糖尿病患者內(nèi)皮祖細胞功能的研究進展

孫麗娜，高海娜(綜述)，陳樹春(審校)

(1.河北醫(yī)科大學研究生學院，石家莊 050017； 2.河北省人民醫(yī)院內(nèi)分泌一科，石家莊 050051)

目前，隨著人們生活方式的改變，糖尿病已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)最常見的疾病。心血管并發(fā)癥是糖尿病患者的主要死因，伴有心血管并發(fā)癥的患者平均壽命將減少大約10年[1]。大量研究認為,糖尿病患者心血管損傷和修復之間的失衡是糖尿病相關心血管并發(fā)癥發(fā)生的關鍵過程[2]。內(nèi)皮祖細胞(endothelial progenitor cells,EPCs)具有增殖和修復能力，能夠定向分化為內(nèi)皮細胞，促進內(nèi)皮細胞再生并參與血管新生。研究表明,糖尿病患者EPCs數(shù)量減少、功能損傷可能與心血管并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展密切相關[3]。該文主要探討糖尿病患者EPCs損傷所涉及的機制以及目前改善EPCs功能的方法在預防糖尿病血管并發(fā)癥中潛在的臨床意義。

1 EPCs的生物學特性

Asahara等[4]在1997年首次描述了EPCs具有生成血管的特性。用于定義EPCs的表面抗體包括血管內(nèi)皮生長因子受體、CD34和CD133。EPCs能夠維持內(nèi)皮完整性和血管穩(wěn)定狀態(tài)。機體血管組織損傷后，EPCs通過動員、遷移、歸巢以及形成毛細血管網(wǎng)促進血管損傷部位內(nèi)皮再生和修復。

EPCs主要存在于人體骨髓微環(huán)境中。細胞因子、胰肽酶、組織蛋白酶G和基質(zhì)金屬蛋白酶通過與干細胞和骨髓基質(zhì)細胞相互作用誘導EPCs動員。蛋白酶能夠裂解干細胞衍生因子1α(stromal-derived factor-1α，SDF-1α)，該物質(zhì)由基質(zhì)細胞釋放，它的受體是干細胞和祖細胞表面的趨化因子受體4(cxc chemokin receptor 4，CXCR-4)。干細胞動員是由于循環(huán)中SDF-1α升高逆轉(zhuǎn)了骨髓屏障SDF-1α的梯度，驅(qū)使CXCR-4陽性的細胞離開骨髓[5]。而血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、SDF-1α和胚胎生長因子誘導的EPCs動員都依賴于基質(zhì)金屬蛋白9發(fā)揮作用。EPCs動員的重要信號轉(zhuǎn)導通路為磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B,PI3K/Akt)和內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)通路。PI3K/Akt通路調(diào)節(jié)EPCs的募集、動員和增殖；eNOS的表達和磷酸化是EPCs存活、遷移和血管形成所必不可少的；而其下游一氧化氮(nitric oxide，NO)通過亞硝基化和上調(diào)VEGF的表達促進EPCs從骨髓動員[6]。動員后的EPCs通過復雜的信號通路到達受損的內(nèi)皮部位，促進血管生成。目前研究認為EPCs促進血管新生的機制包括兩方面：一方面通過自身的分化增殖形成新生血管；另一方面，EPCs本身可以分泌VEGF等細胞生長因子，通過旁分泌效應促進局部血管內(nèi)皮細胞增殖[7]。

2 糖尿病患者EPCs功能紊亂的機制

大量研究表明糖尿病患者體內(nèi)EPCs數(shù)量和功能下降。在高糖狀態(tài)下，EPCs對刺激因素的應答反應降低。目前研究發(fā)現(xiàn)，許多因素參與糖尿病EPCs的功能損傷，主要包括高糖誘導的氧化應激反應、eNOS/NO通路損傷、氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，oxLDL)的脂毒性以及一些細胞因子產(chǎn)生的炎癥作用，最終導致了糖尿病血管病變的發(fā)生。

由于葡萄糖自身氧化作用,糖尿病患者體內(nèi)EPCs產(chǎn)生超氧陰離子，增強了蛋白激酶C和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的活性，導致糖尿病患者NO生物活性下降，EPCs數(shù)量減少和功能受損[6]。而NO和超氧陰離子相互作用生成的過氧亞硝基能夠進一步減少EPCs數(shù)量并損傷EPCs功能[8]。細胞超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性下降與血管氧化應激損傷密切相關。Hamed等[9]通過SOD保持NO的生物活性，恢復高糖培養(yǎng)的EPCs增殖能力，SOD能夠阻斷過氧亞硝基的形成，增強EPCs的增殖能力?？傊?，糖尿病患者在高糖狀態(tài)下，機體氧化應激反應增強，抗氧化能力減弱，導致EPCs數(shù)量減少，動員、遷移、增殖等功能受損。

