促红细胞生成素与糖尿病微血管病变关系的研究进展

赵冬冬，马宝新，于秀燕，朱岳智，王宁，李跃荣

(滨州医学院附属医院，山东滨州256603)

糖尿病微血管病变是糖尿病患者的特异性并发症，主要特征是毛细血管基底膜增厚及细胞外基质蛋白合成，可累及全身各器官组织，以糖尿病视网膜病变(DR)、糖尿病肾脏疾病(DKD)、糖尿病心肌病(DCM)、糖尿病神经病变为主[1]，决定着糖尿病患者的预后。糖尿病微血管病变的发病机制尚未能确切阐明，目前普遍认为其与多元醇通路激活、二酰甘油-蛋白激酶C途径活化、非酶糖基化终末产物生成、炎症反应、抗氧化状态异常等相关[2]。促红细胞生成素(EPO)是一种主要由肾皮质及外髓质间质成纤维细胞合成分泌的激素样物质，其本质是一种糖蛋白，相对分子质量为34～39 kDa，在刺激骨髓干细胞和促进红细胞生成方面发挥重要作用[3]。除了传统生物学作用外，近年来EPO在保护神经元、减少缺血诱导的细胞凋亡、促进炎性细胞凋亡、抗氧化及促血管形成等方面的作用引起了广泛的关注[4]。本文就EPO与糖尿病微血管病变关系方面的研究进行综述。

1 EPO与DR

DR是劳动年龄人群出现不可逆视力丧失的主要原因之一，其主要特征是微血管病变、血-视网膜屏障破坏、神经元退行性病变及神经胶质细胞功能的改变[5]。

EPO在DR发展的不同时期发挥着不同的作用。Hu等[6]通过给予糖尿病大鼠玻璃体腔内单次注射EPO，发现与正常对照组及糖尿病对照组相比，EPO干预组糖尿病大鼠视网膜中胶质纤维酸性蛋白及波形蛋白水平明显降低，且睫状神经营养因子和脑源性神经营养因子表达水平明显增加。Becker等[7]对永生化大鼠Müller细胞株(rMC-1)体外培养，认为EPO能通过脑源性神经营养因子(BDNF)/酪氨酸蛋白激酶受体B(TrkB)通路保护Müller细胞，并通过磷脂酰肌醇-3-羟激酶(PI3K)/Akt和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/ERK1/2信号通路诱导表达神经营养因子，进而对早期DR具有保护作用。EPO能通过缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)通路负反馈下调血管内皮生长因子的生成，也能诱导Müller细胞通过转录因子激活蛋白-1下调DR中TNF-α和IL-1的表达，从而保护血-视网膜屏障的完整性及保证视网膜细胞的存活；此外，EPO还能降低视网膜中谷氨酸含量，以减少其对视网膜神经细胞的神经毒性作用。然而，Reid等[5]研究发现，增殖性糖尿病视网膜病变(PDR)患者玻璃体中EPO的水平较对照组明显上升，且水平远高于血清EPO水平，进一步行多元Logistic回归分析示，玻璃体中EPO水平上升与PDR具有显著相关性。研究已证实，EPO是独立于血管内皮生长因子的一种促血管形成因子，在PDR新生血管生成方面发挥重要作用。早有研究通过动物实验证实，玻璃体腔内注射EPO小干扰RNA能特异性阻断EPO表达，进而抑制PDR新生血管的生成。在DR后期，视网膜局部缺血缺氧状态加重，产生HIF-1α并与细胞核内HIF-1β及缺氧反应元件相结合，启动EPO基因的转录，该过程伴随EPOR的表达上调。PDR中EPOR+内皮祖细胞水平增加，内皮祖细胞对EPO反应增强并且迁移，进一步导致DR的进展[8]。上述多项研究均证实，EPO对DR的预防及早期治疗具有明确治疗价值，但可加重PDR患者的病情进展。

