糖尿病患者体内红细胞衰亡机制的研究进展*

王亚奇，梁 浩，李向庚，苏 燕

(内蒙古科技大学包头医学院生物化学与分子生物学教研室，内蒙古 包头 014060)

红细胞通过启动自杀性程序导致细胞死亡的过程与其他有核细胞的凋亡(apoptosis)类似但不完全相同，所以Lang等人[1]提出"红细胞衰亡" (eryptosis)的概念，将红细胞特别的死亡过程与其他细胞区别开来。由于成熟红细胞不含细胞核与线粒体等结构，因此不能够像其他细胞那样在凋亡时观察到核与线粒体的变化，但红细胞在衰亡过程中有其独特特征，例如：细胞体积变小、胞膜产生囊泡、胞内某些蛋白酶的活化、膜磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine, PS)外翻[2，3]等。在体内，衰老红细胞或某些刺激下的红细胞都能进入衰亡，巨噬细胞可以识别并清除这些衰亡红细胞。红细胞衰亡有助于在溶血前清除有缺陷的红细胞以及进一步清除被感染的红细胞，对机体产生保护作用。然而大多数病理性红细胞衰亡会导致机体大量红细胞被破坏，引起贫血或者形成血栓进而干扰微循环。许多实验研究结果表明[4，5]，糖尿病 (diabetes mellitus, DM) 患者体内的红细胞衰亡数量与健康人相比明显增多，但机制尚未完全明确。本文对近年来糖尿病患者体内红细胞衰亡机制的研究进行回顾总结，以期为糖尿病患者微血管病变的预防、诊疗提供新的思路。

1 引起红细胞衰亡的因素

红细胞是体内氧的"搬运工"，存活期为100～120 d。经历了正常生命周期的衰老红细胞会自动启动生理性衰亡机制，衰亡后被机体清除，同时刺激骨髓造血干细胞的增殖、分化、成熟并释放入血。一些外源物质及各种内源性刺激物 (例如: α-硫辛酸、溶血素、铝、金刚烷胺等) 以及某些疾病(例如：代谢综合征、糖尿病、恶性肿瘤、肝衰竭、心力衰竭、尿毒症、溶血性尿毒症、高脂血症等)均会加速红细胞衰亡[6，7]，但其衰亡途径和机制可能不同。

2 红细胞衰亡的途径

在各种内外刺激作用下，红细胞可以通过启动钙离子、蛋白激酶C、血小板活化因子、受体结合、caspase等途径将细胞死亡信号由胞外转导到胞内[8]，导致胞膜、胞内的物质发生改变，表现为细胞体积缩小、胞膜产生囊泡、胞内某些蛋白酶活化、PS外翻等。红细胞的完整结构被破坏，通过体内的巨噬细胞识别并清除这些衰亡红细胞。

3 糖尿病引起红细胞衰亡的机制研究

3.1糖尿病引起红细胞衰亡的因素 糖尿病是由于患者体内的胰岛素不能正常行使其功能而引起的全身代谢性疾病，是导致早期残疾和高死亡率的第三种最常见的非传染性疾病，患者数量逐年增加。红细胞循环于体内，糖尿病引起的代谢紊乱可以被红细胞最先感知，并明显改变了红细胞的形态、携氧功能、血流变特性、免疫功能等并导致细胞的衰亡[9-11]，而糖尿病患者体内的高渗环境和氧化应激可能是促进患者红细胞衰亡的主要因素，如图1所示。

图1 糖尿病患者体内红细胞衰亡机制

3.1.1高渗环境 高渗环境是指机体的血浆渗透压高于正常水平(约313 mOsm)。形成高渗环境的条件为血浆内溶质分子增加或溶液减少。糖尿病患者由于体内胰岛素不能正常行使其功能，致使机体组织细胞不能正常转运并利用葡萄糖，血糖水平升高。糖尿病酮症酸中毒 (diabetic ketoacidosis, DKA) 和高血糖高渗状态 (hyperglycemic hyperosmolar state, HHS )[12]是临床上常见的糖尿病急性并发症，在发病早期或血糖管理不良时易产生。高浓度的葡萄糖不仅使机体血浆晶体渗透压升高，还能使机体产生葡萄糖介导的渗透性利尿，加速机体的失水，使机体处于高渗环境。

3.1.2氧化应激 氧化应激 (Oxidative Stress, OS) 是指机体处于氧化状态，而这种状态会导致机体的损伤[13]。当机体抗氧化系统功能下降，高活性分子如活性氧(reactive oxygen species, ROS)和活性氮(reactive nitrogen species, RNS)不能够及时被抗氧化物质清除，从而使机体处于氧化应激的状态。高糖环境下，葡萄糖或衍生物与蛋白质可以发生一系列反应，生成糖基化终末产物 (advanced glycation end products, AGEs) ，AGEs与其受体(AGER)结合后可激活多条信号通路，进而产生过量的活性氧，使机体处于氧化状态。同时，糖尿病患者更容易血脂异常，血脂异常患者的谷胱甘肽水平比无血脂异常的正常人低30%，平均脂质过氧化水平提高了一倍[14]。高糖环境还使组织中的过氧化氢酶、维生素E、还原型谷胱甘肽、超氧化物歧化酶活性的降低，这些抗氧化物质的减少均会促进机体处于氧化应激状态[15]。

