基質細胞衍生因子-1/趨化因子受體-4軸與糖尿病大血管病變的研究現狀

余錦雯 韓 睿

昆明醫科大學第一附屬醫院糖尿病科，云南昆明650000

基質細胞衍生因子-1/趨化因子受體-4軸與糖尿病大血管病變的研究現狀

余錦雯 韓 睿

昆明醫科大學第一附屬醫院糖尿病科，云南昆明650000

糖尿病是一種涉及全身多個系統并以血糖濃度升高表現為主的代謝性疾病，隨著病程的發展，復雜多樣的并發癥常比控制血糖本身更加棘手。其中，糖尿病的大血管病變是糖尿病性心肌病、心肌梗死、大動脈粥樣硬化等并發癥的重要危險因素。近年來研究發現，基質細胞衍生因子-1（SDF-1）/趨化因子受體-4（CXCR4）軸具有趨化炎癥細胞浸潤、誘導內皮祖細胞分化的作用，因此廣泛參與了血管內皮修復、新生血管形成、血管壁炎性反應、動脈粥樣硬化等過程，對糖尿病大血管病變的病理生理過程變化起到重要作用，成為治療的新靶點，但該軸在糖尿病大血管病變中的影響機制尚不清楚，一些研究提示起到保護作用，而另外一些研究則提示是一種危險因素。本文就近年來的研究成果進行簡要綜述，旨在為SDF-1/CXCR4的靶向治療提供理論依據，為后期的研究提供新的視角。

基質細胞衍生因子-1；趨化因子受體-4；糖尿病大血管病變；動脈粥樣硬化

糖尿病是由環境因素和遺傳因素共同導致的代謝性疾病［1］，最新的流行病學調查［2］提示我國已經超過美國，成為第一大糖尿病國，作為糖尿病后期常見的并發癥之一，糖尿病大血管病變給社會及家庭帶來了沉重的醫療負擔。糖尿病本身的低度炎癥狀態作為啟動因素，募集大量炎癥細胞黏附于血管內皮，內皮功能受損，粥樣斑塊形成，所導致的動脈粥樣硬化（atherosc1erosis，AS）是糖尿病大血管病變的基本病變。糖尿病AS病變斑塊呈彌漫樣串珠狀，累及血管眾多，管腔狹窄更明顯，形成的斑塊穩定性差，易出現破裂、出血，治療更加困難。近年來發現［3］，在基質細胞衍生因子-1（SDF-1）/趨化因子受體-4（CXCR4）軸的強大趨化作用下，炎癥細胞與內皮細胞能夠沿濃度梯度遷移、浸潤，聚集、黏附于病變局部。該軸在與斑塊形成相關的單核細胞、受損后的內皮細胞以及活化的血小板表面均有表達，與AS斑塊形成相關聯，可能是糖尿病大血管病變的促發因素。但另有相關研究［4］指出，SDF-1/CXCR4軸能夠動員血管內皮祖細胞靶向遷移至受損血管和心肌組織，修復血管內皮，穩定內皮細胞功能，促進受損心肌再灌注，對病變起到保護作用。

1 SDF-1/CXCR4軸的結構及主要功能

趨化因子是一類能夠誘導細胞順濃度梯度移動的細胞因子，4個保守的半胱氨酸序列是其共有的生物功能區，根據N端2個半胱氨酸之間插入的其他類型氨基酸個數分為四大類，SDF-1 N端的2個氨基酸之間插入了1個氨基酸殘端而被命名為CXCL12。其基因位于10q11.1，內含270 bp編碼序列，共編碼89個氨基酸殘基，呈高度保守性，已經發現了α、β、γ三種亞型［3］。作為一種高效的趨化因子，SDF-1對造血干細胞、內皮祖細胞、中性粒細胞、心肌干細胞的趨化作用是其他細胞因子的10倍。目前已經明確的SDF-1受體有CXCR4及CXCR7［5］，而前者是當下的研究重點，本文主要就這一受體進行闡述。CXCR4是由人染色體2q21編碼的352個氨基酸組成的一種7次跨膜G蛋白偶聯受體，與SDF-1結合后啟動細胞內第二信使，激活下游的蛋白激酶C、信號接頭蛋白、核因子-κB、細胞外調節蛋白激酶等諸多細胞通路［6］，在炎性反應、血管新生、體內造血、損傷組織修復、腫瘤細胞浸潤等多種生物過程中發揮重要作用，廣泛參與體機體免疫系統、造血系統、循環系統疾病的病程進展。

