10.高血糖对红细胞免疫功能及理化性质影响的研究进展

据资料显示，全球范围内18岁以上成年人的糖尿病患病率在2017年为8.4%，预计到2045年将上升至9.9%，其中发病率在65～70岁时达到顶峰，中国人口结构老龄化的问题日益加重，临床上合并糖尿病的患者势必增多。红细胞作为人体内占比最大的血细胞，承担着运输O₂、增强吞噬功能、免疫黏附及抗感染的职责，而红细胞变形性是保障其功能正常发挥的重要条件。研究显示，红细胞变形性会因疾病严重程度的增加而相应降低，不良代谢状态下的糖尿病患者红细胞变形能力明显减弱。这预示着糖尿病患者体内高血糖水平会影响红细胞的功能，进而加重糖尿病患者体内的微循环障碍。

一、糖尿病患者红细胞的变化

（一）生物化学变化

1.糖化血红蛋白

糖化血红蛋白（glycosylated hemoglobin，HbA1c）是葡萄糖和血红蛋白通过非酶促糖基化作用发生的不可逆反应的产物，它的性质取决于血糖水平，糖尿病病程和红细胞寿命。目前临床上多采用2010年由世界卫生组织提出的HbA1c≥6.5%作为糖尿病的诊断标准，血糖和HbA1c间的显著正相关现已被广泛接受，当平均血糖升高2mmol/L时，HbA1c升高1%。2型糖尿病患者胰岛β细胞分泌功能与HbA1c水平及病程呈负相关，相对于病程，患者胰岛β细胞分泌功能受HbA1c水平的影响更大。随着血糖的升高，高血糖症会导致血红蛋白和血糖间的非酶糖基化增加，从而增加HbA1c水平。另外，高血糖症会使红细胞寿命减少，从而减少血红蛋白和血糖间糖基化的反应时间，导致HbA1c产生减少。因此，如果不考虑红细胞寿命这一因素，最终的HbA1c水平将低于预测值，进而影响病情的诊治。

2.能量代谢

糖酵解是红细胞内ATP生成的唯一代谢途径，受到己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化反应的严格控制，且这些步骤具有不可逆性。2型糖尿病患者红细胞中主要的糖酵解酶活性发生了显著变化，其中己糖激酶活性显著增加，使得细胞内6-磷酸葡萄糖浓度升高，但磷酸果糖激酶活性显著降低，导致糖酵解过程进一步损伤，影响ATP的合成，损害了2型糖尿病患者的红细胞变形能力。同时，2型糖尿病患者红细胞中的乳酸脱氢酶活性随着动力学性质的改变而增加，有助于将丙酮酸转化为乳酸，从而导致乳酸酸中毒，也是糖尿病的突出特征。另外，由于体内血氧张力降低而导致的红细胞释放ATP能力受损、腺嘌呤和鸟嘌呤核苷酸去磷酸化的增加均表明2型糖尿病患者体内能量代谢问题较为严重。

（二）生物物理变化

1.红细胞形态

与正常红细胞相比，糖尿病患者红细胞有凹陷深度、直径、高度和变形指数等形态的变化，轴比、刚度、黏着力、聚集和刚度等指数的增加，糖尿病患者红细胞具有细长的形状以及更光滑的膜，其膜形成延伸的突起并围绕纤维蛋白自发扭曲（图10-1）。

2.磷脂酰丝氨酸

由于氧化应激抑制了细胞膜的运动，导致高血糖状态下红细胞磷脂不对称，膜脂质过氧化、流动性减弱、表面磷脂酰丝氨酸外翻增多，最终易被单核巨噬细胞系统清除。细胞表面的磷脂酰丝氨酸外露，通常被认为是参与吞噬作用（“eat-me”信号）的第一步。相对于老化而言，糖基化显著增强了红细胞膜磷脂酰丝氨酸的外化作用。

3.CD47

红细胞膜蛋白CD47的表达在衰老条件下受到调节，其构象变化可能代表参与红细胞吞噬的另一个“eat-me”信号。在糖化红细胞的膜上，CD47的整体表达未改变，但其构象发生了改变，表明糖化红细胞向吞噬细胞提供了潜在的补充“eat-me”信号。与正常红细胞相比，糖化红细胞溶血半衰期（HT₅₀）降低了71%，抗自由基诱导溶血的能力显著下降，表明糖基化可导致红细胞膜的氧化损伤从而引起红细胞脆性增加。

