王向托 高 慧 楊立志 (吉林大學(xué)第一醫(yī)院腎病科，吉林 長(zhǎng)春 130031)

紅細(xì)胞生成素(EPO)是一種多功能性細(xì)胞因子，其主要作用為調(diào)控骨髓中紅細(xì)胞的產(chǎn)生，促進(jìn)紅系祖細(xì)胞增殖、分化為成熟紅細(xì)胞，臨床上主要用于治療貧血。近年來(lái)的實(shí)驗(yàn)研究顯示，EPO對(duì)非造血組織、器官具有保護(hù)功能，特別是腎臟。本文對(duì)近年來(lái)關(guān)于EPO非造血作用的相關(guān)研究進(jìn)行綜述。

1 EPO簡(jiǎn)介

1.1 EPO結(jié)構(gòu) EPO為一種含唾液酸的糖蛋白激素，其分子量為34 kD，由4個(gè)內(nèi)含子和5個(gè)外顯子組成，其前體有193個(gè)氨基酸，成熟EPO由166個(gè)氨基酸和4條糖鏈組成〔1〕。其中唾液酸在維持EPO分子的酸性、阻斷細(xì)胞表面半乳糖受體結(jié)合、防止EPO失活等方面起重要作用〔2〕。重組人EPO(rHuEPO)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于臨床，其生物活性與天然EPO相同。

EPO主要是由胎兒肝臟和成人腎臟產(chǎn)生。成人血清中EPO主要由腎皮質(zhì)I型間質(zhì)細(xì)胞分泌，一些腎外組織也可表達(dá)EPO，包括腦、子宮、睪丸、視網(wǎng)膜、胃腸黏膜、胎盤滋養(yǎng)層、乳腺、骨髓巨噬細(xì)胞，以自分泌、旁分泌的方式發(fā)揮作用。正常人的血漿EPO水平維持在15～20 U/L，其主要調(diào)節(jié)因子為低氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)，在機(jī)體缺氧時(shí)，HIF-1誘導(dǎo) EPO基因轉(zhuǎn)錄，增強(qiáng) EPO 的表達(dá)〔3〕。

1.2 EPO受體 EPO受體(EPOR)屬于細(xì)胞因子受體家族，為EPOR基因編碼的Ⅰ型跨膜糖蛋白，其分子量為66 kD，由507個(gè)氨基酸組成。EPOR主要存在于骨髓紅系祖細(xì)胞表面，在心血管、腎、中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)等非紅細(xì)胞組織也有EPOR的表達(dá)〔4〕，這提示EPO除造血功能外還具有其他生物學(xué)作用。

1.3 EPO的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 EPO與相應(yīng)受體結(jié)合后，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)控細(xì)胞核內(nèi)特定基因轉(zhuǎn)錄。大量實(shí)驗(yàn)研究了EPO介導(dǎo)的信號(hào)通路，表明EPO的促造血及組織保護(hù)效應(yīng)是通過(guò)兩種不同受體介導(dǎo)的〔5〕。在紅系祖細(xì)胞，EPO與EPOR相互作用形成EPOR二聚體，進(jìn)而激活Jak2-STAT5(酪氨酸激酶-信號(hào)傳導(dǎo)子及轉(zhuǎn)錄激活子)通路〔6〕，導(dǎo)致血紅蛋白的提升及細(xì)胞周期的連續(xù)性。與STAT5通路平行，EPO二聚體還激活了MAPK(促絲裂原活化蛋白激酶)和NF(核因子)-κB途徑。

