促红细胞生成素的研究.doc

促红细胞生成素的研究进展 XXX （X班 X学院 XX大学 XX 000000） 摘要：促红细胞生成素是由肾脏分泌产生的一种特异性糖蛋白，由于其糖蛋白分子结构中特异性的糖链结构能与骨髓红细胞表面的特异性的糖链识别受体结合，促进骨髓红细胞的增殖与成熟。其最早用来治疗遗传、癌症、慢性肾衰以及其他一些炎症引起的的贫血症，随着促红细胞生成素产生机制与信号转导机制的研究，促红细胞生成素在神经系统以及血管壁修复、心肌疾病等方面的研究有了新的应用并广泛应用于临床实践。 关键词：促红细胞生成素（EPO）； 促红细胞受体（EPOR）； 生物学活性 ；信号转导；临床应用 The research progress of Erythropoietin Xxx Abstract：Erythropoietin is produced by the kidneys secrete a specific glycoprotein because of their sugar specificity of the molecular structure of protein, sugar chain structure of the surface of red blood cells with bone marrow-specific sugar chain recognition receptor binding to promote the bone marrow of red blood cells proliferation and maturity。It used to treat some disease that caursed by genetic, cancer, chronic renal failure and other inflammation caused by anemia. with the mechanism of erythropoietin signal transduction mechanism study of erythropoietin in the nervous system and blood vessel wall repair,so it widely used in many aspect especially in clinical practice. Key words: erythropoietin (EPO); erythropoietin receptor (EPOR); biological activity; signal transduction; clinical application 促红细胞生成素（EPO）是调节红细胞产生的必需的细胞因子，在胎儿期主要由肝脏产生，成年肌体主要来源于肾脏，由肾小管及管旁毛细血管内皮细胞与间质细胞合成分泌[1]。由于EPO是一种糖蛋白，其特异性的糖链结构能被EPO识别，因此作用于特定的靶细胞，促进细胞增殖成熟。EPO最早用于治疗再生障碍性贫血，后期发现其在AIDS引起的贫血、恶性肿瘤性贫血以及自身免疫性贫血等疾病贫血症中得以广泛应用，近期EPO的生产多用采用基因工程技术，促红细胞生成素已经广泛应用于临床实践。 1. EPO的结构与功能 1.1 EPO的结构 EPO是肾脏分泌的一种活性糖蛋白。血浆中存在的EPO其肽链是由165个氨基酸组成，在其24、38、83号为点分别为天冬氨酸，糖链以及N糖肽键与天冬酰胺相连-GlcNAC-Asn-X-Thr/Ser,在其肽键165位点的氨基酸以O糖肽链相连，为-GalNAC-O-Thr/Ser-。糖链占其糖蛋白相对分子质量的40%左右，其N肽糖链主要由10-15个单糖单位构成，有一共同核心五糖区域，其余糖链主要以四天线复杂型为主，有部分三天线型与二天线型。