脑内EPO/EPO-R与中枢神经系统疾病

徐晓雪， 王 宏综述， 张朝东审校

促红细胞生成素(Erythropoietin，EPO)是主要由肾脏分泌生成的糖蛋白，首要功能是调节红细胞生成。大量实验研究表明，EPO在脑、脊髓等中枢神经系统中都有广泛的表达，并且参与调控神经系统的生长发育过程，在神经营养、神经保护等方面也发挥了重要作用。近年来，人们发现脑源性EPO与EPO受体(EPO-R)的表达变化与部分中枢神经系统疾病的发生发展有着紧密联系，而外源性EPO作为一种神经保护剂也被用于治疗或预防多种神经系统疾病。因此，本文对近年来脑内EPO/EPO-R在中枢神经系统疾病中的研究进展做一综述。

1 EPO与EPO-R的结构和作用机制

EPO是机体内重要的糖蛋白激素。在人及啮齿类动物大脑中，EPO主要分布在海马、杏仁体以及皮质等不同区域。脑内EPO主要来源于星型胶质细胞、神经元细胞和小神经胶质细胞等部位分泌，低氧条件可以诱发脑源性EPO的生成。在对EPO基因敲除小鼠的研究中发现，缺少EPO会造成小鼠在胚胎时期大脑发育障碍并死亡，说明EPO对大脑神经系统的正常发育发挥了关键作用。EPO能促进原始干细胞向神经元前体细胞分化并促使神经元前体细胞迁移到海马及纹状体的受损部位［1］。大量实验表明，无论是血液中的内源性EPO，还是通过静脉或者腹腔注射的高剂量EPO均能够通过血脑屏障。因此，外源性EPO对中枢神经系统疾病的治疗也是近几年相关领域的研究热点。

EPO通过与EPO-R结合发挥生物学功能。EPO-R属I型细胞因子受体，分布在海马和皮质神经元细胞、星形胶质细胞和脑血管内皮细胞等部位。一分子EPO可与两分子EPO-R相结合并改变其构象。形成的EPO/EPO-R复合物能够使JAK2家族蛋白磷酸化，从而进一步激活下游多种信号蛋白。当然在不同的疾病中，EPO也有可能同时激活多种信号转导通路，综合发挥抗凋亡、抗炎症、抗氧化等功能。此外，有研究者认为EPO/EPO-R有可能参与神经细胞的内源性保护作用，以抵御有害刺激对中枢神经系统的损伤。目前已经在多种中枢神经系统疾病中发现了这种保护机制，这对探讨这些疾病的病因、病程发展和治疗方法都有重要意义。

2 脑内EPO/EPO-R在中枢神经疾病中的作用

2.1 脑缺血缺氧(Hypoxia Ischemia，HI) 缺血缺氧是脑源性EPO产生的主要动力。在HI发作过程中，缺氧诱导因子(HIF-1α)能够调控EPO及其受体的生成。近来的研究表明，EPO抵御HI损伤的机制是促进NF-κB磷酸化并激活AKT和P13K通路，抑制神经元凋亡并促进缺氧部位的脑血管再生，以提高脑内载氧能力。还有学者提出，EPO的这种保护机制还可能与增加脊神经节细胞轴突长度有关［2］。而最新研究表明［3］组织型金属蛋白酶抑制因子-1(TIMP-1)参与了EPO的神经保护作用，体内外HI模型研究结果显示，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］发现星形胶质细胞分泌的EPO可以帮助突触前体细胞抵御缺氧损伤，提示促进内源性EPO的生成有利于疾病的预防和治疗。目前，外源性EPO已经应用于治疗脑缺血，有研究者发现每天注射1000U/kg EPO能显著减少HI模型鼠海马CA1区及皮质的细胞凋亡数量，促进神经元和少突胶质细胞的再分化［5］。而一种名为PLGA-EPO-NP的新型EPO衍生物药物也被证实在脑缺血模型鼠中的神经保护有效性是传统EPO的10倍以上［6］。但是，EPO的治疗效果可能因注射的时间、剂量甚至性别而产生差异。例如:Fan X等［7］为九日龄HI小鼠模型在不同时间点注射不同剂量的EPO，只有注射剂量为5000U/KG的雌性小鼠运动功能得到改善。

2.2 阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)AD 是一种进行性发展的神经退行性疾病，目前发病原因仍不明确。大量的基础实验研究发现，AD患者的神经细胞损伤或退化，大脑皮层出现老年斑及神经纤维缠绕等典型病理变化。EPO在AD中的研究是近几年的新兴领域，特别在探究AD治疗方法方面，EPO是一个新的切入点［8］。Assaraf MI等［9］通过免疫印记法研究发现 AD患者海马及颞叶皮质EPO-R表达明显上调。Lee ST等［10］每天给TG2576小鼠注射EPO(5000IU/kg/d)，持续5d后小鼠的记忆功能得到改善，内皮细胞分化加速，脑内突触蛋白表达增加，淀粉样蛋白和Aβ生成减少。在培养的人内皮细胞中，EPO促进了血管生成，同时也降低了RAGE的表达。这些结果说明EPO能够改善记忆功能，并且可以缓解Aβ诱导AD动物模型中血管内皮细胞的退化。有学者［11，12］利用Aβ诱导PC12细胞作为AD体外模型发现，加入EPO的实验组细胞成活率要明显高于未加EPO的对照组细胞。进一步研究发现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，抑制细胞凋亡。另有文献报道［13］，EPO还可以阻止tau蛋白磷酸化，抑制神经纤维缠绕。因此，EPO能够有效预防和治疗AD，改善认知功能缺失，但是机制复杂尚未阐明，可能涉及多条信号通路的综合作用。

