《EPO研究进展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EPO研究进展（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、红细胞生成素研究新进展红细胞生成素研究新进展 天津南开大学医学院医用生化与老年医学教研室天津南开大学医学院医用生化与老年医学教研室 戴毅戴毅 红细胞生成素（红细胞生成素（erythropoietin, EPO）是一种糖蛋白激素，分子量约）是一种糖蛋白激素，分子量约 34kD。血浆中存在的。血浆中存在的 EPO 由由 165 个氨基酸组成，糖基化程度很高，糖基成分主要是唾液酸。根据碳水化合物含个氨基酸组成，糖基化程度很高，糖基成分主要是唾液酸。根据碳水化合物含 量不同，天然存在的量不同，天然存在的 EPO 分为两种类型，分为两种类型， 型含型含 34%的碳水化合物，的碳水化合物， 型含型含 26
2、%的碳水的碳水 化合物。两种类型在生物学特性、抗原性及临床应用效果上均相同。人类化合物。两种类型在生物学特性、抗原性及临床应用效果上均相同。人类 EPO 基因位于基因位于 7 号染色体长号染色体长 22 区。区。1985 年其年其 cDNA 被成功克隆，并利用基因重组技术开始大批量生产被成功克隆，并利用基因重组技术开始大批量生产 重组人促红细胞生成素（重组人促红细胞生成素（recombinant human erythropoietin, rHuEPO）,广泛用于临床。广泛用于临床。 传统认识中，传统认识中，EPO 是一种作用于骨髓造血细胞，促进红系祖细胞增生、分化，最终成熟的是一种作用于骨髓
3、造血细胞，促进红系祖细胞增生、分化，最终成熟的 内分泌激素。对机体供氧状况发挥重要的调控作用。在胚胎早期，内分泌激素。对机体供氧状况发挥重要的调控作用。在胚胎早期，EPO 由肝生成，然后逐由肝生成，然后逐 渐向肾转移，出生后主要由肾小管间质细胞分泌。随着近年来研究不断进展，对于渐向肾转移，出生后主要由肾小管间质细胞分泌。随着近年来研究不断进展，对于 EPO 的认识产生了一次革命性的飞跃。的认识产生了一次革命性的飞跃。1.EPO 对红细胞容量的精细调节对红细胞容量的精细调节EPO 作为促进红细胞生成，增加红细胞容量的主要激素，已广泛应用于临床。但其中作为促进红细胞生成，增加红细胞容量的主要激素，
4、已广泛应用于临床。但其中 仍有许多问题未解决，如：仍有许多问题未解决，如： EPO 产生的机理；产生的机理；EPO 作用于造血细胞前体的胞内信号转导作用于造血细胞前体的胞内信号转导 机制等。机制等。1.1 EPO 的产生的产生 EPO 的生成与机体供氧状况的关系虽早已证实，二者间的作用机理却的生成与机体供氧状况的关系虽早已证实，二者间的作用机理却 不清楚，最近的研究在这方面有了新的进展。不清楚，最近的研究在这方面有了新的进展。 当机体缺氧时，肾小管间质细胞周围的氧分压随之下降，影响到胞浆中的一还原状态，最当机体缺氧时，肾小管间质细胞周围的氧分压随之下降，影响到胞浆中的一还原状态，最 终造成终造
5、成 EPO 表达增多。表达增多。Fandrey 等用于细胞癌等用于细胞癌 HepG2 进行体外实验时发现：缺氧环境或进行体外实验时发现：缺氧环境或 在培养基中加入氯化钴（在培养基中加入氯化钴（CoCl2） 、去铁胺（、去铁胺（DSF）及其还原性物质，如）及其还原性物质，如 NADPH 时，胞浆时，胞浆 内内 H2O2 的含量随之下降，并造成的含量随之下降，并造成 EPO 表达增多。在培养基中直接加入外源性表达增多。在培养基中直接加入外源性 H2O2， 则使则使 EPO 生成减少。因而推论生成减少。因而推论 H2O2 是是 EPO 生成调节过程中的胞内信号分子。当胞内存生成调节过程中的胞内信号分