EPO在一些非造血組織可發(fā)揮抗凋亡、抑制炎癥、抗氧化等組織保護(hù)效應(yīng)，主要由 EPOR-βcR介導(dǎo)，小部分由EPOR二聚體介導(dǎo)。在非造血組織，EPO作用于EPOR和CD131的復(fù)合體，CD131即 BcR亞基，是粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)、白介素(IL)-3、IL-5受體共有的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)亞型。盡管這些細(xì)胞表達(dá)功能性受體復(fù)合體還存在爭(zhēng)議，但大多數(shù)研究表明在神經(jīng)、免疫及癌細(xì)胞中存在 EPO應(yīng)答〔7〕。EPO與EPOR-βcR異質(zhì)復(fù)合體親和力低，需要局部高濃度EPO才能被激活，然后激活類似的信號(hào)途徑，包括STAT5途徑〔8〕;然而，其他信號(hào)途徑涉及EPO非造血效應(yīng)，這些途徑包括c-Jun N-末端激酶(JNK)和磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)的激活，然后分別激活MAPK途徑和NF-κB家庭成員。

1.4 EPO的生物學(xué)作用

1.4.1 促造血作用 EPO最主要的生物學(xué)效應(yīng)為促進(jìn)紅細(xì)胞生成。早期的造血祖細(xì)胞分化成細(xì)胞集落生成單位，持續(xù)EPO刺激引起紅系祖細(xì)胞克隆形成單位失去細(xì)胞核分化為網(wǎng)織紅細(xì)胞，最終變?yōu)槌墒旒t細(xì)胞。網(wǎng)織紅細(xì)胞及成熟紅細(xì)胞停止表達(dá)EPOR，結(jié)束對(duì) EPO的應(yīng)答〔9〕。在紅系祖細(xì)胞，EPO結(jié)合EPOR后激活JAK2-STAT5信號(hào)途徑，并使 PI3K和Akt磷酸化〔10〕。

1.4.2 免疫調(diào)節(jié)作用 EPOR也存在于免疫細(xì)胞中，EPO在體內(nèi)、體外模型中影響著免疫細(xì)胞的功能。研究證實(shí)，EPO治療后，患者CD8+T細(xì)胞依賴性免疫活性增加，NK細(xì)胞活性降低，而Th1類細(xì)胞因子IL-2、IL-12等明顯增高，從而增強(qiáng)機(jī)體免疫力〔11〕。在實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎的多發(fā)性硬化模型中，EPO抑制了抗原特異性T細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，引起免疫耐受〔12〕。在體內(nèi)模型中，EPO治療可延長(zhǎng)骨髓瘤大鼠的生存期，促進(jìn)B細(xì)胞產(chǎn)生多克隆免疫球蛋白〔13〕。

1.4.3 抗炎作用 EPO在不同的動(dòng)物模型中可控制炎癥反應(yīng)，其機(jī)制為減低促炎細(xì)胞因子的釋放。在血液透析病人中，EPO在體外全血培養(yǎng)中已被證實(shí)可增加IL-2、IL-10的分泌，減少腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的生成〔14〕，從而抑制炎癥反應(yīng)。EPO作用于EPOR，通過(guò) PI3K/Akt、MAPKs和JAK2等途徑，下調(diào)NF-κB和激活蛋白1(AP-1)的水平，抑制 TNF-α、IL-6等促炎癥因子的基因轉(zhuǎn)錄。因此，NF-κB和AP-1可能是EPO調(diào)控炎癥反應(yīng)的重要轉(zhuǎn)錄因子。

1.4.4 抗氧化應(yīng)激作用 氧化應(yīng)激是指由于活性氧過(guò)度產(chǎn)生及抗氧化防御機(jī)制減弱造成的組織損傷。細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激在腎缺血再灌注腎損傷、慢性腎衰竭、糖尿病腎病等疾病中發(fā)揮著重要作用。國(guó)內(nèi)楊艷等〔15〕研究顯示在慢性腎衰維持性血透患者中，rHuEPO長(zhǎng)程治療(＞6個(gè)月)可使血漿超敏C反應(yīng)蛋白、晚期氧化蛋白產(chǎn)物及丙二醛含量顯著下降，Na+-K+-ATP活性顯著升高，證明了EPO在改善貧血的同時(shí)，能有效緩解炎癥及氧化應(yīng)激狀態(tài)。體外實(shí)驗(yàn)亦證實(shí)EPO可以抑制高糖誘導(dǎo)的小管細(xì)胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生〔16〕。但亦有研究顯示在尿毒癥大鼠模型中，應(yīng)用EPO可增加內(nèi)皮素-1及超氧陰離子產(chǎn)物濃度，從而加劇氧化應(yīng)激，加重高血壓和腎損傷〔17〕。EPO是否可抑制氧化應(yīng)激，有待進(jìn)一步研究。

