红细胞生成素在肾脏病中作用的研究进展

王向托 高 慧 杨立志 (吉林大学第一医院肾病科，吉林 长春 130031)

红细胞生成素(EPO)是一种多功能性细胞因子，其主要作用为调控骨髓中红细胞的产生，促进红系祖细胞增殖、分化为成熟红细胞，临床上主要用于治疗贫血。近年来的实验研究显示，EPO对非造血组织、器官具有保护功能，特别是肾脏。本文对近年来关于EPO非造血作用的相关研究进行综述。

1 EPO简介

1.1 EPO结构 EPO为一种含唾液酸的糖蛋白激素，其分子量为34 kD，由4个内含子和5个外显子组成，其前体有193个氨基酸，成熟EPO由166个氨基酸和4条糖链组成〔1〕。其中唾液酸在维持EPO分子的酸性、阻断细胞表面半乳糖受体结合、防止EPO失活等方面起重要作用〔2〕。重组人EPO(rHuEPO)现广泛应用于临床，其生物活性与天然EPO相同。

EPO主要是由胎儿肝脏和成人肾脏产生。成人血清中EPO主要由肾皮质I型间质细胞分泌，一些肾外组织也可表达EPO，包括脑、子宫、睾丸、视网膜、胃肠黏膜、胎盘滋养层、乳腺、骨髓巨噬细胞，以自分泌、旁分泌的方式发挥作用。正常人的血浆EPO水平维持在15～20 U/L，其主要调节因子为低氧诱导因子-1(HIF-1)，在机体缺氧时，HIF-1诱导 EPO基因转录，增强 EPO 的表达〔3〕。

1.2 EPO受体 EPO受体(EPOR)属于细胞因子受体家族，为EPOR基因编码的Ⅰ型跨膜糖蛋白，其分子量为66 kD，由507个氨基酸组成。EPOR主要存在于骨髓红系祖细胞表面，在心血管、肾、中枢和外周神经系统等非红细胞组织也有EPOR的表达〔4〕，这提示EPO除造血功能外还具有其他生物学作用。

1.3 EPO的信号转导途径 EPO与相应受体结合后，通过信号转导通路调控细胞核内特定基因转录。大量实验研究了EPO介导的信号通路，表明EPO的促造血及组织保护效应是通过两种不同受体介导的〔5〕。在红系祖细胞，EPO与EPOR相互作用形成EPOR二聚体，进而激活Jak2-STAT5(酪氨酸激酶-信号传导子及转录激活子)通路〔6〕，导致血红蛋白的提升及细胞周期的连续性。与STAT5通路平行，EPO二聚体还激活了MAPK(促丝裂原活化蛋白激酶)和NF(核因子)-κB途径。

EPO在一些非造血组织可发挥抗凋亡、抑制炎症、抗氧化等组织保护效应，主要由 EPOR-βcR介导，小部分由EPOR二聚体介导。在非造血组织，EPO作用于EPOR和CD131的复合体，CD131即 BcR亚基，是粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)、白介素(IL)-3、IL-5受体共有的信号转导亚型。尽管这些细胞表达功能性受体复合体还存在争议，但大多数研究表明在神经、免疫及癌细胞中存在 EPO应答〔7〕。EPO与EPOR-βcR异质复合体亲和力低，需要局部高浓度EPO才能被激活，然后激活类似的信号途径，包括STAT5途径〔8〕;然而，其他信号途径涉及EPO非造血效应，这些途径包括c-Jun N-末端激酶(JNK)和磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)的激活，然后分别激活MAPK途径和NF-κB家庭成员。

1.4 EPO的生物学作用

1.4.1 促造血作用 EPO最主要的生物学效应为促进红细胞生成。早期的造血祖细胞分化成细胞集落生成单位，持续EPO刺激引起红系祖细胞克隆形成单位失去细胞核分化为网织红细胞，最终变为成熟红细胞。网织红细胞及成熟红细胞停止表达EPOR，结束对 EPO的应答〔9〕。在红系祖细胞，EPO结合EPOR后激活JAK2-STAT5信号途径，并使 PI3K和Akt磷酸化〔10〕。

