改善糖尿病內(nèi)皮祖細胞功能的研究進展

劉景雪，黃 瑾（上海中醫(yī)藥大學附屬岳陽中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院藥劑科，上海 200437）

糖尿病[1]（diabetes mellitus，DM）是由胰島素分泌缺陷或其生物作用受損，或兩者兼有引起的以高血糖為特征的代謝性疾病。該疾病導致死亡的主要原因是在長期疾病過程中引發(fā)的各種并發(fā)癥，如：心腦血管病、下肢血管病、高血壓等，這些并發(fā)癥的發(fā)生都伴隨血管組織的損傷。目前治療血管損傷性疾病的藥物主要是緩解病癥、減緩疾病的發(fā)展，但在血管損傷修復和血管新生中作用不大[2]。研究表明[3]，內(nèi)皮祖細胞（endothelial progenitor，EPC）在生理或病理條件下可以從骨髓中動員至外周血，參與損傷血管的修復，并且促進缺血組織損傷后的再內(nèi)皮化和生長因子釋放。EPC的以上特點，為治療糖尿病所致的血管損傷提供了新的思路和治療靶點。

1 EPC概述

EPC是一類特殊的干細胞，近年來已經(jīng)引起學術(shù)界的廣泛關(guān)注。1997年，Asahara 等[4]首次從人的外周血中分離出一種CD34陽性單核細胞，因其能表達血管內(nèi)皮細胞的標志物，而且具有向血管內(nèi)皮細胞分化的潛能，故將此單核細胞命名為血管EPC。1999年，Asahara 等[5]證明EPC可來源于骨髓。之后的研究[6]發(fā)現(xiàn)，EPC可以出現(xiàn)在脾臟、臍帶血等組織。

根據(jù)培養(yǎng)特點[7-8]，EPC主要分為早期和晚期兩類。早期EPC主要在含血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的培養(yǎng)基中培養(yǎng)纖連蛋白上的外周血單核細胞產(chǎn)生，類似于成集落內(nèi)皮細胞（CFU-ECs），培養(yǎng)至2～3周數(shù)量達到高峰，形狀類似紡錘形，其壽命僅有4周，主要通過提供支持血管生成的多種生長因子來增強血管形成；晚期EPC由單核細胞培養(yǎng)14d以上獲得，呈鵝卵石樣，可存活12周，這些細胞缺乏造血和骨髓標記物，具有較低的細胞因子釋放能力，因增殖能力強，常被稱為生長型 EPC。EPC的鑒定方法有很多[4]，包括用特定的生物標記聯(lián)合克隆形成實驗，熒光檢測對乙?；兔芏戎鞍椎奈蘸团c凝集素的結(jié)合，以及流式細胞術(shù)檢測表面標志物。其中，細胞表面標志物[9]包括造血干細胞標記和血管內(nèi)皮細胞標記物，如：CD31、血管內(nèi)皮生長因子受體-2（VEGFR-2）、血管性血友病因子（vWF）、血管內(nèi)皮鈣粘蛋白（VE-cadherin或CD 144）。

機體在正常的穩(wěn)態(tài)條件下，外周血中存在少量的循環(huán)EPC，當機體在缺血、缺氧等情況下，刺激EPC 動員因子，如：VEGF、成纖維細胞生長因子（bFGF）、基質(zhì)細胞衍生因子-1（SDF-1）等的釋放，這些因子激活一氧化氮合酶（eNOS），導致一氧化氮（NO）產(chǎn)生增加，NO調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）的活性，已活化的MMP（如MMP-9）使骨髓中 EPC 釋放并動員進入外周循環(huán)，在受損部位歸巢并分化為內(nèi)皮細胞，參與內(nèi)皮受損血管的再內(nèi)皮化，促進缺血部位的血管新生。因此，EPC 已經(jīng)成為預測血管疾病的發(fā)生、發(fā)展及預后情況的重要指標。

2 抑制炎癥反應降低EPC損傷

糖尿病患者長期處于高糖環(huán)境下，其機體處于一種慢性炎癥狀態(tài)。全身性炎癥導致糖尿病患者的新生血管形成和EPC功能受損，可以認為，炎癥應激是導致糖尿病進展或惡化的主要原因[10]。研究發(fā)現(xiàn)[11]，炎癥趨化因子——巨噬細胞炎性蛋白-1β（MIP-1β）在糖尿病患者體內(nèi)的高表達，可降低EPC的功能，抑制EPC歸巢和缺血區(qū)的血管新生。

