促紅細胞生成素對視網(wǎng)膜保護作用的研究進展

1、促紅細胞生成素對視網(wǎng)膜保護作用的研究進展【摘要】紅細胞生成素是由腎臟分泌的內源性細胞因子，近來研究發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜也存在紅細胞生成素及其受體，并在視網(wǎng)膜缺血缺氧以及光損傷等均起保護作用。本文對紅細胞生成素及其受體的產生、構造及其在視網(wǎng)膜缺血缺氧中的保護機制進展綜述。【關鍵詞】紅細胞生成素視網(wǎng)膜缺血缺氧神經(jīng)保護StudyadvanentheprtetiveeffetferythrpietinnretinaAbstratErythrpietinisellknnduettheiprtantfuntinintheerythrytpiesis,hever,thereentstudieshavefundtha

2、terythrpietinanditsreeptrsalsexistinretinaandplayaprtetiverleduringhypxia/isheiaandlight-induedretinaldegeneratinet.Theartilereviesthedevelpentferythrpietinanditsreeptrs，strutureandprtetiveehanisinretina.KEYRDS:erythrpietin;retina;prtetin0引言許多視網(wǎng)膜、視神經(jīng)疾病如老年性黃斑變性、視網(wǎng)膜脫離、視網(wǎng)膜色素變性、視網(wǎng)膜功能不良性疾并視神經(jīng)損傷等，它們的共同病理機

3、制是視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞、光感受器細胞等神經(jīng)元的凋亡，最終導致視力的喪失，因此，尋找視網(wǎng)膜視神經(jīng)保護藥物具有重要意義。本文就促紅細胞生成素erythrpietin，EP及其受體的產生、構造、對視網(wǎng)膜保護機制以及臨床應用前景作一綜述。1EP以及EP受體的分子構造EP是一種含唾液酸的酸性熱穩(wěn)定(80)糖蛋白，由165個氨基酸組成，來源于腎臟及胎肝,在缺氧情況下，EP可在腎外更多的器官中表達，天然存在的EP有兩種類型，型和型。兩種類型的生物學特性、抗原性一樣，主要區(qū)別在于碳水化合物含量不同。傳統(tǒng)上認為EP是一種血細胞因子，可以促進造血祖細胞的增殖與分化，然而，近年來許多研究說明EP具有神經(jīng)營養(yǎng)活性，EP

4、可刺激神經(jīng)祖細胞發(fā)育并防止胚胎腦凋亡。EP的生物作用是通過相應靶細胞膜外表受體介導的。EP受體屬于細胞因子受體超家族成員，其基因定位于染色體19q13.3，有8個外顯子，編碼一分子量為66kDa、由507個氨基酸組成的I型跨膜糖蛋白，包含胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內區(qū)，胞外區(qū)具有與其他在細胞外表正確折疊和表達所必需的、高度保守的SXStryptphan-serine-x-trypt-phan-serine序列和兩對半胱氨基酸殘基。在細胞質的近膜區(qū)也有兩個高度保守序列bx1和bx2，對于EP受體形成折疊非常重要。一分子EP可與細胞外表的兩分子受體相結合，其受體結合區(qū)域在末端。Jak2可以和bxl區(qū)特異性

5、結合并被磷酸化，然后激活一系列激酶和信號轉導蛋白。2EP及EP-R在視網(wǎng)膜中的分布EP和EP-R在胚胎和成年組織中廣泛表達，在視網(wǎng)膜的研究中,Bker-effert等1通過免疫染色發(fā)現(xiàn)EP-R主要定位于視神經(jīng)節(jié)細胞層，低密度的染色標記存在于內叢狀層和外叢狀層以及錐體內節(jié)部分。用含有特異性阻滯肽的抗EP-R抗體進展免疫反響也證實了EP-R在視網(wǎng)膜中的存在，同時Junk等12通過使用特異性的多克隆抗體發(fā)現(xiàn)EPandEP-R表達在正常的視網(wǎng)膜上，免疫組織化學研究定位在視網(wǎng)膜內層，免疫組織化學雙標記染色示EP-R的表達定位在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞、無長突細胞和ller細胞。3視網(wǎng)膜缺血缺氧時EP的產活力制視

