前言：
贫血是慢性肾脏病（chronic kidney disease, CKD）的重要临床表现之一，并且随着CKD的进展其发生率逐渐增加，几乎累及所有的CKD5期患者。一般认为，肾性贫血的发生是由多种因素综合所致，其中促红细胞生成素（erythropoietin, EPO）的绝对或相对缺乏是导致肾性贫血的最主要原因，其它因素如：铁剂、叶酸及B族维生素缺乏；感染、炎症、出血、氧化应激以及透析不充分等，均可导致贫血的发生。
刘必成 教授
东南大学附属中大医院
前言：
贫血是慢性肾脏病（chronic kidney disease, CKD）的重要临床表现之一，并且随着CKD的进展其发生率逐渐增加，几乎累及所有的CKD5期患者。一般认为，肾性贫血的发生是由多种因素综合所致，其中促红细胞生成素（erythropoietin, EPO）的绝对或相对缺乏是导致肾性贫血的最主要原因，其它因素如：铁剂、叶酸及B族维生素缺乏；感染、炎症、出血、氧化应激以及透析不充分等，均可导致贫血的发生。
1、肾性贫血治疗现状
EPO是肾脏分泌的一种糖蛋白类激素，能与红细胞表面的EPO受体结合，刺激红细胞增生、分化和成熟[1]。红细胞生成刺激剂（erythropoiesis-stimulating agents, ESAs）的临床应用是肾性贫血治疗的一个里程碑，极大减轻了慢性肾衰竭患者对输血的依赖和输血带来的风险，改善了CKD患者的预后。第1代ESAs是重组人促红细胞生成素，是一种免疫学及生物学特性均与人EPO极其相似的唾液酸蛋白激素，由于其半衰期短，每周需给药1-3次[2]。随后半衰期较长的第2代ESAs达依泊汀α，第3代ESAs甲氧基-聚乙二醇EPOβ应运而生[3,4]。生物仿制EPO以及EPOθ也在许多国家授权使用[5]。
随着ESAs在临床的广泛应用，尽管越来越多的贫血患者得到治疗，然而，目前使用的ESAs也有诸多不足，比如需要冷藏保存、反复静脉或皮下给药等，给许多CKD非透析患者带来不便，而对血液透析患者，静脉给药增加了护士的工作量。此外，许多临床研究发现，传统ESAs的使用，还有引起血压升高、血栓形成、增加心血管事件发生以及产生抗体导致纯红细胞再障等副作用，使其临床应用受到了一定的限制[6]。
此外，经验性应用ESAs治疗的过程中人们还发现，在纠正贫血的过程中铁剂的消耗增加，导致功能性的铁缺乏，从某种程度上增加了铁调素的水平[7]。而给予静脉铁剂，尽管可能会减少ESAs的使用剂量，改善贫血，但是没有改善铁调素上调导致的铁利用障碍。因此，寻找新型肾性贫血治疗药物具有十分重要的临床意义。
2、低氧诱导因子（Hypoxia-inducible factors, HIFs）的发现及结构特点
低氧是刺激红细胞生成的经典途径，在阐明这个应答机制的过程中，人们发现了EPO和HIF转录因子。HIFs是参与细胞低氧应答的主要介质，早在1992年，Semenza和Wang在低氧的肝癌细胞株Hep3B的细胞核提取物中发现，HIFs可以与EPO基因增强子的寡核苷酸序列特异性的结合，促进EPO基因转录[8]。无论是在低氧应激或者正常情况下，HIFs都是红细胞生成所必须的。在转基因动物模型中，HIFs表达缺失可导致贫血的发生。与此同时，HIFs过表达可导致红细胞生成增多[9,10]。
EPO是由HIFs调节的广泛分布的低氧诱导基因表达的一部分。HIFs以异二聚体形式存在，包含一种氧敏感α亚基和一种组成性表达β亚基[11]。目前已证实哺乳动物中有3种α亚基：HIF-1α，HIF-2α和HIF-3α，目前研究主要集中在HIF-1α和HIF-2α，它们在调节细胞低氧应答中发挥了至关重要的作用。HIF-1α普遍存在，它与HIF-2α协同，可以促进氧的转运以及细胞对低氧的应答，改变特定细胞的基因表达，从而提高肾脏和肝脏的EPO表达，增加铁的利用，改变骨髓微环境，促进红系祖细胞成熟和增殖[12]。虽然HIF-1α和HIF-2α共同调节了许多基因表达，但在成人，EPO合成以及铁代谢主要由HIF-2α调控[13]。
3、HIFs的降解
HIF-α亚基持续不断生成的同时，也在不断的降解。因此，控制HIF-α的降解速度是调控HIFs活性和红细胞生成的关键因素。HIF-1α和HIF-2α各包含两个脯氨酸残基，在正常情况下，氧依赖性HIFs的降解始于脯氨酰-4-羟化酶结构域（prolyl-4-hydroxylase domain, PHD）介导的HIF-α亚基的脯氨酸羟化[13]。PHD包括PHD1，PHD2和PHD3三种酶或者跨膜PHD蛋白，属于2-氧化戊二酸（2-OG）依赖的加双氧酶，以氧为基质，羟化HIF-α特异性的脯氨酸残基，羟化的HIF-α随即被VHL泛素连接酶复合物识别降解[14]。
PHD2是调节HIFs活性的主要羟化酶，研究表明，PHD2基因突变导致其催化活性受到抑制，会引起红细胞生成增多[15]。在低氧情况下，PHD羟化受到抑制，HIFs信号通路激活。肾脏是合成EPO最主要的场所，同时也在不同的细胞中表达PHD1、PHD2和PHD3，然而研究发现，在EPO合成细胞中可以观察到所有PHDs的基因转录[16]。此外，在HIF-α羧基端反式激活结构域，HIF抑制因子可以通过催化天冬酰胺残基羟基化，调节共激活因子活化，转录激活HIF二聚体[15]。（HIFs降解以及低氧诱导红细胞生成示意图，见图1）
图1.
