紅細胞生成素在腎臟病中作用的研究進展

王向托 高 慧 楊立志 (吉林大學第一醫(yī)院腎病科，吉林 長春 130031)

紅細胞生成素(EPO)是一種多功能性細胞因子，其主要作用為調(diào)控骨髓中紅細胞的產(chǎn)生，促進紅系祖細胞增殖、分化為成熟紅細胞，臨床上主要用于治療貧血。近年來的實驗研究顯示，EPO對非造血組織、器官具有保護功能，特別是腎臟。本文對近年來關于EPO非造血作用的相關研究進行綜述。

1 EPO簡介

1.1 EPO結(jié)構(gòu) EPO為一種含唾液酸的糖蛋白激素，其分子量為34 kD，由4個內(nèi)含子和5個外顯子組成，其前體有193個氨基酸，成熟EPO由166個氨基酸和4條糖鏈組成〔1〕。其中唾液酸在維持EPO分子的酸性、阻斷細胞表面半乳糖受體結(jié)合、防止EPO失活等方面起重要作用〔2〕。重組人EPO(rHuEPO)現(xiàn)廣泛應用于臨床，其生物活性與天然EPO相同。

EPO主要是由胎兒肝臟和成人腎臟產(chǎn)生。成人血清中EPO主要由腎皮質(zhì)I型間質(zhì)細胞分泌，一些腎外組織也可表達EPO，包括腦、子宮、睪丸、視網(wǎng)膜、胃腸黏膜、胎盤滋養(yǎng)層、乳腺、骨髓巨噬細胞，以自分泌、旁分泌的方式發(fā)揮作用。正常人的血漿EPO水平維持在15～20 U/L，其主要調(diào)節(jié)因子為低氧誘導因子-1(HIF-1)，在機體缺氧時，HIF-1誘導 EPO基因轉(zhuǎn)錄，增強 EPO 的表達〔3〕。

1.2 EPO受體 EPO受體(EPOR)屬于細胞因子受體家族，為EPOR基因編碼的Ⅰ型跨膜糖蛋白，其分子量為66 kD，由507個氨基酸組成。EPOR主要存在于骨髓紅系祖細胞表面，在心血管、腎、中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)等非紅細胞組織也有EPOR的表達〔4〕，這提示EPO除造血功能外還具有其他生物學作用。

1.3 EPO的信號轉(zhuǎn)導途徑 EPO與相應受體結(jié)合后，通過信號轉(zhuǎn)導通路調(diào)控細胞核內(nèi)特定基因轉(zhuǎn)錄。大量實驗研究了EPO介導的信號通路，表明EPO的促造血及組織保護效應是通過兩種不同受體介導的〔5〕。在紅系祖細胞，EPO與EPOR相互作用形成EPOR二聚體，進而激活Jak2-STAT5(酪氨酸激酶-信號傳導子及轉(zhuǎn)錄激活子)通路〔6〕，導致血紅蛋白的提升及細胞周期的連續(xù)性。與STAT5通路平行，EPO二聚體還激活了MAPK(促絲裂原活化蛋白激酶)和NF(核因子)-κB途徑。

EPO在一些非造血組織可發(fā)揮抗凋亡、抑制炎癥、抗氧化等組織保護效應，主要由 EPOR-βcR介導，小部分由EPOR二聚體介導。在非造血組織，EPO作用于EPOR和CD131的復合體，CD131即 BcR亞基，是粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、白介素(IL)-3、IL-5受體共有的信號轉(zhuǎn)導亞型。盡管這些細胞表達功能性受體復合體還存在爭議，但大多數(shù)研究表明在神經(jīng)、免疫及癌細胞中存在 EPO應答〔7〕。EPO與EPOR-βcR異質(zhì)復合體親和力低，需要局部高濃度EPO才能被激活，然后激活類似的信號途徑，包括STAT5途徑〔8〕;然而，其他信號途徑涉及EPO非造血效應，這些途徑包括c-Jun N-末端激酶(JNK)和磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)的激活，然后分別激活MAPK途徑和NF-κB家庭成員。

1.4 EPO的生物學作用

1.4.1 促造血作用 EPO最主要的生物學效應為促進紅細胞生成。早期的造血祖細胞分化成細胞集落生成單位，持續(xù)EPO刺激引起紅系祖細胞克隆形成單位失去細胞核分化為網(wǎng)織紅細胞，最終變?yōu)槌墒旒t細胞。網(wǎng)織紅細胞及成熟紅細胞停止表達EPOR，結(jié)束對 EPO的應答〔9〕。在紅系祖細胞，EPO結(jié)合EPOR后激活JAK2-STAT5信號途徑，并使 PI3K和Akt磷酸化〔10〕。