2.2eNOS/NO通路損傷 PI3K/Akt和eNOS/NO通路在EPCs動員、招募和歸巢過程中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，NO生物活性下降是糖尿病患者血管損傷發(fā)生的關鍵因素[6]。由于糖尿病患者體內(nèi)氧化應激反應增強，eNOS的必要輔酶四氫生物蝶呤減少，導致eNOS解偶聯(lián)[10]，同時蛋白激酶C活性增強產(chǎn)生過量的超氧陰離子，從而降低NO生物活性。NO活性下降，不足以調(diào)節(jié)血管擴張刺激磷蛋白磷酸化以及肌動蛋白聚合，導致糖尿病患者EPCs遷移功能受損。此外，糖尿病患者EPCs中煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶受到抑制后，NO生物活性和EPCs內(nèi)皮化功能得到恢復[11]。

2.3oxLDL的氧化損傷 糖尿病患者體內(nèi)氧化應激反應升高，產(chǎn)生過多oxLDL，體內(nèi)oxLDL水平升高會增加2型糖尿病患者心血管并發(fā)癥患病風險，同時oxLDL影響EPCs的存活和功能。oxLDL能夠降低正常EPCs Akt磷酸化作用、eNOS的表達和NO的生成[12]。同時，EPCs暴露于高血糖環(huán)境后，CXCR-4的表達水平有所改變。這些細胞信號通路的改變共同導致EPCs遷移受損。所以，糖尿病患者oxLDL產(chǎn)生增多是糖尿病患者EPCs功能紊亂的潛在機制之一。

2.4炎癥因素 糖尿病患者長期處于持續(xù)嚴重的炎癥反應狀態(tài)，炎癥能夠影響EPCs的數(shù)量和功能。研究發(fā)現(xiàn)，EPCs對炎癥反應有兩種不同反應，低度的炎性細胞因子能夠促進EPCs向受損血管組織歸巢和黏附，EPCs數(shù)量也有所升高[13]。穩(wěn)定型心絞痛患者體內(nèi)EPCs與C反應蛋白水平呈正相關，表明系統(tǒng)性炎癥可能是這些患者體內(nèi)EPCs動員的刺激因素[14]。但是在諸如糖尿病等持續(xù)嚴重的炎癥狀態(tài)下，EPCs動員、黏附和增殖功能受損，EPCs數(shù)量下降。在高糖刺激下，機體炎性因子腫瘤壞死因子α升高，誘導EPCs產(chǎn)生細胞凋亡、胰島素抵抗以及Akt磷酸化減少，從而導致EPCs數(shù)量減少[15]。Sun等[16]研究發(fā)現(xiàn)，高脂誘導肥胖模型的大鼠體內(nèi)EPCs數(shù)量和功能顯著低于正常對照組，而內(nèi)脂素水平顯著高于對照組，內(nèi)脂素可能通過核因子κB通路影響EPCs數(shù)量和功能。因此，目前認為炎癥對于EPCs是一把“雙刃劍”，低度炎癥反應誘導EPCs動員，而嚴重的炎性反應損害EPCs功能。雖然確切的調(diào)節(jié)機制仍不明確，但大多數(shù)學者認為機體持續(xù)暴露于炎性反應導致骨髓中儲存的EPCs耗竭，最終引起EPCs數(shù)量減少和功能紊亂[15]。

3 糖尿病患者EPCs功能紊亂的治療

3.1降糖藥物對EPCs的影響 毫無疑問，良好的血糖控制會給糖尿病患者大血管、微血管并發(fā)癥帶來良好的結(jié)局?？梢哉f，在2型糖尿病患者中，EPCs水平和血管狀態(tài)與血糖控制情況緊密相關，血糖控制滿意者可以降低體內(nèi)糖毒性、脂毒性和炎癥反應，從而保護血管功能。格列齊特是第二代磺脲類藥物，通過激活過氧化物酶體受體γ發(fā)揮抗氧化作用，增強NO調(diào)節(jié)的血管舒張功能。新診斷的2型糖尿病患者經(jīng)過格列齊特治療12周后，血流介導的血管舒張功能、外周循環(huán)中EPCs計數(shù)和SOD活性都明顯改善[17]。二肽肽酶抑制劑是新一代降糖藥物，它通過減少胰高血糖素樣肽的降解，使胰島素分泌增加從而提高葡萄糖耐受水平。近期一項研究表明，西格列汀通過抑制炎性反應能夠改善糖尿病患者EPCs功能，進而預防糖尿病患者的血管病變[18]。目前嚴格控制血糖仍是預防糖尿病血管病變最有效的方法，尋找合理有效的降糖方法至關重要。