Chang等[12]使用特異性MIP-1β抗體抑制MIP-1β的活性，逆轉(zhuǎn)受損EPC的功能，增強EPC的歸巢能力，并增加循環(huán)EPC數(shù)量，進而促進血管新生。同樣具有高度的增殖潛能和分化能力的祖細胞——間充質(zhì)干細胞[13]（mesenchymal stemcells，MSC），通過改善1型糖尿病（T1DM）的免疫紊亂狀態(tài)及保護殘存的β細胞，進而有效改善血糖狀態(tài)。周娜等[14]利用間充質(zhì)細胞可調(diào)控巨噬細胞表型的特性，促進其由促炎 M1型向抗炎M2 型極化，從而抑制炎癥反應，而且移植MSC可通過募集M2型巨噬細胞使胰島β細胞增殖和再生，進而影響T1DM的病理生理過程。Yan 等[15]使用肌肽和積雪草酸（AA）組合共同作用于糖尿病小鼠和高糖孵育的人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVEC），結(jié)果顯示，該組合降低高糖孵育的HUVEC細胞中腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和活性氧（ROS）的產(chǎn)生，提高細胞活力，改善細胞功能；同時，肌肽和AA組合降低糖尿病小鼠體內(nèi)白細胞介素-6（IL-6）的產(chǎn)生，并限制腎環(huán)氧合酶-2（COX-2）活性，小鼠血糖得以控制。馮麗潔等[16]使用二甲雙胍與結(jié)合運動干預2型糖尿病大鼠，其研究數(shù)據(jù)顯示，二甲雙胍和有氧運動均可以降低糖尿病大鼠的空腹血糖，并且可以降低糖尿病大鼠血清TNF-α和血管細胞黏附分子-1（VCAM-1），TNF-α和VCAM-1濃度的降低減少氧化應激相關(guān)分子（如：NADPH氧化酶）的表達，進而減少對EPC的損傷。因此，抑制糖尿病患者的炎癥反應，減輕EPC損傷，可有效改善糖尿病患者的自身狀態(tài)。

3 抑制氧化應激降低EPC損傷

研究顯示[17]，氧化應激在血管損傷及動脈粥樣硬化形成過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。糖尿病血管并發(fā)癥的病理基礎(chǔ)是血管內(nèi)皮功能受損。前期研究表明[18]，2型糖尿病初期患者已存在血管內(nèi)皮功能障礙，外周血EPC較健康人減少。在氧化應激狀態(tài)下，機體氧化酶表達明顯增加，促進EPC的凋亡并影響其功能，所以氧化應激是 EPC 數(shù)量改變及功能受損的因素之一[19-20]。

李博鵬等[21]觀察在胰島素治療的基礎(chǔ)上再靜脈滴注α-硫辛酸對2型糖尿病初診患者超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧物酶（GSH-Px）、丙二醛（MDA）及8-羥基脫氧鳥苷（8-OHDG）含量的影響，同時測定外周循環(huán)EPC水平，并分析這些指標間的相互關(guān)系。結(jié)果顯示，應用α-硫辛酸治療前后，糖尿病患者（30例）EPC 數(shù)量差值較對照組（20例）顯著增加，SOD、GSH-Px活性的差值較對照組顯著增加，MDA、8-OHDG的差值顯著下降，表明糖尿病患者通過α-硫辛酸抗氧化治療，降低其氧化應激水平，使循環(huán) EPC 水平明顯升高，進而預防、延緩糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生。Wang等[22]使用合成的羥基酪醇一氧化氮（HT-NO）研究對糖尿病小鼠和高糖刺激 EPC 的影響，結(jié)果顯示，HTNO利用其良好的NO釋放特性，促進內(nèi)皮依賴性血管舒張，通過下調(diào)沉默信息調(diào)節(jié)因子1（SIRT1）抑制活性氧（ROS）的產(chǎn)生，降低糖尿病小鼠和高糖刺激的 EPC 氧化應激水平。因此，降低糖尿病患者的氧化應激水平，可以減少對EPC的損傷，進而降低糖尿病患者血管發(fā)生并發(fā)癥的風險。

4 促進EPC的動員

機體處于正常生理狀態(tài)時，骨髓EPC處于靜息狀態(tài)。在生理或病理因素刺激下，機體釋放細胞因子促使骨髓中的EPC大量增殖并向外周血動員。外周血中EPC隨著血液循環(huán)到達損傷部位，進而被歸巢至血管內(nèi)皮受損部位、分化為成熟內(nèi)皮細胞進行內(nèi)皮修復，并參與血管新生。因此，正常的EPC動員功能在維持內(nèi)皮系統(tǒng)平衡中發(fā)揮重要作用。

