促红细胞生成素衍生物的肾脏保护作用研究现状与展望

盛董董 综述，宋光鲁 审校

(新疆医科大学第一附属医院泌尿外科，新疆乌鲁木齐 830054)

·综 述·

促红细胞生成素衍生物的肾脏保护作用研究现状与展望

盛董董 综述，宋光鲁 审校

(新疆医科大学第一附属医院泌尿外科，新疆乌鲁木齐 830054)

促红细胞生成素(EPO)除了具有造血活性外，还可通过抗凋亡、抗炎、抗氧化应激等途径对肾组织产生保护作用。但大剂量全身性地使用会引发高血压、红细胞增多症、血栓形成等严重的血源性不良反应。近年来的研究发现EPO衍生物可起到与EPO类似的肾脏保护作用而无明显的血源性副作用。该文概括EPO主要的肾脏保护作用机制，并重点介绍EPO衍生物在肾损伤中的保护作用及其机制，旨在对EPO衍生物的研究现状有一个科学认识。

促红细胞生成素；衍生物；肾脏保护

急性肾损伤在肾移植、肾癌的保留肾单位手术以及感染性休克、造影剂损伤等疾病中普遍存在，也是导致急性肾功能衰竭的主要原因之一，为目前临床上有待解决的难题，故探索一些新的药物治疗方式引起人们广泛关注。促红细胞生成素(erythropoietin，EPO)是一种活性糖蛋白，成人EPO主要由肾脏分泌，少部分由肝脏合成，能够促进骨髓祖红细胞的存活、增生和分化，达到快速提高血红蛋白浓度和红细胞压积的作用，目前临床上主要应用于肾性贫血的治疗。近年来有研究表明EPO具有很多治疗贫血之外的功能：如抗氧化应激、抗凋亡、抗炎、促肾小管上皮细胞再生等；在多个器官如神经系统、心脏、肾脏等均具有保护作用[1-4]。但大剂量或长期使用EPO，可能造成对骨髓造血系统的过度刺激，而导致红细胞增多症、高血压及血栓形成等严重血源性副作用[5,6]。因此，开发无造血功能但具有肾脏保护作用的EPO衍生物成为目前研究的热点。本文根据现有的文献报道，对EPO衍生物在急性肾损伤中的保护作用作一综述。

1 EPO肾脏保护作用研究现状及其相关机制概述

目前关于EPO对急性肾损伤保护作用的相关研究多数集中在动物实验水平，但也有少数临床研究报道。在动物实验中，EPO可通过抑制炎症反应、抑制肾小管上皮细胞凋亡及抑制氧化损伤等机制发挥肾脏保护作用。与动物实验研究结果不同，在一项前瞻性双盲临床试验中，BAHLMANN等[7]分别于再灌注时、术后第3天、7天给予实验组40 000IU的EPO，而对照组给予相同剂量的生理盐水，发现两组术后移植肾功能延迟恢复的发生率相似，EPO对受体肾功能的恢复及肾脏组织学损伤无影响。在另外3项临床研究中，研究者得到了与BAHLMANN等人相似的结果，EPO对移植肾功能延迟恢复的发生率及肾功能的恢复无影响[8-10]。在一项包含4项随机对照试验的临床荟萃分析表明，EPO对肾移植受体的肾功能恢复表现出保护作用趋势，但无统计学意义[11]。目前EPO在临床试验中并未观察到有意义的肾脏保护作用，其原因可能与EPO的给药时机及给药剂量的选择有关。

