張紫薇 周曉芳 郭建榮

據(jù)資料顯示，2017年全球范圍內(nèi)18歲以上成年人的糖尿病患病率為8.4%，預(yù)計(jì)到2045年將上升至9.9%，其中發(fā)病率在65歲～70歲時(shí)達(dá)到頂峰，而中國(guó)人口結(jié)構(gòu)老齡化的問(wèn)題日益加重，臨床上合并糖尿病的患者勢(shì)必增多[1]。紅細(xì)胞作為人體內(nèi)占比最大的血細(xì)胞，承擔(dān)著運(yùn)輸O2、增強(qiáng)吞噬功能、免疫黏附及抗感染的職責(zé)，而紅細(xì)胞的變形性是保障其功能正常發(fā)揮的重要條件。研究顯示，紅細(xì)胞變形性會(huì)隨疾病嚴(yán)重程度的增加而降低，“不良”代謝狀態(tài)下的糖尿病患者的紅細(xì)胞變形能力明顯減弱[2]，這預(yù)示著糖尿病患者體內(nèi)高血糖水平會(huì)影響紅細(xì)胞的功能，進(jìn)而加重患者體內(nèi)的微循環(huán)障礙。

1 高血糖對(duì)紅細(xì)胞理化性質(zhì)的改變

1.1 糖化血紅蛋白：糖化血紅蛋白（haemoglobin A1c，HbA1c）是葡萄糖和血紅蛋白間通過(guò)非酶促糖基化作用發(fā)生的不可逆反應(yīng)的產(chǎn)物，它取決于血糖水平、糖尿病病程和紅細(xì)胞壽命[3]。目前臨床上多采用2010年由世界衛(wèi)生組織提出的HbA1c≥6.5%作為糖尿病的診斷標(biāo)準(zhǔn)，血糖和HbA1c間的顯著正相關(guān)現(xiàn)已被廣泛接受[4]，當(dāng)平均血糖升高2 mmol/L時(shí)，HbA1c升高1%。2型糖尿病患者胰島β細(xì)胞分泌功能與HbA1c水平及病程呈負(fù)相關(guān)，相對(duì)于病程，患者胰島β細(xì)胞分泌功能受HbA1c水平的影響更大[5]。隨著血糖的升高，高血糖癥會(huì)導(dǎo)致血紅蛋白和葡萄糖間的非酶蛋白糖基化增加，從而增加HbA1c水平。另一方面，高血糖癥會(huì)使紅細(xì)胞壽命縮短，從而減少血紅蛋白和葡萄糖間糖基化的反應(yīng)時(shí)間，導(dǎo)致HbA1c產(chǎn)生減少。因此，紅細(xì)胞壽命縮短這一因素可能導(dǎo)致最終的HbA1c水平低于預(yù)測(cè)值，進(jìn)而影響病情的診治[6]。

1.2 能量代謝：糖酵解是紅細(xì)胞內(nèi)ATP生成的唯一代謝途徑，受到己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化反應(yīng)的嚴(yán)格控制，且這些步驟具有不可逆性[7]。2型糖尿病患者紅細(xì)胞中主要的糖酵解酶活性發(fā)生了顯著變化，其中己糖激酶活性顯著增加，使得細(xì)胞內(nèi)6-磷酸葡萄糖濃度升高，但磷酸果糖激酶活性顯著降低導(dǎo)致糖酵解過(guò)程受到抑制[8-9]，影響ATP的合成，損害2型糖尿病患者的紅細(xì)胞變形能力。同時(shí)，2型糖尿病患者紅細(xì)胞中的乳酸脫氫酶活性隨著動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的改變而增加，有助于將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸，從而導(dǎo)致乳酸性酸中毒，這也是糖尿病的突出臨床表現(xiàn)之一[10]。另外，由于體內(nèi)血氧張力降低而導(dǎo)致的紅細(xì)胞釋放ATP能力受損、腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤核苷酸去磷酸化的增加均表明2型糖尿病患者體內(nèi)能量代謝障礙較為嚴(yán)重[11-12]。

