促紅細胞生成素與糖尿病微血管病變關系的研究進展

趙冬冬，馬寶新，于秀燕，朱岳智，王寧，李躍榮

(濱州醫學院附屬醫院，山東濱州256603)

糖尿病微血管病變是糖尿病患者的特異性并發癥，主要特征是毛細血管基底膜增厚及細胞外基質蛋白合成，可累及全身各器官組織，以糖尿病視網膜病變(DR)、糖尿病腎臟疾病(DKD)、糖尿病心肌病(DCM)、糖尿病神經病變為主[1]，決定著糖尿病患者的預后。糖尿病微血管病變的發病機制尚未能確切闡明，目前普遍認為其與多元醇通路激活、二酰甘油-蛋白激酶C途徑活化、非酶糖基化終末產物生成、炎癥反應、抗氧化狀態異常等相關[2]。促紅細胞生成素(EPO)是一種主要由腎皮質及外髓質間質成纖維細胞合成分泌的激素樣物質，其本質是一種糖蛋白，相對分子質量為34～39 kDa，在刺激骨髓干細胞和促進紅細胞生成方面發揮重要作用[3]。除了傳統生物學作用外，近年來EPO在保護神經元、減少缺血誘導的細胞凋亡、促進炎性細胞凋亡、抗氧化及促血管形成等方面的作用引起了廣泛的關注[4]。本文就EPO與糖尿病微血管病變關系方面的研究進行綜述。

1 EPO與DR

DR是勞動年齡人群出現不可逆視力喪失的主要原因之一，其主要特征是微血管病變、血-視網膜屏障破壞、神經元退行性病變及神經膠質細胞功能的改變[5]。

EPO在DR發展的不同時期發揮著不同的作用。Hu等[6]通過給予糖尿病大鼠玻璃體腔內單次注射EPO，發現與正常對照組及糖尿病對照組相比，EPO干預組糖尿病大鼠視網膜中膠質纖維酸性蛋白及波形蛋白水平明顯降低，且睫狀神經營養因子和腦源性神經營養因子表達水平明顯增加。Becker等[7]對永生化大鼠Müller細胞株(rMC-1)體外培養，認為EPO能通過腦源性神經營養因子(BDNF)/酪氨酸蛋白激酶受體B(TrkB)通路保護Müller細胞，并通過磷脂酰肌醇-3-羥激酶(PI3K)/Akt和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)/ERK1/2信號通路誘導表達神經營養因子，進而對早期DR具有保護作用。EPO能通過缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)通路負反饋下調血管內皮生長因子的生成，也能誘導Müller細胞通過轉錄因子激活蛋白-1下調DR中TNF-α和IL-1的表達，從而保護血-視網膜屏障的完整性及保證視網膜細胞的存活；此外，EPO還能降低視網膜中谷氨酸含量，以減少其對視網膜神經細胞的神經毒性作用。然而，Reid等[5]研究發現，增殖性糖尿病視網膜病變(PDR)患者玻璃體中EPO的水平較對照組明顯上升，且水平遠高于血清EPO水平，進一步行多元Logistic回歸分析示，玻璃體中EPO水平上升與PDR具有顯著相關性。研究已證實，EPO是獨立于血管內皮生長因子的一種促血管形成因子，在PDR新生血管生成方面發揮重要作用。早有研究通過動物實驗證實，玻璃體腔內注射EPO小干擾RNA能特異性阻斷EPO表達，進而抑制PDR新生血管的生成。在DR后期，視網膜局部缺血缺氧狀態加重，產生HIF-1α并與細胞核內HIF-1β及缺氧反應元件相結合，啟動EPO基因的轉錄，該過程伴隨EPOR的表達上調。PDR中EPOR+內皮祖細胞水平增加，內皮祖細胞對EPO反應增強并且遷移，進一步導致DR的進展[8]。上述多項研究均證實，EPO對DR的預防及早期治療具有明確治療價值，但可加重PDR患者的病情進展。

