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1、1促红细胞生成素与脑缺血性损伤【关键词】 促红细胞生成素 脑缺血性损伤促红细胞生成素(erythropoietin,EPO)是由肾脏和胚胎肝脏产生的一种能促进红细胞生成的细胞因子,其通过结合细胞表面的特异性受体而发挥作用。以往认为 EPO 特异而专一地作用于造血细胞，但目前认识到 EPO 对其它细胞也有作用。功能性 EPO 受体除存在于造血系统外，还存在于各种非造血系统,包括中枢神经系统（central nervous system,CNS） 。EPO 作为细胞因子超家族中的一员,在体内和体外均显示出显著的神经保护功能1。本文回顾了 EPO 在脑缺血损伤方面的研究及对脑保护作用的机制。1 EP
2、O 的生物学特性EPO 是第一个被发现并应用于临床的造血生长因子。早在 1906年,Carnot 等发现兔失血后会在外周血中产生一种可作用于造血系统以加速红细胞生成的物质，由此提出存在一种体液因子以反馈方式调节血细胞生成。时隔 30 多年以后此观点得以证实，这种因子被命名为促红细胞生成素。天然 EPO 是一种含唾液酸的酸性糖蛋白，分子量为 34 000，由 165 个氨基酸组成。人 EPO 基因位于第 7 号染色体长臂 1112 区，由 4 个内含子(1 562 bp)和 5 个外显子2(582 bp)构成。由基因重组技术合成的重组人促红细胞生成素（rhEPO）分子量为 30 400，其理化性
3、质和生物学活性与天然内源性红细胞生成素相同。目前已知 CNS 存在脑源性 EPO，其分子量（33 kD）较血清 EPO（35 kD）小，可能因其唾液酸基较小之故，但作用却比血清 EPO 为强。2 内源性 EPO 及 EPO 受体不断证实 CNS 存在 EPO。正常脑组织 EPO 及 EPO 受体均呈低水平表达, 缺氧、缺血等病理状态时表达增加,脑脊液 EPO 浓度明显升高。目前，在人类大脑皮质、海马及恒河猴的许多脑部区域可以检测到 EPO 受体，主要存在于神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞、脑毛细血管内皮细胞，且研究表明 EPO 受体总在 EPO 出现前表达2。 Masuda 等通过 South
4、ern 印迹法证实脑中有与肾源性 EPO相同的 DNA 片断, 通过免疫化学法证实星形细胞中有 EPO 产生。动物实验研究发现，在局灶性、持续性脑缺血小鼠和短暂性前脑缺血沙土鼠脑内存在脑源性 EPO 的表达。EPO 和 EPO 受体的表达受组织氧供的调节，当组织氧供缺乏时,EPO 和 EPO 受体在脑、肾脏和肝脏等的表达均增加，低氧依赖的 EPO 和 EPO 受体表达的增加主要是由缺氧诱导因子-1(HIF-1) 来调节的3。3 外源性 EPO 的转运3最新研究表明，EPO 可能是一种能被选择性转运的大分子物质。早有研究者利用生物素标记的 rhEPO 静脉注射于实验动物，5 h 后可以观察到 r
5、hEPO 存在于微血管周围并进入脑实质，大量非标记rhEPO 的联合注入明显减少了标记的 rhEPO 数量，符合一种特殊的可饱和转运机制。近来 Wang 等4在大鼠颈总动脉栓塞 6 h后静脉注射不同剂量的 rhEPO,采用 ELISA 测量大鼠血浆、脑脊液和脑室质的含量,发现高剂量水平的 rhEPO 在静脉注射 30 min 后,可在大鼠血浆、脑脊液和脑室质中检测到,而低剂量水平的 rhEPO 则显然更少。上述实验说明 EPO 可以透过受损伤的血脑屏障，其透过血脑屏障的可能机制为：脑缺血时脑毛细血管内皮细胞表达大量EPO 受体，EPO 与其结合后再通过胞饮的形式进入脑内。目前，就EPO 能否透
