腦內(nèi)EPO/EPO-R與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病

徐曉雪， 王 宏綜述， 張朝東審校

促紅細胞生成素(Erythropoietin，EPO)是主要由腎臟分泌生成的糖蛋白，首要功能是調(diào)節(jié)紅細胞生成。大量實驗研究表明，EPO在腦、脊髓等中樞神經(jīng)系統(tǒng)中都有廣泛的表達，并且參與調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)的生長發(fā)育過程，在神經(jīng)營養(yǎng)、神經(jīng)保護等方面也發(fā)揮了重要作用。近年來，人們發(fā)現(xiàn)腦源性EPO與EPO受體(EPO-R)的表達變化與部分中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展有著緊密聯(lián)系，而外源性EPO作為一種神經(jīng)保護劑也被用于治療或預(yù)防多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。因此，本文對近年來腦內(nèi)EPO/EPO-R在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進展做一綜述。

1 EPO與EPO-R的結(jié)構(gòu)和作用機制

EPO是機體內(nèi)重要的糖蛋白激素。在人及嚙齒類動物大腦中，EPO主要分布在海馬、杏仁體以及皮質(zhì)等不同區(qū)域。腦內(nèi)EPO主要來源于星型膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元細胞和小神經(jīng)膠質(zhì)細胞等部位分泌，低氧條件可以誘發(fā)腦源性EPO的生成。在對EPO基因敲除小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，缺少EPO會造成小鼠在胚胎時期大腦發(fā)育障礙并死亡，說明EPO對大腦神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育發(fā)揮了關(guān)鍵作用。EPO能促進原始干細胞向神經(jīng)元前體細胞分化并促使神經(jīng)元前體細胞遷移到海馬及紋狀體的受損部位［1］。大量實驗表明，無論是血液中的內(nèi)源性EPO，還是通過靜脈或者腹腔注射的高劑量EPO均能夠通過血腦屏障。因此，外源性EPO對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療也是近幾年相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。

EPO通過與EPO-R結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)功能。EPO-R屬I型細胞因子受體，分布在海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元細胞、星形膠質(zhì)細胞和腦血管內(nèi)皮細胞等部位。一分子EPO可與兩分子EPO-R相結(jié)合并改變其構(gòu)象。形成的EPO/EPO-R復(fù)合物能夠使JAK2家族蛋白磷酸化，從而進一步激活下游多種信號蛋白。當(dāng)然在不同的疾病中，EPO也有可能同時激活多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，綜合發(fā)揮抗凋亡、抗炎癥、抗氧化等功能。此外，有研究者認為EPO/EPO-R有可能參與神經(jīng)細胞的內(nèi)源性保護作用，以抵御有害刺激對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。目前已經(jīng)在多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)現(xiàn)了這種保護機制，這對探討這些疾病的病因、病程發(fā)展和治療方法都有重要意義。

2 腦內(nèi)EPO/EPO-R在中樞神經(jīng)疾病中的作用

2.1 腦缺血缺氧(Hypoxia Ischemia，HI) 缺血缺氧是腦源性EPO產(chǎn)生的主要動力。在HI發(fā)作過程中，缺氧誘導(dǎo)因子(HIF-1α)能夠調(diào)控EPO及其受體的生成。近來的研究表明，EPO抵御HI損傷的機制是促進NF-κB磷酸化并激活A(yù)KT和P13K通路，抑制神經(jīng)元凋亡并促進缺氧部位的腦血管再生，以提高腦內(nèi)載氧能力。還有學(xué)者提出，EPO的這種保護機制還可能與增加脊神經(jīng)節(jié)細胞軸突長度有關(guān)［2］。而最新研究表明［3］組織型金屬蛋白酶抑制因子-1(TIMP-1)參與了EPO的神經(jīng)保護作用，體內(nèi)外HI模型研究結(jié)果顯示，EPO提高了TIMP-1活性，促使JAK-2和STAT-3磷酸化，并降低MMP-9的活性。Kato等［4］發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞分泌的EPO可以幫助突觸前體細胞抵御缺氧損傷，提示促進內(nèi)源性EPO的生成有利于疾病的預(yù)防和治療。目前，外源性EPO已經(jīng)應(yīng)用于治療腦缺血，有研究者發(fā)現(xiàn)每天注射1000U/kg EPO能顯著減少HI模型鼠海馬CA1區(qū)及皮質(zhì)的細胞凋亡數(shù)量，促進神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞的再分化［5］。而一種名為PLGA-EPO-NP的新型EPO衍生物藥物也被證實在腦缺血模型鼠中的神經(jīng)保護有效性是傳統(tǒng)EPO的10倍以上［6］。但是，EPO的治療效果可能因注射的時間、劑量甚至性別而產(chǎn)生差異。例如:Fan X等［7］為九日齡HI小鼠模型在不同時間點注射不同劑量的EPO，只有注射劑量為5000U/KG的雌性小鼠運動功能得到改善。

