促紅細胞生成素衍生物在急性腎損傷中的研究進展

劉 敏, 徐 夏, 王 榮, 劉昌華, 徐道亮

(揚州大學附屬蘇北人民醫(yī)院/江蘇省蘇北人民醫(yī)院 腎臟內科, 江蘇 揚州, 225001)

急性腎損傷(AKI)是指由多種原因引起的短時間內腎功能快速減退而出現的臨床綜合征，其特征是腎小球濾過率突然下降，血清肌酐濃度升高或尿量減少。AKI是住院患者和重癥監(jiān)護病房患者的嚴重并發(fā)癥，可增高患者的病死率[1]。目前，AKI仍缺乏特異性的治療方法，腎臟替代治療(RRT)是僅有的治療選擇，但RRT的啟動時間尚存在爭議，并且受多種因素的影響，僅有11.8%的患者接受RRT[2]。

促紅細胞生成素(EPO)是一種糖蛋白激素，因其具有促進骨髓造血的功能而被廣泛應用于治療腎性貧血。EPO除了具有造血功能，還具有組織保護作用。EPO受體(EPOR)廣泛分布于組織器官及不同類別的細胞中，EPO通過與細胞表面相應受體結合發(fā)揮多種功能，包括腎臟保護功能[3]。在AKI動物模型中, EPO已被驗證具有腎臟保護功能[4-5]。臨床試驗[6-7]顯示，在心臟手術前預防性應用EPO可以預防AKI并改善術后的腎臟功能。因此, EPO及其受體可能成為AKI治療的選擇之一。

1 EPO治療AKI的效應及缺陷

EPO是一種高糖基化蛋白質，分子量約為30.4 kDa, 主要在胎兒肝臟和成人腎臟中合成。在成人中，當紅細胞水平下降時，腎小管間質細胞以經典的內分泌方式將EPO分泌到循環(huán)中，最終與骨髓中的紅系祖細胞上的同源二聚體EPO受體(EPOR)2結合，通過抑制凋亡和激活生存信號通路使紅系祖細胞終末分化以維持紅細胞生成的動態(tài)平衡。然而, EPO的作用不僅局限于促進紅細胞生成這一方面。研究[8-9]表明EPO可通過改善自噬、抗細胞凋亡和抗炎對缺血誘導的腎臟、心臟、腦和肝臟組織損傷具有保護作用。

EPO信號可通過2種受體傳遞，一種是EPOR形成的同源二聚體(EPOR)2, 另一種是EPOR和β共同受體(βCR)形成的異源二聚體。βCR又稱CD131, 是Ⅰ型細胞因子共有的亞單位受體，包括粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)、白細胞介素-3(IL-3)和白細胞介素-5(IL-5)[10]。EPOR/βCR也稱為先天修復受體，可以激活組織保護和修復，在正常組織中通常不表達，在損傷或炎癥中迅速被誘導。大量動物實驗研究[11-12]顯示, EPO可改善腎功能及減輕腎組織損傷，但在缺乏βCR的情況下, EPO的腎臟組織保護作用消失，表明EPO與EPOR/βCR受體結合具有組織保護作用[5, 13]。血漿中EPO的正常濃度是1～10 pmol/L, 經典的(EPOR)2復合物與EPO結合的親和力是10～15 pmol/L, 而EPOR/βCR復合物與EPO的親和力大于1 nmol/L[14-15]。EPO對(EPOR)2的親和力顯著高于EPOR/βCR, 因此EPO的全身劑量需要顯著高于常規(guī)治療劑量才能實現細胞保護作用。盡管EPO 對AKI的腎功能和結構具有保護作用，但從長遠的角度看，使用超生理劑量的EPO會增加腎臟纖維化[16]和心血管不良事件的風險。臨床研究[17]發(fā)現，靜脈給予EPO治療對接受冠狀動脈搭橋手術患者無腎臟保護作用。AYDIN Z等[18]發(fā)現，腎移植后使用高劑量EPO并未對腎臟顯示出保護性作用，反而增加血栓事件的發(fā)生風險。血清 EPO 濃度升高會提高血細胞比容及增強血小板和內皮活化，這些機制是心血管不良事件發(fā)生風險增加的原因。

