劉玉花，翟 露綜述，趙德鋒，戴 霞審校

0 引 言

2 型糖尿病是心血管病的獨立危險因素，70%～80%糖尿病患者死于心血管并發(fā)癥，已成為糖尿病患者死亡的主要原因［1-3］。因此，其預(yù)后很大程度上取決于心血管病的發(fā)生和發(fā)展。

糖尿病患者心血管病主要與血管內(nèi)皮功能障礙和新生血管形成不良有關(guān)［4］，其重要影響因素是內(nèi)皮祖細(xì)胞（endothelial progenitor cells，EPCs）數(shù)量改變和功能異常。研究報道，糖尿病時EPCs數(shù)量減少、功能受損，不能有效發(fā)揮促血管新生的作用［5］。因而，有學(xué)者把外周血EPCs 數(shù)量作為判斷糖尿病患者預(yù)后的一個指標(biāo)［6］。現(xiàn)對近年來糖尿病對EPCs 的影響及EPCs 在心血管并發(fā)癥中的作用進(jìn)行綜述，為防治糖尿病患者心血管并發(fā)癥提供研究思路。

1 EPCs功能

血管內(nèi)皮損傷后的修復(fù)過程是維持血管正常功能的重要因素。一般情況下，血管內(nèi)皮細(xì)胞在持續(xù)刺激因素?fù)p傷后，由鄰近的內(nèi)皮細(xì)胞增殖修復(fù)。而發(fā)生局部難以修復(fù)的損傷后，常由EPCs從骨髓向靶部位動員、歸巢、分化，參與血管新生及損傷血管的再內(nèi)皮化。EPCs 是具有增殖、遷移、黏附并分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞潛能的內(nèi)皮前體細(xì)胞，其不僅參與胚胎期血管發(fā)育，在內(nèi)皮損傷修復(fù)及缺血組織的血管新生中亦起重要作用。EPCs 主要定居于骨髓干細(xì)胞壁龕中，在骨髓、臍血和外周血中數(shù)量之比約為15：10：1［7］。在生理或病理情況下，骨髓基質(zhì)細(xì)胞感知組織釋放的信號分子，激活骨髓基質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)皮一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS），eNOS 誘導(dǎo)產(chǎn)生NO，從而促進(jìn)EPCs 動員和歸巢，通過與受損但仍然存活的內(nèi)皮細(xì)胞融合，分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞并在原位或遠(yuǎn)處形成毛細(xì)血管網(wǎng)以促進(jìn)內(nèi)皮修復(fù)。研究報道，新生血管中25%的內(nèi)皮細(xì)胞由EPCs 分化而來［8］。此外，EPCs 通過旁分泌方式釋放血管生長因子，增強內(nèi)皮細(xì)胞增殖和分化能力，促進(jìn)血管形成。因此，EPCs 是血管內(nèi)皮功能的重要保護(hù)因素，是修復(fù)損傷內(nèi)皮的細(xì)胞庫。糖尿病時，eNOS脫耦聯(lián)產(chǎn)生超氧陰離子而非NO，導(dǎo)致NO 水平降低和氧化應(yīng)激水平增加，抑制EPCs 動員和歸巢［9］。

2 糖尿病對EPCs數(shù)量和功能的影響

糖尿病患者心血管并發(fā)癥的重要影響因素是EPCs 數(shù)量改變，可由EPCs 存活能力或骨髓動員效率下降導(dǎo)致。研究報道，與非糖尿病人群相比，糖尿病患者響應(yīng)急性缺血事件，動員祖細(xì)胞入外周血效率較低［10］。然而，整理相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，與非糖尿病人群相比，糖尿病患者EPCs 數(shù)量降低，未改變甚至增加［11-12］。這可能由于糖尿病患者不同部位發(fā)生并發(fā)癥時存在EPCs 數(shù)量和功能不同，即可能在某一部位EPCs 數(shù)量和功能上調(diào)，而在另一部位則下調(diào)。研究報道，與沒有并發(fā)癥的糖尿病患者相比，外周動脈疾病糖尿病患者EPCs 數(shù)量顯著減少，并發(fā)增殖性視網(wǎng)膜病變的糖尿病患者EPCs 增殖能力增強［12］。