2.2 阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)AD 是一種進行性發(fā)展的神經(jīng)退行性疾病，目前發(fā)病原因仍不明確。大量的基礎(chǔ)實驗研究發(fā)現(xiàn)，AD患者的神經(jīng)細胞損傷或退化，大腦皮層出現(xiàn)老年斑及神經(jīng)纖維纏繞等典型病理變化。EPO在AD中的研究是近幾年的新興領(lǐng)域，特別在探究AD治療方法方面，EPO是一個新的切入點［8］。Assaraf MI等［9］通過免疫印記法研究發(fā)現(xiàn) AD患者海馬及顳葉皮質(zhì)EPO-R表達明顯上調(diào)。Lee ST等［10］每天給TG2576小鼠注射EPO(5000IU/kg/d)，持續(xù)5d后小鼠的記憶功能得到改善，內(nèi)皮細胞分化加速，腦內(nèi)突觸蛋白表達增加，淀粉樣蛋白和Aβ生成減少。在培養(yǎng)的人內(nèi)皮細胞中，EPO促進了血管生成，同時也降低了RAGE的表達。這些結(jié)果說明EPO能夠改善記憶功能，并且可以緩解Aβ誘導(dǎo)AD動物模型中血管內(nèi)皮細胞的退化。有學(xué)者［11，12］利用Aβ誘導(dǎo)PC12細胞作為AD體外模型發(fā)現(xiàn)，加入EPO的實驗組細胞成活率要明顯高于未加EPO的對照組細胞。進一步研究發(fā)現(xiàn)EPO可以使P13K的底物AKT以及P13K/AKT下游靶蛋白GSK-3BETA磷酸化，激活P13K/AKT通路，抑制細胞凋亡。另有文獻報道［13］，EPO還可以阻止tau蛋白磷酸化，抑制神經(jīng)纖維纏繞。因此，EPO能夠有效預(yù)防和治療AD，改善認知功能缺失，但是機制復(fù)雜尚未闡明，可能涉及多條信號通路的綜合作用。

2.3 癲癇(Epilepsy) 癲癇是一種神經(jīng)系統(tǒng)慢性疾病，癲癇發(fā)作時，谷氨酸產(chǎn)生的興奮毒性誘導(dǎo)鈉離子(Na+)及鈣離子(Ca2+)通道異常開放，細胞內(nèi)外離子濃度平衡被破壞，最終導(dǎo)致細胞凋亡或壞死。癲癇持續(xù)狀態(tài)時引起的缺氧也成為大腦損傷的因素之一。近年來圍繞EPO抗癲癇作用的基礎(chǔ)研究逐漸展開。Kondo等［14］研究發(fā)現(xiàn)無論是內(nèi)源性還是外源性的EPO都能對海人藻酸致癇小鼠海馬神經(jīng)元有保護作用，這可能是EPO與神經(jīng)肽Y共同作用的結(jié)果。還有學(xué)者［15～17］對鋰-匹羅卡品建立癲癇模型注射 EPO后經(jīng)過TUNEL染色發(fā)現(xiàn)海馬內(nèi)神經(jīng)元凋亡減少，CA1、CA3區(qū)均可見EPO-R表達增多;免疫印跡數(shù)據(jù)顯示抗凋亡蛋白BCL-2表達上調(diào)，而BAX表達下調(diào);Morris水迷宮證明了EPO對于改善癲癇小鼠認知能力的積極作用。值得注意的是，目前EPO在癲癇體外模型中的作用鮮有報道。我們實驗室通過無鎂細胞外液處理培養(yǎng)的大鼠神經(jīng)元細胞作為癲癇離體模型，利用Western blot技術(shù)初步研究發(fā)現(xiàn)，無鎂細胞模型的內(nèi)源性EPO表達明顯上調(diào)，這與癲癇動物模型的研究結(jié)果基本一致。但是關(guān)于這種EPO異常表達的機制還需要進一步探討。

