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促红细胞生成素的神经保护与视网膜保护作用的研究进展

时间:2017-10-11 16:29来源:未知 作者:360期刊网 点击:

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  促红细胞生成素的神经保护与视网膜保护作用的研究进展

  左相荣1(综述),韩 瑶2(审校)

  (1.河北省邢台市人民医院眼科,河北邢台054000;2.河北医科大学第二医院眼科,河北石家庄050000)

  【关键词】红细胞生成素;视网膜;综述文献

  【中图分类号】R774 【文献标志码】A doi :10. 3969/j. issn. 1007 -3205 . 2012. 02. 054

  【文章编号】 1007-3205 (2012)02-0246-04

  促红细胞生成素( erythropoietin,EPO),是一种具有调节血细胞生成作用的细胞因子。它通过与红细胞膜上特异性促红细胞生成素受体( erythropoietinreceptor,EPOR)结合,发挥促红细胞增殖和分化作用。目前在临床上作为一种治疗贫血的制剂而被广泛使用。重组人促红细胞生成素( recombinanthuman erythropoietin,thEPO)是一种通过重组DNA技术生产的、含有与天然分离的EPO完全相同的氨民医院主治医师,医学硕士,从事眼科疾病诊治研究。

  基酸序列的糖蛋白,且与天然分离的EPO具有相同的生物学活性。thEPO被广泛应用于实验室和临床研究,结果表明,有着不同表达部位的EPO是一种多功能的营养因子、一种组织特异性调节物。具有EPOR功能的结构已经在非红系细胞上被广泛发现,如骨髓细胞、淋巴细胞和巨核细胞;同时也在非造血细胞上广泛存在,如内皮细胞、肾小球系膜细胞、心肌细胞和平滑肌细胞以及神经源细胞。目前,在中枢神经系统中已发现EPO和EPOR的表达。EPO还诱导多种神经递质的释放,表明它能直接或间接影响神经传递。

  1 EPO的生物功能

  EPO是一种分子量为30~39kD的酸性糖蛋白,以前认为其主要是调节红细胞生成的造血因子,产生于胎儿肝脏和成人肾脏。EPO的造血作用主要是抑制红系前体细胞的凋亡,促进它向红细胞的增殖和分化。红细胞生成可以进一步改善组织的氧供,同时,组织氧供又作为一种关键的激素反馈机制,是EPO产生和造血功能的主要调节器。很多年来,EPO -直被认为只能作用于红系前体细胞,然而许多研究显示EPO除了造血功能外,还有许多潜在作用,其中神经系统已经发现EPO及其受体的表达。EPO也并不只是由胎儿肝脏和成人肾脏分泌产生,在神经系统内,不同的细胞形态(包括神经元、胶质细胞和内皮细胞)都产生和表达EPO及EPOR.

  2 EPO在神经系统发育中的作用

  在胚胎、胎儿以及成年的啮齿类、非人灵长类和人类的大脑中均已鉴定到EPO和EPOR。EPO和EPOR在发育中脑组织的存在暗示它们在神经发育中具有一定的作用。在神经的早期发育阶段EPO是一种神经发生的成形物和诱导剂。在发育过程中,最初由胎儿肝脏产生的EPO对于胚胎的存活是必要的。没有EPO和EPOR或者拥有无功能EPO和EPOR的胚胎将由于缺乏胎肝的红细胞生成功能而死于胚胎期。这样的小鼠还将伴有其他器官异常如心室发育不全以及胚胎肝脏、心脏和脑的细胞凋亡的增加。近来的研究M1表明在动物体内转基因EPOR的表达能够矫正这些缺陷。这些发现提示了EPO和EPOR系统在个体发育过程中的重要性。在胚胎发生过程中EPOR功能的缺损将导致神经元祖细胞数量的减少、神经发生的减少和神经细胞凋亡的增加。从这样的敲除动物中培养的皮质神经元也显示出对低氧敏感性的增高。