4.微囊泡

微囊泡（microvesicles，MVs）是细胞损伤或凋亡后从各种细胞类型脱落到细胞外空间的小囊泡，其名称来源于它们最初来自的细胞：内皮细胞微囊泡（EMVs），红细胞衍生微囊泡（ErMVs）和血小板衍生微囊泡（PMVs）。EMVs与内皮功能障碍有关，PMVs与血小板活化有关，Er-MVs与血栓形成和稳定性有关。胰岛素抵抗增加了细胞外囊泡的分泌，胰岛素信号转导蛋白的水平在具有高水平胰岛素抵抗和β细胞功能障碍患者的细胞外囊泡中被改变，MVs优先被白细胞内化致使炎症信号通路改变，白细胞参与红细胞活性、氧化应激及免疫调控相关的功能也随之改变。ErMVs的分泌与HbA1c水平无关，而是与空腹血糖水平呈正相关。此外，MVs不仅参与高血糖在2型糖尿病中增大血栓形成倾向的新机制，还是血栓形成的早期标志物。

二、糖毒性对红细胞的危害

（一）红细胞膜

高血糖通过对红细胞膜的直接作用影响红细胞流变学，包括脂质膜双层组成和微黏度的改变以及膜Na+-K+-ATP酶功能的变化。糖尿病患者红细胞膜的脂肪酸模式发生改变，如具有更高的饱和脂肪酸、更低的不饱和脂肪酸水平和更低浓度的ω-3脂肪酸。与正常红细胞相比，在糖尿病患者红细胞中观察到较低水平的磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺，以及较高水平的鞘磷脂和胆固醇，糖尿病患者红细胞膜的脂质组成成分显著改变。这些干扰均可通过影响红细胞向组织输送O₂而参与糖尿病微血管并发症的发病机制，而作为维持细胞内外离子动态平衡的关键酶Na+-K+-ATP酶，则可通过影响细胞体积的调节影响红细胞可变形性。

（二）红细胞变形性

糖尿病患者红细胞的膜变形性显著低于正常红细胞的膜变形性。特别值得注意的是，正常红细胞的细胞质中升高的HbA1c和降低的细胞变形性间存在明显的相关性，而糖尿病患者红细胞没有表现出此特点。由高血糖引起的红细胞血红蛋白和膜蛋白缓慢不可逆的糖化损害了糖尿病患者红细胞的膜变形性，且HbA1c水平高于9.05%后，糖尿病患者红细胞变形能力显著降低。

（三）红细胞寿命

与正常红细胞相比，糖尿病患者红细胞寿命显著下降，且红细胞寿命与空腹血糖水平呈负相关。细胞外氧化环境可能是2型糖尿病患者红细胞胱天蛋白酶-3活化的原因。有研究将胱天蛋白酶-3的激活设想为一种新的机制，该机制通过损害红细胞形状和功能的维持，与其他机制一起导致2型糖尿病患者红细胞寿命缩短，并使患者的部分血液流变学参数出现异常。人类红细胞肌酸（erythrocyte creatine，EC）含量会随着红细胞的老化而降低，EC含量是反映平均红细胞年龄的指标。与正常红细胞相比，2型糖尿病患者EC含量、高EC水平的比例明显更高。同时，女性患者EC含量、高EC的比例显著高于男性，表明女性红细胞对高血糖引起的脆弱性更为敏感。

（四）红细胞携氧功能

血红蛋白是红细胞在血液循环中运输O₂和CO₂的主要载体。糖尿病患者体内高氧化应激水平，酸碱代谢失衡可使红细胞血红蛋白结构发生改变，以及红细胞内2，3-二磷酸甘油酸（2，3-diphosphoglyceric acid，2，3-DPG）浓度降低，影响血红蛋白的携氧和释氧能力，造成机体组织器官的氧供不足，加重内环境紊乱。与正常红细胞相比，糖尿病患者红细胞中精氨酸酶Ⅰ的表达增强，促进生成活性氧，而活性氧反过来会上调红细胞精氨酸酶Ⅰ的表达，进一步刺激生成活性氧，最终形成内皮功能障碍。在血管收缩引起组织灌注减少的情况下，红细胞变形性的降低，全血黏度的增加，使得红细胞难以通过微血管并易聚集成团阻塞血管，进一步损害其自身及O₂的输送能力，从而产生恶性循环。

