EPO、EPOR对缺血缺氧组织的保护作用

EPO、EPOR对缺血缺氧组织的保护作用

张召华1崔森2（通讯作者）

（1青海大学附属医院青海西宁810001）

（2青海大学附属医院血液科青海西宁810000）

【摘要】机体或细胞内低氧是许多疾病中常见的一种情况，了解EPO/EPOR在这些疾病中的作用机制，能对缺血缺氧性疾病的防治提供新的方法和思路。持续低氧条件下，机体供氧不足，使组织缺氧，逐渐影响靶器官的功能。缺血再灌注损伤及低氧环境刺激使EPO生成增加，与EPOR结合后共同介导缺血缺氧条件下的一系列生理反应，为组织细胞提供充足的氧和能量，减轻低氧对机体的损伤。本文就EPO/EPOR对缺氧组织的保护作用予以综述。

【关键词】EPO；EPOR；缺血缺氧性疾病；缺血再灌注

【中图分类号】R446【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2016）02-0011-02

EPO,EPORprotectionEffectforischemiahypoxiagroup

ZhangZhaohua,QinghaiUniversityHospital,QinghaiProvince,Xi’ning810001,China

【Abstract】Theorganismorcellhypoxiaisacommonsituationinmanydiseases,understandingofEPO/EPORmechanisminthesediseases,tohypoxicischemiadiseasepreventionprovidenewmethodandtrainofthought.Sustainedlowoxygenconditions,enoughoxygentothebody,makethehypoxia,graduallyaffectthefunctionoftargetorgans.Ischemia-reperfusioninjuryandlowoxygenenvironment,increasetheEPOgeneration,combinedwithEPOR,afteraseriesofphysiologicalreactionmediatedischemiaanoxicconditionstogether,toprovidesufficientoxygenandenergyforcells,reducethehypoxicdamageinthebody.ThispaperreviewstheEPO/EPORofhypoxiagroupofprotection.

【Keywords】TheEPO;EPOR;Hypoxicischemiadiseases;Ischemiareperfusion

充分的氧供应是组织细胞进行能量代谢、发挥生理功能的基础条件，但许多疾病的共同生理环境是缺氧。缺血缺氧时EPO与EPOR结合发挥重要的生理反应。不少研究发现EPO广泛存在于多种非造血组织中，具有促进红细胞生成、抗炎、抗凋亡、抗氧化、促进血管生成等多种功能。本文对EPO/EPOR在缺血缺氧性脑损伤、心血管疾病、视网膜病变和急慢性高原病的研究进展进行综述。

1.EPO/EPOR的生物学特点

1.1EPO的结构及生物学功能

红细胞生成素（erythropoietin,EPO）是一种激素样造血生长因子，主要由肾皮质肾小管间质细胞和肝脏分泌，分子量为34KD，位于7号染色体长臂22区，由多肽和糖基构成，含有2个二硫键、1个碳末端的精氨酸（Arg）残基。EPO主要作用于红系定向祖细胞膜上的红细胞生成素受体（EPOreceptor，EPOR），促进定向祖细胞增殖分化，具有强大的促造血活性，临床用于治疗多种贫血。EPO在肾、骨骼肌、视网膜、大脑皮层及脊髓等中枢神经系统、血管内皮细胞、血管平滑肌细胞等组织的缺血再灌注及低氧性损伤中，具有调节细胞能量代谢、抗细胞凋亡、促进功能恢复、增强组织对缺氧的耐受能力。EPOR在巨噬细胞和淋巴细胞等炎性细胞中表达，说明EPO参与了炎症调控过程，具有抗炎的功能。

1.2EPOR的结构及生理功能

EPOR属于细胞因子受体超家族成员，主要表达于CFU-E阶段，其基因编码一分子质量为66KD，由507个氨基酸组成的I型跨膜糖蛋白p66，因此，EPOR由507个氨基酸组成，其cDNA序列分为：胞外区是与EPO结合的区域，具有在细胞表面正确折叠和表达所必需的WSXWS序列和两对半胱氨酸残基的特征性细胞因子，其受体多由α、β等两种以上亚单位组成。胞内区含7～9个氨基酸残基，具有Boxl和Box2两个保守区域，对EPO介导蛋白酪氨酸激酶-2(proteintyrosinekinase-2，Jak2)激活起重要作用，Boxl是与Jak2结合必需的功能区，Box2是EPO促进红系祖细胞分化的重要功能区、行使细胞增殖和分化等功能。