1.4.2 免疫调节作用 EPOR也存在于免疫细胞中，EPO在体内、体外模型中影响着免疫细胞的功能。研究证实，EPO治疗后，患者CD8+T细胞依赖性免疫活性增加，NK细胞活性降低，而Th1类细胞因子IL-2、IL-12等明显增高，从而增强机体免疫力〔11〕。在实验性自身免疫性脑脊髓炎的多发性硬化模型中，EPO抑制了抗原特异性T细胞的炎症反应，引起免疫耐受〔12〕。在体内模型中，EPO治疗可延长骨髓瘤大鼠的生存期，促进B细胞产生多克隆免疫球蛋白〔13〕。

1.4.3 抗炎作用 EPO在不同的动物模型中可控制炎症反应，其机制为减低促炎细胞因子的释放。在血液透析病人中，EPO在体外全血培养中已被证实可增加IL-2、IL-10的分泌，减少肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的生成〔14〕，从而抑制炎症反应。EPO作用于EPOR，通过 PI3K/Akt、MAPKs和JAK2等途径，下调NF-κB和激活蛋白1(AP-1)的水平，抑制 TNF-α、IL-6等促炎症因子的基因转录。因此，NF-κB和AP-1可能是EPO调控炎症反应的重要转录因子。

1.4.4 抗氧化应激作用 氧化应激是指由于活性氧过度产生及抗氧化防御机制减弱造成的组织损伤。细胞内氧化应激在肾缺血再灌注肾损伤、慢性肾衰竭、糖尿病肾病等疾病中发挥着重要作用。国内杨艳等〔15〕研究显示在慢性肾衰维持性血透患者中，rHuEPO长程治疗(＞6个月)可使血浆超敏C反应蛋白、晚期氧化蛋白产物及丙二醛含量显著下降，Na+-K+-ATP活性显著升高，证明了EPO在改善贫血的同时，能有效缓解炎症及氧化应激状态。体外实验亦证实EPO可以抑制高糖诱导的小管细胞内活性氧产生〔16〕。但亦有研究显示在尿毒症大鼠模型中，应用EPO可增加内皮素-1及超氧阴离子产物浓度，从而加剧氧化应激，加重高血压和肾损伤〔17〕。EPO是否可抑制氧化应激，有待进一步研究。

1.4.5 抑制上皮细胞-间充质转化(EMT)EMT直接参与了各器官的纤维化，转化生长因子β1(TGFβ1)在EMT中发挥着重要作用，目前研究较为透彻的是TGFβ1通过Smads蛋白信号通路发挥促纤维化作用。Chen等〔18〕用TGFβ1处理猪的近端肾小管细胞，观察EPO对凋亡、EMT及对TGF-β1介导的Smads信号途径的影响，结果显示EPO可逆转TGF-β1介导的凋亡，并可部分逆转 TGF-β1介导的 EMT，并且 EPO是通过阻止Smad3磷酸化及核移位来阻碍TGF-β1的作用，这种作用可能依赖丝裂原活化的蛋白激酶机制的调节。

1.4.6 抑制肾素-血管紧张素系统(RAS) 肾脏缺血、缺氧时，血管紧张素-Ⅱ(Ang-Ⅱ)在RAS促纤维化过程中发挥重要作用。具体机制为Ang-Ⅱ上调TGFβ1的表达，导致α-SMA的升高，进而导致EMT。王巍巍等〔19〕体外实验证明EPO可明显抑制TGFβ1、Ang-Ⅱ的高表达，抑制肾小管上皮细胞凋亡。

2 EPO的肾脏保护作用机制

2.1 急性肾损伤(AKI)EPO除了造血功能外，大量的前期临床研究提示EPO具有多效性、组织保护性。动物试验证实了在AKI病人中应用EPO的作用机制，可能在临床上用于危重病人阻止AKI的发生，但是临床研究仍然较少。尽管EPO在AKI的研究设计和剂量不尽相同，但最终EPO都能改善肾脏损伤。其保护机制不是很明确，可能包括减弱细胞凋亡、传导细胞增殖、组织修复等。目前的研究显示EPO很可能为AKI提供肾脏保护作用。

