促红细胞生成素对糖尿病心肌病保护作用的研究进展

牟娇 综述 张新金 审校

(1.昆明医科大学第四附属医院，云南昆明650000；2.云南省第二人民医院，云南昆明650000)

1 糖尿病心肌病

1.1 糖尿病心肌病的概述

据世界卫生组织统计，全球糖尿病(diabetes mellitus,DM)患者在1980年是1.08亿，成人DM的患病率为4.7%，而到2014年增加到4.22亿，患病率达8.5%。糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)是DM患者的心脏并发症之一，这一术语是由Rubler等[1]于1972年正式提出，是指发生于DM患者，有心脏结构和功能的改变，主要是左室改变，而不能用高血压性心脏病、冠心病、心脏瓣膜病及其他心脏病变来解释的一种心肌疾病。DCM早期表现为舒张功能障碍，晚期以收缩功能障碍为主，并最终出现心力衰竭的临床表现。关于DCM的发病率报道高低不一，主要原因可能是因为样本量大小、研究对象、研究人群等因素不同造成的。美国的社区人群中DCM的患病率为1.1%，在DM患者中，DCM患者所占的比例为16.9%[2]；而一项中国的的抽样调查研究中，DCM 患病率为1.6%，DM患者中DCM患者所占的比例为19.2%[3]，与美国的统计数据相当。此外，有研究表明糖化血红蛋白(glycosylated hemoglobin,HbA1c)水平每增加1%，心力衰竭的风险增加8%，相反，HbA1c水平每降低1%，患心力衰竭的风险降低了16%[4]，且这种改变独立于血压、体重指数、年龄与冠状动脉疾病的存在，这些数据表明心力衰竭的风险是由单纯的DM引起。另外，DCM患者的死亡率也很高，在一项统计数据，9年随访中DCM患者的死亡率为18%[2]。

1.2 DCM的发病机制

关于DCM的发病机制，目前仍然不完全清楚，根据动物研究及临床研究，主要可能有以下几方面。

1.2.1 肾素-血管紧张素系统激活

肾素-血管紧张素系统激活参与了DCM的发生发展[5]，激活的血管紧张素Ⅱ促进心脏成纤维细胞释放转化生长因子β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)[6]，而TGF-β1能调节多种细胞的生长和分化，促进心肌纤维化。另外，血管紧张素Ⅱ还促进肥大细胞脱颗粒释放糜蛋白酶，使心肌胶原沉积增多，细胞外基质降解，使心肌收缩功能受损[7]，引起DCM。

1.2.2 钙调节异常

正常情况下，Ca2+通过L型钙通道进入心肌细胞，通过心脏ryanodine受体诱导肌质网Ca2+释放，肌质网再摄取心肌细胞内Ca2+维持心脏的正常舒张。而在DCM中，内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)促使膜不稳定，肌质网释放Ca2+进入胞浆，导致肌质网Ca2+-ATP酶活性降低，Ca2+再摄取受损导致动作电位持续时间增加，心肌舒张减慢[8]；ERS使收缩期肌质网钙释放减少，细胞内Ca2+浓度增加[9]。另外，PI3K/Akt是胰岛素信号转导通路中一条重要、经典的途径，心肌细胞在正常生理状态下，PI3K/Akt信号通路促进GLUT4招募质膜，导致葡萄糖吸收入心脏。而DCM使PI3K/Akt信号通路受损，使胰岛素信号转导异常，引起葡萄糖的摄取减少，从而使Ca2+-ATP酶活性降低，Ca2+重新进入肌质网[10]；同时高血糖还降低细胞内Ca2+的衰变率[11]。多种因素共同作用增加细胞内Ca2+的浓度，使钙调节异常，引起心肌舒缩功能不全，导致DCM。

1.2.3 细胞凋亡

高血糖通过酶促反应、非酶途径和线粒体途径产生活性氧引起氧化应激[12]，氧化应激激活caspase-3途径，caspase-3存在无活性的前体，即前caspase-3，这转化为活性效应分子，即裂解的caspase-3，促进心肌细胞凋亡[13]。高血糖还通过使心肌细胞Bcl-2和 Bax蛋白解离，从而引起心肌细胞凋亡[14]。此外，过度或长期的ERS也会引起细胞凋亡[15]。氧化应激、ERS最终均导致心肌细胞凋亡，进而引起心肌重构，导致了DCM的发生发展。

