腎性貧血發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展▲

肖 宇 王 潔

(1 右江民族醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，廣西百色市 533000,電子郵箱：735015918@qq.com；2 右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腎內(nèi)科，廣西百色市 533000)

【提要】 腎性貧血是慢性腎臟病(CKD)最常見的并發(fā)癥,其可加速CKD的進(jìn)展,影響患者的生存質(zhì)量和預(yù)后。腎性貧血的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,目前尚未完全闡明,整體療效不明顯,預(yù)后欠佳。本文就腎性貧血發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展做一綜述。

近年來,慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD),尤其是終末期腎臟疾病(end-stage kidney disease,ESKD)的發(fā)病率、住院率有升高的趨勢(shì),我國(guó)成人CKD患病率高達(dá)13.39%[1]。腎性貧血是CKD的嚴(yán)重并發(fā)癥之一,是指各種腎臟病致腎功能下降時(shí),腎臟促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin,EPO)生成減少及血漿中一些毒性物質(zhì)干擾紅細(xì)胞生成并縮短其壽命而導(dǎo)致的貧血[2]。流行病學(xué)資料顯示,我國(guó)CKD非透析患者腎性貧血發(fā)生率高達(dá)51.5%[3],CKD接受血液透析治療的患者腎性貧血發(fā)生率為62.1%,接受腹膜透析的患者腎性貧血發(fā)生率為53.5%[4]。腎性貧血不僅嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量、增加就醫(yī)成本,還增加血管硬化和左心室肥厚的風(fēng)險(xiǎn),以及心血管事件發(fā)生的概率[5]。腎性貧血的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,合理有效地糾正貧血對(duì)改善患者的生存質(zhì)量和遠(yuǎn)期預(yù)后有重大意義。本文對(duì)腎性貧血的發(fā)生機(jī)制做一綜述。

1 EPO缺乏

EPO又稱紅細(xì)胞刺激因子,是一種人體內(nèi)源性糖蛋白激素,主要生物學(xué)作用是促進(jìn)紅系祖細(xì)胞的增殖、分化和成熟,調(diào)控機(jī)體紅細(xì)胞生成。EPO主要由腎小管及管旁毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞及間質(zhì)細(xì)胞合成,少量由肝臟、大腦、骨髓巨細(xì)胞合成分泌[6]。在機(jī)體缺氧狀態(tài)下,通過刺激腎臟缺氧感受系統(tǒng),致使缺氧誘導(dǎo)因子激活,使EPO與其他生長(zhǎng)因子如白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-3、粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)等進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng),與骨髓中的EPO靶細(xì)胞—紅細(xì)胞集落形成單位細(xì)胞及紅細(xì)胞暴增集落形成單位上的EPO受體(erythropoietin receptor,EPOR)結(jié)合,使EPOR磷酸化,從而激活與EPOR酪氨酸磷酸化位點(diǎn)相連的三磷酸肌醇激酶,促使第二信使三磷酸肌醇和甘油二酯產(chǎn)生并進(jìn)入細(xì)胞核,加速紅系祖細(xì)胞增殖、分化,提高機(jī)體攜氧能力,進(jìn)而改善缺氧狀態(tài)[7]。CKD患者由于腎小管的高代謝可引起殘余腎單位內(nèi)氧自由基增多,脂質(zhì)過氧化作用增強(qiáng),導(dǎo)致細(xì)胞核組織損傷,腎臟內(nèi)分泌功能受損,進(jìn)而使得EPO合成分泌減少。