1.3 紅細(xì)胞形態(tài)：與正常紅細(xì)胞相比，糖尿病患者的紅細(xì)胞有凹陷深度、直徑、高度和變形指數(shù)等形態(tài)的變化，軸比、剛度、粘著力、聚集和剛度指數(shù)均增加[13]。糖尿病患者的紅細(xì)胞具有細(xì)長(zhǎng)的外形以及更光滑的細(xì)胞膜，其胞膜延伸形成的突起可圍繞纖維蛋白自發(fā)扭曲[14]。見(jiàn)圖1。

圖1 掃描電子顯微鏡下糖尿病患者的紅細(xì)胞形態(tài)[14]

1.4 磷脂酰絲氨酸：由于氧化應(yīng)激抑制了細(xì)胞膜的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致高血糖狀態(tài)下紅細(xì)胞膜磷脂的不對(duì)稱，膜脂質(zhì)過(guò)氧化、流動(dòng)性減弱、表面磷脂酰絲氨酸外翻增多，最終易被單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)清除。細(xì)胞表面的磷脂酰絲氨酸外露，通常被認(rèn)為是參與吞噬作用（“eat-me”信號(hào)）的第一步。相對(duì)于老化而言，糖基化顯著增強(qiáng)了紅細(xì)胞膜磷脂酰絲氨酸的外翻作用[15]。

1.5 CD47：紅細(xì)胞膜蛋白CD47的表達(dá)在衰老條件下受到調(diào)節(jié)，其構(gòu)象變化可能代表參與紅細(xì)胞吞噬的另一個(gè)“eatme”信號(hào)。在糖化紅細(xì)胞的膜上，CD47的整體表達(dá)量不變，但其構(gòu)象發(fā)生了改變，表明糖化紅細(xì)胞向吞噬細(xì)胞提供了潛在的“eat-me”信號(hào)。與正常紅細(xì)胞相比，糖化紅細(xì)胞溶血半衰期（HT50）降低了71%，抗自由基誘導(dǎo)溶血的能力顯著下降，表明糖基化可導(dǎo)致紅細(xì)胞膜的氧化損傷從而引起紅細(xì)胞脆性增加[16]。

1.6 微囊泡：微囊泡（microvesicles, MVs）是多種類(lèi)型的細(xì)胞損傷或凋亡后從細(xì)胞胞體脫落到細(xì)胞外空間的小囊泡，其名稱取自它們最初來(lái)源的細(xì)胞，如內(nèi)皮細(xì)胞微囊泡（EMVs）、紅細(xì)胞衍生微囊泡（ErMVs）和血小板衍生微囊泡（PMVs）[17,18]。EMVs與內(nèi)皮功能障礙有關(guān)，PMVs與血小板活化有關(guān)，ErMVs與血栓形成和穩(wěn)定性有關(guān)。胰島素抵抗增加了細(xì)胞外囊泡的分泌，胰島素信號(hào)傳導(dǎo)蛋白的水平在具有高水平胰島素抵抗和β細(xì)胞功能障礙患者的細(xì)胞外囊泡中被改變，MVs優(yōu)先被白細(xì)胞內(nèi)化致使炎癥信號(hào)通路激活，白細(xì)胞參與紅細(xì)胞活性、氧化應(yīng)激及免疫調(diào)控相關(guān)的功能也隨之改變[19]。ErMVs的分泌與HbA1c水平無(wú)關(guān)，而是與空腹血糖水平呈正相關(guān)。此外，MVs不僅是高血糖癥在2型糖尿病中增加血栓形成傾向的新機(jī)制，還是血栓形成的早期標(biāo)志物[20]。2 糖毒性對(duì)紅細(xì)胞的損害

2.1 紅細(xì)胞膜：高血糖通過(guò)對(duì)膜的直接作用影響紅細(xì)胞流變學(xué)，包括脂質(zhì)膜雙層組成和微粘度的改變以及膜Na+-K+--ATP酶功能的變化。糖尿病患者紅細(xì)胞膜的脂肪酸模式發(fā)生改變，如含有更高水平的飽和脂肪酸、更低水平的不飽和脂肪酸和更低濃度的ω-3脂肪酸。與正常紅細(xì)胞相比，在糖尿病患者紅細(xì)胞中觀察到較低水平的磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺，以及較高水平的鞘磷脂和膽固醇，由此可見(jiàn)糖尿病患者紅細(xì)胞膜的脂質(zhì)組成產(chǎn)生顯著改變。這些變化均可通過(guò)干擾紅細(xì)胞向組織輸送O2而參與糖尿病微血管并發(fā)癥的發(fā)生[21]。而作為維持細(xì)胞內(nèi)外離子動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)鍵酶Na+-K+-ATP酶，則可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞體積影響紅細(xì)胞的變形性[22]。

