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皮功能障礙和新生血管形成不良有關［4］，其重要影響因素是內皮祖細胞（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，有學者把外周血EPCs 數(shù)量作為判斷糖尿病患者預后的一個指標［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

血管內皮損傷后的修復過程是維持血管正常功能的重要因素。一般情況下，血管內皮細胞在持續(xù)刺激因素損傷后，由鄰近的內皮細胞增殖修復。而發(fā)生局部難以修復的損傷后，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皮化。EPCs 是具有增殖、遷移、黏附并分化為血管內皮細胞潛能的內皮前體細胞，其不僅參與胚胎期血管發(fā)育，在內皮損傷修復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，骨髓基質細胞感知組織釋放的信號分子，激活骨髓基質細胞內的內皮一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS），eNOS 誘導產生NO，從而促進EPCs 動員和歸巢，通過與受損但仍然存活的內皮細胞融合，分化為成熟內皮細胞并在原位或遠處形成毛細血管網以促進內皮修復。研究報道，新生血管中25%的內皮細胞由EPCs 分化而來［8］。此外，EPCs 通過旁分泌方式釋放血管生長因子，增強內皮細胞增殖和分化能力，促進血管形成。因此，EPCs 是血管內皮功能的重要保護因素，是修復損傷內皮的細胞庫。糖尿病時，eNOS脫耦聯(lián)產生超氧陰離子而非NO，導致NO 水平降低和氧化應激水平增加，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致。研究報道，與非糖尿病人群相比，糖尿病患者響應急性缺血事件，動員祖細胞入外周血效率較低［10］。然而，整理相關文獻發(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，而在另一部位則下調。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)量和功能的相關機制

糖尿病患者高血糖可導致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相關［16］。此外，高血糖狀態(tài)下大多外周血單核細胞分化為前-炎癥細胞，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，響應于血管內皮生長因子的EPCs動員特異性地依賴于骨髓基質細胞中產生的NO［19］。研究報道，高壓氧治療能刺激骨髓基質細胞中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eNOS 的EPCs 能增加損傷血管處新生血管［20］。eNOS 表達與磷酸化影響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 的細胞膜內陷結構，主要由Caveolin和脂類組成。Caveolin 家族包括Caveolin-1、Caveo?lin-2、Caveolin-3。Caveolin-1 在維持細胞膜穴樣內陷結構和與各種信號分子相互作用中起關鍵作用，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表達增加可能導致eNOS 磷酸化降低，NO生成減少，從而抑制細胞功能［22］。研究報導，內皮細胞過表達Caveolin-1導致血管新生受損［23］。Cave?olin-1基因敲除小鼠體內eNOS的表達增加，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Caveolin-1 表達能抑制eNOS/NO 信號通路，從而導致細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 通路表達導致細胞損傷［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激反應抑制EPCs 功能高血糖促進線粒體生成活性氧（reactive oxygen species ROS），增強氧化應激反應，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內表達高水平抗氧化酶，其通過清除線粒體產生的ROS，對抗氧化應激作用。當重要的抗氧化基因被關閉時，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 抗氧化應激能力降低，損傷EPCs 功能［28］。因此，降低高血糖誘導的高ROS 水平是輔助血管新生治療和預防糖尿病并發(fā)癥的重要方法之一。

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

研究報道，自噬是由高血糖誘導的氧化應激引發(fā)的一種保護性機制。糖尿病患者每個細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，導致氧衍生自由基增加和線粒體功能障礙，從而抑制細胞功能［29，31］。然而，另有研究表明，在高血糖條件下，EPCs中自噬體結構的特異性標記LC3-I 向LC3-II 的轉化增加，自噬標志物增加導致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物（糖化血清蛋白與糖化血紅蛋白）。晚期糖基化終末產物增加機體血管內膜通透性，在細胞毒素誘導下釋放大量巨噬細胞，并將其攝入至低密度脂蛋白內，加快纖維蛋白的形成速率及血小板的聚集速度，導致心血管并發(fā)癥。研究報道，晚期糖基化終產物抑制EPCs 功能，糖尿病患者EPCs 數(shù)量與HbA1c呈負相關［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，基因表達障礙，細胞因子信號改變，骨髓微血管病變和神經病變，可導致骨髓毛細血管稀疏，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)境中的祖細胞動員與交感神經元數(shù)量和功能有關。骨髓中交感神經末梢主要位于小動脈和神經支配的血管周圍細胞。交感神經元纖維能激活基質細胞中β-腎上腺素能受體抑制趨化因子CX?CL12 合成［33］。由此產生的CXCL12 梯度改變動員祖細胞從骨髓中排出［34］。因此，調節(jié)CXCL12 水平是動員祖細胞從骨髓進入血液的重要條件。目前使用最廣泛的動員劑是粒細胞集落刺激因子，其可增加骨髓微環(huán)境中的交感神經活性，改變CXCL12水平而動員祖細胞入血，并促進其增殖和遷移能力［35］。

3.6 高血糖導致EPCs 衰老加快EPCs 衰老可抑制細胞功能，導致心血管并發(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，導致端粒酶失活從而加速EPCs 衰老；②通過調節(jié)EPCs 信號傳導，降低血管內皮細胞生長因子受體2表達，加速EPCs老化［37］；③降低EPCs中沉默信息調節(jié)因子2 相關酶1 的表達，增強高葡萄糖誘導的EPCs衰老［38］。

4 EPC的應用

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 動員達到治療目的。因此，將EPCs體外培養(yǎng)擴增并進行一定的基因修飾后移植到患者體內，可能是治療糖尿病心血管病變和神經病變的理想手段。

4.1 移植EPCs治療血管和神經病變研究報道移植EPCs 可以促進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傳導速度和血流量，改善神經功能［39］?？纱龠M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)癥和神經病變。

4.2 移植經遺傳修飾后的EPCs治療血管和神經病變由于EPCs 對受損內皮細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，經遺傳修飾并擴增的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染EPCs使其過表達胰島素樣生長因子-1 可改善心臟功能，加強增殖和血管生成能力，減少細胞凋亡［41］。然而，研究報道胰島素樣生長因子-1 的過度表達與不同惡性腫瘤有關，如乳腺癌和結腸癌等［42-43］。因此，在對EPCs進行遺傳修飾時，應慎重。

4.3 無細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 表達和增加氧化應激等因素導致EPCs 數(shù)量減少和功能受損，促進糖尿病血管并發(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)擴增并進行一定的基因修飾后移植到患者體內，可能是治療糖尿病血管和神經病變的理想手段。