1.4.5 抑制上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)EMT直接參與了各器官的纖維化，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGFβ1)在EMT中發(fā)揮著重要作用，目前研究較為透徹的是TGFβ1通過(guò)Smads蛋白信號(hào)通路發(fā)揮促纖維化作用。Chen等〔18〕用TGFβ1處理豬的近端腎小管細(xì)胞，觀察EPO對(duì)凋亡、EMT及對(duì)TGF-β1介導(dǎo)的Smads信號(hào)途徑的影響，結(jié)果顯示EPO可逆轉(zhuǎn)TGF-β1介導(dǎo)的凋亡，并可部分逆轉(zhuǎn) TGF-β1介導(dǎo)的 EMT，并且 EPO是通過(guò)阻止Smad3磷酸化及核移位來(lái)阻礙TGF-β1的作用，這種作用可能依賴絲裂原活化的蛋白激酶機(jī)制的調(diào)節(jié)。

1.4.6 抑制腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS) 腎臟缺血、缺氧時(shí)，血管緊張素-Ⅱ(Ang-Ⅱ)在RAS促纖維化過(guò)程中發(fā)揮重要作用。具體機(jī)制為Ang-Ⅱ上調(diào)TGFβ1的表達(dá)，導(dǎo)致α-SMA的升高，進(jìn)而導(dǎo)致EMT。王巍巍等〔19〕體外實(shí)驗(yàn)證明EPO可明顯抑制TGFβ1、Ang-Ⅱ的高表達(dá)，抑制腎小管上皮細(xì)胞凋亡。

2 EPO的腎臟保護(hù)作用機(jī)制

2.1 急性腎損傷(AKI)EPO除了造血功能外，大量的前期臨床研究提示EPO具有多效性、組織保護(hù)性。動(dòng)物試驗(yàn)證實(shí)了在AKI病人中應(yīng)用EPO的作用機(jī)制，可能在臨床上用于危重病人阻止AKI的發(fā)生，但是臨床研究仍然較少。盡管EPO在AKI的研究設(shè)計(jì)和劑量不盡相同，但最終EPO都能改善腎臟損傷。其保護(hù)機(jī)制不是很明確，可能包括減弱細(xì)胞凋亡、傳導(dǎo)細(xì)胞增殖、組織修復(fù)等。目前的研究顯示EPO很可能為AKI提供腎臟保護(hù)作用。

徐禮友等〔20〕通過(guò)夾閉大鼠雙側(cè)腎動(dòng)脈45 min后，再灌注12 h建造腎臟缺血再灌注損傷(IR)模型，實(shí)驗(yàn)組用EPO預(yù)處理，結(jié)果顯示EPO可增加抑制凋亡和促凋亡蛋白bc-l 2/bax的比率，降低腎小管凋亡細(xì)胞數(shù)量，EPO干預(yù)組較IR對(duì)照組血尿素氮、肌酐增高幅度下降，對(duì)大鼠腎功能起保護(hù)作用。類似還有在出血性休克相關(guān)性腎衰竭、雙側(cè)缺血性腎損傷、順鉑毒性腎損傷模型中，EPO促進(jìn)了腎臟組織學(xué)和功能學(xué)修復(fù)。

