《Phytomedicine》：Advanced Glycation End Products (AGEs) and In Vitro and In Vivo Approaches to Study Their Mechanisms of Action and the Protective Properties of Natural Compounds
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本综述系统梳理了晚期糖基化终末产物（AGEs）的形成途径、致病机制（如RAGE受体激活、氧化应激）及相关的体外/体内研究模型。重点评述了天然化合物（尤其是多酚类）通过捕获活性羰基、激活Nrf2通路等机制对抗AGEs毒性的潜力，并指出当前模型的局限性。最后前瞻性地提出利用新型方法（如类器官、PBK模型）提升研究的人体相关性，为开发相关干预策略提供了重要见解。
AGEs的形成与其二羰基前体
晚期糖基化终末产物（AGEs）是一组异质性化合物，可通过还原糖（如葡萄糖）或高活性的二羰基化合物（如甲基乙二醛MGO、乙二醛GO和3-脱氧葡萄糖酮3-DG）与生物分子（如蛋白质、核酸）发生非酶促反应形成。其形成主要有两条途径：经典的Maillard反应（美拉德反应）和更为重要的二羰基依赖途径。在生理条件下，内源性AGEs的形成主要依赖于二羰基途径，因为二羰基化合物（尤其是MGO）的反应活性比葡萄糖高出200至50,000倍。这些二羰基前体来源广泛，包括Maillard反应中间体、葡萄糖自氧化、脂质过氧化以及内源性代谢过程（如糖酵解过程中甘油醛-3-磷酸G3P和非酶促降解）。
AGEs及其二羰基前体的暴露组
人体暴露于AGEs及其前体有两个主要来源：饮食摄入和内源性形成。饮食中的AGEs主要存在于热加工食品和发酵饮料中。然而，由于高分子量（HMM）AGEs生物利用度低，需要降解为低分子量（LMM）AGEs才能被吸收，因此膳食AGEs对全身AGEs池的实际贡献可能有限，且其健康风险尚存争议。相比之下，内源性形成是体内AGEs和二羰基化合物负荷的主要来源。例如，健康成年人内源性MGO的日产量（约216毫克/天）远高于膳食摄入量（5-20毫克/天）。在糖尿病等病理状态下，内源性二羰基的形成会进一步加剧。
AGEs不良健康效应的作用模式
AGEs及其前体的致病机制主要归结为三个方面：（1）二羰基应激引起的生物分子损伤：过量的活性二羰基（如MGO）会修饰蛋白质和DNA，导致其结构和功能改变，引发内质网应激、线粒体功能障碍和细胞凋亡。（2）AGEs在组织中的积累：AGEs易在长寿蛋白质（如细胞外基质中的胶原蛋白、晶状体晶体蛋白）中积聚并形成交联，导致组织僵硬、弹性丧失，这与糖尿病性白内障、血管并发症和肾病密切相关。（3）AGEs与RAGE受体的相互作用：AGEs与细胞表面受体RAGE结合后，会激活MAPKs、JAK/STAT、PI3K/AKT等多种信号通路，进而触发核因子κB（NF-κB）等转录因子，引起氧化应激、炎症反应和组织损伤，从而参与糖尿病及其并发症、心血管疾病、神经退行性疾病等多种慢性疾病的发生发展。
AGEs及其二羰基前体的靶组织
AGEs的不良效应并非均匀分布，某些组织因其特性而更易受损。血管内皮细胞由于直接暴露于循环AGEs且富含易于交联的细胞外基质蛋白，是主要的靶点之一，AGEs累积会导致血管功能障碍，引发大血管和微血管并发症。肾脏作为过滤器官，高暴露于循环AGEs，其肾小球基底膜中的长寿蛋白质易受AGEs修饰，与糖尿病肾病的发展有关。神经系统，特别是神经元，因其高糖代谢率和相对较低的解毒能力，易受二羰基应激影响，AGEs积累与阿尔茨海默病等认知功能障碍相关。此外，心脏（心肌间质AGEs累积导致舒张功能障碍）、眼睛（晶状体蛋白糖化导致白内障，视网膜血管损伤导致视网膜病变）和胰腺（β细胞易受二羰基应激导致胰岛素分泌功能障碍）也是重要的靶器官。肺部、肠道、肝脏、骨骼和骨骼肌等组织也与AGEs病理相关，但证据相对初步。