徐礼友等〔20〕通过夹闭大鼠双侧肾动脉45 min后，再灌注12 h建造肾脏缺血再灌注损伤(IR)模型，实验组用EPO预处理，结果显示EPO可增加抑制凋亡和促凋亡蛋白bc-l 2/bax的比率，降低肾小管凋亡细胞数量，EPO干预组较IR对照组血尿素氮、肌酐增高幅度下降，对大鼠肾功能起保护作用。类似还有在出血性休克相关性肾衰竭、双侧缺血性肾损伤、顺铂毒性肾损伤模型中，EPO促进了肾脏组织学和功能学修复。

在71例接受选择性冠状动脉旁路搭桥术的患者随机、安慰剂对照的临床试验中，术前给予300 U/kg EPO静脉注射将AKI发生率从29%降低至8%(P=0.035)〔21〕，证实应用 EPO有肾脏保护作用，并且改善了术后肾功能。

2.2 慢性肾损伤 Park等〔22〕报道了EPO能通过抑制TGF-β诱导的肾小管EMT来改善单侧输尿客梗阻(UUO)小鼠的肾间质纤维化。另外，国内有研究显示EPO能减轻慢性肾衰竭大鼠肾脏病理改变，改善肾功能，降低尿蛋白〔23〕，EPO这种肾脏保护作用，很可能是通过促进肾小管毛细血管内皮的修复和改善内皮功能来实现的。类似还有EPO可减弱慢性环孢素肾病的肾间质炎症及纤维化〔24〕。

崔群玮等〔25〕通过建立大鼠UUO模型，每周3次腹腔注射rhuEPO 100 U/kg，研究显示EPO可减轻大鼠肾间质的纤维化程度，其机制可能为EPO影响了α-SMA、TGF-β1及VEGF蛋白的表达。类似研究中，邓英辉等〔26〕说明EPO抗肾纤维化是通过抑制肾小管上皮细胞活化、抑制TGF-β1表达、阻止肾小管EMT而实现的。

Yasari等〔27〕选取血红蛋白水平在8～10 g/L的40名肾移植志愿者，分为对照组与实验组，分别在肾移植第1周后接受EPO、安慰剂治疗，随访6个月，结果显示尽管两组间血红蛋白水平无明显差异，但血清肌酐值、肾小球滤过率差异有统计学意义，表明肾移植后早期应用EPO对移植肾功能有益，EPO可用于所有肾移植受者，其保护同种异体移植物是通过影响组织氧化作用而实现的。

3 应用EPO的潜在风险

EPO治疗的相关副作用与刺激红细胞生成相关。Jelkmann等〔28〕报道CKD病人应用EPO可通过心血管、血栓栓塞事件和促进肿瘤生长进而增加死亡率。但Sinclair等〔29〕证实EPO缺乏可促进肿瘤生长。在患高血压的病人中，短期及长期EPO治疗可能加重高血压〔30〕，故EPO应该慎重应用。

4 展望

长期应用EPO可能无益，因为这可导致抗EPO抗体的产生、红细胞发育不良和EPOR表达减少，进而导致EPO无法发挥效应。目前新型的EPO有氨甲酰化促红细胞生成素(CEPO)，脱唾液酸基 EPO(asialoEPO)及 darbepoetin-α。CEPO将EPO中的赖氨酸变高瓜氨酸，可与EPOR-βcR结合起到类似EPO的组织保护作用，其机制尚未完全明确。asialoEPO与EPO相比缺少唾液酸残基，使其半衰期极度缩短，不能发挥促造血功能，但仍存在细胞保护作用〔31〕。darbepoetin-α比rHuEPO多2个N-连接糖基侧链及8个唾液酸残基，药效为rHuEPO的10倍，代谢稳定性较好，半衰期较长，具有与造血无关的组织保护效应。以上新型EPO的出现，可能有着更为广泛的临床应用前景。

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