2 鐵調(diào)素表達(dá)增多

鐵調(diào)素是調(diào)節(jié)體內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài)的重要激素,是由肝臟產(chǎn)生的富含半胱氨酸的小分子肽。Pigeon等[8]研究結(jié)果顯示，鐵調(diào)素RNA在調(diào)節(jié)小鼠鐵代謝中發(fā)揮重要作用。 鐵是合成血紅蛋白的重要原料之一,鐵缺乏可導(dǎo)致血紅蛋白合成障礙。人體內(nèi)鐵的主要來源為食物吸收、肝臟合成及巨噬細(xì)胞吞噬衰老紅細(xì)胞后釋放,鐵可以在“封閉”系統(tǒng)內(nèi)反復(fù)循環(huán)利用。人體從食物中吸收的三價(jià)鐵主要通過十二指腸上皮細(xì)胞的十二指腸細(xì)胞色素B氧化成二價(jià)鐵后經(jīng)二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體1介導(dǎo)進(jìn)入腸上皮隱窩細(xì)胞,在膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ferroportin,FPN)參與下轉(zhuǎn)運(yùn)至血漿后結(jié)合轉(zhuǎn)鐵蛋白,一部分貯存于肝臟及各組織細(xì)胞內(nèi),一部分進(jìn)入骨髓合成血紅蛋白。FPN表達(dá)于成熟十二指腸上皮細(xì)胞及肝脾巨噬細(xì)胞,是調(diào)節(jié)鐵從胞內(nèi)向血液運(yùn)輸?shù)莫?dú)特結(jié)構(gòu)[9],也是目前唯一知道的鐵調(diào)素的作用受體,鐵調(diào)素與FPN結(jié)合后,通過細(xì)胞內(nèi)吞作用使FPN內(nèi)化降解,抑制鐵從細(xì)胞內(nèi)輸出進(jìn)入血漿,從而調(diào)控機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)。因此,當(dāng)鐵調(diào)素表達(dá)升高時(shí),鐵離子沉積在細(xì)胞內(nèi),血漿中鐵含量減少。

鐵調(diào)素表達(dá)水平的調(diào)控機(jī)制十分復(fù)雜,許多正負(fù)調(diào)節(jié)因子聚集在一起,在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)其表達(dá)進(jìn)行微調(diào)。血清鐵、肝臟鐵貯存量、炎癥及紅細(xì)胞生成刺激素等均是影響鐵調(diào)素表達(dá)的主要因素。其中鐵通過骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)-Smad通路介導(dǎo)鐵調(diào)素的表達(dá)；炎癥通過Janus激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)錄因子及轉(zhuǎn)錄激活因子通路和BMP-Smad通路的相互作用介導(dǎo)鐵調(diào)素的表達(dá)；Erythroferrone被認(rèn)為是鐵調(diào)素上游紅系調(diào)控物質(zhì),但其具體作用機(jī)制尚未明確,而紅細(xì)胞生成刺激劑則通過EPO-Erythroferrone軸介導(dǎo)鐵調(diào)素的表達(dá)。CKD患者由于感染、慢性心衰、腎功能下降等使機(jī)體處于持續(xù)微炎癥狀態(tài)[10],單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生大量炎癥因子刺激肝臟產(chǎn)生鐵調(diào)素。同時(shí),鐵調(diào)素不與血漿蛋白緊密結(jié)合,可被正常腎臟迅速清除,并通過腎小管重吸收降解,但隨著腎小球?yàn)V過率下降,未接受透析治療的CKD患者體內(nèi)鐵調(diào)素水平升高[11]。隨著CKD的進(jìn)展,大多數(shù)患者的腎臟無法產(chǎn)生足夠的EPO來維持紅細(xì)胞的生成,當(dāng)補(bǔ)充外源性紅細(xì)胞生成刺激劑時(shí),紅細(xì)胞的生成需要更多的鐵,處于高濃度鐵調(diào)素狀態(tài)的患者即使體內(nèi)貯存的鐵足以滿足基本的紅細(xì)胞生成的需要,但也不能快速地從組織中釋放出來滿足紅細(xì)胞生成的需要,最終導(dǎo)致貧血難以糾正。Akchurin等[12]研究發(fā)現(xiàn),將鐵調(diào)素基因敲除后,腺嘌呤誘導(dǎo)的CKD小鼠貧血減輕,生長(zhǎng)速度加快,提示鐵調(diào)素與腎性貧血有關(guān),而降低體內(nèi)鐵調(diào)素水平或抑制其活性有可能成為腎性貧血新的治療方法。Erythroferrone被認(rèn)為可競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合BMP-6而抑制鐵調(diào)素的表達(dá),對(duì)其進(jìn)一步研究有望尋找治療到腎性貧血的新策略[13]。