2 EPO衍生物治療AKI的效應及優(yōu)勢

EPO衍生物僅與EPOR/βCR特異性結合，避免引起紅細胞生成。因此，不具有促進紅細胞生成作用的EPO衍生物在器官組織保護方面比EPO的應用領域更加寬泛。

BRINES M等[19]通過對EPO及其受體結構的研究發(fā)現，在EPO的三級結構中，只有螺旋A、C、D和連接螺旋AB的環(huán)與(EPOR)2相互作用促進紅細胞生成，而這些并不是組織保護所必需的結合位點。通過對這些區(qū)域內的氨基酸殘基進行化學或突變修飾，可以阻斷EPO與(EPOR)2結合，從而解離了組織保護和紅細胞生成。

螺旋B表面肽(HBSP)又稱ARA290, 是一種由EPO螺旋B結構域衍生而來的線性多肽，由11個氨基酸組成。與EPO相比, HBSP可減輕因紅細胞生成引起的副作用，在體外和體內均具有更顯著的組織保護作用。HBSP可減輕內毒素誘導的AKI, 降低炎癥因子水平，改善膿毒癥大鼠的腎功能[20]。在小鼠缺血再灌注損傷(IRI)模型中, HBSP通過EPOR/βCR激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)通路，降低caspase-9、caspase-3活性，降低腎臟細胞凋亡率，減輕組織損傷，保護腎臟[21]。

環(huán)狀螺旋B肽(CHBP)是在HBSP結構基礎上通過環(huán)化合成的新型EPO衍生肽。與血漿半衰期只有2 min的HBSP相比, CHBP不僅提高了代謝穩(wěn)定性，也提高了對蛋白水解酶的抵抗力和腎臟保護作用[22]。CHBP可明顯改善大鼠移植腎急性排斥反應，減輕CD4+、CD8+T細胞的浸潤及細胞凋亡，減少移植腎組織的損傷[23]。在小鼠和人近端腎小管上皮細胞中, CHBP可抑制轉化生長因子-β誘導的細胞外基質蛋白表達和細胞外基質轉化，減輕IRI誘導的腎纖維化[24]。此外，在AKI大鼠模型中, CHBP通過減少caspase-3的激活、細胞凋亡和炎癥反應改善腎功能和組織損傷[25-26]。

氨基甲?；疎PO(CEPO)是一種由EPO賴氨酸殘基氨甲基化形成的EPO衍生物，不激活(EPOR)2, 只與EPOR/βCR復合體結合發(fā)揮效應，缺乏紅細胞生成和血管收縮作用。與EPO治療相比, CEPO可更好地改善腎功能及患者存活率，不會顯著提高紅細胞壓積水平和血壓[15, 27]。因此，在改善AKI的預后方面, CEPO療法可能優(yōu)于EPO。此外，在大鼠模型中, CEPO治療的殘腎血流速度明顯加快，腎小球和腎小管周圍毛細血管內皮細胞顯著增生，而血紅蛋白變化幅度較小，對延緩腎小管間質損傷更有益[28]。EPO及其衍生物的作用受體見圖1。

圖1 EPO及其衍生物的作用受體

3 EPO衍生物治療AKI的機制

在對EPO及其衍生物的研究過程中, EPO衍生物治療AKI的作用機制也得到了深入探索。EPO及其衍生物在腎臟中產生的組織保護作用的信號轉導通路復雜多樣, EPO及其衍生物與EPOR/βCR復合體結合使Janus激酶2(JAK2)自動磷酸化來觸發(fā)細胞內信號傳導，這種信號通過幾種不同的分子通路級聯，包括信號轉導和轉錄激活因子(STAT)通路、PI3K/Akt通路、核因子κB(NF-κB)通路、AMP活化蛋白激酶(AMPK)通路、促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路。

3.1 STAT信號通路

在細胞應激后, HBSP可使EPOR/βCR迅速轉移到細胞膜表面，增加EPOR/βCR復合體的表達[29]。當 EPO及其衍生物與EPOR/βCR復合體結合后通過激活JAK2從而使STAT5磷酸化并移位到細胞核內，觸發(fā)特定靶基因的轉錄。研究[30]顯示, EPO可通過JAK2/STAT5信號通路對小鼠壞死的腎小管上皮細胞發(fā)揮保護作用。此外，在大鼠腎移植模型中發(fā)現, CHBP可通過激活JAK2/STAT3/SOCS1通路抑制樹突狀細胞成熟來改善腎移植急性排斥反應[23]。