6、網(wǎng)膜在正常供氧情況下，低氧誘導因子HIF-1ahypxiainduiblefatr是HIF的調節(jié)亞單位，快速被蛋白酶體很快降解，而視網(wǎng)膜缺血意味著視網(wǎng)膜組織同時缺氧和葡萄糖，此時，首先缺氧的部分組織產生一種轉錄因子缺氧誘導因子HIF-1a，HIF-1a穩(wěn)定，HIF-1a進入細胞核內，進入細胞核與HIF-1b形成異源二聚體，結合到目的基因染色體上缺氧反響元件hypxiarespnseeleent，HRE結合，啟動包括EP基因在內的一系列基因的轉錄，如EP，VEGF，F(xiàn)GF2等，隨著EP的產生增加，EP-R的表達也明顯上調，EP的信使RNA被轉運到細胞質并且翻譯表達EP蛋白3。4血視網(wǎng)膜屏障對EP

7、的影響Gri等4研究EP對視網(wǎng)膜光化學損傷的保護性研究中，通過實驗組小鼠腹腔注射rHEP5000U/kg后通過ELISA分析視網(wǎng)膜rhEP的程度，注射后2h，100pg視網(wǎng)膜蛋白中EP的含量可到達0.740.24U；4h到達頂峰1.680.37U，8h降低4倍0.470.13U。而對照組小鼠注射生理鹽水后，視網(wǎng)膜中未檢測到EP，結果說明rHEP腹腔注射后可通過小鼠血視網(wǎng)膜屏障進入視網(wǎng)膜組織同時，Brines等5報道中樞神經(jīng)系統(tǒng)毛細血管內皮細胞外表存在大量EP受體，血液中的EP與毛細血管內皮細胞外表的EP受體結合，可啟動細胞內吞噬作用，將EP通過血腦屏障轉運至腦組織，由此推測小鼠血液中的rHEP

8、可能也是通過這一途徑被轉運至視網(wǎng)膜組織。5EP在視網(wǎng)膜損傷的保護現(xiàn)象Gri等6利用視網(wǎng)膜光化學損傷的動物模型研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1a促進了EP的表達，從而對視網(wǎng)膜光化學損傷起保護作用。顯示經(jīng)過低程度氧60L/L2處理的鼠可防止光誘導的細胞凋亡從而保護視網(wǎng)膜感光細胞構造和功能。與視網(wǎng)膜光化學損傷細胞凋亡相關的細胞因子ativatrprtEin-1AP-1在低氧處理后沒有抑制，缺氧預處理阻止了凋亡晚期的信號級聯(lián)反響的aspase-1表達，同時低氧上調EP的表達，EP蛋白與其存視網(wǎng)膜感光細胞內段的相應受體結合，觸發(fā)了信號的級聯(lián)反響，從而抑制感光細胞的凋亡，并且免疫組織化學檢查也證實視網(wǎng)膜感光細胞內段有

9、EP受體，這與EP在感光細胞有直接的神經(jīng)保護作用是相一致的。除了內源性EP具有保護作用，rHuEP也具有保護視網(wǎng)膜感光細胞免遭光損傷的作用。EP對視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞也具有神經(jīng)保護作用。Junk等7發(fā)如今急性視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷動物模型中缺血上調了視網(wǎng)膜EPRRNA的表達，缺血后l2h開場上升，72h到達頂峰，是正常的4倍，而EP的表達呈下降趨勢，48h后下降52%。在缺血前24h預治療或缺血時立即腹腔注射rHuEP有助于視網(wǎng)膜功能的恢復，并發(fā)現(xiàn)TUNEL原位末端標記物法陽性細胞減少，而缺血后用rHuEP無效，提示EP通過抗凋亡機制對急性視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷具有神經(jīng)保護作用，外源性全身應用EP可以

10、挽救損傷的神經(jīng)元。同時，在缺血再灌注模型中，通過使用可溶性的EP受體，通過對鼠的ERGb的檢測，與對照組相比擬，使用可溶性的EP受體組的b波明顯減少，提示加重了視網(wǎng)膜的缺血損傷效應。EP與視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的軸突生長有關，它可以促進視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞軸突的生長。Bker-effert等8在生后鼠視網(wǎng)膜組織培養(yǎng)時分別參加EP，血管內皮細胞生長因子VEGF呈劑量依賴性促進視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞軸突的生長，當EPR抗體參加培養(yǎng)基以阻斷EP的作用時其促軸突生長作用被抑制；提示EP不僅有神經(jīng)保護作用，而且在缺血視網(wǎng)膜中有促神經(jīng)再生的功能。EP還對視神經(jīng)損傷后的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的退行性改變有促進其恢復的作用，Ale