6、子。当胞内存 在高水平的时在高水平的时 H2O2，EPO 的表达处于抑制状态；反之，当的表达处于抑制状态；反之，当 H2O2 浓度降低时，抑制解除，浓度降低时，抑制解除， 而使而使 EPO 表达增强。表达增强。Chandel 等用肝细胞癌等用肝细胞癌 Hep3B 体外培养更进一步证实，缺氧导致的体外培养更进一步证实，缺氧导致的 EPO 生成需要线生成需要线 粒体的参与。缺氧时通过线粒体的相关作用，使胞内的自由基活性氧（粒体的参与。缺氧时通过线粒体的相关作用，使胞内的自由基活性氧（ROS）增多，引起）增多，引起 EPO 表达增加。当表达增加。当 Hep3B 细胞去除线粒体后，细胞去除线粒体后，E
7、PO 对缺氧的反应性也随之消失。对缺氧的反应性也随之消失。Gossmann 等发现血管紧张素等发现血管紧张素（Ang）可以通过作用于血管紧张素）可以通过作用于血管紧张素型受体型受体 （ATIR）增加）增加 EPO 的产生。但具体机制不明。的产生。但具体机制不明。1.2 EPO 作用的胞内信号转导机制作用的胞内信号转导机制 红系造血红胞表面分布有红系造血红胞表面分布有 EPO 受体（受体（EPOR） 。EPOR 与生长激素、集落刺激因子及与生长激素、集落刺激因子及 一些白细胞介素一些白细胞介素(ILs)的受体同属一个受体家族。该家族受体的信号传导具有一定共性。目的受体同属一个受体家族。该家族受体
8、的信号传导具有一定共性。目 前，前，EPOR 的三维结构已被探明。当的三维结构已被探明。当 EPO 与受体结合后，与受体结合后，EPOR 在其胞外部分一个在其胞外部分一个 20 个个 氨基酸组成的片段的引导下发生同种二聚反应，使与受体相连的氨基酸组成的片段的引导下发生同种二聚反应，使与受体相连的 Janus 激酶（激酶（JAK2）发生）发生 转磷酸化而被激活，继续引发下游信号转导过程。此信号转导过程有多条途径，其中研究转磷酸化而被激活，继续引发下游信号转导过程。此信号转导过程有多条途径，其中研究 比较透彻的是比较透彻的是 EPOR-JAK2-STAT5 途径：途径：JAK2 活化后，作用于受体
9、胞浆部分，使得两个活化后，作用于受体胞浆部分，使得两个 基（基（Y343，Y401）磷酸化，导致构型发生改变，暴露出剪切酶的作用位点，水解含有）磷酸化，导致构型发生改变，暴露出剪切酶的作用位点，水解含有 SH- 2 片段的特定胞浆蛋白，产生信号转导与转录激活因子（片段的特定胞浆蛋白，产生信号转导与转录激活因子（STAT5）,最终启动相关基因转录。最终启动相关基因转录。已证实的信号传导机制还包括：已证实的信号传导机制还包括：（1）EPOR-JAK2-PI3K(磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇-3-激酶激酶)途径途径;(2)EPOR-JAK2-ERKs（胞外信号调（胞外信号调节激酶节激酶-1，2）途径；（）途
10、径；（3）EOR-JAK2-NF-KappaB(核因子核因子 KappaB)途径；（途径；（4）EPOR- JAK2-Ras 蛋白）蛋白）-MAPK（有丝分裂原活化蛋白激酶）途径等。（有丝分裂原活化蛋白激酶）途径等。可见，可见，EPO 胞内信号传导不是单一的级联通路，而是多个通路交联、互补、形成网络胞内信号传导不是单一的级联通路，而是多个通路交联、互补、形成网络 的复杂传导工过程。的复杂传导工过程。Chen 等发现等发现 EPO 能够快速启动原癌基因能够快速启动原癌基因 c-myc 表达，发挥抗凋亡并维持细胞存活的表达，发挥抗凋亡并维持细胞存活的 作用。另有实验证明作用。另有实验证明 EPO
11、并不能直接促进染色体复制和有丝分裂。所以，与其说并不能直接促进染色体复制和有丝分裂。所以，与其说 EPO 促促 进了红细胞前体的增殖和分化，不如说是进了红细胞前体的增殖和分化，不如说是 EPO 强大的抗调亡作用，使红系祖细胞得以存强大的抗调亡作用，使红系祖细胞得以存 活并最终向成熟红细胞分化。活并最终向成熟红细胞分化。1.3 EPO 的临床应用的临床应用 EPO 已广泛应用于临床上各种贫血的治疗。其中最有效的是肾衰、已广泛应用于临床上各种贫血的治疗。其中最有效的是肾衰、 尿毒症所伴随贫血的治疗，其他对肿瘤相关性贫血，早产儿和孕产妇贫血，围手术期减少尿毒症所伴随贫血的治疗，其他对肿瘤相关性贫血，