2.4 多發(fā)性硬化癥(MS) 多發(fā)性硬化癥是累及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的慢性自身免疫性疾病?；颊哂械湫脱仔圆±碜兓?，炎癥能引起腦內(nèi)和脊髓神經(jīng)元髓鞘脫失，使神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢。炎癥的惡化和修復(fù)，形成多處散在的斑塊，并可以反復(fù)發(fā)作。在自發(fā)免疫性腦脊髓炎動物模型(經(jīng)典MS動物模型)或者MS轉(zhuǎn)基因鼠模型中，注射抗炎性的細胞因子都能發(fā)揮保護作用。有文獻報道［18］給MS動物模型腹腔注射EPO能夠緩解病情發(fā)展，RT-PCR結(jié)果顯示干擾素-γ、IL-23、IL-6和IL-17表達降低，具有抗炎癥作用的IL-4和IL-10表達明顯增加。利用流式細胞儀檢測出淋巴細胞TH1和TH17比率大幅下降，CD4與T細胞比率顯著升高。由此推論出EPO參與抑制了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)。還有學(xué)者［19］提出將EPO聯(lián)合氨甲葉酸或甲基潑尼松用于治療MS，也取得了比較理想的效果。

2.5 其它 帕金森病作為一種神經(jīng)退行性疾病，其病因與多巴胺神經(jīng)元凋亡以及炎癥反應(yīng)有關(guān)。Signore等［20］發(fā)現(xiàn)在6-羥多巴胺(6-OHDA)制備的帕金森鼠模型中，EPO能夠減少多巴能神經(jīng)元的死亡，而Xue等［21］的研究結(jié)果則從EPO的抗炎性方面解釋了這種現(xiàn)象。另一方面，Kook YH等［22］發(fā)現(xiàn)EPO還能夠通過抑制凋亡蛋白PUMA的活性來發(fā)揮神經(jīng)保護作用。EPO也是治療腦外傷的有效方法，Jin W等［23］提出EPO對腦外傷的保護作用是通過Nrf2信號途徑介導(dǎo)的。此外，EPO的神經(jīng)保護作用還被廣泛應(yīng)用在預(yù)防和治療脊髓損傷［24］、精神分裂癥［25］以及蛛網(wǎng)膜下腔出血［26］等疾病中。

3 展望

EPO是體內(nèi)的一種重要蛋白。許多中樞神經(jīng)疾病的發(fā)生及發(fā)展，都會造成內(nèi)源性EPO，特別是腦源性EPO表達的變化。這種變化也被認為是機體抵御外界不良刺激的內(nèi)源性保護作用。大量基礎(chǔ)研究和臨床實踐已經(jīng)證明外源性EPO對中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷有一定的治療和預(yù)防作用。但是不可忽視的是EPO治療可能產(chǎn)生副作用，例如誘發(fā)心血管疾病。因此，未來對EPO的臨床研究應(yīng)該集中在EPO注射時間和劑量的摸索。此外已有學(xué)者開發(fā)出EPO衍生物作為EPO替代品，這種衍生物缺少EPO的造血功能，僅保留對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的保護功能，以達到減少傳統(tǒng)EPO副作用的目的，目前在癲癇治療中已有應(yīng)用［27］。但是這些衍生物的安全性和穩(wěn)定性還有待驗證。在基礎(chǔ)研究方面，關(guān)于EPO穿過血腦屏障的具體途徑以及腦源性EPO在不同的神經(jīng)細胞中是否激活了不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等問題，也有待進一步解答。

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