1.3EPO/EPOR的生成与调节

调节EPO/EPOR合成与释放的因素众多，最重要的是细胞内缺氧。EPO是低氧诱导因子（hypoxiainduciblefactor，HIF）的一个下游靶基因，缺氧抑制酶对HIF-1α的降解，进入细胞核内与HIF-1β结合形成异二聚体HIF-1复合物，结合于EPO基因3′端典型的缺氧反应真核增强子，经一系列缺氧信号通路增加EPO基因的表达[1]。神经内分泌激素和一些局部介质，包括雄激素类固醇、合成代谢类固醇、IL-1β、TNF-α、NO等对EPO/EPOR的合成与释放具有重要的促进作用。

2.EPO、EPOR与低氧性疾病的关系

2.1EPO、EPOR对心肌的保护作用

EPO可通过介导非造血组织受体信号通路，减少缺血心肌细胞凋亡，抑制转化生长因子-β1对心肌重构的影响[2]。周胜凯[3]等发现EPO增强了慢性缺氧心肌细胞的线粒体生物合成，对心肌细胞的能量代谢调节至关重要。这与激活PI3K/Akt[4]和JAK-STAT途径有关，前者可能直接使凋亡蛋白Bad磷酸化失活或激活IKK使IκB磷酸化，激活NF-κB途径，后者可以促进JAK的磷酸化，激活STAT蛋白，减少caspase-3的生成、诱导COX-2、NOS2、VEGF和抗氧化蛋白的表达、上调抗凋亡基因Bcl-2、Bcl-xl，下调凋亡基因Bax的表达。而且研究发现EPO预处理可减轻大鼠心肌缺氧复氧后细胞超微结构的损伤，降低血清心肌酶活性，减轻心肌过氧化损伤，促进复氧后心功能的恢复。其机制主要为抑制NF-κB的活性，进而抑制心肌TNF-α基因表达上调,增加抗凋亡基因BCL-2表达。

2.2EPO、EPOR对脑组织的保护作用

EPO/EPOR在神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、前脚运动神经元和带髓鞘的轴突中均有表达，WuX[5]等认为EPO是一种重要的神经营养因子，具有调节中枢神经发育、神经营养、增加神经元生成及神经保护作用[6-7]。减少中枢神经系统缺氧/缺血性脑损伤和神经元细胞中Caspase-3、Caspase-9的表达，发挥抗凋亡、抗自由基及抗氧化作用。脑室内注射EPO可明显降低缺血缺氧脑损伤大鼠的脑梗塞面积，减轻神经元损伤程度，说明外源性EPO能增强脊髓组织对缺血性损害的耐受能力，明显降低神经元的凋亡，增加存活数量。缺氧时EPO可激活NF-κB信号通路，减轻缺氧、谷氨酸、NO等氧化应激对神经细胞的损伤。

2.3EPO/EPOR对视网膜的保护作用

缺血缺氧所致的视网膜病变主要包括糖尿病视网膜病变、视网膜中央/分支动静脉阻塞、视网膜脱离、视乳头水肿等，其机制是视网膜神经节细胞、光感受器细胞等神经元的损伤及凋亡，导致视力低下甚至失明。EPO通过激活ERK1/2途径及Akt途径调节神经营养因子的表达，其机制主要是：（1）EPO/EPOR对自身的抗凋亡作用：外源性注射EPO能减少高眼压时视网膜神经节细胞的凋亡，且具有浓度和时间依赖性；（2）EPO能促进神经元突触的生长发育：研究者经离断大鼠眶内神经后经玻璃体腔注射EPO，发现横断面视网膜神经节细胞的轴突数目显著增加并向远端伸长，说明EPO有促进视网膜神经节细胞再生的能力。汪妍君[8]等通过建立兔急性视网膜缺血模型发现EPO可抑制视网膜缺血性损伤时caspase-3基因蛋白表达的增高，说明caspase-3表达减少可能是其保护途径之一。

2.4EPO/EPOR对肾脏的保护作用

肾小管上皮细胞、系膜细胞和内皮细胞均有EPOR表达，缺氧时，EPO主要由肾皮质Ⅰ型间质细胞分泌。汪妍君[8]等发现EPO可下调ERS标志蛋白CHOP的水平，该作用可能与EPO减轻缺血再灌注肾损伤有关。Vesey[9]等通过体外实验证实高浓度EPO（400U/ml）可刺激低氧条件下DNA的合成和细胞增殖，抑制细胞凋亡，EPO具有促进Bcl-2家族抗凋亡蛋白活性的作用，夹闭双侧肾动脉前24小时给予腹腔注射EPO(3000U/g)作预处理，可明显改善缺血再灌注24小时后的肾脏功能，并且EP0可以激活与JAK2相关的数条信号途径，如JAK2-STAT5途径、JAK2-PI3K途径、JAK2-κB途径，在下游表现为促进Bcl-2抗凋亡蛋白的表达，使肾小管上皮细胞凋亡明显降低。