注:Pro-OH（羟化的脯氨酸残基）
4、HIFs的作用与肾性贫血
低氧情况下，HIF-2α通过HIF-PHD氧敏感信号通路使EPO生成增加，进而引起红细胞生成增多。与此同时，该信号通路也可通过增加铁摄入以及铁的利用率，满足骨髓造血的需求。HIF-2α在铁的摄入中发挥重要作用，在铁缺乏动物模型中，它可以增加二价金属转运体1（divalent metal transporter 1, DMT1）和十二指肠细胞色素b还原酶（DCYTB）1基因转录[14]。DMT1主要负责将铁转运至细胞质，DCYTB可以减少在铁剂被肠道摄取之前的三价铁（Fe3+）向二价铁（Fe2+）转化。其他HIFs调节的参与铁代谢的因子包括转铁蛋白、转铁蛋白受体、血浆铜蓝蛋白、血红素加氧酶-1、膜铁转运蛋白（ferroportin, FPN）等，其中FPN是迄今为止发现的唯一的细胞铁输出蛋白，参与细胞内铁向血浆转运，并且可以被铁调素降解[17，18]。
铁调素是由25个氨基酸组成的小分子活性肽，主要由肝细胞产生，可以抑制肠道铁的吸收以及机体贮备铁的释放。炎症可促进铁调素表达增加，从而引起肠道铁吸收减少和巨噬细胞铁潴留。CKD患者由于炎症刺激以及肾脏对铁调素排泄减少，导致铁调素表达增加，最终导致铁利用障碍性贫血的发生，这可能也是肾性贫血的机制之一[19]。研究表明，低氧诱导HIFs信号通路的激活，抑制肝脏铁调素合成，可以增加铁的摄取和利用。早期的研究表明， HIF-1α可以和铁调素mRNA启动子结合，影响其转录[20]。
然而随后的动物实验模型证明，HIFs诱导的铁调素表达抑制主要依赖于EPO介导的红细胞生成增多，提示HIF-2α介导的EPO表达增加是HIF抑制铁调素表达的主要机制，而不是HIF-1α对铁调素基因转录的调控，这一假设在随后的研究中已被证实[21]。（HIFs对铁代谢的影响，见图2）
图2.