11、xandraKretz等9研究發(fā)現(xiàn)使用轉基因大鼠tg21，它能在神經(jīng)細胞里優(yōu)先表達人類EP，在體外實驗中，對視神經(jīng)損傷后視網(wǎng)膜細胞培養(yǎng)，在培養(yǎng)液中參加EP刺激神經(jīng)節(jié)細胞的再生，與未使用EP的對照組相比，應用10到1000UrhEP時，能使總的軸突增加到8.31倍,從101000U的濃度不同時它刺激RGs軸突生長外展長度和數(shù)目都成比例,其結果提示EP能促進RG的再生并呈劑量依賴性。同時,分別對視神經(jīng)軸突損傷后大鼠在0，3，6，9d給予玻璃體腔內重復注射EP后對其進展視網(wǎng)膜細胞培養(yǎng),結果也發(fā)現(xiàn)EP能促進神經(jīng)節(jié)細胞的再生軸突長度5.7倍和數(shù)目2.16倍。提示EP可以刺激神經(jīng)節(jié)細胞軸突再生,發(fā)揮著神經(jīng)

12、營養(yǎng)的作用。eishaupt等10建立了軸突損傷模型,在體外通過應用EP阻止了缺乏神經(jīng)營養(yǎng)因子小鼠的RGs死亡，在體內阻止了Gs的軸突損傷，EP神經(jīng)保護效應與劑量呈鐘型的劑量反響關系，進一步證明EP對橫斷軸突后慢性中樞神經(jīng)元凋亡有保護作用。最近也有報道，全身給予EP治療光損傷性視網(wǎng)膜變性或遺傳性視網(wǎng)膜色素變性，發(fā)現(xiàn)對視網(wǎng)膜感光細胞有明顯的保護作用。6EP對視網(wǎng)膜的保護作用機制6.1抗凋亡作用EP對視網(wǎng)膜抗凋亡的作用機制研究還不是很清楚，但EP在神經(jīng)系統(tǒng)內的抑制細胞凋亡的機制可能與紅細胞內的機制一樣，EP與EP受體結合使受體形成二聚體，并通過轉磷酸化作用激活Janus激酶2Januskinase

13、，JAK2相關性受體，使受體胞內構造域特異性酪氨酸磷酸化成為細胞內信號轉導通路上信號分子的作用位點J。激活的JAK2可使細胞內多種蛋白酶發(fā)生酪氨酸磷酸化，其中也包括EPR。在JAK2作用下去磷酸化使通路下游的酶失活并下調級聯(lián)信號，包括促分裂原活化蛋白激酶(RasAPK)途徑，磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)途徑和信號轉導和轉錄活化因子-5(STAT-5)途徑。Rusher等11研究發(fā)現(xiàn)通過體外氧葡萄糖剝奪模型也對EP的阻止凋亡作用及其信號轉導機制進展研究，使用了一系列與信號轉導相關的拮抗劑，證實了EP的抗調亡作用，并顯示其時間和劑量的依賴性。hang等12研究發(fā)現(xiàn)，EP預處理可減少缺氧誘導的膜磷

14、酯酰絲氨酸殘基外顯，同時還抑制隨后的DNA降解，而這兩者均可以獨立地導致細胞凋亡，也證實了EP抗神經(jīng)元凋亡作用。此外,根據(jù)以EP處理僅5in即可發(fā)揮保護作用這一現(xiàn)象提出了另一可能途徑：EP-EPR-R-JAK-2-NF-B。Digiayligu等13的研究進一步說明：Ep可能引起互相獨立的JAK-2和核因子-B(NF-B)信號通路之間穿插感知。EP-R介導的JAK-2激活，促使NF-B的抑制亞單元IB磷酸化，引起IB自身失活，從而使NF-B激活，并向核內易位，導致NF-B依賴性神經(jīng)保護基因的轉錄，包括某些抑制凋亡的因子，如：XIAP和LAP2等從而抑制凋亡發(fā)生。近來研究發(fā),EP同時也能抑制與細