12、早产儿和孕产妇贫血，围手术期减少 异源性输血等方面也有良的的疗效。异源性输血等方面也有良的的疗效。 当前使用的当前使用的 rHuEPO 都是单体都是单体 EPO。慢性贫血病人常需要大剂量长期应用，用药量相当。慢性贫血病人常需要大剂量长期应用，用药量相当 可观。最近，可观。最近，Dalle 等利用基因重组技术，合成了一种二聚体等利用基因重组技术，合成了一种二聚体 EPO，它与单体，它与单体 EPO 在药代在药代 动力学方面性质类似，但体内、体外二降体动力学方面性质类似，但体内、体外二降体 EPO 有高于单体数倍的促红细胞再生能力。有高于单体数倍的促红细胞再生能力。2.EPO 在脑缺血时的神经元保
13、护作用在脑缺血时的神经元保护作用除肾脏外，体内其他组织也能产生除肾脏外，体内其他组织也能产生 EPO。近来大量研究表明脑组织中也有。近来大量研究表明脑组织中也有 EPO 和和 EPOR 的表达。同时发现的表达。同时发现 EPO 的生成量与脑组织的供血供氧情况相关。脑缺血时，的生成量与脑组织的供血供氧情况相关。脑缺血时，EPO 的生成量成倍增加，并对神经元起保护作用。的生成量成倍增加，并对神经元起保护作用。2.1 EPO 和和 PEOR 在中枢神经系统中表达的证据在中枢神经系统中表达的证据 Masuda 等首先在鼠胚胎脑细胞的体外等首先在鼠胚胎脑细胞的体外 培养中发现了细胞自身分泌的培养中发现了
14、细胞自身分泌的 EPO，并这种，并这种 EPO 与血清与血清 EPO 糖基化水平不同，脑糖基化水平不同，脑 EPO 所含的唾酸较少，分子更小，但作用却更强。所含的唾酸较少，分子更小，但作用却更强。Juul 等利用反转录等利用反转录-PCR 技术在人类胚胎脊髓培养中检测到技术在人类胚胎脊髓培养中检测到 EPO 及及 EPOR 的的 mRNA。利用酶联免疫技术（。利用酶联免疫技术（ELISA）证实了培养液中存在的）证实了培养液中存在的 EPO 分子，并利用免疫组分子，并利用免疫组 织化学染色法在胚胎脑组织切片上发现了神经元和神经胶质细胞膜的织化学染色法在胚胎脑组织切片上发现了神经元和神经胶质细胞膜
15、的 EPOR。Marti 等利用脑组织活检和反转录技术证明不仅是胚胎，在鼠、猴和人的脑组织中都等利用脑组织活检和反转录技术证明不仅是胚胎，在鼠、猴和人的脑组织中都 能检出能检出 EPO 和和 EPOR 的的 mRNA，而且广泛分布于海马和大脑皮质中。同时利用新生小鼠，而且广泛分布于海马和大脑皮质中。同时利用新生小鼠 的脑细胞培养发现，的脑细胞培养发现，EPOmRNA 在缺氧条件下会成百倍的增长，说明脑细胞在缺氧条件下会成百倍的增长，说明脑细胞 EPO 生成在生成在 转录水平上受到供氧量的调节。这一结果被多组实验所验证。转录水平上受到供氧量的调节。这一结果被多组实验所验证。2.2 EPO 在中枢
16、神经系统中的产生及作用在中枢神经系统中的产生及作用2.2.1 脑缺血时脑缺血时 EPO 的产生机制的产生机制 前面已经提到，脑前面已经提到，脑 EPO 的产生和脑组织供血供氧情的产生和脑组织供血供氧情 况密切相关。事实上，况密切相关。事实上，EPO 生成增多是机体生理性自我保护机制的一个重要组成部分。脑生成增多是机体生理性自我保护机制的一个重要组成部分。脑 缺血时，局部会生成一种缺氧反应因子（缺血时，局部会生成一种缺氧反应因子（HIF-1） ，HIF-1 进入细胞并到达核内与染色体上进入细胞并到达核内与染色体上 的缺氧反应成分（的缺氧反应成分（hypoxia response element,HRE）相结合，启动一系列基因的转录，包括）相结合，启动一系列基因的转录，包括 葡萄糖转运蛋白，糖酵解酶系，血管内皮生长因子（葡萄糖转运蛋白，糖酵解酶系，血管内皮生长因子（VEGF）以及）以及 EPO.伴随着伴随着 EPO 生成生成 量的增加，缺血半影区内神经细胞量的增加，缺血半影区内神经细胞 EPOR 的表达也明
