腦內EPO/EPO-R與中樞神經系統疾病

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，首要功能是調節紅細胞生成。大量實驗研究表明，EPO在腦、脊髓等中樞神經系統中都有廣泛的表達，并且參與調控神經系統的生長發育過程，在神經營養、神經保護等方面也發揮了重要作用。近年來，人們發現腦源性EPO與EPO受體(EPO-R)的表達變化與部分中樞神經系統疾病的發生發展有著緊密聯系，而外源性EPO作為一種神經保護劑也被用于治療或預防多種神經系統疾病。因此，本文對近年來腦內EPO/EPO-R在中樞神經系統疾病中的研究進展做一綜述。

1 EPO與EPO-R的結構和作用機制

EPO是機體內重要的糖蛋白激素。在人及嚙齒類動物大腦中，EPO主要分布在海馬、杏仁體以及皮質等不同區域。腦內EPO主要來源于星型膠質細胞、神經元細胞和小神經膠質細胞等部位分泌，低氧條件可以誘發腦源性EPO的生成。在對EPO基因敲除小鼠的研究中發現，缺少EPO會造成小鼠在胚胎時期大腦發育障礙并死亡，說明EPO對大腦神經系統的正常發育發揮了關鍵作用。EPO能促進原始干細胞向神經元前體細胞分化并促使神經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對中樞神經系統疾病的治療也是近幾年相關領域的研究熱點。

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

2 腦內EPO/EPO-R在中樞神經疾病中的作用

2.1 腦缺血缺氧(Hypoxia Ischemia，HI) 缺血缺氧是腦源性EPO產生的主要動力。在HI發作過程中，缺氧誘導因子(HIF-1α)能夠調控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AKT和P13K通路，抑制神經元凋亡并促進缺氧部位的腦血管再生，以提高腦內載氧能力。還有學者提出，EPO的這種保護機制還可能與增加脊神經節細胞軸突長度有關［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的神經保護作用，體內外HI模型研究結果顯示，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］發現星形膠質細胞分泌的EPO可以幫助突觸前體細胞抵御缺氧損傷，提示促進內源性EPO的生成有利于疾病的預防和治療。目前，外源性EPO已經應用于治療腦缺血，有研究者發現每天注射1000U/kg EPO能顯著減少HI模型鼠海馬CA1區及皮質的細胞凋亡數量，促進神經元和少突膠質細胞的再分化［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保護有效性是傳統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 是一種進行性發展的神經退行性疾病，目前發病原因仍不明確。大量的基礎實驗研究發現，AD患者的神經細胞損傷或退化，大腦皮層出現老年斑及神經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現 AD患者海馬及顳葉皮質EPO-R表達明顯上調。Lee ST等［10］每天給TG2576小鼠注射EPO(5000IU/kg/d)，持續5d后小鼠的記憶功能得到改善，內皮細胞分化加速，腦內突觸蛋白表達增加，淀粉樣蛋白和Aβ生成減少。在培養的人內皮細胞中，EPO促進了血管生成，同時也降低了RAGE的表達。這些結果說明EPO能夠改善記憶功能，并且可以緩解Aβ誘導AD動物模型中血管內皮細胞的退化。有學者［11，12］利用Aβ誘導PC12細胞作為AD體外模型發現，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。進一步研究發現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，抑制神經纖維纏繞。因此，EPO能夠有效預防和治療AD，改善認知功能缺失，但是機制復雜尚未闡明，可能涉及多條信號通路的綜合作用。

2.3 癲癇(Epilepsy) 癲癇是一種神經系統慢性疾病，癲癇發作時，谷氨酸產生的興奮毒性誘導鈉離子(Na+)及鈣離子(Ca2+)通道異常開放，細胞內外離子濃度平衡被破壞，最終導致細胞凋亡或壞死。癲癇持續狀態時引起的缺氧也成為大腦損傷的因素之一。近年來圍繞EPO抗癲癇作用的基礎研究逐漸展開。Kondo等［14］研究發現無論是內源性還是外源性的EPO都能對海人藻酸致癇小鼠海馬神經元有保護作用，這可能是EPO與神經肽Y共同作用的結果。還有學者［15～17］對鋰-匹羅卡品建立癲癇模型注射 EPO后經過TUNEL染色發現海馬內神經元凋亡減少，CA1、CA3區均可見EPO-R表達增多;免疫印跡數據顯示抗凋亡蛋白BCL-2表達上調，而BAX表達下調;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的大鼠神經元細胞作為癲癇離體模型，利用Western blot技術初步研究發現，無鎂細胞模型的內源性EPO表達明顯上調，這與癲癇動物模型的研究結果基本一致。但是關于這種EPO異常表達的機制還需要進一步探討。

2.4 多發性硬化癥(MS) 多發性硬化癥是累及中樞神經系統的慢性自身免疫性疾病。患者有典型炎性病理變化，炎癥能引起腦內和脊髓神經元髓鞘脫失，使神經傳導速度減慢。炎癥的惡化和修復，形成多處散在的斑塊，并可以反復發作。在自發免疫性腦脊髓炎動物模型(經典MS動物模型)或者MS轉基因鼠模型中，注射抗炎性的細胞因子都能發揮保護作用。有文獻報道［18］給MS動物模型腹腔注射EPO能夠緩解病情發展，RT-PCR結果顯示干擾素-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系統的炎癥反應。還有學者［19］提出將EPO聯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退行性疾病，其病因與多巴胺神經元凋亡以及炎癥反應有關。Signore等［20］發現在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元的死亡，而Xue等［21］的研究結果則從EPO的抗炎性方面解釋了這種現象。另一方面，Kook YH等［22］發現EPO還能夠通過抑制凋亡蛋白PUMA的活性來發揮神經保護作用。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信號途徑介導的。此外，EPO的神經保護作用還被廣泛應用在預防和治療脊髓損傷［24］、精神分裂癥［25］以及蛛網膜下腔出血［26］等疾病中。

3 展望

EPO是體內的一種重要蛋白。許多中樞神經疾病的發生及發展，都會造成內源性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源性保護作用。大量基礎研究和臨床實踐已經證明外源性EPO對中樞神經系統損傷有一定的治療和預防作用。但是不可忽視的是EPO治療可能產生副作用，例如誘發心血管疾病。因此，未來對EPO的臨床研究應該集中在EPO注射時間和劑量的摸索。此外已有學者開發出EPO衍生物作為EPO替代品，這種衍生物缺少EPO的造血功能，僅保留對中樞神經系統的保護功能，以達到減少傳統EPO副作用的目的，目前在癲癇治療中已有應用［27］。但是這些衍生物的安全性和穩定性還有待驗證。在基礎研究方面，關于EPO穿過血腦屏障的具體途徑以及腦源性EPO在不同的神經細胞中是否激活了不同的信號轉導通路等問題，也有待進一步解答。

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