EPO发挥肾脏保护作用主要机制有：①减少多形核中性粒细胞(polymorphonuclearneutrophils,PMN)的浸润，抑制PMN所引起的炎症反应，减轻急性肾衰竭时肿瘤坏死因子-α(tumornecrosisfactor-α,TNF-α)、白细胞介素-2(interleukin-2,IL-2)等炎症因子的表达[12]。②通过上调血红素加氧酶-1(hemeoxygenase-1,HO-1)的表达发挥抗氧化应激损伤[13]。③下调促凋亡蛋白B细胞淋巴瘤-2相关X蛋白(Bcelllymphoma-2associatedXprotein,Bax)，上调B细胞淋巴瘤X基因长片段(Bcelllymphoma-extralarge,Bcl-xL)抗凋亡蛋白的表达，抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶-3(cysteinylaspartatespecificproteinase-3,Caspase-3)的活性表达，抑制细胞色素C由线粒体向细胞质移位，从而抑制凋亡产生[14]。④抑制肾间质纤维化的形成，促进肾小球上皮细胞和血管增生[15]。⑤抑制核因子-κB(nuclearfactor-κB,NF-κB)的活化和上调血管内皮细胞一氧化氮合酶(endothelialnitricoxidesynthase,eNOS)的表达，从而改善血管内皮功能，降低血管内凝血，减轻炎症反应[16]。

2 EPO衍生物的肾脏保护作用

目前发现的EPO衍生物有5种，即氨基甲酰促红细胞生成素(carbamylatederythropoietin，CEPO)、促红细胞生成素衍生肽(helixBsurfacepeptide，HBSP)、焦谷氨酸促红细胞生成素衍生肽(pyroglutamatehelixB-surfacepeptide，pHBSP)、去唾液酸促红细胞生成素(asialoerythropoietin，asialoEPO)、氨基甲酰促红细胞生成素-Fc融合蛋白(Carbamylatederythropoietin-FCfusionprotein，CEPO-FC)。由于关于CEPO-FC的相关研究较少，本综述将对其余衍生物在急性肾损伤中的保护作用作一综述。

2.1 氨基甲酰促红细胞生成素(CEPO)的肾脏保护作用CEPO是LEIST等[17]于2004年通过孵育、透析、超滤一系列方法得到的EPO的一种衍生物。将EPO转变为CEPO的过程实质上是EPO在适当的条件下暴露于氰酸盐时，其含有的赖氨酸氨甲酰化为高瓜氨酸的过程。研究证实，CEPO没有促进红细胞生成的作用，但对心脏、脑、肾脏等组织损伤仍然具有细胞保护的作用。HARUMI等[18]将CEPO和EPO作用于单侧输尿管完全梗阻所致急性肾损伤小鼠模型，发现CEPO和EPO均可显著抑制肾小管细胞凋亡和肾间质纤维化，对急性肾损伤产生保护作用。但EPO治疗组小鼠血红蛋白浓度、红细胞压积、网织红细胞计数显著高于CEPO治疗组小鼠，并发现EPO治疗组小鼠有1/3发生了楔形肾梗死，其血源性不良反应发生率显著高于CEPO治疗组。本研究亦探讨了不同剂量CEPO及EPO对急性肾损伤的保护作用，发现在抗肾间质纤维化方面，高剂量的治疗显著抑制了梗阻肾脏的间质纤维化，而低剂量对抑制肾间质纤维化无显著影响。RYOICHI等[19]将CEPO和EPO作用于肾缺血再灌注损伤的大鼠模型以模拟临床中常见的肾移植术。发现再灌注24h后CEPO治疗组中血肌酐水平明显低于盐水治疗，而EPO治疗组只表现出抑制肌酐升高的趋势，但和对照组相比差异无统计学意义。RYOICHI等[19]还发现再灌注24h后，CEPO表现出比EPO更强的抗肾小管上皮细胞凋亡作用。同样，在促肾小管上皮细胞再生方面，CEPO较EPO表现出更强的再生作用。研究者指出CEPO和EPO对肾小管的保护作用可能是通过上调骨髓成红细胞增多症病毒E26癌基因同源物(V-etserythroblastosisvirusE26oncogenehomolog-1,ETS-1)、三磷酸肌醇蛋白激酶(phosphotidylinsitol-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(proteinkinaseB,Akt)的表达来实现的，且CEPO较EPO表现出更强、更持久的抗凋亡及促再生作用。环孢素A(cyclosporinA,CsA)作为一种免疫抑制剂广泛应用于临床，它的使用使肾移植患者的生存率得到明显提高。但是，长期的使用可导致慢性肾脏病的发生，这也是临床中亟需解决的难题之一。TOYOFUMI等[20]采用皮下注射环孢素A的方法建立了肾损伤大鼠模型，探讨CEPO和EPO对于环孢素A所致肾损伤的保护作用及其相关机制。发现给予CEPO和EPO治疗后显著抑制了肾间质纤维化、巨噬细胞浸润、肾小管细胞凋亡，并指出其抗凋亡作用可能是通过诱导Akt磷酸化进而引起B细胞淋巴瘤-2(Bcelllymphoma-2,Bcl-2)家族抗凋亡基因的表达实现的。WILLEMIJN等[21]模拟了临床中以脑死亡患者为供体的肾脏移植术，将脑死亡4h后大鼠左侧肾脏给予再灌注，探讨CEPO和EPO对于肾损伤的保护作用。发现CEPO显著抑制了肾间质中性粒细胞浸润、抑制了肾组织中IL-1及IL-6的表达，改善了肾功能。但是，本研究发现给予CEPO和EPO治疗后并没有抑制肾小管上皮细胞的凋亡。所以，WILLEMIJN等指出CEPO对肾脏的保护作用可能是通过改善肾脏中内皮细胞和肾小球功能实现的。