15、胞色素釋放有關的aspase8，aspase1，和aspase3活化酶的活性，增加蛋白激酶(Akt1)的活性，促進凋亡的蛋白磷酸化而保持DNA的完好性。6.2抗氧化作用氧化應激是引起神經(jīng)細胞損傷的重要因素,因此抗氧化作用是EP發(fā)揮神經(jīng)系統(tǒng)保護作用的另一個機制。N和谷氨酸的神經(jīng)毒性作用均與氧自由基產生有關。N本身即為活性氧Sakanka等14研究說明，EP具有血小板生長因子相似的作用，可增強超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶等抗氧化酶的活性，從而增強抗氧化活性。Sinr等15在體外培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元實驗中證實，EP可通過上調抗氧化酶的表達而增強抗氧化作用。最近Slarglui等16在胚

16、鼠缺血再灌注損傷模型中觀察到。EP可阻止缺血再灌注損傷后硫巴比妥酸的增加，而硫巴比妥酸代表腦脂質過氧化的程度，說明EP具有抗腦脂質過氧化的作用。6.3抗谷氨酸興奮毒性谷氨酸是脊椎動物視網(wǎng)膜和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要興奮性神經(jīng)遞質，它作用于谷氨酸受體，介導視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞間的信息傳遞。然而，谷氨酸又是一種潛在的神經(jīng)細胞興奮性毒素，假設其過量，將導致神經(jīng)細胞的死亡。已有研究證實，谷氨酸在視網(wǎng)膜缺血、青光眼、視神經(jīng)挫傷等過程中起著重要作用,視網(wǎng)膜缺氧缺血時能量代謝障礙導致谷氨酸濃度大量增加，谷氨酸通過與N-甲基-D-天冬氨酸NDA受體結合導致鈣鈉通道開放，大量持續(xù)鈣內流導致細胞內鈣超載，從而介導細胞內一系列

17、依賴鈣離子的生化反響，最終導致細胞急性壞死，同時也啟動細胞凋亡。如今認為谷氨酸興奮性毒性是觸發(fā)視網(wǎng)膜缺血性神經(jīng)元損傷級聯(lián)反響的最主要因素，一些實驗證實，EP可阻止谷氨酸興奮毒性作用。rishita等17報道，體外培養(yǎng)胚胎鼠大腦皮質和海馬神經(jīng)元細胞，將這些細胞暴露于谷氨酸處理15in。結果發(fā)現(xiàn)，用EP預處理可預防谷氨酸介導的細胞死亡，向培養(yǎng)基中參加一種a2+螯合劑EGTA后保護作用消失。Kaakai等18用化學缺血處理小腦顆粒細胞顯示，EP可減少a2+誘導的谷氨酸釋放?；瘜W缺血致海馬神經(jīng)元死亡的現(xiàn)象可被EP類似肽1所阻斷，結合化學缺血早晚期谷氨酸釋放的不同機制，他們認為EP結合其受體后抑制了谷氨

18、酸的胞吐作用機制。6.4抗N作用在視網(wǎng)膜缺氧缺血中N過度合成具有神經(jīng)毒性作用，并介導NDA受體誘發(fā)谷氨酸神經(jīng)毒性作用致神經(jīng)節(jié)細胞的損傷，可能抑制N過度合成來減輕神經(jīng)元損傷。N產生神經(jīng)毒作用的可能機制：N與2結合產生N，它能氧化蛋白質的巰基，使多種酶欠活，并且可使脂質過氧化，從而嚴重影響生物膜的功能。另一種機制是N能引起DNA損傷，并能使線粒體電子傳遞受阻，導致細胞能量代謝障礙，最終引起細胞死亡。Sakanaka等19在體內實驗證實，提早用EP可阻止N生成因子硝普鈉(SNP)誘導的N過度合成，同時加人EP及SNP不能減輕SNP誘導的神經(jīng)元損傷,提示在體內EP通過抑制N過度合成發(fā)揮其神經(jīng)保護作用。

19、最近有研究發(fā)現(xiàn)，EP可通過Janus激酶(Jak2)和NF-B(核因子-B)信號級聯(lián)來起作用，保護神經(jīng)元不受由一氧化氮誘導的細胞死亡的損害。6.5其他可能的抗損傷機制除以上幾種機制外，EP可能還具有其他抗損傷作用。如ang等20對新生鼠缺血缺氧模型的研究發(fā)現(xiàn)，rhEP處理組HSP27表達增加，而HSP27可減輕損傷和細胞凋亡。7臨床應用前景雖然有研究證實EP可以通過血腦以及血視網(wǎng)膜屏障，并且它具有促紅細胞生成，神經(jīng)保護，血管生成素活性功能，但是假如全身應用可能會在視網(wǎng)膜疾病的治療中產生一些問題,如紅細胞增多癥，血壓增高,長期給予EP可能會產生一些不良反響，如紅細胞增多癥，血壓增高等。為了防止它