  3 EPO及其受体在神经系统中的表达及调节EPO在造血系统中具有独特的功能是显而易见的,因为EPO的功能需经由激活特定的EPOR,所以评定EPOR的分布将有助于理解中枢神经系统中EPO的生物功能。

  3.1 EPO和EPOR在神经系统中的表达:在啮齿类动物、灵长类和人类的神经系统中均有EPO和EPOR的功能表达。脑源性EPO及其受体与体细胞中的同类物相比结构、功能和调节的不同已被认定。与thEPO相比脑源性EPO分子量小,在体外较低浓度时活性更强,研究者认为这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、胎儿期以及成年鼠、猴和人类大脑中的特定区域。在人类脑中EPO和EPOR mRNA定位于活体的颞叶皮质、海马、小脑以及扁桃体‘叫。EPO和EPOR在发育脑中的存在和它们在成熟脑中的持续性存在说明它们在神经发育和大脑维持自身稳态环境中均有重要作用。在成年鼠的外周神经系统内也有EPO和EPOR的表达,EPOR存在于正常神经的背根神经节细胞的轴索和胞体中以及内皮细胞中。EPO和EPOR在正常神经轴索中的存在暗示它们有利于维持神经功能的完整性。

  3.2 EPO和EPOR在神经系统内表达的调节:

  2000年,Bernaudin等首次报道取自OF1鼠胚胎的培养神经细胞可表达EPO mRNA,且低氧可大大地促进这种表达,反之,环己亚胺,一种蛋白质合成抑制剂,可完全阻止这种表达。作者认为有一种氧感受系统能控制星状胶质细胞和神经元产生EPO。与肾和胎儿肝中EPO的产生一样,低氧对神经细胞EPO生成的影响部分可通过转录的激活因子一低氧诱导因子-1(hypoxia - inducible factor -1.HIF -1)来调节。低氧并不是脑内产生EPO的惟一刺激因素。胰岛素和胰岛素生长因子在体外培养的星形细胞中也可诱导EPO产生,且具有剂量依赖性,但具体机制尚不清楚。并且已知在一些细胞因子如白细胞介素、肿瘤坏死因子-a的作用下体位养的星形胶质细胞中EPO表达下调。

  4 EPO的神经保护作用

  4.1 EPO在中枢神经系统的作用:从神经心理测试和电生理评估情况看,重组EPO的治疗有益于大脑功能恢复。这种改善与红细胞增加,脑内缺氧状态得到纠正有关。同时,已有活体及体外培养实验显示EPO可能有直接的神经营养和神经保护作用。在体内,thEPO可延长由于穹窿海马横断所导致的隔胆碱能神经元损伤大鼠的存活期;在体外,thEPO能增加神经元胆碱乙酰基转移酶的活性。EPO可以刺激齿类动物皮质神经元的存活能力,还可以促进大鼠少突神经胶质细胞的分化和成熟。这说明EPO可能影响少突胶质细胞,使之促进正常或受损成熟中枢神经系统髓鞘的修复。

  4.2 EPO以及thEPO在视神经保护方面的研究:在体内实验也已有许多神经系统损伤的模型证明了EPO作为神经保护剂的有效性。包括大脑、脊髓缺血模型,蛛网膜下腔出血模型等。视网膜作为中枢神经系统的一个延伸,目前认为EPO对眼的视网膜也有保护作用。EPO和EPOR在胚胎和成年组织中广泛表达,通过免疫染色发现EPOR主要定位于视神经节细胞层,低密度的染色标记存在于内核层和外核层。用含有特异性阻滞肽的抗EPOR抗体进行免疫反应也证实了EPOR在视网膜中的存在,免疫组织化学双标记染色示EPOR的表达定位在视网膜神经节细胞、无长突细胞和Muller细胞。视网膜Muller细胞是视网膜中最主要的神经胶质细胞,它兼有少突和星形2种胶质细胞的特性,具有维护视网膜的正常结构、营养神经元、构成血一视网膜屏障、储存和缓冲K+以及参与神经突触传递等多种生理功能。随着近年来对视网膜Muller细胞研究的深入,Muller细胞在视网膜疾病的病变过程中也起着重要的作用,例如机械损伤、光损伤、糖尿病性视网膜病变、视网膜缺血缺氧等均可引起Muller细胞发生一系列形态和功能的改变。Shah等的研究证实,在糖尿病患者视网膜中鉴定出EPOR mRNA的表达,在正常眼中EPOR表达于视网膜神经节细胞层,另外内核层和外核层也有微量表达,在糖尿病视网膜病变时EPOR移位至视网膜光感受器细胞,尤其是在周边视网膜表达增加,并推测EPOR可能成为糖尿病视网膜病变的生物学标记。对于视网膜神经节细胞,Wang等‘…通过实验证实thEPO能够通过血一视网膜屏障并影响急性高眼压兔视网膜中bcl -2蛋白的表达减少视网膜节细胞的凋亡。

