腎性貧血發生機制的研究進展▲

肖 宇 王 潔

(1 右江民族醫學院臨床醫學院，廣西百色市 533000,電子郵箱：735015918@qq.com；2 右江民族醫學院附屬醫院腎內科，廣西百色市 533000)

【提要】 腎性貧血是慢性腎臟病(CKD)最常見的并發癥,其可加速CKD的進展,影響患者的生存質量和預后。腎性貧血的發病機制復雜,目前尚未完全闡明,整體療效不明顯,預后欠佳。本文就腎性貧血發病機制的研究進展做一綜述。

近年來,慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD),尤其是終末期腎臟疾病(end-stage kidney disease,ESKD)的發病率、住院率有升高的趨勢,我國成人CKD患病率高達13.39%[1]。腎性貧血是CKD的嚴重并發癥之一,是指各種腎臟病致腎功能下降時,腎臟促紅細胞生成素(erythropoietin,EPO)生成減少及血漿中一些毒性物質干擾紅細胞生成并縮短其壽命而導致的貧血[2]。流行病學資料顯示,我國CKD非透析患者腎性貧血發生率高達51.5%[3],CKD接受血液透析治療的患者腎性貧血發生率為62.1%,接受腹膜透析的患者腎性貧血發生率為53.5%[4]。腎性貧血不僅嚴重影響患者的生活質量、增加就醫成本,還增加血管硬化和左心室肥厚的風險,以及心血管事件發生的概率[5]。腎性貧血的發病機制復雜,合理有效地糾正貧血對改善患者的生存質量和遠期預后有重大意義。本文對腎性貧血的發生機制做一綜述。

1 EPO缺乏

EPO又稱紅細胞刺激因子,是一種人體內源性糖蛋白激素,主要生物學作用是促進紅系祖細胞的增殖、分化和成熟,調控機體紅細胞生成。EPO主要由腎小管及管旁毛細血管內皮細胞及間質細胞合成,少量由肝臟、大腦、骨髓巨細胞合成分泌[6]。在機體缺氧狀態下,通過刺激腎臟缺氧感受系統,致使缺氧誘導因子激活,使EPO與其他生長因子如白細胞介素(interleukin,IL)-3、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)等進入血液循環系統,與骨髓中的EPO靶細胞—紅細胞集落形成單位細胞及紅細胞暴增集落形成單位上的EPO受體(erythropoietin receptor,EPOR)結合,使EPOR磷酸化,從而激活與EPOR酪氨酸磷酸化位點相連的三磷酸肌醇激酶,促使第二信使三磷酸肌醇和甘油二酯產生并進入細胞核,加速紅系祖細胞增殖、分化,提高機體攜氧能力,進而改善缺氧狀態[7]。CKD患者由于腎小管的高代謝可引起殘余腎單位內氧自由基增多,脂質過氧化作用增強,導致細胞核組織損傷,腎臟內分泌功能受損,進而使得EPO合成分泌減少。

2 鐵調素表達增多

鐵調素是調節體內鐵穩態的重要激素,是由肝臟產生的富含半胱氨酸的小分子肽。Pigeon等[8]研究結果顯示，鐵調素RNA在調節小鼠鐵代謝中發揮重要作用。 鐵是合成血紅蛋白的重要原料之一,鐵缺乏可導致血紅蛋白合成障礙。人體內鐵的主要來源為食物吸收、肝臟合成及巨噬細胞吞噬衰老紅細胞后釋放,鐵可以在“封閉”系統內反復循環利用。人體從食物中吸收的三價鐵主要通過十二指腸上皮細胞的十二指腸細胞色素B氧化成二價鐵后經二價金屬轉運體1介導進入腸上皮隱窩細胞,在膜鐵轉運蛋白(ferroportin,FPN)參與下轉運至血漿后結合轉鐵蛋白,一部分貯存于肝臟及各組織細胞內,一部分進入骨髓合成血紅蛋白。FPN表達于成熟十二指腸上皮細胞及肝脾巨噬細胞,是調節鐵從胞內向血液運輸的獨特結構[9],也是目前唯一知道的鐵調素的作用受體,鐵調素與FPN結合后,通過細胞內吞作用使FPN內化降解,抑制鐵從細胞內輸出進入血漿,從而調控機體鐵穩態。因此,當鐵調素表達升高時,鐵離子沉積在細胞內,血漿中鐵含量減少。