在71例接受選擇性冠狀動(dòng)脈旁路搭橋術(shù)的患者隨機(jī)、安慰劑對(duì)照的臨床試驗(yàn)中，術(shù)前給予300 U/kg EPO靜脈注射將AKI發(fā)生率從29%降低至8%(P=0.035)〔21〕，證實(shí)應(yīng)用 EPO有腎臟保護(hù)作用，并且改善了術(shù)后腎功能。

2.2 慢性腎損傷 Park等〔22〕報(bào)道了EPO能通過(guò)抑制TGF-β誘導(dǎo)的腎小管EMT來(lái)改善單側(cè)輸尿客梗阻(UUO)小鼠的腎間質(zhì)纖維化。另外，國(guó)內(nèi)有研究顯示EPO能減輕慢性腎衰竭大鼠腎臟病理改變，改善腎功能，降低尿蛋白〔23〕，EPO這種腎臟保護(hù)作用，很可能是通過(guò)促進(jìn)腎小管毛細(xì)血管內(nèi)皮的修復(fù)和改善內(nèi)皮功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。類似還有EPO可減弱慢性環(huán)孢素腎病的腎間質(zhì)炎癥及纖維化〔24〕。

崔群瑋等〔25〕通過(guò)建立大鼠UUO模型，每周3次腹腔注射rhuEPO 100 U/kg，研究顯示EPO可減輕大鼠腎間質(zhì)的纖維化程度，其機(jī)制可能為EPO影響了α-SMA、TGF-β1及VEGF蛋白的表達(dá)。類似研究中，鄧英輝等〔26〕說(shuō)明EPO抗腎纖維化是通過(guò)抑制腎小管上皮細(xì)胞活化、抑制TGF-β1表達(dá)、阻止腎小管EMT而實(shí)現(xiàn)的。

Yasari等〔27〕選取血紅蛋白水平在8～10 g/L的40名腎移植志愿者，分為對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組，分別在腎移植第1周后接受EPO、安慰劑治療，隨訪6個(gè)月，結(jié)果顯示盡管兩組間血紅蛋白水平無(wú)明顯差異，但血清肌酐值、腎小球?yàn)V過(guò)率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明腎移植后早期應(yīng)用EPO對(duì)移植腎功能有益，EPO可用于所有腎移植受者，其保護(hù)同種異體移植物是通過(guò)影響組織氧化作用而實(shí)現(xiàn)的。

3 應(yīng)用EPO的潛在風(fēng)險(xiǎn)

EPO治療的相關(guān)副作用與刺激紅細(xì)胞生成相關(guān)。Jelkmann等〔28〕報(bào)道CKD病人應(yīng)用EPO可通過(guò)心血管、血栓栓塞事件和促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)進(jìn)而增加死亡率。但Sinclair等〔29〕證實(shí)EPO缺乏可促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。在患高血壓的病人中，短期及長(zhǎng)期EPO治療可能加重高血壓〔30〕，故EPO應(yīng)該慎重應(yīng)用。

4 展望

長(zhǎng)期應(yīng)用EPO可能無(wú)益，因?yàn)檫@可導(dǎo)致抗EPO抗體的產(chǎn)生、紅細(xì)胞發(fā)育不良和EPOR表達(dá)減少，進(jìn)而導(dǎo)致EPO無(wú)法發(fā)揮效應(yīng)。目前新型的EPO有氨甲?；偌t細(xì)胞生成素(CEPO)，脫唾液酸基 EPO(asialoEPO)及 darbepoetin-α。CEPO將EPO中的賴氨酸變高瓜氨酸，可與EPOR-βcR結(jié)合起到類似EPO的組織保護(hù)作用，其機(jī)制尚未完全明確。asialoEPO與EPO相比缺少唾液酸殘基，使其半衰期極度縮短，不能發(fā)揮促造血功能，但仍存在細(xì)胞保護(hù)作用〔31〕。darbepoetin-α比rHuEPO多2個(gè)N-連接糖基側(cè)鏈及8個(gè)唾液酸殘基，藥效為rHuEPO的10倍，代謝穩(wěn)定性較好，半衰期較長(zhǎng)，具有與造血無(wú)關(guān)的組織保護(hù)效應(yīng)。以上新型EPO的出現(xiàn)，可能有著更為廣泛的臨床應(yīng)用前景。