2.5EPO/EPOR与高原低氧环境及高原病

正常人组织中EPO含量极低，以维持正常的红细胞生成。陈伟[10]等将HepG2细胞在急性低氧条件下培养48h后，胞内EPO、HIF-1α基因表达升高，在低氧训练过程中逐渐下降，达到习服后急性低氧对EPO的诱导作用减弱甚至受抑制。孙程英[11]发现高原慢性缺氧可使健康人血清EPO水平增加，且EPO的水平随海拔高度的增加而增加。祁玉娟[12]等通过对30例高原红细胞增多症患者的研究发现，EPO在高原健康组、慢性高原病组与平原健康组的表达无明显差异，但急进高原健康人EPO浓度明显高于当地正常人和高原红细胞增多症患者。吴洲[13]等建立大鼠缺氧模型发现缺氧5d组骨髓细胞EPOR亲和力较对照组显著升高，而缺氧15d组、30d组骨髓细胞EPOR亲和力较对照组显著降低，在整个缺氧过程中，单个骨髓细胞表面EPOR的浓度明显增加，说明缺氧诱导的EPOR亲和力与浓度的改变在早期红细胞增多过程中起重要作用，缺氧后期可能有其他因子参与红细胞生成的调节，有待于进一步研究。

3.小结

EPO可诱导红系祖细胞增殖、分化、成熟，增加红细胞数目和血红蛋白含量，临床广泛用于治疗各种贫血。不少学者发现EPO/EPOR在非造血组织如心、脑、肾、视网膜、中枢神经系统、子宫等中也发挥着重要作用，与冠心病、心肌梗死、缺血性肾损伤、视网膜病变、脑梗塞等疾病的发展、预后有密切的关系，大量试验证实EPO/EPOR可改善缺血缺氧状态下细胞能量代谢、减少细胞凋亡、促进功能恢复，增强组织器官对缺血缺氧的耐受能力，但其机制尚需进一步研究。

【参考文献】

[1]ChenYH,ComeauxLM,EvlesSJ,etal.Auto-hydroxylationofFIH-1:anFe(ii),alpha-ketoglutarate-dependenthumanhypoxiasensor[J].ChemCommun,2008,21(39):4768-4770.

[2]LombarderoM,KovacsK,ScheithauerBW.Erythropoietin:ahormonewithmultiplefunctions[J].Pathobiology.2011,78(1),41-53.

[3]周胜凯,秦川,陈林等.EPO对慢性缺氧心肌细胞线粒体生物合成的影响[J].第三军医大学学报,2013,35(12):1192-1196.

[4]XuX,CaoZ,CaoB,eta1.Carbamylatederythropoietinprotectsthemyocardiumfromacuteischemia/reperfusioninjurythroughaPI3K/Akt-dependentmechanism[J].Surgery2009,146(3):506-514.

[5]WuX,ZhouC,DuF,etal.GlinkgolideBpreconditioningonastrocytes-promotesneuronalsurvivalinischemicinjuryviaup-regulatingerythropoietinsecretion[J].NeurochemInt,2013,62(2):157-164.

[6]CarelliS,MarfiaG,DiGiulioAM,etal.Erythropoietin:recentdevelopmentsinthetreatmentofspinalcordinjury[J].NeurolResInt,2011,2011:ArticleID453179.

[7]MofidiA,BaderA,PavlicaS.Theuseoferythropoietinanditsderivativestotreatspinalcordinjury[J].MiniRevMedChem,2011,11(9):763-770.

[8]汪妍君,刘苏.促红细胞生成素对视网膜保护作用的研究进展[J].国际眼科杂志,2007,7(1):162-164.

[9]VeseyDA,CheungC,PatB,etal.Erythropoietinprotectsagainstischaemicacuterenalinjury[J].NephrolDialTransplant.2004,19(2):348-355.

[10]陈伟,陈家佩,葛世丽等.急性低氧和低氧习服影响HepG2细胞内红细胞生成素基因的表达[J].中华实验外科杂志,2004,21(4):417-419.

[11]孙成英.海拔梯度对健康男性促红细胞生成素的影响[J].高原医学杂志,2007,17(3):21-23.

[12]祁玉娟,崔森,格日力等.慢性高原病VHL、HIF-1α、EPO水平的测定及VHL基因598C﹥T多态性分析[J].现代预防医学,2013,40(5):944-947.

[13]吴洲,宋玲,高钰琪等.模拟高原缺氧大鼠骨髓细胞EPOR亲和力及数量的测定[J].西南国防医药,2006,16(4):360-362.