鐵調素表達水平的調控機制十分復雜,許多正負調節因子聚集在一起,在轉錄水平上對其表達進行微調。血清鐵、肝臟鐵貯存量、炎癥及紅細胞生成刺激素等均是影響鐵調素表達的主要因素。其中鐵通過骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)-Smad通路介導鐵調素的表達；炎癥通過Janus激酶/信號轉錄因子及轉錄激活因子通路和BMP-Smad通路的相互作用介導鐵調素的表達；Erythroferrone被認為是鐵調素上游紅系調控物質,但其具體作用機制尚未明確,而紅細胞生成刺激劑則通過EPO-Erythroferrone軸介導鐵調素的表達。CKD患者由于感染、慢性心衰、腎功能下降等使機體處于持續微炎癥狀態[10],單核巨噬細胞產生大量炎癥因子刺激肝臟產生鐵調素。同時,鐵調素不與血漿蛋白緊密結合,可被正常腎臟迅速清除,并通過腎小管重吸收降解,但隨著腎小球濾過率下降,未接受透析治療的CKD患者體內鐵調素水平升高[11]。隨著CKD的進展,大多數患者的腎臟無法產生足夠的EPO來維持紅細胞的生成,當補充外源性紅細胞生成刺激劑時,紅細胞的生成需要更多的鐵,處于高濃度鐵調素狀態的患者即使體內貯存的鐵足以滿足基本的紅細胞生成的需要,但也不能快速地從組織中釋放出來滿足紅細胞生成的需要,最終導致貧血難以糾正。Akchurin等[12]研究發現,將鐵調素基因敲除后,腺嘌呤誘導的CKD小鼠貧血減輕,生長速度加快,提示鐵調素與腎性貧血有關,而降低體內鐵調素水平或抑制其活性有可能成為腎性貧血新的治療方法。Erythroferrone被認為可競爭性結合BMP-6而抑制鐵調素的表達,對其進一步研究有望尋找治療到腎性貧血的新策略[13]。