三、糖尿病患者红细胞免疫调节功能的变化

（一）识别携带抗原

在毛细血管中，由于红细胞变形性和与毛细血管壁的摩擦可使红细胞产生摩擦电荷，一旦血液中的细菌离红细胞足够近，电荷就会相互作用，将细菌拉动并固定在红细胞表面，同时氧合血红蛋白释放氧气氧化并杀死细菌，死亡的细菌失去电势，吸引力变弱被冲入血浆。如果细菌能够抵抗氧化，它会沿红细胞表面滑动，并在高速流动的血液中被困在红细胞凹面形成的“口袋”中。与正常红细胞相比，糖尿病患者红细胞体积减小，凹入深度减小，表面粗糙程度降低了一半左右，其与毛细血管壁及红细胞之间相互摩擦产生的电荷减小，拉动细菌并固定在其表面的能力减弱，且红细胞凹面形成的“口袋”变浅，也使其携带细菌、病毒等抗原的功能下降。

（二）清除循环免疫复合物

血液系统中90%以上的红细胞补体受体1（complement receptor 1，CR1）位于红细胞表面，循环中免疫复合物主要由红细胞CR1携带交给网状内皮系统中的巨噬细胞清除。糖尿病患者红细胞膜上CR1受到损害和消耗、C3b受体结合花环率（RBC-C3bRR）降低以及红细胞免疫复合物结合花环率（RBC-ICR）升高，表明糖尿病患者红细胞清除循环免疫复合物能力下降。体内免疫复合物无法被及时清除而沉积在毛细血管系统引起炎症和栓塞，是糖尿病并发症发展的基石。且随着空腹血糖水平（fasting plasma glucose，FPG）的升高，RBC-C3bRR改变幅度较RBC-ICR明显，说明FPG的变化对红细胞免疫黏附能力的影响更大。

（三）T细胞依赖反应

T淋巴细胞在机体特异性免疫调节过程中起着关键作用，CD4+细胞主要参与体液免疫，可诱导B淋巴细胞的活化与增殖，并促进CD8+细胞发育成熟。CD8+细胞主要参与细胞免疫，受抗原刺激后可转化为效应T细胞引起靶细胞裂解死亡。糖尿病患者体内CD3+细胞数量、CD4+细胞数量、CD4+/CD8+细胞比例及RBC-C3bRR明显下降，而糖尿病患者RBC-C3bRR与CD3+、CD4+细胞的数量呈正相关，表明红细胞免疫黏附功能的受损影响了T细胞的活化，机体自身免疫调节出现紊乱。

（四）促吞噬作用

与其他途径相比，吞噬细胞和多形核细胞识别吞噬红细胞携带的循环免疫复合物的速度更快，红细胞可显著增强吞噬细胞吞噬C3b-循环免疫复合物的功能，而自身并不会受到损伤或者被吞噬。糖尿病红细胞膜上CR1功能受到损害，将C3b-循环免疫复合物中C3b降解为iC3b的功能下降，粒细胞及单核细胞等吞噬细胞上CR3与iC3b的结合速率受到影响，且糖尿病患者红细胞超氧化物歧化酶活性的下降，消除吞噬细胞在吞噬过程中受到过氧化物氧化作用的功能随之下降，吞噬细胞功能受到损害，糖尿病患者红细胞的促吞噬作用相应减弱。

四、展望

作为糖尿病慢性并发症的重要病理生理学基础，微循环障碍在糖尿病胰岛素抵抗期就已存在，微循环功能的异常参与了整个糖尿病的发展过程。糖尿病患者内环境的改变，损害了红细胞的形态结构与功能，加重了糖尿病患者体内缺血缺氧的微循环状态。通过研究糖尿病对红细胞理化性质及免疫功能的影响，可为糖尿病患者的疾病管理与临床治疗提供一定的指导意义。

（张紫薇）

参考文献

［1］CHO N H，SHAW J E，KARURANGA S，et al.IDF diabetes atlas：global estimates of diabetes prevalence for 2017 and projections for 2045［J］.Diabetes Res Clin Pract，2018，138：271-281.