1.4.2 免疫調(diào)節(jié)作用 EPOR也存在于免疫細胞中，EPO在體內(nèi)、體外模型中影響著免疫細胞的功能。研究證實，EPO治療后，患者CD8+T細胞依賴性免疫活性增加，NK細胞活性降低，而Th1類細胞因子IL-2、IL-12等明顯增高，從而增強機體免疫力〔11〕。在實驗性自身免疫性腦脊髓炎的多發(fā)性硬化模型中，EPO抑制了抗原特異性T細胞的炎癥反應，引起免疫耐受〔12〕。在體內(nèi)模型中，EPO治療可延長骨髓瘤大鼠的生存期，促進B細胞產(chǎn)生多克隆免疫球蛋白〔13〕。

1.4.3 抗炎作用 EPO在不同的動物模型中可控制炎癥反應，其機制為減低促炎細胞因子的釋放。在血液透析病人中，EPO在體外全血培養(yǎng)中已被證實可增加IL-2、IL-10的分泌，減少腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的生成〔14〕，從而抑制炎癥反應。EPO作用于EPOR，通過 PI3K/Akt、MAPKs和JAK2等途徑，下調(diào)NF-κB和激活蛋白1(AP-1)的水平，抑制 TNF-α、IL-6等促炎癥因子的基因轉(zhuǎn)錄。因此，NF-κB和AP-1可能是EPO調(diào)控炎癥反應的重要轉(zhuǎn)錄因子。

1.4.4 抗氧化應激作用 氧化應激是指由于活性氧過度產(chǎn)生及抗氧化防御機制減弱造成的組織損傷。細胞內(nèi)氧化應激在腎缺血再灌注腎損傷、慢性腎衰竭、糖尿病腎病等疾病中發(fā)揮著重要作用。國內(nèi)楊艷等〔15〕研究顯示在慢性腎衰維持性血透患者中，rHuEPO長程治療(＞6個月)可使血漿超敏C反應蛋白、晚期氧化蛋白產(chǎn)物及丙二醛含量顯著下降，Na+-K+-ATP活性顯著升高，證明了EPO在改善貧血的同時，能有效緩解炎癥及氧化應激狀態(tài)。體外實驗亦證實EPO可以抑制高糖誘導的小管細胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生〔16〕。但亦有研究顯示在尿毒癥大鼠模型中，應用EPO可增加內(nèi)皮素-1及超氧陰離子產(chǎn)物濃度，從而加劇氧化應激，加重高血壓和腎損傷〔17〕。EPO是否可抑制氧化應激，有待進一步研究。

1.4.5 抑制上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)EMT直接參與了各器官的纖維化，轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGFβ1)在EMT中發(fā)揮著重要作用，目前研究較為透徹的是TGFβ1通過Smads蛋白信號通路發(fā)揮促纖維化作用。Chen等〔18〕用TGFβ1處理豬的近端腎小管細胞，觀察EPO對凋亡、EMT及對TGF-β1介導的Smads信號途徑的影響，結(jié)果顯示EPO可逆轉(zhuǎn)TGF-β1介導的凋亡，并可部分逆轉(zhuǎn) TGF-β1介導的 EMT，并且 EPO是通過阻止Smad3磷酸化及核移位來阻礙TGF-β1的作用，這種作用可能依賴絲裂原活化的蛋白激酶機制的調(diào)節(jié)。

1.4.6 抑制腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS) 腎臟缺血、缺氧時，血管緊張素-Ⅱ(Ang-Ⅱ)在RAS促纖維化過程中發(fā)揮重要作用。具體機制為Ang-Ⅱ上調(diào)TGFβ1的表達，導致α-SMA的升高，進而導致EMT。王巍巍等〔19〕體外實驗證明EPO可明顯抑制TGFβ1、Ang-Ⅱ的高表達，抑制腎小管上皮細胞凋亡。

2 EPO的腎臟保護作用機制

2.1 急性腎損傷(AKI)EPO除了造血功能外，大量的前期臨床研究提示EPO具有多效性、組織保護性。動物試驗證實了在AKI病人中應用EPO的作用機制，可能在臨床上用于危重病人阻止AKI的發(fā)生，但是臨床研究仍然較少。盡管EPO在AKI的研究設計和劑量不盡相同，但最終EPO都能改善腎臟損傷。其保護機制不是很明確，可能包括減弱細胞凋亡、傳導細胞增殖、組織修復等。目前的研究顯示EPO很可能為AKI提供腎臟保護作用。