3 炎癥機制

CKD患者處于持續微炎癥狀態,亞臨床感染、肥胖、氧化應激增加、營養不良、維生素D缺乏是CKD炎癥的潛在因素[14],尿毒癥毒素引起的腸道菌群失調和細菌移位到全身和淋巴循環均有可能激活全身炎癥反應[15]。Amdur等[16]對3 430名CKD患者進行研究發現,在隨訪6.3年期間,隨著患者腎功能的下降,CKD患者血漿纖維蛋白原、IL-6、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)水平升高,原因可能為晚期糖基化終產物的累積激活多種炎癥信號通路從而促進炎癥因子的產生。炎癥可通過以下機制誘發貧血的發生：(1)通過多種途徑使鐵調素表達增多而加重貧血。研究發現,膿毒癥患者鐵調素的濃度高出正常人100倍[17]。研究表明,CKD患者鐵調素的表達與炎癥因子呈正相關[18,19-20]。IL-6可與其受體結合后激活Janus激酶使STAT3磷酸化后進入細胞核,直接與鐵調素基因啟動子位點結合,促進鐵調素表達。此外,IL-1β刺激肝臟BMP-2和激活素B表達,通過BMP受體及Smad信號傳導機制上調鐵調素表達?？缒そz氨酸蛋白酶6(transmemb rane serine protease 6,TTSP6)通過抑制鐵調素表達從而維持鐵的穩態[21],而炎癥因子可以降低STAT5磷酸化水平使TTSP6表達下調從而導致鐵調素表達增加。甲基化酶2能抑制BMP-6生成而降低依賴BMP/Smad的鐵調素轉錄水平；除此之外,炎癥反應通過降低STAT5和過氧化物酶體增殖激活受體γ輔激活因子-1的表達而抑制甲基化酶2表達,促進鐵調素的表達[22]。(2)影響EPO生成。在炎癥刺激下,單核細胞、巨噬細胞、血管內皮細胞等產生多種細胞因子,干擾素α、干擾素β、TNF-α及IL-1等細胞因子影響紅系前體細胞—爆式紅系形成單位及紅系集落形成單位的生長,使EPO的產生減少,活性降低。另外，細胞因子誘導巨噬細胞樣細胞產生不穩定的自由基或過氧化物陰離子,可對紅系祖細胞產生直接毒性。犬尿素是芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor,AHR)的內源性配體,在吲哚胺2,3雙加氧酶的催化下由L-色氨酸降解形成,炎癥狀態下,吲哚胺2,3雙加氧酶表達上調,犬尿素生成增多。Eleftheriadis等[23]研究表明，炎癥條件下犬尿素的增加可降低EPO產生,這可能是炎癥導致腎性貧血的另一機制。犬尿素在吲哚胺2,3雙加氧酶的催化下由L-色氨酸降解形成，炎癥狀態下，吲哚胺2,3雙加氧酶上調，犬尿素生成增多。犬尿素是AHR的內源性配體，AHR活化后轉移進細胞核,與低氧誘導因子(hypoxia-inducible factor,HIF)-2a競爭結合HIF-1b,從而減少EPO生成。(3)縮短紅細胞壽命。衰老紅細胞的細胞膜可被巨噬細胞識別清除,當機體處于炎癥狀態時不僅可激活巨噬細胞,還可以增加紅細胞表面免疫球蛋白或者免疫復合物的包被,使紅細胞被超量清除,導致體內紅細胞數量減少[24]。

總之,炎癥因子在腎性貧血的發生中發揮著重大作用。Akchurin等[25]研究發現,野生型CKD小鼠即使EPO處于高水平,但仍存在貧血,且血清鐵含量降低,IL-6水平升高,敲除IL-6可顯著改善CKD小鼠的紅細胞及血紅蛋白含量,這可能與鐵調素的介導有關,然而口服補鐵糾正野生型CKD小鼠低鐵血癥的效果遜于敲除IL-6,這提示腎性貧血可由多種因素調控,炎癥是其中因素之一,減輕患者的微炎癥狀態對糾正腎性貧血尤為重要,炎癥因子可能成為未來腎性貧血治療中的藥物靶點。

