糖尿病患者體內(nèi)紅細(xì)胞衰亡機(jī)制的研究進(jìn)展*

王亞奇，梁 浩，李向庚，蘇 燕

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室，內(nèi)蒙古 包頭 014060)

紅細(xì)胞通過啟動自殺性程序?qū)е录?xì)胞死亡的過程與其他有核細(xì)胞的凋亡(apoptosis)類似但不完全相同，所以Lang等人[1]提出"紅細(xì)胞衰亡" (eryptosis)的概念，將紅細(xì)胞特別的死亡過程與其他細(xì)胞區(qū)別開來。由于成熟紅細(xì)胞不含細(xì)胞核與線粒體等結(jié)構(gòu)，因此不能夠像其他細(xì)胞那樣在凋亡時(shí)觀察到核與線粒體的變化，但紅細(xì)胞在衰亡過程中有其獨(dú)特特征，例如：細(xì)胞體積變小、胞膜產(chǎn)生囊泡、胞內(nèi)某些蛋白酶的活化、膜磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine, PS)外翻[2，3]等。在體內(nèi)，衰老紅細(xì)胞或某些刺激下的紅細(xì)胞都能進(jìn)入衰亡，巨噬細(xì)胞可以識別并清除這些衰亡紅細(xì)胞。紅細(xì)胞衰亡有助于在溶血前清除有缺陷的紅細(xì)胞以及進(jìn)一步清除被感染的紅細(xì)胞，對機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)作用。然而大多數(shù)病理性紅細(xì)胞衰亡會導(dǎo)致機(jī)體大量紅細(xì)胞被破壞，引起貧血或者形成血栓進(jìn)而干擾微循環(huán)。許多實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明[4，5]，糖尿病 (diabetes mellitus, DM) 患者體內(nèi)的紅細(xì)胞衰亡數(shù)量與健康人相比明顯增多，但機(jī)制尚未完全明確。本文對近年來糖尿病患者體內(nèi)紅細(xì)胞衰亡機(jī)制的研究進(jìn)行回顧總結(jié)，以期為糖尿病患者微血管病變的預(yù)防、診療提供新的思路。

1 引起紅細(xì)胞衰亡的因素

紅細(xì)胞是體內(nèi)氧的"搬運(yùn)工"，存活期為100～120 d。經(jīng)歷了正常生命周期的衰老紅細(xì)胞會自動啟動生理性衰亡機(jī)制，衰亡后被機(jī)體清除，同時(shí)刺激骨髓造血干細(xì)胞的增殖、分化、成熟并釋放入血。一些外源物質(zhì)及各種內(nèi)源性刺激物 (例如: α-硫辛酸、溶血素、鋁、金剛烷胺等) 以及某些疾病(例如：代謝綜合征、糖尿病、惡性腫瘤、肝衰竭、心力衰竭、尿毒癥、溶血性尿毒癥、高脂血癥等)均會加速紅細(xì)胞衰亡[6，7]，但其衰亡途徑和機(jī)制可能不同。

2 紅細(xì)胞衰亡的途徑

在各種內(nèi)外刺激作用下，紅細(xì)胞可以通過啟動鈣離子、蛋白激酶C、血小板活化因子、受體結(jié)合、caspase等途徑將細(xì)胞死亡信號由胞外轉(zhuǎn)導(dǎo)到胞內(nèi)[8]，導(dǎo)致胞膜、胞內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生改變，表現(xiàn)為細(xì)胞體積縮小、胞膜產(chǎn)生囊泡、胞內(nèi)某些蛋白酶活化、PS外翻等。紅細(xì)胞的完整結(jié)構(gòu)被破壞，通過體內(nèi)的巨噬細(xì)胞識別并清除這些衰亡紅細(xì)胞。

3 糖尿病引起紅細(xì)胞衰亡的機(jī)制研究

3.1糖尿病引起紅細(xì)胞衰亡的因素 糖尿病是由于患者體內(nèi)的胰島素不能正常行使其功能而引起的全身代謝性疾病，是導(dǎo)致早期殘疾和高死亡率的第三種最常見的非傳染性疾病，患者數(shù)量逐年增加。紅細(xì)胞循環(huán)于體內(nèi)，糖尿病引起的代謝紊亂可以被紅細(xì)胞最先感知，并明顯改變了紅細(xì)胞的形態(tài)、攜氧功能、血流變特性、免疫功能等并導(dǎo)致細(xì)胞的衰亡[9-11]，而糖尿病患者體內(nèi)的高滲環(huán)境和氧化應(yīng)激可能是促進(jìn)患者紅細(xì)胞衰亡的主要因素，如圖1所示。