3.2血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑/血管緊張素受體阻滯劑 血管緊張素Ⅱ在糖尿病患者血管并發(fā)癥的發(fā)生中發(fā)揮重要作用，血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑/血管緊張素受體阻滯劑能夠預防心臟增生、動脈粥樣硬化，從而降低心力衰竭患者的發(fā)病率和病死率。目前研究發(fā)現(xiàn)不同類型的血管緊張素受體阻滯劑對EPCs產(chǎn)生不同的影響。Matsuura等[19]報道，血管緊張素受體阻滯劑促進分化的脂肪細胞產(chǎn)生脂聯(lián)素，脂聯(lián)素能夠改善機體胰島素抵抗并通過PI3K/細胞分裂周期蛋白42/Ras相關的C3肉毒素底物1通路促進EPCs的遷移。替米沙坦被認為是一種過氧化物酶體受體γ的部分激動劑，通過激活過氧化物酶體受體γ誘導脂聯(lián)素產(chǎn)生。而且替米沙坦可以通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt通路促進EPCs動員分化[20]。血管緊張素受體阻滯劑不僅通過抑制氧化應激直接改善糖尿病患者EPCs功能，而且通過改善胰島素敏感性和上調(diào)脂聯(lián)素的產(chǎn)生間接影響EPCs的功能。

3.3他汀類藥物 他汀類藥物為羥甲戊二酰輔酶A還原酶抑制劑，是一類調(diào)脂藥物，可以改善機體脂毒性。目前大量研究表明，他汀類藥物通過促進PI3K/Akt和eNOS/NO通路，上調(diào)VEGF、eNOS和Akt的mRNA表達，增強NO生物活性，刺激EPCs分化和增殖，NO在他汀類藥物介導的EPCs動員中發(fā)揮關鍵作用[21]。給予PI3K/Akt通路特異性抑制劑后，他汀類數(shù)量和功能改善作用被阻斷。阿托伐他汀培養(yǎng)EPCs呈劑量依賴方式減少H2O2誘導的EPCs細胞凋亡[21]。他汀類藥物可以修飾EPCs的氧化還原反應進而影響細胞凋亡。

3.4基因治療 研究表明，在剔除目的基因或目的基因過表達的小鼠模型中，EPCs功能有所恢復。Di Stefano等[22]發(fā)現(xiàn)從p66ShcA基因剔除小鼠體內(nèi)獲得的EPCs能夠抵抗高糖誘導的損傷作用。而在p53基因缺陷的糖尿病小鼠體內(nèi)，EPCs衰老凋亡現(xiàn)象減弱，成管功能正常[23]。同時研究表明，過氧化物酶體增殖物激活受體α基因剔除的小鼠其EPCs動員與成管功能得到改善[24]。這為糖尿病患者血管病變的基因治療提供了基礎。

3.5細胞治療 目前研究指出，全身或局部注射EPCs可以降低糖尿病患者的器官損害、改善血管功能[25]。Matoba等[26]將骨髓來源的CD34+的EPCs注入到有外周血管病變患者體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)細胞治療能夠長期改善患者缺血組織的血管形成。同時近期有報道指出對急性心肌梗死患者進行骨髓來源單個核細胞移植治療后，梗死部位的解剖結(jié)構(gòu)得到顯著改善，經(jīng)過長達18個月隨訪觀察發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)治療相比，細胞治療能夠給心肌梗死患者尤其是急性心梗患者帶來更好的預后[27]。但有學者擔憂由于糖尿病患者體內(nèi)EPCs信號通路存在異常，會對移植到體內(nèi)的EPCs功能發(fā)揮產(chǎn)生影響[27]。同時EPCs具有免疫源性，將異源健康個體的EPCs移植到糖尿病患者體內(nèi)后，可能需要應用免疫抑制藥物，這會對人體產(chǎn)生較大影響[27]。因此，雖然細胞療法為糖尿病血管并發(fā)癥的治療帶來新的希望，但是其臨床療效仍有待更進一步評價。

4 結(jié) 語

糖尿病患者存在EPCs數(shù)量和功能受損，由于糖尿病患者體內(nèi)持續(xù)高糖導致糖尿病患者機體長期處于氧化應激和炎癥反應狀態(tài)，干擾內(nèi)皮修復過程，從而導致心血管并發(fā)癥的發(fā)生。因此，在深入研究糖尿病患者EPCs損傷的基礎上，尋找有效改善EPCs功能的治療方法，阻斷EPCs損傷的信號通路，提高EPCs的存活能力，使EPCs在氧化應激或炎癥狀態(tài)下存活，對于預防或治療糖尿病心血管并發(fā)癥有重要的臨床意義。

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