尽管高血糖与DR发病具有明确相关性，但并非所有血糖水平控制欠佳的糖尿病患者均会出现微血管病变；相反，有些血糖水平控制良好的糖尿病患者仍会进展出现微血管病变。因此，糖尿病微血管病变患者不同的发病风险可能部分归因于遗传易感性。目前针对EPO基因多态性与DR发病相关性的病例对照研究结论存在差异。Fan等[9]检测397例DR患者和796例2型糖尿病无视网膜病变患者的EPO单核苷酸多态性(SNP)，结果显示中国汉族人群EPO SNP rs507392、rs1617640和rs551238与DR发病相关，且单体型GCC及rs1617640基因型GG、rs507392基因型CC、rs551238基因型CC均与DR发病风险增加密切相关。Song等[10]对中国2型糖尿病人群进行EPO基因多态性研究，但结果显示EPO基因rs507392基因型CC和rs551238基因型CC是中国2型糖尿病人群DR和PDR的保护基因型。然而Yang等[11]进行的病例对照研究却非如此，EPO SNP rs1617640、rs507392、rs551238与中国2型糖尿病患者DR发病无明显相关性。最新荟萃分析显示，EPO SNP rs1617640和rs507392与DR发病无相关性，EPO SNP rs551238与DR发病风险增加具有相关性[12]。近年来，对DR易感性的研究逐渐增多，但DR发病机制相对复杂，病例对照研究结论尚存在差异，有待进一步更大规模的研究。

2 EPO与DKD

DKD是糖尿病最严重的慢性微血管并发症之一，是终末期肾病的主要病因。DKD是多因素共同作用的结果，主要特征为肾脏肥大、肾小球基底膜增厚、系膜细胞增生及细胞外基质堆积[13]。

有研究通过给予DKD小鼠2周EPO处理发现，EPO处理组DKD小鼠中肾脏肥大及肾小管细胞功能紊乱明显改善，白蛋白/肌酐比值显著降低[14]。在DKD早期，高血糖刺激能通过STAT3/GATA-1信号转导通路上调EPO及EPOR的表达，从而对肾脏起保护作用。多项研究已报道，EPO在DKD发生发展中发挥保护作用，其作用机制可能如下：①EPO能通过影响细胞周期蛋白激酶抑制因子和神经纤毛蛋白1的表达，进而抑制晚期糖基化终末产物(AGEs)诱导的足细胞损伤；②EPO上调B细胞淋巴瘤因子(Bcl-2)和下调Bxl-2相关X蛋白(Bax)/Caspase-3的表达，抑制高血糖诱导的氧化应激和肾小球系膜细胞、肾小管上皮细胞凋亡；③EPO可通过抑制RhoA/Rho相关激酶(ROCK)信号通路，从而降低肾小球通透性、改善肾脏血流、抑制肾小球系膜细胞分泌细胞外基质；④EPO能直接通过抑制TGF-β1/整合素连接激酶(ILK)信号通路，降低高糖诱导的肾小管上皮细胞-间充质细胞转化；⑤EPO也能通过减少炎性因子分泌来抑制炎症发生，进而对DKD患者的肾脏起保护作用[15,16]。

通过对DKD患者的家族聚集性和种族差异性的研究发现，遗传因素在DKD的发生发展中发挥着重要的作用[13]。目前，EPO基因多态性与DKD的研究较少，且研究结果尚不一致。Alkayyali等[17]报道，EPO SNP rs1617640中T等位基因与英国和芬兰1型糖尿病患者罹患终末期肾病合并PDR的风险具有相关性，基因型TT可上调糖尿病患者EPO的表达水平。Tziastoudi等[13]通过对犹他州2型糖尿病及GoKinD和波士顿1型糖尿病人群进行研究发现，EPO SNP rs1617640与1型及2型糖尿病患者发生糖尿病微血管病变具有明显相关性，T等位基因是DKD发病的强致病基因。相反，Mooyaart等[18]荟萃分析提示，T等位基因对DKD具有保护作用。EPO基因多态性与DKD发病相关性研究差异较大，考虑可能与各研究人群来自不同种族、与遗传背景差异有关，需进一步行多中心、大样本临床研究。