圖1 糖尿病患者體內(nèi)紅細(xì)胞衰亡機(jī)制

3.1.1高滲環(huán)境 高滲環(huán)境是指機(jī)體的血漿滲透壓高于正常水平(約313 mOsm)。形成高滲環(huán)境的條件為血漿內(nèi)溶質(zhì)分子增加或溶液減少。糖尿病患者由于體內(nèi)胰島素不能正常行使其功能，致使機(jī)體組織細(xì)胞不能正常轉(zhuǎn)運(yùn)并利用葡萄糖，血糖水平升高。糖尿病酮癥酸中毒 (diabetic ketoacidosis, DKA) 和高血糖高滲狀態(tài) (hyperglycemic hyperosmolar state, HHS )[12]是臨床上常見的糖尿病急性并發(fā)癥，在發(fā)病早期或血糖管理不良時(shí)易產(chǎn)生。高濃度的葡萄糖不僅使機(jī)體血漿晶體滲透壓升高，還能使機(jī)體產(chǎn)生葡萄糖介導(dǎo)的滲透性利尿，加速機(jī)體的失水，使機(jī)體處于高滲環(huán)境。

3.1.2氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激 (Oxidative Stress, OS) 是指機(jī)體處于氧化狀態(tài)，而這種狀態(tài)會導(dǎo)致機(jī)體的損傷[13]。當(dāng)機(jī)體抗氧化系統(tǒng)功能下降，高活性分子如活性氧(reactive oxygen species, ROS)和活性氮(reactive nitrogen species, RNS)不能夠及時(shí)被抗氧化物質(zhì)清除，從而使機(jī)體處于氧化應(yīng)激的狀態(tài)。高糖環(huán)境下，葡萄糖或衍生物與蛋白質(zhì)可以發(fā)生一系列反應(yīng)，生成糖基化終末產(chǎn)物 (advanced glycation end products, AGEs) ，AGEs與其受體(AGER)結(jié)合后可激活多條信號通路，進(jìn)而產(chǎn)生過量的活性氧，使機(jī)體處于氧化狀態(tài)。同時(shí)，糖尿病患者更容易血脂異常，血脂異?；颊叩墓入赘孰乃奖葻o血脂異常的正常人低30%，平均脂質(zhì)過氧化水平提高了一倍[14]。高糖環(huán)境還使組織中的過氧化氫酶、維生素E、還原型谷胱甘肽、超氧化物歧化酶活性的降低，這些抗氧化物質(zhì)的減少均會促進(jìn)機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)[15]。

3.2糖尿病引起紅細(xì)胞衰亡的途徑 糖尿病患者體內(nèi)的高糖高滲，氧化應(yīng)激狀態(tài)會引起紅細(xì)胞內(nèi)外多種離子、蛋白等發(fā)生變化，進(jìn)而激活某條途徑使得紅細(xì)胞最終衰亡。在糖尿病患者體內(nèi)，引起紅細(xì)胞衰亡的主要途徑是鈣離子途徑、血小板活化因子途徑和Caspase途徑，且這些途徑之間還可相互作用。

3.2.1鈣離子途徑 細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的增加可導(dǎo)致紅細(xì)胞衰亡。高滲環(huán)境和氧化應(yīng)激均可引起鈣離子內(nèi)流，從而介導(dǎo)紅細(xì)胞衰亡[16]。糖尿病患者體內(nèi)的紅細(xì)胞在高滲環(huán)境下體積縮小，隨后環(huán)氧合酶(cyclooxygenase, COX)以磷脂酶A降解膜磷脂產(chǎn)生的花生四烯酸為底物，在前列腺素E2合成酶的催化作用下，合成前列腺素E2 (prostaglandin E2, PGE2)，PGE2能使細(xì)胞膜滲透性Ca2+通道開放，胞內(nèi)Ca2+濃度增高，引發(fā)胞膜發(fā)生囊泡樣改變，并使爬行酶活化，將紅細(xì)胞內(nèi)膜的PS轉(zhuǎn)移到外膜，進(jìn)而引起細(xì)胞衰亡。此外，Ca2+敏感的K+通道也被激活，導(dǎo)致K+流出細(xì)胞，由于KCl和水的滲透性流失使紅細(xì)胞體積加劇縮小，并發(fā)生衰亡。PGE2使胞內(nèi)鈣蛋白酶活化，其作用是降解紅細(xì)胞骨架。糖尿病患者紅細(xì)胞膜上的Ca2+通道在體內(nèi)的氧化應(yīng)激狀態(tài)下也能被激活，胞內(nèi)鈣離子增高，導(dǎo)致細(xì)胞進(jìn)入衰亡[14]。研究表明[17，18]，兒茶酚胺 (catecholamine，CA) 和促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin，EPO) 可使陽離子通道功能下降，減少紅細(xì)胞衰亡，此外，EPO能夠緩解體內(nèi)的氧化應(yīng)激狀態(tài)從而減少紅細(xì)胞的衰亡。

