促紅細(xì)胞生成素衍生物在急性腎損傷中的研究進(jìn)展

劉 敏, 徐 夏, 王 榮, 劉昌華, 徐道亮

(揚(yáng)州大學(xué)附屬蘇北人民醫(yī)院/江蘇省蘇北人民醫(yī)院 腎臟內(nèi)科, 江蘇 揚(yáng)州, 225001)

急性腎損傷(AKI)是指由多種原因引起的短時(shí)間內(nèi)腎功能快速減退而出現(xiàn)的臨床綜合征，其特征是腎小球?yàn)V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(hù)病房患者的嚴(yán)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(dòng)時(shí)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(xì)胞生成素(EPO)是一種糖蛋白激素，因其具有促進(jìn)骨髓造血的功能而被廣泛應(yīng)用于治療腎性貧血。EPO除了具有造血功能，還具有組織保護(hù)作用。EPO受體(EPOR)廣泛分布于組織器官及不同類別的細(xì)胞中，EPO通過與細(xì)胞表面相應(yīng)受體結(jié)合發(fā)揮多種功能，包括腎臟保護(hù)功能[3]。在AKI動(dòng)物模型中, EPO已被驗(yàn)證具有腎臟保護(hù)功能[4-5]。臨床試驗(yàn)[6-7]顯示，在心臟手術(shù)前預(yù)防性應(yīng)用EPO可以預(yù)防AKI并改善術(shù)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(yīng)及缺陷

EPO是一種高糖基化蛋白質(zhì)，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(dāng)紅細(xì)胞水平下降時(shí)，腎小管間質(zhì)細(xì)胞以經(jīng)典的內(nèi)分泌方式將EPO分泌到循環(huán)中，最終與骨髓中的紅系祖細(xì)胞上的同源二聚體EPO受體(EPOR)2結(jié)合，通過抑制凋亡和激活生存信號(hào)通路使紅系祖細(xì)胞終末分化以維持紅細(xì)胞生成的動(dòng)態(tài)平衡。然而, EPO的作用不僅局限于促進(jìn)紅細(xì)胞生成這一方面。研究[8-9]表明EPO可通過改善自噬、抗細(xì)胞凋亡和抗炎對缺血誘導(dǎo)的腎臟、心臟、腦和肝臟組織損傷具有保護(hù)作用。

EPO信號(hào)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(xì)胞因子共有的亞單位受體，包括粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)、白細(xì)胞介素-3(IL-3)和白細(xì)胞介素-5(IL-5)[10]。EPOR/βCR也稱為先天修復(fù)受體，可以激活組織保護(hù)和修復(fù)，在正常組織中通常不表達(dá)，在損傷或炎癥中迅速被誘導(dǎo)。大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(hù)作用消失，表明EPO與EPOR/βCR受體結(jié)合具有組織保護(hù)作用[5, 13]。血漿中EPO的正常濃度是1～10 pmol/L, 經(jīng)典的(EPOR)2復(fù)合物與EPO結(jié)合的親和力是10～15 pmol/L, 而EPOR/βCR復(fù)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(shí)現(xiàn)細(xì)胞保護(hù)作用。盡管EPO 對AKI的腎功能和結(jié)構(gòu)具有保護(hù)作用，但從長遠(yuǎn)的角度看，使用超生理劑量的EPO會(huì)增加腎臟纖維化[16]和心血管不良事件的風(fēng)險(xiǎn)。臨床研究[17]發(fā)現(xiàn)，靜脈給予EPO治療對接受冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)患者無腎臟保護(hù)作用。AYDIN Z等[18]發(fā)現(xiàn)，腎移植后使用高劑量EPO并未對腎臟顯示出保護(hù)性作用，反而增加血栓事件的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。血清 EPO 濃度升高會(huì)提高血細(xì)胞比容及增強(qiáng)血小板和內(nèi)皮活化，這些機(jī)制是心血管不良事件發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加的原因。

2 EPO衍生物治療AKI的效應(yīng)及優(yōu)勢

EPO衍生物僅與EPOR/βCR特異性結(jié)合，避免引起紅細(xì)胞生成。因此，不具有促進(jìn)紅細(xì)胞生成作用的EPO衍生物在器官組織保護(hù)方面比EPO的應(yīng)用領(lǐng)域更加寬泛。

BRINES M等[19]通過對EPO及其受體結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，在EPO的三級結(jié)構(gòu)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(jìn)紅細(xì)胞生成，而這些并不是組織保護(hù)所必需的結(jié)合位點(diǎn)。通過對這些區(qū)域內(nèi)的氨基酸殘基進(jìn)行化學(xué)或突變修飾，可以阻斷EPO與(EPOR)2結(jié)合，從而解離了組織保護(hù)和紅細(xì)胞生成。

螺旋B表面肽(HBSP)又稱ARA290, 是一種由EPO螺旋B結(jié)構(gòu)域衍生而來的線性多肽，由11個(gè)氨基酸組成。與EPO相比, HBSP可減輕因紅細(xì)胞生成引起的副作用，在體外和體內(nèi)均具有更顯著的組織保護(hù)作用。HBSP可減輕內(nèi)毒素誘導(dǎo)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(xì)胞凋亡率，減輕組織損傷，保護(hù)腎臟[21]。

