肾性贫血发生机制的研究进展▲

肖 宇 王 洁

(1 右江民族医学院临床医学院，广西百色市 533000,电子邮箱：735015918@qq.com；2 右江民族医学院附属医院肾内科，广西百色市 533000)

【提要】 肾性贫血是慢性肾脏病(CKD)最常见的并发症,其可加速CKD的进展,影响患者的生存质量和预后。肾性贫血的发病机制复杂,目前尚未完全阐明,整体疗效不明显,预后欠佳。本文就肾性贫血发病机制的研究进展做一综述。

近年来,慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD),尤其是终末期肾脏疾病(end-stage kidney disease,ESKD)的发病率、住院率有升高的趋势,我国成人CKD患病率高达13.39%[1]。肾性贫血是CKD的严重并发症之一,是指各种肾脏病致肾功能下降时,肾脏促红细胞生成素(erythropoietin,EPO)生成减少及血浆中一些毒性物质干扰红细胞生成并缩短其寿命而导致的贫血[2]。流行病学资料显示,我国CKD非透析患者肾性贫血发生率高达51.5%[3],CKD接受血液透析治疗的患者肾性贫血发生率为62.1%,接受腹膜透析的患者肾性贫血发生率为53.5%[4]。肾性贫血不仅严重影响患者的生活质量、增加就医成本,还增加血管硬化和左心室肥厚的风险,以及心血管事件发生的概率[5]。肾性贫血的发病机制复杂,合理有效地纠正贫血对改善患者的生存质量和远期预后有重大意义。本文对肾性贫血的发生机制做一综述。

1 EPO缺乏

EPO又称红细胞刺激因子,是一种人体内源性糖蛋白激素,主要生物学作用是促进红系祖细胞的增殖、分化和成熟,调控机体红细胞生成。EPO主要由肾小管及管旁毛细血管内皮细胞及间质细胞合成,少量由肝脏、大脑、骨髓巨细胞合成分泌[6]。在机体缺氧状态下,通过刺激肾脏缺氧感受系统,致使缺氧诱导因子激活,使EPO与其他生长因子如白细胞介素(interleukin,IL)-3、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)等进入血液循环系统,与骨髓中的EPO靶细胞—红细胞集落形成单位细胞及红细胞暴增集落形成单位上的EPO受体(erythropoietin receptor,EPOR)结合,使EPOR磷酸化,从而激活与EPOR酪氨酸磷酸化位点相连的三磷酸肌醇激酶,促使第二信使三磷酸肌醇和甘油二酯产生并进入细胞核,加速红系祖细胞增殖、分化,提高机体携氧能力,进而改善缺氧状态[7]。CKD患者由于肾小管的高代谢可引起残余肾单位内氧自由基增多,脂质过氧化作用增强,导致细胞核组织损伤,肾脏内分泌功能受损,进而使得EPO合成分泌减少。

2 铁调素表达增多

铁调素是调节体内铁稳态的重要激素,是由肝脏产生的富含半胱氨酸的小分子肽。Pigeon等[8]研究结果显示，铁调素RNA在调节小鼠铁代谢中发挥重要作用。 铁是合成血红蛋白的重要原料之一,铁缺乏可导致血红蛋白合成障碍。人体内铁的主要来源为食物吸收、肝脏合成及巨噬细胞吞噬衰老红细胞后释放,铁可以在“封闭”系统内反复循环利用。人体从食物中吸收的三价铁主要通过十二指肠上皮细胞的十二指肠细胞色素B氧化成二价铁后经二价金属转运体1介导进入肠上皮隐窝细胞,在膜铁转运蛋白(ferroportin,FPN)参与下转运至血浆后结合转铁蛋白,一部分贮存于肝脏及各组织细胞内,一部分进入骨髓合成血红蛋白。FPN表达于成熟十二指肠上皮细胞及肝脾巨噬细胞,是调节铁从胞内向血液运输的独特结构[9],也是目前唯一知道的铁调素的作用受体,铁调素与FPN结合后,通过细胞内吞作用使FPN内化降解,抑制铁从细胞内输出进入血浆,从而调控机体铁稳态。因此,当铁调素表达升高时,铁离子沉积在细胞内,血浆中铁含量减少。

