促紅細(xì)胞生成素及受體神經(jīng)保護(hù)作用的研究進(jìn)展

趙文博 郝 斌 楊 濤 曹文東 續(xù)慧民 皮興濤

1.山西醫(yī)科大學(xué)研究生院，山西太原 030001；2山西大醫(yī)院血管外科，山西太原 030032

促紅細(xì)胞生成素及受體神經(jīng)保護(hù)作用的研究進(jìn)展

趙文博1郝 斌2▲楊 濤2曹文東2續(xù)慧民2皮興濤2

1.山西醫(yī)科大學(xué)研究生院，山西太原 030001；2山西大醫(yī)院血管外科，山西太原 030032

促紅細(xì)胞生成素（EPO）是刺激紅細(xì)胞造血的生長因子和細(xì)胞因子。最近幾年，有報(bào)道顯示EPO在神經(jīng)系統(tǒng)中有重要的非造血功能，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生、維持、保護(hù)和修復(fù)有極為關(guān)鍵的作用。大量實(shí)驗(yàn)研究顯示EPO及其受體在神經(jīng)系統(tǒng)中有表達(dá)，在細(xì)胞培養(yǎng)和神經(jīng)系統(tǒng)紊亂的動(dòng)物模型中EPO發(fā)揮著顯著的神經(jīng)保護(hù)作用。本文對(duì)EPO的分子機(jī)制、神經(jīng)營養(yǎng)和神經(jīng)保護(hù)特性進(jìn)行綜述。

促紅細(xì)胞生成素；促紅細(xì)胞生成素受體；神經(jīng)保護(hù)；信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

▲通訊作者

促紅細(xì)胞生成素（erythoropoietin，EPO）是調(diào)節(jié)紅細(xì)胞生成的糖蛋白，在胚胎時(shí)期主要由肝臟表達(dá)，然而在孕30周至成年期間，肝臟的表達(dá)逐步由腎臟表達(dá)取代。在成人腎臟EPO主要由淺表腎單位周圍毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞或成纖維細(xì)胞合成，也可由肝臟、巨噬細(xì)胞、有核紅細(xì)胞產(chǎn)生。Dame等[1]的研究結(jié)果表明，EPO及EPO受體（erythoropoietin receptor，EPOR）在嚙齒類、靈長類等動(dòng)物及人類中廣泛存在。EPO基因表達(dá)不僅存在于上述組織細(xì)胞，還存在于白血病細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、CD34細(xì)胞及神經(jīng)細(xì)胞。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中其表達(dá)也呈時(shí)空分布。

1 EPO及EPOR的分子生物學(xué)特點(diǎn)

EPO分子量為34 kDa，EPO基因內(nèi)含5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子，位于7號(hào)染色體長臂22區(qū)（7q22），由193個(gè)氨基酸序列組成。人的EPO受體基因位于19號(hào)染色體短臂24區(qū)（19p24），由8個(gè)外顯子和7個(gè)內(nèi)含子構(gòu)成，編碼508個(gè)氨基酸序列。

EPO mRNA翻譯的氨基酸序列被切除27個(gè)氨基酸序列后高度糖基化為糖蛋白，再去除C端精氨酸轉(zhuǎn)化為含165個(gè)氨基酸的活性蛋白。在整個(gè)糖基化進(jìn)程中，糖基化形式不同，但其位點(diǎn)相同，從而構(gòu)成異構(gòu)體。EPO分子包括4條糖鏈：3條N2糖苷連接和1條O2糖苷連接的酸性低聚糖側(cè)鏈。重組人促紅細(xì)胞生成素（recombinant human erythropoietin，rhEPO）與腎源性EPO的差別也在于N-和O-上聚合的糖鏈構(gòu)成大小不同。EPOR是Ⅰ型膜糖蛋白，是超家族細(xì)胞因子受體成員之一，由508個(gè)氨基酸的單鏈穿膜糖蛋白組成，相對(duì)分子質(zhì)量為6.2×104kDa。Furmanek等[2]發(fā)現(xiàn)EPOR的特點(diǎn)是在胞外區(qū)具有半胱氨酸殘基和一個(gè)高度保守的WSXWS（色氨酸-絲氨酸-色氨酸-絲氨酸序列）小體。WSXWS是胞質(zhì)激素受體配基結(jié)合位點(diǎn)的必須組成部分，對(duì)刺激生長的配基的激活是關(guān)鍵的。

