促紅細胞生成素的神經保護與視網膜保護作用的研究進展

左相榮（綜述），韓 瑤（審校）

（1.河北省邢臺市人民醫院眼科，河北邢臺 054000；2.河北醫科大學第二醫院眼科，河北石家莊 050000）

·綜 述·

促紅細胞生成素的神經保護與視網膜保護作用的研究進展

左相榮1（綜述），韓 瑤2（審校）

（1.河北省邢臺市人民醫院眼科，河北邢臺 054000；2.河北醫科大學第二醫院眼科，河北石家莊 050000）

紅細胞生成素；視網膜；綜述文獻

促紅細胞生成素（erythropoietin，EPO），是一種具有調節血細胞生成作用的細胞因子。它通過與紅細胞膜上特異性促紅細胞生成素受體（erythropoietin receptor，EPOR）結合，發揮促紅細胞增殖和分化作用。目前在臨床上作為一種治療貧血的制劑而被廣泛使用。重組人促紅細胞生成素（recombinant human erythropoietin，rhEPO）是一種通過重組DNA技術生產的、含有與天然分離的EPO完全相同的氨基酸序列的糖蛋白，且與天然分離的EPO具有相同的生物學活性。rhEPO被廣泛應用于實驗室和臨床研究，結果［1］表明，有著不同表達部位的EPO是一種多功能的營養因子、一種組織特異性調節物。具有EPOR功能的結構已經在非紅系細胞上被廣泛發現，如骨髓細胞、淋巴細胞和巨核細胞；同時也在非造血細胞上廣泛存在，如內皮細胞、腎小球系膜細胞、心肌細胞和平滑肌細胞以及神經源細胞。目前，在中樞神經系統中已發現EPO和EPOR的表達［1］。EPO還誘導多種神經遞質的釋放，表明它能直接或間接影響神經傳遞。

1 EPO的生物功能

EPO是一種分子量為30～39kD的酸性糖蛋白，以前認為其主要是調節紅細胞生成的造血因子，產生于胎兒肝臟和成人腎臟。EPO的造血作用主要是抑制紅系前體細胞的凋亡，促進它向紅細胞的增殖和分化。紅細胞生成可以進一步改善組織的氧供，同時，組織氧供又作為一種關鍵的激素反饋機制，是EPO產生和造血功能的主要調節器。很多年來，EPO一直被認為只能作用于紅系前體細胞，然而許多研究顯示EPO除了造血功能外，還有許多潛在作用，其中神經系統已經發現EPO及其受體的表達。EPO也并不只是由胎兒肝臟和成人腎臟分泌產生，在神經系統內，不同的細胞形態（包括神經元、膠質細胞和內皮細胞）都產生和表達EPO及EPOR［2］。

2 EPO在神經系統發育中的作用

在胚胎、胎兒以及成年的嚙齒類、非人靈長類和人類的大腦中均已鑒定到EPO和EPOR。EPO和EPOR在發育中腦組織的存在暗示它們在神經發育中具有一定的作用。在神經的早期發育階段EPO是一種神經發生的成形物和誘導劑［3］。在發育過程中，最初由胎兒肝臟產生的EPO對于胚胎的存活是必要的。沒有EPO和EPOR或者擁有無功能EPO和EPOR的胚胎將由于缺乏胎肝的紅細胞生成功能而死于胚胎期。這樣的小鼠還將伴有其他器官異常如心室發育不全以及胚胎肝臟、心臟和腦的細胞凋亡的增加。近來的研究［4］表明在動物體內轉基因EPOR的表達能夠矯正這些缺陷。這些發現提示了EPO和EPOR系統在個體發育過程中的重要性。在胚胎發生過程中EPOR功能的缺損將導致神經元祖細胞數量的減少、神經發生的減少和神經細胞凋亡的增加。從這樣的敲除動物中培養的皮質神經元也顯示出對低氧敏感性的增高［3］。