1 Koury ST，Koury MJ，Bondurant MC，et al.Quantitation of erythropoietinproducing cells in kidneys of mice by in situ hybridization:correlation with hematocrit，renal erythropoietin mRNA，and serum erythropoietin concentration〔J〕.Blood，1989;74(2):645-51.

2 Choi D，Kim M，Park J.Erythropoietin:physico-and biochemical analysis〔J〕.J Chromatography B，1996;687(1):189-99.

3 Chen YH，Comeaux LM，Eyles SJ，et al.Auto-hydroxylation of FIH-1:an Fe(ii)，α-ketoglutarate-dependent human hypoxia sensor〔J〕.Chem Commun，2008;21(39):4768-70.

4 Jelkmann W，Bohlius J，Hallek M，et al.The erythropoietin receptor in normal and cancer tissues〔J〕.Crit Rev Oncol Hematol，2008;67(1):39-61.

5 Zhang YL，Radhakrishnan ML，Lu XH，et al.Symmetric signaling by an asymmetric 1 erythropoietin:2 erythropoietin receptor complex〔J〕.Mol Cell，2009;33(2):266-74.

6 Tauchi T，Damen JE，Toyama K，et al.Tyrosine 425 within the activated erythropoietin receptor binds Syp，reduces the erythropoietin required for Syp tyrosine phosphorylation，and promotes mitogenesis〔J〕.Blood，1996;87(11):4495-501.

7 Volgger B，Kurz K，Zoschg K，et al.Importance of erythropoietin receptor expression in tumour tissue for the clinical course of breast cancer〔J〕.Anticancer Res，2010;30(9):3721-6.

8 Haq R，Halupa A，Beattie BK，et al.Regulation of erythropoietin-induced STAT serine phosphorylation by distinct mitogen-activated protein kinases〔J〕.Biol Chem，2002;277(19):17359-66.

9 Silva M，Benito A，Sanz C，et al.Erythropoietin can induce the expression of bcl-x(L)through Stat5 in erythropoietin-dependent progenitor cell lines〔J〕.Biol Chem，1999;274(32):22165-9.

10 Chatterjee PK.Novel pharmacological approaches to the treatment of renal ischemia-reperfusion injury:a comprehensive review〔J〕.Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol，2007;376(1-2):1-43.

11 Trzonkowski P，Debska-Slizien A，Mys'liwski A，et al.Treatment with recombinant human erythropoietin is associated with rejuvenation of CD8+T cell compartment in chronic renal failure patients〔J〕.Nephrol Dial Transplant，2007;22(11):3221-7.

12 Yuan RR，Maeda Y，Li WP，et al.Erythropoietin:a potent inducer of peripheral immuno/inflammatory modulation in autoimmune EAE〔J〕.PLoS One，2008;3(4):e1924.

13 Katz O，Gil L，Lifshitz L，et al.Erythropoietin enhances immune responses in mice〔J〕.Eur J Immunol，2007;37(6):1584-93.

14 Bryl E，Mysliwska J，Debska-Slizien A，et al.Recombinant human erythropoietin stimulates production of interleukin 2 by whole blood cell cultures of hemodialysis patients〔J〕.Artif Organs，1999;23(9):809-16.

15 楊 艷，李文紅.促紅細(xì)胞生成素對(duì)維持性血液透析患者炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激狀態(tài)的影響〔J〕.第三軍醫(yī)大學(xué)報(bào)，2009;31(23):2401-2.

