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

促紅細胞生成素及受體神經(jīng)保護作用的研究進展

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

促紅細胞生成素（EPO）是刺激紅細胞造血的生長因子和細胞因子。最近幾年，有報道顯示EPO在神經(jīng)系統(tǒng)中有重要的非造血功能，對神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生、維持、保護和修復有極為關鍵的作用。大量實驗研究顯示EPO及其受體在神經(jīng)系統(tǒng)中有表達，在細胞培養(yǎng)和神經(jīng)系統(tǒng)紊亂的動物模型中EPO發(fā)揮著顯著的神經(jīng)保護作用。本文對EPO的分子機制、神經(jīng)營養(yǎng)和神經(jīng)保護特性進行綜述。

促紅細胞生成素；促紅細胞生成素受體；神經(jīng)保護；信號轉導

▲通訊作者

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

1 EPO及EPOR的分子生物學特點

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

EPO mRNA翻譯的氨基酸序列被切除27個氨基酸序列后高度糖基化為糖蛋白，再去除C端精氨酸轉化為含165個氨基酸的活性蛋白。在整個糖基化進程中，糖基化形式不同，但其位點相同，從而構成異構體。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鏈。重組人促紅細胞生成素（recombinant human erythropoietin，rhEPO）與腎源性EPO的差別也在于N-和O-上聚合的糖鏈構成大小不同。EPOR是Ⅰ型膜糖蛋白，是超家族細胞因子受體成員之一，由508個氨基酸的單鏈穿膜糖蛋白組成，相對分子質量為6.2×104kDa。Furmanek等[2]發(fā)現(xiàn)EPOR的特點是在胞外區(qū)具有半胱氨酸殘基和一個高度保守的WSXWS（色氨酸-絲氨酸-色氨酸-絲氨酸序列）小體。WSXWS是胞質激素受體配基結合位點的必須組成部分，對刺激生長的配基的激活是關鍵的。

2 EPO及EPO受體在神經(jīng)系統(tǒng)中的分子機制和轉導

在神經(jīng)元細胞中，通過EPO而引發(fā)EPOR的激活是引起一連串復雜的級聯(lián)反應的起始事件。EPOR屬于超家族細胞因子受體類型Ⅰ，通過同源二聚體而被激活。當EPO連接到EPOR上時，引起受體的二聚化，蛋白酪氨酸激酶-2（janus tyrosine kinase-2，JAK-2）的自動磷酸化和受體激活效應。JAK-2的激活導致下游一些信號路徑的磷酸化，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）途徑和信號傳導-轉錄活化因子-5（singal transducer and activator of transcription-5，STAT-5）途徑[3-6]。

Sirén等[3]研究表明，以上這些路徑對于EPO的神經(jīng)保護效應極為關鍵，因為MAPK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信號轉導系統(tǒng)之間的交互作用。通過這種路徑，EPO保護了皮質神經(jīng)元免受興奮性毒性和一氧化氮誘導的細胞凋亡，以及可以通過占主導作用的負反饋調(diào)節(jié)JAK-2的過表達或IКB的超表達，或通過NK-кB轉染的抑制劑對這種作用進行阻止[7]。Chong等[5]報道了NK-кB在神經(jīng)元的抗凋亡效應，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Akt-1[6]，然而，MAPK和STAT-5控制著Bcl-XL的上調(diào)。因此，通過維持彼此間復雜的鏈接而調(diào)節(jié)細胞路徑來完成EPO的保護作用。Kennedy等[8]已經(jīng)證實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，以及防止細胞色素C的釋放。一旦細胞色素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胞的死亡，導致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，調(diào)節(jié)下游的線粒體膜電位、細胞色素C的釋放和 caspase-1，3，8 的活性。

3 展望

神經(jīng)細胞和星形膠質細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，低氧應激會增加EPO在體外的表達。缺氧誘導因子（HI）加速了神經(jīng)元細胞的死亡，不僅是壞死，更主要的是細胞凋亡。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BCL-XL和Bcl-2表達來達到對神經(jīng)細胞凋亡的保護。EPO也抑制CASP3和CASP9并通過JAK-2信號通路來調(diào)節(jié)BAX。

EPO通過血管形成來抵抗HI的損傷并達到保護效應，這是通過NF-kB的磷酸化及AKT和PI3K的激活來實現(xiàn)。這一機制通過缺血區(qū)血運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)血管的再生能促進神經(jīng)干細胞、神經(jīng)元和神經(jīng)祖細胞的產(chǎn)生，并增加缺血區(qū)的神經(jīng)再生。最后，EPO促進神經(jīng)干細胞分化成星形膠質細胞或少突膠質細胞，這種分化是與ERK和NF-kB的活化有關。Berkingali等[10]報道稱EPO也能延長脊神經(jīng)節(jié)細胞的神經(jīng)突起。最近的一項關于神經(jīng)血管生成和腫瘤壞死因子（TNF-α）、EPO、VEGF 關系的報道顯示，TNF-α 與腫瘤壞死因子受體1（TNFR1）相互作用以及通過誘導EPOR的表達，對神經(jīng)內(nèi)皮細胞而敏感，通過放大VEGF/VEGFR2和ANG-1/TIE2途徑的活化作用來增強EPO誘導的血管生成[11]。Shen等[12]研究表明在神經(jīng)性炎癥中，IL-1與早期反應有關并且誘導其他細胞因子和白細胞滲出物。EPO的注入延遲了IL-1表達的增加，減少了白細胞的滲出物。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的反轉錄增加了脂質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誘導的神經(jīng)保護的觀點，Xiong等[14]利用無EPOR的大鼠進行實驗，EPO的保護效應是通過上調(diào)同側海馬和皮質的抗凋亡蛋白p-Akt和Bcl-XL，這說明不依賴EPOR的這條通路也可以介導保護作用。

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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）