3.2.2血小板活化因子途徑 血小板活化因子(platelet activating factor，PAF)由體內(nèi)多種組織細(xì)胞產(chǎn)生，其與靶細(xì)胞膜上的PAF受體結(jié)合后，能對細(xì)胞生命活動產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，是一種高效的生物活性物質(zhì)。高滲環(huán)境刺激體內(nèi)PAF釋放，在PAF的作用下，神經(jīng)磷脂酶催化紅細(xì)胞胞膜神經(jīng)磷脂轉(zhuǎn)化生成神經(jīng)酰胺，使胞內(nèi)的翻轉(zhuǎn)酶活化，催化PS翻轉(zhuǎn)到外膜暴露。這一過程與Ca2+途徑引起的紅細(xì)胞衰亡起協(xié)同效應(yīng)。在胞內(nèi)Ca2+不升高的情況下，PAF也能夠促進(jìn)K+的外流，進(jìn)而細(xì)胞內(nèi)KCl丟失、細(xì)胞體積變小，導(dǎo)致鈣蛋白酶的活化降解紅細(xì)胞[19]。

3.2.3Caspase途徑 caspase是一類蛋白酶組，存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，具有類似的結(jié)構(gòu)和功能，廣泛參與細(xì)胞生長、分化與凋亡的調(diào)控。在紅細(xì)胞衰亡的過程中，caspase也發(fā)揮其作用，但作用不似在有核細(xì)胞中那么重要[20]。體外實(shí)驗(yàn)證明，外源性氧化劑能夠激活生理或病理紅細(xì)胞中的caspase[21]；而Maellaro等人的研究表明，2型糖尿病患者紅細(xì)胞的caspase-3活性較正常人顯著增高，這可能與暴露的血糖環(huán)境有關(guān)[22]。受糖尿病患者體內(nèi)的氧化應(yīng)激和高血糖刺激caspase蛋白酶被激活，caspase能酶解帶3蛋白，使細(xì)胞骨架裂解，并觸發(fā)紅細(xì)胞內(nèi)小葉PS暴露到紅細(xì)胞外表面，導(dǎo)致紅細(xì)胞衰亡。毛柳甙具有抑制caspase-3的作用，可以通過其減少紅細(xì)胞的衰亡[23]。

4 小結(jié)與展望

糖尿病是目前最常見的慢性病之一，且全球糖尿病的發(fā)病率逐年上升。紅細(xì)胞循環(huán)于體內(nèi)，其存活狀態(tài)對于糖尿病患者疾病發(fā)展、病情監(jiān)控、療效判斷以及預(yù)后評價(jià)都具有重要意義。目前對于紅細(xì)胞衰亡與糖尿病關(guān)系的研究已經(jīng)取得了一些公認(rèn)的進(jìn)展，糖尿病引起的紅細(xì)胞衰亡途徑也已基本確認(rèn)，但具體機(jī)制仍有許多未知之處，如糖尿病患者體內(nèi)紅細(xì)胞能量代謝改變、其他損傷細(xì)胞對紅細(xì)胞衰亡的影響等等，這些都有待我們更深一步的探索研究。通過深入研究紅細(xì)胞衰亡的機(jī)制，尋找特定的藥物或生物制劑抑制糖尿病患者體內(nèi)的紅細(xì)胞衰亡能夠有效預(yù)防、改善糖尿病患者因紅細(xì)胞衰亡引起的貧血及微循環(huán)紊亂等[24]，這將為糖尿病患者微血管并發(fā)癥的預(yù)防、診斷和治療提供新的思路。