16 Dang J，Jia R，Tu Y，et al.Erythropoietin prevents reactive oxygen species generation and renal tubular cell apoptosis at high glucose level〔J〕.Biomed Pharm，2010;64(10):681-5.

17 龔 偉，唐 政.促紅細(xì)胞生成素介導(dǎo)尿毒癥大鼠高血壓中氧化應(yīng)激的作用〔J〕.中華高血壓雜志，2010;23(3):314-20.

18 Chen CL，Chou KJ，Lee PT，et al.Erythropoietin suppresses epithelial to mesenchymal transition and intercepts Smad signal transduction through a MEK-dependent mechanism in pig kidney(LLC-PK1)cell lines〔J〕.Exp Cell Res，2010;316(7):1109-18.

19 王巍巍，張金元.EPO對(duì)馬兜鈴酸刺激的腎小管上皮細(xì)胞TGFβ1、Ang-ⅡmRNA表達(dá)的影響〔J〕.臨床腎臟病雜志，2007;7(2):76-9.

20 徐禮友，諸禹平，宣 強(qiáng)，等.EPO對(duì)缺血/再灌注損傷大鼠腎臟細(xì)胞凋亡及相關(guān)蛋白表達(dá)的影響〔J〕.安徽醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2010;45(3):323-5.

21 Song YR，Lee T，You SJ，et al.Prevention of acute kidney injury by erythropoietin in patients undergoing coronary artery bypass grafting:a pilot study〔J〕.Am J Nephrol 2009;30(3):253-60.

22 Park SH，Choi MJ，Song IK，et al.Erythropoietin decreases renal fibrosis in mice with ureteral obstruction:role of inhibiting TGF-β-induced epithelial-to-mesenchymal transition〔J〕.Am Soc Nephrol，2007;18(5):1497-507.

23 萬(wàn)建新，楊 霞，崔 炯，等.紅細(xì)胞生成素對(duì)慢性腎衰竭大鼠腎小球內(nèi)皮細(xì)胞功能的影響〔J〕.中華腎臟病雜志，2011;27(6):442-7.

24 Lee SH，Li C，Lim SW，et al.Attenuation of interstitial inflammation and fibrosis by recombinant human erythropoietin in chronic cyclosporine nephropathy〔J〕.Am J Nephrol，2005;25(1):64-76.

25 崔群瑋，馬 宏，何俊花，等.促紅細(xì)胞生成素對(duì)單側(cè)輸尿管結(jié)扎模型大鼠腎間質(zhì)纖維化保護(hù)作用的研究〔J〕.中國(guó)藥物與臨床，2012;12(6):731-3.

26 鄧英輝，付文靜，張 沛.紅細(xì)胞生成素對(duì)單側(cè)輸尿管梗阻大鼠腎間質(zhì)纖維化的影響〔J〕.醫(yī)學(xué)綜述，2011;17(3):457-9.

27 Yasari F，Nafar M，Alipour AB，et al.Effect of erythropoietin on kidney allograft survival:early use after transplantation〔J〕.Iran J Kidney Dis，2012;6(1):44-8.

28 Jelkmann W，Bohlius J，Hallek M，et al.The erythropoietin receptor in normal and cancer tissue〔J〕.Crit Rev Oncol Hematol，2008;67(1):39-61.

29 Sinclair AM，Todd MD，F(xiàn)orsythe K，et al.Expression and function of erythropoietin receptors in tumors:implications for the use of erythropoiesis-stimulating agents in cancer patients〔J〕.Cancer，2007;110(3):477-88.

30 Kanbay M，Akcay A，Delibasi T，et al.Comparison of effects of darbepoetin alfa and epoetin alfa on serum endothelin level and blood pressure〔J〕.Adv Ther，2007;24(2):346-52.

31 Kittur FS，Hung CY，Darlington DE，et al.N-Glycosylation engineering of tobacco plants to produce asialoerythropoietin〔J〕.Plant Cell Rep，2012;31(7):1233-43.