不同的糖链构型使其糖蛋白具有不同的生物活性，四天线复杂性的活性最高，后来发现四天线复杂型与肾脏过滤减少与EPO的归巢有关。其糖链末端唾液酸残基能被唾液酸酶（又称神经氨酸酶）水解，进而使暴露的半乳糖残基与肝脏内的半乳糖特异性识别受体结合被水解。根据碳水化合物含量不同，天然存在的EPO分成两种类型：α型与β型。α型碳水化合物含量占34%，β型碳水化合物含有26%类。两种类别在生物学特性、抗原性以及临床效果上均相同。控制人体EPO产生的基因位于7号染色体长臂22区，EPO基因的定位使得EPO的大量生产成为可能[2]。 1.2 EPO的产生 EPO是由肾脏产生的，其产生受到氧气、多种体液与一些免疫调节的细胞因子等因素影响，其中以机体供氧状况研究最多，但二者作用机制却不清楚。最近的研究在这方面有了新的进展。 当体液中供氧不足造成机体氧气分压下降，相应的肾小管间质细胞周围的氧气分压下降造成胞浆中氧化还原状态改变，最终造成EPO合成增加。Franrey等用肝细胞癌HepG2进行体外实验时发现：缺氧环境或在培养基中加入氯化钴（CoCl2）去铁胺（DSF）及其他还原性物质如NADPH时，胞浆内H2O2的含量随之下降并造成EPO表达增多【3】。在培养基中直接加入外源性H2O2，则使EPO的生成减少，以上研究表现出H2O2与EPO的生成有重要影响。H2O2含量过高时，可能会直接抑制EPO的生成。因此，体内缺少过氧化氢酶或者过氧化物酶的患者往往会发现其体内的EPO相应的减少。 EPO的合成亦受到多种体液因素的影响，如：甲状腺素、ACTH、肾上腺皮质激素、催乳素等的影响均会增加机体氧内养的利用进而促使EPO的合成。当机体相应的甲状腺功能低下时，造成EPO的生成减少，机体代谢过慢，神经系统兴奋性降低，消化吸收功能减弱。另外还发现一些血管收缩药物，如血管紧张素II（AngII）可通过作用于血管紧张素I型受体（AT1R）增加EPO的产生。 1.3 EPO的生物学功能 EPO是肾脏产生的糖蛋白，主要作用于红系祖细胞，促进其增殖与成熟。在红细胞生成的过程中EPO主要与其它生长因子，如肝细胞生长因子（SCF）、胰岛素生长因子（CIGF-1）共同协同作用于未成熟的红系祖细胞。EPO主要作用于红系祖细胞的增殖期与分化期，通过刺激其有丝分裂、激活红细胞特异基因，进而使红细胞大量增殖与分化，EPO还能特性型阻断红系祖细胞从红细胞集落形成单位细胞（CFU-E）到早幼红细胞阶段的正常细胞凋亡，促使红系祖细胞的生长与繁殖。EPO主要用于肾功能衰竭有关的贫血、肾小球间质细胞功能下降造成的骨髓造血干细胞功能减弱。EPO及其受体激动剂常用于伴有骨髓抑制的慢性肾炎或癌症患者以及危重病人提高血红蛋白水平和避免输血，但同时也潜在增加了深静脉血栓的风险。 EPO对巨核细胞的生长也具有一定的作用，实验中单独或与血小板生成素（TPO）一起均可以刺激巨核细胞集落成单位细胞以及胞质裂解形成血小板。 2. EPO及EPO受体信号的转导 2.1 EPO受体 人EPOR的基因位于19号染色体上，裸肽分子质量为55KDa，糖基化后为66KDa,由508个氨基酸残基组成（包括24个氨基酸残基的是失导序列）。人的EPO受体位于红系祖细胞的细胞膜表面，由膜外区跨膜区与胞内区组成。胞质部分缺少酪氨酸激酶的特征排列顺序，所以不具备酪氨酸激酶活性。在靠近跨膜区有BOX1和BOX2两个同源盒，BOX1是EPOR与酪氨酸激酶相联系的部位，跨膜区区域由24个疏水氨基酸构成，细胞外部分由4个保守型半胱氨酸基组成的结构区和WSXWS（Trp-Ser-X-Trp-Ser）构型，与某些细胞白细胞介素同属一个受体家族，在转导机制上有一定的共性。 目前已知能表达EPO受体的细胞主要为：红系干细胞、巨核细胞干细胞。另外已经发现EPO还可作用于中枢神经细胞上的EPOR。近年来，已在非红系血细胞和非造血干细胞中发现了EPO的功能性受体，如髓系心肌细胞、平滑肌细胞等。