1.2.4 炎症因子的作用

Li等[16]的研究表明DCM组大鼠的microRNA-30d(mir-30d)增加,mir-30d直接作用于FOX结构域O家族3a成员(foxO3a)，使foxO3a及下游信号ARC表达抑制，同时caspase-1、白介素(IL)-18、IL-1β表达升高，IL-1β的活性主要由半胱氨酸蛋白酶caspase-1激活NLRP3炎性体介导[17],而NLRP3炎性体在DCM大鼠的心肌中被激活[18]。Huang等[7]的研究也表明DCM小鼠的抗炎因子IL-4、IL-10表达降低，而促炎因子γ-干扰素、肿瘤坏死因子-α升高，使心肌细胞肥大、心肌重构、心脏功能受损。

1.2.5 心肌自噬异常

自噬是维持心脏结构和功能的一种稳态机制，在生理水平以下抑制自噬增强蛋白质聚集，可能促进心力衰竭[19]，但也有研究表明细胞自噬的减少是一种适应性反应，可以限制高血糖诱导的心肌细胞损伤[20]，提示自噬在维持心脏功能中的作用。许多研究[11,21-22]表明DM使心脏的自噬减少，高血糖诱导腺苷酸激活蛋白激酶、5’-腺苷(adenosine 5’-monophosphate，AMP)-活化蛋白激酶(activated protein kinase，AMPK)和下游的51蛋白样激酶1(ULK1)去磷酸化增加，使p-AMPK及p-ULK1减少，同时使p-foxO3a和磷酸化雷帕霉素靶蛋白表达增加，减少自噬。另外，高血糖抑制JNK-Bcl-2信号通路，促进Beclin1-Bcl-2的相互作用而抑制自噬[14]。有研究还表明，高血糖可以直接抑制自噬[20]。以上研究提示自噬抑制参与了DCM的发生发展。相反，杨盛兰等[23]的研究则发现DCM组小鼠的自噬作用较对照组增强，心功能也下降。这些结果说明适当的自噬是保护性的，自噬过度的增强或抑制则可能是有害的，自噬作用异常参与了DCM的发生发展，调节自噬可能成为未来治疗DCM的研究方向。

2 促红细胞生成素和促红细胞生成素受体

促红细胞生成素(erythropoietin，EPO)是一种含有166个氨基酸的糖蛋白，它具有四个糖基化位点，其相对分子量为3.44×104，人类EPO基因定位于7号染色体长臂22区(7q22)，由4个内含子和5个外显子组成，EPO分为α型和β型两种类型。长期以来，肾脏和肝脏被认为是EPO合成的主要来源，但在许多组织器官如大脑(神经元和胶质细胞)、肺、心脏、骨髓、脾脏、毛囊中也发现了EPO mRNA的表达[24]。促红细胞生成素受体(erythropoietin receptor,EPOR)是一种跨膜受体，属于细胞因子受体家族成员，EPOR有两种类型，即同源二聚体(EPOR)2和异源二聚体EPOR-βcR两种受体。EPO通过结合(EPOR)2抑制红系前体细胞凋亡(而不是直接刺激增殖)，促进幼稚红细胞分红成熟，从而发挥促进红细胞生成的作用，在临床用于治疗如各种原因引起的贫血。另外，EPO结合异源二聚体EPOR-βcR，而βcR(即CD131)表达在大脑、心脏、肝脏和肾脏等各组织器官中，故EPO能通过结合EPOR-βcR作用发挥造血以外的器官保护作用[25]。研究发现，EPO对于心血管疾病、肾缺血损伤、神经退行性疾病(帕金森病和阿尔茨海默病)、脊髓损伤、脑卒中、DM视网膜病变等许多疾病有保护作用[24]。

3 EPO在DCM中的保护作用

目前，关于EPO在DCM中的研究不多，主要是在动物模型中的研究。结合目前一些研究表明，EPO可能通过改善胰岛素抵抗、抑制心肌纤维化、抑制心肌细胞凋亡、上调自噬等方面发挥保护心脏功能的作用。