2.2 促红细胞生成素衍生肽(HBSP)的肾脏保护作用HBSP是由BRINES等[22]于2008年首次发现并合成的，对EPO的结构研究表明其由HelixA、B、C、D4个疏水螺旋连接成环，并发现HelixB与EPO的组织保护作用相关。BRINES根据其三维结构合成了螺旋B表面肽，即促红细胞生成素衍生肽(HBSP)，并进一步证实其具有组织保护作用，而无促进红细胞生成的副作用[22]。在肾移植中，缺血再灌注损伤和环孢素A引起的肾损害是我们目前面临的一大难题。WU等[23]建立肾缺血再灌注大鼠模型，并给予CsA灌胃以模拟临床中肾移植时面临的情况，发现HBSP抑制了缺血再灌注和CsA引起的肾小管损害和肾间质纤维化的发展，抑制了肾间质的中性粒细胞浸润，抑制了凋亡相关蛋白胱天蛋白酶-3(Caspase-3)的活化与合成，并指出HBSP可能是通过抑制细胞凋亡与炎症反应来发挥肾脏保护作用的。HBSP是由11个氨基酸组成的多肽，当位于N端的谷氨酰胺发生环化反应时就会形成焦谷氨酸，即形成PHBSP。NIMESH等[24]建立了失血性休克所致急性肾损伤大鼠模型，并于液体复苏后60min时给予单剂量焦谷胺酸HBSP(pHBSP)。发现pHBSP可以促进Akt和糖原合成酶激酶-3β(glycogensynthasekinase-3,GSK-3β)的磷酸化而抑制NF-κB的激活，促进eNOS的磷酸化而导致NO的合成增加，从而揭示了HBSP在肾缺血再灌注中可能的保护机制。NIMESH等[24]还指出液体复苏后60min给予pHBSP处理仍对缺血再灌注肾脏具有保护作用，这为重大创伤性疾病的治疗提供了一个“黄金时段”。NIMESH等[25]通过夹闭两侧肾蒂建立了缺血再灌注大鼠模型，给予再灌注48h后，发现pHBSP可以促进Akt和GSK-3β的磷酸化而抑制NF-κB的激活，还可以提高eNOS的磷酸化而增加NO的生成，从而揭示了pHBSP在肾缺血再灌注中可能的保护机制。YANG等[26]则证实了HBSP能显著减轻小鼠肾脏缺血再灌注损伤后肾小管上皮细胞凋亡进而改善肾功能，并给予一种Akt抑制剂治疗后逆转了HBSP的肾脏保护作用。该研究指出其肾脏保护作用与PI3K/Akt信号通路的激活和凋亡蛋白Caspase-9及Caspase-3的活化受抑制有关。国内柴璐等[27]采用腹腔内注射顺铂的方法建立了急性肾损伤大鼠模型，给予各组大鼠不同治疗剂量的HBSP，发现HBSP可改善肾功能，抑制肾小管上皮细胞凋亡并促进其再生从而对肾脏产生保护作用。该研究还提出HBSP的使用剂量与顺铂所致急性肾损伤的肾脏保护作用存在正相关关系，其机制考虑可能与HBSP的剂量加大，其在循环系统中的有效浓度时间延长有关。柴璐等[28]还发现HBSP对横纹肌溶解所致急性肾损伤同样起到抑制肾小管细胞凋亡，进而改善肾功能的作用。