由于EPO能特异性的作用于EPOR从而发挥一定的生理活性，可见EPO在一些功能性疾病的治疗中有很大的作用。 2.2 EPO受体的信号转导机制 EPO作用于EPO受体后，EPOR在其胞外部分一个20个氨基酸组成的片段引导下发生同源二聚体反应【4】。JAK激酶家族是一组非受体型酪氨酸激酶，主要与EPO受体胞质部分靠近细胞膜的区域相连，家族主要包括JAK1、JAK2、JAK3、TYK2，其中JAK2对EPOR的活化有直接作用，当EPO与EPOR结合时，JAK2自身发生磷酸化反应而被活化。活化的JAK2首先将EPOR的酪氨酸残基磷酸化，继而使之具有SH2区域。JAK被激活后主要作用于受体的胞浆部分，使羧基末端两个酪氨酸残基磷酸化而改变其构型，并且暴露出剪切酶作用位点，进入细胞核，识别位于靶基因启动区的特定碱基序列并启动转录【5】。目前已知的EPO受体介导激活的STAT为STAT-5，靶基因为CIS。 除JA2/STAT5途径外，已经正式的信号转导途径还包括：1，EPOR-JAK2-PBK（磷脂酰肌醇-3-激酶）途径;2，EPOR-JAK2-ERKs（胞外信号调节激酶-1，2）途径;3，EPOR-JAK2-NF-KappaB(核因子KappaB)途径;4,EPOR-JAK2-Ras(Rasd蛋白)-MAPK（有丝分裂原活化蛋白）途径等。 3. EPO的临床应用 3.1 在肾性贫血中的应用 典型的肾性贫血是正细胞正色素性贫血，通常在GFE＜20ml/min时发生。肾性贫血的原因包括：1.红细胞寿命缩短，与氮质血症、红细胞本身对渗透压氧化损伤机制刺激的抵抗力下降、以及脾功能亢进有关。2.血液丢失：包括透析失血、取血化验、隐性胃肠道失血等。3.红细胞生成受抑制：EPO相对缺乏是肾性贫血最主要的原因[6]。 临床上人重组EPO（r-HuEPO）的补充添加治疗主要用于肾性贫血、慢性肾性贫血、正常正色素贫乏而造成的贫血。肾性贫血常为晚期肾功能不全（尿毒症）的并发症，约占透析治疗病人的50%。使用透析机只能改善血液和尿液中尿素和一些离子电介质的电渗水平，并不能根本上治疗肾间质细胞的功能性疾病。r-HuEPO的应用可以使得晚期肾性贫血得到部分校正，使患者的死亡率和住院率下降，也可以从根本上改善尿毒症患者的贫血症状和红细胞免疫指标，提高尿毒症患者的体液和细胞免疫功能，降低患者的感染率。EPO长期疗法可以改善高密度脂蛋白相关血小板活化因子乙酰水解酶与总体血浆酶活性的比值低而致动脉粥样硬化的比率[7]。 EPO也可用于非肾性贫血的治疗。其对肿瘤相关性贫血、人类免疫缺陷病毒（HIV）相关贫血、骨髓移植相关贫血等方面也有良好的疗效。 3.2 在神经系统中的作用 EPO作为一种多效细胞因子，实验已证明中枢神经系统可产生EPO及EPO受体，并具有多种神经保护作用，Santhanamy用脑脊液和带编码rHuEpo基因的噬菌体载体混合液注射到新西兰白兔头壮骨池中，二天培养观察EPO含量几乎为对照组EPO含量的10倍。并发现rHuEPO的生物活性与NO合成酶的活性相一致【8】。研究表明在脑血管循环中，rHuEPO增强了由NO介导的内皮依赖性血管舒张作用。 EPO是近年来发现的一种具有神经保护作用的细胞因子 它可以通过与EPO-R结合激活一系列酶，启动信号转导发挥抗氧化应激，调节炎症反应等对神经元起保护作用。EPO对神经元发挥保护作用一种可能机制是抗氧化——EPO能通过抑制NO介导的自由基引发的细胞毒发挥保护细胞作用。EPO可增加抗氧化酶，超氧化歧化酶，谷胱甘肽还原酶，过氧化氢酶等的活性保护神经元【9】。已有大量体内外试验证明EPO对神经元保护作用。 还有研究证明，EPO还能增强NO的扩血管作用，明显缓解血管挛缩，并能直接作用于血管内皮细胞，促进血管新生在解血部位建立侧枝循环，这些作用都有助于改善局部缺血状况，有助于缺血部位神经细胞的存活。 3.3 EPO的其他作用 3.3.1 EPO对心脏的作用 EPO是一种多