铁调素表达水平的调控机制十分复杂,许多正负调节因子聚集在一起,在转录水平上对其表达进行微调。血清铁、肝脏铁贮存量、炎症及红细胞生成刺激素等均是影响铁调素表达的主要因素。其中铁通过骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)-Smad通路介导铁调素的表达；炎症通过Janus激酶/信号转录因子及转录激活因子通路和BMP-Smad通路的相互作用介导铁调素的表达；Erythroferrone被认为是铁调素上游红系调控物质,但其具体作用机制尚未明确,而红细胞生成刺激剂则通过EPO-Erythroferrone轴介导铁调素的表达。CKD患者由于感染、慢性心衰、肾功能下降等使机体处于持续微炎症状态[10],单核巨噬细胞产生大量炎症因子刺激肝脏产生铁调素。同时,铁调素不与血浆蛋白紧密结合,可被正常肾脏迅速清除,并通过肾小管重吸收降解,但随着肾小球滤过率下降,未接受透析治疗的CKD患者体内铁调素水平升高[11]。随着CKD的进展,大多数患者的肾脏无法产生足够的EPO来维持红细胞的生成,当补充外源性红细胞生成刺激剂时,红细胞的生成需要更多的铁,处于高浓度铁调素状态的患者即使体内贮存的铁足以满足基本的红细胞生成的需要,但也不能快速地从组织中释放出来满足红细胞生成的需要,最终导致贫血难以纠正。Akchurin等[12]研究发现,将铁调素基因敲除后,腺嘌呤诱导的CKD小鼠贫血减轻,生长速度加快,提示铁调素与肾性贫血有关,而降低体内铁调素水平或抑制其活性有可能成为肾性贫血新的治疗方法。Erythroferrone被认为可竞争性结合BMP-6而抑制铁调素的表达,对其进一步研究有望寻找治疗到肾性贫血的新策略[13]。

3 炎症机制

CKD患者处于持续微炎症状态,亚临床感染、肥胖、氧化应激增加、营养不良、维生素D缺乏是CKD炎症的潜在因素[14],尿毒症毒素引起的肠道菌群失调和细菌移位到全身和淋巴循环均有可能激活全身炎症反应[15]。Amdur等[16]对3 430名CKD患者进行研究发现,在随访6.3年期间,随着患者肾功能的下降,CKD患者血浆纤维蛋白原、IL-6、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)水平升高,原因可能为晚期糖基化终产物的累积激活多种炎症信号通路从而促进炎症因子的产生。炎症可通过以下机制诱发贫血的发生：(1)通过多种途径使铁调素表达增多而加重贫血。研究发现,脓毒症患者铁调素的浓度高出正常人100倍[17]。研究表明,CKD患者铁调素的表达与炎症因子呈正相关[18,19-20]。IL-6可与其受体结合后激活Janus激酶使STAT3磷酸化后进入细胞核,直接与铁调素基因启动子位点结合,促进铁调素表达。此外,IL-1β刺激肝脏BMP-2和激活素B表达,通过BMP受体及Smad信号传导机制上调铁调素表达。跨膜丝氨酸蛋白酶6(transmemb rane serine protease 6,TTSP6)通过抑制铁调素表达从而维持铁的稳态[21],而炎症因子可以降低STAT5磷酸化水平使TTSP6表达下调从而导致铁调素表达增加。甲基化酶2能抑制BMP-6生成而降低依赖BMP/Smad的铁调素转录水平；除此之外,炎症反应通过降低STAT5和过氧化物酶体增殖激活受体γ辅激活因子-1的表达而抑制甲基化酶2表达,促进铁调素的表达[22]。(2)影响EPO生成。在炎症刺激下,单核细胞、巨噬细胞、血管内皮细胞等产生多种细胞因子,干扰素α、干扰素β、TNF-α及IL-1等细胞因子影响红系前体细胞—爆式红系形成单位及红系集落形成单位的生长,使EPO的产生减少,活性降低。另外，细胞因子诱导巨噬细胞样细胞产生不稳定的自由基或过氧化物阴离子,可对红系祖细胞产生直接毒性。犬尿素是芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AHR)的内源性配体,在吲哚胺2,3双加氧酶的催化下由L-色氨酸降解形成,炎症状态下,吲哚胺2,3双加氧酶表达上调,犬尿素生成增多。Eleftheriadis等[23]研究表明，炎症条件下犬尿素的增加可降低EPO产生,这可能是炎症导致肾性贫血的另一机制。犬尿素在吲哚胺2,3双加氧酶的催化下由L-色氨酸降解形成，炎症状态下，吲哚胺2,3双加氧酶上调，犬尿素生成增多。犬尿素是AHR的内源性配体，AHR活化后转移进细胞核,与低氧诱导因子(hypoxia-inducible factor,HIF)-2a竞争结合HIF-1b,从而减少EPO生成。(3)缩短红细胞寿命。衰老红细胞的细胞膜可被巨噬细胞识别清除,当机体处于炎症状态时不仅可激活巨噬细胞,还可以增加红细胞表面免疫球蛋白或者免疫复合物的包被,使红细胞被超量清除,导致体内红细胞数量减少[24]。

总之,炎症因子在肾性贫血的发生中发挥着重大作用。Akchurin等[25]研究发现,野生型CKD小鼠即使EPO处于高水平,但仍存在贫血,且血清铁含量降低,IL-6水平升高,敲除IL-6可显著改善CKD小鼠的红细胞及血红蛋白含量,这可能与铁调素的介导有关,然而口服补铁纠正野生型CKD小鼠低铁血症的效果逊于敲除IL-6,这提示肾性贫血可由多种因素调控,炎症是其中因素之一,减轻患者的微炎症状态对纠正肾性贫血尤为重要,炎症因子可能成为未来肾性贫血治疗中的药物靶点。