3 炎癥機(jī)制

CKD患者處于持續(xù)微炎癥狀態(tài),亞臨床感染、肥胖、氧化應(yīng)激增加、營(yíng)養(yǎng)不良、維生素D缺乏是CKD炎癥的潛在因素[14],尿毒癥毒素引起的腸道菌群失調(diào)和細(xì)菌移位到全身和淋巴循環(huán)均有可能激活全身炎癥反應(yīng)[15]。Amdur等[16]對(duì)3 430名CKD患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),在隨訪6.3年期間,隨著患者腎功能的下降,CKD患者血漿纖維蛋白原、IL-6、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)水平升高,原因可能為晚期糖基化終產(chǎn)物的累積激活多種炎癥信號(hào)通路從而促進(jìn)炎癥因子的產(chǎn)生。炎癥可通過以下機(jī)制誘發(fā)貧血的發(fā)生：(1)通過多種途徑使鐵調(diào)素表達(dá)增多而加重貧血。研究發(fā)現(xiàn),膿毒癥患者鐵調(diào)素的濃度高出正常人100倍[17]。研究表明,CKD患者鐵調(diào)素的表達(dá)與炎癥因子呈正相關(guān)[18,19-20]。IL-6可與其受體結(jié)合后激活Janus激酶使STAT3磷酸化后進(jìn)入細(xì)胞核,直接與鐵調(diào)素基因啟動(dòng)子位點(diǎn)結(jié)合,促進(jìn)鐵調(diào)素表達(dá)。此外,IL-1β刺激肝臟BMP-2和激活素B表達(dá),通過BMP受體及Smad信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制上調(diào)鐵調(diào)素表達(dá)?？缒そz氨酸蛋白酶6(transmemb rane serine protease 6,TTSP6)通過抑制鐵調(diào)素表達(dá)從而維持鐵的穩(wěn)態(tài)[21],而炎癥因子可以降低STAT5磷酸化水平使TTSP6表達(dá)下調(diào)從而導(dǎo)致鐵調(diào)素表達(dá)增加。甲基化酶2能抑制BMP-6生成而降低依賴BMP/Smad的鐵調(diào)素轉(zhuǎn)錄水平；除此之外,炎癥反應(yīng)通過降低STAT5和過氧化物酶體增殖激活受體γ輔激活因子-1的表達(dá)而抑制甲基化酶2表達(dá),促進(jìn)鐵調(diào)素的表達(dá)[22]。(2)影響EPO生成。在炎癥刺激下,單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等產(chǎn)生多種細(xì)胞因子,干擾素α、干擾素β、TNF-α及IL-1等細(xì)胞因子影響紅系前體細(xì)胞—爆式紅系形成單位及紅系集落形成單位的生長(zhǎng),使EPO的產(chǎn)生減少,活性降低。另外，細(xì)胞因子誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞產(chǎn)生不穩(wěn)定的自由基或過氧化物陰離子,可對(duì)紅系祖細(xì)胞產(chǎn)生直接毒性。犬尿素是芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor,AHR)的內(nèi)源性配體,在吲哚胺2,3雙加氧酶的催化下由L-色氨酸降解形成,炎癥狀態(tài)下,吲哚胺2,3雙加氧酶表達(dá)上調(diào),犬尿素生成增多。Eleftheriadis等[23]研究表明，炎癥條件下犬尿素的增加可降低EPO產(chǎn)生,這可能是炎癥導(dǎo)致腎性貧血的另一機(jī)制。犬尿素在吲哚胺2,3雙加氧酶的催化下由L-色氨酸降解形成，炎癥狀態(tài)下，吲哚胺2,3雙加氧酶上調(diào)，犬尿素生成增多。犬尿素是AHR的內(nèi)源性配體，AHR活化后轉(zhuǎn)移進(jìn)細(xì)胞核,與低氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor,HIF)-2a競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合HIF-1b,從而減少EPO生成。(3)縮短紅細(xì)胞壽命。衰老紅細(xì)胞的細(xì)胞膜可被巨噬細(xì)胞識(shí)別清除,當(dāng)機(jī)體處于炎癥狀態(tài)時(shí)不僅可激活巨噬細(xì)胞,還可以增加紅細(xì)胞表面免疫球蛋白或者免疫復(fù)合物的包被,使紅細(xì)胞被超量清除,導(dǎo)致體內(nèi)紅細(xì)胞數(shù)量減少[24]。