3.2糖尿病引起红细胞衰亡的途径 糖尿病患者体内的高糖高渗，氧化应激状态会引起红细胞内外多种离子、蛋白等发生变化，进而激活某条途径使得红细胞最终衰亡。在糖尿病患者体内，引起红细胞衰亡的主要途径是钙离子途径、血小板活化因子途径和Caspase途径，且这些途径之间还可相互作用。

3.2.1钙离子途径 细胞内Ca2+浓度的增加可导致红细胞衰亡。高渗环境和氧化应激均可引起钙离子内流，从而介导红细胞衰亡[16]。糖尿病患者体内的红细胞在高渗环境下体积缩小，随后环氧合酶(cyclooxygenase, COX)以磷脂酶A降解膜磷脂产生的花生四烯酸为底物，在前列腺素E2合成酶的催化作用下，合成前列腺素E2 (prostaglandin E2, PGE2)，PGE2能使细胞膜渗透性Ca2+通道开放，胞内Ca2+浓度增高，引发胞膜发生囊泡样改变，并使爬行酶活化，将红细胞内膜的PS转移到外膜，进而引起细胞衰亡。此外，Ca2+敏感的K+通道也被激活，导致K+流出细胞，由于KCl和水的渗透性流失使红细胞体积加剧缩小，并发生衰亡。PGE2使胞内钙蛋白酶活化，其作用是降解红细胞骨架。糖尿病患者红细胞膜上的Ca2+通道在体内的氧化应激状态下也能被激活，胞内钙离子增高，导致细胞进入衰亡[14]。研究表明[17，18]，儿茶酚胺 (catecholamine，CA) 和促红细胞生成素(erythropoietin，EPO) 可使阳离子通道功能下降，减少红细胞衰亡，此外，EPO能够缓解体内的氧化应激状态从而减少红细胞的衰亡。

3.2.2血小板活化因子途径 血小板活化因子(platelet activating factor，PAF)由体内多种组织细胞产生，其与靶细胞膜上的PAF受体结合后，能对细胞生命活动产生调节作用，是一种高效的生物活性物质。高渗环境刺激体内PAF释放，在PAF的作用下，神经磷脂酶催化红细胞胞膜神经磷脂转化生成神经酰胺，使胞内的翻转酶活化，催化PS翻转到外膜暴露。这一过程与Ca2+途径引起的红细胞衰亡起协同效应。在胞内Ca2+不升高的情况下，PAF也能够促进K+的外流，进而细胞内KCl丢失、细胞体积变小，导致钙蛋白酶的活化降解红细胞[19]。

3.2.3Caspase途径 caspase是一类蛋白酶组，存在于细胞质内，具有类似的结构和功能，广泛参与细胞生长、分化与凋亡的调控。在红细胞衰亡的过程中，caspase也发挥其作用，但作用不似在有核细胞中那么重要[20]。体外实验证明，外源性氧化剂能够激活生理或病理红细胞中的caspase[21]；而Maellaro等人的研究表明，2型糖尿病患者红细胞的caspase-3活性较正常人显著增高，这可能与暴露的血糖环境有关[22]。受糖尿病患者体内的氧化应激和高血糖刺激caspase蛋白酶被激活，caspase能酶解带3蛋白，使细胞骨架裂解，并触发红细胞内小叶PS暴露到红细胞外表面，导致红细胞衰亡。毛柳甙具有抑制caspase-3的作用，可以通过其减少红细胞的衰亡[23]。

4 小结与展望

糖尿病是目前最常见的慢性病之一，且全球糖尿病的发病率逐年上升。红细胞循环于体内，其存活状态对于糖尿病患者疾病发展、病情监控、疗效判断以及预后评价都具有重要意义。目前对于红细胞衰亡与糖尿病关系的研究已经取得了一些公认的进展，糖尿病引起的红细胞衰亡途径也已基本确认，但具体机制仍有许多未知之处，如糖尿病患者体内红细胞能量代谢改变、其他损伤细胞对红细胞衰亡的影响等等，这些都有待我们更深一步的探索研究。通过深入研究红细胞衰亡的机制，寻找特定的药物或生物制剂抑制糖尿病患者体内的红细胞衰亡能够有效预防、改善糖尿病患者因红细胞衰亡引起的贫血及微循环紊乱等[24]，这将为糖尿病患者微血管并发症的预防、诊断和治疗提供新的思路。