4 维生素D代谢紊乱

维生素D是人体内的激素活性物质,人体获得的外源维生素D无生物活性,需经过肝脏25-羟化酶及肾脏近曲小管上皮细胞线粒体中1-α羟化酶的羟基化作用形成有活性的1,25二羟基维生素D3而发挥作用。而CKD患者普遍存在维生素D缺乏。Kim等[26]研究发现,ESKD患者25羟基维生素D3水平与血红蛋白水平呈正相关,维生素D缺乏是ESKD患者发生贫血的独立危险因素。Sonkar等[27]研究结果显示,血红蛋白水平低的CKD患者甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)较高,而血清维生素D水平与血红蛋白水平呈正相关,提示维生素D缺乏和继发甲状旁腺功能亢进与肾性贫血的发生密切相关。继发甲状旁腺功能亢进引起贫血的可能机制为PTH可引起骨髓纤维化从而抑制红系祖细胞的生成,也可使红细胞膜渗透脆性增加而缩短红细胞存活时间,还可抑制内源性EPO生成而加重贫血[28]。维生素D除了能通过直接增加EPOR表达,协同刺激造血祖细胞增殖,促进骨髓造血外,还能通过下调促炎细胞因子及铁调素水平而促进红细胞生成。研究表明,炎症状态下，巨噬细胞、树突状细胞及T淋巴细胞中25羟基维生素D-1α羟化酶的编码基因CYP27B1和维生素D受体高表达，从而发挥抗炎作用[29]。张燕丽等[30]研究发现，脓毒症患儿维生素D水平明显低于健康儿童,维生素D水平与脓毒症患儿预后呈正相关,提示维生素D在对抗炎症因子中发挥一定的作用。Bacchetta等[31]研究发现,采用25羟基维生素D或1,25二羟基维生素D体外干预肝细胞或单核细胞后,细胞铁调素 mRNA表达水平降低,染色质免疫沉淀分析表明维生素D通过与铁调素基因启动子上的维生素D反应元件结合,直接抑制铁调素的表达。还有研究发现,在健康人群中维生素D3可不依赖于炎症因子而直接调节铁调素的表达[32]。然而,也有研究发现，连续服用骨化三醇6周未能降低CKD 3～4期患者血清铁调素水平[33-34]。因此,维生素D对肾性贫血发生发展的作用可能是多途径多渠道的,相关机制尚需要更多、更长远的研究来阐明。

5 成纤维细胞生长因子-23

成纤维细胞生长因子23(fibroblast growth factor 23,FGF23)是一种钙磷调节激素,主要由骨骼中骨细胞和成骨细胞合成分泌,在辅助因子Klotho蛋白的协助下与其受体结合发挥作用。CKD患者因肾单位减少致磷排泄障碍,使得FGF23代偿性升高以维持血磷正常水平[35]。研究发现，FGF23缺失可以增加小鼠骨髓及外周血红细胞生成量,并使EPO mRNA的表达水平增加,给小鼠服用FGF23可导致红细胞生成减少[36-37],提示FGF23可能通过影响造血干细胞向红系表达,并负调控EPO影响红细胞的产生和分化。Nam等[38]研究发现，未接受透析治疗的CKD患者血清FGF23水平与血红蛋白呈负相关,FGF23水平的升高会增加贫血风险。兰秀君[39]对接受血液透析治疗的CKD患者进行研究也得到相同的结果。然而也有研究表明,血液透析患者FGF23水平与血红蛋白无相关性[40]。FGF23与肾性贫血的发生发展是否有联系,其机制如何,目前相关报告较少。研究发现，FGF23可直接刺激肝脏分泌炎性细胞因子[41],而FGF23水平与CKD患者的多种炎症标志物有关[42]。动物实验研究发现,高水平的FGF23可导致CKD小鼠发生肾性贫血,阻断FGF23信号通路可促进红细胞生成,减轻贫血和炎症,并下调铁调素 mRNA的表达,使血清铁水平升高[43]。FGF23除了直接影响红细胞生成外,是否会通过炎症因子及铁代谢途径来影响肾性贫血的发生尚需更多的实验研究来阐明。

6 其他因素

大部分CKD患者因尿毒症毒素在体内积蓄而引起胃肠道功能紊乱,引起铁、维生素B12、叶酸等造血原料及其他营养物质吸收障碍,造成营养不良,导致血红蛋白合成减少。此外,尿毒症毒素如多胺、喹啉酸、瘦素等可抑制骨髓细胞及红细胞的发育从而引起贫血。CKD患者多存在血小板功能降低,凝血功能障碍而处于慢性失血状态,从而加重贫血。

7 小 结

肾性贫血是CKD患者的严重并发症,其发病机制复杂,多种因素相互关联。目前肾性贫血的治疗效果不佳,对其发病机制的研究有利于为治疗药物的研发提供依据。随着研究的深入,有望为肾性贫血患者提供更安全有效的治疗措施,减少相关并发症,提高患者生存质量。