總之,炎癥因子在腎性貧血的發(fā)生中發(fā)揮著重大作用。Akchurin等[25]研究發(fā)現(xiàn),野生型CKD小鼠即使EPO處于高水平,但仍存在貧血,且血清鐵含量降低,IL-6水平升高,敲除IL-6可顯著改善CKD小鼠的紅細(xì)胞及血紅蛋白含量,這可能與鐵調(diào)素的介導(dǎo)有關(guān),然而口服補(bǔ)鐵糾正野生型CKD小鼠低鐵血癥的效果遜于敲除IL-6,這提示腎性貧血可由多種因素調(diào)控,炎癥是其中因素之一,減輕患者的微炎癥狀態(tài)對(duì)糾正腎性貧血尤為重要,炎癥因子可能成為未來腎性貧血治療中的藥物靶點(diǎn)。

4 維生素D代謝紊亂

維生素D是人體內(nèi)的激素活性物質(zhì),人體獲得的外源維生素D無生物活性,需經(jīng)過肝臟25-羥化酶及腎臟近曲小管上皮細(xì)胞線粒體中1-α羥化酶的羥基化作用形成有活性的1,25二羥基維生素D3而發(fā)揮作用。而CKD患者普遍存在維生素D缺乏。Kim等[26]研究發(fā)現(xiàn),ESKD患者25羥基維生素D3水平與血紅蛋白水平呈正相關(guān),維生素D缺乏是ESKD患者發(fā)生貧血的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。Sonkar等[27]研究結(jié)果顯示,血紅蛋白水平低的CKD患者甲狀旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)較高,而血清維生素D水平與血紅蛋白水平呈正相關(guān),提示維生素D缺乏和繼發(fā)甲狀旁腺功能亢進(jìn)與腎性貧血的發(fā)生密切相關(guān)。繼發(fā)甲狀旁腺功能亢進(jìn)引起貧血的可能機(jī)制為PTH可引起骨髓纖維化從而抑制紅系祖細(xì)胞的生成,也可使紅細(xì)胞膜滲透脆性增加而縮短紅細(xì)胞存活時(shí)間,還可抑制內(nèi)源性EPO生成而加重貧血[28]。維生素D除了能通過直接增加EPOR表達(dá),協(xié)同刺激造血祖細(xì)胞增殖,促進(jìn)骨髓造血外,還能通過下調(diào)促炎細(xì)胞因子及鐵調(diào)素水平而促進(jìn)紅細(xì)胞生成。研究表明,炎癥狀態(tài)下，巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞及T淋巴細(xì)胞中25羥基維生素D-1α羥化酶的編碼基因CYP27B1和維生素D受體高表達(dá)，從而發(fā)揮抗炎作用[29]。張燕麗等[30]研究發(fā)現(xiàn)，膿毒癥患兒維生素D水平明顯低于健康兒童,維生素D水平與膿毒癥患兒預(yù)后呈正相關(guān),提示維生素D在對(duì)抗炎癥因子中發(fā)揮一定的作用。Bacchetta等[31]研究發(fā)現(xiàn),采用25羥基維生素D或1,25二羥基維生素D體外干預(yù)肝細(xì)胞或單核細(xì)胞后,細(xì)胞鐵調(diào)素 mRNA表達(dá)水平降低,染色質(zhì)免疫沉淀分析表明維生素D通過與鐵調(diào)素基因啟動(dòng)子上的維生素D反應(yīng)元件結(jié)合,直接抑制鐵調(diào)素的表達(dá)。還有研究發(fā)現(xiàn),在健康人群中維生素D3可不依賴于炎癥因子而直接調(diào)節(jié)鐵調(diào)素的表達(dá)[32]。然而,也有研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)服用骨化三醇6周未能降低CKD 3～4期患者血清鐵調(diào)素水平[33-34]。因此,維生素D對(duì)腎性貧血發(fā)生發(fā)展的作用可能是多途徑多渠道的,相關(guān)機(jī)制尚需要更多、更長(zhǎng)遠(yuǎn)的研究來闡明。