3.1 改善胰岛素抵抗

胰岛素抵抗促使心肌细胞内钙离子浓度增加，引起心肌舒缩功能异常[10]，而利用rhEPO治疗DM小鼠能促进胰岛β细胞增殖和抑制凋亡，继而增强胰岛β细胞功能，提高胰岛素敏感性，增加葡萄糖耐量，降低空腹血糖[26]；另外，有研究表明用EPO治疗DCM大鼠后，活化PI3K/Akt信号通路[27]，改善胰岛素抵抗，延缓DCM心力衰竭的发生发展。

3.2 抑制心肌纤维化

马宝新等[28]的研究表明给予rhEPO干预后，能抑制DM大鼠TGF-β1及下游的CTGF蛋白的表达，从而减轻心肌间质纤维化。 Jing等[29]的研究表明，EPO通过EPOR信号增加血管内皮生长因子的表达，增加内皮祖细胞数量，调节内皮祖细胞归巢到DM心脏组织，减少Ⅰ型和Ⅲ型胶原沉积，下调TGF-β的表达，增加 DCM大鼠心肌的血管新生，抑制心肌间质纤维化及心肌细胞肥大，从而发挥心功能保护和逆转心脏重塑的作用。这些研究说明EPO通过各种途径下调心肌组织中TGF-β的表达，抑制心肌细胞纤维化，从而改善心功能。

3.3 抑制心肌细胞凋亡

ERS是导致细胞凋亡的上游病变之一，Jing等[9]的研究表明，用EPO干预DM大鼠后通过激活EPO-EPOR信号通路，使心肌组织ERS标志物GRP78的mRNA和蛋白表达减少，增加肌质网Ca2+-ATP酶的表达，减轻ERS，减轻细胞凋亡。Hongying 等[27]的研究也表明，用EPO治疗DCM大鼠后，活化PI3K/Akt信号通路，使心肌组织的凋亡因子caspase-3降低，而抗凋亡因子Bcl-xl蛋白水平增加，抑制DCM大鼠的心肌组织的心肌细胞凋亡。林晨等[30]的研究表明给于小鼠促红细胞生成素衍生肽——EPO中由11个氨基酸残基组成的B螺旋线性多肽后，可增加p-AKt、p-GSK3β的表达，进而发挥抗心肌细胞凋亡及改善心功能的作用，这些研究说明EPO可以通过抑制DCM的心肌细胞凋亡，但目前的研究仅限于在动物及细胞方面的研究，在临床试验中的研究未见报道。

3.4 上调自噬

研究表明EPO衍生肽治疗DM小鼠后，使AMPK活化，同时降低磷酸化雷帕霉素靶蛋白表达[22]。AMPK活化，激活JNK1-Bcl-2信号通路，解离beclin1-bcl-2复合物之间的作用，增强自噬；AMPK还通过磷酸化和活化ULK1直接刺激自噬[13]，多种因素共同作用恢复自噬从而发挥保护DCM的心脏结构和功能的作用。

4 结语

DCM是DM的心脏并发症之一，目前DCM的发病机制尚未完全清楚，且临床上尚无有效的预防DCM患者心力衰竭进展的策略。虽然，EPO可能通过降低血糖、增加胰岛素敏感性、抗心肌纤维化、抗心肌细胞凋亡、调节自噬等方面发挥对DCM的心脏保护作用，但目前的研究不多，且这些研究多局限于动物方面，在临床研究上目前尚无更多的证据。此外，研究证明EPO除了对心、脑、肾、神经系统等具有保护作用外，EPO促红细胞生成的作用可能增加血液黏滞度从而增加脑卒中风险，还可能引起纯红细胞再生障碍性贫血，使血压增高和增加恶性肿瘤的发生率，故临床上EPO的应用有限。现有许多关于EPO的衍生物如CEPO、asialoEpo和ARA290等的研究，它们不能与经典的(EPOR)2结合，不具有促红细胞生成的作用，无高血压、血栓形成等风险，但可与EPOR-βcR结合，进而发挥对心、脑、肾、神经等器官组织的保护作用。目前已有部分发现EPO衍生物CEPO能通过抑制ERS、减少心肌细胞凋亡、抑制心肌纤维化等作用而改善DCM大鼠的心功能[27-28]，其安全性及有效性得到证实。未来可以有更多关于EPO及EPO衍生物对DCM的动物研究及进一步的临床研究，以期为DCM患者找到确切有效的治疗方法，为DCM患者带来福音。