6、过血脑屏障仍有不同观点，但大多数研究者认为 EPO可以透过血脑屏障。4 EPO 对脑缺血的保护作用研究者通过各种途径探索 EPO 对脑缺血的保护作用。在动物脑缺血模型的研究中,脑室内注射 rhEPO,可使缺血损伤的海马 CA1 区神经元凋亡明显减少,并明显降低脑梗死范围。大量实验发现，腹腔注射 rhEPO 可以明显减小大鼠脑梗死的面积，且其有最适合的剂量，而且因给药时间的不同，梗死面积的变化也不同。另最近报道,4rhEPO 鼻腔给药对大鼠局灶性脑缺血具有保护作用,其有效剂量仅为腹腔注射有效剂量的 1/505。5 EPO 脑保护作用的可能机制5.1 清除自由基及抗炎症作用 实验研究发现,EPO
7、能激活神经元内的抗氧化酶，使神经元内部的超氧化物歧化酶、谷胱甘肽氧化酶和过氧化氢酶的表达上调，同时抑制自由基的蓄积,保护脑组织免受自由基的损伤。Solaroglu等6在鼠脑缺血再灌注模型证明, EPO 能明显减轻脑组织被过氧化物损伤的程度。同时，EPO 也有抗炎的效果，在大鼠大脑中动脉梗死后，EPO 能减轻梗死区域内白细胞和小胶质细胞的聚集，降低由缺血诱导的促炎性细胞因子(IL-6、MCP-1)的表达7 。5.2 促进神经元再生作用脑缺血后脑内 EPO 及其受体水平的升高是一种内在的缺血反应, 有助于新生神经元的产生和缺损功能的修复。外源性的 EPO 可促进细胞增殖和分化,使树突增多, 神经元
8、再生且功能增强。并且促进神经元祖细胞迁移到缺血皮层和显著增加缺血边界区新合成细胞的数量, 从而促进神经元的恢复8 。Gonzalez 等9 从新生鼠大脑中动5脉栓塞模型中发现腹腔注射 EPO 后，显著增加脑损伤部位新生神经元密度和比例,而且假手术组的新生神经元密度也显著增加。5.3 抗谷氨酸兴奋毒性兴奋性氨基酸在各种脑损伤，特别是缺血性脑损伤的发病机制中起重要作用。Kawakami 等10研究发现，用化学缺血处理的小脑颗粒细胞在缺氧情况下,大量谷氨酸从体外培养的小脑神经元颗粒中释放出来；加入 EPO 后, 谷氨酸产生减少且神经元数目明显增加。而且还证实,EPO 通过与小脑神经元颗粒中 EPO
9、受体结合, 激活EPO 受体,减少脑缺血区谷氨酸的释放 ,从而保护神经元。另外研究者在体外培养大鼠海马和大脑皮质细胞,发现暴露于 EPO 预处理的神经元死亡数量较对照组明显减少,向培养基中加入放线菌D(mRNA 合成抑制剂)、放线菌酮( 蛋白合成抑制剂)可使 EPO 的神经保护作用消失,表明 EPO mRNA 和蛋白质合成是 EPO 发挥神经保护作用所必需的。5.4 抗凋亡作用脑缺血性损伤时，缺血半暗带的细胞死亡以凋亡为主。许多研究证实，EPO 在神经细胞损伤模型中都有抗凋亡的作用。Siren等11使用 TUNEL 法研究 EPO 对凋亡起保护神经细胞的机制，他6们制作鼠的大脑中动脉闭塞模型，
10、发现缺血半暗区 TUNEL 阳性细胞数明显减少，且大脑中动脉闭塞后 24 h 梗死面积明显减少。Zhang 等12 研究发现大脑半球缺血后,海马 CA1 区 STAT5 的表达增加, 通过注射 EPO 可进一步提高缺血大脑半球 STAT5 的磷酸化,还可上调 Bcl-Xl 和 XIAP 的表达。并有研究表明,EPO 可以通过上调caspase-3 的表达而对其诱导的细胞凋亡发挥保护作用13。5.5 抑制 NO 过度表达脑缺血缺氧时，Glu 大量释放，激活 NMDA 受体，引起细胞内钙离子增加，钙与钙调蛋白结合激活 NO 合酶，使 NO 产生增加，内源性 NO 过量产生和释放，促使缺血缺氧脑损伤