2.3 去唾液酸EPO(asialoEPO)的肾脏保护作用asialoEPO是GRASSO等[29]于2006年根据EPO的化学结构特点，用唾液酸苷酶将重组人促红细胞生成素结构中的唾液酸消化，再应用分离、纯化技术得到的，并证明了其不仅仍具有神经保护作用，而且血浆半衰期从5～6h缩短为2min，减少红细胞慢性增生等不良反应。临床中，糖尿病是患者发生急性肾损伤(acutekidneyinjury,AKI)的一个重要危险因素。NAKAZAWA等[30]建立了糖尿病小鼠肾缺血再灌注模型，发现asialoEPO可抑制肾间质纤维化及肾小管上皮细胞凋亡，并促进糖尿病小鼠肾小管上皮细胞的再生。YUKIYO等[31]在造影剂诱导急性肾损伤之前1h给予单次剂量asialoEPO预处理，发现抑制了肾小管上皮细胞的凋亡，肾功能得到明显改善，而且对红细胞的生成没有影响。研究者指出其肾脏保护作用可能是通过酪氨酸激酶2(januskinase2,JAK2)/ 转录因子5(signaltransducerandactivatoroftranscription5,STAT5)途径来介导的，与YANG等[25]的研究结果一致，该实验同样发现asialoEPO抑制了Caspase-3的活化，并指出可能与抗肾小管上皮细胞凋亡有关。TOSHIE等[32]给予小鼠行左侧肾切除术，右肾缺血60min后给予再灌注，发现EPO和asialoEPO均显著抑制了肾小管上皮细胞的凋亡，但asialoEPO治疗组小鼠较EPO治疗组具有更高的生存率。TOSHIE等[32]还指出asialoEPO对缺血再灌注损伤的肾脏保护作用是通过抑制p38丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinases，MAPK)表达，抑制Bcl-2相关死亡启动因子(Bcl-2associateddeathpromoter,Bad)并激活抗凋亡分子Bcl-xL和X连锁凋亡抑制蛋白(X-1inkedinhibitorofapoptosisprotein,XIAP)的表达实现的。

3 展 望

目前，大量动物实验已表明EPO衍生物对急性肾损伤具有保护作用，发挥与EPO相似的肾脏保护作用，但它避免了红细胞增多、血压升高、血栓形成等严重血源性副作用，具有良好的临床应用前景。由于目前关于EPO衍生物的研究较少，尽管动物实验已经证明其无EPO类似的血源性副作用，但是否会引起其他方面副作用尚不清楚，且目前尚无EPO衍生物肾脏保护作用的相关临床研究，需要进一步的实验研究尤其是临床研究来证明EPO衍生物的肾脏保护作用和安全性，为其临床应用提供依据。

[1]WIELOCHT,RUSCHERK,ROMNERB,etal.Post-ischemiccontinuousinfusionoferythropoietinenhancesrecoveryoflostmemoryfunctionafterglobalcerebralischemiaintherat[J].BMCNeurosci,2013,14(27):14-27.

[2]VOORSAA,BELONJEAM,ZIJLSTRAF,etal.AsingledoseoferythropoietininST-elevationmyocardialinfarction[J].EurHeart,2010,31(21):2593-2600.

[3]HOJMANP,TAUDORFS,LUNDBYC,PEDERSENBK,etal.Erythropoietinaugmentsthecytokineresponsetoacuteendotoxin-inducedinflammationinhumans[J].Cytokine，2009,45(3):154-157.