2 EPO及EPO受體在神經(jīng)系統(tǒng)中的分子機(jī)制和轉(zhuǎn)導(dǎo)

在神經(jīng)元細(xì)胞中，通過EPO而引發(fā)EPOR的激活是引起一連串復(fù)雜的級(jí)聯(lián)反應(yīng)的起始事件。EPOR屬于超家族細(xì)胞因子受體類型Ⅰ，通過同源二聚體而被激活。當(dāng)EPO連接到EPOR上時(shí)，引起受體的二聚化，蛋白酪氨酸激酶-2（janus tyrosine kinase-2，JAK-2）的自動(dòng)磷酸化和受體激活效應(yīng)。JAK-2的激活導(dǎo)致下游一些信號(hào)路徑的磷酸化，包括Ras-有絲分裂-激活-蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）途徑，磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）途徑和信號(hào)傳導(dǎo)-轉(zhuǎn)錄活化因子-5（singal transducer and activator of transcription-5，STAT-5）途徑[3-6]。

Sirén等[3]研究表明，以上這些路徑對(duì)于EPO的神經(jīng)保護(hù)效應(yīng)極為關(guān)鍵，因?yàn)镸APK和PI3K路徑的特異抑制因子在很大程度上廢除了缺血模型中EPO增加的神經(jīng)元的存活。此外，Digicaylioglu等[7]論證了在神經(jīng)元中，JAK-2和NF-кB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)之間的交互作用。通過這種路徑，EPO保護(hù)了皮質(zhì)神經(jīng)元免受興奮性毒性和一氧化氮誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，以及可以通過占主導(dǎo)作用的負(fù)反饋調(diào)節(jié)JAK-2的過表達(dá)或IКB的超表達(dá)，或通過NK-кB轉(zhuǎn)染的抑制劑對(duì)這種作用進(jìn)行阻止[7]。Chong等[5]報(bào)道了NK-кB在神經(jīng)元的抗凋亡效應(yīng)，涉及Akt-1的激活，磷酸化雙水楊酸雙酚A酯（Bad）和Bcl-XL的上調(diào)。另一方面，也可通過PI3K激活A(yù)kt-1[6]，然而，MAPK和STAT-5控制著Bcl-XL的上調(diào)。因此，通過維持彼此間復(fù)雜的鏈接而調(diào)節(jié)細(xì)胞路徑來完成EPO的保護(hù)作用。Kennedy等[8]已經(jīng)證實(shí)Akt-1的激活有助于神經(jīng)元的存活是通過穩(wěn)定線粒體膜電位，以及防止細(xì)胞色素C的釋放。一旦細(xì)胞色素C從線粒體釋放，半胱氨酸蛋白激酶（caspases）執(zhí)行者家族激活繼而激活了細(xì)胞的死亡，導(dǎo)致DNA的斷裂和磷脂酰絲氨酸（PS）薄膜殘余物的暴露。始終如一的是，在自由基損傷模型中，EPO通過Akt-1的激活為神經(jīng)元薄膜PS的暴露和DNA的斷裂提供保護(hù)，調(diào)節(jié)下游的線粒體膜電位、細(xì)胞色素C的釋放和 caspase-1，3，8 的活性。

3 展望

神經(jīng)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞在缺氧條件下處理，或在去鐵胺（DFX）和氯化鈷和（或）在過氧化氫抑制條件下處理，低氧應(yīng)激會(huì)增加EPO在體外的表達(dá)。缺氧誘導(dǎo)因子（HI）加速了神經(jīng)元細(xì)胞的死亡，不僅是壞死，更主要的是細(xì)胞凋亡。此外，Kumral等[9]研究表明EPO通過JAK2/STAT5激活，調(diào)節(jié)凋亡和抗凋亡途徑之間的平衡，以及誘導(dǎo)BCL-XL和Bcl-2表達(dá)來達(dá)到對(duì)神經(jīng)細(xì)胞凋亡的保護(hù)。EPO也抑制CASP3和CASP9并通過JAK-2信號(hào)通路來調(diào)節(jié)BAX。