  EPO不仅对视网膜神经节细胞和Muller细胞有保护作用而且对视网膜感光细胞有保护作用。EPO中具有神经保护作用而无促红细胞生成作用的氨基酸片段,2011年Pasqualina等[12]更是通过实验证实EPO的无促红细胞生成素作用的氨基酸片段能减轻光诱导的光感受器损伤。

  5 EPO神经保护的作用机制

  EPO的神经保护作用机制还不十分清楚,EPO很可能通过多机制的协调发挥作用,包括限制组织损伤的分子产物如氧自由基和谷氨酸的激活,逆转血管痉挛,减少凋亡,调节炎症和复原干细胞等。EPOR属于细胞因子受体超家族成员,这些受体本质上都与生物信号的转导有关,EPO在神经系统内的传导机制可能与红细胞生成的机制相同,EPO与EPOR结合使受体形成二聚体,Janus激酶2( Janus kinase,JAK2)发生自身磷酸化反应和受体活化,JAK2的激活导致其下游的信号转导途径被激活,包括促分裂原活化蛋白激酶、磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositaol 3- kinase,PI3K)和信号转导和转录活化因子-5(signal transaucers and activators of transcription,STAT -5)。EPO受体受刺激通过网络效应可引起相应靶细胞的增殖,抑制凋亡,以及分化作用,受体通过血细胞磷酸酶脱磷酸化而失活[13]。这些途径对EPO的神经保护作用也是很重要的。神经元内JAK2、STAT -5和核因子一KB( nuclear factor - KB,NF - KB)信号转导系统的相互作用最近已被证明。EPO能呈剂量依赖性的升高核内NF - KB,而降低胞浆内的NF - KB,这与它的神经保护作用相一致,JAK2磷酸化对NF - KB的核转运是必需的,对EPO的神经保护作用也是必需的,但是在红细胞内EPO所诱导的NF - KB激活并不依赖JAK2途径。JAK2和NF - KB的信号转导系统的相互影响已有报道,通过这条途径EPO可以防止兴奋性中毒和一氧化氮诱导的神经元的凋亡。

  EPO可以促进神经元内Ca2+增加,电压依赖式Ca2+通道的活化、Ca2+敏感转录因子的募集可以诱导神经元BDNF的表达。细胞内Ca2+增加还可以调节NF - KB、PI3 K/Akt和STAT -5的活性发挥作用。

  EPO还被证实具有抗氧化作用,一氧化氮介导的自由基或抗毒性作用也是EPO神经保护作用的基础。另外,EPO的神经保护作用还包括减轻炎症反应(抑制白细胞的浸润和抑制炎症细胞因子,如肿瘤坏死因子、白细胞介素-6和单核细胞趋化蛋白-1)、促进血管生成、神经营养及促进神经生长的作用。

  在眼视网膜神经节细胞培养中,EPO神经保护机能可能与上调Bcl -2和Bcl - XL基因有关。但也有人持相反的意见,确切的机制还需要进一步研究。

  6总 结

  通过以上对细胞培养和动物实验的系统综述,我们可以认为EPO是具备神经保护作用的。在眼科,青光眼、视网膜脱离、视网膜色素变性等视网膜视神经的缺血缺氧性疾病的共同病理机制是视网膜神经节细胞、光感受器细胞等神经元的凋亡,最终导致视功能的丧失。因此,EPO对治疗此类疾病亦应有一定的意义。但是,EPO的临床应用还是被动物实验中所证实的毒性作用所阻碍。

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