3 EPO与DCM

DCM是糖尿病患者独立于冠心病、高血压等因素的心室功能障碍，是充血性心力衰竭重要的危险因素。DCM发病机制复杂，主要病理特征包括心肌细胞凋亡、心肌间质纤维化等[19]。

Lu等[20]通过动物实验以及心肌细胞体外培养发现，EPO对DCM具有保护作用，其机制与抑制心肌细胞内质网应激、增加肌浆网Ca2+-ATP酶2a蛋白的表达水平、减少心肌细胞凋亡、改善钙平衡及心功能参数相关。此外，EPO可通过下调葡萄糖调节蛋白78及Caspase-12等凋亡蛋白的表达抑制心肌细胞凋亡。Lin等[21]研究发现，促红细胞生成素衍生肽(HBSP)通过AMPK依赖通路介导的自噬可改善线粒体超微结构、减轻心肌间质纤维化、抑制心肌细胞凋亡，进而改善DCM小鼠的心功能、减轻DCM病变。EPO能通过抗凋亡、抗炎、促进新生血管生成、抗心肌肥厚、抑制心室重构等作用对心脏起保护作用。

4 EPO与糖尿病神经病变

糖尿病神经病变是糖尿病患者常见的复杂并发症之一，可广泛累及中枢及周围神经系统，以糖尿病周围神经病变(DPN)最为常见。周围感觉神经病变会导致自我保护的痛觉、触觉和热觉减弱；周围运动神经病变会导致足部肌肉萎缩、屈伸肌力量失衡，进而导致足底压力分布失调进而形成足部溃疡。85%～90%的糖尿病足溃疡合并DPN，多个文献统计显示DPN是引发糖尿病足溃疡最主要的危险因素[22]。

EPO是保护神经的重要介质，能促进血管生成、改善局部缺血状态、诱导神经干细胞增殖和分化、增加神经元髓鞘碱性蛋白表达，起到减轻脱髓鞘病变、促进少突胶质细胞的形成、修复受损神经元并减少白质损伤的作用[23]。Zhang等[24]研究发现，高糖培养状态下，Schwann细胞中活性氧水平上升、谷胱甘肽水平降低，且相比于正常对照组大鼠，糖尿病大鼠Schwann细胞表现出更高的EPO mRNA和EPOR mRNA水平，表明EPO能够提高Schwann细胞中谷胱甘肽水平，降低活性氧水平，进而减少Schwann细胞的氧化应激、抑制凋亡，促进间充质干细胞对Schwann细胞的保护作用，进而对DPN发挥治疗作用。Digicaylioglu等[25]研究进一步表明，EPO与神经元EPOR结合通过JAK2激酶磷酸化可激活PI3K-Akt、NF-κB信号通路，上调Bcl-xl、Bcl-2等抗凋亡基因表达；下调Caspase-9、GSK3β等促凋亡基因表达，并与提高Schwann细胞中谷胱甘肽水平、增加超氧化物歧化酶水平相关。EPO可以显著提高内皮屏障抗原表达水平，减少微血管周围纤维蛋白原外渗，以及通过抗氧化、抗炎、促血管生成及对神经细胞的营养和促再生等作用机制，使血-脑屏障内皮细胞连接更加紧密、牢固，从而对中枢神经系统具有保护作用，EPO也可以通过减弱周围神经病变中炎症、氧化反应等对DPN起保护作用。

综上所述，EPO对除PDR以外的糖尿病微血管病变具有预防及保护作用，而PDR患者应避免EPO的使用。EPO基因多态性与糖尿病微血管病变相关性研究结论目前尚不一致，有待大样本研究证实。