糖尿病患者外周血中的EPC數(shù)量減少，而且功能受損[23]。粒細胞集落刺激因子[24]（G-CSF）在臨床上用于化療期間中性粒細胞減少患者和增加外周血中EPC的數(shù)量。單一應用G-CSF很難有效動員骨髓EPC進入外周血循環(huán)中。趨化因子受體CXCR4拮抗劑-AMD3100[25-26]可增強EPC的動員，促進心肌梗死后的血管新生。林曉瑩等[27]以糖尿病小鼠為研究對象，將AMD3100聯(lián)合G-CSF用藥觀察對糖尿病小鼠骨髓EPC的動員。結(jié)果顯示，AMD3100聯(lián)合G-CSF動員骨髓EPC的效果優(yōu)于單一使用AMD3100，而且先使用AMD3100再聯(lián)合G-CSF的動員效果更佳。鄭夢夢等[28]向2型糖尿病合并急性心肌缺血大鼠灌胃瓜蔞薤白半夏湯（GXB），結(jié)果顯示，GXB組EPC的數(shù)量同對照組相比，在第4天達到峰值，然后在一段時間內(nèi)仍一直維持較高水平，而且GXB組血漿中的VEGF、eNOS、NO的水平均高于對照組，這也驗證了骨髓中EPC的動員過程與這些細胞因子有關(guān)。目前研究發(fā)現(xiàn)，臨床降糖藥物阿卡波糖和二甲雙胍，可以動員骨髓EPC至外周血，增加外周血中EPC的數(shù)量，緩解高糖對EPC的功能障礙，這將為糖尿病患者的臨床治療提供安全、精準、有效的動員方案，從而調(diào)節(jié)機體EPC功能，以促進糖尿病所致的血管疾病的改善。

5 抑制EPC的凋亡

細胞凋亡的過程是一個復雜的級聯(lián)反應，細胞從接受凋亡信號到調(diào)控分子間相互作用，再到蛋白水解酶的活化，整個過程中有許多細胞分子的參與。糖尿病患者由于血糖紊亂，高/低血糖都可以引起腦內(nèi)線粒體功能障礙，最終導致線粒體凋亡[29]。線粒體具有氧化磷酸化、能量代謝、抗氧化和傳遞電子等生理作用，線粒體的凋亡是細胞凋亡的主要途徑之一。

范艷萍等[30]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病阻礙心肌梗死后冠狀動脈側(cè)支循環(huán)形成并加重心肌細胞的凋亡。血糖升高后對內(nèi)皮細胞的舒張功能產(chǎn)生影響，使血管通透性增加，CO合成減少，其生物活性降低，進而影響側(cè)支循環(huán)形成；血糖升高使機體出現(xiàn)生化異常，糖基化和磷酸化反應增加，糖基化和磷酸化的異常激活轉(zhuǎn)錄因子P53，P53在使抗凋亡基因表達減少的同時促使促凋亡基因表達升高，進而加速細胞的凋亡。如果可以減少糖尿病患者的EPC細胞凋亡，那么對于患者預后將有很好的效果。研究發(fā)現(xiàn)[31-33]，許多中藥成分，如：水飛薊素、蝦青素、紅景天苷等呈劑量依賴性抑制糖尿病患者外周血 EPC 的凋亡，促進EPC增殖，進而達到通過抑制EPC的凋亡發(fā)揮預防疾病的作用。將上述改善糖尿病患者EPC功能的藥物治療及干預措施簡略歸納如下，具體見表1。

表1 改善EPC功能的藥物治療/干預措施

6 結(jié)語

糖尿病患者持續(xù)高血糖狀態(tài)，并在各種因素的相互作用下，使得自身EPC功能受損。EPC 功能發(fā)生障礙，其內(nèi)皮修復和血管新生的能力降低，從而導致血管并發(fā)癥的發(fā)生。目前，用于臨床降糖的藥物有很多，但直接改善糖尿病患者EPC功能的藥物鮮有報道。因此，在研究糖尿病患者EPC功能損傷的基礎(chǔ)上，尋找更為有效的改善EPC功能的藥物和方法，提高 EPC 的存活能力，對于預防或治療糖尿病并發(fā)癥有重要的臨床意義。