徐禮友等〔20〕通過夾閉大鼠雙側(cè)腎動脈45 min后，再灌注12 h建造腎臟缺血再灌注損傷(IR)模型，實驗組用EPO預處理，結(jié)果顯示EPO可增加抑制凋亡和促凋亡蛋白bc-l 2/bax的比率，降低腎小管凋亡細胞數(shù)量，EPO干預組較IR對照組血尿素氮、肌酐增高幅度下降，對大鼠腎功能起保護作用。類似還有在出血性休克相關性腎衰竭、雙側(cè)缺血性腎損傷、順鉑毒性腎損傷模型中，EPO促進了腎臟組織學和功能學修復。

在71例接受選擇性冠狀動脈旁路搭橋術的患者隨機、安慰劑對照的臨床試驗中，術前給予300 U/kg EPO靜脈注射將AKI發(fā)生率從29%降低至8%(P=0.035)〔21〕，證實應用 EPO有腎臟保護作用，并且改善了術后腎功能。

2.2 慢性腎損傷 Park等〔22〕報道了EPO能通過抑制TGF-β誘導的腎小管EMT來改善單側(cè)輸尿客梗阻(UUO)小鼠的腎間質(zhì)纖維化。另外，國內(nèi)有研究顯示EPO能減輕慢性腎衰竭大鼠腎臟病理改變，改善腎功能，降低尿蛋白〔23〕，EPO這種腎臟保護作用，很可能是通過促進腎小管毛細血管內(nèi)皮的修復和改善內(nèi)皮功能來實現(xiàn)的。類似還有EPO可減弱慢性環(huán)孢素腎病的腎間質(zhì)炎癥及纖維化〔24〕。

崔群瑋等〔25〕通過建立大鼠UUO模型，每周3次腹腔注射rhuEPO 100 U/kg，研究顯示EPO可減輕大鼠腎間質(zhì)的纖維化程度，其機制可能為EPO影響了α-SMA、TGF-β1及VEGF蛋白的表達。類似研究中，鄧英輝等〔26〕說明EPO抗腎纖維化是通過抑制腎小管上皮細胞活化、抑制TGF-β1表達、阻止腎小管EMT而實現(xiàn)的。

Yasari等〔27〕選取血紅蛋白水平在8～10 g/L的40名腎移植志愿者，分為對照組與實驗組，分別在腎移植第1周后接受EPO、安慰劑治療，隨訪6個月，結(jié)果顯示盡管兩組間血紅蛋白水平無明顯差異，但血清肌酐值、腎小球濾過率差異有統(tǒng)計學意義，表明腎移植后早期應用EPO對移植腎功能有益，EPO可用于所有腎移植受者，其保護同種異體移植物是通過影響組織氧化作用而實現(xiàn)的。

3 應用EPO的潛在風險

EPO治療的相關副作用與刺激紅細胞生成相關。Jelkmann等〔28〕報道CKD病人應用EPO可通過心血管、血栓栓塞事件和促進腫瘤生長進而增加死亡率。但Sinclair等〔29〕證實EPO缺乏可促進腫瘤生長。在患高血壓的病人中，短期及長期EPO治療可能加重高血壓〔30〕，故EPO應該慎重應用。

4 展望

長期應用EPO可能無益，因為這可導致抗EPO抗體的產(chǎn)生、紅細胞發(fā)育不良和EPOR表達減少，進而導致EPO無法發(fā)揮效應。目前新型的EPO有氨甲酰化促紅細胞生成素(CEPO)，脫唾液酸基 EPO(asialoEPO)及 darbepoetin-α。CEPO將EPO中的賴氨酸變高瓜氨酸，可與EPOR-βcR結(jié)合起到類似EPO的組織保護作用，其機制尚未完全明確。asialoEPO與EPO相比缺少唾液酸殘基，使其半衰期極度縮短，不能發(fā)揮促造血功能，但仍存在細胞保護作用〔31〕。darbepoetin-α比rHuEPO多2個N-連接糖基側(cè)鏈及8個唾液酸殘基，藥效為rHuEPO的10倍，代謝穩(wěn)定性較好，半衰期較長，具有與造血無關的組織保護效應。以上新型EPO的出現(xiàn)，可能有著更為廣泛的臨床應用前景。

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