体外研究方法：天然化合物的保护作用
大量体外研究利用各种细胞模型（如人脐静脉内皮细胞HUVECs、神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y、大鼠嗜铬细胞瘤细胞PC12等）探究了天然化合物（主要是多酚类，如黄酮、酚酸、芪类）对AGEs或MGO诱导的细胞毒性的保护作用。这些化合物通过多种机制发挥保护效应：（1）直接捕获二羰基前体（如MGO），形成加合物，从而阻止AGEs的形成。（2）激活细胞防御通路，特别是通过Keap1-Nrf2信号轴，上调抗氧化酶（如HO-1）和解毒酶（如GLO1）的表达，增强细胞对抗氧化应激的能力。（3）抑制炎症信号通路，如抑制NF-κB的活化，减少促炎细胞因子的产生。（4）保护线粒体功能，抑制线粒体膜电位下降和凋亡通路（如Caspase-3）的激活。（5）下调RAGE受体的表达，阻断AGE-RAGE信号通路的恶性循环。然而，当前体外研究存在局限性，如使用的AGEs/MGO浓度常远超生理水平、天然化合物浓度也较高、细胞模型生理相关性有限（多为肿瘤细胞系），以及实验设计（如抑制剂与MGO共孵育）难以区分是直接清除作用还是真正的细胞内机制调控。
体内研究方法及机制验证
体内研究常用的动物模型包括：（1）链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病模型：模拟1型糖尿病的高血糖状态，导致内源性AGEs长期形成，常用于研究天然化合物对糖尿病肾病等并发症的保护作用。（2）高脂饮食（HFD）模型：模拟2型糖尿病和代谢综合征，伴随胰岛素抵抗和轻度二羰基应激，用于评估化合物对代谢紊乱和AGEs积累的改善作用。（3）口服MGO或AGEs暴露模型：通过饮水或灌胃给予外源性MGO或富含AGEs的饲料，用于直接评估天然化合物的二羰基捕获能力及其对解毒系统（如GLO1）的调节作用。（4）MGO/AGEs注射模型：通过腹腔或静脉注射快速诱导组织损伤，用于机制研究。体内研究在很大程度上证实了体外发现的机制，例如天然化合物能够降低组织AGEs水平、激活Nrf2通路、增强抗氧化防御、减轻炎症和器官损伤。一些研究甚至直接在动物尿液中检测到了天然化合物与MGO形成的加合物，为直接捕获机制提供了体内证据。但动物模型也存在种属差异、暴露剂量过高、伦理问题等局限性。
未来展望：新方法策略（NAMs）的应用
为了克服现有模型的局限并提高人体相关性，未来研究可转向新方法策略（NAMs）。这包括开发更具生理相关性的人源体外模型，例如干细胞衍生的细胞、3D类器官、器官芯片等，这些模型能更好地模拟人体组织的复杂结构和微环境，可能在更接近生理浓度的条件下检测到AGEs/MGO的毒性。同时，结合计算机模拟工具，特别是生理基于动力学（PBK）模型，可以实现定量体外到体内外推（QIVIVE）。PBK模型能够模拟化合物在人体内的吸收、分布、代谢和排泄过程，从而将体外有效浓度转化为人体等效剂量，帮助判断体外观察到的保护效应在现实暴露水平下是否可能发生。这种整合NAMs的策略有助于更准确地评估天然化合物在人体中的有效性和安全性，为将其开发为营养干预或治疗药物提供更可靠的依据。
结论
本综述总结了当前用于研究AGEs毒性及天然化合物保护作用的体外和体内模型，阐述了天然化合物（尤其是多酚类）通过多种机制对抗AGEs相关损伤的潜力。尽管现有研究提供了丰富的机制见解，但也普遍存在模型生理相关性不足、暴露浓度非生理性、对化合物代谢和生物利用度考虑不周等问题。采用更先进的人源体外模型和计算机模拟工具相结合的NAMs框架，有望显著提升未来研究的预测价值和人体相关性，从而更好地指导天然化合物在预防和治疗AGEs相关慢性疾病中的应用。