11、。 NO 由 L-精氨酸经 NO 合酶(NOS)催化生成。NOS 同工酶包括神经元型NOS(nNOS)、诱导型 NOS(iNOS)和内皮细胞型 NOS(eNOS)3 种。前两者参与神经损伤，其中 iNOS 在缺血再灌注过程中是一个重要的炎症介质，生成的过量 NO 还能与 O2 反应形成毒性更大的OONO-；而 eNOS 具有保护作用。 Calapai 等14对蒙古沙土鼠脑缺血模型的研究发现,rhEPO 能明显改善脑水肿程度，且海马 CA1区神经元死亡减少。研究者认为,EPO 治疗脑缺血性损伤是通过抑制NOS 的过度合成, 从而减少 NO 的合成。Akimoto 等15研究发现，rhEPO 可抑
12、制平滑肌细胞上 iNOS mRNA 和蛋白的表达，导致 NO生成减少。这些研究提示，EPO 通过抑制 NO 的过度表达而发挥保7护作用，更深的研究还在进行当中。5.6 血管生成作用不论在正常条件下还是在病理条件下，EPO 都具有调节血管生成的功能。体内和体外实验都已报道 EPO 具有刺激血管生成的作用。在鼠局部持续缺血状态 1 d 后，组织的血管内皮细胞特异的表达 EPO。人大脑梗死后，血管内皮细胞、神经元和胶质细胞的 EPO及 EPO 受体的表达都上调，这是 EPO 及其受体对脑损伤后血管产生的应答，EPO 与 EPOR 结合后, 可促进内皮细胞蛋白激酶合成,促进细胞的增殖和再分化16,通过
13、调节缺血脑组织新血管的生成，改善了缺血边缘区的血供和组织的氧合作用。研究者采用新生鼠建立缺氧缺血模型,在损伤后不同时间点给予 EPO 治疗,研究发现, 外源性的 EPO 可提高缺血半球区血管再生功能, 显著增加功能血管的数量17。6 EPO 应用于临床的前景综上所述，人的 CNS 内有低水平 EPO 表达，EPO 在脑内起着旁分泌的作用，通过与 EPOR 结合对各种原因所致的神经元死亡呈现保护作用。近期研究证实，在脑中风期间神经组织内因缺氧而被HIF-1 诱导的 EPO/EPOR 系统对于中风后神经恢复是有益的，且应用外源性 EPO 可以显著增加缺血细胞的存活18。可以认为外源性8EPO 可作
14、为神经保护剂应用于脑卒中或其他脑损伤的治疗，类似的临床应用有望对神经系统疾病的预后及治疗提供新的思路。【参考文献】1 陈婷方，侯冰，任长虹,等.红细胞生成素:一种新的神经保护剂J.军事医学科学院院刊 ,2008,10(5):464-467.2 Sairanen T,Karjalainen-Lindsberg ML,Paetau A,et al.Apoptosis dominant in the periinfarct area of human ischaemic stroke-a possible target of antiapoptotic treatmentsJ.Brain,2006,
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16、a rat model of focal cerebral ischemiaJ.Br J Pharmacol,2007,151(8):1377-1384.95 Yu YP,Xu QQ,Zhang Q,et al.intranasal recombinant human erythropoietin protects rats against focal cerebral ischemia J.Neurosci Lett,2005,387:5-10.6 Solaroglu I,Solaroglu A,Kaptanoglu E,et al.Erythropoietin prevents ischemia-reperfusion from inducing oxidative damage in fetal rat brainJ.Childs Nerv Syst,2003,19(1):