3 糖尿病影響EPCs數(shù)量和功能的相關(guān)機制

糖尿病患者高血糖可導(dǎo)致EPCs 障礙，抑制EPCs 增殖能力，血管形成能力和旁分泌作用［13-15］。研究報道，與非糖尿病人群相比，2 型糖尿病患者EPCs數(shù)量明顯降低，其數(shù)量與血糖控制水平成負(fù)相關(guān)［16］。此外，高血糖狀態(tài)下大多外周血單核細(xì)胞分化為前-炎癥細(xì)胞，而非EPCs［17］。因此，控制血糖是維持循環(huán)EPCs數(shù)量和功能的決定因素［18］。

3.1 高血糖對eNOS 表達(dá)及EPCs 功能的影響基于eNOS 敲除小鼠和對照小鼠之間的骨髓移植實驗顯示，響應(yīng)于血管內(nèi)皮生長因子的EPCs動員特異性地依賴于骨髓基質(zhì)細(xì)胞中產(chǎn)生的NO［19］。研究報道，高壓氧治療能刺激骨髓基質(zhì)細(xì)胞中eNOS 磷酸化使NO 生成增加，NO 能通過各種途徑增強EPCs動員［9］。自體移植過表達(dá)eNOS 的EPCs 能增加損傷血管處新生血管［20］。eNOS 表達(dá)與磷酸化影響EPCs生存、遷移及血管生成。

3.1.1 高血糖對EPCs 功能的影響胞膜窖是直徑為50～100 nm 的細(xì)胞膜內(nèi)陷結(jié)構(gòu)，主要由Caveolin和脂類組成。Caveolin 家族包括Caveolin-1、Caveo?lin-2、Caveolin-3。Caveolin-1 在維持細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷結(jié)構(gòu)和與各種信號分子相互作用中起關(guān)鍵作用，參與許多病理過程的發(fā)生發(fā)展，如動脈粥樣硬化、糖尿病、肺動脈高壓和血管新生等［21］。靜息狀態(tài)下，Caveolin-1通過蛋白與蛋白相互作用，抑制eNOS活性，NO 水平較低。當(dāng)受到外界刺激時，Caveolin-1脫離并激活eNOS，催化生成NO 。高血糖環(huán)境下，Caveolin-1表達(dá)增加可能導(dǎo)致eNOS 磷酸化降低，NO生成減少，從而抑制細(xì)胞功能［22］。研究報導(dǎo)，內(nèi)皮細(xì)胞過表達(dá)Caveolin-1導(dǎo)致血管新生受損［23］。Cave?olin-1基因敲除小鼠體內(nèi)eNOS的表達(dá)增加，NO水平較高，表現(xiàn)為血管舒張異常、滲透性增加等［24］。因此，上調(diào)Caveolin-1 表達(dá)能抑制eNOS/NO 信號通路，從而導(dǎo)致細(xì)胞血管生成功能受損。

3.1.2 高血糖通過抑制PI3K/Akt/eNOS 通路導(dǎo)致EPCs功能受損高血糖通過抑制EPCs在AKt位點的翻譯后修飾降低eNOS 磷酸化，抑制NO 生成，導(dǎo)致EPCs數(shù)量減少和功能受損。研究報道，高血糖降低PI3K/Akt/eNOS 通路表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞損傷［25］。添加PI3K 抑制劑能顯著增強高糖對EPCs 的抑制作用［26］。因此，高血糖抑制PI3K/Akt/eNOS 信號通路的任一環(huán)節(jié)都可影響EPCs功能。