2 SDF-1/CXCR4軸與血管新生及修復

內皮祖細胞（endothe1ia1 progenitor ce11s，EPCs）作為血管內皮形成的前體細胞，對AS的預防發揮重要作用［7］。血管損傷時，骨髓中的原始干細胞在多種細胞因子的共同調控下，大量分化為EPCs并釋放至外周血中，遷移到損傷部位，修復受損的血管內皮。正常情況下，骨髓中的SDF-1濃度高于外周血，損傷導致外周血中的SDF-1濃度上調，兩者的濃度梯度消失，動員EPCs入血，促進EPCs沿SDF-1的濃度梯度歸巢、分化，迅速遷移到損傷局部，誘發相關細胞黏附及血小板聚集等，修復損傷血管，并抑制EPCs凋亡［8］，因此，穩定的SDF-1濃度是保持正常血管內皮功能的關鍵因素。相關研究表明［9-10］，糖尿病患者長期的高血糖狀態，使SDF-1/CXCR4表達水平下降，引起EPCs數量下調，功能受損，且二者與血糖濃度呈正比，在合并血管病變者中下降更明顯，尤其是合并血管病變者外周血中SDF-1/CXCR4表達水平明顯下降，循環中低水平的EPCs可能造成血管內皮功能失調及修復能力減弱。趙亞珍等［11］發現隨著血漿中SDF-1水平降低，糖尿病合并冠心病患者的側支循環能力明顯低于單純冠心病組，且SDF-1水平越低，形成的有效側支循環越少，這種變化不利于心肌再灌注治療。韋玉和等［12］發現對照組、糖尿病組、糖尿病血管病變組的SDF-1水平和EPCs的數量依次下降，SDF-1水平與EPCs數量成正比，提高外周血中SDF-1的水平可以增加EPCs數量，加強其功能，維持內皮穩定性，延緩血管并發癥，成為靶向治療的基礎［7］。Segers等［13］發現在小鼠的缺血損傷部位注入SDF-1后可以促進EPCs的聚集，參與缺血組織的血管生成，改善該部位的血液灌注。Ma等［14］檢測到發生心肌梗死后該區域的SDF-1濃度明顯上升，SDF-1誘導干細胞的歸巢，有效改善心功能，并提出SDF-1聯合干細胞移植可作為心肌梗死的新型治療方法。此外，針對SDF-1/ CXCR4軸靶向治療血管病變的研究也證明了其在血管病變修復治療中的可行性，研究推測［15］丹參酮、丹參黃芪藥、速效救心丸等藥物治療心臟疾病機制可能是通過促進SDF-1/CXCR4 mRNA及蛋白表達水平，以促進新生血管的生成。胰島素治療也可能是通過修復SDF-1信號通路而有效改善糖尿病動物缺血誘導的血管新生障礙［16］。綜上所述，基于動員EPCs、參與血管內皮功能修復的功能，SDF-1/CXCR4可能是糖尿病大血管病變的保護因素。

3 SDF-1/CXCR4軸與AS

糖尿病大血管病變常表現為主動脈、冠狀動脈、四肢大血管的AS。AS的始動環節是多種危險因素造成血管內皮損傷，活化的單核細胞、巨噬細胞、免疫細胞等遷移至血管內皮，導致血管壁炎癥，聚集在內皮下的低密度脂蛋白發生氧化反應，泡沫細胞堆積，斑塊形成，使平滑肌不斷增殖，管壁增厚，管腔狹窄，最終形成大血管病變，整個病理變化過程是一個由眾多細胞因子精密調控的過程。

一些研究認為［17-18］，SDF-1/CXCR4軸是糖尿病患者發生AS發生的促進因素。Abi-Younes等［19］、吳孟津等［20］采用免疫組化的方式檢測到SDF-1/CXCR4在AS粥樣斑塊中的平滑肌細胞、內皮細胞、巨噬細胞中高度表達，而在正常的動脈壁中并無表達，且表達水平與斑塊病變嚴重程度成正比。Wei等［21］在體外實驗發現SDF-1能夠促進單核細胞進入內皮細胞間隙轉化為吞噬細胞，吞噬低密度脂蛋白形成泡沫細胞，這種作用與SDF-1劑量相關，并能被其抗體阻斷，由此推論SDF-1是AS的危險因子。Huang等［22］甚至認為SDF-1基因是冠心病的易感基因。此外，SDF-1能夠促進缺血組織病理性血管增生，這些新生血管成為中性粒細胞進入炎癥區域的便捷通道，加重了斑塊區域的慢性炎癥病變。糖尿病患者外周血中下降的SDF-1直接提高了局部組織與外周血SDF-1的濃度差，增加了對炎癥細胞的趨化作用，促進AS的發展。基于上述研究，SDF-1/CXCR4軸的炎癥趨化作用可能是其促進糖尿病大血管病的作用機制。

