及其二羰基前体可能作为关键信号分子出现，但在许多情况下它们确实会造成伤害。
参考
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https://chrismasterjohnphd.com/blog/2011/10/07/where-do-most-ages-come-from-o