3.2 高血糖通過增強氧化應(yīng)激反應(yīng)抑制EPCs 功能高血糖促進(jìn)線粒體生成活性氧（reactive oxygen species ROS），增強氧化應(yīng)激反應(yīng)，損傷EPCs 功能。此外，EPCs 數(shù)量和功能還取決于個體的抗氧化狀態(tài)。正常EPCs內(nèi)表達(dá)高水平抗氧化酶，其通過清除線粒體產(chǎn)生的ROS，對抗氧化應(yīng)激作用。當(dāng)重要的抗氧化基因被關(guān)閉時，骨髓來源的EPCs促血管生成能力降低［27］。研究報道，糖尿病患者抗氧化酶減少，EPCs 抗氧化應(yīng)激能力降低，損傷EPCs 功能［28］。因此，降低高血糖誘導(dǎo)的高ROS 水平是輔助血管新生治療和預(yù)防糖尿病并發(fā)癥的重要方法之一。

3.3 高血糖導(dǎo)致EPCs自噬升高或降低自噬是一種涉及器官循環(huán)和蛋白質(zhì)降解的適應(yīng)性分解代謝過程，當(dāng)營養(yǎng)物稀缺時（如饑餓期間），通過降解長壽命蛋白質(zhì)，提供合成ATP 所需的氨基酸以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。此外，自噬還可消除功能多余或受損的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)，如線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等，以維持正常的細(xì)胞生理功能［29］。有缺陷的自噬在人類病理學(xué)中起著重要作用，血管細(xì)胞功能受損也可通過自噬介導(dǎo)［30］。

研究報道，自噬是由高血糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激引發(fā)的一種保護(hù)性機制。糖尿病患者每個細(xì)胞橫截面積的自噬體顯著減少，自噬水平降低，代謝廢物降解減少，導(dǎo)致氧衍生自由基增加和線粒體功能障礙，從而抑制細(xì)胞功能［29，31］。然而，另有研究表明，在高血糖條件下，EPCs中自噬體結(jié)構(gòu)的特異性標(biāo)記LC3-I 向LC3-II 的轉(zhuǎn)化增加，自噬標(biāo)志物增加導(dǎo)致EPCs功能障礙［30］。因此，糖尿病中自噬的作用仍存在爭議。

3.4 高血糖通過增加晚期糖基化終末產(chǎn)物抑制EPCs 功能長期高血糖誘發(fā)機體生成晚期糖基化終末產(chǎn)物（糖化血清蛋白與糖化血紅蛋白）。晚期糖基化終末產(chǎn)物增加機體血管內(nèi)膜通透性，在細(xì)胞毒素誘導(dǎo)下釋放大量巨噬細(xì)胞，并將其攝入至低密度脂蛋白內(nèi)，加快纖維蛋白的形成速率及血小板的聚集速度，導(dǎo)致心血管并發(fā)癥。研究報道，晚期糖基化終產(chǎn)物抑制EPCs 功能，糖尿病患者EPCs 數(shù)量與HbA1c呈負(fù)相關(guān)［32］。

3.5 高血糖改變骨髓病理降低外周血EPCs 數(shù)量糖尿病患者骨髓中病理改變：骨髓壁龕功能障礙，基因表達(dá)障礙，細(xì)胞因子信號改變，骨髓微血管病變和神經(jīng)病變，可導(dǎo)致骨髓毛細(xì)血管稀疏，微血管通透性增加，EPCs 凋亡和功能障礙。研究報道，骨髓微環(huán)境中的祖細(xì)胞動員與交感神經(jīng)元數(shù)量和功能有關(guān)。骨髓中交感神經(jīng)末梢主要位于小動脈和神經(jīng)支配的血管周圍細(xì)胞。交感神經(jīng)元纖維能激活基質(zhì)細(xì)胞中β-腎上腺素能受體抑制趨化因子CX?CL12 合成［33］。由此產(chǎn)生的CXCL12 梯度改變動員祖細(xì)胞從骨髓中排出［34］。因此，調(diào)節(jié)CXCL12 水平是動員祖細(xì)胞從骨髓進(jìn)入血液的重要條件。目前使用最廣泛的動員劑是粒細(xì)胞集落刺激因子，其可增加骨髓微環(huán)境中的交感神經(jīng)活性，改變CXCL12水平而動員祖細(xì)胞入血，并促進(jìn)其增殖和遷移能力［35］。