但目前關于SDF-1對AS的作用研究并沒有達成一致，一些學者認為它是一種保護因素。韋玉和等［23］提出高濃度的SDF-1可以明顯抑制白細胞介素-8（IL-8）和單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）的蛋白和mRNA表達，并能逆轉T淋巴細胞聚集，抑制基質金屬蛋白酶-9（MMP-9）的釋放，減少粥樣斑塊形成，降低心血管事件的發生。SDF-1對AS的作用可能與濃度相關，低濃度加劇AS，但高濃度時有潛在的抗炎和穩定斑塊作用［24］。隨著AS的發展，高濃度CXCR4還可以防止中性粒細胞過度活化引起的斑塊范圍增大［25］。慕仲元等［26］、李擁軍等［27］的研究也發現在不穩定性心絞痛組和急性心肌梗死組SDF-1表達明顯降低，SDF-1可能是急性冠脈事件的保護因素。諸如此類的研究都提示，在糖尿病大血管病變中，高濃度的SDF-1反而能夠發揮抗炎、穩定斑塊等作用而成為一種保護因素。

4 SDF-1/CXCR4軸與血管炎癥

糖尿病患者在長期高血糖以及其他代謝紊亂的狀態下，糖基化產物、脂毒性及氧化應激的增加引起血管內皮損傷，損傷的內皮大量分泌黏附分子及炎癥分子，促進活化的免疫細胞黏附于血管內皮，引起血管壁炎癥，是糖尿病大血管病變的重要機制。SDF-1與CXCR4結合后能夠趨化炎癥細胞進入動脈血管壁，這些炎癥細胞可分泌大量的白介素-1、腫瘤壞死因子、轉化生長因子，使病變局部細胞間發生免疫炎性反應，促進血管壁炎性反應，參與AS的發生與發展。Li等［17］分別將SDF-1和CXCR4的抑制劑用于由低密度脂蛋白誘導形成的AS模型中，發現蛋白激酶C通路的表達水平明顯降低，伴隨細胞凋亡減少，說明SDF-1/CXCR4軸與AS的血管炎癥相關，SDF-1/ CXCR4的抑制劑能夠有效阻斷這種反應。Zernecke等［28］則發現在高度表達SDF-1的AS斑塊中使用CXCR4抗體后，中性粒細胞向斑塊處的聚集明顯減少，病灶面積也出現了縮小的現象，病變程度明顯減輕。血管壁炎癥是血管內皮損傷，斑塊形成的重要環節，對血管炎癥作用是SDF-1/CXCR4軸促進糖尿病大血管病變的又一重要機制。

5 小結與展望

糖尿病早期癥狀不明顯，復雜多樣的并發癥是其致死的重要原因，由糖尿病大血管病變引起的心肌梗死、糖尿病心肌缺血等成為臨床治療的難點，大血管病變的基本病理變化為AS，作為一種慢性的血管壁炎癥，眾多的趨化因子參與此過程的調控。其中SDF-1/ CXCR4軸因其復雜多樣的生物作用而被廣泛研究，但形成了緩解和促進大血管病變兩種截然相反的觀點。一部分研究結果提示：SDF-1/CXCR可能是糖尿病大血管病變的保護因子：①高濃度的SDF-1可以抑制IL-8、MCP-1等炎癥因子的釋放，能夠穩定斑塊、抗炎，提高SDF-1的濃度是降低心血管事件的治療方法之一；②SDF-1/CXCR4軸對EPCs的趨化作用可以促進血管內皮的修復；③可以促進新生血管的形成，改善心肌供血，一定程度上修復壞死心肌，改善心功能。而另一部分研究則認為SDF-1/CXCR4軸反而促進了糖尿病大血管病變：①強大的趨化作用誘導大量炎癥細胞進入血管內皮，導致血管炎癥，是AS的始動因素；②在動脈粥樣斑塊及與其形成有關的細胞中都高度表達，提示SDF-1與AS的形成密切相關；③大量新生血管形成，為炎癥因子的遷移提供捷徑。

盡管目前形成了保護和促進兩個完全不一樣的研究結果，沒有取得一致性結論可能與以下因素相關：①不同實驗室的測量技術不同；②取材部位影響測量結果；③SDF-1的濃度隨病程進展而變化，取材時間處于不同的病程階段造成測量結果差異較大。但SDF-1/CXCR4軸在糖尿病的大血管病變中起著重要作用的結論是毋庸置疑的，為了進一步證實其作用，未來的研究還需要更多樣本、基線可比性更佳的實驗，為SDF-1/CXCR4的靶向治療提供理論依據。

［1］梁玉娥，王建平.SDF-1/CXCR4與糖尿病大血管病變關系的研究［J］.現代醫藥衛生，2014，30（4）：528-530.