5、HIFs稳定剂
如上所述，药理学激活HIFs有可能为治疗肾性贫血提供新的治疗策略。HIFs稳定剂主要是指PHD抑制剂，通过与包含二价铁的激活位点结合，抑制2-OG共底物，进而抑制PHD催化活性。HIFs稳定剂可维持血浆EPO浓度在一个相对生理学范畴，这就避免了大剂量静脉给药造成EPO过量，减少心血管事件的发生，同时可以增加铁的吸收和利用，减少静脉铁剂的使用。
然而PHDs属于2-OG依赖加氧酶超家族，因此，理论上讲PHD抑制剂可以影响其他非HIFs作用靶点的2-OG依赖加氧酶，这种潜在的脱靶效应需要在进行临床实验前谨慎评估[22]。HIFs增多本身也存在一定风险，研究证明，HIFs参与血管紧张性以及血压的调节，可以导致肺动脉高压的发生[11]。此外，激活HIFs信号可以引起许多恶性肿瘤的发生，参与血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）的调控，对血管再生也有一定作用[11,23]。与到目前为止，有6种以促进EPO合成以及激活HIFs为目的的PHD抑制剂在临床试验中注册。
FG-2216在原理循证研究中，PHD抑制剂FG-2216可以显著提高血液透析患者的血浆EPO浓度，令人惊讶的是， FG-2216对无肾患者也有一定的功效[24]。然而该实验也存在严重的不良事件，由于一例致死性肝坏死的发生，导致该药物的II期临床实验被FDA临时叫停。
FG-4592可以同时抑制三种HIF-PHD，半衰期约12小时，并且可以每二周或者每三周一次口服给药，剂量从1mg/kg到2mg/kg不等。目前，研究已证实，在血液透析、腹膜透析以及非透析CKD患者中，FG-4592都有良好的耐受性，可以维持Hb浓度在靶目标范围内，对铁代谢也有一定的作用[25]。FG-4592可以增加总铁结合力，降低血清铁蛋白水平，并且可以降低铁调素的浓度。此外，FG-4592对红细胞生成的作用不受炎症因素的影响[25]。目前FG-4592已进入III期临床研究。
GSK1278863由葛兰素史克公司研发，已进入II期临床试验，可以抑制PHD2和PHD3的活性，同时增加HIF-1α和HIF-2α的稳定性。在小鼠模型中，GSK1278863 60mg/kg口服给药，可以迅速提高肝脏EPO mRNA的表达，以及6小时后可观察到肾脏EPO mRNA表达增加，与基线水平相比，在给药6-8小时后可以观察到血浆EPO浓度升高8倍以上[14]。近期的一项多中心随机单盲安慰剂对照平行研究表明，与安慰剂组相比，无论在CKD3-5期非透析患者还是CKD5期血液透析患者中，GSK1278863均可导致剂量依赖性血浆EPO浓度升高，从而使Hb达到靶目标值，此外，在所有给药组中还可观察到剂量依赖性的铁调素水平下降以及总铁结合力和不饱和铁结合力的提高[26]。
AKB-6548稳定HIF-2α的能力较HIF-1α更为明显，并且对提升血浆EPO浓度也存在剂量依赖性，已完成IIb期临床实验。2016年完成的为期20周的随机双盲安慰剂对照研究发现，在CKD患者中可以观察到AKB-6548具有较好的耐受性，并且可以维持Hb浓度在靶目标范围内，与目前临床常用的ESAs相比，其优势在于提升血浆EPO更符合生理要求范畴，Hb波动范围相对较小，Hb浓度超过130g/L的比例相对较小。跟其他HIFs稳定剂类似， AKB-6548可以提高血清总铁结合力，降低血清铁蛋白和铁调素水平[27]。与既往的研究不同，还研究发现，AKB-6548治疗组的VEGF并没有明显的升高，在后续的研究中，仍需进一步确认。
BAY85-3934 拜耳公司研发，结构上与之前提到的HIF稳定剂有所不同，它可以同时抑制3种HIF-PHD，尤其是对PHD2的抑制更加明显，目前已进入II期临床实验[28]。在肾衰以及炎症性贫血动物模型中，BAY85-3934可以有效的提高EPO的浓度，此外，在肾切除大鼠中还观察到该药物具有抗高血压以及心脏保护作用[28]。
其它HIFs稳定剂：目前注册的HIFs稳定剂，如JTZ-951和DS-1093正处于动物实验阶段，临床前研究资料尚未发表[14]。
随着对氧依赖EPO调节机制的深入研究，推动了肾性贫血治疗方法的改进与更新。HIFs稳定剂可以有效提高EPO浓度，纠正贫血，并且可以降低铁调素水平，目前已进入III期临床研究阶段，其确切的临床疗效以及远期应用的安全性仍待进一步的临床研究进行评估。
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参考文献
1. Fisher JW. Erythropoietin: physiology and pharmacology uplated. Experimental Biology and Medicine, 2003; 228(1):1-14.
2. Faulds D and Sorkin EM. Epoetin (recombinant human erythropoietin). A review of its pharmacodynamic and pharmacokinetic properties and therapeutic potential in anaemia and the stimulation of erythropoiesis. Drugs, 1989; 38(6):836-99.
3. Eqrie JC, Dwyer E, Browne JK, et al. Darbepoetinalfa has a longer circulating half-life and greater in vivo potency than recombinant human erythropoietin. ExpHematol, 2003;31(4):290-299.
4. Curran MP, McCormack PL. Methoxy polyethylene glycol-epoetin beta: a review of its use in the management of anaemia associated with chronic kidney disease. Drugs, 2008;68(8):1139-1156.
5. Jelkmann W. The ESA scenario gets complex: from biosimilar epoetins to activintraps. Nephrol Dial Transplant, 2015;30(4):553-559.