3 EPO及其受體在神經系統中的表達及調節

EPO在造血系統中具有獨特的功能是顯而易見的，因為EPO的功能需經由激活特定的EPOR，所以評定EPOR的分布將有助于理解中樞神經系統中EPO的生物功能。

3.1 EPO和EPOR在神經系統中的表達：在嚙齒類動物、靈長類和人類的神經系統中均有EPO和EPOR的功能表達。腦源性EPO及其受體與體細胞中的同類物相比結構、功能和調節的不同已被認定。與rhEPO相比腦源性EPO分子量小，在體外較低濃度時活性更強，研究者［5］認為這是由于唾液酸化程度不同造成的。目前，EPO和EPOR已被定位于胚胎期、胎兒期以及成年鼠、猴和人類大腦中的特定區域。在人類腦中EPO和EPOR mRNA定位于活體的顳葉皮質、海馬、小腦以及扁桃體［6］。EPO和EPOR在發育腦中的存在和它們在成熟腦中的持續性存在說明它們在神經發育和大腦維持自身穩態環境中均有重要作用。在成年鼠的外周神經系統內也有EPO和EPOR的表達，EPOR存在于正常神經的背根神經節細胞的軸索和胞體中以及內皮細胞中。EPO和EPOR在正常神經軸索中的存在暗示它們有利于維持神經功能的完整性。

3.2 EPO和EPOR在神經系統內表達的調節：2000年，Bernaudin等［7］首次報道取自OF1鼠胚胎的培養神經細胞可表達EPO mRNA，且低氧可大大地促進這種表達，反之，環己亞胺，一種蛋白質合成抑制劑，可完全阻止這種表達。作者認為有一種氧感受系統能控制星狀膠質細胞和神經元產生EPO。與腎和胎兒肝中EPO的產生一樣，低氧對神經細胞EPO生成的影響部分可通過轉錄的激活因子-低氧誘導因子-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）來調節。低氧并不是腦內產生EPO的惟一刺激因素。胰島素和胰島素生長因子在體外培養的星形細胞中也可誘導EPO產生，且具有劑量依賴性，但具體機制尚不清楚。并且已知在一些細胞因子如白細胞介素、腫瘤壞死因子-α的作用下體位培養的星形膠質細胞中EPO表達下調［2］。

4 EPO的神經保護作用

4.1 EPO在中樞神經系統的作用：從神經心理測試和電生理評估情況看，重組EPO的治療有益于大腦功能恢復。這種改善與紅細胞增加，腦內缺氧狀態得到糾正有關。同時，已有活體及體外培養實驗顯示EPO可能有直接的神經營養和神經保護作用。

在體內，rhEPO可延長由于穹窿海馬橫斷所導致的隔膽堿能神經元損傷大鼠的存活期；在體外，rhEPO能增加神經元膽堿乙酰基轉移酶的活性。EPO可以刺激齒類動物皮質神經元的存活能力，還可以促進大鼠少突神經膠質細胞的分化和成熟。這說明EPO可能影響少突膠質細胞，使之促進正常或受損成熟中樞神經系統髓鞘的修復。

4.2 EPO以及rhEPO在視神經保護方面的研究：在體內實驗也已有許多神經系統損傷的模型證明了EPO作為神經保護劑的有效性［8］。包括大腦、脊髓缺血模型，蛛網膜下腔出血模型等。視網膜作為中樞神經系統的一個延伸，目前認為EPO對眼的視網膜也有保護作用。EPO和EPOR在胚胎和成年組織中廣泛表達，通過免疫染色發現EPOR主要定位于視神經節細胞層，低密度的染色標記存在于內核層和外核層。用含有特異性阻滯肽的抗EPOR抗體進行免疫反應也證實了EPOR在視網膜中的存在，免疫組織化學雙標記染色示EPOR的表達定位在視網膜神經節細胞、無長突細胞和Müller細胞［9］。

視網膜Müller細胞是視網膜中最主要的神經膠質細胞，它兼有少突和星形2種膠質細胞的特性，具有維護視網膜的正常結構、營養神經元、構成血-視網膜屏障、儲存和緩沖K+以及參與神經突觸傳遞等多種生理功能。隨著近年來對視網膜Müller細胞研究的深入，Müller細胞在視網膜疾病的病變過程中也起著重要的作用，例如機械損傷、光損傷、糖尿病性視網膜病變、視網膜缺血缺氧等均可引起Müller細胞發生一系列形態和功能的改變。Shah等［10］的研究證實，在糖尿病患者視網膜中鑒定出EPORmRNA的表達，在正常眼中EPOR表達于視網膜神經節細胞層，另外內核層和外核層也有微量表達，在糖尿病視網膜病變時EPOR移位至視網膜光感受器細胞，尤其是在周邊視網膜表達增加，并推測EPOR可能成為糖尿病視網膜病變的生物學標記。對于視網膜神經節細胞，Wang等［11］通過實驗證實rhEPO能夠通過血-視網膜屏障并影響急性高眼壓兔視網膜中bcl-2蛋白的表達減少視網膜節細胞的凋亡。