［2］Yang W，Lu J，Weng J，et a1.Preva1ence of diabetes among men and women in China［J］.N Eng1 J Med，2010，362：1090-1101.

［3］王曉華，楊碩，佟倩，等.SDF-1/CXCR4-R7軸與動脈粥樣硬化關系研究進展［J］.中國實驗診斷學，2015，19（5）：860-864.

［4］Shahzad U，Li G，Zhang Y，et a1.Transmyocardia1 revascu-1arization enhances bone marrow stem ce11 engraftment in infarcted hearts through SCF-C-kit and SDF-1-CXCR4 signa1ing axes［J］.Stem Ce11 Rev，2015，11（2）：332-346.

［5］錢洲楠，任國慶.SDF-1/CXCR4軸對內皮祖細胞的影響研究進展［J］.山東醫藥，2014，54（34）：89-92.

［6］Zaruba MM，Franz WM.Ro1e of the SDF-1/CXCR4 axis in stem ce11 based therapies for ischemic cardiomyopathy［J］. Expert Opin Bio1 Ther，2010，10（3）：321-335.

［7］呂偉.復方丹參滴丸對冠心病合并糖尿病的療效［J］.中國醫藥導刊，2014，16（1）：105-106.

［8］李子付，趙瑞，劉建民，等.基質細胞衍生因子-1及其受體CXCR4軸介導內皮祖細胞參與血管損傷修復的研究進展［J］.中國腦血管病雜志，2014，11（10）：540-545.

［9］Ceradini DJ.Ku1karni AR，Ca11aghan MJ，et a1.Progenitor ce11 traffic king is regu1ate d by hypoxic gradients through HIF-1 induction of SDF-1［J］.Nat Med，2004，10（3）：858-864.

［10］朱曉津，方朝暉.SDF-1及受體CXCR4與糖尿病血管病變的研究概述［J］.中醫藥臨床雜志，2011，23（8）：743-745.

［11］趙亞珍，浦奎，徐婭楠，等.冠心病合并糖尿病患者血漿SDF-1水平及與冠狀動脈側支循環的相關性研究［J］.中國循證心血管醫學雜志，2014，4（2）：147-149.

［12］韋玉和，許聯紅，羅春媛，等.2型糖尿病患者外周血基質細胞衍生因子1水平與大血管病變的關系［J］.中國糖尿病雜志，2011，19（1）：45-48.

［13］Segers VF，Revin V，Wu W，et a1.Protease-resistant stroma1 ce11-derived factor-1 for the treatment of experimenta1periphera1arterydisease［J］.Circu1ation，2011，123（12）：1306-1315.

［14］Ma J，Ge J，Zhang S，et a1.Time course of myocardia1 stroma1 ce11-derived factor 1 expression and beneficia1 effects of intravenous1y administered bone marrow stem ce11s in rats with experimenta1 myocardia1 infarction［J］. Basic Res Cardio1，2005，100（3）：217-223.

［15］韋玉和，羅春媛，周斌，等.丹參酮ⅡA對2型糖尿病患者外周血漿SDF-1/CXCR4的影響［J］.中國臨床藥學雜志，2010（2）：99-102.

［16］董莉，劉瑩，沈字，等.胰島素對糖尿病小鼠缺血誘導的血管新生障礙的影響［J］.中國動脈硬化雜志，2010，18（9）：691-695.

［17］Li LX，Zhang XF，Bai X，et a1.SDF-1 promotes ox-LDL induced vascu1ar smooth musc1e ce11 pro1iferation［J］. Ce11 Bio1 Int，2013，37（19）：988-994.

［18］Ma W，Liu Y，Nicho1as E11ison，et a1.Induction of CXC chemokine receptor type 7（CXCR7）switches stroma1 ce11--derived factor-1（SDF-1）signa1ing and phagocytic activity in macrophages 1inked to atherosc1erosis［J］.J Bio1 Chen，2013，288（22）：15481.