6. Maxwell PH, Eckardt KU. HIF prolyl hydroxylase inhibitors for the treatment of renal anaemia and beyond. Nat Rev Nephrol, 2016;12(3):157-168.
7. Babitt JL, Lin HY. Mechanisms of anemia in CKD. J Am SocNephrol, 2012;23(10): 1631-1634.
8. Semenza GL, Wang GL. A nuclear factor induced by hypoxia via de novo protein synthesis binds to the human erythropoietin gene enhancer at a site required for transcriptional activation. Mol Cell Biol, 1992;12(12):5447-5454.
9. Gruber M, Hu CJ, Johnson RS, et al. Acute postnatal ablation of Hif-2alpha results in anemia. Proc Natl AcadSci U S A. 2007;104(7):2301-2306.
10. Kapitsinou PP, Liu Q, Unger TL, et al. Hepatic HIF-2 regulates erythropoietic responses to hypoxia in renal anemia. Blood, 2010;116(16):3039-3048.
11. Semenza GL. Hypoxia-inducible factors in physiology and medicine. Cell, 2012;148(3): 399-408.
12. Semenza GL. HIF-1 and mechanism of hypoxia sensing. CurrOpin Cell Biol, 2001; 13(2):167-171.
13. Bonomini M, Del Vecchio L, Sirolli V, et al. New Treatment Approaches for the Anemia of CKD. Am J Kidney Dis, 2016;67(1):133-142.
14. Koury MJ, Haase VH. Anaemiainkidney disease: harnessing hypoxia responses for therapy. Nat Rev Nephrol, 2015;11(7):394-410.
15. Kaelin WG Jr, Ratcliffe PJ. Oxygen sensing by metazoans: the central role of the HIF hydroxylase pathway. Mol Cell, 2008;30(4):393-402.
16. Pan X, Suzuki N, Hirano I, et al. Isolation and characterization of renal erythropoietin-producing cells from genetically produced anemia mice. PLoS ONE, 2011; 6(10):e25839.
17. Lok CN, Ponka P. Identification of a hypoxia response element in the transferrin receptor gene. JBiolChem, 1999; 274(34):24147–24152.
18. Taylor M, Qu A, Anderson ER, et al. Hypoxia-inducible factor-2α mediates the adaptive increase of intestinal ferroportin during iron deficiency in mice. Gastroenterology, 2011; 140(7):2044–2055.
19. Ganz T. Hepcidin and iron regulation, 10 years later. Blood, 2011; 117(17):4425-4433.
20. Peyssonnaux C,Zinkernagel AS, Schuepbach RA, et al. Regulation of iron homeostasis by the hypoxia-inducible transcription factors (HIFs). J Clin Invest, 2007; 117(7):1926–1932.
21. Liu Q, Davidoff O, Niss K, et al. Hypoxia-inducible factor regulates hepcidin via erythropoietin-induced erythropoiesis. J Clin Invest, 2012; 122(12):4635–4644.
22. Loenarz C, Schofield CJ. Expanding chemical biology of 2-oxoglutarate oxygenases. Nat ChemBiol. 2008; 4(3):152–156.
23. Krock BL, Skuli N, Simon MC. Hypoxia-induced angiogenesis: good and evil. Genes Cancer. 2011; 2(12):1117–1133.
24. Bernhardt WM, Wiesener MS, Sciqalla P, et al. Inhibition of prolyl hydroxylases increases erythropoietin production in ESRD. J Am SocNephrol, 2012; 21(12):2151-2156.
25. Provenzano R, Besarab A, Wright S, et al.Roxadustat (FG-4592) Versus Epoetin Alfa for Anemia in Patients Receiving MaintenanceHemodialysis:A Phase 2, Randomized, 6-to 19-Week, Open-Label, Active-Comparator,Dose–Ranging,Safety and Exploratory Efficacy Study. Am J Kidney Dis, 2016,67(6):912-924.
26. Brigandi RA, Johnson B, Oei C, et al. A Novel Hypoxia-Inducible Factor-Prolyl Hydroxylase Inhibitor (GSK1278863) for Anemia in CKD: A 28-Day, Phase 2A Randomized Trial. Am J Kidney Dis, 2016;67(6):861-871.
27. Pergola PE, Spinowitz BS, Hartman CS, et al. Vadadustat, a novel oral HIF stabilizer, provides effective anemia treatment in nondialysis-dependent chronic kidney disease. Kidney Int, 2016; 90(5):1115-1122.
28. Flamme I, Oehme F, Ellinqhaus P, et al. Mimicking hypoxia to treat anemia: HIF-stabilizer BAY 85–3934 (molidustat) stimulates erythropoietin production without hypertensive effects. PLoS ONE, 2014; 9(11):e111838.
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