4 維生素D代謝紊亂

維生素D是人體內的激素活性物質,人體獲得的外源維生素D無生物活性,需經過肝臟25-羥化酶及腎臟近曲小管上皮細胞線粒體中1-α羥化酶的羥基化作用形成有活性的1,25二羥基維生素D3而發揮作用。而CKD患者普遍存在維生素D缺乏。Kim等[26]研究發現,ESKD患者25羥基維生素D3水平與血紅蛋白水平呈正相關,維生素D缺乏是ESKD患者發生貧血的獨立危險因素。Sonkar等[27]研究結果顯示,血紅蛋白水平低的CKD患者甲狀旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)較高,而血清維生素D水平與血紅蛋白水平呈正相關,提示維生素D缺乏和繼發甲狀旁腺功能亢進與腎性貧血的發生密切相關。繼發甲狀旁腺功能亢進引起貧血的可能機制為PTH可引起骨髓纖維化從而抑制紅系祖細胞的生成,也可使紅細胞膜滲透脆性增加而縮短紅細胞存活時間,還可抑制內源性EPO生成而加重貧血[28]。維生素D除了能通過直接增加EPOR表達,協同刺激造血祖細胞增殖,促進骨髓造血外,還能通過下調促炎細胞因子及鐵調素水平而促進紅細胞生成。研究表明,炎癥狀態下，巨噬細胞、樹突狀細胞及T淋巴細胞中25羥基維生素D-1α羥化酶的編碼基因CYP27B1和維生素D受體高表達，從而發揮抗炎作用[29]。張燕麗等[30]研究發現，膿毒癥患兒維生素D水平明顯低于健康兒童,維生素D水平與膿毒癥患兒預后呈正相關,提示維生素D在對抗炎癥因子中發揮一定的作用。Bacchetta等[31]研究發現,采用25羥基維生素D或1,25二羥基維生素D體外干預肝細胞或單核細胞后,細胞鐵調素 mRNA表達水平降低,染色質免疫沉淀分析表明維生素D通過與鐵調素基因啟動子上的維生素D反應元件結合,直接抑制鐵調素的表達。還有研究發現,在健康人群中維生素D3可不依賴于炎癥因子而直接調節鐵調素的表達[32]。然而,也有研究發現，連續服用骨化三醇6周未能降低CKD 3～4期患者血清鐵調素水平[33-34]。因此,維生素D對腎性貧血發生發展的作用可能是多途徑多渠道的,相關機制尚需要更多、更長遠的研究來闡明。

5 成纖維細胞生長因子-23

成纖維細胞生長因子23(fibroblast growth factor 23,FGF23)是一種鈣磷調節激素,主要由骨骼中骨細胞和成骨細胞合成分泌,在輔助因子Klotho蛋白的協助下與其受體結合發揮作用。CKD患者因腎單位減少致磷排泄障礙,使得FGF23代償性升高以維持血磷正常水平[35]。研究發現，FGF23缺失可以增加小鼠骨髓及外周血紅細胞生成量,并使EPO mRNA的表達水平增加,給小鼠服用FGF23可導致紅細胞生成減少[36-37],提示FGF23可能通過影響造血干細胞向紅系表達,并負調控EPO影響紅細胞的產生和分化。Nam等[38]研究發現，未接受透析治療的CKD患者血清FGF23水平與血紅蛋白呈負相關,FGF23水平的升高會增加貧血風險。蘭秀君[39]對接受血液透析治療的CKD患者進行研究也得到相同的結果。然而也有研究表明,血液透析患者FGF23水平與血紅蛋白無相關性[40]。FGF23與腎性貧血的發生發展是否有聯系,其機制如何,目前相關報告較少。研究發現，FGF23可直接刺激肝臟分泌炎性細胞因子[41],而FGF23水平與CKD患者的多種炎癥標志物有關[42]。動物實驗研究發現,高水平的FGF23可導致CKD小鼠發生腎性貧血,阻斷FGF23信號通路可促進紅細胞生成,減輕貧血和炎癥,并下調鐵調素 mRNA的表達,使血清鐵水平升高[43]。FGF23除了直接影響紅細胞生成外,是否會通過炎癥因子及鐵代謝途徑來影響腎性貧血的發生尚需更多的實驗研究來闡明。

6 其他因素

大部分CKD患者因尿毒癥毒素在體內積蓄而引起胃腸道功能紊亂,引起鐵、維生素B12、葉酸等造血原料及其他營養物質吸收障礙,造成營養不良,導致血紅蛋白合成減少。此外,尿毒癥毒素如多胺、喹啉酸、瘦素等可抑制骨髓細胞及紅細胞的發育從而引起貧血。CKD患者多存在血小板功能降低,凝血功能障礙而處于慢性失血狀態,從而加重貧血。

7 小 結

腎性貧血是CKD患者的嚴重并發癥,其發病機制復雜,多種因素相互關聯。目前腎性貧血的治療效果不佳,對其發病機制的研究有利于為治療藥物的研發提供依據。隨著研究的深入,有望為腎性貧血患者提供更安全有效的治療措施,減少相關并發癥,提高患者生存質量。