盡管高血糖與DR發病具有明確相關性，但并非所有血糖水平控制欠佳的糖尿病患者均會出現微血管病變；相反，有些血糖水平控制良好的糖尿病患者仍會進展出現微血管病變。因此，糖尿病微血管病變患者不同的發病風險可能部分歸因于遺傳易感性。目前針對EPO基因多態性與DR發病相關性的病例對照研究結論存在差異。Fan等[9]檢測397例DR患者和796例2型糖尿病無視網膜病變患者的EPO單核苷酸多態性(SNP)，結果顯示中國漢族人群EPO SNP rs507392、rs1617640和rs551238與DR發病相關，且單體型GCC及rs1617640基因型GG、rs507392基因型CC、rs551238基因型CC均與DR發病風險增加密切相關。Song等[10]對中國2型糖尿病人群進行EPO基因多態性研究，但結果顯示EPO基因rs507392基因型CC和rs551238基因型CC是中國2型糖尿病人群DR和PDR的保護基因型。然而Yang等[11]進行的病例對照研究卻非如此，EPO SNP rs1617640、rs507392、rs551238與中國2型糖尿病患者DR發病無明顯相關性。最新薈萃分析顯示，EPO SNP rs1617640和rs507392與DR發病無相關性，EPO SNP rs551238與DR發病風險增加具有相關性[12]。近年來，對DR易感性的研究逐漸增多，但DR發病機制相對復雜，病例對照研究結論尚存在差異，有待進一步更大規模的研究。

2 EPO與DKD

DKD是糖尿病最嚴重的慢性微血管并發癥之一，是終末期腎病的主要病因。DKD是多因素共同作用的結果，主要特征為腎臟肥大、腎小球基底膜增厚、系膜細胞增生及細胞外基質堆積[13]。

有研究通過給予DKD小鼠2周EPO處理發現，EPO處理組DKD小鼠中腎臟肥大及腎小管細胞功能紊亂明顯改善，白蛋白/肌酐比值顯著降低[14]。在DKD早期，高血糖刺激能通過STAT3/GATA-1信號轉導通路上調EPO及EPOR的表達，從而對腎臟起保護作用。多項研究已報道，EPO在DKD發生發展中發揮保護作用，其作用機制可能如下：①EPO能通過影響細胞周期蛋白激酶抑制因子和神經纖毛蛋白1的表達，進而抑制晚期糖基化終末產物(AGEs)誘導的足細胞損傷；②EPO上調B細胞淋巴瘤因子(Bcl-2)和下調Bxl-2相關X蛋白(Bax)/Caspase-3的表達，抑制高血糖誘導的氧化應激和腎小球系膜細胞、腎小管上皮細胞凋亡；③EPO可通過抑制RhoA/Rho相關激酶(ROCK)信號通路，從而降低腎小球通透性、改善腎臟血流、抑制腎小球系膜細胞分泌細胞外基質；④EPO能直接通過抑制TGF-β1/整合素連接激酶(ILK)信號通路，降低高糖誘導的腎小管上皮細胞-間充質細胞轉化；⑤EPO也能通過減少炎性因子分泌來抑制炎癥發生，進而對DKD患者的腎臟起保護作用[15,16]。

通過對DKD患者的家族聚集性和種族差異性的研究發現，遺傳因素在DKD的發生發展中發揮著重要的作用[13]。目前，EPO基因多態性與DKD的研究較少，且研究結果尚不一致。Alkayyali等[17]報道，EPO SNP rs1617640中T等位基因與英國和芬蘭1型糖尿病患者罹患終末期腎病合并PDR的風險具有相關性，基因型TT可上調糖尿病患者EPO的表達水平。Tziastoudi等[13]通過對猶他州2型糖尿病及GoKinD和波士頓1型糖尿病人群進行研究發現，EPO SNP rs1617640與1型及2型糖尿病患者發生糖尿病微血管病變具有明顯相關性，T等位基因是DKD發病的強致病基因。相反，Mooyaart等[18]薈萃分析提示，T等位基因對DKD具有保護作用。EPO基因多態性與DKD發病相關性研究差異較大，考慮可能與各研究人群來自不同種族、與遺傳背景差異有關，需進一步行多中心、大樣本臨床研究。

