鄧亞萍，趙 婷，倪 敏，謝和輝，沈甫明

(1.第二軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院藥理學(xué)教研室，上海 200433;2.長征醫(yī)院藥材科，上海 200433)

糖尿病是由遺傳和環(huán)境因素共同作用而引起的一組以慢性高血糖為主要特征的臨床綜合征，它的危害不僅在于以糖代謝為主的一系列代謝紊亂，還包括長期高血糖所引起的糖尿病血管病變，如冠心病、腦血管疾病、周圍血管疾病、腎病、神經(jīng)病變及視網(wǎng)膜病變等。研究表明，氧化應(yīng)激所致的細(xì)胞損傷能夠?qū)е绿悄虿〔l(fā)癥的發(fā)生，但機(jī)制仍不清楚。內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells，EPCs)概念最早見于1997年，是一類循環(huán)的未成熟細(xì)胞，具有維持血管穩(wěn)態(tài)和進(jìn)行代償性血管新生作用。10余年研究表明，EPCs在慢性疾病如糖尿病和高血壓等的發(fā)生發(fā)展過程具有重要作用［1－3］。本文我們以eNOS為中心探討糖尿病患者EPCs減少和功能失調(diào)的機(jī)制。

1 EPCs概述

目前研究已證實(shí)EPCs是一種來源于骨髓，能在體外擴(kuò)增并分化為內(nèi)皮細(xì)胞，在體內(nèi)缺血組織中與原有的成熟內(nèi)皮細(xì)胞融合形成新生血管的前體細(xì)胞［4］。能夠表達(dá)Flk-1(fetal liver kinase-1)、CD34、CD146、von Willebrand factor(vWF)，并且能夠攝取ac-LDL(acetylated lowdensitylipoprotein)的細(xì)胞被認(rèn)為是EPCs［5］。實(shí)驗(yàn)室通常以流式細(xì)胞儀將具有干細(xì)胞特征(表達(dá)Sca-1)和內(nèi)皮細(xì)胞特征(表達(dá)Flk-1)的細(xì)胞確定為EPCs，以免疫組織化學(xué)ac-LDL和lectin呈雙陽性予以進(jìn)一步確認(rèn)。

EPCs是血管內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞。正常情況下，EPCs主要定居于骨髓;外周血中EPCs數(shù)量較少，外周血EPCs能夠替代凋亡、缺失的內(nèi)皮細(xì)胞維持血管完整性。在組織損傷、缺血缺氧等特定條件下，EPCs可從骨髓動(dòng)員至外周，歸巢至血管損傷部位，增殖分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)損傷內(nèi)皮修復(fù)并參與新生血管形成。此外，EPCs可以分泌多種生長因子，如血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子、肝細(xì)胞生長因子、粒細(xì)胞集落刺激因子等［6］，這些因子又能夠增強(qiáng)EPCs新血管形成和組織再生能力。

2 糖尿病引起的EPCs功能失調(diào)

2.1體外高糖對EPCs的影響糖尿病時(shí)高血糖及胰島素抵抗使內(nèi)皮功能受損，EPCs數(shù)量和功能明顯降低，不能對受損內(nèi)皮有效修復(fù)。研究顯示正常人EPCs體外高糖處理時(shí)功能受損，主要表現(xiàn)為NO產(chǎn)生減少、EPCs遷移能力和新血管生成能力受損［7］;高糖環(huán)境中培養(yǎng)時(shí)可致EPCs衰老率明顯增加和數(shù)量減少，且與葡萄糖濃度正相關(guān)［8］。

2.2糖尿病時(shí)EPCs的改變大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究證明糖尿病時(shí)EPCs數(shù)量減少、功能降低，EPCs這些變化可能是糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制之一。在鏈脲佐菌素(streptozotocin，STZ)誘導(dǎo)糖尿病7 d后，小鼠外周血EPCs比對照組減少約50%，EPCs從外周血?dú)w巢到局部組織的能力受損。研究也發(fā)現(xiàn)，與對照組相比STZ糖尿病小鼠EPCs動(dòng)員、歸巢、遷移和黏附能力明顯下降，下肢缺血后血流恢復(fù)速度明顯延遲［9］。Tepper等［10］發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者循環(huán)血中EPCs的數(shù)量較正常人減少48%，而且其增殖、遷移、黏附、分化、新血管生成等功能均發(fā)生了改變，不能有效維持血管的完整性，提出EPCs功能障礙導(dǎo)致的血管形成能力受損可能與糖尿病微血管并發(fā)癥的發(fā)生密切相關(guān)。此外，糖尿病患者EPCs分泌細(xì)胞因子和生長因子的能力受損［11］。

3 EPCs功能失調(diào)機(jī)制

3.1氧化應(yīng)激大量的基礎(chǔ)及臨床研究證實(shí)，糖尿病時(shí)氧化應(yīng)激(oxidative stress)增強(qiáng)，EPCs功能受損。高糖處理的體外EPCs，其ROS(reactive oxygen species)生成量增加高達(dá)3倍，超氧陰離子生成增加，NO合成減少［12］。2型糖尿病患者EPCs的ROS生成量明顯增加，EPCs數(shù)量減少和功能受損［13］。研究顯示，抑制氧化應(yīng)激具有防治糖尿病血管病變的作用［14］。另一個(gè)致超氧陰離子生成增加的主要原因是eNOS脫耦聯(lián)。Leo等發(fā)現(xiàn)［15］抑制eNOS脫耦聯(lián)、減少超氧陰離子產(chǎn)生或提高NO的活性均能改善內(nèi)皮功能。并且，有研究表明eNOS脫耦聯(lián)在高糖誘導(dǎo)的EPCs功能受損中起著主導(dǎo)性作用。