EPO通過血管形成來抵抗HI的損傷并達(dá)到保護(hù)效應(yīng)，這是通過NF-kB的磷酸化及AKT和PI3K的激活來實(shí)現(xiàn)。這一機(jī)制通過缺血區(qū)血運(yùn)重建提高大腦中的血液攜氧能力來影響神經(jīng)血管的再生。此外，神經(jīng)血管的再生能促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞、神經(jīng)元和神經(jīng)祖細(xì)胞的產(chǎn)生，并增加缺血區(qū)的神經(jīng)再生。最后，EPO促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞分化成星形膠質(zhì)細(xì)胞或少突膠質(zhì)細(xì)胞，這種分化是與ERK和NF-kB的活化有關(guān)。Berkingali等[10]報(bào)道稱EPO也能延長脊神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的神經(jīng)突起。最近的一項(xiàng)關(guān)于神經(jīng)血管生成和腫瘤壞死因子（TNF-α）、EPO、VEGF 關(guān)系的報(bào)道顯示，TNF-α 與腫瘤壞死因子受體1（TNFR1）相互作用以及通過誘導(dǎo)EPOR的表達(dá)，對(duì)神經(jīng)內(nèi)皮細(xì)胞而敏感，通過放大VEGF/VEGFR2和ANG-1/TIE2途徑的活化作用來增強(qiáng)EPO誘導(dǎo)的血管生成[11]。Shen等[12]研究表明在神經(jīng)性炎癥中，IL-1與早期反應(yīng)有關(guān)并且誘導(dǎo)其他細(xì)胞因子和白細(xì)胞滲出物。EPO的注入延遲了IL-1表達(dá)的增加，減少了白細(xì)胞的滲出物。另外，通過毒性和感染EPO抑制了促炎因子的產(chǎn)生。Byts等[13]反映谷氨酸的興奮毒性/神經(jīng)毒性是通過N-甲基-D-天冬氨酸受體調(diào)節(jié)，并通過JAK-2/STAT和PI3K/AKT信號(hào)路徑或Ca2+激活K+通道的PI3K激活作用來提高EPO的治療效能。以相同的方式，EPO的反轉(zhuǎn)錄增加了脂質(zhì)過氧化及通過攝入酒精削減抗氧化水平。

最近有研究支持另一種EPO誘導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)的觀點(diǎn)，Xiong等[14]利用無EPOR的大鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，EPO的保護(hù)效應(yīng)是通過上調(diào)同側(cè)海馬和皮質(zhì)的抗凋亡蛋白p-Akt和Bcl-XL，這說明不依賴EPOR的這條通路也可以介導(dǎo)保護(hù)作用。

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Review on progress of neuroprotective effect of erythropoietin and erythropoietin receptor

ZHAO Wen-bo1HAO Bin2▲ YANG Tao2CAO Wen-dong2XU Hui-min2PI Xing-tao2

1.Graduate College of Shanxi Medical University,Taiyuan 030001,China;2.Department of Vascular Surgery,Shanxi Dayi Hospital,Taiyuan 030032,China

Erythropoietin(EPO)is a hematopoietic growth factor and cytokine which stimulates erythropoiesis.In recent years,EPO has been shown to have important nonhematopoietic functions in the nervous system.Nonerythropoietic actions of EPO include a critical role in the development,maintenance,protection and repair of the nervous system.A wide variety of experimental studies have shown that EPO and its receptor are expressed in the nervous system and EPO exerts remarkable neuroprotection in cell culture and animal models of nervous system disorders.In this review,we summarize the current knowledge on molecular mechanisms，neurotrophic and neuroprotective properties of EPO.

Erythoropoietin;Erythoropoietin receptor;Neuroprotection;Signal transduction

R34

A

1674-4721（2013）08（b）-0027-02

2013-04-17 本文編輯：魏玉坡）