[4] 桑真真，许云，盛英杰，等.重组人红细胞生成素对脓毒症大鼠肾脏的保护作用[J].中华肾脏病杂志，2012,28(12):961-967．

[5]FERRARIOM,ARBUSTINIE,MASSAM,etal.High-doseerythropoietininpatientswithacutemyocardialinfarction：apilot，randomised，placebo-controlledstudy[J].IntJCardiol,2011,147(1):124-131.

[6]LUDMANAJ,YELLONDM,HASLEYONJ,etal.Effectoferythropoietinasanadjuncttoprimarypercutaneouscoronaryintervention：arandomisedcontrolledclinicaltrial[J].Heart,2011,97(19):1560-1565.

[7]BAHLMANNE,HAFERC,BECKERT,etal.High-doseerythropoietinhasnoeffectonshort-orlong-termgraftfunctionfollowingdeceaseddonorkidneytransplantation[J].KidneyInt,2012,81(3):314-320.

[8]SURESHKUMARKK,HUSSAINSM,MARCUSRJ,etal.Effectofhigh-doseerythropoietinongraftfunctionafterkidneytransplantation:arandomized,double-blindclinicaltrial[J].ClinJAmSocNephrol,2012,7(9):1498-1506.

[9]COUPESLB,FREITASLD,ROBERTSSA,etal.Erythropoietin-basatissueprotectiveagentinkidneytransplantation:apilotrandomizedcontrolledtrial[J].BMCResNotes,2015,8(1):21-30.

[10]MARTINEZF,KAMARN,PALLETN,etal.Highdoseepoetinbetainthefirstweeksfollowingrenaltransplantationanddelayedgraftfunction：ResultsoftheNeo-PDGFStudy[J].AmJTranspl,2010,10(7):1695-1700.

[11]VLACHOPANOSG,KASSIMATISTI,AGRAFIOTISA,etal.Perioperativeadministrationofhigh-doserecombinanthumanerythropoietinfordelayedgraftfunctionpreventioninkidneytransplantation:ameta-analysis[J].TransplInt,2015,28(3):330-340.

[12]ATESE,YMCINAU,YILMAZS,eta1.Protectiveeffectoferythropoietinonrenalisehemiaandreperfusioninjury[J].ANZJSurg,2005,75(12):1100-1105．

[13] 仇方忻，饶小胖，田芳，等．重组人促红细胞生成素对大鼠肾缺血再灌注损伤的保护作用[J]．国际泌尿系统杂志，2013，33(01)：57-60.

[14]TANIAR,STOYANOFFAB,JUANS,eta1.Ameliorationoflipopolysac—charide—inducedacutekidneyinjurybyerythropoietin：Involvementofmitochondri—regulatedapoptosis[J].Toxicology,2014,318(1):13-21．

[15] 徐鑫梅，杨亦彬，梁国标，等．低剂量促红细胞生成素减轻急性肾损伤后的慢性纤维化病变[J]．中华实验外科杂志，2013，30(3)：579-580．

[16]SOUZAAC,VOLPINIRA,SHIMIZUMH.etal.Erythropoietinpreventssepsis—relatedacutekidneyinjuryinratsbyinhibitingNF-kBandupregulatingendothelialnitricoxidesynthase[J].AmJPhysiolRenalPhysiol,2012,302(8):1045-1054.

[17]LEISTM,GHEZZIP,GRASSOG,eta1.Derivativesoferythropoietinthataretissueprotectivebutnoterythropoietic[J].Science,2004,305(5681):239-242．

[18]HARUMIK,YOSHITSUGUT,CHIGURES,eta1.Nonerythropoieticderivativeoferythropoietinprotectsagainsttubulointerstitialinjuryinaunilateralureteralobstructionmodel[J].NephrolDialTranspl,2008,23(5):1521-1528.