2.3 癫痫(Epilepsy) 癫痫是一种神经系统慢性疾病，癫痫发作时，谷氨酸产生的兴奋毒性诱导钠离子(Na+)及钙离子(Ca2+)通道异常开放，细胞内外离子浓度平衡被破坏，最终导致细胞凋亡或坏死。癫痫持续状态时引起的缺氧也成为大脑损伤的因素之一。近年来围绕EPO抗癫痫作用的基础研究逐渐展开。Kondo等［14］研究发现无论是内源性还是外源性的EPO都能对海人藻酸致痫小鼠海马神经元有保护作用，这可能是EPO与神经肽Y共同作用的结果。还有学者［15～17］对锂-匹罗卡品建立癫痫模型注射 EPO后经过TUNEL染色发现海马内神经元凋亡减少，CA1、CA3区均可见EPO-R表达增多;免疫印迹数据显示抗凋亡蛋白BCL-2表达上调，而BAX表达下调;Morris水迷宫证明了EPO对于改善癫痫小鼠认知能力的积极作用。值得注意的是，目前EPO在癫痫体外模型中的作用鲜有报道。我们实验室通过无镁细胞外液处理培养的大鼠神经元细胞作为癫痫离体模型，利用Western blot技术初步研究发现，无镁细胞模型的内源性EPO表达明显上调，这与癫痫动物模型的研究结果基本一致。但是关于这种EPO异常表达的机制还需要进一步探讨。

2.4 多发性硬化症(MS) 多发性硬化症是累及中枢神经系统的慢性自身免疫性疾病。患者有典型炎性病理变化，炎症能引起脑内和脊髓神经元髓鞘脱失，使神经传导速度减慢。炎症的恶化和修复，形成多处散在的斑块，并可以反复发作。在自发免疫性脑脊髓炎动物模型(经典MS动物模型)或者MS转基因鼠模型中，注射抗炎性的细胞因子都能发挥保护作用。有文献报道［18］给MS动物模型腹腔注射EPO能够缓解病情发展，RT-PCR结果显示干扰素-γ、IL-23、IL-6和IL-17表达降低，具有抗炎症作用的IL-4和IL-10表达明显增加。利用流式细胞仪检测出淋巴细胞TH1和TH17比率大幅下降，CD4与T细胞比率显著升高。由此推论出EPO参与抑制了中枢神经系统的炎症反应。还有学者［19］提出将EPO联合氨甲叶酸或甲基泼尼松用于治疗MS，也取得了比较理想的效果。

2.5 其它 帕金森病作为一种神经退行性疾病，其病因与多巴胺神经元凋亡以及炎症反应有关。Signore等［20］发现在6-羟多巴胺(6-OHDA)制备的帕金森鼠模型中，EPO能够减少多巴能神经元的死亡，而Xue等［21］的研究结果则从EPO的抗炎性方面解释了这种现象。另一方面，Kook YH等［22］发现EPO还能够通过抑制凋亡蛋白PUMA的活性来发挥神经保护作用。EPO也是治疗脑外伤的有效方法，Jin W等［23］提出EPO对脑外伤的保护作用是通过Nrf2信号途径介导的。此外，EPO的神经保护作用还被广泛应用在预防和治疗脊髓损伤［24］、精神分裂症［25］以及蛛网膜下腔出血［26］等疾病中。

3 展望

EPO是体内的一种重要蛋白。许多中枢神经疾病的发生及发展，都会造成内源性EPO，特别是脑源性EPO表达的变化。这种变化也被认为是机体抵御外界不良刺激的内源性保护作用。大量基础研究和临床实践已经证明外源性EPO对中枢神经系统损伤有一定的治疗和预防作用。但是不可忽视的是EPO治疗可能产生副作用，例如诱发心血管疾病。因此，未来对EPO的临床研究应该集中在EPO注射时间和剂量的摸索。此外已有学者开发出EPO衍生物作为EPO替代品，这种衍生物缺少EPO的造血功能，仅保留对中枢神经系统的保护功能，以达到减少传统EPO副作用的目的，目前在癫痫治疗中已有应用［27］。但是这些衍生物的安全性和稳定性还有待验证。在基础研究方面，关于EPO穿过血脑屏障的具体途径以及脑源性EPO在不同的神经细胞中是否激活了不同的信号转导通路等问题，也有待进一步解答。

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