EPO不僅對視網膜神經節細胞和Müller細胞有保護作用而且對視網膜感光細胞有保護作用。EPO中具有神經保護作用而無促紅細胞生成作用的氨基酸片段，2011年Pasqualina等［12］更是通過實驗證實EPO的無促紅細胞生成素作用的氨基酸片段能減輕光誘導的光感受器損傷。

5 EPO神經保護的作用機制

EPO的神經保護作用機制還不十分清楚，EPO很可能通過多機制的協調發揮作用，包括限制組織損傷的分子產物如氧自由基和谷氨酸的激活，逆轉血管痙攣，減少凋亡，調節炎癥和復原干細胞等。

EPOR屬于細胞因子受體超家族成員，這些受體本質上都與生物信號的轉導有關，EPO在神經系統內的傳導機制可能與紅細胞生成的機制相同，EPO與EPOR結合使受體形成二聚體，Janus激酶2（Janus kinase，JAK2）發生自身磷酸化反應和受體活化，JAK2的激活導致其下游的信號轉導途徑被激活，包括促分裂原活化蛋白激酶、磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositaol 3-kinase，PI3K）和信號轉導和轉錄活化因子-5（signal transaucers and activators of transcription，STAT-5）。EPO受體受刺激通過網絡效應可引起相應靶細胞的增殖，抑制凋亡，以及分化作用，受體通過血細胞磷酸酶脫磷酸化而失活［13］。這些途徑對EPO的神經保護作用也是很重要的。神經元內JAK2、STAT-5和核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信號轉導系統的相互作用最近已被證明。EPO能呈劑量依賴性的升高核內NF-κB，而降低胞漿內的NF-κB，這與它的神經保護作用相一致，JAK2磷酸化對NF-κB的核轉運是必需的，對EPO的神經保護作用也是必需的，但是在紅細胞內EPO所誘導的NF-κB激活并不依賴JAK2途徑。JAK2和NF-κB的信號轉導系統的相互影響已有報道，通過這條途徑EPO可以防止興奮性中毒和一氧化氮誘導的神經元的凋亡［14］。

EPO可以促進神經元內Ca2+增加，電壓依賴式Ca2+通道的活化、Ca2+敏感轉錄因子的募集可以誘導神經元BDNF的表達。細胞內Ca2+增加還可以調節NF-κB、PI3K/Akt和STAT-5的活性發揮作用。

EPO還被證實具有抗氧化作用，一氧化氮介導的自由基或抗毒性作用也是EPO神經保護作用的基礎。另外，EPO的神經保護作用還包括減輕炎癥反應（抑制白細胞的浸潤和抑制炎癥細胞因子，如腫瘤壞死因子、白細胞介素-6和單核細胞趨化蛋白-1）［15］、促進血管生成［16］、神經營養及促進神經生長［17］的作用。

在眼視網膜神經節細胞培養中，EPO神經保護機能可能與上調Bcl-2和Bcl-XL基因有關［18］。但也有人持相反的意見，確切的機制還需要進一步研究。

6 總 結

通過以上對細胞培養和動物實驗的系統綜述，我們可以認為EPO是具備神經保護作用的。在眼科，青光眼、視網膜脫離、視網膜色素變性等視網膜視神經的缺血缺氧性疾病的共同病理機制是視網膜神經節細胞、光感受器細胞等神經元的凋亡，最終導致視功能的喪失。因此，EPO對治療此類疾病亦應有一定的意義。但是，EPO的臨床應用還是被動物實驗中所證實的毒性作用所阻礙。

R774

A

1007-3205（2012）02-0246-04

2011-05-25；

2011-07-01

左相榮（1981-），女，河北巨鹿人，河北省邢臺市人民醫院主治醫師，醫學碩士，從事眼科疾病診治研究。

10.3969/j.issn.1007-3205.2012.02.054