[19]RYOICHII,NAOTSUGUI,AKIHIKOO,etal.Carbamylatederythropoietinprotectsthekidneysfromischemia-reperfusioninjurywithoutstimulatingerythropoiesis[J].BiochemBiophysResCommun,2007,353(3):786-792.

[20]TOYOFUMIA,RYOICHII,YOICHIK,etal.CarbamylatedErythropoietinAmelioratesCyclosporineNephropathyWithoutStimulatingErythropoiesis[J].CellTranspl,2012,21(2-3):571-580.

[21]WILLEMIJNN,PETRAJ,ANTONY,eta1.Donorpretreatmentwithcarbamylatederythropoietininabraindeathmodelreducesinflammationmoreeffectivelythanerythropoietinwhilepreservingrenalfunction[J].CritCareMed,2010,38(4):1155-1161.

[22]BRINESM,PATELNS,VILLAP,etal.Nonerythropoietic,tissue-protectivepeptidesderivedfromthetertiarystructureoferythropoietin[J].ProcNatlAcadSciUSA,2008，105(31):10925-10930.

[23]WUY,ZHANGJ,LIUF,etal.ProtectiveeffectsofHBSPonischemiareperfusionandcyclosporineainducedrenalinjury[J].ClinDevImmunol,2013,28(4):758-764.

[24]NIMESHSA,KIRANK,AMAR,etal.Anonerythropoieticpeptidethatmimicsthe3Dstructureoferythropoietinreducesorganinjury/dysfunctionandinflammationinexperimentalhemorrhagicshock[J].MOLMED,2011,17(9-10):883-892.

[25]NIMESHS,HANNAHL,ELIZABETHG,etal.Delayedadministrationofpyroglutamatehelixbsurfacepeptide(phbsp)，anovelnonerythropoieticanalogoferythropoietin，attenuatesacutekidneyinjury[J].MolMed,2012,18(1):719-727.

[26]YANGC,ZHAOT,LINM,etal.HelixBsurfacepeptideadministeredafterinsultofischemiareperfusionimprovedrenalfunction，structureandapoptosisthroughbetacommonreceptor/erythropoietinreceptorandPI3K/Aktpathwayinamurinemodel[J].ExpBiolMed(Maywood),2013,238(1):111-119.

[27] 柴璐，王锋，范亚平，等.促红细胞生成素衍生肽对顺铂所致大鼠急性肾损伤的剂量反应关系的探讨[J].中国全科医学，2013,16(36):4288-4292.

[28] 柴璐，王锋，范亚平，等.促红细胞生成素衍生肽对横纹肌溶解大鼠急性肾损伤的肾脏保护作用[J].实用医学杂志，2013,29(19):3140-3142.

[29]GRASSOG,SFACTERIAA,ERHAYRAKTARS,etal.Ameliorationofapinalcordcompressiveinjurybypharmacologicalpreconditioningwitherythropoietinandanonerythropoieticerythropoietinderivative[J].NeurosurySpine,2006,4(4):310-318.

[30]NAKAZAWAJ,ISSHIKIK,SUGIMOTOT,etal.Renoprotectiveeffectsofasialoerythropoietinindiabeticmiceagainstischaemia-reperfusion-inducedacutekidneyinjury[J].Nephrology,2010,15(1):93-101.

[31]YOKOMAKUY,SUGIMOTOT,KUMES,etal.Asialoerythropoietinpreventscontrast-Inducednephropathy[J].JAmSocNephrol,2008,19(2):321-328.

[32]TOSHIE,TOKIHIKO,KEIICHI,etal.Asialoerythropoietinhasstrongrenoprotectiveeffectsagainstischemia-reperfusioninjuryinamurinemodel[J].Transplantation，2007,84(4):504-510.

(编辑 何宏灵)

2016-02-01

2016-07-28

新疆医科大学研究生创新创业项目(No.CXCY021)

宋光鲁，主任医师.E-mail:songgl030799@163.com

盛董董(1989-)，男(汉族)，在读硕士研究生.研究方向：泌尿系结石与脓毒血症.E-mail：1085660976@qq.com

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10.3969/j.issn.1009-8291.2016.12.021