5 成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-23

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23(fibroblast growth factor 23,FGF23)是一種鈣磷調(diào)節(jié)激素,主要由骨骼中骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞合成分泌,在輔助因子Klotho蛋白的協(xié)助下與其受體結(jié)合發(fā)揮作用。CKD患者因腎單位減少致磷排泄障礙,使得FGF23代償性升高以維持血磷正常水平[35]。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF23缺失可以增加小鼠骨髓及外周血紅細(xì)胞生成量,并使EPO mRNA的表達(dá)水平增加,給小鼠服用FGF23可導(dǎo)致紅細(xì)胞生成減少[36-37],提示FGF23可能通過影響造血干細(xì)胞向紅系表達(dá),并負(fù)調(diào)控EPO影響紅細(xì)胞的產(chǎn)生和分化。Nam等[38]研究發(fā)現(xiàn)，未接受透析治療的CKD患者血清FGF23水平與血紅蛋白呈負(fù)相關(guān),FGF23水平的升高會(huì)增加貧血風(fēng)險(xiǎn)。蘭秀君[39]對(duì)接受血液透析治療的CKD患者進(jìn)行研究也得到相同的結(jié)果。然而也有研究表明,血液透析患者FGF23水平與血紅蛋白無相關(guān)性[40]。FGF23與腎性貧血的發(fā)生發(fā)展是否有聯(lián)系,其機(jī)制如何,目前相關(guān)報(bào)告較少。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF23可直接刺激肝臟分泌炎性細(xì)胞因子[41],而FGF23水平與CKD患者的多種炎癥標(biāo)志物有關(guān)[42]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),高水平的FGF23可導(dǎo)致CKD小鼠發(fā)生腎性貧血,阻斷FGF23信號(hào)通路可促進(jìn)紅細(xì)胞生成,減輕貧血和炎癥,并下調(diào)鐵調(diào)素 mRNA的表達(dá),使血清鐵水平升高[43]。FGF23除了直接影響紅細(xì)胞生成外,是否會(huì)通過炎癥因子及鐵代謝途徑來影響腎性貧血的發(fā)生尚需更多的實(shí)驗(yàn)研究來闡明。

6 其他因素

大部分CKD患者因尿毒癥毒素在體內(nèi)積蓄而引起胃腸道功能紊亂,引起鐵、維生素B12、葉酸等造血原料及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收障礙,造成營(yíng)養(yǎng)不良,導(dǎo)致血紅蛋白合成減少。此外,尿毒癥毒素如多胺、喹啉酸、瘦素等可抑制骨髓細(xì)胞及紅細(xì)胞的發(fā)育從而引起貧血。CKD患者多存在血小板功能降低,凝血功能障礙而處于慢性失血狀態(tài),從而加重貧血。

7 小 結(jié)

腎性貧血是CKD患者的嚴(yán)重并發(fā)癥,其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,多種因素相互關(guān)聯(lián)。目前腎性貧血的治療效果不佳,對(duì)其發(fā)病機(jī)制的研究有利于為治療藥物的研發(fā)提供依據(jù)。隨著研究的深入,有望為腎性貧血患者提供更安全有效的治療措施,減少相關(guān)并發(fā)癥,提高患者生存質(zhì)量。