3.2 PI3K/Akt信號通路

PI3K/Akt作為細胞應激的關鍵調節(jié)因子，是細胞存活的最重要通路之一。研究[20]顯示, HBSP可通過激活PI3K/Akt通路調節(jié)腎功能，抑制炎癥反應，對膿毒癥大鼠腎損傷具有保護作用，其腎臟保護作用與抑制PI3K/Akt信號通路下游糖原合成酶激酶-3(GSK-3β)的磷酸化有關，通過使GSK-3β磷酸化來抑制GSK-3β的激活，從而激活核因子紅2相關因子2(Nrf2)和抑制NF-κB來減弱氧化應激和炎癥反應[31-32]。在葉酸所致的AKI模型中，敲除GSK-3β或用微劑量鋰阻斷腎小管中的GSK-3β可恢復腎臟中Nrf2的抗氧化反應，并減緩AKI向CKD的轉變[33]。在腎臟IRI模型中, CHBP激活Akt的下游效應因子Forkhead box O3a(FOXO3a)參與抗纖維化。此外, PI3K/Akt通路還可激活eNOS導致微循環(huán)中一氧化氮(NO)的表達水平升高，引起局部血管舒張，抑制血小板和中性粒細胞的黏附并調節(jié)血管生成，從而減輕過度的腎內血管收縮，進而減輕腎臟功能障礙[5]。

3.3 NF-κB信號通路

NF-κB是一種炎癥轉錄因子，參與多種炎癥細胞因子的轉錄調控，通過激活炎癥信號通路導致細胞損傷。在大鼠同種異體腎移植模型中, ARA290通過減弱NF-κB與DNA的結合來抑制下游靶基因的轉錄，從而減輕炎癥反應，改善腎功能[34]。

3.4 AMPK通路

AMPK是細胞能量狀態(tài)的重要傳感器，在能量生產和線粒體網絡中發(fā)揮重要作用。AMPK在腎臟中高度表達，能調節(jié)腎小管細胞中各種離子和肌酸轉運體的活性，降低足細胞通透性和脂聯素激活的蛋白尿。AMPK激活物在IRI模型中通過誘導自噬/線粒體自噬發(fā)揮腎臟保護作用[35]。AMPK/AKT/mTOR信號通路在CHBP介導的自噬調節(jié)中起著關鍵作用。CHBP可通過抑制mTORC1和激活mTORC2而誘導自噬，從而對缺血再灌注產生腎臟保護作用[22]。

3.5 MAPK信號通路

MAPK在將細胞外刺激轉化為廣泛的細胞反應(包括細胞生長、遷移、增殖、分化和凋亡)方面發(fā)揮著關鍵作用，細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)1/2是MAPK的下游通路[36]。HBSP通過激活ERK1/2減少心肌細胞凋亡來保護心臟功能。動物研究[37]發(fā)現ERK/p53 信號通路在保護IRI誘導的腎臟凋亡中發(fā)揮重要作用，在大鼠腎移植模型中, EPO可通過激活STAT6/MAPK/NF-κB信號通路減少炎癥反應和調節(jié)細胞凋亡來保護腎移植后的AKI。EPO衍生物與EPOR/βCR結合后的下游信號通路見圖2。

圖2 EPO衍生物與EPOR/βCR結合后的下游信號通路

4 前景與展望

EPOR/βCR在腎臟、心臟、肝臟、肺臟和神經系統(tǒng)等中共同表達，在各種IRI模型中, EPO衍生物被證明通過與EPOR/βCR結合發(fā)揮組織保護作用。在AKI模型中, EPO衍生物可通過多種信號傳導通路產生腎臟保護作用。臨床研究[38]顯示，術前予以EPO治療可降低患者術后發(fā)生AKI的風險，縮短患者的住院時間, EPO及其衍生物有望成為AKI治療的選擇。在已有的研究[39]中, ARA290可促進小神經纖維再生，緩解神經性疼痛，已被FDA和歐洲藥品管理局指定為治療結節(jié)病神經性疼痛的藥品。BRINES M等[40]進行的一項臨床研究發(fā)現，ARA290可以改善代謝，減輕2型糖尿病患者的神經病變癥狀，且具有極好的安全性。目前尚無EPO衍生物治療AKI的相關臨床研究，因此需要大型隨機臨床研究來全面評估EPO衍生物在AKI中的作用。