20、的副作用，除了EP可用于眼部的部分治療以外，EP的促紅細胞生成、神經(jīng)保護及血管生成素活性功能的抗原決定簇的識別和別離將為視網(wǎng)膜疾病的治療開拓新的途徑，并可能將其副作用降至最低,僅保存EP0分子的視網(wǎng)膜神經(jīng)保護活性多肽的重組將會有廣泛的臨床應用前景?！緟⒖嘉墨I】1B?觟ker-effertS,RsenstielP,R?觟hl,arnekeN,Held-FEindtJ,SieversJ,LuiusR.ErythrpietinandVEGFprteneuralutgrthfrretinalexplantsinpstnatalrats.InvestphthallVisSi,2002;43:2021-2

21、0262JunkAK,aisA,SavitzSI,Singh,RthS,alhtraS,RsenbauPS,eraiA,Brines,RsenbauD.Erythrpietinadinistratinprtetsretinalneurnsfrauteisheia-reperfuslninury.PrNatIAadSiUSA,2002;99:l0659-l06643BeerraSP,AaralJ.Erythrpietin-anendgenusretinalsurvivalfatr.NEnglJed,2002;347:1968-19704Gri,enzelA,Grszer,ayserH,Seeli

22、ger,Saardzija,Bauer4,Gassann,ReeE.HIF-1-induederythrpietininthehypxiretinaprtetsagainstlight-induedretinaldegeneratin.Nated,2002;8:718-7245BrinesL,GhezziP,KeenanS.AgnellD,deLanerlleN,erai,ItriL,eraiA.Erythrpietinrssesthebld-brainbarriertprtetagainstexperientalbraininjury.PrNatlAadSiUSA,2000;97(19):1

23、0526-105316Gri,enzelA,Grszer,ayserH,Seeliger,Saardzija,Bauer4,Gassann,ReeE.HIF-1-induederythrpietininthehypxiretinaprtetsagainstlight-induedretinaldegeneratin.Nated,2002;8:718-7247JunkAK,aisA,SavitzSI,Singh,RthS,alhtraS,RsenbauPS,eraiA,Brines,RsenbauD.Erythrpietinadinistratinprtetsretinalneurnsfraut

24、eisheia-reperfusininjury.PrNatlAadSeiUSA,2002;99(l6):l0659-106648Bker-effertS,RsenstielP,Rhl,arnekeN,Held-FeindtJ,SieversJ,LuiusR.ErythrpietinandVEGFPrteNeuralutgrthfrRetinalExplantsinPstnatalRats.InvestphthallVisSi,2002;43:202l-20269KretzA,HappldJ,artikeJK,IsenannS.Erythrpietinprtesregeneratinfadul

25、tNSneurnsviaJak2/Stat3andPI3K/AKTpathayativatin.lellNeursi,2022;(29):569-57910eishauptJH,RhdeG,P?觟lingE,SirenAL,EhrenreihH,B?覿hr.EffetfErythrpietinAxty-InduedApptsisinRatRetinalGanglinells.InvestphthallVisSi,2022;45:1514-152211RusherK,FreyerD,Karsh,IsaevN,egD,SaitzkiB,PrillerJ,DirnaglU,eiselA.Erythr

26、pietinisapararineediatrfisheitleraneinthebrain：evidenefraninvitrde1.JNeursI,2002;22:10291-1030112hangGH,BarbarN,PieperR.Phsphatidylserine-dependentphagytsisfappttigliaellsbynralhuanirglia.Astrytes,andgliaells.Neurnl,2000;2(2):174-18313Digieayliglu,LiptnSA.Erythrpietin-ediatedneurprtetininvIvesrss-taIkbeteenJak2andNF-kappaBsignallingasades.Nature,2001;412:641-64714Sakanaka,enT,atsudaS,asudaS,rishitaE,Naga,SasakiR.Invivevidenethaterythrpietinprtetsneurnsfrisheidaage.PrNatlAadSi,1998;95(8):4635-464015SinrAD,GreenbergDA.Erythrpietinprtetsulturedrtialneurns,hutntastrgl