3.2eNOS脫耦聯(lián)所謂eNOS脫耦聯(lián)是指:eNOS不能催化L-精氨酸氧化生成L-胍氨酸和NO，但是eNOS仍然能夠接受來自NADPH(nicotinamide adenine dinucleotide 2’-phosphate)氧化酶的電子并將電子儲(chǔ)存在與其相結(jié)合的四羥酮醇中，然后將電子傳遞給另一底物O2，導(dǎo)致主要的終產(chǎn)物是，而不是NO這一過程［16］。2型糖尿病患者，eNOS脫耦聯(lián)，EPCs功能降低［13］。Serizawa 等［17］發(fā)現(xiàn)抑制 NADPH 氧化酶活性和eNOS脫耦聯(lián)能改善糖尿病誘導(dǎo)的內(nèi)皮功能損傷。增強(qiáng)eNOS活性能夠改善EPCs的功能［18］?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)資料表明，導(dǎo)致eNOS脫耦聯(lián)的原因主要涉及以下3個(gè)方面:

3.2.1BH4水平不足糖尿病時(shí)BH4下降，eNOS脫耦聯(lián)，NO合成減少，EPCs功能受損。研究表明，高糖處理的正常人EPCs，細(xì)胞內(nèi)BH4濃度明顯減少59%，增加外源性BH4能減少的產(chǎn)生或完全恢復(fù)受損的EPCs功能［19］。BH4恢復(fù)能使eNOS“復(fù)耦聯(lián)”和增強(qiáng)其酶活性。

生理狀況下，GTPCH I(GTP cyclohydrolase I)是BH4從頭合成的限速酶［20］。有研究顯示，高血糖通過減少GTPCH I和BH4的量使得eNOS脫耦聯(lián)［21］。體外實(shí)驗(yàn)顯示GTPCH I基因轉(zhuǎn)移可以改善糖尿病誘導(dǎo)的BH4不足，并改善內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生NO的能力。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示使用內(nèi)皮細(xì)胞特異性高表達(dá)GTPCH I的轉(zhuǎn)基因小鼠(Tg-GCH小鼠)，BH4水平的增加可以明顯抑制糖尿病誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，并改善其受損的eNOS活性［20］。Wang等［22］發(fā)現(xiàn)抑制 GTPCH I降解能改善糖尿病血管內(nèi)皮功能。

3.2.2Akt(protein kinase B)的抑制目前的研究認(rèn)為PI 3K(phosphatidylinositol-3 kinase)/Akt通路對EPCs的招募、遷移和增殖有很重要的作用［23］。正常情況下，活化的Akt磷酸化eNOS，從而激活eNOS，增加eNOS活性，使得 NO合成增加。此外，eNOS對促進(jìn)干細(xì)胞從骨髓動(dòng)員是必不可少的，激活PI 3K/Akt通路能激活 eNOS［24］。推測 eNOS磷酸化受損可引起骨髓動(dòng)員到外周的EPCs減少，這可能是糖尿病時(shí)EPCs數(shù)目減少和功能降低的機(jī)制之一。

3.2.3高血糖的損害作用高血糖引起的EPCs數(shù)目減少、存活率降低和遷移能力減弱涉及眾多機(jī)制。eNOS是高血糖損傷EPCs的一個(gè)重要靶點(diǎn)［25］。有研究顯示高糖明顯降低EPCs內(nèi)活性eNOS(p-eNOS)的表達(dá)，同時(shí)高糖處理下EPCs功能明顯受損［8］。

綜上所述，糖尿病時(shí)EPCs數(shù)目減少、功能降低。其機(jī)制主要涉及eNOS脫耦聯(lián)和氧化應(yīng)激增強(qiáng)。eNOS脫耦聯(lián)所致的eNOS活性下降和O2－生成增加均致NO生成減少;氧化應(yīng)激增強(qiáng)所致O2－增加也導(dǎo)致NO生成減少。NO生成減少的結(jié)局是EPCs功能受損。使eNOS脫耦聯(lián)的主要原因包括:BH4水平不足、Akt激酶活性抑制、高血糖對eNOS的直接損害作用(Fig 1)。

Fig 1 Schematic illustration of possible mechanisms on eNOS uncoupling of EPCs dysfunction in diabetes

4 干預(yù)措施

如何運(yùn)用合適的細(xì)胞因子和藥物，有效、安全的增加內(nèi)源性EPCs的數(shù)量和提高其質(zhì)量有重要的臨床意義。最新研究顯示:自體骨髓EPCs移植，可明顯改善冠狀動(dòng)脈、心肌和下肢動(dòng)脈血管內(nèi)皮細(xì)胞功能并增加灌注血流;藥物，如他汀類藥物、促紅細(xì)胞生成素、雌激素和血管內(nèi)皮生長因子等，能增加循環(huán)的EPCs數(shù)目、增強(qiáng)其增殖和遷移能力。

5 展望

EPCs參與出生后組織的血管新生和受損血管的修復(fù)過程。糖尿病時(shí)EPCs數(shù)量減少、功能受損與糖尿病血管病變密切相關(guān)。研究表明其機(jī)制主要涉及eNOS脫耦聯(lián)和氧化應(yīng)激，詳細(xì)機(jī)制仍待進(jìn)一步闡述。EPCs數(shù)目和功能作為血管內(nèi)皮功能的替代標(biāo)志已經(jīng)逐漸為人們所接受，進(jìn)一步闡明糖尿病患者EPCs功能失調(diào)機(jī)制將為糖尿病EPCs治療奠定理論基礎(chǔ)。

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