2.2 紅細(xì)胞變形性：糖尿病患者紅細(xì)胞膜的變形性顯著低于正常紅細(xì)胞。值得注意的是，糖尿病患者紅細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中升高的HbA1c水平和降低的細(xì)胞變形性間存在明顯的相關(guān)性。紅細(xì)胞血紅蛋白和膜蛋白緩慢不可逆的糖化損害了紅細(xì)胞的變形性[23]，研究發(fā)現(xiàn)HbA1c水平高于9.05%后，紅細(xì)胞變形能力顯著降低[24]。

2.3 紅細(xì)胞壽命：與正常紅細(xì)胞相比，糖尿病患者紅細(xì)胞壽命顯著縮短，且紅細(xì)胞壽命與空腹血糖水平呈負(fù)相關(guān)[25]。細(xì)胞外氧化環(huán)境可能是2型糖尿病患者紅細(xì)胞caspase-3活化的原因，有研究將caspase-3的激活設(shè)想為一種新的機(jī)制，該機(jī)制通過(guò)損害紅細(xì)胞的形狀和功能，與其他途徑一起導(dǎo)致2型糖尿病患者紅細(xì)胞壽命縮短，并使患者的部分血液流變學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常[26]。人紅細(xì)胞肌酸（erythrocyte creatine，EC）含量會(huì)隨著紅細(xì)胞的老化而降低，EC含量是反映平均紅細(xì)胞壽命的指標(biāo)。與正常紅細(xì)胞相比，2型糖尿病患者高EC水平紅細(xì)胞的比例明顯增加。同時(shí)，女性患者高EC水平紅細(xì)胞的比例顯著高于男性，表明女性紅細(xì)胞對(duì)高血糖造成的損傷更為敏感[27]。

2.4 紅細(xì)胞攜氧功能：血紅蛋白是紅細(xì)胞在血液循環(huán)中運(yùn)輸O2和CO2的主要載體，糖尿病患者體內(nèi)存在高氧化應(yīng)激水平，酸堿代謝失衡可使紅細(xì)胞血紅蛋白結(jié)構(gòu)改變以及紅細(xì)胞內(nèi)2,3-DPG濃度降低，從而影響血紅蛋白的攜氧和釋氧能力，造成機(jī)體組織器官氧供不足，加重內(nèi)環(huán)境紊亂[28-29]。與正常紅細(xì)胞相比，糖尿病患者紅細(xì)胞中精氨酸酶I的表達(dá)增強(qiáng)，促進(jìn)生成活性氧，而活性氧反之上調(diào)紅細(xì)胞精氨酸酶I的表達(dá)，進(jìn)一步刺激活性氧生成，最終形成內(nèi)皮功能障礙[30]。在血管收縮引起組織灌注減少的情況下，紅細(xì)胞變形性降低，全血粘度增加，使得紅細(xì)胞難以通過(guò)微細(xì)血管并易聚集成團(tuán)造成阻塞，進(jìn)一步影響其攜氧功能，進(jìn)而產(chǎn)生惡性循環(huán)[31-33]。

3 糖尿病對(duì)紅細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)功能的影響

3.1 攜帶抗原：在毛細(xì)血管中，紅細(xì)胞與毛細(xì)血管壁的摩擦使紅細(xì)胞產(chǎn)生電荷，當(dāng)血液中的細(xì)菌靠近紅細(xì)胞，電荷的相互作用將細(xì)菌吸引并固定在紅細(xì)胞表面，同時(shí)血紅蛋白釋放O2氧化殺死細(xì)菌，死亡的細(xì)菌失去電荷，吸引力變?nèi)趺撀淙胙獫{。若細(xì)菌能抵抗氧化作用，它將沿紅細(xì)胞表面滑動(dòng)，并在高速流動(dòng)的血液中被困于紅細(xì)胞凹面形成的“口袋”里。與正常紅細(xì)胞相比，糖尿病患者紅細(xì)胞體積減小，凹陷深度減小，表面粗糙程度降低，其與毛細(xì)血管壁之間摩擦產(chǎn)生的電荷減少，吸引細(xì)菌并固定在其表面的能力減弱，致使其攜帶細(xì)菌、病毒等抗原的功能減低[34]。