環(huán)狀螺旋B肽(CHBP)是在HBSP結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)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(hù)作用[22]。CHBP可明顯改善大鼠移植腎急性排斥反應(yīng)，減輕CD4+、CD8+T細(xì)胞的浸潤及細(xì)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(xì)胞中, CHBP可抑制轉(zhuǎn)化生長因子-β誘導(dǎo)的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白表達(dá)和細(xì)胞外基質(zhì)轉(zhuǎn)化，減輕IRI誘導(dǎo)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(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)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(fù)合體結(jié)合發(fā)揮效應(yīng)，缺乏紅細(xì)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(huì)顯著提高紅細(xì)胞壓積水平和血壓[15, 27]。因此，在改善AKI的預(yù)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(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞顯著增生，而血紅蛋白變化幅度較小，對延緩腎小管間質(zhì)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(jī)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(jī)制也得到了深入探索。EPO及其衍生物在腎臟中產(chǎn)生的組織保護(hù)作用的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路復(fù)雜多樣, EPO及其衍生物與EPOR/βCR復(fù)合體結(jié)合使Janus激酶2(JAK2)自動(dòng)磷酸化來觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，這種信號(hào)通過幾種不同的分子通路級聯(lián)，包括信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)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(hào)通路

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

3.2 PI3K/Akt信號(hào)通路

PI3K/Akt作為細(xì)胞應(yīng)激的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，是細(xì)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(diào)節(jié)腎功能，抑制炎癥反應(yīng)，對膿毒癥大鼠腎損傷具有保護(hù)作用，其腎臟保護(hù)作用與抑制PI3K/Akt信號(hào)通路下游糖原合成酶激酶-3(GSK-3β)的磷酸化有關(guān)，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(guān)因子2(Nrf2)和抑制NF-κB來減弱氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[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(fù)腎臟中Nrf2的抗氧化反應(yīng)，并減緩AKI向CKD的轉(zhuǎn)變[33]。在腎臟IRI模型中, CHBP激活A(yù)kt的下游效應(yīng)因子Forkhead box O3a(FOXO3a)參與抗纖維化。此外, PI3K/Akt通路還可激活eNOS導(dǎo)致微循環(huán)中一氧化氮(NO)的表達(dá)水平升高，引起局部血管舒張，抑制血小板和中性粒細(xì)胞的黏附并調(diào)節(jié)血管生成，從而減輕過度的腎內(nèi)血管收縮，進(jìn)而減輕腎臟功能障礙[5]。

3.3 NF-κB信號(hào)通路

NF-κB是一種炎癥轉(zhuǎn)錄因子，參與多種炎癥細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，通過激活炎癥信號(hào)通路導(dǎo)致細(xì)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(jié)合來抑制下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，從而減輕炎癥反應(yīng)，改善腎功能[34]。

3.4 AMPK通路

AMPK是細(xì)胞能量狀態(tài)的重要傳感器，在能量生產(chǎn)和線粒體網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用。AMPK在腎臟中高度表達(dá)，能調(diào)節(jié)腎小管細(xì)胞中各種離子和肌酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的活性，降低足細(xì)胞通透性和脂聯(lián)素激活的蛋白尿。AMPK激活物在IRI模型中通過誘導(dǎo)自噬/線粒體自噬發(fā)揮腎臟保護(hù)作用[35]。AMPK/AKT/mTOR信號(hào)通路在CHBP介導(dǎo)的自噬調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。CHBP可通過抑制mTORC1和激活mTORC2而誘導(dǎo)自噬，從而對缺血再灌注產(chǎn)生腎臟保護(hù)作用[22]。

3.5 MAPK信號(hào)通路

MAPK在將細(xì)胞外刺激轉(zhuǎn)化為廣泛的細(xì)胞反應(yīng)(包括細(xì)胞生長、遷移、增殖、分化和凋亡)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，細(xì)胞外信號(hào)調(diào)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(xì)胞凋亡來保護(hù)心臟功能。動(dòng)物研究[37]發(fā)現(xiàn)ERK/p53 信號(hào)通路在保護(hù)IRI誘導(dǎo)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(hào)通路減少炎癥反應(yīng)和調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡來保護(hù)腎移植后的AKI。EPO衍生物與EPOR/βCR結(jié)合后的下游信號(hào)通路見圖2。

圖2 EPO衍生物與EPOR/βCR結(jié)合后的下游信號(hào)通路

4 前景與展望

EPOR/βCR在腎臟、心臟、肝臟、肺臟和神經(jīng)系統(tǒng)等中共同表達(dá)，在各種IRI模型中, EPO衍生物被證明通過與EPOR/βCR結(jié)合發(fā)揮組織保護(hù)作用。在AKI模型中, EPO衍生物可通過多種信號(hào)傳導(dǎo)通路產(chǎn)生腎臟保護(hù)作用。臨床研究[38]顯示，術(shù)前予以EPO治療可降低患者術(shù)后發(fā)生AKI的風(fēng)險(xiǎn)，縮短患者的住院時(shí)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(jìn)小神經(jīng)纖維再生，緩解神經(jīng)性疼痛，已被FDA和歐洲藥品管理局指定為治療結(jié)節(jié)病神經(jīng)性疼痛的藥品。BRINES M等[40]進(jìn)行的一項(xiàng)臨床研究發(fā)現(xiàn)，ARA290可以改善代謝，減輕2型糖尿病患者的神經(jīng)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(guān)臨床研究，因此需要大型隨機(jī)臨床研究來全面評估EPO衍生物在AKI中的作用。