［2］SZABLEWSKI L，SULIMA A.The structural and functional changes of blood cells and molecular components in diabetes mellitus［J］.Biol Chem，2017，398（4）：411-423.

［3］何银辉，徐海燕，付麒，等.糖化血红蛋白和病程对2型糖尿病胰岛β细胞功能的影响［J］.南方医科大学学报，2019，39（09）：1003-1008.

［4］CHU H W，MA Y J，HUANG Z H.A pilot study：effect of erythrocyte lifespan determined by a modified carbon monoxide breath test on glycosylated hemoglobin interpretation［J］.J Breath Res，2020，14（2）：027101.

［5］BHISE S，RAO J，HEGDE M，et al.Type 2 diabetes differentially affects the substrate saturation kinetic attributes of erythrocyte hexokinase and phosphofructokinase［J］.FEBS Lett，2020，594（2）：240-250.

［6］DUDZINSKA，WIOLETA.Purine nucleotides and their metabolites in patients with type 1 and 2 diabetes mellitus［J］.J Biomedical Science and Engineering，2014，7（1）：38-44.

［7］BUYS A V，VAN ROOY M J，SOMA P，et al.Changes in red blood cell membrane structure in type 2 diabetes：a scanning electron and atomic force microscopy study［J］.Cardiovasc Diabetol，2013，12（1）：25.

［8］KEMPE-TEUFEL D S，BISSINGER R，QADRI S M，et al.Cellular markers of eryptosis are altered in type 2 diabetes［J］.Clin Chem Lab Med，2018，56（7）：e177-180.

［9］CATAN A，TURPIN C，DIOTEL N，et al.Aging and glycation promote erythrocyte phagocytosis by human endothelial cells：potential impact in atherothrombosis under diabetic conditions［J］.Atherosclerosis，2019，291：87-98.

［10］FREEMAN D W，HOOTEN N N，EITAN E，et al.Altered extracellular vesicle concentration，cargo and function in diabetes［J］.Diabetes，2018，67（11）：2377-2388.

［11］GKALIAGKOUSI E，NIKOLAIDOU B，GAVRIILAKI E，et al.Increased erythrocyte and platelet-derived microvesicles in newly diagnosed type 2 diabetes mellitus［J］.Diab Vasc Dis Res，2019，16（5）：458-465.

［12］KOSTARA C，BAIRAKTARI E，ELISAF M，et al.NMRBased lipidomic analysis of red blood cells membranes in type 2 diabetes［J］.Diabetes，2018，67（Supplement 1）：485.

［13］LI Q，YANG L Z.Hemoglobin A1c level higher than 9.05% causes a significant impairment of erythrocyte deformability in diabetes mellitus［J］.Acta Endocrinol（Buchar），2018，14（1）：66-75.

［14］KOGA M，INADA S，IJIMA H，et al.Shortened mean erythrocyte age in female patients with type 2 diabetes mellitus［J］.J Clin Lab Anal，2019，33（2）：e22681.

［15］ZHOU Z，MAHDI A，TRATSIAKOVICH Y，et al.Erythrocytes from patients with type 2 diabetes induce endothelial dysfunction via arginase I［J］.J Am Coll Cardiol，2018，72（7）：769-780.

［16］PERNOW J，MAHDI A，YANG J，et al.Red blood cell dysfunction：a new player in cardiovascular disease［J］.Cardiovasc Res，2019，115（11）：1596-1605.

［17］MINASYAN H.Mechanisms and pathways for the clearance of bacteria from blood circulation in health and disease［J］.Pathophysiology，2016，23（2）：61-66.

［18］董晓蕾，阮萍，雍军光，等.空腹血糖水平对2型糖尿病患者红细胞变形和免疫功能的影响［J］.中国糖尿病杂志，2015，23（09）：827-831.

［19］孟东，陈樱，靳建鸣，等.2型糖尿病患者红细胞CR1与T淋巴细胞亚群动态观察及相关性分析［J］.天津医科大学学报，2002，（01）：94-96.

［20］徐瑛，郭峰，叶天星.红细胞增强中性粒细胞吞噬作用及红细胞过氧化物歧化酶的临床意义［J］.上海医学，1990，（06）：346-348.