3.2 清除循環(huán)免疫復(fù)合物：血液系統(tǒng)中90%以上的補(bǔ)體受體1（complement receptor 1，CR1）位于紅細(xì)胞表面，循環(huán)中免疫復(fù)合物主要由紅細(xì)胞CR1攜帶并交給肝脾網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)中的巨噬細(xì)胞加以清除。糖尿病患者紅細(xì)胞膜CR1受到損害和消耗，C3b受體結(jié)合花環(huán)率（RBC-C3bRR）降低以及紅細(xì)胞免疫復(fù)合物結(jié)合花環(huán)率（RBC-ICR）升高，表明糖尿病患者紅細(xì)胞清除循環(huán)免疫復(fù)合物能力下降。體內(nèi)免疫復(fù)合物無(wú)法及時(shí)清除而沉積在毛細(xì)血管系統(tǒng)可引起炎癥和栓塞，這也是糖尿病并發(fā)癥發(fā)生的基礎(chǔ)。且隨著空腹血糖水平（fasting plasma glucose，F(xiàn)PG）的升高，RBC-C3bRR改變程度較RBC-ICR明顯，說(shuō)明FPG的變化對(duì)紅細(xì)胞免疫黏附能力的影響更顯著[35]。

3.3 T細(xì)胞依賴反應(yīng)：T淋巴細(xì)胞在機(jī)體特異性免疫應(yīng)答過(guò)程中起關(guān)鍵作用，CD4+T細(xì)胞主要參與體液免疫，可誘導(dǎo)B淋巴細(xì)胞的活化與增殖，并促進(jìn)CD8+T細(xì)胞發(fā)育成熟。CD8+T細(xì)胞主要參與細(xì)胞免疫，受抗原刺激后可轉(zhuǎn)化為細(xì)胞毒性T細(xì)胞引起靶細(xì)胞裂解死亡。糖尿病患者體內(nèi)CD3+T細(xì)胞總數(shù)、CD4+T細(xì)胞數(shù)量、CD4+/CD8+細(xì)胞比值及RBC-C3bRR均明顯下降，而糖尿病患者RBC-C3bRR與CD3+、CD4+T細(xì)胞的數(shù)量呈正相關(guān)，表明紅細(xì)胞免疫粘附功能的受損可影響T細(xì)胞的數(shù)量，導(dǎo)致機(jī)體自身免疫調(diào)節(jié)功能紊亂[36]。

3.4 促吞噬作用：與其他細(xì)胞相比，吞噬細(xì)胞和多形核細(xì)胞識(shí)別吞噬紅細(xì)胞攜帶的循環(huán)免疫復(fù)合物的速度更快，紅細(xì)胞也可顯著增強(qiáng)吞噬細(xì)胞吞噬C3b-循環(huán)免疫復(fù)合物的功能，而其自身不會(huì)受到損傷[37]。糖尿病患者紅細(xì)胞膜上的CR1功能受損，將C3b-循環(huán)免疫復(fù)合物中的C3b降解為iC3b的能力下降，使得粒細(xì)胞及單核細(xì)胞等吞噬細(xì)胞上CR3與iC3b的結(jié)合速率受到影響。且糖尿病患者紅細(xì)胞超氧化物歧化酶活性降低，消除吞噬細(xì)胞在吞噬過(guò)程中受到過(guò)氧化物氧化的功能隨之下降，導(dǎo)致吞噬細(xì)胞功能受損，因此糖尿病患者紅細(xì)胞的促吞噬作用減弱[38]。

4 展望 作為糖尿病慢性并發(fā)癥的重要病理生理基礎(chǔ)，微循環(huán)障礙在糖尿病胰島素抵抗期便已存在，微循環(huán)功能的異常參與了整個(gè)糖尿病的發(fā)展過(guò)程[39]。糖尿病患者內(nèi)環(huán)境的改變，損害了紅細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能，加重了糖尿病患者體內(nèi)缺血缺氧的微循環(huán)狀態(tài)。研究糖尿病對(duì)紅細(xì)胞理化性質(zhì)及免疫功能的影響對(duì)糖尿病的機(jī)制研究與臨床治療具有一定的指導(dǎo)意義。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突