3.6 高血糖導(dǎo)致EPCs 衰老加快EPCs 衰老可抑制細(xì)胞功能，導(dǎo)致心血管并發(fā)癥。研究報道，糖尿病患者EPCs衰老以葡萄糖劑量依賴性方式加速［36］。糖尿病中EPCs衰老所涉及的分子機制主要包括：①減弱EPCs 抗氧化能力，提高對氧化物的敏感性，導(dǎo)致端粒酶失活從而加速EPCs 衰老；②通過調(diào)節(jié)EPCs 信號傳導(dǎo)，降低血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子受體2表達(dá)，加速EPCs老化［37］；③降低EPCs中沉默信息調(diào)節(jié)因子2 相關(guān)酶1 的表達(dá)，增強高葡萄糖誘導(dǎo)的EPCs衰老［38］。

4 EPC的應(yīng)用

糖尿病患者外周循環(huán)EPCs 數(shù)量降低和功能受損，難以通過其自體EPCs 動員達(dá)到治療目的。因此，將EPCs體外培養(yǎng)擴(kuò)增并進(jìn)行一定的基因修飾后移植到患者體內(nèi)，可能是治療糖尿病心血管病變和神經(jīng)病變的理想手段。

4.1 移植EPCs治療血管和神經(jīng)病變研究報道移植EPCs 可以促進(jìn)不同心肌缺血模型的血管新生和改善左心室功能，可增加糖尿病大鼠坐骨神經(jīng)傳導(dǎo)速度和血流量，改善神經(jīng)功能［39］?？纱龠M(jìn)慢性肢體缺血局部血管新生，顯著降低截肢率［40］。因此，移植EPCs 可明顯改善糖尿病患者血管并發(fā)癥和神經(jīng)病變。

4.2 移植經(jīng)遺傳修飾后的EPCs治療血管和神經(jīng)病變由于EPCs 對受損內(nèi)皮細(xì)胞具有天然的血管生成趨向性，EPCs可將基因遞送到血管生成區(qū)域。因此，經(jīng)遺傳修飾并擴(kuò)增的EPCs可能成為新的治療藥物。研究報道，在急性心肌缺血模型中轉(zhuǎn)染EPCs使其過表達(dá)胰島素樣生長因子-1 可改善心臟功能，加強增殖和血管生成能力，減少細(xì)胞凋亡［41］。然而，研究報道胰島素樣生長因子-1 的過度表達(dá)與不同惡性腫瘤有關(guān)，如乳腺癌和結(jié)腸癌等［42-43］。因此，在對EPCs進(jìn)行遺傳修飾時，應(yīng)慎重。

4.3 無細(xì)胞治療缺血組織鑒于EPCs 衍生的條件培養(yǎng)基富含生物活性分子和外泌體，可實現(xiàn)無細(xì)胞治療缺血組織［44］。研究報道，在急性心肌梗塞的豬冠狀動脈內(nèi)注入EPCs 衍生的條件培養(yǎng)基可顯著改善梗塞區(qū)域的血管密度［45］。

綜上所述，糖尿病時，高血糖通過抑制eNOS 表達(dá)和增加氧化應(yīng)激等因素導(dǎo)致EPCs 數(shù)量減少和功能受損，促進(jìn)糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展。目前，高血糖影響EPCs功能的機制存在不同觀點。但是，將EPCs體外培養(yǎng)擴(kuò)增并進(jìn)行一定的基因修飾后移植到患者體內(nèi)，可能是治療糖尿病血管和神經(jīng)病變的理想手段。