［19］Abi-Younes S，Sauty A，Mach F，et a1，The storma1 ce11-derived factor-1 chemokine is a potent p1ate1et agonist high1y expressed in atherosc1erotic p1aques［J］.Circ Res，2000，86（2）：131-138.

［20］吳孟津，危當恒，王貴學.低剪切應力促進基質細胞衍生因子-1在動脈粥樣硬化斑塊中表達［J］.中國動脈硬化雜志，2006，14（12）：10-28.

［21］Wei D，Wang G，Tang C，et a1.Upregu1ation of SDF-1 is associated with atherosc1erosis 1esions induced by LDL concentration po1arization［J］.Ann Biomed Eng，2012，40（5）：1018-1027.

［22］Huang Y，Zhou J，Ye H，et a1.Re1ation between chemokine（CX-Cmotif）1igand12genevariant（r1746048）andcoronary heart disease：case contro1 study and meta-ana1ysis［J］. Geni，2013，521（1）：38.

［23］韋玉和，許聯紅，羅春媛，等.2型糖尿病患者外周血基質細胞衍生因子1水平與大血管病變的關系［J］.中國糖尿病雜志，2011，19（1）：45-48.

［24］范阜東，陳仕林，王東進.基質細胞衍生因子1及其受體CXCR4生物軸與缺血性心臟病［J］.中國循環雜志，2009，24（4）：318-320.

［25］Bot I，Daissormont IT，Zemecke A，et a1.CXCR4 b1ockade induces atherosc1erosis by affecting neutrophi1 function［J］. J Mo1 Ce11 Cardio1，2014，74：44-52.

［26］慕仲元，張鉦，白鋒，等.基質細胞衍生因子1α及相應受體血小板源性因子受體-4在冠狀動脈疾病中表達及其臨床意義［J］.中國循環雜志，2005，20（20）：152-155.

［27］李擁軍，蔡星星，馬根山，等.基質細胞衍生因子-1與急性心肌梗死近期預后關系的研究［J］.南京醫科大學學報：自然科學版，2011，31（12）：1781-1784.

［28］Zermecke A，Bot I，Dja1a1i-Ta1ab Y，et a1.Protective ro1e of CXC receptor 4/CXC 1igand 12 unvei1s the importance of neutrophi1s in atherosc1erosis［J］.Cir Res，2008，102（2）：209-217.

Research status of the relationship between stromal cell derived actor-1/ CXC chemokin receptor 4 axis and diabetic vascular lesions

YU JinwenHAN Rui
Department of Diabetes Me11itus，the First Affi1iated Hospita1 of Kunming Medica1 University，Yunnan Province，Kunming650000，China

Diabetes is a kind of metabo1ic disease which is invo1ved in every system of our body and main1y present as high b1ood g1ucose.A1ong with the deve1opment of the disease，various comp1ications are often more difficu1t than to contro1 b1ood sugar itse1f.The 1arge vascu1ar disease of diabetes becomes a risk factor of many comp1ications inc1uding diabetic cardiomyopathy，myocardia1 infarction and atherosc1erosis.In recent years，it is found that stroma1 ce11 derived factor 1（SDF-1）/CXC chemokine receptor-4（CXCR4）axis have chemotactic effects on infi1tration of inf1ammatory ce11s and induce the differentiation of endothe1ia1 progenitor ce11s.As a resu1t，it is wide1y invo1ved in vascu1ar inf1ammation，new b1ood vesse1 formation，migration of endothe1ia1 progenitor ce11s and atherosc1erosis，which p1ays an important ro1e in the pathophysio1ogica1 process of diabetic vascu1ar 1esions.It becomes the new targets for therapy，but the mechanism is not c1ear yet.Some studies suggest that it is a kind of protective factor，and some other studies suggest that it is a risk factor.This paper is a brief review about recent studies on the SDF-1/CXCR4 axis，aimed to provide theoretica1 basis for the targeted therapy and a new perspective for further study.

Stroma1 ce11 derived actor-1；CXC chemokin receptor 4；Diabetic vascu1ar 1esions；Atherosc1erosis

R587.2

A

1673-7210（2016）07（c）-0074-04

2016-04-05本文編輯：張瑜杰）

云南省醫療衛生單位內設研究機構科研項目（2014NS161）。

余錦雯（1991.7-），女，昆明醫科大學第一附屬醫院2014級內科學專業在讀碩士研究生；研究方向：糖尿病及其并發癥。

韓睿（1971.5-），女，昆明醫科大學研究生院2013級在讀博士研究生，副教授，碩士研究生導師；研究方向：糖尿病及其并發癥。