3 EPO與DCM

DCM是糖尿病患者獨立于冠心病、高血壓等因素的心室功能障礙，是充血性心力衰竭重要的危險因素。DCM發病機制復雜，主要病理特征包括心肌細胞凋亡、心肌間質纖維化等[19]。

Lu等[20]通過動物實驗以及心肌細胞體外培養發現，EPO對DCM具有保護作用，其機制與抑制心肌細胞內質網應激、增加肌漿網Ca2+-ATP酶2a蛋白的表達水平、減少心肌細胞凋亡、改善鈣平衡及心功能參數相關。此外，EPO可通過下調葡萄糖調節蛋白78及Caspase-12等凋亡蛋白的表達抑制心肌細胞凋亡。Lin等[21]研究發現，促紅細胞生成素衍生肽(HBSP)通過AMPK依賴通路介導的自噬可改善線粒體超微結構、減輕心肌間質纖維化、抑制心肌細胞凋亡，進而改善DCM小鼠的心功能、減輕DCM病變。EPO能通過抗凋亡、抗炎、促進新生血管生成、抗心肌肥厚、抑制心室重構等作用對心臟起保護作用。

4 EPO與糖尿病神經病變

糖尿病神經病變是糖尿病患者常見的復雜并發癥之一，可廣泛累及中樞及周圍神經系統，以糖尿病周圍神經病變(DPN)最為常見。周圍感覺神經病變會導致自我保護的痛覺、觸覺和熱覺減弱；周圍運動神經病變會導致足部肌肉萎縮、屈伸肌力量失衡，進而導致足底壓力分布失調進而形成足部潰瘍。85%～90%的糖尿病足潰瘍合并DPN，多個文獻統計顯示DPN是引發糖尿病足潰瘍最主要的危險因素[22]。

EPO是保護神經的重要介質，能促進血管生成、改善局部缺血狀態、誘導神經干細胞增殖和分化、增加神經元髓鞘堿性蛋白表達，起到減輕脫髓鞘病變、促進少突膠質細胞的形成、修復受損神經元并減少白質損傷的作用[23]。Zhang等[24]研究發現，高糖培養狀態下，Schwann細胞中活性氧水平上升、谷胱甘肽水平降低，且相比于正常對照組大鼠，糖尿病大鼠Schwann細胞表現出更高的EPO mRNA和EPOR mRNA水平，表明EPO能夠提高Schwann細胞中谷胱甘肽水平，降低活性氧水平，進而減少Schwann細胞的氧化應激、抑制凋亡，促進間充質干細胞對Schwann細胞的保護作用，進而對DPN發揮治療作用。Digicaylioglu等[25]研究進一步表明，EPO與神經元EPOR結合通過JAK2激酶磷酸化可激活PI3K-Akt、NF-κB信號通路，上調Bcl-xl、Bcl-2等抗凋亡基因表達；下調Caspase-9、GSK3β等促凋亡基因表達，并與提高Schwann細胞中谷胱甘肽水平、增加超氧化物歧化酶水平相關。EPO可以顯著提高內皮屏障抗原表達水平，減少微血管周圍纖維蛋白原外滲，以及通過抗氧化、抗炎、促血管生成及對神經細胞的營養和促再生等作用機制，使血-腦屏障內皮細胞連接更加緊密、牢固，從而對中樞神經系統具有保護作用，EPO也可以通過減弱周圍神經病變中炎癥、氧化反應等對DPN起保護作用。

綜上所述，EPO對除PDR以外的糖尿病微血管病變具有預防及保護作用，而PDR患者應避免EPO的使用。EPO基因多態性與糖尿病微血管病變相關性研究結論目前尚不一致，有待大樣本研究證實。