鄧亞萍，趙 婷，倪 敏，謝和輝，沈甫明

(1.第二軍醫(yī)大學藥學院藥理學教研室，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，氧化應激所致的細胞損傷能夠導致糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生，但機制仍不清楚。內皮祖細胞(endothelial progenitor cells，EPCs)概念最早見于1997年，是一類循環(huán)的未成熟細胞，具有維持血管穩(wěn)態(tài)和進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減少和功能失調的機制。

1 EPCs概述

目前研究已證實EPCs是一種來源于骨髓，能在體外擴增并分化為內皮細胞，在體內缺血組織中與原有的成熟內皮細胞融合形成新生血管的前體細胞［4］。能夠表達Flk-1(fetal liver kinase-1)、CD34、CD146、von Willebrand factor(vWF)，并且能夠攝取ac-LDL(acetylated lowdensitylipoprotein)的細胞被認為是EPCs［5］。實驗室通常以流式細胞儀將具有干細胞特征(表達Sca-1)和內皮細胞特征(表達Flk-1)的細胞確定為EPCs，以免疫組織化學ac-LDL和lectin呈雙陽性予以進一步確認。

EPCs是血管內皮細胞的前體細胞。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、缺失的內皮細胞維持血管完整性。在組織損傷、缺血缺氧等特定條件下，EPCs可從骨髓動員至外周，歸巢至血管損傷部位，增殖分化為成熟內皮細胞，促進損傷內皮修復并參與新生血管形成。此外，EPCs可以分泌多種生長因子，如血管內皮細胞生長因子、肝細胞生長因子、粒細胞集落刺激因子等［6］，這些因子又能夠增強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

2.1體外高糖對EPCs的影響糖尿病時高血糖及胰島素抵抗使內皮功能受損，EPCs數(shù)量和功能明顯降低，不能對受損內皮有效修復。研究顯示正常人EPCs體外高糖處理時功能受損，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［8］。

2.2糖尿病時EPCs的改變大量動物實驗和臨床研究證明糖尿病時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)病機制之一。在鏈脲佐菌素(streptozotocin，STZ)誘導糖尿病7 d后，小鼠外周血EPCs比對照組減少約50%，EPCs從外周血歸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動員、歸巢、遷移和黏附能力明顯下降，下肢缺血后血流恢復速度明顯延遲［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。此外，糖尿病患者EPCs分泌細胞因子和生長因子的能力受損［11］。

3 EPCs功能失調機制

3.1氧化應激大量的基礎及臨床研究證實，糖尿病時氧化應激(oxidative stress)增強，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，抑制氧化應激具有防治糖尿病血管病變的作用［14］。另一個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的活性均能改善內皮功能。并且，有研究表明eNOS脫耦聯(lián)在高糖誘導的EPCs功能受損中起著主導性作用。

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存在與其相結合的四羥酮醇中，然后將電子傳遞給另一底物O2，導致主要的終產(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)能改善糖尿病誘導的內皮功能損傷。增強eNOS活性能夠改善EPCs的功能［18］?，F(xiàn)有的文獻資料表明，導致eNOS脫耦聯(lián)的原因主要涉及以下3個方面:

3.2.1BH4水平不足糖尿病時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，細胞內BH4濃度明顯減少59%，增加外源性BH4能減少的產(chǎn)生或完全恢復受損的EPCs功能［19］。BH4恢復能使eNOS“復耦聯(lián)”和增強其酶活性。

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］。體外實驗顯示GTPCH I基因轉移可以改善糖尿病誘導的BH4不足，并改善內皮細胞產(chǎn)生NO的能力。體內實驗顯示使用內皮細胞特異性高表達GTPCH I的轉基因小鼠(Tg-GCH小鼠)，BH4水平的增加可以明顯抑制糖尿病誘導的氧化應激，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皮功能。

3.2.2Akt(protein kinase B)的抑制目前的研究認為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對促進干細胞從骨髓動員是必不可少的，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員到外周的EPCs減少，這可能是糖尿病時EPCs數(shù)目減少和功能降低的機制之一。

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制。eNOS是高血糖損傷EPCs的一個重要靶點［25］。有研究顯示高糖明顯降低EPCs內活性eNOS(p-eNOS)的表達，同時高糖處理下EPCs功能明顯受損［8］。

綜上所述，糖尿病時EPCs數(shù)目減少、功能降低。其機制主要涉及eNOS脫耦聯(lián)和氧化應激增強。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;氧化應激增強所致O2－增加也導致NO生成減少。NO生成減少的結局是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 干預措施

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

5 展望

EPCs參與出生后組織的血管新生和受損血管的修復過程。糖尿病時EPCs數(shù)量減少、功能受損與糖尿病血管病變密切相關。研究表明其機制主要涉及eNOS脫耦聯(lián)和氧化應激，詳細機制仍待進一步闡述。EPCs數(shù)目和功能作為血管內皮功能的替代標志已經(jīng)逐漸為人們所接受，進一步闡明糖尿病患者EPCs功能失調機制將為糖尿病EPCs治療奠定理論基礎。

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