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，其主要作用為調控骨髓中紅細胞的產生，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結構 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合、防止EPO失活等方面起重要作用〔2〕。重組人EPO(rHuEPO)現廣泛應用于臨床，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生。成人血清中EPO主要由腎皮質I型間質細胞分泌，一些腎外組織也可表達EPO，包括腦、子宮、睪丸、視網膜、胃腸黏膜、胎盤滋養層、乳腺、骨髓巨噬細胞，以自分泌、旁分泌的方式發揮作用。正常人的血漿EPO水平維持在15～20 U/L，其主要調節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、中樞和外周神經系統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的信號轉導途徑 EPO與相應受體結合后，通過信號轉導通路調控細胞核內特定基因轉錄。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-信號傳導子及轉錄激活子)通路〔6〕，導致血紅蛋白的提升及細胞周期的連續性。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，但大多數研究表明在神經、免疫及癌細胞中存在 EPO應答〔7〕。EPO與EPOR-βcR異質復合體親和力低，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織紅細胞，最終變為成熟紅細胞。網織紅細胞及成熟紅細胞停止表達EPOR，結束對 EPO的應答〔9〕。在紅系祖細胞，EPO結合EPOR后激活JAK2-STAT5信號途徑，并使 PI3K和Akt磷酸化〔10〕。

1.4.2 免疫調節作用 EPOR也存在于免疫細胞中，EPO在體內、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〕。在體內模型中，EPO治療可延長骨髓瘤大鼠的生存期，促進B細胞產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錄。因此，NF-κB和AP-1可能是EPO調控炎癥反應的重要轉錄因子。

1.4.4 抗氧化應激作用 氧化應激是指由于活性氧過度產生及抗氧化防御機制減弱造成的組織損傷。細胞內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揮著重要作用。國內楊艷等〔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。體外實驗亦證實EPO可以抑制高糖誘導的小管細胞內活性氧產生〔16〕。但亦有研究顯示在尿毒癥大鼠模型中，應用EPO可增加內皮素-1及超氧陰離子產物濃度，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-間充質轉化(EMT)EMT直接參與了各器官的纖維化，轉化生長因子β1(TGFβ1)在EMT中發揮著重要作用，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，結果顯示EPO可逆轉TGF-β1介導的凋亡，并可部分逆轉 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節。

1.4.6 抑制腎素-血管緊張素系統(RAS) 腎臟缺血、缺氧時，血管緊張素-Ⅱ(Ang-Ⅱ)在RAS促纖維化過程中發揮重要作用。具體機制為Ang-Ⅱ上調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來改善單側輸尿客梗阻(UUO)小鼠的腎間質纖維化。另外，國內有研究顯示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皮的修復和改善內皮功能來實現的。類似還有EPO可減弱慢性環孢素腎病的腎間質炎癥及纖維化〔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抗體的產生、紅細胞發育不良和EPOR表達減少，進而導致EPO無法發揮效應。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-連接糖基側鏈及8個唾液酸殘基，藥效為rHuEPO的10倍，代謝穩定性較好，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，可能有著更為廣泛的臨床應用前景。

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